CN100449671C - 快速动作强力脱扣致动器 - Google Patents

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Abstract

一种脱扣致动器(66)包括一个在顺时针方向围绕着脱扣臂枢轴(120)偏置脱扣臂(104)的脱扣弹簧(106)。在闩锁和待机操作状态下，由力“F”围绕着闩锁枢轴(132)的轴线产生的顺时针转矩反抗由力“f”的水平分量“fx”围绕着闩锁枢轴(132)的轴线产生的逆时针转矩，反抗脱扣臂(104)的力，使闩锁(110)保持在垂直位置。如果向磁通转换器(102)提供一个脱扣(触发)信号，磁通转换器(102)就释放柱塞(130)。如果撤掉力“F”，脱扣臂(104)就会驱动闩锁销(134)，使闩锁(110)围绕着闩锁枢轴(132)逆时针转动。在闩锁(110)和脱扣臂(104)转动的同时，闩锁销(134)滑动脱离闩锁面(126)，完全释放脱扣臂(104)并且允许脱扣叶片(96)朝着辅助闩锁片(50)移动。

Description

快速动作强力脱扣致动器
发明背景
本发明涉及到一种断路器脱扣致动器，特别涉及到一种快速动作强力脱扣(trip)致动器。
新式的断路器依赖电子设备来检测有潜在危险的过电流状态。被称为脱扣装置的这些电子设备检测配电电路的一个被保护部分中的电流，如果检测的电流指示出过电流状态就发出一个脱扣信号。在这种断路器中，采用一种被称为脱扣致动器或脱扣机构的机电致动器来响应脱扣信号为断路器操作机构解锁。操作机构是一种弹簧操作的连接件装置。被解锁的操作机构分开一对主触头，切断流向配电电路的被保护部分的电流.这种断路器的操作是公知的
在断路器的操作过程中，在电子脱扣装置发出脱扣信号之后需要尽可能快地分离主触头。快速断开触头能够尽量减少主触头构造承受的电弧能量，延长触头寿命。
脱扣致动器用于满足释放这些触头所需的大部分时间。典型的脱扣致动器包括一个线圈(螺线管)或磁通转换器，它响应脱扣信号而推动或释放一个致动臂。典型的脱扣致动器还包括一个机械连接件装置，用来将致动臂的运动转换成一种能够使操作机构解锁的力.
提高脱扣致动器的速度或功率甚至采用更大的线圈或磁通转换器都是可行的。然而，使用更大的线圈或磁通转换器需要脱扣装置向线圈或磁通装置提供更高的触发电压(脱扣信号)。另外，更大的线圈或磁通装置在紧密的断路器外壳内需要更大的空间。
发明内容
按照本发明的一个实施例，用来致动断路器操作机构的一种脱扣致动器包括在第一方向上围绕第一轴转动偏置的一个脱扣臂和能够围绕第二轴转动的一个闩锁.脱扣臂在与第二轴相距第一距离处作用在闩锁上，在第二方向上围绕着第二轴产生一个力矩。脱扣致动器还包括一个带柱塞的机电装置.柱塞在与第二轴相距第二距离处作用在闩锁上，在第一方向上围绕着第二轴产生一个力矩。这第二距离大于上述第一距离.如果向机电装置提供一个脱扣致动信号，机电装置就释放柱塞，让脱扣臂朝第一方向转动并且致动操作机构。
本发明与现有技术相比有许多优点，其中之一是能够提高脱扣致动器的速度和功率，但是不用增大尺寸和机电装置的触发电压。
附图的简要说明
图1是一个断路器的透视图；
图2是包括本发明的脱扣致动器的一种断路器的分解透视图；
图3是图2的脱扣致动器和操作机构的透视图；
图4的侧视图表示图3的断路器操作机构的主要动作；
图5是图3的脱扣致动器在复位状态下的透视图；
图6是图3的脱扣致动器处在闩锁和待机操作状态下的一个侧视图；以及
图7是图3的脱扣致动器处在触发释放状态下的一个侧视图.
图1提供了一种模制外壳的断路器2的顶部透视图。在被保护电路内部互连的模制外壳的断路器2被连接在线路端4的一个电源(未示出)的多相和负载端6的被保护负载(未示出)之间。模制外壳的断路器2包括一个带基座8的外壳5，一个中间盖10和一个顶盖12.操作柄18超过顶盖12与断路器操作机构14相互连接.脱扣致动器66大致位于中间盖10的内部.
