线性致动的接地开关的制作方法
【专利摘要】一种使用单轴线性运动来移动可移动接触件的线性致动接地开关配置。该接地开关包括框架和在滑动壁上的导轨。滑架在导轨上沿线性方向滑动，滑架包括多个可移动接触件。围绕线性轴的弹簧在接地开关处于断开位置时在框架与滑架之间提供线性膨胀力。
【专利说明】线性致动的接地开关
[0001]相关申请交叉引用
[0002]不适用。
[0003]关于联邦政府资助的研究或开发的声明
[0004]不适用。
【技术领域】
[0005]本文中公开的主题总体上涉及开关，更具体地，涉及一种线性致动的接地开关。
【背景技术】
[0006]在电源系统中，开关装置通常称为用来控制、保护和隔离电气设备的断电开关、熔丝或断路器的组合。这些部件被用来使设备断电以使得能够完成工作，并且被用来清除下游故障。接地开关可以与开关装置共同安装，并且被用来提供保护操作电源系统的维护人员免受意外连接并行源或反向电源通电的危险的电平。通过将电源系统的相导体和中性导体互连并连接至地电位，使待操作的安装部分“接地”，来提供该保护。
[0007]在维护操作期间以及在开关装置组件的正常运行期间，接地开关的用途特别重要。在使相导体和中性导体或总线端子接地之前，必须断开向开关装置供电的电源的上游源。
[0008]传统的接地开关使用需要相当大的体积空间来操作的旋转机构。旋转机构包括在断开和闭合期间绕具有旋转轴的支点摆动或旋转的多个开关闸刀或可移动接触件。由于当开关断开和闭合时，该空间的绝大部分被保留以接纳开关闸刀和弹簧致动器的瞬时占有，所以使该空间不可能用于任何其他目的。为了进一步强调用在接地开关中的旋转机构的低效率，这些类型的开关经常被用在可用空间非常宝贵的非常紧凑的结构中。
[0009]因此，需要一种能够以线性运动代替旋转运动或转动运动来操作使得减小接地开关需要的空间量的改善的接地开关。
【发明内容】
[0010]本发明通过提供使用单轴线性运动来移动可移动接触件的接地开关配置克服了上述问题。
[0011]因此，本发明的实施方式包括线性致动接地开关。该开关包括框架，框架包括顶壁和侧壁。导轨被安装在至少一个滑动壁上。滑架能够在导轨上沿线性方向滑动，滑架包括多个可移动接触件。线性轴联结至顶壁并延伸穿过滑架中的孔。并且，弹簧围绕线性轴，弹簧在接地开关处于断开位置时在顶壁与滑架之间提供线性膨胀力。
[0012]根据本发明的另一个实施方式，线性致动开关包括框架，框架包括顶壁和侧壁。导轨被设置在至少一个滑动壁上。滑架能够在导轨上沿线性方向滑动，滑架包括多个可移动接触件。线性轴联结至顶壁并延伸穿过滑架中的孔，使得滑架沿着线性轴沿线性方向滑动。并且，弹簧围绕线性轴，弹簧在顶壁与滑架之间提供线性膨胀力，弹簧在滑架从断开位置移动到接闭合置和从闭合位置移动到断开位置时保持定位在线性轴上。
[0013]根据本发明的另一个实施方式，线性致动开关包括C形框架，框架包括顶壁、侧壁和开放的底部。导轨在至少一个滑动壁上。轴联结至顶壁并沿线性方向向开放的底部延伸。滑架能够在导轨上沿线性方向滑动，滑架包括孔以使轴能够延伸穿过孔，滑架包括多个可移动接触件。并且，弹簧围绕线性轴，弹簧在顶壁与滑架之间提供线性膨胀力，使得弹簧沿与滑架在导轨上滑动的线性方向相同的线性方向来提供线性膨胀力。
[0014]为了实现前述的和相关的目的，因此实施方式包括在后文中充分描述的特征。下面的描述和附图详细地陈述了本发明的一定的说明性方面。然而，这些说明仅表示能够使用本发明的原理的一些不同方式。根据本发明的下面的详细描述，当结合附图来考虑，本发明的其他方面、优点和新颖性特征将变得明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]在后文中，将参照附图来描述实施方式，其中，相同的附图标记表示相同的元件，并且:
[0016]图1为根据本发明的实施方式的线性致动开关处于闭合位置的立体前视图；
[0017]图2为图1的线性致动开关处于闭合位置的立体俯视图；
[0018]图3为图1的线性致动开关的分解图；
