Патент на изобретение №2183039

(54) РЕЛЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для коммутации слаботочных электрических цепей. Техническим результатом является повышение надежности и минимальной наработки до 510⁶ циклов коммутаций слаботочных электрических цепей за счет обеспечения релейного переключения для герконов, ограниченных неравенством 0,3К_в0,9. Для герконов с 0,3К_в0,6 предлагается выбрать обмотку управления с неравномерной плотностью намотки по длине баллона геркона, при этом отношение напряженности магнитного поля над нормально разомкнутой парой к напряженности магнитного поля над нормально замкнутой парой должно быть не менее 1,5 для К_в=0,6 и не более 3 для К_в=0,3. Для герконов с 0,6К_в0,9 обмотка управления может быть выполнена в виде двух встречно намотанных секций, число витков которых через коэффициент возврата геркона находится из эмпирического соотношения 1-К_в= N₁/N₂, где К_в – коэффициент возврата геркона, N₁ – число витков в секции, расположенной между нормально замкнутой парой и торцом геркона с двумя выводами, N₂ – число витков в секции, расположенной над двумя контактными парами геркона. Оптимизация магнитной системы реле с помощью расположения у торцов геркона ферромагнитных вставок, электрически изолированных от выводов реле и наружных ферромагнитных экранов, имеющих локально расположенные над нормально замкнутой парой отверстия произвольной конфигурации, с площадью отверстия, равной площади квадрата со стороной, равной величине перекрытия контакт-деталей в области нормально замкнутой пары, позволяет расширить с 30 до 50А верхний предел магнитодвижущей силы срабатывания переключающих герконов с обеспечением релейности переключения и минимальной наработки до 510⁶ циклов коммутаций слаботочных электрических цепей. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах автоматики, вычислительной техники и в других областях техники в качестве коммутирующего элемента для переключения различных слаботочных цепей.

Известны реле на герконах, предназначенные для монтажа на печатной плате с помощью выводов, расположенных на боковых поверхностях корпуса реле [1].

Известны реле, основными элементами которых являются обмотка управления и помещенный в нее переключающий геркон, закрепленные на пластинчатых неферромагнитных выводах, выходящих из боковых поверхностей изолирующего корпуса. Выводы изогнуты под прямым углом к основанию корпуса, на верхней поверхности которого закреплен сплошной ферромагнитный экран, изготовленный из листового материала. Если обмотка реле подключена к интегральной микросхеме, то для защиты микросхемы от перенапряжений к выводам реле параллельно обмотке управления припаян диод перед герметизацией реле эпоксидным компаундом [2].

Недостатком такого реле является низкая надежность, обусловленная слабой релейностью переключения и повышенным дребезгом, уменьшающим износостойкость реле.

Для устранения этих недостатков предлагается следующее техническое решение.

Реле, содержащее переключающий геркон с разнесенными по оси баллона нормально разомкнутой и нормально замкнутой парами, обмотку управления и защитный диод, припаянные к соответствующим выводам внутри корпуса из эпоксидного компаунда, на верхней части которого установлен ферромагнитный экран, отличающийся тем, что обмотка управления имеет неоднородную по длине баллона геркона плотность намотки, причем отношение напряженности магнитного поля над нормально разомкнутой парой к напряженности магнитного поля над нормально замкнутой парой ограничено нижним пределом не менее 1,5 и верхним пределом не более 3 для герконов, имеющих коэффициент возврата от 0,6 до 0,3 соответственно или обмотка управления состоит из двух последовательно соединенных секций, намотанных встречно, причем секции частично перекрываются в области нормально замкнутой пары геркона, а число витков определяется из соотношения 1-K_в=N₁/N₂, где К_в – коэффициент возврата геркона, находящийся в пределах от 0,6 до 0,9, N₁ – число витков в секции, расположенной между нормально замкнутой парой и торцом геркона с двумя выводами, N₂ – число витков в секции, расположенной над двумя контактными парами геркона.