参见图2，图中提供了模制外壳的断路器2的一个分解图.一系列断路器盒20是公知的，例如是旋转式断路器盒.断路器盒20大致直立地座落在基座8内，有一个盒20上包括操作机构14。配电电路的每一相都有一个盒20。每个盒20内包括一或多个触头对，在触头闭合时接通电流，而在触头对打开时阻止接通电流。每个盒20都是由第一棒22和第二棒24操作的，这些棒与盒20的内部机构和操作机构14相互连接，用操作机构14操作所有的盒20。采用的相数或盒的具体类型按预料可以根据被保护的负载电路的类型和提供给断路器2的线路输入的类型等因素而改变，但是并非仅限于这些因素.
参见图3，断路器操作机构14包括具有带间隔的侧壁的一个框架16.有一个操作轭柄26安装在框架16上方。操作柄18与操作轭柄26相互连接。操作机构14包括一个带有供操作柄18通过的手柄开口30的操作机构盖28。轭柄26包括一个与其大致垂直依靠的复位片32，用来连接脱扣致动器66，具体是与脱扣致动器66的复位片72相互作用。框架16包括转动固定在其上的一个辅助闩锁52。辅助闩锁52包括与其大致垂直依靠的辅助闩锁片50。辅助闩锁片50与脱扣致动器66上伸出的一个脱扣叶片96连接。
在装配时，让脱扣致动器66的位置使得脱扣叶片96与闩锁片50相邻，复位片72与复位片32相邻.只要在中间盖10内部横靠着操作机构14安放脱扣致动器66就能做到(图1和2)。
以下要概括地按照图3和4说明断路器操作机构14的工作方式.图4表示操作机构14的三个不同位置：“ON”位置，“OFF”位置和“RESET”位置。在启动脱扣致动器66时，脱扣叶片96就会正向(朝着复位片72)偏移并且接触到闩锁脱扣片50，如图3所示使片50从“LATCHED”位置偏移到“UNLATCHED”位置.这样就会释放闩锁52，使操作机构14从“ON”位置移动到一个“TRIPPED”位置(未示出)，打开一组断路器触头(未示出).在“TRIPPED”位置上，手柄18位于图中的“ON”和“OFF”位置之间.在手柄18能够返回到静止工作位置(即“ON”)之前，断路器操作机构14和脱扣致动器66必须复位。这是通过在逆时针方向上反抗一或多个弹簧(未示出)的力将操作手柄18手工转动到“RESET”位置，从而使操作机构14的辅助闩锁52从“UN LATCHED”位置移动到“LATCHED”位置而实现的。操作手柄18的运动使复位片32转动，朝着脱扣叶片96驱动复位片72使脱扣致动器66复位，参见下文中的具体说明。
参见图5，图中表示脱扣致动器66的一个透视图。脱扣致动器66包括一个框架100，一个机电装置例如是一个磁通转换器102，一个脱扣臂104，一个脱扣弹簧106，一个复位杆108和一个闩锁110.框架100包括一个后壁112和由其大致垂直地依靠的两个侧壁114和116。侧壁114和116彼此大致平行地延伸，并且通过一个从侧壁114延伸到侧壁116的框架销118接合。框架100最好是用单件金属板构成。
脱扣臂104通过一个从侧壁114延伸到侧壁116的脱扣臂枢轴120用铰链固定在侧壁114，116上。脱扣臂104包括两个接纳脱扣臂枢轴120的铰链部位122和在该铰链部位122之间延伸的铰链支撑部位124。脱扣臂104还包括一个从支撑部位124向下沿着侧壁116的外侧延伸的闩锁部位125。脱扣叶片96大致垂直地依靠着闩锁部位125。在闩锁部位125的与脱扣叶片96相反的一个边沿上形成一个闩锁面126。脱扣臂104最好是用单件金属板构成。
图示的脱扣弹簧106是一个装在脱扣臂枢轴120周围的扭转弹簧。脱扣弹簧106的一端固定在断路器的中间盖10上(图2)，而另外一端位于脱扣臂104的铰链支撑部位124下方。装入中间盖10中的脱扣弹簧106能够朝顺时针方向偏置脱扣臂104，如图5所示。
闩锁110形成一个大致成矩形的轴，在其中间部位设有一个轴套126.在轴套126中形成的一个缝隙128接收从磁通转换器102上伸出的一个柱塞130的头。闩锁110的端部由一个闩锁枢轴132转动固定在框架侧壁114和116上.一个闩锁销134被固定在闩锁110的一端，并且从闩锁110延伸通过设在侧壁116内部的一个弧形缝隙136。闩锁销134被布置成按下文所述的方式与脱扣臂104的闩锁面126相互作用.