[0019]图4为允许滑架进行线性运动的滑动部件和导轨的截面图；
[0020]图5为图1的线性致动开关处于断开位置的前视图；
[0021]图6为图5的线性致动开关处于闭合位置的前视图；
[0022]图7为图1的线性致动开关的俯视图；以及
[0023]图8为根据本发明的实施方式的图1的线性致动开关的侧视图。
【具体实施方式】
[0024]提出下面的论述以使本领域技术人员能够完成和使用本发明的实施方式。对说明性实施方式的各种修改对于本领域技术人员将是相当明显的，并且在不偏离本发明的实施方式的情况下，本文中的一般性原理可以被应用于其他的实施方式和应用。因此，本发明的实施方式不意在限于示出的实施方式，而是符合与本文中公开的原理和特征一致的最宽的范围。
[0025]将参照附图来理解详细的描述。附图描绘了选定的实施方式并且不意在限制本发明的实施方式的范围。技术人员将认识到本文中提供的示例具有许多有效的替代方案并且落入本发明的实施方式的范围内。此外，应当理解，本文中使用的措辞和术语是为了描述而不应当被认为是限制性的。“包括”、“包含”、或“具有”及其变体的使用意在指包括其后列举的内容及其等同替换以及另外的内容。
[0026]除非另有规定或限制，否则词语“安装”、“连接”、“支承”、和“联结”及其变体被广泛使用并且包括直接的和间接的安装、连接、支承、和联结。另外，“连接”和“联结”不限于物理的或机械的连接或联结。如本文中使用的，除非另外明确指出，否则“连接”指一个元件/特征直接地或间接地连接至另一个元件/特征，并且不一定是电连接或机械连接。同样，除非另外明确指出，否则“联结”指一个元件/特征直接地或间接地联结至另一个元件/特征，并且不一定是电联结或机械联结。
[0027]将关于线性致动开关来描述本发明的各种实施方式。将在用于电路的接地部分的接地开关方面来描述线性致动开关。这是因为本发明的特征和优点完全适合该目的。然而，要理解，本发明的各个方面可以以其他形式来应用并且可以应用在能够利用线性致动配置的其他开关中。如本文中使用的，接地不仅指连接至大地，而且可以包括存在浮动接地或其他接地状态的电路共同连接或底盘共同连接。
[0028]如以下详细论述的，本发明的实施方式用于提供线性致动开关。如本文中使用的，顾名思义，相对于旋转路径或角路径，线性致动开关使用沿线性路径来移动多个接触件的配置。由于大部分元件或所有元件可以线性地布置，所以它们可以占据更加矩形的体积而不是用于传统旋转式接地开关的更加传统式的大致立方形的体积。由于线性致动开关的部件提供能够沿相同线性方向移动的接触运动，所以这些部件可以容易地套在一起以进一步使空间要求最小化。
[0029]按照惯例需要接地开关来提供移动接触件与固定接触件之间的通气余隙(through air clearance)。所有的接地开关还具有必须包括足以提供必要隔离的通气余隙的静止部件。由于线性接触件在通常被保留以提供余隙(该余隙用于传统式旋转操作可移动接触件)的体积中操作，所以它们根据其他元件的嵌套可能具有更高的空间效率。实质上，根据本文中描述的实施方式的线性操作接地开关的整体操作空间要求可能等于或小于传统式旋转操作的接地开关在闭合或“接地”状态下的体积。这可以有效地恢复被分配用于旋转式接触件和/或旋转式启动机构行进的体积，并出于其他目而保持在断开或“不接地”状态下。
[0030]首先参照图1至图4，示例性线性致动接地开关20总体上包括开关框架22、具有沿着安装在框架22的任一个或两个侧壁30、32上的导轨26移动的滑动部件28的滑架24、以及安装在滑架24上的多个可移动接触件34。接地开关20提供可以用在开关装置配置内的独立开关配置。可移动接触件34可以用本领域技术人员已知的许多替代接触件来置换。
[0031]可以通过齿轮机构36例如伞齿轮或等径伞齿轮来提供滑架24的受控运动。齿轮36借助已知的机械式偏心装置38来锁定在断开或“不接地”位置。偏心装置将齿轮机构36保持在机构行程的一端(见图5)。在一些实施方式中，可以使用两个偏心装置将齿轮机构36保持在机构行程的任一端。
