专利名称：一种高稳定性小型断路器的制作方法
技术领域：
本发明涉及配电领域的低压断路器，特别是一种具有高稳定性的小型断路器，包括用于稳定小型断路器动作性能的锁扣装置和与该锁扣搭配的灭弧室。
背景技术：
现有小型断路器(以下简称断路器)作为线路保护元件已得到了广泛的运用，批量生产的数量越来越大，应用领域越来越广，这随之对断路器工作性能的稳定性提出了更高的要求。从断路器的最基本的工作要求出发，断路器的工作性能包含动作特性、操作特性及开断特性，而衡量断路器稳定性的依据主要是与时间相关，如断路的动作特性主要表现为延时特性时间稳定，操作特性持续时间长，开断时间短。断路器的动作特性需依靠操作机构中的脱扣装置来实现，当断路器的一个动作特性触发时，无论中间传输了多少环节，最终都需要推动操作机构中最后环节的锁扣装置，使机构解锁，由此可知，断路器操作机构中的 锁扣装置动作时间的稳定性对动作特性的时间稳定性起到决定性作用。断路器的长期可操作特性同样需依靠操作机构中的连杆与锁扣装置的可靠配合来实现。断路器的开断特性，除了与操作机构中的锁扣装置的动作时间有关外，更多的还依靠断路器内的灭弧室来缩短开断时间。可见，断路器的动作特性、操作特性及开断特性都与锁扣装置的动作时间稳定性密切相关。现有技术从改善锁扣装置动作时间稳定性出发，改进锁扣装置动作时间稳定性主要通过控制锁扣装置的脱扣力来实现。由于脱扣力大小与操作机构中的连杆与锁扣装置啮合产生的接触压力有关，为保证锁扣装置动作时间的稳定性，就需要控制、减小脱扣力。目前通常使用的控制、减小脱扣力的方案有两种一种是控制操作机构中各种弹簧所产生的力或扭矩的公差，即通过弹簧加工工艺来保证传递到操作机构中的连杆与锁扣装置配合所产生的接触压力的一致性；另一种是通过调整推动锁扣装置的受力力臂与操作机构中的连杆与锁扣装置配合所产生的接触压力的力臂来减少脱扣力。然而，不管是第一种或第二种还是共同采用这两种现有方案，都未能取得从获得稳定的脱扣力出发而改善断路器的工作性能的稳定性的令人满意的效果，实际应用过程表明由于锁扣装置动作时间的稳定性主要由脱扣力的大小来体现，所以，即便是同样的机构，机构每次动作的脱扣力仍然会有不一致的变化当连续性闭合操作机构并操作机构脱扣时，脱扣力表现出波动无规律；当闭合操作机构、间歇性操作机构脱扣时，脱扣力存在偏大的现象，而偏大的值是固定的，这种脱扣力偏大的现象与改善断路器的操作性能的稳定性的目标是自相矛盾的，因此采用这些现有方案后生产的断路器产品的稳定性仍不能满足特定市场的要求。另外，现有断路器的开断性能的稳定性是在保证锁扣装置动作时间稳定性的基础上还通过提高灭弧室的灭弧能力来辅助体现的，这方面的已有灭弧措施主要有在电弧通道增加导磁板进行磁吹，拉长电弧；同时电弧通道的材料通过增加产气材料进行气吹，增加电弧空间的气体介电强度；增加灭弧栅片的数量，提高电弧电压；改善灭弧室后端排气状况，控制电弧在灭弧栅片的时间以限制飞弧。这些现有措施都相应提高了断路器的分断能力，但对于提升断路器的开断性能的稳定性效果不理想，例如由于分断过程中因分断气流过大，各灭弧栅片间的结构间隙会被破坏，而导致灭弧室失去灭弧能力或灭弧能力不稳定，甚至使断路器下一次的分断特性与前一次的分断特性呈现出截然相反的结果，降低了分断操作的一致性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种克服了上述现有技术缺陷的高稳定性小型断路器，通过杠杆和锁扣同轴安装、并且锁扣能在绕枢转轴转动的同时还能沿枢转轴的轴向适度摆动的方案，解决了操作机构脱扣力的变化所造成的断路器稳定性差的问题。并且通过增加楔形的连动销改进杠杆与锁扣的连接结构的方案，解决了由脱扣器的冲击力的变化所造成的断路器稳定性差的问题。进而通过增加绝缘隔筋改进灭弧室的结构的方案，解决了由分断气流对灭弧室的破坏所造成的断路器稳定性差的问题。再有，通过改进复位弹簧的结构，解决了由复位弹簧的弹力变化所造成的断路器稳定性差的问题。本发明的高稳定性小型断路器不仅针对不同诱因从多个角度采取措施一揽子解决了断路器稳定性差的问题，而且具有
结构简单，操作性能好的特点。本发明的另一目的在加强灭弧室前端强度的同时，通过绝缘隔筋头部的结构可对电弧再次进行拉长和冷却，可强化提高灭弧室的电弧电压值。为实现上述目的，本发明采用了如下具体技术方案。一种高稳定性小型断路器，包括脱扣器2、操作机构3、灭弧室4和触头装置5，所述操作机构3包括枢转安装在壳体I的手柄轴10上的手柄33、驱动杆34、杠杆36、枢转安装在杠杆36的枢轴360上的连杆37、锁扣39、复位弹簧32及储能弹簧，储能弹簧的一端与断路器的壳体I连接，储能弹簧的另一端与杠杆36连接；所述的驱动杆34的一端与手柄33铰链连接，驱动杆34的另一端与杠杆36连接，并且驱动杆34的与杠杆36连接的那一端还与连杆37的控制端370配合、并受控制端370的控制；所述的触头装置5通过触头支持51与杠杆36连接。