CN110024073B - 电气开关设备及其热跳闸组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电气开关设备(2)的热跳闸组件(100,200)。所述电气开关设备(2)包括壳体(4)，由所述壳体(4)包封的可分离触点(6,8)，用于打开和闭合所述可分离触点(6,8)的操作机构(10)，以及多个分流器(16)。所述热跳闸组件(100,200)包括负载导体(102,202)；双金属(130,230)，所述双金属适于与所述操作机构(10)配合以响应于跳闸条件来打开所述可分离触点(6,8)；以及旁路加热器元件(160,260)，所述旁路加热器元件被构造成电连接到所述分流器(16)。所述旁路加热器元件(160,260)引导电流流动以至少部分地绕过所述双金属(130,230)。

Description

电气开关设备及其热跳闸组件
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2016年12月22日提交的美国专利申请序列号15/387,717的优先权并要求其权益，该申请以引用方式并入本文。
背景技术
技术领域
所公开概念整体涉及电气开关设备，并且更具体地讲，涉及诸如断路器之类的电气开关设备。所公开概念还涉及用于电气开关设备的热跳闸组件。
发明背景
已知电气开关设备(诸如断路器)用于电气系统中，以在某些预定条件期间保护电路的一部分，诸如响应于跳闸条件(例如但不限于过电流条件，相对较高电平的短路或故障条件，接地故障或电弧故障条件)。
例如，相对小的模制外壳断路器通常包括一个或多个跳闸装置诸如磁性跳闸组件、热跳闸组件等，每个跳闸装置与操作机构配合，该操作机构被配置成当满足受保护电路中的一个或多个预定条件时，将断路器的至少一对可分离触点在导通条件和跳闸或断开条件之间移动。每对可分离触点包括静止触点和设置在对应的可移动(例如，可枢转)接触臂上的可移动触点。操作机构通常通过多个柔性导体或分流器电连接到热跳闸组件。
热跳闸组件通常包括双金属和多个加热器元件。在操作中，例如响应于过载条件，由负载汲取的电流加热加热器元件，该加热器元件继而加热双金属，使其移动(例如，弯曲)，并且由此直接或间接地与操作机构的跳闸杆配合，使跳闸杆移动(例如，枢转)，由此枢转所附接的可移动接触臂并跳闸打开(例如，分离)断路器的可分离触点，并且中断电流的流动。因此，热跳闸组件用于提供热跳闸响应，该热跳闸响应与由负载汲取的电流大小直接相关。虽然此类跳闸装置通常对其预期目的有效，但它们并非没有限制。例如，来自双金属上的分流器的阻力可能导致关于断路器的跳闸的不期望的问题。双金属产生过多热量的可能性也是令人关注的原因。另外，各种因素(诸如断路器壳体内的有限可用空间)对于分流器、负载导体和/或其他部件的结构、位置和功能或操作存在设计挑战。
因此，在电气开关设备中及其热跳闸组件中存在改进的余地。
发明内容
所公开概念的实施方案满足了这些需求和其他需求，这些实施方案涉及电气开关设备及其热跳闸组件，除了其他益处之外，该电气开关设备被设计成间接加热热跳闸组件的双金属。
作为所公开的概念的一个方面，提供了用于电气开关设备的热跳闸组件。电气开关设备包括壳体，由壳体包封的可分离触点，用于打开和闭合可分离触点的操作机构，以及多个分流器。热跳闸组件包括：负载导体；双金属，该双金属适于与操作机构配合以响应于跳闸条件来打开可分离触点；以及旁路加热器元件，该旁路加热器元件被构造成电连接到分流器。旁路加热器元件引导电流流动以至少部分地绕过双金属。
还公开了包括上述热跳闸组件的电气开关设备。
附图说明
当结合附图阅读时，可以从以下优选实施方案描述中获得对本发明所公开的概念的完整理解，其中：
图1是根据所公开概念的非限制性实施方案的断路器及其热跳闸组件的侧正视剖面图；
图2是图1的热跳闸组件的侧正视图；
图3是图2的热跳闸组件的等轴视图；
图4是根据所公开概念的另一个非限制性实施方案的热跳闸组件的侧正视图；
图5是图4的热跳闸组件的等轴视图；
图6是图5的热跳闸组件的分解等轴视图；并且
图7是根据所公开概念的实施方案的图6的热跳闸组件的另一个分解等轴视图，其被修改以示出安装元件。
优选实施方案描述
所公开的概念可采取各种部件和部件的布置，以及各种技术、方法、过程和步骤的排列的形式。参考的附图仅用于说明的实施方案的目的，而不应被解释为限制本发明。下面描述了各种发明特征，每个发明特征可彼此独立地使用或者与其他特征组合使用。
本文使用的方向短语，诸如左、右、前、后、顶部、底部、顺时针、逆时针及其衍生词涉及附图中所示的元件的取向，并且并不限制权利要求，除非在其中明确地表述。
