一种故障电流触发装置和真空断路器的制作方法

本发明涉及断路器领域，具体涉及一种故障电流触发装置以及具有该故障电流触发装置的真空断路器。

背景技术：

断路器是用于控制电路的设备，断路器在电路出现故障时，通过脱扣装置动作切断线路，实现对线路和线路上负载进行保护，脱扣装置通过设置在接线板上的故障电流触发装置进行触发。

如图1所示的结构是一种典型的故障电流触发装置，常用于塑壳断路器中，一般用于800a及以下电流的断路器，导电板1和热元件2串接，电磁脱扣触发部分和热脱扣触发部分均设置于热元件2上，热脱扣触发部分的双金属片4直接与热元件2连接，用于长延时过载脱扣；电磁脱扣触发部分采用拍合式结构，即衔铁3枢接设置，接线板电流过大时产生的磁场吸合衔铁3，衔铁3通过摆动实现击打脱扣装置的牵引板，以触发脱扣装置，用于短路瞬动脱扣；该种结构中，热元件2相当于一个电阻，导电过程中自身发热，再加上导电板1和热元件2的两端一般采用螺钉压接或直接焊接的方式实现导电连接，导致零件之间的接触电阻大，发热大，升温快，因此该种结构一般不能用于大于800a电流的断路器中。而现有中大于800a电流的断路器一般采用电子式脱扣装置，由电流互感器和智能控制器组成，虽然能够实现功能，但是成本大大增加，产品竞争力下降。

技术实现要素：

为此，本发明通过对电磁脱扣触发器和热脱扣触发器的结构改进，提供一种适合用于大电流(大于800a电流)断路器的故障电流触发装置以及具有该故障电流触发装置的真空断路器。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种故障电流触发装置，用于触发脱扣装置脱扣，包括电磁脱扣触发器和热脱扣触发器，所述电磁脱扣触发器包括：磁轭、衔铁、顶杆和阻尼件，所述磁轭套于接线板外周侧并具有一开口，所述衔铁正对所述磁轭的开口，并与所述磁轭的开口呈一定间隙且相平行，所述阻尼件向衔铁施加一阻止其朝磁轭方向移动的阻力，所述顶杆固定连接所述衔铁，并对应脱扣装置的牵引杆；所述热脱扣触发器包括设置于接线板上的磁感应加热组件和连接磁感应加热组件的双金属片，所述双金属片对应脱扣装置的牵引杆。

进一步的，所述磁轭的开口朝下设置，所述衔铁位于磁轭的开口的下方位置。

进一步的，所述顶杆呈竖直设置，所述脱扣装置的牵引杆正对所述顶杆的上端部。

进一步的，所述磁轭上开设有对应顶杆的让位孔，所述顶杆穿设于磁轭的让位孔内，且其上端部露出所述磁轭的上表面，所述脱扣装置的牵引杆位于磁轭的上表面的上方位置。

进一步的，所述顶杆的上端部还固定有一外径大于磁轭的让位孔的孔径的抵触部，所述衔铁悬空设置，所述衔铁和顶杆通过抵触部抵触于磁轭的上表面而实现定位。

进一步的，所述抵触部为螺母，所述螺母螺接于所述顶杆的上端部。

进一步的，所述阻尼件为弹性阻尼件，所述弹性阻尼件向衔铁施加一阻止其朝磁轭方向移动的弹性阻力。

进一步的，所述弹性阻尼件为弹簧，所述弹簧套设于顶杆上，两端分别抵触于磁轭和衔铁上。

进一步的，所述双金属片延伸至磁轭的上表面和牵引杆之间。

进一步的，所述磁感应加热组件包括：聚磁体、磁阻片和热元件，所述聚磁体呈u形结构，并套设于接线板外周侧，所述磁阻片固定连接于聚磁体的开口上，进而形成环形导磁结构，所述热元件为环形结构，并套接于磁阻片的外周侧，所述双金属片连接所述热元件。

