CN1190816C - 包括辅助储能器件的极限断路器 - Google Patents

Abstract

一低压极限断路器，包括固定接触件和活动接触件(50)，该活动接触件包括在闭合位置与开启位置之间枢转的支承(58)、在非推斥位置与推斥位置之间枢转的触指(62)、以及双稳态装置(80)。当触指位于推斥位置而支承从闭合位置向开启位置枢转时，将触指向非推斥位置驱动。通过双稳态装置的死点所需要的部分能量由弹簧(92)来提供，该弹簧仅仅在开启的开端将支承向开启位置推进，并使断路器开启弹簧的尺寸不致过大。

Description

包括辅助储能器件 的极限断路器

技术领域

本发明涉及低电压极限断路器，特别是大额定功率低电压的极限断路器。

背景技术

英国专利GB 1564412文件描述了一种大额定功率低电压极限断路器，它包括：

一壳体；

一开启机构，它包括至少一个储能器件；

一个或多个电极，每一个电极包括：

一相对于所述壳体固定的固定接触件，

一相对于所述壳体固定的止动件，

一活动接触件，它包括：

一在一闭合位置和开启位置之间相对于所述壳体可动的支承，

至少一个在非推斥位置与推斥位置之间相对于所述的支承可动的活动触指，

至少一个包括一弹簧的双稳态机构，该弹簧以下述方式布置在所述支承与所述触指之间：当所述的触指和支承相对处于一死点位置时，该弹簧通过一最大势能；当所述的触指相对于所述的支承位于它的推斥位置与所述的死点位置之间时，该弹簧趋向于将所述的触指推动到它的推斥位置；以及，当所述的触指相对于所述的支承位于它的非推斥位置与所述的死点位置之间时，该弹簧趋向于将所述的触指推动到它的非推斥位置；

所述的止动件以下述方式来布置：当所述的触指位于它的推斥位置以及所述的支承从它的闭合位置向它的开启位置移动时，所述的触指一旦与所述的止动件接触，则仍保持与之接触，直到所述的支承越过相对于所述壳体摇摆的中间摇摆位置，该位置对应于相对于所述触指的相对死点位置，

该开启机构以下述方式与所述的支承运动连接：当所述的支承处于它的闭合位置时，将所述的支承向它的开启位置推动。

所述双稳态装置的弹簧执行几种功能。它首先设计用来当该断路器闭合时，在固定接触件与所述的触指之间提供一接触压力，该压力相对独立于该断路器的制造公差和磨损情况。此外，该接触压力对于推斥力阈值来说是一定值，超过这个值，电磁力将驱动所述的触指到它的推斥位置。当所述的触指枢转而超越所述的死点时，所述的弹簧由于它防止所述的触指回复到它的非推斥位置，所以，它也可用来确认推斥和(或)防止所述的触指弹回。在该断路器能再次闭合以前，该开启机构的储能器件必须被释放，它驱动所述杆，并用所述的杆，驱动可动接触件的所述的支承到所述的开启位置，以及，它通过与所述止动件的联合动作，使所述的触指枢转到非推斥位置。

在这种装置中，所述开启机构的储能器件必须克服所述双稳态装置弹簧的阻力。然而，这一位移最好发生在开启行程的开端，以便限制诸触点所在的断路器间隔室的尺寸。当通过所述的中间锁紧位置时，为了在通过所述的死点后，所述双稳态装置弹簧的复位力不致引起所述触指和所述固定触点相互相向的位移太大，触指的支承必须以充分大的速度枢转。

因而，所述开启机构的弹簧必须同时加速所述的支承，并压缩所述双稳态装置的弹簧。按能量的观点看，它必须同时向双稳态装置的弹簧供给后者达到最大势能状态所必要的能量，并向所述的支承供给它向着开启位置高速运动所必要的动能。让我们也回想起，所述开启机构的弹簧在发生微弱电涌的情况下它本身也必须使断路器高速开启。

为了满足这些要求，一般要提供一种用于开启的大功率储能器件。然而，这种解决方案并非没有缺点，因为开启时释放的能量必须在开启行程止动件的末端消散掉，从而弹簧的功率是断路器尺寸和成本的确定因素。此外，还须取决于断路器电极的数量来提供不同的开启机构。让我们回忆起，不仅碰到单电极、三电极和四电极的断路器，还碰到高额定功率的，每一相与两个电极、六个电极甚至八个电极并联或串联的断路器。

