БЕЗЫНЕРЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НОЖ ПЧЕЛОВОДА
SPINELESS ELECTRIC BEEKEEPER KNIFE

Изобретение относится к пчеловодству, в частности к устройствам для вскрытия запечатанных сотовых ячеек с медом, и может найти широкое применение при распечатывании медовых сотов как в личном хозяйстве, так и в промышленном производстве.
Известен безынерционный электронож пчеловода (патент №2260276, МПК А01К 59/02. Опубликован: 20.09.2005. Бюл. №26)
Технический результат достигается тем, что безынерционный электронож пчеловода содержит галогеновую лампу с возможностью применения лучевой энергии, а также имеется металлический отражатель с зеркальной поверхностью, а для снижения инерционности нагрева стали ножа применена медная накладка, причем для безопасности работы применено питание постоянным напряжением 12 В.
Недостатки:
1. Низкий КПД за счет двойного преобразования лучевой энергии в тепловую.
2. Отсутствует возможность регулирования температуры ножа.
Известен универсальный нож пчеловода, взятый авторами за прототип (патент №2048766, МПК А01К 59/02. Опубликован: 27.11.1995), состоящий из плоского лезвия и накладки, между которыми расположен нагревательный элемент. Электропровод проложен внутри рукоятки, ось которой смещена относительно плоскости лезвия.
Недостатки:
1. Большая инерционность. Поэтому возможен перегрев ножа, что при воздействии на мед снижает его качество.
2. Отсутствует возможность регулировать температуру лезвия ножа.
Техническим результатом является повышение производительности за счет быстрого нагрева лезвия ножа и снижение трудоемкости при открытии сот за счет эффекта магнитострикции лезвия ножа, уменьшение повреждения сотов при распечатке за счет стабилизации температуры лезвия ножа.
Технический результат достигается тем, что в безынерционном ноже пчеловода, состоящем из плоского лезвия и накладки, между которыми расположен нагревательный элемент с электропроводом внутри рукоятки, ось которой смещена относительно плоскости лезвия, согласно изобретению лезвие выполнено из нержавеющей магнитной стали, а в качестве нагревательного элемента использована плоская индукционная концентрическая обмотка, плоскость которой имеет форму, конгруэнтную форме плоскости ножа, при этом нагревательный элемент снабжен широтно-импульсным модулирующим регулятором температуры, содержащий таймер с выводами 1-8, полевой транзистор, резисторы: «запуск», токоограничивающий, обратной связи, времязадающий и переменный; первый, второй и времязадающий конденсаторы и клеммы «плюс» и «минус» для подключения источника питания, причем вывод 1 таймера соединен с клеммой «минус» для подключения источника питания, вывод 2 - через резистор «запуск», нагревательный элемент ножа и первый конденсатор соединен с клеммой «минус» для подключения источника питания, вывод 3 «выход» через токоограничивающий резистор соединен с базой полевого транзистора, сток которого и верхний вывод резистора обратной связи соединены с клеммой «плюс» источника питания, с которой соединены выводы 4 и 8 таймера и верхний вывод времязадающего резистора, вывод 5 «контроль» через параллельно соединенные второй конденсатор и переменный резистор соединен с клеммой «минус» для подключения источника питания, выводы 6 и 7 соединены вместе и с нижним выводом времязадающего резистора, и через времязадающий конденсатор с клеммой «минус» для подключения источника питания, сток и исток транзистора зашунтированы резистором обратной связи, а ручка переменного резистора выведена на рукоятку ножа.
Обоснование критериев охраноспособности изобретения.
В ходе анализа предложенного устройства авторами было доказано, что применение в ноже нержавеющей магнитной стали с индукционно-омическим нагревательным элементом в виде концентрической обмотки, сопротивление которой является одновременно и датчиком температуры показывает, что нагрев лезвия происходит от вихревых токов и тепловых потерь в сопротивлении обмотки по закону Джоуля-Ленца. Таймер с обратной связью от температуры обмотки широтно-импульсного модулирующего (ШИМ) регулятора температуры стабилизирует температуру ножа при работе с ним. Связь этих технических решений подчеркивает соответствие критерию «изобретательский уровень».
Новизна обусловлена тем, что предлагаемая совокупность существенных признаков не известна из сведений об уровне техники, а именно безынерционный электрический нож пчеловода дополнительно имеет ШИМ регулятор температуры в виде таймера с навесными элементами, который управляет нагревом ножа с нагревательным элементом в виде концентрической обмотки, сопротивление которой является одновременно и датчиком температуры, показывает, что нагрев лезвия происходит от вихревых токов и тепловых потерь в сопротивлении обмотки по закону Джоуля-Ленца. ШИМ регулятор температуры в виде таймера с обратной связью от температуры обмотки стабилизирует температуру ножа при работе с ним. Связь этих технических решений подчеркивает соответствие критерию «изобретательский уровень».
