CN202423165U - 四断点的模块化断路器的断电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种断电器，其包括至少四对触点。每对触点包括与对应的可动触点接触的静止触点。所述可动触点与转动元件连接。所述转动元件通过偏置元件与驱动元件连接。所述驱动元件转动从而使全部四对触点分开并快速打开电路。根据本实用新型的断路器设计所包含的4对、6对、8对或更多对触点增大了断电速度，而且更快速的断电速度可以得到更坚固且更持久的断路器。

Description

四断点的模块化断路器的断电器

技术领域

本实用新型一般涉及断路器，更具体地涉及每相电带有一个模块化断电器的模块化断路器。

背景技术

断路器的断电器的内部设计限定了它的性能。用于衡量断路器的性能的两个特性包括峰值电流(Ip)和能量积分(I²t)。设计出使这些量值最小化的断路器需要提高性能并且降低断电时间，在其他好处中这可以增加断路器的寿命。

第一种现有技术的断路器包括一对触点，这对触点包括连接至关于固定点转动的臂的可动触点和连接至断路器端子的固定触点。该对触点直到断路器脱开为止一直保持为压在一起，断路器的脱开使该对触点物理上分离，从而阻断电流流过所述断路器。第一种脱开机构很慢且不适于高性能断电。

第二种现有技术的断路器包括操作两对触点的转动叶片。第二种现有技术的断路器的更完整的说明可在Mobleu等人的第4,910,485号美国专利中查阅。虽然第二种现有技术的断路器与具有单触点对的第一种现有技术的断路器相比具有更好的断电性能，但操作两对触点的转动叶片在自身断电性能上受到限制。具体地，为了增大这种断路器的断电性能，可增大转动叶片的半径，从而使可动叶片的惯性急剧增大，这是因为该叶片的惯性与它的半径的平方成比例。这种惯性的急剧增大是不利的，这是因为使叶片从闭合位置移动至脱开位置所需的力也急剧增大，从而导致需要更长的时间量以使电路断开。

实用新型内容

因此，需要一种改进的装置。本实用新型旨在满足一个以上这些需求并解决其他问题。

本实用新型提供了一种用于具有提高了断电速度的断路器的断电器，即，与现有断电器相比在更短的时间量内中断流过断路器的电。本实用新型的断电器包括至少四对触点、转动元件和驱动元件。断电器单元通过保持所述转动元件的半径为恒定而随着惯性的线性增加来增大断电速度。根据本实用新型的断路器设计所包含的4对、6对、8对或更多对触点增大了断电速度，由于更快速的断电速度可导致更坚固且更持久的断路器，所以这是有利的。

本领域的普通技术人员根据参照附图进行的各种实施例和/或方面的详细描述，可清楚地理解本实用新型的上述和其它方面及实施例，附图的简要说明如下。

附图说明

一旦阅读下面的详细说明并参考附图，便可清楚理解本实用新型的上述和其他优点。

图1是根据本实用新型的各个方面的电路中具有断电器单元的断路器的功能框图；

图2A是图1中的断电器单元处于闭合位置的平面图；

图2B是图1中的断电器单元处于中间位置的平面图；以及

图2C是图1中的断电器单元处于脱开位置的平面图。

具体实施方式

尽管将会结合各个方面和/或实施例说明本实用新型，但应当理解的是本实用新型不限于那些特定方面和/或实施例。相反，本实用新型旨在涵盖落入所附权利要求限定的本实用新型的精神和范围之内的所有的变换、等同物和替代方式。

参照图1，示出了包括断路器100的电路50的功能框图。断路器100包括断电器单元110、断路机构150和脱开单元160。断路器100在0伏特与760伏特之间进行处理。其他电压也是可以预想到的，例如，在0伏特与1000伏特之间。断电器单元110包括转动臂组件120和驱动元件或驱动器130。电沿着电路50且经由线路端子102、通过断电器单元110并从负载端子104出去从而穿过断路器100来传导。线路端子102可与诸如公用电网或发电机等电源60电连接。负载端子104可与诸如电灯组件、马达、电器等电负载70电连接。

脱开单元160用于监测电路50的不期望的故障条件，并且响应于检测故障条件引起一连串的机械动作反应，从而使电路50断开。故障条件可例如包括电弧故障、过载、接地故障和短路等。响应于检测故障条件，脱开单元160释放断路机构150，从而使断路机构150对断电器单元110不起作用。断路机构150可例如包括：双金属机构、磁性衔铁机构、电子或电磁机构或者它们的组合。如这里进一步的详细解释，断路机构150将断电器单元110的驱动元件130从闭合位置切换到脱开位置，在切换过程中使转动臂组件120转动。转动臂组件120的转动使四对触点127a-d(图2A-C)分开，这使得电路50断开。

