专利名称:带改进操作机构的模铸外壳断路器具有支枢点转移的自动脱扣连杆的制作方法
本发明涉及到一台电气断路器，特别是涉及到这种断路器用的一个操作机构，以及涉及到具有一种自动脱扣连杆系统的一般模铸外壳断路器。
断路器以及特别是模铸外壳的断路器乃是众所周知的先有技术。这种设备的例子已公开在美国专利号如下的说明书中2，186，251;2，492，009;3，239，638;35，25，959;
3，590，325;3，614，685;3，775，713;3，783，423;
3，805，199;3，815，059;3，863，042;3，959，695;
4，077，025;4，166，205;4，258，403;4，295，025。
这类模铸外壳断路器都设有可动的触头装置和操作机构，它们是按照保护电路或电力系统免受电气故障而设计的，具体来说是保护电力过负荷状态、较小短路或故障电流状态，以及在某些情况中的设备中保护大短路或故障电流状态。先有技术中的设备利用一个带脱扣装置的操作机构，通过操动一个中心偏离的肘杆机构，在过负荷、短路或故障状态下去分离一对电气触头。至少有一些先有技术设备利用触头的“斥分”条件，即触头的分离先于操作机构通过一个脱扣操作的程序，而快速地遮断大短路或故障电流的流通。
虽然许多先有技术设备已经对电路的故障状态设有有效的保护，但是具有快速、有效和可靠的操作能力的小尺寸的模铸外壳的断路器仍然是需要的。用于控制这种断路器的许多操作机构是需要相当大的操作空间的，而对模铸外壳的断路器则需要一种操作机构，要求它能利用更小的空间而又能提供快速、有效和可靠的操作，以保护电路免遭过负荷或故障电流状态的损害。
本发明提供的一种电路断路器包括有一个第一电触头;一个第二电触头;用于运动所述的第一和第二触头到“合”位置和到“分”位置的操作装置;所述的操作装置包括一个中心偏离的肘杆机构;所述的中心偏离的肘杆机构包括至少一个可动的连杆，它被驱动地连接到所述的第一触头并可绕着第一和第二枢轴转动;所述的可动连杆在断路器的一次脱扣动作期间能够相继地绕着所述的第一和第二枢轴转动。
有利的是，本发明涉及的一台模铸外壳断路器具有的一台操作机构占有比较小的空间，而却能提供快速、有效和可靠的操作，以保护电路或电力系统避免过负荷或故障电流造成的危害。该操作机构包括有自动脱扣、中心偏离的肘杆机构，可以响应过负荷及短路或故障电流条件而分开或闭合一对电气触头。该中心偏离的肘杆机构包括有一对固定的连杆，在它的下部形成一个凹槽，用以收纳一个可转动的支架支撑轴，在它的下部还形成有一个延伸的表面。
该中心偏离的肘杆机构包括有一对上曲柄连杆和一对下曲柄连杆，通过一根曲柄弹簧轴而互相连接起来。该中心偏离的肘杆机构还包括一个整体、刚性可转动的支架，在支架上形成有穿透的第一孔洞，用以收纳可转动支架的支撑轴，以及穿透的第二孔洞，它形成在支架上与第一孔洞空间分开一予定距离处，用以接收一个上曲柄连杆跟随轴。该上曲柄连杆包括有一个凹槽，用以嵌入和保持一对空间分开的轴颈，该轴颈是沿着上曲柄连杆跟随轴的长向而空间分开地在其上面形成的，这样，支架的转动有效地造成上曲柄连杆的相应运动。下曲柄连杆是通过一个曲柄连接轴而固定到一个动触头上的。每个上曲柄连杆包括有一个第一或起始支枢点以便与固定连杆之一的延伸的下表面相啮合。每个固定连杆包括有一个第二支枢点，用以与上曲柄连杆之一的一个上表面相啮合。
当手动扳动扳柄使其物理地被限定在其“合”位置时，该固定的、上部和连杆能造成操作机的一次脱扣操作。当中心偏离的肘杆机构起动脱扣运动期间，上曲柄连杆绕着其第一支枢点转动，使各触头在断路器脱扣操作期间有效地快速分离、其后，上曲柄连杆的支撑从第一支枢点转移到第二支枢点，加速了动触头在断路器中的速度，由此而急速地拉长了在各触头之间的任意电弧，提高了弧电压从而加速电弧的熄灭。
下面将借助实例参照附图对本发明进行阐明。
图1为一台模铸外壳断路器的顶视平面图;
图2为图1设备的侧面剖面图，并有一部分剖开以示出里面的细部;
图3为图1设备的部分放大横剖面图，取自图1的剖线3-3;
图4为图1设备的一对电气绝缘指示板的透视放大图;
图5为图1设备的横剖视放大图，取自图1的剖线5-5，表明设备在其“合”和“斥分”位置;
图6为图1设备的局部横剖面放大图，取自图5的剖线6-6;
图7为图1设备的局部横剖面放大图，取自图5的剖线7-7;
图8为图1设备的局部横剖面放大图，取自图5的剖线8-8;
图9为图1设备中横闩组件的横剖面局部放大图，取自图8的剖线9-9;
图10为图1设备中横闩组件的横剖面局部放大图，取自图8的剖线10-10;
图11为图1设备的横闩和上触头组件横剖面局部放大图，取自图5的剖线11-11;
图12A和图12B为图1设备上触头组件的一部分横剖面局部放大图，描述上触头组件在“斥分”操作期间的顺序位置;
图13为图1设备操作机构的局部放大、分解、透视图;
图14为图1设备的中间极或相的横剖视局部放大图，说明设备在其“分”位置的情况;
图15为图1设备中间极或相的横剖视局部放大图，说明设备在其“脱扣”位置的情况;
图16和图17为图1设备的横剖面局部放大图，说明该设备在发生脱扣期间操作机构的顺序位置;
图18是一个力的图解，说明图1设备复位所需要的扳柄力与扳柄行程的关系;
图19、20和21，类似图12的横剖视局部放大图，各描述图1设备的横闩和上触头组件的不同实施例;
