CN101685726A - 断路器整体式电流路径 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于断路器(30)的整体式电流路径结构(52)。整体式电流路径结构(52)包括端子部分(54)，端子部分(54)被配置成与电路(20)联接。柔性部分(58)联接到端子部分(54)。可移动部分(56)联接到柔性部分(58)。整体式电流路径结构(52)由堆叠成层叠布置的多个片材(86)制成。端子部分(54)和可移动部分(56)通过固化工艺而形成。

Description

断路器整体式电流路径
技术领域
本发明涉及断路器，具体而言，涉及具有整体式电流路径的断路器。
背景技术
断路器是安装于电路中允许电路与功率源连接和断开连接的电气装置。断路器具有通常被称作断续器的子组件。断续器是开关，其断开和闭合以停止和开始电流到电路的流动。断路器的断续器包括多个部件，其使用紧固件或者通过诸如钎焊工艺而手动地组装。因此，断续器的复杂性可能增加断路器的制造成本。另外，由于断续器处于电流的路径中，由组件形成的机械连接可能增加断续器的阻抗。这个阻抗会导致增加的温度，增加的温度可能会不利地影响到断路器的性能评定。
因此，虽然目前的断路器适用于它们的预期目的，但在本领域中需要一种减小组装所需部件数目以降低成本并增加可靠性和性能的电流路径布置。
发明内容
本发明提供一种用于断路器的电流路径结构。该电流路径结构包括布置成层叠件的多个导电构件。多个导电构件具有端子部分、可移动部分和在可移动部分与端子部分之间的第一柔性部分，其中，用于各多个导电构件的材料在端子部分、第一柔性部分与可移动部分之间相连(contiguous)。多个导电片材的各端子部分还彼此电联接以形成整体式端子。多个导电片材的各可移动部分也可彼此电联接。
还提供一种具有壳的断路器。第一端子安装于壳内。提供一种整体式电流路径结构，其包括多个单独的平面构件，各多个单独的平面构件具有端子部分、可移动部分和在端子部分与可移动部分之间的柔性部分。端子部分电联接以形成整体式第二端子，可移动部分电联接以形成整体式接触臂。整体式第二端子也联接到壳且整体式电流路径被配置成使得整体式接触臂可在第一位置与第二位置之间移动，在第一位置，整体式接触臂与第一端子电连接，在第二位置，整体式接触臂与第一端子分开。
断路器还设有壳和在壳内的机构。第一端子定位于壳内，且电流路径结构联接到壳。电流路径结构包括被布置成层叠件的多个导电构件。多个导电构件具有端子部分、可移动部分和在可移动部分与端子部分之间的第一柔性部分。多个导电构件中的每一个的材料在端子部分、第一柔性部分与可移动部分之间是相连的。其中，多个导电片材的端子部分中的每一个彼此电联接以形成整体式第二端子。此外，多个导电片材的各可移动部分彼此电联接以形成至少一个接触臂。至少一个接触臂可由机构在第一位置与第二位置之间移动，在第一位置，接触臂与第一端子电接触，在第二位置，接触臂脱离与第一端子的电接触。
还提供一种用于断路器的整体式接触路径的制作方法。该方法包括形成多个单独的导电片材的步骤，这些片材各具有端子部分、柔性部分和可移动部分。多个单独的导电片材被堆叠成层叠布置，其中，多个单独的片材中每一个的端子部分、柔性部分和可移动部分对准。使多个单独的导电片材的端子部分固化到彼此。使多个单独的导电片材的可移动部分固化到彼此。其中，柔性部分设置于端子部分与可移动部分之间并与端子部分和可移动部分相连，允许可移动部分相对于端子部分移动。
附图说明
当参看附图来阅读下文的具体说明时，本发明的这些和其它特点、方面和优点将会被更好地理解，在所有附图中相同的标号指代相同的元件，其中：
图1是根据示范性实施例的带有断路器的电路的示意图；
图2是根据示范性实施例的具有整体式电流路径的断路器的实施例处于闭合位置的侧视平面图说明；
图3是处于断开位置的图2的断路器的侧视平面图说明；
图4是图2的整体式电流路径的平面图说明；
图5是图2的整体式电流路径的另一平面图说明；
图6是图2的整体式电流路径的另一平面图说明；
图7是图2的整体式电流路径的透视图说明；
图8是整体式电流路径的制作方法在第一中间工艺步骤的示意说明；
图9是整体式电流路径的制作方法在第二中间工艺步骤的示意说明；
图10是整体式电流路径的制作方法在第三中间工艺步骤的示意说明；以及
图11是整体式电流路径的制作方法的流程图说明。
标号列表
  20   电路
  22   功率源
  24   总线A
  26   总线B
  28   总线C
  30   断路器
  32   负载
  36   断续器
  38   输入端子
  40   输出端子
  42   机构
  44   把手
  46   跳闸杆组件
  48   跳闸单元
  50   电流互感器
  51   壳