如本文所用，单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指称，除非上下文另外明确地说明。再另外，如本文所用，术语“数量”应当意指一个或多于一个的整数(例如，多个)。
如本文所用，术语“联接”应当意指两个或更多个部分直接接合在一起或通过一个或多个中间部分接合在一起。此外，如本文所用，短语“直接连接”或“直接电连接”应当意指两个或更多个部分直接接合在一起，而在连接的点或位置处没有任何中间部分设置在它们之间。
如本文所用，短语“电连接”应当意指两个或更多个零件或部件直接接合在一起或通过一个或多个中间零件接合在一起，使得电力、电流、电压和/或能量可操作以从一个零件或部件流动到另一个零件或部件，反之亦然。
如本文所用，术语“紧固件”是指任何合适的连接或拧紧机构，明确地包括但不限于螺钉、螺栓以及以下各项的组合：螺栓和螺母(例如但不限于锁紧螺母)以及螺栓、垫圈和螺母。
图1示出根据所公开概念的非限制性示例性实施方案的电气开关设备，诸如但不限于模制外壳断路器2，其采用热跳闸组件100。在图1的示例中，断路器2包括壳体4，由壳体包封的可分离触点6,8，以及用于打开和闭合可分离触点6,8的操作机构10(以简化形式示于图1中，与横杆14和跳闸杆15配合)。更具体地讲，可分离触点6,8包括静止触点6和可移动触点8，该可移动触点设置在对应的可移动(例如，可枢转)接触臂12(也参见图6和图7的可移动接触臂12')上。可移动接触臂12从横杆14(以剖面图部分地示于图1中)向外延伸，并且可例如响应于跳闸条件以熟知的方式与横杆14枢转。断路器2还包括多个分流器16(一个分流器16以剖面图示于图1中，也参见图2和图3的分流器16，以及图4-图7的分流器16)，这些分流器将操作机构10电连接到热跳闸组件100。
继续参见图1，并且还参见图2和图3，应当理解，跳闸组件100通常包括负载导体102、双金属130和旁路加热器元件160。双金属130适于与断路器操作机构10(图1)配合以响应于跳闸条件而打开可分离触点6,8(图1)。旁路加热器元件160被构造成电连接到上述分流器16(部分地示于图2和图3中)。因此，如本文将进一步详细讨论的，旁路加热器元件160适于引导电流的流动以至少部分地绕过双金属130。在这样做时，旁路加热器元件160为热跳闸组件100提供了许多优点。除了其他益处之外，因为旁路加热器元件160引导电流的流动以至少部分地绕过双金属130(如果不是完全地绕过双金属130)，有利地减小了由双金属130生成的热量的量。这通过限制或消除电流流动来完成，该电流流动直接经过双金属，从而生成热量。这继而允许相对小的分流器设计。它还允许使用现有的横杆(例如但不限于图1的横杆14)。另外，可以实现更好的分流控制以及分流器16远离跳闸杆15(图1)的放置，并且减小或消除来自双金属130上的分流器16的阻力。换句话讲，根据所公开的概念，提供了热跳闸组件100，其中双金属130(也参见图4-图7的双金属230)被间接加热，因为旁路加热器元件160(也参见图4-图7的旁路加热器元件260)引导电流流动穿过旁路加热器元件160,260，并且由此至少部分地避免(即，绕过)流动穿过双金属130,230。
图1-图3的示例中的热跳闸组件100的旁路加热器元件160包括相对的第一端162和第二端164，以及在其间延伸的中间部分166。第一端162从中间部分166垂直地向外延伸以形成凸缘168。凸缘168被构造成电连接到上述分流器16。负载导体102还包括第一端104和第二端106以及在其间延伸的中间部分108。负载导体102的第一端104从负载导体102的中间部分108垂直地向外延伸以形成凸缘110，该凸缘沿大致相对于旁路加热器元件160的凸缘168的方向设置，如图2中最佳所示。
如图3所示，非限制性示例性热跳闸组件100的负载导体102还包括通孔112，该通孔延伸穿过负载导体102的中间部分108。旁路加热器元件160还包括孔(在图3中隐藏，但参见图6和图7中的孔270)和调节机构180。应当理解，尽管从视图中隐藏，但图1-图3的热跳闸组件100包括与图6和图7中所示的孔270基本上相同的孔(不可见)。因此，为了本公开的经济性，适用于图1-图3的实施方案的孔270的形状将相对于图4-图7的实施方案进行描述(在图6和图7中最佳地示出)。这样的孔270延伸穿过加热器元件260的中间部分266，如图6和图7所示。
