包括环境补偿双金属元件保持和释放电弧故障指示器的断路器

申请号 CN200880100469.5 申请日 2008-07-23 公开(公告)号 CN101765897A 公开(公告)日 2010-06-30
申请人 伊顿公司; 发明人 P·W·米尔斯; R·G·本肖夫;
摘要 一种 飞行器 断路器 (1),包括具有开口(123)的壳体(112)、可分离触点(100)、构造成打开和闭合所述触点的操作机构(102),和构造成与所述操作机构协作以脱扣打开所述操作机构的脱扣机构(104)。所述脱扣机构包括响应于热故障而脱扣打开所述操作机构的第一双金属元件(184)、补偿所述第一双金属元件的第二环境补偿双金属元件(190),和响应于 电弧 故障而脱扣打开所述操作机构的电弧故障脱扣 电路 (98,105)。指示器(122)包括指示器部(108)和从所述指示器部设置的支脚(110)。 弹簧 (111) 偏压 所述指示器部。所述第二双金属元件保持所述指示器的支脚,由此抵抗所述弹簧的偏压保持所述指示器。所述第二双金属元件响应于所述电弧故障脱扣电路和所述电弧故障而释放所述指示器的支脚,由此向所述弹簧偏压释放所述指示器。
权利要求

1.一种断路器(1),包括:
包括开口(123)的壳体(112);
设置在所述壳体中的可分离触点(100);
构造成打开和闭合所述可分离触点的操作机构(102);
构造成与所述操作机构协作以脱扣打开所述操作机构的脱扣机构(104),所述脱扣机构包括构造成响应于热故障而脱扣打开所述操作机构的第一部分(184)、构造成补偿所述第一部分的第二部分(190),和构造成响应于电弧故障而脱扣打开所述操作机构的第三部分(98,105);
指示器(122),所述指示器包括指示器部(108)和从所述指示器部设置的支脚(110);和
构造成偏压所述指示器的偏压机构(111);
其中所述脱扣机构的第二部分通常构造成保持所述指示器的支脚,由此抵抗所述偏压机构的偏压而保持所述指示器,以及
其中所述脱扣机构的第二部分还构造成响应于所述脱扣机构的第三部分和所述电弧故障而释放所述指示器的支脚,由此向所述偏压机构的偏压释放所述指示器。
2.如权利要求1所述的断路器(1),其特征在于,所述脱扣机构的第一部分包括构造成响应于所述热故障而脱扣打开所述操作机构的双金属元件(184);所述操作机构的第三部分包括构造成响应于所述电弧故障而脱扣打开所述操作机构的螺线管(98)。
3.如权利要求1所述的断路器(1),其特征在于,所述指示器的支脚是第一支脚(110);所述指示器包括从所述指示器部设置的第二支脚(204);所述壳体包括座圈(118),所述座圈包括所述开口和内表面(125);所述指示器的第一支脚包括通常由所述脱扣机构的第二部分保持的钩(206);所述偏压机构将所述指示器部偏压至所述壳体的外部;所述指示器的第二支脚包括底脚(208),所述底脚构造成在所述脱扣机构的第二部分响应于所述电弧故障而释放所述指示器的第一支脚之后与所述座圈的内表面接合,由此限制所述指示器部向所述壳体外部的移行。
4.如权利要求1所述的断路器(1),其特征在于,所述脱扣机构的第一部分包括构造成响应于所述热故障而脱扣打开所述操作机构的第一双金属元件(184);所述脱扣机构的第二部分包括构造成针对环境温度的变化补偿所述第一双金属元件的第二环境补偿双金属元件(190);所述第一双金属元件和所述第二环境补偿双金属元件两者都是长形的且包括第一端部、与所述第一端部相对的第二端部以及位于所述第一和第二端部之间的中间部分,所述第一双金属元件的所述中间部分构造成响应于流过所述可分离触点的电流的增大沿第一方向运动,所述第一双金属元件的所述中间部分构造成响应于流过所述可分离触点的电流的减小沿相反的第二方向运动,所述第二环境补偿双金属元件的所述中间部分构造成响应于所述环境温度的升高沿所述第一方向运动,所述第二环境补偿双金属元件的所述中间部分构造成响应于所述环境温度的降低沿所述相反的第二方向运动。
5.如权利要求4所述的断路器(1),其特征在于,所述脱扣机构的所述第三部分包括电弧故障脱扣电路(105)以及包括线圈(39)和柱塞(106)的螺线管(98);所述第二环境补偿双金属元件包括通常保持所述第二环境补偿双金属元件的第一端部相对于所述壳体固定的弹簧(200),所述第二环境补偿双金属元件的第一端部载持闩元件(191),所述闩锁元件通常锁住所述指示器的支脚;所述电弧故障脱扣电路构造成检测所述电弧故障并使所述线圈通电;所述柱塞构造成响应于所述线圈被通电而使所述第二环境补偿双金属元件的中间部分沿所述相反的第二方向运动以脱扣打开所述可分离触点,并且还使所述第二环境补偿双金属元件的第一端部运动,以使得所述闩锁元件响应于所述电弧故障而释放所述指示器的支脚。
