用于选择性断路器的磁热组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及选择性断路器型的电气线路保护设备，其包括组件，所述组件包括：能在要保护的线路出现短路时将至少一个动触头(14)与定触头(38)分离的磁致动器，其包括固定磁轭(5)；由双金属片(1)组成的热激励器，能在要保护的电路中出现过载时开启装置的机械锁。磁致动器还包括：可枢转固定于轭(5)并支承动触头(14)的触头架(6)；围绕部分轭并与双金属片相串联的线圈(11)；可相对轭旋转的叶片(7)，能在短路时与轭的至少一个极表面(18，19)接触；撤回叶片和触头架的装置，建立磁致动器触发阈值的校准；在叶片和触头架之间的驱动装置，在叶片旋转运动的至少一部分和动触头旋转运动的至少一部分之间建立直接对应。
【专利说明】用于选择性断路器的磁热组件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种磁热组件，被用在断路器中，用于保护电气线路和/或设备不会过压和短路，其关于防止可连接上游和/下游的过压和短路的系统是选择性的。
【背景技术】
[0002]在分布安装中，该类型的断路器特别地用作从不同电路安装在上游的群组断路器，每个电路由线路断路器保护。
[0003]串联连接的断路器的选择性在分布系统中是必要的或至少是所希望的，从而在短路或过压的情况下，关掉分布系统的最小的可能部分，即，短路或引起过压所在的位置。
[0004]该类型的断路器包括主电流电路，在主电流电路中安置有:磁致动器和热致动器，磁致动器响应短路和直接作用于置于灭弧室中的触头的打开，热致动器响应过压并且作用在可依次打开触头的开启锁。
[0005]可通过辅助电流电路暂时对该主电路供电，辅助电流电路包括同样作用于可依次打开触头的开启锁的另一热致动器，限流电阻被放置在所述辅助电路中用以提供时间延迟。
[0006]在正常运行时，电流的正常流量流经主电路。电流同时流经辅助电路，但是由于电阻的存在而非常微弱。如果发生短路，磁触发发生，通过打开主要的动触头而切断主电流电路，而仅有通过电阻显著减小的电流流过辅助电路。
[0007]这允许继续安全地向下游设备供电，这给切断出现问题的线路的断路器留出了时间，而整个线路不受影响。如果这个缺陷持续下去，在尤其取决于电阻的一定的短暂时间之后，虽然由电阻限制、但是电流将引起辅助电路的热触发，从而开启断路器的锁并且切断整个装置的电流。在确认和修复缺陷之后必须手动重置断路器，或者使缺陷线路绝缘。在缺陷持续时间很短的情况下，例如下游线路断路器偶尔开关时，选择性断路器的磁装置回到其空转位置并且主电路复原而没有触发其开启锁。
[0008]这种选择开关尤其已知于DE102008021768，在探测到缺陷时，例如在短路的情况下，允许通过磁装置的动作和辅助电路上的切换暂时断开主电路触头。更具体地，传统地用固定的芯组件构成磁装置，所述芯可在短路电流穿过的螺线管的作用下被磁致动的磁轭中平移，所述移动的芯驱动使撞针(striker)平移，当驱动动触头架时撞针撞击枢转的杠杆(lever)，从而使所述动触头相对于定触头打开。
[0009]然而，这种开关有很多缺点，尤其在绝缘方面。事实上，磁热致动器的内部配置实际上造成具有不同电位的两组部件，每组中彼此电连接的部件形成电流路径。
[0010]一方面，第由磁轭、杠杆、弹簧、动触头和编织物组成的第一组形成具有第一电位的电流路径。
[0011]另一方面，由定触头、螺线管和端子组成的第二组形成处在第二电位的电流路径。
[0012]两个电流路径之间的不同电位是问题所在，因为在原则上它要求属于不同组的部件之间是绝缘的。但是，部件混在断路器内并彼此相靠近，以及电流路径事实上多次相交，很难保证在同一断路器内有这种绝缘。
