KR101085308B1 - 전기 장치용 프로텍터 - Google Patents

Abstract

Y-접속형 3상 전기 모터에 특히 유용한 프로텍터(10)는 제1 단자 핀 및 제2 단자 핀(14)이 장착되는 헤더(12)를 구비하고, 이들 단자 핀에는 고정 전기 접점(16b)과 함께 L형 핀 히터(16)가 장착되어 있다. 대략 U형상의 히터 및 지지 부재(18)의 2개의 다리 단부(leg end)는 단자 핀들의 중간에서 헤더에 용접되어 있고, 스냅 작용식 온도 조절 디스크(20a)가 용접 슬러그를 통하여 히터 및 지지 부재의 중앙부에 용접된다. 제1 및 제2 가동 전기 접점(20b)은, 온도 조절 디스크가 그 디스크의 온도에 따라 하나의 접시형 구조에서 반대의 접시형 구조로 스냅핑될 때에 각각의 고정 접점과 결합되거나 결합 해제되게 이동하도록 위치 결정된 온도 조절 디스크의 하면에 장착되어 있다. 커버(24)는 헤더에 밀봉식으로 부착되어 있고, 용접 슬러그와 정렬되어 있는 힘 작용 위치부를 갖고, 상기 위치부는 용접 슬러그에 대하여 눌려서 온도 조절 디스크의 작동 온도를 조절할 수 있다.

Description

전기 장치용 프로텍터{PROTECTOR FOR ELECTRICAL APPARATUS}

도 1은 본 발명에 따라 제조된 프로텍터의 구성 요소를 어느 정도 단순화하여 보여주는 분해 사시도이고,

도 2는 설명의 편의를 위하여 커버가 제거된 상태로 도시된, 본 발명에 따라 제조된 프로텍터의 상세 부분의 사시도이고,

도 3은 도 2의 구조의 전방 정면도이고,

도 4는 도 2의 구조의 우측 단부 정면도이고,

도 5는 도 2의 구조의 상측 평면도이고,

도 6은 도 2의 프로텍터의 중앙 히터의 확대 전방 정면도이고,

도 7은 도 2의 프로텍터의 디스크 조립체의 확대 전방 정면도이고,

도 8 및 도 9는 도 2의 프로텍터와 함께 사용되는 커버의 축소 평면도 및 전방 정면도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 프로텍터

12 : 헤더 플레이트

14 : 단자 핀

14b : 고정 전기 접점

18 : 중앙 히터

20 : 스위치 조립체

20c : 용접 슬러그

본 발명은 온도 반응성 스위치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하면 과온(over-temperature) 조건으로부터 다상 모터 등을 보호하는 밀봉형 전기 스위치에 관한 것이다.

통상의 회로 작동 모드에서는 각각의 고정 접점과 결합 상태로 있는 접점 폐쇄 위치로부터 디스크가 하나의 접시형 구조에서 반대의 접시형 구조로 스냅 작용하는 소정의 상승된 온도 조건의 발생 시에 고정 접점과 분리 상태로 있는 접점 개방 위치로 이동하도록 되어 있는 전기 접점이 장착된 스냅 작용식 온도 조절 디스크를 이용하여 프로텍터를 모터의 권선과 열 전도 관계로 배치함으로써 다상 모터를 보호하는 것은 공지되어 있다.

미국 특허 제4,866,408호에는 한 쌍의 단자 핀이 헤더 플레이트의 유리 비드를 통과하고 있는 프로텍터가 도시 및 설명되어 있다. 각각의 단자 핀은 헤더 플레이트로부터 더 멀어지게 연장되는 각각의 긴 스트립 히터의 단부에 장착되고, 각각의 스트립 히터의 자유단에는 각각의 고정 접점이 장착된다. 단자 핀들의 사이에서 헤더 플레이트에 부착된 경질의 지지 부재가 헤더 플레이트로부터 연장되고, 헤더 플레이트를 향하여 연장되지만 그 플레이트에는 못미치는 제3 히터가 장착된다. 스냅 작용식 온도 조절 디스크는 제3 히터의 자유단에 장착된 캔틸레버이며, 디스크는 제3 히터의 위에서 뒤로 연장되고, 고정 접점과 결합 및 결합 해제되게 이동하도록 되어 있는 2개의 가동 전기 접점이 장착되어 있다. 스위치는 나사의 조정에 의해 교정되어, 필요에 따라 고정 접점의 수직 위치를 변경시킨다. 교정 이후에, 커버 부재가 스위치 기구 위에 배치되고, 밀봉식으로 헤더 플레이트에 부착된다.

전술한 스위치는 광범위하게 사용되고, 저렴하며 매우 효과적이지만, 신뢰성이 있고 더욱 저렴한 보다 소형의 스위치를 제공할 필요가 있다.

본 발명의 목적은, 다상 모터, 예컨대 스크롤 압축기에 사용되는 것과 같은 3상 모터에 사용하기에 특히 유용하며, 신뢰성이 있고 저렴하게 제조되며 전술한 종래 기술의 모터 프로텍터보다 소형인 프로텍터를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, Y-접속형 권선을 갖는 3상 모터에 사용하기에 특히 유용하며, 종래의 프로텍터보다 소형이며, 열 질량이 감소됨에도 불구하고 궁극의 작동 조건을 위한 최적의 오프 타임을 갖는 모터 프로텍터를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 헤더의 단자 핀이 장착되는 유리를 보호하기 위해 종래 기술에서 공통적으로 사용되는 별도의 아크 차폐용 세라믹 부재를 필요로 하지 않으면서 헤더에 대한 프로텍터의 높이와 관련하여 낮은 프로파일을 갖는 모터 프로텍터를 제공하는 것이다.

간단하게 요약하면, 본 발명의 모터 프로텍터는 헤더 플레이트를 관통하여 형성된 보어에서 유리 비드를 통하여 연장되며 서로 간격을 두고 있는 제1 단자 핀 및 제2 단자 핀을 갖는 헤더 플레이트를 포함한다. 대략 L 형상을 갖는 비교적 경질의 히터 플레이트는 각각의 단자 핀에 용접되고, 헤더 플레이트의 표면 위로 충분한 간격을 두고 있는 자유단에 고정 전기 접점이 마련되어 있어서 세라믹 아크 실드 등에 대한 필요성을 제거한다. 대향하는 다리가 중앙 만곡부로부터 연장되는 대략 U 형상의 중앙 히터는 다리의 자유단이 2개의 단자 핀의 사이에서 헤더 플레이트에 용접되어 있다. 스냅 작용식 온도 조절 디스크는 중앙 히터의 만곡부에 용접되는 용접 슬러그의 일부가 디스크의 중앙에 형성된 개구를 통하여 연장되며, 제1 가동 전기 접점 및 제2 가동 전기 접점이 고정 접점과 대략 정렬되게 디스크의 하면에 장착되고, 디스크가 소정의 온도 조건에서 하나의 접시형 구조로부터 반대의 접시형 구조로 변경될 때에 각각의 고정 접점과 결합 및 결합 해제되도록 이동하게 되어 있다. 접시 형상 커버가 스위치 기구의 위에 수용되고, 그 커버의 둘레를 따라 스위치 기구에 용접되어 밀봉형 스위치 엔클로저를 형성한다. 장치는 용접 슬러그와 정렬되는 단일의 힘 작용 위치부에서 커버를 변형시킴으로써 교정된다. 바람직하게는, 전기 절연재의 조각(piece)이 커버와 용접 슬러그 사이에 마련되어, 전류는 커버를 포함한 듀얼 경로를 통해서가 아닌 헤더 플레이트로부터 중앙 히터를 통하여 지향된다. 절연재는 디스크로부터, 주로 중앙 히터를 통하여 헤더 플레이트에 이르는 경로로의 열 방출을 제한함으로써 오프 시간을 연장시키는 것을 돕는다.

본 발명에 따라 제조된 프로텍터의 다른 목적, 이점 및 상세한 사항은 첨부 도면을 참고로 하는 본 발명의 바람직한 실시예의 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.

도 1을 참고하면, Y-접속형 3상 전기 모터와 함께 사용하기에 특히 적합한 프로텍터(10)가 어느 정도 단순화된 형태로 도시되어 있으며, 상기 프로텍터는 헤더 플레이트(12)를 구비하고, 이 헤더 플레이트에서 간격을 두고 마련되어 있는 각각의 보어에는 유리 재료(14b)를 통하여 연장되는 제1 단자 핀 및 제2 단자 핀(14)이 장착되어 있다. 각 단자 핀의 자유단(14a)은 헤더 플레이트의 대략 평탄한 표면(12a)으로부터 소정의 간격을 두고 있다. 임의의 적절한 히터 재료로 형성되는 대략 L형상의 비교적 경질의 히터(16)는 하나의 다리(16a)가 용접 등에 의해 각 단자 핀(14)의 원통형 외면에 적절하게 접속되어 있고, 헤더 플레이트의 표면(12a)에 대략 평행한 평면에 놓이도록 배치된 제2 다리(16c)에 고정 전기 접점(16b)이 장착되어 있다.

제3의 히터, 즉 중앙 히터(18)는 만곡부 또는 중앙부(18b)와 함께 대향 다리(18a)가 형성되어 있는 대략 U형상이다. 각 다리(18a)의 자유단에 형성된 발(18c)은 단자 핀(14)의 중간에서 헤더 플레이트의 표면(12a)에 용접되어 있고, 중앙 히터는 만곡부가 헤더 플레이트에 대한 히터의 용접 절차를 용이하게 하도록 헤더 플레이트의 종축(2)에 대해 경사진 라인을 따라 연장되도록 정향되어 있다.

스위치 조립체(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 가동 전기 접점 및 제2 가동 전기 접점(20b)이 하면에 장착되어 있는 스냅 작용식 온도 조절 디스크(20a)를 포함하고, 상기 가동 전기 접점은 고정 접점(16b)의 간격과 일치하도록 서로 간격을 두고 있다. 이하에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 도 2에 도시된 바와 같은 용접 슬러그(20c)는 디스크(20a)의 중앙에 부착되어 있으며, 가동 접점(20b)이 각각의 고정 접점(16b)과 정렬된 상태로 온도 조절 디스크를 중앙 히터(18)의 만곡부(18b)에 부착하는 데 사용된다.

캡톤(Kapton) 테이프(22)와 같은 전기 절연체의 부분(piece)을 이하에 설명하는 목적을 위하여 용접 슬러그(20c)의 상면에 부착하는 것이 바람직하며, 그 후에 커버의 전체 둘레 에지(24a)를 따라 헤더 플레이트에 커버를 용접하는 것 등에 의해 접시형 커버(24)가 헤더 플레이트(12)에 밀봉식으로 부착된다. 커버(24)의 상부벽을 누름으로써 교정이 실행되고, 온도 조절 디스크(20a)에 운동이 전달되어 디스크가 편향되어 소정의 작동 온도를 얻는다.

도 2 내지 도 7을 참고로 하면, 헤더 플레이트(12)는 약간 비대칭으로 도시되어 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 좌하측 코너(12b)는 인덱스 구조(indexing configuration)를 제공하도록 다른 코너보다 작은 반경을 갖는다. 바람직하게는, 외부 구조는 도 1에 도시된 바와 같이 대칭으로 형성될 수 있다. 단자 핀(14)은 도 1, 도 2 및 도 5에 잘 도시된 바와 같이 유리 재료(14b)에 의해 헤더 플레이트(12)로부터 전기적으로 절연된 상태로 유지되어 있다. 중앙 히터(18)의 발(18c)에는 도 6에 잘 도시된 바와 같이 용접 돌출부(18d)가 마련되어 있다.

디스크(20a)는 대략 원형 구조를 갖고, 외측으로 연장되는 제1 및 제2 대향 귀부(20f)가 형성되어 있으며, 가동 접점이 상기 귀부에서 적어도 부분적으로 디스크에 부착되어 있다. 디스크의 중앙에는 개구가 마련되어 있으며, 이 개구를 통하여 허브 부분(20d)과 중앙 히터의 용접 돌출부(20e)가 연장된다(도 7 참조). 허브 부분(20d)은 적절한 수직 간격을 제공하여, 디스크 자체와 중앙 히터 사이에 간격을 제공하면서 접시형의 스냅 작용식 디스크의 중앙을 중앙 히터(18)에 장착하도록 디스크의 접시 형상을 조정한다. 디스크는 도 5에 점선(20g)으로 도시된 바와 같이 중앙에 배치된 개구의 둘레에서 용접 슬러그(20c)의 하면에 용접되어 있다. 통상의 작업 중에, 디스크(20a)는 가동 접점이 대응 고정 접점(16b)과 결합되는 상태(도시 생략)에서 상방을 향하여 약간 볼록한 구조를 갖지만, 디스크(20a)의 온도가 I²R 가열 및 주변 가열로 인하여 제1의 소정 작동 온도로 증가하면, 디스크는 상방을 향하여 약간 오목한 구조로 스냅되어, 접점(20b)을 도 3 및 도 4에 잘 도시된 바와 같이 고정 접점(16a)과 결합 해제되게 이동시킨다. 그 후 디스크가 상기 제1의 작동 온도보다 낮은 제2의 소정 리셋 온도로 냉각되면, 디스크는 접점이 결합되는 상태로 상방을 향하여 볼록한 접시형 구조로 스냅 복귀한다.

디스크 조립체(20)를 중앙 히터(18)에 용접하면 효율적으로 제어된 히트 싱크(heat sink)가 발생되고, 이 히트 싱크에서 통상의 작업 중의 I²R 가열에 의해 발생된 열은 디스크로부터 중앙 히터와 커버(24)를 통하여 헤더 플레이트(12)로 하향 전달되며, 이하에 설명하는 교정 절차가 후속된다. 전술한 바와 같이, 오프 또는 리셋 시간을 연장시키기 위하여, 절연 테이프(22)의 조각이 용접 슬러그(20c)의 상부에 위치될 수 있으므로, 전류는 커버(24)를 포함하는 듀얼 경로가 아닌 헤더 플 레이트(12)로부터 중앙 히터(18)를 통과하는 단일의 경로로 한정된다.

바람직하게는, 커버(24)의 중앙에는 장치를 교정할 때에 사용하도록 용접 슬러그(20c)와 정렬되는 하향 연장되는 힘 작용 돌출부(24b)가 형성되어 있다. 하향 돌출하는 오목부(24c)는 디스크(20a)의 귀부(20f)의 최외측과 정렬되어 있고, 접점 해제 방향으로 디스크의 이동을 제한하는 역할을 한다.

간략하게 설명한 바와 같이, L형 구조의 핀 히터(16)의 배치로 인하여 고정 접점과 유리 재료(14b) 사이에 충분한 공간을 제공할 수 있으므로, 세라믹 아크 실드(shield)를 채용할 필요가 없으며, 이로써 그러한 실드를 구비한 종래의 프로텍터의 통상적 문제를 제거할 수 있다. 즉, 세라믹 아크 실드를 구비한 프로텍터의 공통적인 고장 모드(failure mode)는, 스위치 챔버 내에 세라믹 칩이 느슨하게 존재함으로 인하여 잘못 취급을 할 때에 발생되는 세라믹 실드의 균열이다.

전기 접점과 L형 핀 히터(16)는 Y-접속형 모터의 2상을 위한 전류 경로로서 기능하고, 3상을 위한 전류 경로는 헤더 플레이트(12) 및 디스크(20a)에 용접된 중앙 히터(18)에 의해 제공된다. 또한, 디스크와 중앙 히터(18), 중앙 히터와 헤더의 용접 접속으로 인하여, 최적의 히트 싱크 구조가 제공된다. 중앙 히터(18)는 히터와 디스크가 유사한 온도로 동작하는 통상의 작업 중에는 디스크(20a)를 가열하는 역할을 하지만, 디스크가 보다 높은 온도에 도달하면, 열이 디스크로부터 중앙 히터를 통하여 비교적 큰 열 질량을 갖는 헤더 플레이트로 전달된다. 예컨대, 프로텍터 외부의 온도가 상승되어 있는 궁극의 운전 조건하에서, 초기의 헤더 온도는 통상적으로 디스크의 온도보다 현저하게 낮은데, 예컨대 디스크가 예컨대 150℃의 개방 온도를 가질 때에 헤더의 온도는 약 70℃ 이다. 이러한 상황에서, 전류가 디스크를 계속 통과하더라도, 열은 열 질량이 큰 헤더 조립체로 계속적으로 이동되고, 이로써 중앙 히터는 궁극적으로 디스크의 개방 온도에 도달할 때까지 디스크 온도를 저하시킨다.

프로텍터는 핀 히터를 헤더 플레이트의 핀에 용접한 후에, 중앙 히터를 헤더 플레이트에 용접하고, 이어서 디스크 조립체를 중앙 히터에 용접함으로써 용이하게 조립된다. 그 후, 커버가 헤더 플레이트에 용접되고, 궁극적으로 프로텍터는 힘 작용 돌출부(24b)를 편향시킴으로써 교정되어 소정의 작동 온도를 얻는다.

바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명을 예시적으로 설명하였지만, 본 발명은 본 발명의 범위 내에 있는 개시된 바람직한 실시예의 모든 변형예 및 균등물을 포함하는 것으로 이해해야 한다.

본 발명에 따르면, 다상 모터, 예컨대 스크롤 압축기에 사용되는 것과 같은 3상 모터에 사용하기에 특히 유용하며, 신뢰성이 있고 저렴하게 제조되며 전술한 종래 기술의 모터 프로텍터보다 소형인 프로텍터가 제공된다.

Claims (10)

1. 종축과 평탄한 상면을 갖는 전기 전도성 헤더로서, 제1 단자 핀 및 제2 단자 핀이 상기 종축을 따른 각각의 홈에 장착되어 있고 헤더로부터 전기적으로 절연되어 있으며, 각 단자 핀의 자유단이 헤더의 상면 위로 간격을 두고 있는 것인 헤더와,

   각각의 제1 단자 핀 및 제2 단자 핀에 지지되고 이들 단자 핀에 전기적으로 접속되어 있으며, 헤더의 평탄한 상면과 평행한 평면에 놓여 있는 제1 고정 전기 접점 및 제2 고정 전기 접점과,

   상면, 하면 및 중앙부를 갖고, 상기 하면에 제1 가동 전기 접점 및 제2 가동 전기 접점이 장착되어 있는 것인 전기 전도성의 스냅 작용식 온도 조절 디스크와,

   단부와 디스크 지지부를 갖는 전기 전도성의 히터 및 지지 부재로서, 상기 히터의 단부 및 지지 부재는 디스크 지지부가 헤더의 상면 위로 간격을 두고 있는 상태로 헤더에 용접되는 것인 전기 전도성의 히터 및 지지 부재와,

   헤더의 위에 수용되고 그 헤더에 용접되어 밀봉형 스위치 엔클로저를 형성하는 접시 형상의 커버

   를 포함하는 모터 프로텍터로서,

   상기 스냅 작용식 온도 조절 디스크의 중앙부는 히터 및 지지 부재의 디스크 지지부에 기계적으로 그리고 전기적으로 접속되어 있고, 지지부와 긴밀한 열 결합 관계로 있으며, 상기 가동 전기 접점은 각각의 고정 전기 접점과 정렬되게 배치되고 온도 조절 디스크의 온도에 따라 각 고정 전기 접점과 결합 및 결합 해제되게 이동할 수 있는 것인 모터 프로텍터.
2. 제1항에 있어서, 상기 온도 조절 디스크의 중앙부와, 상기 히터 및 지지 부재의 디스크 지지부에 용접되는 용접 슬러그를 더 포함하는 것인 모터 프로텍터.
3. 제2항에 있어서, 상기 히터 및 지지 부재는, 제1 다리 및 제2 다리와 중앙 만곡부를 갖는 U자 형상이며, 상기 디스크 지지부가 상기 중앙 만곡부에 형성되고, 각 다리의 자유단이 헤더에 용접되어 있는 것인 모터 프로텍터.
4. 제3항에 있어서, 상기 히터 및 지지 부재의 제1 다리 및 제2 다리는 헤더의 종축에 대하여 경사져 있는 가상선과 정렬되는 것인 모터 프로텍터.
5. 제1항에 있어서, 상기 단자 핀은 각각 측벽면을 갖고, 제1의 L형 핀 히터 및 제2의 L형 핀 히터를 더 포함하고, 각각의 핀 히터는 각 단자 핀의 측벽면에 용접된 제1 다리와 각각의 고정 전기 접점에 장착되는 제2 다리를 갖는 것인 모터 프로텍터.
6. 제1항에 있어서, 상기 커버에는 온도 조절 디스크의 중앙부와 정렬되게 헤더의 상면을 향하여 연장되는 힘 작용 돌출부(force application protrusion)가 형성되어 있어서, 상기 돌출부가 충분히 하향 편향되면, 온도 조절 디스크의 중앙부가 하향 편향되고, 온도 조절 디스크의 유효 작동 온도가 변경되는 것인 모터 프로텍터.
7. 제6항에 있어서, 상기 커버의 힘 작용 돌출부와 온도 조절 디스크의 중앙부 사이에 배치되는 전기 절연재의 층을 더 포함하는 것인 모터 프로텍터.
8. 제2항에 있어서, 상기 온도 조절 디스크는 원형의 둘레를 갖는 것인 모터 프로텍터.
9. 제8항에 있어서, 상기 온도 조절 디스크는 원형 구조로부터 외측으로 연장되는 제1 대향 귀부(ear) 및 제2 대향 귀부를 구비하고, 가동 전기 접점은 적어도 부분적으로 상기 귀부에 위치되어 있는 것인 모터 프로텍터.
10. 제9항에 있어서, 상기 커버에는 귀부의 외측부와 정렬된 제1 오목면(dimple surface) 및 제2 오목면이 형성되어 있고, 이 오목면은 접점 해제 방향으로 온도 조절 디스크의 운동을 제한하는 정지면으로서 작용하는 것인 모터 프로텍터.

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