CN112086329B - 一种小型断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型断路器，包括器壳、熔芯和调位块，器壳包括壳体、器壳接线片和接线柱，壳体为一段中空柱体，壳体两端面上分别设置两组器壳接线片和接线柱，器壳接线片在壳体内部，接线柱在壳体外部，器壳接线片和接线柱穿过壳体壁面相连接；熔芯设置在壳体内，熔芯包括设置在两端的芯体接线片，芯体接线片分别与器壳接线片相接触，调位块设置在壳体端面上，调位块连接至熔芯并控制其绕壳体旋转。熔芯还包括芯壳、旋转柱和热熔体，芯壳沿壳体轴线的截面为一腰圆型，芯壳两端封闭，芯壳内填充热熔体，芯体接线片共四片，两两一组分别设置在芯壳两端，每一端上的芯体接线片分别位于端面的上下部，芯体接线片穿过芯壳壁面伸入芯壳内。

Description

一种小型断路器

技术领域

本发明涉及断路器领域，具体是一种小型断路器。

背景技术

断路器是电路中的一个重要部件，在电路中出现过流故障时，断路器承担熔断电路的作用。断路器常常作为空气开关的补充而设置于电路中，因为空气开关一般是通过电磁方式判断电路短路、过流故障，而一旦一些机械部分发生失效，则可能出现无法及时断开电路的状况，需要更可靠的熔断式断路器进行保护。

现有技术中，断路器或称熔断器都是一次性使用，大多为一段柱状金属体，熔断器熔断后，需要更换新的熔芯，较为麻烦，在使用场所没有配置备用的熔芯时，即使现场及时地排除了主电路上的短路、过流故障，仍然需要等待新的熔芯到位才能使电路通畅。而且，电路中的短路故障只能通过其余的电气辅助设备进行检修与识别，熔断器处并未配备识别功能，可能出现故障未排除就接通电路的危险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型断路器，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种小型断路器，包括器壳、熔芯和调位块，器壳包括壳体、器壳接线片和接线柱，壳体为一段中空柱体，壳体两端面上分别设置两组器壳接线片和接线柱，器壳接线片在壳体内部，接线柱在壳体外部，器壳接线片和接线柱穿过壳体壁面相连接；熔芯设置在壳体内，熔芯包括设置在两端的芯体接线片，芯体接线片分别与器壳接线片相接触，调位块设置在壳体端面上，调位块连接至熔芯并控制其绕壳体旋转。

本断路器串联设置于电路中，两个接线柱是对外接头，两个接线柱的电路通路上依次是器壳接线片、芯体接线片、熔芯内部，另一个芯体接线片、另一个器壳接线片，另一个接线柱，其中的熔芯内部承担过载熔断的作用，当电路中电流过大时，熔芯内的金属通路断开，主电路上截断，断路器作用完成。调位块带动熔芯进行旋转是为了循环利用熔芯，熔芯内具有可循环使用的熔断部件，位于上部的熔断部件熔断后，在排除了主电路上的短路故障后，上下颠倒后，使用下部的熔断部件进行下一周期的熔断待执行。

进一步的，熔芯还包括芯壳、旋转柱和热熔体，芯壳沿壳体轴线的截面为一腰圆型，芯壳两端封闭，芯壳内填充热熔体，芯体接线片共四片，两两一组分别设置在芯壳两端，每一端上的芯体接线片分别位于端面的上下部，芯体接线片穿过芯壳壁面伸入芯壳内，芯壳外表两端沿壳体轴线设置旋转柱，旋转柱与调位块传动连接。

