低压开关设备的制作方法

本发明涉及用于低压电气装置的开关设备(诸如断路器、接触器、隔离开关等)的领域。为了本申请的目的，术语“低压”是指低于大约2kv的操作电压。

如已知的，用于低压电气装置的开关设备包括一个或多个电极，电极用于电连接到低压电线的导体。每个电极包括一个或多个可移动触头和相应的固定触头，它们可相互耦合/解耦。

典型地，低压开关设备包括机械控制装置，该机械控制装置适于提供致动力以将可移动触头从与对应的固定触头的耦合位置移动到解耦位置，或者反之。

在大多数低压开关设备中，所提到的机械控制装置包括外部操作手柄，该外部操作手柄旨在由用户或致动器(例如，moe——马达操作致动器)操作，以执行开关设备的打开或关闭操纵。

在附图1-4中给出了现有低压开关设备的示例，这些图示出了在闭合操作期间的操作序列。参考这些图，低压开关设备至少包括电极10，该电极10包括一对可移动触头11和一对对应的固定触头12，这些触头适于彼此耦合或解耦。

低压开关设备还包括可移动触头组件，该组件包括所述可移动触头11以及主支撑和操作轴13，该主支撑和操作轴13可在第一接触位置、第二接触位置和第三接触位置之间可逆地移动，在第一接触位置处，所述可移动触头11和所述固定触头12解耦(图1)，在第二接触位置(图2)处，所述可移动触头11和所述固定触头12耦合(图2)，而在第三接触位置处，所述可移动触头11和所述固定触头12耦合并保持被按压(图3)。

而且，低压开关设备包括操作组件，该操作组件包括具有手柄14的手柄机构，该手柄14适于由用户或马达操作致动器(moe)来在第一打开位置(图1)和第二闭合位置(图3)之间可逆地移动。

操作组件和可移动触头组件通过包括运动链15和至少一个驱动弹簧16的驱动组件可操作地耦合，所述驱动组件随着所述操作组件从所述打开位置到所述闭合位置的移动而可逆地移动所述可移动触头组件，如图1至图3的序列中所示，其中示出了正确的闭合序列。如图3中所示，在正确的闭合位置，支撑和操作轴13相对于可移动触头11以一定角度过度旋转，这允许将可移动触头11保持压在固定触头12上。

但是，参考图4，如果开关设备的闭合操纵是缓慢执行的，例如，如果操作手柄14的速度相对于支撑和操作轴13的旋转速度而言太慢，那么会发生这样的情况：在闭合操作期间由触头11和12生成的阻力阻止驱动组件正确地完成操作，从而使低压开关设备处于图4的情形。

在这样的情况下，即使手柄14处于闭合位置，驱动组件和可移动触头组件也没有到达闭合位置并且支撑和操作轴13不会相对于可移动触头11过度旋转。因此，几乎没有压力或没有压力施加在可移动触头11上，从而导致潜在的危险情况。

当使用moe时，通常不会出现这种问题，因为在这种情况下，操作组件的速度高得多，并且允许执行所谓的“快速操纵”。相反，当手动操作操作手柄14时，手柄的致动速度太慢可能导致图4的不正确情况。

换言之，当执行“快速操纵”时，由轴积累的动能足以克服由触头11和12生成的阻力；然后，支撑和操作轴13相对于可移动触头11以一定角度过度旋转，这允许将可移动触头11保持压在固定触头12上。在“缓慢操纵”的情况下，由轴积累的能量要少得多并且可能不足以正确地完成操纵，从而导致图4的情况。

