同向式串联双断点小型断路器 【技术领域】
本发明涉及一种串联双断点小型断路器，特别是一种同向式串联双断点小型断路器。
背景技术
小型断路器是在工业和民用领域都广泛应用的低压终端电器，其内部的主要部件是操作机构和触头装置，通过配置相应的延时，瞬时机构，实现分合线路、过载、短路保护功能。在分断技术上均利用短路电流在动、静触头的触点处产生电动斥力，以在瞬时机构未动作之前提前拉弧，依靠电弧形成的电弧电阻达到限流的目的。
现有的小型断路器的触头装置大多为单断点形式，即在同一极的主电路上只有一个动触头和一个静触头。单断点触头装置的主要缺陷是随着分断电流的不断提高，触头的烧灼和磨损程度非常严重，从而导致单断点小型断路器在分断能力的提升上非常有限。
现有的小型断路器的触头装置也有采用并联双断点形式，即在同一极的主电路上有两个静触头和两个动触头，且两个动触头之间并联连接，两个静触头之间也并联连接。并联双断点触头装置的优点是通过增加触头的抗磨损次数(并联双断点理论上是单断点抗磨损的两倍)，从而提高断路器产品多次分断后的使用寿命，但它仍然没有克服分断能力有限，或者由于断点数量的增加带来的体积增大的缺陷。
专利号为EP0560697的欧洲专利公开了一种在塑壳断路器上应用的串联双断点触头装置，其特点是在同一极的主电路上有两个动触头和两个静触头，且两个静触头分别与主电路的输入端、输出端连接，两个动触头串联连接。串联双断点触头装置的显著优点是，由于两对动静触头共同承担分断电流，所以分断能力大大提高，在理论上讲，它的分断能力是单断点触头装置的两倍。EP0560697号专利的动触头的两个触点分别设置在触头支持轴的两侧，所以称之为对称式串联双断点。对称式串联双断点触头装置可适用于体积较大的塑壳断路器，它的对称式结构和体积大的特点使对称式串联双断点触头装置不能被小型断路器所直接采用。小型断路器的突出要求是体积小、外型尺寸摸数化、操作力轻，而现有对称式串联双断点触头装置显然不能满足这些特殊要求。
专利号为ZL01821361的发明专利公开了一种同向式串联双断点触头装置，其结构特点是两个动触头的两个触点形成的双断点分别设置在触头支持轴的同侧，且两个触点运动方向一致。该技术方案的同向式串联双断点在横向宽度上比对称式串联双断点要小，因此它也使得串联双断点触头装置在小型断路器上的应用成为可能。然而，要将串联双断点触头装置应用到小型断路器上，还需要很好地解决两个断点的闭合/分断的一致性。在闭合过程中，如果串联双断点的两个断点的闭合不一致，则滞后闭合的断点由于电动斥力的作用，会在接触瞬间发生弹跳，从而加速触头的磨损。在分断过程中，如果串联双断点的两个断点的分断不一致，则滞后分断的断点因电弧烧灼严重等原因也会加速触头的磨损。很显然，滞后闭合/分断的断点会加速触头的磨损，而触头的磨损又会加剧断点闭合/分断的滞后，从而形成了因果恶性循环。串联双断点的闭合/分断滞后与触头磨损两者的因果恶性循环，严重影响了串联双断点小型断路器产品的使用寿命、可靠性和稳定性，这也是串联双断点触头尚不能广泛应用于小型断路器的原因之一。
现有技术的塑壳断路器和小型断路器解决串联双断点地两个断点的闭合/分断的一致性的技术方案，大多采用储能装置和限位装置来实现。储能装置用于解决双断点闭合一致性的问题，其原理是通过机构在闭合前的储能来实现双断点的快速闭合，很显然，它是通过提高闭合速度来达到缩短两个断点不同步闭合的时间差。限位装置也用于解决双断点分断一致性的问题，其原理是通过机构中设置的限位结构实现双断点的同时分断，但它不能解决在使用过程中出现的磨损较多的断点的滞后分断的问题。对于应用于小型断路器而言，现有技术的储能装置和限位装置还存在以下缺陷：储能装置与限位装置在结构上、功能上是独立的，其结构复杂、占据空间大，不能满足小型断路器体积小、长宽高尺寸模数化的要求；不能解决断点闭合/分断滞后与触头磨损两者恶性循环的问题，所以在触头磨损不一致的情况下，不能保持断路器可靠工作。
