小型断路器的操作机构的制作方法

本发明涉及小型断路器的操作机构，特别是适用于低压塑壳式模数化小型断路器的操作机构，属于低压电器领域。

背景技术：

众所周知，小型断路器的操作机构用于驱动动触头与静触头的分断/闭合，并通过该分断/闭合，控制断路器的合闸、分闸及跳闸。四连杆机构是现有的小型断路器的操作机构最典型最常用的机构，包括一个与传动连杆连接的手柄，构成一个肘节；一个动触头支持装置，具有一块可转动地安装在枢轴上的转动板；以及一个可被跳闸杆的动作断开的机械连锁(通常也称为锁定)，双金属片通过一个具有单向传动的转动连杆连接到跳闸杆上。上述的机械连锁是由跳闸杆的一个止动挡与旋转安装在板的心轴上的一个锁闩(通常也称为杠杆)相配合构成的，连杆直接连接到锁闩上，这种装配组成了一个减速传动级，能够使操作机构跳闸力减小。这种机构一个特点是动触头与触头支持是两个独立的元件，为了获得必要的超程功能，还必须在动触头与触头支持之间设置超程机构，为此，动触头与触头支持的转动板之间的连接一般采用两种方式，一种是用胶粘结或焊接在一起，缺点是工序复杂，且牢固度不可靠，另一种是将动触头通过钮簧固定在触头支持上，并非固定在操作机构的旋转轴上，缺点是导致触头旋转臂加长，机构动作速度变慢，不利于产品断路性能。况且，四连杆机构中的触头支持一般是通过一个弹簧与一个旋转板固定在一起，并且触头支持与旋转板可以小范围转动，以此来保证产品的触头压力及超程，可见，现有的将动触头通过焊接或弹簧固定在触头支持上的方式共同存在的问题是零件数多，传动链结构复杂，且装配调试复杂，装配效率进一步降低，从而影响 断路器小型化和低成本。此外，现有的小型断路器的操作机构中的机械连锁的结构建立在锁闩与跳闸杆之间的传动链上，而且通常采用尖齿啮合(通常也称为搭扣等)，这种尖齿啮合的结构的缺陷在于，尖齿易磨损，从而影响产品的可靠性和使用寿命。

随着小型化和多功能的使用要求的不断提高，对小型断路器的操作机构的改进新技术的需求日益迫切，其技术改进方向可以概括为小型化、低成本及包括可靠性、使用寿命在内的性能优化，而与这些方向相关的共同技术核心是在简化结构、减少零件的同时，能够克服影响性能的薄弱环境的制约。

技术实现要素：

本发明要解决的是现有技术存在的上述问题，旨在提供一种小型断路器的操作机构，在简化结构、减少零部件数量的同时，可进一步提高断路器操作机构的可靠性、装配调试的便利性以及生产效率。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种小型断路器的操作机构，包括枢转安装在外壳1上的手柄2、传动连杆3以及设置在外壳1内的静触头10和动触头4，还包括拉簧13和脱扣杠杆5，所述的传动连杆3的一端与手柄2铰链联接，另一端与动触头4配合，所述拉簧13的一端固定在外壳1上，另一端与动触头4连接；所述的动触头4由所述的拉簧13和传动连杆3共同驱动，为动触头4与静触头10的闭合提供保证电接触可靠性所需的接触压力和超程弹力，并且，所述的拉簧13为驱动动触头4与静触头10的分断提供用于机构复位所需的储能弹力；脱扣杠杆5设置在所述的动触头4上，用于控制传动连杆3与动触头4之间的锁定和解锁配合，所述的脱扣杠杆5在故障发生时使所述的传动连杆3与动触头4分离以使操作机构自动脱扣。

优选的，所述的外壳1内设有机构转轴6和限位轴7，所述的动触头4枢转安装在外壳1内的机构转轴6上，所述的动触头4由拉簧13固定在外壳1的机构转轴6和限位轴7上。

优选的，所述的动触头4通过其上的条状的弧形槽孔41转动安装在机构转轴6上，所述的动触头4的弧形槽孔41与机构转轴6之间的安装配合包括在动触头4与静触头10闭合的状态下具有超程间隙h。