可能的解决方案是使驱动弹簧16尺寸过大，但这会增加各个部件上的应力，并增加制造成本。

基于上述考虑，需要有使得能够克服上述限制和问题的可用的替代技术方案。

因此，本公开旨在提供一种低压开关设备，该低压开关设备能够克服上面提到的缺点中的至少一些。

特别地，本发明旨在提供一种低压开关设备，其能够独立于操作手柄的致动速度而正确地完成闭合操作。

此外，本发明旨在提供一种低压开关设备，其中避免或至少大大降低了在闭合时不正确地按压触头的风险。

而且，本发明旨在提供一种低压开关设备，其中驱动弹簧不需要为了确保在闭合操作期间的正常运作而尺寸过大。

此外，本发明旨在提供一种低压开关设备，其中主操作轴中存储的动能在闭合操作期间始终保证正确运作。

而且，本发明旨在提供一种低压开关设备，该低压开关设备可靠且相对容易以有竞争力的成本生产。

因此，本发明涉及一种低压开关设备，其包括：

-一个或多个电极，每个电极包括一个或多个可移动触头和一个或多个对应的固定触头，这些触头适于彼此耦合或解耦；

-可移动触头组件，其包括所述可移动触头以及可在第一接触位置、第二接触位置和第三接触位置之间可逆地移动的主支撑和操作轴，在第一接触位置处，所述可移动触头和所述固定触头解耦，在第二接触位置处，所述可移动触头和所述固定触头耦合，而在第三接触位置处，所述可移动触头和所述固定触头耦合并保持被按压；

-操作组件，其包括具有手柄的手柄机构，该手柄适于由用户或马达操作致动器(moe)来在第一打开位置和第二闭合位置之间可逆地移动；

-驱动组件，其可操作地连接到所述操作组件和所述可移动触头组件并且包括运动链和至少一个驱动弹簧，所述驱动组件随着所述操作组件从所述打开位置移动到所述闭合位置而可逆地移动所述可移动触头组件。

本发明的低压开关设备的特征在于所述驱动组件包括闩锁机构，该闩锁机构可操作地耦合到所述操作组件和所述可移动触头组件，所述闩锁机构与所述可移动触头组件交互，并且在所述操作组件在所述第一打开位置和所述第二闭合位置之间移动的第一阶段期间将其闩锁在所述第一接触位置中，然后当所述操作组件处于所述第一打开位置和所述第二闭合位置之间的中间位置时将所述可移动触头组件解锁，从而允许所述可移动触头组件从所述第一接触位置快速转到所述可移动触头和所述固定触头耦合并保持被按压的所述第三接触位置。

如在下面的描述中更好地解释的，由于本发明的低压开关设备的特殊结构，可以避免或至少大大减少上述问题。

简而言之，在本发明的低压开关设备中，闭合操作的动力总是独立于操作组件致动的动力。实际上，闩锁设备允许驱动弹簧的能量在闭合操作期间最合适的瞬间突然被传递到主支撑和操作轴。因此，总是向主支撑和操作轴提供适当的动能，从而独立于操作手柄的致动速度而确保正确的闭合操作。

换言之，不管操作组件的致动条件如何，在本发明的低压断路器中，总是向主支撑和操作轴提供足够的能量，从而一旦可移动触头与对应的固定触头处于耦合位置，则使主支撑和操作轴相对于可移动触头过度旋转。因此，主支撑轴和操作轴始终能够达到适当的按压角并确保对触头的适当按压作用。

因此，不必为了始终确保闭合操作期间断路器的正常运作而使操作弹簧的尺寸过大。相反，本发明的低压开关设备中的闩锁机构的存在允许使用负载较小的驱动弹簧，从而大大减小作为整体的驱动系统和断路器的各个组成零件上的机械负载和应力。

进而，这种情况在设计和制造成本方面带来了进一步的优势。实际上，由于机械负载和应力低于同类的现有技术断路器，因此可以使用价值较低的材料和/或更薄的几何形状来制造驱动系统和断路器的组成零件，从而可具有经济和尺寸优势。

而且，由于驱动弹簧的负载较小，因此致动它们所需的能量较低，因此可以使用moe以及功率不太大的其它致动附件，从而进一步降低成本。

在本发明的低压开关设备的典型实施例中，可移动触头组件可绕旋转轴线在所述第一、第二和第三接触位置之间旋转移动，并且在可移动触头组件从所述第一接触位置到所述第二接触位置的旋转移动期间可移动触头跟随主支撑和操作轴，在第二接触位置中可移动触头与对应的固定触头耦合。一旦它们已经到达抵靠固定触头的接触位置，可移动触头就保持在该位置，同时所述主支撑和操作轴从所述第二接触位置移动到所述第三接触位置，在第三接触位置中，所述可移动触头和所述固定触头耦合并保持被按压。

