专利名称：具有旁路导体的断路器以及使双金属片中电流换向的方法
技术领域：
本发明涉及断路器及其操作，具体涉及有双金属片跳闸机构的断路器以及跳闸之后使双金属片中电流换向的装置和方法。
背景技术：
一种通常用于住宅和灯光广告的断路器称之为小型断路器。这种断路器有固定触点和活动触点，活动触点是在弹簧力工作机构的枢轴活动触臂上。工作机构包括把柄，活动触臂借助于把柄可以在枢轴上转动，便于人工方式打开和闭合触点。断路器还包括热磁跳闸装置，该装置响应于过载电流状态，自动地激励工作机构以打开主触点。延迟跳闸或热跳闸是受一端保持固定的双金属片控制，另一端可以自由偏转以响应电流通过双金属片产生的热量，双金属片与主触点是串联连接的。超过预定额定电流的持续电流使双金属片充分地弯曲，从而解锁或跳闸弹簧力工作机构而打开主触点。磁跳闸或瞬时跳闸是由磁衔铁完成的，磁衔铁被很大过载电流产生的磁场所吸引，例如，短路时产生的过载电流，它也能解锁工作机构和打开主触点。
虽然工作机构很快地打开主触点以响应跳闸动作，但是电流不是立即中断的，因为在断开的主触点之间触发电弧。因此，即使两个主触点实际上是分开的，但在电弧熄灭之前，电流继续通过包括双金属片的断路器高达8至10毫秒。虽然这种小型断路器可以有，例如，10安倍的额定电流(最大连续电流)，现代配电系统在短路时能够输送几千安倍电流。即使磁衔铁立即给予响应使主触点断开，电弧引起的持续高过载电流快速地加热双金属片。若工作在120伏和甚至240伏电压下，则现有的小型断路器能够承受这种高电流。然而，现在人们试图把这些小型断路器的应用扩大到277伏的设备。我们发现，在中断这些电压下的大电流时，双金属片是如此快速地偏转，它以很大的力撞击挡块，使双金属片产生永久形变而失去定标。这种损坏可能在单次中断时就发生。
为了减小电路短路时非常高的电流通过双金属片的持续时间和防止损坏小型断路器中的双金属片，我们在2000年10月12日申请的共同未决申请序列号09/689,497，当有活动触点的活动触臂运动到断开位置时，放置一个与双金属片分流的旁路导体。这个旁路导体的一端连接到负载终端，双金属片也连接到这一端。旁路导体的另一端是这样放置的，当触臂运动到断开位置时，电弧伸向旁路导体的自由端，从而使电流换向到旁路导体。重要的是，旁路导体形成与通过双金属片中电流路径并行的低电阻路径。
在主电弧熄灭和全部电流停止之前，虽然这种装置大大减小通过双金属片的电流，但是电弧引入电阻到并行的电流路径中，因此，仍有可观的电流通过双金属片。
所以，需要一种跳闸机构中有双金属片的改进断路器，它能够反复地承受短路电流而不会致损坏。
还需要这样一种改进的断路器和方法，在中断非常大电流时，例如，短路时产生的大电流，可以成功地使双金属片中几乎全部电流换向。
发明内容
本发明一种断路器和方法满足这些和其他的需要，其中在中断非常大的过载电流时，例如，短路时产生的大电流，可以使双金属片中几乎全部电流换向。更具体地说，本发明的目的是一种断路器，其中当双金属片响应于很大过载电流而偏转时，跳闸机构中的双金属片电连接到分流该双金属片的旁路导体。
具体地说，本发明的目的是提供一种断路器，它包括一对含固定触点和活动触点的主触点。断路器包括负载终端和与固定触点连接的线路终端。断路器还包括工作机构和跳闸机构；在跳闸时，工作机构打开主触点；跳闸机构包括双金属片，其固定端电连接到负载终端，而其自由端电连接到活动触点。响应于通过主触点的很大过载电流，双金属片发生偏转以跳闸工作机构，从而断开可分开的两个主触点。包括旁路导体的双金属片旁路电阻连接到负载终端，且其位置是这样的，双金属片响应于过载电流而发生的偏装足以跳闸工作机构，从而使通过双金属片的电流换向到旁路导体。双金属片的自由端和旁路导体可以有辅助触点以提供更好的耐磨性，两个辅助触点啮合在一起使双金属片电连接到旁路导体。最好是，旁路导体是扁平导电带，其电阻远远小于双金属片的电阻。
