CN1340838A - 带有实现弹簧夹的磁感式自动脱扣组件的电路断流器 - Google Patents

Abstract

一种电路断流器包括外壳、在该外壳内的可分离的主触点以及在该外壳内并和这些触点互连的操作机构。一个脱扣机构部署在该外壳内并具有一旦超过预定的电流阈值选择性地生成脱扣操作以使该操作机构断开触点的自动脱扣组件。该自动脱扣组件包括一个磁轭、一个衔铁和一个电端子。该磁轭具有多个在其上定位着该衔铁的头部的各枢轴臂的枢轴支承。一个夹件在垂直于转动地把该衔铁的底部移离该轭和该端子的方向上向该衔铁的头部施加夹力。

Description

带有实现弹簧夹的磁感式自动脱扣组件的电路断流器

本发明一般地涉及电路断流器，并且更具体地涉及这些类型的电路断流器，即它们带有一个包含着用于生成磁感脱扣操作的自动脱扣组件的脱扣机构。

技术上周知模制壳断路器和断流器，作为例子有1985年3月5日颁布给Mrenna等的美国专利4,503,408号和1999年6月8日颁布给Molingowski等的美国专利5,910,760号，这些专利各转让给本申请的受让人并且收录为本文的参考资料。

当判定存在过电流状态时，电路断流器有益地提供自动电路断开(断开触点)。判定是否存在过电流状态的一种方法是提供一个带有自动脱扣组件的脱扣机构，后者对过电流状态产生的磁场起反应。在这种电路断流器中，对该磁场的反应通常是以一个衔铁的移动为形式，其进而启动脱扣操作。衔铁的移动通常是离开或者朝向发出该磁场的一个磁结构，并且可能受到使衔铁偏离该磁结构的一个构件(或多个构件)的影响。该磁结构和一个从其接收电流的一个电端子连接。

在现有技术中，为了提供上述的使该衔铁偏离该磁结构有时在该自动脱扣组件中实现一个压力弹簧。如果存在一种更容易和更低廉的提供这种偏离的方式应是有好处的。

本发明提供一种满足所有上面确定的需要的电路断流器。

依据本发明提供一种电路断流器，它包括一个外壳、部署在该外壳内的可分离的主触点以及一个部署在该外壳内的并且和这些触点互连的操作机构。还提供一个部署在该外壳内的和具有一个自动脱扣组件的脱扣机构，该自动脱扣组件选择性地生成脱扣操作以便一旦在预定的电流阈值下使该操作机构断开这些触点。该自动脱扣组件包括一个磁轭、一个衔铁和一个电端子。该磁轭具有多个在其上定位着该衔铁的头部的各枢轴臂的枢轴支承。该组件还包括一个夹件，后者在垂直于转动地把该衔铁的底部移离该轭和该端子的方向上对该衔铁的头部施加夹紧力。

