CN1203502C - 电子过载继电器的跳闸机构 - Google Patents

Abstract

消除了过载继电器跳闸机构中过载继电器跳闸状态指示不可靠的可能性，该跳闸机构包括外壳、装在外壳内可在两个触头断开位置或闭合位置之间运动的衔铁、外壳内的固定触头以及由衔铁约束的活动触头，该活动触头可移向和移离固定触头。活动杆连接于衔铁，并可被操作而使衔铁从触头断开位置或闭合位置中的一个位置移到触头断开位置或闭合位置中的另一位置。杆的操作装置可移向和移离该活动杆，该操作装置携带弹簧指形件。该弹簧指形件啮合活动杆，使该杆在这些位置之间移动衔铁。该弹簧指形件可随操作装置沿一个路径运动，从与该杆脱开的第一位置移到与该杆啮合的第二位置，然后再移到与该杆脱开的第三位置。扳起表面形成在外壳上，靠近该路径，当操作装置从第一位置移向第二位置时，该扳起表面啮合弹簧指形件，以充分加载弹簧指形件，使得该指形件在达到第二位置时便获得足以使衔铁运动的势能。

Description

电子过载继电器的跳闸机构

本发明涉及电气继电器，具体涉及过载继电器的跳闸机构。

过载继电器是通常用在工业设施上的电气开关，用于保护电气设备不会因过电流产生的过大热量而受损。在通常情况下，电气设备是三相马达，该马达通过另一个普通称作接触器的继电器连接于电源。典型的接触器是大功率继电器，具有三相电源切换线路，用于接通和断开连接于三相电源的各相线路。

利用电流通过一个线圈产生的磁力提供接通和断开所需的运动，流过该线圈的电流又由另一个位于远处的开关控制。

在常规配置中，过载继电器与接触线圈的控制开关串联。当过载继电器检测到过载条件时，该过载继电器便切断接触器线圈的电源，使得接触器可以使受接触器控制的电气设备与电源断开，从而防止电气设备受到损害。

过去，过载继电器利用各相的电阻加热器，该加热器将热量传送给控制一个开关的双金属片。当检测到过载时，例如当大量的热从电阻加热器传送到双金属片时，金属片便断开与其连接的开关，使接触器线圈断电，从而使电气设备的相关部分与电源断开。

1975年12月23公布的McClellan的美国专利权书3 928 833公开了利用电阻加热器加热双金属片的热过载继电器的例子。此种继电器装有复位装置，使得继电器不管复位装置处于什么位置均可自动复位。自复位弹簧配置成在复位装置触发时可被扳起而压在扳起装置上，然后才脱开，由此使接触杆从第一断开开关位置移到第二闭合开关位置。

近年来，电阻加热器-双金属片或继电器已由电子过载继电器取代。这种电子过载继电器例如可参考Zuzuly的于1993年1月12日公布的已共同转让的美国专利No.5 179 495的说明，此专利的整个内容已作为参考文献包含在本文中。这种电路的输出功率通常相当低，因此为了使此输出可以控制接触器线圈电流，需要使用固态开关。该固态开关再控制一个低功率接触机构的电流，而该机构可操作控制流过接触器线圈的电流并操作一个指示器。在通常情况，该指示器是一个灯，在发生因过载而断路时该指示器便发光。在我的于1997年4月11日提出的(律师案号No.97 P7460US)题为“过载继电器的跳闸机构”的序号为No.08/838 904的已共同转让待审申请中公开了一种这样的接触机构，此申请的整个内容已作为参考文献包含在本文中。

在通常情况下，过载继电器一旦跳闸便保持在断开位置，使电流不能流到接触器线圈。为使正受系统控制的设备恢复操作，必须使过载继电器复位，一般用手工复位。通常使用按钮，管理设备的人可以压下按钮，使系统复位，从而闭合过载继电器的触点，使电流重新通过接触器线圈，这样便使接触器的触点闭合，使电气设备通电。

同时，适用的标准要求过载继电器的按钮以及相关机械部件的结构应使得万一在复位按钮已压下或正压下时发生过载的情况下也能使过载继电器的触头断开。这些适用标准还要求，过载继电器应使得该过载继电器不能因为例如用于复位的按钮卡在使过载继电器复位的位置上而不能由于手动操作而失去作用。目的是使电气设备即使在发生过载条件，或在复位过载继电器的过程期间持续发生过载，或者即使过载继电器的复位按钮有意无意卡在复位位置时也能免受损害。换言之，标准的目的是要求，过载继电器的结构应使得过载继电器不能因为压下按钮或因按钮卡在复位位置而失去作用。具有这种特征的继电器称作“自动跳闸”过载继电器。