Кроме того, для оптимизации магнитной системы обмотки управления и увеличения чувствительности в реле между ферромагнитным экраном и торцами геркона расположены ферромагнитные вставки, электрически изолированные от экрана, обмотки управления и выводов геркона, а в ферромагнитном экране имеется отверстие произвольной формы, расположенное над нормально замкнутой парой геркона, причем площадь отверстия больше площади квадрата со стороной, равной величине перекрытия контакт-деталей в нормально замкнутой паре переключающего геркона, и, если реле содержит дополнительный ферромагнитный экран, расположенный на нижней поверхности корпуса, то точка пересечения осевой линии, проходящей через центры отверстий в экранах, с продольной осью геркона не выходит за пределы перекрытия нормально замкнутой пары переключающего геркона.

На фиг.1 изображено предлагаемое реле, общий вид; на фиг.2 и 3 представлены варианты конструкции обмотки управления, а на фиг.4 и 5 – предлагаемая модернизация магнитной системы реле.

Представленное на фиг.1 реле содержит переключающий геркон 1, помещенный в обмотку управления 2, концы которой припаяны к выводам 3. Выводы геркона 1 приварены к соответствующим выводам 4. Геркон 1, обмотка управления 2 и выводы реле 3 и 4 загерметизированы в корпусе 5 из эпоксидного компаунда. Для улучшения характеристик магнитной системы реле по краям обмотки управления 2 залиты ферромагнитные вставки 6, обращенные к наружному ферромагнитному экрану 7, закрепленному на верхней части корпуса 5.

На фиг.2 представлена компоновка геркона 1, обмотки управления 2 и диода 8 на каркасе 9, частью которого являются выводы реле 3 и 4 перед герметизацией эпоксидным компаундом. Обмотка управления 2 имеет неоднородную плотность намотки, обеспечивая необходимое для надежной работы реле распределение напряженности магнитного поля Н, приведенное к местам расположения нормально разомкнутой и нормально замкнутой пар переключающего геркона 1. Отношение максимального значения напряженности магнитного поля Н к величине поля в центре нормально замкнутой пары, обеспечивающее релейное переключение, находится в пределах от 1,5 до 3 раз соответственно для герконов с коэффициентом возврата от 0,6 до 0,3 для оптимального и пониженного контактного нажатия в нормально замкнутой паре геркона 1.

На фиг.3 представлена модернизированная обмотка управления 2, состоящая из двух секций, из которых обмотка 10 с меньшим числом витков N₁ намотана встречно относительно обмотки 11 с большим числом витков N₂, обеспечивая соответствующее распределение напряженности магнитного поля Н вдоль продольной оси геркона 1 с повышенным контактным нажатием в нормально замкнутой паре и коэффициентом возврата от 0,6 до 0,9.

На фиг. 4 представлена конструкция наружного ферромагнитного экрана 7, улучшающего распределение магнитного потока в области нормально разомкнутой пары за счет локально расположенного над нормально замкнутой парой отверстия 12 произвольной формы с площадью отверстия, равной или больше площади квадрата, со стороной, равной величине перекрытия контакт-деталей в нормально замкнутой паре переключающего геркона 1.

На фиг.5 представлена конструкция реле с дополнительным нижним ферромагнитным экраном 13 с отверстием 12, расположенным так, что точка пересечения осевой линии, проходящей через центры отверстий 12 в экранах 7 и 13 с продольной осью геркона 1, не выходит за пределы перекрытия нормально замкнутой пары переключающего геркона 1.

Предлагаемые варианты реле обеспечивают надежную работу при использовании переключающих герконов, отличающихся по коэффициенту возврата в пределах от 0,3 до 0,9. Величина контактного нажатия в нормально замкнутой паре переключающего геркона является определяющей причиной, вызывающий разброс герконов по коэффициенту возврата. При оптимальном нажатии коэффициент возврата находится в пределах 0,5-0,7, при повышенном нажатии 0,9-0,7, при пониженном нажатии 0,5-0,3.

