БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ МЕХАНИЗМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ
FAST SWITCHING MECHANISM

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к низковольтному электрическому устройству, в частности, к быстродействующему механизму переключения для автоматического выключателя.
Предшествующий уровень техники, как правило, автоматические выключатели для защиты двигателей и пусковые устройства двигателей с уровнем тока свыше 25 А управляются посредством рукоятки. При работе рукоятку поворачивают вперед для замыкания (переключения) и поворачивают в обратном направлении для размыкания (отключения). Как правило, в таких механизмах используется быстрое отключение, т.к. в процессе отключения возникает большая электрическая дуга. Однако быстрого замыкания во многих механизмах нет, в результате чего образуемая при замыкании большая дуга может приводить к выгоранию и повреждению контактов, что может уменьшать срок службы изделий.
Большинство современных механизмов имеет конструкцию с «медленным замыканием и быстрым отключением», т.е. имеют очень низкую скорость переключения в процессе замыкания. Медленное переключение приводит к образованию очень большой электрической дуги. По данным, полученным посредством высокоскоростной фотосъемки, в конструкции с «медленным замыканием и быстрым отключением» для выполнения процесса переключения требуется промежуток времени от нескольких сотен миллисекунд до одной секунды, при этом столь длительный интервал может приводить к образованию большой дуги, достаточной для повреждения механизма.
Раскрытие изобретения
Перед настоящим изобретением стоит задача создания быстродействующего механизма переключения, который способен сокращать длительность процесса замыкания до нескольких миллисекунд.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается быстродействующий механизм переключения, установленный на боковой пластине автоматического выключателя и содержащий вал вращения и выталкивающий штифт, при этом выталкивающий штифт посредством вала вращения установлен на боковой пластине с возможностью вращения и выходит за боковую пластину, причем выталкивающий штифт включает первый участок и второй участок, при этом первый участок соединен с рукояткой посредством стержня, а второй участок расположен над нажимной пластиной.
Первый участок выталкивающего штифта может включать продольную стержневую часть и поперечную верхнюю часть, при этом вал вращения установлен на стержневой части, которая выходит за боковую пластину и соединяется со вторым участком выталкивающего штифта, а в поперечной верхней части предусмотрен направляющий желобок, причем на стержне имеется выступ, который входит в направляющий желобок, при этом при соприкосновении выступа с концом направляющего желобка происходит вращение выталкивающего штифта.
На втором участке выталкивающего штифта может содержаться длинный упор, который надавливает на нажимную пластину для предотвращения ее смещения вверх, и при вращении стержня выталкивающий штифт начинает вращаться в направлении, обратном направлению вращения стержня, в результате чего нажимная пластина отходит от длинного упора и смещается вверх.
Второй участок выталкивающего штифта может иметь форму "".
На второй части выталкивающего штифта может содержаться горизонтальный участок и короткий упор, при этом длинный упор и короткий упор соединены друг с другом посредством горизонтального участка, причем короткий упор соединен со стержневой частью первого участка выталкивающего штифта.
Первый участок выталкивающего штифта может быть расположен на внутренней стороне боковой пластины, а второй участок выталкивающего штифта может быть расположен на внешней стороне боковой пластины.
Быстродействующий механизм переключения, согласно настоящему изобретению, имеет дополнительный выталкивающий штифт на основе традиционных конструкций. Нажимная пластина может надавливать на подвижный контакт на начальном этапе процесса замыкания, в результате чего подвижный контакт не будет смещаться на начальном этапе процесса замыкания. Механическая энергия, получаемая в процессе замыкания, хранится в пружине для накопления энергии. На более позднем этапе процесса замыкания выталкивающий штифт отпускает нажимную пластину, нажимная пластина и подвижный контакт приобретают большую начальную скорость, благодаря силе упругости пружины для накопления энергии, и выполняют замыкание (переключение) довольно быстро. Длительность выполнения замыкания сокращается до 2-3 мс.
Краткое описание чертежей
Для более полного понимания и наглядной демонстрации характеристик и преимуществ настоящего изобретения ниже приводится подробное описание осуществления настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых изображено:
- на Фиг. 1a и 1б изображена конструкция автоматического выключателя из предшествующего уровня техники без быстродействующего механизма переключения;
- на Фиг. 2а и 2б изображена конструкция быстродействующего механизма переключения в соответствии с настоящим изобретением;
- на Фиг. 3 изображен режим движения быстродействующего механизма переключения в соответствии с настоящим изобретением;
- на Фиг. 4а и 4б изображены положения выталкивающего штифта в состоянии замыкания и состоянии размыкания в соответствии с настоящим изобретением;
- на Фиг. 5а и 5б изображены состояние замыкания и состояние возврата в исходное положение быстродействующего механизма переключения в соответствии с настоящим изобретением.
