JP3849387B2

JP3849387B2 - サーマルプロテクタ

Info

Publication number: JP3849387B2
Application number: JP2000040075A
Authority: JP
Inventors: 岳男辻
Original assignee: Ubukata Industries Co Ltd
Current assignee: Ubukata Industries Co Ltd
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2020-02-17
Also published as: JP2001229795A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は密閉形電動圧縮機に使用される電動機、特に三相用電動機を焼損から保護するのに適したインターナルサーマルプロテクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の三相用サーマルプロテクタはアスペクト比がほぼ１に近くその1方向の長さは巻線端部の幅よりも大きいために、密閉形電動圧縮機の電動機巻線上に取り付けるのが困難であった。これは従来のサーマルプロテクタにおいては直接バイメタル等の熱応動板に通電して過電流時などにはその発熱量の増加によってバイメタルを駆動しており、三相電源の各相に対して反応時間のバランスをとるためにバイメタルをほぼ円形に近い形とするとともに接点等を正三角形となるように配置して各相の電路を対称にしていたためである。
【０００３】
そこで本出願人は特開平１０−２１８０８などにおいて、従来のものよりもアスペクト比が細長い形状のサーマルプロテクタを提案している。このサーマルプロテクタは熱応動板及び各相に設けられたヒーターに通電し、その電流による発熱で熱応動板を加熱する構造としたことにより、熱応動板には電気抵抗の低いものを使用し、熱応動板のアスペクト比が細長であって電路のバランスに偏りがあってもこのヒーターによって各相の通電による熱応動板への加熱量のバランスをとるようにしたものである。その結果、プロテクタ全体の形状も細長くして電動機巻線上に取り付けやすくすることができた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電動機に取付けられたサーマルプロテクタは、周囲の温度が異常に上昇した時はもちろん、例えば電動機の回転が何らかの原因で拘束されて通常の運転電流より大きな拘束電流が流れた場合にもその電流を検知して電動機巻線が焼損する前に電路を遮断して保護する必要がある。これらのサーマルプロテクタは通常の運転電流では動作しないが、拘束電流のように過大な電流が連続して通電されると内部の電路で生じた発熱により動作して端子間の電路を遮断する。
【０００５】
その一方でこれらの過電流の原因が一時的な高負荷状態でありその要因を取り除くことにより運転可能な状態となる場合を考慮して、サーマルプロテクタは再閉路可能にされている。特に密閉形電動圧縮機の密閉容器内に取り付けられる場合には、プロテクタ内部温度が所定の温度にまで低下すると自動で再閉路するようにされている。
【０００６】
この様に自動復帰するサーマルプロテクタにおいては、電動機の継続的な拘束状態が発生した時には、この電動機への主電源が遮断されない限り動作と復帰を繰り返すことになる。直熱型のサーマルプロテクタにおいては熱応動板自体が直接電流により加熱される構造であることから過電流に対して熱応動板の反応速度、つまりサーマルプロテクタとしての動作速度が速くなるが、サーマルプロテクタとしてはその大部分の熱を発生するのが熱応動板と局部的であるために、サーマルプロテクタが動作して通電が遮断されると内部の加熱されていない低温な部位に熱応動板の熱が奪われて復帰時間も短くなる。
