一种自回中波段开关结构设计思路分析

杨太荣 罗博 杨代发

摘要：波段开关是指通过旋转中心轴来驱动开关各机构绕轴线做圆周运动，实现多组电路转换的开关。这类波段开关只能实现跳步转换功能和单路电路转换接通功能，不具备自动复位回中、无切断递增同时接通的特点。现提供一种自回中波段开关的结构设计思路，为该元件结构设计和材料选择拓展了方向。

关键词：自回中波段开关;设计思路;无切断递增同时接通

0    引言

随着信息技术的不断发展，在现代电子设备功能集成化趋势下，元件的使用环境也变得复杂化和多元化。如何在元件结构本身上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。下面以一种自回中、无切断递增同时接通的波段开关结构设计、材料选择为例，介绍其设计思路，为该类波段开关设计提供了参考。

1    结构设计

开关设计结构自上而下三维立体布局，模块化组合设计，部件间通过长螺杆连接紧固为一体，采用螺母安装方式，增加轴套及面板密封功能，产品的电路引线采用水平回转布局设计，焊接式接线端。开关结构如图1所示，总体结构分为三个部分，分别为转换机构、复位机构和电路接触机构（开关单元）。转换机构设计为第一层，复位机构设计在第二层，电路接触机构设计在第三层，并形成开关单元。上述三个机构采用同心轴连接，实现开关同步驱动。开关电接触方式采用切入式结构，通过接触片的弹性变形实现触点对导通。

2    换向机构设计

换向机构主要由转轴、基座组、压簧、钢球、跳步凸轮等零件组成，如图2所示。开关的换向采用钢球、压簧式结构，工作原理是转轴在转换力矩的作用下开始带动跳步轮转动，从而使压簧开始压缩，钢球沿跳步轮内壁滑动，转换至b位置，压簧的压缩量达到最大值，此时转换力矩达到最大值，越过该位置后，压簧被释放，钢球跳转到下一位置，开关完成转换动作。

3    复位机构设计

复位机构为开关自回中功能的执行机构，主要由转轴、基座（甲）、垫片（乙）、扭簧座、扭簧、盖板组成，如图3所示。复位机构工作原理是采用转轴驱动复位机构中的“双脚型”扭簧，利用扭簧两端与基座凸台的限位产生平衡力矩及反方向力矩，实现开关自动回中的功能。当开关顺时针旋转时，扭簧座在转矩的驱动下顺时针转换30°，使得扭簧产生弹性变形，产生反向力矩，转矩释放后，开关在反向力矩的作用下自回中，完成复位回中功能。逆时针旋转时同理。

4    接触机构设计

接触机构为开关电路切换或电路控制的执行机构，是开关设计最为核心的部分。接触机构主要由层板、上定触片、动触片组件、动触片基座、基座（乙）、定触片基座组件等组成，如图4所示。接触机构工作原理是将V字形接触片和定触片压铆固定在定触片基座上，动触片采用新型扇形平面结构，动触片组件在转轴的带动下做同步运动，V字形接触片在动触片组件的挤压下产生弹性形变，从而产生弹力，为接触机构提供接触压力。动触片组件上端面的动触点与上定触片接触，转换过程中扇形动触片能同时接通多个接触片，实现开关无切断递增同时接通功能。接触机构为模块化设计，可根据使用要求进行层数叠加，满足不同环境的使用要求。

5    材料选择

（1）转轴、扭簧、扭簧座为开关的复位机构载荷零件，需要具有良好的机械强度、弹性强度，同时满足严酷环境指标要求。所以，转轴选用不锈钢材料，扭簧选用不锈弹簧钢絲材料，扭簧座选用铜棒材料。

（2）导电件为开关接触结构的载流零件，需要良好的电导率和可焊性。通过综合分析，导电件材料选用铜带，表面镀镍金处理。

（3）接触片为开关接触结构弹性零件，需具备良好的弹性能力、载流能力、抗疲劳能力。通过综合分析，接触片材料选用铍青铜带，表面镀镍金处理。

（4）基座为绝缘隔绝零件，需要良好的绝缘性能、耐高低温性能。通过综合分析，基座材料选用聚醚砜，该材料具有耐高温、绝缘性能好等特点。

6    结语

本文阐述了一种自回中无切断递增同时接通的波段开关结构设计思路，从结构上和材料选用上进行分析，实现元件自回中、电路无切断递增同时接通功能，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] 周鹤良.电气工程师手册[M].北京：中国电力出版社，2008.

[3] 束德林.工程材料力学性能[M].2版.北京：机械工业出版社，2011.

收稿日期：2020-04-15

作者简介：杨太荣（1990—），男，贵州平塘人，助理工程师，主要从事旋转开关的设计与开发工作。