Магнитоуправляемый контакт

Изобретение относится к электротехнике, и может быть использовано в устройствах автоматики для коммутации электрических цепей с увеличенным в 1,5-2 раза уровнем максимально допустимой мощности. Техническим результатом является расширение коммутационной способности геркона и стабилизация контактного сопротивления. Технический результат достигается тем, что в магнитоуправляемом контакте, содержащем стеклянный баллон, в торцах которого установлены две идентичные ферромагнитные контакт-детали, имеющие несколько симметричных относительно продольной оси контакт-детали участков плющения различной толщины. Свободные концы контакт-деталей образуют зазор и перекрытие а_H. Величина утолщения h_H на свободном конце контакт-детали к круглой части вывода диаметра d ограничена пределами неравенства Соотношение геометрических размеров максимального утолщения концов контакт-деталей в области их перекрытия а_H ограничено пределами неравенства где l_Н - длина максимального утолщения на свободном конце. 4 ил., 4 табл.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к герметизированным магнитоуправляемым контактам (герконам), и может быть использовано в устройствах автоматики для коммутации электрических цепей с увеличенным в 1,5-2 раза уровнем максимально допустимой мощности.

Известна конструкция контакт-детали геркона с двумя отличающимися друг от друга участками плющения, причем более толстый участок плющения расположен на конце контакт-детали, образуя зазор и перекрытие в середине стеклянного баллона [1]. Оптимизация геометрии утолщения и жесткие ограничения, налагаемые соотношениями между длиной "l_H", толщиной "h_H" и величиной перекрытия "a_H" утолщенных концов контакт-деталей позволили решить основные проблемы при изготовлении герконов с узкими допусками на магнитодвижущую силу (МДС) срабатывания и отпускания геркона. Но из-за сложной конфигурации магнитного поля в области перекрытия контакт-деталей геркона оптимизация формы контакт-деталей вблизи перекрытия их свободных утолщенных концов, особенно для замыкающих герконов симметричной конструкции, предназначенных для коммутации более мощных токовых нагрузок, выявила целый ряд скрытых технических резервов, направленных на повышение надежности геркона при коммутации максимально допустимых уровней мощности.

Конфигурация утолщения на свободном конце контакт-детали, согласно [2], [3], [4], [5], оказывает большое влияние на вектор намагниченности утолщения за счет переориентации доменной структуры и сближения значений размагничивающего фактора вдоль трех взаимно-ортогональных координатных осей.

На распределение магнитных потоков в области перекрытия контакт-деталей оказывает влияние расположение утолщенных концов контакт-деталей относительно сепаратрис с нулевым суммарным магнитным потоком рассеивания с широких поверхностей, параллельных плоскости контактирования [6]. Кроме того, соотношение толщины плющения контакт-детали в области перекрытия к диаметру круглой части вывода геркона влияет на расстояние от торцов конца плющения границы перекрытия до соответствующих сепаратрис.

Предлагаемое техническое решение позволяет расширить коммутационные способности геркона, в частности увеличить в 1,5-2 раза величину максимально допустимой коммутируемой мощности.

Технический результат достигается тем, что в магнитоуправляемом контакте, содержащем стеклянный баллон, в торцах которого герметично заварены две идентичные по форме ферромагнитные контакт-детали, имеющие несколько симметричных относительно продольной оси контакт-детали участков плющения различной толщины, свободные концы которых с гальванопокрытием из известных благородных металлов и их сплавов образуют зазор и перекрытие "a_H" в середине баллона с обеспечением соотношения длины "l_H" максимального утолщения на свободном конце к его толщине "h_H" и соотношения между "l_H" и величиной перекрытия "a_H", превышающими единицу, величина утолщения "h_H" ограничена относительно круглой части вывода диаметром "d" пределами неравенства а соотношение геометрических размеров максимального утолщения концов контакт-деталей в области их перекрытия "a_H" ограничено пределами неравенства

На фиг.1 представлена конструкция заявляемого геркона.

На фиг.2 изображена в аксонометрии конфигурация одной из идентичных по форме контакт деталей.

На фиг.3 представлено распределение магнитных потоков рассеяния в области перекрытия контакт-деталей в герконе (обмотка управления опущена).

На фиг.4 представлено распределение магнитного потока, проходящего через поперечное сечение контакт деталей для замкнутого и разомкнутого состояний геркона, управляемого соленоидом.

В герконе, представленном на фиг.1, в центре стеклянного баллона 1 расплющенные свободные концы контакт-деталей 2 образуют перекрытие "a_H" с зазором "δ", контакт-деталь 2, конфигурация которой представлена на фиг.2, имеет на свободном конце консоли длиной "l_H" максимальное утолщение величиной "h_H" и шириной "b_H", расположенное симметрично относительно продольной оси круглого вывода диаметром "d".

На фиг.3 представлено распределение магнитных потоков, измеренных опытным путем на макете геркона с помощью датчиков Холла и тесламетра с поверхности плющения. Сплошной линией изображены магнитные потоки с поверхностей контакт-деталей 2, обращенных друг к другу и разделенных зазором "δ" в области перекрытия "a_H". Пунктирной линией изображены магнитные потоки с соответствующих поверхностей контакт-деталей 2, отстоящих друг от друга в области перекрытия "a_H" на величину, равную сумме зазора "δ" и удвоенной толщине "h_H" плющения на конце консоли. В области перекрытия "a_H" на сводные концы консолей контакт-деталей 2 воздействуют силы Р₁ и Р₃, сближающие контакт-детали 2 и силы Р₂ и P₄, вызывающие их взаимное отталкивание.

В точках S₁ и S₂ (далее по тексту сепаратрисы) происходит изменение полярности магнитного потока с переходом через нулевое значение магнитного потока рассеяния.

На фиг.4 приведены результаты измерений распределения магнитного потока по длине геркона, полученные с помощью измерительной обмотки, баллистической установки и микровеберметра при пропускании через соленоид 3 постоянного тока, обеспечивающего магнитодвижущую силу (МДС), превышающую МДС срабатывания геркона (Ф>Фсраб.) и при МДС управлении меньшей МДС отпускания геркона (Ф<Ф_отп.).

Принимая во внимание распределение магнитных потоков вблизи перекрытия, представленного на фиг.3, было подтверждено экспериментально совпадение по оси абсцисс координаты максимального магнитного потока с соответствующей координатой сепаратрисы при совмещении оси ординат с центром перекрытия контакт-деталей 2, как показано на фиг.4.

Оптимизация структуры магнитного поля в области перекрытия "a_H" контакт-деталей 2 зависит как от соотношения геометрических размеров утолщений на свободных концах консолей в виде так и от соотношения между толщиной "h_H" и диаметром "d" круглой части вывода контакт-детали 2.

Измерения координат сепаратрис S₁ и S₂, проведенные на герконах МКА-07101, МКА-10110 и МКА-14103, показали, что соотношение расстояния между максимумами магнитного потока к величине перекрытия "a_H" в соответствующем типе геркона находится в диапазоне от 3 до 3,5 и зависит от величины соотношения толщины "h_H" к диаметру "d". Кроме того, соотношение "h_H"/"d" и длины максимального утолщения "l_H" оказывают влияние на формфактор, (коэффициент размагничивающего фактора N), области перекрытия "a_H", магнитную анизотропию. Для оптимального перекрытия "a_H"=2"h_H" при соотношении "h_H"/"d"=0,5, пренебрегая влиянием на процессы намагничивания немагнитного слоя с суммарной толщиной (1-2) мкм, область перекрытия контакт-деталей в первом приближении можно рассматривать в виде куба с ребром "d". С учетом фасок на кромках плющения куб трансформируется в шар и согласно [4] по любой из ортогональных осей коэффициент размагничивающего фактора (N) равен 0,333.

Заявляемые пределы соотношений размеров в контакт-детали и в герконе и были подтверждены натурными испытаниями на герконах МКА-07101, МКА-10110, МКА-14103 модернизированной конструкции.

Критерием оценки результатов проведенной модернизации конструкции герконов явились величина максимальной мощности коммутации "P_км" и статическое сопротивление геркона "R_г".

В соответствующих таблицах 1, 2 и 3 приведены результаты измерения на выборке из 100 герконах для каждого типоразмера с близкими значениями МДС срабатывания. Интенсивность отказов "λ" определялась по результатам испытаний на безотказность партии герконов в количестве 10 шт. при коммутации с частотой 50 Гц электрической цепи с активной нагрузкой в режимах максимально допустимой мощности коммутации.

В таблице 4 с учетом возможных сочетаний допусков на размеры контакт-деталей и герконов представлены минимальные (графа 1) и максимальные (графа 2) значения пределов заявленных соотношений для герконов МКА-07101, МКА-10110 и МКА-14103.

Положительный эффект от реализации заявляемого технического решения, выражающийся в повышении уровня коммутируемой мощности, наблюдаемый для герконов различного типоразмера имеет существенные отличия, обусловленные диаметром проволоки, из которой изготовлена контакт-деталь, ее конфигурацией и размерами стеклянного баллона.

Для модернизированного геркона МКА-07101 максимально допустимая мощность коммутации увеличилась на порядок (в 11 раз), для геркона МКА-10110 в 1,6 раз, а для геркона МКА-14103 в 2,2 раза в зависимости от допустимых для данного геркона значений коммутируемых токов и напряжений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент на полезную модель №40820, Н01Н 1/66, опубл. 27.09.2004 г., бюл. №27.

2. С.В.Вонсовский. "Магнетизм". М.: Наука, 1971 г.

3. И.А.Ушаков "О намагничивании контакт-деталей магнитоуправляемых контактов". Магнитоуправляемые контакты. М.: Электроника, 1971 г. Труды конференции по электронной технике, выпуск 6 (22), том.1, стр.90-92.

4. В.А.Говорков. Электрические и магнитные поля. Госэнергоиздат: Москва - Ленинград 1960 г., стр.181.

5. Б.К.Буль, Б.М.Рассадин, А.С.Умеренков "Расчет магнитной цепи МК с помощью моделирования на электропроводной бумаге". Магнитоуправляемые контакты. М.: Электроника, 1971. Труды конференции по электронной технике, выпуск 6 (22), том 1, стр.41-49.

6. В.Н.Шоффа "Анализ соотношений максимальных магнитных потоков в контактных сердечниках при срабатывании и отпускании герконового реле". Техника средств связи, серия "Техника проводной связи", выпуск 5. М., 1982 г., стр.22-27.

Таблица 1 Магнитоуправляемый контакт
Наименование параметра	МКА-07101
ТУСЯ0.360.026	Модернизированный
% Rг (Ом)	до 0,15	43	52
	вкл. 0,2	100	100
Ркм	Вт	1	11
λ	1/сраб	1·10-7	1·10-7
Таблица 2
Наименование параметра	МКА-10110
ТУСЯ0.360.025	Модернизированный
% Rг (Ом)	до 0,1	54	61
	вкл. 0,18	100	100
Ркм	Вт	10	16
λ	1/сраб	1·10-7	1·10-7
Таблица 3
Наименование параметра	МКА-14103
ТУСЯ0.360.025	Модернизированный
% Rг (Ом)	до 0,08	69	81
	вкл. 0,1	100	100
Ркм	Вт	10	22
λ	1/сраб	1·10-6	1·10-6
Таблица 4
	MKA-07101	МКА-10110	МКА-14103
1	2	1	2	1	2
"hH"/"d"	0,52	0,59	0,6	0,66	0,52	0,59
	0,99	1,33	0,6	1,9	2,3	3,5

Магнитоуправляемый контакт, содержащий стеклянный баллон, в торцах которого герметично заварены две идентичные по форме ферромагнитные контакт-детали, имеющие несколько симметричных относительно продольной оси контакт-детали участков плющения различной толщины, свободные концы которых с гальванопокрытием из известных благородных металлов и их сплавов образуют зазор и перекрытие а_H в середине баллона с обеспечением соотношения длины l_H максимального утолщения на свободном конце к его толщине h_H и соотношения между l_H и величиной перекрытия а_H, превышающими единицу, отличающийся тем, что величина утолщения h_H ограничена относительно круглой части вывода диаметром d пределами неравенства а соотношение геометрических размеров максимального утолщения концов контакт-деталей в области их перекрытия а_Н ограничено пределами неравенства