Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_10690
.pdf
для преодоления инерции и трения в контактном механизме. Одним из примеров является термостатический
выключатель, в котором переменное натяжение биметаллической полосы на якорь уравновешивается
постоянным натяжением магнита на тот же якорь. При определенном значении натяжения биметаллической
полосы якорь находится в положении неустойчивого равновесия, и очень небольшое увеличение этого
натяжения вызывает Якорь перемещается в новое положение, и при этом размыкаются контакты. Вторым
примером такого типа выключателя является быстродействующий цилиндрический выключатель, в котором
переменным фактором является сравнительно плавное перемещение рычага выключателя, осуществляемое
вручную, и в котором механизм устроен таким образом, что контактный несущий элемент достигает
положения неустойчивого равновесия против натяжения пружины, когда рычаг выключателя достигает
определенного положения. Недостатком этого типа выключателя является то, что значение переменного
фактора, при котором подвижный элемент становится неустойчивым, зависит от трения и адгезии контактов,
так что точка срабатывания становится неопределенной.
Особенностью настоящего изобретения является создание нового и усовершенствованного переключателя,
срабатывание которого осуществляется перемещением элемента из положения 60 неустойчивого равновесия
в положение устойчивого равновесия, при этом нагрузка, создаваемая контактами, не воздействует на
перемещающийся элемент до тех пор, пока он не выйдет из положения неустойчивого равновесия. Таким
образом, точка срабатывания переключателя не зависит от изменений нагрузки, создаваемой контактами.
Еще одной особенностью изобретения является наличие переключателя вышеупомянутого типа 70, в котором
контакты расположены таким образом, чтобы оказывать очищающее действие, благодаря чему
минимизируется разрушение контактов из-за искрения, и благодаря чему происходит очистка и сглаживание
контактных поверхностей 75; еще одна особенность изобретения относится к устройству переключающего
механизма, в котором энергия, доступная для работы контактов, накапливается в виде 80 механической
энергии в движущейся массе, и эта энергия затем быстро передается подвижному контактному элементу или
элементам за счет внезапного удара движущейся массы.
Таким образом, происходит разделение или сближение контактов с высокой скоростью, что сводит к
минимуму повреждение контактных поверхностей.
Еще одна особенность изобретения связана с наличием переключателя, в котором достигаются два
положения неустойчивого равновесия, оба из которых позволяют высвобождать относительно большое
количество механической энергии при движении указанного элемента, благодаря чему можно добиться
быстрого замыкания и размыкания контактов. Это достигается за счет того, что подвижный элемент замыкает
или почти замыкает магнитную цепь как в рабочем, так и в нерабочем положениях.
Эти и другие особенности будут описаны далее и представлены на прилагаемых чертежах, которые
охватывают один конкретный вариант осуществления изобретения. На фиг. 1 показан вид спереди
переключателя.
n E Sep V'7 C 17 F 17 " ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Дата подачи заявки: 22 июля 1933 г. № 20674/33.
Полная спецификация слева: 21 июля 1934 г.
Полная спецификация принята: 22 января 1935 г.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ Усовершенствования в электрических выключателях мгновенного
действия I, " _1 f ": I 423,241 На рис. 2 показано поперечное сечение через центральную линию рис. I.
На рис. 3 представлена схема, иллюстрирующая принцип работы.
Рассматривая первые рисунки 1 и 2, постоянный магнит 1 снабжен двумя полюсными наконечниками 2. Якорь,
состоящий из двух элементов из мягкого железа 3, зажатых по обе стороны биметаллической полоски 4,
перемещается между двумя полюсными наконечниками 2. В отверстии якоря свободно расположен штифт 8,
снабженный двумя упорами 9. Этот штифт управляет контактами 6, которые соединены с помощью
металлической пластины 11 на рычаге 5. Рычаг 5 шарнирно закреплен в точке 10, так что контакты замкнуты,
когда якорь находится в верхнем положении, и разомкнуты, когда якорь находится в нижнем положении, как
показано на чертежах. Следует отметить, что якорь не касается верхнего упора 9 до тех пор, пока не покинет
нижние полюсные наконечники и не переместится на достаточное расстояние, чтобы набрать достаточный
импульс для преодоления трения и инерции контактов 11-6 и рычага 5. Аналогично, когда переключатель
размыкает контакты, якорь не касается нижнего упора 9 до тех пор, пока не переместится на некоторое
расстояние от верхнего положения. наконечники полюсов.
Теперь обратимся к рисунку 3. На оси ординат показана сила, действующая на якорь, а на оси абсцисс —
положение якоря.