参照图2A，示出了断电器单元110处于闭合位置。在闭合位置处，电流在电路50中通过断电器单元110自由流动到电负载70，也就是说，电路50是闭合的。断电器单元110包括转动臂组件120、驱动元件130和四对触点127a-d。

第一对触点127a～第四对触点127d的每一个包括静止触点128a-d和对应的可动触点129a-d。具体地，第一静止触点128a和第一可动触点129a形成第一对触点127a。同样地，第二静止触点128b和第二可动触点129b形成第二对触点127b，第三静止触点128c和第三可动触点129c形成第三对触点127c，并且第四静止触点128d和第四可动触点129d形成第四对触点127d。

第一静止触点128a与线路端子102连接或一体形成，使得第一静止触点128a与第一可动触点129a电连接。第二静止触点128b与中间端子106的第一端106a连接或一体形成，使得第二静止触点128b与第二可动触点129b电连接。第三静止触点128c与中间端子106的第二端106b连接或一体形成，使得第三静止触点128c与第三可动触点129c电连接。第四静止触点128d与负载端子104连接或一体形成，使得第四静止触点128d与第四可动触点129d电连接。如果需要的话，静止触点128a-d可由与端子102、104、106相同的导电材料制成。如现有技术所知，静止触点128a-d通常相对于断电器单元110的外壳体(未示出)是固定的。

转动臂组件120包括转动元件122和两个导电臂124a，b。转动元件122可以是绕着轴转动的任何形状或形式。如图2A所示，转动元件122处于闭合位置，在该闭合位置处，每个可动触点129a-d基本上与静止触点128a-d的每一个接触。图示的转动元件122具有绕着它的中心轴121转动的大致桶状。转动元件122可由例如塑料、橡胶、不导电金属等电绝缘材料制成。转动元件122包括定位成与驱动元件130配合的两个唇部或表面123a，b。如图2C所示，驱动元件130与一个以上唇部123a，b配合，从而使转动臂组件120在箭头A的方向上转动。唇部123a，b形成于转动元件122中，使得驱动元件130的运动引起转动元件122关于它的中心轴121的转动。

总体上参照图2A-图2C，两个导电臂124a，b牢固地连接至转动元件122，从而使臂124a，b与转动元件122一起转动。臂124a，b可由诸如铜、金等任何导电材料制成。各个臂124a，b具有由角度θ₁限定的大致“L”形状(如图2A所示)。θ₁约为90度，从而使四对触点127a-d相隔约90度。

第一臂124a具有距第一臂124a的弯曲处大约相同距离的第一端125a和第二端126a。同样地，第二臂124b具有距第二臂124b的弯曲处大约相同距离的第一端125b和第二端126b。第一可动触点129a与第一臂124a的第一端125a连接或一体形成，并且第二可动触点129b与第一臂124a的第二端126a连接或一体形成。同样地，第三可动触点129c与第二臂124b的第一端125b连接或一体形成，并且第四可动触点129d与第二臂124b的第二端126b连接或一体形成。

驱动元件130通过两个偏置元件(例如，两个弹簧)135a，b与转动元件122连接。在图2A中，驱动元件130锁定在闭合位置处，偏置元件135a，b被压缩，该偏置元件135a，b偏离和/或迫使可动触点129a-d与对应的静止触点128a-d接触。驱动元件130包括第一连接点131a和第二连接点131b。断路机构150通过连接点131a，b与驱动元件130连接。例如，穿过连接点131a，b而定位的销(未示出)可与断路机构150机械连接。

在平常和/或某些故障条件中，电流从电源60经过电路50流至负载70。线路端子102、中间端子106、负载端子104、两个导电臂124a，b、静止触点128a-d和可动触点129a-d被如此配置，即当驱动元件130处于闭合位置时，使得电通过线路端子102传导至第一静止触点128a和第一可动触点129a，通过第一臂124a传导至第二可动触点129b和第二静止触点128b，通过中间端子106传导至第三静止触点128c和第三可动触点129c，通过第二臂124b传导至第四可动触点129d和第四静止触点128d，并通过负载端子104传导出去。

