BRPI0716646A2

BRPI0716646A2 - Comutador de resposta térmica

Info

Publication number: BRPI0716646A2
Application number: BRPI0716646-0A
Authority: BR
Inventors: Ueda Yoshihisa; Koike Takeo; Urano Mitsuhiro; Sato Shigemi
Original assignee: Ubukata Industries Co., Ltd.
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2013-10-15
Also published as: MX2009001486A; EP2051273A1; US20090302989A1; KR101053738B1; MY158649A; CA2659856C; CN101501803B; CN101501803A; US8902037B2; CA2659856A1; WO2008018515A1; BRPI0716646B1; RU2388098C1; KR20090048608A; EP2051273A4; EP2051273B1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COMUTA- DOR DE RESPOSTA TÉRMICA".

Campo Técnico

A presente invenção refere-se a um comutador de resposta tér- mica que tem um mecanismo de comutação de contato que utiliza uma placa de resposta térmica tal como um bimetal em um recipiente hermético. Técnica Antecedente

Comutadores de resposta térmica deste tipo estão divulgados na Patente Japonesa Número 2.519.531 (documento da técnica precedente 1) e Publicações de Pedido de Patente Japonesa JP-A-H10-144189 (docu- mento da técnica precedente 2), JP-A-2002-352685 (documento da técnica precedente 3) e JP-A-2003-59379 (documento da técnica precedente 4). O comutador de resposta térmica descrito em cada documento compreende uma placa de resposta térmica fornecida em um recipiente hermético que compreende uma carcaça metálica e uma placa de cabeçote. A placa de resposta térmica inverte uma direção de curvatura da mesma a uma tempe- ratura predeterminada. Um pino terminal eletricamente condutor é inserido através da placa de cabeçote e fixado de maneira hermética através de um enchimento eletricamente isolante tal como vidro. Um contato fixo é ligado diretamente ou através de um suporte a uma extremidade distai do pino ter- minal localizado no recipiente hermético. Além disso, a placa de resposta térmica tem uma extremidade fixada através de um suporte a uma superfície interna do recipiente hermético e a outra extremidade à qual um contato mó- vel é preso. O contato móvel constitui um contato de comutação com o con- tato fixo.

O comutador de resposta térmica é montado em uma carcaça fechada de um compressor elétrico hermético para ser com isto utilizado como um protetor térmico para um motor elétrico do compressor. Neste ca- so, enrolamentos do motor são conectados ao pino terminal ou à placa de cabeçote. A placa de resposta térmica inverte a direção de curvatura quando uma temperatura ao redor do comutador de resposta térmica se torna inusi- tadamente elevada ou quando uma corrente anormal escoa no motor. Quando a temperatura cai para ou abaixo de um valor predeterminado, os contatos são novamente fechados, de tal modo que o motor do compressor é energizado. Descrição da Invenção Problemas Superados pela Invenção

O comutador de resposta térmica é necessário para abrir os contatos quando de cada ocorrência da condição anormal anteriormente mencionada, até que uma máquina de refrigeração ou condicionador de ar no qual o compressor é construído alcança um final de vida do produto. O comutador de resposta térmica precisa cortar corrente extremamente maior do que uma corrente classificada do motor, particularmente quando um mo- tor é acionado em uma condição de rotor travado ou quando um curto- circuito ocorre entre os enrolamentos do motor. Quando a corrente que tem uma tal grande condutividade é cortada pela abertura de contatos, o arco é gerado entre os contatos, pelo que, as superfícies de contato são danifica- das pelo calor devido ao arco. A soldagem de contatos ocorre quando a co- mutação de contatos excede um número de operações garantido. Com rela- ção a isto, para que um trajeto elétrico possa ser cortado, mesmo quando da ocorrência de soldagem de contato para a finalidade de impedir anormalida- de secundária, medidas de segurança e de proteção duplas são tomadas quando necessário (uma porção de fusão de um aquecedor descrito em do- cumentos da técnica precedente 1 e 2, por exemplo).

A utilização de um contato que contém cádmio foi recentemente limitada por razões ambientais. Por exemplo, um contato de sistema prata- óxido de cádmio (Ag-CdO) tem uma pequena força de soldagem de contato tal que o contato de sistema prata-óxido de cádmio tem menos desgaste devido ao arco. Consequentemente, o contato de sistema prata-óxido de cádmio foi utilizado em um grande número de comutadores de resposta tér- mica. Durabilidade e desempenho de corte de corrente equivalentes àqueles de comutadores de resposta térmica convencionais precisam ser assegura- dos pela utilização de um material de contato alternativo no futuro. O de- sempenho de corte de corrente deveria ser reduzido pela metade quando o contato de sistema prata-óxido de cádmio é simplesmente substituído por um contato sem cádmio.

Para que o desempenho de corte de corrente possa ser melho- rado, é considerada uma estrutura na qual a dimensão dos contatos é au- mentada para a finalidade de aumentar a capacidade térmica, pelo que, a ocorrência de soldagem de contato é reduzida mesmo quando da ocorrência de arco. Além disso, é considerada uma outra estrutura na qual a dimensão da placa de resposta térmica é aumentada, de modo que uma força que se- para os contatos um do outro é aumentada. Contudo, quando qualquer cons- trução é empregada, o comutador de resposta térmica poderia se tornar maior em dimensão, pelo que, se tornaria difícil montar o comutador de res- posta térmica na carcaça hermética do compressor.