当设计多个相同触指的多个活动接触零件和多个双稳态装置(采用多个支承的情况下)用来装备其开启机构为不同类型的多个断路器时，尺寸问题甚至更为复杂。实际上，一种可行的方案是能够向一批断路器无差别地配备开启机构的储能器件也释放该断路器闭合所需要能量的第一种类型的机构，和称之为O-C-O(开-关-开)的、独立于触点位置加载关闭储能器件并同时加载开启储能器件的第二类型的机构。然而，这两种类型的机构具有不同的开启运动学特性。于是，我们通常这样考虑：对于给定的开启能量也即对于给定的开启弹簧，该O-C-O机构在开启行程的开端以低速运行；而在开启行程的末端以高速运行。

发明内容

所以，本发明的目的是克服现有技术的缺点，特别是使具有相同双稳态机构的活动接触件能够用于极限断路器，它们的开启机构具有可变的特性，特别是在开启行程的开端。本发明的目的也使极限断路器的开启机构的尺寸与电极数无关。本发明的另一个目的是在开启行程的开端加速一活动接触件的支承，在一定程度上与所采用的开启机构的类型无关。本发明又一个目的是限制消散在开启行程末端的能量，而不显著增加开启行程或增加装置的尺寸。本发明还有一个目的是使开启所需的能量减至最小。

根据本发明，这些目的借助于上述类型的一种断路器来实现，其中，每一个电极还包括一辅助机构，它包括，在断路器的闭合位置与所述的中间摇摆位置之间在所述支承的整个行程或部分行程上将所述支承向它的开启位置推进的一个或多个储能器件，而越过该中间摇摆位置后，不再向它的开启位置推进。于是，在开启行程开端的加速可通过适当地选择所述的第二储能器件的功率来调节。

该辅助机构的所述的储能器件，当所述的支承位于所述中间摇摆位置与所述的开启位置之间时，最好不作用在所述的支承上。越过该摇摆位置以后，该支承不需要太多的能量就能达到所述的开启位置，从而，不再需要该第二储能器件来提供能量。

作为替换方案，可提供一储能器件，它至少在所述的闭合位置与所述的中间摇摆位置之间在其行程的一部分向所述的支承供给能量；而在所述的中间位置与所述的开启位置之间在至少一部行程中储存能量。该储能器件例如可包括一弹簧，它的平衡位置对应于该相关的摇摆位置，在该位置之前，该弹簧起压缩作用，而越过这一位置，起牵引作用。这使在开启行程末端散发在所述开启机构行程末端止动件上的能量进一步得以限制。

作为最佳实施例，每一个电极的辅助机构的储能器件是这样的：当所涉及电极的活动支承发生运动时，储能器件释放的能量大于或等于将所涉及电极的一个或多个双稳态机构移动到它们的最大势能位置所需要的能量。这种布置特别有利于包括一个对所有电极共有的操作机构的多电极断路器。于是，实际上，易于确定所述开启弹簧的尺寸，而与电极数无关，同时限制了所述弹簧功率。

根据一个实施例，该断路器还包括闩锁器件。这种布置促进了从所述中间摇摆位置至所述开启位置的运动。因而，它使从所述中间摇摆位置开始运动所需要的运动能量得以限制。继而使辅助机构的功率也得以限制并限制散发在诸开启行程止动件末端上的能量。

根据一个最佳实施例，所述辅助机构的储能器件各包括一布置在所述壳件与所述支承之间的弹簧。作为替换方案，当然也可以使所述的辅助储能器件不直接作用在所述的支承上，例如，作用在将所述开启机构的储能器件与所述支承连接起来的运动传动系统的一个中间件上。然而，该最佳实施例提供的优点是限制这个运动传动系统的应力。比较有利的是，所述的壳件包括多个电极间隔室，每一个间隔室含有一个所述的电极，每一个电极的辅助机构的各储能器件的所述的弹簧定位在相应的电极间隔室中。

根据一个实施例，所述的弹簧是一个压缩弹簧，它布置在一缸内，用一活塞头封闭，该活塞头设计用来与所述的支承接触，并把压缩弹簧的力传递给它。作为替换，可以设想出其它类型的弹簧，例如扭簧或可弯曲的片簧。

