ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2013 года по МПК H01H9/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к электрическому устройству согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Уровень техники

Известно электрическое устройство с узлами коммутации и управления. Узел коммутации предусмотрен для включения и отключения подачи питания в потребляющий электроэнергию узел, а узел управления предусмотрен для управления потребляющим электроэнергию узлом.

Раскрытие изобретения

Объектом изобретения является электрическое устройство, содержащее узел коммутации (переключения), предусмотренный для включения и отключения подачи питания в потребляющий электроэнергию узел (узел-потребитель), и узел управления, предусмотренный для управления потребляющим электроэнергию узлом.

Предлагается снабдить электрическое устройство узлом шунтирования, предусмотренным для подачи питания в узел управления при отключении подачи питания узлом коммутации. В контексте изобретения под "предусмотренный" следует, в частности, понимать "специально установленный", и/или "специально выполненный", и/или "специально запрограммированный". Далее, под "узлом управления" следует, в частности, понимать узел, состоящий из вычислительного модуля, модуля обработки данных, модуля контроля и/или модуля регулирования, причем узел управления может состоять только из процессора либо, в частности, из процессора и других компонентов блока электроники, таких как запоминающие устройства и/или электронные компоненты, например конденсатор для стабилизации напряжения. Доступ к узлу управления в предпочтительном варианте осуществляется через микроконтроллер. Далее, под "узлом коммутации" здесь следует, в частности, понимать узел, создающий или прерывающий электропроводящее соединение между двумя компонентами и/или контактами и содержащий по меньшей мере один коммутационный элемент, в частности механический коммутационный элемент.В предпочтительном варианте настоящее изобретение применимо для электрических устройств с двухполюсным узлом коммутации. В принципе же может быть использован и однополюсный узел коммутации. В контексте изобретения под "узлом шунтирования" следует, в частности, понимать узел, восстанавливающий, с помощью электропроводящей связи, прерванное узлом коммутации электрическое соединение. Узел шунтирования может быть конструктивно просто выполнен из электрического провода и/или - в особенно предпочтительном варианте - из других деталей или узлов, выполняющих дополнительные функции, например изменение показателя тока. Изобретение обеспечивает подачу напряжения для блока электроники электрического устройства или отдельных узлов и/или компонентов, например узла управления, блока электроники электрического устройства, избегая при этом нежелательного времени разгона (запаздывания срабатывания) блока электроники электрического устройства при запуске или подключении потребляющего электроэнергию узла. Кроме того, к началу рабочего процесса может быть достигнуто повышение мощности электрического устройства и/или обеспечена конструктивно простая реализация в пределах блока электроники электрического устройства других дополнительных функций, например защитных. Особенно выгодным является применение настоящего изобретения в электрическом устройстве, представляющим собой технологическую машину, в частности ручную машину (например угловую шлифовальную машину).

Далее, предлагается, чтобы узел шунтирования содержал преобразователь напряжения. Под "преобразователем напряжения" здесь следует, в частности, понимать узел, предусмотренный для преобразования (или изменения) электрического тока с некоторым входным напряжением в электрический ток с выходным напряжением, отличающимся от этого входного напряжения. В предпочтительном варианте посредством преобразователя напряжения осуществляется преобразование входного напряжения в более низкое выходное напряжение, чем обеспечивается энергоэкономичный режим готовности к работе, в частности, узла управления.

Если преобразователь напряжения содержит узел сопротивления, то можно конструктивно просто осуществить преобразование напряжения. В частности, узел сопротивления можно особо экономичным образом интегрировать в стандартную электронную схему коммутации электрического устройства и, следовательно, экономично использовать стандартные схемные компоненты в сочетании с узлом сопротивления. Под "узлом сопротивления" здесь следует, в частности, понимать узел по меньшей мере с одним резистором элементом сопротивления, в частности омическим сопротивлением. В предпочтительном варианте узел сопротивления представляет собой высокоомный узел сопротивления, так что в режиме готовности к работе может быть эффективным и экономичным образом получено низкое рабочее напряжение. Тем не менее, преобразователь напряжения может, в принципе, содержать вместо узла сопротивления другие электрические компоненты и/или узлы, например конденсатор, катушку индуктивности и/или другие компоненты, детали и/или узлы, использование которых целесообразно с точки зрения специалиста.

Конструктивно простое и экономичное в отношении используемых компонентов преобразование напряжения, в частности преобразование входного напряжения в существенно более низкое выходное напряжение, может быть достигнуто, если узел сопротивления содержит по меньшей мере один высокоомный элемент сопротивления. В контексте изобретения под "высокоомным элементом сопротивления" следует, в частности, понимать элемент, имеющий величину сопротивления приблизительно в пределах 5-20 кОм. Этот элемент сопротивления может представлять собой конденсатор, катушку индуктивности и/или - в особенно предпочтительном варианте - резистор.

