Магнитоуправляемый герметизированный контакт для датчиков порога срабатывания

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к новому классу замыкающего магнитоуправляемого герметизированного контакта (геркона), и может быть использовано в качестве датчика порога срабатывания, например подушки безопасности автомобиля от внешних ударных нагрузок. Техническим результатом является повышение надежности эксплуатации, например, подушек безопасности автомобиля за счет исключения возможности ложного срабатывания во время преодоления мелких дорожных дефектов (ям, промоин, рельсового переезда и т. д. ). В устройстве используется в качестве датчика порога срабатывания специальный геркон, содержащий стеклянный баллон, с одного торца которого заварены две ферромагнитные контакт-детали, образующие нормально замкнутую пару, а с другого торца заварена неподвижная контакт-деталь таким образом, что нормально замкнутая и нормально разомкнутая пары разнесены друг относительно друга по длине баллона и расположены с одной стороны подвижной контакт-детали, имеющей большую консоль, свободный конец которой образует нормально разомкнутую пару. Расположение обеих контактирующих пар на одной плоскости улучшает условия размыкания нормально замкнутой пары под воздействием внешних ударных нагрузок из-за отсутствия препятствий при изгибе подвижной контакт-детали с большей консолью. Кроме того, изменяя геометрические размеры геркона, жесткость контакт-деталей, величину контактного нажатия нормально замкнутой пары и изменяя с помощью магнитного поля величину зазора нормально разомкнутой пары, можно регулировать датчик порога срабатывания подушки безопасности автомобиля по величине ускорения внешней ударной нагрузки в соответствии с соотношением. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к новому классу замыкающего магнитоуправляемого герметизированного контакта (геркона), обеспечивающего возможность изменения величины контактного нажатия в неразмыкаемой нормально замкнутой паре, и может быть использовано в качестве датчиков с разными порогами реакции к внешним ударным нагрузкам, например, для системы надува подушки безопасности автомобиля.

Известные конструкции герконов различных типов представлены в книге [1].

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является геркон, содержащий две неподвижные контакт-детали и подвижную контакт-деталь, образующих замыкающую и размыкающую пары и заваренные в торцах стеклянного баллона таким образом, что контактирующие участки контакт-деталей замыкающей и размыкающей пар смещены вдоль продольной оси баллона и не перекрывают друг друга [2]. Недостатком указанного геркона является при управлении полем постоянного магнита возможное неразмыкание нормально замкнутой пары при замыкании нормально разомкнутой пары из-за малой жесткости неподвижной контакт-детали, образующей нормально замкнутую пару с подвижной контакт-деталью. Это недопустимо при использовании такого геркона в качестве датчика порога срабатывания подушки безопасности автомобиля под воздействием внешних ударных нагрузок или сил инерции при экстренном торможении.

Предлагается магнитоуправляемый герметизированный контакт для датчика порога срабатывания подушки безопасности автомобиля, содержащий стеклянный баллон, с одного торца которого заварены две ферромагнитные подвижные контакт-детали с разными консолями внутри баллона, образующие нормально замкнутую пару, а с другого торца заварена неподвижная контакт-деталь, образующая нормально разомкнутую пару с подвижной контакт-деталью с большей консолью, вследствие чего нормально разомкнутая и нормально замкнутая пары разнесены вдоль продольной оси баллона, отличающийся тем, что нормально замкнутая и нормально разомкнутая пары расположены на одной стороне подвижной контакт-детали с большей консолью, в результате чего изменение зазора нормально разомкнутой пары под воздействием поля постоянного магнита, управляющей катушки или их совместного воздействия приводит к увеличению контактного нажатия в нормально замкнутой паре на величину, определяемую из выражения а величина ускорения удара, вызывающая размыкание нормально замкнутой пары, устанавливается соотношением где ΔF₁ - регулируемое приращение контактного нажатия в нормально замкнутой паре; С₁ - жесткость подвижной контакт-детали с меньшей консолью; l₁ - длина подвижной контакт-детали с меньшей консолью; l₂ - длина подвижной контакт-детали с большей консолью; ΔX₂ - изменение зазора нормально разомкнутой пары под воздействием магнитного поля; F₁ - величина контактного нажатия в нормально замкнутой паре при отсутствии магнитного поля управления;
m - масса консолей контакт-деталей, образующих нормально замкнутую пару;
g - ускорение ударного воздействия;
α° - телесный угол вершины конуса возможного нахождения вектора силы внешнего ударного воздействия с плоскостью контактирования, ограниченный конусом, вершина которого обращена к плоскости контактирования со стороны расположения обеих контактирующих пар.