【０００７】
この様に復帰時間が短いと過電流により上昇した電動機巻線の温度は電流遮断中に充分低下せず、サーマルプロテクタが動作と復帰を繰り返すうちに徐々に電動機巻線の到達温度は高くなり、最終的には焼損にいたる可能性がある。またサーマルプロテクタの耐久寿命は実質的に動作回数で決まるので、サーマルプロテクタの耐久寿命を延ばすためには作動サイクルを長くして時間あたりの動作回数を減らすことが有効である。特に電動機巻線温度の上昇を抑える為にはサーマルプロテクタの動作時間（通電時間）は長くせず復帰時間（遮断時間）のみを長くするべきである。しかしながら従来の直熱型のものにおいては通電によって熱応動板は即時に加熱されるが周囲の部品が加熱される速度は熱応動板ほどには早くないので、熱応動板の熱はこれらの低温である周辺部品に奪われるのも早く、作動サイクルを長くすること、特にその復帰時間のみを長くすることは難しく、それに伴ない動作回数を減らす事は困難であった。
【０００８】
また前述した特開平１０−２１８０８のサーマルプロテクタにおいては、熱応動板に抵抗値の低いものを使用してヒーターにより熱応動板を加熱する構造としているので、熱応動板の周囲の部品も熱応動板と共に加熱されるので従来のものと比較して熱応動板からの熱は逃げにくくなる。しかし熱応動板を明らかに電路に直列に接続しているために熱応動板が周囲より高温になりやすい構造であることには変りはなく、まだ対策としては不充分である。さらに熱応動板の材質としてバイメタルとかトリメタルなどを使用した場合、適切な湾曲定数とか使用温度範囲のものを選定すると、その固有抵抗値を自由に選定できるとは限らず、所望の電流値での使用が可能なサーマルプロテクタが必ずしも得られないという不都合も生ずる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１のサーマルプロテクタは、金属製ハウジングと蓋板で容器を構成し、この蓋板は金属板を有し、この金属板には貫通孔が穿たれ２本の導電端子ピンがそれぞれ金属板とは電気的に絶縁されながら挿通固定されており、各々の導電端子ピンの前記気密容器内部側先端には固定接点が接続固定されており、前記ハウジングの内面には充分な剛性を有する金属製の基板が導電的に固定され、この基板は中央部に固着部を有すると共に両端近傍に後述の熱応動板の両端を保持する支持部を有し、基板の固着部には金属製の環状の弾性板が固定され、この弾性板はその環状部の内側に前記基板の支持部が収容されており、この弾性板の可動部には発熱部材が固着され、この発熱部材には２個の可動接点が前記固定接点と対向して開閉動作可能な位置関係に配置されるとともに発熱部材のほぼ中央に熱応動板が連結され、この熱応動板は浅い皿状に成型され所定の温度で湾曲方向を急跳反転するように設定されたものであり、さらに熱応動板の両端部は前記基板の支持部によって上下移動を規制され、通常は熱応動板がその中央部で発熱部材を介して可動接点を固定接点に押しつけて接触状態としており、熱応動板が所定の温度以上になるとその反転方向を変える事により可動接点は発熱部材と共に固定接点から引き離される様に構成されていることを特徴としている。
【００１０】
上記手段によれば熱応動板を電路に直列に配置せず発熱部材によって過熱される構造としたことにより、サーマルプロテクタに過電流が流れると発熱部材は熱応動板と同時に周囲の部品も同様に加熱する。そのためサーマルプロテクタが動作したときに熱応動板の熱が周囲の部品に奪われ難くなるので復帰時間、つまり電路が遮断されている時間が延び、時間あたりの動作回数が減ってサーマルプロテクタの動作寿命を延ばすことができる。さらに熱応動板を電路から外すことにより熱応動板の形状の自由度が増すので、その結果、サーマルプロテクタの容器全体の形状をアスペクト比の大きい電動機巻線に取り付け易い形状とすることができる。
