CN111916318A - 双电磁驱动式单极断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双电磁驱动式单极断路器,包括基座(1)，基座(1)内设有相互连接的电磁驱动机构、执行机构、热脱扣机构(2)和灭弧栅机构(3)，灭弧栅机构(3)的外侧设有电弧中和机构，所述电磁驱动机构包括带铁芯线圈(4)，带铁芯线圈(4)一侧连接有线路板(8)，带铁芯线圈(4)的外部缠绕有外部线圈(5)，外部线圈(5)的一端连接有静触头(6)，外部线圈(5)的另一端连接有L极接线端(7)。本发明通过对电磁驱动机构、执行机构和电弧中和机构的优化，能够同时实现漏电保护和短路保护功能，并具有结构紧凑、工作稳定性好的特点。

Description

双电磁驱动式单极断路器

技术领域

本发明涉及一种断路器，特别是一种双电磁驱动式单极断路器。

背景技术

目前的断路器普遍需要具备漏电保护和短路保护功能，从而在出现漏电、短路问题时能够控制断路器自动断开。而常规的漏电保护和短路保护方式是在断路器的线路上连入一个电磁脱扣器，当线路出现漏电或短路现象时，电磁脱扣器中的铁芯能够通过线圈带来的磁场力克服反力弹簧的吸合力并顶出，从而带动执行机构动作切断电路。

但由于常规的漏电保护机构和短路保护机构均为一个独立的电磁系统，导致两者在实际安装时只能同时用于双极断路器或多极断路器上，并分别对应一个执行机构，进而通过多个执行机构之间的相互联动使断路器同时实现漏电保护和短路保护功能。而上述驱动方式则会造成对单极断路器的使用受限，通用性较差。而通过将两组电磁系统并排设置在单极断路器内，并使其分别对同一执行机构进行动作的结构，则会不可避免的增加所需的占用空间，使单极断路器中保护机构的占用空间需要扩大至原有的两倍才能达到该效果；从而缩小了单极断路器的适用性和应用领域，不符合厂家对单极断路器的尺寸需求。使得目前的单极断路器无法同时实现其漏电保护和短路保护功能。

另一方面，目前断路器中的执行机构需要具备稳定的开断和复位功能，即当电磁脱扣器中的铁芯在顶出时，执行机构需要通过配合动作使静、动触头相互分离实现开断；而在断路器断开后，操作人员则能够通过顶推执行机构使静、动触头重新接触，实现对断路器的合闸并保持稳定的通路状态。为了实现上述功能，现有执行机构普遍结构复杂且且尺寸链长，一方面增加了执行机构整体的占用空间，另一方面会因多个工件的公差累积造成配合部位的偏差过大，使执行机构中的各零件在配合动作时会更加容易的出现卡滞、脱开等问题，导致当电磁系统动作后，执行机构无法在第一时间内断开线路，降低了断路器的安全性能。

此外，断路器在开断及灭弧过程中还会产生大量的电弧气体，使得断路器还要在灭弧栅的尾部设置相应的电弧出口，从而使断路室内产生的电弧气体能够依次穿过灭弧栅和电弧出口传递至外部，以保证断路室内的气压稳定。但由于这部分电弧气体中会含有大量的游离电子，导致该电弧气体从电弧出口处喷出时会带有火光，存在引起火灾的危害。为了提高断路器的安全性，目前断路器规定的标准熔丝距离为35mm，即保险丝在距离电弧出口35mm处时，不会受电弧气体的喷出而熔断。而目前的厂家为了达到这一要求，普遍通过延长灭弧栅到电弧出口之间的间距，或在电弧出口的内侧对电弧气体进行阻挡来缩短断路器的熔丝距离。但通过延长间距的方式无疑会造成断路器体积的增加，而利用介质进行阻挡则会影响电弧气体的顺利喷出，使断路室内的气压在短时间内迅速增加；使得两种方式均无法适应断路器的功能需求。