流过成对触点127a-d的电流能够在各个成对触点127a-d之间生成排斥力，该排斥力趋向于迫使各个触点对分开。在额定电流下，排斥力不够强而难以使各个成对触点127a-d分开，并且难以使电流停止流过成对触点127a-d，这是因为偏置元件135a，b使得各个成对触点127a-d偏离从而被压在一起。本实用新型利用了自然的接触排斥力，从而如现有技术所知在短路条件下有助于快速中断电流。如图2B所示，在短路条件下，作用于断电器单元110上的排斥力能够使四对触点127a-d分离开距离138a-d。排斥力使转动臂组件120沿箭头A的方向转动角度θ₂(如图2B所示)。可以预想到的是，θ₂能够在约0度与15度之间，从而在四个触点对127a-d的每一对之间产生对应的气隙138a-d。

如图2B所示，断电器单元110处于中间位置，这意味着触点对127a-d没有像图2A所示一样完全地靠近在一起且彼此有物理接触。相反，在图2B中，由于上述磁性排斥力而使触点对127a-d分开小的距离，没有中断流过触点对127a-d的电流。如图2A所示，驱动元件130保持在闭合位置；然而，由于排斥力而使转动臂组件120沿箭头A的方向转动，上述转动使偏置元件135a，b进一步压缩。

可在每对触点127a-d之间产生相等的排斥力，从而使每对触点127a-d分开相等距离138a-d。随着成对触点127a-d分开，在每一对成对触点127a-d之间生成电弧电压，并且该电弧电压随着分开距离而增大。当成对触点127a-d之间的电弧电压的总和大于电路50的瞬间电压时，电弧熄灭并且电流中断。四对触点127a-d产生的累积电弧电压比仅具有一对触点的断路器高四倍，所述一对触点被分隔开与四对触点127a-d之间的间隔相等的距离。类似地，四对触点127a-d产生的累积电弧电压比具有两对触点的断路器高两倍，所述两对触点被分隔开与四对触点127a-d之间的间隔相等的距离。因此，本实用新型的断电器单元110使电路50中断的速度比具有一对触点的断电器单元快约四倍，并且比具有两对触点的断电器单元快约两倍。电路的更快速的中断是期望的，因为这可以降低断路器100的峰值电流(Ip)和能量积分(I²t)特性。通过降低断路器100的内部组件(例如触点等)处于故障条件下的时间，峰值电流(Ip)和能量积分(I²t)特性的这种下降可以延长断路器100的寿命。

参照图2A和图2C，驱动元件130处于转动元件122附近，从而驱动元件130关于中心轴121沿箭头A的方向转动。如图所示，驱动元件130在其闭合位置(图2A)与其脱开位置(图2C)之间关于转动元件122的中心轴121转动。在图2A中，断电器单元110处于闭合位置，在该闭合位置处驱动元件130被断路机构150(图1)锁定在位，使得驱动元件130不能自由转动。在断路器100的非短路条件下，电流流过触点对127a-d直到断路机构150被释放为止。然而，响应于用于释放断路机构150的脱开单元160(图1)，断路机构150可以将驱动元件130从其闭合位置(图2A)驱使到其脱开位置(图2C)。沿箭头A的方向将驱动元件130从闭合位置(图2A)切换或转动至脱开位置(图2C)，这使驱动元件130配合或者作用在转动元件122的唇部123a，b上。驱动元件130与转动元件122的唇部123a，b的配合使转动臂组件120关于转动元件122的中心轴121沿箭头A的方向转动。

如图2C所示，转动臂组件120沿箭头A的方向转动角度θ₃。可以想到的是，θ₃可处于约15度与30度之间，但在任何实施方式中，θ₃应足以使得没有电流流过静止触点128a-d与可动触点129a-d之间的气隙。转动臂组件120转过θ₃使各个可动触点129a-d远离对应的静止触点128a-d而运动，从而打开电路50。在脱开位置(图2C)处，驱动元件130被锁定在位，并且偏置元件135a，b基本上未被压缩。操作员借助于连接至断路机构150的手柄(未示出)，例如通过把驱动元件130机械地转回其闭合位置，就能够将断电器单元110复位回闭合位置。

总体上参照图2A-图2C，可选择地，电弧隔板140a-d可在断路器100的壳体(未示出)内与各成对触点127a-d相邻布置。

尽管图示的静止触点128a-d是连接至各个端子102、104、106的单独元件，可以想到的是，静止触点128a-d和各个端子102、104、106由单块材料形成。例如，线路端子102和第一静止触点128a可由相同材料形成。又例如，中间端子106和第二静止触点128b及第三静止触点128c可由单块材料形成。再例如，负载端子104和第四静止触点128d可由相同材料形成。