Лучший вариант осуществления изобретения
На Фиг. 1а и 1б изображена конструкция автоматического выключателя из предшествующего уровня техники без быстродействующего механизма переключения. На Фиг. 1а изображена конструкция автоматического выключателя, вид спереди. На Фиг. 1б приведено пространственное изображение конструкции автоматического выключателя. Автоматический выключатель содержит толкающий стержень 100, нажимную пластину 102, статический контакт 104 и подвижный контакт 106. В автоматическом выключателе из предшествующего уровня техники в процессе замыкания тянут толкающий стержень 100, который поднимает нажимную пластину, при этом вместе с нажимной пластиной 102 поднимается подвижный контакт 106, осуществляя замыкание. Толкающий стержень 100 тянут вручную, что занимает в среднем 0,5-1 с и более. По данным, полученным посредством высокоскоростной фотосъемки, процесс закрытия в автоматическом выключателе из предшествующего уровня техники занимает не менее 300 мс, в среднем около 1 с. Это означает, что в процессе замыкания между статическим контактом и подвижным контактом в течение 1 с имеется электрическая дуга, что крайне неблагоприятно влияет на систему контактов.
Базовый принцип работы быстродействующего механизма переключения по настоящему изобретению заключается в следующем: на начальном этапе процесса замыкания подвижный контакт не сдвигается, что позволяет избежать образования электрической дуги, при этом в это время механизм накопления энергии сохраняет выделяемую энергию. На более позднем этапе процесса замыкания накопление энергии завершается, подвижный контакт отпускается и получает ускорение за счет сохраненной энергии, в результате чего подвижный контакт приобретает большую начальную скорость и может выполнять действие замыкания довольно быстро.
На Фиг. 2а и 2б показана конструкция быстродействующего механизма переключения в соответствии с настоящим изобретением. Как видно из Фиг. 2а и 2б, быстродействующий механизм переключения устанавливается на боковой пластине 108 автоматического выключателя. Быстродействующий механизм переключения содержит вал 202 вращения и выталкивающий штифт 204. Выталкивающий штифт 204 посредством вала 202 вращения установлен на боковой пластине 108 с возможностью вращения. Выталкивающий штифт 204 выходит за боковую пластину 108 и содержит первый участок 240 и второй участок 242, при этом первый участок 240 расположен на внутренней стороне боковой пластины 108, а второй участок 242 расположен на внешней стороне боковой пластины 108. Первый участок 240 соединен с рукояткой 304 посредством стержня 300 (см. Фиг. 5а и 5б), а второй участок 242 расположен над нажимной пластиной 102 (см. Фиг. 3, 4а и 4б).
На Фиг. 2а изображены внешняя сторона боковой пластины 108 и второй участок 242 выталкивающего штифта 204. На Фиг. 2б показаны внутренняя сторона боковой пластины 108 и первый участок 240 выталкивающего штифта 204. Как видно из Фиг. 2а и 2б, первый участок 240 выталкивающего штифта включает продольную стержневую часть 241 и поперечную верхнюю часть 243. Вал 202 вращения установлен на стыке стержневой части 241 и верхней части 243. Стержневая часть 241 выходит за боковую пластину 108 и соединяется со вторым участком 242 выталкивающего штифта. В верхней части 243 имеется направляющий желобок 245. Как видно из Фиг. 5а и 5б, стержень 300 соединяется с рукояткой 304. На стержне 300 имеется выступ 302. Выступ 302 входит в направляющий желобок 245. На направляющем желобке 245 с обоих концов имеются две торцевые грани, которые предотвращают выскальзывание выступа 302 из направляющего желобка 245. Когда выступ 302 соприкасается с торцами (торцевыми гранями) направляющего желобка 245, выталкивающий штифт 204 начинает вращаться. Как видно из Фиг. 5а и 5б, при выполнении замыкания выступ 302 соприкасается с правой торцевой гранью направляющего желобка 245, и выталкивающий штифт 204 приводится во вращение по часовой стрелке (как показано на Фиг. 5а). При выполнении размыкания выступ 302 соприкасается с левой торцевой гранью направляющего желобка 245, и выталкивающий штифт 204 приводится во вращение против часовой стрелки (как показано на Фиг. 5б). Второй участок 242 выталкивающего штифта образует форму "" и включает горизонтальный участок 246, длинный упор 247 и короткий упор 248. Длинный упор 247 соединяется с коротким упором 248 посредством горизонтального участка 246. Длинный упор 247 надавливает на нажимную пластину 102 (см. Фиг. 3, 4а и 4б) для предотвращения ее смещения вверх. В результате вращения стержня 300 выталкивающий штифт 204 начинает вращаться в направлении, обратном направлению вращения стержня 300 (например, если стержень 300 вращается по часовой стрелке, то выталкивающий штифт 204 будет вращаться против часовой стрелки), в результате чего нажимная пластина 102 отходит от длинного упора 247 и смещается вверх. Короткий упор 248 соединяется со стержневой частью 241 на первом участке 240 выталкивающего штифта.
