CN101558465A - 用于双级开关装置的联杆 - Google Patents

Abstract

一种多级开关装置，用于选择性地开关从电源到负载电路的电力，其包括第一控制装置，该第一控制装置包括：壳体；在该壳体中的机电致动器，该机电致动器包括活动柱塞(530)；以及在该壳体中的电开关，该电开关由该柱塞来操作。第二控制装置，包括：壳体，该壳体可相邻于第一控制装置安装；在该壳体中的机电致动器，该机电致动器包括活动柱塞(532)；以及在该壳体中的电开关，该电开关由该柱塞来操作。系联机构(534)将第一控制装置柱塞(530)与第二控制装置柱塞(532)机械地联系起来。

Description

用于双级开关装置的联杆

相关申请的交叉引用

本申请要求临时申请No.60/865068(申请日为2006年11月9日)的优先权，该文献的内容作为参考被并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及住宅和商用的配电面板和部件，更具体地说，是涉及用于双级(two pole)开关装置的联杆(tie bar)，该双级开关装置用于在配电系统中控制负载，特别是照明负载和空调负载。

背景技术

断路器面板用于保护电路，防止由于过载电流情况(例如，过载、相对较高电平的短路、或者接地故障)而引起受损。为了实现该功能，断路器面板包括断路器，该断路器典型地包含开关单元和跳闸单元。开关单元被耦接到电路(即，线路和负载)，使得它能够断开或闭合电路的电通路。开关单元包括每相一对可分离触点、每相一个枢轴转动接触臂、操作机构和操作手柄。

在过载电流情况下，全部的可分离触点对都脱开或跳闸，从而断开电路。当过载电流情况不再存在时，断路器可以复位，使得全部的可分离触点对都被接合，从而使电路闭合。

除了通过操作手柄来人工过载电流保护，还通过跳闸单元提供自动过载电流保护。耦接到开关单元的跳闸单元检测电路的过载电流情况，并使断路器自动跳闸。当检测到过载电流情况时，包含在跳闸单元中的跳闸机构致动操作机构，从而使得各相的第一触点与第二触点脱开。典型地，操作手柄联接到操作机构，使得当跳闸机构致动操作机构以便使触点分离时，操作手柄也运动至跳闸位置。

开关设备和开关板是用于表示包括金属外壳(该金属外壳装有开关和中断装置，例如保险丝、断路器和继电器)，以及相关控制器、仪表和测量装置的电设备的一般术语。外壳通常还包括用于配电的装置，例如，汇流条、内部连接件和支承结构(这里通常称为“面板”)。这样的电设备可以保持在建筑物(例如，工厂或商业机构)中，或者它可以保持在这些设施的外部，并暴露于环境气候条件中。典型地，铰接的门或盖设置在开关设备或开关板部分的前部上，用于接近包含于其中的装置。

除了配电和用于避免过载电流情况的电路保护，部件还被添加在面板上，以便对输送至与断路器相连的负载的电力进行控制。例如，已经使用部件来控制照明电力。

用于控制通向负载的电力的一种系统利用了遥控(remoteoperated)的断路器系统。在这样的系统中，断路器的开关单元不仅响应过载电流情况而操作，而且响应从与断路器分离的控制单元接收的信号而操作。断路器被专门构造成用作遥控断路器，并包括用于致动开关单元的马达。

在示例性的遥控断路器系统中，控制单元被安装在面板上，并通过控制总线而被硬接线到遥控断路器。当断路器的开关单元要被闭合或断开时，由控制面板直接施加或去除断路器马达的工作电流。另外，多个分离的导体被提供在总线中，用于面板中各断路器位置的反馈信息，例如接触确认等。控制单元包含用于向安装在面板中特定断路器位置的断路器分别施加和移除工作电流的电子装置。面板控制单元还具有用于检查断路器状态的电子装置，诊断程序等等。该系统的一个优点是各断路器可以根据它们在面板中的位置来寻址。

