双稳态开关装置

技术领域

本发明涉及开关技术领域，具体地，涉及一种双稳态开关装置。

背景技术

开关是指一个可以使电路开路、使电流中断或使其流到其他电路的电子元件。最常见的开关是让人操作的机电设备，其中，接点的“闭合”(closed)表示电子接点导通，允许电流流过；开关的“开路”表示电子接点不导通形成开路，不允许电流流过。

目前市场上所使用的开关大多采用人工操作的按钮实现开关操作，操作效率低，不适用于日益进步的自动化生产。另外，市场上出现了通过信号控制的开关往往存在反复使用中容易造成部件疲劳而容易损坏，并且大部分产品结构复杂，且在打开和关闭时往往不能稳定在某一状态，影响正常使用。

如专利文献CN206370362U开了一种插拔式开关的设计包括1个插拔开关座和1个插销，插拔开关座又包括1个底座(1)，1个压圈(3)和4个铜金属片(2)。插拔开关座上的4个铜金属片的任意两个构成1个开关，可构成2个开关，2个开关互为备份。当插销插入插拔开关座孔内，开关导通；当插销拔出插拔开关座，开关断开，但该设计比较原始，需要人工操作，开关操作效率低。

再例如专利文献CN206076077U公开了一种自动转换开关的传动机构，包括安装支架、曲柄连杆机构，所述曲柄连杆机构包括曲柄、曲柄转轴、连杆，曲柄转轴安装于所述安装支架上，所述曲柄套设于曲柄转轴上并可绕曲柄转轴转动，曲柄的一端与连杆的一端铰接，曲柄上垂直安装有与自动转换开关的动触头机械耦合的传动轴；所述曲柄由两个平行套设于曲柄转轴上并可绕曲柄转轴转动的转动片构成，两个转动片之间固定连接，在两个转动片之间的曲柄转轴上套设有垫圈，在曲柄转轴上曲柄的两侧分别设置有用于限制曲柄在曲柄转轴上轴向移动的限位套管，但该设计所用部件多，结构复杂。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双稳态开关装置。

根据本发明提供的一种双稳态开关装置，包括第一磁体、静触头、动触头、开关壳体以及第一电磁线圈；

所述第一磁体、静触头、动触头、第一电磁线圈均安装在所述开关壳体上；

当对第一电磁线圈通入正向电流或负向电流时，所述第一磁体能够驱使所述动触头在第一位置和第二位置之间运动且当所述第一电磁线圈断电后由于开关壳体上所具有的弹性体组件和/或由于开关壳体上所具有的铁磁组件所述动触头能够停止在第一位置或第二位置；

其中，所述动触头在第一位置时，所述动触头与静触头接触，所述动触头在第二位置时，所述动触头与静触头不接触。

优选地，所述弹性体组件包括第一弹性体、第一支撑件以及第二支撑件，其中，所述第一弹性体的两端分别与第一支撑件、第二支撑件连接；

当所述动触头在第一位置时，所述第一弹性体的中部朝向静触头的一面形成第一凸面并在所述第一凸面凸出的方向对所述动触头形成弹性支撑；

当所述动触头在第二位置时，所述第一弹性体背向所述静触头的一面形成第二凸面并在所述第二凸面凸出的方向对所述动触头形成弹性支撑。

优选地，还包括轭铁结构件，所述轭铁结构件沿所述第一磁体的周向布置且所述第一电磁线圈安装在所述轭铁结构件上，其中，所述第一支撑件安装在轭铁结构件或开关壳体上，所述第二支撑件安装在轭铁结构件或开关壳体上。

优选地，所述轭铁结构件沿周向设置有第二电磁线圈。

优选地，沿所述第一磁体运动方向上，所述第一磁体与所述开关壳体之间设置有第二弹性体。

优选地，所述第一磁体为沿所述第一磁体运动方向上依次间隔布置的多块永磁体。

优选地，所述铁磁组件包括第一磁性体，所述第一磁性体沿所述第一磁体的周向布置或偏离所述第一磁体的轴心方向布置。

优选地，所述铁磁组件还包括第二铁磁件，当所述动触头在第一位置或第二位置时，所述第一磁性体与第二铁磁件磁性吸引。

优选地，所述第一电磁线圈沿所述第一磁体的周向布置，或者

所述第一磁体中设置有第一容纳空间，所述第一电磁线圈设置在第一容纳空间中。

优选地，所述动触头安装在所述开关壳体内部所具有的轭铁结构件的内部或外部。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过设置电磁线圈产生磁场进而产生驱使第一磁体在第一位置与第二位置运动的驱动力且通过设置弹性体组件和/或铁磁组件能够使动触头稳定停止在第一位置或第二位置进而实现了开关装置稳定的处于连通状态或断开状态，实现了双稳定状态的开关结构，且部件少，结构简单，易于实现。

