CN107221479B - 阻挡构件和具有快速闭合功能的断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带活动接触臂的致动器的阻挡构件，用于执行快速闭合功能活动接触臂，其包括例如具有第一端部和第二端部的长形构件，其中长形构件的一部分构造成使得布置在第一位置的所述阻挡构件接合致动器的活动接触臂的一部分以限制活动接触臂的运动，并且使得布置在第二位置的所述阻挡构件与致动器的活动接触臂的所述部分分离以允许活动接触臂运动。

Description

阻挡构件和具有快速闭合功能的断路器

技术领域

本发明大体上涉及断路器，更具体地涉及一种用于具有快速闭合功能断路器(circuit breaker)的阻挡构件。

背景技术

断路器是设计成保护电路免受由过载或短路引起的破坏的自动操作的电子开关。基本功能是检测故障状态以及中断电流。

一般地，在断路器中，由具有分离的第一可接合构件和第二可接合构件的闩锁机构保持电触点闭合。最初地，第一构件可以定位成接触第二构件以限制以及阻止第二构件的运动以便将电触点保持在闭合位置。可以通过使第一构件运动或枢转而脱离与第二构件的接合来触发闩锁机构，以允许第二构件运动并且断开电触点。

另外，断路器通常包括允许电触点从完全断开位置快速闭合至闭合位置的“快速闭合”功能。电触点的闭合速度与由使用者操作的手柄如何被用于执行电触点从断开位置的闭合无关，即，接触速度与手柄运动得多快或多慢无关。传统的偏心肘形机构(togglemechanism)实现了相对于弹簧张力的连杆取向的改变，使得在手柄运动中的某一临界点处，力的平衡将引起连杆的快速旋转以使触点快速闭合。

发明内容

在一个实施例中，通过提供用来执行快速闭合功能的具有活动接触臂(movablecontact arm)的致动器(actuator)的阻挡构件来克服现有技术的缺陷以及提供额外的优势。所述阻挡构件包括，例如，具有第一端部和第二端部的长形构件，其中所述长形构件的一部分构造成使得布置在第一位置的阻挡构件接合所述致动器的活动接触臂的一部分以限制活动接触臂的运动，并且使得布置在第二位置的阻挡构件与致动器的所述活动接触臂的所述部分分离以允许活动接触臂运动。

在另一个实施例中，一种具有快速闭合功能的断路器，断路器包括例如：框架、附连至框架的固定电触点、具有能够附连至框架的第一端部和具有能够与固定电触点可释放地接触的第二端部的活动接触臂、以及致动器机构。致动器机构包括运行施加第一力以使活动接触臂沿第一方向运动以断开电触点的主偏压装置(main biasing means)、可操作以施加第二力以使活动接触臂沿第二方向运动从而闭合电触点的触点偏压装置(contactbiasing means)、以及阻挡构件，该阻挡构件构造成使得处于第一位置的阻挡构件接合活动接触臂的一部分以通过偏压装置主偏压装置限制活动接触臂的运动并保持电触点断开，并且使得布置在第二位置的阻挡构件与活动接触臂的部分分离以允许通过触点偏压装置使活动接触臂运动而闭合电触点。

在另一个实施例中，一种用于使活动接触臂运动以执行快速闭合功能的方法。该方法包括，例如，使活动接触臂与阻挡构件接合以限制活动接触臂沿第一方向的运动，以及使活动接触臂与阻挡构件分离以允许活动接触臂沿第一方向运动。

在另一个实施例中，一种用于致动断路器以断开和闭合电触点的方法。该方法包括，例如，使活动接触臂与阻挡构件接合以限制活动接触臂沿第一方向的运动并且保持电触点断开，以及使阻挡构件与活动接触臂分离以允许活动接触臂沿第一方向运动以闭合电触点。

本发明一具体实施例中，一种具有活动臂的致动器的阻挡构件，用于执行快速闭合功能，所述阻挡构件包括：长形构件，所述长形构件具有第一端部和第二端部；并且其中，所述长形构件的一部分构造成使得布置在第一位置的所述阻挡构件接合所述致动器的所述活动臂的一部分以限制所述活动臂的运动，并且使得布置在第二位置的所述阻挡构件与所述致动器的所述活动臂的所述部分分离以允许所述活动臂运动。

进一步地，所述长形构件的能够与所述活动臂的部分接合的所述部分布置在所述阻挡构件的所述第一端部与所述第二端部之间。

进一步地，所述长形构件的所述部分包括用于接纳所述活动臂的包括销的所述部分的切口。

进一步地，所述切口布置在所述长形构件的所述第一端部与所述第二端部之间。

进一步地，所述阻挡构件限定用于在其间接纳所述活动臂的凹槽。

进一步地，所述阻挡构件包括V形结构。

进一步地，所述阻挡构件的所述第一端部能够可枢转地或固定地附连至所述致动器的框架。

进一步地，所述阻挡构件的所述第二端部能够响应于手柄的运动而活动。

本发明一实施例中，一种具有快速闭合特征的断路器，所述断路器包括：框架；固定电触点，所述固定电触点附连至所述框架；活动臂，所述活动臂具有能够附连至所述框架的第一端部和具有电触点的第二端部，所述电触点能够与所述固定电触点可释放地接触；以及致动器机构，所述致动器机构包括：主偏压装置，所述主偏压装置能够操作以施加第一力而使所述活动臂沿第一方向运动，从而断开所述电触点；触点偏压装置，所述触点偏压装置能够操作以施加第二力而使所述活动臂沿第二方向运动，从而闭合所述电触点；以及阻挡构件，所述阻挡构件构造成使得处于第一位置的所述阻挡构件接合所述活动臂的一部分以通过所述主偏压装置限制所述活动臂的运动并保持所述电触点断开，并且使得布置在第二位置的所述阻挡构件与所述活动臂的所述部分分离以允许通过所述触点偏压装置使所述活动臂运动而闭合所述电触点。

进一步地，所述致动器还包括手柄，所述手柄能够运动第一距离以使所述阻挡构件运动第一距离，同时限制所述活动臂沿第二方向的运动，并且所述手柄能够运动另外的距离以使所述阻挡构件与所述活动臂分离，从而允许所述触点偏压装置使所述电触点闭合。