Um objetivo da presente invenção é fornecer um comutador de resposta térmica que utilize contatos sem cádmio e que seja pequeno em dimensão e tenha durabilidade e desempenho de corte de corrente eleva- dos.

Meios para Superar o Problema

A presente invenção fornece um comutador de resposta térmica que é utilizado para cortar corrente CA que escoa através de um motor de compressor, o comutador de resposta térmica compreendendo um recipiente hermeticamente vedado que inclui uma carcaça metálica e uma placa de cabeçote presa de maneira hermética a uma extremidade aberta da carcaça, pelo menos um pino terminal condutor inserido através de um furo vazado formado através da placa de cabeçote e fixado de maneira hermética no furo vazado por um enchimento eletricamente isolante, um contato fixo fixado ao pino terminal no recipiente, uma placa de resposta térmica que tem uma das duas extremidades conectada de maneira condutora e fixada a uma superfí- cie interna do recipiente e formada para uma forma de prato por meio de estiramento de modo a inverter uma direção de curvatura em uma tempera- tura predeterminada, pelo menos um contato móvel preso à outra extremi- dade da placa de resposta térmica e que constituem pelo menos um par de contatos de comutação juntamente com o contato fixo, no qual cada um do contato fixo e do contato móvel compreende um contato de sistema prata- óxido de estanho-óxido de índio, e o recipiente é enchido como um gás que contém hélio se situando desde 50% até 95%, de modo que uma pressão interna do recipiente se situe desde 0,25 atmosfera até 0,8 atmosfera na temperatura ambiente, ou mais preferivelmente desde 0,3 atmosfera até 0,6 atmosfera. Efeito da Invenção

De acordo com a invenção, o comutador de resposta térmica é resistente ao dano local devido ao arco, uma vez que o arco gerado pela abertura dos contatos se move sobre cada contato. Consequentemente, o comutador de resposta térmica tem uma pequena dimensão e uma durabili- dade melhorada e pode alcançar um desempenho elevado de corte de cor- rente mesmo embora sejam utilizados contatos sem cádmio. Breve Descrição dos Desenhos a figura 1 é uma seção longitudinal de um comutador de respos-

ta térmica de uma modalidade de acordo com a presente invenção;

a figura 2 é uma seção transversal feita ao longo da linha Il-Il na

figura 1;

a figura 3 é uma vista lateral do comutador de resposta térmica; a figura 4 é uma vista em planta do comutador de resposta tér-

mica;

a figura 5 é um gráfico que mostra resultados de um teste de du- rabilidade no caso onde uma pressão de carga de gás é variada;

a figura 6 mostra condições superficiais de um contato móvel A e de um contato fixo B depois do final do teste de durabilidade no caso onde a pressão de carga de gás está em 0,5 atmosfera, respectivamente;

a figura 7 é uma vista similar à figura 6 no caso onde a pressão de carga de gás está em 0,7 atmosfera, respectivamente; e

a figura 8 é uma vista similar à figura 6 no caso onde a pressão de carga de gás está em 1,3 atmosfera, respectivamente. Explicação de Símbolos de Referência

O símbolo de referência 1 indica um comutador de resposta térmica, 2 um recipiente hermético, 3 uma carcaça, 4 uma placa de cabeço- te, 6 uma placa de resposta térmica, 7 um contato móvel, 8 um contato fixo, 9 um enchimento, e 10A e 10B pinos terminais condutores. Melhor Modo de Realizar a Invenção Uma modalidade será descrita com referência aos desenhos. A

presente invenção é aplicada a um protetor térmico para um motor elétrico de um compressor na modalidade. As figuras 3 e 4 são vistas lateral e em planta de um comutador de resposta térmica respectivamente, a figura 1 é uma seção longitudinal do mesmo e a figura 2 é uma seção transversal feita ao longo da linha Il-Il na figura 1. O comutador de resposta térmica 1 com- preende um recipiente vedado hermeticamente 2 que inclui uma carcaça metálica 3 e uma placa de cabeçote 4. A carcaça 3 é formada para o interior de uma forma de domo alongado estirando uma placa de ferro, ou similar, por meio de uma prensa, de modo a ter ambas as extremidades no sentido do comprimento, cada uma formada em uma forma substancialmente esféri- ca e uma porção intermediária que conecta as extremidades. A placa de ca- beçote 4 é formada conformando uma placa de ferro mais espessa do que a carcaça 3 para um oval e é hermeticamente vedada a uma extremidade a- berta da carcaça 3 por meio da soldagem de projeção em anel, ou similar. Uma placa de resposta térmica 6 tem uma extremidade fixada