所述的操作机构3还包括一个固定在壳体I上的枢转轴38，它包括第一轴段381、第二轴段382和轴肩383，所述的第二轴段382的直径大于第一轴段381的直径、并在两个轴段的结合部位的第二轴段382上形成止推面3821，所述的轴肩383的直径大于第二轴段382的直径、并在第二轴段与轴肩的结合部位的轴肩383上形成支撑面3831 ;所述的杠杆36通过第一轴孔361枢转安装在所述的枢转轴38的第一轴段381上，并通过设置在杠杆36上的凸台面362与所述的枢转轴38上的止推面3821的接触配合来限定凸台面362相对于枢转轴38的轴向位置；所述的锁扣39通过第二轴孔393枢转安装在枢转轴38的第二轴段382上，所述的第二轴孔393的一端包括与所述的枢转轴38的支撑面3831配合的第一端面391，所述的第二轴孔393的另一端包括与杠杆36的凸台面362配合的第二端面392，锁扣39上还设有第二搭扣394 ;所述的连杆37上设有与锁扣39的第二搭扣394配合的第一搭扣371，在第一搭扣371与第二搭扣394接触并扣住的状态下，所述的连杆37与锁扣39相互啮合，锁扣39控制驱动杆34与杠杆36不能相对移动；在第一搭扣371与第二搭扣394分离并解扣的状态下，所述的连杆37与锁扣39相互分离，锁扣39与驱动杆34分离，使驱动杆34能沿杠杆36上的槽364滑动。进一步的，所述的锁扣39的第二轴孔393的直径D大于所述的枢转轴38的第二轴段382的直径d，该两直径差Dc为直径D减去直径d ;所述的枢转轴38的轴肩383上的支撑面3831与杠杆36上的凸台面362之间的间距H大于所述的锁扣39的第一端面391与第二端面392之间的间距h，间距差He为间距H减去间距h ;所述的直径差Dc和所述的间距差He共同控制锁扣39定向偏摆，所述偏摆方向为沿其与连杆37啮合时所产生的接触压力方向X。进一步的，所述的间距差He优选为所述的枢转轴38的第二轴段382的直径d的5%至10%，所述的直径差Dc根据间距差He、所述的枢转轴38的第二轴段382的直径d和长度L求得相应的匹配值；或者，所述的直径差Dc优选为所述的枢转轴38的第二轴段382的长度L的5%至10%，所述的间距差He根据直径差Dc、所述的枢转轴38的第二轴段382的直径d和长度L求得相应的匹配值。进一步的，所述的杠杆36上还设置有楔形的连动销363，其上包括一个沿所述的枢转轴38的轴向楔形分布的斜面3631 ;所述的锁扣39上还设有凸起面394，在连杆37与锁扣39啮合时，所述的凸起面394与所述的楔形的斜面3631不接触；在脱扣器2触动锁扣39时，脱扣器2的脱扣冲击力驱使所述的凸起面394与所述的楔形的斜面3631接触，以防 止和消除锁扣39产生不利的不正常偏摆。进一步的，所述的灭弧室4包括两个分立对置设置的绝缘栅板43和多个以相等的栅片间隔m分别卡接固定在两个分立的绝缘栅板43之间的灭弧栅片44。所述的灭弧室4还包括2个绝缘隔筋42,每个绝缘隔筋42为由绝缘板体422和在绝缘板体422上方形成的齿421所构成的齿条形结构，两个绝缘隔筋42的绝缘板体422分别搭接固定在两个分立的绝缘栅板43的前端，各所述齿421的齿顶部宽度t小于齿根部宽度T，所述齿根部宽度T等于相邻两个灭弧栅片44之间的栅片间隔m，各所述齿421的齿根部对应镶嵌固定在所述的灭弧栅片44的各栅片间隔m内，并且各个灭弧栅片44镶嵌固定在各个齿421的齿根间隔M内，相邻两个齿根部之间的齿根间隔M等于灭弧栅片44的厚度S。进一步的，所述的绝缘板体422上的齿421的齿顶部宽度t不超过齿根部宽度T的50%。进一步的，所述的复位弹簧32为弹性变化率很小的软弹簧，复位弹簧32的一端321与杠杆36连接，其另一端322与锁扣39连接；所述的复位弹簧32的参数优选为弹簧线径等于或小于O. 3_，弹簧的圈数至少为10圈。进一步的，所述的枢转轴38的第一轴段381的自由端包括第一端头3811，所述的枢转轴38的轴肩383还包括一个与所述的第一端头3811方向相反的第二端头3832，所述的第一端头3811、第二端头3832分别与壳体I固定连接；或者所述的枢转轴38上包括与壳体I固定连接的第一端头3811 ;或者所述的枢转轴38上包括与壳体I固定连接的第二端头3832。进一步的，所述的限定杠杆36的凸台面362相对于枢转轴38的轴向位置是通过壳体I对杠杆36的作用力来驱使凸台面362与枢转轴38上的所述止推面3821实现所述的接触配合；或者是通过过渡件对杠杆36的作用力来驱使凸台面362与枢转轴38上的所述止推面3821实现所述的接触配合。进一步的，所述的枢转轴38的第一轴段381、第二轴段382、轴肩383的轴心均同心；或者，第一轴段381、第二轴段382、轴肩383中的一个轴心与其余两个轴心不同心；或者，第一轴段381、第二轴段382、轴肩383的三个轴心互不同心。