进一步地，所述断路器还包括触发器，所述触发器能够操作以便允许所述偏压装置主偏压装置断开闭合的所述电触点。

进一步地，第二方向与所述第一方向相反。

进一步地，所述主偏压装置包括弹簧，所述触点偏压装置包括弹簧。

进一步地，所述阻挡臂能够可枢转地或固定地附连至所述框架。

进一步地，所述阻挡构件与所述活动臂的分离允许所述偏压装置使所述电触点在小于大约10毫秒或更短时间内闭合所述电触点。

本发明一实施例中，一种用于使活动臂运动以执行快速闭合特征的方法，所述方法包括：使所述活动臂与阻挡构件接合以限制所述活动臂沿第一方向的运动；以及使所述活动臂与所述阻挡构件分离以允许所述活动臂沿所述第一方向运动。

进一步地，所述接合包括在限制所述活动臂沿所述第一方向运动的同时使所述阻挡构件运动第一距离，所述分离包括使所述阻挡构件运动另外的距离以使所述阻挡构件与所述活动臂分离。

进一步地，所述接合包括在限制所述活动臂沿所述第一方向运动的同时使手柄运动第一距离，所述分离包括使所述手柄运动另外的距离以使所述阻挡构件与所述活动臂分离。

本发明一实施例中，一种致动断路器执行断开和闭合电触点的方法，所述方法包括：使所述活动臂与阻挡构件接合以限制所述活动臂沿第一方向的运动并且保持所述电触点断开；以及使所述阻挡构件与所述活动臂分离以允许所述活动臂沿所述第一方向运动以闭合所述电触点。

进一步地，所述接合包括在限制所述活动臂沿所述第一方向运动的同时使所述阻挡构件运动第一距离并且保持所述电触点断开，所述分离包括使所述阻挡构件运动另外的距离以使所述阻挡构件与所述活动臂分离从而闭合所述电触点。

进一步地，所述接合包括在限制所述活动臂沿所述第一方向运动的同时使手柄运动第一距离并且保持所述电触点断开，所述分离包括使所述手柄运动另外的距离以使所述阻挡构件与所述活动臂分离从而闭合所述电触点。

附图说明

从本发明的各个方面的接合附图的以下详细说明中将更清楚地理解本发明的上述以及其他功能、方面和优势，其中：

图1是根据本发明的实施例的布置在ON状态或位置上的部分剖切的断路器的透视图；

图2是图1的布置在断开OFF位置的断路器的部分剖切的透视图；

图3-5是示出从断开的OFF状态或位置向闭合的ON状态或位置的转变的图1的断路器的部分剖切的透视图和侧视图；

图6是图1的断路器的具有施加至可缩性支架以开始从闭合位置向断开位置转变的脱扣力的部分剖切的侧视图；

图7是图1的断路器的侧视图，其中断路器在脱扣以及从闭合位置转变至断开位置之后处于断开位置；

图8是图1的断路器的可缩性支架的透视图；

图9是图8的支承件的可缩性构件的主视图；

图10是沿着图9的线10-10截取的可缩性支架的可缩性构件的横截面图；

图11是根据本发明的另一个实施例的可缩性支架的主视图；

图12是图11的可缩性支架的侧视图；

图13是图11的可缩性支架的端部部分的放大侧视图；

图14是沿着图11中的线14-14截取的可缩性支架的放大横截面视图；

图15是根据本发明的另一个实施例的可缩性支架的示意图；

图16和图17示意性地示出了根据图15的可缩性支架的实施例的从刚性模式向柔性模式的转变，其中以刚性模式限制内部回转件；

图18和图19示意性地示出了根据图15的可缩性支架的实施例的从刚性模式向柔性模式的转变，其中通过相互接触和限制旋转的连接件的功能零件以刚性模式限制内部回转件；

图20是图1的断路器的阻挡构件的主视图；

图21是图20的阻挡构件的侧视图；

图22是根据本发明一实施例中用于致动活动接触臂的方法流程图；

图23是根据本发明一实施例中用于致动断路器以断开电触点的方法流程图；

图24是根据本发明一实施例的使活动接触臂运动以执行快速闭合功能的方法流程图；

图25是根据本发明的实施例的用于致动断路器断开和闭合电触点的方法流程图；

图26是根据本发明的实施例的断路器的透视图；

图27是图26的布置在断开OFF位置的断路器的部分剖切的侧视图；

图28是示出开始从断开OFF位置向闭合位置转变的图26的断路器的部分剖切的侧视图；

图29是图26的布置在闭合ON位置的断路器的部分剖切的侧视图；

图30是图26的断路器的部分剖切的侧视图，其中脱扣力施加至可缩性支架以开始从闭合位置向断开位置转变；

图31是用于水平负载的主效果图；

图32是用于屈曲载荷的主效果图；以及

图33是用于屈曲处的轴向和冲击的主效果图。

具体实施方式

以下参照附图中示出的非限制性示例更加全面地说明本发明的实施例及其一些功能、优势和细节。众所周知的材料、加工技术等等的说明被省略以免非必要地使本发明的细节模糊。然而，应该理解的是详细说明和特定示例虽然示出了本发明的实施例，但是其仅以例示方式而非通过限制方式给出。在下述发明构思的精神和/或范围内，本领域技术人员从本发明中将更清楚地理解各种替代、改进、增加和/或布置。

本发明在一些实施例中采用了比如为挠性构件或具有刚性构造或用于以压缩方式支承力的模式的多个刚性联接的可缩性支架，可缩性支架基于脱扣或屈曲转变至柔性构造或顺应模式。这种技术可被应用于用于触发比如为断路器的系统的致动器/脱扣机构。还可以提供阻挡构件用于临时限制这种致动器/脱扣机构的运动，由此将致动器/脱扣机构制作成快速闭合致动器/脱扣机构。

如将从以下论述中理解的，本发明提供一种致动器和断路器，可操作用于将电触点保持在闭合位置和断开电触点的技术，其与将电触点保持在闭合位置以及用于断开电触点的采用闩锁机构的致动器和断路器相比，本发明提供的致动器和断路器具有更少零件、更低成本以及更易于制造提供简化机构。本发明的这种技术可以提供与采用闩锁机构的传统断路器相比具有增强性能特性的断路器。

