用于电气断路器的颗粒和压力重定向屏蔽件 |
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| 申请号 | CN201510087481.9 | 申请日 | 2015-02-25 | 公开(公告)号 | CN104867787A | 公开(公告)日 | 2015-08-26 |
| 申请人 | 森萨塔科技麻省公司; | 发明人 | S·韦伯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于电气 断路器 的颗粒和压 力 重定向屏障件以及具有这种屏障件的电气断路器。这种屏障件包括第一至第五区段，其中，第一区段包括彼此联接以形成大致U形结构的第一侧部段、第二侧部段和底部段。第二区段联接到第一侧部段以使得其从第一侧部段向外成一定 角 度地延伸。第三区段联接到第二侧部段，以便从第二侧部段向外并且相对于第二区段成一定角度地延伸。第四区段联接到第二区段，以便从第二区段向外并且相对于第二区段成一定角度地延伸。第五区段联接到第三区段，以便从第三区段向外并且相对于第三区段成一定角度地延伸。第四区段和第五区段的这种构造使得沿着第二区段或第三区段的表面流动的气体相对于所述表面以一角度重定向。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于电气断路器的压力重定向屏障件，所述压力重定向屏障件包括： |
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| 说明书全文 | 用于电气断路器的颗粒和压力重定向屏蔽件技术领域背景技术[0002] 断路器是一种手动或自动操作的机械开关，其设计成保护电路(例如用于远程通信应用的电路，例如数据通信电路)或电器部件(例如马达、计算机等等)免受过载或短路(例如故障电流)引起的损坏。断路器的基本功能是检测过载情况和中断电流。断路器制造成不同的尺寸，从保护独立家用电器的小型装置到设计成保护馈送整个城市的高压电路的大型开关设备。这样的断路器应用还包括远程通信应用，其中，各个断路器通常位于机架系统中的一些节点位置处，并且彼此远离。 [0003] 用于保护免受这样的损坏的另一种装置或电器部件是保险丝。然而，断路器与保险丝不同，保险丝一旦起了作用，就必须更换掉。另一方面，在跳闸之后，断路器可以复位(手动地或者自动地)来恢复正常操作。 [0004] 所有断路器在运行时具有共有的特性，然而，细节上可能随着电压等级、额定电流和断路器类型而显著变化。一般而言，断路器必须检测电流过载情况；在所谓的低压断路器中，这通常是在断路器外壳内进行。用于大电流或高电压的断路器通常布置有先导装置(一个或更多个)，其用以感测故障电流和操作跳闸断开机构。一旦检测到故障，断路器内的各触点必须断开以中断电流；包含在断路器内的一些机械储能(利用诸如弹簧或压缩空气的方式)用来分离触点，然而，所需的一部分能量也可以从故障电流本身获取。一旦已经清除导致断路器跳闸的故障情况，各触点就必须再次闭合，以恢复向被中断的电路供电。 [0005] 当通过断路器的操作来中断电路时，产生电弧(即，在移动触点和静止触点之间)。因此，断路器和它的触点不但必须承载不会过热的正常工作负荷电流，还得必须经受得住中断(断开)电路时产生的电弧的热量。触点典型地由铜或铜合金、银合金及其他高导电材料制成。触点的使用寿命受触点材料由于中断电流时产生的电弧而引起的腐蚀的限制。因此，在触点磨损后，微型断路器(MCB)和塑壳断路器(MCCB)通常要丢弃。 [0006] 在某些类型的断路器(例如，以某种方式利用空气灭弧的那些断路器)中，电弧的热量也可能导致断路器外壳内空气压力的局部急剧升高。典型地，外壳设计有出口或端口，因此由电弧引起的增压空气被引导至端口，以便排出外壳。断路器及其外壳还可以包括用以促进灭弧的其他特征(例如，电弧导流板、压缩空气、真空、油等等)。此外，这样的电弧也可能产生颗粒碎屑。 [0007] 尽管存在这些端口和有关的结构特征，然而，外壳内升高的空气压力可能导致颗粒碎屑分散在外壳内部。这可能导致弄脏外壳中的其他部件，由此也会缩短断路器的使用寿命，因而需要提前更换断路器。图1A-C提供了显示这种弄脏的磁性断路器的示图。 [0008] 除正常工作状况期间跳闸之外，断路器在过载和/或较高中断电流情况下经历严格的测试工序，以评定断路器的工作能力以及评定断路器在极端情况下安全中断电流的能力。该严格测试包括高电流情况下的重复短路测试。在初始资格类型测试后，以相同的方式对断路器进行定期测试，以检验断路器产品的持续品质。因为这样的测试包含过载或短路情况下的重复测试，所以，存在着更大范围地弄脏部件的更大可能性。这样的更大范围的弄脏也可能导致断路器在这样的测试期间不能复位以及可能导致使断路器不能运行。如果断路器在这样的测试期间在跳闸之后不能复位，这可能影响断路器在所希望的或所计划的工作状况下使用的适用性。 [0009] 一直存在提供屏蔽件或屏障件以限制这样的弄脏的努力，然而，这样的努力还没有被证明是完全有效的。现在参照图2A，显示了带有标准激发阻铁销(sear pin)跳闸机构的磁性断路器的三向投影视图，所述磁性断路器还包括传统的保护部分，所述保护部分靠近断路器的跳闸机构安装。在该传统结构中，保护部分包括在跳闸机构的任一侧上延伸的大致U形构件和从该U形构件的一侧向外延伸的屏蔽件或屏障件。