Коммутационное устройство в. и. яцкова

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 130276 (21) 2321313/24-0с присоединением заявки йо п 809427 С М,1 Н 67/00 рственныи коССС Р.лам изобретеи открытий ет(23) Приоритет Опубликов ий но 280 юллетеиь Йо 8н Изобретение относится к электромеханическим коммутационным устройствам и аппаратам со сложным движением нажимного органа, выборочно и избирательно взаимодействующего с исполнительными элементами, расположенными на неподвижном основании, и может быть использовано в системах автоматики, телемеханики и в телефонной связи, например для избирательного вызова телефонных аппаратов или для управления большим количеством мишенных электрических установок на общей двухпроводной линии связи. Известно коммутационное устройство, в котором нажимной элемент, совершающий сложное движение, взаи- модействует с исполнительными элементами выборочно путем подачи управляющих сигналов по нескольким каналам управления, содержащее следящее устройство, например, в виде платы с неподвижными и подвижными контактами, имеющими кинематическую связь с валом привода, механизм сцепления, приводом которого является якорь электромагнита, а также электропривод с выходным валом (1),Однако такое устройство нельзяиспользовать для выборочной и избирательной коммутации электрическихцепей путем подачи управляющих сигналов в электропривод нажимногооргана по двухпроводной, в том числе и по общей для нескольких такихустройств, линии связи,Цель изобретения - расшире иефункциональных возможностей,Поставленная цель достигаетсятем, что в коммутационном устройстве якорь электромагнита установленна выходном валу электропривода со 15 осно с нажимным элементом, имеетдве степени свободы относительнонего и связан через возвратную пружину с неподвижным основанием. Механизм сцепления содержит диск с 1 та 20 вами, выполненными на одинаковомрасстоянии друг от друга, равномшагу поворота выходного вала, на котором он закреплен, постоянный маг- нит, фиксатор в виде подпружиненного25 рычага, соединенного с якорем, икольцо с прорезью, которое закреплено иа неподвижном основании и свободно охватывает диск с плоскостиего вращения, при этом подпружинен 30 ный рычаг установлен с возможностьювведения его н паз диска через прорезь кольца, напротив которого установлен постоянный магнит. Кроме того, коммутационное устройство снабжено кодовым кольцом, штифтом ивтулкой, а нажимной элемент выполненв виде штока и закреплен на центральной части якоря, при этом втулкаустановлена на кодовом кольце, которое закреплено на электромагнитес воэможностью соосного вращениявокруг якоря, а штифт установлен свозможностью внедения его во втулку.На Фиг. 1 изображен один из вариантов исполнения предлагаемогоустройства, общий вид, без разрезаэлектропривода; на фиг. 2 - разрезА-А на фиг. 1, с двумя местными разрезами диска; на фиг. 3 - другойвариант исполнения устройства, общийвид, с местным разрезом электромагнита и без разреза электропринода;на Фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3;на Фиг. 5 - то же, что и на фиг,З,но якорь повернут на 180 о от исходного положения и удержниается силами включенного электромагнита, аштифт не совпадает со втулкой накодовом кольце, что препятствуетвключению исполнительных контактов;на фиг. 6 - функциональная электри-ческая схема управления несколькими коммутационными устройствамипо двухпроводной линии связи, поясняющая принцип избирательного подключения исполнительных механизмов;на фиг. 7 - то же, по трехпроноднойлинии связи; на фиг. 8 - то же,с использованием нескольких управляющих каналов,Коммутационное устройство состоит из контактной системы с выборочным (фиг. 1 и 2) и с избирательным (фиг, 3-5) включением исполнительных контактов 1 и 2, которые закреплены на основании 