JP4463088B2 - 低電流電気モータ保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、モータ保護装置に関し、特に過負荷および拘束回転子に対するコンプレッサ、トランスおよび小形モータのような電気的デバイス用の低電流保護装置に関する。

ある種の熱的条件が発生した場合に、電気回路をそれぞれ開／閉するために固定接点と係合したり、離脱したりするためにスナップ動作をすることができるバイメタル・ディスクを有する小形の電流供給サーモスタットスイッチが配置されている小型のハウジングを有する信頼性が高く安価なモータ保護装置は周知である。

このような保護装置を非常に小さな電流レベルに迅速に反応するようにするために、上記ディスクと熱を伝達するように装着されている補助ヒータも周知である。米国特許第４，４７６，４５２号がこのタイプの保護装置の一例を開示しているが、上記保護装置は、その周囲に形成されたフランジを含む開放端部とガスケットとハウジング上に設置されていて、クランプされている蓋を有する金属ハウジングを備える。熱感応電気スイッチは、ハウジング内に設置されていて、選択した熱的条件が発生した場合に、ハウジングおよび蓋を通る電流経路を電気的に接続および切り離すことができる。蓋は、一方は、端末として機能するためにそこから延びる細長い部分を有し、他方は、スイッチの一部を装着している２つの別々の間隔を置いた部分を備える。コイル・ヒータは、１馬力の数分の一のモータに対して特に有用な保護装置を供給する蓋の間隔を置いた２つの部分間に電気的および機械的に接続している。

上記米国特許により製造したモータ保護装置は、低電流用途に適しているが、電流に対する感度がもっと高く、機械的に頑丈で、コンプレッサ・モータの保護のようなある種の用途にとって必要なリセット時間が長い、低電流用途に役に立つコストの安い保護装置の開発が待望されている。
米国特許第４，４７６，４５２号

それ故、本発明の１つの目的は、従来技術の上記の制限を克服する低電流モータ保護装置を提供することである。本発明のもう１つの目的は、電流に対する感度が改善されていて、取扱いおよび振動に対して機械的に丈夫な低電流モータ保護装置を提供することである。本発明のさらにもう１つの目的は、コンプレッサ、トランスおよび小形モータのような種々の電気的デバイスとの使用に容易に正確に適応することができる低電流タイプのモータ保護装置を提供することである。本発明のさらにもう１つの目的は、低コスト組立技術に特に役に立つ低電流モータ保護装置を提供することである。本発明のさらにもう１つの目的は、寿命終期に回路を開にする低電流モータ保護装置を提供することである。

要するに、本発明による低電流モータ保護装置は、外側にまた横方向に延びるフランジと一緒に形成されている開放端部を有し、サーモスタットスイッチが設置されているスイッチ・チャンバを形成しているほぼ平行六面体の形をしている金属ハウジングを備える。ウィンドウ形のガスケットがフランジ上に設置されていて、第１および第２の間隔を置いた蓋の部分が、ハウジングから電気的に分離しているガスケットを通してフランジ上に設置され、フランジにクランプされている。蓋の２つの部分は、相互に整合していて、相互に向き合っていて、セラミック基板の端部を収容することができる凹状の接点棚部と一緒にそれぞれ形成されている。厚膜ヒータは、蓋の２つの部分の接点棚部上に収容するための対向端部のところに配置されている。セラミック・ヒータをスイッチ・チャンバ内の凹部に位置させると、サーモスタットスイッチとの最適な熱伝導結合状態にセラミック・ヒータが位置することになる。本発明のある機能によれば、セラミック基板は、サーモスタットスイッチに対するリセット時間を長くするためにヒータの熱質量を増大する。サーモスタットスイッチは、蓋の２つの部分の一方の下面または内面上に装着されている固定接点と係合したり、離脱したりするために移動することができる可動接点を有する。そのため、セラミック・ヒータによりサーモスタットスイッチが選択的に加熱されると、スイッチは可動接点を、係合接触または閉位置から離脱接触または開位置に移動させる。

セラミック・ヒータは、接点棚部が形成する凹状シート上に位置していて、それとセラミック・ヒータを電気的にしっかりと係合させるために、接点棚部に対して基板の外面上に適当な力を加える蓋の２つの部分の一方を横切って延びる機械的クリップにより正しい位置に保持される。

他の実施形態の場合には、コイル・ヒータは、電気的絶縁されているガスケットを通してハウジング上にクランプにより設置されている蓋の２つの部分の第１の部分に取り付けられているその一方の端部と、ガスケットを通してハウジング上にクランプにより取り付けられている蓋の２つの部分の第２の部分に取り付けられている第２の端部を有する。蓋の２つの部分は、ガスケットを通してハウジングの横方向に延びるフランジ部分とクランプにより係合するように、曲がることができる横方向に延びるタブと一緒に、そうでない場合にはほぼ平らな蓋の２つの部分の一部内に形成されたドームの形をしている。コイル・ヒータは、サーモスタットスイッチと熱の伝導ができるようにドームの凹部内に位置していて、蓋の２つの部分は、相互間に電気的分離が維持されるように相互間に縦方向に十分な間隔を持っている。

図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば、本発明の新規で改良形の電気モータ保護装置の他の目的、利点および詳細を理解することができるだろう。

図１および図２に示すように、従来技術の低電流モータ保護装置は、底壁部１ａ、側壁部１ｂおよび側壁部の自由端部のところで横方向にまた外側に延びるフランジ１ｃを有する横長の金属ハウジング１を備える。電気的絶縁材料でできているガスケット２は、フランジ１ｃの上に位置していて、間隔を置いた部分３ａ、３ｂからできている蓋３はガスケット２上に位置する。ハウジングの対向側面上のフランジ１ｃの延長部分１ｄは、ガスケットを通して蓋の２つの部分３ａ、３ｂをクランプ留めするために湾曲している。

ガスケット２は、ハウジングの側壁１ｂにより形成されているスイッチ・チャンバと整合しているウィンドウ２ａと一緒に形成され、スナップ動作するバイメタル部材４を備えるサーモスタットスイッチは、ハウジングの底壁部１ａ上に固定状態に装着されている一方の端部と、蓋の部分３ａに溶接されている固定接点３ｃと係合したり、離脱したりするために移動できる可動電気接点４ａを装着している遠い方の自由端部を有する。

補助コイル・ヒータ５は、蓋の一部３ｂに溶接されている一方の端部、および蓋の一部３ａに溶接されている対向端部を有する。蓋の一部３ｂは、端末部分３ｅにより形成されていて、ハウジング１は端末１ｅと一緒に形成されている。

可動接点４ａは、通常、固定電気接点３ｃと電気的に係合していて、それによりバイメタル４とコイル・ヒータ５を通して端末間に電流経路を形成している。しかし、選択した温度に加熱されると、例えば、過負荷電流により、ディスク４は、スナップ動作によりその鎖線で示す位置に移動し回路を開く。

上記従来技術のモータ保護装置は、ある種の用途に対しては有効であるが、もっと広い用途で有効に使用するためには、もっと電流に対する感度が鋭敏な保護装置が望ましい。そのためにはヒータの高い抵抗が必要であり、抵抗はコイル・ヒータの断面積を低減することにより高くすることができる。しかし、そうすると、ヒータ素子が非常にもろくなり、普通の取り扱いでも壊れやすくなる。さらに、正の温度係数（ＰＴＣ）始動デバイスを有するコンプレッサのようなある種の用途に対して有用にするためには、ＰＴＣ始動デバイスを適当に冷却できるようにするために、オフ時間またはリセット時間をもっと長くする必要がある。

