ТЕРМОРЕЛЕ Российский патент 2005 года по МПК H01H37/38 G05D23/02 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к защитным тепловым устройствам, и предназначено для пуска и защиты электродвигателей, бытовых электроприборов и других электрических аппаратов от перегрева.

Известны термореле, содержащие термочувствительный элемент в виде дуги из материала с памятью формы, который одним концом закреплен в корпусе, а другим опирается на контактодержатель с возможностью принимать прямоугольную форму при нагреве (см. RU 2011238 С1; 5 Н 01 Н 37/54, 1998 г.).

Недостатком указанного устройства является сложность конструкции и низкая надежность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является, принятое за прототип, термореле, содержащее диэлектрический корпус, контактную стойку, регулировочный винт и термочувствительный элемент, представляющий собой пластину из материала с памятью формы, связанный с подвижным контакгодержателем (см. RU 2130666 C1,6 H 01 H 37/46, 37/54, 1999 г.).

Недостатком указанного устройства является неустойчивое положение термочувствительного элемента в связи с выпадением из паза подвижного контактодержателя при вибрации вследствие ослабления контакта в уступе подпружиненного язычка, а также отсутствие возможности регулирования температуры уставки (срабатывания) в более широком интервале температур.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение жесткости системы, обеспечение возможности регулирования температуры уставки и повышение надежности термореле.

Поставленная задача достигается тем, что в термореле, содержащем диэлектрический корпус, неподвижные контакты и подвижную контактную пружину с контактом, термочувствительный элемент из материала с эффектом памяти формы, толкатель и регулировочную стойку со стопорным винтом, термочувствительный элемент имеет двойной изгиб и состоит из двух участков с радиусами кривизны R₁ и R₂, величина которых в исходном состоянии определена соотношением R₁/R₂=1/3, причем один конец термочувствительного элемента прикреплен к диэлектрическому корпусу, а другой конец подкреплен регулировочной стойкой, установленной в диэлектрическом корпусе с возможностью перемещения, толкатель расположен в диэлектрическом корпусе между термочувствительным элементом и подвижной контактной пружиной с возможностью взаимодействия с ними.

Для пояснения изобретения представлены чертежи: фиг.1 - исходное положение термоэлемента в коммутирующем устройстве; фиг.2 - положение термоэлемента после предварительного прогиба в мартенсите (показано сплошной линией) и последующего подкрепления свободного конца (показано пунктиром).

При этом термочувствительный элемент, состоящий из двух участков (l₁ и l₂), имеет двойной изгиб с заданной памятью (с радиусами кривизны R₁ и R₂). Один конец термоэлемента закреплен на корпусе, другой (свободный конец) подкрепляется регулировочной стойкой, которая также закреплена на корпусе стопорным винтом с возможностью регулировки (фиг.1). Термочувствительный элемент с двойной кривизной, изготовленный из сплава с эффектом памяти формы (ЭПФ) при нагреве, в соответствии с кинетикой развития реактивных напряжений воздействует на упругую пружину и прогибает ее. Подпружиненный язычок теряет устойчивость и совершает скачкообразные переключения контактов. В этом случае усилие, развиваемое в материале термоэлемента, определяется радиусом кривизны R₁ и R₂, величина которых в исходном состоянии установлена в соотношении R₁/R₂=1/3.

Для передачи большего усилия и обеспечения возможности большего перемещения штока, с целью регулирования температуры при нагреве (фиг.2), защемленный конец термоэлемента активно прогибается на величину f^M, а затем свободный конец подкрепляется на стойке, которая, в свою очередь, может перемещаться в вертикальной плоскости, изменяя высоту подкрепления относительно Н₀, путем изменения степени подкрепления ξ=h_i/Н₀ (на фиг.2 изображено пунктирной линией) и жестко фиксироваться в заданном положении винтом 12. В таком случае эффект генерации реактивных усилий в термоэлементе с ЭПФ развивается за счет реализации памяти формы на кривизне r₁ и R₂, при определенной степени подкрепления свободного конца термоэлемента (ξ).

Таким образом, изменяя значение стрелы прогиба (f^M) и степень подкрепления можно задавать усилие на контактную пружину и одновременно устанавливать и изменять температуру срабатывания при нагреве, а также широко варьировать температурный интервал срабатывания от выключения термореле до включения (пуска).

Это обстоятельство позволяет минимизировать габариты реле при повышении уровня коммутирующего тока.

На фиг.1, 2 представлены продольные разрезы термореле.

Термореле состоит из диэлектрического корпуса 1, неподвижных контактов 2, 4, контактной пружины 5 с подвижным контактом 3, подпружиненного язычка 6, упора 7. В корпусе установлены подвижный толкатель 8, который упирается в термочувствительный элемент 9 с памятью формы, закрепленный скобкой 10. Стойка 11 с делениями предназначена для шарнирного подкрепления термоэлемента на заданном уровне h_i относительно Н₀ (начальной высоты прогиба) и фиксирования на этом уровне винтом 12.

Термореле работает следующим образом. При повышении температуры окружающей среды до температуры обратного мартенситного превращения (А_н) термочувствительный элемент 9, предварительно сдеформированный в мартенсите на заданную величину fMi

с подкрепленным свободным концом (h_i/H₀) на стойке 11, начнет изменять форму и давить на толкатель 8, который, в свою очередь, упирается в контактную пружину 5. После повышения температуры среды до заданной, термоэлемент с памятью формы 9, принимая заданную (исходную) форму (фиг.1) создает усилие, необходимое для прогиба упругой пружины 5 при одновременной потере устойчивости подпружиненного язычка 6 и резкого размыкания контактов 2, 3 и замыкания 3, 4.

Таким образом, ток протекает через контакт 3, контактную пружину 5 и контакт 4. Контакт 2 освобожден от токовой нагрузки.

После снижения температуры окружающей среды до температуры начала прямого мартенситного превращения (М_н) термочувствительный элемент 9 начнет терять свою упругость за счет эффекта пластичности превращения. Под действием сил упругости контактной пружины 5 термоэлемент 9 вернется в исходное положение, а контактная пружина 5 восстановит свою форму, при этом подпружиненный язычок, связанный с контактной пружиной 5, разомкнет контакты 3, 4 и замкнет контакты 2, 3. Произойдет пуск (включение).

Далее при изменении температуры цикл повторяется.

Так как работа реле протекает в условиях небольших перемещений контактной пружины, а основное перемещение толкателя от действия реактивных сил термоэлемента реагирует на малые изменения температуры (реализация условий неполного мартенситного превращения), то интервал срабатывания можно обеспечить достаточно узкий (4-6)°С при значительных усилиях, вследствие подкрепления свободного конца термоэлемента.

Винтом 12 можно регулировать действующие усилия на контактную пружину 5 и температуру срабатывания, не изменяя межконтактное расстояние реле, за счет изменения предварительной деформации термоэлемента 9 с заданной памятью формы радиусов кривизны R₁ и R₂ и степенью подкрепления свободного конца элемента h_i/H₀.

Экспериментальные испытания модели термореле в течение 10⁶ термоциклов показали высокую стабильность температур срабатывания и надежность в работе.

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к защитным тепловым устройствам, и предназначено для пуска и защиты электродвигателей, бытовых электроприборов и других электрических аппаратов от перегрева. Техническим результатом является упрощение конструкции, повышение жесткости системы, обеспечение возможности регулирования температуры у ставки и повышение надежности реле. Термореле содержит диэлектрический корпус, неподвижный и подвижный контактодержатели, термочувствительный элемент из материала с эффектом памяти формы, толкатель, стопорный винт и регулировочную стойку. Один из концов термочувствительного элемента, выполненного с двойным изгибом при соотношении радиусов R₁/R₂=1/3, прикреплен к корпусу, а другой конец подкреплен регулировочной стойкой, установленной в корпусе с возможностью перемещения. 2 ил.

Термореле, содержащее диэлектрический корпус, неподвижные контакты и подвижную контактную пружину с контактом, термочувствительный элемент из материала с эффектом памяти формы, толкатель и регулировочную стойку со стопорным винтом, термочувствительный элемент имеет двойной изгиб и состоит из двух участков с радиусами кривизны R1 и R2, величина которых в исходном состоянии определена соотношением R1/R2=1/3, причем один конец термочувствительного элемента прикреплен к диэлектрическому корпусу, а другой конец подкреплен регулировочной стойкой, установленной в диэлектрическом корпусе с возможностью перемещения, толкатель расположен в диэлектрическом корпусе между термочувствительным элементом и подвижной контактной пружиной с возможностью взаимодействия с ними.