图22，图21组件的横剖视局部放大图，取自图21的22-22剖线;
图23，为图1设备下触头不同实施例的横剖视局部放大图;以及图24为图23的下触头的横剖视局部放大图;取自图23的剖线24-24。
图1-17用来说明一台模铸外壳断路器30，所描述和图示的是三相或三极断路器，但本发明的原理同样适用于单相或其它的多相断路器。
断路器30包括有一个模铸的垫气绝缘的顶盖32，它以一些紧固螺丝36机械地紧固到一个模铸的电气绝缘的底盒或底盘34上，设有几个第一电气端子或引线端子38A、38B、和38C每相或每极一个，同样地设有几个第二电气端子或负荷端子40A、40B、40C，这些端子用于将断断器30电气地串接到欲保护的三相电力系统中的三相电路中。
断路器30还包括有一个电气绝缘的手动扳柄42，它从顶盖32上的开口44伸出来，用于操作断路器30到“合”(图5)或“分”(图14)的位置，断路器30也可以假设处于“斥分”(Bloen-open)位置(图5中虚线)或“脱扣”(TRIP)位置(图15);随着“脱扣”位置之后，为了准备下一步的保护操作，可通过将扳柄42从“脱扣”位置(图15)板到它的“分”位置(图14)，把断路器复位。扳柄42可以被保留在它的分位置(图14)或板到它的“合”位置(图5)，在此种情况下，断路器30即准备好下一步保护操作。扳柄42的动作可以用手动或用一个机械驱动器自动操作。设有一个位置指示器46，从外部明显可见地指示出断路器30的状态和位置，该位置指示器装设在扳柄42的周围并盖在开口44的底部，用作断路器30的内外之间机械和电气上的隔层。
断路器30的主要内部部件(图5)包括有一个电气下触头组件50、一个电气上触头组件52、灭弧棚54、槽形驱动器56、以及一个操作机构58。灭弧栅54和槽形驱动器56是常规设备，因此以下对这些不准备细讲，灭弧栅的主要作用是将在故障情况下分开电气触头72和238时把其间产生的一个整电弧分割成许多较小的串联电弧，以增加总电弧电压促使该电弧熄灭。槽型驱动器是由多层U型钢片、片间并有电氮绝缘物组成，或是由绝缘的U形钢棒构成，设置在触头66和240周围，用于将短路或故障大电流所产生的磁场集中起来，由此来增大分开的触头臂66和240之间的斥力，从而加大触头72和238的分开速度。触头72与238高速分开导致较高的弧阻，从而限制了故障电流的数值。参见美国专利N。3815059的说明书，其中对灭弧栅54和槽型驱动器56有较详细的阐述。
电气下触头组件50(图5、14和15)包括有一个加工成形的下部固定元件62，它被一个紧固螺丝64牢固在底盘34上;一个下部可动触头臂66;一个限制或止挡销68，它被固定地装设在可动触头臂66上并与其一起移动;一个下触头偏压装置或压缩弹簧70;一个触头72，用于实际地与上触头238电气接触;以及一个电气绝缘带74，用于减少在上触头组件52与下触头组件50的各部分之间产生电弧的可能性。伸出底盘34外部的引线端子38B包括有一个整体的端部元件62(图2)。底盘34包括有一个向上的凸出部分34A，它具有一个上面的斜面34B，它在上触头组件52与下触头组件50快速分开期间作为触头臂66运动的下限或止挡。形成的下部固定元件62包括有一个啮合在底盘34上的下部62A，有一个小孔62B即穿过该下部62A形成，用于接纳向上伸出底盘的部分34A，以及用于安放压缩弹簧70。该下部62A也可包括穿过该处形成的螺丝孔62C，用于接纳紧固螺丝64以固定该固定元件62，并由此而使电气下触头组件50固定到底盘34上。固定元件62包括有一个竖立的接触部分62D，可与下部62A整体形成或紧固在62A上。止挡销68C(图5)是为了限制动触头臂66向上运动而设的，用于限制它到与竖立的接触部分62D实际啮合。
触头臂66被牢固在可转动的枢轴78上，以便借此在竖立的接触部分62D上绕着枢轴78的纵轴线转动，在形成固定元件62的下部和下动触头臂66之间的有效导电接触和电流传输即通过此可转动的枢轴78而形成。下部可动触头臂66包括有一个伸长的刚性连接臂66A，它伸延在可转轴78和触头72之间;其上还有一个朝下的凸出部分或弹簧定位器66B，它用来接纳压缩弹簧70的上端，以保持下部可动臂66与压缩弹簧70之间的有效连接。最后，下部可动触头臂66包括有一个在它底端整体加工成的平面66C，用作与止挡34B啮合，以便限制下部可动触头臂66向下运动，并使触头72稳定在那里。
每个电气上触头组件52具有一个电流触头238，用来与电气下触头组件50上的触头72构成物理和电气接触，该触头组件50被布置在上部伸长的动触头臂240的末端。大短路或故障电流的通路通过这两个基本上平行的触头臂66和240，即在其间产生很强的电磁斥分力，从而使触头72和238有效地极速分离，电气绝缘带74用于使上触头臂240与下触头臂66之间电气绝缘。
电气下触头组件50利用流过触头臂66和240的平行伸长部分的大短路或故障电流所产生的大电磁斥力，造成触头臂66抵抗压缩弹簧70(图5)而快速向下运动，由此而使得电触头72与238快速分开，并导致在这两个触头72和238之间的电弧电阻急速增大。因此，在这段相当小的尺寸界限内有效地限制了故障电流的数值。这样的下触头组件50就不需要象许多先有技术中模铸箱型断路器所装设的软铜材料做的导体，这个导体是为了在断路器的一个端子与下部导电触头的可动触头臂之间提供导电通路用的。