复位杆108包括从中间支撑体140上伸出的侧臂138。侧臂138沿着侧壁114，116延伸并且由闩锁销132转动固定在侧壁114，116上.复位片72和复位销142从靠近侧壁116的侧臂138上大致垂直地相互依靠。复位片72和复位销142延伸通过设在侧壁116内的一个弧形缝隙144。
磁通转换器102是一个安装在框架100的后壁112上的机电装置.磁通转换器(flux shifter)102的构造和工作方式是现有技术，其工作方式类似于美国专利US5，453，724中所述.磁通转换器102包括从一个主体146上滑动延伸的柱塞130.柱塞130由主体146内部的一个磁铁(未示出)可释放地固定.磁通转换器102可用来接收来自电气设备(例如是脱扣装置)的一个触发信号(例如是脱扣信号)。一旦接收到触发信号，磁通转换器102中的一个线圈(未示出)就分断磁铁，使柱塞130从磁铁上释放。一旦被磁铁释放，柱塞130就能从主体146上自由向外伸出。
以下要参照图5，6和7说明脱扣致动器66的工作方式.图6表示处在闩锁和待机操作状态下的脱扣致动器66。在这一状态下对脱扣弹簧106载，使脱扣臂104在顺时针方向上绕着脱扣臂枢轴120的纵轴偏置.脱扣臂104的闩锁面126对闩锁销134施加一个力“f”。闩锁面126的配置使力“f”按一个角度“θ”的方向通过在闩锁枢轴132的纵轴和闩锁面126与闩锁销134间的接触点之间形成的一条线。力“f”的定向分量“fx”围绕着闩锁枢轴132的轴线产生一个逆时针转矩，力矩的臂长是“1”。力“f”的定向分量“fy”的作用穿过闩锁枢轴132的纵轴，因而不会增加逆时针转矩。
柱塞130将闩锁110保持在垂直位置，而柱塞130被设在磁通转换器102的主体146中的一个磁铁150保持拉紧。柱塞130的力“F”在连接件上围绕着闩锁枢轴132的轴线产生一个顺时针转矩，力矩的臂长是“L”。在图示的闩锁和待机操作状态下，由力“F”产生的顺时针转矩反抗由力“f”产生的逆时针转矩，反抗脱扣臂104的力，使闩锁110保持在垂直位置。因为力臂“L”远远大于力臂“1”，并且仅仅需要克服水平分量“fx”，为了将闩锁110保持在垂直位置所需的力“F”远远小于脱扣臂104所施加的力“f”。结果，磁铁150仅仅需要提供足以抵抗力“F”而不是脱扣臂104的整个力“f”的磁力。这样，通过调节长度“l”和“L”以及角度“θ”，就能够增大(例如是增大弹簧106的强度)或者是减小脱扣臂104提供的力“f”，而不需要增大或减小磁通转换器102的尺寸。
如果向磁通转换器102提供一个脱扣(触发)信号，磁通转换器102中的线圈(未示出)就分断磁路，释放柱塞130。如果撤掉力“F”，脱扣臂104就会驱动闩锁销134，使闩锁110围绕着闩锁枢轴132逆时针转动。在闩锁110和脱扣臂104围绕其各自的枢轴132，120转动的同时，闩锁销134滑动脱离闩锁面126，完全释放脱扣臂104并且允许脱扣叶片96朝着辅助闩锁片50移动并形成接触。脱扣臂104还可以接触到用来致动其他机构的一或多个杆(未示出)，例如是一个报警钟(未示出)。按照上文中参照图4所述，辅助闩锁片50的运动触发操作机构14。脱扣(跳闸)致动器66停留在图7所示的脱扣释放状态，通过与框架销118的接触防止闩锁110在逆时针方向上进一步转动，并且通过与复位片72的接触防止脱扣臂104在顺时针方向上进一步转动。
通过操作柄18的复位动作使脱扣致动器66复位(也就是置于图6的闩锁和待机操作状态)。当操作柄18转动到“RESET”位置时，如上文参照图4所述，操作柄18的复位片32推动脱扣致动器66的复位片72。这一动作致使复位杆108在顺时针方向上围绕着闩锁枢轴132转动，并且使复位销142接触到脱扣臂104的复位面127.这样就能使脱扣臂104在逆时针方向上转动。随着脱扣臂104被逆时针驱动，闩锁销134从闩锁面126的下面释放，使柱塞130能够借助于磁铁150(它不再被触发信号分断)回缩到磁通转换器102的主体146内部。当柱塞130缩回主体146之后，柱塞130使闩锁110转动到垂直位置。处在垂直位置的闩锁110对脱扣臂104形成闩锁，并且使脱扣致动器66处在图6的闩锁和待机操作状态.
