CN1700385A - 带有延迟机构的电路断路器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改进的电路断路器(4)，其包括一在对自我供电的跳闸单元输入表示电路断路器状态变化的信号之前让跳闸单元变得完全可操作的惯性延时机构(24)。该延时机构包括一惯性元件(56)、一第一弹簧(60)和一第二弹簧(64)，并在电路断路器的操作机构(20)的副轴(36)的转动下被致动。第一弹簧在电路断路器的惯性元件和壳体(8)之间延伸，并从起始位置向终端位置偏压惯性元件。第二弹簧在副轴和惯性元件之间延伸，并在电路断路器处于断开状态时向起始位置偏压惯性元件。第一和第二弹簧对惯性元件的联合作用可通过较小的惯性质量提供延时。

Description

带有延迟机构的电路断路器

技术领域

本发明一般涉及电路断路器，更具体地，涉及一种带有在将电路断路器从断开(OFF)状态转换到接通(ON)状态时稍微迟延致动开关的延迟机构的电路断路器。

背景技术

电路断路器和其它配电设备一般是已知的。一种配电系统通常包括级联结构的电路断路器，该电路断路器提供协调操作，以便在出现故障的条件或其它需要断电的条件下，处于最近的上游位置的电路断路器跳闸。设置这样的系统是为了限制在不受故障或其它条件影响的区域内的断电。

有时，在配电系统中一给定的电路断路器处于断开状态而配电系统中的其它电路断路器处于接通状态。如果将处于断开状态的电路断路器转换至接通状态时故障条件出现例如当电路断路器闭合而出现故障时，最需要使刚转换至接通状态的电路断路器跳闸。因此，在配电系统中的电路断路器通常电子地连接在一起，以便使刚转换至接通状态的电路断路器在这种情况下能够立即跳闸。为了做到这种电子互连，每个电路断路器一般包括一构造成检测电路断路器状态变化，即从断开状态至接通状态的跳闸单元。

这种类型的跳闸单元一般或者从外部被供电，即由一辅助电源系统供电，或者自我供电，即通过使用变流器直接从受保护的电路中引入电流。自我供电的跳闸单元有一个特定的缺点，即它的电子设备直到电路断路器已经转换至接通状态后经过一段短时间才可以完全进行操作。具体地，在将电路断路器转换至接通状态时，电流流经电路断路器的导线，并且变流器引入一些电流从而开始为电子设备供电。电子设备直到电路断路器已经转换至接通状态后才可以操作。因而，自我供电的跳闸单元不能区分其中已处于接通状态的未被供电的有关的电路断路器变成被供电或者有关的电路断路器已处于断开状态并通过转换至接通状态变成被供电的情况。

因而，需要提供一种带有自我供电的跳闸单元的电路断路器，该跳闸单元能区分其中处于接通状态的未被供电的电路断路器变成被供电的第一种情况和其中处于断开状态的断路器通过转换至接通状态变成被供电的第二种情况。这样一种电路断路器优选地包括一提供适当的延迟时间而不需要使用很大惯性质量的惯性延迟机构。

发明内容

一种改进的电路断路器包括一惯性延时机构，该延时结构使得在对自我供电的跳闸单元输入一表示电路断路器状态变化的信号之前该跳闸单元变得完全可操作。该延时机构包括一惯性元件，一第一弹簧和一第二弹簧，并在该电路断路器的操作机构的副轴(中心轴，lay shaft)转动时被致动。第一弹簧在电路断路器的惯性元件和壳体之间延伸，并从起始位置向终端位置偏压惯性元件。第二弹簧在副轴和惯性元件之间延伸，并在电路断路器处于断开状态时向起始位置偏压惯性元件。在将断路器从断开状态转换至接通状态时，副轴从第一位置枢转到第二位置，并在此过程中通过中间位置。当副轴在第一位置和中间位置之间运动时，第二弹簧克服第一弹簧的偏压力并将惯性元件保持在起始位置。在副轴向第二位置运动的过程中通过中间位置之后，第一弹簧克服第二弹簧的任何偏压，从而开始使惯性元件朝终端位置转动，因而为该惯性元件操作的开关提供时间延迟。