工作机构包括卡住活动触点的活动触臂和电连接活动触臂到双金属片自由端的柔韧分流器。旁路导体可以朝向活动触臂伸展，其位置是使来自活动触臂的至少一些电流换向到旁路导体。该装置是这样的，电流从活动触臂换向到旁路导体，于是双金属片电连接到旁路导体，使通过双金属片的一些剩余电流换向到旁路导体的分流器。通常，跳闸机构还包括磁衔铁，它跳闸工作机构以响应非常大的过载电流，使活动触臂接近于伸展的旁路导体，从而最初使电流换向到旁路导体。
本发明还包括使双金属片中电流换向的方法，当双金属片响应于非常高的过载电流时，使旁路导体连接到负载终端以及使旁路导体电连接到双金属片的自由端，因此，双金属片的自由端连接到主触点，而双金属片的固定端连接到断路器中的负载终端。该方法还包括当主触点断开时，伸展旁路导体到主触点中的活动触点附近，使来自活动触臂的至少部分电流换向到旁路导体。旁路导体是这样安排的，在双金属片的自由端电连接到旁路导体之前，电流从从活动触臂换向到旁路导体。
通过结合附图阅读以下描述的几个优选实施例，可以完全理解本发明的内容，其中图1是去掉盖子并展示其通(ON)或闭合(CLOSED)位置的本发明断路器的侧视图。
图2是类似于图1的侧视图，其中断路器是在断(OFF)或开路(OPEN)位置。
图3类似于图1的侧视图，其中断路器是在跳闸(TRIPPED)位置。
图4是构成本发明部分内容的旁路导体等比例图。
图5是沿图3中直线5-5的断路器剖面图。
图6是按照本发明的双金属片上安装辅助触点的支架等比例图。
具体实施例方式
参照附图，本发明的断路器1包括电绝缘外壳3；它有模制绝缘底座5，绝缘底座5有形成空腔11的平面壁7和侧壁9。外壳3还包括模制绝缘盖(未画出)，它用四个铆钉固定在底座5上。图1中用数字17表示的整个断路器组合被支持在外壳的空腔11中。断路器组合17包括有挡块20的支承板19，一组主触点21，可闭锁的工作机构23和跳闸组件25。
一组主触点21包括固定在线路终端29的固定触点或稳定触点27，和固定在触臂35自由端33边缘的活动触点31，扁平金属的C形触臂35构成部分的可闭锁工作机构23。触臂35的上端有个凹坑37。模制绝缘操纵件39有模制部分41，它啮合触臂35中的凹坑37，可以在操纵件39与触臂35之间提供驱动连接。操纵件39是与相反两侧(仅画出一侧)上向外延伸的一对销钉43模压制成，销钉43装配到底座5的轴承孔(未画出)和外壳3的盖子中，用于支持作枢轴运动的操纵件39。操纵件39包括把柄部分45，它延伸通过外壳3顶部的开孔47，便于断路器1的人工操作。操纵件39还包括向下延伸的部分48(见图2)，用于啮合可闭锁工作机构23，为的是在跳闸动作之后使断路器1复位。
可闭锁工作机构23还包括一端被支承的摇架49，用于在绝缘外壳底座5的模制柱体51上作枢轴运动。摇架49的另一端有闭锁凸耳53，它可以被跳闸组件25锁住，以下给以更详细的描述。在张力下，偏心张力弹簧55的一端连接到触臂35下端附近的凸块57，它的上端连接到摇架49上的弯曲凸块59。
跳闸组件25包括长形的双金属片61，其上端固定在支承板19上的弯曲接头63。柔韧导体65的一端固定到双金属片61的上端，另一端连接到导体67，导体67延伸通过外壳3的开孔，它是部分的无焊接终端连接器71，按照常规的方式连接器71可以从外部接触到并支承在外壳3上。另一个柔韧导体或分流器73的一端通过以下描述的支架76固定到双金属片61的自由下端75，另一端连接到触臂35，用于触臂35与双金属片61的电连接。
