RU216908U1

RU216908U1 - MAGNETO-MECHANICAL CONTACTLESS ISOLATED KEYBOARD FOR ELECTRONIC DEVICE CONTROL

Info

Publication number: RU216908U1
Application number: RU2022133555U
Authority: RU
Inventors: Алексей Михайлович Фоминых
Original assignee: Алексей Михайлович Фоминых
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2023-03-07

Abstract

Полезная модель относится к области физики сигнальной электротехники, к области построения интерфейсов человек-ЭВМ, к области сенсорного отклика на механическое воздействие, для регистрации и преобразования механического воздействия человека оператора в электрический сигнал, согласованный с электронной схемой цифровой или аналоговой системы, в подводных или воздушных условиях использования при любом климате. Магнитомеханическая бесконтактная изолированная клавиатура управления электронным устройством содержит основание из немагнитного материала с неподвижно закрепленными на нем осями, на которых установлены с возможностью поворота рычаги, снабженные на концах постоянными магнитами, выполненными с возможностью взаимодействия с магниточувствительными элементами электронного устройства, при этом рычаги снабжены возвратным механизмом, включающим спиральную пружину, размещенную в канале, образованном отверстиями, выполненными в рычаге и оси. Технический результат - обеспечение управляющего воздействия на коммутационные элементы в отсутствие прямого электрического контакта и повышение надежности работы системы интерфейса управления электронным устройством. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

The utility model relates to the field of physics of signal electrical engineering, to the field of building human-computer interfaces, to the field of sensory response to mechanical impact, for recording and converting the mechanical impact of a human operator into an electrical signal consistent with the electronic circuit of a digital or analog system, in underwater or air conditions of use in any climate. The magneto-mechanical non-contact isolated keyboard for controlling an electronic device contains a base made of non-magnetic material with axes fixed on it, on which levers are mounted with the possibility of rotation, equipped at the ends with permanent magnets, configured to interact with magnetically sensitive elements of the electronic device, while the levers are equipped with a return mechanism, including a coil spring placed in a channel formed by holes made in the lever and axle. EFFECT: providing a control action on switching elements in the absence of direct electrical contact and increasing the reliability of the electronic device control interface system. 1 w.p. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области физики сигнальной электротехники, к области построения интерфейсов человек-ЭВМ, к области сенсорного отклика на механическое воздействие, для регистрации и преобразования механического воздействия человека оператора в электрический сигнал, согласованный с электронной схемой цифровой или аналоговой системы, в подводных или воздушных условиях использования при любом климате.The utility model relates to the field of physics of signal electrical engineering, to the field of building human-computer interfaces, to the field of sensory response to mechanical impact, for recording and converting the mechanical impact of a human operator into an electrical signal consistent with the electronic circuit of a digital or analog system, in underwater or air conditions of use in any climate.

Полезная модель может быть применена в качестве клавиатуры управления любым типом ЭВМ, цифровых микроконтроллерных систем, аналоговых и коммутационных систем, в системах управления авиатранспорта, грузового и легкового авто-, мототранспорта, в системах управления морскими и речными судами, подводными судами и батискафами, космическими летательными аппаратами и станциями, мобильными электронными устройствами, портативными электронными устройствами, носимыми электронными устройствами и т.д. во всех приборах и аппаратах с функцией интерфейса управления путем механического воздействия. Также полезная модель может быть применена в качестве гальванически развязанных, изолированных коммутаторов преобразующих механическое воздействие в электрическую коммутацию и в качестве концевых выключателей, детекторов уровня жидкости, детекторов касания, и т.п. обобщенно для детекторов экстремальных состояний механических и электромеханических систем.The utility model can be used as a control keyboard for any type of computer, digital microcontroller systems, analog and switching systems, in control systems for air transport, cargo and passenger cars, motorcycles, in control systems for sea and river vessels, submarines and bathyscaphes, space aircraft apparatuses and stations, mobile electronic devices, portable electronic devices, wearable electronic devices, etc. in all devices and devices with the function of a control interface by mechanical action. Also, the utility model can be used as galvanically isolated, isolated switches that convert mechanical action into electrical switching and as limit switches, liquid level detectors, touch detectors, etc. generalized for detectors of extreme states of mechanical and electromechanical systems.