操作机构58(图5、13和16)包括有一个中心偏离的肘杆机构80;一个电子或热-磁脱扣机构82(未详示);一根整体的或是整件模铸的横闩84(图13);一对对置或空间分开的硬金属边板86;一个可转动的硬金属扳柄座88;一个刚性止动轴90;以及一对操作拉紧弹簧92。
中心偏离的肘杆机构80包括有一个整件金属支架96，它能围绕着支架的支撑轴98的纵向轴线转动。支架支撑轴98的纵向相对的两个端头是装在对置的边板86上的孔100中。
肘杆机构80还包括有一对上曲柄连杆或反弹连杆102;一对下曲柄连杆104;一个曲柄弹簧枢轴106和一个曲柄连杆的随动轴108。下曲柄连杆104借助一个曲柄接触枢轴110而固定到上触头组件52上，每个下曲柄连杆104具有一个下部小孔112，用于穿过曲柄枢轴110，曲柄枢轴110也穿过上触头组件52上的孔114，以致使上触头组件52能够绕着枢轴110的纵向轴线自由转动。枢轴110的纵向的相对两端嵌入到横闩84中(图6)。因此，横闩84的运动和上触头组件52的相应运动是靠曲柄连杆104的动作而引起的，而不是由于大短路或故障电流条件引起的。在这一方式下，在断路器30的中间极或相上的操作机构58的作用下，其上触头组件52的动作通过刚性的横闩84的联动，同时造成断路器30的其它两极或相的上触头组件52也同样的动作。
每个下曲柄连杆104还有一个上部小孔116，而每个上曲柄连杆102有一个小孔118，弹簧枢轴106被插到孔116和118中，借此将上部和下部连杆102和104连接起来，并使它们能在此轴上转动。在枢轴106纵向的相对两端上设有轴颈102，以便挂住弹簧92的钩状或弯曲的下端122，弹簧92的钩状或弯曲的上端124穿钩在槽126中，该槽是在扳柄座88的上部平面128上形成的。一个定位销130跨在槽126上横向布置，用于持住弹簧92的弯曲端124，以便使弹簧与扳柄座88(图7)相啮合。
在装配好的情况，弯曲端124钩在槽126中，弯曲端122装在轴颈120上，使连杆102和104保持与枢轴106相啮合，并且也拉紧了弹簧92，使中心偏离的肘杆机构80响应并受控于扳柄42的外部运动。
上连杆102(图13)也具有缺口或凹槽132，以便嵌入对在枢轴108的纵向上形成的空间上分开的轴颈134。枢轴108中央部分的轮廓能穿入到支架96上的孔136中，该孔位于距支架96的转轴(即枢轴98的纵轴线)一定距离的地方。由于弹簧92的拉力而使枢轴108与上曲柄连杆102相啮合，这样一来，支架96的转动即带动连杆102的上部作下述的相应转动或位移。
支架96包括有一个伸长面140并在其中形成有一个大体上平的连锁面142，该面142被做成与脱扣机构82的一个转动连杆或脱扣臂144(图5、16、17)相啮合的形状。在脱扣机构82起动一次脱扣操作时，脱扣臂144即绕着脱扣机构82的固定轴145转动。脱扣机构82可以是电子的或是热-磁脱扣机构，它能检测较小短路或过负荷状态，并且也能检测到大短路或事故电流状态。在检测到任意这样的状态时，该脱扣机构82即使脱扣臂144绕着转轴145转动，从而起动了操作机构58的脱扣操作(图16和17)。
支架96还包括一个弯曲伸长的凸缘面148，用于接触一个支架凸缘或限制轴150，该限制轴150的相对纵向两端被嵌置在扳柄座88上形成的一对槽152中，在本较佳实施方案中允许该限制轴150在扳柄座88内转动。支架96还包括一个基本上平的止动面154，用以接触止动轴90的中央部分或刚性止挡156。该表面154与刚性止挡156的啮合能限制支架96在脱扣操作(图15和17)以后向反时针方向运动。
在脱扣操作期间，操作弹簧92的动作路线发生改变，导致扳柄42运动到“脱扣”位置(图15)，即扳柄42位于“合”位置(图5)和“分”位置(图14)之间，以指示出断路器30已经跳闸。止动面154与刚性止挡156的啮合限制支架96的运动，并借此通过限制轴150与支架96的凸缘148的啮合而将扳柄42定位在“脱扣”位置(图15)。此外，凸缘面148和可转动枢轴150的偏心啮合使操作机构58在脱扣操作之后复位，这是由于支架96抵抗着操作弹簧92以顺时针方向运动，从它的“脱扣”位置(图15)到和越过它的“分”位置(图14)，从而将闭锁面142和脱扣臂144重新锁住。凸缘148被设计成这样，即在复位操作期间，当弹簧92被拉长时，在予定的状态下，按照凸缘面148的具体轮廓或外形可以增加扳柄42的机械效果。在这种状态下，为了使操作机构58在一次脱扣操作之后复位，并使扳柄42在其“脱扣”位置和“分”位置之间运动，仅需一个比较低的和基本上恒定的复归力加到扳柄42上即可。
图18的作用力图解说明了在一次复位操作中，扳柄42从“脱扣”(0)位置运行到“复位”(1)位置的过程中运动扳柄所需要的相应复归力。“常规复位”(NORMAL RESET)线说明了常规的或先有技术的断路器所要求的力，它们虽有支架，但不具有在支架96上的凸缘轮廓面148，在一次复位操作中，当运动扳柄时，该面148具有克服一个或多个弹簧所增加的偏置力。“恒定力复位”(CONSTANT FORCE RESET)线说明了通过扳柄42加到枢轴150和支架96的凸缘面148的力，只需要基本上是恒定的力即可取得一次复位操作。显然，对具有带凸缘轮廓面148的支架96的操作机构，当对它进行这种复位操作时，所要求的峰值力基本上比只具有常规支架的断路器所要求的峰值力减少了。在这样的复位操作中所作的功相当于在“常规复位”线和“恒定力复位”线下的面积。在复位操作期间总计所作的功，对“常规复位”线和“恒定力复位”线两者都是一样的。但是，对于利用了如前所述的以予定形状形成凸缘面的支架96进行复位操作，则减小了对峰值力的需要，并且如图中所示即能利用一台电动机操作器或驱动器，为了运动扳柄42，它具有的峰值功率只需要相应于图18所描述的较低的恒定力即可。