如图7所示，可任选地包括安装元件300。例如但不限于，安装元件300可包括用于断路器2(图1)的磁性跳闸组件(未示出)的一部分。在图7的非限制性示例中，安装元件300通常设置在旁路加热器元件260和负载导体202之间，并且包括螺纹孔302。在本文所示和所述的实施方案中，调节机构是热校准螺钉180(图2和图3)、280(图4-图6)、280'(图7)。旁路加热器元件260中的孔270包括放大部分270和细长部分274，该细长部分从放大部分272朝向旁路加热器元件260的第二端264延伸，从而形成钥匙孔形孔270，如图6和图7所示。热校准螺钉280'包括头部部分282、螺纹主体部分284、以及在头部部分282和螺纹主体部分284之间延伸的颈部部分286。头部部分282被构造成延伸穿过孔270的放大部分272，并且设置在旁路加热器元件260的第一侧276上。颈部部分286被构造成在孔270的细长部分274内滑动。螺纹主体部分284在旁路加热器元件260的第二侧278上可调节地固定在安装元件300的螺纹孔302内。因此，如图4和图5所示，热校准螺钉280的头部部分282设置在旁路加热器元件260的第一侧276上，颈部部分286(以隐藏线绘图示于图4中)延伸穿过孔270的细长部分274内的旁路加热器元件260(两者均示于图6和图7中)，并且螺纹主体部分284从旁路加热器元件260的第二侧278向外并且穿过负载导体202的通孔212延伸，如图5最佳所示。
应当理解，任选的上述安装元件300示于图7中，但是在图4-图6中未示出。参见图5，例如，应当理解，在操作中，热校准螺钉280可被调节(例如，沿箭头500的方向(例如，从图5的视角顺时针或逆时针)转动)。以这种方式调节热校准螺钉280可使用任何已知或合适的工具来完成，诸如但不限于示于图5中的通用扳手400。因此，热校准螺钉280可沿图4的箭头600的方向(例如，从图4的视角向左和向右)调节，以便根据需要推动或拉动旁路加热器元件260，这使得双金属230更远离或更靠近断路器跳闸杆14(图1)移动，以便实现期望的热校准定时。
现在将描述所公开概念的两个图示非限制性示例性替代实施方案。具体地讲，图1-图3示出了热跳闸组件100的一个非限制性实施方案，其中旁路加热器元件160被构造成引导电流以部分地绕过双金属130，而图4-图7示出热跳闸实施方案200的替代非限制性实施方案，其中旁路加热器元件260被构造成引导电流以完全绕过双金属230。
在示于图1-图3的局部旁路实施方案中，双金属130包括相对的第一端132和第二端134，以及设置在第一端132处或周围的触发器元件136。响应于跳闸条件，双金属130适于弯曲，以便触发器元件136与操作机构10(图1)配合以使断路器2(图1)的可分离触点6,8(图1)以通常熟知的方式跳闸打开。负载导体102的第二端106直接电连接到双金属130的第二端134，如图2和图3最佳所示。应当理解，负载导体102的第二端106和双金属130的第二端134分别可以以任何已知或合适的方式(例如但不限于焊接)接合在该位置处。继续参见图2和图3，旁路加热器元件160的第二端164设置在双金属130的第二端134以及负载导体102的第二端106附近，但是不直接电连接到负载导体102。因此，旁路加热器元件160用于通过以下方式部分地绕过双金属130：以期望的方式引导电流通过旁路加热器元件160到负载导体102。
相比之下，图4-图7的示例中所示的热跳闸组件200被构造成引导电流以完全绕过双金属230。热跳闸组件200的旁路加热器元件260包括第一端262和第二端264，在其间延伸的中间部分266，其中第一端262以垂直的方式从中间部分266向外延伸以形成凸缘268，该凸缘被构造成电连接到分流器16'，如图所示。热跳闸组件200的负载导体202还包括第一端204和第二端206以及在其间延伸的中间部分208。第一端204从负载导体202的中间部分208垂直地向外延伸以形成凸缘210，该凸缘沿大致相对于旁路加热器元件260的凸缘268的方向设置。负载导体202的通孔212、旁路加热器元件260的钥匙孔形孔270、以及热校准螺钉280全部在先前有所描述。参见图6，应当理解，双金属230(类似于先前相对于图1-图3的实施方案讨论的双金属130)具有第二端232，其中触发器元件236被构造成以通常熟知的方式与断路器操作机构10(图1)配合。
与热跳闸组件100相比，热跳闸组件200的关键区别在于旁路加热器元件260的第二端264延伸超过双金属230的第二端234。因此，应当理解，与图1-图3的热跳闸组件100不同，负载导体202不直接连接到双金属230。相反，负载导体202的第二端206直接电连接到旁路加热器元件260的第二端264。因此，在图4-图7的实施方案中，旁路加热器元件260引导基本上所有电流以便完全绕过双金属230。