因此，本发明的一方面是提供一种带有延迟机构的改进的电路断路器，该延迟机构延迟特定的一段时间后才将表示电路断路器状态变化的(信号)输入跳闸单元。

本发明的另一方面是提供一种带有使用惯性元件的延迟机构的改进的电路断路器。

本发明的另一方面是提供一种带有使用两个弹簧的延迟机构的改进的电路断路器，其中一个弹簧在惯性元件和基本静止的结构例如电路断路器的壳体之间延伸，另一弹簧在惯性元件和可动元件例如副轴之间延伸。

本发明的另一方面是提供一种带有惯性延迟机构的改进的电路断路器，该延迟机构通过提供较小的惯性元件和一对与电路断路器的不同结构相互作用的弹簧来避免使用较大的惯性元件。

本发明的另一方面是提供一种包括一自我供电的跳闸单元的改进的电路断路器，该跳闸单元接收到一被延时的指示该电路断路器的状态从断开状态转变到接通状态的信号。

因此，本发明的一个方面是提供一种可在断开状态和接通状态之间运动的改进的电路断路器。其中，电路断路器的总体特征可以表述为包括一壳体，一组可分离触点，一操作机构，一跳闸单元，一开关和一延迟机构。该可分离触点设置在壳体上。该操作机构设置在壳体上并且可在被致动时在脱离连接位置和连接位置之间移动触点。该操作机构包括一可动结构，该可动结构可移动地设置在壳体上，并且可在与电路断路器的断开状态相对应的第一位置和与电路断路器的接通状态相对应的第二位置之间运动。跳闸单元响应于通过可分离触点的电流以致动该操作机构。该开关向跳闸单元提供输入，并且该开关可在与电路断路器的断开状态相对应的第一状态和与电路断路器的接通状态相对应的第二状态之间转换。延迟机构用于在电路断路器已从断开状态运动到接通状态之后使开关从第一状态到第二状态的运动延迟给定的一段时间。延迟机构包括一惯性元件，一第一弹簧和一第二弹簧。惯性元件可在与电路断路器的断开状态相对应的起始位置和与电路断路器的接通状态相对应的终端位置之间运动，处于起始位置的惯性元件将开关保持在第一状态，处于终端位置的惯性元件允许开关向第二状态运动。第一弹簧在惯性元件和壳体之间延伸，并向终端位置偏压惯性元件。当可动结构处于第一位置时，第二弹簧在可动结构和惯性元件之间延伸，同时当可动结构处于第一位置时，第二弹簧向起始位置偏压惯性元件并克服第一弹簧的偏压力而将惯性元件保持在起始位置。当可动结构处于第一位置和第二位置之间的中间位置时，第一弹簧和第二弹簧的偏压力相等从而保持惯性元件在起始位置内处于平衡状态。当可动结构基本处于该第二位置和位于该中间位置与第二位置之间的位置中的任何一个时，第一弹簧的偏压力克服第二弹簧的任何偏压力并向终端位置偏压惯性元件。

附图说明

当参照附图阅读下面对优选实施例的说明时，将获得对本发明更深的理解，其中：

图1是根据本发明的一改进的电路断路器的示意图；

图2是包括一延迟机构的电路断路器的一部分的立体图；

图3是延迟机构的分解立体图；

图4当电路断路器处于图1和图2概略示出的断开状态时延迟机构的视图；

图5是在电路断路器的副轴处于在电路断路器的断开状态和接通状态之间的中间位置且延迟机构的惯性元件处于起始位置时的延迟机构视图；

图6是副轴处于中间位置和与电路断路器处于接通状态对应的第二位置之间且惯性元件处于起始位置和终端位置之间的延迟机构视图；

图7是副轴处于第二位置而惯性元件处于起始位置和终端位置之间的延迟机构视图；以及

图8是副轴处于第二位置而惯性元件处于终端位置时的延迟机构视图。

在全文中，相同的标号指示相同的部件。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的一改进的电路断路器4。该电路断路器4包括一壳体8，该壳体8承载将电流输送通过电路断路器4的导线12，一组插入在导线12内以便选择性地中断其间流过的电流的可分离触点16和操作触点16的操作机构20。根据本发明，电路断路器4还有利地包括一惯性地延迟致动开关28的延迟机构24，以便对跳闸单元32提供延时输入，即电路断路器4已在如图2和4概略示出的断开状态和图1和8概略示出的接通状态之间的转换。

