CN101685729A - 一种开关设备的自由脱扣机构 - Google Patents

Abstract

一种应用于断路器、隔离开关、负荷开关的自由脱扣机构，其脱扣器由过载脱扣器和/或短路脱扣器组成，还包括操作机构安装支架、锁扣、跳扣，在支架上安装有用于实现脱扣器与锁扣之间的2级传动的再扣板，所述再扣板以过渡面为基座外延出一对支撑架、一块配合脱扣器工作的牵引板、一个在脱扣断开后防止再扣板过渡旋转的止动件和一个控制锁扣深度的定位爪，再扣板轴孔、锁扣接触面在支撑架上，牵引板与过渡面之间具有一个在120°～150°之间的折弯角α。本发明缩短脱扣传动链，实现从脱扣器到锁扣的2级传动脱扣，缩短了分断时间，降低了成本；再扣板结构简单轻巧、安装位置灵活，保证了脱扣机构运行稳定、可靠。

Description

一种开关设备的自由脱扣机构

技术领域

本发明涉及一种开关设备的自由脱扣机构，适用于断路器、隔离开关、小型断路器、负荷开关等，特别是涉及一种塑料外壳式断路器的2级式自由脱扣机构。

背景技术

脱扣器产生使断路器操作系统的自由脱扣机构脱扣所需的外力，现有塑壳断路器的过电流脱扣器保护方式一般涉及短路瞬时保护和过载保护两种，其具体方案如图1、图2所示。其中图1显示了现有自由脱扣机构组装后的结构示意图，图2为将图1所示的设备元件分解后的示意图。

现有塑壳断路器的脱扣器驱动自由脱扣机构动作的原理如下：

一、当线路发生短路时，短路电流经过脱扣器的磁轭10’，磁轭10’会感应出很强的磁场，使衔铁6’在磁场作用下动作，所述衔铁6’的顶端6a’触发自由脱扣机构中的牵引杆4’，使牵引杆4’绕牵引杆轴5’转动；所述牵引杆4’上的凸起部4a’在随牵引杆4’转动过程中，牵引再扣板1’绕再扣板轴2’转动。接着，再扣板1’的转动使再扣板1’与锁扣13’解锁；解锁后的锁扣13’如图所示绕锁扣轴16’转动，使跳扣15’与锁扣13’的搭接部位解锁，跳扣15’向上运动，使整个操作机构解锁脱扣，从而使动、静触头快速分离，实现断路器切断电源。

二、当线路负载发生过载时，过载电流流过发热元件12’，其产生的热量传导给与之紧密连接的双金属片7’，双金属片7’受热弯曲，使其上的调节螺钉8’发生位移，从而首先触发自由脱扣机构中一个具有切换、传动功能的牵引杆4’，所述自由脱扣机构在过载保护中的传动过程与短路保护中的传动过程相同，均由牵引杆4’作为一个过渡性元件，继而牵引触发再扣板1’、锁扣13’、跳扣15’等后续设备。

目前世界上各大公司(如施耐德、ABB等)的产品的通用性脱扣结构均采用与上述结构相类似的3级传动结构，这种3级脱扣传动链结构如中国专利CN02282702.1所披露的3级脱扣传动链结构。但这种经牵引杆-再扣板-锁扣的3级脱扣传动链结构具有以下不足：

1、无论是短路保护或过载保护产生的脱扣动作，作用力不是直接作用在再扣板1a’上，而是必须通过牵引杆4’的再次传动来完成的。这种3级传动的脱扣方式传动链较长，从短路电流瞬间起到操作机构断开瞬间止，分断时间长，机构动作速度慢，分断时产生的能量多，导致外壳炸裂，银点烧损严重，对零部件的机械强度要求高。

2、为了实现3级传动结构需要多道装配工序，组装过程复杂、成本较高。

3、牵引杆4’一般是注塑而成，(牵引杆轴5’)为车削件，注塑成型过程中易收缩变形，难以控制尺寸，增加了加工成本；并且由于其与调节螺钉8’接触，因此对该牵引件耐温要求较高，零件材料成本较高。