通过在参考各附图阅读下述对优选实施例的说明本发明的这些和其它目的和优点将变为清楚。

图1是体现本发明的模制壳断路器的立体图。

图2是图1的电路断流器的内部部分的侧视图。

图3是图1的电路断流器的脱扣机构的自动脱扣组件的立体图。

图4是图3中示出的自动脱扣组件的另一立体图。

图5是图3中示出的自动脱扣组件的磁轭的立体图。

图6是图3中示出的自动脱扣组件的磁轭的另一立体图。

图7是图3中示出的自动脱扣组件的双金属片的立体图。

图8是图3中示出的自动脱扣组件的衔铁的立体图。

图9是图3中示出的自动脱扣组件的负载端子的立体图。

图10是图3中示出的自动脱扣组件的负载端子的另一立体图。

图11是图3中示出的自动脱扣组件的弹簧夹的立体图。

图12是图3中示出的自动脱扣组件的弹簧夹的另一立体图。

现参照各图尤其是图1，图1中示出模制壳断路器10。可在美国专利申请序列号09/385,111和美国专利申请序列号09/385,566中得到对断路器10的总结构和操作的详细说明，这两份公开都由本文收录为参考资料。简言之，断路器10包括一个机械上和盖14互连的基座12以形成断路器外壳15。盖14包括一个手柄开口22，在手柄开口22中伸出一个按常规方式使用的以便手动地断开和接通断路器10的触点组以及在处于脱扣状态下时复位断路器10的手柄24。手柄24还可提供断路器10的状态指示，从而手柄24的位置对应于盖14上手柄开口22附近处的一个图注牌(未示出)，该图注牌清楚地表明断路器10为通(触点接通)或断(触点断开)还是脱扣(例如由于过电流状态触点断开)。在基座12上还示出一个隔离和保护一个负载端子(未示出)的负载导体开口26。虽然是按单相断路器描述断路器10的，本发明不受限于单相操作。

现参照图2，部分断开和部分剖开的侧视纵断面示出断路器14具有负载端子28和线端子29。图中示出一个由槽式(slot)马达组件32和灭弧组件34组成的等离子弧加速腔30。还示出一个触点组件36、一个操作结构38以及一个包括可转动脱扣棒组件190和自动脱扣组件250的脱扣机构40。

触点组件36包括一个在其上支持着一个可移动触点52的可移动触点臂50以及一个在其上支持一个固定触点56的固定触点臂54。固定触点臂54电气上和线端子29连接，而可移动触点臂50电气上和负载端子28连接。还示出一个十字组件60，其横贯断路器10的宽度并且可转动地部署在基座12的内部部分中。操作机构38的驱动导致十字组件60和可移动触点臂50转入或转出一个使可移动触点移入或移出与固定触点56电连续的位置的位置。

操作机构38包括一个手柄臂或手柄组件70(和手柄24连接)、一个构形板或板架72、一个上肘节连杆74、一个互连式下肘节连杆76以及一个互连上肘节连杆74和板架72的上肘节连杆枢轴销78。下肘节连杆76通过中间肘节连杆枢轴销80枢轴地和上肘节连杆74互连，并且在枢轴销64处和十字组件60互连。设置板架枢轴销82，其横向地和可转动地部署在平行间隔的操作机构支持件或侧板84之间。通过板架枢轴销82板架72自由转动(在一定范围内)。主止动棒88横向地部署在侧板84之间。并对板架72的逆时针运动提供限制。

在图2中，操作机构38示成处于电流断路器10的“通”位置。在该位置下，触点52和56是闭合的(彼此接触)，从而电流可从负载端子28流过线端子29。

假定在某些情况下操作机构38处于断路器10的“脱扣”位置。“脱扣”位置和脱扣机构40因在负载导体28和线导体29之间流过的电流幅值的热或磁引入的反应造成的断路器10的自动断开有关(手动进行脱扣操作例外)。下面详细说明脱扣机构40的操作。出于本文的用途，诸如幅值超过预定阈值的负载电流的情况将造成脱扣机构40使脱扣棒组件190顺时针转动(克服相反方向中的弹簧力偏置组件190)并且离开中间闩90。闩90的打开释放板架72(其原先保持在闩开口区94的下部中)并且使板架72在手柄组件70的顶部和中间肘节连杆枢轴销80之间相互影响的拉簧组(未示出)的影响下逆时针转动。对肘节连接布局造成的瓦解使枢轴销64顺时钟和向上地转动，进而造成十字组件60类似地转动。十字组件60的转动使可移动触点臂50顺时针运动，造成触点52和56的分离。

断路器10包括自动热和磁脱扣操作，这些操作使脱扣棒组件190顺时针方向转动从而释放板架72。位于脱扣棒组件190附近的脱扣机构40的自动脱扣组件250使得能提供这些脱扣操作。

