SU555542A1

SU555542A1 - Contactless Keyboard Switch

Info

Publication number: SU555542A1
Application number: SU2186577A
Authority: SU
Inventors: Валерий Дмитриевич Гавритенков; Виктор Иванович Садовников; Иван Васильевич Ивкин; Евгений Константинович Горшков
Original assignee: Предприятие П/Я В-8543
Priority date: 1975-11-03
Filing date: 1975-11-03
Publication date: 1977-04-25

Description

(54) БЕСКОНТАКТНЫЙ КЛАВИШНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ(54) NON-CONTACT KEYBOARD SWITCH

1one

Изобретение предназначено дп использовани в электронно-вычислительной технике, автоматике и других област х техники, где требуетс высока надежность коммутации, взрьшобезопасность, отсутствие вибрацииThe invention is intended for use in electronic computing, automation and other areas of technology where switching reliability, safety, and vibration free are required.

контактов (дребезга ).contacts (bounce).

Известны конструкции бесконтактных переключателей , в которых датчиками вл ютс магниточувствительные полупроводниковые элементы, а воздействующим элементом - магнит. Эти датчики подключены к элек- тронным схемам, на выходе которых при изменении воздействующего магнитного пол на датчик возникает изменение напр жени или тока,т.е. происходит коммутаци напр - женин или тока.The design of contactless switches is known, in which the sensors are magnetically sensitive semiconductor elements and the acting element is a magnet. These sensors are connected to electronic circuits, at the output of which a change in voltage or current, i.e., when changing the acting magnetic field on the sensor. Switching occurs eg - marrying or current.

В известных конструкци х бесконтактных переключателей используетс наиболее эффек тивна магнитна система -кольцевой магнит с зазором.In the known designs of contactless switches, the most effective magnetic ring-gap magnet system is used.

Недостатком этих устройств вл етс наличие пружины возврата магнита и отсутствие быстродействи . Отсутствие быстродействи приводит к тому, что при выполнении простейпшго электронного ключа натра№The disadvantage of these devices is the presence of a magnet return spring and a lack of speed. The lack of speed leads to the fact that when you run a simple electronic key soda№

зисторе, вход которого подключен к магип точувствительному элементу, транзистор не может использоватьс в пределылзгх режимах по коммутируемому току и напр жению.In the case of a sensor whose input is connected to a mag-switch of the sensitive element, the transistor cannot be used in the limit switching mode and voltage.

Из известных бесконтактных перекиюча- телей наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс бескоитокт- ный переключатель, содержащий подвнж1п,й стержневой магнит, непосредственно св занный с клавишей, магнитопроводы, между ко .торьпи и размещен магниточувствительпый датчик , корпус, на котором разметены магни- топроводы,Of the known contactless switch-over switches, the closest to the technical essence of the present invention is an anti-spin switch containing a subdivided rod magnet directly connected to the key, the magnetic cores between the co-tor and the magnetically sensitive sensor, the housing on which the magnets are dispersed - toprovody,

i Переключатель работает следующим образом В одном из двух устойчивых положений магнита его полюса прит нуты к магнигоп))О воду, образу с ним замкнутую магнитную цепь. Магнитный поток п юходит, в основном через магниточувствительный элемент, нахо д шийс в этой цепи. При переводе ма -нита в другое устойчивое состо ние (этот переход совершаетс быстро - щелчком) образуетс друга замкнута магнитна депг., п к(торой может быть также размешен ar гмт точувствительный элемент. Однако в этом переключателе полюса магнита наход тс на неизменном рассто нии друг от друга , и, следовательно, дл создани замкнутой магнитной цепи длина магнитопровода должна быть по крайней ме- j ре соизмерима или больше рассто ни межцу полюсами магнита, что приводит к потеРе магнитной энергии в магнитопроводе, уменьшению магнитного потока в нем, увели чению габаритов магнитной системы. Цель изобретени - уменьшение габаритов переключател . Эта цель достигаетс тем, что в бесконтактном переключателе, содержащем корпус, магнит, магнитопроводы, между которыми расположен магниточувствительный элемент, клавишу, жестко св занную с магнитом, магнит выполнен в виде двух неполных полуколец , обращенных навстречу друг другу то) цами, вл ющимис полюсами противоположной пол рности, одно из полуколец неподвижно закреплено в корпусе и на одном из его торцов лежит торед другого полукольца, ра. мешенного с возможностью перемещени по нар окной поверхности втулки, расположенной в пространстве, образуемом внутренними поверхност ми полуколец, при этом свободный конец одного магнитопровода прилегает к участку, лежащему вблизи торца неподвиж- зо i The switch works as follows. In one of the two stable positions of the magnet, its poles are pulled to the magnigop)) O water, forming a closed magnetic circuit with it. The magnetic flux p goes mainly through the magnetically sensitive element located in this circuit. When converting a magnet to another stable state (this transition is accomplished quickly - by clicking), another closed magnetic depg. Is formed, nk (which can also be placed by ar gmt sensitive element. However, in this switch the magnet poles are at a constant distance from each other, and, consequently, to create a closed magnetic circuit, the length of the magnetic circuit must be at least commensurate or more than the distance between the poles of the magnet, which leads to a loss of magnetic energy in the magnetic circuit, reducing to increase the size of the magnetic system. The purpose of the invention is to reduce the size of the switch. This goal is achieved by having a key that is firmly connected to a magnet in a contactless switch that contains a housing, a magnet, magnetic conductors, between which there is a magnetically sensitive element. made in the form of two incomplete semicircles, facing towards each other this, which are the poles of opposite polarity, one of the semirings is fixedly fixed in the housing and the torus lies on one of its ends d other half rings, pa. of the hub, located in the space formed by the inner surfaces of the half-rings, while the free end of one magnetic core is adjacent to the section lying near the end of the fixed

ного магнита, а свободный конец другого магнитопровода - к участку вблизи противолежащего торцу неподвижного магнита торца подвижного магнита.the free end of the other magnetic conductor to the area near the opposite end of the stationary magnet of the end of the movable magnet.

На фиг. 1 показана конструкци описываемого бесконтактного клавишного переключател в одном из устойчивых положений , до переключени ; на фиг. 2 - конструкци бесконтактного клавишного переключа- тел в другом устойчивом положении, после 40 переключени ; на фиг. 3 - конструкци бесконтактного тумблера; на фиг. 4 - индукционное переключающее устройство. Бесконтактный клавишный переключатель содержит клавишу 1, жестко св занную с подвижным магнитом 2, выполненным в виде неполного полукольца, торцы которого противолежат торцам противоположной пол рности неподвижного магнита 3, выполненного так виде неполного полуколь- so ца. В пространстве, образуемом внутренними поверхност ми полуколец 2 и 3, размещена втулка 4, выполненна из немагнитного материала. Между направленными друг к другу концами магнитопроводов 5 и 6 рас- 55 положен магниточувствительный элемент 7, свободный конец магнитопровода 5 прилегает к участку, лежащему вблизи торца подвижного магнита 2, а свободный конец магнитопровода 6 прилегает к участку, ле- 60 FIG. Figure 1 shows the construction of the described proximity switch in one of the stable positions, prior to switching; in fig. 2 shows the design of a contactless keyboard switch in another stable position after 40 switches; in fig. 3 - contactless toggle switch design; in fig. 4 - induction switching device. The proximity key switch comprises a key 1 rigidly connected with a movable magnet 2, made in the form of an incomplete half ring, the ends of which are opposite to the ends of the opposite polarity of the stationary magnet 3, made so as an incomplete half ring. In the space formed by the inner surfaces of the half-rings 2 and 3, there is a sleeve 4, made of a non-magnetic material. The magnetically sensitive element 7 is located between the ends of the magnetic cores 5 and 6 directed towards each other, the free end of the magnetic circuit 5 lies adjacent to the section lying near the end of the movable magnet 2, and the free end of the magnetic circuit 6 lies adjacent to the section 60

сила трени поко подвижного магнита, относительно втулки клавиша и подвижный магнит придут в движение.the friction force of the rest of the moving magnet, relative to the hub, the key and the movable magnet will move.

С началом движени , с одной стороны, уменьшаетс сила трени и резко уменьшаетс сила прит жени между полюсами при отрыве их друг от друга, с другой стороны, увеличиваетс прит жение между другими полюсами, между которыми раньше был за- 45 жашему вблизи торца неподвижного магнита 3. Данна конструкци может быть использована дл создани бесконтактного тумбпера (см. фиг. З), а также дл создани бесконтактных индукционных переключателей (см. фиг. 4), где вместо магнитопроводов с магниточувствительным элементом используетс магнитопровод щий сердечник 8 с катушкой 9, Переключатель работает следующим образом . Пусть исходное состо ние бесконтактного клавишного переключател такое, как изображено на фиг. 1. Тогда магнитный поток, создаваемый магнитом , образованным двум неполными полу кольцами 2 и 3, с помощью магнитопроводов 5 и 6 подаетс к магниточувствитель- ному элементу (магниторезистору, датчику Холла, магнитодиоду и т.п.). В этом случае образована замкнута магнитна цепь, магнитный поток в которой максимальный. Если к клавише 1, жестко св занной с подвижным магнитом 2, приложить силу в направлении его свободного движени , то при достижении силы большей, чем сила прит жени между соприкасающимис полюсами подвижного и неподвижного магнитов, плюс зор. В результате подвижный магнит и клавища переход т в новое устойчивое положение очень быстро - щелчком. Это положение показано на фиг. 2. В этом случае замкнута магнитна цепь образована лишь частью магнита, наход щегос между свободными концами магнито- проводов 5 и 6. Учитыва , что величина зазора между свободными концами магнитопроводов много меньше общей длины магнита. образованного двум неполными полукольцами , магнитный поток, проход щий через маг ниточувствительный элемент 7, на фиг. 2 будет много меньше, чем в положении, показанном на фиг. Д. Изображенный на фиг. 3 бесконтактный тумблер на базе конструкции, показанной на фиг. 1 и 2, работает следующим образом . В одном из устойчивых положений, магнитный поток через один из магниточувствитепьиыл элементов максимальный, а через другой - минимальный.With the beginning of movement, on the one hand, the force of friction decreases and the force of attraction between the poles decreases when they are separated from each other, on the other hand, the attraction between the other poles, between which there was previously a hard magnet 3 This design can be used to create a contactless tumbler (see Fig. 3), as well as to create contactless induction switches (see Fig. 4), where instead of magnetic cores with a magnetically sensitive element a magnetic core is used s core 8 to the coil 9, switch operates as follows. Let the initial state of the proximity key switch be as shown in FIG. 1. Then the magnetic flux created by the magnet formed by two incomplete semi rings 2 and 3 is fed to the magnetically sensitive element (magnetoresistor, Hall sensor, magnet diode, etc.) by means of the magnetic cores 5 and 6. In this case, a closed magnetic circuit is formed, in which the magnetic flux is maximum. If the key 1, which is rigidly connected with the moving magnet 2, is applied in the direction of its free movement, then when a force is greater than the force of attraction between the contacting poles of the moving and stationary magnets, plus the sight. As a result, the movable magnet and the key switch to a new stable position very quickly - by clicking. This position is shown in FIG. 2. In this case, the closed magnetic circuit is formed only by a part of the magnet located between the free ends of the magnetic wires 5 and 6. Considering that the size of the gap between the free ends of the magnetic cores is much less than the total length of the magnet. formed by two incomplete semirings, the magnetic flux passing through the magnetosensitive element 7, in fig. 2 will be much smaller than in the position shown in FIG. D. Pictured in FIG. 3 A contactless toggle switch based on the structure shown in FIG. 1 and 2, works as follows. In one of the stable positions, the magnetic flux through one of the magnetically sensitive elements is maximal, and through the other - the minimum.

При переключении магнитный поток в магниточувствительных элементах измен етс с минимального на максимальны и, и наоборот На фиг. 4 показано применение данной конструкции дл создани бесконтактных индукционных переключателей, где вместо магнитопроводов с магниточувствительным элементом используетс магннтопрс од ший серде ник 8 с катушкой 9.When switching, the magnetic flux in the magnetically sensitive elements changes from minimum to maximum and vice versa. FIG. Figure 4 shows the use of this design for creating contactless induction switches, where instead of the magnetic cores with a magnetically sensitive element, one magnetic core 8 with a coil 9 is used.

Как известно,наведенна в каждом витке катушки ЭДС, равнаd4 /dfc , Чем быстрей происходит изменение магнитнохю потока, тем больше ЭДС.As is known, the EMF coil induced in each turn is equal to d4 / dfc. The faster the change in magnetic flux occurs, the greater the emf.

Как уже сказано ранее, описываема конструкци имеет релейную характеристику переключени , т.е. при приложении силы, меньшей , чем необходимо дл срабатывани , клавиша не перемещаетс , а при силе, превышаюшей порог срабатывани , происходит быстрое переключение и, следовательно, быстрое изменение магнитного потока. Полученное напр жение с катушки может быть подано на ключевую схему, выполненную на тран- .зисторах, тиристорах и т.п.As mentioned earlier, the described structure has a relay switching characteristic, i.e. when a force smaller than that required for actuation is applied, the key does not move, and when the force exceeds the response threshold, there is a fast switch and, therefore, a rapid change in the magnetic flux. The resulting voltage from the coil can be applied to a key circuit made on transistors, thyristors, etc.

Описываема конструкци , облада высоким быстродействием и малыми габаритами, обусловленными эффективным использованием магнитной энергии посто нных магнитов , может быть легко совместима с простейшими схемами электронных ключей, не требующих их усложнени триггерами, туннельными диодами и другими элементами, реализующими электронным способом быстродействие переклю чателей. Отсутствие пружины возврата увеличивает надежность и долговечность.The described design, with high speed and small dimensions, due to the effective use of the magnetic energy of permanent magnets, can be easily compatible with the simplest electronic key circuits that do not require their complication with triggers, tunnel diodes and other elements that realize the speed of the switches. The absence of a return spring increases reliability and durability.

Claims

Invention Formula

A contactless key switch comprising a cortus, a magnet, magnetic cores between which at least one magnetically sensitive element is located, a key rigidly connected to a magnet, characterized in that in order to reduce the dimensions of the switch, the magnet is made in the form of two incomplete half-rings facing towards each other with ends that are the poles of opposite polarity, one of the half-rings is fixedly fixed in the housing and on one of its ends lies an end face a semicircle, which is stirred to move along the outer surface of the sleeve, located in the space formed by the inner surfaces of the semiring, with the free end of one magnetic conductor adjacent to the stationary magnetic section near its end, and the free end of the other magnetic conductor to the section near the opposite end of the stationary magnet the end of the rolling magnet.