图1示出根据本发明的实施例的比如为无闩锁断路器的断路器10的实施例。例如，如图1所示，断路器10布置在ON状态或位置。图1的实施例用于说明本发明的功能，然而可以理解的是本发明不限于图1中示出的断路器的构造。

断路器10大致包括框架20、固定接触臂30、活动接触臂40和致动器/触发机构100。致动器/触发机构100可以大致包括可缩性支架110、手柄120、曲柄130、阻挡构件150和脱扣杆160。如以下更详细地说明的，可缩性支架可以具有限定直线轴线的刚性构造和限定非直线轴线的柔性构造。可缩性支架能够以刚性构造操作，以沿着直线轴线支承压缩力，用于为断路器充电或供能以及将断路器保持在闭合构造中。可缩性支架能够以柔性构造或弹性弯曲构造操作以允许断路器快速转变至断开构造。

如图1所示，活动接触臂40包括具有活动触点42的第一端部41和枢转地附连至框架20并且能够围绕销22旋转的第二端部43。固定接触臂30包括固定触点32。可缩性支架110包括可操作地附连至手柄120的上端部和可操作地附连至曲柄130的下端部。曲柄130能够围绕销22枢转并且包括比如为弹簧的两组偏压装置(biasing means)，例如，第一偏压装置选择为主弹簧132和第二偏压装置选择为触点弹簧134(进一步在图2中示出)。

图2-5示出了使断路器10从OFF状态或位置运动至ON状态或位置并且提供快速闭合的操作，其中，电触点的闭合速度独立于手柄运动速度。例如，图2-5示出了布置在断开OFF位置(图2)、手柄初始运动以执行ON位置(图3)、从断开OFF位置开始转变至闭合ON位置(图4)以及处于闭合ON位置(图5)的断路器10。

如图2最初所示，断路器10布置在断开OFF位置，手柄120布置在最左侧位置。手柄120从最左侧位置沿箭头A的方向朝向图3中所示的示出位置运动。手柄从左至右的运动经由处于刚性构造的可缩性支架110传递，从而引起曲柄130沿箭头R的方向的顺时针旋转。在该操作期间，可缩性支架110保持刚性并且不挠曲。当曲柄130顺时针旋转时，两组弹簧，主弹簧132拉伸，触点弹簧134(在图1和图2中最佳地示出)收缩以增加其储能。主弹簧132用来抵制手柄运动，并且在没有由可缩性支架110提供的反作用的情况下，将如下所述地使曲柄130逆时针旋转。触点弹簧134作用在活动接触臂40与曲柄130之间(或者在活动接触臂与基部之间)并且用于在处于闭合位置时提供活动接触臂40的活动触点42与固定臂30的固定触点32之间的接触力。接触力可操作以减小电触点阻力和任何并存的升温。

另外，如图2和图3所示，活动接触臂40展示了在电触点32与42之间具有大间隙的完全断开OFF位置。曲柄130中的两组弹簧，主弹簧132和触点弹簧134，被加载有引起用来使活动接触臂40向下运动的力矩的弹性能，但是活动接触臂的任何向下运动通过活动接触臂40的抵靠、接合以及限制在阻挡构件150中的鞍部或切口152(在图1和图4中最佳地示出)中的止动件44阻止。

如图3中进一步示出的，阻挡构件150包括可操作地固定附连至框架20的基部的下端部154和能够与附连至框架20的止动杆26可操作地接合的上端部156。例如，阻挡构件150的被固定地限制的下端部154通常朝向以及对着止动杆26偏压阻挡构件150的上端部156，例如，向阻挡构件150的上端部156提供恢复力。如上所述，阻挡构件150提供用于活动接触臂40的另外的接触点和限制点。例如，活动接触臂40包括止动件44，比如为从活动接触臂40向外延伸的突出部(图3示出突出部之一，另一个突出部布置在活动接触臂40的相对侧上)。止动件44能够可释放地接合和布置在阻挡构件150中的鞍部或切口152中(图3示出鞍部或切口152之一，另一个鞍部或切口152布置在阻挡构件150的相对侧上)。根据阻挡构件150的位置，鞍部或切口152阻止活动接触臂40的止动件44运动，并且有效阻止活动接触臂40从断开OFF位置运动至闭合ON位置。

如下面所述，阻挡构件150与可缩性支架110、活动接触臂40和曲柄130一起允许断路器10实现触点可被快速闭合的快速闭合功能。例如，电触点可以在近几个毫秒从完全断开位置闭合至闭合位置。如图3中所示，由于手柄120的侧面127与槽23的前缘25间隔开距离D，手柄120能够在由框架20限定的槽23中活动。

参照图4，为了关闭电触点，手柄120进一步沿箭头B的方向向右运动。附连至手柄120或作为手柄120的一部分的向下突出部122接合并且开始沿箭头C的方向向右推压阻挡构件150的上端部156，并且使阻挡构件150围绕下固定端部154枢转和/或挠曲。如图4所示，当手柄120运动至完全向前位置时，阻挡臂150的上端部156向前运动，切口152向右运动，阻挡臂40的止动件44沿着切口152的下内部部分骑行，直到止动件44不再限制在切口152中为止。如图4所示，一旦止动件44不再限制在切口152中，活动接触臂40就将被释放并且能够旋转。具体地，如图5所示，由曲柄130(以及具体地通过弹簧134(图1和图3))施加在活动接触臂40上的力(不是由操作人员施加至手柄的力)使得活动接触臂40围绕下固定端部154枢转和/或挠曲，使得活动接触臂40沿箭头E的方向向下运动，直到活动电触点42接触和接合固定触点32，由此使断路器10布置在闭合ON位置中。接触臂的最终运动可以在几个毫秒左右快速完成。可以理解的是，对于由此说明的部件，触点间隙闭合的速度独立于手柄从OFF构造运动至ON构造的速度。例如，电触点可以在大约2毫秒至大约10毫秒内闭合。

