CN1231942C - 模制盒式断路器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是形成一种使用直线型触靴导体的电源侧和负荷侧固定触靴，从而减小断流部分的尺寸，并且改变固定触靴和活动触靴的配置结构，从而使当过电流流过时活动触靴可以快速打开。在包括这样一个组合体构成的断流部分的模制盒式断路器中，该组合体包括一绝缘外壳(6)、包含在绝缘壳体(6)内并相互斜角相对设置的电源侧和负荷侧固定触靴(7A)和(7B)、一跨接旋转活动触靴(8)、一触靴保持件(9)以及灭弧装置(10)，电源侧和负荷侧固定触靴由直线型触靴导体构成，以减小断流部分高度H，固定触靴相互平行且相对地垂直设置，使电源侧和负荷侧固定触靴和活动触靴形成一Z形传导路径，由此使活动触靴通过在过电流流过时所施加的电磁斥力驱动并打开。

Description

模制盒式断路器

技术领域

本发明涉及一种模制盒式断路器，尤其涉及装有跨接旋转活动触靴的断流部分的装配结构。

背景技术

首先，图7中示意性地示出了模制盒式断路器的结构。在该图中，标号1表示断路器的主体外壳，2表示断开和闭合把手，3表示一肘杆型断开和闭合机构，4表示过流跳闸装置(根据双金属方法或其它类似的方法)，而5表示一断流部分，该部分包含若干固定触靴、一活动触头以及主电路的灭弧装置，并且该断流部分与断开和闭合机构相连。这种断路器的断开和闭合操作是人们所熟知的，断开和闭合把手2的开/关操作通过断开和闭合机构3使断流部分5的活动触靴打开或闭合。另外，如果当电流传导通过主电路时，过电流的流过使过流跳闸装置4致动，断开和闭合机构3执行一切断操作，使断流部分5的活动触靴打开，由此切断通过主电路的电流。

此处，用于断流部分5的切断方法包括单断法和双断法。在日本专利申请公开Nos.6-028964和6-52777中揭示了双断法的一种实例，其中双断法使用了一种装有一跨接旋转活动触靴的断流部分。这种断路器的结构如图8所示。在此图中，标号6表示断流部分5的绝缘外壳，7A和7B表示电源侧和负荷侧固定触靴，这两种触靴被包含在绝缘外壳6内并且相互对角相对地排列，7a表示设置在各个固定触靴的尖端部分处的一固定触头，8表示一活动触靴，该活动触靴跨接固定触靴7的触头，9表示一转鼓形触靴保持件，该保持件用来保持活动触靴8，而10表示灭弧装置(格栅)，该灭弧装置设置在活动触靴8的各侧上并且被包含在绝缘壳体6内。活动触靴8通过一压力弹簧(拉簧或扭转螺旋弹簧11)施加负荷并保持在位，该压力弹簧松驰地装配在触靴保持件9的内芯中形成的通孔9a中，并且装配在触靴保持件9的内部。电源侧固定触靴7A的一端从绝缘外壳6内抽出，以构成一电源侧端子部分。如图4所示，在绝缘外壳6的顶面侧，负荷侧固定触靴7B的端子部分与过流跳闸装置4的主电路导体相连。

此外，在示出的结构中，各个固定触靴7A和7B的尖端部分弯折形成一固定触头7a，这样当诸如短路电流之类的过电流流过主电路时，可以利用施加在固定触靴7A、7B的尖端部分和活动触靴8之间的电磁斥力，在过流跳闸装置4(参见图7)操作之前，基本上立即使活动触靴8打开。此外，各个固定触靴的弯折部分具有一磁轭12，该磁轭可增强作用于在电流切断的过程中固定触头和活动触靴之间产生的电弧上的磁场，由此为灭弧装置10增加电磁弧驱动力。

为了有利于减小模制断路器的尺寸，断流部分5要尽可能做得紧凑。

然而，在图8所示的断流部分的普通结构中，各个电源侧和负荷侧固定触靴7A和7B的尖端部分被弯折成U形，使得在过电流传导通过电路时，能产生驱动和打开活动触靴8所需的电磁斥力。这样，包含固定触靴7A和7B的绝缘外壳6的高度H必须增加，由此导致断流部分5的尺寸增加。