如图2和图4的侧正视图中分别示出，两个热跳闸组件100(图2)、200(图4)的共同特征在于两个实施方案的旁路加热器160(图2)、260(图4)的中间部分166(图2)、266(图4)包括至少一个偏置弯管190(图2)、290(图4)以将旁路加热器元件160(图2)、260(图4)的一部分定位成与双金属130(图2)、230(图4)的相对部分平行并间隔开。此外，旁路加热器元件160(图2)、260(图4)和负载导体102(图2)、202(图4)中的至少一个包括凹口区域，该凹口区域适于促进热跳闸组件100(图2)、200(图4)的热校准的弯曲。例如但不限于，在图2的非限制性示例性实施方案中，旁路加热器元件160包括通常由参考号192指示的凹口区域，并且在图4的非限制性示例性实施方案中，旁路加热器元件260包括通常由参考号292指示的凹口区域。此类凹口区域(例如但不限于192,292)充当用于向前和向后(例如，从图2-图5的视角向左和向右)弯曲和移动双金属(例如但不限于130,230)的保持点或枢转点。这些特征(例如但不限于偏置弯管190,290和凹口区域192,292)用于根据所公开的概念根据需要定位热跳闸组件100,200的部件以获得最佳性能。
因此，所公开的概念提供了热跳闸组件(例如但不限于图1-图3的热跳闸组件100，图4-图7的热跳闸组件200)，除了其他益处之外，该热跳闸组件根据需要引导电流以至少部分地绕过组件的双金属130(图1-图3)、230(图4-图7)。
虽然已经详细地描述了本发明所公开的概念的特定实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，可以根据本公开的总体教导内容来开发出那些细节的各种修改和替换。因此，所公开的特定布置仅是说明性的，而不限制本发明所公开的概念的范围，本发明所公开的概念的范围由所附权利要求书的全部范围及其任何和所有等同物给出。

Claims (11)

1.一种用于电气开关设备(2)的热跳闸组件(100,200)，所述电气开关设备(2)包括壳体(4)，由所述壳体(4)包封的可分离触点(6,8)，用于打开和闭合所述可分离触点(6,8)的操作机构(10)，以及多个分流器(16)，所述热跳闸组件(100,200)包括：
负载导体(102,202)，所述负载导体(102,202)包括第一端(104,204)和第二端(106,206)；
双金属(130,230)，所述双金属(130,230)包括第一端(132,232)和第二端(134,234)，所述双金属适于与所述操作机构(10)配合以响应于跳闸条件来打开所述可分离触点(6,8)；和
旁路加热器元件(160,260)，所述旁路加热器元件(160,260)包括第一端(162,262)和第二端(164,264)，所述旁路加热器元件被构造成电连接到所述分流器(16)，
其中所述旁路加热器元件(160,260)的所述第二端(164,264)至少以下之一：
耦接至所述负载导体(202)的所述第二端(206)并且靠近所述双金属(230)的所述第二端(234)；和
靠近所述双金属(130)的所述第二端(134)并且靠近所述负载导体(102)的所述第二端(106)，其中所述双金属(130)的所述第二端(134)耦接至所述负载导体(102)的所述第二端(106)，
且其中所述旁路加热器元件(160,260)引导电流流动以至少部分地绕过所述双金属(130，230)。
2.根据权利要求1所述的热跳闸组件(100,200)，其中所述旁路加热器元件(160,260)的所述第二端(164,264)远离所述第一端(162,262)，其中所述旁路加热器元件(160,260)还包括在所述第一端(162,262)和所述第二端(164,264)之间延伸的中间部分(166,266)；其中所述第一端(162,262)从所述中间部分(166,266)垂直地向外延伸以形成凸缘(168,268)；并且其中所述凸缘(168,268)被构造成电连接到所述分流器(16)。
3.根据权利要求2所述的热跳闸组件(100,200)，其中所述负载导体(102,202)的第二端(106,206)远离所述第一端(104,204)，其中所述负载导体(102,202)还包括在所述第一端(104,204)、第二端(106,206)之间延伸的中间部分(108,208)；其中所述负载导体(102,202)的所述第一端(104,204)从所述负载导体(102,202)的所述中间部分(108,208)垂直地向外延伸以形成凸缘(110,210)；并且其中所述负载导体(102,202)的所述凸缘(110,210)沿与所述旁路加热器元件(160,260)的所述凸缘(110,210)相对的方向设置。