【００１１】
請求項２のサーマルプロテクタは、請求項１のものにおいて熱応動板が発熱部材及び基板の少なくとも一方と電気絶縁されていることを特徴としている。
【００１２】
上記手段によれば、熱応動板に流れるバイパス電流を完全に遮断することにより、発熱部材に抵抗値の高いものを使用した場合や特に大きな電流が通電される場合においても熱応動板はそのバイパス電流により自己発熱することは無く、確実に所期の性能を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。図１は本発明のサーマルプロテクタの縦断面図を、また図２はサーマルプロテクタの外観斜視図を、さらに図３乃至６には部品を説明するための分解斜視図を、そして図７には図１に示したサーマルプロテクタの動作時の縦断面図を示す。
【００１４】
このサーマルプロテクタ１は金属製の長ドーム型ハウジング２とこのハウジングの開口端部にリングプロジェクション溶接などの方法で金属板に導電端子ピンを具えた蓋板３を固着することにより、耐圧力性能の高い気密容器が構成されている。
【００１５】
蓋板３は前記ハウジング２の開口部と対応する形状の金属板４に２箇所の貫通孔４Ａを穿ち、各々の貫通孔に挿通されガラスなどの電気絶縁性充填材４Ｂで気密に絶縁固定された導電端子ピン５Ａ、５Ｂで構成されている。また金属板４の周縁部にはハウジング２との溶接時の熱的なバランスをとるために厚みを薄くしたフランジ４Ｃが設けられている。
【００１６】
気密ハウジングの中には接点機構が納められている。ハウジング２の中央突起２Ａの内面には金属性の基板６がその固着部６Ａのプロジェクションにより溶接固定されている。この基板６は他の可動部材と比較して充分に厚くして強度を持たせてあり、後述する可動部材を取り付ける事により熱応動スイッチの駆動ユニット部を構成している。基板６のほぼ中央部で下方に突出した固着部６Ｂのプロジェクションには弾性板７が固定されると共に、基板６の長手方向両端近傍即ち基板の左右には後述する熱応動板１０を保持する切り欠き部分を有する支持部６Ｃが設けられている。
【００１７】
この基板６に固定される弾性板７には導電性を良くして通電による発熱を抑えると同時に充分な弾性を得るために鉄−銅−鉄クラッド材が使用されるのが好ましい。弾性板７が環状にされているのはその固定部と動作部の間の限られた空間内でしなやかな動きを得やすくすると同時に、バネとなる部分を固定部から並列に設けることにより捩れなどの不具合を回避するためである。また長手方向部分のそれぞれに段部７Ａが設けられているのは、サーマルプロテクタ全体の形状を細長くするために、幅方向の寸法増加を抑えながら効率のよい部品配置にするためである。弾性板７は固定部７Ｂにおいて、図４に示すように前記基板６の固着部６Ｂに溶接される。
【００１８】
弾性板７の固定部７Ｂに対向する可動部７Ｃには図５に示すように、板状の発熱部材であるヒーター８が溶接などの方法で固定される。このヒーター８としては例えば板状の鉄−クロム合金などの抵抗材が使用されるが、その材質や寸法などはサーマルプロテクタとしての特性を満足する抵抗値となる様に適宜選択される。ヒーター８には左右対称に２本のスリット８Ａが設けられ、このそれぞれのスリット８Ａの内側部分８Ｂには共に一方の面に可動接点９Ａ、９Ｂが固着される。ヒーター８の中央には前記弾性板７との溶接部８Ｃが設けられている。スリット８Ａの数や形状はこの溶接部８Ｃと各接点との間、及び各接点間のそれぞれの抵抗値がほぼ揃う様にしてヒーター８からの熱応動板１０に対する熱交換関係が各電路において実質的に同一になるように設計される。またヒーター８のほぼ中央には、上端が若干細い段部を有する連結子１１Ａが固着されている。
【００１９】
熱応動板１０はバイメタルやトリメタル等を浅い皿状に絞り成型した部分を有することにより所定の温度で急跳反転動作及び復帰動作を行うものである。その中央には貫通孔１０Ａが穿たれており、この貫通孔の直径は前記連結子１１Ａの太い部分の直径より小さく、且つ先端の若干細い部分の直径より大きくされている。この熱応動板１０は図６に示すように弾性板７及び基板６の間に挿通配置される。熱応動板１０には貫通孔１０Ａに連結子１１Ａの先端を挿通し、その連結子先端に熱応動板の貫通孔１０Ａよりも直径の大きい連結板１１Ｂを固着することにより熱応動板１０はヒーター８に連結される。ここで連結子１１Ａの先端段部の高さは熱応動板１０の厚みよりも若干余裕を持っており、これにより熱応動板は連結子と連結板で固定される事無く遊嵌状態で連結される。
【００２０】
また熱応動板１０はその短辺側のほぼ中央の境界部１０Ｂで長辺方向の寸法を変えている。熱応動板１０の組付け時にはこの寸法の狭い側が基板６の左右両端に設けられた支持部６Ｃの切り欠き部分に挿入されて、両端部の上下方向の動作が規定される。ただし、支持部の切り欠きの高さは熱応動板１０の板厚に比して熱応動板の反転動作を拘束しない若干の余裕を有している。さらに左右の支持部６Ｃ間の寸法は熱応動板の長手方向最長の寸法よりも狭いため、連結子１１Ａと連結板１１Ｂとで連結保持されている熱応動板１０が連結子を中心に回転しようとしても、熱応動板の左右両端に位置する境界部１０Ｂが支持部６Ｃに当接するのでその回転は防止される。またこの時、熱応動板１０は弾性板７とほぼ平行に配置されるが、段部７Ａを通して一方は弾性板７の上に、他方は弾性板の下に位置することになる。
【００２１】
こうして基板６上に駆動部ユニット１２がまとめられることにより、基板６の固着部６Ａをハウジング２の中央突起２Ａの内面に溶接などにより固着する事で駆動部ユニット全体がハウジング２に装着固定される。
【００２２】
蓋板３には導電端子ピン５Ａ、５Ｂの端部に固定接点１３Ａ、１３Ｂがそれぞれ金属製の固定接点支持体１４Ａ、１４Ｂを介して固定されている。この固定接点１３Ａ、１３Ｂは各々前述の可動接点９Ａ、９Ｂと接触または開離する位置に配置され、また蓋板３の金属板４と各々の固定接点支持体１４Ａ、１４Ｂとの間には、それぞれセラミックスなどの絶縁板１５が挟持されている。この絶縁板１５は固定接点支持体によって弾性的に挟まれて固定されており、各固定接点支持体と金属板との電気絶縁性能を上げると共に、可動接点からの圧力を受けても固定接点の位置が変わらない様にすることができる。
【００２３】
ハウジング２と蓋板３のそれぞれに部品を装着した後に、前述した様にハウジング２の開口端部に蓋板３の周縁に設けられたフランジ４Ｃを固着することにより気密容器を構成し、可動接点９Ａ、９Ｂと固定接点１３Ａ、１３Ｂとがそれぞれ開閉可能なサーマルプロテクタ１が構成される。さらにこのように気密容器を構成した後にハウジング２の中央突起２Ａを外側から押圧して僅かに変形させることにより、中央突起２Ａに固着された基板６及び弾性板７及び熱応動板１０を介してヒーター８に固着された可動接点９Ａ、９Ｂと固定接点１３Ａ、１３Ｂの接触圧力を調整し、熱応動板の動作特性を微調整することができる。
【００２４】
次にこのサーマルプロテクタ１の動作について図１及び図７を参照しながら説明する。所定の動作温度以下の状態においては、皿状に絞り成型された熱応動板１０は図示下向きに凸となる如く湾曲している。この状態において、熱応動板１０の両端部は基板６の支持部６Ｃ切り欠き上側に当接し、連結子１１Ａを介してヒーター８を図示下方に押し下げ、このヒーター８に固着された可動接点９Ａ及び９Ｂを固定接点１３Ａ、１３Ｂに接触させている。
【００２５】
この状態において、サーマルプロテクタ１内の電路としては、金属板４とそれぞれの導電端子ピン５Ａまたは５Ｂとの間の電路、つまり金属板４−ハウジング２−基板６−弾性板７−ヒーター８−可動接点９Ａ（９Ｂ）−固定接点１３Ａ（１３Ｂ）−固定接点支持体１４Ａ（１４Ｂ）−導電端子ピン５Ａ（５Ｂ）と、両導電端子ピン間の電路、つまり導電端子ピン５Ａ−固定接点支持体１４Ａ−固定接点１３Ａ−可動接点９Ａ−ヒーター８−可動接点９Ｂ−固定接点１３Ｂ−固定接点支持体１４Ｂ−導電端子ピン５Ｂの合計３電路が構成されている。
【００２６】
このサーマルプロテクタ１は三相電動圧縮機の保護に使用される場合には所謂Ｙ結線三相電動機巻線の中性点に接続される。またその取付位置は適宜選択できるが、本発明の場合はその形状が従来のものと比較して細長いので、電動機巻線上に配置しやすくなっている。
【００２７】
通電電流の増加に伴なうヒーター８の発熱量の増加や周囲の温度上昇により熱応動板１０が所定の動作温度に達して反転すると、熱応動板は基板の支持部６Ｃに支えられた両端を支点にして湾曲方向を図示上方に変化する。この時、熱応動板１０は連結子１１Ａと連結板１１Ｂで連結されたヒーター８を引き上げ、ヒーター８に固着された可動接点９Ａ、９Ｂは固定接点１３Ａ、１３Ｂから開離されて前述の電路は全て開放される。
【００２８】
本発明によれば基本的に熱応動板１０は電動機に流れる電流の通路とならないために熱応動板を駆動するための熱は発熱部材であるヒーター８など周囲の部品から与えられるものとなる。そのため明らかに熱応動板よりも発熱部材の方が高温になると共に周囲の部品もまた熱応動板と同様に発熱部材によって加熱されるので、熱応動板が過熱されて動作すると熱応動板の熱は周囲に逃げ難く、従来の直熱型のものと比較して復帰時間を充分に長くすることができる。その結果、作動サイクルは長くなり、時間あたりの動作回数を減らすことができ、電動機が拘束状態となったときなどの動作寿命を確実に延ばすことができる。
【００２９】
また本発明においては発熱部材を独立して設けることにより、バイメタルなどの熱応動板と異なり種々広範囲な材料から最適な抵抗値を有するものを選定することができる。さらに熱応動板は従来の直熱型のものにおいては各電路の抵抗値を揃える必要がありその形状が制限されるが、本発明においては有効な急跳反転動作を得るために絞り成型用のある程度一様な平面部分を有していればよいのでその形状の自由度が増す。また発熱部材は剛性が充分に得られるのであれば適切な発熱量及び発熱の分布に必要な形状とすることが可能である。よって保護すべき電動機などの対象機器の特性や取付位置の形状に合わせたサーマルプロテクタを得ることがより容易になる。
【００３０】
なお、上述の実施例では基板６の支持部６Ｃから連結子１１Ａを介してヒーター８に至る部分で熱応動板１０に電流がバイパスする構造となっているが、熱応動板１０と支持部６Ｃ及び連結子１１Ａまたは連結板１１Ｂとの間には全て接触抵抗が存在するために溶接などで固着した部分に比べてその抵抗値は比較的高くなり、バイパス電流による影響は少ない。また特に発熱部材の抵抗値を高くすることにより電流がバイパスする比率が比較的高くなる場合や、電動機の拘束電流が大きい場合などには、必要ならば連結子と熱応動板との接触部分や基板６の支持部６Ｃにセラミックスのような電気絶縁性材料を使用して金属同士が接触しないようにすることにより、このバイパス電流を実質的になくすこともできる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のサーマルプロテクタによれば、熱応動板と発熱部材を別回路にした事により、例えば拘束電流などの過電流が流れた際に発熱部材からの熱は熱応動板を加熱すると同時に周囲の各部品も加熱するので、サーマルプロテクタ全体の温度が従来のものよりも高くなる。そのため何らかの原因でこのサーマルプロテクタが動作した場合には従来のものよりも熱応動板の熱は周囲に奪われ難くなり、その結果として非通電状態である復帰時間が長くなり、その間に電動機の温度をより下げる事ができる。
【００３２】
