CN102427001A - 一种塑壳低压断路器的触头压力控制机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种塑壳低压断路器的触头压力控制机构，转动端通过第一转动中心轴连接转轴，在动触头上设有位于第一转动中心轴下方且相平行的轴，在转轴上设有位于所述轴下方且相平行的第二转动中心轴，第二转动中心轴上连接可绕其转动的杠杆下端，转轴上的槽内设有弹簧，杠杆上端前侧面作用于弹簧一端，杠杆上端后侧面压靠在所述轴上，杠杆上端的后侧面具有连续的两曲面，第一曲面靠近第二转动中心轴，第二曲面为圆弧曲面；在第一曲面压靠在所述轴上，所述轴位于两转动中心轴的两轴心连线的前侧；在第二曲面压靠在所述轴上，第二曲面的圆心是第一转动中心轴；在转轴转动的整个范围内都能控制触头压力，提高了动触头打开速度。

Description

一种塑壳低压断路器的触头压力控制机构

 

技术领域

本发明涉及一种塑壳低压断路器，在电路发生过载或短路时能自动切断以保护负载设备，具体涉及用于这种塑壳低压断路器的动触头卡住机构。

背景技术

低压断路器的一项主要功能是及时分断线路中由于短路等原因造成的过电流从而保护线路和下级设备，如果低压断路器能够在短路电流达到峰值之前切断电路，即低压断路器具有限流能力，这种低压断路器可以对线路和下级设备提供更好的保护，同时可以提升低压断路器的分断短路电流能力。

现有技术的低压断路器一般具有脱扣器和操作机构，由操作机构控制旋转的转轴，动触头和静触头等部件安装在转轴内。其中，为了保证动静触头接触良好且接触压力稳定，一般通过安装于转轴内的动触头弹簧压住动触头，使得动触头与静触头紧密接触。在发生短路时脱扣器可以检测到过电流，并使操作机构脱扣带动转轴旋转使动触头和静触头分离。由于操作机构是由多级锁扣组成，从接受脱扣器的信号到带动动触头脱扣需要一定的时间，这个时间一般长于限流所需的反应时间。当过电流发生时，静触头和动触头之间可以产生足够的电动斥力，使得动触头克服触头弹簧的压力在极短的时间内与静触头分开并限制短路电流的增长，但分开后由于过载电流得到限制，同时触点之间的距离增大使得动触头和静触头之间的斥力迅速减小，在触头弹簧的压力作用下，动触头会跌落并重新与静触头接触，而这个过程在机构动作之前可能重复发生，从而连续产生电弧，严重时甚至会造成动静触头熔焊在一起无法分闸，会对断路器本身以及下级线路和设备产生严重损害。

为解决动触头的上述跌落问题，行业内有采用如图1所示的方案卡住触头，即在转轴30内设有可绕转轴30内的转动中心31转动的动触头10，另有一个杠杆40围绕转轴30内的另一个转动中心32转动，转轴30内有槽，槽内有弹簧60，弹簧60一端抵住转轴30，另一端抵住杠杆40一侧的中部给杠杆40施加转矩，杠杆40的另外一侧有两个成一定角度的面41、42和穿过动触头10的轴11接触。当轴11和面41接触时动触头10受到合闸方向的转矩，当轴11和面42接触时动触头10受到分闸方向的转矩。此结构虽然可以可靠卡住动触头10，使断路器具有限流能力，但具有以下几个缺点：1.体积过大。由于要保证足够的力臂长度，弹簧60的位置必须要远离动触头10，这便造成转轴体积较大，不能适应转轴空间较小的低压断路器结构。2、耐用性差。由于弹簧60抵住了杠杆40中部，且两个光滑面41、42之间具有一定角度，所以在卡住时，杠杆40会有较大偏转，造成弹簧60大幅度扭曲并产生形变，其实际产品在一次卡住之后弹簧力值就会大幅减小，影响低压断路器的寿命。3、没有解决触头磨损会造成触头压力变化的问题。由于动触头弹簧的压缩量和压力之间往往是成线性关系或者接近线性关系，使得触头磨损量影响到触头压力和转轴合闸位置的变化，而触头的接触压力会直接影响到动静触头的接触电阻，并影响断路器的温升，并连锁的导致热脱扣器的动作时间不准确。另外，触头压力也直接决定发生过电流时前述动触头在电动斥力作用下动作的动作阀值，由于触头压力受到多个变量的影响无法做到准确，使得动触头的起始动作电流也无法准确。 