优选的，所述的动触头4上设置有弧形槽孔41、传动槽42、枢孔43、限位槽44、弹簧钩45和动触点40，所述的弧形槽孔41与外壳1上的机构转轴6安装配合；所述的限位槽44与外壳1上的限位轴7接触配合；所述的动触头4上的传动槽42与所述的传动连杆3的传动端32传动配合，所述的动触头4上的枢孔43与所述的脱扣杠杆5上的枢轴52安装联接。

优选的，所述的动触头4上设置有弧形槽孔41和枢孔43，一端设有凹形的传动槽42，另一端设有动触点40，弹簧钩45和限位槽44分别位于动触头4的两侧，弹簧钩45位置弧形槽孔41和传动槽42之间，限位槽44位于弧形槽孔41和动触头4之间，枢孔43位于限位槽44和弧形槽孔41之间，弧形槽孔41位于动触头4上靠近弹簧钩45一侧，枢孔43位于动触头4上靠近限位槽44一侧。

优选的，所述的动触头4的一端设有与传动连杆3的传动端32传动配合的传动槽42，所述的脱扣杠杆5枢转安装在动触头4，脱扣杠杆5上设置有脱扣传动部53和用于实现传动连杆3与动触头4之间的锁定配合和解锁配合的锁定面51。

优选的，所述的锁定配合是使脱扣杠杆5上的锁定面51与传动连杆3的传动端32抵接，并且将所述的传动端32锁定在动触头4上的传动槽42内，传动连杆3的传动端32和脱扣杠杆5的锁定面51产生共同作用于传动槽42的锁定力；所述的解锁配合是使脱扣杠杆5上的锁定面51与传动连杆3的传动端32分离，并使所述的传动端32可在动触头4上的传动槽42内滑动。

优选的，所述的脱扣杠杆5还设置有驱动脱扣杠杆5绕其枢轴52转动的复位装置，脱扣杠杆5的复位转动带动脱扣杠杆5上的锁定面51与传动连杆3的传动端32抵接，该抵接将所述的传动端32锁定在动触头4上的传动槽42内，以实现所述的传动连杆3与动触头4之间的锁定配合。

优选的，所述的脱扣杠杆5上的脱扣传动部53受小型断路器的脱扣装置 的驱动绕其枢轴52转动，带动脱扣杠杆5的锁定面51与传动连杆3的传动端32分离，该分离使所述的传动端32可在动触头4上的传动槽42内滑动，以实现所述的传动连杆3与动触头4之间的解锁配合。

优选的，所述的传动连杆3的两端31、32之间的连线的延长线在动触头4与静触头10闭合状态下稳定在手柄2的转动中心0的下方；所述的传动连杆3的两端31、32之间的延长线在动触头4与静触头10分断状态下稳定在手柄2的转动中心0的上方；所述的传动连杆3的两端31、32之间的延长线在跳闸过程中从手柄2的转动中心0的下方转移到转动中心0的上方。

优选的，在动触头4与静触头10闭合的状态下，动触头4上的作用力包括拉簧13的拉力、静触头10作用于动触头4的动触点40的接触压力、传动连杆3的传动端32和脱扣杠杆5的锁定面51共同作用于动触头4的传动槽42的锁定力，并且所述的接触压力和锁定力的合力与拉簧13的拉力平衡；在动触头4与静触头10分断的状态下，动触头4上的作用力包括拉簧13的拉力、外壳1上的机构转轴6作用于弧形槽孔41的约束力、外壳1上的限位轴7作用于动触头4的限位槽44的接触力，所述的接触力和拉簧13的拉力的合力与机构转轴6作用于弧形槽孔41的约束力平衡。

本发明的小型断路器的操作机构通过采用三连杆机构实现闭合/分断转换结构，取消了动触头与触头支持之间焊接或弹簧连接工艺，减少零部件数量，有效简化结构、降低制造成本。而且，通过采用三连杆机构及新的力系结构、锁定结构、超程结构、闭合/分断转换结构的优化设计方案，操作机构照样能提供所需的超程功能，而且还能有效简化结构、降低制造成本、提高生产效率和优化机构性能。