Предлагаемое техническое решение позволяет регулировать порог срабатывания, изменяя жесткость и длину консолей контакт-детали нормально замкнутой пары при условии, что отношение жесткости C₁ подвижной контакт-детали с меньшей длиной консоли l₁ к жесткости С₂ подвижной контакт-детали с большей длиной консоли I₂ ограничено неравенством 2<C/C₂<5, причем разница длины консоли (l₂-l₁) должна в несколько раз превышать величину перекрытия в нормально разомкнутой паре.

Для повышения порога срабатывания предлагается магнитоуправляемый герметизированный контакт, у которого с одного торца стеклянного баллона заварены неподвижный упор нормально разомкнутой пары и ограниченно подвижный упор нормально замкнутой пары, а с другого торца баллона заварена подвижная контакт-деталь, на одной стороне которой расположены нормально замкнутая и нормально разомкнутая пары, обеспечивая при замыкании нормально разомкнутой пары увеличение контактного нажатия в нормально замкнутой паре на величину, определяемую из выражения

а величина ускорения удара, вызывающая размыкание нормально замкнутой пары, устанавливается соотношением

где С₁ - жесткость подвижной контакт-детали с меньшей консолью;
ΔF₁ - регулируемое приращение контактного нажатия в нормально замкнутой паре;
l₁ - длина подвижной контакт-детали с меньшей консолью;
l₂ - длина подвижной контакт-детали с большей консолью;
ΔX₂ - изменение зазора нормально разомкнутой пары под воздействием магнитного поля;
F₁ - величина контактного нажатия в нормально замкнутой паре при отсутствии магнитного поля управления;
m - масса консолей контакт-деталей, образующих нормально замкнутую пару;
g - ускорение ударного воздействия;
α° - телесный угол вершины конуса возможного нахождения вектора силы внешнего ударного воздействия с плоскостью контактирования, ограниченный конусом, вершина которого обращена к плоскости контактирования со стороны расположения обеих контактирующих пар;
l₃ - длина неподвижного упора нормально разомкнутой пары;
a - величина перекрытия контакт-деталей, образующих нормально разомкнутую пару.

В предлагаемом техническом решении за счет расположения нормально разомкнутой пары на одной оси с нормально замкнутой парой полностью исключается влияние неподвижного упора нормально разомкнутой пары на порог размыкания нормально замкнутой пары под воздействием внешней ударной нагрузки или инерционных сил при аварийном торможении автомобиля. Кроме того, обеспечивается дополнительная регулировка порога срабатывания путем ориентации поверхностей нормально замкнутой пары предлагаемого магнитоуправляемого герметизированного контакта относительно фронтальной плоскости радиатора автомобиля в пределах объема, ограниченного телесным углом 120^o.

На фигурах 1 и 2 представлены варианты конструкции предлагаемого магнитоуправляемого герметизированного контакта, а на фигурах 3 и 4 - соответствующие схемы работы в статике.

Магнитоуправляемый герметизированный контакт содержит подвижную контакт-деталь 1 с длиной консоли l₁ и жесткостью C₁, являющуюся упором с ограниченной подвижностью для подвижной контакт-детали 2 с длиной консоли l₂ и жесткостью С₂, образующей с неподвижной контакт-деталью 3 длиной l₃ нормально разомкнутую пару с перекрытием "а", расположенную на той же стороне подвижной контакт-детали 2, образующей нормально замкнутую пару с контакт-деталью 1. Контакт-детали 1, 2 и 3 заварены в стеклянном баллоне 4.

Рассматривая подобные треугольники, представленные на фигурах 3 и 4, при перемещении на ΔX₁ точки контактирования нормально замкнутой пары происходит увеличение контактного нажатия в нормально замкнутой паре от исходного значения F₁ на величину ΔF₁ при уменьшении зазора в нормально разомкнутой паре на ΔХ₂ под воздействием управляющего магнитного поля.

Для конструктивного решения, предлагаемого согласно фиг.1 и 3,

а для решения согласно фиг.2 и 4

Величина ускорения ударной нагрузки при фронтальном расположении датчика в плоскости радиатора и при расположении датчика в пределах телесного угла 120^o определялась опытным путем на конструкции, представленной на фигуре 1.

Опытные образцы магнитоуправляемого герметизированного контакта с диаметром баллона 2,2 мм и длиной 14 мм, имеющие начальное контактное нажатие в нормально замкнутой паре около 0,0098 Н (1 Гс), отличались по магнитодвижущей силе срабатывания нормально разомкнутой пары от 10 А до 50 А, при этом, как и следовало ожидать, полностью отсутствовала релейность замыкания.

Испытания показали, что, варьируя зазором в нормально разомкнутой паре, жесткостью и величиной контактного нажатия в нормально замкнутой паре и осуществляя ориентацию геркона в пределах заданного телесного угла, можно создать датчик, устойчиво реагирующий на аварийную ситуацию и не допускающий ложного включения, например, подушки безопасности автомобиля при разгоне или наезде на скрытую промоину или плохой переезд через рельсовый путь.

Источники информации
1. К.И. Хазаров. Устройства автоматики с магнитоуправляемыми контактами. М.: Энергоиздат. 1990 г.

2. Патент ФРГ 1218614, МКИ Н 01 Н 1/66, НКИ 21g 4/61, заявлен 05.08.1963 г., опубликован 08.06.1966 г.

Формула изобретения

1. Магнитоуправляемый герметизированный контакт для датчика порога срабатывания, содержащий стеклянный баллон, с одного торца которого заварены две ферромагнитные подвижные контакт-детали с разными консолями внутри баллона, образующие нормально замкнутую пару, а с другого торца заварена неподвижная контакт-деталь, образующая нормально разомкнутую пару с подвижной контакт-деталью с большей консолью, вследствие чего нормально разомкнутая и нормально замкнутая пары разнесены вдоль продольной оси баллона, отличающийся тем, что нормально замкнутая и нормально разомкнутая пары расположены на одной стороне подвижной контакт-детали с большей консолью, в результате чего изменение зазора нормально разомкнутой пары под воздействием поля постоянного магнита, управляющей катушки или их совместного воздействия приводит к увеличению контактного нажатия в нормально замкнутой паре на величину, определяемую из выражения

а величина ускорения удара, вызывающая размыкание нормально замкнутой пары, устанавливается соотношением

где ΔF₁ - регулируемое приращение контактного нажатия в нормально замкнутой паре;
С₁ - жесткость подвижной контакт-детали с меньшей консолью;
l₁ - длина подвижной контакт-детали с меньшей консолью;
l₂ - длина подвижной контакт-детали с большей консолью;
ΔХ₂ - изменение зазора нормально разомкнутой пары под воздействием магнитного поля;
F₁ - величина контактного нажатия в нормально замкнутой паре при отсутствии магнитного поля управления;
m - масса консолей контакт-деталей, образующих нормально замкнутую пару;
g - ускорение ударного воздействия;
α° - телесный угол вершины конуса возможного нахождения вектора силы внешнего ударного воздействия с плоскостью контактирования, ограниченный конусом, вершина которого обращена к плоскости контактирования со стороны расположения обеих контактирующих пар.

2. Магнитоуправляемый герметизированный контакт для датчика порога срабатывания по п. 1, отличающийся тем, что отношение жесткости C₁ подвижной контакт-детали с меньшей длиной консоли l₁ к жесткости С₂ подвижной контакт-детали с большей длиной консоли l₂ ограничено неравенством 2<C/C₂<5 при условии, что разница длины консолей (l₁-l₂) должна в несколько раз превышать величину перекрытия в нормально разомкнутой паре.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4