在复位操作期间，支架96的凸缘面148与轴150的配合如下在相继于脱扣操作之后的复位操作期间，当扳柄42从“脱扣”位置(图15)顺时针运动到和越过“分”位置(图14)时，由于施加给扳柄42的力通过凸缘轴150而加到凸缘面148上，于是产生了绕着支架支撑轴98的力矩，这个力矩基本上反作用于操作弹簧92的偏置力。当轴150沿着面148运动时，绕着轴98的纵轴的力矩随着在轴98的纵轴和轴150在面148上的啮合位置之间的距离的增大而成比例地增加，这个距离也即是其力臂。此外，凸缘面148以一予定的形状构形，进一步使扳柄42在复位操作期间运动时增加板柄42的机械利益。在扳柄42初始动作期间，相对于在凸缘轴150和转动支架支撑轴98之间的这段距离来说，面148在这部分的构形上具有比较陡的角度，因为这样就可以用比较小的力来克服弹簧92的偏置力;当扳柄42进一步在复位操作中运动时，凸缘面148就以不那么陡的角度来构形，以对扳柄42提供更大的机械利益，以克服弹簧92增长而导致的较大偏置力，这样所增大的机械利益即能在整个复位操作中使扳柄42只需要施加基本上为恒定的复归力(图18)。
肘杆机构80包括一对刚性、空间分开、固定的、转动传递的连杆158(图5、13、16和17)，它被固定在止动轴90上。该固定连杆158含有一个伸长的下表面160，它与在上曲柄连杆102上形成的伸长面162空间上分开。每个固连杆158还含有一个凹槽164，它的形状正好容纳可转动支架的支撑轴98。金属边板86含有孔166，用于收纳和持住止动轴90的纵向相对的两端。
固定连杆158和连杆102、104，能允许操作机构58“自由脱扣”(trip-free)动作，甚至在扳柄42实际被阻限在“合”的位置上时，在脱扣机构82起动脱扣操作下，也保证上触头运动到与下触头脱离啮合状态。当扳柄42处于“合”位置时(图16)，在上连杆102表面162的终端处的一对第一或起始支枢点163，在靠进连杆158的凹槽164的近处啮合着连杆158的表面160。在脱扣操作期间，支架96由于脱扣臂144的顺时针转动而释放，乃导致支架96反时针转动。上连杆102受弹簧92的作用而绕着第一支枢点163作反时针转动。弹簧92还将曲柄弹簧轴106以顺时针方向绕着轴110转动，结果造成连杆104、上触头组件52和横闩84的相应运动。接着，该连杆102的表面106与连杆158的表面160实际啮合。此后，支枢点从起始支枢点163转移到一对第二支枢点168处，导致上触头组件52增大转动速度。
这里所披露的支枢点转移系统，在发生脱扣的情况下，在上连杆102开始作反时针方向转动期间，它对运动上连杆102绕着该第一或起始支枢点163转动显示出很大的机械效益，并且借此来克服惯性和造成上、下触头238和72的快速分离。支枢从支枢点163转移到支枢点168，加速了上触头组件52的运动，从而快速拉长了在触头72和238之间的电弧，并且由此而增长了电弧电压，达到快速灭弧的效果。
扳柄座88包含有一对下垂的支撑臂176(图13)，在它的最底端形成有一对轴承面或园突头178，用于与在边板86上形成的轴承面或园面180相啮合，这样，扳柄座即可控地能绕着轴承面178和180转动。边板86也包含有轴承面182，用以接触横闩84的园轴承面186和把持该横闩84牢固定位在底盘34之内。每个边板86包含有一对下垂的支持臂188，它的端部有一对延伸向下突出的突头190，用以固定该边板在断路器30中。在把支持板86装配在断路器30中时，该突头190穿过底盘34上的孔洞191(见图6)，然后将突头190机械地变形，例如锤击顶头以将突头190锁定在底盘34上。一对成形的电气绝缘隔板192(图7)，用作将断路器30的一极或一相内的导电部件和表面和邻近极或相中的导电部件或表面之间进行电气绝缘。
整体模铸的横闩84包含有三个加大部分194，由园轴承面186划分开。横闩84被一对外露的向外突出的定位器196把持在底盘34上合适的位置。底盘34上有多个轴承面198(见图7)，与轴承面186形成互补形状，用以将横闩84支座在底盘34中并能转动。定位器196被镶嵌在沿各表面198上形成的弧形槽200中。每个加大部分还包含有一对空间上分开的孔202(图13)用以接纳曲柄接触轴110，该轴110可以用任意合适的方法嵌装在孔202中，例如在其间用静压配合。每个加大部分194还包含一个在其内形成的开口204，用以容纳每个上触头组件52的一个伸长端或底部206。
