CN102097259A - 断路器中的抗喷溅结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种断路器，其至少包括设有抗喷溅表面的脱扣机构部件。该抗喷溅表面有效地减少了附着在该部件上的金属喷溅物的量，从而提高了断路器的可靠性。该抗喷溅表面可通过在该脱扣机构部件上涂覆固体润滑剂而形成，或者通过以带的形式将固体润滑剂施加到该脱扣机构部件上而形成。

Description

断路器中的抗喷溅结构

背景技术

断路器打开时产生的电弧会导致触点上的金属过热并成为熔融金属。当触点打开时，熔融金属被贯穿断路器内部的电离空气和气体所推动。熔融金属的沉积或“喷溅”会在其着落处冷却和固化，并影响断路器的功能性。例如，金属沉积物会影响机械部件的运动并阻止正常的操作。金属沉积物也会使断路器部件电连接，从而导致短路。

通常，断路器具有这样的设计结构，该设计结构旨在通过防止金属喷溅物与断路器部件之间的接触来减轻金属喷溅物的影响。一些断路器包括物理隔离物或屏蔽，其保护一些部件免于受到金属喷溅物的接触。另外一些断路器包括通风结构，其试图引导电离空气和气体以及它们携带出断路器的金属喷溅物，以使得气体不会推动金属喷溅物落在内部断路器部件上。

发明内容

本发明提供一种断路器，其包括在可在电闭合位置和电断开位置之间机械地运动的一对配合操作的触点，以及联接到该对触点以在电闭合位置和电断开位置之间移动该对触点的机械联动机构。该断路器还包括响应于流过该对触点的电流以便当流过该对触点的电流中出现预定电流状况时致动该机械联动机构的脱扣机构。该脱扣机构包括至少一个抗喷溅部件，该抗喷溅部件包括抗喷溅表面。

附图说明

结合在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的不同方面的各种示例性系统、方法和其它示例性实施例。应当理解的是，图中所示元件的边框(例如盒状物、一组盒状物或其它形状)代表了边框的一个示例。本领域普通技术人员应当理解的是，在一些示例中，一个元件可设计为多个元件或者多个元件可设计为一个元件。在一些示例中，示出为一个元件的内部元件的另一个元件可被实现为外部元件，反之亦然。此外，这些元件并不是按比例绘出的。

图1是位于电闭合或电流导通状态的断路器的一示例性实施例的示意图。

图2是图1所示的断路器处于电断开状态的示意图。

图3是包括具有抗喷溅表面的部件的断路器的一示例性实施例的示意图。

图4是包括具有抗喷溅表面的部件的断路器的另一示例性实施例的示意图。

具体实施方式

这里所描述的断路器至少包括已设有抗喷溅表面的脱扣机构部件。该抗喷溅表面有效地减少了附着到该部件的金属喷溅物的量，提高了断路器的可靠性。因此，不像现有技术中的断路器试图阻止金属喷溅物接触到断路器的脱扣机构部件那样，这里所描述的断路器是在金属喷溅物已经接触到该部件之后防止其附着在该部件上。

以下包括对这里所用的选定术语的定义。这些定义包括在术语的范围内并可用于实施的部件的不同的示例和/或形式。这些示例并不是限制性的。术语的单数和复数形式均在定义的范围内。

所提及的“一个实施例”、“一实施例”、“一个示例”、“一示例”等等均表示所描述的实施例或示例可包括特定的特征、结构、特性、性质、元件或限定，但并不是每个实施例或示例都必须包括所述特定的特征、结构、特性、性质、元件或限定。另外，短语“在一个实施例中”的重复使用不必然指代相同的实施例，虽然可以指代相同的实施例。

图1示出了接地故障断路器10的一示例性实施例。该接地故障断路器包括壳体12，该壳体12由电绝缘材料例如热固性树脂构成。通常接地故障断路器10的尺寸大约为3英寸长、2英寸高和1英寸宽。具有这些尺寸的断路器10适于安装到传统的负荷中心箱和面板盖中。