Известно коммутационное устройство, содержащее не менее двух главных контактов, которые могут замыкаться и размыкаться и которые содержат контактные детали и подвижную контактную перемычку, и по крайней мере один магнит, который содержит подвижный якорь. Якорь воздействует на контактную перемычку, когда включается и выключается таким образом, что соответствующий главный контакт размыкается или замыкается. Также предусмотрен переключающий контакт, который имеет включенное и выключенное состояние, соответствующее закрытому и открытому положению якоря (патент US 7812696, опубл. 12.10.2010).A switching device is known, containing at least two main contacts that can be closed and opened and which contain contact parts and a movable contact jumper, and at least one magnet that contains a movable armature. The armature acts on the contact jumper when switched on and off in such a way that the corresponding main contact opens or closes. A changeover contact is also provided, which has an on and off state corresponding to the closed and open position of the armature (patent US 7812696, published 10/12/2010).

Недостатком известного решения является то, что в конструкции коммутационного устройства содержится только электромагнит, выполненный в виде соленоида, что делает такую конструкцию зависимой от источника питания (т.е. без подачи напряжения на контакты электромагнита коммутация контактной группы не произойдет). Наличие неизолированной контактной группы с прямым гальваническим контактом, а также группы механических плечевых соединений снижает надежность работы системы, повышает стоимость ее изготовления, увеличивает время изготовления и повышает требования к квалификации рабочих.The disadvantage of the known solution is that the design of the switching device contains only an electromagnet made in the form of a solenoid, which makes such a design dependent on the power source (i.e. without voltage being applied to the contacts of the electromagnet, switching of the contact group will not occur). The presence of a non-isolated contact group with direct galvanic contact, as well as a group of mechanical shoulder connections, reduces the reliability of the system, increases the cost of its manufacture, increases the manufacturing time and increases the requirements for the qualifications of workers.

Известен управляемый расцепитель (патент РФ №2752849, опубл. 11.08.2021), который содержит магнитный исполнительный механизм, содержащий соединительный элемент, предназначенный для присоединения к механизму переключения автоматического выключателя, чтобы вызвать его переключение, и катушку, выполненную с возможностью перемещения соединительного элемента в разомкнутое положение при подаче импульса тока с интенсивностью больше, чем первое заданное пороговое значение, в течение длительности, большей или равной заданной продолжительности, устройство управления, выполненное с возможностью подачи питания на катушку сразу после получения управляющего сигнала. Исполнительный механизм дополнительно включает в себя магнит, подвижную часть, механически присоединенную к соединительному элементу, и расцепляющую пружину, причем магнит закреплен на неподвижной части исполнительного механизма и прикладывает магнитную силу к подвижной части, когда соединительный элемент находится в исходном положении, с тем, чтобы подвижная часть сжимала пружину, удерживая соединительный элемент в исходном положении, при этом пружина генерирует возвратное усилие, противоположно направленное магнитной силе и меньше, чем магнитная сила, при этом катушка выполнена с возможностью уменьшения силы магнитного притяжения, создаваемого магнитом при его возбуждении в каждом из упомянутых импульсов электрического тока, подаваемых устройством управления для того, чтобы обеспечить перемещение соединительного элемента из своего исходного положения в расцепленное положение из-за действия возвратного усилия, создаваемого расцепляющей пружиной.A controlled release is known (RF patent No. 2752849, publ. 08/11/2021), which contains a magnetic actuator containing a connecting element designed to be connected to the switching mechanism of the circuit breaker to cause it to switch, and a coil configured to move the connecting element in an open position when a current pulse with an intensity greater than the first predetermined threshold value is applied for a duration greater than or equal to the predetermined duration, a control device configured to supply power to the coil immediately after receiving the control signal. The actuator further includes a magnet, a movable part mechanically connected to the connecting member, and a trip spring, wherein the magnet is fixed to the fixed portion of the actuator and applies a magnetic force to the movable portion when the connecting member is in the rest position so that the movable the part compresses the spring, holding the connecting element in its original position, while the spring generates a return force opposite to the magnetic force and less than the magnetic force, while the coil is configured to reduce the magnetic attraction force created by the magnet when it is excited in each of the mentioned pulses electric current supplied by the control device in order to ensure the movement of the connecting element from its rest position to the disengaged position due to the action of the return force generated by the trip spring.