Как видно из Фиг. 3, 4а, 4б, 5а и 5б, принцип работы быстродействующего механизма переключения заключается в следующем.
Как показано на Фиг. 5а, в процессе замыкания поворачивается рукоятка 304, которая приводит в движение стержень 300. Выступ 302 входит в направляющий желобок 245 слева направо (направление указано на Фиг. 5а). Начальный этап процесса замыкания - это период времени до соприкосновения выступа 302 с правой торцевой гранью направляющего желобка 245. На начальном этапе выталкиватель 204 остается неподвижным, т.к. стержень 300 не оказывает никакого воздействия на выталкиватель 204. Длинный упор 247 на втором участке 242 выталкивающего штифта 204 давит на нажимную пластину 102. Нажимная пластина 102 и подвижный контакт остаются неподвижными, при этом пружина для накопления энергии сохраняет образующуюся энергию. Более поздний этап процесса замыкания - это период времени после соприкосновения выступа 302 с правой торцевой гранью направляющего желобка 245. Стержень 300 посредством выступа 302 толкает выталкивающий штифт 204, который начинает вращаться по часовой стрелке. Длинный упор 247 на втором участке 242 выталкивающего штифта 204 отходит от нажимной пластины 102, и она высвобождается. Благодаря энергии, сохраненной в пружине для накопления энергии, нажимная пластина и подвижный контакт приобретают большую начальную скорость, что позволяет им осуществлять процесс замыкания весьма быстро. На Фиг. 3 изображен вид снаружи на процесс замыкания. На Фиг. 4б показано состояние нажимной пластины 102 и длинного упора 247 на втором участке 242 выталкивающего штифта 204 в процессе замыкания.
В процессе размыкания поворачивается рукоятка 304, которая приводит в движение стержень 300. Выступ 302 входит в направляющий желобок 245 справа налево (направление указано на Фиг. 5б). После того, как выступ 302 соприкасается с левой торцевой гранью направляющего желобка 245, стержень 300 давит на выталкиватель 204, приводя его во вращение против часовой стрелки посредством выступа 302, а длинный упор 247 на втором участке 242 выталкивающего штифта 204 смещается в положение над нажимной пластиной 102 и надавливает на нее. Затем нажимная пластина 102 прижимается к подвижному контакту для осуществления размыкания. На Фиг. 4а показано состояние нажимной пластины 102 и длинного упора 247 на втором участке 242 выталкивающего штифта 204 в процессе размыкания.
Быстродействующий механизм переключения согласно настоящему изобретению имеет дополнительный выталкивающий штифт на основе традиционных конструкций, и нажимная пластина может надавливать на подвижный контакт на начальном этапе процесса замыкания, в результате чего подвижный контакт не будет смещаться на начальном этапе процесса замыкания. Механическая энергия, получаемая в процессе замыкания, хранится в пружине для накопления энергии. На более позднем этапе процесса замыкания выталкивающий штифт отпускает нажимную пластину, нажимная пластина и подвижный контакт приобретают большую начальную скорость благодаря силе упругости пружины для накопления энергии и выполняют замыкание довольно быстро. Длительность выполнения замыкания сокращается до 2-3 мс.
Вышеуказанный вариант осуществления изобретения предлагается для того, чтобы специалисты могли реализовывать или использовать данное изобретение, при этом специалистами могут выполняться различные модификации и изменения в пределах сущности и объема изобретения, таким образом, объем правовой охраны изобретения не ограничивается указанными вариантами осуществления, напротив, он должен соответствовать максимальному объему инновационных признаков, описанных в формуле изобретения.