专利名称:步进式组合开关的制作方法
本实用新型涉及一种能够按要求逐个操动众多触点的控制开关。
在电气工程中，经常用到接触器或继电器来控制电力负载。众所周知，接触器或继电器尽管它们可以带1－8个常开或常闭触点，但都是当其线圈一带电，衔铁带动所有的触点动作，一失电，又在衔铁弹簧的作用下返回。在控制多路(二路以上)不是需要同时，而是需要按指令要求逐个动作的电路时，不得不使用与需控制的电路回数相同个数的继电器或接触器，这样，随着所用器件增多，使得控制装置体积增大，接线复杂，能量损失(线圈能耗)增大，造价增高。
本实用新型的目的，是提供一种新的电气开关，它可以代有若干个触点，而这些触点，可单个，也可几个一组的依次按指令逐个动作，在需集中控制的电路回数很多，且又需逐个加以控制的场所，用它代替由多个接触器、继电器组成的电动开关组，可以降低控制装置造价。
本开关的任务是由行走电磁机构、安装在滑轨上的棘条及安装在棘条上的压头、触点盒组三大部分共同来完成。
行走电磁机构有左、右对称的两套，当其中的一套之线圈带电后，其衔铁在克服了衔铁弹簧反力的电磁力作用下绕轴转动，衔铁在转动中，其头部的棘头碰到棘条的一个齿钉，从而使棘条沿滑轨向某一方向滑动直到衔铁到位后，棘条才停止滑动。
棘条在滑行中，带动压头同时运动，压头在运动中触及了触点盒组中的某些触点盒之触点的操动部位，使这些触点动作，并自保持。
当该带电线圈失电后，衔铁受弹簧作用返回过程中，其头部棘头又会反方向碰到棘条上后续的一个齿钉上，由于这时棘头能够绕其轴转动从而得以越过阻挡，不会影响衔铁返回。棘头越过阻挡后，即在回位弹簧作用下回位。
如该电磁铁线圈再带电一次，将再使触点盒组中某些触点动作并自保持。失电后衔铁回位。
当另一电磁机构线圈带电后，工作原理及过程与上述相同，只不过棘条运行方向相反，操动的触点盒之触点状态也相反。
本开关的特点是，只要较少的(两套)电磁机构便可逐个的操动若干触点，而且触点一旦接通或断开，线圈失电后仍能保持，因而，用它代替多个继电器制作的多路负载控制装置，具有接线简单、可靠、造价低廉，节省电能之优点。而且开关本身原理简单，制造工艺、技术不复杂，生产容易。
本开关的具体结构由以下的实施例及附图给出。
图1是步进式组合开关的一种具体结构图。
图2是图1沿A－A线的剖面图。
图3是图1沿B－B线的剖面图。
图4是图1的压头结构图。
图5是图1沿c－c线的剖面图，也就是触点之常闭触点在断开位置时触点盒的结构图。
图6是图1沿D－D线的剖面图，也就是触点盒之常闭触点在接通位置时的触点盒结构图。
图7是图6沿Ⅰ－Ⅰ线的剖面图。
图8是去掉了杠杆锁扣的触点盒动触头杠杆头部断面图。
图9是步进式组合开关电路图。
图10是棘条固定，电磁机构行走的步进式组合开关结构图。
图11是图10沿A－A线的剖面图。
图12是图10沿B－B线的剖面图。
图13是用电磁机构代替压头的步进式组合开关结构图。
图14是图13给出的开关的压头电磁铁之电路图。
图15是用于水轮机进水量调节的步进式开关结构图。
图16是图15沿Ⅰ－Ⅰ线的剖面图。
图17是图15沿Ⅱ－Ⅱ线的剖面图。
图18是用小滚轮组代替滑轨的结构图。
图19是图18沿A－A线的剖面图。
图20是图19沿B－B线的剖面图。
实施例1
图1、2、3、4、5、6、7给出了本实用新型的一种具体结构方案。
由线圈(1)、导磁性能良好的铁芯(2)、衔铁(3)组成的两套拍合式电磁机构对称安装在基板(32)上。衔铁绕轴(11)转动，其转动角度由铁芯及挡板(12)限制，在线圈断电释放时，靠弹簧(10)之拉力回位。电磁机构通过支架(33)固定在基板(32)上。