因此，现有的单极断路器无法同时实现漏电保护和短路保护功能，并存在占用空间大、工作稳定性差的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种双电磁驱动式单极断路器。它能够同时实现漏电保护和短路保护功能，并具有结构紧凑、工作稳定性好的特点。

本发明的技术方案：双电磁驱动式单极断路器，包括基座，基座内设有相互连接的电磁驱动机构、执行机构、热脱扣机构和灭弧栅机构，灭弧栅机构的外侧设有电弧中和机构，所述电磁驱动机构包括带铁芯线圈，带铁芯线圈一侧连接有线路板，带铁芯线圈的外部缠绕有外部线圈，外部线圈的一端连接有静触头，外部线圈的另一端连接有L极接线端。

前述的双电磁驱动式单极断路器中，所述线路板的一侧连接L极接线端，线路板的另一侧连接有N极接线端。

前述的双电磁驱动式单极断路器中，所述外部线圈穿过磁环连接L极接线端。

前述的双电磁驱动式单极断路器中，所述带铁芯线圈包括线圈骨架，线圈骨架内设有相互连接的动铁芯、顶杆、铁芯弹簧和静铁芯，线圈骨架的外部设有驱动线圈；所述外部线圈的匝数小于驱动线圈。

前述的双电磁驱动式单极断路器中，所述L极接线端和N极接线端均包括相互连接的接线板和接线夹。

前述的双电磁驱动式单极断路器中，所述带铁芯线圈的外部连接有磁轭，所述静触头的一侧与磁轭相互铆合。

前述的双电磁驱动式单极断路器中，还包括中间片，所述L极接线端和N极接线端分别连接中间片。

前述的双电磁驱动式单极断路器中，所述执行机构包括手柄，手柄一侧经连杆连接有联动组件，所述联动组件包括相互转动连接的跳扣和杠杆，跳扣和杠杆之间设有第一预紧部，杠杆一侧设有与静触头配合的动触头，杠杆内侧设有第二预紧部；跳扣和杠杆分别经第一联动部和第二联动部连接连杆。

前述的双电磁驱动式单极断路器中，所述第一联动部包括位于跳扣上的开口，所述第二联动部包括位于杠杆上的滑槽，滑槽一端设有扣合槽，开口和扣合槽之间形成与连杆配合的限位部。

前述的双电磁驱动式单极断路器中，所述开口外侧设有与连杆配合的顶出部。

前述的双电磁驱动式单极断路器中，所述动触头经中间板连接杠杆，中间板和杠杆之间设有触头弹簧，中间板上设有电连接动触头的接线部，接线部的外部连接热脱扣机构。

前述的双电磁驱动式单极断路器中，所述第一预紧部和第二预紧部均为弹簧。

前述的双电磁驱动式单极断路器中，所述电弧中和机构包括位于基座内的走气通道，走气通道端部的基座上设有电弧出口，走气通道内设有用于中和游离电子的灭弧板，所述灭弧板包括并排的多个板体，每个板体上均分布有若干气孔，相邻板体上的气孔呈错位分布。

前述的双电磁驱动式单极断路器中，所述走气通道包括相互连通的第一通道和第二通道，第一通道和第二通道之间呈V形连接，所述灭弧板位于第一通道和第二通道的连接处。

前述的双电磁驱动式单极断路器中，多个板体之间经弧形折弯依次连接。

前述的双电磁驱动式单极断路器中，所述基座设有位于走气通道内的扣槽，所述灭弧板的两侧与扣槽相互扣合。

前述的双电磁驱动式单极断路器中，所述灭弧板的材质为铁。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

(1)本发明通过在现有带铁芯线圈的外部加设外部线圈，使外部线圈和位于带铁芯线圈内的驱动线圈能够分别实现对顶杆的驱动，从而使外部线路在短路时，外部线圈经通电后能够驱动带铁芯线圈内的顶杆进行顶出，实现对断路器的短路保护；而在漏电时，由线路板对驱动线圈进行通电顶出顶杆，实现对断路器的漏电保护；在上述配合下，本发明能够利用同一顶杆分别实现断路器在漏电和短路时的线路切断，有效缩小了电磁驱动机构所需的占用空间，具有结构紧凑的特点；