当需要双级或三级单元来提供多组开关触点用于空调和仪表负载的控制时，对遥控断路器的操作会变得更困难。多个单级(singlepole)装置可以被同时操作，以便模拟多级(multipole)装置。不过，对于这种构造存在同步问题。还有，如果该装置中的一个发生故障或与所计划的情况相反地操作，就可能导致不正确的负载操作。而且，对于各个单级单元的每一个均需要独立的控制电路。在以前，由于部件尺寸和所需功率大小，这样的电路处于开关装置的外部。将通信电路定位在开关装置的外部，使得该电路必需总是存在于面板中，即使当开关装置并不存在于面板中时也是如此。

可替代地或者另外地，多级装置的接触臂通过横杆被机械地联接，该横杆通常在与接触臂相同的点处枢轴转动，并保证接触臂同时运动/旋转。不过，横杆的使用不适合于模块式设计或其类似物。各个级必需处于相同的开/关位置，同时还要对由于接触磨损和公差问题而引起的任一级的超程具有充足的预防措施。

本发明涉及一种在双级开关装置中的联杆

发明内容

根据本发明，提供了一种在配电系统的双级开关装置中的联杆。

根据本发明的一个方面，公开了一种多级开关装置，用于选择性地开关从电源通向负载电路的电力。该开关装置包括第一控制装置，该第一控制装置包括：壳体；在该壳体中的机电致动器，该机电致动器包括活动柱塞；以及在该壳体中的电开关，该电开关由该柱塞来操作。第二控制装置包括：壳体，该壳体可邻近于第一控制装置安装；在该壳体中的机电致动器，该机电致动器包括活动柱塞；以及在该壳体中的电开关，该电开关由该柱塞来操作。系联机构(tie linkage)将第一控制装置柱塞与第二控制装置柱塞机械地联接起来。

本发明的一个特征是：系联机构包括第一和第二肘节销(wristpin)，该第一和第二肘节销分别与第一控制装置柱塞和第二控制装置柱塞可操作地相关联。

系联机构可以进一步包括可操作地联接到第一和第二肘节销的联杆。该联杆可以包括凸缘，该凸缘具有相对的管状毂，该管状毂接纳第一和第二肘节销。该凸缘可以夹在第一控制装置壳体和第二控制装置壳体之间。特别是，该凸缘可以容纳在第一控制装置壳体和第二控制装置壳体中每一个的凹陷部内。

本发明的又一特征是：该凸缘阻止了从级至级的碎屑交叉积累(cross accumulation)。

本发明的另一特征是：第一肘节销使得柱塞被机械地联接到第一电开关的接触臂，第二肘节销使得柱塞被机械地联接到第二电开关的接触臂。

本发明进一步的特征是：机电致动器包括螺线管，由永磁体将该螺线管保持在一个状态。

本发明的另一特征是：系联机构包括塑料联杆。

根据本发明的另一方面，公开了一种双级开关装置，用于选择性地开关从电源通向负载电路的电力，它包括第一控制模块和第二控制模块。每个控制模块包括：壳体；在该壳体中的机电致动器，该机电致动器包括活动柱塞；以及在该壳体中的电开关，该电开关包括固定触点和活动触点，活动触点被承载在由该柱塞操作的接触臂上。系联机构使第一控制模块接触臂与第二控制模块接触臂被机械地联接起来。

