具有高分斷能力的斷路器自動閉合觸頭裝置的制作方法

專利名稱：具有高分斷能力的斷路器自動閉合觸頭裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種低壓斷路器的觸頭裝置，特別是一種旋轉式串聯雙斷點的自動閉 合觸頭裝置。
背景技術：
分斷能力是低壓斷路器十分重要的性能指標。為了提高分斷能力，現有技術的斷 路器，特別是選擇性保護斷路器采用了旋轉式串聯雙斷點的自動閉合觸頭裝置。所謂旋轉 式，是指動觸頭以轉動的運動形式與靜觸頭閉合/分斷。所謂串聯雙斷點，是指兩個動觸點 分別與兩個靜觸頭協同閉合/分斷。所謂自動閉合，是指觸頭裝置在無外力作用下，能依靠 自身觸頭彈簧的彈性力而自動閉合。現有技術的旋轉式串聯雙斷點的自動閉合觸頭裝置， 雖然其分斷能力比單斷點觸頭裝置提高了一倍，但由于存在以下缺點而使其分斷能力仍然 不理想一是由于觸頭彈簧安裝在觸頭支持的旋轉軸上，使觸頭彈簧對于動觸頭分斷的阻 力隨靜觸頭的開斷距離的加大而增大，從而大大降低了動觸頭的分斷速度，并加大了電弧 的產生；二是滅弧室的封閉問題沒有得到很好的解決，使得電弧熄滅時間長、流串嚴重。中國發明專利申請說明書CN200810132890. 6所示的結構，該觸頭彈簧同時有以 下兩個功能一是動觸頭在無外力作用的情況下，能在觸頭彈簧的作用下自動向靜觸頭閉 合，從而接通回路，實現觸頭常閉狀態；二是該彈簧也是一個超程彈簧，它使動靜觸頭閉合 后繼續向動觸頭施加一個力，以保證動靜觸頭可靠閉合，即確保觸頭具有足夠的觸頭超程。不過，這種使觸頭自動閉合的觸頭彈簧與一般觸頭的超程彈簧相比存在一個區 別在觸頭分斷過程中，使觸頭自動閉合的觸頭彈簧將產生一個阻礙觸頭快速分斷的阻力， 而一般的超程彈簧不存在此類問題。隨著上述自動閉合觸頭的觸頭開距加大，該觸頭彈簧 對動觸頭斷開速度的減速影響就越大，即觸頭彈簧的彈性變形加大后，觸頭彈簧的扭矩也 將加大，但由于現有技術中觸頭彈簧的力臂1不會發生變化、觸頭彈簧對動觸頭(或觸頭支 持)作用力的角度也不會發生變化，因此該觸頭彈簧作用于動觸頭上的阻力會隨動靜觸頭 之間的開距的加大而不斷加大，從而明顯降低動靜觸頭的分斷速度，延長拉弧時間，令分斷 能力大打折扣。特別是面對大的故障電流來說，現有技術對觸頭分斷速度的不利影響，將無 法保證電路安全、可靠的分斷，也容易在動靜觸頭之間產生電弧，造成觸頭的損傷，影響限 流效果等。

發明內容
為了解決上述技術問題，本發明將為斷路器提供一種具有高分斷能力的自動閉合 觸頭裝置的技術方案，在不降低觸頭可靠閉合性能的同時，將觸頭彈簧對動觸頭的分斷阻 力的影響降到最低，從而提高觸頭分斷速度和可靠性、減小電弧，使斷路器具有較高的分斷 能力。具體技術方案如下一種具有高分斷能力的斷路器，包括殼體11、操作機構、電磁機構、觸頭裝置、一對 滅弧室12a、12b和兩個滅弧區17a、17b ；所述觸頭裝置包括觸頭支持2 ；位于觸頭支持2軸