经本申请人通过不断的研究和改进如前所述的这些现有技术方案发现，现有技术中当连续性闭合操作机构并操作机构脱扣时，脱扣力表现出波动无规律；当闭合操作机构、间歇性操作机构脱扣时，脱扣力存在偏大的现象，这些问题是由于目前的设计仅考虑了操作机构中的连杆与锁扣装置啮合产生的接触压力对脱扣力大小的影响，却没有考虑到锁扣装置与操作机构中各元件接触时所产生的摩擦力的影响，这正是本发明要解决的问题。找到了锁扣装置与操作机构中各元件接触时所产生的摩擦力是导致脱扣力偏大和波动的主因，本申请人在全面分析摩擦力的影响之后，从操作机构及锁扣装置的结构改进着手，将摩擦力对操作机构的影响控制在可允许的范围内，从而克服了脱扣力的固定值偏大、脱扣力受摩擦力影响而波动的无规律性的缺陷。与此同时，为进一步提高分断稳定性，针对断路器因灭弧栅片结构间隙破坏失去灭弧能力或灭弧能力不稳定的缺陷，本发明提高了灭弧栅片的强度，使其在断路器所具有的分断能力范围内维持灭弧栅片应有的结构间隙。本发明装置通过上述的操作机构、锁扣装置及灭弧栅片的相关结构改进，在改善断路器产品的动作特性、操作特性及开断特性的同时，有效提升了动作特性、操作特性及开断特性的稳定性。
图I是本发明的高稳定性小型断路器实施例的结构立体示意框图。图2是图I所示的操作机构3的枢转轴38零件的一个实施方案的结构立体示意图。图3是图I所示的操作机构3的杠杆36与枢转轴38的装配立体示意图。图4是图I所示的操作机构3的杠杆36、连杆37、锁扣39与枢转轴38的装配立体示意图。图中的锁扣39处于非偏摆状态。图5是图I所示的操作机构3的杠杆36、连杆37、锁扣39与枢转轴38的平面装配示意图的局部放大图。图中的锁扣39处于偏摆状态。图6是图I所示的操作机构3的杠杆36、锁扣39与枢转轴38的装配立体示意图。图7是图I所示的操作机构3的杠杆36、锁扣39与复位弹簧32的装配立体示意图。图8是图I所示的本发明的高稳定性小型断路器实施例的灭弧室4的结构立体示意图。图9是图7所示的灭弧室4的绝缘隔筋42的零件结构立体示意图。图10是图I的C局部放大图。
具体实施例方式经本申请人通过不断的研究和改进如前所述的这些现有技术方案发现脱扣力的稳定虽然与脱扣力大小有关，但主要是与机构的摩擦力和锁扣装置的受力的稳定程度密切相关，因而，从改善摩擦力和锁扣装置的受力的稳定性出发改进结构设计，对于获得稳定的脱扣力具有事半功倍的效果。具体而言，脱扣力的稳定性，除了受操作机构中的连杆与锁扣装置啮合产生的接触压力影响外，还受锁扣装置与操作机构中各元件接触时所产生的摩擦力的影响。而这些静摩擦力是由于锁扣装置与操作机构的连杆啮合所产生的接触压力的方向与操作机构旋转轴的轴向不垂直、锁扣装置受安装限制与定位面发生安装面接触、受工作限制与旋转轴发生面接触而产生，使锁扣装置并未按设计理论的设想，在同一平面上不受安装静摩擦力的影响并与旋转轴保持点或线接触。因此基于以上的分析，当间歇性操作机构时，因长时间闭合的现有机构处于稳定状态，操作机构中各元件受弹簧所产生的接触压力作用趋于稳定，并产生稳定的静摩擦力，继而当操作机构脱扣时，脱扣力除克服锁扣装置与操作机构的连杆啮合所产生的接触压力以外，还要克服机构各元件之间的静摩擦力，于是在表现出脱扣力偏大的同时，偏大的值也相对固定，从而导致直接破坏了锁扣装置的稳定性。当连续性操作机构时，因机构闭合时间短，操作机构中各元件之间的静摩擦力不稳定即存在波动，因此即便是同一机构，操作机构脱扣时，仍然要克服锁扣装置与操作机构的连杆啮合所产生的接触压力，以及机构各元件之间波动的静摩擦力，从而导致脱扣力波动不规律。以下结合附图I至10给出的实施例，具体说明本发明解决上述现有技术诸多问题的实施方式。本发明的高稳定性小型断路器不限于以下结合附图所示实施例的描述。在图1-10中，图I是本发明的高稳定性小型断路器实施例的结构立体示意框图。图中示出了断路器的壳体I、脱扣器2、操作机构3、灭弧室4等部分部件的结构，图中示出 了操作机构3中与本发明相关的复位弹簧32、手柄33、驱动杆34、触头支持35、杠杆36、连杆37、枢转轴38、锁扣39等部分构件的结构。图2-7和图10是图I所示的操作机构3的实施例，其中图2是枢转轴38零件的结构立体示意图，图3中示出了杠杆36、枢转轴38的结构及杠杆36与枢转轴38之间的装配关系，图4示出了杠杆36、连杆37、锁扣39、枢转轴38的结构及杠杆36、连杆37、锁扣39与枢转轴38之间的装配关系，图中的锁扣39处于非偏摆状态，图5的平面装配示意图的局部放大图中示出了杠杆36、连杆37、锁扣39与枢转轴38的结构及其装配关系，图中的锁扣39处于偏摆状态。图6中示出了杠杆36的连动销363与锁扣39的凸起面394之间的装配关系及连动销363的沿枢转轴38的轴向楔形分布的斜面3631结构和锁扣39的凸起面394的结构，图7中示出了复位弹簧32的结构及杠杆36、锁扣39与复位弹簧32之间的装配关系。图10是图I的C局部放大图，示出了连杆37的第一搭扣371与锁扣39的第二搭扣394的结构及它们之间的装配关系。本发明的高稳定性小型断路器包括脱扣器2、操作机构3、灭弧室4和触头装置5，所述的触头装置5的动触头53与触头支持51连接，通过触头支持51与杠杆36的连接，动触头53与触头支持51的连接使动触头53随杠杆36联动，并在杠杆36的控制下动触头53作与静触头52的闭合/分断配合。除了上述结构公知的部件外，本发明的断路器还包括常规小型断路器的操作机构通常都具有的其它部件，如连杆机构和接线装置等，由于这些部件不是本发明特有的内容，所以省略对它们的结构的描述或限定。