RU2811566C1 - Electromagnetic reed switch relay with small cross capacitance - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: devices for switching electrical circuits when exposed to a magnetic field on sealed contact groups. An electromagnetic reed relay contains a sealed bulb in which two flexible contact cores are installed. At the exit from the flask, the first contact core is connected to the first terminal, and the second contact core is connected to the second terminal. The second contact core consists of contact and non-contact parts, between which there is a gap. The first part of the second contact core is adjacent to the gap in the immediate vicinity of the sequential 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.

EFFECT: reduced values of the feed-through capacity, quiet operation, and ability to use in wearable electronic devices.

7 cl, 7 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для коммутации электрических цепей при воздействии магнитного поля на герметизированные контактные группы (герконам).The invention relates to electrical engineering, namely to devices for switching electrical circuits when exposed to a magnetic field on sealed contact groups (reed switches).

Уровень техникиState of the art

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. From the existing level of technology (for example, RU123220U1, 12/20/2012) reed relays with normally open or closed contacts, with switching contacts, and also with their combinations are known. The contacts are placed in a sealed flask, which can be evacuated or filled with a gas to prevent oxidation of the contacts, or the contacts can be moistened with mercury to ensure smooth activation of the relay. At least one pair of contacts is made of ferromagnetic materials. In the normal state, the contacts are held due to the forces of their own elasticity or spring. The relay is controlled by a magnetic flux created by a magnetic field when an electric current is turned on in the winding in which the bulb (contact) is placed, or by an external field that creates a magnetic flux that is supplied to the contacts using a magnetic circuit. This creates an electromagnetic force that closes the contacts.

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.The use of existing types of reed relays in some areas of technology is limited by high values of feed-through capacitance between the input and output circuits. For example, in the process of developing, testing and operating devices with touch screens, technical means that simulate physical touches on the screen may be used. A conventional electromagnetic relay containing an armature in its design cannot be used as a switching element that transmits a control action from the user’s body to the screen and leads to the registration of a touch event by the screen controller. Since it cannot provide reliable operation at the required switching frequency of 30-60 Hz and noiselessness. In this case, known types of reed relays with normally open contacts also cannot be used. Since they do not provide the amount of electrical capacitance between the control circuit (relay winding or magnetic circuit) and the relay contact group (pass 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 permanent one.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

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.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.

Технический результат заключается в снижении значений проходной ёмкости и возможности использования в носимых электронных устройствах.The technical result consists in reducing the throughput capacity and the possibility of use in wearable electronic devices.

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.The technical result is achieved due to the fact that the electromagnetic reed relay contains a sealed flask in which two flexible contact cores are installed, at the outlet of which the first contact core is connected to the first terminal, and the second contact core is connected to the second terminal, and the second contact core consists of contact and non-contact parts, between which there is a gap, while the first part of the second contact core is adjacent to the gap in the immediate vicinity of the sequential places of its exit from the bulb and the place of connection of the second non-magnetic lead, and the second part of the second contact core is in the immediate vicinity of the gap with its other side is placed in a coil with a winding.

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.In addition, 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 the distance of the mentioned gap, or are made straight.

Кроме того, дополнено постоянными магнитами с аксиальной намагниченностью, установленными в непосредственной близости от сердечников.In addition, it is supplemented with permanent magnets with axial magnetization installed in close proximity to the cores.

Кроме того, гибкие контактные сердечники изготовлены из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью.In addition, the flexible contact cores are made of ferromagnetic material with high magnetic permeability.

Кроме того, выводы выполнены из немагнитного материала.In addition, the terminals are made of non-magnetic material.

Кроме того, зазор представляет собой воздушный зазор или пластину из немагнитного диэлектрического материала, установленной в зазор между частями сердечника.In addition, the gap is an air gap or a plate of non-magnetic dielectric material installed in the gap between the core parts.

Кроме того, ширина зазора определяется исходя из:In addition, the gap width is determined based on:

g = ɛ0ɛπR2/C,g = ɛ0ɛπR2/C,

где,Where,

g – ширина зазора;g – gap width;

ɛ0 – электрическая постоянная;ɛ0 – electrical constant;

ɛ – диэлектрическая проницаемость среды в зазоре;ɛ – dielectric constant of the medium in the gap;

R – радиус сердечника геркона;R – radius of the reed switch core;

C – ёмкость между торцами сердечника в зазоре, определяющая проходную ёмкость электромагнитного герконового реле.C is the capacitance between the ends of the core in the gap, which determines the feed-through capacitance of the electromagnetic reed relay.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Фиг.1 - Электромагнитное герконовое реле с малой проходной ёмкостью и замкнутой магнитной цепью из контактных сердечников;Figure 1 - Electromagnetic reed relay with a small feed-through capacity and a closed magnetic circuit of contact cores;

Фиг.2 - Схема прохождения магнитного потока в герконовом реле с малой проходной ёмкостью и замкнутой магнитной цепью из контактных сердечников;Figure 2 - Diagram of the passage of magnetic flux in a reed relay with a small throughput capacitance and a closed magnetic circuit of contact cores;

Фиг.3 - Электромагнитное герконовое реле с малой проходной ёмкостью и замкнутой магнитной цепью с подмагничиванием контактных сердечников;Figure 3 - Electromagnetic reed relay with a small feed-through capacitance and a closed magnetic circuit with magnetization of the contact cores;

Фиг.4 - Схема прохождения магнитного потока в герконовом реле с малой проходной ёмкостью и замкнутой магнитной цепью с подмагничиванием контактных сердечников;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;

Фиг.5 - Электромагнитное герконовое реле с малой проходной ёмкостью и разомкнутой магнитной цепью с подмагничиванием контактных сердечников;Fig. 5 - Electromagnetic reed relay with a small feed-through capacitance and an open magnetic circuit with magnetization of the contact cores;

Фиг.6 - Схема прохождения магнитного потока в герконовом реле с малой проходной ёмкостью и разомкнутой магнитной цепью с подмагничиванием контактных сердечников;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;

Фиг.7 - Схема формирования входной и выходной ёмкостей электромагнитного герконового реле с малой проходной ёмкостью и замкнутой магнитной цепью из контактных сердечников.Fig. 7 - Diagram of the formation of the input and output capacitances of an electromagnetic reed relay with a small feed-through capacitance and a closed magnetic circuit of contact cores.

На фигурах цифрами обозначены следующие элементы:The following elements are indicated by numbers in the figures:

1 – колба; 1 – flask;

2 – контактный сердечник; 2 – contact core;

3 – контактный сердечник; 3 – contact core;

4 – немагнитный вывод;4 – non-magnetic output;

5 – немагнитный вывод; 5 – non-magnetic output;

6 – контактный сердечник; 6 – contact core;

7 – пластина; 7 – plate;

8 – катушка;8 – coil;

9 – обмотка;9 – winding;

10 – магнитный поток через зазор; 10 – magnetic flux through the gap;

11 – магнитный поток через зазор между контактными сердечниками; 11 – magnetic flux through the gap between the contact cores;

12 – магнитный поток через зазор; 12 – magnetic flux through the gap;

13 – магнитный поток по воздуху;13 – magnetic flux through the air;

14 – постоянный магнит; 14 – permanent magnet;

15 – постоянный магнит;15 – permanent magnet;

16 – магнитный поток постоянного магнита; 16 – magnetic flux of a permanent magnet;

17 – магнитный поток постоянного магнита;17 – magnetic flux of a permanent magnet;

18 – магнитный поток по воздуху;18 – magnetic flux through the air;

19 – входная паразитная ёмкость, образованная витками обмотки и контактным сердечником; 19 – input parasitic capacitance formed by the winding turns and the contact core;

20 – ёмкость в зазоре между торцами разделённого контактного сердечника (проходная); 20 – capacity in the gap between the ends of the divided contact core (through);

21 – ёмкость в зазоре между торцами неразделённого и разделённого контактных сердечников (проходная); 21 – capacity in the gap between the ends of the undivided and divided contact cores (through);

22 – ёмкость, образованная контактными сердечниками внутри колбы;22 – container formed by contact cores inside the flask;

23 – ёмкость управляемой электрической цепи (выходная). 23 – capacitance of the controlled electrical circuit (output).

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

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. The claimed electromagnetic reed relay contains, installed on the base, a sealed flask in which two flexible symmetrical normally open contact cores made of ferromagnetic material with high magnetic permeability are installed in parallel at a distance from each other. At one outlet from the flask, the first contact core is connected to the first terminal, and at the other exit from the flask, the second contact core is connected to the second terminal, and the second contact core consists of contact and non-contact parts, between which there is a gap, while the contact part of the second core is adjacent to the gap in the immediate vicinity of the sequential places of its exit from the bulb 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.

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).The gap ensures 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 in series between the control and controlled circuits of the relay and determining its throughput capacity). The smaller the width of the gap, 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 throughput capacity of the relay (it is still less than in a conventional relay).

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. In this case, if necessary, a dielectric plate (calibration plate) can be placed in the gap. The dielectric plate can either be used only in the relay manufacturing process to form the gap and not be present in 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 provides gap calibration (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 secured to the base. Then you can leave it (also secure it to the base). Or it can be part of production tooling and used in the manufacture of the next relay. In this case, there are no requirements limiting the choice of the material from which it is made (non-magnetic dielectric).

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.Contact cores are made of ferromagnetic material and perform the functions of 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.

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.The continuing parts of the contact cores - one, after leaving the bulb and the place of attachment of the non-magnetic lead, and the second non-contact part of the other, after it leaves the coil, can be counter-bent and located at a distance not less than the established gap or can remain straight or have a different shape.

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.All relay components are housed in a base made of non-magnetic material, such as plastic. The base can be placed in the housing. In order to increase noise immunity, the design 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 form, 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.

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.The technical result is achieved by including a small capacitance formed between the ends of the second core, located at a small distance relative to their area, in series between the control and controlled relay circuits (capacitances between the ends of the cores in the case of a closed magnetic circuit), while reducing the influence of the capacitance control winding to the terminals of the controlled circuit due to its location on the core not electrically connected to the terminal of the controlled circuit. Those. we remove the influence of the winding on both terminals of the relay (usually the winding is put on the bulb), but we are faced with its influence on the second terminal, which we remove with a gap.

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.When a control current is supplied to the winding, a magnetic flux appears, passing through the gap in the divided contact core, the gap between the cores in the bulb and then closes around the winding, in particular along the cores. The resulting electromagnetic force connects both cores in the bulb, overcoming their elasticity, and closes the electrical circuit between them and the non-magnetic contacts. After turning off the current, the cores return to their original state. In this case, the electrical capacitance between the control winding and the reed switch (feed-through) is reduced to the capacitance formed by the ends of the divided core (cores) in the gap and a small parasitic capacitance with the participation of non-magnetic leads and the reed switch. Taking this into account, the value of the pass-through capacitance between the input and output circuits of the relay does not exceed 0.6 pF.

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). In fig. 1 shows an example of the implementation of the claimed relay. All components are assembled on a base (made of non-magnetic material, such as plastic). Inside the sealed flask (1) there are flexible contact cores (2) and (3), made of ferromagnetic material with high magnetic permeability. At the exit from 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 non-magnetic material and are intended for connecting the switching (controlled) electrical circuit of the relay. The technology used to connect leads (4) and (5) to contact cores (2) and (3) ensures reliable electrical contact and does not compromise the seal of the bulb (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), the second part is a non-contact core (6). A gap is formed between the core parts (3) and (6), into which a dielectric plate (7) can be placed.

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. The contact part of the second core (3) is adjacent to the gap in close proximity to the sequential places of its exit from the flask (1) and the place of connection of the non-magnetic lead (5). In the immediate vicinity of the gap, on the other side, the non-contact part of the core (6) is placed in a coil (8) with a winding (9). In all relay implementations disclosed here, either a standard reed switch can be used after the operation of separating one contact core, or a specially manufactured one - with one shortened contact core. 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 flask 5 mm long.

Для расчёта ширины зазора можно использовать соотношение:To calculate the gap width you can use the following ratio:

g = ɛ₀ɛπR²/C,g = ɛ ₀ ɛπR ² /C,

где,Where,

g – ширина зазора (толщина пластины);g – gap width (plate thickness);

ɛ₀ – электрическая постоянная;ɛ ₀ – electrical constant;

ɛ – диэлектрическая проницаемость среды в зазоре (материала пластины или воздуха);ɛ – dielectric constant of the medium in the gap (plate material or air);

R – радиус сердечника геркона;R – radius of the reed switch core;

C – ёмкость между торцами сердечника в зазоре (0,1 пФ), определяющая проходную ёмкость электромагнитного герконового реле.C is the capacitance between the ends of the core in the gap (0.1 pF), which determines the feed-through capacitance of the electromagnetic reed relay.

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.The part of the contact 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 clearance distance, (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.

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.When a control current is supplied to the winding (Fig. 1, item 9), a magnetic flux appears, shown in Fig. 2, corresponding to the relay design of FIG. 1, passing through the gap (Fig. 2, item 10), formed by the plate (Fig. 1, item 7), and through the gap (Fig. 2, item 11) between the contact cores (Fig. 1, items 2 and 3) and then it closes through the gap (Fig. 2, item 12), for example, with an inserted plate (Fig. 1, item 7). The other branch of the magnetic flux is closed through the air (Fig. 2, item 13). The electromagnetic force that arises in this case connects both contact cores (Fig. 1, items 2 and 3) in the flask (Fig. 1, item 1), overcoming their elasticity, and closes the electrical circuit between the non-magnetic contact-leads (Fig. 1, item 4 and 5). After turning off the current, the contact cores (Fig. 1, positions 2 and 3) return to their original state and open the switched electrical circuit.

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.In fig. 3 shows another example of a relay, which, unlike the example of FIG. 1, supplemented with permanent magnets (14, 15) with axial magnetization. In this case, the permanent magnet (14) magnetizes the contact core (2), and the permanent magnet (15) magnetizes the core (6). 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 less current can be in the coil with the control winding, but the lower the magnetic noise immunity of the relay, etc.

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.In fig. 4 shows the passage of magnetic flux for an example implementation of the relay according to FIG. 3. In general, the flow path is similar to that shown in FIG. 2 except that the magnetic flux (Fig. 4, item 16) generated by the permanent magnet (Fig. 3, item 14) is added to the flux through the contact core (Fig. 3, item 2), and the magnetic flux (Fig. 3, item 14) 4 pos. 17), formed by a 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 amount of current in the winding (Fig. 1, item 9) necessary to close the switched electrical circuit.

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). In fig. 5 shows an example of a relay implementation in which, unlike the above, 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, item 2 and item 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.In fig. 6 shows the passage of magnetic flux for the embodiment of FIG. 5. In general, the flow path is similar to that shown in FIG. 4 except for the passage of part of the flow through air (18). This design makes it possible to further reduce the dimensions of the relay disclosed here. All examples of relay implementation shown above (Fig. 1, Fig. 3, Fig. 5) in order to increase noise immunity can be equipped with magnetic shields to reduce the influence of external magnetic fields, as well as reduce the influence of magnetic fields of the elements included in the relay: windings and permanent magnets to other devices.

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.In fig. Figure 7 shows the formation of the input and output capacitances of the examples of relay implementation disclosed here. In accordance with the design shown in Fig. 1, fig. 3 and fig. 5 input stray capacitance (Fig. 7, item 19) is formed between the turns of the winding (Fig. 1, Fig. 3, Fig. 5, item 9) and the surface of the core (Fig. 1, Fig. 3, Fig. 5, item 6 ). The output capacity (Fig. 7, item 23) is formed mainly between the contact cores inside the flask (Fig. 1, Fig. 3, Fig. 5, item 1). In a conventional reed relay, the output of the switched circuit is electrically connected to the contact cores and the capacitance between the contact cores itself is added to the stray capacitance between the winding and the cores. Since the width of the winding occupies a significant length, the input parasitic capacitance has a large influence on the total output capacitance of the relay. In the examples of relay implementation disclosed here, the input stray capacitance generated by the winding is added in series with the capacitance(s) between the ends of the cores at a gap distance. This allows you to significantly reduce the value of the relay throughput capacitance. For example, with a diameter of contact cores of 0.4 mm and a distance between their ends in the air gap of 0.01 mm, the capacitance is 0.1 pF. Reducing the gap can make it possible to reduce the current in the control winding even without the use of magnets, and with an increase in the diameter of the reed switch core, the gap can be increased to a value that does not exceed 0.1 pF. In the example implementation of FIG. 1 and fig. 3 pass 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.

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.The design of the relay can also ensure that it operates silently. Quietness can be achieved by using a reed switch with a relatively small bulb and lightweight contact cores, and/or by additionally enclosing the structure in sound-insulating material.

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.In addition, this relay design makes it possible to use it in wearable electronic devices. The core has a thickness less than the flask. 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 winding are located in the same plane. Thus, the height of the claimed relay is determined mainly by the thickness of the bulb used. For example, the bulb can be 2 mm in diameter, and the magnetic screens can be 1 mm in diameter, which makes it possible to achieve fairly miniature relay sizes.

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.The use of such reed switches in all examples of relay implementation disclosed here makes it possible not to exceed the output capacitance value of more than 0.6 pF, which is significantly lower than the existing state of the art, and has successfully proven itself when switching signals affecting touch screens. A conventional reed relay with a similar reed switch is characterized by a capacitance value between the winding and contact cores exceeding 0.6 pF and cannot be used in this case. In addition, the examples of relay implementation disclosed here increase noise immunity during operation, since the influence of the control circuit connected to the relay winding on the output signal is minimized, and also provide the possibility of use in wearable electronic devices - the relay height does not exceed 3 mm.

Claims (14)

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.1. An electromagnetic reed relay, characterized in that it contains a sealed flask in which two flexible contact cores are installed, at the outlet of which the first contact core is connected to the first terminal, and the second contact core is connected to the second terminal, and the second contact core consists of a contact and non-contact parts, between which there is a gap, while the first part of the second contact core is adjacent to the gap in the immediate vicinity of the sequential 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 is in the immediate vicinity of the gap on the other its sides are placed in a coil with a winding. 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.2. An electromagnetic reed relay according to claim 1, characterized in that the part of the contact first core after its exit from the bulb and the attachment point 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 the distance of the mentioned gap, or are made straight. 3. Электромагнитное герконовое реле по п.1, характеризующееся тем, что дополнено постоянными магнитами с аксиальной намагниченностью, установленными в непосредственной близости от сердечников.3. Electromagnetic reed relay according to claim 1, characterized in that it is supplemented with permanent magnets with axial magnetization installed in close proximity to the cores. 4. Электромагнитное герконовое реле по п.1, характеризующееся тем, что выводы выполнены из немагнитного материала.4. Electromagnetic reed relay according to claim 1, characterized in that the terminals are made of non-magnetic material. 5. Электромагнитное герконовое реле по п.1, характеризующееся тем, что зазор представляет собой воздушный зазор или пластину из немагнитного диэлектрического материала, установленного в зазор между частями сердечника.5. An electromagnetic reed relay according to claim 1, characterized in that the gap is an air gap or a plate of non-magnetic dielectric material installed in the gap between parts of the core. 6. Электромагнитное герконовое реле по п.1, характеризующееся тем, что ширина зазора определяется исходя из:6. Electromagnetic reed relay according to claim 1, characterized in that the gap width is determined based on: g = ɛ₀ɛπR²/C,g = ɛ ₀ ɛπR ² /C, гдеWhere g – ширина зазора;g – gap width; ɛ₀ – электрическая постоянная;ɛ ₀ – electrical constant; ɛ – диэлектрическая проницаемость среды в зазоре;ɛ – dielectric constant of the medium in the gap; R – радиус сердечника геркона;R – radius of the reed switch core; C – ёмкость между торцами сердечника в зазоре, определяющая проходную ёмкость электромагнитного герконового реле.C is the capacitance between the ends of the core in the gap, which determines the feed-through capacitance of the electromagnetic reed relay. 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.7. An electromagnetic reed relay according to claim 1, characterized in that it additionally contains a magnetic shield made in the form of a casing made of ferromagnetic material covering the entire relay structure, or in the form of a plate installed between the relay and the magnetic field source.

Images