上文所述的快速动作强力脱扣致动器能够提高脱扣致动器的速度或功率，但是不用象现有技术的脱扣致动器那样增大磁通转换器或更高的触发电压。例如，增加弹簧106的强度就能提高速度和功率，并且可以调节长度“l”和“L”以及角度“θ”，这样就能使用相同的磁通转换器或是类似的机电设备。
尽管本发明是参照其最佳实施例来描述的，本领域的技术人员在本发明的范围之内还可以对元件作出各种各样的修改和等效的替代。另外，无需脱离本发明所指导的范围还可以根据特定的条件或材料作出许多适当的修改.因此，本发明的意义不仅限于按照预想的执行本发明的最佳方案所披露的具体实施例，本发明应该包括附带的权利要求书范围内的所有实施例.

Claims (20)

1.用来致动断路器的操作机构的一种脱扣致动器，该脱扣致动器包括：
在第一方向上围绕第一轴转动偏置的脱扣臂；
能够围绕第二轴转动的闩锁，上述脱扣臂在与上述第二轴相距第一距离处作用在上述闩锁上，在第二方向上围绕着上述第二轴产生一个力矩；
包括柱塞的机电装置，上述柱塞在与上述第二轴相距第二距离处作用在上述闩锁上，在上述第一方向上围绕着上述第二轴产生一个力矩，上述第二距离大于上述第一距离；并且
向上述机电装置提供一个信号，机电装置就释放上述柱塞，使上述脱扣臂朝上述第一方向转动并且致动操作机构。
2.按照权利要求1的脱扣致动器，其特征是进一步包括：
围绕着上述第二轴转动的一个复位杆，上述复位杆作用于脱扣臂以在围绕上述第一轴的上述第二方向上转动上述脱扣臂。
3.按照权利要求1的脱扣致动器，其特征是上述机电装置是磁通转换器。
4.按照权利要求1的脱扣致动器，其特征是上述脱扣臂包括在其上形成的一个用于接触上述闩锁的闩锁面，上述闩锁面的配置使上述脱扣臂作用在闩锁上的力的一个定向分量通过上述第二轴起作用。
5.按照权利要求4的脱扣致动器，其特征是进一步包括：
包括第一和第二侧壁的一个框架，上述脱扣臂通过上述第一轴转动附着在上述第一侧壁上，而上述闩锁通过上述第二轴转动附着在上述第一侧壁上。
6.按照权利要求5的脱扣致动器，其特征是上述机电装置被安装在上述框架上。
7.按照权利要求5的脱扣致动器，其特征是上述闩锁靠近上述第一侧壁的一端包括一个向外延伸的闩锁销，上述闩锁面作用于上述闩锁销，并且在上述闩锁的中间部位设有一个轴套，在上述轴套中形成一个用来接收上述柱塞的一个缝隙。
8.按照权利要求5的脱扣致动器，其特征是上述脱扣臂包括：
第一和第二铰链部位，上述第一铰链部位被转动附着在上述第一侧壁上，而上述第二铰链部位被转动附着在上述第二侧壁上；
从上述第一链部位延伸到上述第二链部位的一个支撑部位；以及
从上述支撑部位沿着上述第一侧壁延伸的一个闩锁部位，上述闩锁部位上包括形成于其上的上述闩锁面和一个由其延伸的脱扣叶片，上述脱扣叶片用来致动操作机构。
9.按照权利要求5的脱扣致动器，其特征是进一步包括：
围绕上述第二轴转动的一个复位杆，上述复位杆作用于上述脱扣臂，在围绕上述第一轴的上述第二方向上转动上述脱扣臂，上述复位杆包括：
在上述第二轴转动固定在上述第一侧壁上的第一侧臂，
在上述第二轴转动固定在上述第二侧壁上的第二侧臂，以及
从上述第一侧臂延伸到上述第二侧臂的一个中间支撑件。
