WO2024253557A1 - Электромагнитное герконовое реле с малой проходной ёмкостью - Google Patents

Электромагнитное герконовое реле с малой проходной ёмкостью Download PDF

Info

Publication number
WO2024253557A1
WO2024253557A1 PCT/RU2023/000185 RU2023000185W WO2024253557A1 WO 2024253557 A1 WO2024253557 A1 WO 2024253557A1 RU 2023000185 W RU2023000185 W RU 2023000185W WO 2024253557 A1 WO2024253557 A1 WO 2024253557A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
contact
gap
core
magnetic
relay
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2023/000185
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Андрей Алексеевич ПРОВКИН
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pro Tech Inlab LLC
Original Assignee
Pro Tech Inlab LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2023115139A external-priority patent/RU2811566C1/ru
Application filed by Pro Tech Inlab LLC filed Critical Pro Tech Inlab LLC
Publication of WO2024253557A1 publication Critical patent/WO2024253557A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/64—Protective enclosures, baffle plates, or screens for contacts
    • H01H1/66—Contacts sealed in an evacuated or gas-filled envelope, e.g. magnetic dry-reed contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/28—Relays having both armature and contacts within a sealed casing outside which the operating coil is located, e.g. contact carried by a magnetic leaf spring or reed

Definitions

  • the invention relates to electrical engineering, namely to devices for switching electrical circuits when a magnetic field acts on sealed contact groups (reed switches).
  • the existing level of technology (e.g. RU123220U1, 20.12.2012) includes reed relays with normally open or closed contacts, with changeover contacts, and their combinations.
  • the contacts are placed in a sealed flask, which can be evacuated or filled with gas preventing oxidation of the contacts, or the contacts can be moistened with mercury to ensure smooth switching on of the relay.
  • At least one pair of contacts is made of ferromagnetic materials. In the normal state, the contacts are held in place by their own elasticity or a spring.
  • the relay is controlled by a magnetic flux created by a magnetic field when the electric current is turned on in the winding in which the flask (contact) is placed, or by means of an external field creating a magnetic flux that is supplied to the contacts using a magnetic circuit. In this case, an electromagnetic force arises that closes the contacts.
  • the touch screen Since they do not provide the value of electrical capacitance between the control circuit (relay winding or magnetic circuit) and the relay contact group (pass-through capacitance) - a critical characteristic that should not exceed 0.6 pF. In this case, the touch screen registers false positives or mistakenly identifies several separate touches as one continuous touch. Disclosure of the essence of the invention
  • the technical challenge is to create a reliable reed relay that provides a pass-through capacitance value of no more than 0.6 pF, silent operation and the possibility of use in wearable electronic devices.
  • the technical result consists in reducing the values of the throughput capacity and the possibility of use in wearable electronic devices.
  • the electromagnetic reed switch relay contains a sealed bulb in which two flexible contact cores are installed, at the exit of which the first contact core is connected to the first terminal, and the second contact core is connected to the second terminal, wherein the second contact core consists of contact and non-contact parts, between which a gap is formed, wherein the first part of the second contact core is adjacent to the gap in the immediate vicinity of the successively located places of its exit from the bulb and the place of connection of the second non-magnetic terminal, and the second part of the second contact core in the immediate vicinity of the gap on its other side is placed in a coil with a winding.
  • the part of the contact first core after its exit from the bulb and the place of attachment of the non-magnetic terminal and the second non-contact part of the second core after its exit from the coil are counter-bent and located at a distance of the mentioned gap, or are made straight.
  • the flexible contact cores are made of ferromagnetic material with high magnetic permeability.
  • the terminals are made of non-magnetic material.
  • the gap is an air gap or a plate of non-magnetic dielectric material installed in the gap between the core parts.
  • C is the capacitance between the ends of the core in the gap, which determines the throughput capacitance of the electromagnetic reed relay.
  • Fig. 1 Electromagnetic reed relay with low throughput capacity and closed magnetic circuit made of contact cores;
  • Fig.2 Diagram of the passage of magnetic flux in a reed relay with a small throughput capacitance and a closed magnetic circuit made of contact cores;
  • Fig.3 Electromagnetic reed relay with low throughput capacity and closed magnetic circuit with magnetization of contact cores
  • Fig.4 Diagram of the passage of magnetic flux in a reed relay with a small throughput capacitance and a closed magnetic circuit with magnetization of the contact cores;
  • Fig.5 Electromagnetic reed relay with low throughput capacity and open magnetic circuit with magnetization of contact cores
  • Fig.6 Diagram of the passage of magnetic flux in a reed relay with a small throughput capacitance and an open magnetic circuit with magnetization of the contact cores;
  • Fig.7 Schematic diagram of the formation of the input and output capacitances of an electromagnetic reed relay with a small pass-through capacitance and a closed magnetic circuit made of contact cores.
  • the claimed electromagnetic reed relay comprises a sealed flask mounted on a base, in which two flexible symmetrical normally open contact cores made of a ferromagnetic material with high magnetic permeability are mounted in parallel at a distance from each other.
  • the first contact core is connected to the first terminal
  • the second contact core is connected to the second terminal, wherein the second contact core consists of contact and non-contact parts, between which a gap is made, wherein the contact part of the second core is adjacent to the gap in the immediate vicinity of the successively located places of its exit from the flask and the place of connection of the second non-magnetic terminal, and the non-contact part of the second core in the immediate vicinity of the gap on its other side is placed in a coil with a control winding.
  • the gap provides galvanic isolation (absence of electrical contact) of the second core and the output of the switched circuit connected to it, as well as the formation of a small electrical capacitance between the ends of the second core (formed sequentially between the control and controlled circuits of the relay and determining its pass-through capacitance).
  • the smaller the gap width the smaller the losses when the magnetic flux passes through the gap and the smaller the current in the coil with the winding can be, but the greater the pass-through capacitance of the relay (it is still smaller than in a conventional relay).
  • a dielectric plate (calibration plate) can be placed in the gap if necessary.
  • the dielectric plate can be used either only during the relay production process to form the gap and be absent from the finished product, or remain in the finished product.
  • the plate facilitates the formation of a gap of a sufficiently small size during production - it ensures the calibration of the gap (similar to using a feeler gauge when setting the spark plug gap in a car) - the ends of the core can simply be pressed against it and fixed to the base. Then it can be left (also (fixed to the base). Or it can be part of the production equipment and used in the manufacture of the next relay. In this case, there are no requirements limiting the choice of material from which it is made (non-magnetic dielectric).
  • the contact cores are made of ferromagnetic material and act as electrical contacts and sections of magnetic circuits in the immediate vicinity of the reed switch bulb.
  • Relay cores can be molded to form a closed magnetic circuit to reduce relay power consumption (reduce current in the control winding) with a similar gap.
  • Relay cores can be magnetized with permanent magnets to reduce relay power consumption.
  • the continuing parts of the contact cores - one, after exiting the bulb and the place of attachment of the non-magnetic terminal, and the second non-contact part of the other, after its exit from the coil, can be counter-bent and located at a distance of not less than the established gap or can remain straight or have a different shape.
  • All relay components are placed in a base made of a non-magnetic material, such as plastic.
  • the base can be placed in a housing.
  • the structure can be equipped with a magnetic shield.
  • the magnetic shield can be made in the form of a casing made of ferromagnetic material, covering the entire relay structure, or in the form of a plate/plates, or another shape, for targeted protection of the relay, located between it and the source of the magnetic field, and to protect other devices from the influence of the relay - between them and the relay.
  • the technical result is achieved by including a small capacity formed between the ends of the second core, located at a small distance relative to their area, in series between the control and controlled circuits of the relay (capacitances between the ends of the cores in the case of implementing a closed magnetic circuit), while reducing the influence of the control winding capacity on the terminals of the controlled circuit due to its location on a core electrically unconnected to the terminal of the controlled circuit. That is, we remove the influence of the winding on both terminals of the relay (usually the winding is put on the bulb), but we encounter its influence on the second terminal, which we remove with a gap.
  • Fig. 1 shows an example of the implementation of the claimed relay. All components are assembled on a base (made of a non-magnetic material, such as plastic). Inside the hermetic flask (1) are flexible contact cores (2) and (3) made of a ferromagnetic material with high magnetic permeability. At the outlet of the flask (1), the first contact core (2) is connected to the first terminal (4), and the second contact core (3) is connected to the second terminal (5). Terminals (4) and (5) are made of a non-magnetic material and are intended for connecting the switching (controlled) electrical circuit of the relay. The technology used to connect terminals (4) and (5) to contact cores (2) and (3) ensures reliable electrical contact and does not violate the hermeticity of the flask (1).
  • the reed switch used in the relay disclosed here differs from the standard one in that one of its contact cores consists of two parts: one part is a contact core (3), and the second part is a non-contact core (6). Between the parts of the core (3) and (6) a gap is formed, into which a dielectric plate (7) can be placed.
  • the contact part of the second core (3) is adjacent to the gap in the immediate vicinity of the successive locations of its exit from the bulb (1) and the location of the connection of the non-magnetic terminal (5).
  • the non-contact part of the core (6) is placed in the coil (8) with the winding (9).
  • both a standard reed switch after the operation of separating one contact core and a specially manufactured one - with one shortened contact core can be used.
  • the distance between the ends of parts (3) and (6) of the core which also corresponds to the thickness of the plate (7), can be no more than 0.01 mm when using a reed switch with a bulb 5 mm long.
  • g EO£TTR 2 /C, where g is the gap width (plate thickness); £o is the electrical constant;
  • C is the capacitance between the ends of the core in the gap (0.1 pF), which determines the pass-through capacitance of the electromagnetic reed relay.
  • the contact part of the first core (2) after its exit from the bulb (1) and the place of attachment of the non-magnetic contact (4) and the non-contact part (6) of the second core after its exit from the coil (8) can be counter-bent and located at a distance of the gap, (air gap or gap formed by the plate (7)), as shown in Fig. 1-4, 7, or can remain straight (Fig. 5, 6) or have a different shape.
  • a magnetic flux is generated, shown in Fig. 2, corresponding to the design of the relay according to Fig. 1, passing through the gap (Fig. 2 pos. 10), formed by the plate (Fig. 1 pos. 7), and through the gap (Fig. 2 pos. 11) between the contact cores (Fig. 1 pos. 2 and 3) and then closes through the gap (Fig. 2 pos. 12), for example with the inserted plate (Fig. 1 pos. 7).
  • the other branch of the magnetic flux closes through the air (Fig. 2 pos. 13).
  • the electromagnetic force that arises in this case connects both contact cores (Fig. 1 pos. 2 and 3) in the bulb (Fig. 1 pos.
  • Fig. 3 shows another example of the implementation of the relay, which, unlike the example in Fig. 1, is supplemented with permanent magnets (14, 15) with axial magnetization.
  • the permanent magnet (14) magnetizes the contact core (2)
  • the permanent magnet (15) magnetizes the core (6).
  • the magnets can be placed in close proximity to the cores while maintaining the location of the magnetic fluxes indicated in the figures (they must add up to the fluxes of the cores), depending on the characteristics and dimensions of the magnets themselves. The closer the magnets are located, the lower the current in the coil with the control winding can be, but the lower the magnetic noise immunity of the relay, etc.
  • Fig. 4 shows the flow of magnetic flux for the example of the relay according to Fig. 3.
  • the flow of flux is similar to that shown in Fig. 2, except that the magnetic flux (Fig. 4 pos. 16), formed by the permanent magnet (Fig. 3 pos. 14), is added to the flux through the contact core (Fig. 3 pos. 2), and the magnetic flux (Fig. 4 pos. 17), formed by the permanent magnet (Fig. 3 pos. 15), is added to the flux through the core (Fig. 3 pos. 6).
  • This solution makes it possible to reduce the value of the current in the winding (Fig. 1 pos. 9), necessary for closing the switched electric circuit.
  • Fig. 5 shows an example of a relay implementation in which, unlike the above-mentioned, the contact cores remain straight. This design is similar to that shown in Fig. 3, except for the absence of a gap between the ends of the cores (Fig. 3 pos. 2 and pos. 6).
  • Fig. 6 shows the passage of the magnetic flux for the embodiment example according to Fig. 5.
  • the passage of the flux is similar to that shown in Fig. 4, except for the passage of part of the flux through the air (18).
  • This design allows for an additional reduction in the dimensions of the relay disclosed here.
  • All the embodiment examples of the relay shown above can be equipped with magnetic screens to reduce the influence of external magnetic fields, as well as to reduce the influence of magnetic fields of the elements included in the relay: windings and permanent magnets on other devices.
  • Fig. 7 shows the formation of the input and output capacitances of the examples of the relay implementation disclosed here.
  • the input parasitic capacitance (Fig. 7 pos. 19) is formed between the turns of the winding (Fig. 1 , Fig. 3, Fig. 5 pos. 9) and the surface of the core (Fig. 1 , Fig. 3, Fig. 5 pos. 6).
  • the output capacitance (Fig. 7 pos. 23) is formed mainly between the contact cores inside the bulb (Fig. 1 , Fig. 3, Fig. 5 pos. 1).
  • the output of the switched circuit is electrically connected to the contact cores and the capacitance between the actual contact cores is added to the parasitic capacitance between the winding and the cores. Since the winding width occupies a significant length, the input parasitic capacitance has a large effect on the overall output capacitance of the relay.
  • the input parasitic capacitance formed by the winding is sequentially added to the capacitance (capacitances) between the ends of the cores at a distance of the gap. This allows for a significant reduction in the value of the relay pass-through capacitance.
  • the capacitance is 0.1 pF. Reducing the gap can allow for a reduction in the current in the control winding even without using magnets, and with an increase in the diameter of the reed switch core, the gap can be increased to a value that allows for not exceeding 0.1 pF. In the implementation example according to Fig. 1 and Fig. 3, the pass-through capacitance can be 2 times higher, i.e., not exceed 0.2 pF.
  • a reed switch with a bulb length of 5 mm and a contact core diameter of 0.4 mm is characterized by capacitance values between flat symmetrical contact cores from 0.2 pF to 0.4 pF due to technological variation.
  • the relay design can also ensure its silent operation. Silence can be ensured by using a reed switch with a relatively small bulb and light contact cores, and/or by additionally placing the design in sound-insulating material.
  • the core has a thickness smaller than the bulb. Therefore, the diameter of the coil of the claimed relay is smaller than the coil put on the bulb in a conventional relay.
  • the bulb and the coil with the winding are located in the same plane.
  • the height of the claimed relay is determined mainly by the thickness of the bulb used.
  • the bulb can be 2 mm in diameter, and the magnetic screens 1 mm in diameter, which allows achieving fairly miniature relay sizes.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Electromagnets (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для коммутации электрических цепей при воздействии магнитного поля на герметизированные контактные группы (герконам). Электромагнитное герконовое реле, характеризующееся тем, что содержит герметичную колбу, в которой установлены два гибких контактных сердечника, на выходе из которой первый контактный сердечник соединен с первым выводом, а второй контактный сердечник соединен со вторым выводом, причем второй контактный сердечник состоит из контактной и неконтактной частей, между которыми выполнен зазор, при этом первая часть второго контактного сердечника прилегает к зазору в непосредственной близости от расположенных последовательно мест его выхода из колбы и места присоединения второго немагнитного вывода, а вторая часть второго контактного сердечника в непосредственной близости от зазора с другой его стороны, помещена в катушку с обмоткой. Технический результат заключается в снижении значений проходной емкости, обеспечении бесшумности работы и возможность использования в носимых электронных устройствах.

Description

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ГЕРКОНОВОЕ РЕЛЕ С МАЛОЙ ПРОХОДНОЙ ЁМКОСТЬЮ
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для коммутации электрических цепей при воздействии магнитного поля на герметизированные контактные группы (герконам).
Уровень техники
Из существующего уровня техники (например, RU123220U1 , 20.12.2012) известны герконовые реле с нормально разомкнутыми или замкнутыми контактами, с переключающими контактами, а также с их комбинациями. Контакты помещены в герметичную колбу, которая может быть вакуумирована или заполнена газом, препятствующим окислению контактов, либо контакты могут быть смочены ртутью для обеспечения плавного включения реле. Как минимум одна пара контактов выполняется из ферромагнитных материалов. В нормальном состоянии контакты удерживаются за счёт сил собственной упругости либо пружины. Реле управляется магнитным потоком, создаваемым магнитным полем при включении электрического тока в обмотке, в которую помещена колба (контакт), либо при помощи внешнего поля, создающего магнитный поток, который подводится к контактам при помощи магнитопровода. При этом возникает электромагнитная сила, замыкающая контакты.
Использование существующих типов герконовых реле в некоторых областях техники ограничивается высокими значениями проходной ёмкости между входными и выходными цепями. Например, в процессе разработки, тестирования и эксплуатации устройств с сенсорными экранами могут использоваться технические средства симулирующие физические касания экрана. В качестве коммутирующего элемента, передающего на экран управляющее воздействие от тела пользователя и приводящее к регистрации контроллером экрана события касания не может быть использовано обычное электромагнитное реле, содержащее в конструкции якорь. Так как оно не может обеспечить надёжную работоспособность при требуемой частоте переключения 30-60 Гц и бесшумность. При этом известные типы герконовых реле с нормально разомкнутыми контактами также не могут быть использованы. Так как они не обеспечивают величину электрической ёмкости между цепью управления (обмоткой реле либо магнитопроводом) и контактной группой реле (проходной ёмкости) - критической характеристики, которая не должна превышать 0,6 пФ. В данном случае сенсорный экран регистрирует ложные срабатывания либо ошибочно определяет несколько отдельных касаний как одно постоянное. Раскрытие сущности изобретения
Технической задачей является создание надёжного герконового реле, обеспечивающего значение проходной ёмкости не более 0,6 пФ, бесшумную работу и возможность использования в носимых электронных устройствах.
Технический результат заключается в снижении значений проходной ёмкости и возможности использования в носимых электронных устройствах.
Технический результат достигается за счёт того, что электромагнитное герконовое реле содержит герметичную колбу, в которой установлены два гибких контактных сердечника, на выходе из которой первый контактный сердечник соединён с первым выводом, а второй контактный сердечник соединён со вторым выводом, причём второй контактный сердечник состоит из контактной и неконтактной частей, между которыми выполнен зазор, при этом первая часть второго контактного сердечника прилегает к зазору в непосредственной близости от расположенных последовательно мест его выхода из колбы и места присоединения второго немагнитного вывода, а вторая часть второго контактного сердечника в непосредственной близости от зазора с другой его стороны, помещена в катушку с обмоткой.
Кроме того, часть контактного первого сердечника после его выхода из колбы и места крепления немагнитного вывода и вторая неконтактная часть второго сердечника после ее выхода из катушки, встречно загнуты и расположены на расстоянии упомянутого зазора, или выполнены прямыми.
Кроме того, дополнено постоянными магнитами с аксиальной намагниченностью, установленными в непосредственной близости от сердечников.
Кроме того, гибкие контактные сердечники изготовлены из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью.
Кроме того, выводы выполнены из немагнитного материала.
Кроме того, зазор представляет собой воздушный зазор или пластину из немагнитного диэлектрического материала, установленной в зазор между частями сердечника.
Кроме того, ширина зазора определяется исходя из: g = £0ETTR2/C, где, g - ширина зазора; еО - электрическая постоянная;
£ - диэлектрическая проницаемость среды в зазоре;
R - радиус сердечника геркона;
С - ёмкость между торцами сердечника в зазоре, определяющая проходную ёмкость электромагнитного герконового реле. Краткое описание чертежей
Фиг.1 - Электромагнитное герконовое реле с малой проходной ёмкостью и замкнутой магнитной цепью из контактных сердечников;
Фиг.2 - Схема прохождения магнитного потока в герконовом реле с малой проходной ёмкостью и замкнутой магнитной цепью из контактных сердечников;
Фиг.З - Электромагнитное герконовое реле с малой проходной ёмкостью и замкнутой магнитной цепью с подмагничиванием контактных сердечников;
Фиг.4 - Схема прохождения магнитного потока в герконовом реле с малой проходной ёмкостью и замкнутой магнитной цепью с подмагничиванием контактных сердечников;
Фиг.5 -Электромагнитное герконовое реле с малой проходной ёмкостью и разомкнутой магнитной цепью с подмагничиванием контактных сердечников;
Фиг.6 - Схема прохождения магнитного потока в герконовом реле с малой проходной ёмкостью и разомкнутой магнитной цепью с подмагничиванием контактных сердечников;
Фиг.7 - Схема формирования входной и выходной ёмкостей электромагнитного герконового реле с малой проходной ёмкостью и замкнутой магнитной цепью из контактных сердечников.
На фигурах цифрами обозначены следующие элементы:
1 - колба;
2 - контактный сердечник;
3 - контактный сердечник;
4 - немагнитный вывод;
5 - немагнитный вывод;
6 - контактный сердечник;
7 - пластина;
8 - катушка;
9 - обмотка;
10 - магнитный поток через зазор;
11 - магнитный поток через зазор между контактными сердечниками;
12 - магнитный поток через зазор;
13 - магнитный поток по воздуху;
14 - постоянный магнит;
15 - постоянный магнит;
16 - магнитный поток постоянного магнита;
17 - магнитный поток постоянного магнита;
18 - магнитный поток по воздуху; 19 - входная паразитная ёмкость, образованная витками обмотки и контактным сердечником;
20 - ёмкость в зазоре между торцами разделённого контактного сердечника (проходная);
21 - ёмкость в зазоре между торцами неразделённого и разделённого контактных сердечников (проходная);
22 - ёмкость, образованная контактными сердечниками внутри колбы;
23 - ёмкость управляемой электрической цепи (выходная).
Осуществление изобретения
Заявленное электромагнитное герконовое реле содержит, установленные на основании, герметичную колбу, в которой установлены параллельно на расстоянии друг от друга два гибких симметричных нормально разомкнутых контактных сердечника, изготовленных из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью. На одном выходе из колбы первый контактный сердечник соединён с первым выводом, а на другом выходе из колбы второй контактный сердечник соединён со вторым выводом, причем второй контактный сердечник состоит из контактной и неконтактной частей, между которыми выполнен зазор, при этом контактная часть второго сердечника прилегает к зазору в непосредственной близости от расположенных последовательно мест его выхода из колбы и места присоединения второго немагнитного вывода, а неконтактная часть второго сердечника в непосредственной близости от зазора с другой его стороны, помещена в катушку с управляющей обмоткой.
Зазор обеспечивает гальваническую развязку (отсутствие электрического контакта) второго сердечника и соединённого с ним вывода коммутируемой цепи, а также формирование малой электрической ёмкости между торцами второго сердечника (образующейся последовательно между управляющей и управляемой цепями реле и определяющей его проходную ёмкость). Чем меньше ширина зазора, тем меньше потери при прохождении магнитного потока через зазор и тем меньше может быть величина тока в катушке с обмоткой, но тем больше проходная ёмкость реле (она всё равно меньше, чем в обычном реле).
При этом в зазор при необходимости может быть помещена диэлектрическая пластина (калибровочная пластина). Диэлектрическая пластина может быть использована либо только в процессе производства реле для формирования зазора и отсутствовать в готовом изделии, либо оставаться в готовом изделии. Пластина облегчает формирование зазора достаточно малой величины при производстве - обеспечивает калибровку зазора (подобно использованию щупа при выставлении зазора свечи зажигания в машине) - торцы сердечника могут быть просто к ней прижаты и закреплены на основании. Затем её можно оставить (тоже закрепить на основании). Либо она может входить в состав производственной оснастки и использоваться при изготовлении следующего реле. В этом случае требования, ограничивающие выбор материала, из которого она изготовлена (немагнитного диэлектрического), не предъявляются.
Контактные сердечники изготовлены из ферромагнитного материала и выполняют функции электрических контактов и участков магнитных цепей в непосредственной близости от колбы геркона. Сердечники реле могут быть отформованы для образования замкнутой магнитной цепи для снижения энергопотребления реле (уменьшения тока в управляющей обмотке) с аналогичным зазором. Сердечники реле могут быть подмагничены постоянными магнитами для снижения энергопотребления реле.
Продолжающиеся части контактных сердечников — одного, после выхода из колбы и места крепления немагнитного вывода, и второй неконтактной части другого, после его выхода из катушки, могут быть встречно загнуты и расположены на расстоянии не менее установленного зазора или могут оставаться прямыми или иметь иную форму.
Все компоненты реле размещены в основании, выполненном из немагнитного материала, например, пластмассы. Основание может быть помещено в корпус. В целях повышения помехоустойчивости конструкция может быть снабжена магнитным экраном. Магнитный экран может быть выполнен в виде кожуха из ферромагнитного материала, охватывающий всю конструкцию реле, или в виде пластины/пластин, либо другой формы, для целенаправленной защиты реле, располагаемой между ним и источником магнитного поля, а для защиты других устройств от влияния реле - между ними и реле.
Технический результат достигается за счёт включения ёмкости малой величины, образованной между торцами второго сердечника, расположенными на малом, относительно их площади, расстоянии, последовательно между управляющей и управляемой цепями реле (ёмкостей между торцами сердечников в случае реализации замкнутой магнитной цепи), при снижении влияния ёмкости управляющей обмотки на выводы управляемой цепи за счёт её расположения на сердечнике электрически не связанном с выводом управляемой цепи. Т.е. мы убираем влияние обмотки на оба вывода реле (обычно обмотка надевается на колбу), но сталкиваемся с её влиянием на второй вывод, которое убираем зазором.
При подаче управляющего тока в обмотку возникает магнитный поток, проходящий через зазор в разделённом контактном сердечнике, зазор между сердечниками в колбе и далее замыкается вокруг обмотки, в частности вдоль сердечников. Возникающая при этом электромагнитная сила соединяет оба сердечника в колбе, преодолевая их упругость, и замыкает электрическую цепь между ними и немагнитными контактами. После отключения тока сердечники возвращаются в исходное состояние. При этом электрическая ёмкость между управляющей обмоткой и герконом (проходная) сводится к ёмкости, образуемой торцами разделённого сердечника (сердечников) в зазоре и малой паразитной ёмкости с участием немагнитных выводов и геркона. С учётом этого значение проходной ёмкости между входной и выходной цепями реле не превышает 0,6 пФ.
На фиг. 1 представлен пример осуществления заявленного реле. Все компоненты собираются на основании (из немагнитного материала, например, пластмассы). Внутри герметичной колбы (1) находятся гибкие контактные сердечники (2) и (3), изготовленные из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью. На выходе из колбы (1) первый контактный сердечник (2) соединён с первым выводом (4), а второй контактный сердечник (3) соединён со вторым выводом (5). Выводы (4) и (5) выполнены из немагнитного материала и предназначены для подключения коммутационной (управляемой) электрической цепи реле. Технология, использованная для соединения выводов (4) и (5) с контактными сердечниками (2) и (3), обеспечивает надёжный электрический контакт и не нарушает герметичность колбы (1). Геркон, используемый в раскрытом здесь реле, отличается от стандартного тем, что один из его контактных сердечников состоит из двух частей: одна часть представляет собой контактный сердечник (3), в вторая его часть - неконтактный сердечник (6). Между частями сердечника (3) и (6) сформирован зазор, в который может быть помещена диэлектрическая пластина (7).
Контактная часть второго сердечника (3) прилегает к зазору в непосредственной близости от расположенных последовательно мест его выхода из колбы (1) и места присоединения немагнитного вывода (5). В непосредственной близости от зазора, с другой его стороны, неконтактная часть сердечника (6) помещена в катушку (8) с обмоткой (9). Во всех раскрываемых здесь реализациях реле может использоваться как стандартный геркон после операции разделения одного контактного сердечника, так и специально изготовленный - с одним укороченным контактным сердечником. Расстояние между торцами частей (3) и (6) сердечника, которое также соответствует толщине пластины (7), может составлять не более 0,01 мм при использовании геркона с колбой длиной 5 мм.
Для расчёта ширины зазора можно использовать соотношение: g = EO£TTR2/C, где, g - ширина зазора (толщина пластины); £о - электрическая постоянная;
£ - диэлектрическая проницаемость среды в зазоре (материала пластины или воздуха);
R - радиус сердечника геркона;
С - ёмкость между торцами сердечника в зазоре (0,1 пФ), определяющая проходную ёмкость электромагнитного герконового реле.
Часть контактного первого сердечника (2) после его выхода из колбы (1) и места крепления немагнитного контакта (4) и неконтактная часть (6) второго сердечника после его выхода из катушки (8), могут быть встречно загнуты и расположены на расстоянии зазора, (воздушного зазора или зазора сформированного пластиной (7)), как показано на фиг. 1-4, 7, или могут оставаться прямыми (фиг. 5, 6) или иметь другую форму.
При подаче управляющего тока в обмотку (фиг. 1 поз. 9) возникает магнитный поток, представленный на фиг. 2, соответствующий конструкции реле по фиг. 1 , проходящий через зазор (фиг. 2 поз. 10), сформированный пластиной (фиг. 1 поз. 7), и через зазор (фиг. 2 поз. 11) между контактными сердечниками (фиг. 1 поз. 2 и 3) и далее замыкается через зазор (фиг. 2 поз. 12), например со вставленной пластиной (фиг. 1 поз. 7). Другая ветвь магнитного потока замыкается по воздуху (фиг. 2 поз. 13). Возникающая при этом электромагнитная сила соединяет оба контактных сердечника (фиг. 1 поз. 2 и 3) в колбе (фиг. 1 поз. 1), преодолевая их упругость, и замыкает электрическую цепь между немагнитными контактами-выводами (фиг. 1 поз. 4 и 5). После отключения тока, контактные сердечники (фиг. 1 поз. 2 и 3) возвращаются в исходное состояние и размыкают коммутируемую электрическую цепь.
На фиг. 3 представлен другой пример осуществления реле, который в отличие от примера по фиг. 1 , дополнен постоянными магнитами (14, 15) с аксиальной намагниченностью. При этом, постоянный магнит (14) подмагничивает контактный сердечник (2), а постоянный магнит (15) подмагничивает сердечник (6). Магниты могут быть размещены в непосредственной близости от сердечников с сохранением расположения магнитных потоков, указанных на фигурах (они должны складываться с потоками сердечников), в зависимости от характеристик и размеров самих магнитов. Чем ближе расположены магниты, тем меньше может быть ток в катушке с управляющей обмоткой, но тем ниже магнитная помехозащищённость реле и т.д.
На фиг. 4 представлено прохождение магнитного потока для примера осуществления реле по фиг. 3. В целом, прохождение потока аналогично показанному на фиг. 2 за исключением того, что магнитный поток (фиг. 4 поз. 16), образуемый постоянным магнитом (фиг. 3 поз. 14), складывается с потоком через контактный сердечник (фиг. 3 поз. 2), а магнитный поток (фиг. 4 поз. 17), образуемый постоянным магнитом (фиг. 3 поз. 15), складывается с потоком через сердечник (фиг. 3 поз. 6). Данное решение позволяет снизить величину тока в обмотке (фиг. 1 поз. 9), необходимую для замыкания коммутируемой электрической цепи.
На фиг. 5 показан пример осуществления реле, при котором в отличие от вышеупомянутых, контактные сердечники остаются прямыми. Данная конструкция аналогична представленной на фиг. 3. за исключением отсутствия зазора между концами сердечников (фиг. 3 поз. 2 и поз.6).
На фиг. 6 показано прохождение магнитного потока для примера осуществления по фиг. 5. В целом, прохождение потока аналогично показанному на фиг. 4 за исключением прохождения части потока по воздуху (18). Данная конструкция позволяет дополнительно уменьшить габариты раскрываемого здесь реле. Все примеры осуществления реле показанные выше (фиг. 1 , фиг. 3, фиг. 5) в целях повышения помехоустойчивости могут быть снабжены магнитными экранами для снижения влияния внешних магнитных полей, а также уменьшения влияния магнитных полей элементов входящих в составе реле: обмоток и постоянных магнитов на другие устройства.
На фиг. 7 изображено формирование входной и выходной ёмкостей раскрытых здесь примеров реализации реле. В соответствии с конструкцией представленной на фиг. 1 , фиг. 3 и фиг. 5 входная паразитная ёмкость (фиг. 7 поз. 19) образуется между витками обмотки (фиг. 1 , фиг. 3, фиг. 5 поз. 9) и поверхностью сердечника (фиг. 1 , фиг. 3, фиг. 5 поз. 6). Выходная ёмкость (фиг. 7 поз. 23) формируется в основном между контактными сердечниками внутри колбы (фиг. 1 , фиг. 3, фиг. 5 поз. 1). У обычного герконового реле выход коммутируемой цепи электрически связан с контактными сердечниками и ёмкость между собственно контактными сердечниками складывается с паразитной ёмкостью между обмоткой и сердечниками. Так как ширина обмотки занимает существенную длину, входная паразитная ёмкость оказывает большое влияние на общую выходную ёмкость реле. В раскрытых здесь примерах реализации реле входная паразитная ёмкость, формируемая обмоткой, последовательно складывается с ёмкостью (ёмкостями) между торцами сердечников на расстоянии зазора. Это позволяет существенно снизить величину проходной ёмкости реле. Например, при диаметре контактных сердечников 0,4 мм и расстоянии между их торцами в воздушном зазоре 0,01 мм, ёмкость составляет 0,1 пФ. Уменьшение зазора может позволить снизить ток в управляющей обмотке даже без использования магнитов, а с увеличением диаметра сердечника геркона зазор может быть увеличен до значения позволяющего не превысить 0,1 пФ. В примере реализации по фиг. 1 и фиг. 3 проходная ёмкость может быть в 2 раза выше, т. е. не превышать величины 0,2 пФ. Геркон с длиной колбы 5 мм и диаметром контактных сердечников 0,4 мм характеризуется величинами ёмкости между плоскими симметричными контактными сердечниками от 0,2 пФ до 0,4 пФ в связи с технологическим разбросом.
Конструкция реле также может обеспечивать его бесшумность работы. Бесшумность может обеспечиваться за счет использования геркона с относительно маленькой колбой и лёгкими контактными сердечниками, и/или за счет того, что конструкция может быть дополнительно помещена в звукоизолирующий материал.
Кроме того, такая конструкция реле обеспечивает возможность его использования в носимых электронных устройствах. Сердечник имеет толщину меньшую, чем колба. Поэтому диаметр катушки заявленного реле меньше катушки, надеваемой на колбу, в обычном реле. Колба и катушка с обмоткой располагаются в одной плоскости. Таким образом, высота заявленного реле определяется в основном толщиной используемой колбы. Например, колба может быть диаметром 2 мм, а магнитные экраны диаметром 1 мм, что позволяет достичь достаточно миниатюрных размеров реле.
Применение таких герконов во всех раскрытых здесь примерах реализации реле позволяет не превышать величину выходной ёмкости более 0,6 пФ, что существенно ниже существующего уровня техники, и успешно показало себя при коммутации сигналов, воздействующих на сенсорные экраны. Обычное герконовое реле с аналогичным герконом характеризуется величиной ёмкости между обмоткой и контактными сердечниками превышающей 0,6 пФ и не может быть использовано в данном случае. Кроме того, раскрытые здесь примеры осуществления реле повышают помехоустойчивость при работе, так как влияние управляющей цепи, соединённой с обмоткой реле, на выходной сигнал минимизировано, а также обеспечивают возможность использования в носимых электронных устройствах - высота реле не превышает 3 мм.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Электромагнитное герконовое реле, характеризующееся тем, что содержит герметичную колбу, в которой установлены два гибких контактных сердечника, на выходе из которой первый контактный сердечник соединён с первым выводом, а второй контактный сердечник соединён со вторым выводом, причем второй контактный сердечник состоит из контактной и неконтактной частей, между которыми выполнен зазор, при этом первая часть второго контактного сердечника прилегает к зазору в непосредственной близости от расположенных последовательно мест его выхода из колбы и места присоединения второго немагнитного вывода, а вторая часть второго контактного сердечника в непосредственной близости от зазора с другой его стороны, помещена в катушку с обмоткой.
2. Электромагнитное герконовое реле по п.1 , характеризующееся тем, что часть контактного первого сердечника после его выхода из колбы и места крепления немагнитного вывода и вторая неконтактная часть второго сердечника после ее выхода из катушки, встречно загнуты и расположены на расстоянии упомянутого зазора, или выполнены прямыми.
3. Электромагнитное герконовое реле по п.1 , характеризующееся тем, что дополнено постоянными магнитами с аксиальной намагниченностью, установленными в непосредственной близости от сердечников.
4. Электромагнитное герконовое реле по п.1 , характеризующееся тем, что выводы выполнены из немагнитного материала.
5. Электромагнитное герконовое реле по п.1 , характеризующееся тем, что зазор представляет собой воздушный зазор или пластину из немагнитного диэлектрического материала, установленной в зазор между частями сердечника.
6. Электромагнитное герконовое реле по п.1 , характеризующееся тем, что ширина зазора определяется исходя из: g = £O£TFR2/C, где g - ширина зазора;
£о - электрическая постоянная;
£ - диэлектрическая проницаемость среды в зазоре;
R - радиус сердечника геркона;
С - ёмкость между торцами сердечника в зазоре, определяющая проходную ёмкость электромагнитного герконового реле.
7. Электромагнитное герконовое реле по п.1 , характеризующееся тем, что дополнительно содержит магнитный экран, выполненный в виде кожуха из ферромагнитного материала, охватывающего всю конструкцию реле, или в виде пластины, установленной между реле и источником магнитного поля.
PCT/RU2023/000185 2023-06-08 2023-06-15 Электромагнитное герконовое реле с малой проходной ёмкостью Ceased WO2024253557A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2023115139A RU2811566C1 (ru) 2023-06-08 Электромагнитное герконовое реле с малой проходной ёмкостью
RU2023115139 2023-06-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024253557A1 true WO2024253557A1 (ru) 2024-12-12

Family

ID=93795782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2023/000185 Ceased WO2024253557A1 (ru) 2023-06-08 2023-06-15 Электромагнитное герконовое реле с малой проходной ёмкостью

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024253557A1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU313237A1 (ru) * А. С. Умеренков Московский ордена Ленина энергетический институт Электромагнитное реле
US3244834A (en) * 1960-02-26 1966-04-05 Siemens Ag Electromagnetic miniature relay
SU1576926A1 (ru) * 1988-08-22 1990-07-07 Московский энергетический институт Герконовое реле
RU2009565C1 (ru) * 1991-06-27 1994-03-15 Иван Михайлович Миняйлов Электромагнитное реле миняйлова
RU123220U1 (ru) * 2012-07-02 2012-12-20 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") Реле герконовое
RU2474000C1 (ru) * 2011-05-16 2013-01-27 Открытое акционерное общество "Завод "Электроприбор" Поляризованный геркон и поляризованное коммутационное устройство

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU313237A1 (ru) * А. С. Умеренков Московский ордена Ленина энергетический институт Электромагнитное реле
US3244834A (en) * 1960-02-26 1966-04-05 Siemens Ag Electromagnetic miniature relay
SU1576926A1 (ru) * 1988-08-22 1990-07-07 Московский энергетический институт Герконовое реле
RU2009565C1 (ru) * 1991-06-27 1994-03-15 Иван Михайлович Миняйлов Электромагнитное реле миняйлова
RU2474000C1 (ru) * 2011-05-16 2013-01-27 Открытое акционерное общество "Завод "Электроприбор" Поляризованный геркон и поляризованное коммутационное устройство
RU123220U1 (ru) * 2012-07-02 2012-12-20 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") Реле герконовое

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2264746A (en) Electromagnetic switch
KR20100029782A (ko) 마이크로 릴레이
JPS593537A (ja) 文字等の入力装置用入力ペン
RU2004120470A (ru) Бесшумный контрактор постоянного и переменного тока с низкой потребляемой мощностью и широким диапазоном напряжений
WO2024253557A1 (ru) Электромагнитное герконовое реле с малой проходной ёмкостью
US3046370A (en) Electromagnetic relay
RU2811566C1 (ru) Электромагнитное герконовое реле с малой проходной ёмкостью
CN107833792B (zh) 一种高耐压的超小型电磁继电器
US2935585A (en) Polarized electromagnetic relay
CN120149089A8 (zh) 剩余电流动作光伏保护开关
US3284743A (en) Magnetic switching device
US5049844A (en) Enclosed electromagnetic relay
GB1220693A (en) Magnetic snap action electric switches
US1868559A (en) Relay
US3492613A (en) Reed relays having aiding coils to couple highly inductive operating coils to reed blades
US2752450A (en) Electromagnetic light current contact making relays
US3533025A (en) Flat pack relay
CN100424802C (zh) 一种电磁继电器
CN210429686U (zh) 触头系统及包含该触头系统的直流接触器
SE9202320L (sv) Omkopplingsanordning
US3335376A (en) Micro-miniature relay
SU902091A1 (ru) Сильноточный выключатель
US5594400A (en) Reed relay
US2535556A (en) Electric switch
US2218879A (en) Circuit make and break device

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23940869

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE