УЗЕЛ СТЫКА ЭЛЕМЕНТОВ ОБОЛОЧКИ СОСТАВНОЙ КАПСУЛЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК H01T13/41 

Изобретение относится к средствам защиты от электромагнитных помех, излучаемых электротехническими устройствами, в частности транспортных средств.

Из книги «Конструирование приборов», под ред. В.Краузе, перевод с немецкого В.Н.Пальянова, под ред. О.Ф.Тищенко, М.: Машиностроение, 1987 г., том 1, стр.314...319 известны защищающие от электромагнитных излучений капсулы. При этом оболочки капсул могут быть выполнены и зацело, и составными, сплошными, и перфорированными, гибкими, жесткими или комбинированными. Оболочки капсул выполнены или содержат покрытия из следующих материалов: для защиты от электрических полей из электропроводящего материала, для защиты от магнитных низкочастотных полей, из магнитопроводящего материала, для защиты от магнитных средне- и высокочастотных полей из магнитопроводящего и/или электропроводящего, материала. Среди недостатков вышеупомянутых капсул можно выделить:

- для капсул, подавляющих электрические поля, - жесткие требования к гальванической чистоте стыкуемых поверхностей и необходимость гальванического соединения оболочки с приемником помех посредством возможно коротких соединителей;

- для капсул, подавляющих магнитные поля, - жесткие требования по расположению стыков оболочек, относительно магнитных силовых линий полей, к конструкции стыков и к гальванической чистоте стыкуемых поверхностей.

Из книги Р.А.Дуниной, А.Н.Наумова «Авиационное и радиоэлектронное оборудование самолета ЯК-18Т», издание второе, М.: Транспорт, 1982 г., стр.97, 98 известно: для выравнивания электрических потенциалов, возникающих на различных электропроводящих частях самолета, для исключения работы гальванически обособленных металлических деталей самолета в качестве излучателей электромагнитных помех указанное принудительно металлизируют. Металлизация, обычно, осуществляется перемычками из переплетенных медных, чаще луженых, проволок или полосками из медной, часто луженой, фольги и может охватывать следующее: органы управления, двигатель, раму двигателя, масляную и топливную системы, экранирующие оболочки кабелей, электрооборудования, панели управления, агрегаты, а также металлические детали корпуса самолета. В автомобилестроении металлизация гальванически обособленных металлических деталей чаще всего ограничивается применением гибких медных перемычек, расположенных между двигателем, рамой и/или кузовом, и между кузовом и капотом, запорным устройством и узлами подвески капота, а также гальваническими связями между экранирующими оболочками кабелей и электрооборудования, если таковые имеются, с кузовом и двигателем. Указанное можно увидеть, например, в книге А.В.Ашмарова, А.Ю.Кубышкина. Средний ремонт ВАЗ-21099, М.; Третий Рим, 2000 г., стр.13, фиг.5, стр.166, фиг.7, поз.1, 2, 3, а также в книге Я.Е.Голодовского, И.В.Зайцева, О.М.Лаврова. Грузовые автомобили высокой проходимости, М.: Военное издательство Министерства обороны СССР, 1968 г., стр.132, фиг.98.