[0013]在该文件DE102008021768中采用的解决方案包括在两组部件中整合很多塑料绝缘零件。这些零件很复杂并且需要繁琐的发展过程以具有可以包围要保护的部件的形状同时易于整合在断路器中，在断路器内可用空间是有限的，因此提供了所需的紧凑性。
[0014]这些复杂的塑料零件还产生了相对于断路器的整个经济上的不可忽略的制造和组装成本，另外不能保证故障风险会消失。
[0015]本发明通过提出一种易于制造并且保证没有任何故障风险的紧凑的技术方案解决上述各种缺点。
[0016]最后，基于提出的解决方案的思路是设计一种在断路器中的新配置，根据该配置，属于主电路的热和磁致动器的所有部件形成单一电路路径并且因此处在相同电位。
【发明内容】
[0017]因此，本发明涉及一种选择性断路器型的电气线路保护设备，其包括组件，所述组件包括:
[0018]-磁致动器，能够在要保护的线路中出现短路时将至少一个动触头与定触头分离，并且所述磁致动器包括固定磁轭；
[0019]-由双金属片组成的热激励器(thermalactivator),该热激励器能够在要保护的电路中出现过载时开启设备的机械锁；
[0020]该设备的特征在于，所述磁致动器还包括:
[0021]-触头架，该触头架可枢转固定于轭并支承动触头；
[0022]-线圈，该线圈围绕部分所述轭并与双金属片相串联；
[0023]-可相对于所述轭旋转的叶片(vane)，该叶片能够在短路时与所述轭的至少一个极表面相接触，所述轭设有用于定位和引导移动叶片的装置；
[0024]-用于撤回叶片和触头架的装置，建立磁致动器的触发阈值的校准；
[0025]-在叶片和触头架之间的驱动装置，在叶片的旋转运动的至少一部分和动触头的旋转运动的至少一部分之间建立直接对应。
[0026]根据该特别配置，所有的部件彼此电连接和在相同电位上，不再存在涉及电绝缘的任何约束。因此不再需要在现有技术的解决方案中采用的绝缘塑料零件。
[0027]另外，由于该磁热组件包括大约一半的部件，该磁热组件相对于现有技术很大程度上被简化了。相对于所述现有技术这是尤其真实的，因为移动芯、撞针(striker)和杠杆(lever)已被单个零件、即移动叶片所替代。
[0028]它还具有的优势是可运输性，因为它在生产线上被整合在所有选择性断路器的单块之中。
[0029]部件特别设计为相对精炼的，从而使其容易制造。本发明的磁组件的也是更易于组装的，并且可以是自动化的，这些可能性在节省成本方面是很有吸引力的。
[0030]根据一种可能的配置，所述回复装置可包括螺旋拉伸弹簧类型的弹簧，其将自它的铰链销邻近的叶片的端部突出的第一突起连接到自触头架突出的第二突起。
[0031]因此，该弹簧可以将叶片恢复到空转位置(idle position)，并且将触头架恢复到触头的关闭位置。该弹簧还相对于轭将叶片保持在位，并且维持动定触头之间的接触压力。[0032]另外，所述驱动装置可包括叶片的延伸其铰链销的近端并且向着触头架弯曲的臂部，能够与从触头架突出的小片相接触并且支承在小片上。
[0033]在正常的运行时，当标称电流经过线圈时，线圈在磁轭中引起的磁场产生将叶片引向轭的磁力，该磁力不足抗衡弹簧维持叶片的力而且不足以吸引后者使其与极表面相接触。因此，叶片处在空转位置并且相对于磁轭的极表面被稍微地收回，而动触头与定触头相接触。在这些叶片和触头架的各自位置，叶片臂部和触头架的小片之间呈现有游隙(play)。
[0034]在短路电流经过线圈时，后者在磁轭中引起的磁场显然足以将叶片逆着弹簧的力引向磁轭。叶片的吸引力大于弹簧的力，叶片开始向着轭的极表面枢转。它的臂部与触头架的小片相接触，动定触头仍然是关闭的。叶片继续枢转直到其压靠在轭的极表面上。在该枢转运动时，叶片的臂部通过它与触头架的小片的接触、驱使触头架顺时针旋转以及因此触头的静态打开。动触头与定触头分开和并且相对于定触头被带到静态打开距离。动触头接下来在其惯性的影响下继续顺时针旋转直到相对定触头动态打开距离，然后其小片不再与叶片的臂部相接触。最后，由于弹簧作用于触头架上的吸引力，后者逆时针枢转直到其小片与叶片的臂部再次接触并且抵靠，动触头再次定位在相对定触头的静态打开距离。磁致动器保留在该触发位置上直到短路消失或直到设备被机械开启锁打开。