Недостатком известного решения является то, что в его конструкции содержится только электромагнит, выполненный в виде соленоида, что делает такую конструкцию зависимой от источника питания (т.е. без подачи напряжения на контакты электромагнита коммутация контактной группы не произойдет). Также электромагнит выполнят функцию размыкающей контакты силы. Поэтому такая система имеет низкую надежность и узкую применимость, так как для ее работы постоянно требуется источник внешнего питания. Также нет возможности ручного управления механизмом коммутации, или расцепления. Такая система имеет большую стоимость изготовления, так как требуется изготовить соленоид, механическую конструкцию исполнительного элемента все это увеличивает стоимость сырья, увеличивает время изготовления и повышает требования к квалификации рабочих. The disadvantage of the known solution is that its design contains only an electromagnet made in the form of a solenoid, which makes such a design dependent on the power source (i.e., without voltage being applied to the contacts of the electromagnet, switching of the contact group will not occur). Also, the electromagnet will perform the function of breaking the contacts of the force. Therefore, such a system has low reliability and narrow applicability, since its operation constantly requires an external power source. There is also no possibility of manual control of the switching mechanism, or disengagement. Such a system has a high manufacturing cost, since it is required to manufacture a solenoid, the mechanical design of the actuating element all this increases the cost of raw materials, increases the manufacturing time and increases the requirements for the qualifications of workers.

Известно коммутационное устройство для переключателя автомобиля, включающее механизм переключения и коммутационную электронику для преобразования положения переключателя, заданного оператором в электрические сигналы. Механизм переключения содержит механический исполнительный элемент, который может перемещаться в различные исполнительные положения в зависимости от заданного положение переключателя. Механизм переключения можно комбинировать с различными взаимозаменяемыми электрические контактными системами коммутационной электроники и механическими исполнительными элементами, имеющими по меньшей мере один соединительный элемент для соединения исполнительного элемента с конкретным контактным элементом первой контактной системы и, по меньшей мере, с одним конкретным контактным элементом второй контактной системы. Соединительный элемент для соединения исполнительного элемента образован по меньшей мере одним из следующих контактных элементов: ползун, микропереключатель, контактная пластина, контактная перемычка, бесконтактный коммутационный элемент, в частности магнит (международная заявка WO 2019/068474 от 11.04.2019).A switching device for a vehicle switch is known, which includes a switching mechanism and switching electronics for converting the switch position specified by the operator into electrical signals. The switching mechanism contains a mechanical actuating element that can move to various executive positions depending on the given position of the switch. The switching mechanism can be combined with various interchangeable electrical contact systems of switching electronics and mechanical actuators having at least one connecting element for connecting the actuator to a specific contact element of the first contact system and at least one specific contact element of the second contact system. The connecting element for connecting the actuating element is formed by at least one of the following contact elements: a slider, a microswitch, a contact plate, a contact jumper, a non-contact switching element, in particular a magnet (international application WO 2019/068474 of 04/11/2019).

