CN1528005A - 跳闸时间短的电路断路器锁闩机构 - Google Patents
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Abstract
一种机械跳闸时间短的锁闩系统,用在模制盒式电路断路器组件中。该锁闩系统包括具有第一初级锁闩表面和第二初级锁闩表面的快速释放初级锁闩。其中第二初级锁闩表面接合相互作用的次级锁闩上的第一次级锁闩表面,以防止该快速释放锁闩的转动。而第一初级锁闩表面接合支架上的支架锁闩表面,以防止支架转动。跳闸杆装在相互作用的次级锁闩上。触发跳闸杆可使次级锁闩转动,从而使第一次级锁闩表面脱离与第二初级锁闩表面的接触,在此之前,相互作用的次级锁闩与快速释放初级锁闩形成物理接触。然后该快速释放锁闩转动,使得第一初级锁闩表面脱离与支架锁闩表面的接触,由此脱开支架。接着该支架转动,操作系统被触发,从而中断电流。
Description
发明背景
本发明涉及电路断路器组件,该组件具有可显著缩短机械跳闸时间的改进锁闩系统。该改进锁闩系统的应用不限于家居低电流行业的应用以及在高电流断路器组件中的应用。
常规电路断路器组件利用热-磁跳闸单元来自动检测过电流电路状态,随后中断电路电流。电路保护行业的作法是,绕着双金属跳闸单元安装磁跳闸单元的衔铁,并将该衔铁配置成电路断路器锁闩系统的一部分。在电路保护行业中,众所周知,在电路断路器锁闩系统中的锁闩表面必须进行仔细加工和润滑,以确保在长期连续使用期中表面之间不断重复的闩上和解闩。
要求的特别加工包括在锁闩系统的锁闩表面上进行耗时的抛光处理,或在其上进行特殊的机加工或刨削处理。需要光滑的低摩擦表面,以尽量减小克服操作弹簧的偏压力和接触锁闩表面上的静摩擦力所必须的跳闸力。跳闸力是作用在跳闸杆上以克服锁闩弹簧偏压力和锁闩表面摩擦力所必需的力。
在操作中发生过电流状态时便触发包括衔铁和磁铁的磁跳闸单元。这种触发使受弹簧偏压作用离开磁铁的衔铁快速地向磁铁驱动,从而触发跳闸杆。包括双金属元件的热跳闸单元响应双金属元件的温升而可检测过电流状态。在一段时间发生过电流状态时,该双金属元件便弯曲并致动跳闸杆。
跳闸杆—当致动便使包括初级锁闩、次级锁闩和支架的锁闩系统触发和脱开。固定于次级锁闩的跳闸杆驱使次级锁闩绕固定点顺时针转动,从而使次级锁闩脱离与初级锁闩的接触。该初级锁闩定位成可防止支架转动。当初级锁栓与次级锁闩脱开时,支架便作用在初次锁闩上,推动它,使其绕固定点顺时针转动。一当初级锁闩脱离与支架的接触,该支架便被松开,使得其可以绕固定点反时针转动。当支架转动时,上、下连杆在操作弹簧偏压力的作用下便失去稳定性,从而将包括活动触头的接触臂拉到断开位置。在断开位置时活动触头和固定触头分开,由此中断电路。
初级锁闩和次级锁闩具有一组锁闩表面。锁闩表面定义为可与任何相邻表面物理接触的锁闩表面。次级锁闩的第一锁闩表面靠着初级锁闩的第二锁闩表面定位。初级锁闩的第一锁栓表面靠着支架的锁闩表面定位。如前所述,在触发跳闸杆时,次级锁闩将被驱动,使次级锁闩绕其支点转动,从而使次级锁闩的第一锁闩表面脱离与初级锁闩的第二锁闩表面的接触。一当发生这种情况,初级锁闩的第一锁闩表面便受到支架的支架锁闩表面作用在其上的力。如果该力大到足以克服锁闩表面之间存在的阻力,则初级锁闩将绕其支点转动,使得初级锁闩的第一锁闩表面脱离与支架锁闩表面的接触。该支架一旦脱开便反时针转动,并启动使断路器跳闸的一连串事件。