在我的上述待审申请中所述的过载继电器机构包括过载发生时指示器工作的特征，是一种自动跳闸过载继电器。这种机构极适合于预定目的，但在压下按钮于复位位置，接触器线圈正在通电的同时又发生另一次跳闸，以使正由系统控制的设备停机的情况下，指示复位或跳闸的那部分系统的触头操作装置可能会碰到按钮或相关部件，这种相碰发生在指示器电路中的触头完全闭合之前，所以会导致过载继电器状态的错误指示。

本发明旨在克服上述的一个或多个问题。

本发明的主要目的是提供一种过载继电器的新型的改进的跳闸机构。本发明的目的具体是提供这样一种机构，该机构总是能够提供自动跳闸过载继电器状态的正确指示或提供电气切换的其它电气机构状态的正确指示。

对于用在电气开关装置中的跳闸机构，本发明的例示性实施例可达到上述目的，该机构包括可在两个开关位置之间运动的活动安装的杆组件。电触头由该杆组件操作，靠近该杆组件安装可沿一个路径运动的操作装置，以便使杠杆组件复位到开关位置中的一个位置。该操作装置可以第一位置移到第二位置，然后再移到第三位置。该机构包括凸出部，该凸出部可随操作装置在第一、第二和第三位置之间运动并且仅在操作装置处于第二位置时与该杆组件啮合，以便使该杆组件移到一个开关位置，该凸出部在第一和第三位置时与该杆组件脱开，以使该杆组件可以自由移到开关位置中的另一位置。

该凸出部优选为操作装置上的一个指形件，最好是一个弹簧指形件。

在本发明的更优选实施例中，该机构可用作过载继电器的跳闸机构，该机构包括外壳以及装在外壳内可在两个触头断开位置或闭合位置之间运动的衔铁。固定触头像活动触头一样配置在外壳内，该活动触头由衔铁约束而可移向或移离固定触头。活动杆与衔铁相连接，该杆可被操作而使衔铁从触头断开位置或闭合位置中的一个位置移到触头断开位置或闭合位置中的另一位置。提供活动杆的操作装置，该操作装置可移向和移离该杆。弹簧指形件装在操作装置上，可与活动杆啮合，使得该杆可以将衔铁从一个触头断开装置或闭合位置移到另一个触头断开位置或闭合位置。弹簧指形件可随操作装置沿一个路径运动，从与活动杆脱离的第一位置移动到与该杆啮合的第二位置，然后再移到与该杆脱开的第三位置。

扳起表面形成在外壳内，靠近弹簧指形件的路径，使得在弹簧指形件从第一位置移向第二位置时，该扳起表面可啮合弹簧指形件，使弹簧指形件被充分地加载，因而在弹簧到达第二位置时它便获得足以使衔铁移动的势能。当弹簧到达第三位置时它不再阻挡活动杆，从而使该活动杆可以带动衔铁完全地返回到该一个触头断开位置或闭合位置。

因此，按照本发明提供了一种过载继电器的跳闸机构，它包括：一外壳；固定在上述外壳内的固定触头；活动触头，它们可移向和移离上述固定触头中的相应触头；一活动杆，用于使上述活动触头移向和移离上述固定触头中的相应触头；一用于该活动杆的操作装置，它可移向和移离该活动杆；一弹簧指形件，它装在上述操作装置上并可与该活动杆接合，上述弹簧指形件可随上述操作装置沿一个路径运动，从一个与该活动杆脱开的第一弹簧位置移到一个与该活动杆接合的第二弹簧位置并随后再移到一个与该活动杆脱开的第三弹簧位置；一扳起表面，它靠近上述路径地固定在上述外壳内，当该弹簧指形件从上述第一弹簧位置移向上述第二弹簧位置时，上述扳起表面接合上述弹簧指形件，以便充分地加载上述弹簧指形件，使得在该弹簧指形件达到上述第二弹簧位置时该弹簧指形件可以获得足以使上述活动杆和上述活动触头移动的势能，上述弹簧指形件进入上述第三弹簧位置时，其中上述弹簧指形件便不再阻挡该活动杆；其中，上述跳闸机构还包括一装在该外壳内的细长衔铁，该衔铁具有携带所述活动触头中的相应触头的第一和第二端部；该活动杆与衔铁相连并从衔铁伸出，伸出的方向大体对着上述操作装置，并且上述衔铁最好随上述杆在第一开关位置和第二开关位置之间运动。