3心的旋轉軸21 ；—對靜觸頭14a、14b，安裝在滅弧區17a、17b內；一對滅弧室12a、12b，安裝 在滅弧區17a、17b內；所述觸頭支持2上連接有操作機構控制部51和電磁機構控制部52， 操作機構和電磁機構分別通過觸頭裝置的操作機構控制部51、電磁機構控制部52驅動觸 頭支持2繞旋轉軸21旋轉；橋式動觸頭1安裝在觸頭支持2上，所述動觸頭1與觸頭支持 2保持同步旋轉；使所述動觸頭1上的動觸點與靜觸頭上的靜觸點一一對應，所述動靜觸點 相對于旋轉軸21對稱分布，從而形成旋轉串聯雙斷點結構。所述自動閉合觸頭裝置還包括一對觸頭彈簧3a、3b，和一對固定觸頭彈簧3a、3b 的彈簧固定軸31a、31b ；所述觸頭彈簧3a、3b是扭簧，并以旋轉軸21為中心呈中心對稱分 布；所述彈簧固定軸31a、31b設在觸頭支持2的兩側的殼體上11。在觸頭支持2內設有兩個扭簧槽8a、8b，每個扭簧槽8a、8b內各設有一條扭簧接觸 線7a、7b。所述扭簧接觸線7a、7b可以設置在扭簧槽8a、8b內凸起物的尖端處；也可以安 裝在扭簧槽8a、8b的槽體側壁上。所述扭簧接觸線7a、7b平行于旋轉軸21放置，并相對于 旋轉軸21為中心呈中心對稱分布。所述觸頭彈簧3a、3b的一端抵在殼體11上，另一端搭 在扭簧接觸線7a、7b上，所述觸頭彈簧3a、3b通過扭簧接觸線7a、7b在觸頭閉合方向A上 向觸頭支持2施加扭簧力F ；在觸頭斷開過程中，觸頭彈簧作用在扭簧接觸線上的力臂L變 大，扭簧力F與其切向分力f之間的夾角α變大。所述觸頭支持2上與各滅弧區接壤區域的觸頭支持表面6a、6b是圓弧面；所述滅 弧區17a、17b上是由殼體和/或隔板包圍而成的，在所述滅弧區17a、17b上設有供動觸頭 1進入的開口面16a、16b，所述開口面16a、16b是與觸頭支持表面6a、6b匹配設置的圓弧 面。在觸頭支持和滅弧區壁上設置的圓弧面，使動觸頭無論在斷開狀態還是閉合狀態，主動 觸頭和靜觸頭開斷位置附近的區域處于相對封閉狀態，即通過外殼、隔板、滅弧室、觸頭支 持將滅弧區域一端封閉，滅弧室12a、12b安裝在滅弧區17a、17b的另一端，滅弧室12a、12b 的外側設置有排氣通道，使得主動觸頭分斷電流產生電弧時，在此封閉區域內可有效儲存 氣體壓力后，通過滅弧室12a、12b的排氣通道排氣，產生氣吹效果。這種自動閉合觸頭系統的新解決方案，采用了旋轉雙斷點結構，通過兩個扭簧彈 簧在對稱位置的布置，利用力臂變換的原理，使主動觸頭可靠與主靜觸頭接觸，同時使動觸 頭在斷開位置所受的力矩不會過大，當出現較大短路電流時，主動觸頭斷開后將電流切換 到輔助回路，有利于觸頭保持在斷開位置，進行短延時保護。該自動閉合觸頭裝置的特點 是，觸頭在閉合位置和斷開位置所受的向閉合方向運動的力矩相差不大，同時通過觸頭支 持上形成的圓弧面對滅弧區域進行封閉，有助于觸頭滅弧時產生較強的氣吹效果，迅速滅 弧，分斷能力高。本發明閉合觸頭裝置特別適用 具有選擇性保護功能的斷路器的主觸頭裝置。


圖1是本發明斷路器實施例的局部結構示意圖，圖中示出了觸頭裝置處于斷開位
置的結構。圖2是本發明斷路器實施例的局部結構示意圖，圖中示出了觸頭裝置處于閉合位