6.如权利要求1所述的断路器(1),其特征在于,所述操作机构包括穿过所述壳体的所述开口的柱杆(121)和在所述壳体外部设置在所述柱杆上的操作元件(120);所述指示器部是围绕所述柱杆(121)的导管(108);所述脱扣机构的第一部分包括构造成响应于所述热故障而脱扣打开所述操作机构的第一双金属元件(184);所述脱扣机构的第二部分包括构造成针对环境温度的变化补偿所述第一双金属元件的第二环境补偿双金属元件(190),所述第二环境补偿双金属元件包括弹簧(200)和保持闩锁元件(191)的端部,所述弹簧通常保持所述第二环境补偿双金属元件的端部相对于所述壳体固定,所述闩锁元件通常锁住所述指示器的支脚,所述第二环境补偿双金属元件和所述脱扣机构的所述第三部分独立于所述第一双金属元件而响应所述电弧故障。
7.如权利要求1所述的断路器(1),其特征在于,所述指示器由液晶聚合物制成。
8.如权利要求1所述的断路器(1),其特征在于,所述指示器部是晕圈形导管(108),所述晕圈形导管具有内部部分(215)、外部部分(216)、贯穿其的开口(217)以及位于所述内部部分和所述外部部分之间的厚度(218),所述晕圈形导管设置在所述壳体的开口内,所述厚度为大约0.015至大约0.020英寸。
9.如权利要求1所述的断路器(1),其特征在于,所述指示器的支脚是柔性的且包括钩部(206);所述脱扣机构的第二部分与所述钩部接合并使所述指示器的所述支脚偏曲,由此抵抗所述偏压机构的偏压保持所述指示器。
10.如权利要求1所述的断路器(1),其特征在于,所述操作机构包括穿过所述壳体的所述开口的操作柱杆(121),和在所述壳体外部设置在所述操作柱杆上的操作手柄(120);所述指示器部是围绕所述操作柱杆的导管(108);所述脱扣机构的第一部分构造成响应于所述热故障而释放所述操作柱杆并将所述操作手柄进一步延伸至所述壳体外部;所述脱扣机构的第二部分构造成在没有所述电弧故障的情况下保持所述指示器的所述支脚。
11.如权利要求1所述的断路器(1),其特征在于,所述操作机构包括穿过所述壳体的所述开口的操作柱杆(121),和在所述壳体外部设置在所述操作柱杆上的操作手柄(120);所述指示器部是围绕所述操作柱杆的导管(108);所述脱扣机构的第二部分与所述脱扣机构的第三部分协作以响应于所述电弧故障而释放所述操作柱杆并将所述操作手柄进一步延伸至所述壳体外部。
12.如权利要求1所述的断路器(1),其特征在于,所述壳体包括座圈(118),所述座圈包括所述开口;所述座圈具有大约0.4375英寸的外径。
13.如权利要求1所述的断路器(1),其特征在于,所述操作机构包括操作手柄(120)、从所述操作手柄设置的U形夹(136)、构造成在没有所述热故障的情况下卡住所述U形夹的第一滑动部(180),和构造成在没有所述电弧故障的情况下卡住所述U形夹的第二滑动部(182);所述脱扣机构的第一部分包括构造成响应于所述热故障而使所述第一滑动部运动并释放所述U形夹的双金属元件(184);所述脱扣机构的第三部分包括螺线管(98),所述螺线管构造成响应于所述电弧故障而使所述脱扣机构的第二部分和所述第二滑动部运动并释放所述U形夹。
14.如权利要求1所述的断路器(1),其特征在于,所述指示器的所述支脚是第一支脚(110);所述指示器包括从所述指示器部设置的第二支脚(204);所述壳体包括保持元件(210)和座圈(118),所述座圈包括形成所述开口的导管(212);所述操作机构包括穿过所述壳体的所述开口的操作柱杆(121),和在所述壳体外部设置在所述操作柱杆上的操作手柄(120);所述指示器部是围绕所述操作柱杆的导管(108),所述第二支脚设置在所述保持元件和所述座圈的导管之间。
15.如权利要求1所述的断路器(1),其特征在于,所述脱扣机构的第一部分包括构造成响应于所述热故障而脱扣打开所述操作机构的第一双金属元件(184);所述脱扣机构的第二部分包括构造成针对环境温度的变化补偿所述第一双金属元件的第二环境补偿双金属元件(190),所述第二环境补偿双金属元件包括一定数量的弹簧(200),和保持闩锁元件(191)的端部,所述一定数量的弹簧通常保持所述第二环境补偿双金属元件的端部相对于所述壳体固定,所述闩锁元件通常锁住所述指示器的支脚,所述第二环境补偿双金属元件和所述脱扣机构的所述第三部分独立于所述第一双金属元件而响应所述电弧故障。
16.如权利要求15所述的断路器(1),其特征在于,所述闩锁元件通常利用一锁住所述指示器的支脚;所述第二环境补偿双金属元件还包括一定数量的调节元件(224),所述调节元件与所述一定数量的弹簧协作以调节所述力。