在衔铁的端部设制了2块夹板(8)，棘头(5)便安装在两夹板之间的端部，棘头可以绕轴(7)转动，但其转动范围受挡钉(6)限制，并受弹簧(9)作用，可自动回位。当电磁机构用交流驱动时，设置短路环(4)。棘头及夹板用1－2mm钢片制成。棘条(15)同压头(27)装成一体，安装在滑轨(16)、(19)上，下滑轨(16)通过支架(31)固定在基板上，上滑轨(19)通过支架(20)及触点盒端盖(24)固定在基板上。棘条上设若干齿钉(14)，这些齿钉将承受棘头作用的力，并将此力传递给压头去操动触点盒。各齿钉之间的间距B相等。在滑轨上还设置了螺钉(18)、弹簧(29)，钢球(30)，它们与棘条上的园孔(17)一块对棘条起定位作用。棘条及齿钉最好用金属材料制作。滑轨及压头可用金属材料，也可用硬质的、耐磨的非金属材料制作。
触点盒由盒体(25)、动触头(37)、静触头(26)、动触头杠杆(28)、动触头杠杆锁扣(21)等部件组成，动触头杠杆及杠杆锁扣通过轴(36)及(34)安装在盒体内。弹簧(35)为触头杠杆及杠杆锁扣提供必须的拉力。参照图5、6，动触头杠杆头部被压头A压面压下后，锁扣在弹簧的拉力作用下扣住杠杆，即使压头离去触点仍不会接通，而当压头之B压面将杠杆锁扣的端部压下使杠杆脱扣后，杠杆即在弹簧(35)的作用下使触头迅速接通。考虑到将用若干个结构相同的触点盒组合在一起构成触点盒组，故触点盒只有一侧设侧板，这样有利于装配及检修。
若干个触点盒排在一起，并在两端各加一个端盖(24)及端板(22)，上部用连板(23)连接成一体，下部直接固定在基板上。触点盒体及动触头杠杆应用硬质具有一定强度的绝缘材料制作，杠杆锁扣(21)，连板(23)端板(22)可用金属材料或非金属硬质材料制作，端盖(24)可用触点盒体代用。触点盒的厚度A应与齿钉的齿距B配合，这里要求A＝B。开关各部件均用螺钉连接、固定，有些板金件之间可用点焊连接。为了使开关能正常工作，电磁机构、棘条及触点盒之间的一些尺寸及位置在制作时应注意保证。
1)、两电磁机构之间的位置，以两衔铁同时被吸合，并且棘头的工作面(推动齿钉的平面)受到与工作压力相当的力时，两工作面之间的距离应等于W×B＋q，式中、W为正整数，q为一个齿钉的直径，B为齿钉间距。
2)、棘条上的定位孔(17)应与齿钉对正，数量与齿钉数相等。
3)、电磁机构与棘条之间的位置，以两电磁机构之衔铁每受电磁力作用一次便能推动棘条行一个齿距，且每次终止位置均是由定位机构所定位置，并且应保证左、右行到头，能操动所有的触点盒。
4)、当定位钢球对正定位孔时，压头的A压面或B压面正好在某一个触点盒所属的厚度范围内。
下面结合附图对本开关的工作原理予以说明。为了说明方便，特规定图中棘条齿钉及触点盒的编号从左向右数编号递增。
设左侧电磁铁线圈不带电，压头A面处于(K＋1)号触点盒位置，这时，(K＋1)号触点盒之触头断开。右侧电磁铁线圈(1)带电后，衔铁(3)被吸合，衔铁(3)在转动过程中，端部的棘头(5)碰到棘条(15)的一个齿钉(设该齿钉为棘条上的第(n)号齿钉)上，从而使棘条左行一个齿距，即行一个步长。棘条左行，压头(27)也左行一步。压头在运行中，其B压面迅速将第(K＋1)号触点盒之杠杆锁扣(21)头部压下，继而(K＋1)号触点盒之动触点杠杆(28)脱扣，在弹簧(35)的作用下(K＋1)号触点迅速接通。