置的結構。圖3是本發明斷路器觸頭裝置實施例的局部結構示意圖，具體涉及一個安裝有動觸頭的觸頭支持的剖面圖。圖4是發明斷路器觸頭裝置實施例的局部結構示意圖，具體涉及一種帶推板的觸 頭支持。圖5是本發明斷路器觸頭裝置實施例的局部結構示意圖，具體涉及處于閉合位置 的觸頭彈簧及觸頭支持的位置關系圖。圖6是本發明斷路器觸頭裝置的觸頭支持在扭簧接觸線處的受力關系示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖所示的實施例，進一步描述本發明觸頭裝置的具體實施方式
。如圖1、圖2所示的旋轉式串聯雙斷點斷路器，包括殼體11，還包括安裝在殼體11 內的操作機構(圖中未示出)、電磁機構(圖中未示出)、觸頭裝置、一對滅弧室12a、12b和 兩個滅弧區17a、17b。所述兩個滅弧區17a、17b分列在觸頭裝置兩側；所述滅弧區是由隔板和/或殼 體11包圍形成獨立的滅弧區域，這里存在以下三種實施方式一是由殼體包圍形成的滅弧 區，二是由隔板包圍形成的滅弧區，三是由隔板和殼體共同形成的滅弧區。圖1、2示出了第 三種實施方式(由隔板和殼體共同形成滅弧區)的一個直觀的實施例，將兩塊隔板13a、13b 分別夾蓋在殼體11上形成滅弧區壁，使斷路器內分別形成兩個獨立的滅弧區域，從而將滅 弧區17a、17b與操作機構、電磁機構等組件分離開。所述觸頭裝置包括一個觸頭支持2 ；—個旋轉軸21插在觸頭支持2的軸心上，觸 頭支持2可繞旋轉軸21旋轉；一對滅弧室12a、12b，安裝在滅弧區17a、17b內；兩個靜觸頭 14a、14b，分別安裝在兩側的滅弧區17a、17b內，在所述靜觸頭14a、14b上分別設有靜觸點 15a、15b，所述靜觸點15a、15b相對于旋轉軸21呈中心對稱分布；動觸頭1安裝在觸頭支持 2上，并隨觸頭支持2的旋轉而旋轉，該動觸頭1為橋式動觸頭；在動觸頭1的兩側各有一 個與靜觸點15a、15b對應的觸點，用于在動觸頭旋轉過程中實現動觸頭與兩個靜觸頭的接 通和分斷。如圖1、2所示，在所述兩個滅弧區17a、17b上各設有一個供動觸頭1進入的開口 面16a、16b。所述開口面16a、16b最好是一個圓弧面；于此同時，所述觸頭支持2與滅弧區 開口面16a、16b對應處的觸頭支持2的表面也最好是一對圓弧面，即觸頭支持圓弧面6a、 6b。觸頭支持圓弧面6a、6b與滅弧區開口面16a、16b的圓弧面相互匹配設置。如圖3所示， 由于觸頭支持2是旋轉運動的，無論觸頭支持2如何運動，觸頭支持2上都有一個圓弧面與 滅弧區開口面16a、16b的圓弧面相對應。這一優選實施例的好處在于，它通過對應的圓弧 面設計，使動觸頭1無論在斷開狀態還是閉合狀態，動觸頭和靜觸頭開斷位置附近的區域 處于相對封閉狀態，即通過外殼、隔板、滅弧室、觸頭支持將滅弧區域一端封閉，滅弧室12a、 12b安裝在滅弧區17a、17b的另一端，滅弧室12a、12b的外側設置有排氣通道，使得主動觸 頭分斷電流產生電弧時，該封閉區域可有效儲存氣體壓力，通過滅弧室12a、12b的排氣通 道排氣，加強氣吹效果，提高了觸頭分斷能力。如圖1、2、4所示，從所述觸頭支持2上伸出一個操作機構控制部51和一個電磁機 構控制部52，斷路器的操作機構和電磁機構分別通過所述操作機構控制部51和所述電磁 機構控制部52，驅動觸頭支持2繞旋轉軸21旋轉，當觸頭裝置操作機構控制部51或電磁機構控制部52接收了來自操作機構或電磁機構的驅動力后，將通過觸頭支持2帶動動觸頭1 旋轉實現動、靜觸頭間的接通和分斷。