專利名稱:用于雙級開關裝置的聯桿的制作方法
技術領域:
本發明總體上涉及住宅和商用的配電面板和部件,更具體地說,是涉及用于雙級(two pole )開關裝置的聯桿(tie bar),該雙級開關裝置用于在配電系統中控制負載,特別是照明負載和空調負載。
背景技術:
斷路器面板用于保護電路,防止由于過載電流情況(例如,過載、相對較高電平的短路、或者接地故障)而引起受損。為了實現該功能,斷路器面板包括斷路器,該斷路器典型地包含開關單元和跳閘單元。開關單元被耦接到電路(即,線路和負載),使得它能夠斷開或閉合電路的電通路。開關單元包括每相一對可分離觸點、每相一個樞軸轉動接觸臂、操作機構和操作手柄。
在過載電流情況下,全部的可分離觸點對都脫開或跳閘,從而斷開電路。當過栽電流情況不再存在時,斷路器可以復位,使得全部的可分離觸點對都^皮接合,從而使電路閉合。
除了通過操作手柄來人工過載電流保護,還通過跳閘單元提供自動過載電流保護。耦接到開關單元的跳閘單元檢測電路的過栽電流情況,并使斷路器自動跳閘。當檢測到過載電流情況時,包含在跳閘單元中的跳閘機構致動操作機構,從而使得各相的第一觸點與第二觸點脫開。典型地,操作手柄聯接到操作機構,使得當跳閘機構致動操作機構以便使觸點分離時,操作手柄也運動至跳閘位置。
開關設備和開關板是用于表示包括金屬外殼(該金屬外殼裝有開關和中斷裝置,例如保險絲、斷路器和繼電器),以及相關控制器、儀表和測量裝置的電設備的一般術語。外殼通常還包括用于配電的裝置,例如,匯流條、內部連接件和支承結構(這里通常稱為"面板")。這樣的電設備可以保持在建筑物(例如,工廠或商業機構)中,或者它可以保持在這些設施的外部,并暴露于環境氣候條件中。典型地,鉸接的門或蓋設置在開關設備或開關板部分的前部上,用于接近包含于其中的裝置。
除了配電和用于避免過栽電流情況的電路保護,部件還被添加在面板上,以便對輸送至與斷路器相連的負載的電力進行控制。例如,已經使用部件來控制照明電力。
用于控制通向負載的電力的 一種系統利用了遙控(remoteoperated)的斷路器系統。在這樣的系統中,斷路器的開關單元不僅響應過栽電流情況而操作,而且響應從與斷路器分離的控制單元接收的信號而操作。斷路器被專門構造成用作遙控斷路器,并包括用于致動開關單元的馬達。
在示例性的遙控斷路器系統中,控制單元被安裝在面板上,并通過控制總線而被硬接線到遙控斷路器。當斷路器的開關單元要被閉合或斷開時,由控制面板直接施加或去除斷路器馬達的工作電流。另外,多個分離的導體被提供在總線中,用于面板中各斷路器位置的反饋信息,例如接觸確認等。控制單元包含用于向安裝在面板中特定斷路器位置的斷路器分別施加和移除工作電流的電子裝置。面板控制單元還具有用于檢查斷路器狀態的電子裝置,診斷程序等等。該系統的一個優點是各斷路器可以根據它們在面板中的位置來尋址。
當需要雙級或三級單元來提供多組開關觸點用于空調和儀表負栽的控制時,對遙控斷路器的操作會變得更困難。多個單級(singlepole)裝置可以被同時操作,以便模擬多級(multipole)裝置。不過,對于這種構造存在同步問題。還有,如果該裝置中的一個發生故障或與所計劃的情況相反地操作,就可能導致不正確的負栽操作。而且,對于各個單級單元的每一個均需要獨立的控制電路。在以前,由于部件尺寸和所需功率大小,這樣的電路處于開關裝置的外部。將通信電路定位在開關裝置的外部,使得該電路必需總是存在于面板中,即使當開關裝置并不存在于面板中時也是如此。
可替代地或者另外地,多級裝置的接觸臂通過橫桿被機械地聯接,該橫桿通常在與接觸臂相同的點處樞軸轉動,并保證接觸臂同時運動/旋轉。不過,橫桿的使用不適合于模塊式設計或其類似物。各個級必需處于相同的開/關位置,同時還要對由于接觸磨損和公差問題而引起的任一級的超程具有充足的預防措施。本發明涉及一種在雙級開關裝置中的聯桿