Таким образом, практически любое транспортное средство, и это наглядно показано на рис.2, см. стр.8 вышеупомянутой книги «Авиационное и радиоэлектронное оборудование самолета ЯК-18Т», можно рассматривать как совокупность, или по меньшей мере одну, выполненных, чаще всего, из электро- или электро- и магнитопроводящего материала, металлизированных защищающих от электромагнитных излучений капсул, внутри каждой из которых расположен по меньшей мере один излучатель непреднамеренных, паразитных, радиопомех или защищаемый от помех объект. Для обеспечения доступа к расположенному внутри капсулы оборудованию ее оболочка выполнена либо состоящей по меньшей мере из двух, соединенных с возможностью разъединения элементов, либо содержащей по меньшей мере один, соединенный с оболочкой с возможностью разъединения (открывания, откидывания, смещения, удаления) элемент, либо состоящей по меньшей мере из двух, соединенных с возможностью разъединения элементов, любой из которых может быть выполнен содержащим по меньшей мере один, соединенный с оболочкой с возможностью разъединения (открывания, откидывания, смещения, удаления) элемент. Оболочка капсулы и/или любой из ее элементов могут быть выполнены по любому из типов монокок (monocoque), полумонокок и с несущим каркасом, любой из элементов оболочки капсулы может быть выполнен как цельным, так и составным. Таким образом, оболочка любой реально существующей, защищающей от электромагнитных излучений капсулы обслуживаемого объекта содержит по меньшей мере одну расположенную между соединяемыми элементами щель. Линейные размеры любой из содержащихся в оболочке капсулы щелей, профиль противолежащих, формирующих щель поверхностей соединяемых элементов оболочки, а также интервал между ними определяются во многих случаях конструктивно или технологически. С точки зрения электротехники, щель может рассматриваться и как рупор, и как волновод, и как элемент связи. Следовательно, одним из мест проникновения паразитного электромагнитного поля, равно из капсулы в окружающее ее пространство или из окружающего капсулу пространства вовнутрь капсулы, являются щели между составляющими капсулу элементами, и чем щель длиннее, тем с меньшим затуханием через нее будут распространяться волны с низшими типами колебаний.

Прототипом изобретения принят известный из материалов к патенту RU 2243622, 7 МПК Н01Т 13/41, опубл. 2004 г., узел стыка элементов оболочки составной капсулы, содержащий расположенный между формирующими щель поверхностями соединяемых элементов оболочки электромагнитный буфер. В указанном решении электромагнитный буфер выполнен в виде дифракционной решетки. Дифракционная решетка сформирована размещенными с заданным интервалом вдоль периметра щели, простирающимися между формирующими щель поверхностями элементов оболочки электропроводящими перемычками, каждая из которых выполнена с возможностью гальванического замыкания соединяемых элементов оболочки. При этом интервал (в метрах) между перемычками должен быть не выше значения, определяемого соотношением: C/2f_max, где С - скорость света (3×10⁸ м/сек), a f_max - максимальная частота спектра демпфируемых помех (Гц).

Для транспортных средств содержащих двигатель внутреннего сгорания с электроискровым воспламенением рабочих смесей одним из наиболее мощных излучателей непреднамеренных радиопомех является система зажигания, генерирующая к тому же наиболее широкий спектр электромагнитных излучений. В соответствии с ГОСТ Р 51318.12 максимальная измеряемая частота (f_max) широкополосных индустриальных радиопомех от транспортных средств составляет 1 ГГц. Следовательно, максимальное расстояние между перемычками электромагнитного буфера составит 0,15 м.

К недостаткам упомянутого выше технического решения можно отнести очевидную сложность реализации дифракционной решетки в условиях массового производства, а также очевидные трудности в сохранении во времени качеств гальванического замыкания соединяемых элементов оболочки.

Задачей изобретения было создание мало излучающего, с точки зрения распространения радиопомех, обеспечивающего возможность реализации в условиях массового производства, а также долговечного в среде с повышенной коррозионной активностью узла стыка элементов оболочки составной капсулы.

Для однозначного понимания сути описанного далее, заявитель считает нужным ввести следующее пояснение: при нахождении в электромагнитном поле в диэлектрических материалах имеют место потери, зависящие как от частоты переменного электромагнитного поля, так и от молекулярной и атомной структур диэлектрического материала. При этом для «чистых», не содержащих токопроводящих компонентов (сажи, графита, ферроманитных материалов) диэлектрических материалов эти потери (поглощение высокочастотной энергии) достаточно малы. На основании изложенного заявитель выделяет следующие условные категории компонентов:

- компонент с малым коэффициентом экранирования (слабо поглощающий материал, материал в котором электромагнитное поле затухает слабо),

- поглощающий/отражающий электромагнитное излучение компонент (материал, увеличивающий потери в композиции),

- демпфирующая электромагнитное излучение композиция (поглощающая и/или отражающая электромагнитное излучение композиция, обладающая потерями в электромагнитном поле).