此外，如图9所示，日本专利申请公开号1-166429揭示了一种模制盒式断路器，其中包含在断流部分5的绝缘外壳6内并相互相对斜角设置的固定触靴7A和7B由直线型的触靴导体构成，而跨接旋转活动触靴8位于设置在固定触靴7A和7B的尖端处的两固定触头7a之间。在这种装配结构中，包含在绝缘外壳6内的固定触靴7A和7B的触靴导体是直线型的，由此使得断流部分5的高度H与图8中的结构相比有所减小。另一方面，流过固定触靴7A和7B的电流方向与流过活动触靴8的相同，这样，在各个固定触靴7A、7B和活动触靴8之间不会产生驱动及打开活动触靴所需的较大的电磁斥力。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种模制盒式断路器，在该断路器中，为了消除增加断流部分的高度的要求，电源侧和负荷侧的固定触靴由直线型的固定触靴导体构成，并且在该断路器中修改了固定和活动触靴的配置结构，从而在过电流流过电路时，可产生驱动和打开活动触靴所需的较大的电磁斥力。

为了达到此目的，本发明提供了一种包括断流部分的模制盒式断路器，其中的断流部分由绝缘外壳组件构成，该绝缘外壳组件包括：灭弧装置、包括在外壳内并相互对角排列的一电源侧固定触靴和一负荷侧固定触靴，在固定触靴之间延伸的跨接活动触靴以及用于相对于断路器的一断开和闭合机构来保持并连接活动触靴和一压力弹簧的一转动触靴保持件，活动触靴通过当过电流流动时所产生的电磁斥力打开，其中，电源侧和负荷侧固定触靴的触靴导体基本呈直线型的，并且通过活动触靴相互平行且相对地排列，并且电源侧和负荷侧固定触靴以及跨接设置在固定触靴的导体尖端部分的定触头的活动触靴装配在一起形成一Z形传导路径。

根据这种结构，固定触靴由直线型触靴导体构成，由此与使用U形固定触靴的普通结构相比，断流部分的高度得以减小。此外，当电流传导通过断路器时，流过电源侧和负荷侧固定触靴的电流方向与流过跨接活动触靴的电流方向相反。因此，如果有过电流流过电路，作为力偶的较大的电磁斥力会在电源侧固定触靴的尖端部分和活动触靴之间以及负荷侧固定触靴和活动触靴之间产生。这种电磁斥力可以用作驱动并打开活动触靴的驱动扭矩。

此外，根据本发明，为了进一步改善活动触靴的打开操作和切断性能，以上述结构为基础，可以执行下列特定策略：

(1)一磁轭设置在围绕每一个电源侧和负荷侧固定触靴的尖端部分的区域中，由此可增强作用在活动触靴上的磁场以使电磁斥力增加。在这种情况下，作用于在电流切断过程中在固定和活动触靴的触头之间产生的电弧上的磁场得以增加，从而使电磁电弧驱动力增加，由此使电弧引向相应的灭弧装置。

(2)每一个电源侧和负荷侧固定触靴的尖端部分倾斜离开活动触靴，这样在尖端部分和活动触靴之间产生电磁斥力可有效地用作使活动触靴围绕其转动中心转动所需的驱动扭矩。

(3)每一个电源侧和负荷侧固定触靴的尖端部分设置得比其中位于尖端部分之后的导体窄，这样，可以使电流集中以增强在尖端部分的周围区域中产生的磁场，从而增加作用在活动触靴上的电磁斥力。在这种情况下，比尖端部分宽的触靴导体部分吸收并放射由于电流切断而在接触部分中产生的热量，从而防止位于固定触靴后端的端子部分的温度增加超过允许值。

(4)一磁屏蔽构件设置在与每一个电源侧和负荷侧固定触靴的尖端部分相对的区域中，而该固定触靴的尖端部分经过活动触靴与另一固定触靴相对。这种结构在活动触靴的转动路径中可以防止以阻碍活动触靴打开方向作用的磁场的形成。