所述操作機構控制部51和電磁機構控制部52與觸頭 支持的連接方式，包括但不限于以下兩種第一種是將所述操作機構控制部51和電磁機構 控制部52直接安裝在觸頭支持2上(如圖1)，并保證殼體11或隔板13a、14b將所述操作 機構控制部51和電磁機構控制部52隔離在滅弧區17a、17b之外。另一種實施方式是一種 更優選的實施方式，它將操作機構控制部51和/或電磁機構控制部52通過推板5連接到 觸頭支持2上，所述推板5所處的平面與滅弧區17a、17b所處平面不重疊。如圖4所示，所 述推板5通過連接件53固定安裝在觸頭支持2的旁側，使推板5與觸頭支持2同步旋轉， 所述操作機構控制部51和電磁機構控制部52直接與推板5相連并與推板5保持在一個平 面內，該推板所處的平面在紙的縱深方向上高于滅弧區17a、17b所處的平面，不僅可以利 用殼體11或隔板13a、13b將兩個平面有效的隔離開，還便于斷路器元件的分層裝配，使斷 路器內部空間的整體布局更加合理。所述操作機構控制部51和/或電磁機構控制部52通過推板5連接到觸頭支持2 上，所述推板5所處的平面與滅弧區17a、17b所處平面不重疊。如圖1、2、5所示，所述觸頭裝置還包括一對對稱放置的觸頭彈簧3a、3b，和一對用 于安裝所述觸頭彈簧3a、3b的彈簧固定軸31a、31b，所述彈簧固定軸31a、31b以旋轉軸21 為軸心，對稱分布在觸頭支持2的兩側的殼體上11。所述觸頭彈簧3a、3b是扭簧，所述觸 頭彈簧3a、3b的一端抵在殼體11或隔板13a、13b上，另一端與觸頭支持2配合工作。在觸 頭支持2內設有兩個扭簧槽8a、8b，每個扭簧槽8a、8b內各設有一條扭簧接觸線7a、7b。所 述扭簧接觸線7a、7b平行于旋轉軸21放置，并相對于旋轉軸21對稱分布。所述扭簧接觸 線7a、7b可以安裝在扭簧槽8a、8b的槽體側壁上；也可以設置在扭簧槽8a、8b內某凸起物 的尖端，如圖5所示。所述觸頭彈簧3a、3b分別搭在各自的扭簧接觸線7a、7b上，并持續不 斷地通過扭簧接觸線7a、7b，向觸頭支持2施加一個使動觸頭1閉合的扭簧力F ；—旦動靜 觸頭閉合后，該扭簧力F將使動觸頭1與靜觸頭14a、14b實現可靠接觸。如圖6所示，隨著動觸頭1、觸頭支持2的旋轉，觸頭彈簧3a、3b與扭簧接觸線7a、 7b的接觸端，將在扭簧接觸線7a、7b上產生滑動位移，觸頭彈簧的力臂L(即觸頭彈簧軸 31a、31b到扭簧接觸線7a、7b的距離)將會發生變化。斷開位置的觸頭彈簧的力臂L(如 圖1)明顯長于閉合位置的觸頭彈簧的力臂L(如圖2)。觸頭彈簧3a、3b在某一形變狀態 下(即假設扭矩相同的境況下)，力臂L越長的，則施加在接觸線7a、7b上的扭簧力F越小。 因此采用本發明的技術方案，可以通過運動過程中觸頭彈簧3a、3b力臂L的變化，降低觸頭 彈簧對動觸頭的分斷阻力。圖6還示出了扭簧力F方向變化對觸頭支持2旋轉速度的影響過程，下面以觸頭 閉合方向A為逆時針方向為例，說明扭簧接觸線7a處的受力變化情況，圖中的虛線圓表示 扭簧接觸線7a、7b的運動軌道。扭簧力F對觸頭支持2的影響主要體現在扭簧力F在運動 軌道方向上的分力，即切向分力f上，而扭簧力F的向心分力對觸頭支持的旋轉運動并沒有 任何貢獻。