Переключатель с сегментированным потоком жидкости Советский патент 1984 года по МПК H01H29/24 

vj

U)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управляемого магнитным полем переключения электрических цепей.

Известен , электрический переключатель, содержащий трубчатый герметичный корпус с парой управляющих электродов, контактирующих с каплей электропроводящей жидкости, в качестве которой используется ртуть, в одном торце и парой коммутирующих контактов - в другом. При включении управляющего электромагнитного поля жидкая капля перемещается внутри корпуса пе)еключателя под действием силы Лоренца ll .

Недостатком известного устройства является использование для замыкания контактов ртути, что обуславливает наличие относительно переходного сопротивления в области ртуть - твердый контакт и соответственно нагрев ртути, ее испарение и окисление поверхности контактов, что снижает надежность конструкции.

Кроме того, отсутствуют системы дугогашения, что не позволяет использовать известные устройства в качестве переключателей сильных токов.

Известны магнитоуправляемые переключатели, содержащие герметичный корпус с расположенными в нем электродами, хотя бы один из которых заполнен электропроводящей магнитно жидкостью. При включении магнитного поля жидкость замыкает электроды, а при выключении - возвращается в исходное положение под действием сил поверхностного натяжения 2j .

Недостатком известных устройств является их низкое быстродействие, обусловленное, в частности, тем, что замыкание и размыкание контактов происходит под действием относительно слабых сил Лоренца и сил поверхностного натяжения-.

Кроме того, устройства характеризуются ограниченностью функциональных возможностей известных переключателей, в которых предусмотрена только одна пара коммутирующих электродов .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является переключатель с сегментированным потоком жид217132

кости, представляющий собой трубку, выполненную из диэлектрического материала с закрепленными на ней электродами. Внутри трубки имеются.смеж5 ные области, заполненные электропроводящей жидкостью, в качестве которой используется ртуть, и неэлектропроводящей магнитной жидкостью, которые перемещаются под действием уп0 равляющего магнитного поля. При . этом электроды оказываются замкнутыми или разомкнутыми, в зависимости от того, электропроводящая или незлектропроводящая жидкость рас5 полагается между ними з .

Недостатком известного устройства является его низкое быстродействие, обусловленное тем, что перемещение жидкости в корпусе переклю0 чателя осуществляется только за счет взаимодействия непроводящей магнитной зкидкости с магнитным полем.

Кроме того, недостатком устройства является использование в ка5 честве электропроводящей жидкости ртути.

Известное устройство содержит дополнительные системы выпрямления тока, питающие управляющие электроQ магниты, и системы электромагнитов, перемещающих непроводящую магнитную жидкость, что увеличивает размеры конструкции и уменьшает надежность

ее работы.

I

5Цель изобретения - повьщ1ение

быстродействия переключателя, надежности уменьшение переходного сопротивления и упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в переключателе с сегментированным потоком жидкости, содержащем источник магнитодвижущей силы, замкнутую трубку, выполненную из диэлектрического мателиала, электроды,

5 расположенные на трубке, запдлненной электропроводящей жидкостью и неэлектропроводящей магнитной жидкостью находящимися аксиально в упомянутой трубке и несмешивающимися между собой

0 источник магнитодвижущей силы вьтолнен в виде источника вращающегося магнитного поля, в качестве электропроводящей жидкости используется электропроводящая микрополярная

5 жидкость, обладающая магнитными свойствами, а в качестве неэлектропроводящей жидкости используется неэлектропроводящая микрополярная жид3кость, обладающая магнитными свойствами. В качестве электропроводящей микрополярной жидкости, обладающей магнитными свойствами, может использоваться электропроводящая магнитная жидкость. Миткрополярная жидкость - жидкость с внутренним моментом количес ва- движения. Соответствующее опреде ление может быть разъяснено следующим образом. Рассмотрим достаточно малый обье d.t сплощной средь1 плотности О , имеющий скорость V и угловую скорость и . Пусть г - радиус-вектор этого объема в системе отсчета с началом в полюсе О . Этот объем обладает относительно полюса О орбитальдь1м моментом количества движения Г, pxpvlc L , где х знак векторного произведения. Кроме того, объем обладает внутренним моментом k2 .( W , где - момент инерции массы pd относитель но оси со , проходящей через центр масс объема. Для неполярных сред I(обычные вязкие проводящие и непроводящие жидкости, газы и др.)1,1С2 так как они не обладают внутренним моментом количества движения. Для кикрополярньпс сред порядки К, и kj одинаковы:К -v 1С . Порядки К, и К могут сравняться в этом случае, если объем jJ содержит достаточно много частиц либо молекул, которые под влиянием внешних воздействий (например, электромагнитного поля) преобретают большую угловую скорост GJ . Таким образом, микрополярными будут жидкие суспензии, калоиды, ор ганические жидкости с длинными молекулами, не находящимися в непосредственном сцеплении.(например, жидкие кристаллы), ряд биологических сред и др. Если составляющие микрополярную жидкость частицы обладают даже слабыми магнитными свойствами (как молекулы нематических жидких кристаллов - слабыми ди магнитными) , то жидкость вовлекает в круговое движение однородным вра щающимся магнитным полем. В прототипе используется непроводящая ферромагнитная жидкость, которая обладает микрополярными свойствами. Такая жидкость предста ляет собой дисперсию ферромагнитны П4 частиц размера 100 А (ангстрем) п непроводящем носителе. Частицы стабилизированы для обеспечения устойчивости феррожидкости в неоднородном магнитном поле и в гравитационном поле. Перемещение магнитной жидкости происходит под действием неоднородндго поля электромагнитов (сила (ЛЛу)-Н , где W - намагниченность). В данном изобретении вместо непроводящей феррожидкости может быть использована любая непроводящая микрополярная среда с магнитными свойствами, например суспензия. Такие суспензии представляют собой взвеси частиц любого магнитного материала (ферриты, железо, кобальт, магнитные сплавы и др.) в органических маслах либо других непроводящих жидкостях. Размеры частиц в таких суспензиях несколько микрон. Использование таких непроводящих сред в прототипе принципиально невозможно, посколь ку такие суспензии очень, быстро расслаиваются в неоднородном магнитном поле. Процесс расслоения приводит к образованию магнитных пробок в конструкциях, аналогичных прототипу, и лишает изделие работоспособности.. . Такие жидкости не улекаются неоднородным магнитным полем, поскольку на каждую молекулу действует малая магнитная сила, которая не может преодолеть сил сопротивления, действующих на молекулу со стороны других молекул. Жидкие крисдаллы не увлекаются силой (М V )Н . Однако такие жидкости вовлекаются,в движение вращающимся магнитным полем. Соответствующий эффект обусловлен тем, что на каждую молекулу со стороны поля Ц действует вращающий момент М. который заставляет ориентироваться молекулу по полю. При этом каждая молекула подталкивается своими соседями. Таким образом сопротивление вращению значительно меньше, чем поступательному движению. Расслоение суспензий, хотя и медленно, происходит в гравитационном поле. Однако использование в изделии описанных суспензий позволяет надежно эксплуатировать такие переключатели в условиях пониженной гравитации. На чертеже показано предлагаемся устройство, общий вид. Переключатель содержит трубку 1, в стенках которой закреплены одна или несколько пар электродов 2 и источник вращающегося магнитного поля 3. Внутри трубки имеются смежные области, заполненные электропроводящей микрополярной жидкостью 4j обладающей магнитными свойствами, и неэлектропроводящей микрополярной жидкостью 5, обладающей магнитны ми свойствами. При включении катушки индуктора 3 в результате взаимодействия магнитных моментов микрочастиц жидкостей 4 и 5 с вращающимся магнитным полем в корпусе переключателя возникает движение. Скорость движения зависит от намагниченностей М, , Мл жидкостей А и 5 соответственно напряжен ности Н и частоты и вращающегося магнитного поля. Увеличение параметров М,, Мп, Ниц приводит к возрастанию скорости перемещения жидкости в трубке 1, уменьшению времени переключения устройства и повьшению его быстродействия. В переключателе предусмотрено наличие обратной связи которая при замыкании контактов обес печивает изменение направления вращения магнитного поля на время t за которое происходит полный останов жидкости. Контакты 2 замкнуты, если между ними расположена электропроводящая жидкость,4, и разомкнуты в противном случае, В качестве электропроводящей жидкости 4 может использоваться электропроводящая магнитная жидкость, а в качестве неэлектропроводящей жидкости 5 - неэлектропроводящая магнитная жидкость, В этом случае перемещение и торможение жидкости в корпусе переключателя происходит с оптимальной скоростью,так как из всех известных микрополярных жидкостей наилучшими магнитными свой ствами обладают магнитные жидкости. Для создания вращающегося магнитного поля можно использовать один стандартный индуктор, выполняющий функции перемещающей системы и одновременно фиксирующий замыкающий элемент между любой парой электродов. Применение вращающегося магнитного поля для перемещения и останова жидкости, а также использование в качестве электропроводящей жидкости электропроводящей микрополярной жидкости, обладающей магнитными свойствами, позволяет значительно повысить быстродействие устройства, так как в этом случае с магнитным полем взаимодействует не только неэлектропроводящая жидкость 5. но и электропроводящая жидкость 4, что приводит к увеличению скорости перемещения жидкости в корпусе переключателя и более эффективному ее торможению при замыкании контактов. Использование в качестве электропроводящей жидкости электропроводящей микрополярной жидкости, обладающей магнитными свойствами, позволяет уменьшить переходное сопротивление на границе твердый контакт - электропроводящая жидкость, так как указанная жидкость лучше смачивает поверхность твердого электрода, чем ртуть. Это повышает надежность работы устройства и позволяет применять его для переключения сильных токов. По сравнению с базовьм объектом в качестве которого выбран жидко :тный электрический переключатель l предлагаемое устройство обладает большим быстродействием, более вы сокой надежностью работы, более широкими функциональными возможностями. Кроме того, .предлагаемое устройство не нуждается в системах дугогашения и может быть использовано для переключения как слабых, так и сильных токов,

1. ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ С СЕГМЕНТИРОВАННЫМ ПОТОКОМ ЖИДКОСТИ,содержащий источник магнитодвижущей силы, замкнутую трубку, выполненную из диэлектрического материала, электроды, расположенные на трубке, заполненной электропроводящей жидкостью и неэлектропроводящей магнитной жидкостью, находящимися аксиально в упомянутой трубке и несмешивающимися между собой, отличающийс я тем, что, с целью повышения быстродействия, надежности, уменьшения переходного сопротивления и упрощения конструкции, источник магнитодвижущей силы.выполнен в виде источника вращающегося магнитного поля, в качестве электропроводящей жидкости используется электропроводящая микрополярная жидкость, обладающая магнитными свойствами, а в качестве неэлектропроводящей жидкости используется неэлектропроводящая микрополярная жидкость, (Л обладающая магнитными свойствами. 2. Переключатель по п. 1, отличающийся тем, что, в качестве электропроводящей микрополярной жидкости, обладающей магнитными свойствами, используется электропроводящая магнитная жидкость.