Поворотный переключатель Советский патент 1988 года по МПК H01H37/58 H01H36/00 

4

О9 1C О) N9

00

Изобретение относится к электротехнике, и именно к тепловым поворот™ ным переключателям и может быть использовано в автоматических устройст- вах контроля и управления тепловыми процессами.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 представлен поворотный переключатель общий ви,ц, поперечньш разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг, 3 - принципиальная электрическая схема поворотного переключателя; на фиг. 4 - температурная зависимость остаточной намагниченности пластин термочувствительного эле мента, изготовленных из интерметаллического соединения Тт,СО-,.

Поворотный переключатель состоит из статора 1, вьтолненного в виде полого диска из немагнитного материала, например дюралюминия, с за1 реш1енны- ми на его наружной поверхности пластинами 2 термочувствительного элемента, выполненными из ферромагнитного материала, например интерметаллического соединения ,, имеющего свойство менять направление намагниченности на противоположное при изменении температуры. В отверстиях, расположенных на внутренних поверхностях пластин 2, размещены магнитоуправляе- мые контакты (герконы) 3. Пазы выполнены на внутренней поверхности термочувствительного элемента через одну пластину 2 и расположены между отверстиями пластин 2, В указанных пазах размещены ферромагнитные стержни 4, выполненные в виде постоянных магнитов, В дополнительных пазах, выполненных на внешней поверхности термочувствительного элемента в одних радиальных плоскостях с отверстиями, размещены датчики 5 температуры, соединенные через герконы 3 с измерительной электрической цепью 6, На статоре 1 закреплена теплозащитная бленда 7. Внутри статора установлен ротор 8 из немагнитного материала, на котором закреплен постоянный магнит 9, выполненный в виде полукольца, и противовес 10, вьтолненный в виде полукольца из немагнитного материала.

Посередине постоянного магнита 9 расположен управляющий постоянный магнит 11J намагниченный вдоль оси, параллельной продольным осям магнито

5

с

j

0

5 0

5

0

5

0

управляемых контактов 3 и перпендикулярной плоскости намагниченности по- |стоянного магнита 9. Ферромагнитные стержни 4 размещены в пазах так, что направление намагниченности стержней, прилегающих к постоянному магниту 9, совпадает с направлением его поля.- Ротор 8 закреплен на оси 12, установленной в подшипниках 13.

Поворотный переключатель работает следующим образом.

В исходном положении, когда температура равна Тц - температуре компенсации магнитных моментов подрещеток ферромагнитного материала пластин 2, величина их остаточной намагниченности равна нулю. Под действием магнитных сил взаимодействия между постоянным магнитом 9 и ферромагнитными стержнями 4, расположенными так, что направление намагниченности ферромагнитных стержней, прилегающих к постоянному магниту 9, совпадает с направлением поля этого магнита, постоянный магнит 9 вместе с. ротором 8 и управляющим постоянным магнитом 11 совершает угловое перемещение до совмещения концов постоянного магнита 9 с ближайшими от них ферромагнитными стержнями 4. При этом управляющий постоянный магнит 11 также оказывается напротив ферромагнитного стержня 4 и все герконы 3 выключены.

При нагреве поворотного переключателя источником тепловой энергии (источник тепловой энергии должен находиться от поворотного переключателя на расстоянии, значительно превосходящем его диаметр) пластины 2 термочувствительного элемента, расположенные на половине поворотного переключателя, обращенной к источнику тепловой энергии, нагреваются его тепловыми лучами, при этом зона нагрева пластин 2 составляет 180°. При нагреве пластин 2 до температуры Т величина их остаточной намагниченности увеличивается до I- (фиг.4). В результате этого на статоре 1 из пластин 2 образуется ферромагнитный участок, равный зоне нагрева 180° и имеющий направление намагниченности, совпадающее с направлением поля постоянного магнита 9.

Ротор 8 в результате магнитного силового взаимодействия постоянного магнита 9 с пластинами 2, в которых произошло увеличение остаточной намагниченностн, сонершарт угловоп перемещение до совмещения постоянного магнита 9 с этим ферромагнитным участком, при этом управляюицтй постоянный магнит 11, ось намагниченности которого, направлена вдоль контактов герконов 3, оказывается напротии гер- кона 3, расположенного посередине зоны нагрева пластин 2, и под деист- вием магнитного поля управляющего постоянного магнита 11 этот геркон 3 срабатывает (его контакты замыкаются) Замкнутые контакты геркона 3 соединяют датчик 5 температуры, располо- женный с герконом 3 в одной радиальной плоскости, с измерительной электрической цепью 6.

При перемещении источника тепловой энергии относительно поворотного пе- реключателя па угол-, равный-угловому размеру пластин 2 в плоскости вращения ротора, в зону нагрева попадает пластина 2, находивщаяся в тени, которая, нагреваясь до температуры Т, уве.ичивает свою остаточную намагниченность до величины If.. Одновременно на противоположном конце зоны нагрева другая пластина 2 выходит из зоны нагрева и, охлаждаясь, уменьшает величину остаточной намагниченности до нуля. В результате происходит нарушение баланса магнитных сил и ротор 8 совершает угловое перемещение на одну пластину 2.

При угловом перемещении источника тепловой энергии относительно поворотного переключателя с дискретностью, равной угловым размерам пластин 2, ротор 8 вместе с постоянными магнитами 9 и 11 также отслеживает это угловое перемещение, последовательно включая герконы 3, расположенные напротив управляющего постоянного магнита 11.

В случае понижения температуры поворотного переключателя (зона охлаждения равна 180) до температуры Т, происходит увеличение .статочной намагниченности плас1им 2 термочувствительного элемента, находящихся в зоне охлаждения, в протигоположном направлении до величины Г,-, (фиг. 4), при этом магнитное поле ферромагнитного участка, образованного охлажденными пластинами 2 термочувствительного элемента и равного 180, направлено встречно магнитному полю постоянного магнита 9 и взаимодействие между ни

Q 5

о 5

5

0

5

0

5

0

ми носит отталкивающий характер, В остальном работа поворотного переключателя аналогична описанной для случая его нагрева до температуры Т 2.

Поворотный переключатель работоспособен при наличии градиента температур его зон нагрева и охлаждения в любой части характеристики температурной завт-гсимости остаточной намагниченности пластин 2 термочувствительного элемента, достаточного для создания дисбаланса магнитных сил, переводящих поворотньй переключатель из нейтрального положения в рабочее.

Таким образом осуществляется адресная коммутация электрических цепей и измерение темпера туры источника тепловой энергии при его угловом перемещении относительно поворотного переключателя в широком диапазоне температур, определяемом характеристикой температурной зависимости остаточной намагниченности пластин 2 термочувствительного элемента и рабочим диапазоном датчиков температур.

Поворотный переключатель возвращается в нейтральное положение около любого последующего рабочего положения при достижении пластинами 2 термочувствительного элемента температуры Т.

При этом величина остаточной намагниченности пластин 2 термочувствительного элемента равна нулю (фиг.А), а ферромагнитные стержни 4 остаются в намагниченном состоянии. Кроме того, для надежного возвращения устройства в нейтральное положение ферромагнитные стержни А установлены в пазах через одну пластину 2 термочувствительного элемента и имеют направление намагниченности, противоположное направ- .лению намагниченности постоянного магнита 9 ротора В, т.е. в немагнитный зазор между статором 1 и ротором 8 ферромагнитные стержни 4 и постоянный магнит 9 обращены разноименными полюсами.

Вследствие этого величина силового магнитного взаимодействия между ферромагнитными стержнями 4 и постоянным магнитом 9 ротора 8 становится большей величины силового магнитного взаимодействия между пластинами 2 термочувствительного элемента и постоянным магнитом 9 ротора 8, В результате дисбаланса магнитных сил, получаемого за счет смещения

в рабочем положении постоянного магнита 9 относительно ферромагнитных стержней 4, находящихся вблизи его концов, постоянный магнит 9 вместе с ротором 8 и управляющим постоянным магнитом 11 соверщает угловое перемещение на половину углового размера пластин 2. При этом концы постоянот внешних возмущающих мом(нтов и повышает точность работы поворотного переключателя.

Преимуществом предлагаемого поворотного переключателя по сравнению с известным является то, что он позволяет измерять температуру различных тепловых объектов в широком диапа

Изобретение относится к электротехнике и моЛ ет быть использовано в автоматических устройствах контроля и управления тепловыми процессами. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. Постоянньй магнит 9, закрепленный на роторе 8, взаимодействует с пластинами 2 термочувствительного элемента, выполненнь ми в виде инверсионного постоянного магнита, в которых произошло изменение величины магнитного поля в результате их нагрева источником тепловой энергии, совершающим угловое перемещение. Ротор 8 с постоянным магнитом 9 повторяет это угловое перемещение, при этом под действием магнитного поля управляющего постоянного магнита 11, закрепленного на постоянном магните 9, последовательно замыкаются контакты герко- нов 3, соединяя датчики температуры 5 с измерительной электрической цепью. Замыкание контактов герконов 3 сигна- g лизирует об угловом положении источника тепловой энергии, а изменение параметров датчиков температуры 5 - о его температуре. 4 ил. (Л

ного магнита 9 и управляющий постоян- Q зоне температур, определяемом рабочим

15

20

30

ньм магнит 11 оказываются напротив i ферромагнитных стержней 4 и все гер- ;коны 3 включены. Устройство возвра- :щается из рабочего в нейтральное по- :ложение поочередно, через одно рабо- ;чае положение, в направлении по часо- вой стрелке или против часовой :стрелки. Из рабочего положения (фиг. 1) в нейтральное устройство возвращается в направлении по часовой стрелке.

В этом состоянии поворотный переключатель находится до момента достижения пластинами 2 температуры Т т. или градиента температур зон нагрева и охлаждения, достаточного для создания дисбаланса магнитных сил поворот- :ного переключателя, переводящих его в рабочее положение.

В рабочее положение поворотный переключатель переходит из любого нейтрального положения при достижении градиента температур зон нагрева и . охлаждения, достаточного для создания дисбаланса магнитных сил, переводящих поворотный переключатель в рабочее положение, так как угловые размеры зон нагрева и охлаждения и постоянного магнита 9 равны 180, а ферромагнитные стержни 4 имеют массу, iзначительно меньшую массы пластин 2, и всегда будет существовать дисбаланс магнитных сил между постоянным магнитом 9 и пластинами 2, которые устанавливают ротор 8 в рабочее положение. Ротор В имеет возможность неограниченного вращения в двух противоположных направлениях, значит, и герко- ны 3 срабатывают в двух противоположных последовательностях, соединяя при этом датчики 5 температуры с измери- .тельной электрической цепью 6.

Теплозащитная бленда 7 ограничивает зону нагрева поворотного переключателя в плоскости оси 12 вращения и защищает поворотный переключатель от нагрева других его частей. Ротор 8 сбалансирован противовесом 10 относительно оси 12. что защищает ротор 8

диапазоном датчиков температуры, и одновременно определять угловое положение тепловых объектов относительно поворотного переключателя в широком диапазоне температур, определяемом характеристикой температурной зависимости остаточной намагниченности ферромагнитного материала пластин термочувствительного элемента и лежащего для различных сплавов в диапазоне 20-300 К.

35

40

Формула изобр-е тения

Поворотный переключатель, содер- 25 жащий статор, термочувствительный элемент, выполненный из термомагнитного материала в виде цилиндра, образованного пластинами с отверстиями, расположенными по образующей цилиндра, и закрепленный на наружной поверхности статора, при этом на внутренней поверхности термочувствитель-. ного элемента выполнены пазы , расположенные параллельно отверстиям, магнитоуправляемые контакты, расположенные Б отверстиях термочувствительного элемента, ферромагнитные стержни, расположенные в пазах термочувствительного элемента, ротор, установленный на оси внутри статора, постоянный магнит ротора, выполненный в виде полукольца с пазом на внешней поверхности и закрепленный на роторе, управляющий постоянньш магнит, установленный в пазу постоянного магнита ротора, при этом ось намагниченности управляющего постоянного магнита параллельна продольным осям магнитоуп- равляемых контактов, а плоскость намагниченности постоянного магнита ротора перпендикулярна оси намагниченности управляющего постоянного магнита, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он снабжен датчиками температуры и внешней измерительной электрической цепью, пластины термочувствительного элемента выполнены в виде инверсионных постоян50

55

диапазоном датчиков температуры, и одновременно определять угловое положение тепловых объектов относительно поворотного переключателя в широком диапазоне температур, определяемом характеристикой температурной зависимости остаточной намагниченности ферромагнитного материала пластин термочувствительного элемента и лежащего для различных сплавов в диапазоне 20-300 К.

0

35

0

Формула изобр-е тения

Поворотный переключатель, содер- 5 жащий статор, термочувствительный элемент, выполненный из термомагнитного материала в виде цилиндра, образованного пластинами с отверстиями, расположенными по образующей цилиндра, и закрепленный на наружной поверхности статора, при этом на внутренней поверхности термочувствитель-. ного элемента выполнены пазы , расположенные параллельно отверстиям, магнитоуправляемые контакты, расположенные Б отверстиях термочувствительного элемента, ферромагнитные стержни, расположенные в пазах термочувствительного элемента, ротор, установленный на оси внутри статора, постоянный магнит ротора, выполненный в виде полукольца с пазом на внешней поверхности и закрепленный на роторе, управляющий постоянньш магнит, установленный в пазу постоянного магнита ротора, при этом ось намагниченности управляющего постоянного магнита параллельна продольным осям магнитоуп- равляемых контактов, а плоскость намагниченности постоянного магнита ротора перпендикулярна оси намагниченности управляющего постоянного магнита, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он снабжен датчиками температуры и внешней измерительной электрической цепью, пластины термочувствительного элемента выполнены в виде инверсионных постоян0

5

А/г.2

0ifB.d

ri

Tj

ri

TH

Фиг.