當觸頭支持2旋轉時，觸頭彈簧3a、3b在觸頭支持2上的受力點，即扭簧接觸線 7a、7b也隨即旋轉，使扭簧力F與其切向分力f之間的夾角α發生變化。正是由于本發明沒有將觸頭彈簧的彈簧固定軸31a、31b放置在觸頭支持2上，而 是將彈簧固定軸31a、31b固定在機殼上，引起了觸頭彈簧力臂的變化、扭簧力F與切向分力f的夾角α變化。下面說明這種將彈簧固定軸31a、31b與觸頭支持2分離放置的設計的運 動過程當觸頭支持2沿逆時針方向A進行觸頭閉合過程時，雖然因觸頭彈簧彈性變形減 弱而導致扭簧力矩不斷減小，但由于觸頭彈簧的力臂L的減小，因此部分抑制了觸頭彈簧 3a、3b在扭簧接觸線7a、7b處的扭簧力F的減小趨勢，并且該扭簧力F與切向分力f間的夾 角α也在變小，因此更多的扭簧力F被分配用于促進動觸頭1的閉合運動，確保了動觸頭 1與靜觸頭14a、14b的快速閉合，并在閉合后提供可靠的接觸力。在已有斷路器中，當觸頭支持2沿順時針方向(即閉合方向的反向)進行觸頭斷 開過程時，觸頭彈簧的彈性變形增加，導致扭簧力矩不斷變大，此時的扭簧力F由驅動力變 為了阻力，阻止并減緩了動觸頭斷開，這種無謂的阻力無疑是有害的，需要盡量避免。本發 明將彈簧固定軸31a、31b與觸頭支持2分離放置的設計，使觸頭斷開時，觸頭彈簧3a、3b在 扭簧接觸線7a、7b處的力臂L加大，一定程度上抑制了扭簧力F的加大，并且該扭簧力F與 其切向分力f間的夾角α不斷增大，因此隨著斷開過程的發展，越來越少的扭簧力F被分 配到阻止觸頭斷開的切向分力f上，有效抑制了阻力的增大、加快了觸頭的斷開速度，減少 了拉弧時間，提高了觸頭分斷能力。相對于旋轉軸21，所述彈簧固定軸31a、31b與扭簧接觸線7a、7b之間存在一個 夾角β。動觸頭處于閉合過程時，夾角β將越來越小。當觸頭閉合后，彈簧固定軸31a、 31b與扭簧接觸線7a、7b相對于旋轉軸21的夾角β將出現最小值β min。作為本發明的一 種優選實施例，如圖2所示的角度看，觸頭在閉合后，彈簧固定軸31a、31b、扭簧接觸線7a、 7b、旋轉軸21處于一條直線上，即夾角為0° ；作為本發明的其他實施例，建議夾角 0° ，如觸頭閉合后，彈簧固定軸31a、31b與扭簧接觸線7a、7b之間相對于旋 轉軸21的最小夾角值β min為10°或20°。本發明具有高分斷能力自動閉合觸頭裝置，特別適用于具有選擇性保護功能的斷 路器的主觸頭裝置。
權利要求
一種具有高分斷能力的斷路器自動閉合觸頭裝置，所述斷路器包括殼體(11)、操作機構、電磁機構、觸頭裝置、滅弧室(12a、12b)和兩個滅弧區(17a、17b)；所述觸頭裝置包括觸頭支持(2)；位于觸頭支持(2)軸心的旋轉軸(21)；靜觸頭(14a、14b)，安裝在滅弧區(17a、17b)內；一對滅弧室(12a、12b)分別安裝在滅弧區(17a、17b)內；所述觸頭支持(2)上連接有操作機構控制部(51)和電磁機構控制部(52)，操作機構和電磁機構分別通過觸頭裝置的操作機構控制部(51)、電磁機構控制部(52)驅動觸頭支持(2)繞旋轉軸(21)旋轉；橋式動觸頭(1)，安裝在觸頭支持(2)上，所述動觸頭(1)與觸頭支持(2)保持同步旋轉