断路器及配电系统的制作方法

本实用新型属于电气开关技术领域，尤其涉及一种断路器及配电系统。

背景技术：

断路器作为输配电系统的保护元件，可在电路中出现异常电流时及时将电路断开，保障整个电路以及其他电器负载的安全。由于电网的飞速发展，输配电系统容量不断增大，系统的集成度不断地提高，为了提高电器产品的灵活性降低制造成本，并便于管理，实现单位空间内控制回路数量的最大化，需要缩小断路器的体积，去适应输配电系统的安装空间。

目前，已知一种常规断路器的宽度是18mm，体积相对较大，在配电箱内占据较大空间。为了减小断路器在配电箱内所占用的空间，现有技术提供了一种宽度为9mm的断路器。尽管9mm宽度的断路器体积较小，但增加了产品的生产和装配难度，并且该断路器本身的电流规格最高只能达到32A。另外，由于其宽度限制，导致电磁脱扣机构不能绕制更多的线圈；宽度减小后，铁芯的直径也需要相应地缩小。这样，对于例如只有1A或2A的小电流规格的电路而言难以实现短路瞬动保护，使得9mm宽度的断路器的性能指标不及18mm宽度的断路器。

因此，需要提供一种新的断路器及配电系统。

技术实现要素：

为有效解决现有技术中存在的上述一或多个缺陷，本实用新型提供了一种断路器和配电系统，能够实现在缩小断路器占用空间的同时保证断路器的分断能力的目的。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案：

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种断路器，包括触头机构、电磁脱扣机构和灭弧机构，其中：所述触头机构能够分断电路中的故障电流；电磁脱扣机构包括静铁芯、动铁芯和线圈，线圈设置成在接收故障电流时产生电磁场，使得静铁芯驱动动铁芯沿轴向运动以产生促使触头机构释放的推力；灭弧机构用于切断触头机构分断故障电流时产生的电弧；其中，电磁脱扣机构和灭弧机构设置在触头机构的同一侧，并且电磁脱扣机构相对于灭弧机构倾斜布置，使得电磁脱扣机构远离触头机构的端部与灭弧机构之间的距离大于电磁脱扣机构靠近触头机构的端部与灭弧机构之间的距离。

根据本实用新型实施例的一个方面，灭弧机构包括多个灭弧栅片，多个灭弧栅片间隔布置且彼此平行，并且电磁脱扣机构的动铁芯的轴向方向不垂直于灭弧栅片的布置方向。

根据本实用新型实施例的一个方面，电磁脱扣机构的动铁芯的轴向方向与灭弧栅片的布置方向的垂直方向之间所呈夹角的角度为10°。

根据本实用新型实施例的一个方面，断路器的宽度为9毫米至18毫米。

根据本实用新型实施例的一个方面，断路器的宽度为13.5毫米。

根据本实用新型实施例的一个方面，电磁脱扣机构还包括可旋转的脱扣杆，脱扣杆在其接收部接受到动铁芯的推力后进行旋转运动，从而促使其输出部使触头机构释放。

根据本实用新型实施例的一个方面，动铁芯的轴向方向与接收部的旋转轨迹相切。

根据本实用新型实施例的一个方面，电磁脱扣机构还包括用于引导电弧进入灭弧机构的引弧板，引弧板与触头机构的静触头为一体式结构或者分体式结构。

根据本实用新型实施例的一个方面，电磁脱扣机构还包括铁芯复位部件，用于使动铁芯和静铁芯在电路中没有故障电流的情况下保持分离状态。

根据本实用新型实施例的另一个方面，还提供一种配电系统，包括上述的断路器。

综上，本实用新型实施例的断路器和配电系统设置有触头机构、电磁脱扣机构和灭弧机构。电磁脱扣机构和灭弧机构设置在触头机构的同一侧，通过采用将电磁脱扣机构相对于灭弧机构倾斜布置，使得电磁脱扣机构远离触头机构的端部与灭弧机构之间的距离大于电磁脱扣机构靠近触头机构的端部与灭弧机构之间的距离。因此，电磁脱扣机构采取一端靠近灭弧机构另一端远离灭弧机构的方式安装在断路器中，相比现有技术中的断路器而言，可以在不增加断路器整体体积的前提下，增加灭弧机构的安装空间，从而增加灭弧栅片的安装数量。实现提高灭弧机构的灭弧效率的目的，最终能够提高断路器在电路中出现异常电流时的分断能力。