(2)通过外部线圈和驱动线圈的匝数差，使得外部线圈仅会在短路后产生过大电流时才能控制顶杆顶出；而利用带铁芯线圈和线路板的配合，则能够避免线路板在短路时因电流过大造成的损坏，并在漏电时通过多匝数的驱动线圈实现对顶杆的顶出，提高本发明在使用时的稳定性，并保证电磁驱动机构的使用寿命；

(3)本发明通过跳扣、杠杆、第一预紧部和第二预紧部之间的配合，可以使跳扣在受到顶推后通过联动实现动触头的脱离，同时解除对手柄的限位，使手柄能够自由受力翻转，进而到起到稳定的开断效果；且在跳扣和杠杆的结构优化下，使本发明相比现有的执行机构仅需两个执行件便能实现开断效果，有效缩小了有效缩小了执行机构的尺寸链，降低多工件形成的误差总和，同时缩小所需的占用空间，为实现产品小型化创造有利条件；

(4)通过由开口和扣合槽之间形成的限位部，使断路器处于开断和合闸状态时，均能够对连杆起到稳定的限位效果，避免连杆在限位或顶推过程中的脱离，有效提高本发明的工作稳定性；当跳扣受顶推转动时，通过开口外侧的顶出部则能够使其在配合转动过程中对连杆起到推出的效果，使连杆在受力后能够稳定脱离扣合槽并进入滑槽内，从而避免了因扣合槽的阻碍造成连杆动作的卡滞，进一步提高了本发明的工作稳定性；

(5)在上述配合下，本发明的执行机构能够在单个手柄的控制下实现对断路器的开合功能，有效缩小了所需的占用空间并实现在单极断路器中的安装和使用；

(6)当动、静触头在分离后产生电弧气体时，本发明通过设置在走气通道内的灭弧板，可以在电弧气体穿过时对气体中的游离电子进行中和，使电弧气体经电弧出口排出时不会带电，从而有效缩短断路器的熔丝距离，提高断路器的安全性能；通过将灭弧板由多个板体并排设置而成，并使相邻板体上的气孔呈错位分布，则能够有效降低游离电子直接穿过气孔并排出的可能性，进一步提高对游离电子的中和效果；

(7)当灭弧板的灭弧效果在提高后，可以使得气孔在设计时选用更大的孔径，从而提高电弧气体的走气效率，缓解断路器内部气压的增加；在此基础上，本发明进一步优化了走气通道的外形，使第二通道的侧壁可以对电弧气体起到降速的效果，降低电弧气体在喷出时的风速，进一步缩短其熔丝距离；上述作用下，本发明能够在实现灭弧效果的同时有效缩短走气通道的长度，并保证断路器内的气压稳定，提高其工作稳定性；

所以，本发明同时实现漏电保护和短路保护功能，并具有结构紧凑、工作稳定性好的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是电磁驱动机构的爆炸图；