本发明使用可熔可凝的金属体作为熔断部件，即热熔体，初始时固态状的热熔体位于上部，热熔体连接两侧的位于上部的芯体接线片，当电路电流较大时，用于电路连接的上部热熔体开始熔化，熔化过的热熔体流至芯壳的下部，位于上部的两个芯体接线片断开，实现本断路器的熔断过程，而流往下部的热熔体在冷却后重新凝固并将位于下部的两个芯体接线片连接在一起，当外界排除了主电路上的故障后，只需要将熔芯旋转使其上下颠倒，从而又能作为一个新的熔芯使用，在这一周期上，发生电流过载后，热熔体又是熔化并流动，从芯壳的上部空间流动至下部空间并填充，如此周期循环，达到熔芯的循环利用目的。需要注意的是，熔芯内部只能由热熔体承担导体任务，而不能让芯壳具备导体能力，所以，芯壳应当由绝缘体制成，例如陶瓷芯壳或耐高温的塑料芯壳；热熔体的熔化温度有一定的要求，为了能熔化，熔点不能过高，又不能受一点点热就熔化断流了，所以熔点要高于室温一定程度，查询现有材料中纯质金属的各熔点，钾（熔点63℃）、钠（熔点98℃）、锂（熔点182℃）、锡（熔点230℃）是大致可用的四种纯质金属，在此无需将导电性作为首要考虑条件，因为可以通过设计不同的芯壳轴向端面面积来调配熔芯电阻，其余的像金属合金等由于种类繁多，且混合比例不同其物理性质不尽相同所以不能一一举例，使用一种新材质时，进行样机试验，只要能获得本发明的熔断效果并流动至芯壳下部即可。

进一步的，调位块包括旋钮、传力筒，壳体端面中央设置中央孔，传力筒一端设置旋钮、一端穿过中央孔与旋转柱通过键或花键传动连接，旋钮位于壳体外部。

传力筒与旋转柱通过键或花键连接后，通过位于壳体外部的旋钮就可以拨动熔芯进行旋转，因为熔芯的旋转轴线是传力筒轴线，所以，芯壳端面上的四处芯体接线片应均以传力筒轴线为旋转中心线，从而分别与同一处位置上的器壳接线片相抵触进行电连接，芯体接线片可以是圆弧片状或圆柱点状，其中以圆弧片状为优选形状，因为接触面积较大，连接更加充分。

作为优化，调位块还包括两根限位柱，限位柱设置在传力筒外表并径向延伸，限位柱相差一百八十度，壳体内壁上设有相差一百八十度的限位槽，传力筒与芯壳之间设置弹簧，弹簧成压缩状态，限位柱嵌入限位槽内。

熔芯只需要上下颠倒，无需其他的角度位置，即只需要进行两个角度位置上的定位即可，虽然外部可以通过在壳体外表面上画出刻度来显示熔芯的角度位置，但是，如果调位块只是带有旋转驱动功能的话，本发明在使用场合可能由于一些振动而发生熔芯松动，器壳接线片与芯体接线片脱开接触引发电路截断影响正常使用，所以，本发明使用相差一百八十度的两根限位柱和两处限位槽作为定位结构，而且，定位完毕后，可以起到防松动的效果，因为弹簧将调位块向外推挤，限位柱嵌入限位槽内，在没有外力克服弹簧弹力的情况下，调位块的旋转位置是锁定的，而调位块又与熔芯是传动连接着的，调位块无法旋转，熔芯也就无法旋转，从而位置固定，当外部需要上下颠倒熔芯时，将调位块沿轴向向内推动一小段距离，使得限位柱脱出限位槽，然后手拨旋钮，旋转一百八十度后松开，限位柱重新落回限位槽，熔芯上下颠倒完成并锁定。

两个接线柱还具有与熔芯成并联关系的电路连接，电路连接上设置电阻和指示灯。

当主电路上是存在短路使得熔芯熔断后，指示灯用于提示短路故障是否被消除，原理是：主电路短路，两个接线柱还通过电阻和指示灯连接起来，从而主电路上的电压加载在电阻和指示灯的两端，电阻阻值较大，电流消耗不高，微量的电流驱使指示灯常量，提示此时主电路中存在的短路故障尚未消除，短路故障消除后，主电路低阻通路断开，电阻和指示灯与主电路上的所有负载成串联关系，不再分配主电路全部电压，只要指示灯闪亮的电流阈值设置合适，主电路上的短路消除后，指示灯就可以熄灭，从而告知外界故障消除。