Кроме того, предлагается, чтобы электрическое устройство содержало по меньшей мере один контактный участок, обеспечивающий токопроводящее соединение узла шунтирования с токоподводящей линией. Под "токоподводящей линией" здесь следует понимать провод, подсоединенный к штепсельной вилке для подключения к сети и предусмотренный для питания электрического устройства током, и/или электропроводящий контакт с каким-либо устройством накопления энергии, например аккумулятором. Таким образом, узел шунтирования можно расположить, глядя вдоль направления тока, перед узлом коммутации или токопроводящим образом соединить его с токоподводящей линией, чем обеспечивается экономичное постоянное питание узла управления током посредством узла шунтирования при токопроводящем соединении токоподводящей линии с сетью электрического тока. В альтернативном варианте узел шунтирования также может содержать контактный участок, расположенный, глядя вдоль направления тока, перед контактным участком узла коммутации.

Электропроводящий контакт между узлом шунтирования и контактным участком может быть конструктивно просто реализован, если контактный участок и узел шунтирования имеют по одному контактному элементу. В предпочтительном варианте контактный участок и узел шунтирования имеют два контактных элемента, благодаря чему может быть обеспечена подача напряжения через узел шунтирования в электрическое устройство с двухполюсным узлом коммутации. Если электрическое устройство имеет только однополюсный узел коммутации, достаточно снабдить контактный участок и узел шунтирования одним контактным элементом. Особенно предпочтительными являются контактные элементы в виде контактных зажимов, благодаря которым можно выполнить простое разъемное соединение между контактным участком и узлом шунтирования.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается, чтобы электрическое устройство содержало дополнительный компонент, образующий, по меньшей мере частично, монтажный узел с узлом шунтирования. Под "монтажным узлом" в контексте изобретения следует, в частности, понимать узел, который при сборке электрического устройства устанавливается как одна сборочная единица. Благодаря этому в предпочтительном варианте при сборке электрического устройства имеет место экономия деталей, конструктивного пространства и времени, а также достигается особенно компактное размещение узла шунтирования.

Далее, предлагается, чтобы монтажный узел содержал по меньшей мере один корпус с расположенными в нем, по меньшей мере частично, дополнительным компонентом и узлом шунтирования, благодаря чему можно обеспечить особенно компактное и прежде всего защищенное размещение узла шунтирования и/или дополнительного компонента.

Если монтажный узел к тому же содержит фиксирующий материал, то можно добиться особенно стабильного расположения деталей и компонентов внутри него. Особенно предпочтительным является фиксирующий материал, представляющий собой заливочный компаунд, например макромелт. В предпочтительном варианте фиксирующий материал/заливочный компаунд заливается в процессе производства в корпус монтажного узла после размещения в нем компонентов и по меньшей мере одного компонента узла шунтирования, вслед за чем окончательно отвердевает, благодаря чему обеспечивается прочная фиксация компонентов относительно друг друга и, в частности, их стабильное расположение внутри монтажного узла.

Если дополнительный компонент представляет собой конденсатор, в частности помехоподавляющий конденсатор, это позволяет особенно компактно расположить внутри электрического устройства по меньшей мере два функциональных элемента, которые должны быть размещены в области узла коммутации.

В предпочтительном и усовершенствованном варианте осуществления изобретения предлагается, чтобы монтажный узел содержал по меньшей мере три контактных элемента, благодаря чему можно, в частности, сэкономить на других компонентах, в частности дополнительных проводах и/или кабеле, а монтажный узел может быть электропроводящим образом связан с минимальным числом других компонентов, замкнутых на контакты. Особенно предпочтительно в данном случае предусмотреть контактный элемент для образования токопроводящего соединения узла шунтирования с токоподводящей линией. В предпочтительном варианте два других контактных элемента представляют собой выводы для дополнительного компонента.

Далее, предлагается, чтобы монтажный узел содержал электропроводящий соединительный участок, предусмотренный для того, чтобы соединять узел шунтирования с выводом дополнительного компонента. Тем самым можно исключить дополнительные контактные элементы, например, для узла шунтирования, и реализовать компактный блок электроники электрического устройства.

Краткое описание чертежей

Прочие преимущества представлены в приведенном ниже описании чертежей. На чертежах изображены примеры осуществления настоящего изобретения. Чертежи, описание и формула изобретения содержат комбинацию многочисленных признаков. В случае необходимости, эти признаки могут также рассматриваться специалистами по отдельности и объединяться в другие целесообразные комбинации.

На чертежах показано:

на фиг.1 - схематическое изображение электрического устройства, представляющего собой ручную машину,

на фиг.2 - схема соединений блока электроники электрического устройства с узлом шунтирования,

на фиг.3 - схематическое изображение монтажного узла электрического устройства с узлом шунтирования и дополнительным компонентом,

на фиг.4 - схематическое изображение альтернативного (относительно показанного на фиг.3) варианта осуществления узла шунтирования с дополнительным компонентом,

на фиг.5 - схематическое изображение узла шунтирования, показанного на фиг.4 и расположенного внутри электрического устройства в компоновке с дополнительным компонентом.

Осуществление изобретения

На фиг.1 схематически изображено электрическое устройство 10, представляющее собой ручную машину 66. Ручная машина 66 представляет собой угловую шлифовальную машину, имеющую дискообразный рабочий инструмент 68, вращающийся от привода. На противоположном относительно рабочего инструмента 68 конце 72 ручной машины 66 вдоль продольной оси 70 последней расположена рукоятка 74. В области рукоятки 74 ручная машина 66 содержит также сетевой кабель 76 для подключения ручной машины 66 к сети электрического тока. Посредством сетевого кабеля 76 осуществляется питание электрической энергией блока 78 электроники и двигательного узла 80 электрического устройства.

На фиг.2 более подробно изображен блок 78 электроники ручной машины 66. Блок 78 электроники содержит узел 12 коммутации, представляющий собой двухполюсный узел коммутации. Посредством узла 12 коммутации, содержащего два контакта 82, 84, осуществляется подвод тока к потребляющему энергию узлу (узлу-потребителю) 14, представляющему собой двигательный узел 80. Кроме того, ручная машина 66 и, соответственно, блок 78 электроники содержит внутреннюю токопроводящую линию 86, расположенную между двигательным 80 и коммутационным 12 узлами и между коммутационным узлом 12 и сетевым кабелем 76 и предназначенную для создания электропроводящего соединения между сетевым кабелем 76 и двигательным узлом 80 при замкнутых контактах 82, 84 узла 12 коммутации. Сетевой кабель 76 электропроводящим образом связан с внутренней токопроводящей линией 86 на контактном участке 26.

Далее, блок 78 электроники содержит узел 16 управления, предназначенный для управления двигательным узлом 80 электрического устройства 10, и конденсатор 54, представляющий собой помехоподавляющий конденсатор 88, сводящий к минимуму попадание в сеть частот помех, возникающих при работе двигательного узла 80. Кроме того, блок 16 управления содержит микроконтроллер 90, стабилизатор 92 напряжения с конденсатором 94 и полупроводниковый разделительный элемент 96, включенный между микроконтроллером 90 и двигательным узлом 80. Полупроводниковый разделительный элемент 96 может представлять собой двунаправленный триод-тиристор и/или другой элемент, признанный специалистом целесообразным для использования. В принципе, всегда возможно использование узла 16 управления, отличающегося от описанного и изображенного на фиг.2, в альтернативном варианте осуществления блока 78 электроники. Кроме этого блок 78 электроники содержит узел 18 шунтирования, предусмотренный для подачи питания в узел 16 управления при отключении подачи питания узлом 12 коммутации. При этом между электрическим устройством 10 и сетью электрического тока сохраняется электропроводящее соединение посредством сетевого кабеля 76, а двигательный узел 80 находится в состоянии отключения, обусловленном положением контактов 82, 84. Узел 18 шунтирования содержит преобразователь 20 напряжения, предусмотренный для того, чтобы преобразовывать высокое подводимое сетевое напряжение в более низкое напряжение, требуемое для поддержания режима готовности узла 16 управления. Для этого в преобразователе 20 напряжения имеется узел 22 сопротивления с элементом 24 сопротивления. Элемент 24 сопротивления представляет собой высокоомный элемент со значением сопротивления приблизительно 10 кОм.

С помощью высокоомного элемента 24 сопротивления осуществляется шунтирование контакта 82 узла 12 коммутации. Для шунтирования другого контакта 84 в узле 18 шунтирования имеется несекционированный токопроводящий элемент 98, выполненный как одно целое с внутренней токопроводящей линией 86. В принципе, существует также возможность применения вместо несекционированного токопроводящего элемента 98 другого элемента сопротивления и/или другого электрического компонента, применение которого может быть целесообразным с точки зрения специалиста, например катушки индуктивности и/или конденсатора и т.д.

На контактном участке 26 электрического устройства 10 и, соответственно, блока 78 электроники узел 18 шунтирования электропроводящим образом соединяется с токоподводящим проводом 28 сетевого кабеля 76. Для этого контактный участок 26 и узел 18 шунтирования содержат контактные элементы 30, 32, 34, 36, представляющие собой контактные зажимы 38, 40, 42 (см. фиг.3-5). При этом контактный участок 26 образован двумя угловыми контактами 100, 102, электропроводящим образом соединяющими токоподводящий и токоотводящий провода 28, 104 сетевого кабеля 76 с двумя контактными элементами 30, 32 узла 18 шунтирования. Кроме того, контактные элементы 34, 36 и угловые контакты 100, 102 соединяют внутреннюю токопроводящую линию 86 и контакты 82, 84 с сетевым кабелем 76.

На фиг.3 схематически изображена часть шунтирующего узла 18 с узлом 22 сопротивления. Высокоомный элемент 24 сопротивления образует с дополнительным компонентом 46, представляющем собой помехоподавляющий конденсатор 88, монтажный узел 48. Кроме того, у монтажного узла 48 имеется корпус 50, в котором располагаются высокоомный элемент 24 сопротивления и помехоподавляющий конденсатор 88, представляющий собой намотанный конденсатор. Для фиксации помехоподавляющего конденсатора 88 вместе с высокоомный элементом 24 сопротивления внутри корпуса 50 в монтажном узле 48 предусмотрен фиксирующий материал 52, представляющий собой заливочный компаунд, например макромелт. Посредством этого заливочного компаунда обеспечивается прочная фиксация положения помехоподавляющего конденсатора 88 и высокоомного элемента 24 сопротивления внутри монтажного узла 48.

Монтажный узел 48 содержит также три контактных элемента 30, 56, 58, причем контактный элемент 30 представляет собой один из контактных зажимов 38 узла 18 шунтирования. Два других контактных элемента 56, 58 представляют собой выводы 60, 62 для помехоподавляющего конденсатора 88, выполненные в виде контактных штырьков. В процессе сборки монтажный узел 48 можно установить, просто вставив выводы 60, 62 в соответствующие этим выводам 60, 62 и не показанные на чертеже контактные элементы блока 78 электроники и, соответственно, электрического устройства 10 (аналогично фиг.4). Кроме того, в монтажном узле 48 имеется электропроводящий участок 64, предусмотренный для того, чтобы соединять высокоомный элемент 24 сопротивления с одним из выводов 60 помехоподавляющего конденсатора 88 и тем самым ограничить число контактных элементов 30, 56, 58 в монтажном узле 48 минимальной величиной.

Кроме того, на обращенной наружу поверхности 114 противолежащих сторон 110, 112 корпуса монтажного узла 48 имеется по одному стопорному элементу 116, выполненному в виде шипа. С помощью этих стопорных элементов 116 вместе с контактными зажимами 38 и выводами 60, 62 можно обеспечить конструктивно простой и надежный монтаж монтажного узла 48 внутри электрического устройства 10 в процессе сборки и конструктивно простой демонтаж этого узла в случае обнаружения дефекта.

На фиг.4 и 5 изображена альтернативная (относительно показанной на фиг.3) компоновка помехоподавляющего конденсатора 88 с высокоомным элементом 24 узла 18 шунтирования. Высокоомный элемент 24 сопротивления располагается здесь между токоведущими частями 106, 108 внутренней токопроводящей линии 86. Соединительный участок 64 между высокоомный элементом 24 сопротивления и помехоподавляющим конденсатором 88 выполнен здесь аналогично описанному для фиг.3. Кроме того, соединение элемента 24 сопротивления вместе с помехоподавляющим конденсатором 88 с внутренней токопроводящей линией 86 выполнено аналогично описанному для фиг.2 и 3.

В качестве альтернативы вариантам осуществления изобретения, представленным на фиг.3-5, можно также расположить узел 18 шунтирования или узел 22 сопротивления с высокоомным элементом 24 сопротивления независимо или отдельно от компоновки или расположения помехоподавляющего конденсатора 88 внутри блока 78 электроники. Для этого необходимо лишь снабдить узел 18 шунтирования или узел 22 сопротивления дополнительным контактным участком для реализации контакта с внутренней токопроводящей линией 86 внутри блока 78 электроники.

На фиг.5 представлена часть электрического устройства 10, где дополнительно показана компоновка помехоподавляющего конденсатора 88 вместе с узлом 22 сопротивления в области узла 12 коммутации. Соединение между контактным элементом 30 узла 18 шунтирования, представляющим собой контактный зажим 38, и контактным зажимом 40 контактного участка 26 представляет собой простое разъемное соединение обоих контактных зажимов 38, 40. Контактные зажимы 40, 42 выполнены здесь U-образными (на фиг.5 показана только одна лапка U-образных контактных зажимов 40, 42). Каждая лапка U-образных контактных зажимов 40, 42 соединяется на контактном участке 26 с корпусом 124 электрического устройства 10 посредством винта 122. Не показанная на фиг.5 лапка U-образных зажимов 40, 42 предусмотрена для образования электрического контакта с проводами 28, 104 сетевого кабеля 76. Провода 28, 104 крепятся в данном случае в не показанном на чертеже подробно зажиме (например, в люстровом зажиме) стандартного выключателя вместе с не показанными на чертеже лапками U-образных контактных зажимов 40, 42. Кроме того, электрическое устройство 10 содержит два других контакта 118, 120, в которые вставляются выводы 60, 62 помехоподавляющего конденсатора, благодаря чему создается электропроводящий контакт с блоком 78 электроники и внутренней токопроводящей линии 86.

В качестве альтернативы вариантам осуществления, представленным на фиг.3-5, можно также выполнить контактные элементы 30, 32 узла 18 шунтирования в виде многопроводного жгута, закрепив его винтом на контактном участке 26 и связав электропроводящим образом с проводами 28, 104 сетевого кабеля 76.

Электрическое устройство (10) содержит узел (12) коммутации, предусмотренный для включения и отключения подачи питания в потребляющий электроэнергию узел (14), и узел (16) управления для управления потребляющим электроэнергию узлом (14), представляющим собой двигательный узел (80). Согласно изобретению электрическое устройство содержит узел (18) шунтирования, предусмотренный для подачи питания в узел (16) управления при отключении подачи питания узлом (12) коммутации. Технический результат - исключение нежелательного времени разгона (запаздывания срабатывания) при запуске или подключении потребляющего электроэнергию узла. 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Электрическое устройство, содержащее узел (12) коммутации, предусмотренный для включения и отключения подачи питания в потребляющий электроэнергию узел (14), и узел (16) управления, предусмотренный для управления потребляющим электроэнергию узлом (14), отличающееся наличием узла (18) шунтирования, предусмотренного для подачи питания в узел (16) управления при отключении подачи питания узлом (12) коммутации.

2. Электрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что узел (18) шунтирования содержит преобразователь (20) напряжения.

3. Электрическое устройство по п.2, отличающееся тем, что преобразователь (20) напряжения содержит узел (22) сопротивления.

4. Электрическое устройство по п.3, отличающееся тем, что узел (22) сопротивления содержит по меньшей мере один высокоомный элемент (24) сопротивления.

5. Электрическое устройство по п.1, отличающееся наличием по меньшей мере одного контактного участка (26), обеспечивающего токопроводящее соединение узла (18) шунтирования с токоподводящей линией (28).

6. Электрическое устройство по п.5, отличающееся тем, что контактный участок (26) и узел (18) шунтирования имеют по меньшей мере по одному контактному элементу (30, 32, 34, 36).

7. Электрическое устройство по п.6, отличающееся тем, что по меньшей мере один из контактных элементов (30, 32, 34, 36) представляет собой контактный зажим (38, 40, 42).

8. Электрическое устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся наличием дополнительного компонента (46), образующего, по меньшей мере частично, с узлом (18) шунтирования монтажный узел (48).

9. Электрическое устройство по п.8, отличающееся тем, что монтажный узел (48) содержит по меньшей мере один корпус (50) с расположенными в нем, по меньшей мере частично, дополнительным компонентом (46) и узлом (18) шунтирования.

10. Электрическое устройство по п.8, отличающееся тем, что монтажный узел (48) содержит по меньшей мере один фиксирующий материал (52).

11. Электрическое устройство по п.8, отличающееся тем, что дополнительный компонент (46) представляет собой конденсатор (54).

12. Электрическое устройство по п.8, отличающееся тем, что монтажный узел (48) содержит по меньшей мере три контактных элемента (30, 56, 58).

13. Электрическое устройство по п.12, отличающееся тем, что по меньшей мере один из контактных элементов (30) предусмотрен для образования токопроводящего соединения узла (18) шунтирования с токоподводящей линией (28).

14. Электрическое устройство по п.12, отличающееся тем, что по меньшей мере два контактных элемента (56, 58) представляют собой выводы (60, 62) для дополнительного компонента (46).

15. Электрическое устройство по п.14, отличающееся тем, что монтажный узел (48) содержит электропроводящий соединительный участок (64), предусмотренный для того, чтобы соединять узел (18) шунтирования с выводом (60) дополнительного компонента (46).