БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ КОММУТИРУЮЩИЙ АППАРАТ Российский патент 1995 года по МПК H01H13/26 

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в коммутирующих устройствах, например в кнопочных выключателях, переключателях для включения, отключения, переключения электрических цепей.

Известны кнопочные выключатели, переключатели, у которых приводной элемент, т. е. кнопка или клавиша переключателя, непосредственно связан с подвижными контактами контактного механизма.

Основным недостатком таких выключателей, переключателей является то, что скорость движения подвижных контактов полностью зависит от скорости движения приводного элемента. При медленном перемещении приводного элемента также медленно перемещаются подвижные контакты, медленно замыкая или размыкая коммутируемые электрические цепи, что приводит к быстрому разрушению контактов от воздействия электрической дуги, т. е. к отказу кнопочного переключателя в работе.

Известны кнопочные выключатели, переключатели, у которых скорость движения подвижных контактов не зависит от скорости движения приводного элемента, и серийно выпускаемые отечественные кнопочные переключатели. Коммутирующий механизм этих переключателей работает по принципу ломающегося рычага. Такие переключатели обладают повышенной стойкостью контактов к воздействию электрической дуги и повышенной надежностью в работе.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электрический переключатель, содержащий корпус, подпружиненный шток с кнопкой, пластины, выполненные со штоком за одно целое и имеющие на конце скосы, взаимодействующие с толкателями, толкатели, подвижные контактные элементы, выполненные в виде упругих пластин с точечными контактами, неподвижные контактные элементы, выполненные в виде пластин с точечными контактами. На каждой упругой пластине с точечным контактом выполнен в ее нижней части изогнутый по дуге элемент пластинчатая пружина, который после упора (с дополнительной упругой деформацией его по длине) верхним концом в неподвижную пластину становится пружиной, обеспечивающей контактное давление между замкнутыми контактами и срабатывание контактного элемента при размыкании и замыкании контактов. При исходном положении штока скосы пластин, взаимодействующие с толкателями, смещены относительно толкателей кверху. Толкатели смещены упругими пластинами к центру переключателя и давления на упругие пластины не оказывают. Размер от упругой пластины с точечным контактом до линии опоры верхнего конца пластинчатой пружины наибольший, следовательно, и контактное давление, развиваемое пластинчатой пружиной, при исходном положении штока будет наибольшим. При нажатии на кнопку шток с пластинами смещается книзу, надавливая скосами пластин на толкатели, которые давят на упругие пластины, вызывая их прогиб (перемещение). При прогибе упругих пластин размер от каждой упругой пластины до линии опоры верхнего конца пластинчатой пружины уменьшается, а с уменьшением этого размера уменьшается контактное давление между замкнутыми контактами. При дальнейшем увеличении прогиба упругих пластин осевые линии пластин совмещаются с линиями опор верхних концов пластинчатых пружин, тогда усилия, развиваемые этими пружинами, направлены вдоль пластин и контактное давление при этом равно нулю. При дальнейшем увеличении прогиба упругих пластин они смещаются за линии опор верхних концов пластинчатых пружин, усилия, развиваемые этими пружинами, изменяются по направлению и перебрасывают точечные подвижные контакты с внутренних неподвижных контактов на наружные. Таким образом, вышеописанный переключатель имеет зоны недостаточного и нулевого контактных давлений.

Основными недостатками электрического переключателя являются небольшой ресурс работы контактов при коммутации повышенных токов из-за наличия зоны нулевого и зон недостаточного контактного давления, недостаточное быстродействие контактов, сложность конструкции.

Целью изобретения является повышение быстродействия контактов, увеличение ресурса работы, снижение массы и уменьшение габаритов.