在本发明的更优选实施例中，衔铁可绕枢轴转动地装在上述外壳内，可以在第一和第二开关位置之间运动。

上述第一触头包括第一触头组和第二触头组，而上述第二触头包括相应的触头组。

上述第一触头组最好啮合第一开关位置上的上述相应触头组中的一个触头组，而上述第二触头组啮合第二开关位置上的上述相应触头组中的另一触头组。

衔铁在过载条件下最好用磁力操作，使其从上述第二开关位置移到上述第一开关位置。

活动杆包括适合啮合上述弹簧指形件的冲击表面。

弹簧指形件包括装在操作装置上的扭力弹簧簧圈的端部；

操作装置优选为手动操作的复全位操作装置，最好为按钮。

在优选实施例中，弹簧指形件是装在操作装置上的扭力弹簧簧圈的端部。

在以下的说明中将显示本发明的其它目的和优点，并从这些说明中可以部分地明显地看出这些目的和优点，或通过实施本发明可以领会这些目的和优点。利用所附权利要求书指出的各种装置及特定的装置组合可以实现和达到本发明的目的和优点。

包括在本文中作为本发明一部分的附图示本发明到时的优选实施例，这些附图结合上述的一般说明以及下面优选实施例的详细说明可用来解释本发明的原理。

图1是本发明跳闸机构的稍许示意截面图，示出部件在跳闸位置的状态，图中复位操作装置位于其正常位置；

图2是类似于图1的图，示出复位操作装置正向复位位置移动时部件的位置；

图3是类似图1和图2的图，示出正起动复位操作时部件的状态；

图4是类似图1～3的图，示出完成复位时部件的位置；

图5是类似于图1～4的图，图中复位操作装置位于复位位置，此图示出已发生跳闸时部件的状态；

图6是类似图1～5的图，示出在复位操作装置的任何中间位置发生跳闸时部件的状态；

图7是沿图6的7-7线附近截取的截面图。

参考图1，图中，本发明的自动跳闸过载继电器位于跳闸位置，该继电器包括总的用编号表示的外壳。该外壳上装有总的表示为12的第一组常开固定触头12和一组总的表示为14的常闭固定触头。外壳包括枢轴16，总的表示为18的细长双稳态衔铁可转动地装在该枢轴上。衔铁上装有总的表示为20的第一组活动触头以及总的表示为22的第二组活动触头，这些活动触头可分别移向和移离固定触头12和14。

总的表示为24的锁杆连接于衔铁18，使其可随该衔铁活动，因此该锁杆可在衔铁18的两个稳定位置之间绕枢轴16摆动。

外壳上装有总的表示为26的手动操作装置，该手动操作装置是复位操作装置，包括按钮28和垂悬杆30。该手动操作装置装配成可在外壳10内作来回运动，大体移向和移离锁杆24。总的表示为32的手动停止操作装置也以来回运动的方式装在外壳10内，并可以被操作，使得在我的上述待审申请所述的条件下可以断开常闭触头14、22。

现在说明固定触头12，该触头12包括两个电绝缘的空间上分开的触头38和40。触头38和40可由装在衔铁18上的细长触头杆42桥接。触头棒42在与衔铁方向相同的方向延伸，其中部松松地固定在柱44上，该柱从衔铁18伸出，其伸出方向大体横向于衔铁的延伸方向，并在枢轴16的一侧延伸。柱44包括靠近其上端部的交叉部件，该部件起着触头杆42的支轴的作用。装在衔铁18上的弹簧48使触头杆42偏压在支轴46上。

常闭触头14、22包括基本上相同的部件，这些部件包括细长触头杆50以及电绝缘的空间上分开的固定触头52和54。触头杆50装在衔铁18的柱56上，它由弹簧58偏压在柱上的交叉部件60上，该交叉部件又形成触头杆50的支轴。可以看到，交叉部件46和60约束各个触头杆42、50的大约中点。

下面说明衔铁18，该衔铁包括第一磁极片62和平行的间隔开的第二磁极片64。该磁极片62和64将枢轴16以及两个永磁铁66夹在中间。永磁铁66可以为整体结构，但为方便和容放枢轴16，该永磁铁被示为两个分开的磁铁。

