Gepatenteerde "lineaire aanpassing" mechanische trillingsschakelaar

Toonaangevend ontwerp met enorme prestatieverbeteringen

IMI Sensors biedt verschillende schakelaarproducten aan met verschillende functionaliteits- en prijsniveaus. De meest economische van de schakelaarproducten is de gepatenteerde "lineaire aanpassing" mechanische schakelaar (Model 685AX9). Hij is ideaal voor diverse industriële toepassingen, waaronder condition monitoring van koeltorens en predictief onderhoud van HVAC-apparatuur.

Het basisontwerp van een mechanische schakelaar bestaat uit een kleine zeldzame aardmagneet aan het ene uiteinde van een veerbelaste hefboomarm en een massa aan het andere uiteinde. De basis van de arm is mechanisch verbonden met de worp van een elektrisch relais. Om de hefboomarm in een bepaalde stand te houden, moet de magnetische aantrekkingskracht tussen de magneet en een stuk magnetisch materiaal (gewoonlijk staal) sterker zijn dan de gecombineerde kracht van de veer plus de traagheidskrachten op de massa. De mate van magnetische aantrekking is afhankelijk van de positie van de magneet ten opzichte van het magnetische materiaal. Die positie kan worden gewijzigd door een stelschroef te manipuleren. Wanneer de gecombineerde kracht van de veer plus de traagheidskrachten op de massa groter zijn dan de aantrekkingskrachten tussen de magneet en het magnetische materiaal, ontkoppelt de arm zich van een gewapende positie en veroorzaakt vervolgens een toestandsverandering van het elektrische relais. De massa is gevoelig voor traagheidskrachten op alle drie de assen. Zie figuur 1 voor een afbeelding van een ingestelde hefboomarm en een ontkoppelde hefboomarm.

Bij mechanische schakelaars van de eerste generatie staan de magneet en het magnetische materiaal parallel aan elkaar. Zie figuur 2. Het parallelle ontwerp heeft twee grote gebreken:

• De relatie tussen verandering van de magnetische kracht en verandering van de instelknop is niet-lineair. Dit is een gevolg van het feit dat de regelknop de afstand tussen de magneet en het magnetische materiaal verandert en die afstand staat in een niet-lineair verband met de magnetische kracht. Zie figuur 3.
• Een traagheidskracht op de X-as heeft veel meer invloed op de massa dan traagheidskrachten in andere richtingen. Zie figuur 4.

Om de twee bovengenoemde gebreken te verhelpen, ontwikkelde IMI Sensors een nieuw "lineaire aanpassing"-ontwerp dat de magneet en het magnetische materiaal loodrecht op elkaar plaatst. Het ontwerp, dat in mei 2015 door het US Patent and Trademark Office werd gepatenteerd (US Patent No 9,024,712), wordt getoond in figuur 5. Het gepatenteerde ontwerp biedt twee belangrijke prestatieverbeteringen ten opzichte van het parallelle ontwerp:

• De relatie tussen verandering in magnetische kracht en verandering in de instelknop is lineair. Dit is een gevolg van het feit dat veranderingen aan de regelknop alleen de overlap tussen de magneet en het magnetische materiaal in het "lineaire" ontwerp veranderen, en niet de afstand tussen de magneet en het magnetische materiaal. Ongeacht de stand van de regelknop blijft de afstand tussen de magneet en het magnetische materiaal ongewijzigd.
• Traagheidskrachten in alle richtingen hebben een veel gelijkaardiger effect op de positie van de massa. De grotere overeenkomst in het effect van de traagheidskrachten wordt getoond in figuur 6.