一种全密封电磁屏蔽插销旋转开关的设计思路分析

罗博 杨太荣 胡云亮

摘 要：旋转开关又称为“波段开关”，在电子仪器和通信设备中起电路和信号转换或选择作用。随着电子信息技术的快速发展，元件的全密封及电磁屏蔽功能成为必不可少的要素。现提供一种全金属密封、电磁屏蔽、多刀位插销式旋转开关的结构设计思路，为元件的多功能化結构设计和材料选择拓展了方向。

关键词：全密封;电磁屏蔽;旋转开关

0    引言

电子信息技术的快速发展及现代电子设备的功能集成化趋势，使得元件的使用环境变得复杂化，需要去适应新的电磁屏蔽、全密封、抗振动冲击等各类环境要求。如何在元件结构本身上来实现新环境要求功能，满足用户现在及未来对元件的特殊需求，对元件的材料选择、结构设计提出了更大的挑战。下面以一种全密封电磁屏蔽插销式旋转开关（LW-2WD6D）的结构设计、材料选择为例，介绍其设计思路，为该类旋转开关设计提供了参考。

1    结构设计

开关外形为长方体，其外形图如图1所示，内部结构图如图2所示。外壳腔体内部装配绝缘座，对开关电接触部分与外壳实现绝缘处理;使用铆钉将转子组件（导电块经塑压成型）与转轴铆接固定，装配在绝缘座腔体内部;通过模具将6组接触片对塑压成型（基座组件）固定，装配在绝缘座上方，同时封闭绝缘座腔体，使用螺钉及销钉固定;最后再通过螺钉将引线盖固定。转轴与外壳间装配橡胶圈，引线盖与外壳间、绝缘座与外壳间使用环氧树脂胶密封固定。

开关总体结构分为3个部分，分别为接触机构、转换机构、安装防护机构，3个机构通过转轴同心连接。其工作原理为：在开关的插销孔上插上工作插销，转轮受到推力的作用，克服扭簧阻力绕轴心作90°旋转，并带动转轴和转子组作同步运动，促使导电块与接触片脱开和接通，实现电路通断功能。当拔出工作插销后，转轮在扭簧力的作用下产生复位运动，促使导电块复位，实现电路选择功能。

开关内部为6组接触片，转轮带动导电块作90°旋转运动，其电路接通、断开为6组接触片的接通断开。调整导电块的位置关系，可实现不同组接触片通断关系。本开关初始时两组接触片导通，四组断开;拔出插销后两组断开，四组接通。同时，可根据实际使用情况删减接触片组数，改变电路组数。

开关结构特点为：外壳、引线盖均采用金属材料，导线焊接处通过引线盖封闭，同时集束引出，避免焊脚外漏，提高了开关的电磁屏蔽功能;运动摩擦处均使用橡胶圈密封，外部装配间隙处均填充环氧树脂胶，实现开关全密封功能;同时，在金属外壳四周打孔作为开关安装孔，保证开关的安装强度。

2    参数设计

开关的电接触由导电块和接触片实现。开关的接触电阻是接触可靠性的重要指标之一，根据宾德（Binder）导出公式：

R=ρ/2α

式中，R为接触电阻（Ω）;ρ为材料的导电率;α为圆形接触面的半径（m）。

接触面是由接触点间的接触压力P的大小及接触点材料的机械性能来决定的，根据赫兹（Herts）导出公式：

α=

式中，P为接触压力（N）;H为材料硬度;π为常数，取3.14。

影响接触电阻的主要因素有材料的导电率、弹性模量和硬度、接触压力，另外，接触电阻和材料的抗电弧能力、耐熔焊能力、耐磨能力和耐腐蚀能力、材料表面状态如有无薄膜和灰尘等均有很大的关系。

接触电阻与接触压力的关系如图3所示，接触电阻与接触压力成反比关系。随着接触压力的增大，接触电阻减小。在0～0.2 N接触电阻急剧减小，变化率较大，大于0.2 N后接触电阻随着接触压力增大接近线性关系逐渐减小。

开关接触电阻≤0.01 Ω，同时考虑换向力的大小、寿命次数、随机振动的要求和制造误差，接触压力取0.7 N以上较为合理。

3    材料选择

（1）外壳、引线盖选用铝合金材料，具有良好的电磁屏蔽功能，同时具有很强的抗振动冲击性能。转轴、转轮、扭簧为开关的转换机构，需要具有良好的机械强度，同时满足严酷环境指标要求，所以选用不锈钢材料。

（2）导电块为载流零件，需要良好的电导率，材料选用铜板，表面镀镍金处理。接触片作为载流零件，同时为弹性零件，需要选用导电性好、弹性好、抗疲劳材料，最终选用铍青铜带，表面镀镍金处理。

（3）绝缘座为绝缘隔绝零件，需要良好的绝缘性能、耐高低温性能，最终选用聚醚砜PES，该材料具有耐高温、绝缘性能良好等特点。

4    结语

本文阐述了一种全密封电磁屏蔽插销式旋转开关的设计思路，从结构上和材料选用上实现了元件的全密封、电磁屏蔽功能，对未来元件的设计有一定的参考价值。

[参考文献]

[1] 周茂祥.低压电器设计手册[M].北京：机械工业出版社，1992.

[2] 电子元器件专业技术培训教材编写组.接插件工艺学[M].北京：电子工业出版社，1985.

收稿日期：2020-03-27

作者简介：罗博（1992—），男，贵州安顺人，助理工程师，主要从事旋转开关、钮子开关的设计与开发工作。