这时A压面行到了第(K)号触点盒位置，对(K＋1)号触点盒之杠杆不起作用。图1右侧电磁铁衔铁为线圈带电运行终止后的位置。在电磁铁之线圈(1)失电后，衔铁(3)在弹簧(10)的作用下返回，在回程中当棘头行到第(n＋1)号齿钉处时将受到该齿钉的阻挡，但是由于棘头(5)能绕轴(7)反时针转动，所以棘头(5)得以越过(n＋1)号齿钉而不会影响衔铁回到由限位挡板(12)限定的位置。棘头(5)越过(n＋1)号齿钉后，在弹簧(9)的作用下也将自动回到限位挡钉(6)限定的位置，为下一次动作作好了准备。
如果右侧电磁铁之线圈(1)再带电一次，压头将再左行一步，第K号触点将被接通，并自保持。
右侧电磁铁线圈(1)每带电一次，触点盒组中将有一个触点盒之触点被依次接通，并自保持。
再来看，设右侧电磁铁线圈已失电，右衔铁运行到由限位挡板(12)限定的位置，且压头之A面在(K)号触点盒位置。(K＋1)号触点处于接通状态。左电磁铁线圈带电，其衔铁将被吸合，衔铁在转动中，其端部的棘头碰到棘条(15)的(n－9)号齿钉上带动棘条(15)右行一步，同时压头(27)也右行一步。压头右行过程中，A压面迅速将(K＋1)号触点盒之动触头杠杆(28)之头部迅速压下，使动触点(37)与静触点(26)分离，该触点断开。杠杆(28)被压后，由于该步运行终了，压头之B压面行到(K＋2)触点盒位置处，对(K＋1)号触点盒之杠杆锁扣(21)不起作用，所以(K＋1)号触点盒之动触头杠杆被杠杆锁扣(21)锁住。这样即无论压头(27)之A压面在(K＋1)号触头位置与否，(K＋1)号触点均不会接通，左侧电磁铁失电后，衔铁在弹簧的作用下返回，回程中，棘头将受到(n－10)号齿钉阻挡，但由于棘头可绕其轴顺时针转动而越过(n－10)号齿钉，并在弹簧的作用下自动回位，故左侧电磁铁的回位不成问题。如果左电磁铁再带电一次，第(K＋2)号触点盒之触点将被断开并自保持。
左电磁铁每带电一次，触点盒组中将有一个触点盒之触点依次断开并自保持。
定位钢球(30)及弹簧(29)与棘条上的定位孔(17)一起起到防止棘头返回时反向带动棘条运行以及防止棘条运行不准确的作用。动触头杠杆锁扣斜面及压头各斜面为20－40度。
图中给出了11个触点盒，触点盒的数量可以根据实际需要再增加或减少，棘条及滑道的长度也相应加长或缩短。电磁机构仍可保持不变。但是如果触头盒少于3个，使用本开关的意义就不大了。
实施例2实施例1给出的开关结构，当触点盒的数量在50－100个以上时，则开关结构长度及工作长度将增加到1－2米，可能给安装造成困难，这时可将本开关作成环形，以减少开关长度。按图1给出的电磁机构，棘条及滑轨，触点盒组三大部分的相对位置，环形结构有三种作法a)、沿开关中线(棘条中线即是)将开关两端向下弯曲连接成园环，将触点盒组放在环外圈，电磁机构放在环内圈。
b)、沿开关中心线，将开关向上弯曲连接成园环，将触点盒放在环内圈，电磁机构放在环外圈。
c)、沿开关中心线，将开关两端向纸内或纸外弯曲连接成园环。
在三种结构中，尺寸A、B为园环上的一段弧长由于它们所处的半径不同，在相等的园心角(即角A＝角B、角A、角B分别表示弧长A、B所对的园心角)时弧长A不等于弧长B，这时要求角A＝角B。
实施例3当触点盒数量少于50－100个时，将本开关作成环形将有一定困难，但此时可以将棘条固定在基板上，而将两电磁机构连接成整体后置于滑道上带动压头去操动触点，这样，直线型开关占用的空间长度将减少近一半。
