CN101036211A - 促动断路开关的系统、方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的特定示例性的实施例涉及这样一种装置，该装置包括：适于与交流断路开关的工作机构相接合的跳开机构，所述跳开机构包括：沿纵向配置成第一端部区、中央区和第二端部区的双金属件，与所述第一端部区相连接的负载母线，所述第二端部区适于与衔铁杆相连接，该衔铁杆适于使得断路开关的工作机构跳开；以及与负载母线相连接的电磁元件。

Description

促动断路开关的系统、方法和装置
相关申请
本申请要求获得尚未授权的于2004年8月3日提交的美国临时专利申请No.60/598,552(代理案号No.2400P12736US)的优先权。
背景技术
美国专利No.6,396,370(Leone)通过引用全部结合在本说明书中，根据该专利的陈述，“本发明的断路开关(10)是一种模制壳体断路开关，它包括具有主盖(20)的模制壳体(12)，固定在壳体(12)内的第一接点(18)和第二接点(16)，该壳体具有与第一接点(18)电气连接的固定触点(44)和与第二接点(16)电气连接的活动触点(42)。活动触点(42)与工作机构(40)相连接，该机构具有可在接通，断开和跳开位置之间运动的转动件(13)。中间闩锁装置(52)也安装在壳体(12)中并与工作机构(40)相连接。中间闩锁装置(52)有选择地由包括磁短路跳开机构和热过载跳开机构的跳开装置(60)操作。跳开装置(60)可以通过增加套在外轭铁(66)的法兰(71)之间的内轭铁(67)而重新配置，并且可以通过将第二磁屏蔽(70)固定在外轭铁(66)上，以便改变跳开装置(60)对断路开关所受电流的敏感性。断路开关(10)的一个特定的实施例包括可更换的双金属(62)铜合金件，该合金件具有化学成分为CDA#19400的铜合金，其导电率不大于40％IACS(国际铜线退火标准)。”见摘要。
美国专利5,608,367(Zoller)通过引用全部结合在本说明书中，根据该专利的陈述，“在具有可更换的热磁跳开装置的模制壳体断路开关中，具有在铁芯中面对跳开装置的间隙的负载母线将热丝变压器的C--型铁芯永久地固定在壳体内的适当位置。当将可更换的跳开装置插入模制壳体中时，安装在该跳开装置内的永磁件就与热丝变压器铁芯中的间隙对中。跳开装置的双金属的一端安装在围绕永磁件并形成副热丝变压器的导电套筒上。永磁件长度的选择是为了建立这样的电流条件，在该电流条件下双金属件把断路开关跳开。负载母线具有一个偏置部分，该偏置部分形成一个可更换的跳开装置的壳体的一个壁固定在其上的第一台阶和一个由热丝变压器支持的磁极片固定在其上第二台阶，从而在磁极片与可更换的跳开装置中的衔铁之间固定一个间隙，以便提供瞬时的磁跳开功能。”见摘要。
美国专利4,719,438(Mrenna)通过引用全部结合在本说明书中，根据该专利的陈述，“具有快速跳开装置的断路开关结构的中，断路开关控制器和跳开装置包括线圈，铁芯，衔铁，磁通聚集板和阻挡支架，该磁通聚集板设置在位于与铁芯相对置的衔铁的一端并且与衔铁隔开一定距离，用来聚集铁芯和衔铁之间的磁场，该阻挡支架从衔铁伸出并将衔铁保持在与铁芯有一定间隔的位置，以便使磁场曲线通过该支架和衔铁流动。”见摘要。
发明内容
本发明的特定示例性的实施例涉及这样一种装置，该装置包括：适于与交流断路开关的工作机构相接合的跳开机构，所述跳开机构包括：沿纵向配置成第一端部区、中央区和第二端部区的双金属件，与所述第一端部区相连接的负载母线，所述第二端部区适于与衔铁杆相连接，该衔铁杆适于使得断路开关的工作机构跳开；以及与负载母线相连接的电磁元件。
附图说明
通过对某些典型实施例的详细描述连同参照附图，将会比较容易地理解各种有潜力的实施例，附图中：
图1是系统1000的典型实施例的透视图；
图2是沿图1的A--A线截取的系统2000的典型实施例的截面图；
图3是沿图1的A--A线截取的系统3000的典型实施例的截面图；
图4是系统4000的典型实施例的透视图；
图5是系统5000的典型实施例的透视图。
定义
当下列术语在本文中直接使用时，相应的定义适用：
一个--至少一个。
促动--使运动或动作；起动。
适于--使适用于或适合于特定的用途或情况。
邻近的--附近和/或邻接的
交流电--在电路中定期改变方向的电流。
装置--用于特定目的的一种设备或装置。
衔铁杆--断路开关的一个可动的元件，该元件可松开地连接和/或固定端路开关的工作机构。
配置--按特定的顺序布置。
