一种大功率带锁旋转开关结构设计

张天源

(宜宾红星电子有限公司，四川宜宾, 644000)

1 前言

该带锁大功率型旋转开关，主要通过旋转钥匙带动接触件旋转实现电源的联通与断开两种状态间的切换功能。由于开关需要配备钥匙，因此广泛应用于需要保障电路安全的地方。这就要求对开关的防误动作即解锁机构和触点通断机构和跳步机构的设计进行研究，也就是对开关的解锁机构和触点通断机构和跳步机构进行合理设计。

2 产品研制

2.1 产品概述

本钥匙锁开关为功率型旋转开关，主要通过人为拨动实现电源的联通与断开两种状态间的切换功能。开关具备三组联动刀位切换、电缆接口以及用于完成状态切换的钥匙。本大功率带锁旋转开关主要由解锁结构、触点通断机构和跳步机构三大部分组成。

2.2 技术要求

2.2.1电路要求

额定工作电压为直流100V±10V，额定工作电流10A，旋转开关具有三组联动切换功能，共6个电气接触点。具备三组触点同时分别通过200ms、30A电流的短时过载能力(通过总电流200ms、90A)。

状态1接通关系为三组线路同时接通，状态2接通关系为三组线路同时断开断。

2.2.2动作要求

旋转开关是通过旋转中心轴来驱动开关的切换机构作绕轴线运动，从而实现状态1与状态2电路的切换功能。

旋转开关处于状态1时，钥匙不能自由转动，但可以自由插入、拔出；处于状态2时钥匙被锁定，既不能自由转动，也不能自由拔出。

2.3 解锁机构设计

本大功率带锁旋转开关解锁机构利用高低差的原理进行解锁。解锁机构结构图如图1所示：转轴与端盖外端面接触，当钥匙插如转轴并用力按下后，转轴解锁。此时转轴可以自由旋转，当旋转到一定位置后，转轴在底部弹簧作用力下向上弹起，与端盖卡口接触，转轴锁定。

为了保证密封性能，在转轴上开有密封槽，通过密封圈达到密封效果。同时，为了防止开关处于状态1时，钥匙脱落。在钥匙上设计一个R型槽，转轴上打一个小孔，将钢球压入其中，与钥匙上的R槽接触，防止钥匙脱落。

1.底座 2.弹簧 3.转轴 4.密封圈5.钥匙 6.压簧 7.钢球 8.端盖图1 解锁机构示意图

2.4 触点通断机构设计

触点通断机构结构如图2所示：机构主要由1接触件、2滚针、3压簧、4动片芯组成。接触件是电连接器件的核心，为了满足产品短时大电压和电流的要求，接触结构采用滚针式接触，零件采用银合金，表面镀金处理。

1.接触件 2.滚针 3.压簧 4.动片芯图2 触点通断机构示意图

图3 触点通断机构立体示意图

接触机构立体图如图3所示。当旋转动片芯时将带动滚针旋转。旋转到一定位置后，滚针与接触件接触，上下接触件导通。滚针后设计有弹簧，使其能有预压力，能更好的与接触件接触。当动片芯旋转到另一位置时，接触件断开。为了时旋转过程中能光滑过渡，在通和断两个位置之间设计有R型衬垫。

2.5 跳步机构设计

本大功率带锁旋转开关跳步机构采用传统的钢球加内齿形槽的结构，结构可靠，跳步清晰，有更好的操作感觉。

为了减小整体结构的体积，满足轻量化的设计要求，本结构将转换动作部分设计在动片芯上。使产品更紧凑，整体重量更小。具体结构如图4所示，该跳步机构整体结构由内齿定位套、动片芯、弹簧、钢球组成。

当动片芯旋转时，带动钢球一起旋转。钢球到达内齿定位套的下一齿形时，在弹簧的作用力下顺势滑入，完成跳步。

为了保证换位的准确性，在内齿套上设计有限位槽，动片芯上有卡齿。当动片芯旋转，换位完成时，卡齿到达限位槽底部，动片芯不在旋转。从而即保证了换位的准确，又保证了接触的可靠性。

1.内齿定位套 2.动片芯 3.压簧 4.钢球图4 跳步机构示意图

3 效果验证

通过生产产品进行实物验证，产品在额定工作电压直流100V±10V，额定工作电流10A的条件下，静态转换。满足技术要求，且跳步清晰，换位准确，接触可靠，操控性较好。

4 结论

通过对实际产品的电性能分析及实验验证，可以得出以下结论：在满足产品电性能及动作要求的同时，根据产品是实际使用情况，选择合适的结构进行设计保证。此外，还应尽可能的考虑产品重量，减小体积，以及后续的批量生产。本次的滚针式接触结构设计，较好的解决了产品要求接触电阻小的问题，经实际应用验证满足要求。通过本次开关设计，不仅为后续产品开发积累了宝贵经验，降低了生产成本。