跳闸单元32包括自我供电的电子设备，即跳闸单元32除了在电路断路器4处于接通状态时流经导线12的电流之外不具有用于其电子设备的辅助的或外部的电源。然而可以理解，即使电路断路器中的跳闸单元还包括辅助电源，也可利用本发明的技术教导。延迟机构24有利地使得跳闸单元32在电路断路器4转换至接通状态之后并在表示电路断路器4状态变化的信号从开关28发送至跳闸单元32之前将变得完全可操作。

图2概略示出壳体8的面板34，此外还示出在其上设置的操作机构20的副轴36。操作机构20还包括在示例性说明的实施例中固定在副轴36上的采取曲柄40形式的可动元件。当电路断路器在断开状态和接通状态之间转换时，曲柄40可通过副轴36绕轴线44枢转而枢转运动。曲柄40包括在其上形成的可与延迟机构24的一部分配合操作的一细长的槽48，这将在下面说明。从图1和图2中可以理解，在壳体8上设置有导线12，可分离触点12，操作机构20，延迟机构24，开关28和跳闸单元32。

从图2和图3中可以理解，壳体8还包括安装在面板34上的安装板52。延迟机构24一般安装在安装板52上。

从图3中可以最清楚地看到，延迟机构24包括一惯性元件56，一第一弹簧60，一第二弹簧64和一枢轴68。枢轴68固定在安装板52上。惯性元件56可枢转地安装在枢轴68上并可绕由枢轴68提供的枢轴线72枢转。从图2中可以理解，该枢轴线72和轴线44互相平行并且间隔开。

从图3中还可以看到，惯性元件56包括一中心部76，从中心部76延伸的延伸部86和同样从中心部76但沿不同方向延伸的底部(foot)84。在示例性说明的实施例中，惯性元件56是一体形成的单个元件，它可以由例如注塑成形的塑料材料形成，当然其它构型和材料也是可以的。

惯性元件56可以在如图4中与电路断路器4的断开状态相对应的起始位置和如图8中与电路断路器4的接通状态相对应的终端位置之间在枢轴68上枢转。惯性元件56的延伸部86包括一末端在凹槽92处的弓形侧面88。该侧面88与开关28接合，以便将该开关保持在如图4-7的第一状态直至惯性元件56处于终端位置，此时侧面88与开关28脱离接触，因而可以允许开关28从第一状态运动到第二状态。该侧面88基本在距离枢轴68一个固定的半径处。

开关28从第一状态到第二状态的运动为跳闸单元32提供了表示电路断路器4状态变化的信号。根据本发明，惯性元件56从如图4和5的起始位置到如图8的终端位置的枢转运动提供了时间的延迟，这将在下面更详细地说明。延伸部86还包括与第二弹簧64以下面将说明的方式配合操作的支承面96。

底部84包括从该处延伸的凸台100，凸台100可以与销104配合操作，以便与第一弹簧60的端部相连。第一弹簧60的相对的一端与一支承夹持件112的柱件108相连。柱件108固定在安装板52上。因而，第一弹簧60大致可以说是在惯性元件56和壳体8之间延伸。第一弹簧60从图4和5的起始位置向如图8的终端位置偏压惯性元件56。在示例性说明的实施例中，笫一弹簧60是一拉伸螺旋弹簧。

第二弹簧64在该示例性的实施例中表现为一具有一体部116，一第一支脚120和一第二支脚124的扭力弹簧。体部116绕惯性元件56的中心部76延伸，因而同样绕枢轴68和枢轴线72延伸。第一支脚120可滑动地容纳在曲柄40的槽48中。第二支脚124可被接纳而靠在延伸部80的支承面96上。从图3可以理解，开关28通过许多在示例性的实施例中表示为螺栓和螺母的紧固件128而固定在安装板52上。

