Высокочастотный индуктивный разъём

Авторы патента:

Попова Наталья Михайловна (RU)

Яковенко Роман Валерьевич (RU)

Забелина Галина Сергеевна (RU)

Осипцов Александр Петрович (RU)

H01F38/14 - соединительные элементы с индуктивной связью

H01F2038/143 - Магниты; индуктивности; трансформаторы; выбор материалов, обеспечивающих магнитные свойства (керамические составы на основе ферритов C04B 35/26; сплавы C22C; термомагнитные приборы H01L 37/00; громкоговорители, микрофоны, адаптеры или подобные акустические электромеханические преобразователи H04R)

Владельцы патента RU 2700662:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке коммутационных устройств электрических сетей, в том числе электрических сетей повышенной эксплуатационной безопасности. Высокочастотный ндуктивный разъем состоит из выполненных в виде штыря и гнезда двух разъемных частей с катушками индуктивности, установленными концентрично, и устройства фиксации разъемных частей. Внутренняя полость разъемных частей и катушек индуктивности заполнена средой, имеющей немагнитные диэлектрические свойства. Технический результат состоит в повышении безопасности работ персонала с электрическими сетями в особых условиях. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Известен электрический разъем (патент РФ №2451354; МПК H01F 38/14, H01R 13/66, опубл. в бюл. №14 от 20.05.2012) в виде двухсоставного индуктивного разъема, который состоит из двух частей, двух половин сердечника и двух фиксирующих средств, с возможностью перемещения половин между положениями фиксации и расфиксации.

Известен электрический разъем (патент РФ №2419945; МПК H02J 17/00, H01F 38/14, опубл. в бюл. №7 от 10.03.2010) в виде устройства беспроводной индукционной передачи энергии с первичной цепью, содержащей по меньшей мере одну катушку, и вторичной цепью, также содержащей по меньшей мере одну катушку, а также электрически независимый резонансный контур по меньшей мере в одном из контуров и разъемный сердечник-магнитопровод.

Известен электрический разъем (патент РФ №2419944; МПК H02J 17/00, H01F 38/14, H01F 41/02, опубл. в бюл. №15 от 27.05.2011) в виде бесконтактного разъемного устройства передачи энергии посредством электромагнитной индукции между первичной и вторичной катушками, расположенными на разных сторонах устройства, вторичная из которых дополнительно содержит магнитный слой.

Известен электрический ударный детонатор со спаренным ферритовым сердечником (патент США №4852493; МПК F42B 3/12; F42C 19/12, опубл. 01.08.1989), в котором для соединения с источником питания применен электрический разъем в виде двух отдельных изолированных круговых контуров, помещенных в ответные части разъемного ферритового окружения (корпуса, сердечника). Устройство предназначено для передачи электрического импульса килоамперного диапазона менее чем микросекундной длительности посредством электромагнитной индукции.

Известен индукционный разъем (авторское свидетельство СССР №1575247; МПК H01F 23/00, опубл. в бюл. №24 от 30.06.1990), выбранный в качестве прототипа, в котором обмотки (катушки индуктивности) помещены в проточки ответных частей ферромагнитных сердечников, выполненных в виде конуса и гнезда и при стыковке заполняющих пространство вокруг обмоток.

Общим недостатком данных устройств является то, что в них применяются сердечники и/или корпуса из ферромагнитных материалов, вследствие чего они непригодны для передачи коротких импульсов в системах передачи команд и данных или импульсов высокой мощности из-за потерь энергии и мощности сигнала на взаимодействие с материалами сердечника и корпуса. Должна учитываться длительность процесса перемагничивания материала сердечника, которая несущественна при передаче энергии в установившемся режиме, но при передаче импульса микросекундного диапазона приводит к изменению формы и увеличению длительности сигнала, к существенному снижению мгновенного коэффициента трансформации (коэффициента полезного действия при передаче энергии и мощности).

Технический результат изобретения заключается в том, что при его применении повышается безопасность работ персонала с электрическими сетями, в том числе в особых условиях, при минимальном увеличении длительности сигнала.

При применении индуктивного разъема в электрической цепи непериодического переменного тока высокой частоты в диапазоне от 10³ до 10⁹ Гц в неустановившемся режиме или импульсного тока с аналогичными периодами нарастания тока стыковка частей цепи производится не гальванически, а индуктивно, что позволяет электрически изолировать катушки индуктивности от внешней среды и друг от друга, включая часть цепи, связанную с опасными устройствами в контуре нагрузки, и защитить эти устройства от случайной подачи электричества, а также защитить персонал от поражения током при случайном прикосновении к ответной части разомкнутого индуктивного разъема, связанной с источником питания. Применение индуктивных разъемов во взрывоопасной газовой среде, например - в шахтах, защищает от опасного искрообразования при стыковке, вызванного как статическим электричеством, так и возможным ненадлежащим состоянием источника питания. Появляется возможность передачи электричества через герметичные диэлектрические немагнитные стенки, в том числе в окружении токопроводящих сред (электролиты, ионизированный газ). Исключается необходимость применения пружинных контактных электродов, испытывающих силовое воздействие и трение контактирующих поверхностей электродов при стыковке-расстыковке. Тем самым существенно повышается безопасность эксплуатации электрических систем, их защищенность и надежность.

По сравнению с разъемной электрической цепью с гальванической связью контуров питания и нагрузки низкий коэффициент трансформации индуктивного разъема (не выше 0,5) требует более мощного источника питания для сохранения необходимой амплитуды тока в контуре пассивной катушки с нагрузкой, но частично может быть скомпенсировано повышением амплитуды тока в контуре активной катушки с источником питания путем снижения полного сопротивления контура питания.

Указанный технический результат достигается тем, что в индуктивном разъеме, состоящем из выполненных в виде штыря и гнезда двух разъемных частей с катушками индуктивности, установленными концентрично, и устройства фиксации разъемных частей, внутренняя полость разъемных частей и катушек индуктивности заполнена средой, имеющей немагнитные диэлектрические свойства. Соотношение длины наружной катушки к ее диаметру может быть не менее 0,8. Количество витков катушек может быть не более 8. Катушки индуктивности выполнены из материала с удельным сопротивлением не более 0,03 Ом⋅мм²/м при нормальных условиях.

Наличие в полости катушек немагнитной диэлектрической среды исключает потери энергии генерирующего и генерируемого магнитного поля на взаимодействие со средой.

Соотношение длины катушки к диаметру не менее 0,8 обеспечивает равномерность генерирующего магнитного поля, способствующую повышению коэффициента трансформации (полезного действия) индуктивного разъема.

Количество витков катушек не более 8 обеспечивает низкое полное сопротивление катушек и, соответственно, высокую амплитуду тока в активной и в пассивной катушке. С этой же целью выбирается материал проводников катушек с удельным сопротивлением не выше 0,03 Ом-мм /м при нормальных условиях.

Конструктивная схема индуктивного разъема показана на фиг. 1, где позициями обозначены: 1, 2 - катушки, 3, 4 - немагнитные изоляторы, 5, 6 - корпуса ответных частей, 7 - элемент крепления ответных частей, 8, 9 - электрические выводы.

Устройство функционирует следующим образом.

На катушку 1 разъема из состыкованных ответных частей с корпусами 5 и 6, скрепленных элементом крепления 7, через электрические выводы 8 подается непериодический переменный (в неустановившемся режиме) или импульсный электрический ток. В катушке 1 возбуждается магнитное поле, которое беспрепятственно распространяется по немагнитным изоляторам 3 и 4 и зазорам между ними и из-за эффекта электромагнитной индукции вызывает возникновение индукционного тока в катушке 2, замкнутой цепью контура нагрузки, соединенному с выводами 9. При необходимости ответные части индуктивного разъема расстыковываются.

Разработана расчетно-теоретическая модель индуктивного разъема и рабочие чертежи, по которым изготовлен и успешно испытан опытный образец устройства.

1. Высокочастотный индуктивный разъем, состоящий из выполненных в виде штыря и гнезда двух разъемных частей с катушками индуктивности, установленными концентрично, и устройства фиксации разъемных частей, отличающийся тем, что внутренняя полость разъемных частей и катушек индуктивности заполнена средой, имеющей немагнитные диэлектрические свойства.

2. Высокочастотный индуктивный разъем по п. 1, отличающийся тем, что соотношение длины наружной катушки к ее диаметру не менее 0,8.

3. Высокочастотный индуктивный разъем по п. 1, отличающийся тем, что количество витков катушек не более 8.

4. Высокочастотный индуктивный разъем по п. 1, отличающийся тем, что катушки индуктивности выполнены из материала с удельным сопротивлением не более 0,03 Ом⋅мм²/м при нормальных условиях.

Похожие патенты:

Блок катушки // 2693849

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в снижении риска пробоя диэлектрика между магнитными пластинами.

Передающее устройство и способ существенного уменьшения мертвых зон индукционной бесконтактной мобильной платежной системы // 2682372

Изобретение относится к технологиям безопасной магнитной передачи данных. Технический результат изобретения заключается в увеличении непрерывной зоны действия сигнала, на протяжении которой передаваемый сигнал находится выше порога чувствительности считывателя.

Способ передачи данных через воздушный зазор с использованием индуктивно связанных контуров, возбуждаемых остроугольным импульсом, и устройство для его осуществления // 2674923

Изобретение относится к средствам передачи данных через воздушный зазор с использованием индуктивно связанных контуров, возбуждаемых остроугольным импульсом, при телеизмерениях от рабочих органов вращающихся узлов и механизмов.

Беспроводная индуктивная передача мощности // 2660479

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение надежности функционирования, особенно при высоких уровнях мощности, и уменьшение риска нагрева посторонних предметов.

Блок катушки наземной стороны // 2659568

Использование – в области электротехники. Технический результат – уменьшение потерь на тепловыделение и увеличение плотности магнитного потока при беспроводной передаче энергии.

Устройство оценки температуры и способ оценки температуры для бесконтактного устройства приема мощности // 2657705

Группа изобретений относится к системам для беспроводной зарядки аккумулятора. Устройство оценки температуры для бесконтактного устройства приема мощности содержит блок получения потери мощности на передающей мощность стороне, блок получения интервала позиционного сдвига и блок оценки температуры.

Блок катушки для бесконтактной передачи электрической мощности. // 2657235

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в улучшении рассеяния тепла и электромагнитных характеристик.

Приемное устройство с катушкой из электрической линии для приема магнитного поля и для выработки электрической энергии посредством магнитной индукции и с намагничиваемым материалом // 2650507

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в уменьшении веса и затрат на изготовление, повышении механической стабильности.

Приемное устройство для приема магнитного поля и для выработки электрической энергии посредством магнитной индукции // 2649968

Изобретение относится к электротехнике. Приемное устройство (1) для приема магнитного поля и для выработки электрической энергии посредством магнитной индукции содержит по меньшей мере одну катушку (33, 35, 37) из электрической линии.

Устройство для индуктивной передачи электроэнергии // 2645870

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в расширении эксплуатационных возможностей.

Электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой // 2699344

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения коррозионной стойкости, улучшения изолирующих свойств и уменьшения шума многослойного сердечника электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой включает в себя стальной лист, имеющий поверхность, на которой формируются бороздки, проходящие в направлении, пересекающем направление прокатки, направление глубины которых соответствует направлению толщины листа.

Электрический реактор, управляемый подмагничиванием // 2699230

Изобретение относится к электротехнике. Технический состоит в уменьшении размеров основной обмотки, магнитной системы, расхода активных материалов, габаритных размеров и снижение потерь электроэнергии от полей рассеяния.

Способ изготовления аморфнометаллических волокон // 2698736

Изобретение относится к области защиты ценных документов от подделки. Предлагается способ получения аморфнометаллических волокон, в котором используют установку Улитовского-Тейлора, включающий в себя следующие этапы: 1) формирование аморфнометаллических волокон методом индукционного литья на упомянутой установке, 2) склеивание полученного волокна в жгуты посредством водорастворимого клея и 3) разрезание жгутов на отрезки заданной длины, характеризующийся тем, что в нем упомянутая установка дополнительно снабжена емкостным датчиком, включенным в систему отрицательной обратной связи, и выполнена таким образом, чтобы изменять скорость наматывания отлитого волокна в зависимости от измеренной удельной проводимости отливаемого волокна, тем самым обеспечивая стабильность электротехнических свойств последнего.

Способ получения сложного оксида лютеция и железа lufe2o4±δ // 2698689

Изобретение относится к технологии получения сложных оксидов, которые обладают свойствами материалов-мультиферроиков, проявляют магнитоэлектрический эффект, магнитокалорический эффект и могут быть применены в области многофункциональных устройств в информационных и энергосберегающих технологиях.

Лист из текстурированной электротехнической стали, имеющий не содержащее хрома изоляционное покрытие, создающее натяжение, и способы изготовления такого стального листа // 2698234

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению листов из текстурированной электротехнической стали, имеющих не содержащее хрома изоляционное покрытие, создающее натяжение.

Способ производства текстурированной электротехнической листовой стали // 2698042

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения магнитных свойств листовой стали способ производства текстурированной электротехнической листовой стали включает нагрев стального сляба при 1300°С или менее, причем сляб получен из стали, содержащей С, Si, Mn, растворимый в кислоте Al, S и/или Se, Sn и/или Sb, N и остаток - Fe и неизбежные примеси, горячую прокатку стального сляба для получения горячекатаной листовой стали, холодную прокатку один раз или два или более раза с промежуточным отжигом между ними для получения холоднокатаной листовой стали конечной толщины, первичный рекристаллизационный отжиг, нанесение отжигового сепаратора на поверхность холоднокатаной листовой стали и вторичный рекристаллизационный отжиг.

Способ производства текстурированного листа из электротехнической стали // 2698040

Изобретение относится к области металлургии. Для получения текстурированного листа из электротехнической стали, обладающего лучшими магнитными свойствами, способ включает нагрев стального сляба до температуры 1300°С и менее, горячую прокатку стального сляба для получения горячекатаного стального листа, отжиг горячекатаного стального листа в зоне горячих состояний, однократную, или двукратную, или многократную холодную прокатку с промежуточным отжигом между ними для получения холоднокатаного стального листа конечной толщины, первичный рекристаллизационный отжиг, нанесение отжигового сепаратора на поверхность холоднокатаного стального листа после первичного рекристаллизационного отжига и вторичный рекристаллизационный отжиг, причем при отжиге в зоне горячих состояний средняя скорость нагрева от обычной температуры до 400°С составляет 50°С/с и более, а время для достижения 900°С от 400°С составляет 100 с и менее.

Магнит из редкоземельных металлов и способ его изготовления // 2697837

Изобретение относится к магниту из редкоземельных металлов на основе R-Fe-B, и способу его изготовления. Магнит из редкоземельных металлов содержит основную фазу и зернограничную фазу, расположенную вокруг основной фазы, общий состав выражен формулой: (Ndx(Ce, La)(1-x-y)R1y)pFe(100-p-q-r-s)CoqBrM1s⋅(R2zR3wM21-z-w)t, где R1 является одним или несколькими элементами, выбранными из редкоземельных элементов, иных, чем Nd, Се и La, R2 является одним или несколькими элементами, выбранными из ряда Pr, Nd, Pm, Sm, Eu и Gd, R3 является одним или несколькими элементами, выбранными из редкоземельных элементов, иных, чем R2, М1 и М2 являются предварительно определенным элементом, 5,0≤р≤20,0, 0≤q≤8,0, 4,0≤r≤6,5, 0≤s≤2,0, 0≤t≤10,0, 0,4≤x≤0,8, 0≤у≤0,1, 0,5≤z≤0,8 и 0≤w≤0,1, и La содержится в количестве от 1/9 до 3 раз по молярному отношению к Се.

Редкоземельный магнит // 2697270

Изобретение относится к редкоземельному магниту, содержащему магнитную фазу, имеющую состав, представленный посредством RT5 (R представляет собой редкоземельный элемент, а T представляет собой переходный элемент-металл), и к способу его изготовления.

Спеченный магнит r-fe-b и способ его изготовления // 2697266

Изобретение относится к спеченному магниту на основе R-Fe-B и к способу его получения. Спеченный магнит R-Fe-B состоит в основном из 12-17 ат.% Nd, Pr и R, 0,1-3 ат.% M1, 0,05-0,5 ат.% M2, 4,8+2*m - 5,9+2*m ат.% B, и остальное - Fe, содержащий интерметаллическое соединение R2(Fe,(Co))14B в качестве основной фазы и имеющий структуру сердечник/оболочка, в которой основная фаза покрыта фазами границ зерен.