熔芯的旋转角度定位还可以通过另一种结构完成：

器壳接线片为弹性簧片、成蝶形，芯体接线片为圆弧片状并在中心设置圆柱状片芯，芯体接线片的圆弧以壳体中心线为轴线。

旋转的熔芯在快要到达位置时，器壳接线片作为弹性簧片提供插入阻力，完全到位时，圆柱状片芯插入器壳接线片的蝶形中心，并锁定，手感显著且防松动。

进一步的，电阻和指示灯整体的两端并联有电压传感器，壳体端部壁面内设置锁死结构，锁死结构卡住或打开限位柱，电压传感器信号传递给锁死结构。

电压传感器用于识别电阻和指示灯整体两端所加载的电压，如果所加载的电压是主电路上的全部电压（忽略掉主电路导线的阻值分压），那么就说明主电路上存在短路故障，此时不应将熔芯颠倒使得短路器重新接通，虽然指示灯指出了这一故障，但为了防止误操作，还是多设置一道保护措施防止故障未排除时重新接通断路器，将电压传感器信号作为驱动信号，壳体端部壁面内设置锁死结构锁死限位柱，防止，不让其脱离限位槽。锁死结构可以是一根可以伸缩的杆以及限位柱上开设插孔，伸缩杆伸入限位槽并插入限位柱上的插孔，从而实现锁死目的，还有锁死结构例如升降式的挡片，降落下来后盖住限位槽，限位柱也就不能脱离限位槽了。

作为优化，热熔体为金属钠。钾（熔点63℃）、钠（熔点98℃）、锂（熔点182℃）、锡（熔点230℃），其中钾的熔点只高于室温四十来度，在炎热夏天以及高温环境使用时，很容易达到熔化温度，使得本断路器所能通过的电流较小，而锂和锡高于室温过多，需要较大的电流才能熔断，适合大电流断路器。钠的适用性最好。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过使用熔点高于室温一定程度的金属作为熔断部件，使用芯壳构造一个密闭空间，并在空间的两侧设置上下两组接线片，这样，由于过流导致熔断部件熔化后，热熔体可以在芯壳内底部重新凝结，当外界排除主电路故障后，可以通过调位块来翻转熔芯，从而使其重新具备熔断功能，达到循环使用的目的；限位柱与限位槽组合使用后，可以对熔芯起到定位与锁定的效果，只有管理者进行复位操作时才允许熔芯旋转，其余时间对其进行防松固定；电阻、指示灯与电压传感器用于外界判别主电路上的短路故障是否消除并在未消除的状态下锁定熔芯使其无法旋转复位。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明熔芯的外形图；

图3为图2中的视图A-A；

图4为本发明熔芯与调位块的转位操作原理图；

图5为本发明限位槽与限位柱的定位原理图；

图6为本发明器壳接线片和芯体接线片的定位原理图；

图7为本发明电阻、指示灯、电压传感器设置位置电路图。

图中：1-器壳、11-壳体、111-中央孔、112-限位槽、12-器壳接线片、13-接线柱、2-熔芯、21-芯壳、211-腔脊、22-芯体接线片、221-片芯、23-旋转柱、24-热熔体、3-调位块、31-旋钮、32-传力筒、33-限位柱、4-弹簧、51-电阻、52-指示灯、53-电压传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种小型断路器，包括器壳1、熔芯2和调位块3，器壳1包括壳体11、器壳接线片12和接线柱13，壳体11为一段中空柱体，壳体11两端面上分别设置两组器壳接线片12和接线柱13，器壳接线片12在壳体11内部，接线柱13在壳体11外部，器壳接线片12和接线柱13穿过壳体11壁面相连接；熔芯2设置在壳体11内，熔芯2包括设置在两端的芯体接线片22，芯体接线片22分别与器壳接线片12相接触，调位块3设置在壳体11端面上，调位块3连接至熔芯2并控制其绕壳体11旋转。