从当前说明书来看以及参照图2-5，可以理解的是，在使手柄从完全断开OFF位置(图2)运动至闭合ON位置(图5)时，由于手柄120的运动经由可缩性支架110传递，因此曲柄130将以顺时针旋转运动。此外，主弹簧132抵制该运动并且增加其储能。触点弹簧134(图2和图3)迫使活动接触臂40抵靠在曲柄130的横梁138(图1)上或固定触点30上，这取决于曲柄的位置。例如，如果曲柄130位于完全顺时针位置处或附近，则活动电触点42将抵靠在固定触点32上(例如，预限定或预定间隙防止部件彼此接触)，如果曲柄处于任何其他位置中，则活动接触臂40的下部将抵靠在曲柄130的横梁138上(图1)。还将理解的是，一旦被操作人员设置于此，经由弯曲曲柄主弹簧组件作用在手柄120上的反作用力可以用于将手柄120保持在OFF或ON位置。

图5-7示出从固定ON状态或位置转变至OFF状态或位置并且提供快速中断的断路器10的操作，其中电触点的断开速度快速发生。例如，图5示出初始地布置在固定的闭合ON位置中的断路器10，图6示出从闭合ON位置向断开OFF位置转变的脱扣或开始，图6示出脱扣的完全断开OFF位置。

如以下更加详细地说明，无闩锁断路器可以具有大致由可缩性支架110提供的快速中断功能，可缩性支架110能够在例如两种构造或模式中操作，即刚性构造或刚性模式以及柔性构造或顺应模式。如上所述以及如图5所示，可缩性支架110能够操作以用于以刚性模式承载两个枢轴点之间的轴向载荷，并且在延长的时间段内支承该轴向载荷。例如，可缩性支架110可被操作以用于承载轴向载荷X以使曲柄130保持就位并且使活动接触臂保持在闭合位置。

另外，如图6和图7所示，可缩性支架110可以由沿箭头T的方向运动的脱扣杆160脱扣，以沿着可缩性支架110的长度在可缩性支架110上施加引导力F(图6)，以使可缩性支架110变形、屈曲或弯曲，使得可缩性支架110转变成顺应模式，顺应模式向将曲柄130保持在顺时针位置以及将活动接触臂40保持在闭合位置的轴向载荷提供少许阻力。在可缩性支架110脱扣并且转变成提供减小的或少许轴向阻力的顺应或柔性模式时，曲柄130围绕销22沿箭头W的方向(图7)逆时针旋转，活动接触臂40围绕枢轴22沿箭头F的方向(图7)枢转以快速断开电触点32和42。

例如，如果曲柄130处于其如图7所示的逆时针位置，则触点弹簧将驱动活动接触臂40以利用一定的力抵靠在横梁138(图1)上。如图7所示，为了复位断路器，手柄120沿箭头G的方向向左运动，这使得可缩性支架返回其刚性构造。例如，如下面所述，可缩性支架可以具有弯曲截面，使得当手柄120向左运动时，可缩性支架锁扣回其正常刚性构造。可以理解的是，比如为圆形或椭圆形的其他横截面以及采用合适的材料和硬度可以提供能够弹性地弯曲并且在弯曲之后锁扣回到其正常刚性构造的可缩性支架。

再次参照图1，电磁螺线管170能够可操作地连接以触发脱扣杆160的运动，脱扣杆160使可缩性支架110从刚性模式(图5)转变至顺应模式(图6和图7)并且使活动接触臂40从与固定臂30的接触释放。可以经由电子单元或控制器175控制螺线管170，电子单元或控制器在执行断路器的脱扣之前执行诊断测试。虽然本说明针对单极断路器做出，但是可以理解本发明的技术可以应用于2极、3极或更多极的断路器。

从本发明说明书来看，可以理解，可缩性支架可以利用力、力矩、热能、电磁能、压力等等形式的小的能量输入容易地从刚性转变至顺应，同样地，可缩性支架可以毫不费力地从顺应模式复位至刚性模式。可缩性支架可以在这些状态之间可靠地循环多次。

图8-10示出了根据本发明的实施例的可缩性支架110的一个实施例。在该实施例中，可缩性支架110可以是支承在还可以包含回转接头或销116的两个端部安装件114之间的可屈服构件112，比如长形构件、扁平长形构件、薄状薄片、带状物等等，以及其他适当地构造的构件。在该实施例中，长形构件可以是具有在其整个长度上可以保持的半圆形或弯曲形状截面的薄片或带状物。带状物附连至端部安装件并且利用紧固件固定。可以适当地采用除紧固件以外的用于固定带状物的其他附连装置。销116的中心或轴线可以相对于带状物偏压距离Y。距离Y可以限定为带状物的边缘与销的中心之间的垂直于可缩性支架轴线测量的距离。

如上所述，断路器可以利用以刚性模式布置的可缩性支架布置在闭合ON位置中。在该模式中，可缩性支架可以轴向地(即沿着销之间的线的方向)加载至很大程度并且保持在低应力状态下，在不确定时该低应力状态可被保持延长的时间段。可缩性支架的带状物截面、带状物厚度和偏压可被选择成使得当可缩性支架被轴向地加载时，小的输入力可被施加至带状物的垂直于带状物的轴线的中点或可被施加至该终点附近，使其将屈曲或弯曲并进入顺应模式。在该弯曲或顺应模式中，端部位移可以限制可缩性支架的长度的1/5左右的挠曲，使得带状物应力保持合理地小以及弹性，例如使得几乎没有或者没有永久变形或破坏施加至带状物。可以理解的是，在半圆形横截面形状的带状物的情况下，带状物是不对称的并且可以具有对于弯曲或屈曲的不对称响应。偏压规格还可以影响弯曲或屈曲的不对称性。

在该可缩性支架的实施例中，端部安装件可以是由金属或塑料制成的单个或整体单元，其可以将带状物容纳在槽中。塑料端部安装件可以注模成型。金属端部安装件可以注模成型、浇铸或机械加工。带状物紧固至安装件上可以通过各种紧固件、粘合剂、钎焊、扩散粘接等等实现。带状物可以包括恒定截面并且通过比如为成形滚动、挤出或其他方式的连续过程制造。在其他实施例中，带状物可以具有非恒定截面，并且通过非连续过程制造。虽然本发明说明和示出了具有包括恒定截面的半圆形形状的可缩性支架，可以理解的是可以适当地采用其他形状和构造以提供刚性模式和顺应模式。在其他实施例中，可缩性支架可以包括多个薄状薄片或带状物，比如分离或平行的薄状薄片或带状物，并且可以具有半圆形或曲线形截面。比如多个薄状薄片或带状物可以允许利用几何限制调谐或定制硬度/弯曲/屈曲特性。其他几何特性可能影响刚性模式中的负载容量，顺应模式中的响应，对于转变所需的力输入可以包括基于带状物的宽度、带状物的长度、带状物的厚度、带状物的曲率、用于带状物的材料、相对于端部枢轴的可缩性支架设置(例如，偏移量，offset)以及其他特性定制可缩性支架响应。