Задача решается в узле стыка элементов оболочки составной капсулы, содержащем электромагнитный буфер, расположенный между формирующими щель поверхностями соединяемых элементов оболочки.

Задача может решаться тем, что электромагнитный буфер выполнен сформированным из демпфирующей электромагнитное излучение дисперсной композиции или содержащим демпфирующую электромагнитное излучение дисперсную композицию, демпфирующая электромагнитное излучение дисперсная композиция включает в себя по меньшей мере один компонент с малым коэффициентом экранирования и по меньшей мере один поглощающий электромагнитное излучение компонент, линейные размеры зерен поглощающего компонента должны быть не выше значения, определяемого соотношением:

,

где f_н - нижняя частотная граница демпфируемого электромагнитного излучения,

σ_п - удельная проводимость материала зерен поглощающего компонента,

μ_п - абсолютная магнитная проницаемость материала зерен поглощающего компонента.

Задача может решаться тем что, электромагнитный буфер выполнен сформированным из демпфирующей электромагнитное излучение дисперсной композиции или содержащим демпфирующую электромагнитное излучение дисперсную композицию, демпфирующая электромагнитное излучение дисперсная композиция включает в себя по меньшей мере один компонент с малым коэффициентом экранирования и по меньшей мере один отражающий электромагнитное излучение компонент, линейные размеры зерен отражающего компонента должны быть больше значения, определяемого соотношением:

,

где f_н - нижняя частотная граница демпфируемого электромагнитного излучения,

σ_o - удельная проводимость материала зерен отражающего компонента,

μ_о - абсолютная магнитная проницаемость материала зерен отражающего компонента.

Задача может решаться тем что, электромагнитный буфер выполнен сформированным из демпфирующей электромагнитное излучение дисперсной композиции или содержащим демпфирующую электромагнитное излучение дисперсную композицию, демпфирующая электромагнитное излучение дисперсная композиция включает в себя по меньшей мере один компонент с малым коэффициентом экранирования, по меньшей мере один поглощающий электромагнитное излучение компонент и по меньшей мере один отражающий электромагнитное излучение компонент, причем линейные размеры зерен поглощающего электромагнитное излучение компонента должны быть не выше, а линейные размеры зерен отражающего компонента должны быть больше значения, определяемого соотношением:

,

где f_н - нижняя частотная граница демпфируемого электромагнитного излучения,

σ - удельная проводимость материала зерен соответственно поглощающего/отражающего компонента,

μ - абсолютная магнитная проницаемость материала зерен соответственно поглощающего/отражающего компонента.

При этом демпфирующая электромагнитное излучение дисперсная композиция может представлять собой, например, или композиционный, содержащий полимерную матрицу материал, или твердый раствор, или суспензию, в том числе теряющую со временем свои жидкотекучие качества, или механическую (сыпучую без вяжущего или с содержанием вяжущего) смесь, в качестве поглощающего электромагнитное излучение компонента могут быть использованы, например, углерод, ферриты, металлы, сплавы металлов, в качестве отражающего электромагнитное излучение компонента могут быть использованы, преимущественно, металлы или их сплавы.

Изобретение поясняется следующим чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид составной капсулы применительно к автомобилю.

На фиг.2 изображен узел стыка оболочки составной капсулы.