2、本发明中能够采用铁磁组件实现双稳态的开关效果，不受开关次数的限制可反复开关，不会因部件的疲劳而出现开关失效的情形，增加了设备的使用寿命。

3、本发明中的第一磁体的一端或两端分别设置有弹性缓冲件，一方面能够使动触头与静触头接触时存在弹性缓冲，减小撞击力，另一方面能够使动触头的运动行程设计在一个范围内实现动触头与静触头的接触，降低了产品的加工精度，降低了产品制作成本。

4、本发明能够通过多种结构实现开关的双稳态的效果，能够适用于多种场合，增加了设备的实用性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为实施例2中动触头和静触头接触时的结构示意图；

图2为实施例2中动触头和静触头不接触时的结构示意图；

图3为实施例3中动触头和静触头接触时的结构示意图；

图4为实施例3中动触头和静触头不接触时的结构示意图；

图5为实施例4的结构示意图；

图6为实施例5的结构示意图；

图7为实施例6的结构示意图；

图8为实施例7中动触头和静触头接触时的结构示意图；

图9为实施例7中动触头和静触头不接触时的结构示意图；

图10为实施例8的结构示意图；

图11为实施例9的结构示意图；

图12为实施例10的结构示意图；

图13为实施例11中动触头和静触头接触时的结构示意图；

图14为实施例11中动触头和静触头不接触时的结构示意图；

图15为实施例12中动触头和静触头接触时的结构示意图；

图16为实施例12中动触头和静触头不接触时的结构示意图；

图17为实施例13中动触头和静触头接触时的结构示意图；

图18为实施例13中动触头和静触头不接触时的结构示意图；

图19为实施例14中动触头和静触头接触时的结构示意图；

图20为实施例14中动触头和静触头不接触时的结构示意图；

图21为实施例15中动触头和静触头不接触时的结构示意图；

图22为实施例15中动触头和静触头接触时的结构示意图；

图23为实施例16中动触头和静触头不接触时的结构示意图；

图24为实施例16中动触头和静触头接触时的结构示意图。图中示出：

第一磁体1 第二铁磁件14

静触头2 第一绝缘件15

动触头3 第二绝缘件16

开关壳体4 第一导线17

第一电磁线圈5 第二导线18

第一弹性体6 磁体支撑架19

第一支撑件7 驱动连接杆20

第二支撑件8 导引套21

轭铁结构件9 第三弹性体22

第二电磁线圈10 第一导引杆23

第二弹性体11 滑动通孔24

第一磁性体12 导引组件25

弹性缓冲件13 第二导引杆26

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

本发明提供了一种双稳态开关装置，包括第一磁体1、静触头2、动触头3以及开关壳体4，所述第一磁体1、静触头2、动触头3均安装在所述开关壳体4上，所述开关壳体4优选采用绝缘材料制作，第一磁体1优选采用永磁体，静触头2、动触头3均优选采用导电材料制作，所述第一磁体1的周向设置有第一电磁线圈5，当对第一电磁线圈5通入正向电流或负向电流时产生磁场，在磁场磁力的作用下所述第一磁体1运动且所述第一磁体1能够驱使所述动触头3在第一位置和第二位置之间运动，当所述第一电磁线圈5断电后由于开关壳体4上所具有的弹性体组件和/或由于开关壳体4上所具有的铁磁组件所述动触头3能够停止在第一位置或第二位置；其中，所述动触头3在第一位置时，所述动触头3与静触头2接触，所述动触头3在第二位置时，所述动触头3与静触头2不接触，通过控制动触头3在第一位置和第二位置之间运动能够实现开关装置的连通与断开，通过本发明中的弹性体组件和/或铁磁组件能够使动触头3稳定停止在第一位置或第二位置进而使开关装置能够稳定的处于连通状态或断开状态。

