CN101884082B - 用于低压应用的自动开关 - Google Patents

Abstract

一种自动低压开关，包括壳体，所述壳体包含：一对极，每一个极包括能彼此往复连接和断开的第一触头和第二触头；打开/闭合运动机构，所述打开/闭合运动机构可操作地连接到所述第一和第二极，从而实施所述触头的连接/断开动作；第一、第二和第三保护设备，所述保护设备设计成在与所述开关关联的电气设备中发生对应的第一、第二或第三故障情形时，激活所述运动机构的释放动作以及所述触头的打开动作；连接装置，所述连接装置将所述打开/闭合运动机构可操作地连接到所述第一、第二和第三保护设备。

Description

用于低压应用的自动开关

技术领域

本发明涉及一种自动低压开关，具体来说，涉及一种具有多种功能同时结构极其紧凑的自动低压开关。

背景技术

自动低压开关是传统已知的电气设备。它们通常用在电气设备(诸如民用、工业用或商用设备中)，在发生故障情形时，通过打开开关本身并因此切断供电而保证对电气设备的保护并保证使用者的安全。

所述故障情形通常为短路、过载和接地泄漏。为了针对这些故障提供保护，一个或多个能区别通常运行情况与故障情形的保护设备一般与实际开关本身相关联。所述保护设备通常包括促动器，它们在具体的故障情形发生之后介入所述开关的运动机构，从而触发自动释放操作以及触头打开操作。

最常见的传统已知保护设备是针对短路和过载提供保护的磁热设备和针对接地泄漏提供保护的差动设备。

有时碰到的一种缺陷在于，在特定应用中，保护设备由额外的模块构成，用于与开关关联，从而实现具体的保护功能。实际上，所述开关和所述保护设备位于具有预定模块类型宽度(1DIN模块等于17.5mm)的单独壳体中。然后这些壳体关联并连接，以实现所需的保护类型。

这样导致成本升高，因为必须提供多个壳体以容纳各种设备以及相关连接装置和结合部以实现与所述开关的操作连接，再加上安装过程中因此带来的相关劳动力成本。

此外，即使在保护设备与开关动作部件包含在同一壳体中的情况下，该壳体通常体积也相当庞大(例如，宽度大于两个标准模块)，特别是在保护两个极的情况下。还要强调的是，在这种情况下，传统已知的保护设备需要专用机构来连接到释放运动机构，因此在项目设计阶段以及制造所述开关以及与其相关的设备过程中，导致过程复杂。

从上述内容可以看出，传统已知自动开关存在一系列缺陷，对此已经提出了一些方案，但是并不令人完全满意。

发明内容

基于上述考虑，本发明的主要目标是提供一种自动低压开关，所述开关能克服上述缺陷。

针对这项任务，本发明的一个目标是提供一种自动低压开关，所述开关允许形成多种保护功能，而且部件数目减少。

本发明的另一个目标是提供一种自动低压开关，其中所述开关的各种部件以及所述保护设备全部包含在单一壳体中。

本发明的另一个目标是提供一种自动低压开关，特别是双极开关，其中两个极都受到保护并且所述开关的各种部件以及所述保护设备包含在单一壳体中。

本发明进一步的目标是提供一种自动低压开关，其中所述开关的保护设备和释放运动机构之间的连接得以简化。

本发明的另一个目标是提供一种自动低压开关，其中宽度尺寸尽可能狭窄。

本发明进一步的目标是提供一种自动低压开关，所述开关的部件数目减少并且容易组装和安装。

本发明的另一个目标是提供一种自动低压开关，所述开关极其可靠，相对容易制造而且具有成本优势。

所述任务以及所述目标以及以下将会更为清楚地解释的其他目标，通过一种自动低压开关来实现，所述开关包括绝缘材料制成的壳体，所述壳体包含：

包括能往复连接和断开的第一触头和第二触头的第一极；

包括能往复连接和断开的第三触头和第四触头的第二极；

打开/闭合运动机构，所述打开/闭合运动机构可操作地连接到所述第一和第二极，从而在所述第一和第二触头之间以及所述第三和第四触头之间实施连接/断开动作；

第一、第二和第三保护设备，所述保护设备设计成在与所述开关关联的电气设备中发生对应的第一、第二或第三故障情形时，激活所述运动机构的释放动作以及所述触头的打开动作；

连接装置，所述连接装置将所述打开/闭合运动机构可操作地连接到所述第一、第二和第三保护设备。

借助这种结构和功能，符合本发明的开关能显著简化各开关部件之间的连接件和机构的生产过程。换句话说，与传统已知开关不同，通过单一机构，所述连接装置能将所述开关的保护设备与释放运动机构连接，减少了机械部件的数量并优化了在所述壳体中占用的空间。