跳闸组件25具有响应于持续低电平过载电流的热跳闸能力和瞬时响应于高过载电流的磁跳闸能力。跳闸组件25包括双金属片61，磁轭77和磁衔铁79。磁轭77一般是U形件，磁轭77的弯曲部分固定到双金属片61，其直腿部分面向衔铁79。磁衔铁79固定到承簧81上，其下端固定到悬臂式双金属片61的自由端75。因此，磁衔铁79借助于弹簧81支承在双金属片61上。衔铁79有窗口83，摇架49的一端延伸通过该窗口，其中摇架上的闭锁凸耳53啮合窗口83的边缘，用于锁住可闭锁工作机构23到闭锁位置，如图1所示。
当断路器处在ON位置时，如图1详细地所展示的，预定值的持续过载电流使双金属片61变热，并向右偏转产生一个时间延迟的热跳闸动作。借助于片簧81支承在双金属片61上的磁衔铁79和双金属片被移动到右边，使摇架49松开。当摇架49被松开时，弹簧55按顺时针方向转动柱体51上的摇架，直至这个运动被摇架与外壳底座5的模制部分之间的啮合所制止。在这个运动期间，弹簧55的作用线运动到触臂35在操纵件39上作转动点的右边，从而按逆时针方向转动触臂使两个主触点21分开。图3表示断路器中的这个跳闸状态。
断路器1自动和瞬时地被磁跳闸以响应第二预定值之上的过载电流，第二预定值高于热跳闸的预定值。通过双金属片61的高于这个预定值的过载电流在双金属片的周围诱发磁通量。这个磁通量由磁轭77集中到衔铁79。第二预定值之上的过载电流产生这种强度的磁力，使衔铁79被吸引到导致弹簧弯曲的磁轭77，允许衔铁79向右运动以松开摇架49并跳闸断路器，其方式如同热跳闸操作中所描述的。
在热跳闸或磁跳闸之后，移动把柄45到OFF位置使断路器复位，然后再略微多移动一些，因此操纵件上的凸出部分48啮合摇架49上的弯曲凸块59，并转动摇架使闭锁面53重新锁到衔铁79中的窗口83。图2表示形成的OFF位置。通过按逆时针方向转动把柄，断路器1可以从这个位置接通，它通过模制部分41移动触臂的上端到图3中的右侧。当触臂35上端的触点37跨过弹簧55的力线时，这两个触点闭合成图1中所示的ON位置。用人工方式按顺时针方向移动图1所示的把柄，断路器1回到OFF位置。
现在参照图2至图4，双金属旁路电阻99包括旁路导体101，它被支持在断路器1的外壳3内。旁路导体101可以包括有中间部分的长扁平带，它包括基本成直角的主体部分104。旁路导体101有第一端106，适合于放置在断路器1中触臂35的附近或与它接触，它处在断路器1的开路位置或TRIPPED位置。这允许旁路导体101在电路过载时接收通过断路器1的电流，特别是高瞬态电流。旁路导体101的第二端108通过导体67电连接到断路器1的负载终端71，可以在第一端106与第二端108之间提供一条通过旁路导体101的电流路径。
旁路导体101最好是由金属构成的，例如，铜或其他合适的合金或导电复合材料。构成旁路导体101的材料提供一条较低电阻的路径，其电阻低于通过断路器的常规路径。在图3所示的TRIPPED位置中，触臂35可以与旁路导体101的一端紧密接触或可以与它分开，最好是，旁路导体101的这端与触臂35之间的旁路间隙距离d1约为0mm至8mm。通过提供一条与电流常规路径并行的低电阻路径，旁路导体101能够改进相对高瞬态电弧时的中断。所以，旁路导体101有助于使电流偏离开热跳闸机构或旁路导体101中的其他元件。
至少部分旁路导体101的位置是与断路器1中排气口18有联系。旁路导体101在排气口18中的这种位置促使高瞬态电流换向到旁路导体101。
在运行中，当触臂35中的活动触点31运动到几乎完全开路的位置时，出现一种有利于形成电弧的情况。在高瞬态电流中断开主触点21产生的电弧可以换向到旁路导体101。在打开和闭合主触点21的触臂35运动期间，这种换向主要是由于旁路导体101的第一端106调位到与触臂35的扁平端33相邻或相接触。