[0032]偏心装置38联结至致动臂42，致动臂42通过联结销44联结至滑架24。齿轮机构36的旋转导致偏心装置38和致动臂42与滑架24在同一线性Z平面内运动。
[0033]参照图5和图6，示出了多个致动轴52在近端54处联结至开关框架22。在结构上，可以使用单致动轴，但是多于一个的致动轴可能会提供改善的结构稳固性。致动轴52的末端部分56滑动穿过滑架24中的孔60。轴向安装的螺旋弹簧62围绕致动轴52，并提供能量来使接地开关20闭合或“接地”。
[0034]齿轮机构36和螺旋弹簧62的组合使得能够机械地启动接地开关20。此外，使用存储的机械能而不是致动的重力来提供闭合动作。使用存储的机械能使得接地开关20能够以任何指定方位来操作。而且，可以使用与螺旋弹簧62组合的机械式偏心装置38来提供断开和闭合配置下的机械锁定，所以功率的损失不会导致接地开关20的不受控的断开或闭合。[0035]位于致动轴52上的螺旋弹簧62线性地定位在开关框架22与滑架24之间，并且被用来在开关闭合过程中传递线性力。因此，通过机械地存储在螺旋弹簧中的能量来提供闭合接地开关20所需的能量。止挡件68可以为滑架24和相关联的可移动接触件34提供最大可允许的线性行程。在一些实施方式中，止挡件68可以包括致动轴52上的螺母。相比之下，在开关断开过程中，螺旋弹簧62对接触分离的速度没有影响。
[0036]接地开关通常包括三个可移动接触件。如所示出的，接地开关20包括位于滑架24上的三个可移动接触件34。可移动接触件34通过短路桥64彼此电连接并联动，使得联动的接触件用作结合式滑架单元24的一部分。可移动接触件34使用接地导体66例如编织的或绞合的铜导体，通过短路桥64来电连接至地电位。在一些实施方式中，可以使用多于一个的接地导体。接地导体可以是镀锡的，并且可以包括在一端或两端上的卷边。
[0037]在一些实施方式中，接地开关20可以包括多个固定接触件70。固定接触件可以分别与合并接地开关20的电系统的相导体和中性导体电耦合。当接地开关处于断开配置下时(图5)，在固定接触件70与接地开关20 (例如致动轴52的末端部分56)之间以及在可移动接触件34与固定接触件70之间，需要最小的空气间隙72。由于可移动接触件34的线性运动，所以线性致动的接地开关20的开放的空气间隙72为断开配置下与可移动接触件34的行进所需的相同余隙。相比之下，旋转式致动开关包括用于旋转式开关的静止部件的余隙和用于旋转式可移动接触件的另外的余隙。该增加的余隙增大了旋转式开关所需空间的整体大小。
[0038]参照图7和图8，可以通过联结至齿轮机构36以用于闭合和断开的机械输入端74来致动接地开关20。机械输入端允许来自操作者的手动输入以操纵齿轮机构36。操作者可以使用手摇曲柄76来联结至机械输入端74以断开和闭合开关20。机械输入端使接地开关20能够用作可以随意地“接地”和“不接地”的双动作开关。如此，接地开关20可以完全依赖操作者的手动输入，然而可以使用机械化的或其他形式的操作机构。
[0039]一些实施方式可以包括用于主动闭合的快动操作机构。接地开关20也可以安装有用于通知目的的辅助开关。
[0040]接地开关包括电性质和机械性质二者。根据国际电工委员会(IEC)标准，接地开关必须能够进行多个闭合操作和多个机械操作。为了得到IEC认证和/或评定，接地开关需要满足一定的标准，例如 IEC62271-1、IEC62271-102、IEC62271-200 和 IEC60265-1。例如，为了取得E3类评级，接地开关将需要经历要求开关经历5个操作的测试序列，其中，这5个操作按照2C-x-2C-y-lC的顺序来完成，其中，x和y为任意切换测试或无负载测试。为了进一步详细描述，2C和IC表示两个闭合和一个闭合。类似地，为了取得Ml类评级，接地开关将需要经历要求开关进行2000个机械操作的测试序列。
[0041]最后，由于滑架和滑架以及其以线性方式行进的事实，可以使用不同于传统的“闸刀”布置的多种接触配置。这提供了使用现有的或商业上可获得的接触件来定制用于例如指定的环境、占空比和额定电流的接地开关的可能。