  52   整体式电流路径结构
  54   终端部分
  56   可移动部分
  58   柔性部分
  60   可移动接触件
  62   接触臂组件
  64   固定接触件
  66   销
  68   电弧滚环
  70   灭弧槽
  72   弹簧
  74   孔
  76   孔
  78   孔
  80   切口区
  82   螺纹孔
  84   凹陷区
  86   片材
  87   顶表面
  88   压力箭头(端子部分)
  89   底表面
  90   热箭头(端子部分)
  92   压力箭头(可移动部分)
  94   热箭头(可移动部分)
  96   (在可移动部分之间的)空间
  98   制作方法
  100   开始方块
  102   片材形成工艺
  104   将片材堆叠成层叠件
  106   固化端子部分
  108   施加压力
  110   施加热
  112   固化可移动部分
  114   施加压力
  116   施加热
  117   切割单独的接触臂
  118   加工操作
  120   弯曲操作
  122   弯曲
具体实施方式
使用多种部件向终端用户递送电力。图1示出具有功率源22的电路20，其向三个相应总线24、26、28提供三相电力，总线24、26、28受到可信号控制的断路器30的保护。经由总线向一或多个负载32提供电力。
断路器30通常被布置成在诸如短路的异常操作条件下断开。断路器30还包括断续器部分36，断续器部分36被布置成在闭合状态与断开状态之间移动，在闭合状态，电流从功率源22流到负载32，在断开状态，电力流动停止。断续器36是经过断路器30的电流路径的一部分，其提供输入端子38与输出端子40之间的电连接。如将在下文中更详细地讨论，断续器36还包括一个或多个接触臂，接触臂移动以允许或禁止电流流动。断续器36联接到机构42，机构42包括如本领域中已知的诸如弹簧和连杆的部件以在操作者通过(例如)断路开关或把手44进行激励时将接触臂从闭合位置移动到断开位置。该机构还可使用跳闸杆(trip bar)组件46，其允许断续器36在异常操作条件下快速断开。
该机构42还联接到跳闸单元48。跳闸单元48可为电子单元，具有带处理器的控制器，该处理器执行计算机指令来控制断路器30的操作。跳闸单元48还可为结合了诸如磁体或热响应装置这样部件的机械组件，其在异常操作条件下激励跳闸杆组件46。在跳闸单元48是电子单元的情况下，一组电流互感器50提供指示经过断路器30流到总线24、26、28内的电流水平的信号。
现参看图2至图3，将描述断路器30的操作。断路器30在输入端子38和输出端子40处联接到电路20，输入端子38和输出端子40封闭于壳51内。如将在下文更详细地讨论，输入端子38是整体式电流路径结构52的一部分。整体式电流路径结构52包括端子部分54和可移动部分56。柔性部分58将端子部分54连接到可移动部分56。可移动部分56包括接触尖端60，其一起形成接触臂组件62，当断路器30处于闭合位置(图2)时，接触臂组件62与固定接触件64电接触。接触臂组件62经由销66联接到机构42。在一些实施例中，可以有从端子部分54延伸的多个可移动部分56。在这些实施例中，销66还将多个可移动部分56联接在一起。接触臂组件62还可包括诸如电弧滚环(arc runner)68的部件，电弧滚环68便于使在电接触分开期间所形成的等离子弧移动到灭弧槽70内。
在操作期间，断路器30在闭合位置(图2)与断开位置(图3)之间移动，在闭合位置，电流经过断路器30流到电路20，在断开位置，中止电流的流动。为了停止电流的流动，机构42被解锁，弹簧72施加力，使得可移动接触件60偏离固定接触件64。在弹簧72力作用下，柔性部分58弯曲，允许接触臂组件62枢转离开固定接触件64。可移动接触件60与固定接触件64的分开造成瞬时等离子弧，其沿着电弧滚环68行进并进入到灭弧槽70内，在灭弧槽70中耗散能量并熄灭电弧。
为了改进性能并减少制造和组装成本，示范性实施例使用整体式电流路径结构52。整体式电流路径结构52使用单个部件形成端子部分54、柔性部分58和可移动部分56，如图4至图7所示。如将在下文更详细地讨论，在示范性实施例中，整体式电流结构52由诸如铜的导电片材的层叠组件形成，在端子部分54和可移动部分56中，这些片材中每个片材的材料是相连的，意味着由单件材料形成。端子部分54和可移动部分56固化，而柔性部分58保持为层叠形式。应了解虽然在本文中使用术语“片材”，该术语也涵盖其它形式的导电材料，其通常以大体上平面的形式提供，诸如编织(braided)材料和网状(mesh)材料。