在该保护部分结构中，跳闸机构的多个部分未被保护部分覆盖。 [0010] 现在也参照图2B，显示了图2A的屏蔽件/屏障件的说明性视图，其显示了跳闸或短路事件之后颗粒碎屑和增压空气的流动路径的方向。如在此所示的那样，当断路器由于短路事件而跳闸时，产生电弧，导致在断路器的外壳内产生颗粒以及空气局部增压。就图2A所描述的保护部分来说，增压空气和颗粒沿着保护部分的右侧流动并流过该右侧，进入跳闸机构的区域中。在左侧，空气被侧向延伸的屏蔽件/屏障件转向，但没有被阻止流过屏蔽件/屏障件周围。因此，颗粒和增压空气最终能够进入跳闸机构区域。因而，所述的保护部分不能够充分有效地降低对跳闸机构的弄脏程度。 [0011] 因此所期望的是，提供一种用于断路器、尤其是磁性断路器的新的保护部分以及与之相关的方法。尤其期望的是，提供这样的一种保护部分，与现有技术的断路器相比，其能够更有效地保护跳闸机构避开由过载事件使断路器跳闸所产生的颗粒碎屑。还期望的是，提供这样的一种屏蔽件，与现有技术的装置相比，其能够更有效地重定向来自断路器跳闸机构的空气流。与现有技术的装置相比，包含这样的屏蔽件/屏障件的断路器优选将提高使用寿命，并且不要求维护这种断路器的人员比保养传统断路器的人员的技能更高。 发明内容[0012] 本发明特征在于用于电气断路器(例如磁性电气断路器)的屏障件或屏蔽件以及包括这种屏障件的电气断路器。更特别地，这种屏障件能够合适地保护或有效地阻止颗粒碎屑迁移到断路器的关键区域而导致不能接受地弄脏这样的断路器部件(例如，跳闸机构)。此外，这样的屏障件可以与断路器及其外壳内的其他特征协作，以促进重定向由电弧事件引起的增压空气远离断路器内的移动部件，使之可以合适地排出断路器外壳。这样的屏障件和断路器特别适合于在远程通信应用(例如用于与数据通信连接的电路)中使用。然而，应当认识到，本发明的屏障件和断路器并非仅仅局限于远程通信应用。 [0013] 另外，这样的屏障件或屏蔽件易于按比例增大或缩小，可重新构造成适应不同的断路器设计构造和额定电流。与没有这种屏蔽件的断路器相比，本发明的这种屏蔽件或屏障件也有利地显著减少跳闸机构内的激发阻铁销的污染或弄脏，以及尤其是减少对断路器的机构腔室中的总体污染。 [0014] 从本发明最宽的方面来说，本发明特征在于用于电气断路器的压力重定向屏障件，其包括第一侧部段和第二侧部段中的至少一个。在另一些实施例中，这样的减压屏障件还包括第一侧部段和第二侧部段两者。如在此所述的那样，这种压力重定向屏障件也可以重定向增压空气承载的颗粒碎屑，从而减少污染和弄脏的可能性。 [0015] 第一侧部段布置成沿着断路器的跳闸机构的第一侧设置。而且，第一侧部段还包括第一区段、第二区段和第三区段。第一区段联接到第二区段，以便从第一区段向外并相对于第一区段成一定角度地延伸。第三区段联接到第二区段，以便从第二区段向外并相对于第二区段成一定角度地延伸，使得沿着第三区段的表面的气流被重定向成相对于第三区段表面成一定角度。 [0016] 第二侧部段布置成沿着断路器的跳闸机构的第二侧设置，其中跳闸机构的第二侧与第一侧相对。第四区段联接到第五区段，以便从第四区段向外并相对于第四区段成一定角度地延伸。第六区段联接到第五区段，以便从第五区段向外并相对于第五区段成一定角度地延伸，使得沿着第五区段的表面的气流被重定向成相对于第五区段表面成一定角度。 [0017] 在另一些实施例中，第一、第二和第三区段布置成：使得第一和第三区段彼此相对且使得这三个区段形成端部敞开的结构。另外，第四、第五和第六区段布置成：使得第三和第六区段彼此相对且使得第四、第五和第六区段这三个区段形成端部敞开的结构。在又一些实施例中，第一侧部段和第二侧部段中的每一个构造和布置成形成大致U形的结构截面。 [0018] 在另外一些实施例中，这种压力重定向屏障件还包括固定机构，以便将第一和第二侧部段中的每一个固定到跳闸机构上，以及以便保持第一和第二侧部段中的每一个相对于跳闸机构的取向。 [0019] 依照本发明的一个方面，特征在于用于电气断路器的屏障件或屏蔽件(例如，颗粒碎屑和压力重定向屏障件)，其包括第一至第五区段。第一区段包括第一侧部段、第二侧部段和底部段，其中，第一和第二侧部段和底部段彼此联接在一起，以便形成大致U形结构。第二和第三区段联接到第一区段。在另一些实施例中，底部段的长度与第二和第三区段二者的顶表面的长度不同且与第一和第二侧部段的水平投影的长度不同。 [0020] 更具体地说，第二区段联接到第一侧部段，以便从第一侧部段向外并相对于第一侧部段成一定角度地延伸。而且，第三区段联接到第二侧部段，以便从第二侧部段向外并相对于第二侧部段成一定角度地延伸。通过这样的构造和布置，沿着或平行于任一侧部段的表面的气流被相应的第二区段和第三区段重定向，以便相对于相应的第一区段侧部成一定角度地流动。 [0021] 第四区段联接到第二区段，以便从第二区段向外并相对于第二区段成一定角度地延伸。另外，第五区段联接到第三区段，以便从第三区段向外并相对于第三区段成一定角度地延伸。通过这样的构造和布置，沿着第二区段的表面的气流被重新定向成相对于第二区段表面成一定角度，沿着第三区段的表面的气流被重新定向成相对于第三区段表面成一定角度。而且，第二和第三区段的向外延伸部分纵向地延伸，以便覆盖断路器的跳闸机构的绝大部分。 [0022] 在另外一些实施例中，第二至第五区段和相应的第一或第二侧部段组合布置以形成第二和第三大致U形结构。