图11-14示出根据本发明的实施例的可缩性支架1110。可缩性支架1110可以包括一件或整体设计。带状物和销限制件可以由单个薄板形成。例如，端部安装件可以包括相同材料的集成销。在其他实施例中，比如如图11-14所示的可缩性支架设计可以由组装在一起的两个或更多个分离件形成。端部安装件可以包括相同材料的集成销或单独附连销。

在可缩性支架的上述实施例中，非限制状态或构造可以是刚性状态或刚性模式。也就是说，如果去除全部外力和位移，可缩性支架将自然地放松至其非限制状态或延伸状态。因此，从顺应状态或模式恢复至刚性状态或模式可以通过去除转变能量输入或触发输入以及允许尾销自由地旋转来实现。

如上所述，可缩性支架从刚性模式向顺应模式的转变可以包括脱扣杆、螺线管和控制单元。在其他实施例中，其他或多种类型的能量可被用于迫使可缩性支架从刚性模式向顺应模式的转变。例如，磁场或电磁场可被用于改变金属带状物的状态，使其弯曲或屈曲。在另一个实施例中，带状物可以由双金属材料或条带制成，双金属材料或条带能够通过温度变化改变成顺应状态。力矩可被施加至一个和/或两个端部安装件以引起可缩性支架的旋转以及弯曲或屈曲以及从刚性模式向顺应模式的转变。

图15示意性示出根据本发明的实施例的可缩性支架2110。在该示出实施例中，可缩性支架包括两个或更多个刚性联接件，比如联接件2112和联接件2114。联接件可以通过接头2210、2212和2214连接，可选地，所述接头为回转或半回转接头。回转接头可以布置在端部安装件处，以提供两组回转接头，例如，两个端部回转件以及一个或更多个内部回转件。下回转接头2214可以通过销连接，例如，通过销连接至断路器的框架。

如以下结合刚性模式和顺应模式所述的，参考线L在端部回转件之间延伸。在可缩性支架2110的实施例中，两个刚性联接件可以具有相等长度并且因此包含一个内部回转件。内部回转件2212可以从端部回转线L偏置距离W。

在顺应模式(compliant mode)中，如果全部回转件自由地旋转并且没有其他限制规定，则可缩性支架2110将对端部位移几乎没有或者没有阻力。例如，由于联接件是刚性的，因此可缩性支架将通过在端部之一沿端部回转线的方向朝向另一者位移时使联接件旋转以及使内部回转件2112进一步远离端部回转线L移动来适应构造的改变。在刚性模式中，可缩性支架2110的内部回转件2112可被限制。例如，向刚性模式的转变通过去除一些自由度来实现，比如通过将内部回转件转换至非旋转或者支承内部联接以限制其运动来实现。

图16和图17示出了从刚性模式(图16)向顺应模式(图17)转变的一个实施例，内部回转件以刚性模式限制。图18和图19示出从刚性模式(图18)向顺应模式(图19)转变的另一个实施例，其中内部回转件例如在其转动方面受到限制。在各个实施例中，转变力可以与所施加的轴向力以及内部回转件的位移距离成比例。为了复位可缩性支架，上部回转件可被向上推动，扭力或线性力可被施加至内部回转件。如将理解的，具有刚性联接件的可缩性支架可以结合到比如为断路器10(图1)的断路器内。

参照图20和图21，阻挡构件150可以包括具有第一腿157和第二腿159的大致V形构造。第一腿的下端部154可以经由销连接至框架20(图1)。

再次参照阻挡构件，致动器机构或断路器可以包括沿不同的旋转轴线操作(即围绕与接触臂的旋转轴线相比的某个偏离轴线旋转)的阻挡构件。阻挡构件可以具有旋转固定点并且包括刚性元件或被制成顺应的或柔性的(例如构造成以及提供类似于可缩性支架的功能)并且不具有旋转轴线。例如，在这种情况下，这种阻挡构件可以挠曲以移入和移出阻挡位置。阻挡构件可以经由以下许多不同的装置被触发以释放：曲柄位置、手柄位置、分离按钮、逻辑控制器等等。阻挡构件还可以被制成无旋转轴线。即，阻挡构件可被紧固到框架的基部上并且弹性地挠曲以实现阻挡构造和非阻挡构造，例如，顺应实施例。

在其他实施例中，阻挡构件可以被动地操作并且不需要单独的释放机构，例如不需要如上所述的切口和止动件。在该实施例中，随着系统的开启，活动接触臂的到达距离发生变化。阻挡构件可被设定成使其对于除了在手柄前进到ON位置中时之外的所有位置均与活动接触臂干涉。活动接触臂的双枢轴设计可以建立和控制这种干涉。在行程期间，阻挡构件可以松脱以允许活动接触自由通过。

图22示出用于致动活动接触臂的方法300的一个实施例。方法300可以包括例如：在310处施加力以使活动接触臂沿第一方向运动；在320处利用以限定直线轴线的刚性构造布置的可缩性支架沿着直线轴线支承由于施加至活动接触臂的力引起的并对抗该力的压缩力以阻止活动接触臂沿第一方向运动；以及在330处向可缩性支架施加脱扣力以使刚性构造转变至具有非直线轴线的柔性构造并且撤销对压缩力的支承以允许活动接触臂沿第一方向运动。