现在一并参照图3-12，其中隔离地示出自动脱扣组件250以及它的各构件。组件250包括一个磁轭252、一个双金属片254、一个磁舌或衔铁256、一个负载端子28以及一个弹簧夹或弹簧夹子400。磁轭252(图5和图6)包括一个带有底部258A的基本上平面的部分258。具有前表面260A和262A的曲臂和翼260和262从部分258上凸起。臂260和262的顶部处是枢轴支承264和266，后二者各带有磁舌256在其上转动的枢轴面268和270，如下面说明那样。枢轴支承264包括一个帮助定义枢轴表面268的前档脊或凸面263，而枢轴支承266包括一个向下的端面挡块或凸起265。枢轴支承264和266各包括一个帮助定义枢轴表面268和270的尾档凸起267。轭252还包括一个肩部272，在其上定位负载端子28的一部分，如后面说明那样。另外，在基本为平面的部分258上形成穿过它的多个孔或开口274，用于下面说明的目的。该示范实施例的轭252是用厚度约为0.078英寸的碳钢材料做成的。

双金属片254(图7)是平的、形状大致为矩形并包括二个形成一个颈部284的切去区280和282，头部286位于颈部284的上面。一个用于后面说明的目的的孔或开口288穿过双金属片254的底部287。按业内人士周知那样构造双金属片254，从而在某温度之上底部287以常规方式弯曲。

磁舌256(图8)为平面形状并包括切去区312和314，从而形成肩部313和315、颈部311和头部316。头部316包括水平枢轴部分或臂318A、318B和一个凹槽或凹口320，在该示范实施例中该凹口320是圆形的并且大致定位于邻近臂318A。在替代的实施例中，凹口320可位于头部316中的其它处、可为不同的形状并且可以是孔或开口。肩部315的外角包括一个倒角区或切去区317。舌256包括底部319，在该示范实施例中用碳钢材料制成。

负载端子28(图9和图10)包括一个大致平面的部分290，从部分290以大约垂直的方式凸起一个底连接件部分292，后者借助自固定垫圈的诸如既提供物理连接又提供电气连接的连接部件和电路的外输入端连接。位于端子28的另一端处的是一个大致平面的顶部区296，其通过弯曲区298偏离部分290。平面区296包括一个凹槽或凹口299，在该示范实施例中后者为圆形并且和区296的左侧相比更靠近右侧(当在图10中观察时)。在替代的实施例中，凹口299可位于平面区296的其它处、可为不同的形状并且可以是孔或开口。一些孔或开口300形成为穿过部分290。

在该示范实施例中弹簧夹400(图11和12)是由剖面为圆形直径基本一致(.030至.040英寸，取决于所需的磁断路额定值，如后面说明)的不锈钢(在该优选实施例中为17-7不锈钢，因其耐高温性能)。在替代的实施例中弹簧夹400可用其它剖面形状和直接以及其它适当材料(最好是高温材料)实现。夹400由大致直的杆402、404和406构成，在该示范实施例中各杆长度大致相同。通过受拉肘管408A杆402和杆404连接，并通过受拉肘管408A杆404和杆406连接。夹400还包括通过端部肘管412A和杆402连接的端410以及通过端部肘管412B和杆406连接的端414。端410的尺寸和形状与舌256的凹口320对应，而端414的尺寸和形状与负载端子28的凹口299对应。如在图12中最佳看出那样，该示范实施例的受拉肘管408A形状为在不对夹400施加外力时使杆402和杆404之间的角度保持在小于90度。类似地，该示范实施例的受拉肘管408B形状为在不对夹400施加外力时使杆406和杆404之间的角度保持在小于90度。在替代的实施例中可保持其它角度。

图3和图4示出装配形式下的自动脱扣组件250。双金属片254的颈部284定位在轭252的臂260和262之间，从而双金属片254大致平行于轭252的部分258(但不接触)。出于下面讨论的原因，螺杆255示成部分地旋入双金属片254的底部287中的开口288的一侧中。通过常规热焊接或钎接焊工艺，双金属片254的头部286和负载端子28的顶部区296连接。负载端子28的弯曲区298定位在轭252的肩部272的上方，并且端子28的平面部分290平行于并且和轭252的平面部分258接触。诸如铆钉330的固定件把端子28固定到轭252，这些铆钉300插入到轭252的各个孔274以及端子28的各对应孔300中。磁衔铁256的枢轴臂318定位成和轭252的枢轴面268和270接触(相固定)，以便对舌256提供有限的运动范围，如后面更详细地讨论那样。在断路器10的操作期间，轭252的档件263和档突起267帮助保持枢轴臂318和枢轴面268、270的接触。

弹簧夹400定位成使端410位于磁舌256的凹口320内并且端414位于负载端子28的凹口299内。夹400的尺寸和结构使得上述的对端410和414的定位要求端410和414分离的距离大于它们之间的原始距离。端410和414分离的增加增大杆402、404之间的分离角以及杆406、404之间的分离角，从而使肘管408A和408B处于受拉状态。所产生的拉力具有在朝着双金属片254的头部286的方向上拉磁舌的头部316的趋势，这使舌256在垂直线上以顺时针方式转动移动，从而保持舌256的底部319和磁轭252的前表面260A、262A之间的预定距离。如图3中所见，枢轴支承266的止档或突起265定位成和顺时针转动的舌256接触(在肩部315附近)，定义了舌256转动移动的最大角度。为了节省断路器10中的垂直空间，旋转该示范实施例的夹400，从而肘管408A大致和舌256的枢轴臂318B相邻，并且肘管408B大致和负载端子28的弯曲区298相邻。

当如图2中示出的断路器10中实现时，不论何时在“通”位置下存在过电流状态，自动脱扣组件250操作以使脱扣棒组件190顺时针转动，从而释放板架72引导到“脱扣”位置。在图2中示出的“通”位置下，电流(在下述或相反方向下)从负载端子28通过磁轭252以及双金属片254、从双金属片254的底部287经在其间焊接的导线289(图2中示出)到可移动触点臂、通过闭合的触点52和56以及经固定触点臂54流到线端子29。自动脱扣组件250对流过它的不希望的高电流量起反应提供热和磁两方面的脱扣操作。

自动脱扣组件250的热脱扣操作是由双金属片254对流过它的电流起反应造成的。双金属片254的温度和电流幅值成正比。随着电流幅值的增加，双金属片254中的热积累具有使底部287向左弯曲(如在图2中观察)的趋势。当不存在过电流状态时，该弯曲极小。然而，在某预定的电流值之上时，双金属片254的温度会超过阈值温度，从而双金属片254的弯曲使底部287和脱扣棒组件190的热脱扣棒或件194(图2)接触。该接触迫使组件190在顺时针方向上转动，从而释放板架72引到“脱扣”位置。通过改变双金属片254的尺寸和/或形状可按常规方式调整产生这种热脱扣操作的预定电流值(过电流)。此外，通过选择性地把螺杆更多地旋入开口288从而它某种程度穿过双金属片254的另一侧(朝向热脱扣件194)可达到调整。如此突出下，螺杆255定位成当双金属片254弯曲时其更容易和热脱扣件194接触(从而转动组件190)，从而可选地减小为造成热脱扣操作所需的弯曲量。

自动脱扣组件250还提供磁脱扣操作。随着电流流过磁轭252，建立一个强度和电流幅值成正比的磁场。该磁场产生一个趋于把磁舌256拉向轭252的前表面260A和262A的吸引力。当不存在过电流状态时，弹簧夹400提供的拉力阻止舌256的任何实质性转动。然而，在超过预定电流值下，建立一个克服弹簧夹拉力的阈值磁场，其使夹400的两端410和414进一步分离并且强迫地使舌256的底部319逆时针转向轭252的前表面260A和262A。在该转动期间，舌256的底部319和磁脱扣棒或件196接触，如图2中所示件196部分地位于舌256和轭252的前表面260A、262A之间。该接触明显地使脱扣棒196的该端在轭252的弯曲臂260和262之间移动，从而迫使脱扣棒组件190顺时针转动。这导致到达“脱扣”位置。如热脱扣操作一样，可以调整造成磁脱扣操作的预定电流值。可以通过实现不同尺寸或不同构形的弹簧夹400从而减小或增大弹簧夹拉力实现调整。