3 иприводятся во взаимодействие нажимным элементом 4. Нажимной элемент 4закреплен на якоре 5 электромагнитаб и может быть выполнен в видештока (фиг. 3 и 5) или в виде рычага на штоке (фиг. 1). Контакты 1и 2 образуют контактную группу. Количество контактных групп и контактов в группе в одном устройствеопределяется необходимостью илиобластью использования устройстваи может быть от одной группы (фиг,35) до нескольких десятков групп(Фиг, 1 и 2). При наличии несколькихгрупп исполнительных контактов 1и 2 они монтируются по окружностина одинаковом расстоянии друг отдруга, равном шагу поворота нажимного элемента 4 (фиг. 1 и 2).Якорь 5, выполненный цилиндрическим и круглым, расположен внутриэлектромагнита б солиноидного типаи установлен на ныходном валу 7 5 1 О 5 20 25 30 35 40 45 50 55 еО 65 электропривода 8 центрально к расположенным на основании контактам1 и 2, и имея две степени свободы,может перемещаться вдоль и нокругвала 7, осуществляя избирательноеили выборочное воздействие нажимным элементом 4 на контакты 1 и 2,Возвратная пружина 9 является общейкак для якоря, так и для нажимногоэлемента, поэтому якорь 5 связан нчерез пружину 9 с неподвижным основанием, т,е. один конец пружинысвязан с якорем, а другой конецс корпусом электромагнита. Это позволяет снимать и скручивать ноз-.вратную пружину только через якорь,который, являясь общим звеном какдля механизма сцепления, так и длянажимного элемента 4, одновременноуправляет нажимным элементом исцеплением во взаимосвязи с работойэлектромагнита б и электропривода 8.В зависимости от области применения устройства н качестве электропривода можно использовать, электродвигатель непрерывного действия средуктором, или шаговый двигательс механической связью между ротором(якорем) и выходным валом, Механизмсцепления предназначен для механического сцепления нажимного элемента 4 через якорь 5 с валом 7 электропривода 8 только н плоскости вращения при выведенном из электромагнита б якоре (Фиг. 1-4) и для ихрассцепления при втянутом в электромагнит якоре (фиг. 5) . При этомсцепление нажимного элемента 4 свалом 7 осуществляется в определенной (исходной) позиции нажимногоэлемента, из которой начинаетсявращение нажимного элемента 4 электроприводоМ 8 после обесточиванияэлектромагнита 6,Для выполнения этого назначениямеханизм сцепления имеет диск 10,который закреплен на валу 7 по периметру на одинаковом расстоянии другот друга, равном шагу понорота нала 7, пазы 11 под фиксатор, которыйвыполнен в виде рычага 12 на якоре5 с пружиной 13 и с осью 14 вращения, а в плоскости вращения диск 10свободно охвачен кольцом 15 с прорезью 16. Кольцо 15 закреплено на неподвижной части основания 3 так, чтов исходной позиции нажимного элемента 4 рычаг 12 находится в пазу11 диска 10 против прорези 16 кольца 15, где фиксируется от выходаиз паза действием постоянного магнита 17, причем пружина 13 деформируется силой взаимодействия постоянного магнита с ферромагнитным рычагом 12, Фиксацию рычага 12 в пазудиска можно осуществлять и без применения специального магнита 17,для чего достаточно иметь магнитныйдиск 10.40 Рычаг 12 может быть закрепленна якоре 5, без оси 14 и пружины 13.Для этого рычаг достаточно выполнить в виде пластинчатой пружины так, чтобы прогиб ее осуществлялся только в плоскости поворота рычага (на чертеже не по 5казано). Рычаг 12 на оси 14может вращаться либо в плоскости,параллельной плоскости диска (фиг.1и 2), либо в плоскости радиальнойдиску (Фиг. 3-5) . Для ограниченияповорота якоря 5 и фиксации его висходной позиции в прорези 16 кольца15 установлен упор 18, который можетбыть закреплен на основании 3 (фиг,3-5) либо на кольце 15 (фиг. 1 и 2), 15Упор 18 выполнен в виде дуги и является продолжением кольца, что способствует лучшему вводу рычага 12при взаимодействии его с магнитом17, При взаимодействии нажимного 20элемента 4 с исполнительными контактами 1 и 2 необходима его Фиксацияот увода закрученной возвратнойпружиной 9 при втянутом якоре 5 вэлектромагнит 6. С этой целью на 25якоре 5 закрепляют направляющийштифт 19, а на основании 3 (фиг,1 и 2) делают отверстия 20.