支架和初级锁闩常规用冲压操作制作,随后用刨削操作将支架的锁闩表面和初级锁闩的锁闩表面刨平和刨光滑,以在支架和初级锁闩之间形成低的跳闸力。为便于锁闩的松开,采用操作弹簧提供的初级锁闩力,在使用期间,由于磨损和各种锁闩表面上的污物常常造成锁闩表面变坏。即使采用尽可能降低摩擦力的方法处理锁闩表面并用各种弹簧提供偏压力,也未必能预测锁闩系统是否能够和何时能够适时的触发。如果在各种锁闩表面上存在大量污物或受到过分磨损,则锁闩系统将不能被触发,造成在支架和初级锁闩之间发生阻塞。特别是,一当次级锁闩松开初级锁闩,支架便经支架的锁闩表面向初级锁闩的第一锁闩表面作用一个由操作弹簧提供的力。该力必须大到足以克服在初级锁闩的第一锁闩表面和支架的锁闩表面之间作用的摩擦力。如果污物和其它原因造成这些锁闩表面之间的摩擦力太大,则初级锁闩的第一锁闩表面不能转动和释放支架,造成该系统处于阻塞状态。
常规电路断路器为将其插入家庭、办公室和照明区域的配电盘中,常常对其作出尺寸的限制。尽管电路断路器的外尺寸是固定的,但电气设施用的短路电流值已增加,所以要求电路断路器设计人员设求新的改进的可以限制流过电能的操作和跳闸机构。为此,人们必须从过载一开始到熄弧便尽量将电流和/或时间最小化。实现这种要求的一种方法是提供一种能在检测到负载时极快作用的可使触头尽快分开的电路断路器。
发明概述
因此很需要提供一种模制盒式电路断路器,该断路器的跳闸操作极为快速,可有效地在中断高故障电流时将形成的流过电能限制到满意的水平。利用改进的锁闩系统可以实现这种断路器。一当跳闸杆触发而脱开次级锁闩时该改进系统便立即释放初级锁闩。一当初级锁闩松开,其随即松开支架,使得断路器机构通过连杆系统的运动而跳闸,该连杆系统上连杆、下连杆和操作弹簧,由此使活动触头和固定触头分开,从而中断电路。这种在次级锁闩脱开时初级锁闩立即脱开的方式造成在较短时间内触头分开,这种分开时间与支架脱开仅仅取决于支架力以及在支架表面和初级锁闩表面之间最小摩擦力时可靠分开时间相比显著缩短。
改进的锁闩系统包括初级锁闩、次级锁闩和跳闸杆。该改进的锁闩系统设计为这样操作,使得在跳闸杆触发和次级锁闩脱开时,初级锁闩由于与跳闸杆/次级锁闩构型形成直接物理接触而立即脱开。初级锁闩和次级锁闩成形为并配置成一当跳闸杆受到触发,次级锁闩的延伸部分便直接作用在初级锁闩的延伸部分上。因而次级锁闩驱动初级锁闩绕其支点顺时针转动,从而强制地松开支架。操作时刻确定为,一当次级锁闩释放初级锁闩,该初级锁闩便立即松开。在初级锁闩脱离次级锁闩之后紧接着便是支架脱开的时刻。
因为跳闸杆/次级锁闩构型直接与初级锁闩物理接触,所以机械跳闸时间减小,从而可将通过的能量限制到可接受的值。另外,支架的释放不再仅仅取决于支架力以及为使断路器跳闸降低摩擦力而进行的锁闩表面的精加工。
附图说明
下面简要说明附图,各个图中相同部件的编号是相同的。
图1是现有技术的模制盒式单触头臂电路断路器的侧视图,图中的触头是闭合的;
图2是现有技术的跳闸杆的侧视图;
图3是现有技术的次级锁闩的侧视图;
图4是安装于现有技术的次级锁闩组件的跳闸杆侧视图;
图5是具有本发明改进锁闩系统的模制盒式单触头臂电路断路器的侧视图;
图6是具有本发明改进锁闩系统的单触点臂模制盒式电路断路器第二实施例的侧视图;
图7是本发明改进锁闩系统的侧视图;
图8是本发明自致动初级锁闩的透视图;
图9是本发明初级锁闩的侧视图。
发明详述
图1示出现有技术的常规电路断路器组件,一般用编号10表示。应当看出,本发明涉及一极、两极、三极或四极电路断路器,这些断路器形成有一个或多个用于安装多个电极单元的相邻隔间,具有共同的操作机构以便同时触发各个极的中断器。为例示方便,这些图只示出一个极。图1示出用于中断较低电流电路的电路断路器。虽然未示出,但本发明也可以用于各种不同类型的电路断路器组件。在受触发时本发明以相同方式操作,而不论其中安装哪种电路断路器。因此在说明现有技术时参考图1,但是应当认识到,改进的锁闩系统92可用于任何一种电路断路器组件。
