CN1224225A - 用于插入式断路器的固定端子和电连接组件 - Google Patents

Abstract

一种通过轴向抽出而断开的开关装置上的电气固定端子(40),它包括沿着与抽出轴线相互平行的一条轴线(E－E)延伸的突出部分(42),其自由端一侧形成一用来与插入式触点(50)的固定夹头(55)相配合的接触面(44),通过插入使它的插入式夹头(54)和一个插入式电气端子(22)配合。接触面精确接续一圆柱段的轮廓,圆柱段的轴线(A－A)与突出部分(42)的轴线(E－E)垂直,其开口角度大于180°,并且用来构成一个让插入式触点围绕着圆柱轴线转动的枢轴。

Description

用于插入式断路器的固定 端子和电连接组件

本发明涉及到通过轴向抽出而分离的电气开关装置的插入和拉出(plug-in and plug-out)机构，特别是涉及到一种可抽出的断路器，它可以相对于一个固定的外部框架在一个插入位置，一个拉出位置及一个抽出位置之间平移。框架的形状构成一个外壳，并且包括一个在前面用来抽出断路器的开口，以及和开口相对的后壁，在壁上设有连接组件，每个组件包括一个电连接部件，特别是与一个外部汇流排电连接，以及被称为连接组件的第二部件，它包括一或多个用来连接断路器端子的连接端子。

连接端子和断路器端子之间的电连接是通过插入式触点来完成的，这种触点通常包括被一个垫片分开的两个指，以及用来将两指压靠在垫片上的弹性回复装置。在垫片的第一侧上，两指上彼此面对的端部共同构成夹住断路器的端子的第一对夹头，在垫片的另一侧上，两指上彼此面对的端部构成了夹住设有框架的连接端子的上述内部部件的一个端子的第二对夹头，一对夹头的开放运动通过杠杆作用形成另一对夹头的闭合运动。

由此确定的两对夹头具有不同的功能。装配操作的第一步实际上是在开关装置处在抽出位置时执行的，此时可以接触到它的后面和外部框架后壁上的内表面。在这一位置上用称为固定夹头的一对夹头将插入触点固定在被称为固定端子的对应端子上，以便于操作人员进行操作。在第二步中通过轴向运动将断路器插入外壳形状的外部框架的空腔中，轴向运动形成相对平动，使还没有插入端子的插入夹头相对运动。用这种运动来完成准确的插入，也就是将插入端子的突出部分插入插入夹头之间，而使插入夹头打开。由于固定端子处在固定夹头之间，固定夹头不能再进一步靠近。因此，每个固定夹头和固定端子的接触点对相应的臂起到了枢轴的作用，插入夹头的分离运动使得两指在垫片的水平上克服弹性回复装置的力而发生分离。弹性回复装置在插入位置上提供必要的力，使插入夹头和插入端子之间形成永久性的接触。反之，在拉出动作时，断路器的抽出运动必须使插入夹头和对应的端子发生分离，但是固定夹头和固定端子之间不能分离。

本发明尤其涉及到将固定夹头固定在固定端子上，也就是在电开关装置被拉出时必须将插入触点保留在上面的那个端子，该端子包括在拉出动作时用来将插入触点固定在端子上的装置。

一般地，可以用一个辅助固定元件例如螺栓来完成上述固定，螺栓和设在端子体内的一个孔以及插入触点的框架相配合，例如US-A-4,160,142中所述。这种方案的装配和拆卸操作比较复杂。然而，必须考虑到插入触点是易损的部件，需要定期检查并且在必要时进行更换。因此，此类装置的维修操作比较复杂。最后，辅助固定元件的存在增加了部件数量，成本会上升。

在FR-A-2583217的文献中提出了使用插入触点的可弹性回复装置来执行固定夹头的封闭。弹性回复装置是装在插入触点上的弹簧，用来使两指恢复到两对夹头具有局部打开位置的一个中间位置。操作人员作用于插入夹头的端部，使其彼此相向地移动，并且通过杠杆作用打开固定夹头，然后将固定夹头啮合在固定端子的突出部分上。通过设在一个固定夹头上的凹槽和设在相应端子一端的配对形状的锁定边沿之间的准确配合来完成锁定。本发明涉及到后一种类型的固定方式，通过固定夹头的配合，其中的固定端子的形状可以在拉出状态下将插入触点保持在端子上。按照后一种夹持方式，插入触点的尺寸必须要满足对立的要求。首先是由弹簧施加在夹头上的力必须足够大以夹住夹持夹头，但是这种力又应该足够小，让操作人员能够从插入夹头的一端打开插入触点。另外，在实际中经常会遇到固定夹头已经被固定在对应端子上，而插入夹头不能准确地对准插入端子的情况。这种位置误差可能是由插入触点的啮合造成的，也可能是因为固定框架、断路器、以及用来横向引导断路器的系统之间的制造公差，或者是由于某些部件的磨损造成的。

为了克服对准的问题，在FR-A-2624660的文献中提出了一种形状的插入触点和固定端子，让插入触点在插入位置可以相对于固定端子倾斜位置。但是运动的控制需要在插入触点和固定夹头之间使用多个移动部件。将插入触点固定到固定端子上的过程变得更加复杂，并且在从固定端子上拆卸插入触点时需要使插入触点完全拆下，这种方式不符合上述的便于维修的要求。

因而需要有一种简单和廉价的锁定装置，只需在插入夹头的端部施加压力就能固定和拆卸插入触点和夹持端子，并且让插入触点和固定端子之间限制量转动。

本发明是通过一种插入和拉出机构的电气固定端子来解决这一问题的，可用于通过轴向抽出而断开的开关装置，特别是用于插入式的断路器，它包括沿着与抽出轴线相互平行的一条轴线延伸的一个突出部分，在其自由端一侧形成与插入触点的固定夹头配合的接触面，通过插入一个插入式电气端子来实现插入夹头的配合，其接触面与一个圆柱段的轮廓紧密配合，圆柱段的轴线与突出部分的轴线垂直，接触面的开口角度大于π弧度或是180°，并且用来构成一个使插入触点绕着圆柱轴线转动的枢轴。

接触面的圆柱形状可以保证在插入过程中由插入触点施加到端子上的力完全与插入触点采取的角度无关。这样就能防止插入触点在插入过程中相对于端子发生分离或者移动，特别是在主轴方向上插入的情况下，如果插入端子不是与固定端子严格对齐的。另外，这种形状还可以保证插入触点与端子之间在插入位置上的接触关系与插入触点相对于端子所采取的角度保持相对的独立。最后，由于开口的角度大于180°，还可以保证在拉出时将插入触点保持在固定端子上。端子的结构可以用非常简单的单件材料制成。制造这种形状可以使用低造价的挤压工艺。只要是插入触点相对于端子的角度偏差不会使插入触点断开并且增加接触压力，就可以降低端子和插入触点的接触面上的磨损，这样就能延长这些部件的寿命。

圆柱段的几何形状应该有一个基本上平行于圆柱轴线的槽，用来与两侧突出部分上的中心部分对接，并且构成一个挡块，用来限制插入触点围绕圆柱轴线的枢轴转动。

端子上应该包括横向定位装置，让各个插入触点沿着圆柱的轴线定位，这种定位装置可以用至少一个基本上垂直于圆柱轴线的定位凹槽构成。

本发明的优点在将属于同一个电气连接模块的多个连接端子彼此电气连接的情况下特别明显。在例如US4160142中所述的一个此类装置中，开关装置的每一极上使用了多个插入触点。按照开关装置的用途特别是按照其额定电流来选择需要使用的插入触点的具体数量。然而，集中并且处在同一连接模块上的插入触点可能会在插入过程中出现机械干扰，特别是在排列不齐的情况下。如果使用普通的连接器，插入触点就可能会彼此分开，有损于模块的紧凑性。

在这一方面，本发明还涉及到一种由上述的多个圆柱形连接端子构成的电连接模块。在插入过程中围绕着端子的圆柱轴线精确地引导插入触点的转动，使插入触点彼此间非常接近，但是没有机械干扰；如果某些端子处在其他端子的延长线上，它们的圆柱轴线就是相同的，横向定位装置的作用为导向提供了额外的安全保障；如果某些端子与其他端子平行，插入触点的转动量会受到挡块装置的限制，这也是一种完全保障。整体的组装可以明显地提高开关装置的紧凑性和简单性。

为一个电极提供多个插入触点可以增加接触点的数量，从而降低整体的连接电阻，与同等体积的单个端子相比，这样做在连接的水平上可以降低电功率的热损耗。

使用本发明的具有多个端子的连接模块可以明显地降低每单位体积的连接所消耗的功率。连接模块的形状可以用铜一类的单块导电材料通过非常简单的挤压和切割工艺来制造。这样就能获得结构非常简单的插入触点，同时具有很高的性能，并且部件数量少。

在普通的插入式触点上已经明显看到具有上述圆柱段触点表面的端子通过插入触点的枢转对导向的作用。然而，如果设计用来与本发明的端子相配合的插入式触点包括在固定夹头水平上的凹面或是空心固定夹头，特别具有接续圆柱半径轮廓的形状，其半径等于或是大于端子接触表面的半径，或是其横截面的形状为多边形，就能够提高性能。

按照这种结构可以在转动中更精确地引导插入式触点，并且可以让插入式触点彼此间靠得更近，特别是在一个连接模块连接到多个端子的情况下。另外，在插入和拉出时还可以尽量减少触点部分的磨损。此外，在插入过程中，固定夹头和靠近端子端部的一部分圆柱形接触面配合，而在拉出过程则能够与进一步远离端子自由端的一部分圆柱形接触面配合。利用有效接触区域在固定夹头和固定端子之间的移动就可以实现插入的可逆性。换句话说，它可以防止插入式触点在拉出过程中从固定端子上脱离。

本发明还涉及到一种用于轴向抽出式分离的开关装置的电气连接机构，特别是用于插入式的断路器，它包括至少一个上述的固定端子和一个插入式触点，用插入式触点包括与固定端子的接触面配合的固定夹头，从而在端子的圆柱轴线周围形成一个枢轴，每个固定夹头有一个用来与端子上接触面配合的接触面，其形状为凹面或是空心，特别是一种圆柱形的形状，或者是具有多边形的横截面，另外，上述的插入式触点还具用来与一个电气插入式端子配合的插入式夹头。

从这一层次上来说，本发明的固定端子可以装在断路器上，或是装在其外壳后壁上的内部。在US-A-4160152中公开的第一种类型的结构所具有的优点是便于接近插入式触点，并且让操作人员在操作中便于确认失效的触点。然而，这种结构的缺点是可能会碰坏插入式触点，因为断路器毕竟是一种不容易操作的笨重设备。在FR-A-2583217中公开的第二类型的优缺点与上述结构相反。

根据以下参考附图对本发明的各种非限制性实施例的描述可以进一步了解到其他优点和特征，在附图中：

图1是一个局部切除的示意性透视图，用来表示本发明的一个框架的后壁以及端子和连接模块的位置；

图2是本发明的一个连接模块的截面图，其中的两个端子的圆柱轴线是平行的，但没有对齐；

图3是本发明的一个连接模块的透视图，在其中包括多个端子；

图4A,4B和4C都是本发明的连接模块的透视图，分别与本发明的一或多个插入式触点配合；

图5是由单个端子构成的一个本发明的连接模块的透视图；

图6是在图3的轴线E-E和A-A构成的一个平面上的截面图，在图中包括装备有本发明的四个插入式连接触点的一个本发明的连接模块。

在附图中，固定框架10的形状是一个用来支撑插入式断路器20的一个平行六面体外壳。框架10在前面板上限定了一个可供断路器插入和取出的开口14，以及与开口14相对的一个后壁12，装在壁12上的连接模块30各自包括从外部连接到外壳的部件31，尤其是一条外部汇流排(未示出)电连接，以及支撑一个或多个连接端子40的部件32，以下称其为连接模块，用于电连接到断路器20的端子上。

断路器20的每一极包括若干个电气端子22，在插入位置上通过插入式触点50将它们各自电连接到对应的连接模块30上的一个连接端子40。

连接模块32的端子40是固定端子，也就是说，当断路器从框架中被取出时插入式触点50固定在端子40上，但是在插入和拉出时必须保持原样。每个模块32包括一个用来固定到壁12和部件31上的基座33，以及按照一条平行于抽出轴线的轴线延伸的突出部件42。这一突出部件的自由端的形状是一个实心的圆柱段。由此形成的一个接触面44严格接续与突出部件42的轴线E-E垂直的轴线A-A上的圆柱段的轮廓，其开口的角度α大于π弧度或是180°。圆柱段的几何形状从两侧通过一个基本上平行于圆柱轴线的槽46连接到突出部件42的中心部分。在轴向的端部由实心圆柱段在一个基本上垂直于圆柱轴线A-A的平面限定了两个边沿48。

插入式触点50包括一个承载着垫片59的框架56。在框架的内侧设置有多个单元指52，每一对指是由设在垫片59每一侧上的一个指构成的。在每个指52外壁上的纵向端构成了两个边沿53。一或多个弹簧58被压在端部的边沿53和框架56上处在弹簧中间的边沿57之间。这样，一对指就在垫片的一侧限定了一对插入式夹头54，而在垫片的另一侧限定了一对固定夹头55。

图2表示固定夹头55与端子40的圆柱接触面44相接触的状态。这种接触是由每个指按照平行于圆柱轴线A-A的一或多条线形成的。这种接触在一个垂直于轴线A-A的平面内是一点或几乎是一点。

在图1到3中所示的连接模块中，在同一个单元中包括若干个端子，该单元是将材料挤压并且在凹槽49和轴向端部的水平上分段而成。图6表示了每个插入式触点50的框架56的两个边沿是如何与每个凹槽49的侧边沿48(图3)配合的，由此而实现了插入式触点50相对于轴线A-A的定位和固定。

断路器上对应的端子22可以是隔离的端子，或者是U形截面，其间隔相应于连接模块的圆柱的平行轴线间的间隔并且与模块的高度相等。

此类的连接模块在投入使用时可以选择实际使用的插入式触点数量，特别是可以按照额定电流和设备所承受的电功率来选择。在图4A到4C中表示了可能的不同连接方式。

插入式触点的数量和位置也可以由选定的断路器来确定。在这里实际上没有绝对的理由要在断路器和连接模块上设置许多触点。事实上对不同的断路器可以使用单一类型的框架，在它的后壁12上设置具有多个端子的连接模块30，有些断路器可能有少量的端子22或是用来插入有限数量的插入式触点的端子，而其他的断路器上可以连接许多插入式触点。因此，这种结构可以通过使用单个框架获得很大的灵活性。

如图3到5中所示，沿着单一轴线A-A上的端子数量是可以根据需要和尺寸来改变和随意选择的。同样，行列的数量也是可以改变的。如图5所示，这种连接模块还可以只有一个端子。边沿48的作用是与插入式触点50相配合，以便于触点的定位，并且限制其在轴线A-A方向上的移动。

插入操作是按照以下方式来执行的。

第一步，将开关置于抽出位置，也就是完全从外部框架10中抽出。这样就比较容易接触到断路器20的端子22和外部框架10的后壁12的内表面。在这一位置上，操作人员可以拿住插入式触点的插入式夹头54并且使其相向移动，以便克服弹簧58的力将固定夹头打开，并且夹在端子40的圆柱部分上。然后可以绕着圆柱的轴线A-A转动插入式触点50。端子40的圆柱段开口角度α大于180°，保证插入式触点有较大的活动角度，所产生的接触力合力的模对每个固定夹头来说是基本上不变的。从图2中可见，这种移动会受到挡块46的精确限制。在所有的中间角度位置上，弹簧58的偏置力是不变的，也就是说，插入式触点和端子之间的接触力合力的模与插入式触点的角度位置没有多大关系。

第二步，通过在箭头E方向上的轴向运动将断路器20插入外部框架的空腔中，使插入式夹头54和对应的插入式端子22彼此相对地移动。当端子22接触到插入式夹头54时，插入式夹头的楔形形状可以在插入过程中引导着插入式触点，插入式触点围绕着轴线A-A逐渐转动，以便消除固定端子、触点的中心轴线、以及插入式端子之间的任何对中误差。当插入式端子被插到插入式夹头之间时，就会迫使后者打开。由于固定夹头和固定端子之间的相互接触作用，使指克服弹簧58的力逐渐分开到垫片的宽度，使指。在插入过程中，插入式端子22和插入式夹头54之间的摩擦在固定夹头55和固定端子40之间接触力的水平上产生力，接触力合力在模件的轴线E-E上产生一个非零的分量，它等于摩擦力的合力并且与其方向相反。接触区域所处的点与槽46相距很远。

在插入的位置上，弹簧58为夹头和端子之间的永久接触提供了必要的力。插入操作的第二步结束时在固定夹头水平上的接触力合力的模比第一步结束时要大。插入式触点的尺寸，特别是它的垫片和固定夹头的尺寸应该这样来选择，在插入的位置上，接触点或是电和机械接触区域的中心应该处在一个垂直截面A-A中，也就是处在与方向E-E成直角的半径端点上，并且每个夹头上的接触力合力的方向应该与轴线E-E和轴线A-A垂直。

按照相反的过程，在执行拉出操作时，断路器的移动在插入式端子和插入式夹头之间发生摩擦，从而在端子40的插入轴线上产生作用力。开口α的角度大于固定端子圆柱段上的180°，从而将插入式触点保持在固定端子上。插入式触点和端子40的触点实际上可以朝着靠近槽46的接触面部分44移动，而在接触点垂直于接触面的一个区域内，在箭头E的方向上有一个非零的正分量。端子40与固定夹头55的相互作用力的合力在插入的轴线上产生一个较大的分量，而在垂直于插入轴线的方向上产生一个较小的分量，这样就保证了固定夹头不会打开。因此，固定夹头与插入式端子是分开的。

在上述的不同阶段中可以看出，固定夹头和固定端子之间的有效接触区域在圆柱段接触面44上移动，这些区域在各阶段中都可以形成机械接触，并且在插入位置上形成电接触。

如果插入式触点的固定夹头55本身具有一个凹槽形状的接触面51，就能够更好地控制这种移动。例如在图2的实施例中，固定夹头55的接触面51精确地接续圆柱段，其半径与接触面44相同。也可想出，固定夹头55接续圆柱段的形状，其半径稍微大于接触面44的半径，在具体的应用中可以使触点具有的较好的点接触特性，在插入和拉出过程中不会影响到接触点所必需的移动。固定夹头55也可以采用其他的空心面，例如是接近给定半径的圆柱段的多边形表面，这样就能增加接触点的数量。

上述的实施例并不对本发明所要求的保护范围构成任何形式的限制，本发明的权利要求书覆盖了所有的修改和变更。例如可以将连接模块30的两部件31和32结合成一个整体。还可以采用独立的端子，将它固定在连接模块上的一个共同的基座上。可以用不同的方式将连接模块固定到壁12上，例如是在部件31的水平上，或者是通过框架后壁12的内侧来固定。插入式触点的结构可以是各种各样的，例如，每个指都可以绕枢轴转动，或者是采用不同的弹簧。

装配的过程也可以是相反的：将固定端子紧密地固定在断路器上，并且将作为插入式端子的连接端子紧密固定在框架的后壁上。

Claims (9)

1．通过轴向抽出而断开的开关装置上的一种电连接机构，特别是用于一种插入式断路器(20)，其特征是包括：

至少一个固定端子(40)，它包括沿着与抽出轴线相互平行的一条轴线(E-E)延伸的突出部分(42)，其自由端一侧形成一被称为接触面(44)的表面，接触面精确接续一圆柱段的轮廓，圆柱段的轴线(A-A)与突出部分(42)的轴线(E-E)垂直，其开口角度(α)大于π弧度或是180°，

一插入式触点(50)，包括具有一个被称为接触面(51)的固定夹头(55)，接触面(51)的形状是凹槽或是空心状表面的，特别是一种圆柱形状或是具有多边形的横截面，用来与固定端子(40)的接触面(44)相配合，让插入式触点能够绕着固定端子(40)的圆柱轴线(A-A)转动，同时保证由插入式触点(50)施加在固定端子(40)上力的合力的模与插入式触点(50)所采取的角度无关，

插入式夹头(54)，将插入式端子(22)插在插入式夹头(54)之间，而用来与插入式电气端子(22)配合。

2．按照权利要求1的电连接机构，其特征是固定端子(40)的圆柱段在几何形状上通过基本上平行于圆柱轴线(A-A)的槽(46)和每一侧突出部分的中心部位对接，并且构成一个挡块，用来限制插入式触点(50)围绕着圆柱轴线(A-A)的转动。

3．按照前述权利要求之一的电连接机构，其特征是固定端子(40)上包括用来使每个插入式触点沿着圆柱的轴线定位的定位装置(48)。

4．按照权利要求3的电连接机构，其特征是定位装置(48)包括至少一个基本上垂直于圆柱轴线(A-A)的定位边沿(48)。

5．一种电连接组件，包括多个如权利要求1到4之一所述的电连接机构，将它们的固定端子相互电连接。

6．按照权利要求5的电连接组件，其特征是至少有一些固定端子设在彼此的延伸线上，它们的圆柱轴线是相同的。

7．按照权利要求5或6的电连接组件，其特征是至少有一些固定端子是这样布置的，让它们的圆柱轴线相互平行但是不相同。

8．一种断路器(22)，其特征是包括至少一个如前述任何一项权利要求所述的电连接机构或是电连接组件。

9．用于插入式多极断路器(20)的一种外部框架(10)，其特征是包括至少一个如前述任何一项权利要求所述的电连接机构或是电连接组件。

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