通过说明书和附图将很容易了解本发明的其它特征和优点。

附图说明

图1是根据本发明的配电面板的正视图；

图2是表示出图1的配电面板的多对断路器和遥控装置的方框图；

图3是根据本发明的多级遥控模块的基本方框图；

图4是图3的多级遥控模块的详细方框图；

图5是表示出在图3的多级遥控开关装置中的螺线管的机械联接的透视图；

图6是根据本发明的包括联杆的双级开关装置的分解透视图；

图7是图6的双级开关装置从另一不同的透视方向看上去的局部分解透视图；

图8是根据本发明的联杆的透视图；

图9是包括该联杆的图6的双级开关装置的第一控制模块的透视图；

图10是图9的第一控制模块的剖视图；

图11是图6的双级开关装置的细节剖视图；

图12是第一控制模块的透视图，其中，壳体的一侧已经除去；以及

图13是第一控制模块相对于图12的相对侧的透视图，其中，壳体的另一侧已经除去。

具体实施方式

根据本发明的配电系统(例如，集成照明控制系统)允许用户利用多级遥控继电器来控制通常用于照明的功率电路，以及用于电阻加热或空调的电路。该配电系统可以如美国申请11/519727(申请日为2006年9月12日，该美国申请的说明书作为参考被并入本文)中大致所述，或者更具体地，如美国申请11/635299(申请日为2006年12月7日，该美国申请的说明书作为参考被并入本文)中所述。

参考图1，根据本发明的照明控制系统包括照明控制面板100。面板100可以包括Siemens类型P1面板，但是本发明并不局限于该构造。线路功率通过连接到电源104的电源电缆102而进入面板100。线路功率例如可以是常规的三相480Y277、240或120VAC电源。电缆102电连接到主断路器106的输入侧。主断路器106将线路功率以常规方式分配给各个断路器108。不过，怎样配电取决于各断路器108的设计，这对本领域技术人员而言这是显而易见的。电力被分配到各断路器108的线路侧。面板100可以被设置成接纳42个或更多个断路器108，尽管图1的实施例中只表示了30个。每个断路器可以是常规结构，还可以是例如Siemens BQD断路器。每个断路器108包括：电线端子108A，该电线端子108A从主断路器106接收电力；以及负载端子108B，该负载端子108B通常用于与负载电路连接。

为描述简便起见，当在本文中总体上描述一装置(例如断路器108)时，该装置的标号不带任何用连字符连接的后缀。相反，当描述该装置的具体一个时，它的标号将带有用连字符连接的后缀，例如108-1。

根据本发明，要被控制的每个负载电路还具有为继电器、计量表或调光器形式的遥控装置或控制模块110。根据本发明，这里使用的术语“遥控装置”包括控制、监测负载电路或以其它方式用在负载电路中的任意其它装置。尽管在优选实施例中遥控装置110是与断路器108分开的部件，但是正如本文所用，术语“遥控装置”包括与断路器集成在一起的装置。遥控装置110还被连接到数据轨(data rail)112A和112B。如下所述，面板控制器114通过由数据轨112A和112B提供的连接来控制该遥控装置110。

为继电器实施形式的遥控装置110包括壳体110H，该壳体110H装入了辅助的触点组，该辅助触点组可以被遥控以便断开和闭合照明电路。利用插入断路器接线柱108B中的导体片(即，端子110A)将该装置110安装到面板100内的断路器108的负载侧(见图2)。负载端子110B包括与断路器接线柱108B相同尺寸的接线柱，用于与要连接负载装置的电线连接。该装置壳体110H设置成安装在Siemens类型P1面板中，但是本发明并不局限于该结构。

参考图2，方框图表示了四个断路器108-1、108-2、108-3和108-4，以及各自的遥控装置110-1、110-2、110-3和110-4。在所示实施例中，第一装置110-1包括继电器，第二装置110-2包括断路器，第三装置110-3包括变流器(current transformer)，第四装置110-4包括调光器。显然，可以使用这些遥控装置110的任意组合。每个遥控装置110均包括：输入端子110A，该输入端子110A电连接到相关断路器负载端子108B；以及输出端子110B，用于连接到负载装置。

数据轨112直接机械安装到照明控制面板100的内部。数据轨112包括屏蔽通信总线，该屏蔽通信总线包括带缆连接器115，该带缆连接器115具有通向面板控制器114的导体。

这里并不详细介绍数据轨112和面板控制器114。作为替代，可以参见作为参考并入本文的申请中对相同部件的详细讨论。实际上，显而易见的是，本发明并非必须使用面板控制器或数据轨。