附图说明

本申请的下列附图在此作为本申请的一部分用于理解本申请。附图中示出的实施方式及其描述用来解释本实用新型的原理。在附图中：

图1是示出根据本实用新型实施例的断路器的整体结构示意图；

图2是示出图1所示断路器的俯视结构示意图；

图3是示出根据本实用新型实施例的电磁脱扣机构与静触头连接的立体结构示意图；

图4是示出根据本实用新型实施例的电磁脱扣机构的局部结构剖面示意图；

图5是示出图1所示断路器的断开状态示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，对许多具体细节进行了阐释和说明，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过描述本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。本实用新型不限于下面所提出的任何具体配置，而是在不脱离本实用新型精神的前提下覆盖了对本实用新型的结构和部件做出的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对理解本实用新型的技术方案造成不必要的困扰。

为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图5对根据本实用新型实施例提供的断路器进行详细描述。以下实施例中涉及到的方位描述均为使用附图中的参照方向进行的描述，对本实用新型的断路器的结构不构成限制。

图1示出了根据本实用新型实施例的断路器1的整体结构示意图。如图1所示，根据本实用新型的一个实施例，断路器1连接于输配电系统中作为电路中的保护电器，其包括：外壳10、设置于外壳10中的触头机构40、电磁脱扣机构20以及灭弧机构30，灭弧机构30与电磁脱扣机构20设置于触头机构40的左侧。电磁脱扣机构20具有第一端21和第二端22，触头机构40包括可相互接触或者分离的动触头42和静触头41，当电路中产生故障电流，如短路电流时，电磁脱扣机构20通过产生电磁场进而触发触头机构40，促使动触头42与静触头41分离。电磁脱扣机构的第二端22相比于第一端21远离灭弧机构30安装，使得电磁脱扣机构20在断路器中的有限的安装空间内为灭弧机构30预留更大的安装空间，使灭弧机构30能够更迅速地熄灭动触头42和静触头41分离瞬间产生的电弧，提高了灭弧机构的灭弧能力。

灭弧机构是断路器能否能够快速可靠地分断故障电路的一个重要影响部件。但是，由于微型断路器的内部结构紧凑，对宽度又有限制，使得灭弧机构的安装空间受到限制，影响了断路器分断电流的性能。本实用新型的实施例中，通过使电磁脱扣机构相对于灭弧机构倾斜安装，增加了灭弧机构的安装空间。因此，在不增加断路器整体体积的前提下，能够通过增加灭弧栅片的安装数量，加快灭弧机构的灭弧速度，进而提高断路器在电路中出现极限短路电流时的分断能力。

外壳10采用绝缘体材料，请一并参见图2，图2示出了根据本实用新型实施例的断路器1的俯视结构示意图。如图所示，外壳10具有两个较大侧面18和18′，以及形成于两个较大侧面18和18′之间的多个窄侧面19，其内部具有容置空间，可容纳断路器1的组成部件。外壳10的宽度(即两个较大侧面18和18′之间的长度B)可以为9mm或18mm的标准宽度，也可以为9mm至18mm之间的任何定制宽度，例如14mm或15mm，并且优选为13.5mm。本实用新型实施例的断路器1由于采用了电磁脱扣机构20相对于灭弧机构30倾斜设置的方案，使得其在灭弧性能上优于同样尺寸的现有断路器。

根据本实用新型的一个实施例，如图1所示，触头机构40中的动触头42通过对应其设置的连接部活动设置于外壳10中，当然连接部与动触头42可以为分体结构或者一体结构，通过将连接部活动设置于外壳10中，可围绕固定转轴旋转带动动触头42在与静触头41的接触位置和分离位置之间运动，触头保持部件14一端固定于外壳10中，另一端与连接部固定连接。示例性地，在本实施例中，触头保持部件14为图示的拉簧。连接部上开设有腰圆形限位孔，外壳10中对应该限位孔设置一限位销，连接部可带动动触头42围绕该限位销进行旋转，由此触头保持部件14与连动机构50以及限位销等部件共同配合可使触头机构的动、静触头之间保持于断开位置或者接合位置。