操作机构3包括枢转安装在壳体I的手柄轴10上的手柄33、驱动杆34、杠杆36、枢转安装在杠杆36的枢轴360上的连杆37、锁扣39、复位弹簧32及储能弹簧(图中未示出)，储能弹簧的结构和连接是公知的，它的一端与断路器的壳体I连接，它的另一端与杠杆36连接，操作机构3通过储能弹簧获得脱扣力。手柄33枢转安装在壳体I的手柄轴10上，所以手柄33能绕手柄轴10转动。连杆37枢转安装在杠杆36的枢轴360上，所以连杆37能绕枢轴360转动。驱动杆34的一端与手柄33铰链连接，所以手柄33与驱动杆34的一端能绕铰链连接的支点相对转动，而该铰链连接的支点偏离手柄轴10。所述的驱动杆34的一端与手柄33铰链连接，驱动杆34的另一端与杠杆36连接，并且驱动杆34的与杠杆36连接的那一端还与连杆37的控制端370配合、并受控制端370的控制。驱动杆34的另一端与杠杆36连接，该连接的具体结构是驱动杆34的另一端插入杠杆36的槽364内，在驱动杆34不受连杆37的控制的情况下，驱动杆34能在槽364内滑动。与杠杆36连接的那一端还与连杆37的控制端370配合并受控制端370的控制，在此的所谓配合和控制包括两种情况一种是连杆37的控制端370与驱动杆34的另一端接触并将驱动杆34的另一端限定在杠杆36的槽364内不能滑动，即驱动杆34受连杆37的控制不能作相对于杠杆36的移动；另一种是连杆37的控制端370与驱动杆34的另一端分离，驱动杆34的另一端能在杠杆36的槽364内滑动，即驱动杆34不受连杆37的控制而能作相对于杠杆36的移动，该移动就是沿杠杆36的槽364滑动。如图2-7和图10所示，本发明的高稳定性小型断路器的操作机构3还包括一个固定在壳体I上的枢转轴38，它是杠杆36和锁扣39的共用轴，枢转轴38包括第一轴段381、第二轴段382和轴肩383，所述的第二轴段382的直径大于第一轴段381的直径，由此在两个轴段的结合部位的第二轴段382上自然形成了一个端面，该端面就是止推面3821。所述的轴肩383的直径大于第二轴段382的直径，由此在第二轴段与轴肩的结合部位的轴肩383上自然形成了一个端面，该端面就是支撑面3831。附图2给出的实施例的第一轴段381、第二轴段382、轴肩383的轴心都是同心的，这是优选的方案，当然，可替代的方案是第一轴 段381、第二轴段382、轴肩383虽然同轴，但它们的轴心不同心，这种不同心的方案包括两种情况，一是第一轴段381、第二轴段382、轴肩383中的其中一个轴心与其余两个轴心不同心，二是第一轴段381、第二轴段382、轴肩383的三个轴心互不同心，这种不同心的方案结构的枢转轴38的受力对断路器的稳定性的影响不如优选方案。附图2给出的实施例的轴肩383还包括用于与壳体I固定连接的第二端头3832，这是优选的方案，当然，可替代的方案是轴肩383不与壳体I固定连接，显然这种替代方案的稳定性不如图2所示实施例给出的方案好，因为这样的枢转轴38的支撑结构也存在不利于断路器受力稳定性的问题。操作机构3的杠杆36设有第一轴孔361和凸台面362，杠杆36通过第一轴孔361枢转安装在所述的枢转轴38的第一轴段381上，并通过设置在杠杆36上的凸台面362与所述的枢转轴38上的止推面3821的接触配合来限定凸台面362相对于枢转轴38的轴向位置。通过附图3应该能理解到枢转轴38的第一轴段381上的第一端头3811是与壳体I固定连接的，因而安装在第一轴段381上的杠杆36必然能直接或间接的受到来自壳体I的作用力，即驱使图3的凸台面362与图2的止推面3821接触的作用力是直接来自壳体1，即第一端头3811与壳体I的固定连接使壳体I与杠杆36直接接触并能相对转动，同时，杠杆36上的凸台面362与枢转轴38上的止推面3821实现接触配合并能相对转动，从而限定了杠杆36的凸台面362相对于枢转轴38的轴向位置，该轴向位置就是凸台面362与止推面3821接触的位置。附图2、3给出的实施例是优选的方案，可替代的方案是，驱使凸台面362与止推面3821接触的作用力直接来自一个如弹簧、垫圈等的过渡件(图中未示出)，枢转轴38的第一轴段381上的第一端头3811与壳体I的固定连接，使壳体I与该过渡件接触，该过渡件再与杠杆36接触，该替代方案不如优选方案好，因为它会影响限定凸台面362相对于枢转轴38的轴向位置的限位精度，该限位精度也会关系到断路器的稳定性。不管采用上述何种方案，限定了凸台面362相对于枢转轴38的轴向位置，就是限定了枢转轴38的轴肩383上的支撑面3831与凸台面362之间的间距H。总结枢转轴38、杠杆36的结构及其它们之间的连接关系的优选方案的具体特征包括以下各项，其中固定在壳体I上的枢转轴38的具体特征为，所述的枢转轴38的第一轴段381包括第一端头3811，轴肩383包括第二端头3832，第一端头3811、第二端头3832分别与壳体I固定连接；枢转轴38的轴心的结构的具体特征为，枢转轴38的第一轴段381、第二轴段382、轴肩383的轴心同心；驱使凸台面362与止推面3821接触配合的作用力来源的具体特征为，驱使凸台面362与枢转轴38上的止推面3821接触配合的作用力来自壳体I对杠杆36的作用力，即壳体I与杠杆36直接接触并能相对转动。