图3是执行机构在断路器开断时的结构示意图；

图4是执行机构在断路器合闸时的结构示意图；

图5是执行机构的爆炸图；

图6是灭弧板的剖面视图；

图7是本发明的安装示意图；

图8为带铁芯线圈的爆炸图。

附图中的标记为：1-基座，2-热脱扣机构，3-灭弧栅机构，4-带铁芯线圈，5-外部线圈，6-静触头，7-L极接线端，8-线路板，9-磁环，10-手柄，11-连杆，12-跳扣，13-杠杆，14-第一预紧部，15-动触头，16-第二预紧部，17-中间板，18-接线部，19-走气通道，20-电弧出口，21-灭弧板，22-N极接线端，23-线圈骨架，24-动铁芯，25-顶杆，26-铁芯弹簧，27-静铁芯，28-驱动线圈，29-触头弹簧，121-开口，122-顶出部，131-滑槽，132-扣合槽，191-第一通道，192-第二通道，211-板体，212-气孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。双电磁驱动式单极断路器，构成如图1所示，包括基座1，基座1内设有相互连接的电磁驱动机构、执行机构、热脱扣机构2和灭弧栅机构3，热脱扣机构2和灭弧栅机构3均为常规的断路器功能部件，热脱扣机构2的端部经接线端连接N相，灭弧栅机构3的外侧设有电弧中和机构，所述电磁驱动机构包括带铁芯线圈4，带铁芯线圈4可选用常规的电磁脱扣器，带铁芯线圈4一侧连接有线路板8，线路板8为由若干电阻元器件组成的漏电保护线路板，用于检查漏电信号的发生；带铁芯线圈4的外部缠绕有外部线圈5，外部线圈5的一端连接有静触头6，静触头6一侧与外部线圈5相互连接，静触头6的端部设有与动触头15相互贴合的触点，外部线圈5的另一端连接有L极接线端7，L极接线端7的外部连接L相。

所述线路板8的一侧连接L极接线端7，线路板8的另一侧连接有N极接线端22。

所述外部线圈5穿过磁环9连接L极接线端7。

所述带铁芯线圈4包括线圈骨架23，线圈骨架23内设有相互连接的动铁芯24、顶杆25、铁芯弹簧26和静铁芯27，线圈骨架23的外部设有驱动线圈28；所述外部线圈5的匝数小于驱动线圈28。

所述L极接线端7和N极接线端22均包括相互连接的接线板和接线夹。

所述带铁芯线圈4的外部连接有磁轭，所述静触头6的一侧与磁轭相互铆合。

还包括中间片，所述L极接线端7和N极接线端22分别固定在中间片内。

所述执行机构包括手柄10，手柄10一侧经连杆11连接有联动组件，所述联动组件包括相互转动连接的跳扣12和杠杆13，跳扣12和杠杆13之间设有第一预紧部14，第一预紧部14对跳扣12施加顺时针方向的预紧力(本实施例中的顺时针均以图1的视图方向为准)，杠杆13一侧设有与静触头6配合的动触头15，杠杆13内侧设有第二预紧部16，第二预紧部16对杠杆13施加逆时针方向的预紧力；跳扣12和杠杆13分别经第一联动部和第二联动部连接连杆11。

所述手柄10转动连接在基座1上，手柄10和基座1之间设有手柄弹簧，手柄弹簧对手柄10施加顺时针方向的预紧力，所述跳扣12和杠杆13同轴转动连接在基座1上，所述第二预紧部16的两端分别连接杠杆13和基座1。

所述第一联动部包括位于跳扣12上的开口121，所述第二联动部包括位于杠杆13上的滑槽131，滑槽131一端设有扣合槽132，开口121和扣合槽132之间形成与连杆11配合的限位部。

所述连杆11为U形连杆，连杆11的一端转动连接手柄10，连杆11另一端穿过开口121伸入限位部内。

所述开口121外侧设有与连杆11配合的顶出部122，开口121在远离顶出部122一侧设有斜面。

所述动触头15经中间板17连接杠杆13，中间板17和杠杆13之间设有触头弹簧29，触头弹簧29对动触头15施加顺时针方向预紧力，中间板17上设有电连接动触头15的接线部18，接线部18的外部连接热脱扣机构2。

所述第一预紧部14和第二预紧部16均为弹簧。

所述电弧中和机构包括位于基座1内的走气通道19，走气通道19的一端连通灭弧栅机构3，走气通道19另一端的基座1上设有电弧出口20，走气通道19内设有用于中和游离电子的灭弧板21，所述灭弧板21包括并排的多个板体211，每个板体211上均分布有若干气孔212，相邻板体211上的气孔212呈错位分布。