当然，上述实施例中的动触头的连接部的结构和安装方式并不限于此，只要能够实现将电磁脱扣机构的撞击力传递至触头机构触发动、静触头分离即可，连接部在其他实施例中还可以采用其它连接结构。

动触头42还能够被其上端安装的连动机构50驱动与静触头41接触或分离，具体地，连动机构50包括：手柄51、设置于手柄51上的支架53以及配合连接于支架53以及连接部凹卡槽之间的锁合部件52，手柄51在锁合部件52、凹卡槽的卡合作用、复位部件15的拉力、触头保持部件14的拉力以及限位销的配合作用下形成两个工作位置：断开位置和闭合位置。

需要断开断路器时，即将手柄51拨至断开位置(如图5所示)，在复位部件15、手柄51、支架53、锁合部件52的共同作用下使连动机构50对连接部失去了卡紧支撑力，触头保持部件14拉动连接部围绕限位销旋转，使得位于连接部下端的动触头42与静触头41分离，从而触头机构40被打开(动、静触头分离)，此时触头保持部件14能够配合连动机构50以及动触头42的旋转轴使触头机构40保持断开状态。

需要闭合断路器时，则将手柄51拨至闭合位置(如图1所示)，在手柄51、复位部件15以及触头保持部件14和限位销的共同作用下，锁合部件52与连接部的凹卡槽卡合，上述卡合产生的卡合力与触头保持部件14以及限位销共同配合，促使动触头42与静触头41接触导通，从而触头机构40再次闭合，此时触头保持部件14能够配合连动机构50以及动触头42的旋转轴使触头机构40保持接合状态。

热脱扣机构60连接于动触头42与第二接线端子13之间。热脱扣机构60包括双金属片61、硬连接件62与软连接线63以及调节螺钉。双金属片61的一端通过软连接线63与动触头42连接，另一端通过硬连接件62与第二接线端子13连接。

触头机构40中的静触头41一端能够与动触头42接触导通，另一端与电磁脱扣机构20固定连接。根据本实用新型的一个实施例，具体地，请参见图3示出的根据本实用新型实施例的电磁脱扣机构20与静触头41连接的立体结构示意图，以及图4示出的根据本实用新型实施例的电磁脱扣机构20的局部结构剖面示意图。如图所示，电磁脱扣机构20具有第一端21和第二端22，整体包括：设于铁芯套管23内由动铁芯27和静铁芯27′组成的铁芯，静铁芯27′固定于铁芯套管23中的靠近第一端21的一侧，动铁芯27相对于静铁芯27′活动设置于铁芯套管23中的另一侧，并且动铁芯27面向静铁芯27′一侧延伸设置推动部件28，推动部件28贯穿设置于静铁芯27′中，并可从电磁脱扣机构20的第一端21处伸出，形成伸出端，对脱扣杆16产生推力，脱扣杆16进行旋转运动使连动机构50脱扣，然后使动触头42和静触头41分离。示例性地，推动部件28为推杆，该推杆可以和动铁芯27为一体结构或者分体结构。在动铁芯27和静铁芯27′之间通过套设于推动部件28上的铁芯复位部件29提供使其相互之间保持间隔距离的推力，该铁芯复位部件29为螺旋弹簧，当然铁芯复位部件29也可以是其他可提供推力的结构。

线圈24对应静铁芯27′位置绕设于铁芯套管23外，线圈24绕设后形成的两个自由端分别对应电磁脱扣机构20的第一端21处和第二端22处，线圈24对应第一端21的自由端与静触头41连接，并使静触头41上的静触点朝向动触头42方向设置(如图1所示)，线圈24对应第二端22的自由端通过导体25与第一接线端子12连接(如图1所示)，使得在静触头41和动触头42接触导电过程中，流经断路器1内部的电流经过电磁脱扣机构20的线圈24。

根据本实用新型的一个实施例，线圈24与静触头41之间还电连接有引弧板26，引弧板26位于电磁脱扣机构20与灭弧机构30之间，其一端与触头机构40电连接，另一端靠近灭弧机构30，能够在电路中出现异常大电流时作为电阻为流经断路器内部的大电流提供一定的限流作用，进一步提高断路器的整体分断性能。在本实施例中，引弧板26与静触头41为分体结构，但是本实用新型不限于此，在其他的实施例中，引弧板26还可以与静触头41为一体式结构，即不需要单独的焊接和安装流程，简化断路器的结构。

脱扣杆16通过转轴铰接于断路器中，并靠近电磁脱扣机构20的第一端21安装，在推动部件28的伸出端的推动作用下进行旋转。具体地，脱扣杆16包括接收部和输出部，其接收部在接收到动铁芯27的撞击后能够以类似于摆锤的方式围绕转轴摆动，形成圆弧形的摆动轨迹，通过脱扣杆16的摆动运动，其输出部能够使锁合部件52从连接部的凹卡槽中脱出，即完成脱扣动作，从而促使动触头42在触头保持部件14与限位销的配合作用下向远离静触头41方向运动，并保持与静触头41之间的断开状态。

当然，上述实施例中的脱扣杆16的结构和设置方式并不限于此，只要能够实现在电磁脱扣机构的撞击作用下使锁合部件52从连接部的凹卡槽中脱出，进而实现促使动、静触头分离即可，脱扣杆在其他实施例中还可以采用借助弹性回复力进行往复运动的结构。

灭弧机构30包括隔离支撑部件和布置于隔离支撑部件形成的多个缝隙中的灭弧栅片31，灭弧栅片31沿同一方向叠摞布置。灭弧机构30在外壳10中相对于电磁脱扣机构20安装于靠近外壳10后侧壁11的位置处，并临近电磁脱扣机构20的第二端22一侧。电磁脱扣机构20通过采用第二端22相比于第一端21更远离灭弧系统30的方式设置，使得电磁脱扣机构20的动铁芯27的运动轴线(如图所示轴线)不垂直于灭弧机构30的灭弧栅片布置方向。即电磁脱扣机构20在外壳10中以其第一端21(即对脱扣杆16的撞击位置)为中心，相对于与灭弧栅片31的布置方向垂直的方向旋转一预设角度安装。示例性地，可将电磁脱扣机构20的动铁芯27的运动轴线与灭弧栅片31的布置方向的垂直方向之间所称夹角的角度设为10°，当将该夹角设置为10°时，能够在不增加断路器1的体积的同时增加灭弧机构30中灭弧栅片31的安装数量，有效提升断路器1的分断性能。当然该预设角度还由外壳10的整体高度(即图示的由下至上的距离)决定，外壳10的整体高度只要在使电磁脱扣机构20的动铁芯27的运动轴线相对于灭弧栅片的布置方向垂直的方向旋转预设角度后，能够满足电磁脱扣机构20通过动铁芯27带动推动部件28运动至对脱扣杆16的撞击位置处完成脱扣动作，从而促使动触头42与静触头41之间分离即可。

由于灭弧机构30设置于电磁脱扣机构20下方的靠近第二端22位置处，使得灭弧机构30在横向方向能够远离上述的撞击位置，因此采取将电磁脱扣机构20的第二端22远离灭弧机构30设置的方式可以为安装于电磁脱扣机构20下方的灭弧机构30预留出更多的安装空间。由于电磁脱扣机构20的动铁芯27的运动轴线的设置方式是以第一端21的位置为中心旋转一预设角度，因此其对于脱扣杆16的撞击位置依然处于脱扣杆16的接收部的摆动轨迹上(即图中示出的圆形轨迹)，并不会影响对脱扣杆16的撞击力度。由于微型断路器的内部结构安装紧凑，宽度又有限制，所以其中的灭弧机构的安装空间有限。本实用新型实施例的断路器1相比现有技术中将电磁脱扣机构平行于外壳后侧面和灭弧机构设置的断路器而言，可以在不增加断路器整体体积的前提下，增加灭弧机构30的安装空间，从而增加灭弧栅片的安装数量，进而实现提高灭弧机构30的灭弧效率的目的，最终提高了断路器1在电路中出现异常电流时的分断能力。

通过合理地利用断路器外壳的容置空间，优化断路器1结构，改变电磁脱扣机构20的安装轴线，相比电磁脱扣机构与灭弧机构平行安装的方式，还可以增加断路器1内的部分结构之间的空气间隙，从而能够增加断路器1内部的空气流通，避免内部热量堆积，进一步提高断路器1工作的稳定性和可靠性。使本实用新型实施例的断路器1与现有技术中与其具有同样宽度(厚度)的断路器相比较，具有较强的分断能力。

当然，上述实施例中电磁脱扣机构中的动、静铁芯之间的相互位置关系以及形状和结构不限于此，只要能够在线圈产生的磁场的驱动作用下，通过电磁脱扣机构20触发触头机构分断即可。另外，在其他的实施例中，在电磁脱扣机构20中，动铁芯还可以设置于静铁芯内部，并且动铁芯还可以通过其他可传递推力的推动部件间接触发触头机构，而且动、静铁芯的横截面形状也不限于是圆形结构，其横截面还可以是方形或者其他形状。例如，动铁芯和静铁芯的横截面还可以为方形。对应地，线圈的构造也不限于是导线形式，还可以是其他可供电流流通并可绕设于静铁芯外侧的导电体，同样可以实现将电磁脱扣机构的第二端远离灭弧机构设置，实现为灭弧机构预留更大的安装空间的目的。

引弧部件70具有与触头机构40对应的引弧端，其另一端为与灭弧机构30对应的释放端，引弧端为直线结构，释放端为弧形结构。动、静触头分离瞬间产生电弧时，在触头机构40的动、静触头所产生的自励磁场作用下，电弧会沿着引弧部件70向灭弧机构30方向运动，并进入灭弧机构30中。由于本实用新型实施例中的灭弧机构30具有更多的灭弧栅片31，因此可将电弧切割成更多段串联的电弧，使电弧电压迅速上升，限制电流上升的同时，使电弧电压高于线路系统电压，从而能够促使电弧被更迅速地熄灭。

参照图1至图5对电磁脱扣机构20以及热脱扣机构60的动作原理进行说明：

电磁脱扣机构20的线圈24在正常的电流作用下产生的磁场小于铁芯复位部件29对动、静铁芯之间的推力，使得动、静铁芯在铁芯套筒23中保持距离并相对静止。当电路中的短路电流流经线圈24，线圈24产生较强的磁场使动铁芯27与静铁芯27′相互吸引，铁芯27则会朝向静铁芯27′方向运动，推动部件28从第一端21处被推出。推动部件28到达第一端21处的对脱扣杆16的撞击位置后，撞击脱扣杆16，脱扣杆16即围绕转轴沿逆时针方向摆动，完成脱扣动作，最终促使动触头42朝向远离静触头41方向运动。因此，动触头42与静触头41之间分离断电，即切断断路器1的内部电路，手柄51被带动运动至断开位置(如图5所示)。

电磁脱扣机构20的动铁芯27的运动轴线的设置是以第一端21位置为中心旋转一预设角度，其对于脱扣杆16的撞击位置依然处于脱扣杆16的接收部的摆动弧线上，所以运动轴线位置改变后的电磁脱扣机构20并不会影响对脱扣杆16的撞击力度。

在触头机构40接通导电的过程中，当电路中出现过载电流时，双金属片61发热产生弯曲变形，推动设于上方的脱扣部件17将锁合部件52从连接部的凹卡槽中脱出。同时配合触头保持部件14的拉力作用将触头机构40分断并使触头机构40保持于断开状态，手柄51同上述原理被间接带动并保持在断开位置。

当电路中的故障排除后，通过拨动手柄51逆时针转动，在锁合部件52、触头保持部件14、定位销等部件的共同作用下，动触头42和静触头41之间恢复接触导通状态(如1图所示)。同时线圈24产生较强的感应磁场消失，动铁芯27和静铁芯27′在铁芯复位部件29的推力作用下回复至彼此分隔预定距离的初始状态，为下一次脱扣(即动、静出头分离)做准备。

根据本实用新型的一个实施例，还提供一种配电系统，该配电系统包括上述的断路器，因此其优点与断路器相同，故不再加以赘述。

本实用新型可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本实用新型的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本实用新型的范围之中。并且，在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。