Использование в реле односекционной обмотки управления с неоднородной плотностью намотки по баллону геркона расширяет с 0,5 до 0,3 нижний предел коэффициента возврата герконов, пригодных для монтажа в реле. Измерение распределения напряженности магнитного поля в обмотке управления осуществлялось с помощью датчика Холла. По результатам испытаний опытных образцов реле эмпирически установлено оптимальное соотношение напряженности магнитного поля над нормально разомкнутой парой к величине напряженности магнитного поля над нормально замкнутой парой в пределах от 1,5 для герконов с коэффициентом возврата 0,6-0,55 до 3 для герконов с коэффициентом возврата 0,35-0,3.

Релейное переключение и надежная работа реле свыше 510⁶ циклов коммутаций в слаботочных электрических цепях обеспечивается при использовании переключающих герконов, имеющих коэффициент возврата в пределах от 0,6 до 0,3.

Использование секционированной обмотки управления со встречной намоткой позволило поднять верхний предел допустимого значения коэффициента возврата с 0,7 до 0,9 для герконов с повышенным нажатием в нормально замкнутой паре. Между коэффициентом возврата, ограниченного неравенством 0,6<К_в<0,9, и числом витков в секционированной обмотке управления установлено следующее эмпирическое соотношение: 1-K_в=N₁/N₂, где К_в – коэффициент возврата переключающего геркона, определяемый отношением магнитодвижущей силы размыкания замкнутой нормально разомкнутой пары геркона к магнитодвижущей силе замыкания нормально разомкнутой пары; ₁ – число витков в секции, расположенной над нормально замкнутой парой до торца геркона с двумя выводами; N₂ – число витков в секции, расположенной над обеими контактными парами геркона.

Модернизация существующей конструкции реле с помощью оптимизации магнитной системы за счет размещения у торцов геркона ферромагнитных вставок и использования ферромагнитных экранов с отверстиями, расположенными локально над нормально замкнутой парой геркона, позволяет использовать менее чувствительные герконы и существенно повысить надежность работы реле.

Источники информации:
1. А. Р. Рудык, Д.Л. Любинский. Технология миниатюрных реле. Л.: Энергоиздат, 1982 г., с. 137.

2. Проспект фирмы “Гюнтер”, 1985 г.

Формула изобретения

1. Реле, содержащее переключающий геркон с разнесенными по оси баллона нормально замкнутой и нормально разомкнутой парами, обмотку управления и защитный диод, припаянные к соответствующим выводам внутри корпуса из эпоксидного компаунда, на верхней части которого установлен ферромагнитный экран, отличающееся тем, что обмотка управления имеет неоднородную по длине баллона геркона плотность намотки, причем отношение напряженности магнитного поля над нормально разомкнутой парой к напряженности магнитного поля над нормально замкнутой парой ограничено нижним пределом не менее 1,5 и верхним пределом не более 3 для герконов, имеющих коэффициент возврата от 0,6 до 0,3 соответственно.

2. Реле по п. 1, отличающееся тем, что обмотка управления состоит из двух последовательно соединенных секций, намотанных встречно, причем секции частично перекрываются в области нормально замкнутой пары геркона, а число витков определяется из соотношения 1-К_в= N₁/N₂, где К_в – коэффициент возврата геркона, находящейся в пределах от 0,6 до 0,9; N₁ – число витков в секции, расположенной между нормально замкнутой парой и торцом геркона с двумя выводами; N₂ – число витков в секции, расположенной над двумя контактными парами геркона.

3. Реле по п. 1 или 2, отличающееся тем, что между ферромагнитным экраном и торцами геркона расположены ферромагнитные вставки, электрически изолированные от экрана, обмотки управления и выводов геркона.

4. Реле по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что в ферромагнитном экране имеется отверстие произвольной формы, расположенное над нормально замкнутой парой геркона, причем площадь отверстия больше площади квадрата со стороной, равной величине перекрытия контакт-деталей в нормально замкнутой паре переключающего геркона.

5. Реле по п. 4, отличающееся тем, что содержит дополнительный ферромагнитный экран, расположенный на нижней поверхности корпуса так, что точка пересечения осевой линии, проходящей через центры отверстий в экранах, с продольной осью геркона не выходит за пределы перекрытия нормально замкнутой пары переключающего геркона.

РИСУНКИ