图23示出用于致动断路器以断开和闭合电触点的方法400的一个实施例。方法400可以包括例如：在410处施加可操作为使活动接触臂沿第一方向运动以断开电触点的第一力；在420处施加可操作为使活动接触臂沿第二方向运动以闭合电触点的第二力；在430处利用以限定直线轴线的刚性构造布置的可缩性支架沿着直线轴线支承由于施加至活动接触臂的第一力引起的并对抗该第一力的压缩力以防止闭合的电触点断开；以及在450处向可缩性支架施加脱扣力以使刚性构造转变至具有非直线轴线的柔性构造并且撤销对压缩力的支承以允许闭合的电触点断开。

图24示出用于使活动接触臂运动以执行快速闭合功能的方法500的一个实施例。方法500可以包括例如：在510处使活动接触臂与阻挡构件接合以限制活动接触臂沿第一方向的运动；以及在520处使活动接触臂与阻挡构件分离以允许活动接触臂沿第一方向运动。

图25示出用于致动断路器以断开和闭合电触点的方法600的一个实施例。方法600可以包括例如：在610处使活动接触臂与阻挡构件接合以限制活动接触臂沿第一方向的运动并且保持电触点断开；以及在620处使阻挡构件与活动接触臂分离以允许活动接触臂沿第一方向运动以闭合电触点。

图26示出根据本发明的实施例的比如为无闩锁断路器的断路器3010的实施例。例如，如图26所示，断路器3010布置在ON状态或位置。图26的实施例用于说明本发明的功能，然而可以理解的是本发明不限于图26中示出的断路器的构造。

断路器3010大致包括框架3020、固定接触臂3030、活动接触臂3040和致动器/触发机构3100。致动器/触发机构3100可以大致包括可缩性支架3110、手柄3120、曲柄3130、阻挡构件3150和脱扣杆3160。如以下更详细地说明的，可缩性支架可以具有限定直线轴线的刚性构造和限定非直线轴线的柔性构造。可缩性支架能够以刚性构造操作，以沿着直线轴线支承压缩力，用于为断路器充电或供能以及将断路器保持在闭合构造中。可缩性支架能够以柔性构造或弹性弯曲构造操作以允许断路器快速转变至断开构造。

如图26所示，活动接触臂3040包括具有活动触点3042的第一端部3041以及枢转地附连至框架3020并且能够围绕销3022旋转的第二端部3043。固定接触臂3030包括固定触点3032。可缩性支架3110包括可操作地附连至手柄3120的上端部和可操作地附连至曲柄3130的下端部。曲柄3130能够围绕销3022枢转并且包括比如为弹簧的两组偏压装置，例如第一偏压装置比如为主弹簧3132，第二偏压装置比如为触点弹簧3134。

图27-29示出了使断路器3010从OFF状态或位置运动至ON状态或位置并且提供快速闭合的操作，其中，电触点的闭合速度独立于手柄运动得多快。例如，图27-29示出布置在断开OFF位置(图27)、从断开OFF位置向闭合ON位置(图28)转变的开始以及布置在闭合ON位置(图29)的断路器3010。

首先，参照图27以及在断路器3010布置在断开OFF位置和手柄3120布置在最左侧位置(图27中未示出)的情况下，手柄3120从最左侧位置沿箭头J的方向朝向所示位置运动。手柄从左至右的运动经由处于刚性构造的可缩性支架3110传递，从而引起曲柄3130沿箭头K的方向的顺时针旋转。在该操作期间，可缩性支架3110保持刚性并且不挠曲。当曲柄3130顺时针旋转时，两组弹簧，主弹簧3132和触点弹簧3134(图26中最佳地示出弹簧组的局部视图)被加载或收缩以增加其储能。主弹簧3132(图26)用来抵制手柄运动，并且在没有由可缩性支架3110提供的反作用的情况下，将如下所述地使曲柄3130逆时针旋转。触点弹簧(contact spring)3134(图26)作用在活动接触臂3040与曲柄3130之间(或者在活动接触臂与基部之间)并且用于在处于闭合位置时提供活动接触臂3040的活动触点3042与固定臂3030的固定触点3032之间的接触力。接触力可被操作以减小电触点阻力和任何并存的升温。

另外，如图27所示，活动接触臂3040呈现在电触点3032与3042之间具有大间隙的完全断开OFF位置。曲柄3130中的两组弹簧，主弹簧3132(图26)和触点弹簧3134利用弹性能加载，引起用来使活动接触臂3040向下运动的力矩，但是通过活动接触臂3040的设置、接合并且限制在阻挡构件3150中的切口3152中的止动件3044阻止活动接触臂的任何向下运动。

如图27中进一步示出的，阻挡构件3150包括经由销3024枢转地附连到框架3020的基部的下端部3154和能够与附连到框架3020的止动件3026操作地接合的上端部3156。例如，弹簧3158通常朝向和对着止动件3026偏压阻挡构件3150的上端部3156，例如，弹簧3158向阻挡构件3150的上端部3156提供恢复力。如上所述，阻挡构件3150提供用于活动接触臂3040的另外的接触点和限制点。例如，活动接触臂3040包括止动件3044(图26中最佳地示出)，比如从活动接触臂3040向外延伸的突出部。止动件3044能够可释放地接合和布置在阻挡构件3150的鞍部或切口3152中。根据阻挡构件3150的位置，鞍部或切口3152阻止活动接触臂3040的止动件3044运动，并且事实上阻止活动接触臂3040从断开OFF位置运动至闭合ON位置。

如下所述，阻挡构件3150与可缩性支架3110、活动接触臂3040和曲柄3130一起允许断路器3010实现触点可被快速闭合的快速闭合功能。例如，电触点可以在几个毫秒左右从完全断开位置闭合至闭合位置。

参照图28，为了关闭电触点，手柄3120进一步沿箭头L的方向向右运动。附连到手柄3120或作为手柄3120的一部分的向下突出部3122接合并且开始沿箭头M的方向向右推压阻挡构件3150的上端部3156以及使阻挡构件3150围绕枢轴点3024沿箭头N的方向枢转。当手柄3120运动至完全向前位置时(如图29所示)，阻挡臂3150的上端部3156向前运动，切口3152向右运动，阻挡臂3040的止动件3044沿着切口3152的下内部部分骑行，直到止动件3044不再如图28所示地限制在切口3152中为止。