所述走气通道19包括相互连通的第一通道191和第二通道192，第一通道191和第二通道192之间呈V形连接，所述灭弧板21位于第一通道191和第二通道192的连接处，所述电弧出口20位于第二通道192的远离灭弧板21一侧。

多个板体211之间经弧形折弯依次连接。

所述基座1设有位于走气通道19内的扣槽，所述灭弧板21的两侧与扣槽相互扣合。

所述灭弧板21由铁片呈S形折弯而成。

本发明的工作原理：当外部线路出现短路现象时，大电流穿过外部线圈5，使外部线圈5在电磁作用下使带铁芯线圈4内的顶杆25顶出，带动执行机构的手柄10弹开，使静触头6和动触头15相互脱开实现断电。

当外部线路出现漏电现象时，由线路板8检测后对带铁芯线圈4内部的驱动线圈进行通电，驱动线圈通电后在电磁作用下使顶杆25顶出，带动执行机构的手柄10弹开，使静触头6和动触头15相互脱开实现断电。

当断路器处于导通状态时，动触头15在触头弹簧29的作用下与电磁脱扣机构上的静触头6相互贴合，同时跳扣12和杠杆13分别在第一预紧部14和第二预紧部16的作用下对连杆11进行拉紧，使连杆11的一端限制在扣合槽132和开口121之间形成的限位部内。该状态时，第一预紧部14对跳扣12施加顺时针方向的预紧力，第二预紧部16对杠杆13施加逆时针方向的预紧力，从而使杠杆13和跳扣12之间相互压紧形成限位部并对连杆11进行限位。同时，第二预紧部16形成的预紧力大于手柄弹簧产生的预紧力，且连杆11沿杠杆13方向处于倾斜向下位置，进而使第二预紧部16依次经杠杆13和连杆11对手柄10提供逆时针方向的压力，使手柄10能够保持合闸位置。

当出现异常状态导致电磁驱动机构动作时，带铁芯线圈4的顶杆25向右方向对跳扣12进行顶推(图4中箭头为顶推方向)，使跳扣12在受力后沿逆时针方向转动；跳扣12在转动后使限位部由闭合状态转变为张开状态，并通过扣合槽132的边缘处对连杆11向斜上方挤压，使连杆11受挤压后能够脱离限位部的限位并进入滑槽131。跳扣12在挤压后沿逆时针方向转动，使开口121在转动过程中逐渐朝上，进而使顶出部122在转动过程中能够对连杆11提供一个朝向滑槽131方向的推力，使连杆11能够稳定的落入滑槽131内，有效避免因动作偏差造成的卡滞问题。连杆11进入滑槽131后解除对手柄10的限位，使手柄10在手柄弹簧的作用下沿顺时针方向转动，实现开闸动作。同时，杠杆13失去连杆11的限位后受第二预紧部16的作用沿逆时针方向转动到位，而连杆11则在手柄弹簧的后续拉力下沿开口121上方的斜面重新进入限位部内，保证其开闸稳定性。

工作人员在手动合闸时，只需将手柄10沿逆时针方向旋转，就可以使连杆11在转动后通过扣合槽132对杠杆13进行顶推，使杠杆13配合转动至合闸位置，实现了稳定的复位效果。

当静触头6和动触头15在分离时，分离产生的电弧气体穿过灭弧栅机构3进入走气通道19内，并沿走气通道19朝电弧出口20方向喷出。当电弧气体穿过灭弧板21时，气体中的游离电子与各板体211接触中和，而剩余气体经气孔继续排出；使得电弧气体在穿过灭弧板21后不会造成保险丝的熔断。通过由铁片呈S形折弯而成的灭弧板21，使得各板体211能够并排且间隔设置，通过将相邻板体211上的气孔212错位设置，则能够提高对游离电子的中和效率，减少游离电子穿过灭弧板21的可能性。当对游离电子的中和效果提高后，灭弧板21在设计时可以增大气孔212孔径提高电弧气体的走气效率，从而保证电弧气体的顺利排出，稳定断路室内的气压。通过上述配合，可以使本发明在不增加断路器占用空间的条件下其熔丝距离达到35mm以内。

Claims (10)

1.双电磁驱动式单极断路器，其特征在于：包括基座(1)，基座(1)内设有相互连接的电磁驱动机构、执行机构、热脱扣机构(2)和灭弧栅机构(3)，灭弧栅机构(3)的外侧设有电弧中和机构，所述电磁驱动机构包括带铁芯线圈(4)，带铁芯线圈(4)一侧连接有线路板(8)，带铁芯线圈(4)的外部缠绕有外部线圈(5)，外部线圈(5)的一端连接有静触头(6)，外部线圈(5)的另一端连接有L极接线端(7)。

2.根据权利要求1所述的双电磁驱动式单极断路器，其特征在于：所述线路板(8)的一侧连接L极接线端(7)，线路板(8)的另一侧连接有N极接线端(22)。

3.根据权利要求1所述的双电磁驱动式单极断路器，其特征在于：所述外部线圈(5)穿过磁环(9)连接L极接线端(7)。

4.根据权利要求1所述的双电磁驱动式单极断路器，其特征在于：所述带铁芯线圈(4)包括线圈骨架(23)，线圈骨架(23)内设有相互连接的动铁芯(24)、顶杆(25)、铁芯弹簧(26)和静铁芯(27)，线圈骨架(23)的外部设有驱动线圈(28)；所述外部线圈(5)的匝数小于驱动线圈(28)。

5.根据权利要求1所述的双电磁驱动式单极断路器，其特征在于：所述执行机构包括手柄(10)，手柄(10)一侧经连杆(11)连接有联动组件，所述联动组件包括相互转动连接的跳扣(12)和杠杆(13)，跳扣(12)和杠杆(13)之间设有第一预紧部(14)，杠杆(13)一侧设有与静触头(6)配合的动触头(15)，杠杆(13)内侧设有第二预紧部(16)；跳扣(12)和杠杆(13)分别经第一联动部和第二联动部连接连杆(11)。

6.根据权利要求5所述的双电磁驱动式单极断路器，其特征在于：所述第一联动部包括位于跳扣(12)上的开口(121)，所述第二联动部包括位于杠杆(13)上的滑槽(131)，滑槽(131)一端设有扣合槽(132)，开口(121)和扣合槽(132)之间形成与连杆(11)配合的限位部。

7.根据权利要求6所述的双电磁驱动式单极断路器，其特征在于：所述开口(121)外侧设有与连杆(11)配合的顶出部(122)。

8.根据权利要求5所述的双电磁驱动式单极断路器，其特征在于：所述动触头(15)经中间板(17)连接杠杆(13)，中间板(17)和杠杆(13)之间设有触头弹簧(29)，中间板(17)上设有电连接动触头(15)的接线部(18)，接线部(18)的外部连接热脱扣机构(2)。

9.根据权利要求1所述的双电磁驱动式单极断路器，其特征在于：所述电弧中和机构包括位于基座(1)内的走气通道(19)，走气通道(19)端部的基座(1)上设有电弧出口(20)，走气通道(19)内设有用于中和游离电子的灭弧板(21)，所述灭弧板(21)包括并排的多个板体(211)，每个板体(211)上均分布有若干气孔(212)，相邻板体(211)上的气孔(212)呈错位分布。

10.根据权利要求9所述的双电磁驱动式单极断路器，其特征在于：所述走气通道(19)包括相互连通的第一通道(191)和第二通道(192)，第一通道(191)和第二通道(192)之间呈V形连接，所述灭弧板(21)位于第一通道(191)和第二通道(192)的连接处。

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