ТЕРМОБИМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H01H37/54 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, для защиты обмоток электродвигателей от превышений температуры в аварийных режимах работы.

Известен ряд биметаллических термореле-выключателей (см. например, а.с. СССР N1597954, кл. H01H 37/40; а.с. СССР N1142864, кл. H01 H 37/40; а.с. СССР N1529311, кл. H01H 37/40; WO 90/05988, кл. H01H 37/52), в которых подвижный и неподвижный контакты установлены асимметрично оси.

Все эти известные изобретения обладают сравнительно небольшой надежностью и сложностью конструкции, т.к. содержат дополнительные элементы (коромысло, толкатель и т.п.) для передачи импульса от биметаллической пластины к контактам. Такие конструкции приводят к большим габаритам реле и не позволяют встроить его непосредственно в лобовую часть обмотки двигателя. Расположение их на корпусе двигателя снижает эффективность тепловой защиты.

Известен целый ряд охранных документов, в особенности а.с. СССР, где в качестве термочувствительного элемента служит биметаллический диск без дополнительного упругого вспомогательного диска (см. а.с. СССР N1354272, кл. H01H 37/40; а. с. СССР N1529311, кл. H01 H 37/40; а.с. СССР N1142864, кл. H01H 37/40; а.с. СССР N1597954, кл. H01H 37/40). Такая конструкция имеет недостаток, связанный с габаритами датчика и необходимостью точной настройки реле на температуру срабатывания.

За прототип выбран выключатель с центральным размещением контактов по патенту ФРГ N2917482, кл. H01H 37/54, имеющий стаканообразный корпус, в верхней части боковых стенок которого с внутренней стороны имеется кольцеобразный уступ (упор), в который вставлена крышка. Корпус и крышка выполнены из электропроводного материала и изолированы друг от друга прокладкой. Внутри корпуса размещен подвижный контакт, смонтированный в центральной части термобиметаллической и дополнительной щелчковых шайб. Неподвижный контакт размещен в центральной части крышки. Нижняя упругая шайба периферийной частью опирается на кольцевой упор в основании корпуса. А концы верхней биметаллической шайбы установлены по отношению к изолированной крышке с зазором, гарантирующим срабатывание устройства при превышениях температуры и возврат из аварийного состояния в состояние нормального температурного режима.

Конструкция предельно проста, предназначена для установки непосредственно на обмотках двигателя, однако имеет ряд недостатков, которые не позволяют использовать ее в технологических условиях СНГ.

Основные из них следующие:
1. Учитывая минимальные габаритные размеры устройства, в отсутствие дорогостоящего высокочастотного технологического оборудования, а также высококачественных материалов изготовить данную конструкцию без технологических погрешностей не представляется возможным.

2. Данная конструкция из-за расположения упорной поверхности изоляции на уровне верхней точки термобиметаллической шайбы обладает небольшим прогибом биметаллической шайбы и малым ходом подвижного контакта, что влияет на надежность срабатывания, а также на скорость гашения возникающей при разрыве контактов дуги.

3. Быстрый износ внутренней изоляции из-за нагрева и взаимодействия с биметаллической шайбой.

4. Недостаточные условия охлаждения соприкасающихся поверхностей контактов.

В настоящее время в СНГ отсутствует эффективная тепловая защита обмоток электродвигателей малой мощности от температур сверх допустимых значений. Известные типы защиты на базе термодатчиков имеют сложные исполнительные блоки со значительными габаритными размерами, что не позволяет использовать их в простых приборах бытовой электротехники.

Необходимость совмещать функции датчика и исполнительного блока привели к появлению за рубежом миниатюрных термовыключателей, встраиваемых непосредственно в обмотки электродвигателей малой мощности. Такая защита значительно повышает надежность работы двигателя и изделий, в которых они применяются. Малые размеры термовыключателей, в свою очередь, определили высокие требования к технологической точности их изготовления, потребовали специального технологического оборудования. В пределах СНГ, как правило, такое оборудование отсутствует, комплектующие контакты имеют значительные размеры, термобиметаллические элементы обладают нестабильными тепловыми характеристиками. Кроме того, основной проблемой при создании подобных выключателей является быстрейшее гашение дуги, возникающей при разрыве контактов. Длительное горение дуги приводит к нагреву контактных поверхностей и последующему их разрушению.

Использование данного изобретения в условиях отсутствия высокоточного технологического оборудования способно решить проблему компенсации технологических погрешностей при изготовлении, улучшает условия гашения возникающей дуги и содержит изолированные друг от друга крышку и стаканообразный корпус, внутри которого установлены биметаллическая и дополнительная упругая щелчковые шайбы, в центральной части которых смонтирован подвижный контакт, а неподвижный контакт размещен в центральной части крышки. Изобретение отличается тем, что внутренняя верхняя часть стенок корпуса выполнена гладкой без уступа под крышку. А крышка при этом подпружинена снизу, например, профильным упругим кольцом, которое установлено концентрично контактам и с одной стороны упирается в крышку, а другой стороной опирается на дополнительно установленное в корпусе запорное кольцо, размещенное над биметаллической шайбой. Причем между ними образован гарантированный зазор. Такая конструкция биметаллического выключателя за счет отказа от стационарного расположения упора под крышку и создания "плавающего" уровня упора и фиксации крышки, а также за счет появления возможности осевого перемещения биметаллической шайбы в пространстве параллельно самой себе позволяет получить гарантированный зазор между биметаллической пластиной и запорным кольцом в случаях наличия технологических погрешностей при изготовлении корпуса изделия, а также некачественного изготовления биметаллических пластин.