4、这种3级结构中的独立的牵引杆4’多为筒状结构，导致牵引杆4’只能安装在靠近脱扣器一侧，离锁扣、跳扣较远；由于在脱扣过程中各传动元件均会在脱扣力的作用下产生一定幅度的振动，这种多元件、分散安装的结构必然导致整体设备振动频率紊乱、同步性差，外在表现为容易滑扣、系统不稳定。

5、现有牵引杆4’的结构是独立的，实践中很难对脱扣力大小和延时脱扣进行调整，也不宜控制锁扣的深度。

发明内容

本发明提供一种将3级传动脱扣模式转化为2级传动脱扣模式的技术方案，通过对自由脱扣机构进行设计改造，省略独立的牵引杆4’及牵引杆轴5’，实现了2级传动模式，不仅解决了已有技术的以上缺陷和不足，缩短了分断时间，并且提高了产品分断能力，降低了制造成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种开关设备的自由脱扣机构，所述开关设备包括触头装置、操作机构、一个安装操作机构的支架22、一个通过锁扣轴16安装于所述支架22上的锁扣13、一个与锁扣13相配合的跳扣15和由过载脱扣器和/或短路脱扣器组成的脱扣器，所述短路脱扣器包括一个磁轭10和一个由磁轭控制的衔铁6；所述过载脱扣器包括一个发热元件12、一个与发热元件12相连的双金属片7和一个位于双金属片7顶部的调节螺钉11，所述操作机构的自由脱扣机构具有一个用于实现至少一个所述脱扣器与锁扣13之间的2级传动的再扣板1，所述再扣板1处于脱扣器与锁扣13之间，并通过再扣板轴2，可旋转地安装于所述支架22上。

所述再扣板1形成有过渡面31；一对支撑架32位于所述过渡面31的两侧，与再扣板轴2配合工作的再扣板轴孔35对称设置于所述支撑架32上，所述支撑架32上形成有凸出的锁扣接触面37，再扣板1通过所述凸出的锁扣接触面37与锁扣13配合工作。所述再扣板1的过渡面31上延伸出一个与支架22配合工作的定位爪39，以确定锁扣状态下再扣板1相对于支架22的位置及其锁扣13的被锁深度。

在所述再扣板1的过渡面31的近跳扣一侧，设有与跳扣15配合工作的止动件38，通过止动件38，脱扣后的跳扣15抑制再扣板1的过渡旋转。所述止动件38与再扣板1的过渡面31之间具有一个130°～135°的折弯角β。在所述再扣板1的过渡面31的近脱扣器一侧，设有一块与短路脱扣器的衔铁6和/或过载脱扣器的双金属片7的调节螺钉11配合工作的牵引板33，所述牵引板33与所述过渡面31之间具有一个折弯角α，120°≤α≤150°。

所述牵引板33上设有一个与开关设备壳体上的紧急脱扣按钮配合工作的牵引板分支34，所述牵引板分支34较牵引板33具有一个更为上扬的角度。

所述过载脱扣器的调节螺钉11和/或短路脱扣器的衔铁6，与牵引板33在正常工作情况下的静态距离为≤2mm，≥10mm。

由此可见，本发明将自由脱扣机构的再扣板1设计成基板外加多个具有折弯角的外延板面的结构，在省略了独立牵引杆的情况下，实现从脱扣器到锁扣的2级传动链，本发明的开关设备的自由脱扣机构具有缩短分断时间和降低制造成本的优点。由于本发明所用的再扣板结构简单轻巧、再扣板轴位置的选取灵活，在保证延时脱扣的同时，不仅减轻了脱扣力，提高了锁扣深度的精确度，而且降低了滑扣率，提高了整个自由脱扣机构的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是已有塑壳断路器的自由脱扣机构的3级结构示意图；