优选地，存在于本发明的断路器中的闩锁机构包括在第一闩锁位置和第二解锁位置之间可移动的闩锁元件。

在这种情况下，所述闩锁元件优选地通过连接到所述手柄机构的操作杆从所述第一闩锁位置移动到所述第二解锁位置。换言之，从功能的角度来看，在本发明的断路器中，当在操作组件中手柄机构已经到达预定位置时，发生解锁动作。

而且，在本发明的优选实施例中，驱动弹簧固定在运动链的一个或多个元件上，使得在操作组件的致动期间，其轴线在基本垂直于可移动触头组件的旋转轴线的平面内移动。通常，驱动弹簧的第一端可以方便地固定在所述操作杆的枢轴点上，而第二端可操作地连接到可移动触头组件。

优选地，所述闩锁元件可以方便地设有闩锁部分，该闩锁部分适于与可操作地连接到所述可移动触头组件的驱动杆协作。在实践中，从功能的角度来看，在本发明的断路器中，解锁元件作用在可操作地连接到可移动触头组件的驱动组件的驱动杆上并将其保持在适当位置，直到在操作组件中手柄机构已到达预定位置。

有利地，在本发明的非常优选的实施例中，当驱动弹簧的轴线(即，弹簧沿着其被压缩和延伸的工作轴线)与所述横向轴线交叉时，驱动组件的驱动杆旋转地铰接在横向轴线上并且开始移动(即，它被解锁)。优选地，驱动弹簧的第一端可以方便地固定在所述操作杆的枢轴点上，而第二端可以方便地固定在所述驱动杆上的枢轴点上，所述驱动杆可操作地连接到可移动触头组件。

为了本发明的目的，术语“横向轴线”是指平行于主支撑和操作轴的旋转轴线延伸的轴线。以这种方式，能量的传递被优化，并且由主支撑和操作轴累积的动能被最大化。

在本发明的低压开关设备的第一示例性实施例中，所述闩锁元件方便地定位在所述低压开关设备的固定部分上。

在本发明的低压开关设备的另一个示例性实施例中，所述闩锁元件方便地包括闩锁杆，该闩锁杆具有第一端和第二端，第一端适于与连接到所述手柄机构的第一操作杆协作，第二端具有适于与可操作地连接到所述可移动触头组件的第一驱动杆协作的闩锁部分，如在下面的详细描述中更好地解释的。

例如，在本发明的低压开关设备的实施例中，所述闩锁杆的第一端可以与铰接在所述第一操作杆上的轴或销协作，并且所述闩锁杆的第二端的闩锁部分可以与铰接在所述第一驱动杆上的轴或销协作。

在本发明的低压开关设备的第二示例性实施例中，所述闩锁元件方便地定位在所述操作组件的可移动部分上。

在这种情况下，例如，闩锁元件可以方便地固定在连接到所述手柄机构的第二操作杆上。特别地，所述闩锁元件可以在连接到所述手柄机构的第二操作杆上一体地制造，如在下面的详细描述中更好地解释的。在实践中，从功能的角度来看，在这种情况下，当在操作组件中手柄机构已经到达预定位置时，也会发生解锁动作。

在本发明的低压开关设备的另一个实施例中，所述闩锁元件方便地设有闩锁部分，该闩锁部分适于与可操作地连接到所述可移动触头组件的第二驱动杆配合。因此，在这个实施例中，解锁元件作用在可操作地连接到可移动触头组件的驱动组件的驱动杆上并将其保持在适当的位置，直到在操作组件中手柄机构已到达预定位置。

