一種大功率帶鎖旋轉開關結構設計

張天源

(宜賓紅星電子有限公司，四川宜賓, 644000)

1 前言

該帶鎖大功率型旋轉開關，主要通過旋轉鑰匙帶動接觸件旋轉實現電源的聯通與斷開兩種狀態間的切換功能。由于開關需要配備鑰匙，因此廣泛應用于需要保障電路安全的地方。這就要求對開關的防誤動作即解鎖機構和觸點通斷機構和跳步機構的設計進行研究，也就是對開關的解鎖機構和觸點通斷機構和跳步機構進行合理設計。

2 產品研制

2.1 產品概述

本鑰匙鎖開關為功率型旋轉開關，主要通過人為撥動實現電源的聯通與斷開兩種狀態間的切換功能。開關具備三組聯動刀位切換、電纜接口以及用于完成狀態切換的鑰匙。本大功率帶鎖旋轉開關主要由解鎖結構、觸點通斷機構和跳步機構三大部分組成。

2.2 技術要求

2.2.1電路要求

額定工作電壓為直流100V±10V，額定工作電流10A，旋轉開關具有三組聯動切換功能，共6個電氣接觸點。具備三組觸點同時分別通過200ms、30A電流的短時過載能力(通過總電流200ms、90A)。

狀態1接通關系為三組線路同時接通，狀態2接通關系為三組線路同時斷開斷。

2.2.2動作要求

旋轉開關是通過旋轉中心軸來驅動開關的切換機構作繞軸線運動，從而實現狀態1與狀態2電路的切換功能。

旋轉開關處于狀態1時，鑰匙不能自由轉動，但可以自由插入、拔出；處于狀態2時鑰匙被鎖定，既不能自由轉動，也不能自由拔出。

2.3 解鎖機構設計

本大功率帶鎖旋轉開關解鎖機構利用高低差的原理進行解鎖。解鎖機構結構圖如圖1所示：轉軸與端蓋外端面接觸，當鑰匙插如轉軸并用力按下后，轉軸解鎖。此時轉軸可以自由旋轉，當旋轉到一定位置后，轉軸在底部彈簧作用力下向上彈起，與端蓋卡口接觸，轉軸鎖定。

為了保證密封性能，在轉軸上開有密封槽，通過密封圈達到密封效果。同時，為了防止開關處于狀態1時，鑰匙脫落。在鑰匙上設計一個R型槽，轉軸上打一個小孔，將鋼球壓入其中，與鑰匙上的R槽接觸，防止鑰匙脫落。

1.底座 2.彈簧 3.轉軸 4.密封圈5.鑰匙 6.壓簧 7.鋼球 8.端蓋圖1 解鎖機構示意圖

2.4 觸點通斷機構設計

觸點通斷機構結構如圖2所示：機構主要由1接觸件、2滾針、3壓簧、4動片芯組成。接觸件是電連接器件的核心，為了滿足產品短時大電壓和電流的要求，接觸結構采用滾針式接觸，零件采用銀合金，表面鍍金處理。

1.接觸件 2.滾針 3.壓簧 4.動片芯圖2 觸點通斷機構示意圖

圖3 觸點通斷機構立體示意圖

接觸機構立體圖如圖3所示。當旋轉動片芯時將帶動滾針旋轉。旋轉到一定位置后，滾針與接觸件接觸，上下接觸件導通。滾針后設計有彈簧，使其能有預壓力，能更好的與接觸件接觸。當動片芯旋轉到另一位置時，接觸件斷開。為了時旋轉過程中能光滑過渡，在通和斷兩個位置之間設計有R型襯墊。

2.5 跳步機構設計

本大功率帶鎖旋轉開關跳步機構采用傳統的鋼球加內齒形槽的結構，結構可靠，跳步清晰，有更好的操作感覺。

為了減小整體結構的體積，滿足輕量化的設計要求，本結構將轉換動作部分設計在動片芯上。使產品更緊湊，整體重量更小。具體結構如圖4所示，該跳步機構整體結構由內齒定位套、動片芯、彈簧、鋼球組成。

當動片芯旋轉時，帶動鋼球一起旋轉。鋼球到達內齒定位套的下一齒形時，在彈簧的作用力下順勢滑入，完成跳步。

為了保證換位的準確性，在內齒套上設計有限位槽，動片芯上有卡齒。當動片芯旋轉，換位完成時，卡齒到達限位槽底部，動片芯不在旋轉。從而即保證了換位的準確，又保證了接觸的可靠性。

1.內齒定位套 2.動片芯 3.壓簧 4.鋼球圖4 跳步機構示意圖

3 效果驗證

通過生產產品進行實物驗證，產品在額定工作電壓直流100V±10V，額定工作電流10A的條件下，靜態轉換。滿足技術要求，且跳步清晰，換位準確，接觸可靠，操控性較好。

4 結論

通過對實際產品的電性能分析及實驗驗證，可以得出以下結論：在滿足產品電性能及動作要求的同時，根據產品是實際使用情況，選擇合適的結構進行設計保證。此外，還應盡可能的考慮產品重量，減小體積，以及后續的批量生產。本次的滾針式接觸結構設計，較好的解決了產品要求接觸電阻小的問題，經實際應用驗證滿足要求。通過本次開關設計，不僅為后續產品開發積累了寶貴經驗，降低了生產成本。