Изобретение может быть реализовано следующим образом. Применительно к автомобилю, оболочка защищающей от электромагнитного излучения составной капсулы образована установленными с возможностью разъединения (открывания) шарнирно связанными неподвижным 1 и подвижным 2 металлизированными элементами. Неподвижный элемент 1 оболочки составной капсулы образован (не показанными) щитком, разделяющим моторный отсек и кокпит транспортного средства, левым, правым и нижним брызговиками моторного отсека, облицовкой радиатора, а также радиатором системы охлаждения двигателя, представляющим собой, с точки зрения электротехники, фильтр, состоящий из множества запредельных волноводов. При этом детали, входящие в состав неподвижного элемента 1 оболочки составной капсулы, выполнены, за исключением практически немагнитопроводящего радиатора, из электро- и магнитопроводящего материала, гальванически и механически связанными посредством резьбовых и электросварных соединений. Подвижный элемент 2 оболочки составной капсулы представлен капотом (показан условно) моторного отсека, выполненным из электро- и магнитопроводящего материала. Неподвижный и подвижный элементы 1, 2 оболочки составной капсулы установлены с зазором, т.е. с образованием щели, расположенной между соединяемыми элементами. Металлизация (не показана) неподвижного и подвижного элементов оболочки составной капсулы осуществлена (не показанными) шарнирами подвески капота и гибкой медной перемычкой. Между формирующими щель поверхностями неподвижного 1 и подвижного 2 элементов оболочки составной капсулы установлен электромагнитный буфер 3. Электромагнитный буфер 3 выполнен в виде профилированной, в том числе полой (не показано), возможно армированной (не показано), достаточно эластичной, гибкой, упругой детали, уложенной, преимущественно, по всему периметру щели и закрепленной известными из уровня техники методами на неподвижном 1 или подвижном 2 элементе оболочки составной капсулы. При этом электромагнитный буфер 3 может быть выполнен:

1) целиком сформированным из демпфирующей электромагнитное излучение дисперсной композиции (не показано);

2) в виде оболочки, сформированной из демпфирующей электромагнитное излучение дисперсной композиции, которая, в свою очередь, может быть заполнена материалом с малым коэффициентом экранирования, в том числе и жидкотекучим, или газовой смесью (не показано);

3) в виде, преимущественно, тонкостенной оболочки 4, сформированной из материала с малым коэффициентом экранирования, которая заполнена демпфирующей электромагнитное излучение дисперсной композицией 5.

Демпфирующая электромагнитное излучение дисперсная композиция, в описываемых случаях, представляет собой, по меньшей мере один, преимущественно, полимерный компонент - матрицу с малым коэффициентом экранирования, а также по меньшей мере один поглощающий электромагнитное излучение компонент, или по меньшей мере один отражающий электромагнитное излучение компонент, или по меньшей мере один поглощающий электромагнитное излучение компонент и по меньшей мере один отражающий электромагнитное излучение компонент. При этом линейные размеры зерен поглощающего/отражающего электромагнитное излучение компонентов выбираются соответственно из следующих соотношений:

,

где _п - линейные размеры зерен поглощающего электромагнитное излучение компонента,

f_п - нижняя частотная граница демпфируемого электромагнитного излучения,

σ_п - удельная проводимость материала зерен поглощающего электромагнитное излучение компонента,

μ_п - абсолютная магнитная проницаемость материала зерен поглощающего электромагнитное излучение компонента.

,

где _о - линейные размеры зерен отражающего электромагнитное излучение компонента,

f_н - нижняя частотная граница демпфируемого электромагнитного излучения,

σ_о - удельная проводимость материала зерен отражающего электромагнитное излучение компонента,

μ_o - абсолютная магнитная проницаемость материала зерен отражающего электромагнитное излучение компонента.

Применительно к иным, нежели автомобилестроение, областям изобретение можно реализовать не показанными на чертежах следующими способами.