これらの制限は、本発明により製造した保護装置により克服することができる。図３に示すように、モータ保護装置１０は、底壁部１２ａ、底壁部から遠ざかるように延びていて、側壁部の自由端部から横方向に外側に延びるフランジ１２ｃを有する側壁部１２ｂを有する金属製の横長のハウジング１２を備える。

サーモスタットスイッチ１４は、側壁部１２ｂが形成しているスイッチ・チャンバ１２ｄ内に位置している。スイッチ１４は、溶接スラグ１４ｃによりそれに溶接することにより、好適には、内側に延びるプラットフォーム１２ｅのところで、ハウジングの底壁部１２ａに取り付けられている一方の端部１４ｂを支点とするカンチレバーを有する、当業者であれば周知のバイメタルのスナップ動作をするディスク１４ａを備える。可動電気接点１４ｄは、ハウジングの底壁部の反対側を向いている側面上のディスクの自由端部１４ｅのところに装着されている。

通常、窓枠１６ａの形をしている電気的に絶縁しているガスケット１６は、ハウジングのフランジ１２ｃの上に位置していて、フランジ１２ｃをカバーしている。ガスケットは、層１６ａおよび１６ｂの間のハウジングの２つの対向フランジ部分をサンドイッチ状に挟むために、通常Ｖ形に窓枠構成の中心に向かって後方に曲げられる２つの延長対向側面に沿って延長部分１６ｂを有する。好適には、追加の部分１６ｃは、以下に説明するように、蓋の一部とハウジングの間を確実に電気的に絶縁するために、ハウジングの側壁部１２ｂに沿って設置するために延長部分１６ｂから延びる。

蓋１８は、第１および第２の部分１８ａ、１８ｂを備える。各蓋の一部は、それぞれフランジ１２ｃおよび支持部分を含む通常はＶ形をしている蓋部分の中心に向かって後方に曲がっている対向タブ１８ｅ上にフレーム・ガスケット部分１６ａを収容するために、平面内に位置する平らな支持部分１８ｃ、１８ｄを有する。蓋部分１８ｂ上のタブ１８ｅは、下記の目的のためにカットアウト内に延びている支持部分１８ｄの平面内に位置する捕捉面１８ｋを形成するために、タブの曲げ部分の湾曲部上のカットアウトにより形成される。

各蓋部分は、各支持部分１８ｃ、１８ｄが、スイッチ・チャンバの方を向いている蓋部分の側面上に位置する面から間隔を置いて、接点棚部１８ｆの形をしているヒータ・シートにより形成されていて、そのため、接点棚部は、蓋の一部がハウジング上に位置する場合には、スイッチ・チャンバ１２ｄ内に位置する。各側壁部および後壁部１８ｇ、１８ｈは、ヒータ素子の選択した位置を維持する目的で、確実に丈夫なシートを形成するするために接点棚部と結合している。接点棚部１８ｆは整合していて、相互に向き合い、スナップ動作をするサーモスタットディスク１４ａを含む接点棚部上に位置する加熱素子を直接接近放射熱結合するために、相互間に選択した距離だけ間隔を置いている。

セラミック基板２０の形をしているヒータ素子は、それぞれ、対向している第１および第２の面の表面２０ａ、２０ｂ、および第１および第２の端部２０ｃ、２０ｄを有する。好適には、外部接点突起と一緒に形成することが好ましい銀を含む材料のような適当な材料でできている電気接点層２０ｅは、第１の面の表面２０ａ上の各端部２０ｃ、２０ｄを横切って延びていて、ガラスの層でカバーされている電気抵抗厚膜層２０ｆは、接点層を含む電気的接続間および内を延びる第２の面の表面上に配置されている。セラミック基板の接点層は、凹状シートに密接しているセラミック素子およびサーモスタットディスク１４ａの方を向いているヒータ面を含む棚部１８ｆ上に設置することができる。

固定電気接点２１は、好適には、棚部１８ｆを有する蓋部分の側部上の蓋部分１８ａの支持部分１８ｃ内に形成されているプラットフォーム上に装着することが好ましい。可動接点１４ｄは、サーモスタットディスク１４ａの皿状の形状により、固定接点２１と係合し、また離脱するために移動することができる。

スプリング・クリップ２２は、ステンレス鋼のような適当な材料からできていて、通常、本体部分を含む通常Ｖ形の部分を形成するために、自分自身の上で後方に曲がっている対向端部２２ａを含む、ハウジング１２の幅全体を横切って延びる細長い本体部分を有し、固定タブ２２ｂは各固定タブ部分２２ｂの自由端部から遠ざかる方向に延びるタブの自由端部２２ｃを含む各曲げ部分から突き出ている。突起２２ｅの形をしている力を加える部分は、その端部２２ａが曲がって延びているクリップの同じ側面上のクリップ２２の本体部分から遠ざかる方向に延びる。

一方の端末１２ｆはハウジング１２から延びていて、他方の端末は１８ｍは蓋の一部１８ｂから延びる。

サーモスタットスイッチ１４がスイッチ・チャンバ１２ｄ内に装着されると、ガスケット１６は、フランジ１２ｃ上をスライドし、その後で部分１６ｂを含むＶ形のタブ位置１８ｅを含む蓋の一部１８ａ、１８ｂがガスケット１６上をスライドする。蓋の２つの部分間は、確実に電気的に分離するように選択した十分な距離だけ開いていて、棚部１８ｆ間も、各棚部１８ｆ上に位置する接点面２０ｅを含むその上のセラミック基板２０を収容するために、相互間に適当な距離だけ開いている。次に、タブ１８ｅは、その選択した位置に蓋の一部をクランプするために、内側に曲がっている。次に、セラミック基板が挿入され、クリップ２２が蓋の一部１８ｂの上に置かれ、そのため、端部２２ａはタブ１８ｅの上に置かれ、各捕捉面１８ｋの下に位置する固定タブ２２ｂが突き出て、力を加える部分２２ｅがセラミック基板２０の面２０ｂに力を加える。

図４は、捕捉面１８ｋが蓋の一部１８ａ’内に形成され、クリップ２２’が力を加える突起２２ｅ’を位置決めするための脚部２２ｆと一緒に形成され、そのためクリップ２２’が蓋の一部１８ａ’に取り付けられると、セラミック基板２０の中心と整合する修正した実施形態１０’を示す。脚部２２ｆは、図に示すように、セラミック基板を適当に片寄らせるために、例えば、鎖線１８ｇに沿って内側に曲がることができる。

好ましい実施形態により製造したモータ保護装置１０、１０’は、従来技術と比較すると多くの利点を有する。ヒータ材料の断面は、丈夫さはそのままで保護装置の電流に対する感度をよくする目的で抵抗を増大するために細くなっている。セラミック基板は、サーモスタットスイッチのリセット時間を長くするために、ヒータ素子に熱的質量を追加する。これは、例えば、ＰＴＣスタータのために、長い冷却時間が必要なコンプレッサと一緒に使用する場合のようなある種の用途にとって重要なことである。ハウジングのスイッチ・チャンバ内に形成されている凹部内にヒータを設置すると、サーモスタットスイッチとの最適な熱的結合ができるばかりでなく、取扱い、振動等中の突発的な位置のズレから保護されているヒータ用のシートができる。

厚膜ヒータは、寿命末期でフェイルセーフになる。すなわち、ヒータ材料が焼損するか、またはセラミック基板が破損すると回路が開になる。また、厚膜ヒータを使用すると、抵抗値を正確にするためにヒータ薄膜をトリミングすることができ、それにより時間行動を正確にすることができる。さらに、レーザ・トリミングすることにより、公称抵抗値をもっと柔軟に決めることができ、対応するコイル・ヒータよりももっと広い数値範囲で使用することができ、そのためもっと広い範囲の用途に使用することができる。

セラミック・ヒータをそのシートに維持するためにスプリング・クリップを使用すると、溶接または半田づけ作業を行わなくても、確実に最適な電気的および機械的接続が行われる。

図５〜図７は、上記実施形態に示すような横長の金属ハウジング１２を備える、本発明の他の実施形態１００を示す。ハウジング１２は、底壁部１２ａ、底壁部から延びる側壁部１２ｂ、ハウジングの一方の端部のところでフランジ１２ｃから縦方向に延びる端末１２ｆに沿って、側壁部の少なくとも一部のところで自由端部から横方向にまた外側に延びるフランジ１２ｃを有する。

図３のタイプのサーモスタットスイッチ（図示せず）は、スイッチ・チャンバ１２ｄ内に位置していて、サーモスタットディスク部材は、好適には、底壁部１２ａのプラットフォーム１２ｅ上に装着することが好ましい。

電気的に絶縁しているガスケット１６は、この場合も上記実施形態でのようにハウジングのフランジ１２ｃの上に位置していて、これをカバーしている。

導電性材料でできている蓋２８は、それぞれ第１および第２の部分２８ａ、２８ｂを備える。各蓋の一部は、上記実施形態のように、フレーム・ガスケット部分１６ａおよびフランジ１２ｃおよび支持部分と一緒にほぼＶ形をしていて、各蓋の一部の中心に向かって内側に曲がっている対向タブ２８ｅ上に収容するための面内に位置する平らな支持部分２８ｃ、２８ｄをそれぞれ有する。固定接点プラットフォーム２８ｍおよび端末２８ｎは蓋の一部２８ａ上に形成される。

ドーム形の部分２８ｆは、横長のハウジング１２の縦軸２にほぼ平行な方向に延びる蓋の平らな支持部分に形成される。図に示すように、ドーム２８ｆは、第１の蓋の一部２８ａ内に第１の比較的小さな縦方向の長さ部分２８ｇと、第２の蓋の一部２８ｂ内に第２の比較的長い縦方向の長さ部分２８ｈを有する。

図７に最もはっきり示すように、蓋の２つの部分２８ａ、２８ｂは、好適には、以下に説明するヒータの螺旋部分に対して使用できる縦方向の使用可能な空間を最大にしながら、各蓋の一部上の溶接突起２８ｊ、２８ｋを容易に設置できるように、蓋の縦軸２の一方の側上にもっと幅の広い平らな支持面を有することが好ましい。溶接突起は、平らな支持部分を局部的に変形することにより、またはそうしたい場合には、溶接スラグを設置することにより形成することができる。ドーム部分２８ｆの壁部は、コイル・ヒータの端部がそこに取り付けるために通過することができるように、各溶接突起と整合しているカットアウトと一緒に形成される。

螺旋またはコイル・ヒータ３０は、ハウジング１２内に位置するサーモスタットスイッチと直接熱的に連絡しているドーム部分により形成されている凹部内に配置されているヒータの螺旋部分と溶接することにより、各溶接突起２８ｊ、２８ｋに取り付けられている第１の端部３０ａおよび第２の端部３０ｂを有する。蓋の２つの部分２８ａ、２８ｂは、２つの蓋の一部間を適当に電気的に分離するのに十分な距離だけ、縦軸２に沿って相互に離れているが、そうでない場合には、長い時間コイル・ヒータが発生する熱を保持するためにエンクロージャを効果的に形成するために十分近接している蓋の一部を含む、それにより、サーモスタットスイッチのオフ時間またはリセット時間を延長するタブ２８ａにより、ハウジング１２にクランプ留めされている。ドーム部分２８ｆも、取扱い等の間にコイル・ヒータを保護する働きをする。

特定の好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、当業者であれば上記説明を読めば、多くの代案、修正および変更を容易に思い付くことは明らかである。本発明は、添付の特許請求の範囲に入る開示の実施形態のすべての修正および等価物を含む。

従来技術によるモータ保護装置の平面図である。 図１の２−２線に沿って切断した断面図である。 本発明の好ましい実施形態によるモータ保護装置の分解部分斜視図である。 本発明の修正した実施形態の図３類似の図面であるが、サーモスタットスイッチは図示していない。 本発明の他の実施形態によるコイル・ヒータの実施形態の斜視図である。 図５の６−６線に沿って切断した断面図である。 図示のために蓋の２つの部分を除去した図５の実施形態の平面図である。

符号の説明

１ａ 底壁部
１ｂ 側壁部
１ｃ フランジ
１ｄ 延長部分
１ｅ 端末
１ 金属ハウジング
２ ガスケット
２ａ ウィンドウ
３ 蓋
３ａ 蓋の一部
３ｂ 蓋の一部
４ バイメタル部材
４ａ 可動電気接点
５ 補助コイル・ヒータ
１０ モータ保護装置
１２ ハウジング
１２ａ 底壁部
１２ｂ 側壁部
１２ｃ フランジ
１２ｆ 端末
１４ サーモスタットスイッチ
１４ａ サーモスタットディスク
１４ｄ 可動電気接点
１４ｅ ディスクの自由端部
１６ ガスケット
１６ａ，１６ｂ 層
１６ｃ 追加の部分
１８ 蓋
１８ｆ 棚部
２０ セラミック基板
２２ スプリング・クリップ
２２ｂ 固定タブ
２２ｃ 自由端部
２２ｅ’ 突起
２８ａ タブ
２８ｆ ドーム部分
２８ｍ 固定接点プラットフォーム
２８ｊ，２８ｋ 溶接突起

Claims (6)

1. モータ保護装置であって、
   底壁部と、前記底壁部から上方に延び、開放端部およびスイッチチャンバを規定する側壁部とを有し、前記側壁部は、前記開放端部の少なくとも２つの対向側面上に一部を有する横方向に外側に延びるフランジが形成された自由端部を有するハウジング部材と、
   前記スイッチチャンバ内に位置され、前記ハウジング部材に電気的に接続され、可動接点を有するサーモスタットスイッチと、
   前記フランジ上に位置していて、前記ハウジング部材の前記開放端部と整合している開口部を有するガスケットと、
   前記ガスケット上に収容され、かつ前記ハウジング部材に取り付けられている第１および第２の離間された蓋部分を有する蓋であって、前記第１および第２の蓋部分には、凹状の引っ込んだ部分を形成するドームを有する部分が形成されている前記蓋と、
   ほぼ螺旋形を有し、第１および第２の端部を有し、前記第１および第２の端部が離間された第１および第２の蓋部分にそれぞれ電気的に接続され、前記螺旋形の部分が前記第１および第２の蓋部分の凹状の引っ込んだ部分に収容されかつそこから離される、細長いヒータ素子とを備えるモータ保護装置。
2. 前記ドームを有する部分は、前記第１および第２の蓋部分が配置される方向の縦軸に沿って延びる、請求項１記載のモータ保護装置。
3. 前記ドームを有する部分は、第１および第２の蓋部分のうちの一方の蓋部分に相対的に短い前記縦軸方向の長さを有し、他方の蓋部分に相対的に長い前記縦軸方向の長さを有する、請求項２記載のモータ保護装置。
4. 第１および第２の蓋部分の各々は、前記ハウジング部材のフランジ部分上に設置することができかつ前記ガスケットを通して前記フランジ部分にクランプされるタブが形成された２つの対向する側部を有する、請求項１記載のモータ保護装置。
5. 第１および第２の蓋部分の各々に形成されたヒータ素子溶接突起を含む、請求項１記載のモータ保護装置。
6. 前記ヒータ素子の前記螺旋形の部分が、前記第１および第２の蓋部分が配置される方向の縦軸にほぼ平行な方向に延びていて、前記ヒータ素子の前記第１および第２の端部がほぼ横方向に延びる、請求項５記載のモータ保護装置。

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