4.根据权利要求3所述的热跳闸组件(100,200)，其中所述负载导体(102,202)还包括延伸穿过所述负载导体(102,202)的所述中间部分(108,208)的通孔(112,212)；其中所述旁路加热器元件(160,260)还包括孔(270)和调节机构；其中所述孔(270)延伸穿过所述旁路加热器元件(160,260)的所述中间部分(166,266)；并且其中所述调节机构从所述旁路加热器元件(160,260)的所述孔(270)并且通过所述负载导体(102,202)的所述通孔(112,212)向外延伸。
5.根据权利要求4所述的热跳闸组件(100,200)，还包括设置在所述旁路加热器元件(160,260)和所述负载导体(102,202)之间的安装元件(300)；其中所述安装元件(300)包括螺纹孔(302)；其中所述旁路加热器元件(160,260)还包括第一侧(176,276)以及相对于所述第一侧(176,276)设置的第二侧(178,278)；其中所述孔(270)包括放大部分(272)和细长部分(274)，所述细长部分从所述放大部分(272)朝向所述旁路加热器元件(160,260)的所述第二端(164,264)延伸；其中所述调节机构是热校准螺钉(180,280,280’)，所述热校准螺钉包括头部部分(282)，螺纹主体部分(284)，以及在所述头部部分(282)和所述螺纹主体部分(284)之间延伸的颈部部分(286)；其中所述头部部分(282)被构造成延伸穿过所述孔(270)的所述放大部分(272)并且设置在所述旁路加热器元件(160,260)的所述第一侧(176,276)上；其中所述颈部部分(286)被构造成在所述孔(270)的所述细长部分(274)内滑动；并且其中所述螺纹主体部分(284)在所述旁路加热器元件(160,260)的所述第二侧(178,278)上能够调节地固定在所述安装元件(300)的所述螺纹孔(302)内。
6.根据权利要求3所述的热跳闸组件(100,200)，其中所述双金属(130,230)的第二端(134,234)相对于并且远离所述第一端(132,232)设置，其中所述双金属还包括设置在所述第一端(132,232)处或周围的触发器元件(136)；并且其中响应于所述跳闸条件，所述双金属(130,230)被构造成弯曲以便所述触发器元件(136)与所述操作机构(10)配合以使所述可分离触点(6,8)跳闸打开。
7.根据权利要求6所述的热跳闸组件(100,200)，其中所述负载导体(102,202)的所述第二端(106,206)直接电连接到所述双金属(130,230)的所述第二端(134,234)；并且其中所述旁路加热器元件(160,260)的所述第二端(164,264)靠近所述双金属(130,230)的所述第二端(134,234)和所述负载导体(102,202)的所述第二端(106,206)设置，但是不直接电连接到所述负载导体(102,202)，以便所述旁路加热器元件(160,260)引导电流以部分地绕过所述双金属(130,230)。
8.根据权利要求6所述的热跳闸组件(100,200)，其中所述旁路加热器元件(160,260)的所述第二端(164,264)延伸超过所述双金属(130,230)的所述第二端(134,234)；其中所述负载导体(102,202)不直接连接到所述双金属(130,230)；并且其中所述负载导体(102,202)的所述第二端(106,206)直接电连接到所述旁路加热器元件(160,260)的所述第二端(164,264)，以便所述旁路加热器元件(160,260)引导电流以完全绕过所述双金属(130,230)。
9.根据权利要求2所述的热跳闸组件(100,200)，其中所述旁路加热器元件(160,260)的所述中间部分(166,266)包括至少一个偏置弯管(290,190)以将所述旁路加热器元件(160,260)的一部分定位成与所述双金属(130,230)的相对部分平行并间隔开。
10.根据权利要求1所述的热跳闸组件(100,200)，其中所述旁路加热器元件(160,260)和所述负载导体(102,202)中的至少一个包括凹口区域(292,192 )，所述凹口区域适于促进所述热跳闸组件(100,200)的热校准的弯曲。
11.一种电气开关设备(2)，包括：
壳体(4)；
可分离触点(6,8)，所述可分离触点由所述壳体(4)包封；
操作机构(10)，所述操作机构用于打开和闭合所述可分离触点；
多个分流器(16)；和
根据权利要求1-10中任一项所述的热跳闸组件(100,200)。
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