[0035]在该情况下，由线圈引起的将叶片引向轭的吸引力再次小于弹簧的力，叶片回到其空转位置，从而允许触头架在弹簧的吸引力作用下逆时针枢转，直到动触头被抵靠在定触头上。磁致动器再次在初始位置上。
[0036]因此弹簧的选择对于保证在特定电流范围内断路器的触发至关重要。事实上，阻碍叶片的关闭的弹簧阻力对于限定触发阈值是决定性的。
[0037]根据一种可能的配置，所述触头架包括用于固定动触头的表面和将其连接到双金属片的编织物，通过所述第二突起以及通过覆盖轭的支撑触头架的铰链销的部分的两个旁侧侧面延伸，所述侧面具有两个内部插设有触头架的铰链销的孔，所述侧面的其中一个具有用来与叶片接合的所述小片并且另外一个侧面具有与设备锁相接合的形状。
[0038]本发明的一个重要的优势在于所述轭配备有相移环，所述相移环在所述轭的端部上卷曲。
[0039]该相移环还被称为荫蔽环(shading ring),当交流电流通过线圈时在叶片的运动方面起到重要作用。当短路发生时，无相移环的情况下，由交流电流供电的线圈产生的将叶片引向轭的磁吸引力将小于每次通过两个半周期之间的O的附近的弹簧回复力，引起叶片的短暂打开，并且因此引起组件结构无法接受的不合时宜的振动和部件的过早磨损。为了减少吸引力的这些波动，将相移环安置在轭的极表面附近，并且产生相对初始磁吸力相移并且可以与每次通过两个半周期之间的O的弹簧回复力抗衡的的特定磁力，从而消除叶片的任何短暂的打开。因此，在短路时，叶片将继续维持抵靠轭的极表面。
[0040]根据一种可能的配置，所述轭呈U形形状，其中第一臂部的端部具有对应于叶片的铰链销的上边缘，线圈被缠绕在通过中心孔插入到轭的第二臂部(9)中的绝缘芯周围并且被部分地围绕第二臂部的端部的相移环阻挡平移。因此，相移环也起到芯的止动器的作用。
[0041]对于能够相对于轭恰当枢转的叶片，为了不随着通过弹簧力和磁吸引力作用在叶片上的各种力变得偏离中心，提供用于相对于轭定位和引导移动的叶片的装置，该装置包括两个小片:
[0042]-延伸轭的第一臂部的端部；
[0043]-设置在用于枢转叶片的轭的所述边缘的每一侧；
[0044]-被插入到设在叶片的端部两个凹槽中。
[0045]具体地，第二臂部的剖面是具有阶梯状拐角的长方形，所述阶梯状拐角位于靠近线圈的芯的圆形外围的位置。所述轭的第二臂部的端部具有横向槽，所述相移环插在该横向槽中。所述相移环围绕形成在第二臂部中的底部掏槽(35)，其中上端部保持初始形状。这种具有阶梯的特别的形状能相对于围绕它的芯最大化极表面的剖面
[0046]优选地,轭由具有相同厚度但不同轮廓的收入器(runner)的组合件构成从而改变轭的外形。
[0047]本发明还涉及用于组装磁热组件的方法，该磁热组件被用于整合在如上所述的电气线路保护设备中，所述方法包括如下步骤:
[0048]-通过编织物将双金属片电连接到动触头载体上；
[0049]-将双金属片连接到电弧收入器；
[0050]-用铰链销将触头架枢转固定到磁轭上；
[0051]-将绝缘芯插入磁轭的臂部中；
[0052]-用相移环围绕磁轭的所述臂部的端部的部分；
[0053]-在所述芯的周围缠绕线圈，该线圈一方面电连接于电弧收入器，另一方面电连接于设备连接端子；
[0054]-在平行平面上相对于轭的另一臂部使叶片定中心和定位，两臂部本身相互平行；
[0055]-将弹簧附连在叶片的一个端部和触头架之间；
[0056]-相对磁轭枢转叶片，直到其自由端部到达设有相移环的臂部附近.[0057]这种组件可以完全自动化的方式制造，并且在生产线上可容易地整合到所有的选择性断路器中，因为它是可运输的。
【专利附图】
【附图说明】