附图说明

本发明进一步的特征和优势将从以下本发明设备优选但非排他的实施方式的描述中更为清晰地体现出来，所述实施方式作为示例在附图中示出，在附图中：

图1是本发明自动开关第一实施方式的透视图；

图2是图1所示开关的侧视图；

图3是图1所示开关的示意性功能设计图；

图4是图1所示开关特定细节的第一侧视图；

图5是图1所示开关特定细节的第二侧视图；

图6、7和8是示出本发明自动开关第一操作顺序的详细视图；

图9和10是示出本发明自动开关第二操作顺序的详细视图；

图11是本发明自动开关第二实施方式的透视图；

图12是图11所示开关的示意性功能设计图；

图13是图11所示开关特定细节的透视图。

具体实施方式

参照附图，符合本发明的自动低压开关1，在其涉及双极开关的最一般实施方式中，包括绝缘材料制成的壳体10，所述壳体容纳第一极20和第二极30。壳体10的后部分11适当塑形并存在用来连接DIN引导件的装置。壳体10设计成允许通过将适当导线或汇流条插入专用端子而进行连线。此外，壳体10的前部分构设计与图中未示出的端盖连接，用来完全闭合所述开关。

第一极20包括可以彼此往复连接/断开的第一触头和第二触头21和22，而第二极30包括可以彼此往复连接/断开的第三和第四触头31和32(在图中未示出)。触头22和32处于固定位置，而触头21和31可以移动，在打开位置和闭合位置之间操作，在所述打开位置时，它们不与对应的固定触头连接，而在闭合位置时，它们与所述固定触头连接。

所述开关还包括打开/闭合运动机构40，所述打开/闭合运动机构可操作地连接到第一和第二极20、30，从而实施所述第一和第二触头21、22以及第三和第四触头31、32的连接/断开动作。实际上，打开/闭合运动机构40包括将由使用者控制的手柄42的运动向所述触头传递的杠杆，以便实施打开和闭合所述开关的动作，此外，在与开关1相关的电器设备发生故障的情况下，所述杠杆引起触头打开。为此，打开/闭合运动机构40优选包括将动触头保持在闭合位置的的装置和释放所述运动机构以允许所述开关1自动打开的装置。根据一种实施方式，打开/闭合运动机构40包括至少一对杠杆，例如抓卡杠杆43和释放杠杆41，它们在彼此接合时，保持触头处于闭合位置。在发生故障的情况下，释放杠杆41通过围绕中心418旋转而从抓卡杠杆43脱开，释放所述运动机构，从而允许借助以下更为详述的机构来实施自动打开操作。

符合本发明的开关设计成在发生第一、第二或第三故障情形之后，通过自动打开所述开关并因此切断电力供应而保证对电气设备(诸如民用、工业用或商用设备)的保护以及使用者的安全。通常，所述故障情形指的是短路、过载和接地泄漏。

为此，符合本发明的自动开关1包括第一保护设备50、第二保护设备60和第三保护设备70，它们设计成在与开关1相关的第一、第二或第三电气设备故障情形发生之后，激活所述打开/闭合运动机构40的释放操作，并且激活所述触头21、22和31、32的打开操作。

所述保护设备通常是已知的。第一保护设备50和第二保护设备60通常联合在一起并形成磁热设备，所述磁热设备包括磁性促动器(一般包括线圈、移动芯体、固定芯体、翼板，或者更一般地说包括销和弹簧)，所述磁性促动器提供抗短路保护；和热促动器(一般由双金属片构成)，以提供抗过流保护。第三保护设备70通常是差动促动器，提供抗接地泄漏电流保护，并且一般由继电器和环形芯体构成。差动保护件根据情形检测接地泄漏电流，作为两个相电路电流之间的失衡量，或者相电路与中性线之间的失衡量。