尽管在上面的示范实施例中弹簧夹400的端414和负载端子28接，在替代实施例可替代地和断路器10内的其它固体结构例如外壳15的一部分接触。

本发明的弹簧夹提供一种方便低廉使衔铁偏离磁轭的方法。尽管在一定程度的特殊性下说明了本发明的该优选实施例，在不背离下面要求的本发明的精神和范围可对形式和细节做出各种修改。

Claims (10)

1.一种电路断流器，包括：

一个外壳；

所述外壳内可分离的主触点；

一个所述外壳内的并和所述可分离的主触点互连的操作机构；以及

一个所述外壳内的和具有一个用于一旦超过预定的电流阈值选择性地生成脱扣操作以使所述操作机构断开所述触点的自动脱扣组件的脱扣机构，所述组件包括一个磁轭、一个衔铁和一个电端子，所述磁轭包括多个在其上定位着所述衔铁的头部的各枢轴臂的枢轴支承，所述组件还包括一个对所述衔铁的所述头部在垂直于转动地把所述衔铁的底部移离所述轭和所述端子的方向上施加夹力的夹件。

2.权利要求1中所述的电路断流器，其中所述夹件包括第一端和第二端，所述衔铁的所述头部包括一个和所述夹件的所述第一端接触的第一接触区，并且所述电端子包括一个和所述夹件的所述第二端接触的第二接触区。

3.权利要求2中所述的电路断流器，其中所述第一接触区和所述第二接触区各是一个凹口。

4.权利要求2中所述的电路断流器，其中所述第一接触区和所述第二接触区各是一个开口。

5.权利要求2中所述的电路断流器，其中所述夹件的所述第一端和所述第二端彼此向内地弯曲。

6.权利要求1中所述的电路断流器，其中所述夹件大致为U形。

7.一种电路断流器，包括：

一个外壳；

所述外壳内可分离的主触点；

一个所述外壳内的并和所述可分离的主触点互连的操作机构；以及

一个所述外壳内的和具有一个用于一旦超过预定的电流阈值选择性地生成脱扣操作以使所述操作机构断开所述触点的自动脱扣组件的脱扣机构，所述组件包括一个磁轭、一个衔铁和一个电端子，所述磁轭包括多个在其上定位着所述衔铁的头部的各枢轴臂的枢轴支承，所述衔铁的所述头部具有第一接触凹口，所述电端子具有第二接触凹口，所述组件还包括一个具有定位在所述第一接触凹口内的第一端和定位在所述第二接触凹口内的第二端的弹簧夹，所述弹簧夹在垂直于转动地把所述衔铁的底部移离所述轭和所述端子的方向上对所述衔铁的所述头部施加夹力。

8.权利要求7中所述的电路断流器，其中所述弹簧夹的所述第一端和所述第二端彼此向内地弯曲。

9.权利要求7中所述的电路断流器，其中所述弹簧夹大致为U型。

10.一种电路断流器，包括：

一个外壳；

所述外壳内可分离的主触点；

一个所述外壳内的并和所述可分离的主触点互连的操作机构；以及

一个所述外壳内的和具有一个用于一旦超过预定的电流阈值选择性地生成脱扣操作以使所述操作机构断开所述触点的自动脱扣组件装置的脱扣机构装置，所述组件装置包括一个磁装置、一个衔铁装置和一个电端子，所述磁装置包括多个在其上定位着所述衔铁装置的头部的枢轴装置的枢轴支承，所述组件装置还包括一个在垂直于转动地把所述衔铁装置的底部移离所述磁装置和所述端子的方向上对所述衔铁装置的所述头部施加夹力的夹紧装置。

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