开口204也容许收纳和保持一对触头臂的压缩弹簧208(图11和13)和一个成形的附件-弹簧夹210。压缩弹簧208被设置在加大部分内形成的空间分开的一对凹槽212中。弹簧夹210被装设在压缩弹簧208和上触头组件52的底部206之间，起传输压缩弹簧208的力到底部206上的作用，借此来保证在脱扣操作期间使上触头组件52和横闩84一致响应于操作机构58的操作而同步地运动。但是，在发生短路电流情况时，在平行的触头臂66和240之间产生的电磁斥力的作用下，上触头组件52能克服弹簧208和弹簧夹210的偏压力而独立地绕轴110转动，这样一来，不等候操作机构58的顺序动作，触头72和238即快速分离并运动到其“斥分”(BLOWN-OPEN)位置(如图5和12中虚线所示)。每个上触头组件52在上述大电流故障状态下，这种独立运动在断路器30的任何一极或一相都能实现。
弹簧夹210(图12)包含一个成形的底部214，带有上突头215(图13)和直立的端部217，用以与横闩84的加大部分194上的互补形状部分216啮合到合适的位置，并保持住弹簧夹210与该加大部分194的啮合。弹簧夹包含有一对向上延伸的腿218，用以与压缩弹簧208相啮合。每个向上延伸腿218包括有一个向外鼓出的面220。每个上触头臂240的端部206包含有一个普通的C形槽或凸缘222，形成在弧形面224上，槽或凸缘222和面220配合构形，在其间提供出予定的可变的压紧力。
在常规操作情况下，弹簧夹210的面220与上触头臂240的面224接触在凸缘或陡缘面222处，而将横闩84保持在与上触头组件52啮合(图5和12)。在发生大短路或故障电流情况下，由于每个上触头臂240绕着轴110的纵轴线顺时针转动，所以每个面224即沿着面220运动。在上触头组件52转到其“斥分”位置时(图5和12)，通过啮合面220和224的弹簧208的合成力线，基本上经过轴110的纵轴线，借此而实质上减低了弹簧208绕轴110的纵轴线的压紧力矩。其后，当断路器30被复位在它的“合”位置时，弧形凸缘面224顶着面220运动到凸缘222处的锁定点。利用改变凸缘222的外形或弹簧夹210的凸面220的外形，即能使弹簧208的压紧力臂按所期望而增大或减小。
参照图12A和12B，图12A所示为上触头组件52的底部206正处于“合”位置，图12B为处在“斥分”操作期间的一个顺序位置。弹簧208的压力在图12A和12B中在面220(图12)与面224相啮合点处用箭头及参考字符F示出。在“合”位置情况下，在面220与224啮合点处的面224的法线示出一个分力F1，此力F1的作用线与轴110的纵轴线离开了一个距离为L1，弹簧分力F1与此力臂L1所提供的压力矩，即保证了在常规的脱扣操作中，使上触头组件52与横闩84响应于操作机构58的动作而一致运动。在“斥分”动作期间，因上触头组件52绕着轴110的纵轴线转动(图12B)，面224的形状被做成使弹簧208提供一个分力F2，此力基本上通过或重合到组件52的枢轴上，即对轴110的纵轴线所产生的力臂基本上为零，于是弹簧208绕着轴110的纵轴线所产生的力矩实质上大大减小了，借此保证了在“斥分”动作期间上触头组件52能够单独运动而与横闩84无关，从而快速分开触头72和238。该分力F2主要是摩擦力，而且力F2显著小于力F1。在这种方式中，压缩弹簧208既能可释放地将底部206偏置到与横闩构成驱动的啮合，以使上触头组件52的转动能与横闩84的转动齐步进行;而在发生大故障电流引起“斥分”动作时，又能允许上触头组件52单独转动而基本上与横闩84无关。
图13中示有两对电流软导线234，用作提供穿过断路器30的电流通道，每对软导线234可用任意合适的方法连接，例如用铜焊接到每个上触头组件52的纵向端部206的两个相对的侧面上，以及焊接到脱扣机构82中的一个下导电板236上。软导线234供作上触头组件52和脱扣机构82之间的电流通路，并由此而在端子38B和40B之间，经过下触头组件50、上触头组件52、软导线234、和脱扣机构82，构成了断路器30的电流通路。
在运行中，断路器30可以接在电流线路和电力负荷之间，分别接到端子38A、B、C和40A、B、C上。操作机构58可以通过板动扳柄42而从其“脱扣”位置(图15)置位，这是要尽可能地经过其“分”位置(图14)，以保证将支架96的联锁面142和可转动脱扣臂144复位。
相继于脱扣操作之后，在扳柄42上加力使其顺时针从其“脱扣”位置(图15)运动到和经过它的“分”位置(图14)，这样以使支架96的联锁面142与脱扣臂144重新锁住。在扳柄42作这样的运动期间，该凸缘轴150啮合支架96的凸缘面148，并使支架96顺时针绕着可转动支架支撑轴98转动。支架96顺时针转动引起固定在支架96上的曲柄连杆跟随轴108的相应运动，在这样的运动期间，操作弹簧92同时绕着曲柄弹簧轴106顺时针转动，而且在曲柄弹簧轴106上激发了一个向上的力;反弹连杆102绕上曲柄连杆跟随轴108反时针转动，并且下曲柄连杆104绕轴110顺时针转动，该轴110是保持在横闩84内一个固定处的。在曲柄弹簧轴106激出的向上的弹簧力也通过反弹连杆102而作用到轴108上，借此而对支架96提供了一个反时针绕着支架支持轴98纵轴线转动的偏置力。扳柄42顺时针运动经过如图14所示的“分”位置后，直到联锁面142与脱扣臂144再锁住为止。然后，再将扳柄42从它的“分”位置(图14)移动到其“合”位置(图15)，以造成操作机构58合上触头72和238，于是断路器30就准备好了此后对三相交流电路的保护操作。