符合本发明的自动开关1还包括连接装置80，所述连接装置可操作地将打开/闭合运动机构40连接到所述第一保护设备50、第二保护设备60和第三保护设备70。基本上，与传统已知开关不同，在符合本发明的开关中，保护设备50、60和70的机械冲击通过单一机构传递到所述释放运动机构，较之每个保护设备需要专用机械动作的传统方案而言，显著简化了所述开关的结构。

符合本发明的自动开关1的第一实施方式，如图1至5所示，设置成仅保护其中一个极，因此形成了所谓的1P+N开关典型结构。实际上，根据该实施方式，第一保护设备50和第二保护设备60可操作地与第一极20关联，为该极形成磁热保护(抗短路和过流)，而第三设备70为该开关提供差动保护。

符合本发明的开关1第二实施方式，如图11至13所示，为两个极提供保护，因此形成带有位于两个模块中的两个受保护极的开关结构(2P2M)。

实际上，根据该实施方式，第一保护设备50和第二保护设备60可操作地与第一极20关联，从而为该极形成磁热保护，所述开关还包括可操作地与第二极30关联的第四保护设备55和第五保护设备65，其中第四保护设备55提供短路保护，而第五保护设备65为第二极30提供过流保护。同样在这种情况下，第三设备70为开关1提供差动保护。

图6-10示出了特定实施方式，该实施方式示出了符合本发明的开关的自动打开操作。

正如前述，打开/闭合运动机构40的实施方式有利地包括第一释放杠杆41，该释放杠杆设计成通过脱开第三连接杠杆43而释放所述打开/闭合运动机构40，以允许所述触头21、22和31、32自动打开。连接装置80例如包括第一释放轴81，所述第一释放轴将所述打开/闭合运动机构40可操作地连接到所述第一和第二保护机构50和60，并且如果存在的话，也连接到第四和第五保护设备55和65。根据该实施方式，连接装置80还包括第二干涉杠杆82，所述第二干涉杠杆将打开/闭合运动机构40可操作地连接到所述第三保护设备70。第一释放轴81和第二干涉杠杆82可操作地连接到所述第一释放杠杆41。换句话说，连接装置80例如借助第一释放轴81和第二干涉杠杆82形成仅有的机械结合部，与对应故障情形相关的由各保护设备50、55、60、65、70产生的机械冲击例如通过作用于释放杠杆41而经由该机械结合部传递到打开/闭合运动机构40。

图6和9示出了开关闭合且不存在故障的情形，并且打开/闭合运动机构40通过第三连接杠杆43与第一释放杠杆41的相互作用而保持挡在闭合位置。具体来说，根据该实施方式，杠杆43一端被杠杆41主体上的适当凸起接合，并且因此，阻止杠杆43沿着逆时针方向转动(以及释放所述开关)。

在短路导致的故障情况下，自动打开操作在图6和7中示出。第一保护设备50(和第四保护设备55，如果存在的话)包括连接到移动芯体的翼板501。在正常情况下(参见图6)，翼板501的一部分位于第一释放轴81第一延伸部810附近。

在发生短路故障的情况下，保护设备50介入，向内部牵拉移动芯体，因此移动相连的翼板501(参见图7，其中示出了翼板501向右手方向移动)。由于这种位置变化，翼板501作用于轴81的第一延伸部810，所述轴围绕其自身枢转点815向顺时针方向转动。轴81存在第二延伸部811，第二延伸部811适当塑形并连接到所述轴。由于轴81旋转，所以第二延伸部811与第一释放杠杆41相互作用，引起围绕其自身旋转中心418的逆时针旋转。因此，释放杠杆41从第三连接杠杆43脱开，允许其移动，并且释放释放打开/闭合运动机构40使其脱扣到打开位置，将动触头21和31从对应的定触头22和32分开。

图6和8示出了在过流故障情况下的自动打开操作。保护设备60(和第五保护设备65，如果存在的话)包括双金属片，所述双金属片设计成在电路发生过流时弯曲。在正常条件下(参见图6)，金属片60的一部分位于第一释放轴81的第三延伸部812附近。

在发生过载故障的情况下，保护设备60通过双金属片发生弯曲而介入(参见图8，图中示出了金属片60向下方运动)。由于金属片60的运动作用在轴81的延伸部812上，所以所述轴围绕其自身枢转点815顺时针方向转动。由于发生这种转动，轴81的第二凸起811与第一释放杠杆41相互作用，引起如前所述的转动和触头自动打开。

