ТЕРМОРЕЛЕ

ТЕРМОРЕЛЕ


RU (11) 2248059 (13) C2

(51) 7 H01H37/38, G05D23/02 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2005.03.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2003111582/09 
(22) Дата подачи заявки: 2003.04.21 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.04.21 
(45) Опубликовано: 2005.03.10 
(56) Аналоги изобретения: RU 2130666 C1, 20.05.1999. RU 2011238 С1, 15.04.1994. RU 2040819 C1, 25.07.1995. US 4356478 A, 26.10.1982. US 5061914 A, 29.10.1991. 
(72) Имя изобретателя: Хусаинов М.А. (RU); Волнянская О.Ю. (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого (RU) 
(98) Адрес для переписки: 173003, г.Великий Новгород, ул. Б. Санкт-Петербургская, 41, НовГУ, Отдел интеллектуальной собственности 

(54) ТЕРМОРЕЛЕ

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/R 2=1/3, прикреплен к корпусу, а другой конец подкреплен регулировочной стойкой, установленной в корпусе с возможностью перемещения. 2 ил.






ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


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 fM , 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 =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 r 1 и R2, при определенной степени подкрепления свободного конца термоэлемента (). 

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 hi 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 (Ан) термочувствительный элемент 9, предварительно сдеформированный в мартенсите на заданную величину fM i с подкрепленным свободным концом (hi/H 0) 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 (Мн) 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 R 1 и R2 и степенью подкрепления свободного конца элемента hi/H0.

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




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


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.