外壳10上装有磁偏转系统(magnetic yoke)或磁极片(ple piece)70，该磁极片为浅U字形，具有腿72和74。如图7所示，电流线圈76绕在磁极片70的弯曲部(bight)78。在某些情况下，电绕组76是一个单一线圈，而在其它情况下，其上绕有两个电绝缘线圈，一个绕在另一个顶上。具体配置取决于用在这种机构中的电子线路的控制模式。如果控制模式使电流反向流过线圈76而将继电器从一种状态切换到另一种状态，则只需用单一线圈。另一方面，如果控制模式不使电流反向流动，而是使电流从一个线圈切换到另一线圈，则需要用两个彼此面对面绕制的线圈作线圈76。

现在说明锁杆24，该锁杆可在例如图1和图4所示的位置之间活动。锁杆的上端部包括撞击面80。扭力弹簧的簧圈86配置在固定轴84上。该扭力弹簧具有紧邻凹部82的垂直壁90的上端部88和相对端部92，该相对端部从凹部82向外和向下延伸，伸到操作装置26的柱30的下侧面95的下面。

该外壳又包括在锁杆24正上面的凹槽94，该凹槽的下侧面96位于下面，处于扭力弹簧86端部92的运动路径上。扭力弹簧的端部92通常与凹部82的倾斜下表面98对接，如图1所示。

操作装置装在外壳10的开孔100内，如前所述，装配成可在其中作来回运动。

在通常情况下，触头14、22是闭合的，可使接触器线圈通电，该接触器控制电流流向正受控的设备。触头12、20通常用在指示器电路中，以便例如控制指示灯等的电流。在图1所示部件的状态下，电流不能流向接触器，而电流可以流过指示器，从而指示已发生的跳闸状态。

当需要从图2所示的跳闸状态复位跳闸机构时，向按钮28施加用箭头102表示的向下力。当操作装置26在外壳10内向下运动时，扭力弹簧86的端部92便碰到凹槽94的表面96。表面96起着扳起表面的作用，它扳起弹簧86。

图3示出操作装置26继续向下运动，当操作装置进一步伸入外壳10时，弹簧端部92便移出凹槽96，位于几乎垂直位置。一当越过外壳10该弹簧端部92便快速弹到冲击表面80上，由于扳起表面96使弹簧86获得预加载，所以由弹簧贮存的势能便释放到冲击表面80，使锁杆24沿顺时针方向转动，如图4的箭头104所示。这种转动又使衔铁18向其双稳态位置中的另一位置移动，如图4所示，从而闭合触头14、22，又使电流流过接触器线圈，并且使触头12、20断开，因而指示灯熄灭。如图5所示，一当操作装置26达到其最下部位置而圈簧86的端部92脱离冲击表面80，该操作装置便移到图5所示的靠着止动件(未示出)的位置。在此位置该操作装置不阻挡锁杆24和冲击表面80，因而锁杆24可以沿图5箭头106所示方向运动，从而可使衔铁18移到使触头14、22又断开和使触头12、20又闭合的位置，这样又切换接触器线圈的电流和点亮指示灯。即，即使复位操作装置26处于复位位置，衔铁18也可以运动到跳闸状态，停止接触器操作，同时起动指示器工作。

图6示出另一种可能状态，在这种状态下，操作装置26只局部地被压下，好象被卡住的情况。此图也示出了本发明的优点。在这种状态下，弹簧端部92已达到底部，压靠在凹部82的下表面98上，但该端部仍处于不阻挡锁杆24的冲击表面80的位置，使得衔铁18可以完全移到跳闸的位置。即是说，在弹簧86没有扳起时，弹簧端部92是在冲击表面80运动路径的外面，使得衔铁18可以自由在其两个双稳态位置之间运动。结果，触头18、20可以完全闭合，提供继电器已跳闸的准确指示。因此本发明的结构可以避免锁杆24和操作装置之间的任何相互干扰，这种干扰会妨碍衔铁18自由地移到其跳闸位置，因而不能完全闭合指示器操作触头18、20。这样便可避免虚假的指示。

在一些情况下，操作装置26上凹部82的下表面98最好相对于操作装置26的一侧或另一侧形成一角度，如图中110所示。在这种情况下，当操作装置26在例如图1示意示出的偏压弹簧112有作用下向上运动时，弹簧端部92将碰到扳起表面94的端部114，并被偏转到操作装置的一侧，从而可越过端部114，使该操作装置可以完全返回到其最上面位置。当然，如果弹簧112提供的偏压力相当大，也可以不要倾斜表面110，因为弹簧端部92可以简单地被充分弯曲而通过扳起表面96的端部。或者换一种方式，省去倾斜表面98并使弹簧86的上端部88固定在操作装置26上，固定在例如图1所示的位置。作为再一种方式，扳起表面96的下侧可以作成在进入图1纸面或从该纸面往外的方向是倾斜的，以使指形件92受凸轮控制而偏向一侧或另一侧，由此越过扳起表面96的端部114。