本发明还提供一种真空断路器，包括电磁铁、连杆组件、真空灭弧室、脱扣装置和上述所述的故障电流触发装置，电磁铁与真空灭弧室平行，并通过连杆组件形成传动连接，所述脱扣装置包括脱扣机构和牵引杆，所述脱扣机构串接于连杆组件上，所述故障电流触发装置位于电磁铁与真空灭弧室之间，并设置于连接真空灭弧室的动端的接线板上，所述牵引杆设置于故障电流触发装置与脱扣机构的触发端之间。

进一步的，所述连杆组件包括转动支架和推杆，所述转动支架能绕一支点转动，所述电磁铁通过推杆连接转动支架的一端，所述转动支架的另一端连接真空灭弧室的动端，所述真空灭弧室的动端和静端各自连接一接线板，两接线板的延伸方向皆与推杆的轴向方向相平行。

进一步的，所述脱扣机构串接于推杆上。

通过本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

电磁脱扣触发器中，衔铁平行于磁轭的开口，二者之间各个位置的间隙均是相等的，通电的接线板外围产生感生磁场，磁场中的磁力线集中到高导磁的磁轭和衔铁中，当电流增大至一定值时，磁场强度增强，产生的磁场力克服阻尼件施加的阻力吸合衔铁，使衔铁平移，衔铁的平移带动顶杆移动而击打牵引杆；热脱扣触发器的磁感应加热组件通过接线板电流产生的感生磁场进行发热。电磁脱扣触发器和热脱扣触发器均设置在接线板上，不影响接线板的电流传输，能够很好的适用于大电流(大于800a电流)的断路器中，且精度好，可靠性高。使得现在大电流断路器中能够通过热磁的方式进行触发脱扣，解决了大电流断路器中既要控制主回路的温度升高、又要提高热脱扣触发器中双金属片的温度而确保脱扣的难点。

附图说明

图1所示为现有技术中典型的故障电流触发装置的结构示意图；

图2所示为实施例中故障电流触发装置的立体示意图；

图3所示为实施例中故障电流触发装置的侧视图；

图4所示为实施例中故障电流触发装置的俯视图；

图5所示为实施例中故障电流触发装置的部分结构分解示意图；

图6所示为实施例中故障电流触发装置装配于真空断路器的装配示意图；

图7所示为图6中结构的分解示意图；

图8所示为实施例中真空断路器的内部结构示意图；

图9是脱扣机构处于锁扣状态的示意图；

图10是脱扣机构处于锁扣状态的剖视图；

图11是脱扣机构处于脱扣状态的示意图；

图12是脱扣机构处于脱扣状态的剖视图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

参照图2至图5所示，本实施例提供的一种故障电流触发装置，具体的，该故障电流触发装置运用于真空断路器上，用于触发脱扣装置脱扣，断路器的接线板11一端用于连接负载线路的接线端子，另一端通过软连接12连接真空灭弧室的动端。当然的，在其他实施例中，适用的断路器类型不局限于此。

该故障电流触发装置包括电磁脱扣触发器20和热脱扣触发器30，所述电磁脱扣触发器20包括：磁轭21、衔铁22、顶杆24和阻尼件23，所述磁轭21套于接线板11外周侧并具有一开口(未示出)，具体的，磁轭21呈u形结构，u形结构的上端开口即为磁轭21的开口，当然的，在其他实施例中，磁轭21也可以呈其他结构。所述衔铁22正对所述磁轭21的开口，并与所述磁轭21的开口呈一定间隙且相平行，所述阻尼件23向衔铁22施加一阻止其朝磁轭21方向移动的阻力，所述顶杆24固定连接所述衔铁22，并对应脱扣装置的牵引杆(如图8所示对应牵引杆72)。通电的接线板11外围产生感生磁场，磁场中的磁力线集中到高导磁的磁轭21和衔铁22中，当电流增大至一定值时，磁场强度增强，产生的磁场力克服阻尼件23施加的阻力吸合衔铁22，使衔铁22平移，衔铁22的平移带动顶杆24移动而击打牵引杆，进而触发脱扣装置脱扣动作。衔铁22平行于磁轭21的开口，二者之间各个位置的间隙均是相等的，精度控制更好。

