УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ ТЕРМОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД В АВАРИЙНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕ Российский патент 2022 года по МПК H01H71/40 

Изобретение относится к электричеству, в частности к базовым электрическим компонентам, а именно к выключателям и конструкционным деталям, связанным с выключателями, которыми можно управлять посредством соответствующего рычага, в частности к выключателям, используемым для защиты от электрических перегрузок. Согласно Международной патентной классификации (IPC) такие изобретения относятся, по меньшей мере, к одному из классов Н01Н 71/52, Н01Н 73/50 или Н01Н 71/40.

Задача изобретения заключается в создании такого термомагнитного привода в аварийном электрическом выключателе, который после встраивания его в электрическую цепь сможет реагировать либо на тепловые перегрузки, либо на ток короткого замыкания, возникший в упомянутой электрической цепи, значительно точнее и быстрее, чем известные приводы в выключателях существующего уровня техники.

Как описано в документе DE 3637275 А1, размыкание электрической цепи при возникновении перегрузки по току может достигаться посредством термомагнитного привода, имеющего биметаллический диск, помещенный на приводную иглу, способную аксиально перемещаться и вставленную в трубчатый корпус, из которого упомянутая игла затем выступает в направлении прерывающего узла, служащего для размыкания упомянутой цепи. На этой основе был создан термомагнитный привод и использован в защитных выключателях, раскрытых в документах ЕР 2545576 В1 и ЕР 2837014 В1, на которые приводится ссылка с целью раскрытия данного изобретения.

В таких защитных выключателях электрическая цепь проходит через катушку, которая навита вокруг упомянутого корпуса и предназначена для усиления магнитного поля при каждом возникновении достаточно высокой перегрузки по току. Якорь прочно соединен с упомянутой приводной иглой и подвергается воздействию упомянутого магнитного поля. Упомянутый якорь снабжен заглушенным с одной стороны аксиальным проходом, открытым в направлении ярма, которое также установлено в упомянутом корпусе на стороне, обращенной к упомянутому прерывающему узлу, при этом в него введена упомянутая приводная игла, способная совершать возвратно-поступательные перемещения в аксиальном направлении. В упомянутый заглушенный проход вставлена пружина, которая выступает из упомянутого прохода в сторону ярма. При возникновении достаточно большой электрической перегрузки возрастает также интенсивность упомянутого магнитного поля до величины, приводящей к смещению якоря в сторону ярма, посредством чего приводная игла также одновременно аксиально перемещается к упомянутому прерывающему механизму, благодаря чему электрическая цепь должна размыкаться быстро и без задержки. Как только упомянутая электрическая перегрузка устраняется, интенсивность упомянутого магнитного поля снижается и сцепление между якорем и ярмом уменьшается, после чего пружина способна отжать якорь от ярма, чтобы вернуть якорь вместе с приводной иглой обратно в их исходное положение.

В случае меньшей перегрузки по току, когда электромагнитное расцепление еще не произошло, катушка нагревается, при этом тепло от катушка передается на биметаллический диск, расположенный в корпусе, в результате чего упомянутый диск деформируется и упомянутая приводная игла, соединенная с ним, смещается в направлении упомянутого прерывающего узла с целью размыкания электрической цепи. Однако упомянутый перенос тепла от катушки к биметаллическому диску требует определенного времени, а между тем нагреваются все окружающие компоненты выключателя, в том числе упомянутое ярмо и упомянутый якорь, которые благодаря своему значительному весу способны принять, т.е. поглотить значительное количество тепловой энергии. Вследствие такого нежелательного нагрева упомянутых соседних компоненов для деформирования упомянутого биметаллического диска требуется соответственно большее количество тепловой энергии, так что в такой ситуации необходимое размыкание электрической цепи может осуществляться только с существенной задержкой по времени. Кроме того, упомянутый нагрев или перегрев в особенности проблематичен, когда определенные компоненты выполнены из пластиков, что обычно является весьма целесообразным по причине их отличных электроизоляционных свойств.