这样，流经第一或第二侧部段的表面的气体和/或颗粒(例如，颗粒碎屑)基本上被这些U形结构重新定向，使得气流/颗粒被重新定向，以在大体上与流经第一或第二侧部段的表面的气体相对的方向流动。这样的结构因此促进由电弧引起的增压空气和颗粒的重新定向而远离断路器的某些特征(例如断路器内的关键和/或移动特征)，因此增压空气和颗粒碎屑可以合适地排出断路器外壳。 [0023] 依照本发明的另一个方面，特征在于一种包括脱扣或跳闸机构的断路器，其在存在不能接受的短暂的或工作状态(例如过载或短路状态)的情况下使断路器中断电流；以及屏蔽件或屏障件(例如，颗粒和压力重新定向屏障件或屏蔽件)，其布置成相对于跳闸机构保持所要求的取向。更特别地，这样的颗粒和压力重新定向屏障件包括第一至第五区段。 [0024] 第一区段包括第一侧部段、第二侧部段和底部段，其中，第一和第二侧部段和底部段彼此联接在一起，以便形成大致U形结构。第二和第三区段联接到第一区段。在另一些实施例中，底部段的长度与第二和第三区段的顶表面的长度不同且与第一和第二侧部段的水平投影的长度不同。 [0025] 更具体地说，第二区段联接到第一侧部段，以便从第一侧部段向外并相对于第一侧部段以一定角度延伸。而且，第三区段联接到第二侧部段，以便从第二侧部段向外并相对于第二侧部段以一定角度延伸。利用这种结构和设置，沿任一侧部段的表面或平行于任一侧部段的表面流动的气体被相应的第二区段或第三区段重定向，以便相对于第一区段侧部以一定角度流动。而且，第二和第三区段的向外延伸的部分纵向延伸，以便覆盖断路器的跳闸机构的大部分。 [0026] 第四区段联接到第二区段，以便从第二区段向外并相对于第二区段以一定角度延伸。利用这种结构和设置，沿第二区段的表面流动的气体相对于第二区段的表面以一定角度重定向。此外，第五区段联接到第三区段，以便从第三区段向外并相对于第三区段以一定角度延伸。如上所述，利用这种结构和配置，沿第三区段的表面流动的气体相对于第三区段表面以一定角度重定向。在另一些实施例中，第四和第五区段沿相应的第二和第三区段的长度延伸。 [0027] 在本发明的电路断路器和颗粒碎屑和压力重定向屏障件的实施例中，用于这种颗粒碎屑和压力重定向屏障件的第一至第五区段的尺寸设置为使得当第一至第五区段相对于电气断路器的跳闸机构取向时，这些区段形成使流向断路器的排放口的加压气体流(例如由于过载)重定向的压力重定向屏障件。 [0028] 在其它一些实施例中，第一至第五区段尺寸和取向设置为使得由与短路的发生相关的电弧所产生的颗粒碎屑被基本重定向为不穿过操作机构。总之，第一至第五区段能设置为实质上减小断路器的跳闸机构以及其他结构或功能件发生故障的可能性。 [0029] 在另一些实施例中，第一区段还包括前端部和后端部。第一和第二侧部段也配置成使其边缘从前端部向后端部倾斜，因而第二和第三区段中的每一个的顶表面形成倾斜表面。 [0030] 在另一些实施例中，第一、第四和第五区段设置为使得第四区段平行于第一侧部段的相对表面，并且使得第五区段平行于第二侧部段的相对表面。 [0031] 在另一些实施例中，本发明的电路断路器和颗粒碎屑和压力重定向屏障件包括固定机构，该固定机构将第一区段固定至电气断路器，以便第一至第五区段相对于断路器的跳闸机构或断路机构以期望的取向保持。 [0032] 在另一些实施例中，第二和第四区段以及第三和第五区段设置为与第一区段的相应的第一或第二侧部段结合，以形成两个大致U形结构。在一些更具体的实施例中，第一至第五区段设置为形成一个中央U形结构和两个外部U形结构，其中，中央U形结构的开口端与外部U形结构的开口端相反。 [0033] 在另一些特定实施例中，中央U形结构设置为围绕断路机构的主要部分布置。而且，两个外部U形结构中的每一个设置为从断路机构向外延伸以屏蔽或阻碍开口区域的至少从断路机构的顶侧和底侧向外延伸的部分(即，从第一区段的第一和第二侧部段延伸的区域)。 [0034] 在另一些更具体的实施例中，第一区段的尺寸设置为延伸过跳闸机构的绝大部分，以便直接保护跳闸机构免受与电弧相关的加压气体和颗粒的影响。在这方面，术语“跳闸机构的绝大部分”将被理解为表示将跳闸机构的竖向和水平表面覆盖至可能最大范围，而不响应于电气断路器的过载或大电流状态或其他功能以致损害或干扰跳闸机构的操作。 [0035] 在另一些更具体的实施例中，第二和第三区段的尺寸均设置为屏蔽或阻碍从跳闸机构的相对的侧部(即，顶侧和底侧)向外延伸的在断路器内的开口区域的绝大部分(即，从第一区段的第一和第二侧部段延伸的区域)。在这方面，“开口区域的绝大部分”应理解为表示阻碍或屏蔽从跳闸机构的顶侧或底侧中的任一侧延伸之可能最大的范围的开口区域，而不响应于电气断路器的过载或大电流状态或其他功能以致损害或干扰跳闸机构的操作。 [0036] 在另一些更具体的实施例中，第四和第五区段的尺寸均设置为并且布置为与第一区段的相应的第一和第二部段以及相应的第二和第三区段结合，使得第四和第五区段分别形成从相应的第二和第三区段向外延伸的相应的外部U形结构的那一侧。根据本发明的一个方面，第四和第五区段的尺寸设置为使得这一侧充分向外延伸以便屏蔽或阻碍横过相应的第二和第三区段的表面流动的气体流，以便至少使得气体围绕相应的第二和第三区段流入断路器的确定的开口区域的可能性被最小化、或消除这种可能性。 [0037] 在一些更特定的实施例中，第四和第五区段的尺寸也设置为沿相应的第二和第三区段的充分的长度纵向地延伸，以便至少使得气体围绕相应的第二和第三区段流入确定的开口区域的可能性被最小化、或消除这种可能性。