所述热脱扣触发器30包括设置于接线板11上的磁感应加热组件和连接磁感应加热组件的双金属片34，所述双金属片34对应脱扣装置的牵引杆。热脱扣触发器的磁感应加热组件通过接线板11电流产生的感生磁场进行发热，再将热量传递至双金属片34上，以使双金属片34变形击打牵引杆，进而触发脱扣装置脱扣动作。

电磁脱扣触发器20和热脱扣触发器30均设置在接线板11上，不影响接线板的电流11传输，能够很好的适用于大电流(大于800a电流)的断路器中，且精度好，可靠性高。使得现在大电流断路器中能够通过热磁的方式进行触发脱扣，解决了大电流断路器中既要控制主回路的温度升高、又要提高热脱扣触发器中双金属片34的温度而确保脱扣的难点。相对于现有技术中大电流断路器采用电子脱扣装置的结构，成本低，体积小，更具备市场竞争力。

进一步的，在实际断路器的结构中，接线板11为强电部分，一般位于最下层，上层为分合闸操作机构，以方便操作人员操作，且使操作人员远离强电部分，因此，脱扣装置也一般位于接线板11的上方。因此，本实施例中，所述磁轭21的开口朝下设置，所述衔铁22位于磁轭21的开口的下方位置，磁轭21吸合衔铁22时，衔铁22向上平移，而带动顶杆24向上顶起而击打脱扣装置的牵引杆。同时，磁轭21与衔铁22相吸合的阻力还包括衔铁22自身的重力，如此设置，可以适当的减小对阻尼件23的要求，更易于实现。当然的，在其他实施例中，可以根据实际的布局而设置磁轭21的开口的朝向以及衔铁22的位置，如磁轭21的开口朝上设置时，衔铁22位于磁轭21的开口的上方，磁轭21吸合衔铁22向下平移；此时，阻尼件23的阻力还要支撑衔铁22的重力，对阻尼件23的要求较高。

再进一步的，本实施例中，所述顶杆24呈竖直设置，所述脱扣装置的牵引杆正对所述顶杆24的上端部。衔铁22的向上平移带动顶杆24的上移方向与其轴向方向相同，能够有效节省空间。当然的，在其他实施例中，顶杆24也可以根据牵引杆的位置呈倾斜设置等，只要能够使顶杆24击打牵引杆即可。

再进一步的，本实施例中，所述磁轭21上开设有对应顶杆24的让位孔(未示出)，所述顶杆24穿设于磁轭21的让位孔内，且其上端部露出所述磁轭21的上表面，所述脱扣装置的牵引杆位于磁轭21的上表面的上方位置。如此，顶杆24可固定于衔铁22的中部位置，节省装配体积，对牵引杆击打效果也较好。当然的，在其他实施例中，顶杆24也可以设置在磁轭21的外围等。

再进一步的，本实施例中，所述顶杆24的上端部还固定有一外径大于磁轭21的让位孔的孔径的抵触部25，所述衔铁22悬空设置，所述衔铁22和顶杆24通过抵触部25抵触于磁轭21的上表面而实现定位。无需采用其他支撑结构对衔铁进行支撑，极大的节省零部件，结构简单，设计巧妙。当然的，在其他实施例中，也可以采用其他支撑结构对衔铁进行支撑。

再进一步的，本实施例中，所述抵触部25为螺母，所述螺母25螺接于所述顶杆24的上端部，使得螺母25可沿顶杆24的轴向方向进行移动调节，进而调节磁轭21与衔铁22之间的初始间隙，进而能够调顶杆24的冲击位移。当然的，在其他实施例中，抵触部还可以采用能够沿顶杆24的轴向方向进行移动调节的其他结构，或者是直接与顶杆24相固接的结构等。

