用于电气开关装置的多功能安装组件的制作方法

本申请要求在2014年4月11日提交的美国专利申请系列号14/250,408的优先权并要求其权益，该美国专利申请通过引用并入本文中。

技术领域

本发明总体涉及电气开关装置，更具体地涉及设置在电气开关装置的壳体装置中的多功能安装组件。

背景技术：

电气开关装置例如包括电路切换装置、诸如断路器的电路断续器、网络保护器、接触器、马达起动器、马达控制器和其它负载控制器。电气开关装置例如电路断续器特别是模制外壳类型的断路器在本领域中是众所周知的。例如，参见美国专利No.5,341,191。断路器用来保护电路以免由于过电流状态例如过载状态或较高水平短路或故障状态而损坏。模制外壳断路器通常每相包括一对可分离触头。可分离触头可通过设置在外壳外侧或壳体组件上的手柄被手动操作，或响应于过电流状态而被自动操作。

在一个示例性实施例中，断路器包括被设计成快速断开和闭合可分离触头的操作机构、感测过电流状态的脱扣单元组件、和脱扣致动器组件。脱扣致动器由脱扣单元组件响应于过电流状态被致动并且使操作机构运动到脱扣状态。在脱扣状态下，可分离触头运动到它们的断开位置。

脱扣单元组件通常包括对过电流状态磁性地或热学地作出反应的机械装置。目前，电路还用于检测过电流状态。由于电路不对过电流状态磁性地或热学地作出反应，所以电路必须与电子脱扣机构联接。例如，在不限制的情况下，电子脱扣机构可以是磁通分流式(flux shunt)脱扣致动器。电子脱扣机构，例如但不限于磁通分流式脱扣致动器，需要重置装置。已知设置用于磁通分流式脱扣致动器的单独的重置致动器。即，该重置致动器与其它元件——例如但不限于断路器手柄——是分离的。

此外，使用物包括模制外壳中的内部附件，例如但不限于辅助开关。在一个示例性实施例中，辅助开关是设置在诸如但不限于外围电气回路的壳体中的微动开关，例如感测断路器触头的状态(接通或切断)的装置。

在许多情形中，模制外壳一般被分成类似于沟渠的内腔，其中用于各极的导体组件穿过各腔延伸。所述腔还设置了用于另外的构件——例如但不限于磁通分流式脱扣致动器和辅助开关——的空间。这些另外的构件设置在安装组件中，所述安装组件进一步设置在模制外壳腔中。然而，模制外壳内部的空间是有限的。一般而言，安装组件构造成支承单一类型的另外的构件。因而，如果使用物包括磁通分流式脱扣致动器，则使用物由于缺少用于辅助开关安装组件的空间而被排除包括辅助开关。

因此，诸如断路器的电气开关装置和构造成设置在电气开关装置的壳体组件中的安装组件存在改进的余地。

技术实现要素：

本发明的至少一个实施例提供了一种构造成设置在电气开关装置的壳体组件中的多功能安装组件。所述多功能安装组件包括限定出第一安装组件和第二安装组件的本体。所述第一安装组件包括第一安装结构。所述第二安装组件包括第二安装结构。所述第一安装结构构造成支承第一电气元件。所述第二安装结构构造成支承第二电气元件。

附图说明

当结合附图阅读下文对优选实施例的描述时，可以获得对本发明的充分理解，在附图中：

图1是电气开关装置的截面侧视图。

图2是脱扣和重置组件的详细截面侧视图。

图3是电气开关装置的截面俯视图。

图4是脱扣和重置组件的详细截面俯视图。

图5是电气开关装置的截面图。

图6是壳体组件中的多功能安装组件的详细等轴侧视图。

图7是多功能安装组件的等轴侧视图。

图8是多功能安装组件的另一等轴侧视图。

具体实施方式

应理解的是，这里在附图中示出并在以下说明书中描述的特定元件仅是所公开的概念的示例性实施例，其仅出于说明的目的而作为非限制性的示例提供。因此，与文中公开的实施例有关的特定尺寸、取向和其它物理特性不应认为对所公开的概念的范围构成限制。