此外，第四和第五区段的尺寸也设置为使得该侧也使沿大体平行于第四和第五区段的方向的气体流被重新定向。 [0038] 这样，横过第一区段的第一和第二侧部段的表面流动的气体和/或颗粒被外部U形结构大致重定向，以便气体/颗粒被重定向为沿着与横过第一区段的第一或第二侧部段的表面流动的气体大致相反的方向流动。因此，这种结构有助于由于电弧产生的颗粒碎屑和加压空气重定向为离开断路器的某些部件(包括跳闸机构)，并且因而加压空气和颗粒能合适地排出断路器壳体，从而至少使断路器的具体的功能件发生故障的可能性最小化。 [0039] 如这里所述的那样，第二和第三区段相对于第一区段的相应的第一和第二侧部段成一定角度(θ2，θ3)，并且第四和第五区段相对于相应的第二和第三区段成一定角度(θ4，θ5)。在一些特定实施例中，第二和第三区段大体垂直于第一区段的相应的第一和第二侧部段，并且第四和第五区段大体垂直于相应的第二和第三区段。虽然优选大体垂直的角度，但这并非是限制性的，因为区段/部段能设置为位于许多角度中的任一角度处或在该角度附近。 [0040] 在另一些实施例中，第二区段和第一侧部段之间的角度θ2、第三区段与第二侧部段之间的角度θ3、第四区段与第二区段之间的角度θ4、和第五区段第三区段之间的角度θ5中的每一角度均满足以下关系中的一个：70°≤θ2≤110°，80°≤θ2≤100°；θ2是大约90°±5°；或θ2是大约90°±1°。但应该意识到，为应用而选择的特定角度设置为使得与第一区段的第一和第二侧部段结合的第二至第五区段协作，以便使加压气体和颗粒的流重定向并形成这种气体和颗粒的流的屏障件，以使得如这里所述的功能出现故障的可能性最小化、或阻止这种可能发生，同时这不限制或影响断路器的跳闸机构或其他功能件以期望的方式实现功能。 [0041] 在另一些实施例中，第二和第三区段具有由长度(Ltop)限定的顶表面，并且每个区段由宽度(W2，W3)限定。这些区段的长度和宽度大体形成为屏蔽或阻碍沿跳闸机构的长度从跳闸机构的顶侧和底侧向外延伸的开口区域的绝大部分(即，从第一区段的第一和第二侧部段延伸的区域)。在一些更特定的实施例中，如这里所述的顶表面(Ltop)的长度基本上被最大化，以覆盖跳闸机构的绝大部分，更具体地说，该长度基于断路器的连接壳体的可用长度(Llink)被最大化。在一些更特定的实施例中，第二和第三区段的长度(Ltop)和宽度(W2，W3)也形成为：能够不限制或影响断路器的跳闸机构或其他功能件以期望的方式实现功能。 [0042] 也如这里所述的那样，在本发明的一些实施例中，顶表面被取向为形成倾斜表面，该倾斜表面在第一区段的前端部和后端部之间倾斜。在一些更特定的实施例中，倾斜角度(θ1)基于屏蔽件或屏障件与连接壳体和跳闸机构的配合而被确定，也基于不能限制或影响断路器的跳闸机构或功能件以期望的方式实现功能。在示出的实施例中，倾斜角度θ1满足以下关系中的一个：5°≤θ1≤20°，180°≤θ2≤15°；或θ1≈10°(即，倾斜角度θ1是约10°)。 [0043] 在另一些实施例中，根据本发明的电气断路器还包括至少一个排放口，并且其中第一至第五区段的尺寸设置为使得当第一至第五区段相对于跳闸机构或操作机构取向时，各区段形成使流向至少一个排放口加压气体流(例如由于电气断路器的电弧)的重定向的压力重定向屏障件。更具体地说，第一至第五区段的取向设置为使得与短路的发生相关的加压气体被基本重定向为离开跳闸机构。此外，第一至第五区段的尺寸设置为并且取向设置为使得也由电弧产生或形成的颗粒碎屑被重定向为不穿过跳闸机构。 [0044] 在下面讨论本发明的其他方面和实施例。 [0045] 定义 [0046] 参考下面的定义本发明被最清楚地理解： [0047] 术语“电气断路器”、“电路断路器”或断路器在这里可互换地使用，并且每一个均应被理解为表示被设计为保护电路(即，用于电讯应用例如数据通信电路的电路)或电器元件(例如，电机、计算机、数字信号处理器、应用型专用集成电路(ASIC)，等)免受由过载或短路引起的损坏的手动或自动操作的机械开关。 [0048] 术语“磁性电路断路器”应理解为表示包含或使用其牵引力随着电流增大的螺线管或电磁体的电路断路器。在这种断路器中，电路断路器触点被插锁保持为闭合。当螺线管中的电流增大为超过电路断路器的额定值时，螺线管引起电枢旋转并使释放插锁的击发阻铁销跳闸，这通过弹簧的作用使触点断开。在一些设计中，磁性断路器也包括使用粘性流体液压延时部件和约束芯部件直到电流超过断路器的额定值的弹簧。在过载状态期间，螺线管运动速度被流体限制，并且该延迟允许短时电流电涌超过正常工作电流，例如用于电机启动，或使设备通电，等。然而，在大负载电流或极端电流的情况下，这些电流提供足够的螺线管力以释放插锁而不管芯部件的位置因而绕开延时部件。 [0049] 这里使用的术语“颗粒碎屑”、“颗粒”和“颗粒污物”，特别是当与本发明所讨论的屏蔽件或屏障件相结合地使用时，应理解为包括在断路器的触点由于过载或大/极端电流状态而断开时所产生的颗粒。这也应包括由电弧所产生的颗粒，电弧典型地在不动的触点或运动的触点正断开和/或被断开时产生。 [0051] 为了更加完全地理解本发明的特征和期望的目的，参考以下结合附图的详细描述，其中在全部这些图中，相同的附图标记表示对应的特征，并且其中： [0052] 图1A-C为磁性断路器的多个视图，示出了若干次过载事件之后，具有跳闸机构的断路器的污染。 [0053] 图2A为用于断路器的跳闸机构的常规屏蔽件/屏障件的轴测图。 [0054] 图2B为图2A的屏蔽件/屏障件的示意图，示出了绕常规屏蔽件/屏障件的流动路径的方向。 [0055] 图3A-C为构造有根据本发明一个方面的屏蔽件或屏障件(例如粉尘和压力重定向屏蔽件/屏障件)的磁性断路器处于闭合或ON状态(图3A)、处于断开(OFF)或复位状态(图3B)以及处于跳闸状态(图3C)时的多个示意图。 [0056] 图4A为根据本发明的用于电气断路器的跳闸机构的屏蔽件或屏障件(例如颗粒物质和压力重定向屏蔽件)的轴测图。 [0057] 图4B为图4A的屏蔽件或屏障件的侧视图。 [0058] 图4C为图4B的屏蔽件或屏障件的端视图。 [0059] 图4D为根据本发明另一个方面/实施例的屏蔽件或屏障件(例如颗粒物质和压力重定向屏蔽件)的轴测图。 [0060] 图4E为根据本发明另一个方面/实施例的屏蔽件或屏障件(例如颗粒物质和压力重定向屏蔽件)的轴测图。 [0061] 图5为图4A的屏蔽件或屏障件的示意图，示出了绕屏蔽件的流动路径的方向。 [0062] 图6为构造有根据本发明的屏蔽件的磁性断路器在若干次过载事件之后的视图。 具体实施方式[0063] 现在参考各个附图，其中相同的附图标记表示相同的部件，在图3A-C中示出了构造有根据本发明一个方面的屏蔽件或屏障件(例如颗粒物质和压力重定向屏蔽件/屏障件)的磁性断路器100处于闭合或ON状态(图3A)、处于断开(OFF)或复位状态(图3B)以及处于跳闸状态(图3C)时的多个示意图。在下文中，本发明的这个特征可互换地称为屏蔽件、屏障件、颗粒物质和压力重定向屏蔽件/屏障件或者颗粒物质碎屑和压力重定向屏蔽件/屏障件，因此不应当由于在下文或权利要求中采用的特定语言而存在限制。尽管示出和描述了磁性断路器，然而应当理解，本发明的屏蔽件或屏障件适用于本领域中已知的多种断路器中的任一种断路器，包括当断路器跳闸时易于受电弧放电污染的那些断路器。在一些示例性实施例中，本发明的屏蔽件或屏障件容易适用于任何类型的Airpax/Sensata电路断路器以及本领域中已知的具有跳闸机构的断路器，例如本申请的附图中所述和所示的断路器。 [0064] 图示的磁性断路器100是具有本领域中已知的标准击发阻铁销跳闸机构的磁性断路器，其被进一步构造为包括根据本发明的屏蔽件或屏障件200，以防止或者至少显著减少电弧产生的颗粒物质污染物(例如减少颗粒物质碎屑的传递)至少渗入断路器的跳闸机构。在另一些方面中，与不具有屏蔽件的断路器相比，屏蔽件或屏障件显著减少断路器的机构腔室中的总体污染物。此外，这样的屏蔽件或屏障件200包括一定的几何结构和/或被构造成使得屏蔽件用来将也由电弧事件产生的增大的空气压力重定向而至少远离跳闸机构110。 [0065] 在图示实施例中，设置有铆钉或销202，以将屏蔽件200机械地固定到操作机构，使得屏蔽件相对于操作机构保持紧固或固定。就这一点而言，本领域中已知的多种机构或装置中的任一种机构或装置(例如螺母、螺栓、螺柱)可以用来这样机械地固定屏蔽件200，使其相对于跳闸机构110保持紧固或固定。 [0066] 进一步如图所示，这样的磁性断路器100包括跳闸机构110、排放口(一个或更多个)120、电弧腔室130、电弧导流板132、击发阻铁销140、机构腔室150、上部电枢160以及螺线管170或电磁体。如本领域技术人员已知的，包括跳闸机构110、击发阻铁销140、上部电枢160以及螺线管或电磁体170的断路器的多个功能件利用断路器封装件设置在机构腔室150中。这样的机构腔室的布置和尺寸形成为使得这些功能件可操作地保持在该机构腔室中，并且大致保护这些功能件免于不期望的环境影响。优选地，机构腔室150还被布置成使得与电弧放电事件相关的增大的空气压力和颗粒物质容易和准备进入机构腔室的情形最小化。 [0067] 另外，如本领域中已知的那样，设置有电弧腔室130和电弧导流板132，以形成在断路器检测到过载或短路状态时断路器跳闸以切断电流的情况下用以熄灭所产生的电弧的机构。另外，设置有排放口(一个或更多个)120，以便在断路器发生跳闸时排出或排放与断路器电弧放电相关的增大的压力和任何颗粒物质碎屑。因此，期望的是，断路器的这些区域将呈现电弧和/或颗粒物质与例如图1和6所示的这些特征相互作用的某些指示。然而，这些区域中任何这样的指示是可以容忍的，原因是期望这些区域与断路器跳闸时由断路器电弧放电导致的增大的空气压力、电弧和颗粒物质相接触。此外，因为这些区域实际上通过根据本发明的屏蔽件/屏障件200而与跳闸机构隔离，所以这些特征的这种暴露一般而言应当不影响跳闸机构的操作和/或断路器的正确操作。 [0068] 如本文所指出的那样，磁性电路断路器通常实施或使用螺线管170或电磁体，其拉力随着电流而增大。在这样的断路器中，电路断路器触头通过闩锁而保持闭合。当螺线管170中的电流增大超过电路断路器的额定电流时，螺线管的拉力将释放闩锁(即上部电枢160上的拉力由此释放约束跳闸机构110的闩锁)。一旦闩锁被释放，跳闸机构110可以起作用，从而还允许触头断开(例如通过弹簧作用)以切断电流。 [0069] 另外，如本文所述，在某些设计中，磁性断路器还可以结合有延时特征件(例如使用粘性流体和弹簧的液压延时特征件)，其约束螺线管的铁芯，直到电流超过断路器的额定电流。因此，在过载状态期间，螺线管的运动速度受到流体的限制，这种延迟允许短暂的电涌超过正常运行电流(例如用于马达启动、给设备通电等)，而不会导致闩锁被释放。