继电器形式的遥控装置110能够遥控开关电分支负载。该装置110设计成装配在具有42个或更多分支断路器108的标准配电面板内。该装置110是分支断路器108的附件，从而允许重复开关该负载而不会影响断路器108的工作。

遥控装置110需要这样一个装置，该装置接收指令信号以断开或关闭，并且回送报告成功操作或装置状态。还需要用于驱动该开关机构触点断开和闭合的装置。根据本发明，该遥控装置是一种多级开关装置，其使用两个磁保持螺线管作为致动器装置，并使用一个电子电路板(与单级装置类似)，且具有将这些装置机械联接的系联机构。通过该设计，电子控制电路位于开关装置自身内部。只需要一个电路来操作两个致动器。使用两个磁保持螺线管或“磁控锁”作为开关致动器导致了非常低的能量需求，需要短持续时间的脉冲来改变位置(以毫秒测量)，提供了精确和可重复的正时(timing)，并要求该控制必须翻转电压极性。

图3表示了用于双级负载开关的基本方框图。双级开关装置110M形式的遥控装置包括第一控制模块110M-1和第二控制模块110M-2，它们分别有并排的壳体110H-1和110H-2，总体上如图所示。双级开关装置110M占据了面板100中的两个位置。在第一壳体110H-1中的控制电路480连接到电缆116，以便连接到数据轨112，如图2所示。控制电路480驱动分别在壳体110H-1和110H-2中的两个控制继电器CR1和CR2，每个控制继电器操作一个电开关CR1-1和CR2-1，该电开关CR1-1和CR2-1分别为连接在端子110A-1和110B-1之间以及110A-2和110B-2之间的常开触点的形式。传感器484检测继电器CR1和CR2的状态，并连接到控制电路480。因此，控制电路480控制触点CR1-1和CR2-1的操作，以便有选择地将负载L电连接至断路器108-1和108-2，并因此向负载L供电。

图4表示了双级开关装置110-M的详细方框图。到数据轨112的连接是通过四线端口500。端口500包括正供电电压和地线、串行通信线和选择线，如上所述。供电电压和地线连入电源502，以便生成如微控制器504和其它电路所需要的电压。通信驱动器电路506用于隔离和驱动在微控制器504和端口500(因此，数据轨112)之间的单线串行通信线。如上所述，到各遥控装置110以及到面板控制器114的该单线连接用于传送和接收指令和数据。这提供了所需的隔离和防护。在单个装置发生故障的情况下，其余的装置继续正确工作。来自端口500的选择线在线缓冲器508中缓冲，并连接到微控制器504。该选择线用于启用或禁用到遥控装置110-M以及来自遥控装置110-M的通信。通过选中多个遥控装置，I/O控制器124可以同时向多个装置110发送指令或信息，从而减少在串行通信总线上的通信量。

微控制器504包括常规的微控制器和相关的存储器504M，该存储器储存储软件，以便在微控制器504中运行。

微控制器504具有通向致动器驱动电路510的“断开”和“闭合”线。在本发明的所示实施例中的控制继电器CR1和CR2包括磁保持螺线管，该磁保持螺线管包括主致动器线圈512和副致动器线圈514，如图5所示，它们被并联连接到致动器驱动电路510。致动器驱动电路510提供了用于线圈512和514两者的电流。“断开”信号使得驱动电路向致动器线圈施加很短一段时间(大约10到30毫秒)的负电压。这使得致动器柱塞530和532拉入，并被磁锁定或保持在断开位置，以便以常规方式断开触点CR1-1和CR2-1，如图3所示。柱塞530和532由联杆534机械联接。然后，从线圈512和514上去除电力。来自微控制器504的“闭合”信号使得驱动电路510向致动器线圈512和514施加更短一段时间(大约2到3毫秒)的正电压。这段时间足以使致动器柱塞530和532变成开锁或释放，而弹簧会迫使它们移动至闭合位置，以便闭合触点CR1-1和CR2-1，如图3所示。然后，电力被再次从线圈512和514上去除。因为致动器在断开和闭合位置都是稳定的，因此只需要能量来改变位置。即使在两个线圈并联的情况下，这也能获得一种低能耗解决方案。在致动器驱动电路510中还包括防止同时施加断开和闭合信号的保护，同时施加断开和闭合信号可能导致电源502短路。

关于致动器柱塞位置的反馈由传感器484以两个辅助位置开关(主位置开关516和副位置开关518，例如辅助继电器触点)的形式来提供。该信号在各自的输入缓冲器520和522中进行缓冲，然后被连接到微控制器504。微控制器504使用反馈信息来响应I/O控制器的状态要求，或者重新进行已发生故障的断开或闭合尝试。

另外，微控制器504可以向各种类型的状态指示器524(例如，LED)发送信号，以便显示断开、闭合、通信正常、操作正确、低电压等。编程端口526可以用于编程或更新微控制器软件，或者加载参数(例如，开/关脉冲速率)，或者对装置110查找故障。

参考图6-13，图中表示了根据本发明的具有联杆534的双级开关装置110M。该双级开关装置110M包括第一控制模块110M-1和第二控制模块110M-2，它们彼此相邻地安装在照明控制面板100中，如图1中所示。

第一控制模块的电开关CR1-1(见图3)包括固定触点120和活动触点122，如图12和13所示。活动触点122被承载在接触臂124上，该接触臂124在接触臂枢轴126处可枢轴转动地安装在壳体110H-1中。肘节销(wrist pin)128将接触臂124连接到柱塞530，特别如图11中所示。操作弹簧130偏压接触臂124，使得活动触点122与固定触点120通常成电接触，如图13中所示。当螺线管512被锁定时，柱塞512通过肘节销128而使接触臂124升高，从而将活动触点122与固定触点120分开，如图12中所示。

第二控制模块110M-2的机电结构大致与第一控制模块110M-1类似，就不再详细描述。第二控制模块110M-2包括肘节销132，该肘节销132将柱塞532机械地联接到接触臂134，如图11中所示。显然，接触臂134因此操作第二控制模块电开关CR2-1。

第一控制模块壳体110H-1包括凹陷部136，该凹陷部136包围开口137，如图6中所示。可通过开口137来接近肘节销128。第二控制模块壳体110H-2包括包围开口139的类似凹陷部138，如图7中所示。可通过开口139来接近肘节销132。

参考图8，联杆534为单件塑料结构，包括圆形凸缘536，其具有相对的管状毂或轴环538和540，该管状毂或轴环538和540分别带有开口542和544。开口542和544分别选择性地容纳肘节销128和132，如图11中所示。

因此，如上所述，联杆534和肘节销128、132形成一种系联机构，以将柱塞530和532机械联接并且类似地将接触臂124和134机械联接，如图11中特别所示。壳体110H-1和110H-2将联杆凸缘536夹在凹陷部136和138中。如上所述，螺线管线圈512和514被一起电操作，使得双级处于相同的工作位置。根据本发明，联杆534通过允许联杆534最多进行最小的倾斜而将接触臂132和134机械地保持在相同的工作位置。因此，即使线圈512或514之一发生故障，该机械的系联机构确保了双级处于相同工作位置。而且，被安置于凹陷部136和138中的凸缘536阻止各控制模块110M-1和110M-2之间的碎屑交叉积累。

因此，该多级开关装置110M包括单个控制电路，该单个控制电路同时操作两个控制继电器CR1和CR2。这将两者控制成处于相同工作位置。所公开的系联机构(其包括可操作地连接到肘节销的联杆)机械地防止了各级处于不同的工作位置。

已经通过实例介绍了控制模块110M-1和110M-2的总体构造。根据本发明的联杆可以与适于形成多级开关装置的其它构造的继电器或控制模块一起使用。尽管所公开的构造可被有利地用于配电面板中，但是联杆同样可以被用于独立装置或其类似物之中。

Claims (18)