电路断路器组件10包括绝缘外壳12,图中该电路断路器的一个侧面已被除去。外壳12的一端有接线条14和接线端子螺钉16。固定触头18永久地固定于该接线条14上。当电路断路器组件10处于接通模式时,固定触头18与活动触头20形成电接触,该活动触头永久地固定于活动操作臂24的第一端部22。在外壳12的相对端部上有负载凸耳26,该凸耳用负载条30连接于双金属片28。编织导线32使双金属片28电连接于活动操作臂24。
该活动操作杆24在其第二端部34中间可转动地连接于枢轴35,并通过与第二端部34隔开一定距离的枢轴37可转动地连接于下连杆38的第一端部36。下连杆38的第二端部40可转动地连接于上连杆44的第一端部42,其依次又可转动地连接于支架48。该支架48用于使锁闩系统68和带有活动操作臂24的跳闸单元组件发生机械相互作用。离合把手52在操作上经把手叉架54、机构弹簧56和上、下连杆44、38连接于活动操作臂24。该把手叉架54通过操作弹簧支承销58将机械弹簧56连接于上、下连杆44、38。
磁跳闸单元60用于检测短路状态,该单元60包括衔铁62和磁铁64。当电路断路器组件10遭到短路时,在衔铁62和磁铁64之间便立即产生磁吸收力。随后衔铁62在磁铁64的方向上受到牵引而撞击跳闸杆66,由此使锁闩系统68触发。另外,用于检测过电流状态的是热跳闸单元70,该单元对双金属元件28的温升起反应,使双金属28弯曲并碰到跳闸杆66,该跳闸杆66又触发锁闩系统68。
锁闩系统68包括初级锁闩72、次级锁闩74和跳闸条66。当电路断路器组件10位于“接通”模式时,固定触头18和活动触头20闭合,因而保持组件10电路畅道,使电流流过。
支架锁闩表面76位于支架48的一端,该端相对支架48与上连杆44的连接端。当电路断路器组件10位于“接通”模式时设定锁闩系统68。设定锁闩系统68包括将支架锁闩表面76配置在第一初级锁闩表面78的下面,使得第一初级锁闩表面78防止支架48绕其支点反时针转动。第二初级锁闩表面80配置成靠着第一次级锁闩表面82,使得次级锁闩74位于初级锁闩72的路径上,由此可防止初级锁闩72绕其支点顺时针转动。参考图2~4,图2示出跳闸杆66,图3示出次级锁闩74,而图4示出装在次级锁闩74上的跳闸杆66。该跳闸杆66包括凸出部84、腿部86和横挡87,其中跳闸杆横挡87嵌入次级锁闩74的槽89内。次级锁闩枢轴销88可使跳闸杆凸出部84和跳闸杆腿部86在碰到双金属部件28或衔铁62时顺时针转动。次级锁闩还包括腿部91,该腿部可快速卡合跳闸杆66的唇部93,使得在受到触发时二者一齐转动。
在操作中,当磁跳闸单元60遇到跳闸条件时,在衔铁62和磁铁64之间便立即产生磁吸引力,沿磁铁64的方向吸引衔铁62,因而撞击跳闸杆66的凸出部84。在遇到低过载量条件时,双金属元件28弯曲,并碰到跳闸杆66的腿部86。一当碰着跳闸杆66的凸出部84或腿部86,跳闸杆66便顺时针转动。此时次级锁闩74也顺时针转动,使得次级锁闩表面82移离初级锁闩72的路径。支架48受机械弹簧56张力的偏压作用而绕其支点反时针转动,该偏压力作用于支架48,使得支架锁闩表面76在第一初级锁闩表面78上推。当支架48作用于初级锁闩72的作用力可以克服两个锁闩表面之间的摩擦力时,它便使初级锁闩72顺时针方向转动,由此释放支架锁闩表面76。一当释放支架锁闩表面76,支架48便反时针转动,由此使上连杆44和下连杆38失去稳定性,使得活动操作杆24运动到打开位置,这样便分开活动触头20和固定触头18,中断电流的流动。
为改进电路断路器组件的机构跳闸时间以及消除潜在的锁闩的支架的阻塞可能性,下面详细说明本发明例示实施例的改进的锁闩系统92。参考图5和6,图5示出本发明的例范实施例,而图6示出本发明的第二实施例,这些图中相同编号表示相同部件。上述常规跳闸系统仅仅取决于支架力,以便施加适当的力使初级锁闩72转动,使得支架锁闩表面76与第一初级锁闩表面78脱离接触。在这些常规系统中,机械跳闸时间很慢,造成过量能量通过。示于图5和6的改进锁闩系统92通过减少机械跳闸时间而可将通过电能限制到满意的程度。
如图7所示,改进锁闩系统92包括快速释放初级锁闩94、相互作用的次级锁闩96和跳闸杆66。虽然相互作用的次级锁闩96和跳闸杆66。虽然相互作用的次级锁闩96和跳闸杆66被说明为两个分开的部件,但具有各自结构的次级锁闩96和跳闸杆66可以组合成一个相互作用的次级锁闩/跳闸杆部件140。图8详细示出快速释放初级锁闩94,而图9示出相互作用的次级锁闩96。该快速释放初级锁闩94包括具有初级锁闩延伸部分102的顶部横杆100,该延伸部分大体垂直于顶部横杆100延伸,位于该顶部横杆100的中部。该初级锁闩延伸部分102具有相当长度,使得该延伸部分102的底表面104形成第一初级锁闩表面106,该表面106可与支架锁闩表面76面接,从而防止支架48反时针转动。
参考图8,两个初级腿108在初级锁闩延伸部分102的两侧延伸,延伸方向与初级锁闩延伸部分102的延伸方向相同,与顶部横杆100成一个角度延伸。两个初级臂110大体垂直于两个腿108延伸,伸离初级锁闩延伸部分102。两个初级臂110分别具有大体扁长孔112,初级锁闩枢轴锁114穿过该扁长孔。凸轮元件124在至少一个初级臂110的远端116延伸。如图8所示的凸轮元件124的形式是例示性的,并不意味着受到限制。
如图7所示,跳闸杆66包括跳闸杆凸出部84和跳闸杆腿86。当跳闸杆66装在相互作用的次级锁闩96上时,该跳闸杆66可以自由转动。如图9所示,相互作用的次级锁闩96还包括台阶130和腿部132。其中该腿部132牢固地快速卡合在跳闸杆66的唇部93内,使得当跳闸杆66因衔铁62或双金属28运动而受到触发时,该相互作用的次级锁闩96便和跳闸杆66一起顺时针转动。台阶130设计成在相互作用的次级锁闩96脱开时可与凸轮元件124形成物理接触。
如图5所示,采用上述方式调节改进的锁闩系统92,使第二初级锁闩表面134靠在第一次级锁闩表面136上,由此可防止快速释放初级锁闩94绕其支点顺时针转动。当跳闸杆受到触发时,它使相互作用的次级锁闩96顺时针转动,由此使第二初级锁闩表面134和第一次级锁闩表面136彼此脱离接触,从而释放快速释放初级锁闩94。在常规系统中的此时,受触发的锁闩系统68将取决于支架力,该支架力驱动初级锁闩顺时针转动,从而使第一初级锁闩表面78运动,释放支架锁闩表面76。
在改进的锁闩系统92中,在相互作用的次级锁闩96松开快速释放初级锁闩94的几乎同时台阶130与凸轮元件124形成物理接触,这造成快速释放初级锁闩94的即时转动,由此使第一初级锁闩表面106脱离与支架锁闩表面76的接触。一当松开支架锁闩表面76时,支架48便反时针转动,由此使上连杆44和下连杆38失去稳定性,造成活动操作臂24移动到打开位置。这使活动触点20和固定触点18分开,从而中断电流的流动。
快速释放初级锁闩94上的凸轮元件124和相互作用的次级锁闩96上的台阶130被设计成在第一次级锁闩表面136释放第二初级锁闩表面134的瞬间,台阶130与凸轮元件124形成物理接触。
如图6所示,本发明的第二实施例依靠配置在跳闸杆66和快速释放初级锁闩94之间的并使后二者相连接的连杆机构138。当跳闸杆66受触发时可利用连杆机构138来推动快速释放初级锁闩94绕其支点顺时针转动。这样便可确保可靠地跳闸,消除任何可能的阻塞故障。
应当明白,本专业的技术人员可以在权利要求书的范围和含意内对本文所示的优选实施例进行修改。尽管已通过具体实施例说明本发明,但本发明人无意使本发明受限于这些实施例,而是想在权利要求书的精神和范围内覆盖本发明。
Claims (7)
1.一种用在模制盒式电路断路器组件(10)中的锁闩系统(92),包括:
一快速释放初级锁闩(94),具有一第一初级锁闩表面(106)和一第二初级锁闩表面(134);
一支架(48),具有一支架锁闩表面(76),该表面接触上述第一初级锁闩表面(106),以防止上述支架(48)转动;
一相互作用的次级锁闩/跳闸杆(140),具有一第一次级锁闩表面(136)、该表面接触上述第二初级锁闩表面(134),以防止上述快速释放初级锁闩(94)转动,其中,上述相互作用的次级锁闩/跳闸杆(140)受触发而转动,使得上述第一次级锁闩表面(136)脱离与上述第二初级锁闩表面(134)的接触,然后上述相互作用的次级锁闩/跳闸杆(140)接触上述快速释放初级锁闩94,使该快速释放初级锁闩(94)转动,由此该第一初级锁闩表面(106)脱离与上述支架锁闩表面(76)的接触,使该支架(48)松开。
2.如权利要求1所述的锁闩系统(92),其特征在于,该相互作用次级锁闩/跳闸杆(140)包括:
一相互作用的次级锁闩(96),该锁闩具有一第一次级锁闩表面(136),该表面接合上述第二初级锁闩表面(134),由此防止上述快速释放初级锁闩94的转动;及
一跳闸杆(66),它装在上述相互作用的次级锁闩(96)上,其中,相互作用的次级锁闩(96)接触快速释放初级锁闩(94),使该快速释放初级锁闩(94)转动,由此使第一初级锁闩表面(106)脱离与支架锁闩表面(76)的接触,从而松开支架(48),然后,上述跳闸杆(66)受到触发而使上述次级锁闩(96)转动,使得上述第一次级锁闩表面(136)与上述第二初级锁闩表面(134)脱离接触。
3.如权利权利要求2所述的锁闩系统(92),其特征在于,上述相互作用的次级锁闩(96)还包括腿部(132),该腿部牢固地卡合在上述跳闸杆(66)上形成的唇部(93)内,使得当该跳闸杆(66)装在相互作用的次级锁闩(96)上时二者可同时转动。
4.如权利要求3所述的锁闩系统(92),其特征在于,上述相互作用的次级锁闩(96)还包括台阶(130),该台阶以与上述第一次级锁闩表面(136)相同的方向延伸。
5.如权利要求4所述的锁闩系统(92),其特征在于,上述快速释放初级锁闩(94)还包括至少一个凸轮元件(124),该元件沿相反于上述第一初级锁闩表面(106)的方向延伸。
6.如权利要求5所述的锁闩系统(92),其特征在于,上述相互作用的次级锁闩(96)沿顺时针方向转动,使得上述第一次级锁闩表面(136)脱离与上述第二初级锁闩表面(134)的接触,该相互作用的次级锁闩(96)的继续转动将驱使上述台阶(130)与上述凸轮元件(124)形成物理接触,从而迫使上述快速释放初级锁闩(94)顺时针转动,由此使上述第一初级锁闩表面(106)脱离上述支架锁闩表面(76)的接触。
7.一种用在模制盒式电路断路器组件(10)中的锁闩系统(92),包括:
一快速释放初级锁闩(94),具有一第一初级锁闩表面(106)和一第二初级锁闩表面(134);
一相互作用的次级锁闩(96),具有一第一次级锁闩表面(136),该表面接合上述第二初级锁闩表面(134),可防止该快速释放初级锁闩(94)转动;
一支架(48),具有一支架锁闩表面(76),该表面接合上述第一初级锁闩表面(106),从而防止上述支架(48)的转动;
一跳闸杆(66),装在上述相互作用的次级锁闩(96)上;及
一连杆机构(138),连接上述跳闸杆(66)和上述快速释放初级锁闩(94),其中,上述跳闸杆(66)的触发将使次级锁闩(96)转动,使得在该连杆机构(138)驱动上述快速释放初级锁闩(94)时上述第一次级锁闩表面(136)与上述第二初级锁闩表面(134)脱离接触,由此使上述第一初级锁闩表面(106)脱离与上述支架锁闩表面(76)的接触,松开上述支架(48)。
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