参照图10、11、12，当右线圈(1)带电后，右衔铁(4)端部的棘头(3)碰到棘条(5)的齿钉(6)上，由于棘条固定在基板(26)上，所以电磁力的作用使电磁机构向右行一步，并同时带动压头(17)右行一步。当右线圈失电后，衔铁受弹簧(23)的作用带动棘头回到由限位挡板(24)限定的位置。棘头在返回过程中，当反向碰到后续齿钉时，将自动绕过后回位，为下次动作作好准备。
同理，当线圈(1)带电失电一次后，电磁机构及压头将左行一步。
在这里，支架(7)、(9)和滚轮(8)，滚轮轴(30)组成一个滚轮付，它被置于棘条上的滑槽内，以支承电磁机构的部分重量。支架(19)、滚轮(18)、(20)、滚轮轴(27)、(28)一起组成另外的二套滚轮机构，它们被置于轨道(12)、(16)内，电磁机构运行时，滚轮在轨道中滚动。
滑块(25)、螺钉(13)、弹簧(14)、钢球(15)与下轨道(16)上的定位孔一起，起到防止电磁机构运行不准确及棘头反向带动电磁机构运行的作用。
滚轮(8)与棘条滑槽之间的间隙应为0.5～1毫米。
实施例4实施例1、2、3给出的开关结构为每一个齿钉对应一个触点盒，即A＝B或角A＝角B，本开关还可作成一个齿钉对应s个触点盒，即B＝s×A或角B＝s×角A，s为不等于零的正整数。这时，压头的A、B压面按图4所示的长度L1和L2分别向左和右加长(s－1)×A。这样，电磁机构每带电一次，便可断合一组(s个)触点盒之触点。
实施例5由实施例1、2、3、4、给出的开关结构，每个触点盒只有一个触点，特规定它为常闭触点。在图5、6给出的动触点杠杆的常闭动触点背面再装一个动触点，在盒体上相应装一对静触点，特叫它常开触点，这样，每个触点盒中便既有常闭，也有常开触点，也可将单个触点盒作成三相式，以便使用中选择。
用实施例1、2、3、4、5给出的开关结构，可以作功率控制，电压调节、功率因数补偿装置的控制元件。用本开关作控制元件，有条件将负载分成若干个小单元，使调节装置具有很小的级差，使断续调节向无级调节迈进了一大步。
实施例6实施例1、2、3、4、5给出的开关结构均为在压头的一侧的所有触点均断开或接通。即处于同一种工况，另一侧的触点均与其相反。本开关可以作成压头所到之处的触点才接通或断开，其余的触点工况均与此相反。按选用的触点盒类型分，有三种作法a)、将开关结构中的杠杆锁扣(21)去掉，侧压头A压面所到之处的常闭触点被断开，常开触点闭合，其余触点盒之触点正好与此相反。这时，将杠杆斜面(图7给出的Ⅰ－Ⅰ剖面)改为图8所示剖面，压头仍可左、右运行操动触点杠杆(28)。B压面失去作用。
b)、将触点盒用微动开关代之。
c)、用按纽式开关代替触点盒。
用上述三种不能自锁的触点盒结构时，可以在棘条上多装几个压头，压头数量及相互之间的间距可以根据需要决定。
用本实施例给出的开关结构，可以很方便的产生旋转的或跳动的节日灯光。
实施例7由实施例1、2、3、4、5给出的开关结构，也可以去掉触点盒直接由压头处输出推(拉)力，作为一种电力机械使用，在某些要求不高的场合，达到代替步进电动机的目的。
用本实施例给出的结构去操动自耦调压器或变阻器的调节柄，便可构成相应的调节装置。
实施例8由实施例1、2、3、4、5、6给出的开关结构，触点的断、合顺序由触点盒的几何顺序给定。将这些实施例的压头用电磁机构代之，该电磁机构带电后才去操动触点，这样，触点盒组之触点便不一定必按其几何顺序动作，而是按指令要求的顺序动作。
参照图13、14，行走电磁机构(图中省去没画)带电后，棘条(14)可沿滑轨(15)滑行，棘条运行，带动安装在棘条上的另一套电磁机构(图中所示出的)运行，该电磁机构代替压头。
