ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ОДНОРАЗОВОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1995 года по МПК H01H37/76 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к термоэлектрическим переключателям.

Известны термоэлектрические переключатели с контактными элементами, приводимыми в действие в результате расплавления легкоплавкого вещества (сплава) [1] [2] и другие, в которых подвижный контакт приводится в движение пружиной после расплавления легкоплавкого сплава.

Недостатком указанных переключателей аналогов является их низкая надежность при коммутации больших токов из-за большого переходного сопротивления в местах контакта, а также низкое быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является термический предохранитель [1] выбранный за прототип, в корпусе которого расположены силовые электроды и подпружиненный подвижный контакт, удерживаемый в исходном состоянии легкоплавким сплавом.

Переключатель одноразового действия, выбранный за прототип, обладает двумя состояниями: в первом исходном состоянии переключатель замкнут и пропускает через силовые электроды электрический ток, во втором состоянии, когда переключатель сработает, электрическая связь между силовыми электродами разрывается, переключатель разомкнут. Электрическая связь между силовыми электродами в исходном (замкнутом) состоянии переключателя осуществляется через подвижный контакт, который соединен с силовыми электродами посредством "скользящего" контакта. Недостатком такого соединения является его низкая надежность при коммутации больших токов (десятки и сотни Ампер) из-за большого переходного сопротивления в местах контакта.

Недостаточная надежность прототипа также определяется инерционностью переключателя низким быстродействием, потому что срабатывание переключателя-прототипа происходит только от температуры окружающей среды и при незначительном превышении ее температуры плавления легкоплавкого сплава время срабатывания переключателя будет большим (значительным).

Предлагаемый переключатель одноразового действия также имеет два состояния: в исходном состоянии переключатель разомкнут, после срабатывания переключатель замкнут.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение надежности переключателя, что включает уменьшение его сопротивления в замкнутом состоянии, повышение быстродействия его срабатывания, а также повышение прочности переключателя механическим воздействиям в исходном состоянии.

Данный технический результат достигается за счет того, что переключатель одноразового действия, содержащий корпус, силовые электроды, подпружиненный, удерживаемый в исходном состоянии легкоплавким сплавом, подвижный контакт дополнительно снабжен электронагревательным элементом, подключенным к цепи управления, который охватывает силовые электроды и подвижный контакт, подвижный контакт выполнен полым и размещен в полости одного из силовых электродов, легкоплавкий сплав расположен на поверхности подвижного контакта и одного из силовых электродов, пружина закручена вокруг своей оси и закреплена в полости подвижного контакта, причем контактирующая поверхность подвижного контакта выполнена рифленой.

На поверхности подвижного контакта выполнена кольцевая проточка, а в силовом электроде, в полости которого размещен подвижный контакт, выполнено соответствующее сквозное отверстие.

Сущность изобретения заключается в повышении надежности переключателя.

Уменьшение сопротивления переключения одноразового действия в замкнутом состоянии по сравнению с переключателем-прототипом достигается предварительным прогревом при помощи введенного электронагревательного элемента, по команде цепи управления до достижения пластичного состояния легкоплавкого сплава, расположенного на поверхности подвижного контакта и одного из силовых электродов и припаиванием подвижного контакта к соответствующему противоположному силовому электроду, причем подвижный контакт не выходит полностью из полости силового электрода, в который он был впаян, и после снятия управляющего импульса с цепи управления и остывания легкоплавкого сплава подвижный контакт припаивается как к силовому электроду, в который он был впаян, так и к противоположному силовому электроду. Выполнение подвижного контакта полым позволяет уменьшить вес переключателя, размещение подвижного контакта в полости одного из силовых электродов уменьшает габариты переключателя. Закручивание вокруг своей оси пружины, закрепленной в полости подвижного контакта, придает вращательное движение подвижному контакту при его движении к противоположному силовому электроду.

При движении по спиральной траектории рифленой рабочей поверхности подвижного контакта происходит разрушение окисных пленок, образующихся на поверхности легкоплавкого сплава силового электрода переключателя, что улучшает качество пайки подвижного контакта к противоположному силовому электроду. Подвижный контакт переключателя-прототипа не припаян к силовым электродам, а свободно скользит по их поверхности.

Введение в переключатель электронагревательного элемента, подключенного к цепи управления, повышает быстродействие срабатывания переключателя, а также расширяет температурный диапазон срабатывания переключателя в область более низких температур.

Повышение прочности переключателя механическим воздействиям в исходном состоянии достигается выполнением на поверхности подвижного контакта кольцевой проточки, а в силовом электроде, в полости которого размещен подвижный контакт, выполнено соответствующее сквозное отверстие. Причем кольцевая проточка и сквозное отверстие заполняются легкоплавким сплавом, который удерживает подвижный контакт в исходном состоянии.