發明內容
根據本發明,提供了一種在配電系統的雙級開關裝置中的聯桿。根據本發明的一個方面,公開了一種多級開關裝置,用于選擇性地開關從電源通向負載電路的電力。該開關裝置包括第一控制裝置,
該第一控制裝置包括殼體;在該殼體中的機電致動器,該機電致動器包括活動柱塞;以及在該殼體中的電開關,該電開關由該柱塞來操作。第二控制裝置包括殼體,該殼體可鄰近于第一控制裝置安裝;在該殼體中的機電致動器,該機電致動器包括活動柱塞;以及在該殼體中的電開關,該電開關由該柱塞來操作。系聯機構(tielinkage)將第一控制裝置柱塞與第二控制裝置柱塞機械地聯接起來。
本發明的一個特征是系聯機構包括第一和第二肘節銷(wristpin),該第一和第二肘節銷分別與第一控制裝置柱塞和第二控制裝置柱塞可操作地相關聯。
系聯機構可以進一步包括可操作地聯接到第一和第二肘節銷的聯桿。該聯桿可以包括凸緣,該凸緣具有相對的管狀轂,該管狀轂接納第一和第二肘節銷。該凸緣可以夾在第一控制裝置殼體和第二控制裝置殼體之間。特別是,該凸緣可以容納在第一控制裝置殼體和第二控制裝置殼體中每一個的凹陷部內。
本發明的又一特征是該凸緣阻止了從級至級的碎屑交叉積累(cross accumulation)。
本發明的另 一特征是第 一肘節銷使得柱塞被機械地聯接到第一電開關的接觸臂,第二肘節銷使得柱塞被機械地聯接到第二電開關的接觸臂。
本發明進一步的特征是機電致動器包括螺線管,由永磁體將該
螺線管保持在一個狀態。
本發明的另一特征是系聯機構包括塑料聯桿。根據本發明的另一方面,公開了一種雙級開關裝置,用于選擇性
地開關從電源通向負載電路的電力,它包括第一控制模塊和第二控制模塊。每個控制模塊包括殼體;在該殼體中的機電致動器,該機電致動器包括活動柱塞;以及在該殼體中的電開關,該電開關包括固定觸點和活動觸點,活動觸點被承載在由該柱塞操作的接觸臂上。系聯機構使第一控制模塊接觸臂與第二控制模塊接觸臂被機械地聯接起來。
通過說明書和附圖將很容易了解本發明的其它特征和優點。
圖l是根據本發明的配電面板的正視圖2是表示出圖l的配電面板的多對斷路器和遙控裝置的方框圖;圖3是根據本發明的多級遙控模塊的基本方框圖;圖4是圖3的多級遙控模塊的詳細方框圖5是表示出在圖3的多級遙控開關裝置中的螺線管的機械聯接的透視圖6是根據本發明的包括聯桿的雙級開關裝置的分解透視圖;圖7是圖6的雙級開關裝置從另一不同的透視方向看上去的局部分解透視圖8是根據本發明的聯桿的透視圖9是包括該聯桿的圖6的雙級開關裝置的第一控制模塊的透視
圖10是圖9的第一控制模塊的剖視圖;圖11是圖6的雙級開關裝置的細節剖視圖12是第一控制模塊的透視圖,其中,殼體的一側已經除去;以
及
圖13是第一控制模塊相對于圖12的相對側的透視圖,其中,殼體的另一側已經除去。
具體實施例方式
根據本發明的配電系統(例如,集成照明控制系統)允許用戶利用多級遙控繼電器來控制通常用于照明的功率電路,以及用于電阻加熱或空調的電路。該配電系統可以如美國申請11/519727 (申請日為2006年9月12日,該美國申請的說明書作為參考被并入本文)中大致所述,或者更具體地,如美國申請11/635299 (申請日為2006年12月7 日,該美國申請的說明書作為參考被并入本文)中所述。
參考圖l,根據本發明的照明控制系統包括照明控制面板100。面 板100可以包括Siemens類型Pl面板,但是本發明并不局限于該構造。 線路功率通過連接到電源104的電源電纜102而進入面板100。線路功 率例如可以是常規的三相480Y277、 240或120VAC電源。電纜102電 連接到主斷路器106的輸入側。主斷路器106將線路功率以常規方式分 配給各個斷路器108。不過,怎樣配電取決于各斷路器108的設計,這 對本領域技術人員而言這是顯而易見的。電力被分配到各斷路器108 的線路側。面板100可以被設置成接納42個或更多個斷路器108,盡管 圖1的實施例中只表示了30個。每個斷路器可以是常規結構,還可以 是例如Siemens BQD斷路器。每個斷路器108包括電線端子108A, 該電線端子108A從主斷路器106接收電力;以及負栽端子108B,該負 載端子108B通常用于與負載電路連接。