Якорь контактирует с верхним наконечником Толя в положении 14 и с нижним полюсным наконечником в
положении 13. Положительные значения ординат указывают на силу, стремящуюся замкнуть контакты. Кривая
15 показывает силу, действующую на якорь со стороны магнита. Кривая 16 показывает силу, действующую на
якорь со стороны биметаллической полоски. Наклон этой кривой можно изменять, изменяя упругость полоски
или добавляя отдельную пружинную нагрузку. Эта кривая перемещается вверх и вниз в соответствии с
температурой полоски и в показанном положении представляет температуру, при которой контакты
размыкаются, т.е. расстояние 14-19 равно расстоянию 14-18.
50) На кривой 17 показана результирующая сила, действующая на якорь. В положении неустойчивого
равновесия, представленном точкой 14, эта сила равна нулю, и трение контактов задерживает работу на
неопределенный срок или до тех пор, пока не повысится температура биметаллической полоски. Однако при
показанной схеме переключателя трение контактов не возникает до достижения положения, например, 20. В
этом положении доступная сила становится значительной, и якорь теперь быстро движется благодаря
накоплению энергии, представленному областью 14-20. Она воздействует на упор 9 на рис.
1
& 2 wvitl достаточной скорости, чтобы вызвать быстрое разрыв контакта сравнительно лёгкого рычага 5.
Следует отметить, что момент переключения зависит только от силы, создаваемой биметаллической полосой,
и не зависит от контактного механизма.
Накопленная в якоре кинетическая энергия достаточна для преодоления небольшой противодействующей
силы, возникающей в области точки 1, и якорь затем остается на нижних полюсных наконечниках в положении
7-5 до тех пор, пока кривая 1 (C) не изменит свое положение на величину, немного превышающую расстояние
13-22.
Станет ясно, что при соответствующем проектировании характеристик биметаллической полоски 80
количество высвобождаемой энергии, представленное суммарной площадью между 17 и нулевой линией,
может изменяться в зависимости от типа используемых контактов, но чем больше эта площадь, тем больше
изменение положения кривой (т. е.
Чем больше изменение температуры данной биметаллической полоски, тем сильнее эффект, необходимый
для работы в обратном направлении. Эти температурные пределы регулируются путем изменения положения
точек 19 и 23, что очень легко сделать, изменяя воздушные зазоры, создаваемые прокладками 7 на рис. 1 и 2,
изменяя силу магнита или внося другие изменения в схему магнитной цепи.
Становится ясно, что для любого заданного расстояния контакта, контактного трения и инерции существует
оптимальный наклон кривой 16, обеспечивающий минимальные температурные пределы. При 100° этот
наклон кривой 17 максимально пологий, что соответствует обеспечению достаточной энергии для
перемещения якоря через мертвую точку.
Станет ясно, что переключатель может использоваться для любых целей, где требуется контроль
температуры (105%), или для мигания вывески.
Например, локальный нагреватель будет вращаться вокруг биметаллической полоски, управляемой
контактами.
Использование быстро движущихся контактных щеток позволяет контролировать большие токи без
повреждений.
Дата: 21 июля 1933 года.
ТОМАС УИЛСОН ПАЙПЕР.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Усовершенствования в электрических выключателях мгновенного действия. Я, Т. Хор xs Уилсон ПИ Эй Р. из
Хилла, Редборн, Сент-Олбанс, британский, подробно описан и установлен в и посредством. В связи с этим, я
настоящим заявляю о характере следующего утверждения: данное изобретение и то, каким образом оно
осуществляется. Данное изобретение относится к электрическим выключателям мгновенного действия. 120
423,241
Целью изобретения является создание нового и усовершенствованного переключателя, в котором подвижный
элемент расположен либо в фиксированном рабочем положении, либо в фиксированном восстановленном
положении и быстро перемещается из одного положения в другое в соответствии с колебаниями медленно
изменяющегося параметра. В переключателях такого типа, таких как, например, переключатели, управляемые
биметаллической полосой, положение или натяжение которой постепенно изменяется в соответствии с
температурой полосы, обычно определяют точку, в которой переключатель открывается и закрывается,
уравновешивая переменный фактор со стандартом, и обеспечивают, чтобы, когда значение переменного
фактора становится приблизительно равным значению стандарта, подвижный элемент достигает положения
неустойчивого равновесия. Перемещение этого элемента из положения неустойчивого равновесия в
положение устойчивого равновесия используется для управления контактами переключателя.
Высвобождаемая энергия используется для преодоления инерции и трения в контактном механизме.
Примером этого является термостатический переключатель, в котором переменное натяжение
биметаллической полосы на якорь уравновешивается постоянным натяжением магнита на тот же якорь.