На чертеже показан пример конструкции предлагаемого переключателя.

Переключатель одноразового действия содержит корпус 1, выполненный в виде металлического цилиндра, боковые стенки 2 корпуса, изготовленные из изоляционного материала, в которые впрессованы силовые электроды 3, выполненные в виде полых цилиндров. Подвижный контакт 4, осуществляющий закорачивание силовых электродов, размещен в полости силового электрода 3. Цилиндрическая пружина 5, в исходном состоянии сжатая и закрученная вокруг своей оси, закреплена с одной стороны в полости подвижного контакта 4, а с другой стороны в силовом электроде 3. Легкоплавкий сплав 6 удерживает в исходном состоянии подпружиненный подвижный контакт 4 и расположен на поверхности противоположного силового электрода 3. Электронагревательный элемент 7, выполненный в виде ряда витков изолированного резистивного провода, может быть выполнен в виде одной или (фиг. 1) двух секций, обеспечивающих нагрев как силового электрода с размещенным в его полости подвижным контактом, так и противоположного силового электрода, размещенного на фиг. 1 справа. Электронагревательный элемент 7 подключается к цепи управления через токоподводы 8.

На поверхности подвижного контакта 4 выполнена кольцевая проточка, а в силовом электроде 3, в полости которого размещен подвижный контакт, выполнено соответствующее сквозное отверстие напротив проточки в подвижном контакте, объем проточки и сквозного отверстия заполнены легкоплавким сплавом 6.

Работа переключателя происходит следующим образом.

В исходном состоянии подпружиненный подвижный контакт 4 удерживается в полости силового электрода 3 при помощи легкоплавкого сплава 6, т.е. подвижный контакт 4 впаян в силовой электрод 3. Силовые электроды 3 электрически отсоединены друг от друга, переключатель разомкнут. При поступлении управляющего сигнала на токоподводы электронагревательного элемента 7 последний создает поток тепловой энергии, вызывающий плавление легкоплавкого сплава 6 как в силовом электроде, в полости которого находится подвижный контакт, так и на поверхности противоположного силового электрода.

Подвижный контакт 4 под действием пружины 5 перемещается в полости силового электрода 3 до тех пор, пока не достигнет противоположного силового электрода. Поскольку легкоплавкий сплав на поверхности противоположного силового электрода разогрет до пластичного состояния, то происходит припаивание подвижного контакта 4 к противоположному силовому электроду 3. При этом подвижный контакт 4 не выходит полностью из полости силового электрода 3, в который он был впаян, и после снятия управляющего сигнала и остывания легкоплавкого сплава, подвижный контакт 4 припаивается как к силовому электроду 3, в полость которого он был впаян в исходном состоянии, так и к противоположному силовому электроду.

Снижению переходного сопротивления между контактирующей поверхностью подвижного контакта 4 и противоположного силового электрода 3 способствует выполнение контактирующей поверхности подвижного контакта рифленой, а также предварительное закручивание цилиндрической пружины 5 вокруг своей оси, которое придает подвижному контакту 4 вращательное движение, что вызывает разрушение окисных пленок, образовавшихся на поверхности легкоплавкого сплава.

Изобретение целесообразно использовать в качестве термоэлектрического замыкателя одноразового действия для коммутации сильноточных электрических цепей. Сущность изобретения: увеличение надежности переключателя, которая достигается снижением переходного сопротивления переключателя в замкнутом состоянии, и быстродействия его срабатывания, что достигается путем введения электронагревательного элемента, который охватывает силовые электроды и подвижный контакт, поверхности которых покрыты легкоплавким сплавом, а также предварительного закручивания сжатой пружины, укрепленной в полости подвижного контакта, вокруг своей оси. При этом контактирующая поверхность подвижного контакта выполнена рифленой, а сам подвижный контакт размещен в полости одного из силовых электродов. Закручивание пружины вокруг своей оси придает подвижному контакту вращательное движение, что вызывает разрушение окисных пленок, образовавшихся на поверхности легкоплавкого сплава противоположного силового электрода. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ОДНОРАЗОВОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащий корпус, силовые электроды, подпружиненный, удерживаемый в исходном состоянии легкоплавким сплавом подвижный контакт, отличающийся тем, что переключатель снабжен электронагревательным элементом, который охватывает силовые электроды и подвижный контакт, подвижный контакт выполнен полым и размещен в полости одного из силовых электродов, легкоплавкий сплав расположен на поверхности подвижного контакта и одного из силовых электродов, пружина закручена вокруг своей оси и закреплена в полости подвижного контакта, причем контактирующая поверхность подвижного контакта выполнена рифленой. 2. Переключатель по п. 1, отличающийся тем, что на поверхности подвижного контакта выполнена кольцевая проточка, а в силовом электроде, в полости которого размещен подвижный контакт, выполнено соответствующее сквозное отверстие.