Недостатком решения, представленного в заявке WO 2019/068474, является то, что коммутационный элемент не является гальванически изолированным от окружающей среды, контактная группа подвержена окислению и нестабильному высокому переходному сопротивлению оксидных пленок контактов. Также коммутационный элемент представлен в виде селектора, имеющего ползун и перемещаемого механическим актюатором от одного контакта к другому, что делает такое контактное соединение ненадежным, так как контактное соединение зависит от множества факторов, таких как усилие соединения контактной группы, усилие поворота или нажатия актюатора, влажность окружающей среды, прочность механических соединений, удерживающих контактную группу и актюатор. Магнит управляет не электрическими контактами напрямую, а опосредовано, действуя на актюатор механической системы ползуна, контактной пластины и контактной перемычки, что снижает надежность работы системы из-за увеличения передаточных элементов системы, а также удорожает ее производство.The disadvantage of the solution presented in the application WO 2019/068474 is that the switching element is not galvanically isolated from the environment, the contact group is subject to oxidation and unstable high transient resistance of the oxide films of the contacts. Also, the switching element is presented in the form of a selector having a slider and moved by a mechanical actuator from one contact to another, which makes such a contact connection unreliable, since the contact connection depends on many factors, such as the force of connecting the contact group, the force of turning or pressing the actuator, humidity environment, the strength of the mechanical connections holding the contact group and the actuator. The magnet does not control electrical contacts directly, but indirectly, acting on the actuator of the mechanical system of the slider, contact plate and contact jumper, which reduces the reliability of the system due to the increase in the transmission elements of the system, and also increases the cost of its production.

Техническая задача полезной модели - создание универсальной в эксплуатации портативной бесконтактной клавиатуры обеспечивающей дистанционное управление скрытой в немагнитном корпусе электронной схемой без прямого электрического контакта.The technical task of the utility model is to create a portable non-contact keyboard that is universal in operation and provides remote control of an electronic circuit hidden in a non-magnetic housing without direct electrical contact.

Технический результат заключается в обеспечении управляющего воздействия на коммутационные элементы в отсутствие прямого электрического контакта и повышение надежности работы системы интерфейса управления электронным устройством.The technical result consists in providing a control action on the switching elements in the absence of direct electrical contact and increasing the reliability of the electronic device control interface system.

Технический результат достигается тем, что магнитомеханическая бесконтактная изолированная клавиатура управления электронным устройством содержит основание из немагнитного материала с неподвижно закрепленными на нем осями, на которых установлены с возможностью поворота рычаги, снабженные на концах постоянными магнитами, выполненными с возможностью взаимодействия с магниточувствительными элементами электронного устройства, при этом рычаги снабжены возвратным механизмом, включающим спиральную пружину, размещенную в канале, образованном отверстиями, выполненными в рычаге и оси.The technical result is achieved by the fact that the magnetomechanical non-contact isolated keyboard for controlling an electronic device contains a base made of non-magnetic material with axes fixed on it, on which levers are installed with the possibility of rotation, equipped at the ends with permanent magnets, configured to interact with the magnetically sensitive elements of the electronic device, when In this case, the levers are equipped with a return mechanism, which includes a coil spring placed in a channel formed by holes made in the lever and axle.

В полезной модели применены свойства постоянных магнитов воздействовать на магнитные материалы на расстоянии, намагничивая их, что обеспечивает передачу управляющего сигнала механической клавиатуры бесконтактным магнитным методом через глухие немагнитные стенки корпусов электронных приборов на магниточувствительные коммутационные элементы, установленные на плате или внутри корпуса.The utility model uses the properties of permanent magnets to act on magnetic materials at a distance, magnetizing them, which ensures the transmission of the control signal of a mechanical keyboard by a non-contact magnetic method through the blank non-magnetic walls of electronic devices cases to magnetically sensitive switching elements installed on the board or inside the case.