本断路器串联设置于电路中，两个接线柱13是对外接头，两个接线柱13的电路通路上依次是器壳接线片12、芯体接线片22、熔芯2内部，另一个芯体接线片22、另一个器壳接线片12，另一个接线柱13，其中的熔芯2内部承担过载熔断的作用，当电路中电流过大时，熔芯2内的金属通路断开，主电路上截断，断路器作用完成。调位块3带动熔芯2进行旋转是为了循环利用熔芯2，熔芯2内具有可循环使用的熔断部件，位于上部的熔断部件熔断后，在排除了主电路上的短路故障后，上下颠倒后，使用下部的熔断部件进行下一周期的熔断待执行。

如图2、3所示，熔芯2还包括芯壳21、旋转柱23和热熔体24，芯壳21沿壳体11轴线的截面为一腰圆型，芯壳21两端封闭，芯壳21内填充热熔体24，芯体接线片22共四片，两两一组分别设置在芯壳21两端，每一端上的芯体接线片22分别位于端面的上下部，芯体接线片22穿过芯壳21壁面伸入芯壳21内，芯壳21外表两端沿壳体11轴线设置旋转柱23，旋转柱23与调位块3传动连接。

本发明使用可熔可凝的金属体作为熔断部件，即热熔体24，如图3所示，初始时固态状的热熔体24位于上部，热熔体24连接两侧的位于上部的芯体接线片22，当电路电流较大时，用于电路连接的上部热熔体24开始熔化，熔化过的热熔体24流至芯壳21的下部，位于上部的两个芯体接线片22断开，实现本断路器的熔断过程，而流往下部的热熔体24在冷却后重新凝固并将位于下部的两个芯体接线片22连接在一起，当外界排除了主电路上的故障后，只需要将熔芯2旋转使其上下颠倒，从而又能作为一个新的熔芯2使用，在这一周期上，发生电流过载后，热熔体24又是熔化并流动，从芯壳21的上部空间流动至下部空间并填充，如此周期循环，达到熔芯2的循环利用目的。需要注意的是，熔芯2内部只能由热熔体24承担导体任务，而不能让芯壳21具备导体能力，所以，芯壳21应当由绝缘体制成，例如陶瓷芯壳21或耐高温的塑料芯壳21；热熔体24的熔化温度有一定的要求，为了能熔化，熔点不能过高，又不能受一点点热就熔化断流了，所以熔点要高于室温一定程度，查询现有材料中纯质金属的各熔点，钾（熔点63℃）、钠（熔点98℃）、锂（熔点182℃）、锡（熔点230℃）是大致可用的四种纯质金属，在此无需将导电性作为首要考虑条件，因为可以通过设计不同的芯壳21轴向端面面积来调配熔芯电阻，其余的像金属合金等由于种类繁多，且混合比例不同其物理性质不尽相同所以不能一一举例，使用一种新材质时，进行样机试验，只要能获得本发明的熔断效果并流动至芯壳21下部即可。

如图4、5所示，调位块3包括旋钮31、传力筒32，壳体11端面中央设置中央孔111，传力筒32一端设置旋钮31、一端穿过中央孔111与旋转柱23通过键或花键传动连接，旋钮31位于壳体11外部。

传力筒32与旋转柱23通过键或花键连接后，通过位于壳体11外部的旋钮31就可以拨动熔芯2进行旋转，因为熔芯2的旋转轴线是传力筒32轴线，所以，芯壳21端面上的四处芯体接线片22应均以传力筒32轴线为旋转中心线，从而分别与同一处位置上的器壳接线片12相抵触进行电连接，芯体接线片22可以是圆弧片状或圆柱点状，其中以圆弧片状为优选形状，因为接触面积较大，连接更加充分。