从图4-8中可以理解，副轴36和曲柄40可以在图4中所示的与电路断路器4的断开状态相对应的第一位置和在图7和8中概略示出的与电路断路器4的接通状态相对应的第二位置之间运动。当副轴36处于第一位置时，第二支脚124被接纳而靠在支承面96上，从而第二弹簧64向起始位置偏压惯性元件56。在电路断路器处于断开状态的情况下，第二弹簧64的偏压力克服了第一弹簧60的偏压力，从而将惯性元件保持在起始位置。

当电路断路器从断开状态转换到接通状态时，副轴36在从图4的第一位置运动至图7和8的第二位置时经过如图5的中间位置。而且，由于第二弹簧64的第一支脚120容纳在槽48中并因而与副轴36一起运动，所以随着副轴36从图4的第一位置向图5的中间位置运动，第二弹簧64的偏压力减小。当副轴36到达图5的中间位置时，向起始位置偏压惯性元件56的第二弹簧64的偏压力已减小到等于从起始位置向终端位置偏压惯性元件56的第一弹簧60的偏压力。因此在图5的中间位置，惯性元件56在起始位置处在第一弹簧60的偏压力和第二弹簧64的减小的偏压力之间保持平衡的状态。因而可见，当副轴36已从图4的第一位置枢转到图5的中间位置时，惯性元件56在起始位置仍然保持静止。

从图6可以理解，随着副轴36超过中间位置向第二位置连续枢转，第二弹簧64的偏压力甚至会进一步减小，由此第一弹簧60的偏压力克服第二弹簧64的任何偏压力，开始从起始位置向终端位置移动惯性元件56。在这种情况下，第一弹簧60的反作用偏压力和第二弹簧64的任何偏压力共同形成由第一弹簧60向终端位置偏压惯性元件56的净偏压。惯性元件56的侧面88保持与开关28可滑动地接合，直到惯性元件56基本已经枢转到终端位置，此时，开关28由于接近凹槽92而可以从第一状态转换至第二状态。

带有第一弹簧60和第二弹簧64的延迟机构24的一个优点是能提供较大的时间延迟而不需要提供具有很大的质量惯性矩或极惯性矩的惯性元件56。更确切地说，由惯性元件56提供的时间延迟至少部分来自于作用在较小惯性元件56上的第一弹簧60和第二弹簧64的相互作用。更具体地，通过在示例性实施例中在惯性元件56和壳体8之间操作性地延伸第一弹簧60和通过在惯性元件56和副轴36之间操作性地延伸第二弹簧64，惯性元件56直到副轴36已经运动通过图5的中间位置之后才开始从起始位置运动。

一旦惯性元件56到达图8的终端位置，则底部84接合副轴36，以便阻止惯性元件56的枢转运动。由于延迟机构24有利地构造成具有第一弹簧60和第二弹簧64以及较轻质量的惯性元件56，所以底部84需要较小的阻止惯性元件56的阻止作用力。在这点上，可以理解，惯性元件56以较低的速度和动能运动。这种降低的速度和动能有利于延迟机构24的寿命及其可靠性。

当电路断路器4处于图4的断开状态时，第一弹簧60和第二弹簧64的偏压力基本处于最大值。此外，当电路断路器4在断开状态和接通状态之间运动时，第二弹簧64的体部116绕枢轴线72进而绕枢轴68在如图4概略示出的第一方位和如图8概略示出的第二方位之间枢转。

尽管本发明的具体实施例已经被详细说明，但本领域技术人员可以理解，根据本文所公开的全部技术教导可以对这些细节进行各种变型和修改。因此，所公开的特定设置意味着仅仅是举例说明而不是对发明范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求书和全文以及任何和所有的其等同物给定。

Claims (13)