文中使用的方向性用语，例如像顺时针、逆时针、左、右、顶部、底部、向上、向下及其派生词涉及附图所示的元件的取向，并非对权利要求加以限制，除非在其中明确说明。

如文中所用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代物，除非上下文以其它方式明确指出。

如文中所用的，“致动器”和“致动元件”是指用于电气开关装置的任何已知的或合适的输出机构(例如，在不限制的情况下，脱扣致动器、螺线管、磁通分流式脱扣致动器)和/或这种机构的为了操纵电气开关装置的另一构件而运动的元件(例如，在不限制的情况下，阀杆；柱塞；杠杆；桨叶；臂)。

如文中所用的，两个或更多个部件或构件“联接”的表述是指所述部件直接或间接——即，通过一个或更多中间部件或构件——接合在一起或一起操作，只要发生联动即可。如文中所用的，“直接联接”是指两个元件彼此直接接触。如文中所用的，“固定地联接”或“固定”是指两个构件联接成一体地运动，同时相对于彼此保持不变的取向。因此，当两个元件被联接时，这些元件的所有部分都被联接。然而，第一元件的特定部分与第二元件联接——例如，轴的第一端与第一轮联接——的描述是指第一元件的特定部分设置成比第一元件的其它部分更接近第二元件。

如文中所用的，两个或更多个部件或构件互相“接合”的表述是指各元件直接地或通过一个或多个中间元件或构件相对于彼此施加力或偏置。此外，如文中关于运动的部件所用的，运动的部件在从一个位置到另一个位置的运动期间可“接合”另一个元件，和/或一旦处于所描述的位置便可“接合”另一元件。因此，应理解，“当元件A运动至元件A的第一位置时，元件A与元件B接合”和“当元件A处于元件A的第一位置时，元件A与元件B接合”的表述是等效表述，是指元件A在运动至元件A的第一位置时与元件B接合，和/或元件A在处于元件A的第一位置时与元件B接合。

如文中所用的，用词“一体形成的(unitary)”指一个构件作为单个零件或单元形成。即，包括单独形成然后联接在一起作为一个单元的零件的构件不是“一体形成的”构件或本体。

如文中所用的，术语“数量”应指1或大于1的整数(即，多个)。

如文中所用的，“联接组件”包括两个或更多个联接器或联接构件。联接器或联接组件的各构件通常不是同一元件或其它构件的一部分。因此，在下文的描述中不会同时描述“联接组件”的各构件。

如文中所用的，“联接器”或“联接构件”是联接组件的一个或更多个组成构件。即，联接组件包括构造成联接在一起的至少两个构件。应理解，联接组件的各构件彼此兼容。例如，在联接组件中，如果一个联接构件为卡扣式插口，则另一联接构件为卡扣式插头，或者，如果一个联接构件为螺栓，则另一联接构件为螺母。

如文中所用的，磁体与能够磁性吸引的另一元件“操作性地间隔开”是指两个元件接近为允许磁体以充分的力被吸向另一元件，使得如果磁体或另一元件不受约束，则磁体或另一元件将运动至彼此接触。

如文中所用的，“凸轮面”是与另一部件接合或被另一部件接合的面，并且其中一个部件响应于该接合而运动。仅能够与另一元件接合或被另一元件接合但没有以引起预期运动的方式实际地与其它元件接合的面不是“凸轮面”。

如文中所用的，“相关联”是指各元件是同一组件的部分和/或一起操作，或以某种方式彼此作用。例如，汽车具有四个轮胎和四个轮毂盖。当所有元件联接为汽车的一部分时，应理解为每个轮毂盖与特定轮胎“相关联”。

如文中所用的，“对应”表示两个结构部件的尺寸和形状被确定为彼此相似并且能够以最少量的摩擦相联接。因此，“对应”于一个部件的开口的尺寸确定为稍微大于该部件，使得该部件能够以最少量的摩擦通过该开口。如果两个部件被表述为“贴合地”配合在一起或“贴合地对应”，则此定义被修改。在此情形中，部件之间的尺寸差异甚至更小，由此摩擦量增加。如果限定开口的元件和/或插入该开口中的部件由可变形的或可压缩的材料制成，则该开口甚至可以稍微小于插入该开口中的部件。如果两个部件被描述为“基本上对应”，则该定义被进一步修改。“基本上对应”是指开口的尺寸非常接近插入其中的元件的尺寸；即，不会过于靠近而像贴合地配合那样产生很大的摩擦，但接触和摩擦大于“对应的配合”，即“稍微更大”的配合。

如文中所用的，“第一位置”或“第一构型”与处于断开构型——即其中电流不能从电气开关装置通过——的电气开关装置相关联。相反地，“第二位置”或“第二构型”与处于闭合构型——即其中电流从电气开关装置通过——的电气开关装置相关联。因而，“第二位置”或“第二构型”与开关装置的操作状态相关联。因此，应理解，当描述开关装置的操作，例如响应于过电流状态而脱扣时，开关装置或其元件和组件可始于“第二位置”并运动到“第一位置”。

如文中所用的，“构造成[动词]”是指所表述的元件或组件具有一种结构，该结构的形状设计为、尺寸设计为、设置为、联接为和/或构造为执行所表述的动词。例如，“构造成运动”的部件与另一元件可运动地联接并且包括致使该部件运动的元件，或者该部件构造成响应于其它元件或组件而运动。

如文中所用的，“操作性联接”是指一定数量的元件或组件——这些元件或组件中的每个均可在第一位置与第二位置或者第一构型与第二构型之间运动——联接成使得，随着第一元件从一个位置/构型运动至另一位置/构型，第二元件也在各位置/构型之间运动。应指出，第一元件可与另一元件“操作性联接”，但反之不成立。例如，脱扣杆可与断路器操作机构“操作性联接”，意味着当脱扣杆运动时，操作机构也运动，但是，操作机构可以不与脱扣杆“操作性联接”，意味着操作机构可例如通过手柄手动操作，而不必移动脱扣杆。

如文中所用的，“总体弯曲的”包括这样的元件，即，其具有多个弯曲部、弯曲部和平坦部的组合、以及相对于彼此成角度设置由此形成曲线的多个平坦部或平坦部段。

如文中所用的，“多功能安装组件”是构造成支承多于一个电气元件的安装组件。

如图1所示，电气开关装置8——例如但不限于断路器10——包括电气开关装置的壳体组件12、导体组件14、操作机构16、脱扣单元组件40(元件被示意性地示出)以及其它构件。电气开关装置的壳体组件12由非导电材料制成且限定出封闭空间18，其它构件可设置在该封闭空间中。在一个示例性实施例中，电气开关装置的壳体组件的封闭空间18被分成一定数量的腔19，其包括用于下文描述的脱扣单元组件致动器44的腔19。三个长形腔19A、19B、19C总体上沿壳体组件12的长度延伸并且各自都构造成基本上封罩导体组件14的一个极的元件。各长形腔19A、19B、19C均具有宽度。

导体组件14包括延伸穿过电气开关装置的壳体组件12的一定数量的导电元件20。即，一定数量的导电元件20包括但不限于线路总线22、包括动触头24和静触头26的一对触头23、以及负载总线28。如已知的，可存在一定组数的这些元件，然而，下文将仅描述一组。线路总线22和动触头24电连通。静触头26与负载总线28电连通。每个动触头24都构造成在断开的第一位置与闭合的第二位置之间运动，在所述第一位置，动触头24与静触头26间隔开，而在所述第二位置，动触头24与静触头26直接联接并且电连通。即，各线路总线22包括与壳体组件12枢转地联接的活动臂21。动触头24与相关的活动臂21联接、直接联接或固定在其上。

在一个示例性实施例中，该一定数量的活动臂21与横杆25联接、直接联接或固定在其上。横杆25包括具有一定数量的凸轮面29的长形本体27。横杆凸轮面29构造成与下述第二致动器的本体的第二端144接合。横杆25与壳体组件12可旋转地联接。在一个示例性实施例中，横杆25固定在各活动臂21上。在此构型中，横杆25基本上确保活动臂21和因此动触头24同时运动。

横杆25是操作机构16的一部分。因而，操作机构16与每个动触头24操作性联接并且构造成使每个动触头24运动。操作机构16在包括断开的第一构型和闭合的第二构型的一定数量的构型之间运动，在所述第一构型下，每个动触头24都与相关的静触头26间隔开，而在所述第二构型下，每个动触头24都与相关的静触头26直接联接并且电连通。操作机构16包括将操作机构16偏置向第一构型的偏置元件(未示出)，例如但不限于弹簧(未示出)。因而，触头24、26向断开的第一位置被偏置。操作机构16包括手柄30和重置部件32(图4)。手柄30可用来使触头24、26在第一位置与第二位置之间运动。手柄30还可运动到重置位置，由此将操作机构16运动到重置构型。在一个示例性实施例中，重置部件32与手柄30一起运动并与如下文描述的脱扣和重置组件80接合。

操作机构16还包括限制件(catch，未示出)或类似装置，其选择性地阻止操作机构16运动到第一构型。因而，当操作机构16处于第二构型——其中所述一对触头23处于闭合位置——时，限制件将触头23维持在闭合的第二位置。限制件或更一般地操作机构16通过脱扣锁闩(未示出)与下文描述的脱扣单元组件40机械地联接。即，该限制件与脱扣锁闩接合。当脱扣单元组件40检测到过电流状态时，机械联动装置使限制件从脱扣锁闩释放，由此允许操作机构16的偏置使触头24、26运动到断开的第一位置。如已知的，当操作机构16运动到重置构型时，在操作机构16运动到第二位置之前限制件与脱扣锁闩重新接合。

如图1-4所示，脱扣单元组件40包括一定数量的构件，例如但不限于一定数量的电气总线42、脱扣致动器组件44、脱扣回路46、脱扣杆48、多功能安装组件70以及脱扣和重置组件110。如已知的，脱扣回路46构造成检测任意电气总线42中的过电流状态。脱扣回路46在检测到任意电气总线42中的过电流状态时产生电信号。脱扣致动器组件44是与脱扣回路46电子通讯的电子-机械装置，其构造成响应于接收到信号指示和任意电气总线42中的过电流状态而产生机械运动，如下文描述的。

脱扣杆48包括长形本体47。脱扣杆本体47的纵向轴线也是旋转轴线。脱扣杆48与电气开关装置的壳体组件12可运动地联接，且在一个示例性实施例中可旋转地联接。脱扣杆本体47包括一定数量的接合面45，包括但不限于径向延伸部49。如上所述，脱扣杆48与操作机构16操作性联接，使得脱扣杆48的旋转导致操作机构16从操作机构16的第二构型运动到操作机构16的第一构型。即，脱扣杆48在包括脱扣杆的第一位置和脱扣杆的第二位置的一定数量的位置之间运动，在所述第一位置，限制件与脱扣锁闩不接合，从而允许操作机构16运动到操作机构16的第一构型，而在所述第二位置，所述限制件与脱扣锁闩接合，由此将操作机构16维持在操作机构16的第二构型。

脱扣回路46(示意性地示出)设置在电气开关装置的壳体组件12中并与导电元件20联接以便检测过电流状态，如已知的。脱扣回路46经由所述一定数量的电气总线42与脱扣单元致动器组件44联接并且电子通讯。因而，整个脱扣单元组件40设置在电气开关装置的壳体组件12内。

脱扣单元致动器组件44构造成响应于从脱扣回路46接收到电信号而被致动。即，脱扣单元致动器组件44构造成从脱扣回路46接收电信号并响应于该电信号而致动柱塞54，如下文描述的。在一个示例性实施例中，脱扣单元致动器组件44是包括壳体50、永磁体52、长形致动部件或柱塞54、线圈56和励磁回路58(示意性地示出)的磁通分流式脱扣致动器。脱扣单元致动器组件的壳体50包括第一端60和第二端62。脱扣致动器组件的壳体的第二端62包括与柱塞54的截面形状相对应的开口64。永磁体52在脱扣单元致动器组件的壳体的第一端60处设置在脱扣单元致动器组件的壳体50中。柱塞54可运动地设置在脱扣单元致动器组件的壳体50中并在柱塞的第一伸出位置与柱塞的第二退回位置之间轴向地运动，在所述第一伸出位置，柱塞54与脱扣杆48接合并使脱扣杆48运动到脱扣杆的第一位置，而在所述第二退回位置，柱塞54与脱扣杆48间隔开。柱塞54的一部分或端部延伸穿过脱扣单元致动器组件的壳体的第二端的开口64。柱塞54由磁敏材料例如含铁材料或磁性材料制成。因而，当柱塞54处于柱塞的第一位置时，它与永磁体52操作性地间隔开。即，当柱塞54处于第一位置时，永磁体52不具有足以吸引柱塞54——即引起柱塞54运动——的力。当柱塞54处于柱塞的第二位置时，柱塞54不与永磁体52操作性地间隔开。即，当柱塞54处于第二位置时，永磁体52具有足以吸引柱塞54的力；因而，柱塞54被保持在柱塞的第二位置。