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的缺陷而提供一种塑壳低压断路器触头压力控制机构，不仅可以防止动触头重新跌落，而且能减少触头磨损等变量对动静触头接触压力的影响，使低压断路器获得限流能力，提高其保护性能并大幅度提高分断能力，同时使得低压断路器在整个使用周期内获得稳定的性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：动触头的后端是转动端，转动端通过第一转动中心轴连接转轴，在动触头上设有位于第一转动中心轴下方且相平行的轴，在转轴上设有位于所述轴下方且相平行的第二转动中心轴，第二转动中心轴上连接可绕其转动的杠杆下端，转轴上的槽内设有弹簧，杠杆上端的前侧面作用于弹簧一端，杠杆上端的后侧面压靠在所述轴上，所述杠杆上端的后侧面具有连续的第一、第二曲面，第一曲面靠近第二转动中心轴，第二曲面为圆弧曲面；在第一曲面压靠在所述轴上，所述轴位于第一、第二转动中心轴的两轴心连线的前侧；在第二曲面压靠在所述轴上，第二曲面的圆心是第一转动中心轴；在所述杠杆上端的后侧面上且位于第二曲面的上端设有一凹槽。

本发明的有益效果是：

1、弹簧的位置可以尽量靠近动触头，以减小转轴的体积。触头在转轴内转动的整个范围内，本发明都能控制触头压力。 

2、由于动触头在合闸位置附近转动力矩稳定，所以触头磨损量和转轴位置等外部因素对触头压力的影响极小，断路器可实现全寿命范围性能稳定。

3、解决了传统结构存在的当动触头斥开距离增大，弹簧反力会由于压缩量增加而持续增加的问题，提高了动触头打开速度，有利于限流和灭弧，且不存在动触头跌落的问题。

附图说明

图1是背景技术结构示意图；

图2是本发明在合闸时的结构图及状态图；

图3是本发明在分闸时的结构图及状态图；

图4是图2的左视图；

图5是图2中杠杆400的立体结构放大图；

图6是本发明在工作时的受力和力臂示意图；

图2-6中：100.动触头； 101.轴；200.静触头；300.转轴；301.第一转动中心轴；302.第二转动中心轴；400.杠杆；401、402.第一、第二曲面；403凹槽；404.凸台；500.块；501.弧面；600.弹簧。

具体实施方式

参见图2-6，低压断路器包括固定其内的转轴300，转轴300随操作机构转动，动触头100的后端是转动端，转动端通过第一转动中心轴301连接转轴300，使动触头100围绕第一转动中心轴301转动，第一转动中心轴301与转轴300的转动轴相平行。动触头100的前端是活动端，活动端对应于静触头200。

位于第一转动中心轴301下方，在动触头100上设有与第一转动中心轴301平行的轴101；位于轴101下方的转轴300上设有与轴101平行的第二转动中心轴302，第二转动中心轴302上连接可绕其转动的杠杆400的下端，杠杆400的上端的前侧面活动作用于弹簧600一端，杠杆400上端的后侧面压靠在所述轴101上，弹簧600位于转轴300上的槽内。

参见图4，本发明具体可在转轴300内的两侧均开一个槽，每个槽内放置一个弹簧600，使弹簧600的一端抵住转轴300，弹簧600的另一端安装一个块500，使杠杆400的上端的前侧面活动连接块500，并通过块500作用于弹簧600。这样，在动触头100的两侧，杠杆400围绕位于转轴300上的第二转动中心轴302转动，弹簧600通过块500对杠杆400施加转矩。