17.如权利要求16所述的断路器(1),其特征在于,所述力的增大导致响应于所述电弧故障相对更慢地释放所述指示器;所述力的减小导致响应于所述电弧故障相对更快地释放所述指示器。
18.如权利要求1所述的断路器(1),其特征在于,所述指示器的支脚是第一支脚(110);所述指示器包括从所述指示器部设置的第二支脚(204),所述指示器部可穿过所述壳体的所述开口设置,所述第二支脚构造成限制所述指示器部穿过所述壳体的所述开口的移行。
19.一种飞行器断路器(1),包括:
包括开口(123)的壳体(112);
设置在所述壳体中的可分离触点(100);
构造成打开和闭合所述可分离触点的操作机构(102);
构造成与所述操作机构协作以脱扣打开所述操作机构的脱扣机构(104),所述脱扣机构包括构造成响应于热故障而脱扣打开所述操作机构的第一双金属元件(184)、构造成补偿所述第一双金属元件的第二环境补偿双金属元件(190),和构造成响应于电弧故障而脱扣打开所述操作机构的电弧故障脱扣电路(98,105);
指示器(122),所述指示器包括指示器部(108)和从所述指示器部设置的支脚(110);和
构造成偏压所述指示器的偏压机构(111);
其中所述第二环境补偿双金属元件通常构造成保持所述指示器的支脚,由此抵抗所述偏压机构的偏压保持所述指示器,以及
其中所述第二环境补偿双金属元件还构造成响应于所述电弧故障脱扣电路和所述电弧故障而释放所述指示器的支脚,由此向所述偏压机构的偏压释放所述指示器。
20.如权利要求19所述的飞行器断路器(1),其特征在于,所述电弧故障脱扣电路包括机电机构(98);所述第一双金属元件响应于所述热故障而运动以独立于所述机电机构脱扣打开所述操作机构;所述机电机构构造成响应于所述电弧故障而使所述第二环境补偿双金属元件运动以脱扣打开所述操作机构。
21.如权利要求20所述的飞行器断路器(1),其特征在于,所述电弧故障脱扣电路还包括电弧故障检测电路(105);所述机电机构包括螺线管(98),所述螺线管包括线圈(39)和柱塞(106),所述电弧故障检测电路响应于所述电弧故障而使所述线圈通电,所述柱塞响应于所述线圈被通电而使所述第二环境补偿双金属元件运动。
22.如权利要求21所述的飞行器断路器(1),其特征在于,所述第二环境补偿双金属元件独立于所述第一双金属元件而运动;所述第一双金属元件响应于所述热故障且独立于所述螺线管的柱塞而运动;所述柱塞响应于所述电弧故障且独立于所述第一双金属元件而使所述第二环境补偿双金属元件运动。
23.如权利要求19所述的飞行器断路器(1),其特征在于,所述飞行器断路器是超小型飞行器断路器(1)。

说明书全文

技术领域

发明一般涉及电气开关装置,更具体地涉及断路器,例如电弧故障断路器。

背景技术

断路器用于保护电气电路由于过流状况如过载状况或者较高电平短路或故障状况而受损。在用于居民和照明商业应用的、通常被称作微型断路器的小型断路器中,通常通过热磁脱扣装置来提供这种保护。该脱扣装置包括双金属元件,该双金属元件响应于持续的过流状况而受热和弯曲。继而所述双金属元件松开弹簧供能的操作机构,该操作机构打开断路器的可分离触点以中断被保护电系统中的电流流动。
超小型断路器例如用在飞行器(飞机)电气系统中,其中它们不仅提供过流保护,还用作开启和关闭设备的开关。这样,它们经受大量的使用,且由此必须能够可靠地执行许多工作循环。它们还必须小,以适应断路器面板的高密度布局,断路器面板使得使用者可接近用于多种电路的断路器。飞行器电气系统通常由数百个断路器构成,每个断路器通过推拉手柄用于电路保护功能以及电路断开功能。推拉手柄从内向外运动以打开负载电路。在发生过载或故障状况的情况下,该动作可以是手动的或自动的。如果推拉手柄从外向内运动,则负载电路被重新通电。如果负载电路已被自动断电,则推拉手柄的从外向内的操作对应于断路器的重置动作。
通常,超小型断路器仅提供由闩(latch)执行的、针对持续过流的保护,闩锁由双金属元件响应于由过流导致的I2R发热而触发。人们对于提供额外保护、且最重要的是电弧故障保护有着越来越浓厚的兴趣。电弧故障通常是高阻抗故障且可以是间断的。然而,这种电弧故障可引起火灾。
在零星的电弧故障状况期间,断路器的过载能力将不起作用,因为故障电流的均方根(RMS)值太小以致于不能致动自动脱扣电路。向断路器添加电弧故障感测会增加一个用于溅射电弧故障保护所需的元件——理想地,电弧故障感测电路的输出直接脱扣及由此打开断路器。但是,仍然希望提供分开的指示以将电弧故障脱扣与过流引起的脱扣区分开来。
最后,希望提供响应于例如由短路引起的非常高的过流而进行的即时脱扣。
在非常小的封装(将在长时间内大量使用的情况下可靠操作)中提供可替换的保护和分开的指示是一种挑战。需要一种满足上述所有标准且可自动组装的装置。
在飞行器应用中,两个实用方面的考虑使得难以实现、乃至可能不希望自动操作。首先,传统的飞行器断路器的设计使得难以向其增加外部致动的脱扣电路。其次,飞行器上的某些特定电路是如此关键,以致于在电路被断电之前希望机组人员进行手动干预。
US专利No.6,542,056公开了一种可动的和可照亮的电弧故障指示器,包括一第一支脚,该支脚在其下端附近具有凹口。该凹口由弹簧的第一臂接合。所述弹簧具有被销保持在机构板上的中央部,和保持在板上的并排销之间的第二臂。所述指示器还包括第二支脚或光管元件和与所述支脚连接的可照亮环部。所述指示器通常凹嵌在断路器壳体的座圈中。在正常工作状况下,电弧故障电路使发光二极管(LED)通电。所述光管的自由端通常靠近所述LED且通常在电路通电时从其接收光。这样,所述LED通常照亮所述光管且由此照亮所述可照亮环部。所述可照亮环部是可见的,以便在被照亮时指示所述电路的适当通电。脱扣达的指示器闩锁通常保持住所述弹簧的第一臂。当所述脱扣马达通电时,所述第一臂从所述指示器闩锁的开口脱开并向上驱动所述指示器的第一支脚,由此将指示器环向上驱动至电弧故障脱扣位置,在该电弧故障脱扣位置所述光管与所述LED分离。由于所述脱扣,电力从所述电路移除且所述可照亮环部不再被照亮。

发明内容

这些和其它需求由本发明的实施例来满足,本发明的实施例提供了一种脱扣机构,该脱扣机构包括构造成响应于热故障而脱扣打开操作机构的第一部分、构造成补偿所述第一部分的第二部分,和构造成响应于电弧故障而脱扣打开所述操作机构的第三部分。指示器包括指示器部和从所述指示器部设置的支脚。偏压机构构造成偏压(偏置)所述指示器部。所述脱扣机构的第二部分通常构造成保持所述指示器的支脚,由此抵抗所述偏压机构的偏压而保持所述指示器,并且还构造成响应于所述脱扣机构的第三部分和所述电弧故障而释放所述指示器的支脚,由此向所述偏压机构的偏压释放所述指示器。
根据本发明的一个方面,断路器包括:包括开口的壳体;设置在所述壳体中的可分离触点;构造成打开和闭合所述可分离触点的操作机构;构造成与所述操作机构协作以脱扣打开所述操作机构的脱扣机构,该脱扣机构包括构造成响应于热故障而脱扣打开所述操作机构的第一部分、构造成补偿所述第一部分的第二部分,和构造成响应于电弧故障而脱扣打开所述操作机构的第三部分;指示器,该指示器包括指示器部和从所述指示器部设置的支脚;以及偏压机构,该偏压机构构造成偏压所述指示器部,其中所述脱扣机构的第二部分通常构造成保持所述指示器的支脚,由此抵抗所述偏压机构的偏压而保持所述指示器,并且其中所述脱扣机构的第二部分还构造成响应于所述脱扣机构的第三部分和所述电弧故障而释放所述指示器的支脚,由此向所述偏压机构的偏压释放所述指示器。
所述脱扣机构的第一部分可包括构造成响应于所述热故障而脱扣打开所述操作机构的双金属元件;且所述操作机构的第三部分可包括构造成响应于所述电弧故障而脱扣打开所述操作机构的螺线管。
所述指示器的支脚可以是第一支脚;所述指示器可包括从所述指示器部设置的第二支脚;所述壳体可包括座圈,该座圈包括开口和内表面;所述指示器的第一支脚可包括通常由所述脱扣机构的第二部分保持的钩;所述偏压机构可将所述指示器部偏压至所述壳体的外部;且所述指示器的第二支脚可包括底脚,该底脚构造成在所述脱扣机构的第二部分响应于所述电弧故障而释放所述指示器的第一支脚之后与所述座圈的内表面接合,由此限制所述指示器部向所述壳体外部的移行。
所述脱扣机构的第一部分可包括构造成响应于所述热故障而脱扣打开所述操作机构的第一双金属元件,所述脱扣机构的第二部分可包括构造成针对环境温度的变化补偿所述第一双金属元件的第二环境补偿双金属元件,且所述第一双金属元件和所述第二环境补偿双金属元件两者可以是长形的并包括第一端部、与所述第一端部相对的第二端部以及位于所述第一和第二端部之间的中间部分,所述第一双金属元件的中间部分可构造成响应于流过所述可分离触点的电流的增大沿第一方向运动,所述第一双金属元件的中间部分可构造成响应于流过所述可分离触点的电流的减小沿相反的第二方向运动,所述第二环境补偿双金属元件的中间部分可构造成响应于所述环境温度的升高沿所述第一方向运动,所述第二环境补偿双金属元件的中间部分可构造成响应于所述环境温度的降低沿所述相反的第二方向运动。
所述脱扣机构的第三部分可包括电弧故障脱扣电路以及包括线圈和柱塞的螺线管,所述第二环境补偿双金属元件可包括通常保持所述第二环境补偿双金属元件的第一端部相对于所述壳体固定的弹簧,所述第二环境补偿双金属元件的第一端部可载持闩锁元件,所述闩锁元件可通常锁住所述指示器的支脚;所述电弧故障脱扣电路可构造成检测所述电弧故障并使所述线圈通电,且所述柱塞可构造成响应于所述线圈被通电而使所述第二环境补偿双金属元件的中间部分沿所述相反的第二方向运动以脱扣打开所述可分离触点,并且还使所述第二环境补偿双金属元件的第一端部运动,以使得所述闩锁元件响应于所述电弧故障而释放所述指示器的支脚。
所述操作机构可包括穿过所述壳体的开口的柱杆和在所述壳体外部设置在所述柱杆上的操作元件;所述指示器部可以是围绕所述操作柱杆的导管,所述脱扣机构的第一部分可包括构造成响应于所述热故障而脱扣打开所述操作机构的第一双金属元件,所述脱扣机构的第二部分可包括构造成针对环境温度的变化补偿所述第一双金属元件的第二环境补偿双金属元件,所述第二环境补偿双金属元件可包括弹簧和保持闩锁元件的端部,所述弹簧可通常保持所述第二环境补偿双金属元件的端部相对于所述壳体固定,所述闩锁元件可通常锁住所述指示器的支脚,所述第二环境补偿双金属元件和所述脱扣机构的第三部分可独立于所述第一双金属元件而响应所述电弧故障。
所述脱扣机构的第一部分可包括构造成响应于所述热故障而脱扣打开所述操作机构的第一双金属元件,所述脱扣机构的第二部分可包括构造成针对环境温度的变化补偿所述第一双金属元件的第二环境补偿双金属元件,所述第二环境补偿双金属元件可包括一定数量的弹簧和保持闩锁元件的端部,所述一定数量的弹簧可通常保持所述第二环境补偿双金属元件的端部相对于所述壳体固定,所述闩锁元件可通常锁住所述指示器的支脚,所述第二环境补偿双金属元件和所述脱扣机构的第三部分可独立于所述第一双金属元件而响应所述电弧故障。
所述闩锁元件可通常利用一力锁住所述指示器的支脚,且所述第二环境补偿双金属元件还可包括一定数量的调节元件,所述一定数量的调节元件与所述一定数量的弹簧协作以调节所述力。
作为本发明的另一个方面,飞行器断路器包括:包括开口的壳体;设置在所述壳体中的可分离触点;构造成打开和闭合所述可分离触点的操作机构;构造成与所述操作机构协作以脱扣打开所述操作机构的脱扣机构,该脱扣机构包括构造成响应于热故障而脱扣打开所述操作机构的第一双金属元件、构造成补偿所述第一双金属元件的第二环境补偿双金属元件,和构造成响应于电弧故障而脱扣打开所述操作机构的电弧故障脱扣电路;指示器,该指示器包括指示器部和从所述指示器部设置的支脚;和构造成偏压所述指示器的偏压机构,所述第二环境补偿双金属元件通常构造成保持所述指示器的支脚,由此抵抗所述偏压机构的偏压而保持所述指示器,并且所述第二环境补偿双金属元件还构造成响应于所述电弧故障脱扣电路和所述电弧故障而释放所述指示器的支脚,由此向所述偏压机构的偏压释放所述指示器。
所述电弧故障脱扣电路可包括机电机构,所述第一双金属元件可响应于所述热故障而运动以独立于所述机电机构脱扣打开所述操作机构,且所述机电机构可构造成响应于所述电弧故障而使所述第二环境补偿双金属元件运动以脱扣打开所述操作机构。
附图说明
当结合附图阅读时可从下面对优选实施例的描述中获得对本发明的充分理解,在附图中:
图1是根据本发明实施例的断路器的侧视图。
图2是沿图1的线2-2截取的剖视图。
图3是图2的操作手柄和指示器处于闭合位置的简化视图。
图4是图2的操作手柄和指示器处于打开热位置的简化视图。
图5是图2的操作手柄和指示器处于打开电弧故障位置的简化视图。
图6是图2的操作手柄、指示器和闩锁机构处于闭合位置的简化视图。
图7是图2的操作手柄、指示器和闩锁机构处于打开电弧故障位置的简化视图。
图8是图2的操作手柄、指示器和座圈的分解轴测图。
图9是图2的操作手柄、指示器和闩锁调节机构的轴测图。
图10是图2的操作机构的一部分的立视图。

具体实施方式

如本文所用,术语“数量”应指一或大于一的整数(即,多个)。
如本文所用,关于两个或更多个部分“连接”或“联接”在一起的表述应指所述部分直接结合在一起或通过一个或多个中间部分结合在一起。此外,如本文所用,关于两个或更多个部分被“连结”的表述应指所述部分直接结合在一起。
如本文所用,术语“热故障”应指热过载电流状况或其它过流状况。
本发明是结合超小型的飞行器或航空电弧故障断路器进行描述的,但是本发明也可应用于多种用于电力电路的断路器。
参照图1和2,断路器(例如但不限于超小型飞行器或航空电弧故障断路器1)包括可分离触点100(图10),构造成打开和闭合所述可分离触点100的操作机构102(图2和10),和构造成与操作机构102协作以脱扣打开操作机构102和可分离触点100的脱扣机构104(图2)。
继续参照图2,脱扣机构104包括构造成响应于热故障而脱扣打开操作机构102的第一部分如长形的双金属元件184,构造成针对环境温度变化补偿双金属元件184的第二部分如长形的环境温度补偿双金属元件190,和第三部分如电磁装置,例如螺线管(例如但不限于微型线圈组件98),其包括脱扣线圈39和柱塞106,构造成在脱扣线圈39响应于检测到电弧故障而通电时脱扣打开操作机构102。环境温度补偿双金属元件190响应于环境温度且独立于双金属元件184而运动。双金属元件184响应于其由流过可分离触点100(例如但不限于热故障)和流过双金属元件184的电流变化所引起的温度变化而运动。该运动独立于螺线管柱塞106。柱塞106响应于电弧故障且独立于双金属元件184使环境温度补偿双金属元件190运动。
脱扣机构104还包括构造成响应于检测到电弧故障而脱扣打开操作机构102的电弧故障脱扣电路105。电弧故障脱扣电路105包括微型线圈组件98和如在US专利No.7,170,376中公开的电弧故障检测电路107,该专利结合于此作为参考。双金属元件184响应于热故障而运动以独立于微型线圈组件98脱扣打开操作机构102,微型线圈组件98构造成响应于检测到电弧故障而使环境温度补偿双金属元件190运动以脱扣打开操作机构102。电弧故障检测电路107响应于电弧故障而使脱扣线圈39通电。继而,柱塞106和环境温度补偿双金属元件190响应于线圈39被通电而运动。
通常,双金属元件184和环境温度补偿双金属元件190的两端(相对于图2的上端和下端)固定安装在壳体112内。双金属元件184的中间(例如但不限于,中央)部分构造成响应于流过可分离触点100的电流的增大(及由此响应于双金属元件184的温度升高)向右(相对于图2)运动且构造成响应于流过可分离触点100的电流的减小(及由此响应于双金属元件184的温度降低)向左(相对于图2)运动。环境温度补偿双金属元件190的中间(例如但不限于,中央)部分构造成响应于环境温度的升高向右(相对于图2)运动且构造成响应于环境温度的降低向左(相对于图2)运动。
脱扣指示器122包括指示器部108和从该指示器部设置的支脚110。一偏压机构(例如但不限于弹簧111)构造成将指示器部108偏压至壳体112的外部,如图5所示。如将所述,环境温度补偿双金属元件190包括闩锁元件191,该闩锁元件通常构造成保持脱扣指示器支脚110,由此抵抗弹簧111的偏压保持脱扣指示器122。该闩锁元件191构造成响应于柱塞106而释放脱扣指示器支脚110(柱塞106响应于检测到电弧故障而向左(相对于图2)运动),由此响应于弹簧偏压而释放脱扣指示器122向上(相对于图2)运动。操作机构102的电弧故障脱扣和通过脱扣指示器122的电弧故障脱扣指示都通过微型线圈组件98和环境温度补偿双金属元件190来进行。这里,指示器部108可穿过壳体开口123设置且响应于来自电弧故障检测电路107的电子信号来布置,该电子信号使脱扣线圈39通电。
如在图9中最佳地示出,环境温度补偿双金属元件190包括一定数量的弹簧200和保持闩锁元件191的端部202。弹簧200通常保持相对于壳体112固定的环境温度补偿双金属元件190的端部202(图2),且闩锁元件191通常锁住指示器支脚110。
可分离触点110(图10)设置在壳体112(例如封壳)内,壳体112在其上具有一对端子114和116,所述端子延伸到封壳112的外部以分别与电源和负载电连接。封壳112包括座圈(例如但不限于带螺纹的导电套圈118),所述座圈包括开口123和内表面125。套圈118延伸到封壳112的外部,用于引导操作柱杆(例如但不限于柱塞组件121)的操作手柄(例如但不限于手动操作器120)。套圈118与螺母119一起提供了用于断路器1在面板(未示出)上的安装和导电连接机构。
手动操作器120和脱扣指示器122能够穿过套圈118的开口123相对于套圈118进行滑动轴向运动。手动操作器120具有中央部124。
U形夹(马钩)或热闩锁元件136具有闩锁表面138和抵靠部140。U形夹136可枢转地由销142支承,销142可相对于手动操作器120在槽143中运动。销142的端部保持在中央壳体112中的凹槽(未示出)内,所述凹槽引导其轴向运动。
机械闩锁元件146具有闩锁表面148,闩锁表面148与套圈118上的相配合的闩锁表面150接合。闩锁元件146构造成与闩锁表面150接合,直到闩锁20被致动。
弹簧162设置成相对于套圈118向上弹性地偏压手动操作器120、U形夹136和闩锁元件146。
接触柱塞组件165的可动接触托架或柱塞164在其中具有用于接纳U形夹136的中央开口166。接触托架164载持接触桥168(图10),接触桥168具有安置在其上的一对可动触点170(仅示出一个触点170)。可动触点170可与固定触点172接合以完成从端子114通过断路器1的电流响应双金属元件184到端子116的电路。螺旋线圈柱塞复位弹簧174(图2)在一端抵靠壳体112的弹簧保持部175,在其另一端抵靠可动接触托架164,以便通常相对于壳体112向上偏压接触托架164。
接触托架164在其中具有用于接纳热滑动部如过载滑动件180和环境滑动部如环境温度滑动件182的横向延伸槽178。过载滑动件180可在长形的电流响应双金属元件184的影响下在接触托架164的内部运动,电流响应双金属元件184在其各端由端部支承件185保持在壳体112内。过载滑动件180构造成在没有热故障的情况下卡住U形夹136,当过载滑动件180与双金属元件184的中间部分向右(相对于图2)运动时释放U形夹136。如将所述,除了向双金属元件184提供环境温度补偿外,环境温度滑动件182还构造成在没有热故障或没有电弧故障的情况下卡住U形夹136,当环境温度滑动件182与柱塞106和环境温度补偿双金属元件190的中间部分向左(相对于图2)运动时释放U形夹136。因而,环境温度补偿双金属元件190和微型线圈组件柱塞106独立于双金属元件184而响应于电弧故障。
U形夹引导组件(例如但不限于由陶瓷制成)186将过载滑动件180联接到双金属元件184且使它与双金属元件184绝缘。过载滑动件180具有槽188,该槽接纳U形夹136且与U形夹136紧密配合以响应于滑动件180的横向运动(例如,相对于图2向右)实现闩锁20的致动和U形夹136的释放。这继而释放闩锁元件146以便打开触点170、172(图10)。
环境温度滑动件182位于过载滑动件180下方且可在长形的环境温度补偿双金属元件190的影响下在接触托架164的内部运动,环境温度补偿双金属元件190是环境补偿器组件192的一部分,环境补偿器组件192包括可调螺钉引导件193、校准螺钉194和补偿器弹簧195。
环境温度补偿双金属元件190与环境温度滑动件182互锁,由此该滑动件182的横向运动由该双金属元件190部分地控制。环境温度滑动件182具有槽196,当断路器1处于触点闭合位置时,如所示,槽196接纳U形夹136的弯钩端抵靠部140。在触点闭合位置,U形夹136的闩锁表面138以由弹簧174提供的向上弹性偏压确定的压力与环境温度滑动件182的邻近槽196周边的上表面接合。
参照图3,手动操作器120和脱扣指示器122被示出为处于图2的断路器1的闭合位置。操作机构102包括柱塞组件121(柱塞组件121穿过壳体122的开口123)和在壳体112外部设置在柱塞组件121上的手动操作器120。指示器部108是围绕柱塞组件121的导管(例如但不限于晕圈(halo))。如上面关于图2所述,双金属元件184和过载滑动件180释放U形夹136及由此柱塞组件121,以响应于热故障使手动操作器120进一步延伸到壳体112外部,如图4所示。环境温度补偿双金属元件190及其闩锁元件191(图2)在没有电弧故障的情况下将指示器支脚110保持在图3和4所示的位置。优选地,手动操作器120包括,例如但不限于,通常位于壳体开口123中且由此隐藏在图3的闭合位置的白色部(未示出)。但是,在图4的打开位置,且在没有电弧故障的情况下,该白色部被露出以表示断路器1的手动打开或热脱扣。
如图5所示,当柱塞106(图2)和环境温度补偿双金属元件190(图2)协作以释放U形夹136及由此柱塞组件121时,环境温度补偿双金属元件190及其闩锁元件191(图2)向左(相对于图2-5)运动(如在图8中最佳地示出),以响应于检测到电弧故障而将指示器支脚110释放至图5所示的位置。这响应于检测到电弧故障将手动操作器120进一步延伸至壳体112外部,并且还延伸指示器部108,这表示脱扣是响应于检测到电弧故障的。
如图3-5和8所示,脱扣指示器122还包括从指示器部108设置的第二支脚204。第一支脚110包括钩形部206,该钩形部与环境温度补偿双金属元件190的闩锁元件191(图2)接合,且响应于检测到电弧故障而被释放。第二支脚204包括底脚208,该底脚有利地用作止动部,如在图5中最佳地示出,用于停止脱扣指示器122在其被释放之后的向上竖直(相对于图3-5)移行。在闩锁元件191(图2)响应于检测到电弧故障而释放第一支脚110之后,底脚208与座圈118的内表面125接合,由此限制指示器部108在壳体112外部的移行。这确定了指示器部108(例如但不限于黄色带)在座圈118的顶端(相对于图5)上方露出多少。第二支脚204由此还起到支承表面和重量平衡件的作用,以防止脱扣指示器122在一侧比在另一侧向上移行得更高(相对于图5)。
脱扣指示器122不与热相关地被配置,或者与环境温度补偿双金属元件190(图2)响应于环境温度变化而运动相关地被配置,因为环境温度补偿双金属元件190通常在两端被固定(如图2和6所示),虽然环境温度补偿双金属元件190的顶部(相对于图7)可向左(相对于图2和7)运动,如在图7中最佳地示出。环境温度补偿双金属元件190和双金属元件184(图2)两者都随环境温度的变化在它们的中间部分偏曲。但是,脱扣指示器122对环境温度补偿双金属元件190的热功能没有影响,因为弹簧200(图9)通常将环境温度补偿双金属元件190的顶部(相对于图2和9)保持就位。这一直是这样,直到脱扣线圈39被通电且柱塞106向左(相对于图2和7)运动,这使环境温度补偿双金属元件190的顶部(相对于图7)向左(相对于图7)运动,以使闩锁元件191释放脱扣指示器支脚110。这还使环境温度补偿双金属元件190的中间部分向左(相对于图7)运动以释放U形夹136且脱扣打开可分离触点100(图10)。
图6示出位于闭合位置的手动操作器120、脱扣指示器122和闩锁元件191的简化视图。脱扣指示器122的第一支脚110优选为柔性的且包括钩部206。闩锁元件191与钩部206接合且使脱扣指示器支脚110偏曲,由此抵抗弹簧111的偏压保持脱扣指示器122。
如图6所示,壳体112的座圈118包括保持元件(例如但不限于,销210),且座圈118包括形成开口123的导管212。柱塞组件121穿过开口123且手动操作器120在壳体112外部设置在柱塞组件121上。指示器部108是围绕柱塞组件121的导管,其中第二支脚204设置在保持元件(例如但不限于,销210)和座圈导管212之间。示例性的销210有助于使电弧故障脱扣指示器122在被配置时保持被正确地安置,如图5和7所示。
图8示出图2的手动操作器120、脱扣指示器122和座圈118的分解轴测视图。脱扣指示器122优选地由适当的液晶聚合物(LCP)制成,其提供适当的柔性,同时还具有适当的耐用性。当重新锁住脱扣指示器122(图2-4和6)时,来自弹簧200(图9)的作用在闩锁元件191上的力充分地和稍微地使第一指示器支脚110偏曲以用于锁定。这种柔性有助于将闩锁元件191预加载到指示器支脚110上而不断裂。这在承受断路器1的振动和冲击状况的整个使用过程中提供了可靠的闩锁接合。此外,电弧故障脱扣指示器122独立于热机构起作用,且由此对断路器的过流保护或可靠性没有不利影响。
如在图8中最佳地示出,指示器部108是晕圈形导管,具有内部部分215、外部部分216、贯穿其的开口217以及位于内部部分215和外部部分217之间的厚度218。所述晕圈形导管设置在壳体112的座圈118的开口123内。示例性的厚度218为大约0.015英寸至大约0.020英寸。这有利地允许座圈118具有大约0.4375英寸的外径。相比之下,US专利No.6,710,688公开了明显更大的装置、不同的电弧故障指示器机构和不适配于某些特定的战斗机和军用直升机应用的0.468英寸直径的座圈。
参照图9,示出图2的手动操作器120、脱扣指示器122和用于闩锁元件191的调节机构222。闩锁元件191通常利用适当的力锁住脱扣指示器支脚110。环境温度补偿双金属元件190还包括一定数量的调节元件(例如但不限于调节螺钉224),其与所述一定数量的弹簧200协作以调节所述力。所述力的增大导致响应于检测到电弧故障相对更慢地释放脱扣指示器122;所述力的减小导致响应于检测到电弧故障相对更快地释放脱扣指示器122,以及引起所述释放的螺线管柱塞106(图2)的更小的力。在该示例中,存在两个调节螺钉224和两个弹簧200。调节螺钉224向电弧故障闩锁元件191提供期望量的弹簧压缩。这调整由闩锁元件191和脱扣指示器支脚110形成的闩锁的响应性。
图10示出通过图2的断路器1的电流路径。当可分离触点100(触点170、172)闭合时,经线路端子114和第一固定触点172A、从第一可动触点170到接触桥168到第二可动触点170(未示出)、从第二可动触点170到第二固定触点172B、从第二固定触点172B经第一柔性导体219到双金属元件184的第一支脚(未示出)、经双金属元件184到其第二支脚(未示出)到第二柔性导体220,再到负载端子116建立起电流路径。
虽然已详细描述了本发明的具体实施例,但本领域技术人员应认识到,可根据本公开的所有教导对这些细节作出各种变化和替换。因此,所公开的特定布置仅是例述性的且不限制本发明的范围,本发明的范围由所附权利要求的全部范围及其任意和所有等同物给定。
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