一旦止动件3044不再限制在切口3152中，如图28所示，活动接触臂3040就将被释放并且能够旋转。具体地，通过曲柄3130施加在活动接触臂3040上的力(并非由操作人员施加至手柄的力)使得活动接触臂3040围绕销3024枢转，使得活动接触臂沿箭头M的方向向下运动，如图28所示，直到电触点3042接触固定触点3032为止，其中断路器10布置在闭合ON位置中，如图29所示。接触臂的最终运动可以在几个毫秒左右快速完成。可以理解的是，对于由此说明的部件，触点间隙闭合的速度独立于手柄从OFF构造运动至ON构造的速度。例如，电触点可能在大约2毫秒至大约10毫秒内闭合。

从参照图27-29的当前说明书来看，可以理解的是，在使手柄从完全断开OFF位置运动至闭合ON位置(图29)时，由于手柄3120的运动经由可缩性支架3110传递，因此曲柄3130将以顺时针旋转运动(图27)。此外，主弹簧3132(图26)抵抗该运动并且增大其储能。触点弹簧3134(图26)迫使活动接触臂3040抵靠在曲柄3130的横梁3138(图26)上或抵靠在固定触点3032上，这取决于曲柄的位置。例如，如果曲柄3130位于完全顺时针位置处或附近，则活动电触点3042将抵靠在固定触点3032上(例如，预限定或预定间隙防止部件彼此接触)，如果曲柄处于任何其他位置中，则活动接触臂3040的下部将抵靠在曲柄3130的横梁3138(图26)上。还将理解的是，一旦被操作人员设置于此，则经由弯曲曲柄主弹簧组件作用在手柄3120上的反作用力可以用于将手柄3120保持在OFF或ON位置。

图29、30和27示出从固定ON状态或位置运动至OFF状态或位置并且提供快速中断的断路器3010的操作，其中电触点的断开速度快速发生。例如，图29、30和26示出布置在固定闭合ON位置(图29)、从闭合ON位置向断开OFF位置(图30)转变的脱扣或开始以及布置在完全断开的脱扣OFF位置(图27)的断路器3010。

如以下更加详细地说明的，无闩锁断路器可以具有大致由可缩性支架110提供的快速中断功能，可缩性支架3110能够在例如两种构造或模式中操作，即刚性构造或刚性模式以及柔性构造或顺应模式。如上所述以及如图29所示，可缩性支架3110能够操作用于以刚性模式承载两个枢轴点之间的轴向载荷，并且在延长的时间段内支承轴向载荷。例如，可缩性支架3110可被操作用于承载轴向载荷P以使曲柄3130保持就位并且使活动接触臂保持在闭合位置。

另外，如图30所示，可缩性支架3110可以由沿箭头S的方向运动的脱扣杆3160脱扣，以沿着可缩性支架3110的长度在可缩性支架上施加引导力H以使可缩性支架3110变形、屈曲或弯曲，使得可缩性支架3110转变成顺应模式，顺应模式向将曲柄3130保持在顺时针位置以及将活动接触臂保持在闭合位置的轴向负荷提供少许阻力。在可缩性支架3110脱扣并且转变成提供减小的或少许轴向阻力的顺应或柔性模式时，曲柄3130围绕销3022沿箭头Z的方向逆时针旋转，活动接触臂3030围绕枢轴3022沿箭头Y的方向枢转以快速断开电触点3032和3042，如图28所示。

例如，如果曲柄3130处于其逆时针位置，则触点弹簧将驱动活动接触臂3040以利用一定的力抵靠在横梁3138上。为了复位断路器，手柄3120向左运动，这使得可缩性支架返回其刚性构造。例如，如上所述，可缩性支架可以具有弯曲截面，使得当手柄3120向左运动时，可缩性支架锁扣回其正常刚性构造。可以理解的是，比如为圆形或椭圆形的其他横截面以及采用合适的材料和硬度可以提供能够弹性地弯曲并且在弯曲之后锁扣回到其正常刚性构造的可缩性支架。

再次参照图26，电磁螺线管3170能够可操作地连接成触发脱扣杆3160的运动，脱扣杆的运动使可缩性支架3110从刚性模式转变至顺应模式并且使活动接触臂3040脱离与固定臂3030的接触。可以经由电子单元或控制器3175控制螺线管3170，电子单元或控制器在执行断路器的脱扣之前执行诊断测试。虽然本说明针对单极断路器做出，但是可以理解本发明的技术可以应用于2极、3极或更多极的断路器。

从当前说明书来看，可以理解可缩性支架可以利用力、力矩、热能、电磁能、压力等等形式的小的能量输入被容易地从刚性转变至顺应性，同样地可缩性支架可以毫不费力地从顺应模式复位至刚性模式。可缩性支架可以在这些状态之间可靠地循环多次。

如上所述，可缩性支架可以是弹性构件，比如联接件、多个联接件、薄片弯曲部分、带状物、弯曲膜以及允许销连接的第一回转接头和第二回转接头。两个端部回转接头或端部安装件可以彼此平行地布置并且对于断路器的一个或更多个实施例而言间隔开大约25毫米至大约40毫米，或者例如对于其他应用而言该间隔更大或更小。销端部连接可以根据需要联结至其他联动装置或组件并且能够或替代地不能够自由旋转。

在第一或刚性模式中，可缩性支架可以能够沿可缩性支架的轴线支承大的负载(即沿着位于回转接头或端部安装件之间画出的线处或附近)。在断路器的应用中，所支承的轴向载荷可以约为100牛顿至大约400牛顿，销可以具有大约2毫米至大约3毫米的直径。在刚性模式中，联接件能够保持该负载延长的时间段(达到大约10^8秒)并且可以是弹性的以冲击振动和比如升高的温度、湿度等等的其他苛刻环境条件。

在第二或顺应模式中，销可被允许在几乎没有或者没有阻力的情况下朝向彼此收缩。在用于断路器的应用中，销可以以顺应模式朝向彼此接触，为大约1/5的间距或者为大约5毫米至大约8毫米，或者为根据应用的特定需要的其他适当的距离。

在可缩性支架的从刚性模式向顺应模式的转变中，需要输入以设定或改变可缩性支架的构造。输入可以是力、脉冲载荷、力矩、热能、电磁能、压力等等的形式。所希望的是具有低的构造改变输入能阈值。例如，对于断路器中的使用，输入能可以是大约1牛顿至大约2牛顿的力的形式。