附图说明

从附图所示实施例的描述中可更清楚地看出本发明的优点和特征，其中：

图1是动触头4与静触头10处于稳定的分断状态的本发明的小型断路器的操作机构的整体结构的平面示意图。

图2是动触头4从分断状态向闭合状态操作的过程中的一个瞬间状态的本发明的小型断路器的操作机构的整体结构的平面示意图。

图3是动触头4与静触头10处于稳定的闭合状态的本发明的小型断路器的操作机构的整体结构的平面示意图。

图4是图1所示的操作机构中的动触头4的立体示意图。

具体实施方式

以下结合附图1至4给出的实施例，进一步说明本发明的小型断路器的操作机构的具体实施方式。

在图1-3所示的实施例中，本发明的小型断路器的操作机构包括外壳1、静触头10(图中示意性的示出静触点)、枢转安装在外壳1上的手柄2、与手柄2铰链联接的传动连杆3，。本发明的操作机构还包括拉簧13、由传动连杆3和拉簧13共同驱动的动触头4，以及用于控制传动连杆3与动触头4之间锁定和解锁配合的脱扣杠杆5。传动连杆3的一端31与手柄2铰链联接，另一端的传动端32与动触头4配合；所述拉簧13的一端固定在外壳1上，另一端与所述的动触头4连接，使所述的动触头4由所述的拉簧13和传动连杆3共同驱动，为动触头4与静触头10的闭合提供保证电接触可靠性所需的接触压力和超程弹力，并且，所述的拉簧13为驱动动触头4与静触头10的分断提供用于机构复位所需的储能弹力；所述的脱扣杠杆5设置在所述的动触头4上，用于控制传动连杆3与动触头4之间的锁定和解锁配合，所述的脱扣杠杆在故障发生时使所述的传动连杆3与动触头4分离，以使所述的操作机构自动脱扣，而与操作手柄2无关。

如图1-3所示的实施例，断路器的外壳1上设置有三个分别装在所述外壳1内的轴，它们分别是用于固定所述的拉簧13一端的轴、机构转轴6和限位轴7，所述的动触头4枢转安装在外壳1内的机构转轴6上，所述的动触头4由拉簧13固定在外壳1的机构转轴6和限位轴7上，拉簧13和限位轴7分别位于动触头4的两侧，限位轴7限定动触头4的转动范围。

如图4所示，本发明的动触头4上设置有弧形槽孔41、传动槽42、枢孔43、限位槽44、弹簧钩45和动触点40，所述的弧形槽孔41与所述的外壳1上的机构转轴6安装配合；所述的限位槽44与所述的外壳1上的限位轴7接触配合；所述的动触头4上的传动槽42与所述的传动连杆3的传动端32传动配合，所述的动触头4上的枢孔43与所述的脱扣杠杆5上的枢轴52安装联接。所述拉簧13的一端与外壳1联接，拉簧13的另一端与动触头4上的弹簧钩45联接，使动触头4由拉簧13固定在外壳1的旋转轴6和限位轴7上，并且，拉簧13提供动、静触头所需的接触压力，达到电接触的可靠性。传动连杆3可在动触头4的凹形的传动槽42内滑动并推动动触头4转动，所述动触头可绕所述机构转轴6转动达到动静触头接触位置，操作机构再扣时由于动触头4的受力点发生变化，使动触头4与机构转轴6分离。如图4所示的本发明的一个具体优选实施例，所述的动触头4上设置有弧形槽孔41和枢孔43，一端设有凹形的传动槽42，另一端设有动触点40，弹簧钩45和限位槽44分别位于动触头4的两侧，弹簧钩45位置弧形槽孔41和传动槽42之间，限位槽44位于弧形槽孔41和动触头4之间，枢孔43位于限位槽44和弧形槽孔41之间，弧形槽孔41位于动触头4上靠近弹簧钩45一侧，枢孔43位于动触头4上靠近限位槽44一侧。