1.一种多级开关装置，用于选择性地开关从电源到负载电路的电力，包括：

第一控制装置，所述第一控制装置包括：壳体；在所述壳体中的机电致动器，所述机电致动器包括活动柱塞；以及在所述壳体中的电开关，所述电开关由所述柱塞来操作；

第二控制装置，所述第二控制装置包括：壳体，所述壳体能相邻于所述第一控制装置安装；在所述壳体中的机电致动器，所述机电致动器包括活动柱塞；以及在所述壳体中的电开关，所述电开关由所述柱塞来操作；以及

系联机构，所述系联机构将所述第一控制装置柱塞与所述第二控制装置柱塞机械地联接起来。

2.根据权利要求1所述的多级开关装置，其特征在于，所述系联机构包括第一和第二肘节销，所述第一和第二肘节销分别与所述第一控制装置柱塞和第二控制装置柱塞可操作地相关联。

3.根据权利要求2所述的多级开关装置，其特征在于，所述系联机构进一步包括联杆，所述联杆可操作地联接到所述第一和第二肘节销。

4.根据权利要求3所述的多级开关装置，其特征在于，所述联杆包括凸缘，所述凸缘具有接纳所述第一和第二肘节销的相对的管状毂。

5.根据权利要求4所述的多级开关装置，其特征在于，所述凸缘被夹在所述第一控制装置壳体和第二控制装置壳体之间。

6.根据权利要求5所述的多级开关装置，其特征在于，所述凸缘容纳在所述第一控制装置壳体和第二控制装置壳体中每个壳体所具有的凹陷部内。

7.根据权利要求2所述的多级开关装置，其特征在于，所述第一肘节销将所述柱塞机械地联接到所述第一电开关的接触臂，所述第二肘节销将所述柱塞机械地联接到所述第二电开关的接触臂。

8.根据权利要求1所述的多级开关装置，其特征在于，所述机电致动器包括螺线管。

9.根据权利要求1所述的多级开关装置，其特征在于，所述系联机构包括塑料联杆。

10.一种双级开关装置，用于选择性地开关从电源到负载电路的电力，包括：

第一控制模块，所述第一控制模块包括：壳体；在所述壳体中的机电致动器，所述机电致动器包括活动柱塞；以及在所述壳体中的电开关，所述电开关包括固定触点和活动触点，所述活动触点被承载在由所述柱塞操作的接触臂上；

第二控制模块，所述第二控制模块包括：壳体；在所述壳体中的机电致动器，所述机电致动器包括活动柱塞；以及在所述壳体中的电开关，所述电开关包括固定触点和活动触点，所述活动触点被承载在由所述柱塞操作的接触臂上；以及

系联机构，所述系联机构将所述第一控制模块接触臂与所述第二控制模块接触臂机械地联接起来。

11.根据权利要求10所述的双级开关装置，其特征在于，所述系联机构包括第一和第二肘节销，所述第一和第二肘节销分别与所述第一控制模块柱塞和第二控制模块柱塞可操作地相关联。

12.根据权利要求11所述的双级开关装置，其特征在于，所述系联机构进一步包括联杆，所述联杆可操作地联接到所述第一和第二肘节销。

13.根据权利要求12所述的双级开关装置，其特征在于，所述联杆包括凸缘，所述凸缘具有接纳所述第一和第二肘节销的相对的管状毂。

14.根据权利要求13所述的双级开关装置，其特征在于，所述凸缘被夹在所述第一控制模块壳体和第二控制模块壳体之间。

15.根据权利要求14所述的双级开关装置，其特征在于，所述凸缘容纳在所述第一控制模块壳体和第二控制模块壳体中每个壳体所具有的凹陷部内。

16.根据权利要求11所述的双级开关装置，其特征在于，所述第一肘节销将所述柱塞机械地联接到所述第一电开关的接触臂，所述第二肘节销将所述柱塞机械地联接到所述第二电开关的接触臂。

17.根据权利要求10所述的双级开关装置，其特征在于，所述机电致动器包括螺线管。

18.根据权利要求10所述的双级开关装置，其特征在于，所述系联机构包括塑料联杆。

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