再进一步的，本实施例中，所述阻尼件23为弹性阻尼件，所述弹性阻尼件23向衔铁22施加一阻止其朝磁轭21方向移动的弹性阻力。磁轭21与衔铁22相吸合时，衔铁22克服弹性阻尼件23的弹性阻力向上平移，磁场力减小或消失时，弹性阻尼件23恢复弹性形变而冲形驱动衔铁22复位，实现可重复。当然的，在其他实施例中，阻尼件23也可以是非弹性的阻力，如衔铁22与外部结构进行接触而产生的摩擦阻力等。

再进一步的，本实施例中，所述弹性阻尼件23为弹簧，所述弹簧23套设于顶杆24上，两端分别抵触于磁轭21和衔铁22上。采用弹簧23，可直接套设于顶杆24上，容易装配，且装配后结构稳定。当然的，在其他实施例中，也可以采用其他弹性器件。

进一步的，本实施例中，电磁脱扣触发器20中，一般要求8倍ir不能动作，10倍ir能够可靠动作，对于小电流的断路器来说比较容易实现。然而对于大电流的断路器来说：如正常电流为1250a的情况下，8倍电流的有效值为10000a、10倍电流的有效值为12500a，这就导致磁轭21和衔铁22的导磁早就处于饱和状态，即使由8倍电流增加至10倍电流的情况下，磁轭21和衔铁22的磁通量变化差值很小，即动作值和不动值之间的差值很小，单靠弹簧23的设置很难准确可靠，导致电磁铁的可靠性不高。因此，在结构设计时，充分考虑到这个问题，可对磁轭21和衔铁22的气隙、导磁面积进行匹配优化设计，增加动作值和不动值之间的差值，确保电磁铁动作的可靠性。

进一步的，本实施例中，所述双金属片34延伸至磁轭21的上表面和牵引杆之间。双金属片34到达一定温度时，双金属片34变形向上翘起击打牵引杆。

再具体的，本实施例中，所述磁感应加热组件包括：聚磁体31、磁阻片32和热元件33，所述聚磁体31呈u形结构，并套设于接线板11外周侧，所述磁阻片32固定连接于聚磁体31的开口上，进而形成环形导磁结构，所述热元件33为环形结构，并套接于磁阻片32的外周侧，所述双金属片34连接所述热元件33。通电的接线板11外围产生感生磁场，磁场中的磁力线集中到聚磁体31和磁阻片32组成的环形导磁结构上，形成闭合的导磁回路，相当于一个变压器的线圈。同时，热元件33绕着磁阻片32形成闭合回路，相当于变压器的二次绕组，由于热元件33没有对外输出功率，因此它产生的感生电动势都用于发热，即是将磁能转换成热能，使得热元件33发热，热元件33产生的热量传递至双金属片34上，使其变形。

再具体的，本实施例中，磁阻片32设有多个并依次层叠设置，相当于多个串联的磁阻，交流电交变现象使得磁阻片上产生涡流(铁损)，也使得磁阻片32温度升高，能够将热量传递给热元件33，热元件33升温更快，触发响应更快。

具体的，双金属片34为现有技术中用于加热变形触发脱扣动作的器件，双金属片34对应牵引杆的端部设有螺钉35，双金属片34变形时，通过螺钉35击打牵引杆，为常规结构，在此不再详述。

再具体的，本实施例中，热元件33由纯铜制成，具有很好的导热性，可以将磁阻片32、热元件33上温度有效的传递到双金属片34上。双金属片34变形时，双金属片34上的螺钉35随之运动，推动牵引杆动作，断路器即能实现脱扣。

再具体的，本实施例中，所述热元件33与磁阻片32之间通过固定穿设于二者之间的连接柱37进行固定连接，结构简单。当然的，在其他实施例中，热元件33与磁阻片32之间还可以通过其他方式进行固定。

此热脱扣触发器的结构，将发热控制在磁阻片和热元件上，并且基本没有增加接线板、软连接等正常电路器件的发热，有效的控制了断路器整体的温升，提高了产品的容量，降低了产品的成本，提高了产品竞争性。

