Патент на изобретение №2190277

(54) МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫЙ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЙ КОНТАКТ

(57) Реферат:

Изобретение относится к электротехнике, в частности к магнитоуправляемым герметизированным контактам. Техническим результатом является повышение надежности магнитоуправляемого герметизированного контакта. Технический результат достигается за счет того, что в магнитоуправляемом герметизированном контакте с размыкающей контактной парой, в котором центры перекрытия нормально-разомкнутой и нормально-замкнутой пар смещены вдоль продольной оси баллона и отсутствует взаимное перекрытие трех контакт-деталей, оптимальное значение угла между свободным концом упора нормально-замкнутой пары, к которому прикасается подвижная контакт-деталь, находится в пределах 0<sup><15, а исходное значение зазора нормально-разомкнутой пары в отсутствие внешнего магнитного поля определяется из соотношения

где X₁ – исходное значение зазора нормально-разомкнутой пары; С₂ – жесткость упора нормально-замкнутой пары; а – величина перекрытия нормально-замкнутой пары; – угол между плоскостью подвижной контакт-детали и свободным концом упора нормально-замкнутой пары; 1₁ – длина подвижной контакт-детали, осуществляющей процесс переключения; C₁ – жесткость подвижной контакт-детали; 1₂ – величина смещения центров перекрытий нормально-разомкнутой и нормально-замкнутой пар вдоль продольной оси баллона. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.</sup>

Изобретение относится к электротехнике, в частности к магнитоуправляемым герметизированным контактам.

Известны магнитоуправляемые герметизированные контакты, в которых контактирующие участки контакт-деталей замыкающей и размыкающей пар перекрывают друг друга [1].

При таком расположении неподвижные контакт-детали под воздействием магнитного поля оказывают влияние на процесс переключения подвижной контакт-детали. При управлении от постоянного магнита повышается вероятность зависания подвижной контакт-детали между моментами размыкания нормально-замкнутой пары и замыканием нормально-разомкнутой пары, в результате чего возможна временная потеря сигнала, коммутируемого магнитоуправляемым герметизированным контактом.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является магнитоуправляемый герметизированный контакт, содержащий две неподвижные контакт-детали и подвижную контакт-деталь, образующие замыкающую и размыкающую пары и закрепленные в торцах стеклянного баллона таким образом, что контактирующие участки контакт-деталей замыкающей и размыкающей пар смещены вдоль продольной оси и не перекрывают друг друга [2]. Недостатком указанного магнитоуправляемого герметизированного контакта из-за взаимного влияния контакт-деталей и недостаточной жесткости неподвижной контакт-детали, образующей нормально-замкнутую пару, кроме зависания подвижной контакт-детали в момент переключения наблюдается кратковременное притяжение к неподвижной контакт-детали, образующей нормально-разомкнутую пару с подвижной контакт-деталью, что недопустимо для некоторых условий эксплуатации, особенно при управлении магнитоуправляемого герметизированного контакта полем постоянного магнита.

Предлагается магнитоуправляемый герметизированный контакт, содержащий стеклянный баллон, в противоположные торцы которого заварены три контакт-детали таким образом, что переключаемая подвижная контакт-деталь образует нормально-замкнутую пару с одной контакт-деталью, а с другой неподвижной контакт-деталью образует нормально-разомкнутую пару, причем нормально-замкнутая и нормально-разомкнутая пары смещены вдоль продольной оси баллона без взаимного перекрытия контакт-деталей, отличающийся тем, что зазор в нормально-разомкнутой паре превышает зазор срыва и определяется из соотношения

где Х1 – зазор нормально-разомкнутой пары;
l₁ – длина подвижной контакт-детали, осуществляющей процесс переключения;
l₂ – величина смещения центров перекрытий нормально-разомкнутой и нормально-замкнутой пар вдоль продольной оси баллона;
а – величина перекрытия нормально-замкнутой пары;
C₁ – жесткость подвижной контакт-детали;
С₂ – жесткость упора нормально-замкнутой пары;
^{– угол между плоскостью подвижной контакт-детали и свободным концом упора нормально-замкнутой пары.}

На фиг.1 представлена конструкция магнитоуправляемого герметизированного контакта, на фиг.2, 3, 4 – схема его работы в статике.