através de um suporte 5 feita de uma placa metálica a um interior do recipi- ente 2. A placa de resposta térmica 6 é formada estirando um elemento de resposta térmica tal como um bimetal ou trimetal para uma forma de prato raso e é projetada para inverter uma direção de curvatura com uma ação de encaixe quando o elemento de resposta térmica alcança uma temperatura predeterminada. Um contato móvel 7 é preso à outra extremidade da placa de resposta térmica 6. Uma parte do recipiente 2 à qual o suporte 5 é fixado, é dobrada externamente, para com isto ser deformada de modo que uma pressão de contato seja ajustável entre o contato físico 7 e um contato móvel 8 que será descrito mais tarde, depois do que uma temperatura na qual a placa de resposta térmica 6 inverte a direção de curvatura pode ser calibra- da para um valor predeterminado. A placa de cabeçote 4 tem dois furos vazados 4A e 4B através dos quais os pinos terminais eletricamente condutores 10A e 10B são inseri- dos e fixados hermeticamente nos furos vazados por meio de um enchimen- to eletricamente isolante 9 tal como vidro ou similar, tendo em vista um coe- ficiente de expansão térmica, por meio de uma vedação de compressão hermética bem conhecida. Um suporte de contato 11 é preso a uma parte do pino terminal 10A próximo à extremidade distai do pino dentro do recipiente hermeticamente vedado 2. O contato fixo 8 é preso a uma parte suporte de contato 11 oposta ao contato móvel 7. Cada um dos contatos móvel e fixo 7 e 8 compreende um conta-

to de prata-óxido de estanho-óxido de índio (Ag-(Sn-In)Ox) que contém 9,7 % em peso de óxido metálico. Cada contato 7 ou 8 é formado em uma estru- tura de três camadas que incluem uma camada intermediária de cobre e uma camada inferior de ferro. Cada contato tem a forma de um disco que tem um diâmetro que se situa desde 3 mm até 5 mm e uma superfície en- curvada de maneira ligeiramente convexa (uma esfera que tem um raio de 8 mm na modalidade, por exemplo).

Um aquecedor 12 que serve como um elemento de aquecimen- to tem uma das duas extremidades fixada a uma porção do pino terminal 10B junto à extremidade distai do pino terminal dentro do recipiente vedado de maneira hermética 2. A outra extremidade do aquecedor 12 é fixada à placa de cabeçote 4. O aquecedor 12 é colocado de modo a ser substanci- almente paralelo à placa de resposta térmica 6 ao longo do pino terminal 10B, de modo que o calor gerado pelo aquecedor 12 é transmitido de manei- ra eficiente para a placa de resposta térmica 6.

O aquecedor 12 é dotado de uma porção de fusão 12A que tem uma área de seção menor do que a outra sua parte. A porção de fusão 12A é impedida de ser fundida por uma corrente de operação de um motor elétri- co durante uma operação normal de um compressor, e serve como um equi- pamento a ser controlado. Além disso, a porção de fusão 12A é ainda impe- dida de ser derretida quando da ocorrência de uma condição de rotor trava- do do motor, uma vez que a placa de resposta térmica 6 inverte sua direção de curvatura para com isto abrir os contatos 7 e 8 em um curto período de tempo. Contudo, quando o comutador de resposta térmica 1 repete a abertu- ra e o fechamento dos contatos por um longo período de tempo, de tal modo que o número de vezes de comutação excede um número garantido de ope- rações de comutação, os contatos móvel e fixo 7 e 8 algumas vezes são soldados juntos, para serem com isto inseparáveis um do outro. Neste caso, quando um rotor do motor é travado, uma temperatura da porção de fusão 12A é aumentada por uma corrente excessivamente grande, tal que a por- ção de fusão é derretida, pelo que, suprimento de energia para o motor pode ser cortado de maneira confiável.

O recipiente 2 é enchido com um gás que contém hélio (He) que se situa desde 50% até 95%, de modo que uma pressão interna do recipien- te 2 se situa desde 0,25 atmosfera até 0,8 atmosfera na temperatura ambi- ente, como será descrito mais tarde. O gás que enche o recipiente 2 contém nitrogênio, ar seco, dióxido de carbono e similares diferentes de hélio. O re- cipiente 2 é enchido com hélio como um gás inerte pela razão a seguir. Isto é, hélio tem uma condutividade térmica tão boa que quando da ocorrência de uma corrente excessivamente grande, um período de tempo (ativação de tempo curto (S/T)) necessário para a abertura dos contatos 7 e 8 pelo calor gerado pelo aquecedor 12 pode ser encurtado como descrito no documento da técnica precedente 2. Além disso, um valor de corrente de operação mí- nimo (uma corrente de ativação final (UTC)) pode ser aumentado quando comparado com os protetores térmicos convencionais. Adicionalmente, quando a placa de resposta térmica 6 é configurada de modo que o seu va- Ior de resistência é aumentado para a finalidade de aumentar seu valor de aquecimento, o calor gerado pela placa 6 como resultado do enchimento do recipiente 2 com hélio pode ser deixado escapar de maneira eficiente. Con- sequentemente, a ativação de tempo curto anteriormente mencionado (S/T) pode ser tornada mais longa. Contudo, uma vez que a voltagem de falha tende a ser reduzida quando uma taxa de hélio carregado é aumentada, a taxa de hélio carregado preferivelmente se situa desde 30% até 95% ou, particularmente, desde 50% até 95% no caso de um suprimento de energia comercial ordinário que se situa desde 100 V até 260 V CA.

No enchimento 9 que fixa os pinos terminais 10A e 10B é fixado de maneira apertada um elemento isolante inorgânico resistente ao calor 13 que compreende cerâmica e zircônia (oxido de zircônio). O elemento isolan- te, inorgânico, resistente ao calor 13 é configurado considerando a resistên- cia física tal como resistência a uma descarga crescente ou resistência ao calor devido a um faiscamento. Consequentemente, mesmo quando faisca- mento que ocorre durante a fusão pelo aquecedor 12 é aderido à superfície do elemento isolante inorgânico resistente ao calor 13, um desempenho iso- Iante suficiente pode ser mantido, pelo que, arco gerado entre porções de fusão pode ser impedido de transição para um espaço entre o pino terminal 10B e a placa de cabeçote 4 ou um espaço entre os pinos terminais 10A e 10B.

Quando a corrente que escoa para o interior do motor é uma corrente de operação normal que inclui uma corrente de partida de curta du- ração, os contatos 7 e 8 do comutador de resposta térmica 1 permanecem fechados, de modo que o motor continua operando. Por outro lado, a placa de resposta térmica 6 inverte a direção de sua curvatura para abrir os conta- tos 7 e 8 , com isto cortando a corrente do motor quando uma corrente maior do que uma corrente normal escoa de maneira contínua para o interior do motor como resultado de um aumento na carga aplicada ao motor, o motor é restringido de tal modo que uma corrente de restrição extremamente grande escoa para o motor de maneira contínua por mais do que diversos segun- dos, ou quando a temperatura de um refrigerante na carcaça hermética do compressor se torna extremamente elevada. Em seguida, quando a tempe- ratura interna do comutador de resposta térmica 1 cai, a placa de resposta térmica 6 inverte novamente a direção de sua curvatura, de tal modo que os contatos 7 e 8 são fechados, pelo que, energização do motor é reiniciada.

Em seguida, o que segue descreve a otimização da estrutura do comutador de resposta térmica 1 com base no teste de durabilidade. O co- mutador de resposta térmica 1 utilizado como um protetor térmico para o motor do compressor necessita o desempenho de cortar uma corrente ex- tremamente grande tal como corrente de restrição que escoa no caso de condição de rotor travado, ou uma corrente de curto-circuito que escoa na ocorrência de um curto-circuito entre os enrolamentos do motor. Além disso, o comutador de resposta térmica 1 necessita de uma durabilidade mais Ion- ga do que uma vida de produto de uma máquina de refrigeração ou de um condicionador de ar no qual o compressor a ser protegido é construído. Adi- cionalmente, o comutador de resposta térmica 1 precisa ser pequeno em dimensão quanto aos pontos de vista de espaço de instalação, e de resposta ao calor, uma vez que o comutador 1 é utilizado na carcaça hermética do compressor elétrico encerrado.

Arco é gerado entre os contatos 7 e 8 quando os contatos 7 e 8 são abertos enquanto uma corrente indutiva excessivamente grande, tal co- mo a corrente de restrição anteriormente mencionada, ou corrente de curto- circuito está escoando. Para que a durabilidade (o número de operações garantido) e desempenho de corte de corrente do comutador de resposta térmica 1 possam ser melhorados, é efetivo encurtar um tempo de extinção de arco ou reduzir dano devido ao arco. Dano devido ao arco algumas vezes se espalha não apenas aos contatos 7 e 8, mas também fora dos contatos, por exemplo, à placa de resposta térmica 6. Meios conhecidos para reduzir o tempo de extinção de arco in-

cluem pressurização elevada ou pressurização extremamente baixa do gás de enchimento (formação de vácuo), um aumento no espaço entre os conta- tos, a montagem de uma ponta de formação de arco, indução magnética de arco e extinção de arco. Contudo, estes meios resultam em redução signifi- cativa no rendimento de produção, estrutura complicada e um aumento na dimensão do comutador de resposta térmica 1. Consequentemente, os mei- os são inadequados para os comutadores de resposta térmica que protegem motores relativamente pequenos utilizados em compressores.

O comutador de resposta térmica da modalidade é orientado pa- ra proteção de motores a serem acionados por um suprimento comercial de energia. Arco tem uma duração de dez e diversos milissegundos (um meio ciclo) no mais longo e de diversos milissegundos em média. Então, o teste de durabilidade foi conduzido de modo que a durabilidade elevada e o de- sempenho de corte de corrente elevado possam ser alcançados reduzindo o dano devido ao arco tanto quanto possível, porém não reduzindo o tempo de extinção de arco. A otimização estrutural foi realizada com base nos resulta- dos do teste de durabilidade.

No teste de durabilidade, uma parte superior da carcaça hermé- tica do compressor, na qual o motor é construído, é cortada e o comutador de resposta térmica 1 foi montado no compressor. Em seguida, o compres- sor foi instalado em um banco de teste e o comutador de resposta térmica 1 repetiu uma operação de comutação sob a condição de que uma corrente excessivamente grande escoava para o motor.

O motor era um motor de indução monofásico tendo uma volta- gem classificada de 220 volts (50 hertz), uma corrente classificada de 10,8 amperes e uma potência classificada de 2320 watts. Um rotor do motor foi mantido de modo a ser impedido de rotação. Um suprimento de energia sob teste era 240 volts, 50 hertz. O compressor foi instalado sob a circunstância de temperatura ambiente (25°C). Uma corrente de restrição no início do tes- te de durabilidade (quando a temperatura do motor era a temperatura ambi- ente) tinha o valor de 60 amperes. A temperatura do motor subiu como resul- tado de energização e de desenergização repetidas, alcançando equilíbrio na corrente de restrição de 52 amperes. O comutador de resposta térmica 1 utilizado no teste de durabilidade tinha corrente operacional mínima (UTC) se situando desde 18,4 amperes até 25,4 amperes (120°C) e tinha uma ca- racterística que os contatos 7 e 8 eram abertos em 3 a 10 segundos (S/T) sob escoamento de uma corrente de 54 amperes.

Uma corrente de restrição de um motor elétrico é muitas vezes maior do que uma corrente classificada, e um período de tempo (S/T) ne- cessário para abrir os contatos 7 e 8 é encurtado para cerca de diversos se- gundos pelo aquecimento do motor, o aquecedor 12 no comutador de res- posta térmica 1 e a placa de resposta térmica 6, como descrito acima. Quando da abertura dos contatos 7 e 8, uma temperatura interior do comu- tador de resposta térmica 1 cai gradualmente de tal modo que os contatos 7 e 8 são novamente fechados em cerca de 2 minutos, pelo que, o motor é energizado. O número de operações de comutação normalmente repetidas foi medido no teste de durabilidade. Em cada operação de comutação, a e- nergização pela corrente de restrição (por diversos segundos) como resulta- do da operação de fechamento do comutador de resposta térmica 1 e dese- nergização (cerca de 2 minutos) como resultado de uma operação de aber- tura do comutador de resposta térmica 1.

Quando os contatos 7 e 8 são repetidamente abertos e fecha- dos, os contatos 7 e 8 são gradualmente danificados por arco gerado duran- te a abertura do contato, depois do que ocorre a soldagem do contato. No teste de durabilidade, quando um tempo de energização excedeu 10 segun- dos (S/T), foi determinado que a soldagem de contato tinha ocorrido e o tes- te era terminado. Foi observado que a placa de resposta térmica 6 foi danifi- cada pelo arco dependendo da distância entre os contatos. Além disso, uma vez que a placa de resposta térmica 6 repetiu a inversão de direção de cur- vatura com ação de encaixe a cada momento de comutação, a placa de res- posta térmica 6 foi algumas vezes quebrada por fadiga antes da ocorrência de soldagem do contato, quando o número de comutações se tornou exces- sivamente grande.

A figura 5 mostra os resultados do teste de durabilidade no caso

onde uma pressão de gás carregado para o interior do recipiente hermético 2 foi variada. Um eixo de abscissas indica pressão (pressão atmosférica (atm)), e um eixo de ordenadas indica o número de operações de comutação contadas antes de alcançar a soldagem de contato. A figura 5 mostra valo- res medidos e uma curva de interpolação dos valores mínimos em uma plu- ralidade de amostras. Um gás carregado compreendia 90% de hélio e 10% de ar seco. Cada um dos contatos móvel e fixo 7 e 8 compreendia um conta- to de sistema prata-óxido de estanho-óxido de índio contendo 9,7% em peso de oxido metálico e tinha uma estrutura de três camadas que incluíam uma camada intermediária compreendendo cobre e uma camada inferior com- preendendo ferro, as camadas sendo depositadas e comprimidas em uma estrutura de três camadas juntamente com a prata-óxido de estanho-óxido de índio. Cada contato era formado na forma de um disco tendo um diâmetro de 4 mm e uma espessura de 0,9 mm, e tinha uma superfície de contato formada em uma forma esférica com um raio de 8 mm. Uma distância entre os contatos era 1,0 mm. A placa de resposta térmica 6 foi ajustada para in- verter sua direção de curvatura na direção de abertura do contato na tempe- ratura de 160°C e na direção de fechamento do contato na temperatura de 90°C.

De acordo com os resultados de teste como mostrado na figura 5, o número de operações de comutação foi máximo (em ou acima de 23.000 vezes) na pressão de cerca de 0,4 atmosfera e foi gradualmente re- duzido subseqüentemente, quando a pressão foi aumentada. O número de operações de comutação foi cerca de 20.000 vezes (valor mínimo amostra- do) a 0,6 atmosfera e cerca de 15.000 vezes (valor mínimo amostrado) a 0,8 atmosfera. O número de operações de comutação foi substancialmente constante a 7.000 vezes (valor mínimo amostrado) quando a pressão exce- deu 1,3 atmosfera. Por outro lado, o número de operações de comutação foi gradualmente reduzido quando a pressão foi reduzida desde cerca de 0,4 atm até cerca de 0,3 atm. Quando a pressão foi reduzida para ou abaixo de 0,3 atm, o número de operações de comutação foi reduzido rapidamente para cerca de 15.000 vezes (valor mínimo amostrado) na pressão de 0,25 atmosfera, cerca de 8.000 vezes (valor mínimo amostrado) a 0,2 atmosfera e cerca de 2.000 vezes (valor mínimo amostrado) a 0,1 atmosfera.

Mais especificamente, no comutador de resposta térmica 1 com a estrutura acima descrita, pelo menos 15.000 vezes, ou acima, pode ser garantido como o número de operações de comutação quando a pressão carregada se situa desde 0,25 atmosfera até 0,8 atmosfera, como mostrado pela linha tracejada alternada longa e curta e seta na figura 5. Além disso, quando a pressão carregada se situa desde 0,3 atmosfera até 0,6 atmosfera, pelo menos 20.000 vezes, ou acima, pode ser garantido como o número de operações de comutação.

As figuras 6, 7 e 8 mostram as fotografias de superfícies do con- tato móvel 7 (A1 até A3) e do contato fixo 8 (B1 até B3) depois da completa- ção do teste de durabilidade, quando a pressão carregada está em 0,5, 0,7 e 1, 3 atmosfera, respectivamente. Quando a pressão carregada é relativa- mente mais elevada do que 1,3 atmosferas (figura 8) arco para em uma por- ção de cada contato. Consequentemente, a superfície de cada contato é derretida de maneira localizada, de tal modo que uma saliência é formada. Pode ser considerado que a porção da saliência tende a ser facilmente de- positada, de tal modo que a durabilidade é reduzida. Por outro lado, quando a pressão carregada é relativamente mais baixa que 0,5 atmosfera (figura 6) ou 0,7 atmosfera (figura 7) o arco se move em cada superfície de contato sem parar em uma porção. Como resultado, pode ser considerado que a durabilidade é melhorada, uma vez que a superfície de contato é gasta de maneira uniforme, a formação da saliência é suprimida e a soldagem por contato é suprimida.

Contudo, quando a pressão carregada é reduzida de tal modo que o arco tem mais facilidade de mover, existe uma possibilidade que arco possa mover para fora do espaço entre os contatos 7 e 8. Quando arco ge- rado entre os contatos 7 e 8 se espalha para a placa de resposta térmica 6, a placa de resposta térmica 6 é danificada, de tal modo que a durabilidade é bastante reduzida. Além disso, voltagem de extinção insuficiente resulta em continuação de arco mesmo em um cruzamento zero de corrente. Neste ca- so a durabilidade é extremamente reduzida. Uma redução extrema no núme- ro de operações de comutação na pressão de 0,1 atmosfera na figura 5 sur- ge principalmente das duas razões acima descritas. Consequentemente, um limite superior da distância entre os contatos é ajustado como um valor que pode impedir a transição de arco para fora dos contatos de acordo com a redução na pressão carregada. Por outro lado, um limite inferior da distância entre os contatos é determinado a partir da necessidade de assegurar a vol- tagem de extinção. Como resultado da inspeção de resultados experimen- tais, é preferível que o comutador de resposta térmica 1 da modalidade te- nha uma distância entre os contatos se situando desde 0,7 mm até 1,5 mm.

Quando os contatos 7 e 8 são abertos, a extremidade do lado do contato móvel da placa de resposta térmica 6 topa contra a superfície interna da carcaça 3 durante a operação de inversão de direção de curvatu- ra, de modo que operação adicional de inversão de direção de curvatura é limitada. Por outro lado, o comutador de resposta térmica 1 pode ser cons- truído de modo a ter um espaço aumentado entre a superfície interna da carcaça 3 e uma superfície superior da placa de resposta térmica 6, depois do que, a operação de inversão de direção de curvatura é impedida de ser limitada no meio da mesma. Quando o comutador de resposta térmica 1 é construído como descrito acima, os contatos 7 e 8 podem ser separados um do outro com uma distância maior entre eles, fazendo uso de uma força de inversão de encaixe da placa de resposta térmica 6. Embora esta construção seja olhada como efetiva para a extinção de arco, a placa de resposta térmi- ca 6 é fácil de quebrar, a menos que a operação de sua inversão seja limita- da, pelo que, a durabilidade da mesma é extremamente reduzida. Conse- quentemente, o limite superior anteriormente mencionado da distância entre os contatos, 1,5 mm, é um valor estruturalmente ajustado como uma distân- cia necessária para a extremidade lateral do contato móvel da placa de res- posta térmica 6 topar contra a superfície interna da carcaça 3 no meio da operação de inversão de direção de curvatura.

Como descrito acima, o comutador de resposta térmica 1 da modalidade compreende o contato fixo 8 fixado ao respectivo pino terminal condutor 10A, a placa de resposta térmica 6 que inverte a direção de curva- tura de acordo com a temperatura, e o contato móvel 7 preso à extremidade livre da placa de resposta térmica 6, estes componentes sendo encerrados no recipiente hermético 2. Cada um dos contatos móvel e fixo 7 e 8 compre- ende um contato de sistema prata-óxido de estanho-óxido de índio. O recipi- ente 2 é enchido com o gás que contém hélio (He) se situando desde 50% até 95%, de modo que a pressão interna do recipiente 2 se situe desde 0,25 atmosfera até 0,8 atmosfera na temperatura ambiente, ou mais preferivel- mente desde 0,3 atmosfera até 0,6 atmosfera. De acordo com esta construção, o arco gerado durante a aber-

tura dos contatos 7 e 8 se move sobre as superfícies de contato de tal modo que as superfícies de contato são desgastadas de maneira uniforme. Con- sequentemente, a durabilidade pode ser melhorada a despeito da utilização de contatos sem cádmio, uma vez que uma ocorrência de soldagem de con- tato é suprimida. Com isto,cada um dos contatos 7 e 8 tem um desempenho de durabilidade equivalente àquele do contato de cádmio convencional (por exemplo, um contato de sistema de prata-óxido de cádmio). Além disso, uma vez que o recipiente 2 é enchido com hélio que tem uma boa condutividade térmica, o período de tempo necessário para a abertura dos contatos 7 e 8 quando do escoamento de uma corrente excessivamente grande, tal como a corrente de restrição, pode ser encurtado (ou aumentado dependendo da construção) e um valor de corrente de trabalho classificada pode ser aumen- tado. Uma influência da taxa de hélio carregado sobre a durabilidade do co- mutador é relativamente menor.

Neste caso, uma voltagem de falha pode ser assegurada na uti- lização de um suprimento de energia comercial uma vez que a distância en- tre os contatos é ajustada em ou acima de 0,7 mm. Além disso, uma vez que a distância entre os contatos é ajustada em um valor igual a ou menor do que 1,5 mm, arco pode ser impedido de se espalhar para fora do espaço entre os contatos 7 e 8 tanto quanto possível, e a redução na durabilidade pode ser impedida suprimindo o dano devido a componentes periféricos de arco tal como a placa de resposta térmica 6. Além disso, quando a distância entre os contatos é ajustada em um valor igual a ou menor do que 1,5 mm, a extremidade do lado do contato móvel da placa de resposta térmica 6 topa contra a superfície interna da carcaça 3 no meio da operação de abertura de contato. Isto pode impedir um deslocamento excessivo da placa de resposta térmica 6 pela operação de inversão de direção de curvatura de encaixe, e ocorrência subsequente de vibração, depois do que, a redução na durabili- dade pode ser impedida.

O disco que tem o diâmetro se situando desde 3 milímetros até milímetros é utilizado como cada um dos contatos móvel e fixo 7 e 8. A durabilidade de cada contato contra o calor devido ao arco é melhorada quando a dimensão de cada contato é aumentada. Contudo, uma vez que um material principal de cada contato é prata, os custos são aumentados de maneira considerável. Em contraste, quando a dimensão de cada contato é pequena, cada contato com uma dimensão reduzida é vantajoso em redução de custo. Contudo, é confirmado experimentalmente que cada contato com diâmetro de pelo menos 3 milímetros pelo menos é necessário para que o desempenho de durabilidade contra a corrente de 60 amperes possa ser assegurado. Assim, utilizar cada contato com diâmetro igual a ou maior do que 5 milímetros, por exemplo, com diâmetro de 6 milímetros, é possível e melhora a durabilidade. Contudo, tal contato é impraticável do ponto de vista de custos e de dimensão do comutador de resposta térmica. Assim, a durabilidade e o desempenho do corte de corrente do

comutador de resposta térmica 1 são melhorados sem tornar os contatos 7 e 8 e a placa de resposta térmica 6 maiores em dimensão. Consequentemen- te, o comutador de resposta térmica 1 pode ser facilmente abrigado na car- caça hermética do motor de compressor e ser, consequentemente, adequa- do para um protetor térmico para o motor de compressor.

A invenção não deveria ser limitada pela modalidade descrita acima. A modalidade pode ser modificada como a seguir, por exemplo. O recipiente hermético 2 é enchido com o gás que contém hélio se situando desde 50% até 90%, de modo que uma pressão interna do recipiente 2 se situe desde 0,25 atmosfera até 0,8 atmosfera na temperatura ambiente. Em- bora este seja um aspecto indispensável, a distância entre os contatos, a forma e a dimensão dos contatos 7 ou 8 não deveriam ser limitadas pelas faixas numéricas descritas acima.

A forma do recipiente hermético 2 não deveria ser limitada à forma de domo alongado. Por exemplo, quando uma certa resistência pode ser alcançada fornecendo nervuras ao longo da direção ao longo do com- primento do recipiente hermético 2, a forma do recipiente hermético 2 pode, ou não, ser a forma de domo alongado. Embora o suporte 5 seja fixado a uma extremidade do recipiente hermético 2, a placa de resposta térmica 6 pode ser fixada na vizinhança do centro do recipiente hermético 2 quando o comutador de resposta térmica é tornado ainda menor. O suporte 5 pode ter uma forma de botão e pode ser eliminado. O aquecedor 12 e o elemento isolante inorgânico resistente ao calor 13 pode ser fornecido como demandar a ocasião. Embora a placa de cabeçote 4 seja dotada de dois pinos terminais 10A e 10B, somente um pino terminal pode ser fornecido e a placa de cabeçote metálico 4 pode servir como o outro terminal.

Dois ou mais pares de contatos de comutação 7 e 8 podem ser fornecidos. Pelo menos um dos contatos móvel e fixo 7 e 8 pode ter uma superfície encurvada de maneira convexa. Além disso, uma porção plana pode ser fornecida em um topo da superfície encurvada de maneira conve- xa.

O motor para o qual o comutador de resposta térmica é utilizado como o protetor térmico, não deveria ser limitado ao motor de indução de uma fase, porém pode incluir motores de indução trifásicos. Além disso, o comutador de resposta térmica pode ser aplicado a outros tipos de motores elétricos, por exemplo, motores aos quais voltagem CA é aplicada, tais como motores síncronos. Aplicabilidade Industrial

Como descrito acima, o comutador de resposta térmica da in- venção é útil como um protetor térmico para um motor de compressor.

Claims

1. Comutador de resposta térmica que é utilizado para cortar corrente CA que escoa através de um motor de compressor, o comutador de resposta térmica compreendendo: um recipiente vedado de maneira hermética (2) que inclui uma carcaça metálica (3) e uma placa de cabeçote (4) presa de maneira herméti- ca a uma extremidade aberta da carcaça (3); pelo menos um pino terminal condutor (10A, 10B) inserido atra- vés de um furo vazado (4A, 4B) formado através da placa de cabeçote (4) e fixado de maneira hermética no furo vazado (4A, 4B) por um enchimento eletricamente isolante (9); um contato fixo (8) fixado ao pino terminal (10A, 10B) no recipi- ente (2); uma placa de resposta térmica (6) que tem uma ou duas extre- midades conectadas de maneira condutora e fixadas a uma superfície inter- na do recipiente (2) e formada em uma forma de prato por estiramento, de modo a inverter uma direção de curvatura a uma temperatura predetermina- da; pelo menos um contato móvel (7) preso à outra extremidade da placa de resposta térmica (6) e que constitui pelo menos um par de contatos de comutação juntamente com o contato fixo (8); no qual cada um do contato fixo (8) e do contato móvel (7) com- preende um contato de sistema prata-óxido de estanho-óxido de índio e o recipiente (2) é enchido com um gás que contém hélio que se situe desde 50% até 95% de modo que uma pressão interna do recipiente (2) situa des- de 0,25 atmosfera até 0,8 atmosfera na temperatura ambiente.

2. Comutador de resposta térmica de acordo com a reivindica- ção 1, no qual o recipiente (2) é enchido com o gás de modo que a pressão interna do recipiente (2) se situe desde 0,3 atmosfera até 0,6 atmosfera na temperatura ambiente.

3. Comutador de resposta térmica de acordo com a reivindica- ção 1, no qual o contato móvel (7) e o contato fixo (8) têm uma distância en- tre contatos entre eles em um estado aberto, a distância entre os contatos sendo ajustada para ou acima de 0,7 milímetro de modo que a placa de res- posta térmica (6) tope contra a superfície interna do recipiente (2) durante uma operação de abertura de contato, e de modo que uma operação subse- quente da placa de resposta térmica (6) seja limitada durante uma operação de inversão da direção de curvatura.

4. Comutador de resposta térmica de acordo com a reivindica- ção 2, no qual o contato móvel (7) e o contato fixo (8) têm uma distância en- tre os contatos entre eles em um estado aberto, a distância entre os contatos sendo ajustada em ou acima de 0,7 milímetro, de modo que a placa de res- posta térmica (6) tope contra a superfície interna do recipiente (2) durante uma operação de abertura de contato, de modo que uma operação subse- quente da placa de resposta térmica (6) seja limitada durante uma operação de inversão de direção de curvatura.

5. Comutador de resposta térmica de acordo com a reivindica- ção 1, no qual cada um do contato fixo (8) e do contato móvel (7) é formado em uma forma de disco que tem um diâmetro que se situa desde 3 milíme- tros até 5 milímetros.

6. Comutador de resposta térmica de acordo com a reivindica- ção 2, no qual cada um dos contato fixo (8) e contato móvel (7) é formado em uma forma de disco que tem um diâmetro que se situa desde 3 milíme- tros até 5 milímetros.

7. Comutador de resposta térmica de acordo com a reivindica- ção 3, no qual cada um do contato fixo (8) e do contato móvel (7) é formado em uma forma de disco que tem um diâmetro que se situa desde 3 milíme- tros até 5 milímetros.

8. Comutador de resposta térmica de acordo com a reivindica- ção 4, no qual cada um do contato fixo (8) e do contato móvel (7) é formado em uma forma de disco que tem um diâmetro que se situa desde 3 milíme- tros até 5 milímetros.

9. Comutador de resposta térmica de acordo com a reivindica- ção 5, no qual pelo menos um do contato fixo (8) e do contato móvel (7) tem uma superfície encurvada de maneira convexa.

10. Comutador de resposta térmica de acordo com a reivindica- ção 6, no qual pelo menos um do contato fixo (8) e do contato móvel (7) tem uma superfície encurvada de maneira convexa.

11. Comutador de resposta térmica de acordo com a reivindica- ção 7, no qual pelo menos um do contato fixo (8) e do contato móvel (7) tem uma superfície encurvada de maneira convexa.

12. Comutador de resposta térmica de acordo com a reivindica- ção 8, no qual pelo menos um do contato fixo (8) e do contato móvel (7) tem uma superfície encurvada de maneira convexa.