低压塑壳断路器 |
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| 申请号 | CN200710151603.1 | 申请日 | 2007-09-25 | 公开(公告)号 | CN101399137B | 公开(公告)日 | 2011-06-29 |
| 申请人 | 浙江正泰电器股份有限公司; | 发明人 | 段育明; 蔡永涛; | ||||
| 摘要 | 一种单极或多极低压塑壳 断路器 ，具有 滚动 轴承 的 转轴 ，其连接和驱动每极动触桥的转轴部件通过 滚动轴承 安装在塑壳底座上，所述的轴承通过塑壳底座上的轴承座和 轴承盖 板被安装到轴承座内，以提高转轴部件的运动 精度 及转动灵活性，从而减小操作机构所需的操作 力 ，增强了断路器的 短路 分断能力，缩短切断 电弧 的时间，改善了动、静触头的 接触 性能。此外，转轴和其上的触头支持为独立元件，它们各自的形状、尺寸统一且可互换，从而实现了不同极数的低压塑壳断路器使用同一种转轴、同一种触头支持，在同一条生产线上可组装不同极数的断路器的转轴部件，大大提高了生产效率和降低了制造成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种低压塑壳断路器，具有塑壳底座(5)和与塑壳底座相配的塑壳盖板构成的模制绝缘外壳，在所述外壳内设有执行电路闭合/断开操作的触头系统及其操作机构，所述触头系统由静触头部件、动触头部件、灭弧室和安装在灭弧室内的灭弧栅组成，所述的动触头部件包括在操作机构驱动下可实现与静触头部件接触或分离的双触点动触桥，和一个将相邻极的动触头部件固定连接的转轴部件(30)，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 低压塑壳断路器技术领域背景技术[0002] 塑壳断路器是一种具有模制绝缘外壳的低压断路器，或称MCCB(Molded-case Circuit Breaker)，普遍用于作为低压配电系统的分支开关，属于最常用的低压断路器中的一类。这类塑壳断路器主要包括采用双断点的开断结构的双触点触头系统、利用气吹作用引弧的栅片灭弧系统、操作机构、采用冲击电磁铁结构来达到限流目的的热-磁式脱扣器和输入、输出接线装置。塑壳断路器的所有部件都装在其可扣合在一起的塑料外壳上，既起支撑体作用，又起绝缘作用，操作手柄位于塑壳的顶部。 [0003] 在塑壳断路器的触头系统中，动触头的转轴系统是个重要部件，它由触头支持部件、操作驱动部件、转轴部件组成。这里所述的触头支持部件的作用是将动触头通过触头支持固定在转轴上。所述的操作驱动部件的作用是将断路器的操作机构和脱扣机构的力和运动传递到转轴系统，从而实现断路器的操作机构和脱扣机构对转轴的操作控制和脱扣控制。在操作机构的控制下，当转轴在操作驱动部件的带动下转动时，转轴可带动动触头摆动，从而使断路器的动触头与静触头闭合或断开；在脱扣机构的控制下，转轴可带动动触头完成断路器的断开动作。这里所述的转轴部件的作用则是将转轴枢转地支承在断路器的塑壳底座上，以确保转轴的正常工作。 [0004] 众所周知，双触点触头系统采用旋转双断点的开断结构，比单断点结构具有更佳的限流效应。然而，其转轴的转动灵活性是影响断路器的操作机构所需的操作力大小、触头支持部件的闭合/断开速度的关键，而转轴的运动精度是影响动、静触头之间的接触性能的关键。这里所述的操作力的大小，不仅影响断路器产品的开断性能，而且还直接影响断路器产品的体积和重量。因为操作力越大，操作时越费劲，为承受操作力载荷，不得不加大塑壳等受力件的尺寸，以确保受力件具有足够的机械强度，由此也增加了制造成本。这里所述的闭合/断开速度，是影响断路器的短路分断能力、电气寿命和工作可靠性、安全性的关键要素，闭合/断开速度越快，短路分断能力越强，电弧对触头的烧蚀破坏越小，产品的电气寿命越长，工作可靠性、安全性越高。这里所述的运动精度，对动、静触头的接触性能、多极断路器的各极触头的闭合/断开的同步性和各极触头接触力的均衡性都有直接的影响，各极触头的闭合/断开的同步性越差，越易烧坏断路器负载端的设备，各极触头接触力的均衡性越差，则各极触头的接触电阻相差越大，导致接触电阻大的极温升严重或不能正常工作。这里所述的接触性能是指动、静触头相压接后的接触电阻的大小，接触电阻越大，则接触性能越差，而且温升越严重。由于接触性能与接触力的大小及接触位置有关，因此，转轴的转动精度对于接触性能非常敏感。 [0005] 现有的低压塑壳断路器，其触头系统的转轴部件均为滑动支承，由于转轴和塑壳底座之间采用了滑动支承的结构，它们之间存在严重的滑动摩擦阻力，由此导致操作力大、转轴转动不灵活和运动精度低等严重问题。在现有的低压塑壳断路器的转轴部件的结构中，最为典型和使用最为普遍的是单轴滑动支承结构，其特点是将多极触头支持连在一起，用热固性塑料经压制或注塑成一根整体转轴，这种转轴依靠底座上的二个或多个半圆形的轴承座支撑，上端用一半圆形的轴承盖压住，以保证转轴的转动中心固定，转轴与轴承座为滑动摩擦。因为转轴与其下端的轴承座及上端的轴承盖之间必须有间隙，于是如果间隙过大，转轴的转动中心就会变动，很难保证转轴的运动精度；反之如果过小，则转动不灵活、摩擦大，从而使得整个断路器的操作力大，断路器的闭合/断开速度慢，严重影响拉断电弧的速度，从而导致断路器的短路分断能力降低。此外对转轴的尺寸及轴承座、轴承盖的加工尺寸和装配要求很高，生产时设计要求 很难得到保证。 [0006] 如专利文件92111529.6(授权公告号为CN1028935C)中公开的是一种典型的已为人所知的低压塑壳断路器的转轴部件结构，其触头系统中动触头的三极或多极触头支持是单独的圆柱体，在圆柱体的侧面开有一个或对称地开有二个孔，用一根或二根细长轴将操作机构的下连杆与三极或多极触头支持连接起来，实现断路器的闭合与断开操作。该种结构要求转轴、轴承座、轴承盖的形位尺寸和装配精度很高，使生产效率降低、制造成本升高。转轴因细长、刚度差，故受力容易变形，使得触头运动精度低，特别容易造成远离操作机构的极的触头压力下降，动触头和静触头之间的接触压力得不到可靠保证，从而造成接触电阻大，温升高，情况严重时可能出现不通电现象、烧坏负载端的设备等问题。为解决这一问题，有些低压断路器专门为远离操作机构的极加装一辅助合闸机构，用来保证触头终压力，这样不仅提高了成本，工作可靠性也下降了。 [0007] 工业经济的发展和人们生活水平的提高，大大促进了现代低压配电系统的广泛应用，低压配电事业的迅速发展，不仅要求作为低压配电电器的低压断路器小型化、模数化，而且要求具有高性能，特别是要求具有高开断性能。目前国内外制造塑壳断路器的企业都面临着在满足小型化、模数化的同时，难以保持和提高小型低压塑壳断路器的开断能力的困扰。上述已有的低压断路器的转轴与塑壳底座采用滑动支承的结构，由于它们之间存在很大的摩擦力，从而导致转轴转动不灵活、断路器的操作力大、闭合/断开速度慢、短路分断能力低、动触头的运动精度低、各极触头的闭合/断开同步性差、各极触头的接触力不均衡，动、静触头的接触性能差等严重问题，难以保持要求的开断能力和达到应有的开断效果。 [0008] 此外，转轴与触头支持经压制或注塑形成一体，所以不同极数的断路器的转轴，由于其长度和触头支持的数量不同，必须用不同的注塑模具成形，大大增加了生产成本，降低了生产效率。 发明内容[0009] 本发明的目的在于克服上述现有技术的各种缺陷，提供一种结构简单易于制造、成本低、工作可靠和电气寿命长的新一代低压断路器。由于在转轴上巧妙地采用了滚动轴承，改滑动支承为滚动支承，这种断路器不仅操作力小、通/断速度快、短路分断能力强、动触头的运动精度高，而且各极动触头通用性强、接触性能良好，从而各极动、静触头的闭合/断开的同步性好。 [0010] [0010] 为了实现上述目的，本发明采用了以下的断路器技术方案。 [0011] 具有塑壳底座5和与塑壳底座5相配的塑壳盖板构成的模制绝缘外壳，在所述外壳内设有执行电路闭合/断开操作的触头系统及其操作机构，所述触头系统由静触头部件、动触头部件、灭弧室和安装在灭弧室内的灭弧栅组成，所述的动触头部件包括在操作机构驱动下可实现与静触头部件接触或分离的双触点动触桥，和一个将相邻极的动触头部件固定连接的转轴部件30。所述的转轴部件30包括至少一个用于安装动触桥的触头支持1、至少一个用于连接相邻极触头支持1的转轴3、至少一个用于支承转轴3的滚动轴承4，所述的转轴部件30通过滚动轴承4被安装在塑壳底座5上，以提高转轴部件30的运动精度和运动灵活性。所述的轴承4通过塑壳底座5上的轴承座6，7和轴承盖板8、9被安装到轴承座6、7内，从而将转轴部件30枢转地、灵活地、精确地安装到断路器的塑壳底座5内。所述的触头支持1的个数E、转轴3的个数F、滚动轴承4的个数G与断路器的极数N之间应同时满足以下条件： [0012] E＝N；和 [0013] N-1≤F≤N+1；和 [0014] 1≤G≤F。 [0015] 根据本发明的具体实施方式，所述的转轴3上设有一个装配面32，通过该装配面32与滚动轴承4上的内环孔过盈配合，将滚动轴承4与转轴3装配在一起，保证它们在工作载荷下始终不松动。在所述的转轴3的两端的端部设有嵌接结构31，在所述的触头支持 1的两端设有与转轴3上的嵌接结构31相匹配的嵌接结构，转轴3通过所述的相匹配的嵌接结构与触头支持1连接固定。转轴3上的嵌接结构31与触头支持1上的嵌接结构相互匹配，通过上述匹配组装连接，将转轴3、滚动轴承4与触头支持1组装成转轴部件30。 [0016] 根据本发明，所述的嵌接结构可以是沟槽形轴孔嵌接结构。所述的沟槽形轴孔嵌接结构包括：在转轴3两端的轴形端部的外侧面上沿其轴向设置的沟槽、在触头支持1的端面沿其轴向设置的轴向孔、以及在轴向孔的内侧面上沿其轴向设置的凸条；转轴3的轴形端部上的沟槽与触头支持1上的轴向孔内的凸条，以沟槽/凸条、或者凸条/沟槽的关系相互匹配；转轴3通过其轴形端部嵌入触头支持1上的轴向孔，实现与触头支持1的连接固定，并由轴孔配合提供的接触力和沟槽/凸条配合提供的阻挡力，使它们获得组装精度，且在工作载荷下不松动。 [0017] 根据本发明，所述的嵌接结构也可是滚花形轴孔嵌接结构。所述的滚花形轴孔嵌接结构包括：在转轴3两端的轴形端部、在触头支持1的端面沿其轴向设置的轴向孔、以及在轴形端部的外侧面上和/或在轴向孔的内侧面上设置的滚花；转轴3的端部的截面形状、尺寸与触头支持1上的轴向孔的截面形状、尺寸相互匹配；转轴3通过其轴形端部嵌入触头支持1上的轴向孔，实现与触头支持1的连接固定，并由轴孔配合提供的接触力和滚花面配合提供的摩擦阻力，使它们获得组装精度，且在工作载荷下不松动。 [0018] 根据本发明，所述的嵌接结构也可是多角形轴孔嵌接结构。所述的多角形轴孔嵌接结构包括：在转轴3两端的截面为多角形的轴形端部和在触头支持1的端面沿其轴向设置的截面形状为多角形的轴向孔；转轴3的轴形端部的截面形状、尺寸与触头支持1上的轴向孔的截面形状、尺寸相互匹配；转轴3通过其轴形端部嵌入触头支持1上的轴向孔，实现与触头支持1的连接固定，并由轴孔配合提供的接触力和多角形配合提供的阻挡力，使它们获得组装精度，且在工作载荷下不松动。 [0019] 根据本发明，所述的嵌接结构也可是过盈配合型轴孔嵌接结构。所述的过盈配合型轴孔嵌接结构包括：在转轴3两端的轴形端部和在触头支持1的端面沿其轴向设置的轴向孔；转轴3通过其轴形端部以过盈配合的形式嵌入触头支持1上的轴向孔，实现和触头支持1的连接固定，并由轴孔过盈配合提供的接触力及摩擦阻力，使它们获得组装精度，且在工作载荷下不松动。 [0020] 根据本发明，所述的嵌接结构还可是粘接型轴孔嵌接结构，包括在转轴3 两端的轴形端部和在触头支持1端面上沿其轴向设置的轴向孔；所述的轴形端部的截面形状、尺寸与轴向孔的截面形状、尺寸相匹配，它们之间用粘接剂粘接；转轴3通过其轴形端部嵌入触头支持1上的轴向孔并在它们之间注入粘接剂，实现转轴3和触头支持1的粘接固定，使它们获得组装精度，且在工作载荷下不松动。 [0021] 根据本发明，所述的嵌接结构还可以采用孔轴嵌接结构，其轴形端部设置在触头支持1上，而轴向孔设置在转轴3上。孔轴嵌接结构的轴向孔和轴形端部的结构，可采用上述沟槽形、滚花形、多角形、过盈配合型和粘接型中的任意一种形式。 [0022] 根据本发明，所述的嵌接结构又可采用注塑的方式实现，即将轴3作为嵌件在注塑时将其固定在触头支持的塑料内。 [0023] 所述转轴3的材料为确保其在受载的情况下不变形的金属或高强度、易成形的塑料。所述的轴承盖板8、9可以是独立的元件，也可以与断路器的塑壳盖板一体制成。 [0024] 每个极的转轴3的形状和尺寸也是统一的，每个极的触头支持1的形状和尺寸是统一的，以保证所有触头支持1与所有转轴3之间的组装是可互换的，使不同极数的断路器可采用同一种转轴3、同一种触头支持1和同一种滚动轴承4，使同一条生产线能组装不同极数的断路器的转轴部件30。附图说明 [0025] 图1是本发明的一个实施例的示意图，表示转轴系统装配在断路器模制塑壳内的视图。 [0026] 图2是图1的多极动触头及其转轴部件的示意图。 [0027] 图3是本发明的转轴与轴承的一个实施例的装配示意图。 [0028] 图4是图3的转轴的结构示意图，为清楚起见，去掉了轴承。 [0029] 图5是本发明的断路器的轴承座的一个实施例的结构示意图。 [0030] 图6a和图6b是本发明的断路器的轴承盖的一个实施例的结构示意图。 具体实施方式 [0031] 以下结合附图详细说明本发明的具有滚动轴承的转轴的低压塑壳断路器的具体实施例，以下本发明断路器实施例的描述只是作为非限制性的例子。 [0032] 图1所示的是一个多极低压塑壳断路器的塑壳底座5，它与安装其上的与塑壳底座5配合的塑壳盖板(图中未示出)共同构成断路器的模制绝缘外壳。在塑壳底座5上，设置有属于95111529.6所描述的那种类型的灭弧室和灭弧组件、执行电路闭合/断开操作的触头系统及其操作机构、控制断路器跳闸的脱扣机构和用于连接进线和出线的接线装置。本发明的重点在于对断路器的核心部件——包含触头组件和转轴部件在内的触头系统的改进，通过巧妙地改进动触头的转轴部件，全面提高了低压塑壳断路器的开断性能等技术指标。 [0033] 如图1、2、5、6所示的具体实施例，本发明的低压断路器的动触头转轴部件30由3个用于安装动触头的触头支持1、2个用于连接各极触头支持1的转轴3和2个用于支承转轴3的滚动轴承4组成。滚动轴承4通过塑壳底座5上的至少一个轴承座6(和7)和至少一个轴承盖9(和8)被安装在塑壳底座5上。 [0034] 如图3和图4所示，滚动轴承4的内环孔与转轴3上的装配面32为过盈配合，通过该过盈配合，将滚动轴承4与转轴3装配在一起，并使它们便于组装且在工作载荷下始终不松动。转轴3两端的端部设有嵌接结构31，在触头支持1的两端设有与转轴上的嵌接结构31相匹配的嵌接结构(图中未示出)，通过所述的嵌接结构，将转轴3与各极触头支持1连接固定，可使它们便于组装，并且在工作载荷下始终保持不松动。转轴上的嵌接结构与触头支持上的嵌接结构相互匹配，通过上述匹配组装连接，将转轴、滚动轴承与触头支持组装成转轴部件。由于各极触头支持1是用同一模具制造出的标准件，各极转轴3和滚动轴承4为同一形状和尺寸的标准件，而且它们的嵌接结构的形状和尺寸也是统一的、可互换的，因此，不同极数的断路器可采用同一种转轴3、同一种触头支持1和同一种滚动轴承4，不同极数的断路器的转轴部件30可以在同 一条生产线上组装，从而大大提高了生产效率和降低了制造成本。 [0035] 图1、2、5所示的本发明的低压断路器的实施例为一个三极断路器，其转轴部件30的触头支持1的个数为3个、滚动轴承4的个数为2个，转轴3的个数为2个。本发明的低压断路器的极数N和转轴部件30中触头支持1的个数E、转轴3的个数F和滚动轴承4的个数G之间的关系应同时满足以下条件： [0036] N＝E [0037] N-1≤F≤N+1和 [0038] 1≤G≤F。 [0039] 当G＝1时，滚动轴承4对于转轴3的支撑结构呈悬臂特征，这种结构的优点是结构简单、成本低，其缺点是承受的工作载荷小、转轴的运动精度低，所以，它只适用于小载荷、低精度的单极低压塑壳断路器，或者配合其它支承结构一起使用。 [0040] 当G＝2时，滚动轴承4对于转轴3的支撑效果最好，既能满足结构简单、成本低的要求，又能保证转轴的运动精度，还能承受较大的工作载荷。因此，在设计转轴部件时应首选该技术方案。 [0041] 当G≥3时，滚动轴承4对于转轴3的支撑效果虽然好，但存在制造成本高，装配困难等问题，而且G越大，这些问题越突出，因此，G≥3的方案仅适用于工作载荷较大或转轴3的强度需额外加强的情况。 [0042] F的值根据低压塑壳断路器的结构布局的需要设定。当F＝N-1时，转轴部件30的两端均为触头支持1(如图1、2所示)，是最常用的形式，它既简单、又经济。当F＝N或F＝N+1时，转部件30的一端或两端为转轴3，这种形式适用于需在转轴部件30的一端或两端设置轴承的情况。 [0043] 如图1、5、6a、6b所示，在塑壳底座5上，设有两个轴承座6和7，轴承座6和7为半圆形凹槽，其直径与滚动轴承4的外径相匹配。轴承盖8(和9)上设有半圆形凹槽81(和91)，其直径与滚动轴承4的外径相匹配。通过半圆形凹槽6和81(7和91)配合连接，将滚动轴承4的外环固定在塑壳底座5内。采用这种安装结构，不仅安装方便，而且还可很经济地获得较高的安装定 位精度和足够的承载能力。所述的轴承盖板可以是独立的元件，也可以与断路器的塑壳盖板做成一体。 [0044] 图6a、6b所示的轴承盖8和9分别是独立元件的一个例子。另一种可替换附图所示的实施例的实施方式是，将轴承盖8(和9)与塑壳断路器的塑壳盖板(图中未示出)合为一体，通过断路器的塑壳底座5与塑壳盖板的配合连接固定，把滚动轴承4安装在轴承座6(和7)内。 [0045] 如图4所示，在转轴3的端部的嵌接结构31为沟槽形轴孔嵌接结构，其特点是：在转轴3两端设有轴形端部，在轴形端部的外侧面上，沿其轴向设有沟槽或凸条；在触头支持1的端部设有轴向孔(图中未示出)，在所述的轴向孔的内侧面上，沿其轴向设有凸条或沟槽；转轴3端部的外侧面上的沟槽(或凸条)与触头支持1上的轴向孔内的凸条(或沟槽)相匹配，即沟槽配凸条，或凸条配沟槽，通过转轴的轴形端部嵌入触头支持1上的轴向孔，将转轴3与触头支持1连接固定，由轴孔配合提供的接触力和沟槽/凸条配合提供的阻档力，使转轴3与触头支持1获得良好的组装精度，并且在工作载荷下始终保持不松动。 [0046] 本发明另一种实施方式是采用滚花形轴孔嵌接结构可替代沟槽形轴孔嵌接结构，具体的说，在转轴3两端的轴形端部的外侧面上设有滚花，在触头支持1的端部的轴向孔的内侧面上可设有(也可不设有)滚花，转轴3的轴形端部嵌入轴向孔，将转轴3与触头支持 1连接固定，并由轴孔配合提供的接触力和滚花提供的摩擦阻力，使它们获得足够的装配位精度，且在工作载荷下始终保持不松动。 [0047] 本发明另一种实施方式是采用多角形轴孔嵌接结构可替代沟槽形轴孔嵌接结构，其特点是：转轴3的轴形端部的截面形状与触头支持1的端部的轴向孔的截面形状为相同的多角形，通过转轴端部嵌入轴向孔，将转轴3与触头支持1连接固定，并由轴孔配合的接触力和多角形配合的阻档力，使它们获得足够的装配精度，且在工作载荷下始终保持不松动。 [0048] 再有，本发明另一种实施方式是采用过盈配合型轴孔嵌接结构可替代沟槽形轴孔嵌接结构，其特点是：转轴3两端的轴形端部与触头支持1端部的轴向 孔为过盈配合，通过转轴3的轴形端部嵌入触头支持1上的轴向孔，将转轴3与触头支持1连接固定，并由轴孔过盈配合提供的接触力和摩擦阻力，使它们获得足够的装配精度，且在工作载荷下始终保持不松动。 [0049] 本发明另一种实施方式是采用粘接型轴孔嵌接结构可替代沟槽形轴孔嵌接结构，其特点是：转轴3两端的轴形端部与触头支1端部的轴向孔为过渡配合或间隙配合，通过转轴3的轴形端部嵌入触头支持1上的轴向孔，并在两个配合面之间注入沾接剂粘接，从而将转轴3与触支持1连接固定，使它们获得足够的装配精度，且在工作载荷下始终不松动。 [0050] 在上述的各种轴孔嵌接结构实施方式中，共同的特点是，轴向孔设置在触头支持1上，轴形端部设置在转轴3上。但转轴3与触头支持1的嵌接结构，不限于上述实施例，还有一种实施方式是采用孔轴嵌接结构可替代轴孔嵌接结，其轴形端部设置在触头支持1上，而轴向孔设置在转轴3上。孔轴嵌接结构的轴向孔和轴形端部的结构，可采用上述沟槽形、滚花形、多角形、过盈配合型和粘接型中的任意一种形式。此外，所述的嵌接结构又可采用注塑的方式实现，即将轴3作为嵌件在注塑时将其固定在触头支持的塑料内。 [0051] 为使转轴3具有足够的刚度，转轴3的直径与长度尽可能设计成粗而短，转轴3的材料最好采用金属材料，或者采用高强度、易加工的塑料。 [0052] 本发明的低压塑壳断路器的动触头的转轴部件，由于改滑动支承为滚动支承，滚动轴承4的摩擦阻力很小、精度很高，所以使转轴3具有极高的运动精度和极佳的转动灵活性。由于转轴的转动极其灵活，所以使操作机构所需的操作力大大减小，操作十分省力，动、静触头的闭合/断开速度加快，机构可做得更小巧。由于转轴3的运动精度很高，所以保证了其上的装有动触头的触头支持1的运动精度很高，从而大大改善了动、静触头之间的接触性能。由于加快了动、静触头之间的闭合/断开速度和改善了它们之间的接触性能，所以大大增强了断路器的短路分断能力，大大缩短了切断电弧的时间，从而提高了断路器操作机构工作的安全性和可靠性，减小了电弧对触头的烧蚀破坏，显著延长了低压塑壳断路器的使用寿命。 |
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