ТЕРМОМАГНИТНОЕ РЕЛЕ Российский патент 1995 года по МПК H01H37/58 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к датчикам на основе герметизированного магнитоуправляемого контакта (геркона), служащим для контроля некоторой критической температуры окружающей среды, для работы в устройствах защиты от перегрева и регулировки температуры, например, в электродвигателях, холодильниках и т.п.

Известно несколько устройство [1, 2] на основе геркона, работающих по общему принципу и служащих для контроля некоторой критической температуры окружающей среды. Общим недостатком этих устройств является неустойчивая работа или вообще невозможность работы при наличии внешнего магнитного поля или близком расположении их к ферромагнитным материалам, что связано с малой величиной магнитного поля, необходимого для управления герконом. Наложение добавочного внешнего магнитного поля может привести к непредсказуемому замыканию контактов геркона, а рассеяние магнитного потока от постоянного магнита (обычно используемого в этих устройствах в качестве источника управляющего магнитного поля) на близко расположенных ферромагнитных материалах может привести к полному несрабатыванию данных устройств.

Наиболее близким к изобретению является устройство [3] выбранное в качестве прототипа и содержащее геркон, постоянный магнит и термочувствительный элемент из ферромагнитного магнитомягкого материала с температурой Кюри (Т_с), меньшей, чем у постоянного магнита. Термочувствительный элемент выполняется в виде вставки, помещенной между герконом и полюсами находящегося в непосредственной близости с герконом постоянного магнита. При температурах, меньших Т_с вставки, через нее замыкается основная часть магнитного потока постоянного магнита. С повышением температуры выше величины Тс термочувствительного элемента его магнитная проницаемость уменьшается, вследствие чего через контакты геркона начинает проходить все больший магнитный поток, и при определенном его значении, соответствующем температуре, близкой к Т_с вставки, происходит срабатывание геркона замыкание контактов. С понижением температуры может быть обратный процесс, приводящий к размыканию контактов геркона.

Недостатком этого устройства является указанная выше неустойчивость работы или вообще невозможность работы при наличии внешнего магнитного поля или близком расположении устройства к ферромагнитным материалам, что вполне возможно в условиях реального применения термомагнитных реле. При наличии внешнего магнитного поля, которое может быть, например, при использовании реле в электродвигателях, дополнительный магнитный поток через контакты геркона, вызванный внешним магнитным полем, может привести к их замыканию независимо от температуры окружающей среды. Близкое расположение постоянного магнита к ферромагнитным материалам (например, к железным конструкциям) приводит к возникновению дополнительного рассеяния на них магнитного потока от магнита, что уменьшает величину магнитного потока через контакты геркона и может привести к несрабатыванию датчика при нагреве выше Т_с вставки. Все это существенно ограничивает возможности применения этого устройства.

Целью изобретения является повышение надежности срабатывания термомагнитного реле в присутствии внешнего магнитного поля и ферромагнитных материалов.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем геркон, постоянный магнит и термочувствительный элемент из ферромагнитного магнитомягкого материала с температурой Кюри, меньшей, чем у постоянного магнита, термочувствительный элемент выполнен в виде наружного корпуса, охватывающего геркон и постоянный магнит. В таком виде термочувствительный элемент из магнитомягкого материала экранирует внешнее магнитное поле, предохраняет от дополнительного рассеивания магнитного потока постоянного магнита на близко расположенных ферромагнитных материалах и служит для защиты от внешних механических повреждений, сохраняя при этом свою основную функцию замыкание магнитного потока от постоянного магнита при температурах, меньших Т_с.

Сопоставительный анализ предлагаемого устройства с прототипом показывает, что в конструктивном отношении предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что термочувствительный элемент охватывает геркон, и постоянный магнит и выполнен в виде корпуса. Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