然而，在短路电流的情况下，这样的电流提供的力足以释放闩锁，而与铁芯位置无关，由此绕过延时特征件。 [0070] 如本文所指出的那样，这样的断路器100被构造成包括屏蔽件200，该屏蔽件固定在断路器的封装件中，使得屏蔽件相对于跳闸机构110保持紧固或固定。现在参考图4A-C，示出了根据本发明的用于电气断路器的跳闸机构的屏蔽件200(例如颗粒物质和压力重定向屏蔽件)的轴测图、图4A的屏蔽件的侧视图以及图4B的屏蔽件的端视图。 [0071] 这样的屏蔽件200包括五个区段，即第一至第五区段210、220、222、230、232。第一区段210包括三个段：第一侧部段212、第二侧部段214和底部段216，它们彼此联接或联结，使得第一区段形成大致U形结构。应当理解，这三个段可以彼此联结，以形成本领域中已知的多种形状或几何结构中的任一种，这些形状或几何结构另外适合于期望的用途以及断路器的几何结构，更具体地适合于跳闸机构的构造和布置。第一和第二侧部段212、214中的每一个都包括孔口204，这些孔口与铆钉或销202配合，以将屏蔽件200固定到跳闸机构。 [0072] 在图示的示例性实施例中，第一和第二侧部段212、214大致在屏蔽件200的前端部和后端部240a、240b之间延伸。另外，第二和第三区段220、222分别联接或联结到第一和第二侧部段212、214，以分别从第一侧部段220和第二侧部段222向外延伸。在一些示例性实施例中，第二和第三区段分别沿着第一区段的第一和第二侧部段的长度向外延伸，然而这并非限制性的，它们也可以沿着该长度的一部分向外延伸。 [0073] 第二和第三区段220、222中的每一个包括顶表面220a、222a，该顶表面更具体地被构造成在屏蔽件的前端部和后端部240a、240b之间以角度θ1倾斜，并且该顶表面还由长度Ltop限定。更具体地说，该角度限定在第一区段210的底部段216的水平延伸与第二和第三区段的顶表面中相应的顶表面220a、222a之间。在下文中更详细地描述长度Ltop和角度。 [0074] 第四和第五区段230、232分别联接或联结到第二和第三区段220、222，以分别从第二和第三区段向外延伸，并且分别相对于第二和第三区段成一角度(θ2和θ3)。在下文中更详细地描述这些角度。 [0075] 在图示的示例性实施例中，第二、第三、第四和第五区段220、222、230、232分别相对于第一区段的第一和第二侧部段取向，使得第四和第五区段分别平行于第一和第二侧部段的相对表面。这样，第二、第三、第四和第五区段以及第一区段的相应的第一和第二侧部段被布置成形成大致U形结构(即两个外部U形结构)。在另一些实施例中，这两个大致U形结构被布置成(即U的敞开端部)在方向上与形成第一区段的U形结构(即位于中心的U形结构)相反。在下文中更详细地描述形成第二、第三、第四和第五区段220、222、230、232的结构的宽度。 [0076] 在另一些实施例中，第二至第五区段被布置成与相应的第一或第二侧部段结合而形成大致U形结构。这样，流过第一或第二侧部段的表面的气体和/或颗粒物质由第二至第五区段形成的结构大致重定向，使得气体/颗粒物质被重定向到沿着与气体流过第一或第二侧部段的表面的方向大致相反的方向流动。从而，这样的结构便于电弧放电导致的加压空气和颗粒物质碎屑重定向而远离断路器的某些特征结构，因此加压空气和颗粒物质可以适宜地离开断路器的封装件。 [0077] 在另一些实施例中，第二和第四区段以及第三和第五区段被布置成与第一区段的相应的第一或第二侧部段组合而形成两个大致U形结构。在一些更具体的实施例中，第一至第五区段被布置成形成一个中心U形结构和两个外部U形结构，其中中心U形结构的U的敞开端部与外部U形结构的敞开端部方向相反。 [0078] 在另一些具体实施例中，中心U形结构被布置成绕跳闸机构的至少大部分设置。另外，两个外部U形结构中的每一个都被布置成从跳闸机构向外延伸，以封闭或堵塞从跳闸机构的顶侧和底侧向外延伸的敞开区域的至少一部分(即从第一区段的第一和第二侧部段延伸的区域)。 [0079] 在一些更具体的实施例中，第一区段的尺寸形成为延伸过跳闸机构的绝大部分，以便将跳闸机构直接与电弧放电相关的颗粒物质和加压气体屏蔽开。就这一点而言，术语跳闸机构的绝大部分应当理解为指的是，在不妨碍或干涉跳闸机构响应于过载或高电流状态而进行的操作或者电气断路器的其它功能件的操作的情况下，尽最大可能地覆盖跳闸机构的竖向表面和水平表面。 [0080] 在另一些具体实施例中，第二和第三区段每个的尺寸都设计成阻塞或阻挡从跳闸机构的相对侧(例如顶侧和底侧)向外延伸的断路器的壳体内的敞开区域(即，从第一区段的第一和第二侧部段延伸的区域)的大部分。在这方面，术语敞开区域的大部分应理解为意味着将从跳闸机构的顶侧或底侧中的任一侧延伸的敞开区域阻挡或阻塞到可能的最大程度而不影响或干涉跳闸机构响应于过载或高电流情况的操作或电断路器的其他功能。 [0081] 在另一些具体实施例中，第四和第五区段每个的尺寸都设计成并且布置成与相应的第二和第三区段以及第一区段的相应第一和第二段组合，因此第四和第五区段分别形成从相应的第二和第三区段向外延伸的相应外部U形结构的侧部。相应的第一和第二段也分别形成相应的外部U形结构的相对侧部。根据本发明的一方面，第四和第五区段的尺寸设计成使得该侧部充分地向外延伸，以阻塞或阻挡横过相应的第二和第三区段的表面流动的气流，从而使气体在相应的第二和第三区段周围留到断路器的特定敞开区域中的可能性被至少最小化或消除。 [0082] 在另一些具体实施例中，第四和第五区段的尺寸也设计成沿着相应的第二和第三区段的足够长度纵向地延伸，从而也使气体在相应的第二和第三区段周围留到断路器的特定敞开区域中的可能性被至少最小化或消除。另外，第四和第五区段的尺寸也设计成使得所述侧部也沿着大致平行于第四和第五区段的方向使气流改变方向。 [0083] 这样，横过第一区段的第一或第二侧部段的表面流动的气体和/或颗粒(例如颗粒状碎屑)通过外部U形结构而总体上改变方向，使得气体/颗粒被改变方向以沿着与横过第一区段的第一或第二侧部段的表面流动的气体大致相反的方向流动。这种结构因而有助于由于电弧引起的加压空气和颗粒状碎屑改变方向而远离包括跳闸机构的断路器的某些特征，并且因此加压空气和颗粒也能适当地排出断路器的壳体，由此使影响断路器的特定功能的可能性至少最小化。 [0084] 在图示的示例性实施例中，底部段216构造成部分地沿着第一和第二侧部段212、214的长度延伸，但这不应是限制性的。根据由跳闸机构110提供的可用空间、断路器或其外壳的其他结构和/或针对跳闸机构的操作、尤其是跳闸机构在其被释放时的具体运动，底部段216可以构造成从屏蔽件的前端240a纵向地延伸任意距离。 [0085] 在所示出的另一些示例性实施例中，第一和第二侧部段212、214中的每个都还包括一台阶，该台阶从底部段216的端部附近开始并且延伸到屏蔽件的240b的后端。这种台阶可以设置成并且尺寸设计成在跳闸机构被释放的情况下允许跳闸机构和屏蔽件的运动。 [0086] 如在此所述，第二和第三区段相对于第一区段的相应的第一和第二侧部段成角度(θ2，θ3)并且第四和第五区段相对于第二和第三区段成角度(θ4，θ5)。在一些具体实施例中，第二和第三区段大致垂直于第一区段的相应的第一和第二侧部段，并且第四和第五区段大致垂直于相应的第二和第三区段。虽然大致直角是优选的，但这并非限制性的，所述区段/段可以布置成在任意角度处或在任意角度附近。 [0087] 在另一些实施例中，第二区段与第一侧部段之间的角度θ2、第三区段与第二侧部段之间的角度θ3、第四区段与第二区段之间的角度θ4和第五区段与第三区段之间的角度θ5中的每个都满足一下关系中的一个：70°≤θ2≤110°；80°≤θ2≤100°；θ2是大约90°±5°；或θ2是大约90°±1°。但应理解，对于应用所选择的具体(各种)角度应使得与第一区段的第一和第二侧部段组合的第二至第五区段相同操作以改变加压气体和颗粒的流动方向并且形成对这种气体和颗粒的流动的屏障，以使对在此所述功能的影响最小化或被避免，同时不会阻止或影响跳闸机构或断路器的其他功能按希望的方式工作。 [0088] 在另一些实施例中，第二和第三区段具有顶表面，该顶表面由长度(Ltop)限定并且每个都由宽度(W2，W3)限定。这些区段的长度和宽度总体上设计成阻塞或阻挡沿着跳闸机构的长度从跳闸机构的顶侧和底侧向外延伸的敞开区域(即，从第一区段的第一和第二侧部段延伸的区域)的大部分。在另一些具体实施例中，在此所述的顶表面的长度(Ltop)总体上被最大化，以覆盖跳闸机构的大部分，更具体地说，所述长度根据用于断路器的接线盒的可用长度(Llink)而被最大化。在另一些具体实施例中，第二和第三区段的长度(Ltop)和宽度(W2，W3)还设计成不阻止或影响跳闸机构或断路器的其他功能按希望的方式工作。 [0089] 如在此所述，在本发明的一些实施例中，顶表面布置成形成倾斜表面，该倾斜表面在第一区段的前端与后端之间倾斜。在另一些具体实施例中，倾斜角(θ1)基于屏蔽件或屏障件到接线盒和跳闸机构的装配而确定，并且也基于不应阻止或影响跳闸机构或断路器的其他功能按希望的方式工作。在所示实施例中，倾斜角θ1满足以下关系中的一个：5°≤θ1≤20°；10°≤θ1≤15°或θ1≈10°(即，倾斜角θ1是大约10°)。 [0090] 应理解，上述长度、宽度和角度不是限制性的，它们取决于在跳闸机构、断路器的支撑结构之间以及在屏蔽件、跳闸机构和断路器的支撑结构之间可用的实际空间。 [0091] 虽然上文总体上将本发明的屏蔽件和屏障件描述为包括三个大致U形的结构，但者不应被认为是限制性的，这三个子结构以本领域技术人员已知的任何数量的方式相结合以形成三个敞开端部结构落在本发明的范围内。而且，虽然所述结构示出为具有直线和大致弯曲的角部，但这也不应被认为是限制性的，这些表面或线可以是弧形的或弯曲的，并且可以是平面的。例如，第二和第三区段220、222中的每个都可以构造成形成弧形部件。而且，虽然所示区段的段和区段被描述成实心的，但在本发明的范围内，包括本发明的屏蔽件或屏障件的区段和/或段也可以具有穿孔从而包括通孔、通槽或类似物，从而使加压空气可以按限定的形式流动并且以大大减小的压力流过这种穿孔。 [0092] 上述屏蔽件和屏障件中的每个都被描述为包括彼此相对的区段230、232并且形成两个侧部U形结构的外侧壁。虽然这种结构优选地使加压气流和其中容纳的任何颗粒状碎屑改变方向，但这不应是限制性的，设置如图4D所示的没有这两个区段的屏蔽件200b或屏障件也在本发明的范围内。在去除了这两个区段230、232的情况下，第二和第三区段220、222优选地向外延伸，使得第二和第三区段的边缘和断路器的结构及其附近壳体之间的间隙减小由电弧产生的任何颗粒状碎屑直接穿过该间隙的可能性。因此，相对于包括所述间隙的第二和第三区段以一角度行进的颗粒状碎屑与断路器的屏蔽件和/或结构及其在第二和第三区段上游的壳体相互作用(例如弹掉)。