С целью использования коммутационного устройства в избирательныхсистемах с общим управляющим каналом, где требуется осуществлятьизбирательное подключение лишь одного объекта с применением однойпары исполнительных контактов 1 и 2,отпадает необходимость в наличиибольшого числа контактов, В такомслучае пара исполнительных контак тов 1 и 2 может быть установленацентрально к нажимному элементу 4(фиг. 3-5), а избирательность ихвключения достигается наличиемкодового кольца 21, установленногосоосно якорю, например на корпусеэлектромагнита б, с возможностьюего вращения вокруг корпуса. Вэтом случае нажимной элемент 4 воздействует на исполнительные контакты 1 и 2 в зависимости от углаповорота кодового кольца 21 с закрепленной на нем втулкой 22,т.е. нажимной орган 4 избирательновоздействует на исполнительныеконтакты 1 и 2 и реагирует на перестановочный код кольца. Для установки необходимого кода (шифра)втулка 22 путем поворота кодового 55кольца 21 вокруг корпуса электромагнита б удаляется от штифта 19 наугол, равный числу шагов поворотавыходного вала 7 с диском 10, либона угол, который отрабатывается 60электроприводом 8 эа определенныйинтервал времени. После необходимого поворота кодового кольца 21(т,е. при установке шифра) она фиксируется от смещения, например, 5 с помощью винтов 23. Наличием кодового кольца 21 с втулкой достигается либо воэможность избирательного взаимодействия нажимного элемента 4 с контактами 1 и 2, либозапрет этого взаимодействия.Если штифт 19 после обработкиопределенного угла поворота электроприводом 8 совпадает с отверстиемвтулки 22, что возможно лишь вединственном случае, то взаимодействие нажимного элемента 4 с исполнительными контактами 1 и 2 обеспечивается при включении электромагнита б. Кодовое кольцо 21 снабженошкалой 24 с делениями 25 а на корпусе электромагнита 6 установленуказатель 26,В коммутационном устройстве,кроме избирательных исполнительныхконтактов 1 и 2, могут устанавливаться вспомогательные группы контактов. Количество таких групп зависит от области использованияустройства, В приведенном примере(фиг, 1) и на электрической схеме(Фиг. 8) показано, что каждая контактная группа имеет подвижный контакт 27, один неподвижный замыкающийконтакт 28 и неподвижный размыкающийконтакт 29.Устройство может иметь и другиеварианты исполнения, Например, в качестве вспомогательных контактовможно испольэовать магнитоуправляемые герконы (фиг. 8), а в качествеисполнительных элементов - кнопочныевыключатели, осуществляющие переключение исполнительных контактовс позиции на позицию путем механического воздействия нажимногоэлемента на кнопку выключателя.Для переключения герконов постоянный магнит можно закреплятьна якоре 5 по аналогии нажимногоэлемента (Фиг.1). На Фиг. 3-5 вспомогательные контакты не показаны,но они могут быть установлены накодовом кольце 21 с возможностьюперемещения их вместе со втулкой 22при установке шифра, Наличие вспомогательных контактов на кодовомкольце 21 или на основании 3 позволяет испольэовать устройство в качестве программного реле, реле счетаимпульсов и реле времени.Электрические схемы (фиг. 6-8) являются возможными вариантами схемуправления коммутационным устройствоми служат для иллюстрации избирательной и выборочной коммутации электрических цепей исполнительных механиз"мов.