图2是图1所示已有塑壳断路器3级脱扣的元件分解示意图，包括脱扣器、独立牵引杆和再扣板；

图3是本发明自由脱扣机构一个具体实施例的立体元件分解图；

图4是本发明自由脱扣机构实施例的脱扣前的状态示意图，；

图5是本发明自由脱扣机构实施例的断开后的状态示意图；

图6是本发明自由脱扣机构的再扣板具体实施例的立面视图；

图7是图6所示本发明自由脱扣机构的再扣板的侧视图。

具体实施例

以下以塑壳断路器为例，结合附图3-7说明本发明的开关设备的自由脱扣机构的一个具体实施例，本发明的开关设备的自由脱扣机构不限于以下实施例的描述。本发明所述的自由脱扣机构不仅适用于断路器，还可适用于隔离开关、小型断路器、负荷开关等领域。

如图3所示，断路器的脱扣器是由短路脱扣器和过载脱扣器组成。所述短路脱扣器包括一个磁轭10和一个由磁轭控制的衔铁6；所述过载脱扣器包括一个发热元件12、一个与发热元件12相连的双金属片7和一个位于双金属片顶部的绝缘调节螺钉11。塑壳断路器内还设有一个用于安装断路器内部的全部或部分操作机构的支架22，所述支架22可以是断路器壳体的一部分，也可以独立于壳体之外。一个再扣板1，通过再扣板轴2安装于所述支架22上。一个锁扣13通过锁扣轴16安装于所述支架22上。所述断路器内还设有一个与锁扣13相配合工作的跳扣15，当锁扣13解锁后，会触发跳扣15弹跳使整个操作机构解锁。

所述再扣板1的具体结构如图6、图7所示，所述再扣板1具有一个过渡面31，它是再扣板1的平面板式基座，用于连接再扣板1的其他部分。在过渡面31两侧分别设有一个支撑架32，所述支撑架32上对应设有再扣板轴孔35，通过这对再扣板轴孔35与再扣板轴2的配合工作，允许再扣板1绕再扣板轴2自由旋转。一个用于为再扣板1提供脱扣力的反力弹簧3，其安装方式如图3至图5所示，其一端挂在支持架22的凸起36上，另一端挂在支架22上，所述反力弹簧3的安装方式还可参考其他常用的反力弹簧安装方式。在支撑架32的旋转运动方向的靠近锁扣一侧，设有凸出的锁扣接触面37，在脱扣过程中，随着再扣板1的旋转，锁扣接触面37也跟着旋转，直至锁扣接触面37离开锁扣13，使锁扣13脱扣。所述锁扣接触面37可对称设置在再扣板1的两个支撑架32上，或者单独出现在其中一个支撑架32上。

再扣板1的过渡面31上还延伸出一个定位爪39，在如图4所示的锁扣状态下，所述定位爪39与支架22接触，在支架22的作用下，再扣板1的位置被限定；也就是说所述定位爪39的尺寸、位置限定了再扣板1与支架22的相对位置，从而实现对再扣板1的锁扣位置的精确定位，提高了定位稳定度的再扣板1，通过其上的锁扣接触面37，来实现对锁扣13被锁深度的准确控制，以提高整个设备操作的稳定性。

在再扣板1的过渡面31的旋转运动方向的近脱扣器一侧，延伸出一块牵引板33，用于接收来自短路脱扣器的衔铁6的力，和/或接收来自过载脱扣器的调节螺钉8的力。所述牵引板33与再扣板1的过渡面31之间存在着一个折弯角α，由于再扣板1不仅担负着传递延时脱扣力的作用，还要在传递过程中减小脱扣力，因此牵引板33与再扣板1的过渡面31之间的折弯角α不能过大，也不能过小。较大的折弯角α虽然有利于加长力臂减小脱扣力，但过长的力臂不利于延时脱扣；反之，较小的折弯角α虽然可以可靠实现延时脱扣，但不利于在传动过程中减小脱扣力。因此在本实施例中，折弯角α大于90°，且小于180°，建议将折弯角α控制在120°和150°之间，最优为135°。同理，为了可靠实现延时脱扣，脱扣器与牵引板33在正常工作情况下的静态距离(如图4所示)一般保持在2mm到10mm之间。