Полезная модель обеспечивает возможность управления электронным устройством, снабженным магниточувствительными элементами, размещенными на электронной плате. Магнитомеханическая бесконтактная изолированная клавиатура управления электронным устройством включает механические рычаги, содержащие установленные на них магниты, выполненные с возможностью взаимодействия через немагнитный корпус с магниточувствительными элементами для обеспечения электрической коммутации. Для коммутации размещенных в корпусе электронного устройства герметичных изолированных контактов магнитным полем требуется приложение механического воздействия на рычаг управления для перемещения магнита и его магнитного поля в зону срабатывания на него герметичного изолированного контакта, что повышает надежность работы системы интерфейса управления и уменьшает стоимость его изготовления.The utility model provides the ability to control an electronic device equipped with magnetically sensitive elements located on the electronic board. The magnetomechanical non-contact isolated keyboard for controlling an electronic device includes mechanical levers containing magnets mounted on them, made with the possibility of interacting through a non-magnetic housing with magnetically sensitive elements to provide electrical switching. To switch hermetic insulated contacts placed in the housing of an electronic device by a magnetic field, mechanical action is required on the control lever to move the magnet and its magnetic field to the zone of operation of the hermetic insulated contact on it, which increases the reliability of the control interface system and reduces the cost of its manufacture.

Полезная модель поясняется чертежами:The utility model is illustrated by drawings:

Фиг.1 - общий вид корпуса электронного устройства, снабженного магнитомеханической бесконтактной изолированной клавиатурой управления;Fig.1 - General view of the housing of the electronic device, equipped with a magnetomechanical non-contact isolated control keyboard;

Фиг.2 - схема размещения рычагов и стопоров магнитомеханической бесконтактной изолированной клавиатуры управления;Fig.2 - layout of the levers and stoppers magnetomechanical non-contact isolated control keyboard;

Фиг.3 - вид корпуса электронного устройства, снабженного магнитомеханической бесконтактной изолированной клавиатурой управления в разрезе.3 is a sectional view of an electronic device housing equipped with a magnetomechanical non-contact isolated control keyboard.

Магнитомеханическая бесконтактная изолированная клавиатура управления электронным устройством содержит основание (1) из немагнитного материала, оси (2), на которых установлены с возможностью поворота рычаги (3), стопоры (4) ограничивающие отклонение поворота каждого рычага (3) и постоянные магниты (5), размещенные в рычагах (3) со стороны свободного конца на стороне, обращенной к основанию (фиг.1-3). The magnetomechanical non-contact isolated keyboard for controlling an electronic device contains a base (1) made of non-magnetic material, axes (2) on which levers (3) are mounted with the possibility of rotation, stoppers (4) limiting the rotation deviation of each lever (3) and permanent magnets (5) placed in the levers (3) from the side of the free end on the side facing the base (figure 1-3).

Размеры всех элементов определяются, исходя из задач и условий преобразования механического воздействия на рычаг (3) и дальности передачи магнитного воздействия постоянного магнита (5), установленного в свободном конце рычага (3).The dimensions of all elements are determined based on the tasks and conditions for transforming the mechanical effect on the lever (3) and the transmission range of the magnetic effect of the permanent magnet (5) installed at the free end of the lever (3).

Основание (1), оси (2), рычаги (3) и стопоры (4) изготовлены из немагнитных материалов, например немагнитных металлов, пластика или композита.The base (1), pins (2), levers (3) and stoppers (4) are made of non-magnetic materials such as non-magnetic metals, plastic or composite.

Рычаги (3) могут быть любой формы, наиболее эргономичной для целей использования.The levers (3) can be of any shape that is most ergonomic for the purpose of use.

Магниты (5) могут иметь любой состав и размеры в зависимости от необходимой дальности магнитного воздействия.Magnets (5) can have any composition and dimensions depending on the required range of magnetic influence.