1. Выполненная из электро- и магнитопроводящего материала металлизированная оболочка составной капсулы содержит, например, по меньшей мере два соединяемых внахлест расположенных с образованием щели элемента, скрепленных посредством клепки или резьбовых соединений. В этом случае электромагнитный буфер может быть выполнен в виде демпфирующей электромагнитное излучение суспензии, в том числе теряющей со временем свои жидкотекучие качества, расположенной между формирующими щель поверхностями соединяемых элементов оболочки. При этом суспензия может содержать по меньшей мере один компонент - матрицу с малым коэффициентом экранирования, а также по меньшей мере один поглощающий электромагнитное излучение компонент, или по меньшей мере один отражающий электромагнитное излучение компонент, или по меньшей мере один поглощающий электромагнитное излучение компонент и по меньшей мере один отражающий электромагнитное излучение компонент. Линейные размеры зерен поглощающего/отражающего электромагнитное излучение компонентов суспензии выбираются согласно вышеприведенным правилам.

2. Выполненная из электро- и магнитопроводящего материала металлизированная оболочка составной капсулы содержит, например, горизонтально расположенное отверстие для доступа вовнутрь капсулы и закрывающую это отверстие горизонтально расположенную съемную крышку. Где прилегающая к отверстию, расположенная со стороны крышки поверхность оболочки снабжена выполненной с отступом от кромок отверстия сформированной в виде замкнутого пояса впадиной, а расположенная со стороны оболочки поверхность съемной крышки снабжена сформированным в виде замкнутого пояса, входящим во впадину выступом. При этом простирающиеся, по меньшей мере в горизонтальном направлении, поверхности выступа крышки расположены с зазором относительно им противолежащих поверхностей впадины оболочки. В этом случае электромагнитный буфер может быть выполнен в виде засыпки, расположенной в щели между стенками кольцевой впадины и кольцевого выступа. При этом засыпка может представлять собой механическую дисперсную смесь, содержащую по меньшей мере один компонент с малым коэффициентом экранирования, а также по меньшей мере один поглощающий электромагнитное излучение компонент, или по меньшей мере один отражающий электромагнитное излучение компонент, или по меньшей мере один поглощающий электромагнитное излучение компонент и по меньшей мере один отражающий электромагнитное излучение компонент. Линейные размеры зерен любого из поглощающего/отражающего электромагнитное излучение компонентов механической дисперсной смеси выбираются согласно вышеприведенным правилам.

Техническое решение по изобретению работает следующим образом (без учета потерь, обусловленных вибрацией доменов токопроводящих компонентов в электромагнитном поле и их взаимодействием с компонентом с малым коэффициентом экранирования).

1. Случай использования демпфирующей электромагнитное излучение дисперсной композиции, содержащей множество зерен поглощающего электромагнитное излучение компонента. При падении электромагнитной волны на поверхность зерна поглощающего компонента и проникновении ее в тело зерна происходит диссипация энергии на узлах кристаллической решетки составляющего зерно вещества в виде тепла и межатомного перехода электронов вещества на более высшие орбитали. Уменьшение энергии электромагнитного поля при его прохождении через электромагнитный буфер обусловлено, преимущественно, поглощением электромагнитного поля зернами поглощающего компонента. Энергия электромагнитного поля на выходе из электромагнитного буфера, в заданной полосе частот, обратно пропорциональна суммарной проводимости зерен поглощающего компонента и суммарной толщине зерен в направлении прохождения электромагнитного поля.

2. Случай использования демпфирующей электромагнитное излучение дисперсной композиции, содержащей множество зерен отражающего электромагнитное излучение компонента. При падении электромагнитной волны на поверхность зерна отражающего компонента (обладающего высокой проводимостью, линейные размеры которого больше, чем глубина проникновения электромагнитного поля в составляющее зерно вещество отражающего компонента при максимальной длине волны частотного диапазона) происходит ее, преимущественное, отражение. Учитывая, что демпфирующая электромагнитное излучение композиция носит дисперсный характер, электромагнитная волна, проникая на некоторую глубину электромагнитного буфера, многократно переотражается от поверхностей расположенных на пути ее распространения зерен отражающего компонента, постепенно рассеивается и затухает.

