专利名称：带有分流器的断路器的制作方法
技术领域：
一般地说，本发明涉及断路器，更具体地说，涉及一种断路器，它具有汇流条(bus bar)穿过至少一个变流器延伸，在该断路器中有一个分流器从汇流条延伸出来。
通常在较低电流的家庭应用中使用的一类断路器称作“袖珍”断路器。这种袖珍断路器往往是单极断路器，并被配置成安装在一个机框内，它装有多个这种袖珍断路器。
以它们的最简单形式而言，袖珍断路器包括一个线路端子，它可与电源连接，以及一个负载端子，它可与电负载相连。这种袖珍断路器通常包括一个双金属条形式的热断路机构，在持续一段时间过流状态时，该热断路机构触发一个操作机构把一对可分离的电触点分开，从而中断通过它的电流。这种断路器通常还包括一个磁断路机构，当通过断路器的电流突然增大时，该磁断路机构触发操作机构。
比较更高级的袖珍断路器还包括一个接地故障检测系统，它在操作上与操作机构相连，以在线路接地故障或中线接地故障时断开接触。这种断路器通常称作接地故障断路器。
接地故障断路器的接地故障检测系统通常包括一对分离的变流器和一个电路板。变流器的初级是穿过构成次级绕组的环形变流器中心孔的导体，流经断路器的电流从这些导体中通过。变流器的次级绕组与电路板相连。如在授予Fello等的美国专利5,293,142号中提出的那样，该断路器可包括较为刚性的汇流条，它们与这些导体相连并在变流器之间延伸。
这种接地故障断路器包括一个可与电源相连的线路端子，一个可与电负载相连的负载端子，一个把电负载与断路器中性导体相连的中性端子，以及从断路器中性导体伸展出来并与配电系统中性导体相连的软导线(pigtail)。
一种更复杂的接地故障断路器还能检测与线路端子相连的导线和与中性端子相连的导线之间电弧故障的存在。这种断路器通常称作电弧故障断路器，其中之一在美国专利5,224,006中被一般性地描述，在美国专利5,691,869号中一般性地描述了其中优选出的一种。
这种电弧故障断路器通常是感知流经断路器的电流并分析从中取出的波形以检测电弧故障。在先前已知的断路器中，把一对传感引线连到双金属条的相对两端，并检测这两个引线之间沿双金属条的电压降，从而感知电流。
尽管这种电弧故障断路器一般在实现其预期目标方面是有效的，然而这种电弧故障断路器并非没有局限性。例如，为了感知流经断路器的电流，要测量沿双金属条的电压降，在这种情况下，与双金属条相连的引线被焊接在双金属条上。这种焊接对双金属条的敏感材料造成有害影响。再有，固定在双金属条上的引线趋向于阻止双金属条为响应长时过流状态而产生的自然柔性运动，从而干扰了断路器的预期电流中断特性。尽管已知提供了一个附加导体从双金属条的自由端向其固定端延伸，以避免不得不把引线直接连到双金属条的自由端，但这种方法仍不能避免需要把至少一个引线焊接到双金属条上。
这种已知的电弧故障断路器的另一个缺点涉及断路器内放置的隔离板。提供这种隔离板的好处是为了结构上的原因以及把断路器的机械部件与电路板分开。为了阻止电路中断过程中造成的汽化金属和碳对电路的污染，希望有这种隔离。在已知的把引线与双金属条直接连接的断路器中，引线必须穿过隔离板中的通道以与电路板连接。这种引线穿过隔离板延伸的情况在材料和劳动力方面都增大了断路器的复杂性和成本。
于是，希望提供一种改进的电弧故障断路器，其中的传感引线不焊接到双金属条上而且不穿过断路器的隔离板。这种断路器最好是做成使传感引线连接到与电路板处在隔离板同一侧的另一个导体部件上。
本发明的一个方面是提供一种断路器，它没有焊接到它的双金属条上的传感引线。
本发明的另一方面是提供一种断路器，它有一对变流器和一个在这些变流器之间延伸的线路导体，其中，一对传感引线在分开的位置处与线路汇流条相连并延伸到断路器的一个电路板。
本发明的另一方面是提供一种断路器，它有一个隔离板把该断路器的多个机械部件与该断路器的电路板分离开，在该断路器中，与电路板相连的传感引线不穿过由隔离板确定的平面。
本发明的另一方面是提供一种具有电弧故障检测能力的断路器，其中传感引线在电路板和基本上为刚性的线路汇流条之间延伸。
本发明的另一方面是提供一种具有电弧故障检测能力的断路器，其中传感引线在电路板和相对为柔性的线路分流器之间延伸。
本发明的另一方面是提供一种具有电弧故障检测能力的断路器，其中传感引线不干扰双金属条的自然弯曲以响应延长的过流状态本发明的另一方面是提供一种具有电弧故障检测能力和双金属条的断路器，其中该双金属条没有与其焊接的传感引线。
本发明的另一方面是提供一种断路器，它的一般性质可以表述为包括一组彼此啮合的可断开的电触点，其结构能响应性地使电触点彼此分开的操作机构，包括一对传感引线、至少一个第一变流器以及一个传感器的传感器装置，以及与电触点之一传导性连接并穿过这至少一个第一变流器延伸的线路导体，这对传感引线在彼此分开的位置与线路导体电连接，每个传感引线在彼此分开的位置与线路导体电连接，每个传感引线在线路导体和传感器之间延伸，该传感器在操作上与操作机构相连，该传感器被构造成测量这对传感引线之间沿线路导体的电压降。
本发明的另一方面是提供一种断路器，它的一般性质可以表述为包括一组彼此啮合的可断开的电触点，其结构能响应性地使电触点彼此分开的操作机构，包括一对传感引线、至少一个第一变流器以及一个传感器的传感器装置，与电触点之一传导性连接并穿过这至少一个第一变流器延伸的线路导体，以及穿过这至少一个第一变流器延伸并与线路导体有间隔的中性汇流条，这对传导引线在彼此分开的位置与电路导体和中性波汇流条二者之一电连接，每个传感引线在线路导体和中性导体二者之一与传感器之间延伸，该传感器在操作上与操作机构相连，该传感器被构造成测量这对传感引线之间沿着这线路导体和中性导体二者之一的电压降。
图2是该断路器的侧视图；以及图3是根据本发明的第二实施例的断路器的前视图。
在整个说明中相似的数字代表相似的部件。
具体实施例方式
在
图1和图2中总体上给出根据本发明的断路器4。断路器4包括一个具有隔离板12的机箱8，机箱8中载有线路电流路径16，中性电流路径20，操作机构24，以及传感器装置28。如在下文中将更充分说明的那样，断路器4被配置成能在指定的过流状态期间和在某些故障状态期间中断沿线路电流路径16流过的电流。
故障状态包括接地故障以及电弧故障。如在下文中将更充分说明的那样，传感器装置28被配置成能识别任何这类故障状态的存在，并在出现这种故障状态时能响应性地与操作机构24合作以中断流经线路电流路径16的电流。
如图1中所见，线路电流路径16是一个可中断的路径，电流沿着它流过电源(未画出)和电负载(未画出)之间的断路器4。线路电流路径16包括可与电源连接的线路端子32。第一导体36在线路端子32和静止触点40之间延伸，该静止触点40可拆卸地与可动触点44啮合。如在下文中将更充分说明的那样，可动触点44可从静止触点40处移开，以中断流经线路电流路径16的电流。
一个柔性的第二导体48从可动触点44向双金属条52延伸。如在下文中将更充分说明的那样，双金属条52以已知的方式构成，能响应一个持续的过流状态而弯曲或偏斜，从而触发操作机构24和中断流经线路电流路径16的电流流动。
第三导体56在双金属条52和线路汇流条60之间延伸。线路汇流条60作为线路导体62进行操作，线路导体62与可动触点44连接。如在下文中将更充分说明的那样，能够配置线路导体62而不是线路汇流条60，这不偏离本发明的概念。
线路汇流条60与线路端子64相连，线路端子64位于线路电流路径上与线路端子32相对的一端。线路端子64可与一导线相连，该导线延伸到电负载的线路一侧。
中性电流路径20包括与中性汇流条72相连有中性端子68，而中性汇流条72又与软导线76相连。中性端子68可与一导线相连，该导线延伸到电负载的中性一侧。软导线76可与电源的中性导体相连。
如第一虚线78所示，操作机构24在操作上与可动触点44相连。在某些指定的过流或故障状态期间，操作机构24可操作使可动触点44与静止触点40脱离啮合，从而中断流经线路电流路径16的电流，下文中将对此进行更充分的说明。
双金属条52包括固定端80和自由端84，它们彼此相对。固定端80基本上是不可动的。第二导体48与双金属条52的自由端84相连，而第三导体56与其固定端80相连，第二导体48和第三导体56是以焊料焊接、熔焊、机械固定或其他适当的连接方法附着在双金属条52上的。为响应长时间的过流状态，来自双金属条52内电阻的热量使双金属条52，特别是其自由端84从图1中一般性描绘的位置弯曲或倾斜，从而触发操作机构24(如第二虚线88所示)，以中断流经线路电流路径16的电流。
双金属条52还包括磁断路机构86位于固定端80和自由端84之间，它在操作上与操作机构24相连，如第三虚线94所示。如在相关技术已知的那样，磁断路机构86迅速响应流经双金属条52的电流的增大，并触发操作机构24以使可动触点44与静止触点40脱离啮合，如果电流增大的幅度是够大的话。这样，可以看出，当过流状态达到足够长的持续时间时，流经线路电流路径16的电流将被双金属条52以公知的方式中断，或在过流状态达到足够大的幅度时被磁断路机构86以公知的方式中断。
传感器装置28包括第一变流器90、第二变流器92、电路板100以及在线路汇流条60和电路板100之间延伸的一对传感引线96。然而，应该理解，在断路器4的其他实施例中，传感器装置可以不包括第二变流器92。由于在下文中将更充分说明的理由，电路板100在操作上与操作机构24相连，如第四虚线104所示。
第一和第二变流器90和92通常为环形，并包括多个绕组，这些绕组构成变流器的次级绕组。第一和第二变流器90和92的绕组与电路板100电连接，尽管在图1中没有具体绘出这一点。
线路汇流条60和中性汇流条72每个都在第一和第二变流器90和92之间延伸。线路汇流条60和中性汇流条72是基本上为刚性的导体部件，它们通常为U形并彼此分离开。线路汇流条60和中性汇流条72还包括基本上为刚性延伸的导体110、114、116和118，它们穿过第一和第二变流器90和92中的中心孔106延伸，但构成第一和第二变流器90和92的初级。
电路板100通过以公知的方式分析由第一和第二变流器90和92的绕组产生的信号，来检测线路接地故障或中性接地故障。电路板100还分析由流经线路电流路径16的电流所产生的波形，以检测电弧故障的存在。
更具体地说，一对传感引线96在分开的位置处与线路汇流条60导电连接。线路汇流条60在一对传感引线96之间的电阻是已知的(或是可以容易地确定的)，这样，通过检测沿线路汇流条60在一对传感引线96之间的电压降，便能确定流过线路汇流条60的电流，从而确定流过线路电流路径16的电流。
通过把传感引线96连接到比较刚性的和基本上不可动的线路汇流条60上，使传感引线96在通常情况下不会受到弯曲，从而显著地减小了传感引线96可能断开或其他故障的可能性。再有，通过把传感引线96连接到线路汇流条60而不是连接到双金属条52，使敏感的双金属条52不需要经过苛刻的焊接过程，否则的话，传感引线96将要由这一焊接过程与双金属条52连接。再有，传感引线96不干扰双金属条52响应长时间过流状态而发生弯曲或偏转的功能。
如图2中所见，电路板100被放置在隔离板12的第一侧108附近，而断路器4的机械部分，特别是双金属条52、静止触点40和可动触点44，被放置在隔离板12的第二侧112附近。从图2中进一步可以看到，传感引线96直接在线路汇流条60和电路板100之间延伸，并不穿过由隔离板12确定的平面。由于避免了使传感引线96从断路器8的机械一侧(第二侧112附近)穿过隔离板12到达断路器4的非机械一侧(第一侧108附近)这样的路径，使得降低了断路器4的复杂性，从而相应地提高了它的可靠性。断路器4复杂性的降低使得在劳动量和材料两方面相应地降低了制造断路器4的成本。再有，线路汇流条60的截面尺寸显著地大于双金属条52的截面尺寸，从而使线路汇流条60受到比较小的温度起伏变化，其结果是提高了对流经线路电流路径16的电流的测量准确度，并减小了对电路板100的热损坏的可能性。
尽管在图1中的传感引线96被画成基本上是在线路汇流条60和电路板100之间直接走线，但应该理解，传感引线96沿着它们长度的基本部分是彼此绞在一起的。再有，尽管传感引线96被画成基本上连接到线路汇流条60的最长直线部分的相对两端，但应该理解，传感引线基本上可以连接到线路汇流条60上的任何彼此分开的位置。
这样，本发明的断路器4通过把传感引线96配置成与线路汇流条60连接并由此向外延伸而不是从双金属条52向外延伸，从而实现了在简单性、可靠性、成本以及可重复性方面的基本优点。断路器4的改进了的功能，与双金属条52所受应力的减小相结合，提供了在相关技术中迄今未知的优点。
根据本发明的断路器204的第二实施例一般性地示于图3。断路器204与断路器4相似，只是断路器204包括一个线路导体262，它是线路分流器266的形式。线路分流器266是一个比较柔性的金属部件，由编织的或织网式的金属纤维制成，它们传导电流却仍保持比较柔软。线路分流器266在第一和第二变流器290和292之间延伸并终止在线路端子264处。线路分流器266和第三导体256可以形成一个单一连续部件，而不偏离本发明的概念。
如图3中所见，传感引线296在彼此分开的位置与线路分流器266相连，并从那里延伸到电路板300，采取的方式类似于电路断流器4的构成。线路分流器266由于其柔软性可以再包括一个绝缘外层包在其外表面上，以阻止与断路器204内的其他部件短路。
线路分流器266可以由许多不同的导体材料以各种组合制成，在一个实施例中可以由铜和镍的组合制成。这种铜/镍组合与单用铜相比有较高的电阻，这样与线路分流器266只由电阻较低的铜制成的情况相比，能更容易地确定沿线路分流器266在传感引线296之间的电压降。通过使线路分流器266稍有电阻特性，意思是它的电阻至少是标称值大于单用铜制成时的电阻，使得电路板300能容易地确定一对传感引线296之间的电压降，从而能确定流经线路分流器266的电流。于是，电路板300能检测各种故障状态的存在。
这样，断路器204与断路器4的结构稍有不同，却提供了迄今为止在相关技术领域中未知的其他实质优点。线路分流器266的柔软性质使断路器204与先前已知的断路器相比更加容易制造，而且线路分流器266能做得稍有电阻特性，以利于确定从中流过的电流。
尽管这里已描述了本发明的特定实施例，但应该理解，可以做出各种改变、补充、修改和修正，而不离开如下述权利要求中提出的本发明范围。
权利要求
1.一种断路器(4)，包含一组彼此啮合的可断开的电触点(40，44)；其结构能响应性地使电触点彼此分开的操作机构(24)；传感器装置(28)，包括一对传感引线(96)、至少一个第一变流器(90)以及传感器(100)；以及与电触点之一传导性连接并穿过这至一个第一变流器延伸的线路导体(60)；这对传感引线在彼此分开的位置与线路导体电连接，每个传感引线在线路导体和传感器之间延伸；而且该传感器在操作上与操作机构相连，该传感器被构造成测量这对传感引线之间沿线路导体的电压降。
2.如权利要求1中提出的断路器，其中传感器装置包括第二变流器(92)，线路导体在至少是第一和第二变流器之间延伸。
3.如权利要求2中提出的断路器，其中这至少是第一和第二变流器每个具有中心孔(106)，线路导体穿过这至少是第一和第二变流器的中心孔延伸。
4.如权利要求2中提出的断路器，进一步包含中性汇流条(72)，它在这至少是第一和第二变流器之间延伸，并与线路导体彼此分开。
5.如权利要求4中提出的断路器，其中的线路导体是线路汇流条。
6.如权利要求5中提出的断路器，其中的线路汇流条基本上是刚性的。
7.如权利要求4中提出的断路器，其中的线路导体是线路分流器(266)。
8.如权利要求7中提出的断路器，其中的线路分流器的电阻高于铜的电阻。
9.如权利要求1中提出的断路器，其中的电路包括具有固定端(80)和自由端(84)的双金属条(52)，该双金属条被构造成在固定端和自由端之间传导电流，该双金属部件不与传感器装置的传感引线连接。
10.如权利要求1中提出的断路器，其中该断路器包括带有隔离板(12)的机箱(8)，而且其中的传感器包括电路板(100)放置在隔离板的第一侧(108)附近，在线路导体和电路板之间延伸的传感引线基本上不穿过由隔离板确定的平面。
11.一种断路器(4)，包含一组彼此啮合的可断开的电触点(40，44)；其结构能响应性地使电触点彼此分开的操作机构(24)；包括一对传感引线(96)、至少一个第一变流器(90)以及一个传感器(100)的传感器装置(28)；与电触点之一传导性连接并穿过这至一个第一变流器延伸的线路导体(60)；以及穿过这至少一个第一变流器延伸并与线路导体有间隔的中性汇流条(72)；这对传感引线在彼此分开的位置与线路导体和中性汇流条二者之一电连接，每个传感引线在这线路导体和中性导体二者之一与传感器之间延伸；而且该传感器在操作上与操作机构相连，该传感器被构造成测量这对传感引线之间沿着这线路导体和中性导体二者之一的电压降。
12.如权利要求11中提出的断路器，其中传感器装置包括第二变流器(92)，线路导体和中性汇流条在这至少是第一和第二变流器之间延伸。
13.如权利要求12中提出的断路器，其中这至少是第一和第二变流器每个具有中心孔(106)，线路导体和中性汇流条穿过这至少是第一和第二变流器的中心孔延伸。
14.如权利要求11中提出的断路器，其中的电路包括具有固定端(80)和自由端(84)的双金属条(52)，该双金属条被构造成在固定端和自由端之间传导电流，该双金属部件不与传感器装置的传感引线连接。
15.如权利要求11中提出的断路器，其中该断路器包括带有隔离板(12)的机箱(8)，而且其中的传感器包括电路板(100)放置在隔离板的第一侧(108)附近，在线路板与这线路导体和中性导体二者之一之间延伸的传感引线基本上不穿过由隔离板确定的平面。
16.如权利要求15中提出的断路器，其中的传感引线与线路导体电连接。
17.如权利要求16中提出的断路器，其中的线路导体是线路汇流条。
18.如权利要求17中提出的断路器，其中的线路汇流条基本上是刚性的。
19.如权利要求16中提出的断路器，其中的线路导体是线路分流器(266)。
20.如权利要求19中提出的断路器，其中的线路分流器的电阻高于铜的电阻。
全文摘要
一种能检测接地故障以及电弧故障的断路器(4),包括至少一个第一变流器(90),穿过该变流器延伸的线路导体(60),电路板(100),以及在线路导体和电路板之间延伸的一对传感引线(96)。在第一实施例中,线路导体是比较刚性的线路汇流条,在第二实施例中,线路导体是比较柔性的线路分流器(266)。电路板放在断路器内的隔离板(12)的第一侧(108)附近,而线路导体和电路板之间延伸的传感引线不穿过由隔离板确定的平面。该断路器包括一个双金属条(52),它离开在双金属条和电路板之间延伸的传感引线。
文档编号H02H1/00GK1387212SQ02117488
公开日2002年12月25日 申请日期2002年5月20日 优先权日2001年5月21日
发明者J·S·盖巴森, T·N·都德瓦尔 申请人:伊顿公司