С учетом решений существующего уровня техники, коммерчески доступных в настоящее время, такая задержка по времени до размыкания электрической цепи часто вызывает серьезную проблему и ее чрезвычайно трудно удержать в приемлемых пределах. Упомянутую задержку по времени при размыкании электрической цепи, в общем, можно уменьшить, усиливая выделение тепла, например, путем увеличения сопротивления витков катушки, что, однако, приведет к перманентному увеличению электрических потерь, а это неприемлемо с коммерческой точки зрения.

Настоящее изобретение касается усовершенствованного термомагнитного привода в аварийном электрическом выключателе. Такой привод вместе с соответствующим прерывающим узлом может устанавливаться в корпусе аварийного электрического выключателя, содержащего трубчатый корпус, который закрыт на одном своем концевом участке и расширен на своем открытом концевом участке, при этом в области упомянутого открытого концевого участка выполнен с возможностью приема крышки. Кроме того, в упомянутый корпус введена приводная игла, которая расположена по центру и способна возвратно-поступательно перемещаться вдоль упомянутого корпуса и которая в области упомянутой крышки дополнительно выступает за пределы упомянутого корпуса в направлении имеющегося прерывающего механизма, который служит для замыкания или размыкания электрической цепи, проходящей через упомянутый выключатель. Упомянутая игла расположена на определенном расстоянии от закрытого концевого участка упомянутого корпуса. Неподвижное ярмо и способный перемещаться якорь введены в упомянутый корпус, при этом упомянутое ярмо расположено рядом с упомянутым расширенным открытым концевым участком корпуса, а игла проходит через него с возможностью ранее упомянутого возвратно-поступательного перемещения, при этом упомянутый якорь расположен в области упомянутого закрытого концевого участка корпуса рядом с упомянутой иглой и может возвратно-поступательно перемещаться в упомянутом корпусе в сторону ярма или от него. Кроме того, между упомянутым ярмом и упомянутым якорем в упомянутом корпусе вставлена пружина сжатия, предназначенная для отжатия якоря от ярма. Помимо этого, в упомянутый корпус введен биметаллический диск, через который упомянутая приводная игла проходит и посредством упомянутого биметаллического диска способна аксиально перемещаться в направлении упомянутого прерывающего узла выключателя. Кроме того, вокруг упомянутого корпуса навита электромагнитная катушка, которая может электрически подсоединяться к любой электрической цепи, проходящей через упомянутый аварийный электрический выключатель, в который встроен упомянутый термомагнитный привод.

Настоящее изобретение предполагает, что упомянутое ярмо по всей своей окружности разнесено от внутренней поверхности корпуса и окружено термоизоляционной втулкой, которая непрерывна по всей своей окружности и, с одной стороны, покоится на внутренней поверхности корпуса, а с другой стороны, на упомянутом ярме. Кроме того, упомянутый якорь, по меньшей мере, на той своей стороне, которая обращена к закрытому концевому участку корпуса, снабжен расположенным по центру сквозным аксиальным проходом, а на своей противоположной стороне, обращенной в сторону ярма, расположенной по центру полостью, при этом упомянутый проход в якоре выполнен с возможностью приема термоизоляционной направляющей, введенной между якорем и корпусом, в то время как упомянутая полость выполнена с возможностью приема участка упомянутой пружины, обращенного к якорю, но не того участка пружины, который обращен в сторону ярма. Кроме того, между упомянутым биметаллическим диском и упомянутой приводной иглой вставлена термоизоляционная втулка, которая расположена с возможностью перемещения на упомянутой приводной игле и направляется вместе с ней, причем ее перемещение ограничивается, с одной стороны, утолщенной областью на приводной игле, а с другой стороны, упомянутым биметаллическим диском.

Изобретение дополнительно предполагает, что упомянутая термоизоляционная направляющая якоря, упомянутая термоизоляционная втулка и упомянутое термоизоляционное кольцо состоят из неферромагнитного термоизоляционного материала, в частности пластика.

Изобретение будет подробнее раскрыто на основе одного варианта осуществления, сечение которого вдоль диаметральной плоскости схематично представлено на Фиг. 1.

Усовершенствованный термомагнитный привод в аварийном электрическом выключателе согласно Фиг. 1 вместе с соответствующим прерывающим узлом может устанавливаться в корпусе аварийного электрического выключателя, который как таковой раскрыт в документах ЕР 2545576 В1 и ЕР 2837014 В1.

Такой термомагнитный привод содержит трубчатый корпус 1, который предпочтительно состоит из алюминия, закрыт на одном своем концевом участке 1'' и расширен на своем открытом концевом участке 1', при этом в области упомянутого открытого концевого участка 1' выполнен с возможностью приема крышки 8.

Упомянутая крышка 8 состоит из неферромагнитного материала, например из пластика, при этом в данном показанном варианте осуществления механически запрессована на упомянутый корпус 1 и снабжена сквозным проходом, так что через него проходит приводная игла 5, расположенная по центру в корпусе 1 и выступающая наружу из корпуса 1.

Упомянутая приводная игла способна аксиально возвратно-поступательно перемещаться вдоль упомянутого корпуса 1 и выступает за пределы упомянутого корпуса 1 в направлении имеющегося прерывающего механизма, который служит для замыкания или размыкания электрической цепи, проходящей через упомянутый выключатель. Кроме того, упомянутая игла 5 расположена на определенном расстоянии от закрытого концевого участка 1'' упомянутого корпуса 1.

Помимо этого, в упомянутый корпус 1 введены неподвижное ярмо 6 и способный перемещаться якорь 2, так что упомянутое ярмо 6 расположено рядом с упомянутым расширенным открытым концевым участком 1' корпуса 1, а игла 5 проходит через него с возможностью ранее упомянутого возвратно-поступательного перемещения, в то время как якорь 2 расположен в области упомянутого закрытого концевого участка 1'' корпуса 1 рядом с упомянутой иглой 5 и может возвратно-поступательно перемещаться в упомянутом корпусе 1 в сторону ярма 6 или от него.

В упомянутом корпусе 1 между упомянутым ярмом 6 и упомянутым якорем 2 также расположена пружина 3 сжатия, предназначенная для отжатия якоря 2 от ярма б. Кроме того, в упомянутый корпус 1 в области его расширенного концевого участка 1' введен биметаллический диск 7, через который проходит упомянутая приводная игла 5, при этом посредством упомянутого биметаллического диска (7) упомянутая игла 5 способна аксиально перемещаться в направлении упомянутого прерывающего узла выключателя.

Кроме того, вокруг упомянутого корпуса 1 навита электромагнитная катушка 4, которая может электрически подсоединяться к любой электрической цепи, проходящей через упомянутый аварийный электрический выключатель, в который встроен упомянутый термомагнитный привод.

Упомянутое ярмо 6 по всей своей окружности разнесено от внутренней поверхности корпуса 1 и окружено термоизоляционным кольцом 10, которое непрерывно по всей своей окружности и, с одной стороны, покоится на внутренней поверхности корпуса 1, а с другой стороны, на упомянутом ярме 6. В представленном варианте осуществления упомянутое термоизоляционное кольцо 10 выполнено из неферромагнитного термоизоляционного материала, возможно из пластика, и плотно вставлено между ярмом 6 и корпусом 1. Кроме того, между упомянутым биметаллическим диском 7 и упомянутой приводной иглой 5 вставлена термоизоляционная втулка 11, при этом упомянутая втулка 11 расположена с возможностью перемещения на упомянутой приводной игле 5 и направляется вместе с ней, причем ее перемещение ограничивается, с одной стороны, утолщенной областью 5' на приводной игле 5, а с другой стороны, упомянутым биметаллическим диском 7.

Якорь 2, по меньшей мере, на той своей стороне, которая обращена к закрытому концевому участку 1'' корпуса 1, снабжен расположенным по центру сквозным аксиальным проходом 2', а на своей противоположной стороне, обращенной в сторону ярма 6, расположенной по центру полостью 2'', при этом упомянутый проход 2' в якоре 2 выполнен с возможностью приема термоизоляционной направляющей 9, которая в данном случае выполнена из пластика и введена между якорем 2 и корпусом 1, в то время как упомянутая полость 2'' выполнена с возможностью приема участка упомянутой пружины 3, обращенного к якорю 2, но не того участка пружины 3, который обращен в сторону ярма 6.

С механической и электрической точки зрения такой термомагнитный привод согласно изобретению работает аналогично известному приводу, раскрытому в документах ЕР 2545576 В1 и ЕР 2837014 В1. Однако благодаря по существу измененной концепции якоря 2, который теперь снабжен упомянутым проходом 2' и полостью 2'', а также благодаря введению упомянутой термоизоляционной направляющей 9, упомянутого термоизоляционного кольца 10 и упомянутой термоизоляционной втулки 11 привод согласно изобретению отличается существенно лучшим переносом тепла от источника, т.е. катушки 4, к упомянутому биметаллическому диску 7. А именно, когда в упомянутой катушке 4 возникает электрический ток, в катушке 4 вырабатывается тепловая энергия, часть которой передается окружающему воздуху, а часть разделяется на парциальные тепловые потоки j₂, проходящий через корпус 1, и j₁, а затем j_1a, проходящий через биметаллический диск 7, и j_1b, проходящий через упомянутую приводную иглу 5. Следовательно, по существу исключается нежелательный нагрев других компонентов привода, в частности ярма 6, якоря 2 и находящейся между ними пружины 3, так что на упомянутый биметаллический диск 7 быстро подается поток тепла, необходимый для достижения такой температуры, которая требуется для изменения формы биметаллического диска 7, что затем приводит к перемещению упомянутой приводной иглы 5 в направлении из корпуса 1 к прерывающему узлу выключателя, в который встроен упомянутый привод. Благодаря такой концепции скорость реакции аварийного электрического выключателя согласно изобретению можно существенно повысить, поскольку задержку по времени до размыкания электрической цепи, проходящей через выключатель, по сравнению с решениями предшествующего уровня техники можно существенно уменьшить.

Изобретение относится к аварийному электрическому выключателю, содержащему термомагнитный привод. Устройство содержит ярмо (6), которое по всей своей окружности разнесено от внутренней поверхности корпуса (1) и окружено термоизоляционным кольцом (10), которое непрерывно по всей своей окружности и, с одной стороны, покоится на внутренней поверхности упомянутого корпуса (1), а с другой стороны, на упомянутом ярме (6). Якорь (2), по меньшей мере, на той своей стороне, которая обращена к закрытому концевому участку упомянутого корпуса (1), снабжен расположенным по центру сквозным аксиальным проходом, а на своей противоположной стороне, обращенной к упомянутому ярму (6), расположенной по центру полостью, при этом упомянутый проход в якоре (2) выполнен с возможностью приема термоизоляционной направляющей (9), введенной между якорем (2) и корпусом (1), в то время как упомянутая полость выполнена с возможностью приема участка упомянутой пружины (3), обращенного к якорю (2), но не того участка пружины (3), который обращен в сторону ярма (6). Кроме того, между биметаллическим диском (7) и приводной иглой (5) вставлена термоизоляционная втулка (11). Техническим результатом является повышение скорости реакции термомагнитного привода в аварийном электрическом выключателе. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Термомагнитный привод для использования в аварийном электрическом выключателе, выполненный с возможностью установки в корпусе аварийного электрического выключателя с соответствующим прерывающим узлом и содержащий трубчатый корпус (1), который закрыт на одном своем концевом участке (1’’) и расширен на своём открытом концевом участке (1'), при этом в области упомянутого открытого концевого участка (1') выполнен с возможностью приёма крышки (8), при этом в упомянутый корпус (1) введена приводная игла (5), которая расположена по центру и способна возвратно-поступательно перемещаться вдоль упомянутого корпуса (1) и которая в области упомянутой крышки (8) дополнительно выступает за пределы упомянутого корпуса (1) в направлении имеющегося прерывающего механизма, который служит для замыкания или размыкания электрической цепи, проходящей через упомянутый выключатель, при этом упомянутая игла (5) расположена на расстоянии от закрытого концевого участка (1’’) упомянутого корпуса (1), при этом в упомянутый корпус (1) введены неподвижное ярмо (6) и способный перемещаться якорь (2), так что упомянутое ярмо (6) расположено рядом с упомянутым расширенным открытым концевым участком (1’) корпуса (1), а игла (5) проходит через него с возможностью ранее упомянутого возвратно-поступательного перемещения, при этом якорь (2) расположен в области упомянутого закрытого концевого участка (1’’) корпуса (1) рядом с упомянутой иглой (5) и выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в упомянутом корпусе (1) в сторону ярма (6) или от него, при этом в упомянутом корпусе (1) между упомянутым ярмом (6) и упомянутым якорем (2) также расположена пружина (3) сжатия, предназначенная для отжатия якоря (2) от ярма (6), при этом в упомянутый корпус (1) дополнительно введён биметаллический диск (7), через который проходит упомянутая приводная игла (5) и посредством упомянутого биметаллического диска (7) способна аксиально перемещаться в направлении упомянутого прерывающего узла выключателя, при этом вокруг упомянутого корпуса (1) навита электромагнитная катушка (4), которая выполнена с возможностью электрического подсоединения к любой электрической цепи, проходящей через упомянутый аварийный электрический выключатель, в который встроен упомянутый термомагнитный привод, отличающийся тем, что упомянутое ярмо (6) по всей своей окружности разнесено от внутренней поверхности корпуса (1) и окружено термоизоляционным кольцом (10), которое непрерывно по всей своей окружности и, с одной стороны, покоится на внутренней поверхности корпуса (1), а с другой стороны, на упомянутом ярме (6), а также тем, что якорь (2), по меньшей мере, на той своей стороне, которая обращена к закрытому концевому участку (1’’) корпуса (1), снабжён расположенным по центру сквозным аксиальным проходом (2'), а на своей противоположной стороне, обращённой в сторону ярма (6), расположенной по центру полостью (2''), при этом упомянутый проход (2') в якоре (2) выполнен с возможностью приёма термоизоляционной направляющей (9), введённой между якорем (2) и корпусом (1), в то время как упомянутая полость (2'') выполнена с возможностью приёма участка упомянутой пружины (3), обращенного к якорю (2), но не того участка пружины (3), который обращен в сторону ярма (6), а также тем, что между упомянутым биметаллическим диском (7) и упомянутой приводной иглой (5) вставлена термоизоляционная втулка (11).

2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что упомянутая термоизоляционная втулка (11) расположена с возможностью перемещения на упомянутой приводной игле (5) и направляется вместе с ней, причем её перемещение ограничивается, с одной стороны, утолщенной областью (5') на приводной игле (5), а с другой стороны, упомянутым биметаллическим диском (7).

3. Привод по п. 1 или 2, отличающийся тем, что упомянутая термоизоляционная направляющая (9) якоря (2) состоит из изолирующего материала, который не является ферромагнитным.

4. Привод по п. 3, отличающийся тем, что упомянутая термоизоляционная направляющая (9) якоря (2) состоит из пластика.

5. Привод по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что термоизоляционное кольцо (10), состоящее из неферромагнитного термоизоляционного материала, плотно вставлено между ярмом (6) и корпусом (1).

6. Привод по п. 5, отличающийся тем, что упомянутое термоизоляционное кольцо (10), плотно вставленное между ярмом (6) и корпусом (1), состоит из пластика.

7. Привод по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что термоизоляционная втулка (11), вставленная между биметаллическим диском (7) и приводной иглой (5), состоит из неферромагнитного термоизоляционного материала.

8. Привод по п. 7, отличающийся тем, что термоизоляционная втулка (11), вставленная между биметаллическим диском (7) и приводной иглой (5), состоит из пластика.