；所述動觸頭(1)上的動觸點與靜觸頭上的靜觸點一一對應，所述動靜觸點相對于旋轉軸(21)對稱分布；其特征在于所述觸頭裝置還包括一對觸頭彈簧(3a、3b)，和一對固定觸頭彈簧(3a、3b)的彈簧固定軸(31a、31b)；所述觸頭彈簧(3a、3b)是扭簧，并以旋轉軸(21)為中心呈中心對稱分布；所述彈簧固定軸(31a、31b)設在觸頭支持(2)的兩側的殼體上(11)；在觸頭支持(2)內設有兩個扭簧槽(8a、8b)，每個扭簧槽(8a、8b)內各設有一條扭簧接觸線(7a、7b)；所述扭簧接觸線(7a、7b)平行于旋轉軸(21)放置，并相對于旋轉軸(21)為中心呈中心對稱分布；所述觸頭彈簧(3a、3b)的一端抵在殼體(11)，另一端搭在扭簧接觸線(7a、7b)上，所述觸頭彈簧(3a、3b)通過扭簧接觸線(7a、7b)在觸頭閉合方向A上向觸頭支持(2)施加扭簧力F；在觸頭斷開后，觸頭彈簧的力臂L變大，扭簧力F與其切向分力f之間的夾角α變大。
2.根據權利要求1所述的具有高分斷能力的斷路器自動閉合觸頭裝置，其特征在于 所述扭簧接觸線(7a、7b)設置在扭簧槽(8a、8b)內凸起物的尖端處。
3.根據權利要求1所述的具有高分斷能力的斷路器自動閉合觸頭裝置，其特征在于 所述扭簧接觸線(7a、7b)安裝在扭簧槽(8a、8b)的槽體側壁上。
4.根據權利要求1所述的具有高分斷能力的斷路器自動閉合觸頭裝置，其特征在于 所述觸頭支持(2)在與滅弧區接壤區域的觸頭支持表面(6a、6b)是圓弧面；所述滅弧區 (17a、17b)上設有供動觸頭1進入的開口面(16a、16b)，所述開口面(16a、16b)是與觸頭支 持表面(6a、6b)匹配設置的圓弧面。
5.根據權利要求1所述的具有高分斷能力的斷路器自動閉合觸頭裝置，其特征在于 當動觸頭(1)與靜觸頭(14a、14b)處于閉合位置時，彈簧固定軸(31a、31b)與扭簧接觸線 (7a、7b)相對于旋轉軸(21)所呈的夾角為0° (。
6.根據權利要求1所述的具有高分斷能力的斷路器自動閉合觸頭裝置，其特征在于 所述操作機構控制部(51)和/或電磁機構控制部(52)通過推板(5)連接到觸頭支持(2) 上，所述推板(5)所處的平面與滅弧區(17a、17b)所處平面不重疊。
全文摘要
一種具有高分斷能力的斷路器的自動閉合觸頭裝置，它包括觸頭支持、旋轉軸、靜觸頭、安裝在觸頭支持上的旋轉式雙斷點動觸頭、觸頭彈簧。動靜觸點相對于旋轉軸對稱分布，操作機構和電磁機構分別通過觸頭裝置的操作機構控制部、電磁機構控制部驅動觸頭支持旋轉，彈簧固定軸對稱設在觸頭支持的兩側的殼體上，觸頭彈簧的一端抵在殼體上，另一端搭在觸頭支持的扭簧接觸線上，所述觸頭彈簧通過扭簧接觸線在觸頭閉合方向上向觸頭支持施加扭簧力。這種無外力作用下自動閉合觸頭裝置具體較高的分斷分斷能力，在不降低觸頭可靠閉合性能的同時，將觸頭彈簧對動觸頭的分斷阻力的影響降到最低，提高觸頭分斷速度和可靠性、降低燃弧風險。
文檔編號H01H73/04GK101958211SQ200910250730
公開日2011年1月26日 申請日期2009年12月9日 優先權日2009年12月9日
發明者嚴鵬斌, 段育明 申請人:上海諾雅克電氣有限公司