為描述簡便起見,當在本文中總體上描述一裝置(例如斷路器 108)時,該裝置的標號不帶任何用連字符連接的后綴。相反,當描 述該裝置的具體一個時,它的標號將帶有用連字符連接的后綴,例如 108-1。
根據本發明,要被控制的每個負載電路還具有為繼電器、計量表 或調光器形式的遙控裝置或控制模塊IIO。根據本發明,這里使用的 術語"遙控裝置"包括控制、監測負載電路或以其它方式用在負載電 路中的任意其它裝置。盡管在優選實施例中遙控裝置110是與斷路器 108分開的部件,但是正如本文所用,術語"遙控裝置"包括與斷路 器集成在一起的裝置。遙控裝置110還被連接到數據軌(data rail) 112A和112B。如下所述,面板控制器114通過由數據軌112A和112B 提供的連接來控制該遙控裝置IIO。
為繼電器實施形式的遙控裝置110包括殼體110H,該殼體110H裝 入了輔助的觸點組,該輔助觸點組可以被遙控以便斷開和閉合照明電 路。利用插入斷路器接線柱108B中的導體片(即,端子110A)將該 裝置110安裝到面板100內的斷路器108的負載側(見圖2)。負載端子 110B包括與斷路器接線柱108B相同尺寸的接線柱,用于與要連接負 載裝置的電線連接。該裝置殼體110H設置成安裝在Siemens類型Pl面板中,但是本發明并不局限于該結構。
參考圖2,方框圖表示了四個斷路器108-1、 108-2、 108-3和108-4, 以及各自的遙控裝置110-1、 110-2、 110-3和110-4。在所示實施例中, 第一裝置110-1包括繼電器,第二裝置110-2包括斷路器,第三裝置 110-3包括變流器(current transformer),第四裝置110-4包括調光 器。顯然,可以使用這些遙控裝置110的任意組合。每個遙控裝置110 均包括輸入端子110A,該輸入端子110A電連接到相關斷路器負載 端子108B;以及輸出端子110B,用于連接到負載裝置。
數據軌112直接機械安裝到照明控制面板100的內部。數據軌112 包括屏蔽通信總線,該屏蔽通信總線包括帶纜連接器115,該帶纜連 接器115具有通向面板控制器114的導體。
這里并不詳細介紹數據軌112和面板控制器114。作為替代,可以 參見作為參考并入本文的申請中對相同部件的詳細討論。實際上,顯 而易見的是,本發明并非必須使用面板控制器或數據軌。
繼電器形式的遙控裝置110能夠遙控開關電分支負載。該裝置110 設計成裝配在具有42個或更多分支斷路器108的標準配電面板內。該 裝置110是分支斷路器108的附件,從而允許重復開關該負載而不會影 響斷路器108的工作。
遙控裝置110需要這樣一個裝置,該裝置接收指令信號以斷開或 關閉,并且回送報告成功操作或裝置狀態。還需要用于驅動該開關機 構觸點斷開和閉合的裝置。根據本發明,該遙控裝置是一種多級開關 裝置,其使用兩個磁保持螺線管作為致動器裝置,并使用一個電子電 路板(與單級裝置類似),且具有將這些裝置機械聯接的系聯機構。 通過該設計,電子控制電路位于開關裝置自身內部。只需要一個電路 來操作兩個致動器。使用兩個磁保持螺線管或"磁控鎖"作為開關致 動器導致了非常低的能量需求,需要短持續時間的脈沖來改變位置 (以毫秒測量),提供了精確和可重復的正時(timing),并要求該控 制必須翻轉電壓極性。