[0042]虽然本发明可以允许各种修改和替代形式，但是通过附图中的示例示出并且在本文中详细描述了这些特定实施方式。然而，应当理解，本发明不意在限于所公开的具体形式。而是，本发明将覆盖落入本发明的由所附权利要求限定的精神和范围内的所有修改、等同内容和替换。[0043]该书面描述使用示例来公开本发明，包括优选实施方式，并且还使用示例使本领域技术人员能够实践本发明，包括完成和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求来限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的文字语言无差别的结构元件，或者如果这样的其他示例包括与权利要求的文字语言无实质差别的等同结构元件，则这样的其他示例意在落入权利要求的范围内。
[0044]最后，明显预期到，可以组合、去除或重排本文中描述的任何过程或步骤。因此，该描述仅作为示例来进行而不另外限制本发明的范围。
[0045]附记
[0046]附记1.一种线性致动接地开关，包括:
[0047]框架，所述框架包括顶壁和侧壁；
[0048]在至少一个滑动壁上的导轨；
[0049]能够在所述导轨上沿线性方向滑动的滑架，所述滑架包括多个可移动接触件；
[0050]联结至所述顶壁并延伸穿过所述滑架中的孔的线性轴；以及
[0051]围绕所述线性轴的弹簧，所述弹簧在所述接地开关处于断开位置时在所述顶壁与所述滑架之间提供线性膨胀力。
[0052]附记2.根据附记I所述的接地开关，
[0053]其中，所述滑架沿着所述线性轴沿线性方向滑动。
[0054]附记3.根据附记I所述的接地开关，
[0055]其中，所述弹簧在所述滑架从断开位置移动到闭合位置以及从所述闭合位置移动到所述断开位置时保持定位在所述线性轴上。
[0056]附记4.根据附记I所述的接地开关，
[0057]还包括多个固定接触件，移动接触件能够进行操作来电耦合至所述固定接触件。
[0058]附记5.根据附记4所述的接地开关，
[0059]其中，当所述接地开关处于断开位置时，在多个固定接触件与多个移动接触件之间设置有空气间隙。
[0060]附记6.—种线性致动接地开关，包括:
[0061]框架，所述框架包括顶壁和侧壁；
[0062]在至少一个滑动壁上的导轨；
[0063]能够在所述导轨上沿线性方向滑动的滑架，所述滑架包括多个可移动接触件；
[0064]线性轴，所述线性轴联结至所述顶壁并延伸穿过所述滑架中的孔，使得所述滑架沿着所述线性轴沿线性方向滑动；以及
[0065]围绕所述线性轴的弹簧，所述弹簧在所述顶壁与所述滑架之间提供线性膨胀力，所述弹簧在所述滑架从断开位置移动到闭合位置以及从所述闭合位置移动到所述断开位置时保持定位在所述线性轴上。
[0066]附记7.根据附记6所述的接地弹簧，
[0067]其中，所述弹簧沿与所述滑架在所述导轨上滑动的线性方向相同的线性方向来提供所述线性膨胀力。
[0068]附记8.根据附记6所述的接地开关，[0069]其中，所述滑架包括滑动件，所述滑动件与所述导轨配合使得允许所述滑架沿所述线性方向行进。
[0070]附记9.根据附记6所述的接地开关，
[0071 ]其中，所述可移动接触件能够被去除并且能够被置换。
[0072]附记10.根据附记I所述的接地开关，
[0073]还包括联结至所述顶壁和所述滑架的齿轮机构。
[0074]附记11.根据附记10所述的接地开关，
[0075]还包括联结至所述齿轮机构的机械输入端。
[0076]附记12.根据附记10所述的接地开关，
[0077]其中，所述齿轮机构锁定在所述断开位置。
[0078]附记13.根据附记12所述的接地开关，
[0079]其中，所述锁定为偏心装置。
[0080]附记14.根据附记10所述的接地开关，
[0081]其中，所述齿轮机构包括联结至致动臂的偏心装置。
[0082]附记15.根据附记14所述的接地开关，