在…之间--在或通过该位置(或者隔开的区间)；居中的。
偏置--沿一个方向推动。
双金属件--一种适合放置在断路开关的传导途径内的元件，该元件适合于根据预定的近似幅度的电流在预定的近似时间内通过其中流动而产生热量，并且根据所产生的热量而产生偏移，由此使断路开关跳开。
能够--至少在某些实施例中是可能的。
中央--处于或接近一个长度的中心或在该中心内。
可表征的--可描述的。
断路开关--交流电路的一种可自动断开并手动闭合的装置。
包括--包括但不限于此。
导体--断路开关的一个零件，它适合用来传导由断路开关承载的绝大部分电流。
连接--连接或紧固在一起。
连接--物理意义上的连接。
接触臂--包括一对能够接合以接通电路的电触点中的一个的元件。
连接(couple)--接合、连接和/或联系在一起。
可连接的--能够被接合，连接和/或联系在一起的。
限定--确定一个物体的外形，形状或结构。
装置--一种机器，制造设备和/或它们的组合。
电路--电气连接的电气装置的系统，该系统提供电能流动的通路即电流通路。
以电磁的方式--借助于形成磁场的生产和/或检测。
细长—延伸拉长了的，使得占据的空间长度更长，和/或使长度大于宽度。
末端--具有长度的物体的末端；终点。
接合--接触、引起接触、相互作用和/或引起相互作用。
柔性的--能够被弯曲或挠曲的；柔韧的。
手柄--能手动操作的控制杆，用于设定和/或重新设定断路开关的位置和/或状态。
成一整体的--形成或组合成另一个实体。
锁闩--可松开地紧固或固定的零件。
线--由一个点沿着固定的方向和相反的方向移动而形成的一种几何图形。
负载母线--断路开关的一种导电元件，该元件设置在工作机构的电气下游。
位置--一个地方。
磁性元件--一种适合放置在和/或靠近断路开关的传导通路的元件，该元件可根据预定的近似幅度的电流在预定的近似时间的流动而产生一个磁场，该磁场足以移动衔铁杆和/或接触臂，从而使断路开关跳开。
较大的--在尺寸或大小方面是相对比较大的。
可/可以--允许(做)，至少在某些实施例中。
机构--一种设备和/或它的一部分。
方法--用来完成某件事的过程，步骤和/或的相关动作的组合。
模制的壳体--通过加工熔融的热塑料而制造的外壳。
断路位置--就断路开关而论，是一个与断路有关的位置和/或方位。
通路位置--就断路开关面论，是一个闭路有关的位置和/或方位。
工作机构--断路开关的一部分，该机构包括可在接通、断开和跳开位置之间运动以便有选择地与断路开关的工作触点接合和脱离的回转件。
平行--到处的距离都是相等的。
平面的--平的。
多个--两个以上和/或多于一个的状态。
安置--定位，取向和/或配置。
预先--预先建立的。
松开--使接合、夹住或压住的物体松开。
复位--从跳开位置和/或状态运动到接通位置和/或状态。
隔离--分开和/或保持分开。
组/套--相关的复数。
基本上--达到一个相当大的程度或比例。
表面--物体的外表面和/或外边界。
围绕--包围或限制所有的侧面。
对称--相应的零件在尺寸，形状和相对位置上具有相似性。
系统--机构、装置、数据、和/或技术规程等的组合，该组合用来完成一个或多个特殊功能。
以热的方式--借助于形成热量的生产和/或检测。
跳开--通过打开一个开关而停止电能在电路中的流动。
跳开位置--就断路开关而论，是一个与跳开的电路有关的位置和/或方位。
拉开插栓--脱开。
宽度--沿垂直于长度和厚度的方向测量的尺寸。
在…内--在限定的范围内。
区域--面积和/或地区。
详述
断路开关的一般功能是将所选定的电路与电源电气接合和脱离。该功能可以通过用于断路开关的每一相的一对工作触点的接合和脱离来实现的。断路开关可用来防止电路产生持续的过电流状态和/或由于短路而产生的过高电流。每对工作触点中的一个触点可以由一个绕枢轴转动的接触臂支承，而另一个工作触点基本上是固定的。该接触臂可通过一个工作机构这样绕枢轴转动，使得由接触臂支承的活动触点可以与固定触点接合和脱离。
至少有两种方式可以使得用于断路开关的工作机构脱离工作触点：即，使用断路开关的操作手柄来促动工作机构，或者使用一种例如对断路开关所承载的不合格的电流水平敏感的跳开机构来促动该工作机构。对许多断路开关来说，操作手柄可以与工作机构这样连接，使得当跳开机构促动工作机构使这些触点分离时，操作手柄运动到故障或跳开位置。
为了与断路开关的工作触点接合，断路开关操作手柄可以用于如此地促动工作机构，即，使得活动触点与固定触点相接合。与断路开关操作手柄相连接的电机也可以用来使工作触点接合或脱离接合，该电机是可以远距离操纵的。