附图说明

本发明其它一些优点和特征将通过以下对本发明的一个实施例的描述变得更显而易见，给出的仅仅作为一个不受限定的例子，并表示在诸附图中，其中：

图1为本发明处于非推斥闭合位置中的一断路器横截面图；

图2为图1断路器当通过一死点而处于部分推斥闭合位置中的横截面图；

图3为图1断路器处于推斥闭合位置的横截面图；

图4为图1断路器处于中间摇摆位置的横截面图；

图5为图1断路器处于开启位置的横截面图；

图6为平行于图1截面的一个横截面图，一闩锁机构处于与图3的推斥闭合位置相对应的位置中。

具体实施方式

请参阅图1至图5一多极低压高功率极限断路器10包括一壳体12，用一中间分隔壁18分成前间隔室14和后间隔室16。在中间分隔壁中制成的窗口20使前、后间隔室相通。

前间隔室14用作一操作装置22的壳体，该操作装置22包括一储能闭合机构24和一开启机构26。该装置为已知，并可参阅FR 2589626-A专利文件对其进一步描述的细节。这里仅靠回忆，该开启机构26包括一触发装置，它包括两个连杆28、30，用一枢转轴32相互铰接，该底部传动连杆30与一开关杆36的曲柄34连接。一开启弹簧38固定在该曲柄34与一固定销40之间。

后间隔室16用作开关杆36和多个电极42的壳体，这些电极沿着该开关杆36的枢转轴44一个挨着一个地布置在单独的间隔室内，这些间隔室用多个基本与图1至图5的平面平行的密封隔板分开。每一个电极42包括一与一连接条48连接的固定接触件46和一与一连接条52连接的活动接触件50；以及一装备有多个金属分隔件56的灭弧室54。该活动接触件50包括围绕相对于该壳体固定的几何轴线60枢转安装的活动支承58和围绕相对于该壳体固定并相对于所述的轴线60偏心的几何轴线64枢转的触指62。连杆66将所述的支承58与所述的开关杆36连接起来。该触指62的一端支承一接触垫68，该接触垫设计用来与一由所述的固定接触件46支承的接触垫70接触。该触指62的另一端在上死点78的各侧分别形成一凸轮72的斜面74和76。在该支承58与该触指62之间，布置一柔性储能器件，它包括在盒84中导向并相斥支承旋转滚子88的杆86的弹簧82。该滚子88从而与所述的凸轮72永恒地接触。柔性储能器件与凸轮72形成双稳态机构80。

在该壳体12与该支承58之间布置有辅助柔性储能器件90，可在图5看到它的松驰状态，它包括一压缩弹簧92，趋向于在该支承58的方向抵住一活塞头94，该活塞头在相对于所述壳体12固定的一缸96内被平移导向。该活塞头94的前部包括一垫块98，设计用来在径向与该缸联合动作执行导向；在轴向与一凸缘100联合动作，部分闭合该缸并形成一行程终端的止动件。

一闩锁装置102，可在图6中看到其细节，包括一臂件104，它围绕一固定轴106枢转，并由一扭簧108在图中的顺时针方向柔性地被推动。一活动止动件110位于该臂件104的末端，并与触指62的台阶面联合动作。该臂件104还有一凸头114，设计用来与位于所述支承58上的一凸轮116联合动作。

所述的中间壁18支承一用弹性材料制成的行程终端止动件118。

该装置的操作如下：

在图1的闭合位置中，接触垫68、70相互接触，并执行连接条48、52之间电路的闭合。双稳态机构80的弹簧82被压缩，滚子88与斜面74联合动作，以便在接触垫68、70之间提供接触压力。在出现电涌时，电磁力趋向于使触指62在图中的顺时针方向围绕它的轴线枢转，而双稳态机构80趋向于对抗这种枢转。当电流强度超过对应于弹簧82标定值的极限阈值时，触指62枢转，并通过双稳态机构80的死点78(图2所示)。一旦通过了这个死点，滚子88与斜面76联合动作，并向着行程终端止动件118推动触指62而达到图3的位置。该止动件118用作阻尼器，通过吸收过量的动能，防止触指弹回。闩锁装置102的止动件110通过它的复位弹簧108被迫枢转而仍保持与触指62的台阶面112接触，从而，闩锁机构102防止触指62回复到向下位置。