这种相互作用使得颗粒状碎屑继续以这种角度行进并且继续与断路器的屏蔽件和/或结构及其壳体相互作用。 [0093] 另外，所述间隙建立成使得加压气体的速度通过由于所述间隙的存在而引起的压力损失而减小。这样，这种相互作用可以使得颗粒状碎屑的速度减小并且这单独或与以一角度行进的颗粒状碎屑相组合而减小颗粒状碎屑穿过所述间隙的可能性。而且，由所述间隙引起的压力损失而导致的速度减小还影响颗粒状碎屑在断路器内穿过的水平。 [0094] 在本发明的另一些实施例和方面中，本发明的这种屏蔽件200c和屏障可以布置成使得没有中心U形结构并且从而包括固定至跳闸机构110a的一部分的相对侧的一个或多个侧部屏蔽件205或大致U形的结构，如图4D-4E所示。应参考上文关于图4A-4C对屏蔽件的特征细节的描述，下文不再另外说明。所述实施例与图4A所示的实施例的区别在于，所示出的屏蔽件不包括底部段216。 [0095] 在所示实施例中，侧部屏蔽件205构造成包括固定机构，该固定机构将第一和第二区段212a、214a中的每一个固定至跳闸机构部分110a并且从而保持第一和第二区段中的每一个相对于跳闸机构部分的取向。这种固定机构可以包括任意数量的本领域已知且适于希望用途的技术。在一个具体实施例中，第一和第二区段212a、214a布置成使得其中的两个开口204a、204b用于将相应的第一和第二侧部段联接至跳闸机构部分110a。在另一个具体实施例中，诸如上文参照图4A-4C所述的销、铆钉或其他装置固定地穿过每个开口204a、204b以固定一个或两个侧部段212a、212b。在诸如如图4D-4E所示的另一个具体实施例中，固定地穿过一个开口204a和另一个开口的销、铆钉或其他装置接合跳闸机构部分 110a的特征，由此至少保持侧部段相对于跳闸机构的取向。 [0096] 在另一个实施例中，销、铆钉或类似物构造成包括限制侧部段相对于跳闸机构转动的结构。例如，铆钉包括凹槽(shallot indentation)，该凹槽与设置在第一和第二侧部段中的开口204a中的指状部接合。 [0097] 尤其是当与包括上述传统屏蔽件的断路器相比时，本发明的屏蔽件在许多方面是有利的。现在参照图5，其中示出的是图4A-4C的屏蔽件200的示意图，示出了空气相对于所述屏蔽件的流动路径的方向。更具体地说，所述几何特征和这种几何特征的效果与传统的屏蔽件不同(例如图2A、2B与图5相比)。本发明的屏蔽件200包括五个区段，所述区段布置成使得包括由电弧或电弧事件产生的任何颗粒(例如颗粒状碎屑)的加压空气的流动改变方向而远离跳闸机构110以及断路器的其他功能部分，并且被推动或引导朝向断路器的出口或排放口120。另外，本发明的屏蔽件200的长度设计成显著大于传统屏蔽件的长度，由此提供跳闸机构的更多覆盖。 [0098] 这些区别的结果在于，如图5所示的本发明的屏蔽件使得加压空气和由加压空气所携带的任何颗粒有效地改变方向而远离跳闸机构和断路器的其他功能部件(例如击发阻铁销、上部电枢)。更具体地说，空气通过位于屏蔽件的两侧上向外延伸的第二和第三区段220、222而改变方向，以阻挡加压空气的流动。第四和第五区段230、232还使得空气的流动改变方向，以便使其实质上自己被迫返回并且因而远离跳闸机构和断路器的其他区域。相比之下并且如在此所述，传统的屏蔽件仅使加压空气转向，并且因而加压空气和任何颗粒状碎屑可以在传统的屏蔽件周围经过并且进入到跳闸机构和断路器的其他区域中。 [0099] 实例 [0100] 进行了测试以证明并且显示对于没有屏蔽件的断路器和包括根据本发明的屏蔽件的断路器，对跳闸机构、击发阻铁销和上部电枢会发生的颗粒污染的量。图1中给出没有屏蔽件的断路器的图形化视图。还参照图6，其示出设有根据本发明的屏蔽件的磁性断路器的图形化视图。 [0101] 在该实例中，顶表面的长度是大约0.508英寸，第二区段的宽度是大约0.109英寸，第三区段的宽度是大约0.55英寸并且第四和第五区段的宽度都是大约0.032英寸。应注意，在某些情况下制造因素控制了宽度尺寸(例如允许部件弯曲的最小尺寸)。而且，第二和第三区段定向成基本垂直于第一区段的相应侧部段，并且第四和第五区段定向成基本垂直于相应的第二和第三区段。更具体地说，第一至第五区段定向成并且布置成形成三个U形结构：一个位于中心的U形结构和两个外部U形结构。更具体地说，第一和第五区段定向成并且布置成使得位于中心的U形结构的开口U与所述两个外部U形结构的开口U相反。 [0102] 相比之下并且如此所述，传统的屏蔽件不包括第三、第四或第五区段，并且屏蔽件/屏障的顶表面的长度是大约0.273英寸并且宽度是0.074英寸。因而，传统的屏蔽件的几何特征与该实例的不同。另外，与所述实例相比，传统的屏蔽件的尺寸较小并且因而效果较小。 [0103] 关于具有和没有屏蔽件的断路器的物理比较，图1(没有屏蔽件)示出了跳闸机构和击发阻铁销以及上部电枢上的大量颗粒污染。相比之下，图6中的断路器(具有屏蔽件)示出了这三个功能部分的碎屑量显著减少。另外，对比图1和图6的螺线管，还表明对图6的螺线管的污染也较少。 [0105] 合并参考 [0107] 等同方案 [0108] 本领域技术人员仅使用日常试验方法将理解或能确定在此所述的本发明的特定实施例的许多等同方案。这种等同方案落在以下权利要求的范围内。 |
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