Цель достигается тем, что переключающий механизм состоит из корпуса, ползуна, цилиндрических пружин и вкладышей, причем корпус выполнен в виде полой кассеты с отверстиями в верхней его части и с пазом в нижней, ползун выполнен из среднего и двух крайних элементов, каждый из которых выполнен П-образной формы, а на его концах расположены выступы для пружин, на перемычке П-образного элемента выполнен выступ с посадочным гнездом для вкладышей, каждая из пружин установлена одним концом на выступ первого П-образного элемента, а другим на выступ второго П-образного элемента, каждый из вкладышей выполнен пластинчатым с Т-образным выступом, который шарнирно соединен с посадочным гнездом на перемычке П-образного элемента, а другим концом со средним элементом ползуна, в средней части которого с обеих сторон выполнены посадочные гнезда для вкладышей, крайние контактные элементы выполнены упругими и установлены в пазах корпуса с возможностью отклонения под давлением средних подвижных контактных элементов, а в пазах корпуса под средние подвижные элементы выполнены опорные выступы с размером между их опорными площадками, равным суммарной высоте контактов средних и крайних элементов плюс межконтактный зазор.

Конструкция переключающего механизма и взаимодействие среднего элемента составного ползуна с толкателями контактного механизма позволяют сместить по времени начало процесса размыкания контактов относительно начала скачкообразного движения среднего элемента ползуна, тем самым повысить быстродействие контактов, что в целом увеличивает ресурс работы и срок службы переключателя. Размещение крайних П-образных и среднего элементов ползуна, пружин, вкладышей в составном ползуне позволяет уменьшить габариты и массу переключателя. Выполнение опорных выступов в корпусе контактного механизма и крайних контактных элементов упругими со смещением верхних концов относительно нижних на величину предварительной упругой деформации элементов, обеспечивающей усилие поджатия элементов к опорным площадкам выступов корпуса, позволяет исключить зону нулевого и зоны недостаточного контактных давлений в процессе размыкания и замыкания контактов, что увеличивает ресурс работы контактов, а также способствует увеличению быстродействия контактов, так как процесс размыкания контактов начинается в момент упора крайних упругих контактных элементов в опорные выступы корпуса, а не в момент начала скачкообразного движения среднего элемента ползуна.

На фиг. 1 изображен быстродействующий коммутирующий аппарат; на фиг. 2 и 3 показаны опорные выступы и посадочные пазы для крайних упругих контактных элементов, выполненные в корпусе; на фиг. 4 и 5 крайние упругие контактные элементы, выполненные со смещением верхнего конца относительно нижнего; на фиг. 6 изображен корпус с установленными упругими крайними контактными элементами; на фиг. 7 контактный механизм в сборе; на фиг. 8 крайний П-образный элемент ползуна; на фиг. 9 крайний П-образный элемент ползуна в сборе с вкладышем; на фиг. 10 и 11 средний элемент ползуна; на фиг. 12 и 13 переключающий механизм в сборе.

Быстродействующий коммутирующий аппарат (фиг. 1) состоит из переключающего и контактного механизмов. Переключающий механизм собран в корпусе 1 и включает в себя шток 2, крайние П-образные элементы 3 составного ползуна, вкладыши 4, цилиндрические пружины 5, средний элемент 6 составного ползуна, крышку 7, пружину 8 возврата, кнопку 9. Контактный механизм включает в себя корпус 10, в котором с обеих сторон посадочных отверстий 11 (фиг. 6) выполнены опорные выступы 12, 13 с опорными площадками 14, 15, крайние упругие контактные элементы 16, 17 (фиг. 1), средние подвижные контактные элементы 18, подвижные контакты 19, 20, контакты 21, 22, 23, 24, толкатели 25, стаканы 26, цилиндрические пружины 27.

Корпус 1 переключающего механизма (фиг. 12 и 13) выполнен в виде полой кассеты с отверстиями 28 на верхней стороне и с крестообразным пазом 29 на нижней стороне. Ползун выполнен составным и включает в себя два крайних элемента 3, средний элемент 6 (фиг. 12). Крайние элементы 3 составного ползуна выполнены П-образной формы, на их концах выполнены выступы 30 для пружин 5 (фиг. 8) с подпятниками 31 (фиг. 13) и с выступом 40 (фиг. 8) на верхней перемычке, снабженным посадочным гнездом 32 (фиг. 12) для вкладыша 4. При установке в корпус 1 крайние элементы 3 составного ползуна образуют общие направляющие полости для цилиндрических пружин 5, двух вкладышей 4. Средний элемент 6 установлен между крайними элементами 3 ползуна и шарнирно соединен через вкладыши 4 с ним. В верхней части среднего элемента выполнены выступы 33 (фиг. 1 и 10), которыми он опирается через отверстия 28 корпуса 1 на крышку 7 при срабатывании переключающего механизма. В средней части среднего элемента 6 с обеих сторон выполнены посадочные гнезда 34 (фиг. 11) для концов вкладышей 4. В нижней части среднего элемента 6 с обеих сторон выполнены выступы 35 с наклонными плоскостями 36, заканчивающиеся параллельными плоскостями 37 и 38.