为了重新闭合断路器，必须通过操作机构预先执行开启操作。一由操作者或一跳闸装置促动的开启闩释放连杆系统28、30、32。由各电极的辅助储能器件90的弹簧92相助的开启弹簧38在反时针旋转方向移动开关杆36，并借助于连杆66使支承58围绕它的轴线60顺时针枢转，从图3的位置至图4的位置，然后，继续靠它自己推动所述杆36，直至到达图5的位置。

在图3位置与图4位置之间，滚子88与斜面76联合动作，并在触指62上施加一力，它的力矩趋使触指62围绕轴线64顺时针旋转。阻尼器118然后用作行程终端止动件，从而触指62仍保持不动，所以滚子88通过对弹簧82的压缩而缩回。在这一阶段，各电极的辅助储能器件80排斥相应的支承58。当支承58达到图4所示的中间摇摆位置时，该辅助储能器件80的活塞头94达到它的行程终端位置，以便使辅助储能器件的活塞头94与所述的支承58停止接触。

超越这个中间摇摆位置，滚子88诱导斜面74。然而，触指62的反时针的运动受到闩锁器件102的止动件110的反作用，除了为装配而留的间隙外，触指仍保持不动。开启弹簧38的作用和双稳态机构弹簧82的作用相结合，使支承58顺时针移动到它图5所示的向上位置。在图4与图5所示位置之间的中间位置，但相当接近后者位置时，支承58的凸轮116推斥所述臂件104的凸头114，从而，后者反时针枢转，并释放所述的止动件110。然而，这种释放，当支承58的运动实际上完成时，并不导致触指62任何显著的反时针枢转。

从图6的位置，闭合可通过对释放一闭合弹簧的闭合闩的作用来触发，使所述的开关杆从图6的位置枢转到图1的闭合位置。所述的杆36反时针驱动所述的支承58；而触指62，仅由跟随所述支承58运动的滚子88推动，也能被驱动。该支承58压缩所述辅助储能器件90的弹簧92，并在闭合行程终了对它重新加载。这样，附带地使闭合行程终端的冲击受到限制。

出于简化的目的，对于本发明的描述，考虑到每一个电极，它包括一单个的触指62、一单个的双稳态机构80和一单个的辅助储能器件90。在实践中，比较有利的是，对每一个电极提供多个触指，例如，围绕一公共轴线64枢转的三个或五个相同的触指。每一个触指必须由一双稳态机构施加作用力，双稳态机构对几个触指可以是公共的，或对每一个触指是独立的，从而每一个触指各自受到不同的弹簧作用力。然而，对每个电极仍提供单个支承58。根据该支承58的尺寸，特别是在垂直于图平面方向上的宽度，比较有利的是提供一辅助储能器件90，它包括几个平行布置的弹簧。在实践中，三个平行布置的弹簧，每一个弹簧各作用在不同的活塞头上，各活塞头能够获得所要求的尺寸特性。

在实践中，比较有利的是，以下述方式来确定该辅助储能器件的尺寸：当它发生松驰时，它们一起释放的能量大于压缩该双稳态机构弹簧所需的能量。

本发明当然不限于上述实施例。在不脱离本发明的范围内，各种修改都是可能的。

在前述实例中，闩锁机构102执行两种功能：一方面，在发生短路的事件中，大电流强度产生强大电动力，它防止已达到图3的位置并开始猛烈地冲击阻尼器118的触指重新弹回而闭合触点，在这个意义上，闩锁机构用作抗弹回装置；此外，当支承58刚刚通过中间摇摆位置时，它防止该触指62在开启时的枢转。然而，取决于该断路器的额定功率和机械零件的尺寸，可设想取消这个闩锁机构。该抗弹回功能由行程终端阻尼器118相助的双稳态机构80专门执行。如果支承58通过中间摇摆位置时的速度充分地大，则超越中间摇摆位置的运动在幅值上部分受到限制，使之变得微不足道。