由此可见，本发明的小型断路器的操作机构的一个有益特点是同时包括了三个不同于现有技术的结构方案：方案一是采用了由传动连杆3、动触头4和脱扣杠杆5构成的三连杆机构，省略了传统的锁闩杠杆；方案二是采用了一个动触头4的结构，省略了传统的触头支持的转板以及设置在触头支持与动触头之间的超程机构或联接机构；方案三是采用了一个能同时提供储能弹力、接触压力和超程弹力的弹簧结构，即：仍能确保齐全的弹力储能、弹性接触和弹性超程的功能的拉簧13，省略了传统的超程弹簧。本发明的实质不仅是改变了操作机构的整体结构方案和工作原理，而且势必还改变了操作机构的具体结构方案，例如机构的力系结构、锁定结构、超程结构、闭合/分断转换结构等。显然这种设计具有结构简单、零件数少的特点，从而可有效降低制造成本、提高生产效率，同时还能使机构的性能得到优化。

本发明的力系结构主要涉及弹力驱动结构和核心构件的力系平衡结构。弹力驱动结构可有多种具体实现方式，本发明采用的一种优选的方式是：拉簧13不仅为驱动动触头4与静触头10的分断提供储能弹力，并且拉簧13还为动触头4与静触头10的闭合提供接触压力和超程弹力。在现有的四连杆机构中，弹力驱动结构必须采用储能弹簧和超程弹簧，两个弹簧各有各的功能，其中储能弹簧为驱动动触头与静触头的分断提供储能弹力(即弹力储能)，而超程弹簧为动触头与静触头的闭合提供的接触压力(即弹性接触)和超程弹力(即弹性超程)，缺一弹簧则随之缺一功能。本发明采用一个拉簧13，就能实现所述的弹力储能、弹性接触和弹性超程三个弹力驱动功能。本发明的力系平衡结构可有多种具体实现方式，本发明采用的一种优选的方式包括以下两种情况。第一种情况是：在动触头4与静触头10闭合的状态下(如图3所示)，动触头4上的作用力包括拉簧13作用于动触头4上的弹簧钩45的拉力、静触头10作用于动触点40的接触压力、传动连杆3的传动端32和脱扣杠杆5的锁定面51共同作用于传动槽42的锁定力(即传动连杆3的传动端32与动触头4上的传动槽42之间的传动配合处于传递力的状态，传动端32与传动槽42之间必须存在相互作用的传动力)，并且，所述的接触压力和锁定力的合力与拉簧13的拉力平衡。在如图3所示的第一种情况下：外壳1上的机构转轴6对动触头4上的弧形槽孔41不提供约束力，即机构转轴6与弧形槽孔41之间的安装配合处于分离状态；外壳1上的限位轴7对动触头4上的限位槽44不提供接触力，即限位槽44与外壳1上的限位轴7之间的接触配合处于分离状态。第二种情况是：在动触头4与静触头10分断的状态下(如图1所示)，动触头4上的作用力包括拉簧13作用于动触头4上的弹簧钩45的拉力、外壳1上的机构转轴6作用于动触头4上的弧形槽孔41的约束力、外壳1上的限位轴7作用于动触头4上的限位槽44的接触力，所述的接触力和拉簧13的拉力的合力与弧形槽孔41的约束力平衡。在如图1所示的第二种情况下，传动连杆3的传动端32与动触头4上的传动槽42之间的传动配合处于不传递力的状态，尽管脱扣杠杆5的锁定面51处于锁定状态，但传动连杆3的传动端32与动触头4上的传动槽42之间不需要(实际上也不存在)相互作用的传动力。在动触头4与静触头10闭合的状态下，动触头4上的作用力包括拉簧13作用于弹簧钩 45的拉力、静触头10作用于动触点40的接触压力、传动连杆3的传动端32和脱扣杠杆5的锁定面51共同作用于传动槽42的锁定力，并且所述的接触压力和锁定力的合力与拉簧13的拉力平衡。而在动触头4与静触头10分断的状态下，动触头4上的作用力包括拉簧13作用于弹簧钩45的拉力、外壳1上的机构转轴6作用于弧形槽孔41约束力、外壳1上的限位轴7作用于限位槽44的接触力，所述的接触力和拉簧13的拉力的合力与弧形槽孔41的约束力平衡。应当能理解到，力系平衡结构对于小型断路器的操作机构而言，是确保机构的操作性能和动作性能的关键，本发明的力系结构比较简单且合理，可避免不必要的力的损耗和力之间的干涉，以确保力平衡的稳定可靠以及操作机构动作的迅速和灵敏。