旁路导体101在第一端106上有延长部分101x，如图1，2和4所示，延长部分先向上然后向左延伸，覆盖触臂35的扁平端33，其中触臂处在断开或跳闸位置。延长部分101x的尖端112几乎延伸到固定在扁平触臂端部的活动触点31。在这种装置中，在旁路导体与触臂和活动触点之间有一个支持二次电弧的覆盖延伸区域，电流通过二次电弧从触臂35换向到旁路导体。这种电流换向到旁路导体是在触点27与31开始断开始之后立即发生的，从而减小输入到双金属片的能量，也有助于中断固定触点27与活动触点31之间的主电弧。
为了更完全地换向双金属片的高瞬态电流，旁路导体101的位置是这样的，当双金属片响应于非常高的过载电流而发生偏转时，旁路导体101是在电连接到双金属片61自由端75的位置。为了提供低电阻和良好耐磨性的电连接，双金属片旁路电阻99还包括一对辅助触点114，包括双金属片61自由端75上的触点116和旁路导体101上的触点118。参照图6，辅助触点116固定到分流器支架76的凸耳76f上，从图3可以看出，分流器支架76还连接分流器73到双金属片61的自由端。这个分流器支架76是用诸如铜的低电阻材料制成的，并提供一个很方便的装置，可以把分流器73和辅助触点116都固定到双金属片61自由端75上的有限区域。
虽然旁路导体可以缩短，仅仅提供相邻于第二端108和支承辅助触点118的垂直部分，最好还是利用上述的全部旁路导体。最好是，旁路导体是这样安排的，当磁跳闸特征响应于非常高瞬态电流并解锁工作机构23而断开主触点时，一些电流从触臂35换向到旁路导体101的第一端106。双金属片一些电流的这种转向减慢了双金属片的偏转，然而，它在辅助触点114闭合之前继续偏转。由于辅助触点给负载终端71提供一条比双金属片或触臂与旁路导体第一端106上延长部分101x之间电弧低得多的电阻路径，实际上双金属片的全部电流被换向。这就消除了在非常高过载电流下观察到的一种情况，其中即使利用从触臂换向一些电流到负载终端的旁路导体，双金属片仍然被这样一种力驱动到导体或外壳模制部分形成的挡块，使双金属片发生永久性变形，从而使定标破坏。
所以，可以理解，本发明的旁路导体装置改进了断路器内灵敏双金属片部件的保护。所述旁路导体把潜在的有害高瞬态电流转向到沿另一条通过断路器的相对低电阻路径。因此，这种旁路导体减小了由于过大电流造成断路器损坏的可能性。在瞬态事件发生之后，这种旁路导体还可以增大断路器的使用寿命和合适的功能。
虽然我们已详细地描述本发明的具体实施例，本领域专业人员可以理解，借助于公开的全部内容，可以对这些细节作各种改动和变化。因此，我们公开的具体装置仅仅是说明性的，并不是对本发明范围的限制，本发明的范围是在所附权利要求书的全部内容以及与其相当的内容中。
权利要求
1.一种断路器(1)，包括一对含固定触点(27)和活动触点(31)的主触点(21)；连接到固定触点(27)的线路终端(29)和负载终端(71)；工作机构(23)，用于在跳闸时打开主触点(21)；跳闸组件(25)，包括有固定端和自由端(75)的双金属片(61)，固定端电连接到负载终端，而自由端电连接到活动触点(31)；双金属片(61)响应于通过主触点(21)的过载电流而发生偏转以跳闸工作机构(23)，从而打开主触点(21)；和双金属片旁路电阻(99)，包括连接到负载终端(71)的旁路导体(101)，且其位置是这样的，双金属片(61)响应于过载电流而发生偏转足以跳闸工作机构(23)，使通过双金属片(61)中的电流换向到旁路导体(101)。
2.按照权利要求1的断路器(1)，其中旁路导体(101)包括扁平导电带。
3.按照权利要求1的断路器(1)，其中双金属片(61)自由端(75)有辅助触点(116)，它与旁路导体的电接触使电流从双金属片(61)换向到旁路导体。
4.按照权利要求3的断路器(1)，其中旁路导体(101)有附加的辅助触点(118)，它啮合双金属片(61)片上的辅助触点(116)，使电流从双金属片(61)换向到旁路导体(101)。