在所描述的实施例中，所述的止动件118执行两种功能：它首先用作抗弹回装置，因为它在触指62移动至它的推斥位置的行程终端，吸收一部分动能；此外，当所述的支承58从它的闭合位置向它的中间摇摆位置枢转时，它使触指62不动。根据一个替换的实施例，这两种功能可用不同的零件来执行。例如，触指的推斥行程止动件的末端布置在该支承58上，而一独立的止动件布置在壳体上。这种布置在触指62碰到壳体上的止动件并相对于该止动件不动之前，使该支承58和该推斥触指62在支承58移动到它的开启位置的行程的第一阶段一起升起。

本发明描述了触指围绕相对于壳体固定的几何轴线64枢转的极限断路器。然而，它也适合于例如GB1564412A专利文件所描述的极限断路器，它的诸触指围绕一相对该支承固定的轴线枢转，该支承本身又围绕相对于壳体固定的并相对于前一轴线偏置的轴线枢转。

所述的开关杆36和支承58可形成一单个零件，在这种情况下，连杆66取消，而操作机构连杆系统28、30、32通过一个末端直接铰接在所述的支承上。这种结构对应于GB 1564412A专利文件所述的机构。

本发明也适用于不考虑开启和闭合机构类型的断路器。

Claims (7)

1.一种低压极限断路器(10)，包括：

一壳体(12)；

一开启机构(26)，它包括至少一个储能器件(38)；

一个或多个电极(42)，每一个电极包括：

一相对于所述的壳体固定的固定接触件(46)，

一相对于所述的壳体固定的止动件(118)，

一活动接触件(50)，它包括：

一在一闭合位置与开启位置之间相对于所述壳体可动的支承(58)，

至少一个在非推斥位置与推斥位置之间相对于所述的支承可动的活动触指(62)，

至少一个包括一弹簧(82)的双稳态机构(80)，该弹簧以下述方式布置在所述支承与所述触指之间：当所述的触指和支承相对处于一死点位置时，该弹簧通过一最大势能；当所述的触指相对于所述的支承位于它的推斥位置与所述的死点位置之间时，该弹簧趋向于将所述的触指推动到它的推斥位置；以及，当所述的触指相对于所述的支承位于它的非推斥位置与所述的死点位置之间时，该弹簧趋向于将所述的触指推动到它的非推斥位置；

所述的止动件(118)以下述方式来布置：当所述的触指(62)定位在它的推斥位置以及所述的支承(58)从它的闭合位置向它的开启位置移动时，所述的触指(62)一旦与所述的止动件(118)接触，刚仍保持与其接触，直到所述的支承越过相对于所述的壳体摇摆的中间摇摆位置，该位置对应于相对于所述触指的相对死点位置；

所述的开启机构(26)以下述方式与所述的支承(58)运动连接：当所述的支承处于它的闭合位置时，将所述的支承向它的开启位置推动；

其特征在于，每一个电极(42)还包括一辅助机构，该辅助机构包括一个或多个储能器件(90)，在断路器的闭合位置与所述的中间摇摆位置之间在所述支承的整个行程或部分行程上将所述的支承向它的开启位置推进，而越过该中间摇摆位置后，不再向它的开启位置推进。

2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述辅助机构的储能器件(90)，当所述的支承位于它的中间摇摆位置与它的开启位置之间时，不作用在所述的支承(58)上。

3.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，每一个电极(42)的所述辅助机构的储能器件(90)是这样的：当所涉及电极的支承(58)发生运动时，它们释放的能量大于或等于将所涉及电极的一个或多个双稳态机构(80)移动到它们的最大势能位置所需要的能量。

4.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，它还包括闩锁器件(102)。

5.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述辅助机构的每一个储能器件(90)包括一设置在所述壳体(12)与所述的支承(58)之间的弹簧(92)。

6.根据权利要求5所述的断路器，其特征在于，所述的壳体(12)包括数个电极间隔室，每一间隔室装有一个所述的电极(42)，每一个电极的辅助机构的每一个储能器件(90)的所述的弹簧(92)处于相应的电极间隔室内。

7.根据权利要求6所述的断路器，其特征在于，所述辅助机构的每一个储能器件(90)的所述的弹簧(92)是一个压缩弹簧，它布置在用一活塞头(94)封闭的一缸(96)内，该活塞头设计用来与所述的支承(58)接触，并将该压缩弹簧的力传递给它。

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