所述的锁定结构可有多种具体实现方式，本发明采用的一种优选的方式是：所述的脱扣杠杆5上设置有锁定面51、枢轴52和脱扣传动部53，锁定面51与传动连杆3的传动端32锁定和解锁配合，枢轴52与动触头4上的枢孔43安装联接。所述的传动连杆3与动触头4之间的锁定和解锁配合包括锁定配合和解锁配合，所述的动触头4的一端设有与传动连杆3的传动端32传动配合的传动槽42，所述的脱扣杠杆5枢转安装在动触头4，脱扣杠杆5上设置有脱扣传动部53和用于实现传动连杆3与动触头4之间的锁定配合和解锁配合的锁定面51。其中，所述的锁定配合致使脱扣杠杆5上的锁定面51与传动连杆3的传动端32抵接，并且将所述的传动连杆3的传动端32锁定在动触头4的传动槽42内，传动连杆3的传动端32和脱扣杠杆5的锁定面51产生共同作用于传动槽42的锁定力；所述的解锁配合致使锁定面51与传动连杆3的传动端32分离，并使所述的传动连杆3的传动端32可在传动槽42内滑动。显然，这种结构方式的优点在于，锁定配合和解锁配合是建立在脱扣杠杆5上的锁定面51与传动连杆3的传动端32(杆状结构)之间的配合，这种配合与传统的尖齿啮合相比，具有明显的耐磨损的优势，而且还能提供较大的锁定力，能有效提升锁定的可靠性。如图1-3所示，本发明的脱扣杠杆5的一个具体优选实施例，所述的脱扣杠杆5包括连接的锁定臂和传动臂，锁定臂端部设有锁定面51，传动臂上设有脱扣传动部53，锁定臂和传动臂之间形成v型槽，在锁定臂上设有与动触头4转动配合的枢轴52，脱扣杠杆5通过枢轴52安装到 动触头4的枢孔43上，脱扣杠杆5的v型槽与限位轴7对应设置。

与上述的锁定和解锁配合结构相匹配的具体锁定结构可有多种具体实现方式，本发明采用的一种优选的方式包括以下两种情况。第一种情况是：脱扣杠杆5还设置有复位装置(图中未示出)，用它驱动脱扣杠杆5上的脱扣传动部53绕其枢轴52转动，脱扣杠杆5的复位转动带动其上的锁定面51与传动连杆3的传动端32抵接，以将该传动端32锁定在动触头4的传动槽42内，即锁定面51与传动连杆3的传动端32处于锁定配合状态。所述的复位装置可采用复位弹簧(图中未示出)，其两端分别与脱扣杠杆5和动触头4联接。还可采用设置在脱扣杠杆5上的弹性角装置(图中未示出)，弹性角的角端与动触头4或外壳1建立摩擦和/或限位联接。第二种情况是：小型断路器的脱扣装置驱动脱扣杠杆5上的脱扣传动部53绕其枢轴52转动，该转动带动其上的锁定面51与传动连杆3的传动端32分离，使该传动端32可在传动槽42内滑动，即锁定面51与传动连杆3的传动端32处于解锁配合状态。通常情况下，小型断路器的脱扣装置包括两种脱扣器，其中一种是电磁脱扣器，当电路中达到电磁脱扣条件时，电磁脱扣器的其上套有顶杆作用弹簧11的撞针12弹出，撞击在脱扣杠杆5上的脱扣传动部53上，以驱动脱扣杠杆5绕其枢轴52转动。另一种是热脱扣器，当电路中达到热脱扣条件时，热感应器件9(如双金属片器件)弯曲并驱动杆8拉动脱扣杠杆5上的脱扣传动部53，以驱动脱扣杠杆5绕其枢轴52转动。需要强调的是：所述的解锁配合只是在脱扣装置驱动脱扣杠杆5的时候发生，或者说只是在小型断路器的跳闸过程中发生，而在正常合闸和正常分闸过程中都不会发生解锁配合。在正常合闸状态(如图3所示)和正常分闸状态(如图1所示)下，以及在正常合闸操作过程(如图1所示操作到图3所示的过程)和正常分闸操作过程(如图3所示操作到图1所示的过程)中，由于脱扣装置不驱动脱扣杠杆5，因此脱扣杠杆5始终处于锁定配合状态，特别是由于复位装置的作用，只要脱扣装置撤去对脱扣杠杆5的驱动，脱扣杠杆5不管处于何位置，都会自动复位到锁定配合状态，从而确保正常合闸和正常分闸的可靠性。