断路器10包括一对协同工作的触点15a、15b，其在图1所示的闭合位置和图2所示的断开位置之间可移动。总体由40指示的机械联动机构响应于复位杆28的致动或者脱扣机构20的操作而移动触点。为简便起见，这里没有包含机械联动机构40和复位杆28的细节。类似的机械联动机构在美国专利No.4,081,852中有描述，其作为参考引用于此以使对结构和操作的描述完整。

脱扣机构20包括一个或多个脱扣机构部件，所述部件的特性根据流过断路器的电流的量和/或特征而改变。在一些实施例中，脱扣机构部件为承载流过断路器的电流的载流元件。在图1-3所示的实施例中，脱扣机构20包括双金属装置32，该双金属装置32为在上端处紧固到固定不动的壳体突起39的扁平元件。该双金属装置32的下端没有被锚固，其在图1所示的箭头“A”的方向上可自由地偏转。当双金属装置32变冷时，它处于图1所示的伸直位置。当双金属装置变热时，它在箭头“A”所示的方向上偏转。双金属装置被选择为具有偏转特性，这提供了在预期的操作电流下的合适的断路器操作，并且当电流水平超过可接受水平时致动该机械联动机构，如下面将更详细描述的。尽管图1-4所示的脱扣机构20包括双金属装置32，但是本领域技术人员应理解，脱扣机构还可以采用其它装置，如磁体、螺线管、等等。

在图1中，加粗的箭头“I”指示电流。电流通过导体(未图示出)上的入口14进入断路器。电流流过双金属装置32、柔性导体37、以及承载移动触点15b的移动臂47。在伸直位置，双金属装置32支撑位于图1所示位置中的可动衔铁41。该衔铁41包括与闩锁元件51接合的闩锁表面41a。该闩锁元件抵抗弹簧43的偏压力来保持机械联动机构40，弹簧43的偏压力朝图2所示的触点断开位置推动机械联动机构40。在正常操作中，由电流引起的双金属装置32的偏转不足以使闩锁元件51与衔铁的闩锁表面41a脱离接合并沿顺时针方向旋转至断开位置。

当过电流状况出现时，双金属装置进一步偏转，从而移动衔铁41及其闩锁表面41a至与闩锁元件51脱离接合。然后，机械联动机构被弹簧推动至图2所示的断开位置。在一些实施例中，断路器10包括接地故障检测装置，其响应于电流的瞬时尖峰而断开触点。磁性元件45设置为紧邻双金属装置32。双金属装置32中的电流在磁性元件45中感应出磁力。当电流到达预定水平时，该磁力变得足以在箭头“B”所示的方向上移动衔铁41。这一运动牵拉闩锁表面41a至与闩锁元件51脱离接合以将触点断开，如图2所示。

图3和4示出了断路器300、400的示例性实施例，其具有包括至少一个抗喷溅表面的脱扣机构部件。抗喷溅表面排斥金属喷溅物以使得这些喷溅物不易于附着到该表面上。图3是断路器300的一实施例的示意图，其包括双金属装置332。该双金属装置332具有抗喷溅涂层。该抗喷溅涂层可以是固体润滑剂。示例性的固体润滑剂包括氮化硼、二硫化钼、含氟聚合物、以及石墨。

对各种固体润滑剂是否适于作为抗喷溅表面进行了测试。使用双丝电弧喷枪来产生金属喷溅物，并且建立了合适的喷射参数以便从铜、316不锈钢和钨丝中产生喷溅物。双丝电弧热喷射设备在安装到钢板上并距离喷枪喷嘴10英尺远处的双金属带上进行喷射。一些双金属带电镀有锡，这是此类装置常见的。另一些双金属装置没有被电镀。由于锡的低熔点特性，可有利地选择固化温度低于锡的熔点232℃的抗喷溅涂层。

对涂覆不同类型固体润滑剂的双金属装置进行了测试。固体润滑剂涂层悬浮在液态溶液中，并通过气溶胶喷射(aerosol spray)沉积在双金属装置上。采用电镀的和非电镀的对照样品，测试包括涂覆有ZYP涂料公司提供的氮化硼的双金属装置、涂覆有ZYP涂料公司提供的超级增强石墨的双金属装置、涂覆有Sun涂料公司生产的低温固化含氟聚合物的双金属装置、以及涂覆有Secoa公司生产的低温固化含氟聚合物的双金属装置。被测试的含氟聚合物涂层是树脂和含氟聚合物润滑剂的混合物。