1.一种可在断开状态和接通状态之间移动的电路断路器(4)，该电路断路器包括：

一壳体(8)；

一组设置在该壳体上的可分离触点(16)；

一设置在该壳体上的操作机构(20)，该操作机构(20)在被致动时可操作以使该触点在一脱离连接位置和一连接位置之间移动，该操作机构包括可动地设置在壳体上的可动结构(40)，该可动结构可在与电路断路器的断开状态相对应的第一位置和与电路断路器的接通状态相对应的第二位置之间运动；

一响应流过该可分离触点的电流以致动该操作机构的跳闸单元(32)；

一为该跳闸单元提供输入的开关(28)，该开关可以在与该断开状态相对应的第一状态和与该接通状态相对应的第二状态之间转换；

一用于在电路断路器已从断开状态运动到接通状态后使开关从第一状态到第二状态的运动延迟一段给定时间的延迟机构(24)；

该延迟机构包括一惯性元件(56)，一第一弹簧(60)和一第二弹簧(64)；

该惯性元件可在与电路断路器的断开状态相对应的起始位置和与电路断路器的接通状态相对应的终端位置之间运动，位于起始位置的惯性元件将该开关保持在第一状态，位于终端位置的惯性元件允许开关向第二状态运动；

该第一弹簧在惯性元件和壳体之间延伸，并向终端位置偏压惯性元件；

当可动结构处于第一位置时，第二弹簧在可动结构和惯性元件之间延伸，并且当可动结构处于第一位置时，第二弹簧向起始位置偏压惯性元件并克服第一弹簧的偏压力，从而将惯性元件保持在起始位置；

当可动结构处于第一位置和第二位置之间的中间位置时，第一弹簧和第二弹簧的偏压力相等，从而使惯性元件在起始位置保持处于平衡状态；以及

当可动结构基本处于第二位置和位于该中间位置与第二位置之间的一个位置中的任何一个时，第一弹簧的偏压力克服第二弹簧的任何偏压力，从而向终端位置偏压惯性元件。

2.根据权利要求1所述的电路断路器，其特征在于，当可动结构处于第一位置和位于中间位置与第一位置之间的一个位置中的任何一个时，第二弹簧在可动结构和惯性元件之间延伸并克服第一弹簧的偏压力从而将惯性元件保持在起始位置。

3.根据权利要求1所述的电路断路器，其特征在于，该惯性元件可在起始位置和终端位置之间绕一枢轴枢转地运动。

4.根据权利要求3所述的电路断路器，其特征在于，该可动元件是一固定在轴(36)上的曲柄(40)，该轴使曲柄在第一和第二位置之间绕轴线(44)枢转。

5.根据权利要求4所述的电路断路器，其特征在于，该第二弹簧是具有一体部(116)、一第一支脚(120)和一第二支脚(124)的扭力弹簧，该体部绕枢轴延伸，第一支脚可与曲柄接合，第二支脚可与惯性元件接合。

6.根据权利要求5所述的电路断路器，其特征在于，该枢轴为惯性元件提供一枢轴线(72)，该枢轴线与该轴线平行且间隔开。

7.根据权利要求6所述的电路断路器，其特征在于，曲柄包括在其中形成的槽(48)，第一支脚可滑动地设置在该槽内。

8.根据权利要求5所述的电路断路器，其特征在于，当电路断路器在断开和接通状态之间运动时，第二弹簧的体部在第一方位和第二方位之间绕枢轴枢转。

9.根据权利要求4所述的电路断路器，其特征在于，惯性元件包括当惯性元件处于终端位置时与该轴接合的底部(84)。

10.根据权利要求1所述的电路断路器，其特征在于，惯性元件包括侧面(88)，该侧面在惯性元件处于起始位置时与开关可滑动地接合以便将开关保持在第一状态。

11.根据权利要求10所述的电路断路器，其特征在于，当惯性元件处于终端位置时，侧面与开关脱离接合以便开关可向第二状态运动。

12.根据权利要求10所述的电路断路器，其特征在于，惯性元件可在起始位置和终端位置之间绕一枢轴(68)枢转运动；以及

该侧面在距离枢轴一个基本固定的半径处。

13.根据权利要求1所述的电路断路器，其特征在于，当电路断路器处于断开状态时，第一弹簧和第二弹簧的偏压力基本处于最大值。

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