如图4、5所示，调位块3还包括两根限位柱33，限位柱33设置在传力筒32外表并径向延伸，限位柱33相差一百八十度，壳体11内壁上设有相差一百八十度的限位槽112，传力筒32与芯壳21之间设置弹簧4，弹簧4成压缩状态，限位柱33嵌入限位槽112内。

熔芯2只需要上下颠倒，无需其他的角度位置，即只需要进行两个角度位置上的定位即可，虽然外部可以通过在壳体11外表面上画出刻度来显示熔芯2的角度位置，但是，如果调位块3只是带有旋转驱动功能的话，本发明在使用场合可能由于一些振动而发生熔芯松动，器壳接线片12与芯体接线片22脱开接触引发电路截断影响正常使用，所以，本发明使用相差一百八十度的两根限位柱33和两处限位槽112作为定位结构，而且，定位完毕后，可以起到防松动的效果，因为弹簧4将调位块3向外推挤，限位柱33嵌入限位槽112内，在没有外力克服弹簧4弹力的情况下，调位块3的旋转位置是锁定的，而调位块3又与熔芯2是传动连接着的，调位块3无法旋转，熔芯2也就无法旋转，从而位置固定，当外部需要上下颠倒熔芯2时，将调位块3沿轴向向内推动一小段距离，使得限位柱33脱出限位槽112，然后手拨旋钮31，旋转一百八十度后松开，限位柱33重新落回限位槽112，熔芯2上下颠倒完成并锁定。

如图7所示，两个接线柱13还具有与熔芯2成并联关系的电路连接，电路连接上设置电阻51和指示灯52。

当主电路上是存在短路使得熔芯2熔断后，指示灯52用于提示短路故障是否被消除，原理是：主电路短路，两个接线柱13还通过电阻51和指示灯52连接起来，从而主电路上的电压加载在电阻51和指示灯52的两端，电阻51阻值较大，电流消耗不高，微量的电流驱使指示灯52常量，提示此时主电路中存在的短路故障尚未消除，短路故障消除后，主电路低阻通路断开，电阻51和指示灯52与主电路上的所有负载成串联关系，不再分配主电路全部电压，只要指示灯52闪亮的电流阈值设置合适，主电路上的短路消除后，指示灯52就可以熄灭，从而告知外界故障消除。

如图6所示，熔芯2的旋转角度定位还可以通过另一种结构完成：

器壳接线片12为弹性簧片、成蝶形，芯体接线片22为圆弧片状并在中心设置圆柱状片芯221，芯体接线片22的圆弧以壳体11中心线为轴线。

旋转的熔芯2在快要到达位置时，器壳接线片12作为弹性簧片提供插入阻力，完全到位时，圆柱状片芯221插入器壳接线片12的蝶形中心，并锁定，手感显著且防松动。

如图7所示，电阻51和指示灯52整体的两端并联有电压传感器53，壳体11端部壁面内设置锁死结构，锁死结构卡住或打开限位柱33，电压传感器53信号传递给锁死结构。

电压传感器53用于识别电阻51和指示灯52整体两端所加载的电压，如果所加载的电压是主电路上的全部电压（忽略掉主电路导线的阻值分压），那么就说明主电路上存在短路故障，此时不应将熔芯2颠倒使得短路器重新接通，虽然指示灯52指出了这一故障，但为了防止误操作，还是多设置一道保护措施防止故障未排除时重新接通断路器，将电压传感器53信号作为驱动信号，壳体11端部壁面内设置锁死结构锁死限位柱33，防止，不让其脱离限位槽112。锁死结构可以是一根可以伸缩的杆以及限位柱33上开设插孔，伸缩杆伸入限位槽112并插入限位柱33上的插孔，从而实现锁死目的，还有锁死结构例如升降式的挡片，降落下来后盖住限位槽112，限位柱33也就不能脱离限位槽112了。