具体地，所述弹性体组件优选采用包括第一弹性体6、第一支撑件7以及第二支撑件8，其中，所述第一弹性体6的两端分别与第一支撑件7、第二支撑件8连接，第一支撑件7、第二支撑件8均优选为弹性结构，当所述动触头3在第一位置时，所述第一弹性体6的中部朝向静触头2的一面形成第一凸面并在所述第一凸面凸出的方向对所述动触头3形成弹性支撑，使动触头3在第一弹性体6的支撑下稳定的处于与静触头2连通的状态；当第一电磁线圈5通入反向电流时，所述第一弹性体6在磁力的作用下运动进而使背向所述静触头2的一面形成第二凸面并在所述第二凸面凸出的方向对所述动触头3形成弹性支撑，其中，在所述动触头3从第一位置向第二位置运动的过程中，第一支撑件7、第二支撑件8在第一弹性体6的驱使下发生微小形变并在第一弹性体6到达第二位置后回复到初始位置并共同对第一弹性体6的两侧形成支撑力，第一弹性体6采用导电材料，可以采用薄板状结构、条状结构等，例如圆片等。

进一步地，本发明中还包括轭铁结构件9，轭铁结构件9优选采用硅钢片制作，所述轭铁结构件9的横截面优选为两个对称布置的C形结构，所述轭铁结构件9沿所述第一磁体1的周向布置且所述第一电磁线圈5优选安装在所述轭铁结构件9上，所述轭铁结构件9能够有效降低第一电磁线圈5的磁时效，其中，所述第一支撑件7安装在轭铁结构件9或开关壳体4上，所述第二支撑件8安装在轭铁结构件9或开关壳体4上。

具体地，所述第一磁体1的一端或两端分别设置有弹性缓冲件13，一方面能够使动触头3与静触头2接触时存在弹性缓冲，减小撞击力，另一方面能够使动触头3与静触头2接触时动触头3的运动行程可在控制在一个范围内，降低了产品的加工精度，降低产品制作成本。

具体地，所述铁磁组件包括第一磁性体12，所述第一磁性体12沿所述第一磁体1的周向布置或偏离所述第一磁体1的轴心方向布置，使第一磁体1带动动触头3都能够通过第一磁性体12运动并停止在第一位置或第二位置，在实际的产品设计时，所述动触头3既可以安装在所述开关壳体4内部所具有的轭铁结构件9的内部，也可以安装在轭铁结构件9的外部，具体应根据产品实际的应用场景灵活设计。

实施例2：

本实施例为实施例1的一个优选例。

本实施例中，如图1、图2所示，所述弹性体组件包括第一弹性体6、第一支撑件7以及第二支撑件8，所述动触头3安装在所述轭铁结构件9的外部，第一弹性体6采用金属圆片，其中，第一支撑件7、第二支撑件8分别通过第一绝缘件15、第二绝缘件16安装在轭铁结构件9的两端，当所述动触头3在第一位置时，所述第一弹性体6的中部朝向静触头2的一面形成第一凸面并在所述第一凸面凸出的方向对所述动触头3形成弹性支撑，使动触头3与静触头2稳定接触；当所述动触头3从第一位置向第二位置运动时，第一磁体1在第一电磁线圈5电磁场磁力驱使下带动所述第一弹性体6从图1运动到图2中的位置，即背向所述静触头2的一面形成第二凸面并在所述第二凸面凸出的方向对所述动触头3形成弹性支撑，使动触头3能够稳定停止在第二位置，进而形成连通、断开两种状态下的双稳态结构。

进一步地，本实施例中，所述轭铁结构件9沿周向设置有第二电磁线圈10，第二电磁线圈10的设置能够增强第一磁体1周围的磁场，能够有效增加第一磁体1在第一位置和第二位置之间运动的驱动力。

具体地，如图1所示，在第一磁体1与动触头3之间还设置有弹性缓冲件13，弹性缓冲件13采用弹性橡胶，能够实现动触头3与静触头2接触时的缓冲，开关操作更加稳定。

实施例3：

本实施例为实施例1的一个变化例。

本实施例中，所述动触头3安装在所述轭铁结构件9的外部，在实施例2的基础上，所述第一磁体1与所述开关壳体4之间设置增加第二弹性体11，所述第二弹性体11优选采用弹簧，如图3所示，动触头3与静触头2接触，第一导线17与第二导线18连通，此时弹簧被拉伸而存在回复的弹力；当给第一电磁线圈5通电驱使第一磁体1压缩弹簧时，克服弹簧的弹力进而带动动触头3与静触头2断开使第一磁体1到达第二位置，此时，在第一弹性体6朝向第一磁体1凸起形成第二凸面对第一磁体1形成稳定支撑到达如图4所示的位置。