Магнитоуправляемый герметизированный контакт содержит подвижную переключающую контакт-деталь 1 и две неподвижные контакт-детали 2 и 3. Указанные контакт-детали заварены в противоположных торцах стеклянного баллона 4 так, что контакт-детали 1 и 2 образуют нормально-замкнутую пару, а контакт-детали 1 и 3 образуют нормально-разомкнутую пару.

При воздействии внешнего магнитного поля переключающая контакт-деталь 1 отходит от контакт- детали 2, при этом точка контактирования нормально-замкнутой пары плавно перемещается в точку 5 [фиг.2], после чего происходит скачкообразное уменьшение зазора нормально-разомкнутой пары ₁. Величина перемещения свободного конца контакт-детали 2, отстоящего на угол ^{от поверхности контакт-детали 1 до момента размыкания нормально-замкнутой пары в точке 5, определяется по закону Гука из следующего выражения:
X₂ = F_K/C₂ = 2asin,
где F_k – контактное нажатие в нормально-замкнутой паре;
С₂ – жесткость контакт-детали 2;
а – величина перекрытия нормально-замкнутой пары;
– угол между плоскостью подвижной контакт-детали 1 и свободным концом контакт-детали 2, являющейся упором для контакт-детали 1 при обеспечении контактного нажатия в нормально-замкнутой паре.}

Если контактное нажатие F_k в нормально-замкнутой паре недостаточно, возможно зависание подвижной контакт-детали 1, как показано на фиг.3, представляющей зависимость тяговой 6 и противодействующей 7 характеристик магнитоуправляемого герметизированного контакта. При плавном увеличении внешнего магнитного поля подвижная контакт-деталь 1 размыкается с контакт-деталью 2 в точке 5, в которой контактное нажатие нормально-замкнутой пары компенсируется силой притяжения подвижной контакт-детали 1 к неподвижной контакт-детали 3. Зависание подвижной контакт-детали 1 заканчивается в точке 8, в которой тяговая 6 и противодействующая 7 характеристики имеют единственную общую точку соприкосновения.

Условие полного отсутствия зависания подвижной контакт-детали 1 при скачкообразном переключении магнитоуправляемого герметизированного контакта представлено на фиг. 4 и заключается в совмещении точки 5 с точкой 8 или расположении точки 5 в промежутке между точками 8 и 9 на противодействующей характеристики 7. В этом случае контактное нажатие F_k в нормально-замкнутой паре меньше или равно силе электромагнитного притяжения контакт-деталей нормально-разомкнутой пары для критического зазора Х₂, соответствующего точке 8.

В случае, когда контактное нажатие в нормально-замкнутой паре отсутствует, противодействующая характеристика магнитоуправляемого герметизированного контакта представляет собой отрезок прямой пересекающей оси координат на фиг.4 в точках 9 и Х₃ при совмещении точки Х₀ с началом координат по оси абсцисс, так как значением Х₀ можно пренебречь, если суммарная толщина немагнитного контактного покрытия в нормально-разомкнутой паре не превышает нескольких микрон. В этом случае для точки 9, характеризующей замкнутое состояние нормально-разомкнутой пары, возвратное усилие для подвижной контакт-детали 1 определяется из соотношения Fyg=С₁Х_з, где C₁ – жесткость контакт-детали 1, а Х_з – виртуальный зазор нормально-разомкнутой пары при отсутствии контактного нажатия в нормально-замкнутой паре. Согласно [3] зазоры Х₂ и Х₃ связаны следующим соотношением:

где G_x3 – магнитная проводимость зазора Х_з;
G₁ – магнитная проводимость подвижной контакт-детали 1;
K= G₁/G_xз – коэффициент магнитной проводимости магнитоуправляемого герметизированного контакта.

Учитывая, что относительная магнитная проницаемость пермаллоя, из которого выполнены контакт-детали, в 1500 раз больше магнитной проницаемости воздушного зазора Х_з, а также наличие неподвижной контакт-детали 2, образующей нормально-замкнутую пару с контакт-деталью 1, с большой вероятностью можно принять К10, имеющего область существования 0K.
Пренебрегая значением 1/К, получаем Х₂= 2Х_з/3 и соответственно F_yg= C₁X₂3/2. С другой стороны, согласно фиг.4 для случая совпадения точек 5 и 8, F_yg = C₁X₂+F_K = C₁X₂+C₂2asin<sup>. Откуда для совместной точки 9 справедливо уравнение C₁X₂3/2 = C₁X₂+C₂2asin, откуда X₂ = 4C₂asin/C₁. В этом случае оптимальное исходное значение зазора X₁ в нормально-разомкнутой паре между контакт-деталями 1 и 3 из подобия треугольников на фиг.2 со сторонами X₁, l₁ и Х₂, (l₁-l₂) определяется из выражения

