Жидкометаллический магнитоуправляемый контакт Советский патент 1993 года по МПК H01H29/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к герметизированным ком- мутирующим устройствам с: жидкометаллически ми контактами и может быть использовано в сильноточных высокочастотных электрических цепях в устройствах повышенной надежности.

Известен жидкометаллический магни- тоуправляемый контакт (ЖМК), содержащий герметизированный баллон с контактными электродами, установленными с торцов баллона со взаимным перекрытием и зазором, причем контактные электроды вдоль всей своей длины выполнены двухслойными: из ферромагнитного и неферромагнитного материала. Такое выполнение контактных электродов позволяет частично разделить электрическую и магнитную цепи, что повышает допустимый пропускаемый ток, особенно при пропускании токов высокой частоты. Однако, часть тока все же проходит по ферромагнетику, что приводит к его нагреву. Поскольку контактные электроды запаяны в герметизированный баллон по поверхности ферромагнитного материала, то этот недостаток ограничивает пропускаемый ток предельно допустимой температурой нагрева ферромагнетика в месте спая с баллоном.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, являетсяЖМК, содержащий герметизированный баллон с установленными в нем с противоположных торцов подвижным и неподвижным ферромагнитными контактными электродаVI00 00

ел ю

NO

ми, расположенными с зазором и перекрытием друг относительно друга, и жидкий металл.

Недостатком этого ЖМК является малый пропускаемый ток высокой частоты, поскольку он протекает по ферромагнитному неподвижному контактному электроду со значительным электрическим сопротивлением и пропускающему в то же время магнитный поток.

В известных герметизированных маг- нитоуправляемых контактах контактный электрод выполняется из магнитомягкого материала, такого как пермоллой или ковар, поскольку это дает возможность одновременно пропускать электрический ток и магнитный поток. Однако, совмещение двух функций магнитопровода и токопровода в сильноточных цепях нецелесообразно, поскольку магнитное поле от тока нагрузки оказывает размагничивающее действие на управляющее магнитное поле.

Целью изобретения является увеличение пропускаемого тока.

Поставленная цель достигается тем, что в ЖМК, содержащем герметизированный баллон с установленными в нем С противоположных торцов подвижным и неподвижным ферромагнитными контактными электродами, расположенными с зазором и перекрытием относительно друг друга, и жидкий металл, неподвижный контактный электрод вне зоны перекрытия выполнен из неферромагнитного электропроводного материала и снабжен дополнительной ферромагнитной трубкой, установленной в торце указанного баллона, охватывающей неферромагнитную часть неподвижного контакт- ного электрода, и электрически соединенной с ним только во внешней по отношению к баллону части..

В предлагаемом ЖМК дополнительная ферромагнитная трубка играет роль магнитопровода, а часть контактного электрода, помещенная в нее выполняется из неферромагнитного материала с высокой электропроводностью при повышенных частотах тока, например сталь Х18Н1 ОТ, что облегчает пропускание высокочастотного тока нагрузки, а электрическое соединение неподвижного контактного электрода и трубки вне баллона практически полностью разделяет магнитную и электрическую цепи и обеспечивает снижение нагрева трубки в месте ее спая с баллоном.

На чертеже показан продольный разрез предлагаемого ЖМК.

ЖМК состоит из герметизированного баллона 1, выполненного из изоляционного материала, например стекла, с торцов которого впаяны узел подвижного контактного электрода и неподвижный контактный электрод 3. Узел подвижного контактного электрода может быть выполнен в виде одной

. детали, либо, как на чертеже, в виде ферромагнитного якоря 4. возвратной пружины 5 и ферромагнитной трубки 2. В баллоне 1 имеется жидкий металл 6 (например, ртуть). К контактному электроду 3 прикреплена

0 контактная накладка 7 для ее контактирования с якорем 4. Часть 8 неподвижного контактного электрода 3, расположенная вне перекрытия якоря 4 и электрода 3, выполнена из неферромагнитного материала с высо5 кой электропроводностью, а другая часть 9 контактного электрода 3, расположенная в полости баллона, выполнена из ферромагнитного материала. Немагнитная часть 8 контактного электрода 3 помещена в допол0 нительную трубку 10 из ферромагнитного материала, заваренную в баллон 1, скрепленную с немагнитной частью 8 контактного электрода 3 и загерметизированную. К якорю 4 прикреплена немагнитная пластина

5 11, выполненная из высокоэлектропроводного материала, например, сплава никеля и меди. Якорь 4 установлен с зазором и перекрытием по отношению к контактному электроду 3 и с перекрытием по отношению к

0 трубке 2. Контактный электрод 3 установлен по отношению к якорю 4 с той же стороны, что и трубка 2, а возвратная .пружина 5 одним концом прикреплена к якорю 4 со стороны трубки 2 вне перекрытия между

5 якорем 4 и трубкой 2, а другим - к трубке 2.

Жидкий металл 6 в свободном состоянии

находится в нижней части баллона 1. Якорь

. 4 своим нижним концом погружен в жидкий

металл 6, причем жидким металлом смочен

0 .весь якорь 4 и контактная накладка 7. Немагнитная часть 8 неподвижного контактного электрода 3 электрически соединена с дополнительной ферромагнитной трубкой 10 вне баллона 1, например, в области внеш5 него торца с помощью пайки или сварки. В остальной части трубки 10 и немагнитной части 8 их электрическое соединение отсутствует, что может быть обеспечено, например, с помощью зазора 12., ,

0

ЖМК работает следующим образом. При возбуждении МДС магнитный поток проходит через ферромагнитную трубку 2, якорь 4, часть 9 контактного электрода 3,

5 дополнительную трубку 10. В рабочем воздушном зазоре между якорем 4 и частью 9 контактного электрода 3 возникает электромагнитная сила, вызывающая срабатывание магнитоуправляемого контакта. При снятии управляющего магнитного поля якорь возвращается в исходное состояние, цепь размыкается.

Выполнение контактного электрода 3 составным из частей 8 и 9, наличие дополнительной трубки 10, а также якоря А вместе с пластиной 11 позволяет разделить магнитный поток и электрический ток на большей части длины контактного электрода 3 и якоря 4, что снижает размагничивающее действие тока нагрузки на магнитное поле управления. Кроме того, выполнение большей части 8 контактного электрода 3, а также пластины 11 из немагнитного материала с высокой электропроводностью снижает потери при прохождении больших токов нагрузки, особенно при высокочастотных токах нагрузки.

Преимущества предлагаемого ЖМК по сравнению с прототипом заключаются в увеличении пропускаемого тока, в расширении области применения, в повышении долговечности контакта.

Так, в ЖМК, взятом за прототип, при относительно небольшой наработке 5 -107 и токах свыше 15 А наблюдается разрушение спая со стеклом и всего прибора в целом.

Испытания предлагаемого ЖМК показали, что прибор работает в силовом режиме даже при токе высокой частоты в 30 А, что увеличило пропускаемый ток на 200%, и может быть реализован в сильноточных высокочастотных устройствах, например, в

переключателях высокочастотных каналов, а наработка составила свыше 1 108 циклов коммутации, что повышает долговечность контактов в 2 раза.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Жидкометаллический магнитоуправля- емый контакт, содержащий герметизированный баллон с установленными в нем с противоположных торцов подвижным и неподвижным ферромагнитными контактными электродами, расположенными с зазором и перекрытием друг относительно друга, и жидкий металл, отличающийся тем, что, с целью увеличения пропускаемого тока, неподвижный контактный электрод

вне зоны перекрытия выполнен из неферромагнитного электропроводящего материала и снабжен дополнительной ферромагнитной трубкой, установленной в торце указан- ного баллона, охватывающей

неферромагнитную часть неподвижного контактного электрода, и электрически соединенной с ним только во внешней по отношению к баллону части.

Использование: относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для коммутации сильноточных электрических цепей. Жидкометаллический маг- нитоуправляемый контакт имеет герметизированный баллон с установленными в нем с противоположных торцов фер- :ромагнитной трубкой и контактным электродом, якорь из ферромагнитного материала, возвратную пружину и жидкий металл. Для достижения решаемой задачи контактный электрод выполнен составным из части из ферромагнитного материала и части из немагнитного материала, причем часть помещена в дополнительную трубку из ферромагнитного материала, заваренную в баллон, скрепленную с немагнитной частью и загерметизированную. 1 ил.