Кроме того, по сравнению с прототипом в предлагаемом устройстве увеличен прогиб упругих шайб, а также увеличен ход контакта, что увеличивает скорость срабатывания, а значит, скорость гашения возникающей при разрыве контактов дуги. За счет того, что устранена возможность контактирования концов биметаллической пластины с изоляцией, уменьшается ее износ и увеличивается долговечность. Наличие дополнительного пространства между крышкой и запорным кольцом улучшает условия охлаждения контактов, предохраняет термобиметалл от перегрева.

На фиг. 1 изображен биметаллический термоэлектровыключатель с замкнутыми контактами, с сечением упругого кольца под 45^o (см. фиг. 4); на фиг. 2 - то же, с разомкнутыми контактами; на фиг. 3 профильное упругое кольцо, вид снизу-сбоку; на фиг. 4 то же, вид снизу.

Предлагаемая конструкция выключателя содержит латунный корпус 1 с боковыми стенками 2, внутри которого расположены термобиметаллическая 3 и токопроводящая упругая 4 шайбы, разделенные промежуточной шайбой 5 и опирающиеся периферийной частью на кольцевой ступенчатый упор в основании корпуса 1. В центральной части шайб 3, 4, 5 установлен нижний подвижный контакт 6. Сверху подвижная контактная группа ограничена запорным кольцом 7. На запорном кольце 7 установлено упругое профильное кольцо 8, которое другой стороной через изоляционную прокладку 9 упирается и подпружинивает крышку 10 с закрепленным на ней в центральной части неподвижным контактом 11. Между кольцом 7 и внутренней частью стенок корпуса 1 имеется зазор порядка 1,6 мм. После размещения крышки 10 изоляционной прокладкой на профильном упругом кольце 8 производят настройку реле. Для этого крышка 10 перемещается вниз, деформируя кольцо 8, и давит неподвижным контактом 11 на подвижный контакт 6. При этом щелчковая биметаллическая шайба 3 перемещается вниз от запорного кольца 7 в осевом направлении параллельно самой себе. В момент достижения гарантированного зазора между биметаллической шайбой 3 и запорным кольцом 7 перемещение крышки 10 вниз прекращают, а корпус сверху завальцовывают. Зазор необходим для того, чтобы обеспечить свободное срабатывание щелчковых шайб как в прямом, так и в обратном направлениях.

Далее работа устройства осуществляется следующим образом.

При нагреве корпуса 1 (реле выключателя температуры срабатывает) термобиметаллическая шайба 3 перещелкивается и, преодолевая упругое сопротивление шайбы 4, переводит подвижный контакт 6 в нижнее положение, разрывая тем самым электрическую цепь. Токопроводящая шайба 4 перещелкивается одновременно с термобиметаллической 3 и не оказывает последующего давления на нее, что обеспечивает обратное включение реле при достаточно низких температурах.

При остывании корпуса 1 ниже температуры отпускания термобиметаллической шайбы 3 последняя перещелкивается в исходное положение и своими краями возвращает токопроводящую упругую шайбу 4 в прежнее положение, при этом обеспечивается требуемое давление между замкнутыми контактами.

Использование: защита обмоток электродвигателей от превышений температуры в аварийных режимах работы. Сущность изобретения: выключатель содержит изолированные друг от друга электропроводные корпус и крышку, установленные внутри биметаллическую и токопроводящую щелчковые шайбы, в центральной части которых смонтирован подвижный контакт, и неподвижный контакт, размещенный в центральной части крышки. Внутренняя верхняя часть боковых стенок корпуса выполнена без уступа гладкой, а крышка оснащена подпружинивающим элементом, выполненным в виде профильного упругого кольца, опирающегося на запорное кольцо, установленное в корпусе. Другой стороной упругое кольцо подпирает крышку. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Термобиметаллический выключатель, содержащий изолированные друг от друга электропроводные цилиндрический корпус и крышку, установленные внутри корпуса биметаллическую и токопроводящую щелчковые шайбы, в центральной части которых смонтирован подвижный контакт и неподвижный контакт, размещенный в центральной части крышки, отличающийся тем, что он снабжен запорным кольцом, установленным над биметаллической щелчковой шайбой и пружинящим элементом, установленным между запорным кольцом и крышкой, которая опирается на пружинящий элемент. 2. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что пружинящий элемент выполнен в виде упругого профильного кольца.