[0058]参照附图，将对本发明进行更详细地描述，其中:
[0059]图1为根据本发明的磁热组件的立体图；
[0060]图2到6示出了在磁致动器的触发过程中的不同步骤；
[0061]图7表不出磁致动器的轭；
[0062]图8示意性地示出了磁致动器的叶片；
[0063]图9示出了具有动触头的触头架；
[0064]图10和11分别表示出磁致动器的芯的侧视图和正视图；
[0065]图12示意性地示出了磁致动器的相移环。
【具体实施方式】
[0066]如图1所示，根据本发明所述的组件包括磁致动器和热致动器，磁致动器和热致动器的所有元件彼此相电连接，从而处在相同的电位上。该组件用来整合到选择性断路器型的线路保护设备中。
[0067]热致动器主要包括双金属片(I)，其固定端部(2)连接于电弧收入器(arcrunner) (3)，并且自由端部(4)能够在线路过流时受到偏转从而开启设备锁(未示出)。
[0068]磁制动器主要包括呈U形形状的磁轭(5)，其第一臂部(8)支撑移动叶片(7)和其上固定有设备的动触头(14)的动触头架(6)，并且第二臂部(9)(见图7)支撑绝缘芯(10)，线圈(11)缠绕在绝缘芯周围。由此，轭(5)、叶片(7)、触头架(6)和动触头(14)均被电连接并且处在相同电位。
[0069]线圈(11)在其电线的第一端部(12)连接于电弧收入器(3)，从而产生与热致动器的第一电连接。线圈(11)的电线的第二端部(13)电连接于设备的端子(未示出)。[0070]使用将双金属片⑴连接到动触头(14)的编织物(39)，提供与热致动器的第二电连接。因此，热致动器和磁致动器在相同电位并且组成了在组成组件的不同零件之间不需要任何绝缘件的组件。
[0071]叶片(7)可围绕对应于轭(5)的第一臂部⑶的端部上边缘(16)的铰链销旋转。图8中所示的叶片(7)包括:
[0072]-能够与轭(5)的极表面(18，19)相接触的平整表面(17)，如图7所示；
[0073]-两个凹槽(20)，所述凹槽形成在所述平整表面(17)中并且其中插设有自轭(5)的第一臂部(8)延伸的两个小片(tab) (21)，并且所述凹槽被设置在叶片(7)的上枢轴边缘
(16)的每一侧，从而使叶片(7)可以相对于轭(5)被正确地定位和定中心；
[0074]-突起(15)，所述突起由所述凹槽(20)邻近的叶片(7)的端部中间突出，在与轭
(5)相反的方向上弯曲90° ;
[0075]-臂部(22)，所述臂部延伸所述凹槽邻近的叶片(7)的端部的侧部并且在向着磁轭(5)的方向上弯曲90°。
[0076]在图9中更明确地示出，触头架(6)也可在对应于耳轴(trunnion) (23)的铰链销周围转动，所述耳轴被插入到设在轭(5)的第一臂部(8)中的那个端部的孔(24)中，如图7所示。该触头架(6)包括:
[0077]-动触头(14)固定在其上的平整表面(25)，所述平整表面受到驱动抵靠或远离设备的定触头(38)；
[0078]-突起(31)，自平整表面(25)突出的突起(31)；
[0079]-两个旁侧侧面(26，27)，所述侧面遮盖支撑触头架(6)的铰链销的轭(5)的局部，并且具有与轭(5)的孔(24)同轴并且支撑耳轴(23)的两个孔(28)；
[0080]-小片(29)，所述小片自第一侧面(26)的自由端部突出并且具有用于叶片(7)的臂部(22)的支承表面；
[0081]-臂部(30)，所述臂部延伸第二侧面(27)的自由端部并且与设备的锁相配合。
[0082]拉伸弹簧(33)将叶片(7)的突起(15)连接到触头架(6)的突起(31)。
[0083]在图10和11中所示的支撑线圈(11)的圆柱形绝缘芯(10)具有中心孔(32)，使其可以插入到轭(5)的中心臂部(9)中。第二臂部(9)的外轮廓与芯(10)的中心孔(32)的内部形状相符合。为了最大化轭(5)的极表面(19)，芯(10)的圆柱形壁的厚度必须尽可能小，第二臂部(9)的剖面尽可能大。轭(5)由对齐的收入器的组合件组成，难以得到圆形剖面。因此，第二臂部(9)的剖面为具有阶梯状拐角的长方形。因此，如图11所示，芯(10)的中心孔(32)的内壁的形状也是具有阶梯状拐角的长方形。