さらに電動機の電流に対する保護特性を従来のものとそろえて動作時間をほぼ同等にすると、電動機の拘束状態が継続してサーマルプロテクタのオン−オフが繰り返される場合には、従来のものよりもその通電時間と非通電時間の比が大きくなる。これにより電流遮断による電動機巻線温度の低下時間が長くなり、その結果何らかの原因で拘束状態が続いた時にも電動機巻線温度を比較的低い値で平衡させて焼損を防止することができる。また上記の如く作動サイクル中の非通電時間が長くなることにより作動サイクルが長くなり、拘束状態が続いた時の合計動作回数が減少するので、サーマルプロテクタとしての寿命日数は長くなる。
【００３３】
また熱応動板は電路に直列に設置されず電流による発熱に寄与しないので、三相電動機に使用される場合であっても必ずしも円形や正三角形を意識する必要は無く、比較的アスペクト比の大きい熱応動板を使用することによりサーマルプロテクタの容器全体も細長い形状とすることができ、電動機の巻線上に取りつけるのにより適した形状のサーマルプロテクタを得ることができる。
【００３４】
また本発明によれば電動機巻線への電流を熱応動板に直接通電せず発熱部材で熱応動板を加熱する所謂傍熱型としたことにより、従来の所謂直熱型のものと比較して、電源電圧の変動とそれに伴なう拘束時等の電流値の変動に対する動作時間の変動の敏感さは従来のものよりも大幅に抑えられる。よって使用される環境下での電力事情などによる電圧変動に対しても安定した特性を広い電圧範囲で有するサーマルプロテクタの製造が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサーマルサーマルプロテクタの縦断面図
【図２】図１のサーマルプロテクタの外観斜視図
【図３】図１のサーマルプロテクタの部品を説明するための分解斜視図
【図４】図１のサーマルプロテクタの部品を説明するための分解斜視図
【図５】図１のサーマルプロテクタの部品を説明するための分解斜視図
【図６】図１のサーマルプロテクタの部品を説明するための分解斜視図
【図７】図１に示したサーマルプロテクタの動作時の縦断面図
【符号の説明】
１：サーマルプロテクタ
２：ハウジング
３：蓋板
４：金属板
５Ａ、５Ｂ：導電端子ピン
６：基板
６Ｃ：支持部
７：弾性板
８：発熱部材（ヒーター）
９Ａ、９Ｂ：可動接点
１０：熱応動板
１１Ａ：連結子
１３Ａ、１３Ｂ：固定接点
１４Ａ、１４Ｂ：固定接点支持体

Claims

金属製ハウジングと蓋板で容器を構成し、
この蓋板は金属板を有し、
この金属板には貫通孔が穿たれ２本の導電端子ピンがそれぞれ金属板とは電気的に絶縁されながら挿通固定されており、
各々の導電端子ピンの前記気密容器内部側先端には固定接点が接続固定されており、
前記ハウジングの内面には充分な剛性を有する金属製の基板が導電的に固定され、
この基板は中央部に固着部を有すると共に両端近傍に後述の熱応動板の両端を保持する支持部を有し、
基板の固着部には金属製の環状の弾性板が固定され、
この弾性板はその環状部の内側に前記基板の支持部が収容されており、
この弾性板の可動部には発熱部材が固着され、
この発熱部材には２個の可動接点が前記固定接点と対向して開閉動作可能な位置関係に配置されるとともに発熱部材のほぼ中央に熱応動板が連結され、
この熱応動板は浅い皿状に成型され所定の温度で湾曲方向を急跳反転するように設定されたものであり、
さらに熱応動板の両端部は前記基板の支持部によって上下移動を規制され、
通常は熱応動板がその中央部で発熱部材を介して可動接点を固定接点に押しつけて接触状態としており、熱応動板が所定の温度以上になるとその反転方向を変える事により可動接点は発熱部材と共に固定接点から引き離される様に構成されていることを特徴とするサーマルプロテクタ。
熱応動板が発熱部材または基板の少なくとも一方と電気絶縁されていることを特徴とする請求項１に記載のサーマルプロテクタ。