(5)每一个电源侧和负荷侧固定触靴的尖端部分具有沿其中纵向的触靴导体以及在与另一固定触靴的尖端部分相对设置的区域中形成的裂缝状空隙，该裂缝将传导路径划分成两横向部分。这样，在各个导体的周边区域中产生的磁场会散开，从而如(4)中那样，可以抑制以阻碍活动触靴打开方向作用的电磁斥力。

(6)一热气排出口开在断流部分的绝缘外壳的各个电源侧和负荷侧端面中，从而使该排出口垂直延伸向从绝缘外壳抽出的相应的固定触靴的触靴导体并从触靴延伸出。由此，可以防止由于较大电流切断时而产生的电弧在断流部分的绝缘外壳内产生的热气直接吹靠着从绝缘外壳抽出的各个固定触靴的导体以及导体的周边，从而防止由此产生的极间跳火现象出现。

(7)沿绝缘外壳的底面设置的固定触靴的端子部分弯曲成U形，并从绝缘外壳的一端面处抽出。这样，可以防止由于流过触靴导体的电流而在端子部分的周边区域中产生的磁场抑制电弧延伸，而该电弧是在电流切断过程中在固定和活动触靴之间产生的，由此可确保较高的切断性能。

附图说明

图1为示出了与本发明的实例1相应的断流部分结构的示意图；图1(a)为示出了该断流部分的内部机构结构的侧视图；图1(b)为图1(a)中的固定触靴的平面图；以及图1(c)为沿图1(a)中线X-X截取的截面图。

图2为示出了与本发明的实例2相应的断流部分结构的示意图；图2(a)为示出了该断流部分的内部机构结构的侧视图；图2(b)为图2(a)中的固定触靴的平面图；以及图2(c)为沿图2(a)中线X-X截取的截面图。

图3为示出了与本发明的实例3相应的结构的示意图；图3(a)为固定触靴的平面图；以及图3(b)为磁场分布的示意图。

图4为示出了与本发明的实例4相应的断流部分结构的截面图。

图5为示出了与本发明的实例4相应的断流部分结构的截面图，但该图与图4有所不同。

图6为示出了与本发明的实例5相应的断流部分结构的截面图。

图7为示出了一模制盒式断路器的结构的示意图。

图8为示出了图7中的一普通断流部分的结构的截面图。

图9为示出了与图8不同的另一种普通断流部分实例的结构的截面图。

标号描述

1    断路器的主体外壳

2     断流部分

6     绝缘外壳

6a    热气排出口

7A    电源侧固定触靴

7B    负荷侧固定触靴

7a    固定触头

7b    裂缝状空隙

7c    尖端部分

7e    端子部分

7e-1  端子部分的U形弯折部分

8     活动触靴

9     触靴保持件

10    灭弧装置

11    压力弹簧

12    磁轭

13    磁屏蔽构件

O     活动触靴的旋转中心

θ    固定触靴的尖端部分的倾角

F     打开活动触靴的电磁斥力

具体实施方式

以下，将参照图1到图6描述本发明的实施例。在各实例的图中，与图8和图9相同的组件以相同的标号表示，并省略对它们的描述。

实例1

图1(a)到图1(c)示出了与权利要求1到4相应的实例。在该实例中，电源侧和负荷侧固定触靴7A和7B被包含在断流部分5的绝缘外壳6内，而这两种触靴7A、7B由基本直线型的触靴导体构成，并且经过旋转活动触靴8相互平行且相对地设置。也就是说，从外壳左侧拉到绝缘外壳7的底面侧的电源侧触靴7A具有一尖端部分7c，该尖端部分设有一固定触头7a并且超过保持在转鼓形触靴保持件9中的活动触靴8的旋转中心O向定位于绝缘外壳6左侧的灭弧装置10附近延伸。另一方面，从外壳右侧拉到绝缘外壳7的顶面侧的负荷侧触靴7B具有一尖端部分，该尖端部分超过活动触靴8的旋转中心O向定位于绝缘外壳6右侧的灭弧装置10附近延伸。固定触靴7A和7B以及活动触靴8形成了一Z形的传导路径，该传导路径斜角设置，从而跨接固定触靴7A和7B的固触头7a。

这里，设有固定触头7a的固定触靴7A和7B中的每一个的尖端部分7c倾斜离开活动触靴8(倾角θ)，而位于尖端部分7c内的导体的宽度d比位于尖端部分7c后方的固定触靴区域中的导体宽度D小。在这点上，标号7d表示一电弧产生部分(电弧触角)，它从固定触头7a的位置向相应的灭弧装置10延伸，标号10a表示产生的电弧。图1(b)为电源侧固定触靴7A的平面图，而负荷侧固定触靴7B设有类似结构。

另外，一U形磁轭12装配在绝缘外壳6上，从而围绕各个固定触靴7A、7B的尖端部分7a的后侧、右侧和左侧，由此在电流切断过程中增加作用在固定触头和活动触靴之间产生的电弧上的磁场，从而增加使电弧延伸到相应的灭弧装置10所需的电弧驱动力。为了减小涡流损失，磁轭12由一叠置的薄钢片构成。

根据这种结构，位于绝缘外壳6内的各个固定触靴7A、7B的触靴导体是直线型的，由此使断流部分6的高度H与图8中的普通结构相比有所减少，而该图8的普通结构中，各个固定触靴7A、7B的尖端部分是被弯折成U形的。此外，传导通过断流部分5的主电路电流流过Z形传导路径，而该传导路径如图中箭头i所示是由固定触靴7A、7B和活动触靴8构成的。在这种传导路径上，流过该部分的电流的方向i在各个固定触靴7A、7B的尖端部分7c和活动触靴8的各端之间反向，这样基于和图8中的U形固定触靴相类似的原理，该电流可在各个固定触靴7A、7B和活动触靴8之间产生电磁斥力F。这样，如图8和图9中的结构那样，活动触靴8通过装配在触靴保持件9上的一压力弹簧施加负荷并闭合。因此，随着额定电流和较小的过电流不会产生较大的电磁斥力，由此可防止活动触靴8打开。相反，如果如短路电路(该电流大于额定电流的10到20倍)之类过度的电流流过，电磁弹性F将克服压力弹簧的弹力，由此驱动活动触靴8围绕转动中心O逆时针转动以使其打开。另外，由于通过固定和活动触靴的电流而在围绕活动触靴8的区域中产生的磁场得以增加，从而增加电磁弧驱动力，由此使由于活动触靴8打开而在固定和活动触靴之间产生的切断电流的电弧向相应的灭弧装置10延伸并被驱动，使电弧在该灭弧装置处被熄灭。

在这种情况下，如上所述，使各个固定触靴7A、7B的尖端部分7c倾斜离开活动触靴8，作为打开驱动扭矩的电磁斥力可以进一步有效地施加在活动触靴8上。另外，各个固定触靴7A、7B的尖端部分7c中的导体具有较小的宽度d，而集中电流被传导通过该尖端部分，这样在围绕尖端部分的区域中产生并作用在活动触靴8上的磁场可以增强，这样可使较大的电磁斥力作用在活动触靴8上。

实例2

图2(a)到图3(c)示出了与本发明权利要求5相应的实例。在该实例中，除图1中所示的结构之外，额外地在各个电源侧和负荷侧固定触靴7A、7B内安装了一个磁屏蔽构件13，这样，在磁屏蔽构件13和活动触靴8之间的区域可以被磁屏蔽。此处，用于电源侧固定触靴7A的磁屏蔽构件13位于与负荷侧固定触靴7B的尖端部分7c相对设置的一个区域中，而固定触靴7B的尖端部分7c通过活动触靴8与电源侧固定触靴7A相对设置。用于负荷侧固定触靴7B的磁屏蔽构件13位于与电源侧固定触靴7A的尖端部分7c相对设置的一个区域中，而电源侧固定触靴7A的尖端部分7c与负荷侧固定触靴7B相对设置。图2(b)为电源侧固定触靴7A的平面图，而负荷侧固定触靴7B的结构与此类似。

以如上所述的结构，如图2(a)所示，在活动触靴8打开的位置中，即使当位于各相对端部的活动触靴8的接触部分闭合到各个固定触靴7A、7B的导体的中间部分时，活动触靴8也不会受到防碍其打开的磁效应的作用。也就是说，不具有磁屏蔽构件13，传导电流会在活动触靴8的右侧端和负荷侧固定触靴7B的触靴导体之间以及活动触靴8的左侧端和电源侧固定触靴7B的触靴导体之间产生电磁斥力F，其中固定触靴7B与活动触靴8相对地设置在其上方，而固定触靴7A与活动触靴8相对地设置在其下方。这样，会防碍活动触靴8打开。另外，在磁效应的作用下，还会防碍在活动和固定触靴之间产生的电弧驱向于灭弧装置10。

通过如所示出的实例那样设置磁屏蔽构件13，磁屏蔽效应可减少防碍活动触靴8打开的电磁斥力f的产生，以及减少防碍在触靴之间产生的电弧的延伸和驱动的电磁力。这可以防止在打开操作过程中活动触靴8的打开速度减慢。这样，如图1所示，活动触靴8可以受到过电流所产生的电磁斥力而毫无停顿地打开，由此增强断路器的切断性能。

实例3

图3(a)到图3(b)示出了与本发明的权利要求6相应的一应用实例。在该实例中，每一个固定触靴7A和7B具有一裂缝状空隙7b，该空隙沿其纵向形成在触靴导体的中间部分(即图2的实例中设置磁屏蔽构件13的区域)，该空隙将传导路径划分成两个横向部分。这样，如图3(b)所示，传导电流i被用于使在围绕导体的区域中产生的磁场横向散开，由此使以阻止活动触靴8打开方向施加的电磁斥力减小。这可以产生与实施例2相同的效应，以确保较高的切断性能。

实例4

图4和图5示出了与本发明的权利要求7相应的实例。在该实例中，在绝缘外壳6的各个电源侧和负荷侧端面(图中的右和左端面)中开有热气排出口6a(通过该开口可以向外界排出在电流切断过程中由于电弧而在绝缘壳体内产生的热气)，这些排出口其特点如下：

热气排出口6a打开在一垂直气体偏转壁6b的内侧上，而该偏转壁6b沿绝缘外壳6的相应的端面形成，从而使排出口垂直地延伸向相应的电源侧和负荷侧固定触靴7A和7B的触靴导体并从此处延伸出，而固定触靴7A、7B分别位于绝缘外壳6的底面和顶面并从相的外壳端面抽出。如图7所示，标号7e表示各个固定触靴7A和7B的端子部分，电源侧固定触靴7A的端子部分7e被折叠成L形，并且抽出至断路器主体外壳1的端子部分。相反，负荷侧固定触靴7B的端子部分7e直线抽出，并与图7中的过流跳闸装置4相连。

另外，在图4的实例中，热气排出口6a在活动触靴8的打开侧开口，而在图5的实例中，电源侧热气排出口6a在活动触靴8的闭合侧开口，从而使其与固定触靴7A的端子部分7e间隔开。

以这种结构，在电流切断过程中由电弧而在绝缘外壳6内产生的热气(热气包含导电成份，例如由于电弧而从接触构件产生的金属蒸汽或离子)从灭弧装置10中吹出，并且而后热气的方向改变为如图中箭头所示的垂直状态。这样，该气体从固定触靴7A和7B通过排气排出口6a排出。这样可以防止热气直接吹抵从绝缘壳体6抽出的固定触靴7A和7B的触靴导体，由此使端子部分7e以及它们周边高度电气绝缘，而不会受到热气的影响。

相反，在普通结构中，热气排出口简单地开在绝缘外壳的各个端面中，这样热气可以吹抵固定触靴的端子部分和它们的周边，从而会引起极间跳火。

实例5

图6示出了与本发明权利要求8相应的一实例。在该实例中，对于包含在断流部分5的绝缘外壳6内的固定触靴7A、7B之一，即，如图6所示，对于位于绝缘外壳6的底面侧上的电源侧固定触靴7A，从绝缘外壳6中抽出的触靴导体弯曲成U形，以形成端子部分7e，这样垂直上升的触靴导体的U形弯折部分7e-1延伸到端子部分7e外侧。

相反，在上述的图8或实例4中示出的普通断路器中，从绝缘外壳6的各端面抽出的固定触靴7A的端子7e弯折成L形，使其沿外壳端面延伸。

此处，电磁力被认为是作用在磁场和电弧之间的，其中磁场是由通过触靴导体流动的电流而产生在围绕固定触靴7A的触靴导体的区域中的，而其中的电弧是在电流切断过程中在固定和活动触靴之间产生的。在普通的结构中，延伸至灭弧装置10的电弧接近触靴导体，该电弧沿着绝缘外壳6的端面延伸，这样该电弧会受到磁场的严重影响。在这种情况下，流过触靴导体的上升部分(垂直部分)的电流方向与电弧电流相反，这样根据弗莱明左手法则，磁场会阻止电弧延伸并且将电弧推向触头。

相反，在如图6所示的将从绝缘外壳6抽出的固定触靴7A的触靴导体弯成U形来形成端子部分7e的结构中，电流以与电弧电流相反的方向流过U型弯折部分7e-1的垂直导体部分之间的距离D，并且在触头之间延伸的电弧比普通结构中的更大。这样可以减小由于流过U形折叠部分7e-1的触靴导体的电流而围绕该触靴导体产生的磁场对电弧产造成的影响(作用在电弧上的磁场强度与离触靴导体的距离D成反比)。由此，可以减小阻碍电弧延伸的电磁力，从而确保较佳的切断性能。

以上所述的实例1到5的结构都可以单独起作用，但通过共同使用这些结构，可以进一步增强模制盒式断路器的性能。经过本发明人所作的磁场分析以及实验，活动触靴的电磁斥力和电弧驱动力的所得到的增强已被充分理解和证明。

发明效果

如上所述，根据本发明的结构，在由电源侧和负荷侧固定触靴以及一跨接旋转活动触靴的结合体构成的模制盒式断路器的断流部分中，电源侧和负荷侧固定触靴的触靴导体基本呈直线型，并且通过活动触靴相互平行且相对设置，电源侧和负荷侧固定触靴以及跨接定位在固定触靴的导体的尖端部分处的固定触头的一跨接旋转活动触靴被构造成一种Z形的传导路径。这样，断流部分比使用U形固定触靴的普通结构的要小。

此外，在传导状态中，流过电源侧和负荷侧固定触靴的电流的方向与流过跨接活动触靴的电流相反。因此，如果有过电流流过电路，作为力偶的较大的电磁斥力会在电源侧固定触靴的尖端部分和活动触靴之间以及负荷侧固定触靴和活动触靴之间产生。这种电磁斥力可以用作驱动并打开活动触靴的驱动扭矩，其所能达到的速度与使用U形固定触靴的普通结构一样高。

Claims (6)

1.一种包括断流部分的模制盒式断路器，其中的断流部分由绝缘外壳组件构成，该绝缘外壳组件包括：灭弧装置、包括在外壳内并相互对角排列的一电源侧固定触靴和一负荷侧固定触靴，在固定触靴之间延伸的跨接活动触靴以及一转动触靴保持件，其中保持件可相对于断路器的一断开和闭合机构来保持并连接活动触靴和一压力弹簧，活动触靴通过过电流流动时所产生的电磁斥力打开，该断路器其特征在于，所述电源侧和负荷侧固定触靴的触靴导体是基本呈直线型，并且通过活动触靴相互平行且相对地排列，并且电源侧和负荷侧固定触靴以及跨接设置在固定触靴的导体尖端部分的定触头的活动触靴装配在一起形成一Z形传导路径，每一个电源侧和负荷侧固定触靴的尖端部分设置得比其中位于尖端部分之后的导体窄。

2.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，一磁轭设置在围绕每一个电源侧和负荷侧固定触靴的尖端部分的区域中。

3.如权利要求1或2所述的断路器，其特征在于，每一个电源侧和负荷侧固定触靴的尖端部分倾斜离开活动触靴。

4.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，一磁屏蔽构件设置在与每一个电源侧和负荷侧固定触靴的尖端部分相对的区域中，该固定触靴的尖端部分经过活动触靴与另一固定触靴相对。

5.如权利要求1或2所述的断路器，其特征在于，每一个电源侧和负荷侧固定触靴具有沿其中触靴导体的纵向并且在与另一固定触靴的尖端部分相对设置的区域中形成的裂缝状空隙，该裂缝将传导路径划分成两横向部分。

6.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，沿绝缘外壳的底面设置的固定触靴的端子部分弯曲成U形，并从绝缘外壳的一端面处抽出。

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