Общим управляющим каналам 30(фиг, б), образующим двухпроводнуюлинию связи, подключено несколькокоммутационных устройств (КУ). Всеэлектроприводы 8 подключены черездиоды 31, а все электромагниты б25 бО через диоды 32, К общим управляющимканалам подключают одно или несколько УправляющГх устройств (УУ). Дляизбирательного подключения к общимканалам 30 любого исполнительногомеханизма 33 управляющее устройство(УУ) можно подключать на любомучастке линии. Для взаимноизбирательной связи, например для взаимноизбирательного вызова телефонных аппаратов, необходимо в каждом пункте,где установлен коммутатор, иметьсвое управляющее устройство (УУ),Максимальное число подключаемыхисполнительных механизмов 33 ограничивается количеством шагов -диска 10за один оборот или числом пазов в 15дискв.Управляющим устройством в простейшем случае может быть телефонныйномеронабиратель с ключом 34, подключенный последовательно к источинку 35 питания через переключатель36, К управляющему каналу 30 можноподключать устройства по первому ивторому вариантам исполнения.Коммутационные устройства (КУ)подключены к трехпроводной линиисвязи (фиг, 7), где к одному управляющему каналу 30 подключены нсеэлектронриводы 8, а к другому каналу - все электромагниты б. Исполнительные механизмы 33 избирательноподключаются к общему каналу 30 свя-.зи через контакты 1 и 2, Использоваояа трехпроводной линии позволяетпримеййть управляющие сигналыкак постоянного, так и переменноготока.Электрическая схема (фйг, 8) коммутационного устройства представленас мнфеством управляющих каналовЗЖ, иоторые подключены к подвижным 4вспомогательным контактам 27 герконов (Г), Управляющие каналы переключаются переключателем Зб, Нажимной магнитный элемент 4 последовательно переключает вспомогательные контакты 27-29 и выборочнокоммутирует контакты 1 и 2 в зависимости от установки переключателяЗб. Устройство может работать какреле счета импульсов, реле времени или программное реле в зависимости от применяемого типа электро.привода и упранляющих сигналов.Дакная электрическая схема можетиайо 4 Ьэоваться в качестве устройствауйФаву 3 еяйя (Уу) дляисполнительных 55меьйЮунмов но трехпроводной линиисвязи (фиг. 7).В качестве примера работы коммутациовного устройства с электроприводом дискретного действия можноещолъзовать конкретную электрическую схему (фиг. 6), При подключенииустройства по фиг. 1 и 2 к управляюму каналу 30 к определенной групе контактов 1 и 2 подключают ис- д волнительные механизмы 33. КаждойГруппе контактов соотнетствуетсвой исполнительный механизм, причем вспомогательные группы контактов не используются, Г 1 ри использовании коммутационных устройств(фиг. 3-5) перед включением их вобщий канал 30 связи (фиг, 6) необходимо для каждого из них установить свой шифр. Лучше всего егоустановить в соотнетстнии с порядковым номером удаления исполнительных механизмов 33 от управляющегоустройства (УУ), Тогда н первомкоммутационном устройстве (КУ) кодовое кольцо 21 поворачивают вместес втулкой 22 вокруг электромагнитаб на одно деление 25 относительноуказателя 26, что будет соответствовать смещению втулки 22 относительно штифта 19 на один шаг поворота от исходной его позиции. Фиксатором 33 закрепляют кодовое кольцо 21.в этом положении.Во втором коммутационнсу устройстве (КУ) кодовое кольцо 21 поворачивают на дна деления и также фиксируют винтом 33. Втулка 22 н этомустройстве будет смещена относительно штифта 19 на дна шага и т.д. Таким образом, в и-ном устройстве кодовое кольцо 21 поворачивается так,что втулка 22 смещается от штифта19 на и шагов и каждому коммутационному устройству (КУ) задается свойшифр (код).Для включения и-ного исполнительного механизма 33 подают с помощьюключа 34 через переключатель 36и-ное число положительных импульсовпостоянного тока в общую линию связи (по каналу 38), которые черездиоды 31 поступают во нсе электроприводы 8,Электропривод 8 поворачивает наи шагов выходным валом 7 диск 10,который передает это вращение наякорь 5 через рычаг 12 и ось 14.