При определенном значении силы натяжения биметаллической полоски якорь находится в положении
неустойчивого равновесия, и очень небольшое увеличение этой силы натяжения приводит к перемещению
якоря в новое положение и, таким образом, к разрыву контактов. Недостатком этого типа переключателя
является то, что значение коэффициента переменной силы, при котором подвижный элемент становится
неустойчивым, зависит от трения и адгезии контактов, поэтому точка срабатывания становится
неопределенной.
Настоящее изобретение преодолевает эти трудности за счет создания выключателя указанного типа, в
котором нагрузка, создаваемая контактами, не воздействует на подвижный элемент до тех пор, пока он не
выйдет из положения неустойчивого равновесия. Таким образом, значение коэффициента изменения, с
которым работает выключатель, не зависит от изменений нагрузки, создаваемой контактами.
Данная конструкция может быть адаптирована, как описано ниже, для обеспечения использования мощных и
надежных контактов, поскольку энергия, доступная для работы контактов, сначала запасается в виде
механической энергии в движущейся массе якоря, а затем эта энергия быстро передается подвижному
контактному элементу или элементам за счет внезапного удара движущейся массы. Таким образом,
преодолевается статическое трение, даже при контактах с высоким давлением, а контакты разъединяются
или сближаются с высокой скоростью, что минимизирует повреждение контактных поверхностей.
Эти и другие особенности будут описаны далее, а также на 70 чертежах, прилагаемых к предварительному
описанию, которые охватывают один конкретный вариант осуществления изобретения.
На рис. 1 показан вид переключателя спереди.
На рис. 2 показано поперечное сечение через центральную линию рис. 1.
На рис. 3 представлена схема, иллюстрирующая принцип работы.
Рассматривая первые рисунки 1 и 2, постоянный магнит 1 снабжен двумя полюсными наконечниками 2. Якорь,
состоящий из двух элементов из мягкого железа 3, зажатых по обе стороны биметаллической полоски 4,
перемещается между двумя полюсными наконечниками 2. В отверстии якоря свободно расположен штифт 85
8, снабженный двумя упорами 9. Этот штифт управляет контактами 6, которые соединены с помощью
металлической пластины 11 на рычаге 5. Рычаг 5 шарнирно закреплен в точке 10, так что контакты замкнуты
90, когда якорь находится в верхнем положении, и разомкнуты, когда якорь находится в нижнем положении,
как показано на чертежах. Металлическая пластина 11 выступает вверх по обеим сторонам рычага 5, так что
между поверхностями 6 и 11 происходит достаточное 95 перемещение или трение. Следует отметить, что
якорь не ударяется о верхний упор 9, пока не покинет нижние полюсные наконечники и не переместится на
достаточное расстояние 100. чтобы набрать достаточный импульс для преодоления трения и инерции
контактов 11-6 и рычага 5. Аналогично, когда выключатель размыкает контакты, якорь не ударяется о нижний
упор 105 9 до тех пор, пока не переместится на некоторое расстояние от верхних полюсных наконечников.
Теперь обратимся к рисунку 3. На оси ординат показана сила, действующая на якорь, а на оси абсцисс —
положение якоря 110. Якорь контактирует с верхним полюсным наконечником в положении 14 и с нижним
полюсным наконечником в положении 13. Положительные значения на оси ординат указывают на силу,
стремящуюся замкнуть контакты. Кривая 15 показывает силу 115, действующую на якорь со стороны магнита.
Кривая 16 показывает силу, действующую на якорь со стороны биметаллической полоски. Наклон этой кривой
можно изменять, изменяя упругость полоски или добавляя 120 отдельную пружинную нагрузку. Эта кривая
перемещается вверх и вниз в соответствии с температурой полоски и в показанном положении представляет
температуру, при которой контакты размыкаются, т.е. расстояние 125 14-19 равно расстоянию 14-18.
Кривая 17 показывает результирующую силу, действующую на якорь. В положении неустойчивого равновесия,
представленном точкой 14, эта сила равна нулю, а трение контактов 130 423 S 1 привело бы к задержке
работы на неопределенный срок или до повышения температуры биметаллической полоски. Однако при
показанной схеме переключателя трение контактов не возникает до достижения положения, например, 20. В
этом положении доступная сила значительна, и якорь теперь быстро движется благодаря накоплению
энергии, представленному областью 14-2022. Она воздействует на упор 9 на рис.
1 & 2, с достаточной скоростью, чтобы сравнительно легкий рычаг 5 быстро разорвал контакт. Следует
отметить, что точка переключения зависит только от силы, создаваемой биметаллической полосой, и не
зависит от контактного механизма.