上述块500由前、后两部分结构组成，块500的前部分结构用于支撑弹簧600的另一端，可将弹簧600的另一端套在前部分结构上或将弹簧600的另一端放置在前部分结构的孔中。块500的后部分结构活动连接杠杆400上端的前侧面，可将杠杆400上端的前侧面与块500的后部分结构铰接在一起，也可在块500的后部分结构上设一个内凹的弧面501，相应地，在杠杆400上端的前侧面上设置一个突出部分，使突出部分接触于内凹的弧面501，达到两者活动配合的目的。

参见图5，杠杆400为一钣金件，当本发明在转轴300内的两侧均开一个槽，每个槽内放置一个弹簧600时，相应地，杠杆400可通过折弯形成左右对称的两部分，以防止其发生偏转，同时可增加接触面积。在左右两部分上分别有转动中心孔、第一、第二曲面401、402以及凹坑403。两部分的下端均有凸台404，以限制杠杆400轴向运动。凸台404上开有与第二转动中心轴302相配的转动中心孔。杠杆400的此结构由于所有的作用面都在同一平面上，所以加工精度较高，有利于产品性能的稳定。当本发明在转轴300的一侧开一个槽，槽内放置一个弹簧600时，相应地，杠杆400一单体结构。

参见图2、3、5，在杠杆400上端的后侧面上设有连续的第一、第二曲面401、402，第一、第二曲面401、402的位置可与安装在动触头100上的轴101相接触。由于弹簧600对杠杆400的作用，使得第一、第二曲面401、402始终压靠在轴101上。第一曲面401 靠近第二转动中心轴302，即靠近杠杆400下端；第二曲面402为圆弧曲面。第一、第二曲面401、402的结构尺寸是根据动触头100分合闸力的情况进行优化设计的，通过优化第一、第二曲面401、402的位置和采用不使弹簧600产生扭曲的结构实现合闸力均匀。在第一曲面401压靠在所述轴101上时，第一曲面401的优化结构尺寸是使轴101位于第一、第二转动中心轴301、302的两轴心连线的前侧，即靠近弹簧600的一侧。在第二曲面402压靠在所述轴101上时，第二曲面402的优化结构尺寸是使第二曲面402的圆心为第一转动中心轴301。在杠杆400上端的后侧面上，在第二曲面402的上端设有一凹槽403。

参见图6所示的本发明在工作时的受力和力臂情况，F1为弹簧600对杠杆400施加的力，F2为杠杆400对轴101施加的力，L1为F1对杠杆400相对于其第二转动中心302的力臂长度，L2为F2相对于杠杆400的第二转动中心302的力臂长度，L3为F2相对于动触头100的第一转动中心301的力臂长度。

参见图1，当低压断路器合闸时，动触头100相对于转轴300的旋转角度较小，此时动触头100上的轴101与杠杆400的第一曲面401接触，弹簧600提供的压力F1通过杠杆400的放大作用作用于动触头400上的轴101，即F2，对动触头100产生合闸方向的转矩，使得动触头100与静触头200之间保持足够的触头压力，动触头100在此位置附近转动时，动触头上的轴101仍然与杠杆400的第一曲面401接触。由于杠杆400对弹簧力的放大作用，可以使用较小的弹簧得到较大的触头压力，减少了成本和体积。

当动触头100在合闸位置附近沿图1所示的顺时针转动时，杠杆400进行逆时针转动，弹簧600压缩量变大，即F1变大，但同时由于杠杆400的旋转，使L1变小；由于轴101在第一曲面401上滑向远离第二转动中心302方向，使得L2变大，又由于杠杆400的旋转，导致F2的作用方向同步旋转，L3减小。在此过程中，虽然弹簧600压力F1趋于增大，但L1、L2、L3的变化均趋于使实际力臂变小，由此可实现在一定范围内动触头100受到的旋转力矩稳定。且当轴101与第一曲面401接触时，轴101位于第一、第二转动中心301、302之间连线的靠近弹簧600一侧，保证了触头在打开过程中轴101在第一曲面401上滑动的方向不发生改变，从而不会产生在弹簧600压缩量增大的同时杠杆400对动触头100施加压力的实际力矩变大的问题，保证了触头压力稳定。