由于牵引板33是基于过渡面31的外延设计，因此再扣板1在实现牵引功能的同时，依然可以保证再扣板轴2与锁扣轴16相对紧凑地放置在支架22上，这种设计减小了脱扣过程中因设备碰撞震动产生的频率差，保证了各设备频率相对一致，减小了设备滑扣的可能性。

在牵引板33上还具有一个分支34，所述牵引板分支34伸向位于断路器壳体上的紧急脱扣按钮处(图中未示出)，用于接收来自紧急脱扣按钮的手动脱扣力。在如图7所示的实施例中，由于紧急脱扣按钮位于操作机构的上方，因此，牵引板分支34较牵引板33具有一个更为上扬的角度，牵引板分支34所处平面几乎与过渡面31平行。所述牵引板33或牵引板分支34均可在脱扣力的作用下，带动整个再扣板1的各部分绕轴旋转，从而实现力的传动。

在过渡面31的旋转运动方向的近跳扣15一侧，向跳扣15方向延伸出一个止动件38，在如图5所示的自由脱扣状态，所述止动件38在脱扣动作结束时与跳扣15的肩部打在一起，使再扣板1停止向脱扣方向继续旋转，从而防止再扣板向下脱落。为了更好地与跳扣15一起配合止动再扣板1，所述止动件38与过渡面31之间可存在一定折弯角，以产生有效的止动力，所述止动件38与过渡面31之间的折弯角β一般保持在130°到135°之间。

通过上述实施例的技术方案，将原有断路器3级传动脱扣变为2级传动，中间省去图1、图2中牵引杆4’和牵引杆轴5’及牵引杆上的其他部件。利用本发明技术方案还可以实现短路保护和过载保护。图4为自由脱扣机构脱扣前的工作状态图，所述再扣板1从其过渡面31上向不同方向外延出支撑架32、牵引板33、止动件38、定位爪39。其中，再扣板1通过位于支持架32的锁扣接触面37与锁扣13相抵，在锁扣13的帮助下，再扣板1克服反力弹簧3的力处于静止状态，此时从再扣板1的过渡面31延伸出的定位爪39与支架22向抵，从而控制再扣板1和锁扣13的受锁深度，减小脱扣力。再扣板1的牵引板33与过渡面31之间呈135°设置，牵引板33与脱扣器的衔铁6a、调节螺钉11之间保持4mm的距离。下面说明短路保护和过载保护的自由脱扣操作过程。

1、短路保护

当短路电流经静触头21、导电系统20，通过脱扣器的发热元件12时，由于磁轭10和发热元件12铆合在一起，当电流通过发热元件12时，磁轭10会感应出磁场，由于磁场对周围的铁磁物质有吸附特性，所以衔铁6在磁场力的作用下旋转，衔铁6的顶端6a推动再扣板1的牵引板33，联动带动过渡面31绕再扣板轴2转动，处于再扣板1支撑架上的凸出的锁扣接触面37也向前转动，并脱离与之相接触的锁扣13，从而导致锁扣13解锁，解锁后锁扣13被释放并绕锁扣轴16解锁转动，使跳扣15与锁扣13的搭接部位19解锁，其后跳扣15向上跳起，使整个操作机构解锁，并通过导电系统20运动，来切断断路器电源。如图5所示，锁扣13解锁后，整个再扣板1在反力弹簧的作用下脱扣旋转，解锁跳起后的跳扣15卡在再扣板1的止动件38上，使再扣板1停止继续脱扣旋转。