Накопленная в якоре кинетическая энергия достаточна для преодоления небольшой противодействующей
силы, возникающей в области точки 21, и якорь затем остается на нижних полюсных наконечниках до тех пор,
пока кривая 16 не изменит свое положение на величину, немного превышающую расстояние 13-22.
Становится ясно, что путем соответствующего проектирования характеристик биметаллической полоски
количество высвобождаемой энергии, представленное суммарной площадью между 17 и нулевой линией,
может варьироваться в зависимости от типа используемых контактов, но чем больше эта площадь, тем
больше изменение положения кривой 16-(т.е.
Чем больше изменение температуры данной биметаллической полоски, тем сильнее эффект, необходимый
для работы в обратном направлении. Эти температурные пределы регулируются путем изменения положения
точек 19 и 23, что очень легко сделать, изменяя воздушные зазоры, создаваемые прокладками 7 на рис. 1 и 2,
изменяя силу магнита или внося другие изменения в магнитную цепь.
Становится очевидным, что для любого заданного расстояния контакта, контактного трения и инерции
существует оптимальный наклон кривой 16, обеспечивающий минимальные температурные пределы. При
этом наклоне кривая 17 является максимально пологой, что соответствует обеспечению достаточной энергии
для перемещения якоря через мертвую точку.
Станет ясно, что переключатель может использоваться для любых целей, где требуется контроль
температуры, или для мигания вывесок, например, с локальным нагревателем, намотанным на
биметаллическую полоску, управляемым самими контактами.
Использование быстро перемещающихся контактных пластин позволяет контролировать большие токи без
повреждений.
Подробно описав и определив природу моего изобретения и способ его осуществления, я заявляю, что то, что
я утверждаю, представляет собой: 1. Электрический выключатель, в котором якорь удерживается магнитно в
каждом из двух положений, любое из которых может быть временно переведено в положение неустойчивого
равновесия под действием 70 рабочей или восстанавливающей силы, характеризующийся тем, что нагрузка,
создаваемая контактами, не прикладывается к якорю до тех пор, пока не будет выведено из положения
неустойчивого равновесия; 2. Электрический выключатель, в котором якорь удерживается магнитно в каждом
из двух положений, характеризующийся тем, что якорь управляет контактами выключателя посредством
устройства торможения, расположенного таким образом, что движение якоря начинается до начала движения
подвижного контакта или элемента, управляющего контактами.
3
Электрический выключатель, как указано в пункте 85, п. 1 или 2, характеризуется тем, что указанная нагрузка
не подается до тех пор, пока якорь не достигнет такой точки, в которой воздействие нагрузки будет
недостаточным для установления нового положения равновесия 90°.
4
Электрический выключатель по п. 1, 2 или 3, в котором для перемещения контактов или управления
контактами 95 доступно лишь ограниченное количество энергии, характеризуется тем, что указанный
выключатель сконструирован таким образом, что доступная энергия запасается в виде механической энергии
в движущейся массе, которая затем быстро передается на подвижный контакт 100 или управляющий
контактом элемент за счет внезапного удара указанной массы о указанный элемент или элементы.
Электрический выключатель по п. 4, характеризующийся тем, что указанный подвижный контакт или элемент
управления контактом 105 имеет инерцию, малую по сравнению с инерцией указанной подвижной массы,
благодаря чему достигается быстрое перемещение.
6
Электрический выключатель, как указано в любом из 110 предыдущих пунктов, характеризуется тем, что
указанный якорь замыкает или почти замыкает магнитную цепь как в рабочем, так и в нерабочем положениях.
7
Электрический переключатель мгновенного действия, как указано в п. 6, в котором якорь входит в зацепление
с подвижным контактом или элементом, управляющим контактом, и перемещает его после того, как часть его
перемещения выполнена в каждом направлении. Электрический переключатель мгновенного действия, как
указано в п. 7, в котором подвижный контакт или элемент, управляющий контактом, соединен с якорем
стержнем, свободно проходящим через якорь и несущим зацепляющие элементы, расположенные на
расстоянии меньшем, чем перемещение якоря, которые контактируют с одним из указанных зацепляющих
элементов и перемещают его в одном направлении перемещения, а другой 130 429,u 41 зацепляющий
элемент — в обратном направлении перемещения.
9
Электрический выключатель, по существу соответствующий описанию и изображению на чертежах,
прилагаемых к предварительной технической спецификации.
Составлено 20 июля 1934 года.
ТОМАС УИЛСОН ПАЙПЕР.
Лимингтон-Спа: Напечатано для Канцелярии Его Величества типографией Courier Press в 1935 году.
Соседние файлы в папке патенты