参见图2，当短路电流大到足够使动触头100和静触头200斥开时，即当低压断路器分闸时，动触头上的轴101由杠杆400上的第一曲面401滑动到第二曲面402。由于第二曲面402的轴心为动触头100的第一转动中心轴301，F2指向第一转动中心轴301，此时L3为0，除了摩擦力，由弹簧600产生的压力对动触头100不产生转矩，即动触头100可不受阻碍的继续运动并接触到断路器顶部或转轴300限位面的最终位置。在最终位置动触头上的轴101滑动到凹槽403处，凹槽403对动触头100施加较小的斥开方向的转矩，以防止动触头100因为反弹而反向运动。当机构脱扣带动转轴300转动时，动触头100被断路器顶部限制而复位。

由于动触头100在合闸位置附近转动力矩稳定，所以触头磨损量和转轴300位置等外部因素对触头压力的影响极小，断路器可实现全寿命范围性能稳定。本发明在转动过第一曲面401和第二曲面402的连接位置时直接过渡到无转动力矩，解决了传统结构存在的当动触头斥开距离增大，弹簧反力会由于压缩量增加而持续增加的问题，所以触头打开速度可以大为提高，有利于限流和灭弧，且不存在触头跌落的问题。由于动触头100斥开后不受到触头弹簧的回复力矩，所以，凹槽403可用于防止动触头100反弹的卡住力矩。当操作机构动作带动转轴300旋转时，不会因为受到卡住力矩的影响而减慢转轴300运动速度，即不影响其他未斥开相的灭弧。

Claims (5)

1.一种塑壳低压断路器的触头压力控制机构，动触头（100）的后端是转动端，转动端通过第一转动中心轴（301）连接转轴（300），在动触头（100）上设有位于第一转动中心轴（301）下方且相平行的轴（101），在转轴(300)上设有位于所述轴（101）下方且相平行的第二转动中心轴（302），第二转动中心轴（302）上连接可绕其转动的杠杆（400）下端，转轴（300）上的槽内设有弹簧（600），其特征是：杠杆（400）上端的前侧面作用于弹簧（600）一端，杠杆（400）上端的后侧面压靠在所述轴（101）上；杠杆（400）上端的后侧面具有连续的第一、第二曲面（401、402），第一曲面(401) 靠近第二转动中心轴(302)，第二曲面(402) 为圆弧曲面；在第一曲面(401) 压靠在所述轴（101）上，所述轴（101）位于第一、第二转动中心轴（301、302）的两轴心连线的前侧；在第二曲面（402） 压靠在所述轴（101）上，第二曲面（402）的圆心是第一转动中心轴（301）；在所述杠杆（400）上端的后侧面上且位于第二曲面（402）的上端设有一凹槽（403）。

2.根据权利要求1所述的一种塑壳低压断路器的触头压力控制机构，其特征是：弹簧（600）的一端抵住转轴（300），弹簧（600）的另一端设置一个块（500），块（500）由前、后两部分结构组成，所述前部分结构支撑弹簧（600）的另一端，所述后部分结构活动连接于杠杆（400）上端的前侧面。

3.根据权利要求2所述的一种塑壳低压断路器的触头压力控制机构，其特征是：块（500）的后部分结构上具有一个内凹的弧面（501），杠杆（400）上端的前侧面上具有一个接触于所述弧面（501）的突出部分。

4.根据权利要求2所述的一种塑壳低压断路器的触头压力控制机构，其特征是：杠杆（400）上端的前侧面与块（500）的后部分结构铰接。

5.根据权利要求1所述的一种塑壳低压断路器的触头压力控制机构，其特征是：在转轴（300）内的两侧均开一个槽，每个槽内放置一个弹簧（600）；所述杠杆（400）具有左右对称的两部分组成，下端有凸台（404），凸台（404）上设有与所述第二转动中心轴（302）相配的转动中心孔。

Images