5.按照权利要求4的断路器(1)，其中旁路导体(101)是扁平导电带。
6.按照权利要求1的断路器(1)，其中工作机构(23)包括具有活动触点(31)的活动触臂(35)和柔韧分流器(73)；活动触点(31)可以在主触点(21)被分开的断开位置中活动，柔韧分流器(73)电连接活动触臂(35)到双金属片(61)的自由端(75)；双金属片(61)和旁路导体(101)有辅助触点(116，118)，两个辅助触点(116，118)啮合在一起使电流从柔韧分流器(73)换向到旁路导体(101)。
7.按照权利要求6的断路器(1)，其中双金属片(61)有支承到自由端(75)的分流器支架(76)，和柔韧分流器(73)支承到分流器支架(76)。
8.按照权利要求7的断路器(1)，其中所述双金属片(61)上的辅助触点(116)也支承到所述分流器支架(76)。
9.按照权利要求1的断路器(1)，其中工作机构(23)包括具有活动触点(31)的活动触臂(35)和柔韧分流器(73)；活动触点(31)可以在主触点(21)被分开的断开位置中活动，柔韧分流器(73)电连接活动触臂(35)到双金属片(61)的自由端(75)，且其中旁路导体(101)伸向活动触臂(35)，使来自活动触臂(35)的至少一些电流换向到旁路导体(101)。
10.按照权利要求9的断路器(1)，其中跳闸机构(25)还包括在双金属片(61)的自由端(75)电连接到旁路导体(101)之前，磁衔铁(79)响应于短路电流而跳闸工作机构(23)并移动活动触臂(35)到旁路导体(101)，使至少一些电流换向到旁路导体(101)。
11.按照权利要求10的断路器(1)，其中跳闸机构(25)还包括双金属片(61)自由端(75)和旁路导体(101)上的辅助触点(116，118)，两个辅助触点啮合在一起使通过双金属片(61)的一些剩余电流换向到旁路导体(101)。
12.一种双金属片(61)中电流的换向方法，其中双金属片(61)的自由端(75)电连接到主触点(21)，而其固定端电连接到小型断路器(1)中的负载终端(71)，包括以下步骤连接旁路导体(101)到负载终端(71)；和响应于短路电流，调位旁路导体(101)电连接到被偏转双金属片(61)的自由端(75)。
13.按照权利要求12的方法，其中主触点(21)包括安装在活动触臂(35)上的活动触点(31)；当断路器(1)被跳闸时，活动触点(31)可以在枢轴上转动，以及调位旁路导体(101)的步骤还包括当活动触臂(35)打开主触点(21)时，伸展旁路导体(101)到活动触点附近。
14.按照权利要求13的方法，其中调位旁路导体(101)的步骤包括在双金属片(61)的自由端(75)电连接到旁路导体(101)之前，如此安排旁路导体(101)，使电流从活动触点(31)换向到旁路导体(101)。
全文摘要
具有旁路导体的断路器以及使双金属片中电流换向的方法在小型断路器(1)中两个主触点(21)断开期间,电弧产生持续的高瞬态电流,借助于双金属片(61)响应过载电流而发生的偏转,双金属片(61)自由端(75)和分流双金属片(61)的低电阻旁路导体(101)上的辅助触点(116,118)闭合,从而使双金属片(61)的电流被换向。旁路导体(101)可以伸向具有活动主触点的活动触臂(35),使一些过载电流换向到早先处在断开状态的旁路导体(101),从而减小输入到双金属片(61)的能量和减小闭合两个辅助触点(116,118)的力。
文档编号H01H71/16GK1360327SQ0114331
公开日2002年7月24日 申请日期2001年12月18日 优先权日2000年12月18日
发明者爱德华·爱斯伯·莱尔斯, 史蒂芬·阿尔伯特·莫瑞纳, 米切尔·约瑟夫·厄尔伯 申请人:尹顿公司