实施例4：

本实施例为实施例1的另一个变化例。

本实施例中，如图5所示，在实施例2的基础上省略第一弹性体6并增加铁磁组件，所述铁磁组件包括第一磁性体12，第一磁性体12优选采用铁磁材料，所述第一磁性体12偏离所述第一磁体1的轴心方向布置，第一磁性体12连接所述第一磁体1并与第一磁体1同步运动，第一磁性体12由于磁性传导而产生磁力，当动触头3运动到第一位置或第二位置时，第一磁性体12磁性吸引轭铁结构件9进而使动触头3稳定停止在第一位置或第二位置，实现双稳态的效果。

实施例5：

本实施例为实施例1的又一个变化例。

本实施例中，在实施例4的基础上将第一磁体1进行重新设计，所述第一磁体1为沿所述第一磁体1运动方向上依次间隔布置的多块永磁体，如图6所示，其中，多块永磁体依次间隔安装在磁体支撑架19上，通过将第一磁体1设置为依次间隔布置的多块永磁体使第一磁体1的磁力大大增强，有利于第一电磁线圈5通电后增加对第一磁体1的驱动力。

实施例6：

本实施例为实施例1的又一个变化例。

本实施例中，将实施例5中的轭铁结构件9省略，如图7所示，所述铁磁组件还包括第二铁磁件14，所述第二铁磁件14优选采用永磁体，在所述动触头3在第一位置或第二位置时，所述第一磁性体12与第二铁磁件14磁性吸引，也能够实现本发明中的双稳态的效果。

实施例7：

本实施例为实施例1的另一个优选例。

本实施例中，第一磁体1通过驱动连接杆20连接所述动触头3，轭铁结构件9上设置有第一连接通孔且第一连接通孔内设置有导引套21，所述驱动连接杆20的一端与动触头3固连，所述驱动连接杆20的另一端穿过所述导引套21并延伸到所述轭铁结构件9的内部并穿过第一磁体1后继续延伸到轭铁结构件9上的第二连接通孔中，其中，第一连接通孔、第二连接通孔起到导向的作用，能够使第一磁体1在运动时沿驱动连接杆20的轴向方向运动，其中，图8、图9分别为动触头3运动到第一位置、第二位置的情形，使动触头3也能够实现本发明的效果。

实施例8：

本实施例为实施例1的又一个变化例。

本实施例在实施例7的基础上进行变化设计，驱动连接杆20通过第三弹性体22连接所述动触头3，具体地，如图10所示，所述第三弹性体22优选采用弹簧，所述动触头3的内部设置有与外部相连通的第二容纳空间，所述第三弹性体22安装在第二容纳空间中且所述第三弹性体22的一端连接所述动触头3，第三弹性体22的另一端连接所述驱动连接杆20，在驱动连接杆20带动所述动触头3与静触头2相接触时通过第三弹性体22能够进行缓冲，同时能够减低第一磁体1运动行程的设计精度，降低产品的生产成本。

实施例9：

本实施例为实施例1的又一个变化例。

本实施例中，如图11所示，基于与实施例4中相同的原理也能够实现本发明的效果。

实施例10：

本实施例为实施例1的又一个变化例。

本实施例中，所述动触头3安装在所述轭铁结构件9上，如图12所示，第一弹性体6包括第一弹性条以及第二弹性条，其中第一弹性条的一端连接第一磁体1，第一弹性条的另一端连接第一支撑件7，第二弹性条的一端连接第一磁体1，第二弹性条的另一端连接第二支撑件8，轭铁结构件9上安装有第一导引杆23并延伸到轭铁结构件9内部第一磁体1上的滑动通孔24中，第一导引杆23启动引导第一磁体1沿轴向运动的作用，当第一磁体1在第一位置和第二位置运动时在第一弹性条以及第二弹性条的共同作用下也能够实现本发明中的双稳态的效果。

实施例11：

本实施例为实施例1的又一个变化例。

本实施例将实施例10中的第一导引杆23省略，如图13、图14所示分别为第一磁体1在第一位置、第二位置时的结构示意图，仅仅依靠第一弹性条、第二弹性条的共同作用既能实现第一磁体1运动方向的导引，又能够实现本发明中的双稳态的效果。