[0084]如图12所示，轭(5)的第二臂部(9)的端部呈现有横向槽(36)，横向槽(36)中插设有相移环(37)。弹簧(37)围绕形成在第二臂部(9)上的底部掏槽(lower cut) (35)，其中上端部(34)保留初始形状，并且弹簧在磁轭(5)上被卷曲。它比中心孔(32)大，因此构成止动器，限制芯(10)沿第二臂部(9)的任何平移运动。
[0085]参照图2到6将说明出现短路时该组件的运行。
[0086]图2示出了当空转(idle)、即标称电流穿过线圈(11)时的磁致动器。在该情况下，触头(14，38)关闭，并且叶片(7)相对于极表面(18，19)稍微收回并由弹簧(33)保持。事实上，轭(5)施加在叶片(7)上的磁吸引力在该情况下小于弹簧(33)的回复力。由于叶片⑵的该空转位置，它的臂部(22)与触头架(6)的小片(29)分开，并且在叶片(7)和触头架(6)之间唯一的机械连接为弹簧(33)。后者在触头架(6)上施加使其在逆时针方向上偏置的回复力。但是，动触头(14)抵靠定触头(38)从而阻止触头架(6)在该方向上旋转。
[0087]在图3中，短路电流穿过线圈(11)，然后在轭(5)中产生。轭(5)施加在叶片(7)上的磁吸引力大于弹簧(33)的回复力，从而导致叶片(7)向着极表面(18，19)枢转。。在枢转运动过程中，叶片(7)的臂部(22)与触头架(6)的小片(29)的支承表面相接触，触头再次闭合。
[0088]在图4中，当叶片(7)结束枢转并且紧靠在极表面(18，19)上时，臂部(22)在小片(29)上施加支承力并且使触头架(6)在顺时针方向上旋转，逆着弹簧(33)的回复力，从而使动触头(14)离开定触头(38)至静态打开距离。然后电路被切断。
[0089]在图5中，动触头(14)在其惯性作用下继续移动直至定触头(38)的动态打开距离。在该情况下，触头架(6)跟随其顺时针的旋转运动并且它的小片(29)被带离叶片(7)的臂部(22)。
[0090]在图6中，通过弹簧(33)收回的触头架(6)逆时针枢转直到其小片(29)恢复紧靠在叶片(7)的臂部(22)上，然后动触头(14)返回至定触头(38)的静态打开距离。然后，磁致动器保持在该位置直到短路消失或直到设备由辅助电路锁开启。
[0091]以上参照附图的说明当然并非是本发明的详尽说明，相反地，它包括本领域技术人员所及的替代方案和配置。
【权利要求】
1.一种选择性断路器型的电气线路保护设备，其包括组件，所述组件包括: -磁致动器，能够在要保护的线路中出现短路时将至少一个动触头(14)与定触头(38)分离，并且所述磁致动器包括固定磁轭(5)； -由双金属片(I)组成的热激励器，该热激励器能够在要保护的电路中出现过载时开启设备的机械锁； 该设备的特征在于，所述磁致动器还包括: -触头架(6)，该触头架可枢转固定于轭(5)并支承动触头(14)； -线圈(11)，该线圈围绕部分所述轭(5)并与双金属片(I)相串联； -可相对于所述轭(5)旋转的叶片(vane) (7)，该叶片能够在短路时与所述轭(5)的至少一个极表面(18，19)相接触，所述轭(5)设有用于定位和引导移动叶片(7)的装置； -用于撤回叶片(7)和触头架(6)的装置，建立磁致动器的触发阈值的校准； -在叶片(7)和触头架(6)之间的驱动装置，在叶片(7)的旋转运动的至少一部分和动触头(14)的旋转运动的至少一部分之间建立直接对应。
2.根据前述权利要求所述的电气线路保护设备，其特征在于，所述回复装置包括螺旋拉伸弹簧类型的弹簧(33)，其将自它的铰链销(16)邻近的叶片(7)端部突出的第一突起(15)连接到自触头架(6 )突出的第二突起(31)。