С целью обоснования критерия "изобретательский уровень" проанализируем известность выявленных отличительных признаков (или аналогичных им) в других известных технических решениях в данной области. Обычное техническое решение задачи экранирования внешнего магнитного поля введение наружного экрана из магнитомягкого материала, широко известно. Однако оно приводит, во-первых, к необходимости увеличения магнитного момента постоянного магнита (в связи с дополнительным рассеянием магнитного потока), а следовательно, к увеличению его размеров и габаритов датчика. Во-вторых, увеличение расстояния между термочувствительным элементом и наружной средой приводит к повышению инертности срабатывания реле по температуре. Использование же термочувствительного элемента одновременно в качестве магнитного экрана от внешнего магнитного поля и для замыкания магнитного потока от постоянного магнита, как это осуществлено в предлагаемом устройстве, в научно-технической и патентной литературе не описано. Более того, такое техническое решение является неочевидным, так как противоречит традиционно принятым в этой области техники тенденциям уменьшения размеров термочувствительного элемента, максимального его приближения к полюсам постоянного магнита и т.д. что в общем и соответствует общим задачам миниатюризации такого рода устройств. Вынесение же термочувствительного элемента за пределы пространства геркон постоянный магнит и тем более выполнение его в виде охватывающего эти последние экрана является совершенно неочевидным решением. И при этом термочувствительный элемент, выполненный таким образом, начинает выполнять сразу две функции, как это было сказано выше, а именно: свою непосредственную функцию термочувствительного элемента, замыкающего магнитный поток для срабатывания реле, и функцию экрана, защищающего реле от воздействия внешних магнитных полей и влияния ферромагнитных материалов, что в конечном счете обеспечивает возникновение у предлагаемого устройства новых, неочевидных свойств, а именно: существенное повышение надежности срабатывания реле в условиях его реального применения в различной сложной аппаратуре.

Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 показано предлагаемое реле, продольный разрез; на фиг.2 то же, поперечный разрез.

Реле содержит геркон 1, постоянный магнит 2, плотно прилегающий к стенкам корпуса 3, выполненного из ферромагнитного магнитомягкого материала с температурой Кюри меньшей, чем у постоянного магнита 2. Для изготовления реле пригоден любой геркон с нормально разомкнутыми контактами. Выбор конкретного типа геркона определяет наружные габариты датчика и допустимые точки через реле. В качестве постоянного магнита 2 возможно использование, например, бариевого феррита, а для изготовления термочувствительного элемента корпуса 3 возможно, например, применение сплава Ni-Cu, состав которого определяется, исходя из необходимой температуры срабатывания реле. Толщина стенок корпуса 3 выбирается, исходя из необходимой степени экранирования внешнего магнитного поля. Температурный диапазон возможной температуры срабатывания реле определяется интервалом рабочих температур геркона и находится обычно в пределах от минус 60 до плюс 150^оС.

Реле работает следующим образом. При наружных температурах, меньших температуры Кюри, корпуса 3 через него замыкается основная часть магнитного потока от постоянного магнита 2. При повышении температуры выше Т_с корпуса 3 его магнитная проницаемость уменьшается, вследствие чего через контакты геркона 1 начинает проходить все больший магнитный поток, и при определенном его значении, соответствующем температуре близкой к Т_с корпуса 3, происходит срабатывание реле замыкание контактов. С понижением температуры имеет место обратный процесс, приводящий к размыканию контактов геркона.

Таким образом, предлагаемое устройство благодаря своим новым признакам обеспечивает при его использовании следующие преимущества:
существенное повышение надежности срабатывания реле, что может дать значительный экономический эффект, если учесть сложность и высокую стоимость аппаратуры и различных устройств, в которых используются такого рода реле;
повышенную надежность срабатывания предлагаемого реле с учетом простоты его исполнения (практически в условиях любой мастерской) и относительной дешевизны делает область применения таких устройств практически не ограниченной при решении задач контроля температуры внешней среды для защиты от перегрева и регулировки температуры различных устройств.

Использование: в электротехнике, в частности, в датчиках на основе герметизированного магнитного контакта, служащих для контроля некоторой критической температуры окружающей среды, для работы в устройствах защиты от перегрева и регулировки температуры, например, в электродвигателях, холодильниках и т.п. Сущность изобретения заключается в том, что реле содержит геркон, постоянный магнит и термочувствительный элемент, выполненный в виде наружного корпуса, охватывающего геркон и постоянный магнит. Термочувствительный элемент выполнен из ферромагнитного магнитомягкого материала с температурой Кюри, определяющей температуру срабатывания реле, более низкой, чем у постоянного магнита. 2 ил.

ТЕРМОМАГНИТНОЕ РЕЛЕ, содержащее геркон, постоянный магнит и термочувствительный элемент из ферромагнитного магнитомягкого материала с температурой Кюри меньшей, чем у постоянного магнита, отличающееся тем, что термочувствительный элемент выполнен в виде наружного корпуса, охватывающего геркон и постоянный магнит.