例如，在本发明的低压开关设备的实施例中，所述闩锁元件的闩锁部分可以方便地适于与铰接在所述第二驱动杆上的轴或销协作，如在下面的详细描述中更好地解释的。

通过在附图中作为示例示出的本发明的低压开关设备的优选但非排他的实施例的描述，本发明的进一步的特征和优点将更加清楚，其中：

图1是处于打开位置的低压开关设备的极的现有技术实施例的侧视图；

图2是在闭合操作期间低压开关设备的极的现有技术实施例的侧视图；

图3是处于正确闭合位置的低压开关设备的极的现有技术实施例的侧视图；

图4是处于不正确闭合位置的低压开关设备的极的现有技术实施例的侧视图；

图5是根据本发明的低压开关设备的极的第一实施例的侧视图，示出为处于打开位置；

图6-9是根据本发明的低压开关设备的极的第一实施例的侧视图，表示闭合操作的不同的相继阶段；

图10是根据本发明的低压开关设备的极的第一实施例的侧视图，示出为处于闭合位置；

图11-16是低压开关设备的极的打开序列的透视图，其示出了与先前的图5-10中表示的相同的相继阶段；

图17是根据本发明的低压开关设备的电极的第二实施例的侧视图，示出为处于打开位置；

图18-19是根据本发明的低压开关设备的电极的第二实施例的侧视图，表示闭合操作的不同的相继阶段；

图20是根据本发明的低压开关设备的极的第二实施例的侧视图，示出为处于闭合位置；

图21是根据本发明的低压开关设备的极的第二实施例的细节的放大透视图；

图22a-22c分别是根据本发明的低压开关设备的极的第二实施例的部件的透视图、侧视图和正视图。

参考所引用的附图，本发明涉及一种开关设备，其适于安装在低压电气开关柜面板中，或更一般地安装在低压配电网中。作为非限制性示例，开关设备可以是用于低压应用的自动mccb(塑壳断路器)，并且将参考这种类型的开关设备的典型示例进行以下描述。例如在ep2382645、ep1883944和ep3190600中描述了其中可以实现本发明的低压开关设备的非限制性示例。

低压开关设备一般包括一个或多个电极1、100，根据众所周知的实施例，电极进而包括一个或多个可移动触头2和一个或多个对应的固定触头3，这些触头适于彼此耦合或解耦。

低压开关设备还包括可移动触头组件4，该可移动触头组件4包括所述可移动触头2以及主支撑和操作轴41。可移动触头组件4可在第一接触位置、第二接触位置和第三接触位置之间可逆地移动，在第一接触位置处，所述可移动触头2和所述固定触头3解耦，在第二接触位置处，所述可移动触头2和所述固定触头3耦合，而在第三接触位置处，所述可移动触头2和所述固定触头3耦合并保持被按压，如将在下文中更好地解释的。

此外，低压开关设备还包括操作组件5，该操作组件5包括具有手柄51的手柄机构，该手柄51适于由用户或马达操作致动器(moe)来在第一打开位置和第二闭合位置之间可逆地移动。

低压开关设备还设有驱动组件6，该驱动组件6可操作地连接到所述操作组件5和所述可移动触头组件4，并且包括运动链61和至少一个驱动弹簧62。驱动组件6适于随着所述操作组件5从所述打开位置移动到所述闭合位置而可逆地移动所述可移动触头组件4，或者反之。

一般而言，低压开关设备的可移动触头组件、操作组件和驱动组件的结构和极结构在本领域中是众所周知的，因此将不作进一步的详细描述。

通过以下事实给出本发明的低压开关设备的区别特征之一：所述驱动组件6有利地包括闩锁机构7、8，该闩锁机构可操作地耦合到所述操作组件5和所述可移动触头组件4。

如在下文中更好地解释的，在所述操作组件5在所述第一打开位置和所述第二闭合位置之间移动的第一阶段期间，闩锁机构7、8与所述可移动触头组件4交互并将其保持闩锁在所述第一接触位置。然后，当所述操作组件5处于所述第一打开位置和所述第二闭合位置之间的中间位置时，闩锁机构7、8将所述可移动触头组件4解锁，从而允许所述可移动触头组件4从所述第一接触位置快速转到所述第三接触位置，在该第三接触位置中所述可移动触头2和所述固定触头3彼此耦合并保持彼此压靠。