从上面的说明可以看到，按本发明制作的跳闸机构可以确保由弹簧端部92形成的复位凸出部除该凸出部相对于复位机构先前已被扳起时外不会阻挡锁杆24。一当复位，衔铁便可无阻挡地移动到跳闸状态，因而指示器电路的触头可以完全闭合，提供机构已跳闸的可靠显示。

技术人员可以很容易地联想到其它优点和改变。因此本发明在其更广的方面不限于本文示出和说明的具体细节和代表性装置。可以进行各种改变而不会超出由所附权利要求书或其等效说明确定的一般发明原理的精神和范围。

Claims (10)

1.一种过载继电器的跳闸机构，它包括：

一外壳(10)；

固定在上述外壳(10)内的固定触头(12，14，38，40，52，54)；

活动触头(20，22)，它们可移向和移离上述固定触头(12，14，38，40，52，54)中的相应触头；

一活动杆(24)，用于使上述活动触头(20，22)移向和移离上述固定触头(12，14，38，40，52，54)中的相应触头；

一用于该活动杆(24)的操作装置(26，28，30)，它可移向和移离该活动杆(24)；

一弹簧指形件(92)，它装在上述操作装置(26)上并可与该活动杆(24)接合，上述弹簧指形件(92)可随上述操作装置(26)沿一个路径运动，从一个与该活动杆(24)脱开的第一弹簧位置移到一个与该活动杆(24)接合的第二弹簧位置并随后再移到一个与该活动杆(24)脱开的第三弹簧位置；

一扳起表面(96)，它靠近上述路径地固定在上述外壳(10)内，当该弹簧指形件(92)从上述第一弹簧位置移向上述第二弹簧位置时，上述扳起表面(96)接合上述弹簧指形件(92)，以便充分地加载上述弹簧指形件(92)，使得在该弹簧指形件(92)达到上述第二弹簧位置时该弹簧指形件可以获得足以使上述活动杆(24)和上述活动触头(20，22)移动的势能，上述弹簧指形件(92)进入上述第三弹簧位置时，其中上述弹簧指形件(92)便不再阻挡该活动杆(24)；

其特征在于：上述跳闸机构还包括一装在该外壳(10)内的细长衔铁(18)，该衔铁具有携带所述活动触头(20，22)中的相应触头的第一和第二端部；

该活动杆(24)与该衔铁(18)相连并从该衔铁伸出，伸出的方向大体对着上述操作装置(26，28，30)，

上述衔铁(18)可随该活动杆(24)在一个第一开关位置和一个第二开关位置之间运动。

2.如权利要求1所述的机构，其特征在于，上述衔铁(18)可绕枢轴转动地装在上述外壳(10)内，以便进行在所述的第一和第二开关位置之间的所述运动。

3.如权利要求2所述的机构，其特征在于，上述固定触头(12，14，38，40，52，54)包括第一触头组(12，38，40)和第二触头组(14，52，54)，而上述活动触头(20，22)包括相应触头组。

4.如权利要求3所述的机构，其特征在于，上述第一触头组(12，38，40)在上述第一开关位置上与上述相应触头组中的一个相应触头组(20)啮合，而上述第二触头组(14，52，54)在上述第二开关位置上与所述相应触头组中的另一个触头组(22)啮合。

5.如权利要求1-4之一所述的机构，其特征在于，上述衔铁(18)在过载条件下用磁力操作，使其从上述第二开关位置运动到上述第一开关位置。

6.如权利要求1-4之一所述的机构，其特征在于，上述活动杆(24)包括适合于碰撞上述弹簧指形件(92)的冲击表面。

7.如权利要求1-4之一所述的机构，其特征在于，上述弹簧指形件(92)包括装在上述操作装置(26)上的扭力弹簧簧圈(86)的端部。

8.如权利要求1-4之一所述的机构，其特征在于，上述操作装置(26)是手动操作的复位操作装置。

9.如权利要求8所述的机构，其特征在于，上述复位操作装置是按钮。

10.一种电开关装置，其特征在于，该电开关装置包括如权利要求1所述的跳闸机构。

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