Конструкция составного ползуна позволяет разместить детали переключающего устройства внутри составного ползуна (фиг. 12 и 13) при минимальных его размерах, что позволяет уменьшить габаритные размеры переключателя, которые определяются в данном случае минимальной площадью, необходимой для размещения электрических выводов на корпусе переключателя.

Вкладыши 4 выполнены пластинчатыми с увеличенной опорой в нижней части и Т-образным выступом 39 и шарнирно соединены одними концами с выступами 40 на перемычках П-образных крайних элементов 3, другими концами с посадочными гнездами 34 среднего элемента составного ползуна.

Крайние упругие контактные элементы 16, 17 (фиг. 4 и 5) выполнены со смещением верхнего конца относительно нижнего на величину Н+F и Н₁ + F₁, где Н₁ и Н размеры в посадочных пазах корпуса 10 под крайние упругие контактные элементы 16 и 17; F и Е₁ размеры упругой деформации контактных элементов, которые создаются опорными выступами корпуса при установке контактных элементов в посадочные пазы, при этом они поджаты верхними концами к опорным площадкам 14, 15 опорных выступов 12, 13 за счет усилий, развиваемых контактными элементами при вышеуказанных упругих деформациях (фиг. 6 и 7). Этим достигнута заданная величина начального контактного давления в процессе размыкания и замыкания контактов, что позволяет исключить разрушение контактов от воздействия электрической дуги при размыкании и замыкании контактов.

Быстродействующий коммутирующий аппарат работает следующим образом.

При исходном положении кнопки 9 корпус 1 поджат к крышке 7 усилием пружины 8 возврата (фиг. 1). Средний элемент 6 составного ползуна под действием усилия, развиваемого пружинами 5, и вкладышей 4 перемещен в крайнее нижнее положение до упора в дно корпуса 10. Толкатели 25 разведены в стороны выступами 35 (фиг. 11) среднего элемента 6 составного ползуна. Контакты 19-21, 20-23 замкнуты, контакты 19-22, 20-24 разомкнуты.

При нажатии на кнопку 9 корпус 1 с П-образными элементами 3 пружинами 5 смещается книзу, средний элемент 6, который опирается на дно корпуса 10, неподвижен. Поэтому угол γ образованный вкладышами 4, увеличивается, так как концы вкладышей, шарнирно соединенные с П-образными элементами 3 составного ползуна, смещаются вниз, а концы, шарнирно соединенные со средним элементом 6, остаются на прежнем уровне. С увеличением угла γ усилие поджатия элемента 6 к дну корпуса, создаваемое пружинами 5, уменьшается по величине и при γ 180^о становится равным нулю. При увеличении угла γ за 180^о направление усилия поджатия среднего элемента составного ползуна к дну корпуса 10 изменяется на противоположное и под воздействием этого усилия средний элемент 6 скачкообразно перемещается в верхнее крайнее положение до упора в крышку 7 опорными выступами 33 (фиг. 10).

При перемещении среднего элемента 6 вверх толкатели 25, поджимаемые пружинами 27 (фиг. 1) к поверхностям выступов 35, перемещаются к центру корпуса 10, производя размыкание контактов 19-21, 20-23 и замыкание контактов 19-22, 20-24 (фиг. 7). При снятии усилия нажатия с кнопки 9 корпус 1 под действием пружины 8 возврата перемещается вверх в исходное положение, при этом аналогично вышеописанному происходит скачкообразное перемещение среднего элемента 6 вниз с размыканием контактов 19-22, 20-24 и замыканием контактов 19-21, 20-23.