Якорь 5 вместе со штифтом 19 поворачивается на и шагов и закручиваетпружину 9. После первого шага поворота диска 10 рычаг 12 отходитвнутри кольца 15 от прорези 16, отчего взаимодействие магнитных силрычага 12 и магнита 17 уменьшается.Рычаг 12 под действием пружины 13лишь поджимается к внутренней поверхности кольца 15 и не может выйти иэ зацепления (паза 11) диска 10.От посланных и импульсов якорь 5поворачиваетсятак, что штифт 19совпадает с втулкой 22 только в томустройстве (КУ), в котором она быласмещена кодовым кольцом 21 от исходного положения штифта 19 на ишагов.Для включения контактов 1 и 2переключателем Зб меняют полярностьисточника питания, т.е, подают нканал 30 сигнал отрицательной полярности, который поступает одновременно во нсе электромагниты б. Одновременно во всех коммутационных устройствах (КУ) якорь втягивается в электромагнит 6, пружина 9 сжимается, однако только в и-ном устройстве (КУ) штифт 19 совпадает с отверстием втулки 22, якорь 5 полностью тянется в электромагнит и нажимной элемент 4 замыкает контакты 1 и 2. В остальных коммутационных устройствах (.КУ) штифт 19 не совпадает с отверстием втулки 22 (фиг. 5) и при втягивании якоря 5 в электромагнит 6 штифт 19 упирается в плоскость кодового кольца 15 21, чем,ограничиваются смещения якоря и нажимного элемента 4 в сто, - рону контактов 1 и 2, отчего контакты не замкнуты.К источнику 35 питания избира тельно подключается только п-ный исполнительный механизм 33. Некоторое возвышение втулки 22 над плоскостью кодового кольца 21 устраняет случайное совмещение штифта 19 с 25 отверстием втулки, При всех случаях включения электромагнита б якорь 5 смещается вдоль вала 7 на такую величину, при которой рычаг 12 выходит из плоскости кольца и пружиной 13 переводится из внутренней области кольца во внешнюю область (фиг. 5). При обесточивании электромагнита 6 якорь (во всех устройствах КУ) под действием пружины 9 смещается сначала вдоль вала 7 до ныхода штифта 19 из втулки 22, а затем и вокруг вала 7 в исходную .,позицию вместе с нажимным элементом 4 и рычагом 12, который скользит по наружной части кольца и в области 40 прорези, где под действием сил постоянного магнита 17 вновь вводится в другой паз 11 диска 10, а контакт 1 и 2 размыкается. Если вместо контактов 1 и 2 устанавлива ются кнопочные выключатели, то при обесточивании электромагнита б его контакты остаются замкнутыми. Для их размыкания повторяют управление вышеописанным образом. На жимной элемент 4 вторично нажимает на кнопку выключателя и цепь исполнительных механизмов размыкается.В качестве примера использования устройства с электроприводом непрерывного действия можно использовать электрические схемы, приведенные на,фиг. 7 и 8.С помЬщью переключателя 36 (фиг.8) в один из управляющих каналов 30 подают электрический сигнал, ко- ф) торый через замкнутые контакты 27 и 29 поступает в электропривод 8. Электропривод поворачивает нажимной элемент 4 вокруг вала 7 до сближения его с контактом 27, через ко- д торый проходит управляющий сигнал к электроприводу. При сближении с контактом 27 механической или магнитной силой, если использованы герконы (Г), нажимной элемент переключает контакт 27 на контакт 28, отключая электропривод 8 и включаяэлектромагнит б. Якорь 5 вытягиваетсяв электромагнит, а штифт 19 входит в одно из отверстий 20 основания 3 и удерживает якорь от вращения пружиной 9, Рычаг 12 выходит из зацепления с диском и из плоскости кольца 15. Пружиной 13 рычаг 12 перебрасывается во внешнюю часть кольца, а нажимной элемент 4 выборочно нажимает на контакты 1 и 2. При снятии сигнала управления с выбранного канала 30 электромагнит обесточивается и якорь 5 вместе с установленными на нем элементами возвращается в исходное положение под дей-ствием пружины 9, после чего устройство вновь готово к работе.При использовании синхронного двигателя с редуктором для механического замедления вращения электро- привода (фиг. 3-5) для избирательной коммутации электрических цепей (фиг. 7) исполнительных механизмов 33 можно использовать кодовое кольцо 21 со втулкой 22 для установки шифра не по количеству импульсов, а по нремени. Так как синхронизация во всех коммутационных устройствах обеспечивается применением синхронных двигателей и началом отсчета времени при повороте якоря от исходного положения, то определенному углу поворота кодового кольца 21 вокург корпуса электромагнита 6 от начала отсчета соответствует строго определенное время работы электро- привода, при котором штифт 19 выводится электроприводом 8 против втулки 22.Таким образом, установив в различных КУ кодовое кольцо на необходимый угол, задают шифр по времени. При подаче управляющего сигнала н канал 30, к которому подключены синхронные электродвигатели всех коммутационных устройств, одновременно начинается их синхронное вращение вместе с.якорем 5. По истечении заданного времени с управляющего устройства (УУ) осуществляется переключение сигнала управления в другой канал 30, к которому подключены электромагниты 6. В том коммутационном устройстве, в котором по истечении заданного времени штифт 19 совпадает с отверстием нтулки 22, при включении электромагнита б происходит полное смещение якоря. вместе с нажимным элементом 4 вдоль вала 7 и осуществляется избирательное подключение контактами 1 и 2 нужного исполнительйого механизма 33 н задан"йое время, например, к источникупитания, который в приведенном примере является общим для всех устройств и подключен к тому же каналу30. Далее весь процесс .работы устройства повторяется,Предлагаемое коммутационное устройство мбжет использоваться какреле времени, реле счета импульсов,программное реле и избирательноекоммутационное устройство,Формула изобретения1, Коммутационное устройство, содержащее неподвижное основание с исполнительными элементами, нажимной элемент с возвратной пружиной, механизм сцепления, приводом которого является якорь электромагнита, и электропривод с выходным валом,о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, якорь электромагнита установлен на выходном валу электро- привода соосно с нажимным элементом, имеет две степени свободы относительно него и связан через возвратную пружину с неподвижным основанием.2. Коммутационное устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что механизм сцепления содержитдиск с пазами, выполненными на одинаковом расстоянии друг от друга,равном шагу поворота выходного вала,на котором он закреплен, постоянныймагнит, фиксатор в виде подпружиненного рычага, соединенного с якорем, и кольцо с прорезью, котороезакреплено на неподвижном основаниии свободно охватывает диск в плоскости его вращения, при этом подпружиненный рычаг установлен свозможностью введения его в паздиска через прорезь кольца, напротив которого установлен постоянныймагнит.3. Коммутационное устройствопо пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно снабжено кодовымкольцом, штифтом и втулкой, а нажимной элемент выполнен н виде2 О штока и закреплен на центральнойчасти якоря, при этом втулка установлена на кодовом кольце, котороезакреплено на электромагните с возможностью соосного вращения вокругякоря, а штифт установлен с возможностью введения его во втулку.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 481949, кл. Н 01 Н 63/О, 1972,809427 Е. Сафонова1 игунова оставител ехред С. Редактор М, Митровка орректор С. аказ 444/ 113 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная Тираж 795НИИПИ Государственного. компо делам иэобретений и о 35, Москва, ж, Раушская Подписноета СССРрытийаб., д, 4/