В представленном на фиг.2 примере осуществления магнитомеханическая изолированная клавиатура реализована с тремя рычагами (3). Каждый рычаг (3) одним своим концом надет на неподвижно закрепленную на основании (1) ось (2). Рычаги (3) выполнены с возможностью свободного поворота относительно оси (2) до упоров (4), неподвижно закрепленных также на основании панели (1). Каждому рычагу (3) соответствуют два стопора, ограничивающие его поворот в двух направлениях.In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the magnetomechanical isolated keyboard is implemented with three levers (3). Each lever (3) with one of its ends is put on the axis (2) fixed on the base (1). The levers (3) are made with the possibility of free rotation relative to the axis (2) up to the stops (4), which are also fixed on the base of the panel (1). Each lever (3) has two stoppers that limit its rotation in two directions.

На оси (2), на который одет рычаг (3), в поперечном направлении выполнено сквозное отверстие (6), а внутри рычага (3) по длине выполнено глухое отверстие (7), совмещаемое при установке с отверстием (6) на оси (2) (фиг.3). A through hole (6) is made in the transverse direction on the axle (2), on which the lever (3) is mounted, and a blind hole (7) is made along the length inside the lever (3), which, when installed, is aligned with the hole (6) on the axle ( 2) (figure 3).

В канал, образованный совмещенными отверстиями (7) рычага и (6) оси вставлена плотная спиральная пружина (8), упирающаяся с одного конца в донную часть глухого отверстия (7), а с другого конца в крышку (9).Тем самым реализуется пружинный возвратный механизм, осуществляющий возврат рычага (3) из положений поворота в центральное положение.A dense spiral spring (8) is inserted into the channel formed by the aligned holes (7) of the lever and (6) of the axle, abutting from one end against the bottom of the blind hole (7), and from the other end against the cover (9). a return mechanism that returns the lever (3) from the rotation positions to the central position.

Описание работы устройства.Description of the device.

Механизм позволяет при повороте рычага (3) пальцем оператора подводит магнит (5), установленный в нем к месту расположения магниточувствительного элемента (10) на электронной плате (11), установленной внутри цельного герметичного корпуса(12). The mechanism allows, when the lever (3) is turned, the operator's finger brings the magnet (5) installed in it to the location of the magnetically sensitive element (10) on the electronic board (11) installed inside the one-piece sealed housing (12).

При воздействии магнита (5) на магниточувствительный элемент (10) последний осуществляет сигнальную коммутацию. Далее оператору достаточно отпустить рычаг (3) и установленная внутри него пружина (8) вернет его в центральное положение, отведя магнит (5) от магниточувствительного элемента (10), прекратив магнитное воздействие и завершив коммутацию.When the magnet (5) acts on the magnetically sensitive element (10), the latter performs signal switching. Further, the operator just needs to release the lever (3) and the spring (8) installed inside it will return it to the central position, moving the magnet (5) away from the magnetically sensitive element (10), stopping the magnetic effect and completing the commutation.

Коммутируемые контактные группы расположены в герметичном объеме корпуса и не имеют открытых не изолированных участков в месте коммутации контактов, что обеспечивает высокую надежность и безопасность электронного устройства. Применение постоянных магнитов не требует применения внешнего источника питания и для осуществления коммутации требуется лишь постоянное магнитное поле, без сложных механических конструкций системы.Switched contact groups are located in the sealed volume of the housing and do not have open non-insulated areas at the contact switching point, which ensures high reliability and safety of the electronic device. The use of permanent magnets does not require the use of an external power source, and only a constant magnetic field is required for switching, without complex mechanical structures of the system.

Claims

1. Magneto-mechanical non-contact isolated keyboard for controlling an electronic device, containing a base made of non-magnetic material with axes fixed on it, on which levers are installed with the possibility of rotation, equipped at the ends with permanent magnets, configured to interact with magnetically sensitive elements of the electronic device, while the levers are equipped with a return mechanism including a coil spring placed in a channel formed by holes made in the lever and axle.

2. Magneto-mechanical non-contact isolated keyboard for controlling an electronic device according to claim 1, characterized in that the base contains fixed stops that limit the deviation of the rotation of the levers.