代替压头的电磁机构的线圈(1)(即Q1)及线圈(2)(Q2)的电连接如图14，两个线圈(1)正串后接控制信号。将控制信号经二级管D1～D4组成的单相整流桥整流后加在线圈(2)上。
当行走电磁机构带电运行终了，压头电磁机构运行到某个(组)触点盒位置，这时给压头电磁机构线圈Q1加上一个直流信号，设该信号为正时，在铁芯(5)中产生的磁通方向为顺时针方向，即上面的气隙处为N极下面的气隙处为s极。另一方面，信号经整流桥加在Q2上，设这时在衔铁(3)中产生的磁通为自由端为N极，(另一端为s极(这时各磁极极性如图13中标注)。由于磁性的同性相斥，异性相吸之特性，电磁力使衔铁(3)带动操动头(4)顺时针转动拔动触点盒下部的操动擘(7)使触点盒上面的触点断开，下面的触点接通。信号消失后，Q1、Q2失电，铁芯失磁，衔铁在弹簧(6)的作用下返回。
当加于压头电磁机构上的信号为负极时，Q1在铁芯(5)中产生的磁通与正信号时相反，但Q2在磁极(3)中产生的磁通方向与正信号时相同，这样，衔铁带动操动头(4)反时针转动拔动触点盒上部的操动擘(7)使触点盒上面的触点接通，下面的触点断开。信号消失后Q1、Q2失电。衔铁在弹簧的作用下返回。
为了防止衔铁在失电返回时由于惯性造成衔铁振动发生误动作，可在衔铁端部加装定位机构，其原理与棘条定位机构相似。
这里，触点盒使用了跷板开关结构。
实施例9实施例1、2、3、4、5、6、8给出的开关结构，均为触点盒与电操动，行走机构或棘条在同一基板上。本开关还有另外一种实施方案。
参照图15、16、17，转轴(10)可以是需控制的某些调节设备的调节轴。比如，水轮机调速轴。
现以水轮机调速为例说明本实施例的工作原理。
当检测系统检测到水轮机进水量偏小时，检测信号作用于行走电磁机构，使棘条(1)顺时针沿滑道运行，棘条运行后，带动压条(2)、(3)一块运行，从而压条(3)将触点盒(7)的操动头(4)压下，触点盒(7)的触点接通了电动机的正转启动电路，电动机带着轴(10)顺时针转动(设轴顺时针转为开机，反时针方向转为关机)，使水轮机加大进水量。直到触点盒随轴(10)转到压条(3)的低凹处，触点断开，电动机停转，调节停止。
反之，当需关机时，棘条反时针方向滑行，压条(2)将把触点盒(8)的操动头(5)压下，触点盒(8)的触点接通电动机的反转启动电路，电动机带动轴(10)反时针转动，使水轮机减小进水量，直到触点盒随轴(10)转到压条(2)的低凹处时，触点断开，调节停止。
这种调节方式的特点在于，可以将轴的全行程用齿钉分成若干等份(或不等份)，而用数字电路组成的检测及逻辑系统根据信号与给定值的偏差量决定棘条行走的步数，即可直接将数字输出转变为水轮机的进水量(模似信号)值。
触点盒(7)、(8)可选用实施例6给出的开关结构。
当某些水轮机没有转动的调速轴，仅有调速器推拉杆输出的直线位移信号时，可将棘条、滑道、压条作成直线型，利用推拉杆的直线位移达到控制目的。
当用齿钉将需调量分成(尽可能小的)若干等份后，仍达不到精度要求时，一个等份内的量值应用其它方式补充调节，否则该方案不能实施。
实施例10由实施例1、2、4、5、6、7、8、9给出的开关结构，棘条与滑道之间为滑动摩擦。为了减小摩擦力，以使电磁机构尺寸、重量减小，滑轨可用小滚轮组代之。参照图18、19、20，长条形槽形支架(3)上安装了滚轮(8)及滚轮轴(9)后，构成上下滑轨，滑块(7)、钢球(6)、弹簧(5)、螺钉(4)与棘条上的定位孔(10)起到防止棘条运行不准确及棘头反向带动棘条运行的作用。
权利要求
1.一种步进式组合开关，其特征是a)、在两套电磁机构的衔铁(3)上安装了棘头(5)，在电磁机构与触点盒组之间安装了棘条(15)、滑轨(16)、(19)及压头(27)，电磁机构之衔铁通过棘条及压头间接操动触点盒组，b)、触点盒由动触头杠杆(28)、杠杆锁扣(21)等组成，触点动作后能自保持，c)、压头(27)、杠杆(28)、锁扣(21)之斜面角度为20～40度，d)、棘条齿钉间距B与一个触点盒厚度A之间的关系为B=A，e)、触点盒个数可以增减，但不少于3个。
2.根据权利要求
1所述的开关装置，其特征是a)、触点盒个数在50～100个以下，b)、棘条固定在基板上，两套电磁机构连成一体后安装在滑轨上，压头安装在电磁机构上，c)、棘条的滑槽内安装有由支架(7)、(9)及滚轮(8)、滚轮轴(30)组成的滚轮组，该滚轮组固定在行走电磁机构上，d)、电磁机构上还有由支架(19)，滚轮(18)、(20)、轮轴(27)、(28)组成的另外两套行走机构，它们在滑轨(12)、(16)中滚动。
3.根据权利要求
1所述的开关装置，其特征是当触点盒个数在50～100个以上时，将开关作成环形结构，且角B＝角A。
4.根据权利要求
1、2、3所述的开关装置，其特征是a)B＝s×A或角B＝s×角A，式中，s为不等于零的正整数，b)、压头的A、B压面之长度分别加长(s－1)×A。
5.根据权利要求
1、2、3、4所述的开关装置，其特征是在动触点杠杆的常闭动触点的背面再装一个动触点，在盒体上相应装一对静触点。
6.根据权利要求
1、2、3、4、5所述的开关装置其特征是将动触点杠杆锁扣(21)去掉，并将杠杆头部改为双斜面，斜面角度为20～40度。
7.根据权利要求
1、2、3、4、5所述的开关装置，其特征是将触点盒组用微动开关或按纽式开关代之。
8.根据权利要求
6、7所述的开关装置，其特征是在棘条上装数个压头，压头的数量及间距根据需要决定。
9.根据权利要求
1、2、3所述的开关装置，其特征是去掉触点盒组，直接由压头处输出推(拉)力。
10.根据权利要求
1、2、3、4所述的开关装置，其特征是a)压头由用线圈(1)、(2)、铁芯(5)、衔铁(3)组成的电磁机构代之，b)、触点盒改为跷板开关结构。
11.根据权利要求
1、3所述的开关装置，其特征是a)、用压条(2)、(3)操动触点，b)、将触点盒安装在被调节对象的有转角或位移输出的部位，C)、触点盒为微动开关或行程开关。
12.根据权利要求
1、3、4、5、6、7、8、9、10、11所述的开关装置，其特征是用长条槽形支架(3)上安装了滚轮(8)及轴(9)代替了滑轨，减少了摩擦。
专利摘要
本实用新型提供了一种新型电气开关，本开关的特点在于利用拍合式电磁机构之衔铁推动滑轨上的棘条产生推(拉)力带动压头去操动装在棘条附近的触点，使其按一定的顺序、按指令要求逐个动作，而且，触点动作后可以自保持(或不保持)。在需集中的逐个控制一组数量较多的负载时，用本开关作控制元件，可使控制设备的体积、造价、能耗大大降低，且接线简单。去掉触点盒，可由压头处输出脉动的推(拉)力。
文档编号H01H36/00GK87209224SQ87209224
公开日1988年6月15日 申请日期1987年6月14日
发明者吴大平 申请人:吴大平导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan