Бесконтактный электромагнитный переключатель Советский патент 1991 года по МПК H03K17/80 

Фиг. 1

31

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам управления сильноточными электрическими цепями.

Цель изобретения - улучшение запирающих свойств и снижение энергетических потерь при коммутации токов.

На фиг.1 представлен бесконтактный переключатель, вид сбоку (с катуш ками электромагнитного устройства возбуждения) ; на фиг.2 - то же, без катушек; на фиг.З - взаимная ориентация кристаллографических осей образцов металла релейного элемента; на фиг.4 - график зависимости магнитосопротивле- ния от величины магнитного поля.

Устройство содержит электромагнитное устройство 1 возбуждения с обмотками 2 и 3 и релейный элемент 4, вы- полненный в виде двух плоских проводников 5 и 6 из высокочистого металла, ориентированных относительно направления тока вдоль одной и той же кристаллографической оси, но развер-

относительно других осей на определяемых технологией поверхФерми, расположенных в крио- 7. Кроме того, имеется источтока и коммутируемые нагрузки 9

15

45

Ширина релейного элемента 4 должна быть больше длины свободного пробега электронов, что повышает надежность работы устройства.

Необходимым условием работы устройства является наличие сильного эф-

фективного магнитного поля, чему соответствует известное условие wt 1, Q т.е. наличие низких температур и сильных магнитных полей.

В основу работы устройства положен различный характер зависимости сопротивления от величины эффективного магнитного поля в области сильных магнитных полей, который определяется топологическими свойствами поверхности Ферми, а также направлением тока и магнитного поля.

При исследовании высокочистых ги-- перпроводящих монокристаллов и сильных эффективных однородных магнитных полей получают зависимости магнито- сопротивления,от величины магнитного поля при различной ориентации кристаллографических осей. Эти зависимости представлены на фиг.4 для олова.

50

55

|дjj

Q 5

0

15

5

Q

0

5

Если в скомпенсированном металле (ft-олово, бериллий) транспортный ток направить параллельно слою открытых траекторий в кристалле, то поперечное магнитосопротивление в сильных магнитных полях не зависит от величины магнитного поля, т.е. насыщается ( Рц const). Если же транспортный ток направить перпендикулярно слою открытых траекторий в кристалле, когда реализуется только замкнутые орбиты, магнитосопротивление квадратич2

но зависит от поля ( Ом kH/) .

В нескомпенсированном металла (медь) при направлении транспортного тока параллельно слою открытых траекторий кристалла, магнитосопротивление квадратично возрастает в магнитном поле, а при перпендикулярном направлении, когда реализуются только замкнутые орбиты, - насыщается.

Плотность тока в запертом плече релейного элемента определяется выражением

J bd(7 +kH i)t где k - параметр, зависящий от вида

материала и поперечных размеров образца.

При этом коэффициент передачи равен

п - -Јр-г

и квадратично зависит от величины магнитного поля.

Устройство работает следующим образом.

Включая обмотку 2 электромагнитного устройства 1 возбуждения, вызываем прохождение тока только через монокристалл 5 и нагрузку 9, затем пере-. ключаясь на обмотку 3 электромагнитного устройства возбуждения, вызываем прохождение тока только через монокристалл 6 и нагрузку 10.

Материалом релейного элемента служит высокочистое 3 -олово (ОВЧ.ООО) с чистотой 99,9999%, удельное электросопротивление которого при охлаждении до температуры жидкого гелия 4,2 К снижается до Рд.г 1 10 1гОм«м, что более чем в 100000 раз ниже удельного электросопротивления при комнатной температуре, или же высокочистая медь (М.ООО) с чистой 99,999%, электросопротивление которой при охлаждении до температуры жидкого гелия снижается до О,, О а Ом-м, что более чем в - 5000U раз ниже удельного электросопротивления при комнатной температуре.

При азотных температурах в качест ве релейного элемента наиболее целесообразно использовать высокочистый бериллий, у которого электросопротивление при 78 К понижается более чем в 150 раз, а наличие температурного пробоя способствует возникновению открытых траекторий при азотной температуре в меньших магнитных полях, чем при гелиевой. Возможность работы при азотных температурах приводит к значительной дешевизне конструкции.

Испытания показывают, что для бесконтактного электромагнитного переключателя с релейным элементом, выполненным из высокочистого (3 -олова (vc/ 100000 при температуре 4,2 К коэффициент передачи по току в поле 1 Тл равен 0,97, а в поле 1,5 Тл - 0,99.

Предлагаемое устройство характеризуется высокой надежностью и быстродействием, а также возможностью коммутации токов в широком интервале значений - от долей ампера до кило- ампер, простотой конструкции и ее дешевизной. Формула изобретения

1. Бесконтактный электромагнитный переключатель,содержащий электромаг

5

0

5

0

нитное устройство возбуждения, ннут ри которого расположен релейный ЛР- мент с токовводом и двумя токопыно- дами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и снижения энергетических потерь при коммутации токов, релейный элемент выполнен из двух высокочистых монокристаллических образцов металла, имеющий открытые поверхности Ферми и ориентированных относительно направления тока вдоль одной и той же кристаллографической оси, развернутых относительно других кристаллографических осей под углом и установленных перпендикулярно направлениям электромагнитного устройства возбуждения.

2.Переключатель по п.), отличающийся тем, что электромагнитное устройство возбуждения состоит из двух пар катушек, расположенных под углом и соответствующих направлениям открытости поверхности Ферми.

i

3.Переключатель по п.1, отличающийся тем, что ширина релейного элемента удовлетворяет условию d 1, где d - ширина релейного элемента; 1 - длина свободного пробега электронов.

Изобретение относится к устройствам управления сильточными электрическими цепями. Целью изобретения является улучшение запирающих свойств и снижение энергетических потерь при коммутации токов. Устройство содержит электромагнитное устройство 1 возбуждения с обмотками 2 и 3, релейный элемент 4, выполненный в виде двух плоских проводников из высокочистого металла, ориентированных относительно направления тока вдоль одной и той же кристаллографической оси и развернутых относительно других осей на 90 , определяемых, топологией Ферми и расположенных в криостате 7. Устройство также содержит источник тока и коммутируемые нагрузки. Устройство характеризуется высокой надежностью и быстродействием. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

-Ч

Фиг. 2

001

Ј

Ш

WffJ

1т

Фиг.З

gH-109,OM-M

15010034

Фиг. 4

Редактор Н.Лаэаренко

Составитель Ж.Полякова

Техред Л.Олийнык Корректор В.Гирняк

Заказ 622

Тираж 469

ВШИЛИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

pH-W11,Oh-M

Щоо1 r

Подписное