10.按照权利要求9的脱扣致动器，其特征是上述第一侧臂上设有一个销，上述销作用于上述脱扣臂，在围绕上述第一轴的上述第二方向上转动上述脱扣臂，上述第一侧臂进一步包括从其上延伸的一个复位片，上述复位片与操作机构相互作用。
11.为被保护负载提供过电流保护的一种断路器，该断路器包括：
一对可分离的触头；
用来分离上述一对可分离的触头的一个操作机构；
与上述操作机构相互连接的一个操作柄；以及
布置在上述操作柄附近并用来致动上述操作机构的一个脱扣致动器，该脱扣致动器包括：
在第一方向上围绕第一轴转动偏置的一个脱扣臂；
能够围绕第二轴转动的一个闩锁，上述脱扣臂在与上述第二轴相距第一距离处作用在上述闩锁上，在第二方向上围绕着上述第二轴产生一个力矩；
包括柱塞的机电装置，上述柱塞在与上述第二轴相距第二距离处作用在上述闩锁上，在上述第一方向上围绕着上述第二轴产生一个力矩，上述第二距离大于上述第一距离；并且
向上述机电装置提供一个信号，机电装置就释放上述柱塞，使上述脱扣臂朝上述第一方向转动并且致动上述操作机构使上述触头分离。
12.按照权利要求11的断路器，其特征是进一步包括：
围绕着上述第二轴转动的一个复位杆，所述操作柄作用于上述复位杆，上述复位杆作用于所述脱扣臂在围绕上述第一轴的上述第二方向上转动上述脱扣臂。
13.按照权利要求11的断路器，其特征是上述脱扣臂包括在其上形成的一个用于接触上述闩锁的闩锁面，上述闩锁面的配置使上述脱扣臂作用于闩锁的力的一个定向分量通过上述第二轴起作用。
14.按照权利要求13的断路器，其特征是上述脱扣致动器进一步包括：
包括第一和第二侧壁的一个框架，上述脱扣臂通过上述第一轴转动附着在上述第一侧壁上，而上述闩锁通过上述第二轴转动附着在上述第一侧壁上。
15.按照权利要求14的断路器，其特征是上述机电装置被安装在上述框架上。
16.按照权利要求14的断路器，其特征是上述闩锁靠近上述第一侧壁的一端包括一个向外延伸的闩锁销，上述闩锁面作用于上述闩锁销，并且在上述闩锁的中间部位设有一个轴套，在上述轴套中形成一个用来接收上述柱塞的一个缝隙。
17.按照权利要求14的断路器，其特征是上述脱扣臂包括：
第一和第二铰链部位，上述第一铰链部位被转动布置在上述第一侧壁上，而上述第二铰链部位被转动附着在上述第二侧壁上；
从上述第一铰链部位延伸到上述第二铰链部位的一个支撑部位；
从上述支撑部位沿着上述第一侧壁延伸的一个闩锁部位，上述闩锁部位上包括形成于其上的上述闩锁面和一个由其延伸的脱扣叶片，上述脱扣叶片致动操作机构。
18.按照权利要求14的断路器，其特征是进一步包括：
围绕上述第二轴转动的一个复位杆，上述复位杆作用于上述脱扣臂，在围绕上述第一轴的上述第二方向上转动上述脱扣臂，上述复位杆包括：
在上述第二轴转动固定在上述第一侧壁上的第一侧臂，
在上述第二轴转动固定在上述第二侧壁上的第二侧臂，以及
从上述第一侧臂延伸到上述第二侧臂的一个中间支撑件。
19.按照权利要求18的断路器，其特征是上述第一侧臂上设有一个销，上述销作用于上述脱扣臂，在围绕上述第一轴的上述第二方向上转动上述脱扣臂，上述第一侧臂进一步包括从其上延伸的一个复位片，上述复位片与操作机构相互作用。
20.按照权利要求18的断路器，其特征是上述机电装置是一个磁通转换器。
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