где l₁ – длина подвижной контакт-детали 1;
l₂ – величина смещения центров перекрытий нормально-разомкнутой и нормально-замкнутой пар вдоль продольной оси баллона;
а – величина перекрытия нормально-замкнутой пары;
C₁ – жесткость подвижной контакт-детали 1;
С₂ – жесткость контакт-детали 2, являющейся упором нормально-замкнутой пары.</sup>

^{– угол между плоскостью подвижной контакт-детали 1 и свободным концом 5 упора 2 нормально-замкнутой пары.}

На величину угла ^{накладываются следующие ограничения. Во-первых, по обеспечению оптимального значения (0,03-0,05) Н контактного нажатия в нормально-разомкнутой паре, определяемого как разность ординат кривой 6 и прямой 7 в точке 9 на фиг. 4, а во-вторых, по нижней границе неравенства устанавливающего область допустимых зазоров, при которых, согласно [3] , обеспечивается скачкообразное переключение подвижной контакт-детали без зависания.}

Исходя из этого неравенства и проводя оценку исходных величин контактного нажатия в нормально-замкнутой паре, можно утверждать, что величина контактного нажатия для Х₂=Х_з/3 равна удвоенному значению контактного нажатия для Х₂=2Х_з/3 в предположении, что жесткости C₁ и С₂ постоянные.

Очевидно, что большему по абсолютной величине контактному нажатию соответствует больший угол ^{. Учитывая, что для малых значений углов sin = можно записать следующее соотношение:
Отсюда для неравенства можно записать 15>0.
В опытных образцах магнитоуправляемого герметизированного контакта, выполненных согласно предлагаемому техническому решению, угол находится в пределах 1o10o.}

Опытные образцы магнитоуправляемого герметизированного контакта, имеющие диаметр баллона 2,2 мм, длину баллона 14 мм, с магнитодвижущей силой срабатывания не более 35 А успешно выдержали испытания на безотказность до 510⁷ циклов коммутаций активной нагрузки мощностью 6 Вт в режиме 60 В – 10 мА.

Источники информации
1. Патент США 3.559.123 МКИ Н 01 Н 51/06, 51/28 НКИ 335-154 заявлен 9.12.1968, опубликован 26.01.1971 г.

2. Патент ФРГ 1218614 МКИ Н 01 Н 1/66 НКИ 21g 4/01 заявлен 5.8.1963 г., опубликован 8.6.1966 г.

3. К. И. Харазов. Устройства автоматики с магнитоуправляемыми контактами. – М.: Энергоатомиздат, 1990 г. стр. 39.

Формула изобретения

1. Магнитоуправляемый герметизированный контакт, содержащий стеклянный баллон, в противоположные торцы которого заварены три контакт-детали таким образом, что переключаемая подвижная контакт-деталь образует нормально-замкнутую пару с одной контакт-деталью, а с другой неподвижной контакт-деталью образует нормально-разомкнутую пару, причем нормально-замкнутая и нормально-разомкнутая пары смещены вдоль продольной оси баллона без взаимного перекрытия контакт-деталей, отличающийся тем, что между плоскостью подвижной контакт-детали и свободным концом упора нормально-замкнутой пары образован угол <sup>, а исходное значение зазора Х₁ в нормально – разомкнутой паре определяют из соотношения

где X₁ – зазор нормально-разомкнутой пары;
С₂ – жесткость упора нормально-замкнутой пары;
а – величина перекрытия нормально-замкнутой пары:
– угол между плоскостью подвижной контакт-детали и свободным концом упора нормально-замкнутой пары;
l₁ – длина подвижной контакт-детали, осуществляющей процесс переключения;
С₁ – жесткость подвижной контакт-детали;
l₂ – величина смещения центров перекрытий нормально-разомкнутой и нормально-замкнутой пар вдоль продольной оси баллона.</sup>

2. Магнитоуправляемый герметизированный контакт по п. 1, отличающийся тем, что угол между плоскостью подвижной контакт – детали и свободным концом упора нормально-замкнутой пары обеспечивают необходимое контактное нажатие и находятся в пределах 0^{< 15.}

РИСУНКИ