扳柄42从其“分”位置移动到其“合”位置是靠施加给扳柄42一个力使其反时针运动的结果。在“分”闸位置情况下，支架96以其连锁面142啮合可转动的脱扣臂144而处于连锁位置，并且上曲柄连杆102的槽132被保持在与固定在支架96内的上曲柄连杆跟随轴108相啮合。当扳柄42起始反时针运动时，操作弹簧92的动作路线是向右到达上曲柄连杆跟随轴108;反弹连杆102、下曲柄连杆104和曲柄弹簧轴106是不动的。当操作弹簧92的动作路线经过上曲柄连杆跟随轴108之后，反弹连杆102顺时针转动，直到支枢点163啮合到固定连杆158的面160为止。此外，操作弹簧92运动经过轴108的动作路线变化的结果，曲柄弹簧轴106乃顺时针绕着上曲柄连杆跟随轴108转动而运动到左面，引起下曲柄连杆104的运动，它绕着曲柄弹簧轴106作反时针转动。由此而使横闩84反时针转动，并造成触头组件52相应地运动，以致随着操作机构58在“合”闸位置而合上触头72和238。
在发生持续过负荷的情况时，该可转动脱扣臂144绕着固定轴145转动而解开支架96的连锁面142，支架96立即通过反弹连杆102而被操作弹簧92加速以反时针方向运动，导致上曲柄连杆102、曲柄弹簧轴106和下曲柄连杆104基本上瞬时动作，如图16中虚线所示。轴106向上运动则通过下曲柄连杆104的运动而引起曲柄触头轴110相应地向上运动，并且可转动横闩84也瞬时向上运动，于是有效地使上触头组件52向上运动到其“脱扣”位置(图15)。因为上触头组件52的底部206是被弹簧208偏置到与横闩84相啮合的，于是上触头组件52与横闩84一致运动，乃导致断路器30中三对上、下触头72和238全部同时或同步地分离。在这一脱扣操作中，跨在触头72和238之间所出现的任何电弧被拉长、分割、并和常规的顺序一样地熄灭。
在发生大短路和故障电流情况下，由于事故电流通过大体上平行的触头臂66和240而产生大电磁斥力，它使触头72和238迅速分离并运动到其“斥分”位置(图5中虚线所示)。下触头组件50的触头臂66的运动以止挡面34B为极限，而每个上触头组件52的各自触头臂240的运动，则被触头组件52端部206的下接触面242(图12)与在底盘上形成的止挡面244的啮合所限定。每个触头臂240被面220和224的啮合而保持在其“斥分”位置。触头72和238的分离即如此取得，不必通过操作机构58执行一次脱扣操作程序。
断路器30的位置指示器46(图1，3-5和14-17)对断路器操作机构58的情况或位置提供了外部可见的明显指示。位置指示器包括有多个绝缘的指示牌、带或隔板，举例详细来说，设有一个第一或上部绝缘片、带或隔板246和一个第二或下部绝缘片，带或隔板248，它们结合起来对操作机构58的位置或状态给出一个外部看得清楚的指示。隔板246和248设在扳柄42的周围，并且复盖在开口44的底部，对断路器30的内外之间起到电气和机械的隔离作用。顶盖32最好包含一对空间分开、在两侧排列的开口或观察孔250，通过它们可以从外面见到里面的标志，标志可以是一对空间分开的两侧排列的位置标记或红色标志252(图4)固定在隔板246上，或是一对空间分开、两侧排列的位置标记或白色标志254固定在隔板246上，或者一对空间分开、两侧排列的位置标记或绿色标志256固定在隔板248上。
隔板246具有一个相对较小的孔口258，紧密地配合在扳柄42的周围。隔板248具有稍大一些的孔口260，以便在隔板246与248之间，或扳柄42与隔板248之间能作相对运动。隔板248的尺寸在沿开口44的长方向上较长于隔板246的尺寸，这样，当隔板标志与观察孔250匹配时，保证可以从观察孔250清楚地看到隔板248上的绿色标志，并且保证开口44在扳柄42处在所有位置时都能被盖住。
当扳柄42在开口44内被移动到其“合”位置时，红色标志252被定位在观察孔250处而提供外部以清楚的可见指示，表明断路器30的操作机构58处于其“合”的位置(图5)。对于断路器的脱扣操作，这时扳柄42运动到断路器30的负荷侧(图15)，围着扳柄42的隔板246乃随同扳柄42运动到使白色标志254出现在观察孔250的位置处，提供给外部的可见指示，表明断路器30的操作机构58是处在其“脱扣”位置(图15)。在扳柄42的这次运动期间，当扳柄42在孔口260内运动时，下隔板248并布移动。当板柄42在开口44内移动到其“分”位置时，隔板246被移动越出观察孔250，而在隔板248上的绿色标志256被定位在观察孔中，从而提供给外部可见判别信号，表明操作机构58处于其“分”位置处。
多个空间分开的绝缘支撑部件262(图3和5)最好是与顶盖32整体形成，它用于构成隔板248的长向端的侧支撑，以便当扳柄42在其“分”位置时防止隔板248由于施加的外力而产生向内的偏斜。在有限的空间需要最大限度的运动的这样地方用带有颜色标记252、254和256的隔板246和248的设置是特别有利的，因为在扳柄42和隔板248之间毋需用动作的联系比采用动作的联系来讲可以使用较短的隔板248。