Промышленная применимость подтверждается возможностью применения для вскрытия запечатанных сотовых ячеек с медом и может найти широкое применение при распечатывании медовых сот, как в личном хозяйстве, так и в промышленном производстве.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан безынерционный нож, вид сбоку с частичным разрезом; фиг. 2 - безынерционный нож пчеловода, вид сверху без защитной накладки; на фиг. 3 - представлена электрическая схема широтно-импульсный модулированный (ШИМ) регулятор температуры, используемый в безынерционном ноже пчеловода.
В безынерционном ноже пчеловода нагревательный элемент снабжен ШИМ регулятором температуры, содержащий таймер (например, КР1006 ВИ1: www.radiolub.ru) с выводами с 1 по 8, причем, его вывод 1 соединен с клеммой «минус» для подключения источника питания (далее ИП) 9, вывод 2 через резистор «запуск» 10, нагревательный элемент 11 ножа и первый конденсатор 12 соединен с клеммой «минус» ИП 9, вывод 3 «выход» через токоограничивающий резистор 13 соединен с базой полевого транзистора 14, сток которого и верхний вывод резистора обратной связи 15 соединены с клеммой «плюс» ИП 9, с которым соединены выводы 4 и 8 таймера и верхний вывод времязадающего резистора 16, вывод 5 «контроль» через параллельно соединенные второй конденсатор 17 и переменный резистор 18 соединен с клеммой «минус» ИП 9, выводы 6 и 7 соединены вместе и с нижним выводом времязадающего резистора 16, и через времязадающий конденсатор 19 с клеммой «минус» ИП 9, сток и исток транзистора 14 зашунтированы резистором обратной связи 15.
Конструктивно нож содержит острое лезвие 20 из нержавеющей магнитной стали, на котором размещен нагревательный элемент 11, в качестве которого использована плоская индукционная концентрическая обмотка, плоскость которой имеет форму, конгруэнтную форме плоскости ножа. Нагревательный элемент 11 закрыт защитной накладкой 21, а его электропровод, ШИМ регулятор температуры и источник питания расположены внутри рукоятки 22, ось которой смещена относительно плоскости лезвия 20. На рукоятке 22 выведена ручка 23 переменного резистора 18.
Конструктивно (фиг. 1) нагревательный элемент (обмотка) 11 выполнен из плоского провода (для снижения толщины ножа) и закреплен на лезвии ножа 20 на клеевую основу под давлением. При прохождении импульсного тока по нагревательному элементу 11 в нем по закону Джоуля-Ленца выделяется некоторое количество теплоты, которая передается лезвию ножа. Одновременно, за счет импульсов тока в обмотке нагревательного элемента 11 создается электромагнитное поле частотой 20-40 Гц. Это поле за счет вихревых токов быстро нагревает лезвие ножа 20, что снижает время нагрева и дает основание применить термин «безынерционный нож».
Воздействие импульсного электромагнитного поля на сталь создает небольшой магнитострикционный эффект, что приводит к изменению линейных размеров лезвия ножа. Поэтому, при работе снижается налипание воска на лезвие и усилие среза.
Электрическая цепь из резистора 16 и конденсатора 19 является времязадающей (фиг. 3). От номиналов ее элементов зависит время, на которое включается нагревательный элемент лезвия ножа в каждом цикле работы регулятора температуры. От этого зависит и диапазон колебаний температуры лезвия ножа. При настройке подбирают параметры этой цепи так, чтобы колебания температуры не превышали один-два градуса Цельсия.
Необходимо учитывать, что время включения зависит и от положения движка переменного резистора 18. Этим резистором изменяют пороги срабатывания таймера, то есть реализуется обратная связь по температуре ножа.
Безынерционный электрический нож пчеловода работает следующим образом.
Изначально лезвие ножа 20 и нагревательный элемент 11 имеют температуру окружающей среды. В момент подачи напряжения на источник питания 9, с учетом настроек, происходит старт таймера, и уровень напряжения на выводе 3 таймера становится высоким, что открывает транзистор 14 и включает нагревательный элемент 11 электрического ножа.
Происходит заряд времязадающего конденсатора 19 через резистор 16. При определенном напряжении на этом конденсаторе (2/3 от напряжения питания) таймер переключается и закрывается транзистор 14. Начинается процесс измерения температуры. Напряжение с делителя резистора 15 и нагревательного элемента 11 через интегрирующую цепь, состоящую из резистора 10 и первого конденсатора 12, поступает на вывод 2 таймера. Во время работы нагревателя первый конденсатор 12 заряжается почти до напряжения питания. После закрывания транзистора 14 он разряжается через резистор 10 до напряжения на выходе делителя из резистора 15 и нагревательного элемента 11.
Цепь резистора 10 и первого конденсатора 12 задерживает следующий момент запуска таймера (измерения температуры) на время, необходимое для завершения переходных процессов, происходящих в момент переключения.
Они связаны с разрядкой конденсатора 19, выбросами напряжения на индуктивности нагревательного элемента 11 и соединительных проводов и другими факторами.
Когда нагревательный элемент остынет до температуры, установленной с помощью переменного резистора 18, его сопротивление уменьшится настолько, что напряжение на выводе 2 таймера станет ниже порогового. После этого таймер запустится вновь и, цикл работы регулятора повторится.