具体参照图6至图8所示，本实施例还提供一种真空断路器，包括电磁铁50、连杆组件、真空灭弧室40、脱扣装置和上述所述的故障电流触发装置，电磁铁50与真空灭弧室40平行设置，并通过连杆组件形成传动连接，所述脱扣装置包括脱扣机构71和牵引杆72，所述脱扣机构71串接于连杆组件上，所述故障电流触发装置位于电磁铁50与真空灭弧室40之间，并设置于连接真空灭弧室40的动端的接线板11上，该图8中的接线板11即为图2至图5中的接线板11，能够充分利用电磁铁50与真空灭弧室40之间的间隙，使得结构更为紧凑。

所述牵引杆72设置于故障电流触发装置与脱扣机构71的触发端之间，当故障电流触发装置发生动作击打牵引杆72，牵引杆72动作而作用于所述脱扣机构71的触发端，进而触发脱扣机构71脱扣。具体的，脱扣装置的脱扣机构71和牵引杆72均为现有技术，其具体的结构在此不再详述。

再具体的，所述连杆组件包括转动支架61和推杆62，所述转动支架61能绕一支点转动，所述电磁铁50通过推杆62连接转动支架61的一端，所述转动支架61的另一端连接真空灭弧室40的动端，所述电磁铁50推动推杆62，进而驱动转动支架61转动，所述转动支架61的转动驱动真空灭弧室40的动端移动而进行合闸。

所述真空灭弧室40的动端和静端各自连接一接线板，即动端连接一的接线板即为上述用于设置故障电流触发装置的接线板11；静端连接接线板111。两接线板11、111的延伸方向皆与推杆62的轴向方向相平行，使得该真空断路器的本体结构以及该真空断路器与外部器件(如隔离触头)连接后的整体结构均更为紧凑。

再具体的，所述脱扣机构71串接于推杆62上，即推杆62分为两段支杆，脱扣机构71串接于两段支杆之间，便于设置脱扣机构71和进行脱扣动作。当然的，在其他实施例中，脱扣机构71的设置位置不局限于此。

再具体的，继续参照图8至图11，推杆62分为两段支杆，分别是第一段支杆201和第二段支杆204，脱扣机构71包括第一连杆202、第二连杆203和安装板，第一段支杆201、第一连杆202、第二连杆203、第二段支杆204依次铰链连接，第二段支杆204固定连接安装板且与电磁铁50相对，安装板上组装有止动杆206和脱扣半轴205，止动杆206配置有止动杆复位扭簧，脱扣半轴205配置有脱扣半轴复位扭簧。

在断路器的正常工作状态下，如图9和图10所示，止动杆206在止动杆复位扭簧的作用下抵压第二连杆203，使第一连杆202和第二连杆203处于相对平直状态，并且脱扣半轴205在脱扣半轴复位扭簧的作用下抵住止动杆206，从而锁住止动杆206。此时，脱扣机构71处于锁扣状态，电磁铁50可以通过抵推第二段支杆204使推杆62整体移动，从而推动转动支架61进行转动，进而使真空灭弧室40的动静端接触合闸。断路器正常断电时，脱扣机构71保持在锁扣状态。

断路器发生短路或过载故障时，电流触发装置击打牵引杆72，牵引杆72拨动脱扣半轴205，从而解除对止动杆206的限制，复位弹簧自动缩短往电磁铁50方向拉动转动支架，转动支架61在复位弹簧的作用下绕支点转动，第一段支杆201受到转动支架61上端的推力从而抵推第一连杆202，第二连杆203克服止动杆206对其的抵压力发生转动，使第一连杆202和第二连杆203从相对平直状态切换为如图11和图12所示的折叠状态，脱扣机构71进入脱扣状态，同时，转动支架下端拉动真空灭弧室40的动端，以使动、静端分离，从而使断路器跳闸。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。