Конструкция переключающего механизма и взаимодействие среднего элемента составного ползуна с толкателями контактного механизма позволяют сместить по времени начало процесса размыкания контактов относительно начала скачкообразного движения среднего элемента составного ползуна, тем самым повысить быстродействие контактов. Выполнение опорных выступов в корпусе контактного механизма и выполнение крайних элементов упругими и со смещением верхних концов относительно нижних на величину предварительной деформации, обеспечивающей усилие поджатия крайних упругих элементов к опорным площадкам выступов корпуса, позволяют исключить зоны недостаточного и нулевого контактного давления в момент размыкания-замыкания контактов, что увеличивает ресурс работы контактов и способствует быстродействию контактов. Все это в совокупности обеспечивает увеличение ресурса работы быстродействующего коммутирующего аппарата в целом примерно в 7 раз.

Использование: в электротехнике, в коммутационных устройствах, а именно в кнопочных выключателях, переключателях для включения, отключения, переключения электрических цепей. Сущность изобретения: быстродействующий коммутирующий аппарат состоит из контактного и переключающего механизмов. В корпусе контактного механизма выполнены опорные выступы с размером между их опорными площадками, равным суммарной высоте контактов средних и крайних элементов плюс межконтактный зазор. Крайние контактные элементы выполнены упругими со смещением верхнего конца относительно нижнего на размер необходимой упругой деформации контактных элементов. Переключающий механизм собран в корпусе и включает в себя шток, крайние П-образные элементы составного ползуна, вкладыши, цилиндрические пружины, средний элемент, крышку, пружину возврата, кнопку. Корпус переключающего механизма выполнен в виде полой кассеты с отверстиями на верхней стороне и крестообразным пазом на нижней стороне. Ползун переключающего механизма выполнен составным, крайние элементы которого выполнены П-образной формы с выступами для цилиндрических пружин, а на верхней перемычке выполнен выступ с посадочным гнездом для вкладыша. Вкладыши переключающего механизма выполнены пластинчатыми с Т-образными выступами и шарнирно соединены одними концами с выступами на перемычках П-образных элементов составного ползуна, другими концами со средним элементом составного ползуна. В верхней части среднего элемента выполнены опорные выступы, в средней части с обеих сторон выполнены посадочные гнезда для вкладышей и выступы, имеющие наклонные плоскости, предназначенные для взаимодействия с поводками контактного механизма. 13 ил.

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ КОММУТИРУЮЩИЙ АППАРАТ, содержащий корпус, неподвижные контактные элементы, подвижные контактные элементы, выполненные в виде упругих пластин, консольно закрепленных на стенках корпуса и размещенных между неподвижными элементами, подпружиненный шток, толкатели, на которые воздействуют скосы, выполненные на штоке, и которые имеют возможность взаимодействия с подвижными контактными элементами, переключающий механизм, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия контактов, увеличения ресурса работы, снижения массы и уменьшения габаритов, переключающий механизм состоит из корпуса, ползуна, цилиндрических пружин и вкладышей, причем корпус выполнен в виде полой кассеты с отверстиями в верхней его части и с пазом в нижней, ползун выполнен из среднего и двух крайних элементов, каждый из которых П-образный, а на его концах расположены выступы для упора пружин, на перемычке П-образного элемента выполнен выступ с посадочным гнездом для вкладышей, каждая из пружин установлена одним концом на выступ первого П-образного элемента, а другим на выступ второго П-образного элемента, каждый из вкладышей выполнен пластинчатым с Т-образным выступом, который шарнирно соединен с посадочным гнездом на перемычке П-образного элемента, а другим концом со средним элементом ползуна, в средней части которого с обеих сторон выполнены посадочные гнезда для вкладышей, крайние контактные элементы выполнены упругими и установлены в пазах корпуса с возможностью отклонения под давлением средних подвижных контактных элементов, а в пазах корпуса под средние подвижные элементы выполнены опорные выступы с размером между их опорными площадками, равным суммарной высоте контактов средних и крайних элементов плюс межконтактный зазор.