实施例12：

本实施例为实施例1的又一个变化例。

本实施例中将实施例11中的弹性体组件省略并设置铁磁组件，所述铁磁组件采用第一磁性体12，所述第一磁性体12采用铁磁材料制作，第一磁体1的周向设置有导引组件25，所述导引组件25上设置有引导所述第一磁体1运动的通道，使所述第一磁体1沿轴向方向运动，其中图15为第一磁体1运动到第一位置，图16为第一磁体1运动到第二位置，通过第一磁性体12与第一磁体1的磁性吸引力实现本发明中的双稳态的效果。

实施例13：

本实施例为实施例1的又一个变化例。

本实施例中省略轭铁结构件9，第一磁性体12的数量采用两个，且分别设置在第一磁铁1的两端，所述第一磁性体12采用永磁体或铁磁体，如图17、18中的动触头3分别在第一位置、第二位置，通过在第一电磁线圈5中设置能够允许第一磁体1运动的空间能够使第一磁体1带动动触头3在第一位置和第二位置之间运动，并在第一磁体1的两个运动位置的端点位置分别设置两个极性相反的永磁体也能够实现本发明中的双稳态的效果。

实施例14：

本实施例为实施例1的又一个变化例。

本实施例中将实施例13中的动触头3、静触头2进行变化设计，如图19、图20所示，也能够实现本发明中的双稳态的效果。

实施例15：

本实施例为实施例1的又一个变化例。

本实施例中，将实施例13中的动触头3、静触头2进行变化设计，如图21、图22所示，也能够实现本发明中的双稳态的效果。

实施例16：

本实施例为实施例1的又一个变化例。

本实施例中，所述第一磁体1的数量为2个，所述第一磁体1采用永磁体，两个第一磁体1布置在第一电磁线圈5的两侧且两个第一磁体1沿轴向方向布置有第二导引杆26，所述第一电磁线圈5固定安装在开关壳体4上，如图23、图24所示，两个永磁体的极性相反布置，当第一电磁线圈5通入正向电流或负向电流时，第一电磁线圈5磁性吸引或磁性排斥两个永磁体进而使第一磁体1带动动触头3在第一位置和第二位置之间运动，且在第一磁体1运动的两个位置均设置有第一磁性体12，第一磁性体12采用永磁体或铁磁体并能够使第一磁体1运动到两个位置时都能产生磁性吸引而使第一磁体1处于稳定状态，进而也能够实现本发明中的双稳态的效果。

以实施例2为例，本发明的工作原理如下：

如图1、图2所示，当对第一电磁线圈5通入正向电流产生磁场进而驱使所述第一磁体1带动动触头3运动到第一位置，所述第一弹性体6的中部朝向静触头2的一面形成第一凸面并在第一支撑件7、第二支撑件8的支撑下所述第一凸面凸出的方向对所述动触头3形成弹性支撑，使动触头3稳定在第一位置并与静触头2稳定接触；当对第一电磁线圈5通入负向电流产生相反的磁场进而驱使所述第一磁体1带动动触头3从第一位置运动到第二位置，即从图1运动到图2中的位置，即第一弹性体6背向所述静触头2的一面形成第二凸面并在第一支撑件7、第二支撑件8的支撑下所述第二凸面凸出的方向对所述动触头3形成弹性支撑，使动触头3能够稳定停止在第二位置，进而使开关装置形成连通、断开两种状态下的双稳态结构。

以实施例4为例，本发明的工作原理如下：

如图5所示，当对第一电磁线圈5通入正向电流产生磁场进而驱使所述第一磁体1带动动触头3运动到第一位置，由于第一磁体1磁性传导到第一磁性体12上进而使第一磁性体12产生磁性，第一磁性体12与轭铁结构件9磁性吸引进而产生第一磁体1运动的磁性阻尼而使动触头3稳定在第一位置并与静触头2稳定接触；当对第一电磁线圈5通入负向电流产生相反的磁场进而驱使所述第一磁体1带动动触头3从第一位置运动到第二位置，此时第一磁性体12由于磁性传导所产生的磁性与轭铁结构件9磁性吸引进而产生第一磁体1运动的磁性阻尼而使动触头3稳定停止在第二位置，进而使开关装置形成连通、断开两种状态下的双稳态结构。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。