典型的住宅用断路开关可以具有低至5安培到高至50安培的额定的连续电流范围。典型的工业用断路开关可以具有低至15安培到高至160安培的额定连续电流范围。用于该断路开关的跳开机构可以包括热过载跳开型和磁短路跳开型。热过载跳开型可通过双金属件来操作，在该操作过程中通过断路开关的导电通路流动的电流将在双金属件中产生热量，该热量可以引起双金属件偏转并使断路开关跳开。双金属件中所产生的热量通常是通过该双金属件流动的电流总量和电流流动的时间周期的函数。对于给定范围内的额定电流来说，可以对双金属的横截面以及相关的元件进行准确地选择，以便在为每种电流范围产生的若干不同数量级的断路开关中选定适合该给定电流范围的产品。
在电流水平高于热过载跳开的正常工作水平的情况下，最好是能在没有任何有意延迟的情况下跳开该断路开关，就像在保护电路中的短路情况下那样，所以，常常使用电磁的跳开元件。但是在短路情况下，通过该断路开关流动的大量的电流可能会促动磁性跳开，磁性跳开该断路开关的时间比通常由双金属加热而引起的跳开时间要快得多。最好这样调节该磁性跳开元件，使得磁性跳开装置在较低的额定连续电流时以较低的短路电流跳开，而在较高的额定连续电流时以较高的短路电流跳开。这可以使断路开关的电流跳开性能与在断路开关负载侧的该开关下游端的常用设备相匹配。
可以有许多方法来调节用于不同跳开电流的磁性跳开装置。首先，衔铁弹簧的弹力可以通过调节或更换弹簧来改变，以便改变作用在衔铁上的阻力，从而可以改变跳开该开关所需要的电流。其次，在磁轭、衔铁或两者中的钢的横截面都可以调节，以增加或减少由短路电流所产生的磁力线的总量。
特定示例性的实施例涉及这样一种装置，该装置包括：适于与交流断路开关的工作机构相接合的跳开机构，所述跳开机构包括：沿纵向配置成第一端部区、中央区和第二端部区的双金属件，与所述第一端部区相连接的负载母线，所述第二端部区适于与衔铁杆相连接，该衔铁杆适于使得断路开关的工作机构跳开；以及与负载母线相连接的电磁元件。
图1是处于跳开位置的交流断路开关1000的一个典型实施例的透视图。断路开关1000可以用热的和/或电磁的方式促动或跳开。断路开关1000包括模制壳体和/或壳体1100，该壳体可基本上容纳或包围断路开关1000的大多数零件。通过手柄相对于壳体1100的位置，手柄1200可以直观地显示断路开关所处的状态，例如接通(ON)、跳开(TRIPPED)和/或断开(OFF)等。通过操作断路开关1000的各种元件，可以使手柄1200自动地运动到跳开位置。手柄1200也可以手动地运动到接通、跳开和/或断开位置。如图所示，手柄1200处于跳开位置。断路开关1000可以包括：一个接地故障重调试验按钮1300，手动促动该按钮可以使断路开关1000跳开；一个电子跳开装置(未示出)；和/或可从接通位置运动到跳开位置的手柄1200。为了重新调整断路开关1000，可将手柄1200从跳开位置运动到断开位置，然后再运动到接通位置。
图2和图3是沿图1的A--A线截取的断路开关1000的一个典型实施例的截面图，图3中所示的偏置的断路开关1000是其XYZ坐标系统的常用方位。
基本上包括在壳体1000内部的是跳开机构1400，该跳开机构包括一个电磁元件1500，该元件可以用磁性的、电的和/或机械的方式与负载母线2100相连接。电磁元件1500至少是部分地围绕和/或基本上定位在大体上平的、细长的双金属件1600的中央区附近，该双金属件也可以以电气方式与负载母线2100在2120位置相连接。从位置2120的透视图以及当沿双金属件1600的长度和/或沿坐标轴Y轴看去，双金属件1600包括近端部区1620，中央区1640和远端部区1660。值得注意的是，当沿X坐标轴测量时，远端部区1660比近端部区1620和中央区1640更薄。此外，双金属件1600的远端部区1660可以与衔铁杆1700(图3中未示出)机械地相接合，该衔铁杆适合用来跳开断路开关1000的工作机构1800。柔性导体1900(图3中未示出)可以以电气方式将接触臂2000连接在某个位置上，该位置位于双金属件1000的中央区1640内并且在电磁元件1500与双金属件1600的远端部区1660之间。
图4是系统4000的一个典型实施例的透视图，该系统包括可以用机械的和/或电气的方式与双金属件4200的近端部区4220相连接的负载母线4100。负载母线4100可以以磁的、电的和/或机械的方式与电磁元件4300连接，该电磁元件至少部分地围绕和/或基本上配置在靠近双金属件4200的中央区4240。柔性导体4400可以用电气方式将接触臂4500连接在某一位置上，该位置位于双金属件4200的中央区4240内并且在电磁元件4300与双金属件4200的远端部区4260之间。请注意，远端部区4260基本上可以安排在电流通路的外侧，该电流通路通过双金属件4200将负载母线4100与柔性导体4400相连接。
图5是系统5000的典型实施例的透视图，该系统可以包括由单根杆5300加工而成的一对形状基本上相同的双金属件5100，5200。双金属件5100可限定中央区5140和端部区5160。双金属件5200可限定中央区5240和端部区5260。图中所示的偏置的杆5300是其XYZ坐标系统的常用方位。请注意下列各项：
1)双金属件5200可看作是已经围绕Y坐标轴相对于双金属件5100转动180°；
2)端部区5160不需要相对于X坐标轴对称，和/或不需要围绕一条平分中央区5140和/或双金属件5100的宽度的直线对称；
3)端部区5260不需要相对X坐标轴对称，和/或不需要围绕一条平分中央区5240和/或双金属件5200的宽度的直线对称；
4)端部区5160和5260相对于X坐标轴可看作是相互重叠的；
5)端部区5160和5260的宽度范围大约是在双金属件5100，中央区5140，双金属件5200，中央区5240和/或杆5300宽度的大约25％--75％，其中包括该两个百分比数值之间的所有数值(例如大约30.1％，39.98％，50％，60％和/或74.731％)以及它们之间的所有的分范围(例如至少30％，从约45％到约55％，不大于60％等)
6)沿Z坐标轴测量的端部区5160和5260的组合宽度可以近似等于双金属件5100，中央区5140，双金属件5200，中央区5240和/或杆5300的宽度。
端部区5160和5260和/或双金属件5100、5200在杆5300上的结构应考虑下列各项：
1)以浪费材料最少的方式加工成型和/或冲压成型双金属件5100，5200；
2)将端部区5100和5200安置在电流通路的外侧时不会减小双金属件5160，5260的电流承载部分的横截面积；
3)间接加热端部区5160和5260；
4)提供和/或增加端部区5160和5260和/或双金属件5100，5200的柔性；和/或
5)给出柔性接插件(在图4中示出)的更方便的路线。
在阅读了上面的详细说明并且参看了某些典型实施例的附图以后，对于本技术领域内的普通技术人员来说，其他的实施例将是一目了然的。应当指出，许多变更，修改和其他的实施例都是可能的，因此，所有这些变更修改和实施例都应被认为属于本申请的原理和范围内。例如，与本申请的任何部分(例如名称，领域，背景，简介，摘要，附图等)的内容无关，除非有清楚的相反规定，例如通过明确的定义，不需要将任何具体描述或说明的特征，功能，活动或元件，任何具体的活动程序，或者元件的任何特定的相互关系(或者将要求对此取得优先权的任何申请的任何权利要求)包括在本文的任何权利要求中。此外，可以重复任何动作，可以由多种机构完成任何动作，和/或可以复制任何元件。而且，可以除去任何动作或元件，动作的程序可以变化，和/或可以变化元件的相互关系。因此，本文的详述和附图实质上只能被认为是说明性的，而不是限制性的。此外，如果在本文中描述了任何数字或范围，除非另作清楚的说明，该数字或范围只是近似的。如果在本文中描述了任何范围，除非另作清楚的说明，该范围包括其中的任何数值和其中的任何分范围。通过引用结合在本文中的任何技术资料(例如美国专利，美国专利申请，书，文章等)中的任何信息，只是在这样的条件下才通过引用结合在本文中，即在该信息与本文所陈述的其他说明和附图没有矛盾。在万一发生这种矛盾的情况下，包括将会使本文中的任何权利要求无效或对此寻求优先权的矛盾，在通过引用被结合的资料中的这种矛盾信息将特殊地不能通过引用结合在本文中。

Claims (20)

1.一种装置，该装置包括：
适于使得一以热方式跳开和以电磁方式跳开的、具有模制的壳体的、交流断路开关的工作机构跳开的跳开机构，该跳开机构包括：
接触臂；
大体上平的细长的双金属件，该双金属件包括配置成第一端部区、中央区和第二端部区的第一主要表面，所述中央区将所述第一端部区和所述第二端部区分开，所述双金属件的所述第一端部区适于与负载母线相连接，所述双金属件的所述第二端部区的宽度不大于所述双金属件的所述中央区宽度的60％，所述双金属件的所述第二端部区适于与用来使该断路开关的工作机构跳开的衔铁杆相接合；
与负载母线相连接的磁性件，所述磁性件至少部分地围绕所述双金属件的所述中央区并大体上定位成靠近所述双金属件的所述中央区；以及
与所述接触臂和所述双金属件的所述导体相连接的柔性导体，所述导体与所述双金属件在一个位置相连接，该位置位于所述双金属件的中央区内并且在所述电磁元件与所述双金属件的所述第二端部区之间。
2.一种装置，该装置包括：
适于与交流断路开关的工作机构相接合的跳开机构，所述跳开机构包括：
大体上平的、细长的、可由长度和宽度来表示的双金属件，所述双金属件沿纵向配置成第一端部区、中央区和第二端部区，负载母线与所述第一端部区相连接，所述第二端部区的宽度不大于所述中央区宽度的60％，所述第二端部区适于与用来使该断路开关的工作机构跳开的衔铁杆相接合；以及
电磁元件，该电磁元件与负载母线相连接并且大体上定位成靠近所述双金属件的所述中央区。
3.权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括与所述双金属件电气连接的接触臂。
4.权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括连接接触臂和所述双金属件的导体。
5.权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括连接接触臂和所述双金属件的柔性导体。
6.权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括连接接触臂和所述双金属件的导体，所述导体在接近所述双金属件的中央区处与所述的双金属件连接。
7.权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括连接接触臂和所述双金属件的导体，所述的导体在一位置处与所述双金属件相连接，该位置位于所述双金属件的中央区内并且在所述电磁元件与所述第二端部区之间。
8.权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括在一位置上与所述双金属件相连接的导体，该位置位于所述双金属件的所述中央区内并且在所述电磁元件与所述第二端部区之间。
9.权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括在所述的电磁元件与所述的第二端部区之间的一位置处与所述双金属件相连接的导体。
10.权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括所述负载母线。
11.权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括所述衔铁杆。
12.权利要求2所述的装置，其特征在于，所述断路开关是一种具有模制的壳体的断路开关。
13.权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的第二端部区相对于一限定成平分所述中央区的宽度并且平行于所述双金属件的长度的直线而言是不对称的。
14.权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的第二端部区大体上定位成在一限定为平分所述双金属件的中央区的宽度并且平行于所述双金属件的长度的直线的一侧。
15.权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一端部区的宽度与所述中央区的宽度近似相等。
16.权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二端部区大体上定位在所述双金属件的电流通路的外侧。
17.权利要求2所述的装置，其特征在于，所述磁性件至少部分地围绕所述中央区。
18.权利要求2所述的装置，其特征在于，所述磁性件与所述中央区相连接。
19.权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的跳开机构适合用电磁方式和热方式来促动。
20.一种具有模制的壳体的交流断路开关，该断路开关包括：
适于与所述断路开关的工作机构相接合的跳开机构，所述跳开机构包括：
大体上平的、细长的、可由长度和宽度来表示的双金属件，所述双金属件沿纵向配置成第一端部区、中央区和第二端部区，负载母线与所述第一端部区相连接，所述第二端部区的宽度不大于所述中央区宽度的60％，所述第二端部区适于与用来使断路开关的工作机构跳开的衔铁杆相连接；以及
电磁元件，该电磁元件与负载母线相连接并且大体上定位成靠近所述双金属件的所述中央区。
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