以上针对单一极描述了磁热保护。显然，在保护两个极的情况下，结构基本上对称设置，从而分别对应于两个极20和30存在保护设备50、60和55、65，它们可以在连接装置80(因此在轴81上)独立操作，以引起开关1自动打开。

图9和10示出了在接地泄漏故障情况下的自动打开操作。第三保护设备70包括活塞701，所述活塞构造成因发生接地泄漏电流因此与所述极关联的导体之间电流失衡而滑动。在正常条件下(参见图9)，活塞701一端位于第二干涉杠杆82的臂822附近。干涉杠杆82适当定位成在点820枢转，能围绕该点旋转，并且借助适当弹簧保持在静止位置。第二干涉杠杆82还存在与第一释放杠杆41连接的装置821。在附图所示情况下，所述介入装置由凸起821构成，凸起821构造成与释放杠杆41的一部分410相互作用。

在发生接地泄漏故障的情况下，保护设备70介入，引起活塞701向继电器外部移动(参见图10，示出了活塞701向右手方向移动)。由于这种运动，活塞701操作杠杆82的臂822，杠杆82围绕其自身枢转点820逆时针方向转动。由于这种转动，干涉杠杆82上的凸起821与第一释放杠杆41的一部分410相互作用，引起逆时针方向转动并且触头自动打开，如前所述。

除了在机械角度实现显著简化之外，通过将各种部件以有利的方式定位在壳体10内，符合本发明的开关可以通过极其紧凑的方式制造。

例如，从前方观察时，图3和12示出了第一极20和第二极30有利地对称布置在开关1纵轴线110的左右两侧。因此，打开/闭合运动机构40相对于所述第一和第二极20、30可以有利地布置在中部。

在仅保护一个极的情况下，图3示出了所述第一和第二保护设备50和60例如布置在第一极20上，并放置在所述打开/闭合运动机构40附近。更具体地说，用于磁热保护的设备50和60通常组合成单一单元(并因此它们在图3中显示为单一功能块)并且定位在所述极附近，从开关1前方观察时，处于靠前的位置。因此，设备50和60与极20可操作地关联，从而形成抗短路和抗过流保护，并且与打开/闭合运动机构40可操作地连接，以激活自动释放动作。

在这种配置中，通常提供抗接地泄漏保护的第三保护设备70相对于所述纵轴线100设置在横向位置并靠近所述打开/闭合运动机构40。换句话说，在从所述开关前方观察时，第三保护设备70相对于第一和第二保护设备50和60以及打开/闭合运动机构40来说，设置在较低位置。

以类似于前述情况的方式，在保护两个极时，第一和第二保护设备50和60布置在所述第一极20上方并靠近所述打开/闭合运动机构40，而第四和第五保护设备55和65布置在第二极30上方并靠近打开/闭合运动机构40，相对于第一和第二保护设备50和60位于相对一侧。而且在这种情况下，所述第三保护设备70相对于所述纵轴线100设置在横向位置并靠近所述打开/闭合运动机构40，因此，在从所述开关前方观察时，所述第三保护设备相对于所述第一、第二、第三和第四保护设备处于较低位置，而且相对于所述打开/闭合运动机构40而言，也处于较低位置。

得到的结构极其合理以及紧凑。部件在壳体10内的布置方式基本上对称，并且优化壳体内的空间利用。

因此，所述开关的尺寸可以保持非常紧凑，具体来说，宽度等于两个标准DIN模块(35mm)，从模块化的角度来说，非常具有优势。

根据上述描述，显然符合本发明的开关实现了全部目标并且像所建议的那样完成任务。实际上，符合本发明的开关能以较少数量的部件以及较低的成本提供大量功能。

此外，在保护设备和打开/闭合运动机构40之间使用单一连接机构，能简化所述开关的结构，同时在一个极上或者同时在两个极上提供完备的保护范围(磁性、热能和差动)。

此外，与现有技术中每种保护需要专用机构和/或使用额外模块不同，在保护设备和打开/闭合运动机构40之间使用单一连接机构，显著降低了生产成本。

还要注意，特别是在需要保护两个极的配置中，可以在符合本发明的设备的单一壳体中包含大量功能，带来的结果是节省制造和安装成本。此外，由于部件极其紧凑且合理地布置在壳体内，所以显著缩小了外部尺寸。具体来说，可以生产宽度等于两个标准DIN模块且保护两个极的开关，在模块化和安装合理性方面具有显著的优势。

根据文中的描述，本领域普通技术人员可以获知并实现进一步的特征、变化或改良。所述特征、变化或改良因此应该认为是本发明整体的一部分。实际上，根据需要以及现有技术，所采用的全部材料以及尺寸还有各种相关形式和形状可以是任何类型。

Claims (11)

1.一种自动低压开关(1)，其特征在于，所述自动低压开关包括绝缘材料制成的壳体(10)，所述壳体包含：

包括能往复地连接和断开的第一触头(21)和第二触头(22)的第一极(20)；

包括能往复地连接和断开的第三触头(31)和第四触头(32)的第二极(30)；

打开/闭合运动机构(40)，所述打开/闭合运动机构可操作地连接到所述第一极(20)和第二极(30)，从而实施所述第一触头(21)和第二触头(22)以及所述第三触头(31)和第四触头(32)的连接/断开动作；

第一保护设备(50)、第二保持设备(60)和第三保护设备(70)，所述第一保护设备(50)、第二保护设备(60)和第三保护设备设计成在与所述自动低压开关(1)关联的电气设备中发生对应的第一、第二或第三故障情形时，激活所述打开/闭合运动机构(40)的释放动作以及所述第一触头(21)、第二触头(22)、第三触头(31)、第四触头(32)的打开动作；

连接装置(80)，所述连接装置将所述打开/闭合运动机构(40)可操作地连接到所述第一保护设备(50)、第二保护设备(60)和第三保护设备(70)，所述连接装置(80)包括：第一释放轴(81)，所述第一释放轴将所述打开/闭合运动机构(40)可操作地连接到所述第一保护设备(50)和第二保护设备(60)；和第二干涉杠杆(82)，所述第二干涉杠杆将所述打开/闭合运动机构(40)可操作地连接到所述第三保护设备(70)。

2.如权利要求1所述的自动低压开关(1)，其特征在于，所述第一保护设备(50)提供抗短路保护，所述第二保护设备(60)提供抗过流保护，所述第三保护设备(70)提供抗接地泄漏电流保护。

3.如权利要求2所述的自动低压开关(1)，其特征在于，所述第一保护设备(50)和第二保护设备(60)与所述第一极(20)可操作地关联。

4.如权利要求1所述的自动低压开关(1)，其特征在于，所述打开/闭合运动机构(40)包括第一释放杠杆(41)和抓卡杠杆(43)，所述第一释放杠杆能够从抓卡杠杆(43)脱开，从而释放所述打开/闭合运动机构(40)，以允许所述第一触头(21)、第二触头(22)、第三触头(31)、第四触头(32)自动打开。

5.如权利要求4所述的自动低压开关(1)，其特征在于，所述第一释放轴(81)和所述第二干涉杠杆(82)可操作地连接到所述第一释放杠杆(41)。

6.如权利要求3所述的自动低压开关(1)，其特征在于，所述自动低压开关包括与所述第二极(30)可操作地关联的第四保护设备(55)和第五保护设备(65)，所述第四保护设备(55)提供抗短路保护，而所述第五保护设备(65)提供抗过流保护。

7.如权利要求1所述的自动低压开关(1)，其特征在于，从所述自动低压开关(1)前方观察时，所述第一极(20)和第二极(30)对称布置在所述自动低压开关(1)的纵轴线(100)的左右两侧，所述打开/闭合运动机构(40)相对于所述第一极(20)和第二极(30)定位于中部。

8.如权利要求3所述的自动低压开关(1)，其特征在于，所述第一保护设备(50)和第二保护设备(60)布置在所述第一极(20)上方，并靠近所述打开/闭合运动机构(40)放置。

9.如权利要求8所述的自动低压开关(1)，其特征在于，所述第三保护设备(70)放置在横向于所述自动低压开关的纵轴线(100)的位置，并靠近所述打开/闭合运动机构(40)。

10.如权利要求6所述的自动低压开关(1)，其特征在于，所述第一保护设备(50)和第二保护设备(60)布置在所述第一极(20)上方并靠近所述打开/闭合运动机构(40)，并且所述第四保护设备(55)和第五保护设备(65)布置在所述第二极(30)上方并靠近所述打开/闭合运动机构(40)。

11.如权利要求10所述的自动低压开关(1)，其特征在于，所述第三保护设备(70)放置在横向于所述自动低压开关的纵轴线(100)的位置并靠近所述打开/闭合运动机构(40)。

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