根据本发明的低压开关设备的一般典型实施例，可移动触头组件4可绕轴线40在所述第一、第二和第三接触位置之间旋转移动。可移动触头2可操作地连接到所述主支撑和操作轴41，并且在所述可移动触头组件4从所述第一接触位置向第二接触位置的旋转移动期间跟随所述主支撑和操作轴41，在第二接触位置中，所述可移动触头2与对应的固定触头3耦合。然后，可移动触头2保持在与固定触头3的耦合位置，同时主支撑和操作轴41略微继续旋转一定角度(按压角)并从所述第二接触位置移动到所述第三接触位置，在第三接触位置中，所述可移动触头2和所述固定触头3彼此耦合并保持彼此压靠。

驱动弹簧62优选地固定在运动链的一个或多个元件(包括操作组件5、驱动组件6和可移动触头组件4)上，使得在操作组件5的致动期间，驱动弹簧62的轴线65在基本上垂直于可移动触头组件4的旋转轴线40的平面内移动。

有利地，闩锁机构7、8一般包括闩锁元件，该闩锁元件可在第一闩锁位置和第二解锁位置之间移动。在下文中将描述闩锁元件71、81的示例性实施例。

优选地，所述闩锁元件71、81通过连接到所述手柄机构的操作杆52、53从所述第一闩锁位置移动到所述第二解锁位置。而且，所述闩锁元件71、81方便地设有闩锁部分72、82，该闩锁部分适于与可操作地连接到所述可移动触头组件4的驱动杆63、64协作。

优选地，驱动弹簧62的一端可以方便地固定在所述操作杆52、53的枢轴点上，而另一端可操作地连接到可移动触头组件4。

特别地，驱动杆63、64旋转地铰接在横向轴线66、67上，该横向轴线基本上平行于可移动触头组件的旋转轴线。当驱动弹簧62的轴线65与所述横向轴线66、67交叉时，驱动杆63、64有利地开始移动。

在优选实施例中，所述驱动弹簧62的第一端固定在所述操作杆52、53的枢轴点上，而所述驱动弹簧62的第二端固定在可操作地连接到可移动触头组件4的所述驱动杆63、64的枢轴点上。

现在将参考图5-10和图11-16描述根据本发明的低压开关设备的第一示例性实施例的运作。

在这种实施例中，低压开关设备设有闩锁元件71，该闩锁元件71定位在所述低压开关设备的固定部分上。特别地，闩锁元件铰接在轴上，该轴在开关设备内部具有固定位置。所述闩锁元件71包括闩锁杆，其具有第一端73和第二端74，第一端73适于与连接到所述手柄机构的第一操作杆52协作，第二端74具有适于与可操作地连接到所述可移动触头组件4的第一驱动杆63协作的闩锁部分72。第一驱动杆63旋转地铰接在与可移动触头组件4的旋转轴40平行的横向轴线66上。驱动弹簧62的第一端固定在所述第一操作杆52的枢轴点(在这种情况下是轴520)上，而所述驱动弹簧62的第二端固定在可操作地连接到可移动触头组件4的所述第一驱动杆63上的枢轴点上。

更详细地，所述闩锁杆的第一端73与轴520协作，该轴520铰接在所述第一操作杆52上并且在所述第一操作杆52在手柄51的作用下移动期间跟随所述第一操作杆52。所述闩锁杆的第二端74的闩锁部分72进而与铰接在所述第一驱动杆63上的轴630协作，如下文所解释的。

参考图5和11，在开关设备的打开位置，可移动触头2与对应的固定触头3间隔开并且操作手柄51处于打开位置。

在闭合操作开始时(图6和图12)，操作手柄被致动并且操作组件5开始移动。闩锁杆的第二端74的闩锁部分72抵靠铰接在第一驱动杆63上的轴630，从而防止其进行任何移动。

随着闭合操作的进行(图7和图13)，操作组件5的第一操作杆52越来越靠近闩锁元件71，而通过闩锁杆的第二端74的闩锁部分72对轴630的作用，第一驱动杆63始终保持其位置。

在解锁位置(图8和图14)，铰接在第一操作杆52上的轴520抵靠在闩锁元件的第一端73上，从而导致其旋转(在图中为顺时针方向)。因此，闩锁元件71的第二端74的闩锁部分72从轴630移开，从而释放第一驱动杆63，从此刻起，第一驱动杆63在弹簧62的作用下自由移动。如前面所解释的，第一驱动杆63的解锁基本上在驱动弹簧62的轴线65与所述横向轴线66交叉时发生。

第一驱动杆63可操作地耦合到可移动触头组件4，该可移动触头组件4现在自由旋转，并且使可移动触头2处于图9和图15的接触位置，在该位置处它们可操作地耦合到对应的固定触头。在这种情况下，主支撑和操作轴41继续旋转一定角度(按压角)并移动到第三接触位置，如图10和图16中所示。在该位置，可移动触头2和固定触头3彼此耦合并保持彼此压靠，而主支撑和操作轴41相对于它们以适当的按压角额外旋转。

现在将参考图17-20描述根据本发明的低压开关设备的第二示例性实施例的运作，将参考图21和图22a-22c来描述这种实施例的部件的一些细节。

在这种实施例中，低压开关设备设有闩锁元件81，该闩锁元件81定位在所述操作组件5的可移动部分上。特别地，所述闩锁元件81有利地固定在第二操作杆53上，该第二操作杆53连接到开关设备的手柄机构。

参考图22a-22c，在本发明的优选实施例中，闩锁元件81在操作组件5的操作杆53之一上整体地制成，该操作杆53连接到所述手柄致动器51。

闩锁元件81方便地设有闩锁部分82，该闩锁部分82适于与可操作地连接到所述可移动触头组件4的第二驱动杆64协作。第二驱动杆64旋转地铰接在平行于可移动触头组件4的旋转轴线40的横向轴线67上。驱动弹簧62的第一端固定在所述第二操作杆53的枢轴点上，而所述驱动弹簧62的第二端固定在可操作地连接到可移动触头组件4的所述第二驱动杆64上的枢轴点上。

更详细地，闩锁元件81在第二操作杆53上整体地制成，因此，在第二操作杆53在手柄51的作用下的移动期间由所述第二操作杆53的移动引导闩锁元件81移动。闩锁元件81的闩锁部分82进而与铰接在所述第二驱动杆64上的轴640协作，如下文所解释的。

参考图17，在开关设备的打开位置中，可移动触头2与对应的固定触头3间隔开并且操作手柄51处于打开位置，而轴640搁在闩锁元件81的闩锁部分82上。

随着闭合操作的进行(图18)，操作组件5的第二操作杆53移动，因此闩锁元件81牢固地固定在其上。在该初始移动期间，闩锁元件81的闩锁部分82在铰接在第二驱动杆64上的轴640上滑动，从而防止第二驱动杆64进行任何移动。

在图19中所示的解锁点处，铰接在第二驱动杆64上的轴640被释放，从而释放第二驱动杆64，从此刻起，第二驱动杆64在弹簧62的作用下自由移动。在这种情况下，第二驱动杆64的解锁也基本上在驱动弹簧62的轴线65与所述横向轴线67交叉时发生。

第二驱动杆64可操作地耦合到可移动触头组件4，因此该可移动触头组件4现在自由旋转并且将可移动触头2以及主支撑和操作轴41带到第三接触位置，如图20中所示。在该位置，可移动触头2和固定触头3彼此耦合并保持彼此压靠，而主支撑和操作轴41相对于它们以适当的按压角额外旋转。

在图21中表示了闩锁元件81相对于第二驱动杆64和对应的轴640的移动和轨迹的详细视图。

通过以上描述，清楚的是，本发明的低压开关设备完全实现了预期目的并解决了上述突出问题。

在实践中，如前面所解释的，闩锁机构的存在允许始终实现快速打开操纵的条件而与操作手柄的致动速度无关，因为闭合操作的动力始终独立于操作组件的动力。

实际上，主支撑和操作轴总是被提供有适当的动能，以便能够执行触头耦合并到达适当的按压角，从而确保在开关设备处于闭合状况时对触头的适当按压动作。

虽然适用于各种低压开关设备，但本发明特别适用于低压应用的塑壳断路器领域。

可以对如此构思的低压开关设备进行多种变化，所有这些变化都落入所附权利要求的范围。在实践中，根据要求和现有技术，所使用的材料以及可能的尺寸和形状可以是任意的。