3.根据前述权利要求的其中一项所述的电气线路保护设备，其特征在于，所述驱动装置可包括叶片(7)的延伸其铰链销(16)的近端并且向着触头架(6)弯曲的臂部(22)，能够与从触头架(6)突出的小片(29)相接触并且支承在小片(29)上。
4.根据前述权利要求所述的电气线路保护设备，其特征在于，所述触头架(6)包括用于固定动触头(14)的表面(25)和将其连接到双金属片(I)的编织物(braid) (39)，通过所述第二突起(31)以及通过覆盖轭(5)的支撑触头架(6)的铰链销(23)的部分的两个旁侧侧面(26，27)延伸，所述侧面(26，27)具有两个内部插设有触头架(6)的铰链销(23)的孔(28)，所述侧面(26，27)的其中一个具有用来与叶片(7)接合的所述小片(29)并且另外一个侧面(27)具有与设备锁相接合的形状。
5.根据前述权利要求中的一项所述的电气线路保护设备，其特征在于，所述轭(5)配备有相移环(37)。
6.根据前述权利要求所述的电气线路保护设备，其特征在于，所述相移环(37)在所述轭(5)的端部上卷曲。
7.根据权利要求5或6的其中一项所述的电气线路保护设备，其特征在于，所述轭(5)呈U形形状，其中第一臂部(8)的端部具有对应于叶片(7)的铰链销(16)的上边缘，线圈(11)被缠绕在通过中心孔(32)插入到轭(5)的第二臂部(9)中的绝缘芯(10)周围并且被部分地围绕第二臂部(9)的端部的相移环(37)阻挡平移。
8.根据前述权利要求所述的电气线路保护设备，其特征在于，用于定位和引导移动的叶片(7)的装置包括两个小片(21): -延伸轭(5)的第一臂部⑶的端部； -设置在用于枢转叶片(7)的轭(5)的所述边缘(16)的每一侧； -被插入到设在叶片(7)的端部两个凹槽(20)中。
9.根据权利要求7和8的其中一项所述的电气线路保护设备，其特征在于，第二臂部(9)的剖面是具有阶梯状拐角的长方形，所述阶梯状拐角位于靠近线圈(11)的芯(10)的圆形外围的位置。
10.根据权利要求7到9的其中一项所述的电气线路保护设备，其特征在于，所述轭(5)的第二臂部(9)的端部具有横向槽(36),所述相移环(37)插在该横向槽中。
11.根据前述权利要求所述的电气线路保护设备，其特征在于，所述相移环(37)围绕形成在第二臂部(9)中的底部掏槽(35)，其中上端部(34)保持初始形状。
12.根据前述权利要求的一项所述的电气线路保护设备，其特征在于，轭(5)由具有相同厚度但不同轮廓的收入器(runner)的组合件构成从而改变轭(5)的外形。
13.用于组装磁热组件的方法，该磁热组件被用于整合在如权利要求1到12所述的电气线路保护设备中，其特征在于，所述方法包括如下步骤: -通过编织物(39)将双金属片(I)电连接到动触头载体(6)上； -将双金属片(I)连接到电弧收入器(3)； -用铰链销(23)将触头架(6)枢转固定到磁轭(5)上； -将绝缘芯(10)插入磁轭(5)的臂部(9)中； -用相移环(37)围绕磁轭(5)的所述臂部(9)的端部的部分(35)； -在所述芯(10)的周围缠绕线圈(11)，该线圈一方面电连接于电弧收入器(3)，另一方面电连接于设备连接端子； -在平行平面上相对于轭(5)的另一臂部(8)使叶片(7)定中心和定位，两臂部(8，9)本身相互平行； -将弹簧(33)附连在叶片(7)的一个端部(15)和触头架(6)之间；-相对磁轭(5)枢转叶片(7)，直到其自由端部到达设有相移环(37)的臂部(9)附近。
【文档编号】H01H71/40GK103903925SQ201310757446
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2012年12月27日
【发明者】N·普, C·科林, D·维尔, D·基弗, J·多莫伊 申请人:黑格电子股份有限公司