线圈56设置在脱扣单元致动器组件的壳体50中并且围绕柱塞54设置。在一个示例性实施例中，线圈56由励磁回路58通电并由此形成磁场。即，励磁回路58与线圈56联接并且电连通。由线圈56形成的磁场强到足够以克服永磁体52与柱塞54之间的磁吸引。因而，当线圈56通电时，柱塞54运动到第一位置。应注意，在第一位置，柱塞54超出了永磁体52的范围。即，柱塞54更多地与永磁体52操作性间隔开。因而，当柱塞54运动到第一位置时，它保持在第一位置，直至外力作用于其上。此外，应指出，由于下文描述的脱扣和重置组件110的构型，使线圈56通电所需的能量相对于其它脱扣和重置构型而言减少。此外，应指出，由于下文描述的脱扣和重置组件110的构型，使线圈56通电所需的能量相对于其它脱扣和重置构型而言减少。

即，励磁回路58将电容器充电至由各回路部件(均未示出)确定的调节电压。由电容器储存的调节电压的值由脱扣单元致动器组件44为了使断路器10脱扣而需要的电压决定。收获技术(harvesting technology)具有将电容器充电至已知的脱扣致动器组件所需的适当电压的有限能力。因此，脱扣单元致动器组件44构造成在比以前的脱扣致动器组件低得多的电压下脱扣。例如，已知的脱扣单元致动器需要将电容器充电至约41伏。在一个示例性实施例中，脱扣单元致动器组件44构造成在约22伏与28伏之间或约25伏的电容器充电电压下脱扣。

如图5-8所示，多功能安装组件70包括具有第一端72、相对的第二端74、第一侧面76和第二侧面78的本体71。如图所示，多功能安装组件70与电气开关装置的壳体组件12是分离的。此外，如图所示，多功能安装组件本体71包括联接成形成多功能安装组件70的一定数量的构件73。在一个未示出的替代实施例中，脱扣单元组件的多功能安装组件70或其一部分与电气开关装置的壳体组件12是一体形成的。

多功能安装组件本体71限定出第一安装组件80和第二安装组件82。如图7和8所示，第一安装组件80包括第一安装结构84和第一致动器86。第二安装组件82包括第二安装结构88和第二致动器90。第一安装结构84构造成支承第一电气元件92。第二安装结构88构造成支承第二电气元件94。多功能安装组件本体71具有大小设计为设置在单个壳体组件腔19A中的宽度(如图所示)。

在一个示例性实施例中，第一电气元件92和第二电气元件94彼此不同。亦即，在一个示例性实施例中，第一电气元件92是上述脱扣单元致动器组件44。此外，第二电气元件94是辅助开关100。在一个示例性实施例中，辅助开关100包括呈大致平行六面体形的本体102和致动器按钮104。辅助开关按钮104在伸出的第一位置与缩回的第二位置之间运动。在一个示例性实施例中，辅助开关100在辅助开关按钮104运动至第二位置时关闭。

在一个示例性实施例中，第一安装结构84包括与脱扣单元致动器组件44的尺寸和形状大致对应的腔110。第一安装结构84限定出通向该腔中的开口113，其尺寸设计为允许柱塞54穿过其中。此外，第一安装结构84构造成可运动地支承第一致动器86。即，在一个示例性实施例中，第一致动器86是脱扣和重置组件致动器112。脱扣和重置组件111包括致动器112和致动器安装装置114(图3)。第一致动器86包括长形本体87，其构造成致动并且在此实施例中重置第一电气元件92。即，如文中所用的，“致动”包括重置电气元件。在一个示例性实施例中，第一致动器86在致动器安装装置114处与安装组件本体71可运动地或枢转地联接。在重置操作期间，第一致动器86构造成使柱塞54从第二位置运动到第一位置。即，致动器安装装置114是枢转联接器，并且第一致动器86构造成在第一致动器86与柱塞54不接合的第一位置与第一致动器86与柱塞54接合的第二位置之间运动。

在一个示例性实施例中，第二安装结构88包括构造成支承辅助开关100的平台120。此外，第二安装结构88构造成可运动地支承第二致动器90。在一个示例性实施例中，安装组件本体71限定出具有大致矩形截面形状的通路130。通路10设置在平台120附近。第二致动器90包括具有与通路130对应的大致矩形截面形状的大致平坦的本体140。第二致动器本体140还包括第一端142和第二端144。在一个示例性实施例中，第二致动器本体的第一端142呈锥形并且包括倾斜面146。第二致动器本体的第二端144构造成被触臂横杆25或横杆凸轮面29接合。

第二致动器90可运动地——即可滑动地——设置在通路130中，其中第二致动器本体的第一端的倾斜面146定向和定位成与辅助开关按钮104接合。第二致动器90构造成在通路130中纵向地运动。即，第二致动器90构造成在第二致动器90与辅助开关按钮104接合的第一位置与第二致动器90与辅助开关按钮104不接合的第二位置之间运动。第二致动器本体140无法在通路130中旋转，并且因此第二致动器本体的第一端的倾斜面146保持定向和定位成与辅助开关按钮104接合。在一个示例性实施例中，第二安装结构88还包括偏置装置150(图7)，例如但不限于压缩弹簧152。偏置装置150与第二致动器90联接并且朝第二位置偏置第二致动器90。

多功能安装组件70以如下方式组装。第一电气元件92(脱扣单元致动器组件44)总体上设置在第一安装结构84内，即腔110内，其中柱塞54与开口113对准。第一致动器86与安装组件本体71可运动地并且在一个示例性实施例中枢转地联接。第一致动器86还构造成在多功能安装组件70设置在腔19A中时与脱扣杆48接合(如图所示)。第二电气元件94(辅助开关100)设置在第二安装结构88——即平台120——上，其中辅助开关按钮104设置在第二致动器90附近。

多功能安装组件70然后设置在壳体组件中，并且如图所示设置在单个腔19A中。最初，第一致动器86和第二致动器90处于它们的第二位置。在此构型中，第一致动器86与脱扣杆48接合或构造成与脱扣杆48接合。即，当脱扣单元致动器组件44接收到来自脱扣回路46的电信号并且致动柱塞54时，柱塞54与第一致动器86接合。随着第一致动器86运动到第一位置，第一致动器86与脱扣杆48接合，从而致使操作机构16运动到第一位置并分离触头23。随着触头23分离，横杆25旋转而导致横杆凸轮面29与第二致动器本体的第二端144接合，从而导致第二致动器90从第二位置运动到第一位置。随着第二致动器90从第二位置运动到第一位置，第二致动器本体的第一端142和倾斜面146与辅助开关按钮104接合。此外，在重置操作期间，如美国专利申请系列号14/103,871中详细说明的，第一致动器86与柱塞54接合并使柱塞54运动到其第一位置。

虽然已详细描述了本发明的特定实施例，但本领域的技术人员应理解，可借鉴所公开内容的全部教导发展这些细节的各种改型和变型。因此，所公开的具体设置仅为说明性的而非限制本发明的范围，所述范围将由所附权利要求及其任何和全部等同方案的全部涵盖内容给出。

此外，如文中所用的，任何最初在权利要求的前序部分中提及的元件不是要求保护的元件，即使这种元件后来在权利要求中被叙述。即，权利要求可在前序部分中叙述一定数量的不要求保护的元件并且稍后叙述在前序部分中阐述的不要求保护的元件与要求保护的元件之间的关系或相互作用。应理解，即使最初在前序部分中叙述的元件稍后在权利要求的主体中被叙述，但这些元件——即在前序部分中提及的不要求保护的元件——不是要求保护的元件。例如，针对脱扣和重置组件111的权利要求仅要求保护脱扣和重置组件111的元件；然而，权利要求的前序部分提及了一定数量的元件，例如但不限于操作机构16。应理解，描述脱扣和重置组件111与操作机构16——即在前序部分中提及的不要求保护的元件——的相互作用的权利要求的叙述不要求保护在前序部分中提及的不要求保护的元件，其在本例中为操作机构16的元件。