断路器30的另一个替换实施方案如图19所示，采用前述图1-17所用的等同的参考标号对以下断路器30的不变化部分和共同部件进行描述，一组上触头组件264的每一相部件包括有一个长向的终端或底部266，该底部266包含有一个底槽或凸缘268和一个上槽或凸缘270形成在该处的弧形面272处。在一对压缩弹簧276和上触头组件264的底部266之间设有一个弹簧夹274，用以将弹簧276的压紧力传送到底部266上，以此来保证上触头组件264和横闩84在常规脱扣操作期间，响应扳柄42的运动或操作机构58的动作而一致运动。弹簧夹274包括一个向外凸的面278形成在每个直立的腿218上，用以与上触头组件264底部266的弧形面272相啮合。如前面对图12A和12B所描述一样，下凸缘268和面278被构形成提供一个分力为F1的绕着轴110的纵轴线的压紧转矩，压紧转矩与距离L1成正比，L1是轴110的纵轴线和弹簧212通过啮合面278和272作用的总力线之间的距离。通过将面272适当构形，可以将该转矩按需要来改变。弹簧212可释放地将上触头组件264底部242偏压到与横闩84形成驱动啮合，使触头组件264的转动与横闩84同步;并在发生大故障电流情况下，在“斥分”动作期间，可使组件264的转动基本上与横闩84无关。摩擦力F2(图12B)基本上通过轴110的纵轴线，并且它比F1(图12A)小得多，已如前述。
在常规操作情况下，弹簧夹274的面278与上触头组件264的下凸缘268相接触，以保持横闩84与上触头组件264的驱动啮合。在发生大短路或故障电流情况下，由于上触头组件264绕轴110的纵轴线顺时针方向转动，底部266的弧形面272抵着面278而运动，当上触头264转到它的“斥分”位置时(图19中虚线)，弹簧212的合成力线穿过啮合的凸缘面278和272，基本上通过轴110的纵轴线上，由此而实质上降低了被弹簧276绕着轴110的纵轴线所给的转矩。在“斥分”位置时，上凸缘270啮合着弹簧夹274的外凸面278，以此保持上触头组件264在其“斥分”位置，由此而消除或极限地减小了触头再碰合的可能性。
按照对断路器30的进一步改变的实施方案(图20)，每个上触头280包含有一个纵向端头或者底部282，该底部282包括一个底槽或凸缘284和一个上槽或凸缘286，它们沿着弧面288并在其上形成。
在每个底部282的弧形面288和固定在横闩294内的每个压缩弹簧292之间设置一个滚珠290。有一个调节螺丝或螺丝插塞296与压缩弹簧292啮合以为滚珠290提供所期望的弹簧力。滚珠290将压紧力从弹簧292传到底部282，借此来保证在常规操作时上触头组件280和横闩294响应扳柄42或操作机构58的动作而一致运动。在常规操作条件下，滚珠290是啮合在上触头组件280的下凸缘284处，并由此传递压缩弹簧的力。
在发生大短路或故障电流情况下，当上触头组件280绕着轴110的纵轴线顺时针方向转动时，底部282的弧形面288抵着滚珠290而运动。如前面对图12A和12B所作的描述，弹簧292的分力显著地由“合”位置中具有力臂L1的F1下降到摩擦力F2，这个力基本上是通过组件280的枢轴或轴110的纵轴线，这是发生在“斥分”动作期间上触头组件280绕着轴110的纵轴线转动的情况中。在“斥分”位置中，滚珠290啮合在上凸缘286处，从而保持住触头组件280在其“斥分”位置，由此而消除或极限地减小了触头再碰合的可能性。其后，当断路器30已复位到其“合”位置时，该弧形面288抵着滚珠290运动，直到滚珠290被置于凸缘284处为止。
按照断路器30的另一个改变的实施方案(图21和22)、每个上触头组件298包含在长向上有一个触头或底部300，沿着它的弧形面306上段有一个上槽或凸缘304。设有一个弹簧箍308，它被一个夹紧器312固定到模铸的横闩310上，并且位于上触头组件298的底部300和横闩310之间。弹簧箍308包含一个大体为平的上部314，用于与横闩310啮合，并具有一个穿透的孔(未注明)，用来嵌入夹紧器312以固定弹簧箍308到横闩310上;该弹簧箍308还包含有一对下垂臂316，具有与其整体形成的水平的延伸部分318，而每个下部318还形成有一个向外的凸缘面320。弹簧箍的外形构成围绕横闩310的形状，并用其突缘面320与上触头组件298底部300的弧形面306接触啮合。所形成的弹簧箍308能对底部300提供予定的弹簧力，以保证在常规的脱扣操作期间上触头组件298和横闩310响应扳柄42和操作机构58的运动而一致运动。
在常规操作期间，弹簧箍308的面320与底部300的下凸缘302啮合。在发生大短路或故障电流情况下，上触头组件298绕着轴110转动，面306则沿弹簧箍308的面320运动而使触头72和238快速分离并运动到其“斥分”位置(图21中虚线)，而不等待操作机构58的程序。和以上对图12A和12B的描述相同，该弹簧箍308的分力已显著地由在“合”位置具有力臂L1的F1减小到摩擦力F2，此力基本上通过组件298的枢轴或轴110的纵轴线，这是在“斥分”动作期间上触头组件298绕着轴110纵轴线转动中发生的。上凸缘304与面320啮合，以保持上触头组件298在其“斥分”位置，由此消除或极限地减小了触头再碰合的可能性。弹簧箍提供充分的弹簧力，以保证在上触头组件298与横闩310之间获得合适的接触啮合而不需要一个或多个压缩弹簧。
按照断路器30的另一个不同的实施方案(图23和24)，一个下触头组件322包括有一个成形的下固定元件324啮合在底盘34上;一个直立的接触部分326;一个可动触头臂328;一个下触头偏压装置或扭动弹簧330;一个下触头332，它与上触头238形成物理的和电气的接触;以及一条电气绝缘带334，用以降低在上触头组件52与下触头组件322的各部之间产生电弧的可能性。可动触头臂328被固定地装在可转动轴78上，以便与直立的接触部分326绕着转轴78的纵轴线一起转动。该可动触头臂328包含一个伸长的斜面336，在它的一个终端处有一个凹槽338，该可动触头臂338还包含一个整体形成的大体平的限制面340，形成在它的一个端部上，用于与止挡34B碰触以限定可动触头臂328和固定在其上面的触头332向下运动。
扭动弹簧330包含一个上部伸长的弹簧臂342，用于与面336啮合;以及包含一对空间上分开的伸长并向下扩展的支撑臂337，它们经过围绕而终止于扩展端344，用以将触头弹簧330保持在断路器30中。在断路器中组装下触头组件322时，将扩展端344插过一对在下固定部件324上形成的小孔346，然后将腿344机械地改形而将弹簧330锁定在固定部件324上。扭动弹簧330构形成如上所述和图中所示，使其能够提供所需要的弹簧力，以保证下触头322被合适地偏压到与上触头52啮合，并能可靠地长期运行。
如同前面对下触头组件50所述，大短路或故障电流通过触头臂240和328的平行伸长部分产生很大的电磁斥力，触头组件322借此抵抗着触头弹簧330的偏压而使触头臂328快速向下运动。
在发生大短路或故障电流情况下，可动触头臂328以反时针方向绕轴78的纵轴线转动而向下偏移，并且弹簧330的弹簧臂342沿着可动触头臂328的表面336运动。可动触头臂328的向下偏移被限于触头臂328的平面340与止挡34B接触为止。该斜面336的倾斜角有效地减小了在上和下触头238和332分开以后加到可动触头臂328上的压力，并在故障电流的过程中使抵抗触头组件322向下运动的弹簧力减至最小。此外，被弹簧臂342所加的弹簧力绕着轴78转动的力臂也减小了，同时因为弹簧臂342沿着面336向轴78的方向运动，故而增加了上述大电磁斥力的机械效益。因此，在故障电流情况下，阻止触头组件322向下运动的合成力实质上被减小了。
权利要求
1.一台电气断路器包括有；一个第一电气触头，一个第二电气触头；操作装置，用于操作所述的第一和所述的第二电气触头运动到“合”闸位置和“分”闸位置；其特征为，所述的操作装置包括有一个中心偏离的肘杆机构；所述的中心偏离的肘杆机构包括至少有一个可动连杆，可驱地被连接到所述的第一电气触头，并且可绕着第一和第二枢轴运动；所述的可动连杆在断路器的脱扣操作期间顺序地能绕着所述的第一和第二枢轴转动。
2.按照权利要求
1的一台断路器，其中所述的可动连杆在所述的脱扣操作期间，当所述的中心偏离的肘杆机构运动在初始部位时绕着所述的第一枢轴运动，使所述的第一和第二电气触头在脱扣操作期间有效地快速分离。
3.按照权利要求
2的一台断路器，其中所述的可动连杆在所述的脱扣操作期间当所述的中心偏离肘杆机构运动到下一个部位时绕着所述的第二枢轴运动而有效地加速所述的第一电气触头的运动。
4.按照权利要求
2或3的一台断路器，其中所述的中心偏离的肘杆机构包括有一个可转动的刚性支架，它具有一个穿透的第一孔洞，用于容纳一个支架支撑轴，和具有一个穿透的第二孔洞，用于容纳一个可动的连杆跟随轴。
5.按照权利要求
4的一台断路器，其中所述的可动连杆包括有在其中形成的凹槽，用于与所述的可连杆跟随轴相啮合，所述的支架的转动造成所述的可动连杆相应的运动。
6.按照权利要求
5的一台断路器，其中所述的可动连杆在脱扣操作期间当所述的支架在初始转动时绕着所述的第一枢轴转动而有效地造成所述的第一和第二电气触头快速分离。
7.按照权利要求
6的一台断路器，其中在脱扣操作期间当所述的支架在相继的转动时所述的可动连杆绕着所述的第二枢轴转动而有效地加速所述的第一电气触头的运动。
8.按照权利要求
1到7中的任一项的一台电气断路器，包括有一个电气绝缘材料构成的模铸箱，在其中装设所述的第一和第二电气触头以及所述的上述操作机构。
9.按照权利要求
1到8中的任一项的一台电气断路器，包括至少一个可动连杆可驱动地与所述的第一电气接头相接，并且在其中形成有一个凹槽，用于与所述的可动连杆跟随轴相啮合，并且能绕着多个所述的第一和第二支枢点转动，所述的可动连杆在断路器的脱扣操作期间顺序地绕着所述的第一和第二支枢点转动，并且在其中所述的支架响应于所述的脱扣操作而转动时，有效地造成所述的可动连杆作相应的运动。
10.一台基本上按照上述阐述和参照附图所述构成和适用的电气断路器。
专利摘要
一台模铸箱型断路器包括一个操作机构，该机构具有一个中心偏离、自动脱扣并转动传输的肘杆机构；及一对电气触头。肘杆机构包括一对固定的空间分开的连杆和一对可动的空间分开的曲柄连杆，每个可动连杆包括一个整体成形的支枢点，用于与一个固定连杆相啮合。每个固定连杆包括一个第二支枢点，用于与一个可动连杆相啮合。可动连杆绕第一支枢点转动造成电气触头快速分离；可动连杆绕第二支枢点转动造成可动电气触头加速运动。
文档编号H01H73/36GK86105814SQ86105814
公开日1987年2月18日 申请日期1986年7月17日
发明者罗伯特·约瑟夫·泰迪斯科, 约瑟夫·弗朗克·昌格利 申请人:西屋电气公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan