RU2033711C1

RU2033711C1 - Power lead-in of sealed chamber

Info

Publication number: RU2033711C1
Application number: RU92001949A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Зуев; Игорь Александрович Машкин; Игорь Васильевич Гречушкин; Денис Михайлович Лебедев; Николай Викторович Петров
Original assignee: Владимир Михайлович Зуев; Игорь Александрович Машкин; Игорь Васильевич Гречушкин; Денис Михайлович Лебедев; Николай Викторович Петров
Priority date: 1992-10-23
Filing date: 1992-10-23
Publication date: 1995-04-20

Abstract

FIELD: radio electronics. SUBSTANCE: power lead-in has radio electronic module 1 put into shell 2 made from structural dielectric based on alumoxide ceramics, for instance, other device 3 electrically connected to A.C. source and to information source and user, dismountable magnetic circuit of transmission of power from A.C. source to elements of sealed module composed of two halves with primary 4 and secondary 5 windings, magnet 6 made from ferromagnetic material with definite Curie point, sealed contact 7 and dismountable magnetic circuits of lead-in into module 1 and output of information from it with primary 8,9 and secondary 10,11 windings coupled correspondingly to sources of information input into module 1, to output of module 1, to input of module 1 and to information user via sealed contact 7. Power supply to sealed module as well as exchange of information signals with it are carried out by contactless method thanks to presence of electromagnetic coupling of dismountable magnetic circuits and to manufacture of shell 2 from structural dielectric material. In compliance with invention when temperature inside shell 2 reaches value of Curie point automatic disconnection of information user from output of module 1 takes place by means of loss of ferromagnetic properties of magnet 6 and breaking of sealed contact 7. EFFECT: expanded functional capabilities and application field, enhanced authenticity of contactless exchange of information between sealed radio electronic module and other device. 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к бесконтактному вводу электрической энергии из другого прибора в замкнутый объем герметичного радиоэлектронного модуля, передаче и приему между ними информации. The invention relates to electronics, in particular to the non-contact input of electrical energy from another device into a closed volume of a sealed radio-electronic module, the transmission and reception of information between them.

Известен радиоэлектронный блок, содержащий цилиндрический корпус с центральной осью, печатные платы с электрорадиоэлементами, расположенные вокруг центральной оси радиально крышки, фиксаторы печатных плат, монтажные жгуты, держатели с упорами, на каждом из которых закреплены попарно своими торцами соседние печатные платы, причем фиксаторы каждой пары печатных плат выполнены в виде пружины, электрорадиоэлементы расположены на внутренних сторонах каждой пары плат, а монтажные жгуты между парами плат, держатели установлены с возможностью контакта их упоров с соответствующими крышками и пружинами фиксаторов (авт.св. СССР N 1448421, кл. Н 05 К 7/00, 1988). A well-known electronic block containing a cylindrical housing with a central axis, printed circuit boards with radio elements located around the central axis of the radial cover, latches of printed circuit boards, wiring harnesses, holders with stops, on each of which adjacent printed circuit boards are fixed in pairs with their ends, and the latches of each pair printed circuit boards are made in the form of a spring, electrical components are located on the inner sides of each pair of boards, and mounting plaits between the pairs of boards, holders are installed with the possibility of contact of their stops with the corresponding covers and springs of the clamps (ed. St. USSR N 1448421, CL N 05 K 7/00, 1988).

Известны другие устройства, в которых кроме повышения виброустойчивости блока, плотности монтажа, удобства в эксплуатации применяется и защита его от коррозии и от взрыва (авт.св. СССР N 1451880, кл. Н 05 К 5/06, 1989; заявка Японии N 63-12400, кл. Н 05 К 5/06, 1981). Other devices are known in which, in addition to increasing the vibration resistance of the unit, mounting density, ease of use, it is also protected against corrosion and explosion (ed. St. USSR N 1451880, class N 05 K 5/06, 1989; Japanese application N 63 -12400, CL H 05 K 5/06, 1981).

Всем им присущ один недостаток наличие контактных с герметичным корпусом вводов и выводов электрической энергии в виде разъемов, контактов и др. что значительно ослабляет защиту герметизируемых устройств от неблагоприятных воздействий внешней среды, в частности влаги из-за неоднородности корпуса. All of them have one drawback: the presence of electrical energy inputs and outputs in the form of connectors, contacts, etc., which contact with a sealed enclosure, which significantly weakens the protection of the sealed devices from the adverse effects of the external environment, in particular, moisture due to the heterogeneity of the case.

Известен электрический ввод во взрывоопасное оборудование, содержащий цилиндрическую оболочку, жестко закрепленную в перегородке между камерами, сепаратор с отверстиями под каждый изолированный проводник и фиксирующий элемент, расположенный внутри обоймы, которая снабжена дном, жестко соединенным с обоймой, и крышкой с коническим буртиком, в котором выполнены отверстия под каждый проводник и дополнительные отверстия для продуктов горения, при этом сепаратор выполнен в виде выпуклой упругой пластины с отверстиями для продуктов горения, расположенной с внутренней стороны дна обоймы, а фиксирующий элемент выполнен в форме гранул (авт.св. СССР N 1167769, кл. Н 05 К 5/06, 1985). Known electrical input into explosive equipment containing a cylindrical shell, rigidly fixed in the partition between the chambers, a separator with holes for each insulated conductor and a fixing element located inside the cage, which is equipped with a bottom, rigidly connected to the cage, and a cover with a conical shoulder, in which openings for each conductor and additional openings for combustion products are made, while the separator is made in the form of a convex elastic plate with openings for combustion products I, situated on the inside bottom of the cage, and the retaining element is in the form of granules (SU, USSR N 1167769, cl. H 05 K 5/06, 1985).

Недостатком данного устройства является также то, что в нем источник электрической энергии, расположенный в камере вводов, связан с потребителем электрической энергии, расположенным в аппаратной камере, с помощью проводников. Данная конструкция значительно ослабляет защиту герметизируемых камер от неблагоприятных воздействий внешней среды и приводит к необходимости установки их в дополнительной взрывобезопасной оболочке. The disadvantage of this device is that it has a source of electrical energy located in the input chamber connected to a consumer of electrical energy located in the apparatus chamber using conductors. This design significantly weakens the protection of the sealed chambers from the adverse effects of the external environment and leads to the need to install them in an additional explosion-proof enclosure.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является энерговвод в герметичную камеру, содержащий разъемный магнитопровод, состоящий из двух половин, на которых размещены первичная и вторичная обмотки, расположенные по обе стороны металлической стенки герметичной камеры, при этом каждая половина магнитопровода выполнена в виде П-образных частей, расположенных радиально относительно оси магнитопровода, а П-образные части магнитопровода, размещенные на внутренней поверхности металлической стенки герметичной камеры, снабжены защищенными оболочками, выполненными из немагнитного материала (авт.св. СССР N 1426437, кл. Н 05 К 9/00, 1988). Данное устройство обеспечивает определенную защиту радиоэлектронного блока за счет однородной замкнутой оболочки, которая не имеет дополнительных разъемов для ввода энергии в блок. The closest technical solution to the proposed device is the energy input into the sealed chamber containing a detachable magnetic circuit, consisting of two halves, on which the primary and secondary windings are located, located on both sides of the metal wall of the sealed chamber, each half of the magnetic circuit is made in the form of U-shaped parts located radially relative to the axis of the magnetic circuit, and the U-shaped parts of the magnetic circuit located on the inner surface of the metal wall of the sealed chamber ry equipped with sheathed shells made of non-magnetic material (ed. St. USSR N 1426437, class N 05 K 9/00, 1988). This device provides a certain protection of the electronic unit due to the uniform closed shell, which does not have additional connectors for energy input into the unit.

Недостатком устройства является применение в нем металлического корпуса радиоэлектронного блока, который, решая задачу герметизации аппаратной части, резко снижает КПД энергопередачи и резко сужает частотный диапазон, в котором возможно использование устройства с приемлемыми значениями КПД энергопередачи, из-за создания вихревого короткозамкнутого витка, что ограничивает функциональные возможности устройства и сужает область его применения. The disadvantage of this device is the use of a metal casing of the electronic unit in it, which, solving the problem of sealing the hardware, dramatically reduces the energy transfer efficiency and sharply reduces the frequency range in which it is possible to use a device with acceptable values of the energy transfer efficiency, due to the creation of a vortex short-circuited coil, which limits the functionality of the device and narrows the scope of its application.

Кроме того, в подобных устройствах отсутствует автоматическая сигнализация о достижении температуры внутри герметичной камеры верхнего предела температуры, при которой радиоэлектронный блок работоспособен, что снижает достоверность бесконтактной передачи и приема информации между герметичным модулем и другим прибором. In addition, in such devices there is no automatic signaling when the temperature inside the sealed chamber reaches the upper temperature limit at which the electronic unit is operational, which reduces the reliability of contactless transmission and reception of information between the sealed module and another device.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, области применения устройства и повышение достоверности бесконтактной передачи и приема информации между герметичным радиоэлектронным модулем и другими приборами. The aim of the invention is to expand the functionality, scope of the device and increase the reliability of contactless transmission and reception of information between a sealed electronic module and other devices.

Цель достигается тем, что энерговвод в герметичную камеру осуществляется посредством разъемного магнитопровода, состоящего из двух половин, на которых размещены первичная и вторичная обмотки энерговвода, расположенные по разные стороны стенки герметичного модуля и другого прибора. В него введены магнит, расположенный в корпусе герметичного радиоэлектронного модуля, гермоконтакт, расположенный напротив магнита в корпусе другого прибора, информационные разъемные магнитопроводы, первичные обмотки которых размещены на половинах магнитопроводов, расположенных в корпусе другого прибора и в корпусе герметичного радиоэлектронного модуля, и электрически связаны соответственно с источником ввода информации в модуль и с выходом герметичного модуля, вторичные обмотки которых размещены на половинах магнитопроводов, расположенных в корпусе герметичного радиоэлектронного модуля и в корпусе другого прибора, и электрически связаны соответственно с входом герметичного модуля и с потребителем информации через гермоконтакт, а оболочка герметичного модуля выполнена из конструкционного диэлектрика, например, на основе алюмоксидной керамики. The goal is achieved in that the energy input into the sealed chamber is carried out by means of a detachable magnetic circuit, consisting of two halves, on which the primary and secondary windings of the energy input are located, located on opposite sides of the wall of the sealed module and another device. A magnet located in the housing of the sealed radio electronic module, a pressure contact, located opposite the magnet in the housing of another device, information detachable magnetic cores, the primary windings of which are located on the halves of the magnetic cores located in the housing of the other device and in the housing of the sealed radio electronic module, are electrically connected respectively with a source of information input into the module and with the output of the sealed module, the secondary windings of which are located on the halves of the magnetic cores, laid in the case of a sealed radio electronic module and in the case of another device, and are electrically connected respectively to the input of the sealed module and to the consumer of information through the pressure switch, and the shell of the sealed module is made of a structural dielectric, for example, based on alumina ceramic.

На чертеже изображен энерговвод в герметичную камеру. The drawing shows the energy input into a sealed chamber.

Энерговвод содержит радиоэлектронный модуль 1, помещенный в однородную замкнутую герметичную оболочку 2, выполненную из конструкционного диэлектрика, например, на основе алюмоксидной керамики, другой прибор, размещенный в корпусе 3 из диэлектрического матеpиала и связанный электрически с источником переменного тока, а также с источником и потребителем информации, разъемный магнитопровод передачи электроэнергии от источника переменного тока к элементам герметичного модуля 1, состоящий из двух половин, на которых размещены первичная 4 и вторичная 5 обмотки, расположенные по разные стороны стенки другого прибора и герметичного модуля 1, магнит 6, выполненный из ферромагнитного материала с определенной точкой Кюри θ и расположенный в корпусе 2 герметичного модуля, гермоконтакт 7, расположенный напротив магнита 6 в корпусе 3 другого прибора, и разъемные информационные магнитопроводы ввода в модуль 1 и вывода из него информации, первичные обмотки 8, 9 которых размещены на половинах магнитопроводов, расположенных в корпусе 3 другого прибора и в корпусе 2 герметичного радиоэлектронного модуля, и электрически связаны соответственно с источником ввода информации в модуль и с выходом герметичного модуля 1, вторичные обмотки 10, 11 размещены на половинах магнитопроводов, расположенных в корпусе 2 герметичного радиоэлектронного модуля и в корпусе 3 другого прибора, и электрически связаны соответственно с входом герметичного модуля 1 и с потребителем информации через гермоконтакт 7, а оболочка 2 герметичного модуля выполнена из конструкционного диэлектрика, например, на основе алюмоксидной керамики. The energy input contains a radio-electronic module 1, placed in a homogeneous closed hermetic shell 2, made of a structural dielectric, for example, based on alumina ceramics, another device placed in the housing 3 of dielectric material and connected electrically to an AC source, as well as to the source and consumer information, a detachable magnetic circuit for transmitting electricity from an AC source to the elements of the sealed module 1, consisting of two halves, on which the primary 4 and toric 5 windings located on opposite sides of the wall of another device and hermetic module 1, a magnet 6 made of ferromagnetic material with a certain Curie point θ and located in the case 2 of the hermetic module, a contact 7 located opposite the magnet 6 in the case 3 of another device, and detachable information magnetic circuits for inputting and outputting information from module 1, primary windings 8, 9 of which are located on half magnetic circuits located in the housing 3 of another device and in the housing 2 of the sealed radioelectron of the module, and are electrically connected respectively to the source of input of information into the module and to the output of the sealed module 1, the secondary windings 10, 11 are placed on the halves of the magnetic cores located in the case 2 of the sealed radio electronic module and in the case 3 of another device, and are electrically connected respectively to the input of the sealed module 1 and with the consumer of information through the pressure contact 7, and the shell 2 of the sealed module is made of a structural dielectric, for example, based on alumina ceramics.

Значение точки Кюри θ ферромагнитного материала магнита 6 выбирается равным верхнему пределу температуры, при которой герметичный радиоэлектронный модуль 1 работоспособен, т.е. все основные параметры и характеристики элементов радиоэлектронного модуля находятся в области допустимых значений. The Curie point θ of the ferromagnetic material of magnet 6 is chosen equal to the upper temperature limit at which the sealed radio electronic module 1 is operational, i.e. all the main parameters and characteristics of the elements of the electronic module are in the range of permissible values.

В исходном положении гермоконтакт 7 под воздействием магнита 6 замкнут. Подвод энергии к герметичному модулю, а также обмен с ним информационными сигналами осуществляются следующим образом. При подключении первичной обмотки 4 разъемного силового магнитопровода к источнику переменного тока (например, посредством подключения штепсельного разъема) благодаря электромагнитной связи происходит передача электрической энергии на вторичную обмотку 5 данного магнитопровода и элементы герметичного модуля 1 включаются в рабочее состояние. После этого осуществляются бесконтактная передача информационных сигналов к модулю от источника информации и прием информационных сигналов из модуля благодаря электромагнитной связи разъемных информационных магнитопроводов с первичными 8,9 и вторичными 10,11 обмотками аналогично тому, как это имеет место в трансформаторе, а высокий КПД передачи в заданном диапазоне частот обеспечивается конструкционной структурой оболочки модуля. In the initial position, the contact 7 under the influence of the magnet 6 is closed. The energy supply to the sealed module, as well as the exchange of information signals with it, is carried out as follows. When connecting the primary winding 4 of a detachable power magnetic circuit to an AC source (for example, by connecting a plug), due to electromagnetic coupling, electric energy is transferred to the secondary winding 5 of this magnetic circuit and the elements of the sealed module 1 are turned on. After that, information signals are contactlessly transmitted to the module from the information source and information signals are received from the module due to the electromagnetic coupling of detachable information magnetic circuits with primary 8.9 and secondary 10.11 windings in the same way as in a transformer, and high transmission efficiency in a given frequency range is provided by the structural structure of the module shell.

Если температура внутри корпуса 2 герметичного модуля достигнет значения, соответствующего точке Кюри θ, то материал магнита 6 теряет ферромагнитные свойства и переходит в парамагнитное состояние, что приводит к размыканию гермоконтакта 7 и отключению потребителя информации от выхода герметичного радиоэлектронного модуля. If the temperature inside the case 2 of the sealed module reaches a value corresponding to the Curie point θ, then the material of the magnet 6 loses its ferromagnetic properties and goes into the paramagnetic state, which leads to the opening of the contact 7 and disconnection of the consumer of information from the output of the sealed radio electronic module.

Факт отключения потребителя информации (выходной информационный сигнал равен нулю) во время передачи и приема информационных сигналов сигнализирует о достижении температуры внутри герметичного модуля верхнего предела температуры, при которой герметичный радиоэлектронный модуль работоспособен. The fact that the consumer of information is turned off (the output information signal is zero) during the transmission and reception of information signals signals that the temperature inside the sealed module has reached the upper temperature limit at which the sealed radio electronic module is operational.

Применение диэлектрика в качестве оболочки герметичного модуля приводит к резкому увеличению КПД энергопередачи (к примеру, с 0,02% для прототипа до 88% для заявленного устройства на частоте 100 кГц) и резкому расширению частотного диапазона, в котором возможно использование энерговвода с приемлемыми значениями КПД энергопередачи (от 10-100 Гц для прототипа до мегагерцового диапазона для заявленного устройства при КПД энергопередачи, равном ≈ 30%) за счет снижения величины вихревого и смешанного экранирования материалом стенок корпуса модуля, не создающего вихревый короткозамкнутый виток, что приводит к появлению в заявленном энерговводе новых свойств возможности бесконтактной передачи не только напряжений питания, но и информационных сигналов и возможности передачи информации в широком частотном диапазоне. The use of a dielectric as a shell of a sealed module leads to a sharp increase in the energy transfer efficiency (for example, from 0.02% for the prototype to 88% for the claimed device at a frequency of 100 kHz) and a sharp expansion of the frequency range in which it is possible to use an energy input with acceptable values of efficiency energy transfer (from 10-100 Hz for the prototype to the megahertz range for the claimed device with an energy transfer efficiency of ≈ 30%) by reducing the magnitude of the vortex and mixed shielding of the material of the walls of the module housing, e whirls closed loop, which leads to the appearance of new properties of the claimed utility connection contactless transmission is possible not only to supply voltage, but also information signals and information transmission is possible over a wide frequency range.

Таким образом, введение новых отличительных признаков в заявленном энерговводе по сравнению с прототипом приводит к появлению новых свойств: возможности бесконтактной передачи и приема информации, возможности передачи и приема информации в широком частотном диапазоне, автоматической сигнализации о достижении температуры внутри корпуса герметичного модуля верхнего предела температуры, при которой герметичный радиоэлектродный модуль работоспособен. Thus, the introduction of new distinguishing features in the claimed energy input compared to the prototype leads to the appearance of new properties: the possibility of contactless transmission and reception of information, the ability to transmit and receive information in a wide frequency range, automatic signaling when the temperature inside the enclosure of the sealed module of the upper temperature limit is reached, in which a sealed radio-electrode module is operational.

Новые свойства в заявленном энерговводе позволяют расширить его функциональные возможности, область применения и повысить достоверность бесконтактной передачи и приема информации между герметичным радиоэлектродным модулем и другим прибором. New properties in the claimed energy input can expand its functionality, scope and increase the reliability of contactless transmission and reception of information between a sealed radio-electrode module and another device.

Claims

ENERGY CONNECTION TO THE SEAL CAMERA, containing a detachable magnetic circuit made of two halves, on which the primary and secondary windings of the power input are located, located on opposite sides of the wall of the housing of the sealed radio electronic module, and another device, characterized in that it is equipped with a magnet located in the housing of the sealed radio electronic module, pressurized opposite the magnet in the housing of another device, informational split magnetic circuits, the primary windings of which are placed on the the types of magnetic circuits located in the housing of another device and in the housing of the sealed radio electronic module, and are electrically connected respectively to the source of input of information into the module and the output of the sealed module, the secondary windings of which are located on the halves of the magnetic circuits located in the housing of the sealed radio electronic module and in the housing of another device, and are electrically connected, respectively, with the input of the sealed module and the consumer of information through the pressure switch, and the shell of the sealed module is made of structural dielectric, for example, based on alumina ceramics.