[0083]其中，所述偏心装置和所述致动臂与所述滑架在同一线性平面内移动。
[0084]附记16.—种线性致动接地开关，包括:
[0085]C形框架，所述框架包括顶壁、侧壁、和开放的底部；
[0086]在至少一个滑动臂上的导轨；
[0087]联结至所述顶壁并沿线性方向向所述开放的底部延伸的轴；
[0088]能够在所述导轨上沿所述线性方向滑动的滑架，所述滑架包括孔以使得所述轴能够延伸穿过所述孔，所述滑架包括多个可移动接触件；以及
[0089]围绕所述线性轴的弹簧，所述弹簧在所述顶壁与所述滑架之间提供线性膨胀力，使得所述弹簧沿与所述滑架在所述导轨上滑动的线性方向相同的线性方向来提供所述线性膨胀力。
[0090]附记17.根据附记I所述的接地开关，
[0091]其中，所述滑架在其从断开位置移动到闭合位置以及从所述闭合位置移动到所述断开位置时在所述线性轴上滑动。
[0092]附记18.根据附记I所述的接地开关，
[0093]其中，所述弹簧具有垂直于所述顶壁和所述滑架二者的取向。
[0094]附记19.根据附记I所述的接地开关，
[0095]其中，止挡件为所述滑架提供最大线性行程。
[0096]附记20.根据附记I所述的接地开关，
[0097]其中，所述止挡件被定位在所述轴的末端部分上。
【权利要求】
1.一种线性致动接地开关，包括: 框架，所述框架包括顶壁和侧壁； 在至少一个滑动壁上的导轨； 能够在所述导轨上沿线性方向滑动的滑架，所述滑架包括多个可移动接触件； 联结至所述顶壁并延伸穿过所述滑架中的孔的线性轴；以及 围绕所述线性轴的弹簧，所述弹簧在所述接地开关处于断开位置时在所述顶壁与所述滑架之间提供线性膨胀力。
2.根据权利要求1所述的接地开关， 其中，所述滑架沿着所述线性轴沿线性方向滑动。
3.根据权利要求1所述的接地开关， 其中，所述弹簧在所述滑架从断开位置移动到闭合位置以及从所述闭合位置移动到所述断开位置时保持定位在所述线性轴上。
4.根据权利要求1所述的接地开关， 还包括多个固定接触件，移动接触件能够进行操作来电耦合至所述固定接触件。
5.根据权利要求4所述的接地开关， 其中，当所述接地开关处于断开位置时，在多个固定接触件与多个移动接触件之间设置有空气间隙。
6.一种线性致动接地开关，包括: 框架，所述框架包括顶壁和侧壁； 在至少一个滑动壁上的导轨； 能够在所述导轨上沿线性方向滑动的滑架，所述滑架包括多个可移动接触件； 线性轴，所述线性轴联结至所述顶壁并延伸穿过所述滑架中的孔，使得所述滑架沿着所述线性轴沿线性方向滑动；以及 围绕所述线性轴的弹簧，所述弹簧在所述顶壁与所述滑架之间提供线性膨胀力，所述弹簧在所述滑架从断开位置移动到闭合位置以及从所述闭合位置移动到所述断开位置时保持定位在所述线性轴上。
7.根据权利要求6所述的接地弹簧， 其中，所述弹簧沿与所述滑架在所述导轨上滑动的线性方向相同的线性方向来提供所述线性膨胀力。
8.根据权利要求6所述的接地开关， 其中，所述滑架包括滑动件，所述滑动件与所述导轨配合使得允许所述滑架沿所述线性方向行进。
9.根据权利要求6所述的接地开关， 其中，所述可移动接触件能够被去除并且能够被置换。
10.一种线性致动接地开关，包括: C形框架，所述框架包括顶壁、侧壁、和开放的底部； 在至少一个滑动臂上的导轨； 联结至所述顶壁并沿线性方向向所述开放的底部延伸的轴； 能够在所述导轨上沿所述线性方向滑动的滑架，所述滑架包括孔以使得所述轴能够延伸穿过所述孔，所述滑架包括多个可移动接触件；以及 围绕所述线性轴的弹簧，所述弹簧在所述顶壁与所述滑架之间提供线性膨胀力，使得所述弹簧沿与所述滑架在所述导轨上滑动的线性方向相同的线性方向来提供所述线性膨胀力 。
【文档编号】H01H3/38GK103730268SQ201310244259
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年6月19日 优先权日:2012年6月19日
【发明者】大卫·米勒 申请人:洛克威尔自动控制技术股份有限公司