3. В случае использования демпфирующей электромагнитное излучение дисперсной композиции, содержащей зерна и поглощающего, и отражающего электромагнитное излучение компонентов, протекают процессы, описанные выше. Уменьшение энергии на выходе электромагнитного буфера в этом случае происходит и за счет поглощения электромагнитного поля зернами, преимущественно, поглощающего компонента, и за счет его отражения и рассеивания зернами, преимущественно, отражающего компонента. Энергия электромагнитного поля на выходе из электромагнитного буфера, в данной полосе частот, обратно пропорциональна суммарной проводимости зерен поглощающего компонента, магнитной проницаемости и линейным размерам зерен отражающего компонента, а также суммарной толщине зерен поглощающего компонента в направлении прохождения электромагнитного поля.

Таким образом, техническое решение по изобретению позволяет создать мало излучающий, с точки зрения распространения радиопомех, долговечный в среде с повышенной коррозионной активностью узел стыка элементов оболочки составной капсулы и обеспечивает возможность его реализации в условиях массового производства.

Узел стыка элементов оболочки составной капсулы, относящийся к средствам защиты от электромагнитных помех, излучаемых электротехническими устройствами, в частности транспортных средств. Узел стыка элементов оболочки составной капсулы содержит электромагнитный буфер, расположенный между формирующими щель поверхностями соединяемых элементов оболочки. При этом электромагнитный буфер содержит дисперсную композицию или формируется из дисперсной композиции, представляющей собой по меньшей мере один компонент с малым коэффициентом экранирования, а также по меньшей мере один поглощающий электромагнитное излучение компонент, или по меньшей мере один отражающий электромагнитное излучение компонент, или по меньшей мере один поглощающий электромагнитное излучение компонент и по меньшей мере один отражающий электромагнитное излучение компонент. Линейные размеры зерен поглощающего/отражающего электромагнитное излучение компонентов выбираются соответственно из следующих соотношений:

, ,

_n - линейные размеры зерен поглощающего электромагнитное излучение компонента, σ_п - удельная проводимость материала зерен поглощающего электромагнитное излучение компонента, μ_п - абсолютная магнитная проницаемость материала зерен поглощающего электромагнитное излучение компонента, _о - линейные размеры зерен отражающего электромагнитное излучение компонента, σ_о - удельная проводимость материала зерен отражающего электромагнитное излучение компонента, μ_о - абсолютная магнитная проницаемость материала зерен отражающего электромагнитное излучение компонента, f_н - нижняя частотная граница демпфируемого электромагнитного излучения. Техническим результатом является создание мало излучающего, с точки зрения распространения радиопомех, долговечного в среде с повышенной коррозионной активностью, узла стыка элементов оболочки составной капсулы и обеспечение возможности его реализации в условиях массового производства. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Узел стыка элементов оболочки составной капсулы, содержащий электромагнитный буфер, расположенный между формирующими щель поверхностями соединяемых элементов оболочки, отличающийся тем, что электромагнитный буфер выполнен сформированным из демпфирующей электромагнитное излучение дисперсной композиции или содержащим демпфирующую электромагнитное излучение дисперсную композицию, демпфирующая электромагнитное излучение дисперсная композиция включает в себя, по меньшей мере один, компонент с малым коэффициентом экранирования и, по меньшей мере, один поглощающий электромагнитное излучение компонент, линейные размеры зерен поглощающего компонента должны быть не выше значения, определяемого соотношением

где f_н - нижняя частотная граница демпфируемого электромагнитного излучения;

σ_п - удельная проводимость материала зерен поглощающего компонента;

μ_п - абсолютная магнитная проницаемость материала зерен поглощающего компонента.

где f_н - нижняя частотная граница демпфируемого электромагнитного излучения;

σ_о - удельная проводимость материала зерен отражающего компонента;

μ_о - абсолютная магнитная проницаемость материала зерен отражающего компонента.

где f_н - нижняя частотная граница демпфируемого электромагнитного излучения;

σ - удельная проводимость материала зерен соответственно поглощающего/отражающего компонента;

μ - абсолютная магнитная проницаемость материала зерен соответственно поглощающего/отражающего компонента.