尽管图示的转动元件122具有大致桶状，可以想到的是，转动元件122可具有其他形状，例如，正方形、矩形、大致“X”形或十字形状、大致“T”形等。

尽管图示的转动元件122具有两个唇部123a，b，可以想到的是，转动元件122可仅包括一个唇部123a或唇部123b，或者两个以上唇部。

尽管图示的驱动元件130具有第一连接点131a和第二连接点131b，可以想到的是，驱动元件130可仅包括一个连接点131a或者131b，或者两个以上连接点。

尽管图示的断电器单元110具有第一偏置元件135a和第二偏置元件135b，可以想到的是，断电器单元110可仅包括一个偏置元件135a或135b，或者两个以上偏置元件。

尽管图示的θ₁约为90度，也可想到其他角度作为θ₁。例如，θ₁可以为30度、45度、60度、75度、105度、135度、150度、180度等。

对于θ₁小于90度的示例(例如45度)，一个以上附加臂可连接至转动元件122。附加臂可包括可动触点，该可动触点与连接于附加中间端子的附加静止触点接触。这种附加元件可布置成使得断电器单元110包括例如6对、8对或者更多对触点。

对于θ₁大于90度的示例，两个臂可连接至转动元件122，使得这两个臂彼此电绝缘。例如，这两个臂可沿着转动元件122的转动轴处于不同平面内。又例如，这两个臂中的一个可绕着另一个臂弯曲和/或形成。

当图示的驱动元件130关于转动元件122的中心轴121转动时，可以想到的是，驱动元件130可关于不同轴(例如断路器100中另一地方的枢轴点)转动。还可以想到的是，代替转动，驱动元件130可以是作用于转动臂组件120的螺线管或其他电动机械机构。

可以想到的是，端子102、104和106可由一个以上泄放环(blow-offloop)制成，这能够在断电器单元110中的成对触点127a-d之间生成额外的和/或更大的排斥力。

当图示的断电器单元110用于单极断路器时，可以想到的是，断电器单元110是能够与一个以上附加断电器单元连接的构件块，从而形成多极断路器，上述附加断电器单元与断电器单元110相同或相似。例如，每个断电器单元包括四对触点、各个转动元件以及通过各个偏置元件与各个转动元件相连的各个驱动元件。

本文所使用的表示程度的词，例如“约”、“基本上”等词是表示“当已给定在已说明的条件下所固有的制造、设计和材料容限时位于或者几乎位于”的意思，并且诸如“约”、“基本上”等词用于防止不道德的侵权者不正当地利用本实用新型公开的内容，其中确切的附图有助于理解本实用新型。

虽然已经描述和说明了本实用新型的具体方面、实施例和应用，应当理解，本实用新型不限于这里公开的精确结构和组成，并且各种修改、改变、和变形从上述的描述中显而易见，而不背离所附权利要求限定的本实用新型的精神和保护范围。

Claims (20)

1.一种用于断路器的断电器单元，所述断电器单元包括：

转动臂组件，其包括转动元件及第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂的每一个与所述转动元件牢固地连接，使得所述第一臂和所述第二臂与所述转动元件一起转动，所述第一臂和所述第二臂的每一个具有第一端和第二端，所述第一臂的第一端包括第一可动触点，所述第一臂的第二端包括第二可动触点，所述第二臂的第一端包括第三可动触点，并且所述第二臂的第二端包括第四可动触点；

线路端子，其包括与所述第一可动触点电连接的第一静止触点；

中间端子，其包括与所述第二可动触点电连接的第二静止触点和与所述第三可动触点电连接的第三静止触点；

负载端子，其包括与所述第四可动触点电连接的第四静止触点；以及

驱动元件，其具有闭合位置和脱开位置，所述驱动元件通过偏置元件与所述转动臂组件连接，所述偏置元件使所述转动臂组件偏离，从而响应于所述驱动元件处于所述闭合位置，使所述可动触点定位成与所述各个静止触点电连接，响应于所述驱动元件从所述闭合位置切换至所述脱开位置，所述驱动元件转动所述转动臂组件以使得所述可动触点与所述各个静止触点分开，从而使得所述可动触点与所述静止触点电绝缘。

2.如权利要求1所述的断电器单元，其中，所述转动元件包括至少一个唇部，所述驱动元件与所述转动元件的所述至少一个唇部配合，从而转动所述转动臂组件。

3.如权利要求1所述的断电器单元，其中，所述偏置元件是弹簧，所述偏置元件被压缩，从而使所述可动触点偏离以与所述各个静止触点接触，从而电流流过所述断电器单元而没有电弧。

4.如权利要求1所述的断电器单元，其中，所述转动臂组件和所述驱动元件均关于共用的轴转动。

5.如权利要求1所述的断电器单元，其中，所述第一臂和所述第二臂的每一个具有大致“L”形，并且定位成使所述静止触点基本上相隔90度。

6.如权利要求1所述的断电器单元，其中，所述第一臂和所述第二臂的每一个通常为直的并且定位成使所述静止触点基本上相隔90度。

7.如权利要求1所述的断电器单元，其中，所述转动元件包括绝缘材料，并且所述第一臂和所述第二臂包括导电材料。

8.如权利要求1所述的断电器单元，其中，所述可动触点与所述第一臂和所述第二臂一体形成，使得所述可动触点及所述第一臂和所述第二臂由单块材料形成。

9.如权利要求1所述的断电器单元，其中，所述驱动元件与断路机构连接，所述断路机构用于将所述驱动元件从所述闭合位置切换至所述脱开位置。

10.如权利要求9所述的断电器单元，其中，所述断路机构与脱开单元连接，所述脱开单元用于释放所述断路机构，使得所述断路机构将所述驱动元件从所述闭合位置切换至所述脱开位置。

11.一种用于断路器的断电器单元，所述断电器单元包括：

第一可动触点、第二可动触点、第三可动触点和第四可动触点，它们与转动元件可操作地连接；

第一静止触点，其定位成与所述第一可动触点接触；

第二静止触点，其定位成与所述第二可动触点接触；

第三静止触点，其定位成与所述第三可动触点接触；

第四静止触点，其定位成与所述第四可动触点接触；以及

驱动元件，其具有闭合位置和脱开位置，所述驱动元件通过至少一个偏置元件与所述转动元件连接，所述至少一个偏置元件使所述转动元件偏离，从而响应于所述驱动元件处于所述闭合位置，使得所述可动触点定位成与所述各个静止触点电连接，响应于所述驱动元件从所述闭合位置切换至所述脱开位置，所述驱动元件转动所述转动臂组件以使得所述可动触点与所述各个静止触点分开，从而使所述可动触点与所述各个静止触点电绝缘。

12.如权利要求11所述的断电器单元，其中，所述第一可动触点、所述第二可动触点、所述第三可动触点和所述第四可动触点通过第一导电臂和第二导电臂与所述转动元件可操作地连接。

13.如权利要求12所述的断电器单元，还包括：线路端子、中间端子和负载端子。

14.如权利要求13所述的断电器单元，其中，所述线路端子、所述中间端子、所述负载端子、所述第一导电臂和所述第二导电臂、所述静止触点和所述可动触点使得电能够通过所述线路端子传导至所述第一静止触点和所述第一可动触点，通过所述第一导电臂传导至所述第二可动触点和所述第二静止触点，通过所述中间端子传导至所述第三静止触点和所述第三可动触点，通过所述第二导电臂传导至所述第四可动触点和所述第四静止触点，并通过所述负载端子传导出去。

15.如权利要求11所述的断电器单元，其中，在所述驱动元件处于所述闭合位置时所述至少一个偏置元件被压缩。

16.如权利要求15所述的断电器单元，其中，在所述驱动元件处于所述闭合位置的同时，所述转动元件从所述闭合位置转动0度至15度，所述转动元件的该转动使所述至少一个偏置元件进一步压缩。

17.如权利要求11所述的断电器单元，其中，响应于所述驱动元件从所述闭合位置切换至所述脱开位置，所述转动元件从所述闭合位置转动直到约30度。

18.一种断路器，其包括第一断电器单元，所述第一断电器单元包括：

四对触点，每对所述触点包括定位成与对应的可动触点接触的静止触点；

转动元件，所述可动触点的每一个与所述转动元件连接；以及

驱动元件，所述驱动元件通过偏置元件与所述转动元件连接，通过断路机构转动所述驱动元件，从而使所述可动触点远离所述对应的静止触点关于所述转动元件而一起转动。

19.如权利要求18所述的断路器，其中，所述转动元件包括两个臂，所述转动元件可以转动直到约30度。

20.如权利要求18所述的断路器，其中，所述断路器是三极断路器，所述断路器还包括第二断电器单元和第三断电器单元，所述第一断电器单元、所述第二断电器单元和所述第三断电器单元机械地连接在一起。

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