圖3表示了用于雙級負載開關的基本方框圖。雙級開關裝置110M 形式的遙控裝置包括第一控制模塊110M-l和第二控制模塊110M-2, 它們分別有并排的殼體電路480連接到電纜116,以便連接到數據軌112,如圖2所示。控制電 路480驅動分別在殼體11OH-1和110H-2中的兩個控制繼電器CR1和 CR2,每個控制繼電器操作一個電開關CR1-1和CR2-1,該電開關 CRl-l和CR2-l分別為連接在端子110A-l和110B-l之間以及110A-2和 110B-2之間的常開觸點的形式。傳感器484檢測繼電器CR1和CR2的 狀態,并連接到控制電路480。因此,控制電路480控制觸點CR1-1和 CR2-1的操作,以便有選擇地將負載L電連接至斷路器108-l和108-2, 并因此向負載L供電。
圖4表示了雙級開關裝置110-M的詳細方框圖。到數據軌112的連 接是通過四線端口500。端口500包括正供電電壓和地線、串行通信線 和選擇線,如上所述。供電電壓和地線連入電源502,以〗更生成如微 控制器504和其它電路所需要的電壓。通信驅動器電路506用于隔離和 驅動在微控制器504和端口500 (因此,數據軌112)之間的單線串行 通信線。如上所述,到各遙控裝置110以及到面板控制器114的該單線 連接用于傳送和接收指令和數據。這提供了所需的隔離和防護。在單 個裝置發生故障的情況下,其余的裝置繼續正確工作。來自端口500 的選擇線在線緩沖器508中緩沖,并連接到微控制器504。該選擇線用 于啟用或禁用到遙控裝置110-M以及來自遙控裝置110-M的通信。通 過選中多個遙控裝置,1/0控制器124可以同時向多個裝置110發送指 令或信息,從而減少在串行通信總線上的通信量。
微控制器504包括常規的微控制器和相關的存儲器504M,該存儲 器儲存儲軟件,以便在微控制器504中運行。
微控制器504具有通向致動器驅動電路510的"斷開"和"閉合" 線。在本發明的所示實施例中的控制繼電器CR1和CR2包括磁保持螺 線管,該磁保持螺線管包括主致動器線圏512和副致動器線圏514,如 圖5所示,它們被并聯連接到致動器驅動電路510。致動器驅動電路510 提供了用于線圖512和514兩者的電流。"斷開"信號使得驅動電路向 致動器線圏施加很短一段時間(大約10到30毫秒)的負電壓。這使得 致動器柱塞530和532拉入,并被磁鎖定或保持在斷開位置,以便以常 規方式斷開觸點CR1-1和CR2-1,如圖3所示。柱塞530和532由聯桿534 機械聯接。然后,從線圏512和514上去除電力。來自微控制器504的 "閉合"信號使得驅動電路510向致動器線圏512和514施加更短一段時間(大約2到3毫秒)的正電壓。這段時間足以使致動器柱塞530和 532變成開鎖或釋放,而彈簧會迫使它們移動至閉合位置,以便閉合 觸點CR1-1和CR2-1,如圖3所示。然后,電力被再次從線圏512和514 上去除。因為致動器在斷開和閉合位置都是穩定的,因此只需要能量 來改變位置。即使在兩個線圈并聯的情況下,這也能獲得一種低能耗 解決方案。在致動器驅動電路510中還包括防止同時施加斷開和閉合 信號的保護,同時施加斷開和閉合信號可能導致電源502短路。
關于致動器柱塞位置的反饋由傳感器484以兩個輔助位置開關 (主位置開關516和副位置開關518,例如輔助繼電器觸點)的形式來 提供。該信號在各自的輸入緩沖器520和522中進行緩沖,然后被連接 到微控制器504 。微控制器504使用反饋信息來響應1/0控制器的狀態 要求,或者重新進行已發生故障的斷開或閉合嘗試。
另外,微控制器504可以向各種類型的狀態指示器524 (例如, LED)發送信號,以便顯示斷開、閉合、通信正常、操作正確、低電 壓等。編程端口526可以用于編程或更新微控制器軟件,或者加載參 數(例如,開/關脈沖速率),或者對裝置110查找故障。
