Переключатель с сегментированным потоком жидкости

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 3 Ш Н 01 Н 29/24 Ю "ОИЗИА Я ФЕУИРГ 114 ВМВЖЙОМИА ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Харьковский ордена ТрудовогоКрасного Знамени и ордена Дружбынародов государственный университетим. А.М. Горького(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 469155, кл. Н 01 Н 29/02, 1973.2, Патент Японии Ф 48-44982,кл. Н 01 Н 50/72, 1973.3. Патент США 9 3906415,кл, Н 01 Н 29/24, 1975.(54)(57) 1, ПЕРЕКХПОЧАТЕЛЬ С СЕГМЕНТИРОВАННЫМ ПОТОКОМ ЖИДКОСТИ, содержащийисточник магнитодвижущей силы, замкнутую трубку, выполненную из диэлектрического материала, электроды,расположенные на трубке, заполненной электропроводящей жидкостью и и 9,801121713 А неэлектропроводящей магнитной жидкостью, находящимися аксиально в упомянутой трубке и несмешивающимися между собой, о т л и ч а ю щ и йс 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, обладающая магнитными свойствами.2, Переключатель по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, в качестве электропроводящей микро- полярной жидкости, обладающей магнитными свойствами, используется электропроводящая магнитная жидкость.1 1Изобретение 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 полй жидкая капля перемещается внутри корпуса переключателя под действием силы Лоренца 1 .Недостатком известного устройства является использование для замыкания контактов ртути, что обуславливает наличие относительно боль - шого 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 токовИзвестны магнитоуправляемые переключатели, содержащие герметичныйкорпус с расположенными в нем электродами, хотя бы один из которыхзаполнен электропроводящей магнитнойжидкостью. При включении магнитногополя жидкость замыкает электроды,а при выключении - возвращаетсяв исходное положение под действиемсил поверхностного натяжения 21.Недостатком известных устройствявляется их низкое быстродействие,обусловленное, в частности, тем,что замыкание и размыкание контактов происходит под действием относительно слабых сил Лоренца и силповерхностного натяжения,Кроме того, устройства характеризуются ограниченностью функцио"нальных воэможностей известных переключателей, в которых предусмотренатолько одна пара коммутирующих электродов.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является переключатель с сегментированным потоком жид"1217131 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 кости, представляющий собой трубку, выполненную из диэлектрического материала с закрепленными на ней электродами. Внутри трубки имеются смежные области, заполненные электропроводящей жидкостью, в качестве которой используется ртуть, и неэлектропроводящей магнитной жидкостью, которые перемещаются под действием управляющего магнитного поля. При .этом электроды оказываются замкнутыми или разомкнутыми, в зависимости от того 1 электропроводящая или неэлектропроводящая жидкость располагается между ними 3 .Недостатком известного устройства является его низкое быстродействие, обусловленное тем, что перемещение жидкости в корпусе переключателя осуществляется только засчет взаимодействия непроводящей магнитной жидкости с магнитным полем.Кроме того, недостатком устройства является использование в качестве электропроводящей жидкости ртути.Известное устройство содержит дополнительные системы выпрямления тока, питающие управляющие электромагниты, и системы электромагнитов, перемещающих непроводящую магнитную жидкость, что увеличивает размеры конструкции и уменьшает надежность ее работы.1Цель изобретения - повьппение быстродействия переключателя, надежности уменьшение переходного сопротивления и упрощение конструкции.Указанная цель достигается тем, что в переключателе с сегментированным потоком жидкости, содержащем источник магнитодвяжущей силы, замкнутую трубку, выполненную из диэлектрического мателиала, электроды, расположенные на трубке, заполненной электропроводящей жидкостью и неэлектропроводящей магнитной жидкостью находящимися аксиально в упомянутой трубке и несмешивающимися между собой источник магнитодвижущей силы выполнен в виде источника вращающегося магнитного поля, в качестве электро- проводящей жидкости используется электропроводящая микрополярная жидкость, обладающая магнитными свойствами, а в качестве незлектропроводящей жидкости используется неэлектропроводящая микрополярная жид45 кость, обладающая магнитными свойствами.В качестве электропроводящей ми"кронолярной жидкости, обладающеймагнитными свойствами, может использоваться электропроводящая магнитная жидкость,Ииткрополярная жидкость - жидкость с внутренним моментом количества движения, Соответствующее определение может быть разъяснено следующим образом.Рассмотрим достаточно малый объем3 Г сплошной среды плотности 2имеющий скорость Ч и угловую скоЪ -фйрость ц . Пусть- радиус-вектор этого объема в системе отсчетас началом в полюсе О . Этот объемобладает относительно полюса О орбитальным моментом количества движения К, =ь х ЧД, где Язнак векторного произведения. Крометого, объем обладает внутренниммоментом 12 =.31 63, гдето - момент инерции массы 113относительно оси д , проходящей через центрмасс объема. Для неполярных сред(обычные вязкие проводящие и непроводящие жидкости, газы и др,) К 12так как они не обладают внутренним Зпмоментом количества движения. Дляиикрополярных сред порядки , и Кодинаковы: К, л К . Порядки К и Кмогут сравняться в этом случае,если объем 3 содержит достаточномного частиц либо молекул, которыепод влиянием внешних воздействий(например, электромагнитного поля)преобретают большую угловую скоростьТаким образом, микрополярными 4будут жидкие суспензии, калоиды, органические жидкости с длинными молекулами, не находящимися в непосредственном сцеплении. (например,жидкие кристаллы), ряд биологических сред и др, Если составляющиемикрополярную жидкость частицыобладают даже слабыми магнитнымисвойствами (как молекулы нематических жидких кристаллов - слабыми диа 50магнитными); то жидкость вовлекаетсяв круговое движение однородным вращающимся магнитным полем,В прототипе используется непроводящая ферромагнитная жидкость, 55которая обладает микрополярнымисвойствами. Такая жидкость представляет собой дисперсию ферромагнитных очастиц размера 100 А (ангстрем) в непроводящем носителе. Частицы стабилизированы для обеспечения устойчивости феррожидкости в неоднородном магнитном поле и в гравитационном оле, Перемещение магнитной жидкости происходит под действием неоднородного поля электромагнитов (сила (М 7 ) " , где 3 - намагниченность).В данном изобретении вместо не- проводящей феррожидкости может быть йспользована любая непроводяшая 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 иэделие 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 кристаллы не увлекаются силой (М Р ) Н, Однако такие жидкости вовлекаются,в движение вращающимся магнитным полем. Соответствующий эффект обусловлен тем, что на каждую молекулу со стороны пол ч Ф ля Ц действует вращающий моментМ Н 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 предлагаемн. устоойство, 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 5 области, заполненные электропроводящей микрополярной жидкостью 4 обладающей магнитными свойствами, и неэлектропроводящей микрополярной жидкостью 5, обладающей магнитными 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 М 2 жидкостей 4 и 5 соответственно напряженности 11 и частоты 11 вращающегося магнитного поля. Увеличение параметров М, Я , 8 и О приводит к возрастанию скорости перемещения жидкости в трубке 1, уменьшению времени переключения устройства и повышению его быстродействия. В переключателе предусмотрено наличие обратной связи, которая при замыкании контактов обеспечивает изменение направления вращения магнитного поля на времял 30 за которое происходит полный останов жидкости, Контакты 2 замкнуты, если между ними расположена электропроводящая жидкость,4, и разомкнуты в противном случае, 35В качестве электропроводящей жидкости 4 может использоваться электропроводящая магнитная жидкость, а в качестве неэлектропроводящей жидкости 5 - неэлектропроводящая 40 магнитная жидкость, В этом случае перемещение и торможение жидкости в корпусе переключателя происходит с оптимальной скоростью,так как нз всех известных микрополярных 45 жидкостей наилучшими магнитными свойствами обладают магнитные жидкости. Для создания вращающегося магнитного поля можно использовать одинстандартный индуктор, выполняющийФункции перемещающей системы и одновременно Фиксирующий замыкающий элемент между любой парой электродов,Применение вращающегося магнитного поля для перемещения и останова жидкости, а также использованиев качестве электропроводящей жидкости электропроводящей микрополярнойжидкости, обладающей магнитнымисвойствами, позволяет значительноповысить быстродействие устройства,так как в этом случае с магнитнымполем взаимодействует не только неэлектропроводящая жидкость 5 но иэлектропроводящая жидкость 4, чтоприводит к увеличению скорости перемещения жидкости в корпусе переключателя и более эффективному ееторможению при замыкании контактов.Использование в качестве электропроводящей жидкости электропроводящеймикрополярной жидкости, обладающеймагнитными свойствами, позволяетуменьшить переходное сопротивлениена границе твердый контакт - электропроводящая жидкость, так как указанная жидкость лучше смачивает поверхность твердого электрода, чемртуть, Это повышает надежность работы устройства и позволяет применять его для переключения сильныхтоков.По сравнению с базовым объектомв качестве которого выбран жидкостный электрический переключатель 1предлагаемое устройство обладаетбольшим быстродействием, более высокой надежностью работы, болееширокими Функциональными возможностями, Кроме тогопредлагаемое устройство не нуждается в системах дугогашения и может быть использовано дляпереключения как слабых, так и сильных токов,. Составитель М, Трофимоктор Н. Горват Теиред З,Папий М. Максимишинец ррек Подписно Филиал ППП "Патент", г. Узгород, ул. Проектная з 7989/40 Тираа 682 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раувкомитета СССР открытийская наб., д.