在双金属装置样品上收集铜和不锈钢的金属喷溅物12秒钟的时间。在双金属装置样品上收集钨的金属喷溅物3秒钟的时间。在被金属喷溅物喷射后，对双金属带进行光学分析，并且相对于喷溅物的每个金属部件来确定喷溅数目和喷溅覆盖范围。为了确定喷溅数目，利用斜光对每个样品以30X进行扫描以计数金属喷溅物颗粒。为了确定喷溅覆盖范围，取最大喷溅物颗粒面积的50X缩微照片。对图像进行分析，以便从每个照片上测量喷溅物覆盖范围的总面积。确定喷溅物覆盖范围以提供抗喷溅性能的更好指示。

与没有涂覆的对照样品相比，超级增强石墨和含氟聚合物涂层都在抗喷溅性能上提供了显著的改进。因此，可根据成本和制造因素来选择这些材料中的任一种，以及其它的抗喷溅涂层。

图4示出了断路器400的一可选实施例，其具有包括抗喷溅表面的脱扣机构部件。该断路器400包括双金属装置432，该双金属装置432具有附着在一侧的固体润滑剂承载带。该固体润滑剂承载带可以是例如

(特氟龙)带。根据图3所概括的过程，对2密耳(mil)和3密耳的

带进行了测试。2密耳的

带的性能比3密耳的

带以及所有固体润滑剂气溶胶涂层都要好。

带是具有成本优势的可选涂层，但是在双金属装置上应用时可能存在制造上的难度。

在其它实施例中，代替脱扣机构部件或者除了脱扣机构部件之外，其它的断路器部件也可包括抗喷溅表面。例如，弹簧43或其它机械联动机构部件可适于包括抗喷溅表面。

尽管通过描述示例已经说明了示例性的系统、方法等，并且尽管已经相当详细地描述了这些示例，但是，申请人并不旨在将所附权利要求的范围限制或限定于这些细节。当然，不可能描述部件或方法的每个能想到的组合以用于描述这里所述的系统、方法等的目的。因此，本发明不限于所示出和描述的具体细节、代表性设备、以及说明性示例。因而，本申请旨在涵盖落入所附权利要求范围内的所有修改、改进和变型。

对于详细的说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，其与用作权利要求中的过渡性词语时的术语“包括”类似，应被解释为包含性的(即开放性的)。

Claims (15)

1.一种断路器，包括：

能够在电闭合位置和电断开位置之间机械地移动的一对协同工作的触点；

与该对触点联接以在电闭合位置和电断开位置之间移动该对触点的机械联动机构；

响应于流过该对触点的电流以便当流过该对触点的电流中出现预定电流状况时致动该机械联动机构的脱扣机构；以及

其中，该脱扣机构包括至少一个包含抗喷溅表面的抗喷溅部件。

2.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，该抗喷溅部件包括双金属装置，该双金属装置响应于由通过该双金属装置流向该对触点的电流所产生的热量而发生偏转。

3.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，该抗喷溅表面包括固体润滑剂。

4.如权利要求3所述的断路器，其特征在于，该抗喷溅表面包括含氟聚合物。

5.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，该抗喷溅表面通过在抗喷溅部件上喷射涂层而形成。

6.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，该抗喷溅表面通过在抗喷溅部件上施加带而形成，其中该带具有抗喷溅表面。

7.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，当该对触点处于电闭合位置时，该抗喷溅部件承载流过该对触点的电流。

8.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，至少一个机械联动机构部件包括抗喷溅表面。

9.如权利要求8所述的断路器，其特征在于，至少一个机械联动机构部件包括弹簧。

10.一种装置，包括：

导电元件，该导电元件适配成承载流过断路器设备的电流，其中该导电元件包括抗喷溅表面。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该抗喷溅表面包括固体润滑剂。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，该抗喷溅表面包括含氟聚合物。

13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该抗喷溅表面通过在该导电元件上喷射涂层而形成。

14.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该导电元件为双金属装置。

15.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该抗喷溅表面通过在该导电元件上施加带而形成，其中该带具有抗喷溅表面。

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