參考圖6-13,圖中表示了根據本發明的具有聯桿534的雙級開關 裝置110M。該雙級開關裝置110M包括第一控制模塊110M-1和第二控 制模塊110M-2,它們彼此相鄰地安裝在照明控制面板100中,如圖l 中所示。
第一控制模塊的電開關CR1-1(見圖3)包括固定觸點120和活動觸 點122,如圖12和13所示。活動觸點122被承載在接觸臂124上,該接 觸臂124在接觸臂樞軸126處可樞軸轉動地安裝在殼體110H-1中。肘節 銷(wristpin)128將接觸臂124連接到柱塞530,特別如圖ll中所示。操 作彈簧130偏壓接觸臂124,使得活動觸點122與固定觸點120通常成電 接觸,如圖13中所示。當螺線管512被鎖定時,柱塞512通過肘節銷128 而使接觸臂124升高,從而將活動觸點122與固定觸點120分開,如圖 12中所示。
第二控制模塊110M-2的機電結構大致與第一控制模塊110M-1類 似,就不再詳細描述。第二控制模塊110M-2包括肘節銷132,該肘節 銷132將柱塞532機械地聯接到接觸臂134,如圖ll中所示。顯然,接 觸臂134因此操作第二控制模塊電開關CR2-1。第一控制模塊殼體110H-1包括凹陷部136,該凹陷部136包圍開口 137,如圖6中所示。可通過開口137來接近肘節銷128。第二控制模塊 殼體110H-2包括包圍開口139的類似凹陷部138,如圖7中所示。可通 過開口139來接近肘節銷132。
參考圖8,聯桿534為單件塑料結構,包括圓形凸緣536,其具有 相對的管狀轂或軸環538和540,該管狀轂或軸環538和540分別帶有開 口542和544。開口542和544分別選擇性地容納肘節銷128和132,如圖 ll中所示。
因此,如上所述,聯桿534和肘節銷128、 132形成一種系聯機構, 以將柱塞530和532機械聯接并且類似地將接觸臂124和134機械聯接, 如圖ll中特別所示。殼體110H-l和110H-2將聯桿凸緣536夾在凹陷部 136和138中。如上所述,螺線管線團512和514被一起電操作,使得雙 級處于相同的工作位置。根據本發明,聯桿534通過允許聯桿534最多 進行最小的傾斜而將接觸臂132和134機械地保持在相同的工作位置。 因此,即使線圏512或514之一發生故障,該機械的系聯機構確保了雙 級處于相同工作位置。而且,被安置于凹陷部136和138中的凸緣536 阻止各控制模塊110M-l和110M-2之間的碎屑交叉積累。
因此,該多級開關裝置110M包括單個控制電路,該單個控制電 路同時操作兩個控制繼電器CR1和CR2。這將兩者控制成處于相同工 作位置。所公開的系聯機構(其包括可操作地連接到肘節銷的聯桿) 機械地防止了各級處于不同的工作位置。
已經通過實例介紹了控制模塊110M-l和110M-2的總體構造。根 據本發明的聯桿可以與適于形成多級開關裝置的其它構造的繼電器 或控制模塊一起使用。盡管所公開的構造可被有利地用于配電面板 中,但是聯桿同樣可以被用于獨立裝置或其類似物之中。
權利要求
1.一種多級開關裝置,用于選擇性地開關從電源到負載電路的電力,包括第一控制裝置,所述第一控制裝置包括殼體;在所述殼體中的機電致動器,所述機電致動器包括活動柱塞;以及在所述殼體中的電開關,所述電開關由所述柱塞來操作;第二控制裝置,所述第二控制裝置包括殼體,所述殼體能相鄰于所述第一控制裝置安裝;在所述殼體中的機電致動器,所述機電致動器包括活動柱塞;以及在所述殼體中的電開關,所述電開關由所述柱塞來操作;以及系聯機構,所述系聯機構將所述第一控制裝置柱塞與所述第二控制裝置柱塞機械地聯接起來。
2. 根據權利要求l所述的多級開關裝置,其特征在于,所述系聯 機構包括第一和第二肘節銷,所述第一和第二肘節銷分別與所述第一 控制裝置柱塞和第二控制裝置柱塞可操作地相關聯。
3. 根據權利要求2所述的多級開關裝置,其特征在于,所述系聯機構進一步包括聯桿,所述聯桿可操作地聯接到所述第一和第二肘節 銷。
4. 根據權利要求3所述的多級開關裝置,其特征在于,所述聯桿 包括凸緣,所述凸緣具有接納所述第一和第二肘節銷的相對的管狀 轂。
5. 根據權利要求4所述的多級開關裝置,其特征在于,所述凸緣 被夾在所述第一控制裝置殼體和第二控制裝置殼體之間。
6. 根據權利要求5所述的多級開關裝置,其特征在于,所述凸緣 容納在所述第一控制裝置殼體和第二控制裝置殼體中每個殼體所具 有的凹陷部內。
7. 根據權利要求2所述的多級開關裝置,其特征在于,所述第一 肘節銷將所述柱塞機械地聯接到所述第一電開關的接觸臂,所述第二 肘節銷將所述柱塞機械地聯接到所述第二電開關的接觸臂。
8. 根據權利要求l所述的多級開關裝置,其特征在于,所述機電 致動器包括螺線管。
9. 根據權利要求l所述的多級開關裝置,其特征在于,所述系聯機構包括塑料聯桿。
10. —種雙級開關裝置,用于選擇性地開關從電源到負載電路的 電力,包括第一控制模塊,所述第一控制模塊包括殼體;在所述殼體中的 機電致動器,所述機電致動器包括活動柱塞;以及在所述殼體中的電 開關,所述電開關包括固定觸點和活動觸點,所述活動觸點被承載在 由所述柱塞操作的接觸臂上;第二控制模塊,所述第二控制模塊包括殼體;在所述殼體中的 機電致動器,所述機電致動器包括活動柱塞;以及在所述殼體中的電 開關,所述電開關包括固定觸點和活動觸點,所述活動觸點被承載在 由所述柱塞操作的接觸臂上;以及系聯機構,所述系聯機構將所述第一控制模塊接觸臂與所述第二 控制模塊接觸臂機械地聯接起來。
11. 根據權利要求10所述的雙級開關裝置,其特征在于,所述系 聯機構包括第一和第二肘節銷,所述第一和第二肘節銷分別與所述第 一控制模塊柱塞和第二控制模塊柱塞可操作地相關聯。
12. 根據權利要求ll所述的雙級開關裝置,其特征在于,所述系 聯機構進一步包括聯桿,所述聯桿可操作地聯接到所述第一和第二肘 節銷。
13. 根據權利要求12所述的雙級開關裝置,其特征在于,所述聯 桿包括凸緣,所述凸緣具有接納所述第一和第二肘節銷的相對的管狀 轂。
14. 根據權利要求13所述的雙級開關裝置,其特征在于,所述凸 緣被夾在所述第一控制模塊殼體和第二控制模塊殼體之間。
15. 根據權利要求14所述的雙級開關裝置,其特征在于,所述凸 緣容納在所述第一控制模塊殼體和第二控制模塊殼體中每個殼體所 具有的凹陷部內。
16. 根據權利要求ll所述的雙級開關裝置,其特征在于,所述第 一肘節銷將所述柱塞機械地聯接到所述第一電開關的接觸臂,所述第 二肘節銷將所述柱塞機械地聯接到所述第二電開關的接觸臂。
17. 根據權利要求10所述的雙級開關裝置,其特征在于,所述機 電致動器包括螺線管。
18.根據權利要求10所述的雙級開關裝置,其特征在于,所述系 聯機構包括塑料聯桿。
全文摘要
一種多級開關裝置,用于選擇性地開關從電源到負載電路的電力,其包括第一控制裝置,該第一控制裝置包括殼體;在該殼體中的機電致動器,該機電致動器包括活動柱塞(530);以及在該殼體中的電開關,該電開關由該柱塞來操作。第二控制裝置,包括殼體,該殼體可相鄰于第一控制裝置安裝;在該殼體中的機電致動器,該機電致動器包括活動柱塞(532);以及在該殼體中的電開關,該電開關由該柱塞來操作。系聯機構(534)將第一控制裝置柱塞(530)與第二控制裝置柱塞(532)機械地聯系起來。
文檔編號H01H50/00GK101558465SQ200780041901
公開日2009年10月14日 申請日期2007年11月9日 優先權日2006年11月9日
發明者B·T·麥科伊 申請人:西門子能量及自動化公司