可缩性支架从顺应模式转变至刚性模式可以通过去除输入转变能并且使销恢复至原始间距来实现。可以不需要其他的输入。注意到对于成功转变的两个要求具有逻辑“与”操作的性质：两者都需满足以使装置返回刚性模式，并且如果并非如此，则装置保持顺应模式，如以下表1所示。

表1：装置状态相关性

能量输入状态	端部销状态	装置状态
			已施加的能量输入	延伸的端部销	顺应状态
未施加的能量输入	延伸的端部销	刚性状态
			已施加的能量输入	缩回的端部销	顺应状态
未施加的能力输入	缩回的端部销	顺应状态

因此，装置可以分类为具有两种稳定状态，转变操作在这些状态之间改变构造。这些在以下表2中概括。

表2：双向联接状态

本发明的技术可以有效地应用于电子开关装置中，在此需要支承大载荷以提供正的电气接触力，而需要小的能量或力输入来解除接触力。在断路器的情况下，电触点的脱扣可以利用小的脉冲来实现，比如通过加热的双金属元素或如上所述的其他装置供给的脉冲。

表3示出对于40毫米带状物长度和0.12mm厚度的可缩性支架的结果。

表3

图26是用于水平负载的主效果图。图27是用于屈曲载荷的主效果图。图28是用于屈曲处的轴向和冲击的主效果图。

可以理解的是，本发明的技术可被用于肘杆式断路器。在这种情况下，致动器可被用于做出最终裁定以闭合接触臂并且将利用来自使用者的另一个输入或经由电子控制单元(其将在一些自我诊断测试之后闭合触点)被激活。

可以理解的是上述说明旨在例示，而非限制。本领域技术人员在不脱离由以下权利要求及其等同所限定的本发明的基本精神和范围的情况下可以在此做出众多改变和变型。例如，上述实施例(和/或其方面)可以相互组合使用。另外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出许多变型以使特定情况或材料适应各个实施例的教导。虽然本文中说明的材料的尺寸和类型旨在限定各个实施例的参数，但是其绝非限制而且仅为示例。在审阅上述说明的基础上许多其他实施例对于本领域技术人员来说是明显的。因此，各个实施例的范围将参照所附权利要求与这些权利要求所授予的等同项目的完全范围一起进行确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“在其中”被用作相应的术语“包含”和“其中”的通俗等同表达。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等等仅用作标记，并不旨在对其对象强加数字要求。此外，结合比如为联接、连接、联结、密封等术语的术语“操作地”在本文中用于指代由直接或间接地联接的独立的不同部件形成的连接以及整体地形成的部件(即，一件、整体或整块)。此外，以下权利要求的限制并未以装置加功能的形式写出，除非这些权利要求限制明确地使用随后为不具有另外构造的功能的声明的术语“用于…的装置”。可以理解的是不一定所有如上所述的这些目标或优势均可以根据任何特定实施例实现。因此，例如，本领域技术人员将认识到本文中说明的系统和技术可以以在不必要实现如在本文中教导或提议的其他目的或优势的情况下实现或优化如本文中教导的一个优点或一组优势的方式实施或执行。

虽然本发明已结合仅有限数量的实施例进行了详细说明，但是应该易于理解的是本发明不限于这些公开的实施例。相反地，本发明可被改进以结合之前未描述但与本发明的精神和范围相匹配的任何数量的变动、改变、替代物或等同装置。另外，虽然已经对本发明的各个实施例进行了说明，但是可以理解，本发明的方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不视为由上述说明书限制，而仅由随附权利要求书的范围所限制。

该书面说明书利用示例，包括最佳方式，并且还使得本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可获得专利的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有并非不同于权利要求的字面语言的构造元件，或者这些其他示例包括与权利要求的字面语言无实质性区别的等同构造元件，则这些其他示例确定为在权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种具有快速闭合功能的断路器，所述断路器包括：

框架；

固定电触点，所述固定电触点附连至所述框架；

活动臂，所述活动臂具有能够附连至所述框架的第一端部和具有电触点的第二端部，所述电触点能够与所述固定电触点可释放地接触；以及

致动器机构，所述致动器机构包括：

主偏压装置，所述主偏压装置能够操作以施加第一力而使所述活动臂沿第一方向运动，从而断开所述电触点；

触点偏压装置，所述触点偏压装置能够操作以施加第二力而使所述活动臂沿第二方向运动，从而闭合所述电触点；以及

阻挡构件，所述阻挡构件包括具有布置在第一端部与第二端部之间的部分的长形构件，其中所述阻挡构件构造成使得当所述长形构件布置在第一位置中时，所述长形构件的所述部分接合所述活动臂的一部分以通过所述主偏压装置限制所述活动臂的运动并保持所述电触点断开，并且使得当所述长形构件布置在第二位置中时，所述长形构件的所述部分与所述活动臂的所述部分分离以允许通过所述触点偏压装置使所述活动臂运动而闭合所述电触点，

其中所述活动臂布置成穿过在所述第一位置和所述第二位置中的所述阻挡构件。

2.根据权利要求1所述的断路器，其中所述致动器还包括手柄，所述手柄能够运动第一距离以使所述阻挡构件运动所述第一距离，同时限制所述活动臂沿第二方向的运动，并且所述手柄能够运动另外的距离以使所述阻挡构件与所述活动臂分离，从而允许所述触点偏压装置使所述电触点闭合。

3.根据权利要求1所述的断路器，其中所述阻挡构件的所述第一端部能够可枢转地或固定地附连至所述框架。

4.根据权利要求1所述的断路器，其中所述活动臂的所述部分包括销。

5.根据权利要求1所述的断路器，其中所述长形构件的所述部分包括用于接纳所述活动臂的所述部分的切口。

6.根据权利要求5所述的断路器，其中所述切口布置在所述长形构件的所述第一端部与所述第二端部之间。

7.根据权利要求1所述的断路器，其中所述阻挡构件限定用于在其间接纳所述活动臂的凹槽。

8.根据权利要求1所述的断路器，其中所述阻挡构件包括V形结构。

9.根据权利要求1所述的断路器，其中所述阻挡构件的所述第二端部可响应于手柄的运动而活动。

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