热熔体24为金属钠。钾（熔点63℃）、钠（熔点98℃）、锂（熔点182℃）、锡（熔点230℃），其中钾的熔点只高于室温四十来度，在炎热夏天以及高温环境使用时，很容易达到熔化温度，使得本断路器所能通过的电流较小，而锂和锡高于室温过多，需要较大的电流才能熔断，适合大电流断路器。钠的适用性最好。

如图3所示，芯壳21内壁的上下对称线处设置腔脊211，腔脊211表面涂覆疏水层。腔脊211以及其上的疏水层充分地在内壁上隔断芯壳21内的上下部分，使得流动的热熔体24只能选择芯壳21的上部或下部作为容置空间，中间不会出现金属丝连。

本发明的使用原理是：将本断路器接入主电路中，两个接线柱13作为连接接头，当主电路上发生短路后，熔芯2内的热熔体24的热量来不及排出，温度升高至自身熔点后熔化并流往芯壳21内的下部空间然后冷却凝固，芯壳21上部侧面的两个芯体接线片22不再接通，断路器的断路操作完成，当外界排出主电路上的短路故障后，管理者下压旋钮31并旋转一百八十度，松开旋钮31，熔芯2被上下颠倒，原先芯壳21下部两侧的芯体接线片22作为触点接入电路，热熔体24重新作为熔断部件接入电路，断路器重新行驶断路功能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (1)

1.一种小型断路器，其特征在于：所述小型断路器包括器壳（1）、熔芯（2）和调位块（3），所述器壳（1）包括壳体（11）、器壳接线片（12）和接线柱（13），所述壳体（11）为一段中空柱体，壳体（11）两端面上分别设置两组器壳接线片（12）和接线柱（13），器壳接线片（12）在壳体（11）内部，接线柱（13）在壳体（11）外部，器壳接线片（12）和接线柱（13）穿过壳体（11）壁面相连接；所述熔芯（2）设置在壳体（11）内，熔芯（2）包括设置在两端的芯体接线片（22），所述芯体接线片（22）分别与器壳接线片（12）相接触，所述调位块（3）设置在壳体（11）端面上，调位块（3）连接至熔芯（2）并控制其绕壳体（11）旋转；

所述熔芯（2）还包括芯壳（21）、旋转柱（23）和热熔体（24），所述芯壳（21）沿壳体（11）轴线的截面为一腰圆型，芯壳（21）两端封闭，所述芯壳（21）内填充热熔体（24），所述芯体接线片（22）共四片，两两一组分别设置在芯壳（21）两端，每一端上的芯体接线片（22）分别位于端面的上下部，芯体接线片（22）穿过芯壳（21）壁面伸入芯壳（21）内，芯壳（21）外表两端沿壳体（11）轴线设置旋转柱（23），所述旋转柱（23）与调位块（3）传动连接；

所述调位块（3）包括旋钮（31）、传力筒（32），所述壳体（11）端面中央设置中央孔（111），所述传力筒（32）一端设置旋钮（31）、一端穿过中央孔（111）与旋转柱（23）通过键传动连接，所述旋钮（31）位于壳体（11）外部；

所述调位块（3）还包括两根限位柱（33），所述限位柱（33）设置在传力筒（32）外表面并径向延伸，两根限位柱（33）相差一百八十度，所述壳体（11）内壁上设有两个相差一百八十度的限位槽（112），所述传力筒（32）与芯壳（21）之间设置弹簧（4），所述弹簧（4）成压缩状态，所述限位柱（33）嵌入限位槽（112）内；

所述器壳接线片（12）为弹性簧片、成蝶形，所述芯体接线片（22）为圆弧片状并在中心设置圆柱状片芯（221），芯体接线片（22）以传力筒（32）轴线为旋转中心线；

两个所述接线柱（13）与熔芯（2）成并联关系的电路连接，该电路连接上还串联设置电阻（51）和指示灯（52）；

所述电阻（51）和指示灯（52）整体的两端并联有电压传感器（53），所述壳体（11）端部壁面内设置锁死结构，所述电压传感器（53）把信号传递给锁死结构，所述锁死结构卡住或打开限位柱（33）。