2、过载保护

当过载电流经静触头21、导电系统20，通过脱扣器的发热元件12时，由于热双金属片7和发热元件12铆合在一起，如图4所示，当电流通过发热元件12时，发热元件12发热使双金属片7受热发生弯曲。带动调节螺钉11推动再扣板1的牵引板33，联动带动过渡面31绕再扣板轴2转动，处于再扣板1支撑架上的凸出的锁扣接触面37也向前转动，并脱离与之相接触的锁扣13，从而导致锁扣13解锁，解锁后锁扣13被释放并绕锁扣轴16解锁转动，使跳扣15与锁扣13的搭接部位19解锁，其后跳扣15向上跳起，使整个操作机构解锁，并通过导电系统20运动来切断断路器电源。如图5所示，锁扣13解锁后，整个再扣板1在反力弹簧的作用下脱扣旋转，解锁跳起后的跳扣15卡在再扣板1的止动件38上，使再扣板1停止继续脱扣旋转。

Claims (8)

1.一种开关设备的自由脱扣机构，所述开关设备包括触头装置、操作机构、一个安装操作机构的支架(22)、一个通过锁扣轴(16)安装于所述支架(22)上的锁扣(13)、一个与锁扣(13)相配合的跳扣(15)和由过载脱扣器和/或短路脱扣器组成的脱扣器，所述短路脱扣器包括一个磁轭(10)和一个由磁轭控制的衔铁(6)；所述过载脱扣器包括一个发热元件(12)、一个与发热元件(12)相连的双金属片(7)和一个位于双金属片(7)顶部的调节螺钉(11)，其特征在于：

所述操作机构的自由脱扣机构具有一个用于实现至少一个所述脱扣器与锁扣(13)之间的2级传动的再扣板(1)，所述再扣板(1)处于脱扣器与锁扣(13)之间，并通过再扣板轴(2)，可旋转地安装于所述支架(22)上。

2.根据权利要求1所述的开关设备的自由脱扣机构，其特征在于：

所述再扣板(1)形成有过渡面(31)；

一对支撑架(32)位于所述过渡面(31)的两侧，与再扣板轴(2)配合工作的再扣板轴孔(35)对称设置于所述支撑架(32)上，所述支撑架(32)上形成有凸出的锁扣接触面(37)，再扣板(1)通过所述凸出的锁扣接触面(37)与锁扣(13)配合工作。

3.根据权利要求2所述的开关设备的自由脱扣机构，其特征在于所述再扣板(1)的过渡面(31)上延伸出一个与支架(22)配合工作的定位爪(39)，以确定锁扣状态下再扣板(1)相对于支架(22)的位置及其锁扣(13)的被锁深度。

4.根据权利要求2所述的开关设备的自由脱扣机构，其特征在于在所述再扣板(1)的过渡面(31)的近脱扣器一侧，设有一块与短路脱扣器的衔铁(6)和/或过载脱扣器的双金属片(7)的调节螺钉(11)配合工作的牵引板(33)，所述牵引板(33)与所述过渡面(31)之间具有一个折弯角α，120°≤α≤150°。

5.根据权利要求4所述的开关设备的自由脱扣机构，其特征在于所述牵引板(33)上设有一个与开关设备壳体上的紧急脱扣按钮配合工作的牵引板分支(34)，所述牵引板分支(34)较牵引板(33)具有一个更为上扬的角度。

6.根据权利要求1所述的开关设备的自由脱扣机构，其特征在于所述过载脱扣器的调节螺钉(11)和/或短路脱扣器的衔铁(6)，与牵引板(33)在正常工作情况下的静态距离为≤2mm，≥10mm。

7.根据权利要求2所述的开关设备的自由脱扣机构，其特征在于在所述再扣板(1)的过渡面(31)的近跳扣一侧，设有与跳扣(15)配合工作的止动件(38)，通过止动件(38)，脱扣后的跳扣(15)抑制再扣板(1)的过渡旋转。

8.根据权利要求7所述的开关设备的自由脱扣机构，其特征在于所述止动件(38)与再扣板(1)的过渡面(31)之间具有一个折弯角β，130°≤β≤135°。

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