所述的超程结构可有多种具体实现方式，本发明采用的一种优选的方式如 图3所示：所述的动触头4通过其上的条状的弧形槽孔41转动安装在机构转轴6上，在动触头4与静触头10闭合的状态下，动触头4的弧形槽孔41与外壳1上的机构转轴6之间具有超程间隙h，通过条状的弧形槽孔41，而非圆形的弧形槽孔41来实现超程间隙。所述的超程间隙是由弧形槽孔41与外壳1上的机构转轴6的安装配合结构实现的，这种安装配合，使得安装在机构转轴6上的弧形槽孔41能与机构转轴6滑动配合，使得在操作动触头4与静触头10闭合(即由图1所示的分断状态操作为图3所示的闭合状态)的过程中可形成超程间隙h，通过超程间隙h来补偿公知的动触头的超程。具体的超程补偿原理如下：在图1所示的分断状态下，操作手柄2按顺时针方向转动，通过传动连杆3推动动触头5绕机构转轴6按顺时针方向转动，并与静触头10接触，到达图2所示的瞬间状态，在此状态下及在此状态前，动触头5以机构转轴6为支点转动，即弧形槽孔41与外壳1上的机构转轴6之间的超程间隙h为0。当手柄2继续转动时，动触头5的转动支点离开机构转轴6并转移到静触头10，此时动触头4以与静触头10的接触点为圆心转动，动触头4与外壳1上的机构转轴6分离超程间隙h，直到到达如图3所示的完全闭合位置完成正常合闸操作。当然，从图3所示的闭合状态下，反方向操作手柄2便可回到图1所示的分断状态，完成正常分闸操作，各动作件的位置是上述操作的逆变化。

所述的闭合/分断转换结构可有多种具体实现方式，本发明采用的一种优选的方式是：在动触头4与静触头10闭合状态下，传动连杆3的两端31、32之间的连线的延长线稳定在手柄2的转动中心0的下方(如图3所示)，使操作机构稳定在合闸状态；在动触头4与静触头10分断状态下，该延长线稳定在手柄2的转动中心0的上方(如图3所示)，使操作机构稳定在分闸状态；在跳闸过程中，该延长线从手柄2的转动中心0的下方转移到转动中心0的上方。由此不难想象，在跳闸过程中，所述的延长线从下方转移到上方是由脱扣杠杆5的解锁动作所致的，即当脱扣杠杆5在脱扣装置的驱动下绕其枢轴52转动时，其上的锁定面51与传动连杆3的传动端32分离并可在传动槽42内滑动，该滑动导致传动连杆3的传动端32向下移动，该移动导致该延长线绕传动连杆3的一端31作顺时针转动，最终导致所述的延长线从下方越过拐点(手柄2的转动中心0)转移到上方，并且一旦所述的延长线越过拐点，则拉 簧13的弹力便驱动动触头4向分断方向(逆时针方向)转动，直到动触头4处于图1所示的稳定的分断状态，也即完成跳闸动作。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。