可替代附图给出的优选方案的其它方案可有多种，其中最有可能实施的方案如下。固定在壳体I上的枢转轴38的方案有两种，一种是，所述的枢转轴38包括第一端头3811,第一端头3811与壳体I固定连接；另一种是，所述的枢转轴38包括第二端头3832，第二端头3832与壳体I固定连接。枢转轴38的轴心的结构方案有两种，其中一种是，第一轴段381、第二轴段382、轴肩383中的一个轴心与其余两个轴心不同心；另一种是，第一轴段381、第二轴段382、轴肩383的三个轴心互不同心。驱使凸台面362与止推面3821接触配合的作用力来源的方案是，驱使凸台面362与枢转轴38上的止推面3821接触配合的作用力来过渡件对杠杆36的作用力，该方案的具体结构方案包括两种，其中一种是枢转轴38的第一端头3811与壳体I固定 连接的情况，在此情况下，过渡件分别与壳体I、杠杆36接触，并且它们之间能相对转动；另一种是枢转轴38的第一端头3811与壳体I不固定连接的情况，在此情况下，过渡件固定在枢转轴38上，同时过渡件与杠杆36接触并能相对转动。参见图4，操作机构3的锁扣39设有第二轴孔393，通过第二轴孔393枢转安装在枢转轴38的第二轴段382上，第二轴孔393的一端包括与所述的枢转轴38的支撑面3831 (参见图3)配合的第一端面391，所述的第二轴孔393的另一端包括与杠杆36的凸台面362配合的第二端面392。在此所述的配合是指配合关系，这种配合关系包括接触或不接触两种状态，具体说锁扣39的第一端面391与枢转轴38的支撑面3831的配合，并非是第一端面391与支撑面3831始终接触，而是有时接触有时不接触，而且在接触时，可以是全面接触，也可以是局部接触；同理，锁扣39的第二端面392与杠杆36的凸台面362配合，并非是第二端面392与凸台面362始终接触，而是有时接触有时不接触，而且在接触时，可以是全面接触，也可以是局部接触。进一步说，在此所述的配合，实际上是由以下结构方案限定的如图4、5所示，操作机构3的锁扣39的第二轴孔393的直径D大于所述的枢转轴38的第二轴段382的直径d(参见图2、5)，该两直径差Dc为第二轴孔393的直径D减去第二轴段382的直径d。如图3、5所示，所述的枢转轴38的轴肩383上的支撑面3831与杠杆36上的凸台面362之间的间距H大于所述的锁扣39的第一端面391与第二端面392之间的间距h(参见图4、5)，支撑面3831与凸台面362之间的间距差He为间距H减去间距h。所述的直径差Dc和所述的间距差He共同控制锁扣39定向偏摆，所述偏摆方向为沿其与连杆37啮合时所产生的接触压力方向X(参见图5)。为了获得更好的效果并能满足小型断路器的要求，所述的间距差He优选为第二轴段382的直径d的5%至10%，直径差Dc根据间距差He、第二轴段382的直径d和长度L求得相应的匹配值。或者，所述的直径差Dc优选为第二轴段382的长度L的5%至10%，间距差He根据直径差Dc、第二轴段382的直径d和长度L求得相应的匹配值。所谓求得相应的匹配值，是指本领域技术人员根据已知的结构参数用数学或者及其它公知方式应当能得出的参数值。由此可见，由于直径差Dc和间距差He的共同作用，使锁扣39能沿连杆37与锁扣39啮合时产生的接触压力方向X偏摆，该偏摆使得连杆37与锁扣39啮合时产生的接触压力保持稳定。具体的说，储能弹簧的脱扣力需经杠杆36传递到连杆37，杠杆36和连杆37都是通过铰链连接安装的，由于手动操作力、脱扣器的冲击力、铰链的摩擦力及铰链连接结构的制造误差等诸多原因，所以连杆37作用于锁扣39的力是很不稳定的，其不稳定的表现形式是各次操作之间(间歇性操作之间、连续性操作之间、间歇性操作与连续性操作之间)的作用力的方向和大小存在很大差异。由于本发明采用了锁扣39和杠杆36安装在同一个枢转轴38上、锁扣39能沿连杆37与锁扣39啮 合时产生的接触压力方向X偏摆的技术方案，因而，不仅能使连杆37作用于锁扣39的力的方向保持稳定、能使机构的摩擦力的大小保持稳定，而且还能使脱扣力的传递平稳，规避了机构在传递脱扣力的过程中有可能发生的阻力和冲击力的干扰。参见图10，锁扣39上还设有第二搭扣394，连杆37上设有与锁扣39的第二搭扣394配合的第一搭扣371。在此所述的配合，是指第一搭扣371与第二搭扣394接触配合和分离配合，通过这种配合，使操作机构在两种工作状态之间转换，其中第一种工作状态就是操作机构处于扣住状态，即在第一搭扣371与第二搭扣394接触并扣住状态下，在此状态下，操作机构可成功完成合闸操作，并能稳定在合闸状态，对应该扣住状态，连杆37与锁扣39相互啮合，锁扣39控制驱动杆34与杠杆36不能相对移动。第二种工作状态就是操作机构处于解扣状态，解扣状态是瞬间状态，在这瞬间状态，即在第一搭扣371与第二搭扣394分离并解扣状态下，操作机构在储能弹簧的弹力作用下自动完成跳闸动作。对应该解扣状态的瞬间，连杆37与锁扣39相互分离，锁扣39与驱动杆34分离，使驱动杆34能沿杠杆36上的槽364滑动。驱动杆34的另一端与杠杆36连接，该连接的具体结构是驱动杆34的另一端插入杠杆36的槽364内，在驱动杆34不受连杆37的控制的情况下，驱动杆34能在槽364内滑动。与杠杆36连接的那一端还与连杆37的控制端370配合并受控制端370的控制，在此的所谓配合和控制包括两种情况一种是连杆37的控制端370与驱动杆34的另一端接触并将驱动杆34的另一端限定在杠杆36的槽364内不能滑动，即驱动杆34受连杆37的控制不能作相对于杠杆36的移动；另一种是连杆37的控制端370与驱动杆34的另一端分离，驱动杆34的另一端能在杠杆36的槽364内滑动，即驱动杆34不受连杆37的控制而能作相对于杠杆36的移动，该移动就是沿杠杆36的槽364滑动。操作机构从第一种扣住工作状态转换到第二种解扣工作状态是由脱扣器2根据其常规工作原理和结构触动锁扣39所致的，而操作机构从第二种解扣工作状态恢复到第一种扣住工作状态是由复位弹簧32完成的。复位弹簧32的一端321与杠杆36连接,另一端322与锁扣39连接，因而，复位弹簧32对锁扣39的弹力作用始终存在。在脱扣器2触动锁扣39的过程中，脱扣器2的致动力克服复位弹簧32作用在锁扣39上的弹力和连杆37作用在锁扣39上的接触压力后驱使锁扣39向前转动，并致使操作机构从第一种扣住工作状态转换到第二种解扣工作状态；在第二种解扣工作状态瞬间，当脱扣器2自动失去致动力时，复位弹簧32的弹力自动驱使锁扣39往回转动，并致使操作机构从第二种解扣工作状态恢复到第一种扣住工作状态。由于复位弹簧32的弹力作用始终存在，并且复位弹簧32在第一种扣住工作状态下的弹力与第二种解扣工作状态下的弹力是不等的(或者说，复位弹簧32的弹力是变化的)，所以，复位弹簧32的弹力变化也会影响断路器的稳定性。为了解决这一问题，本发明的复位弹簧32采用了弹性变化率很小的软弹簧方案。所谓软弹簧，即弹性特性很软的弹簧，是指对应较大的弹性变形的弹力变化很小的弹簧。弹簧的弹性特性是由弹簧的钢丝线径、圈数等结构参数决定的，为了获得理想的弹性特性和适用于小型断路器的几何尺寸，所述的复位弹簧32的参数优选为弹簧钢丝的线径等于或小于O. 3mm,弹簧的圈数至少为10圈。如图3、6所示，操作机构3的杠杆36上还设置有楔形的连动销363，其上包括一个沿所述的枢转轴38的轴向楔形分布的斜面3631 (参见图6)。如图6所示，所述的锁扣39上还设有凸起面394，在连杆37与锁扣39啮合时，所述的凸起面394与所述的楔形的斜面3631不接触；在脱扣器2触动锁扣39时，脱扣器2的脱扣冲击力驱使所述的凸起面394与所述的楔形的斜面3631接触，以防止和消除锁扣39产生不利的轴向位移和不正常偏摆。脱扣器2触动锁扣39的致动力是一种冲公知的击力，该冲击力中必定包含与枢转轴38的径向平行的径向分力和与枢转轴38的轴向平行的轴向分力，其中径向分力是有用的，而轴向分力会驱使锁扣39产生不利的轴向位移和不正常偏摆，可能使锁扣39与连杆37的啮合位置不稳定、使脱扣器2与锁扣39的触碰位置不稳定、使锁扣39因偏摆幅度超出正常范围(即偏摆过大或反方向偏摆)而发生稳定性下降、甚至发生与其它零部件的非正常接触。需要进一步说明的是，本发明通过枢转轴38、锁扣39、杠杆36的结构和第二轴孔393的直径D、第二轴段382的直径d、直径差Dc、支撑面3831与凸台面362之间的间距H、第一端面 391与第二端面392之间的间距h、间距差He的结构参数，已经限定了锁扣39的偏摆范围，因而，在不采用连动销363的情况下，断路器也能工作，但不能防止和消除有可能发生的由大小和方向都极不稳定的冲击力所致的锁扣39的不利的轴向位移和不正常的偏摆，故而，在杠杆36上辅助采用如图6所示的连动销363，依靠楔形结构的冲击效果逐步减少定位空间的间隙，可消除锁扣装置偏摆，有效克服冲击力所致的不稳定问题。进一步的，申请人根据试验发现，分断气流对于灭弧室的冲击主要集中在灭弧室的前端，而现有灭弧室受结构的限制，其前端的强度往往是最弱的，故而，灭弧室前端的强度失效是导致断路器稳定性差的又一重要原因。图8-9是本发明断路器的灭弧室4实施例的结构立体示意图。图8中示出了构成灭弧室4的绝缘栅板43、灭弧栅片44、绝缘隔筋42的结构及它们之间的装配关系，图9是图8所示的灭弧室4的绝缘隔筋42的零件结构立体示意图，示出了绝缘隔筋42的齿421的齿顶部宽度t、齿根部宽度T和齿根间隔M。本发明通过附加绝缘隔筋42，巧妙克服了现有灭弧室前端的强度较弱的问题，此外，还结合齿421的齿顶部宽度t小于齿根部宽度T的结构方案，可缓解分断气流对于灭弧室的冲击、可对电弧再次拉长和冷却，可再次提高灭弧室的电弧电压值，从而进一步增强了断路器的工作稳定性。具体如图所示，所述的灭弧室4包括两个分立对置设置的绝缘栅板43和多个以相等的栅片间隔m分别卡接固定在两个分立的绝缘栅板43之间的灭弧栅片44，将灭弧栅片连接成一个整体。在此所述的如图7所示的卡接固定的结构可采用公知的技术。灭弧室4还包括2个绝缘隔筋42,每个绝缘隔筋42为由绝缘板体422和在绝缘板体422上方形成的齿421所构成的如图7和图8所示的齿条形结构，两个绝缘隔筋42的绝缘板体422分别搭接固定在两个分立的绝缘栅板43的前端，各所述齿421的齿顶部宽度t小于齿根部宽度T，所述齿根部宽度T等于相邻两个灭弧栅片44之间的栅片间隔m，各所述齿421的齿根部对应镶嵌固定在所述的灭弧栅片44的各栅片间隔m内，并且各个灭弧栅片44镶嵌固定在各个齿421的齿根间隔M内，相邻两个齿根部之间的齿根间隔M等于灭弧栅片44的厚度S。由此可见，由于两个绝缘隔筋42不仅通过绝缘板体422分别与两个绝缘栅板43的前端搭接固定，而且还同时与各个灭弧栅片44镶嵌固定，绝缘隔筋42通过一个整体平面相连，保证了绝缘隔筋在分断过程中结构的完整性，所以明显增强了灭弧室4的前端的强度。为了获得更好的效果和更好地满足小型断路器的尺寸要求，所述的齿421的齿顶部宽度t、齿根部宽度T的比例优选为齿顶部宽度t不超过齿根部宽度T的50%。现有技术仅仅满足锁扣装置在操作机构中锁定机构的功能需求，控制脱扣力是远远不够的。锁扣装置在安装、工作及复位时都会产生不同的静摩擦力。本发明的以上技术方案通过锁扣装置的自由偏摆来消除因驱动力与锁扣装置与操作机构连杆啮合所产生的接触压力不在同平面而产生的定位面静摩擦力，并依靠偏摆来控制锁扣装置与其旋转轴的接触方式，来控制静摩擦力，在优先满足锁扣装置功能需求的同时，可实现锁扣装置在与杠杆上连杆啮合时产生的接触压力作用下而产生一定角度的自由偏摆，消除锁扣装置与定位面的静摩擦力，使所受静摩擦力仅由旋转轴及复位弹簧产生。由于锁扣装置的偏摆，锁扣装置绕轴所产生的静摩擦力由面接触改为点或线接触，静摩擦力的波动得到了明显控制。锁扣39上所受到的脱扣力在间歇性操作和连续性操作中的波动均稳定在预设的仿真计算值允许范围以内，实现了锁扣装置脱扣力在可控制的范围内波动，断路器的稳定性能得到了显著的提高，灭弧能力明显增强。此外，本发明的以上的技术方案的显著效果，不仅在于 稳定性能的提高，而且还在于因稳定性能的提高而带来的其它性能的改善，如操作力的减小、脱扣力的减小、分断能力的增强、操作力和脱扣力的减小有利于相关零部件的小型化改进等。
权利要求
1.一种高稳定性小型断路器，包括脱扣器(2)、操作机构(3)、灭弧室(4)和触头装置(5)，所述操作机构(3)包括枢转安装在壳体(I)的手柄轴(10)上的手柄(33)、驱动杆(34)、杠杆(36)、枢转安装在杠杆(36)的枢轴(360)上的连杆(37)、锁扣(39)、复位弹簧(32)及储能弹簧，储能弹簧的一端与断路器的壳体(I)连接，储能弹簧的另一端与杠杆(36)连接；所述的驱动杆(34)的一端与手柄(33)铰链连接，驱动杆(34)的另一端与杠杆(36)连接，并且驱动杆(34)的与杠杆(36)连接的那一端还与连杆(37)的控制端(370)配合、并受控制端(370)的控制；所述的触头装置(5)通过触头支持(51)与杠杆(36)连接，其特征在于 所述的操作机构(3)还包括一个固定在壳体(I)上的枢转轴(38)，它包括第一轴段(381)、第二轴段(382)和轴肩(383)，所述的第二轴段(382)的直径大于第一轴段(381)的直径、并在两个轴段的结合部位的第二轴段(382)上形成止推面(3821)，所述的轴肩(383)的直径大于第二轴段(382)的直径、并在第二轴段与轴肩的结合部位的轴肩(383)上形成支撑面(3831)； 所述的杠杆(36)通过第一轴孔(361)枢转安装在所述的枢转轴(38)的第一轴段(381)上，并通过设置在杠杆(36)上的凸台面(362)与所述的枢转轴(38)上的止推面(3821)的接触配合来限定凸台面(362)相对于枢转轴(38)的轴向位置； 所述的锁扣(39)通过第二轴孔(393)枢转安装在枢转轴(38)的第二轴段(382)上，所述的第二轴孔(393)的一端包括与所述的枢转轴(38)的支撑面(3831)配合的第一端面(391)，所述的第二轴孔(393)的另一端包括与杠杆(36)的凸台面(362)配合的第二端面(392)，锁扣(39)上还设有第二搭扣(394)； 所述的连杆(37)上设有与锁扣(39)的第二搭扣(394)配合的第一搭扣(371)，在第一搭扣(371)与第二搭扣(394)接触并扣住的状态下，所述的连杆(37)与锁扣(39)相互啮合，锁扣(39)控制驱动杆(34)与杠杆(36)不能相对移动；在第一搭扣(371)与第二搭扣(394)分离并解扣的状态下，所述的连杆(37)与锁扣(39)相互分离，锁扣(39)与驱动杆(34)分离，使驱动杆(34)能沿杠杆(36)上的槽(364)滑动。
2.根据权利要求I所述的高稳定性小型断路器，其特征在于 所述的锁扣(39)的第二轴孔(393)的直径D大于所述的枢转轴(38)的第二轴段(382)的直径d，该两直径差Dc为直径D减去直径d ； 所述的枢转轴(38)的轴肩(383)上的支撑面(3831)与杠杆(36)上的凸台面(362)之间的间距H大于所述的锁扣(39)的第一端面(391)与第二端面(392)之间的间距h，间距差He为间距H减去间距h; 所述的直径差Dc和所述的间距差He共同控制锁扣(39)定向偏摆，所述偏摆方向为沿其与连杆(37)啮合时所产生的接触压力方向X。
3.根据权利要求I所述的高稳定性小型断路器，其特征在于 所述的杠杆(36)上还设置有楔形的连动销(363)，其上包括一个沿所述的枢转轴(38)的轴向楔形分布的斜面(3631)； 所述的锁扣(39)上还设有凸起面(394)，在连杆(37)与锁扣(39)啮合时，所述的凸起面(394)与所述的楔形的斜面(3631)不接触；在脱扣器(2)触动锁扣(39)时，脱扣器(2)的脱扣冲击力驱使所述的凸起面(394)与所述的楔形的斜面(3631)接触，以防止和消除锁扣(39)产生不利的不正常偏摆。
4.根据权利要求I所述的高稳定性小型断路器，其特征在于 所述的灭弧室(4)包括两个分立对置设置的绝缘栅板(43)和多个以相等的栅片间隔m分别卡接固定在两个分立的绝缘栅板(43)之间的灭弧栅片(44)； 所述的灭弧室(4)还包括2个绝缘隔筋(42)，每个绝缘隔筋(42)为由绝缘板体(422)和在绝缘板体(422)上方形成的齿(421)所构成的齿条形结构，两个绝缘隔筋(42)的绝缘板体(422)分别搭接固定在两个分立的绝缘栅板(43)的前端，各所述齿(421)的齿顶部宽度t小于齿根部宽度T，所述齿根部宽度T等于相邻两个灭弧栅片(44)之间的栅片间隔m，各所述齿(421)的齿根部对应镶嵌固定在所述的灭弧栅片(44)的各栅片间隔m内，并且各个灭弧栅片(44)镶嵌固定在各个齿(421)的齿根间隔M内，相邻两个齿根部之间的齿根间隔M等于灭弧栅片(44)的厚度S。
5.根据权利要求2所述的高稳定性小型断路器，其特征在于所述的间距差He优选为所述的枢转轴(38)的第二轴段(382)的直径d的5%至10%，所述的直径差Dc根据间距差He、所述的枢转轴(38)的第二轴段(382)的直径d和长度L求得相应的匹配值；或者，所述的直径差Dc优选为所述的枢转轴(38)的第二轴段(382)的长度L的5%至10%，所述的间距差He根据直径差Dc、所述的枢转轴(38)的第二轴段(382)的直径d和长度L求得相应的匹配值。
6.根据权利要求I所述的高稳定性小型断路器，其特征在于所述的复位弹簧(32)为弹性变化率很小的软弹簧，复位弹簧(32)的一端(321)与杠杆(36)连接，其另一端(322)与锁扣(39)连接；所述的复位弹簧(32)的参数优选为弹簧线径等于或小于O. 3mm，弹簧的圈数至少为10圈。
7.根据权利要求I所述的高稳定性小型断路器，其特征在于所述的枢转轴(38)的第一轴段(381)的自由端包括第一端头(3811)，所述的枢转轴(38)的轴肩(383)还包括一个与所述的第一端头(3811)方向相反的第二端头(3832)，所述的第一端头(3811)、第二端头(3832)分别与壳体(I)固定连接；或者 所述的枢转轴(38)上包括与壳体(I)固定连接的第一端头(3811);或者 所述的枢转轴(38)上包括与壳体(I)固定连接的第二端头(3832)。
8.根据权利要求I所述的高稳定性小型断路器，其特征在于所述的限定杠杆(36)的凸台面(362)相对于枢转轴(38)的轴向位置是通过壳体(I)对杠杆(36)的作用力来驱使凸台面(362)与枢转轴(38)上的所述止推面(3821)实现所述的接触配合；或者是通过过渡件对杠杆(36)的作用力来驱使凸台面(362)与枢转轴(38)上的所述止推面(3821)实现所述的接触配合。
9.根据权利要求I所述的高稳定性小型断路器，其特征在于所述的枢转轴(38)的第一轴段(381)、第二轴段(382)、轴肩(383)的轴心均同心；或者，第一轴段(381)、第二轴段(382)、轴肩(383)中的一个轴心与其余两个轴心不同心；或者，第一轴段(381)、第二轴段(382)、轴肩(383)的三个轴心互不同心。
10.根据权利要求4所述的高稳定性小型断路器，其特征在于所述的绝缘板体(422)上的齿(421)的齿顶部宽度t不超过齿根部宽度T的50%。
全文摘要
高稳定性小型断路器，其操作机构的固定在壳体上的枢转轴包括第一、第二轴段和轴肩，第二轴段的直径大于第一轴段，轴肩的直径大于第二轴段。杠杆通过第一轴孔枢转安装在第一轴段上，并通过其上的凸台面与第二轴段上的止推面的接触配合来限定凸台面相对于枢转轴的轴向位置。锁扣通过第二轴孔枢转安装在第二轴段上，第二轴孔的一端有与轴肩上的支撑面配合的第一端面，另一端有与凸台面配合的第二端面。连杆上设有与锁扣的第二搭扣配合的第一搭扣，连杆与锁扣在第一、第二搭扣接触并扣住的状态下相互啮合，锁扣控制驱动杆与杠杆不能相对移动；连杆与锁扣在第一、第二搭扣分离并解扣的状态下相互分离，锁扣与驱动杆分离，使驱动杆能沿杠杆上的槽滑动。
文档编号H01H73/18GK102867705SQ201210356270
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月20日 优先权日2012年9月20日
发明者鲁骞, 严鹏斌 申请人:上海诺雅克电气有限公司