整体式电流路径结构52也可包括端子部分54、多个柔性部分58和多个可移动部分60。在此实施例中，存在与各柔性部分58相关联的单个可移动部分60。端子部分54可包括一个或多个孔74、76，其提供附着点以允许断路器30与电路20的可移除的联接。可移动部分56也可结合有额外特征，诸如大小适于容纳销66的孔78。可移动部分56也可包括切口区80和螺纹孔82，切口区80容纳电弧滚环68，螺纹孔82利用(例如)紧固件将电弧滚环68联接到可移动部分56。最后，可移动部分56也可包括其它特征，诸如凹陷区84(图7)，其便于将可移动接触件60放置和组装到可移动部分56上。
在图8至图10中说明了用于形成整体式电流路径结构52的示范性工艺。在此实施例中，由导电材料制成的多个片材86堆叠成层叠布置。在示范性实施例中，片材为0.14mm厚且在层叠件中存在140个片材。由压力箭头88所表示的力施加到层叠片材86的顶表面87和底表面89的端子部分54的区域中，如图8所示。施加压力的同时，向端子部分54加热使得片材86焊接在一起。由箭头90所表示的用于产生热的能量可通过多种工艺添加，诸如但不限于，电弧、气火焰、激光、电子束、摩擦和超声。而且，这些工艺还包括电阻焊接、氧燃料焊接、保护金属弧焊接、气体金属弧焊接、熔剂芯弧焊接和固态焊接。在此工艺中使用热和压力足以连接片材86并使端子部分54固化。
接着，如图9所示，整体式电流路径结构52被布置成向顶表面87和底表面89的可移动部分56的区域施加如压力箭头92所表示的力。类似于端子部分54的固化，向可移动部分56施加热使得单独的片材86焊接在一起。由箭头94所表示的用于产生热的能量可由能将片材86连接在一起的任何合适的源产生，诸如上文所列出的那些。应了解在具有多个可移动部分56的实施例中，可在固化工艺之后形成在相应可移动部分56之间的空间96(图6)。可通过例如加工或冲压工艺这样的工艺形成空间96。或者，可在固化之前形成这些空间96。一旦端子部分54固化，整体式电流路径结构52具有基本上实心的端，和保持为层叠件的柔性部分58，如图10所示。
在图11中说明用于制作整体式电流路径结构52的另一方法98。在此实施例中，方法98始于开始方块100并前进到形成片材86的方块102。适于所希望材料和厚度的任何合适的工艺可用来形成片材86。因此，片材形成工艺102可通过加工、冲压、剪切、穿孔、冲裁、模压、级进冲压(progressive stamping)或者冲孔而形成。应了解的是在形成工艺102中可形成诸如空间96的整体式电流路径结构52的某些特征。在形成单独的片材86之后，方法98进行到方块104，在此，单独的片材86被堆叠成层叠布置以形成所希望的形状和厚度。
然后方法98进行到方块106，在此通过在方块108中施加压力和在方块110中施加热来固化端子部分54。在端子部分54固化之后，方法98进行到方块112，在此，通过在方块114中施加压力和在方块116中施加热来固化可移动部分56。在端子部分54和可移动部分56固化后，方法98进行到次级操作，其将整体式电流路径结构52形成为最终所希望的配置。这些次级操作包括在方块117中切割单独的可移动部分56。也可执行在方块118中的额外的随后加工操作，这些操作可包括形成(例如)孔74和凹陷区84。次级操作也可包括在方块120中的弯曲操作以在柔性部分58上形成弯曲122(图4)。
应了解本文所述的整体式电流路径结构提供性能和制作成本方面的许多优点。由于在输入端子38与可移动的接触件60之间的电流路径上存在较少连接，在操作期间产生的热量更低，因为不存在通常在这些连接处产生的电阻。另外，由于使用较少的部件，可通过减少清单目录和较低的组装成本而实现显著的成本降低。
虽然参考示范性实施例描述了本发明，但应了解在不偏离本发明的范畴的情况下，可对本发明做出许多变化且可用等效物来代替本发明的元件。此外，在不偏离本发明的本质范畴的情况下，可做出许多修改来使特定情形或材料适应本发明的教导内容。因此，本发明并不限于所公开的特定实施例为执行本发明所构想到的最佳方式或唯一方式，而是本发明将包括属于权利要求书的范畴内的所有实施例。而且，在附图和描述中，公开了本发明的示范性实施例，且尽管可能采用了具体术语，除非陈述为其它情况，这些术语仅以一般性和描述性意义使用且并不用于限制目的，因此并不以这种方式限制本发明的范畴。此外，术语第一、第二等的使用并不表示任何顺序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区别一个元件与另一个元件。而且，使用术语“一”、“一个”等并不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所提到的物品。

Claims (10)

1.一种用于断路器(30)的电流路径结构(52)，其包括：
被布置成层叠件的多个导电片材(86)，所述多个导电片材(86)具有端子部分(54)、可移动部分(56)和在所述可移动部分(56)与所述端子部分(54)之间的第一柔性部分(58)，其中，各所述多个导电片材(86)的材料在所述端子部分(54)、所述第一柔性部分(58)与所述可移动部分(56)之间是相连的；
其中，所述多个导电片材(86)的各所述端子部分(54)彼此电联接以形成整体式端子(54)；以及
其中，所述多个导电片材(86)的各所述可移动部分(56)彼此电联接。
2.根据权利要求1所述的用于断路器(30)的电流路径结构(52)，其特征在于，
通过固化所述多个导电片材(86)的各所述端子部分(54)来形成所述整体式端子(54)；以及
通过固化所述多个导电片材(86)的各所述可移动的部分(56)而将所述导电片材的所述可移动部分(56)彼此电联接。
3.根据权利要求1或2所述的用于断路器(30)的电流路径结构(52)，其特征在于，还包括由所述固化的可移动部分(56)形成的第一整体式接触臂(56)和第二整体式接触臂(56)，其中，所述第一整体式接触臂(56)和所述第二整体式接触臂(56)的材料与所述整体式端子(54)是相连的。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于断路器(30)的电流路径结构(52)，其特征在于，还包括在所述第二整体式接触臂(56)与所述端子部分(54)之间的第二柔性部分(58)，其中，所述第二柔性部分(58)的材料与所述第二整体式接触臂(56)和所述整体式端子(54)是相连的。
5.根据权利要求3或4所述的用于断路器(30)的电流路径结构(52)，其特征在于，还包括与所述第一整体式接触臂(56)的端部联接的第一可移动接触件(60)和与所述第二整体式接触臂(56)的端部联接的第二可移动接触件(60)，所述第一可移动接触件(60)与所述第一柔性部分(58)相对，所述第二可移动接触件(60)与所述第二柔性部分(58)相对。
6.根据权利要求5所述的用于断路器(30)的电流路径结构(52)，其特征在于，还包括：
由所述固化的可移动部分(56)形成的第三整体式接触臂(56)；
由所述固化的可移动部分(56)形成的第四整体式接触臂(56)；
由所述固化的可移动部分(56)形成的第五整体式接触臂(56)；以及
由所述固化的可移动部分(56)形成的第六整体式接触臂(56)；
其中，所述第三整体式接触臂(56)、所述第四整体式接触臂(56)、所述第五整体式接触臂(56)和所述第六整体式接触臂(56)的材料与所述整体式端子(54)是相连的；以及
其中，所述导电片材(86)是导电金属薄片，片材，编织物或网状材料。
7.一种用于制造断路器的整体式接触路径的方法，所述方法包括：
形成(102)多个单独的导电片材(86)，所述片材(86)各具有端子部分(54)、柔性部分(58)和可移动部分(60)；
将所述多个单独的导电片材(86)堆叠(104)成层叠布置，其中，用于各所述多个单独的片材(86)的所述端子部分(54)、所述柔性部分(58)和所述可移动部分(60)是对准的；
使所述多个单独的导电片材(86)的所述端子部分(54)固化(106)到彼此；以及
使所述多个单独的导电片材(86)的所述可移动部分(60)固化(112)到彼此；
其中，所述柔性部分(58)设置于所述端子部分(54)与所述可移动部分(60)之间并与所述端子部分(54)和所述可移动部分(60)相连，允许所述可移动部分(60)相对于所述端子部分(54)移动。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，使所述多个单独的片材(86)的所述端子部分(54)固化(106)的所述步骤是通过向所述端子部分(54)施加第一热(110)和第一压力(108)来执行的，其中，当所述多个单独的片材(86)被布置成所述层叠布置时，所述第一压力被施加到所述多个单独的片材(86)的第一表面(87)和第二表面(89)的第一部分上。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，使所述多个单独的片材(86)的所述可移动部分固化(112)的所述步骤是通过向所述可移动部分(56)施加第二热(116)和第二压力(114)来执行的，其中，当所述多个单独的片材(86)被布置成所述层叠布置时，所述第二压力被施加到所述多个单独的片材(86)的所述第一表面(87)和所述第二表面(89)的第二部分上。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括由所述固化的可移动部分(56)形成(117)多个接触臂(62)的步骤。
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