小型断路器的外型尺寸的模数化基于整个终端电器所有产品为基础，是一项十分重要的性能指标。非模数化的终端电器或外型尺寸过大的低压电器，由于其增加了宝贵的安装空间和使用设计难度，所以其用途受到了极大的限制。然而，由于同向式串联双断点的触头接触压力的总和是单断点的两倍，另外还需增设储能装置和限位装置，所以实现外形尺寸的最小化并符合摸数化规范要求，是设计制造同向式串联双断点小型断路器中尚需攻克的一大难题。如ABB的S500产品的过大的高度尺寸，不仅使得产品的体积过大，而且还不能满足模数化的基本要求。又如金钟穆乐的LH-125产品，虽然能符合模数化要求，但过大的长度尺寸，不仅使得产品体积过大，而且使长、宽、高比例失调，从而影响产品的美观和使用。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种同向式串联双断点小型断路器，不仅触头接触压力均匀、在闭合/分断时具有自适性、在触头磨损不一致时仍然保证可靠工作，而且结构简单合理、长、宽、高比例协调、体积小、产品美观。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。
一种同向式串联双断点小型断路器，包括绝缘外壳内的操作机构、同向式串联双断点触头装置、起快速闭合作用的储能装置和起同步闭合/断开作用的限位装置，所述的同向式串联双断点触头装置包括具有两个在电路中实现串联连接的动触点(A1、A2)的动触头4、与动触头4固定连接的支撑件5、固定在外壳1内的与两个动触点(A1、A2)对应闭合/分断的两个静触点(B1、B2)，和一个连接装置12，用于与所述操作机构3枢转连接，以使动触头4能在一定区域内实现闭合/分断运动。所述的储能装置包括形成在所述的支撑件5上的接触面9、与接触面9相配合的随操作机构3的手柄2同向运动的驱动指13、连接于操作机构3的杠杆6与动触头4之间的储能弹簧8。所述的限位装置包括形成在支撑件5或动触头4上的分别与动触头4上的两个动触点A1、A2相对应的两个凸台C1、C2、形成在操作机构3的杠杆6上的分别与两个凸台C1、C2相配合的两个面D1、D2。
所述的连接装置12包括形成在支撑件5上的通孔以及与该通孔间隙配合的安装在操作机构3的杠杆6上的旋转轴7，通过所述的间隙配合，使支撑件5不仅能绕旋转轴7的轴向转动，而且还能绕旋转轴7的径向偏转，以增强两个断点的接触压力的均匀性及同步闭合/分断的自适应性，以在两个断点的触头磨损不一致的情况下仍能保持可靠工作。
所述的动触头4呈叉形导体结构，两个动触点A1、A2分别形成在两叉的端部。所述的两个静触点B1、B2分别与主电路的输入端接线端子、输出端接线端子连接。
操作机构3的杠杆6由绝缘材料制成，所述杠杆6上设有穿孔11，用于安装所述的连接装置12的旋转轴7。
所述的储能弹簧8为套装在所述旋转轴7上的扭簧，该扭簧的一端连接在操作机构3的杠杆6上，另一端连接在动触头4上。所述的储能弹簧8的另一端也可连接在支撑件5上。所述储能弹簧8提供两个断点的接触压力，通过调整动触点A1、A2相对于旋转轴7的力臂长度与接触面9相对于旋转轴7的力臂长度的比例关系，可减小操作力。
【附图说明】
图1是本发明的同向式串联双断点小型断路器实施例的局部结构示意图，图中示出了操作机构和触头装置的结构。
图2是本发明的同向式串联双断点小型断路器实施例的局部示意图，图中示出了断开过程中操作机构与动触头的作用力关系。
图3是本发明的同向式串联双断点小型断路器实施例的操作机构与触头装置的装配示意图。
图4是本发明的同向式串联双断点小型断路器实施例的动触头的结构示意图。
图5是本发明的同向式串联双断点小型断路器实施例的操作机构的杠杆的结构示意图。
【具体实施方式】
如图1、2所示的操作机构和触头装置的结构，本发明的同向式串联双断点小型断路器的外壳1内的操作机构3上的动触头4绕旋转轴7转动，在操作机构3的驱动下，可在外壳1内的一定区域实现闭合/分断运动。所述动触头4包含有两个动触点A1和A2(参见图4所示)，两个动触点A1、A2在电路中形成串联连接，分别与断路器外壳1内的两个静触点B1和B2(B2图中未示出)对应实现触头闭合/分断操作，并在小型断路器的主电路上形成两个断点。
触头装置的结构如图3、4、5所示，动触头4包括：两个与外壳1内的两个静触点(B1、B2)相互对应的可以在电路中实现串联连接的动触点(A1、A2)、提供动触头4绕旋转轴7转动的连接装置12和支撑件5。动触头4上设有两个动触点(A1、A2)，它与支撑件5采用已知的铆合工艺进行紧固连接，所述支撑件5上有分别与所述动触头4上的两个动触点(A1、A2)相对应的两个凸台(C1、C2)。操作机构3的杠杆6上有两个与支撑件5上两个凸台(C1、C2)配合的面(D1、D2)，形成限位装置。支撑件5上还设有一接触面9，与操作机构3的手柄2上一个可以随手柄同向运动的驱动指13(图1中示出)相互配合，形成储能装置。所述储能装置还包括连接于杠杆6与动触头4之间的储能弹簧8。操作机构3上的杠杆6由绝缘材料制成，并有一个上下相互对应的贯穿孔11，动触头4所绕的旋转轴7穿过该贯穿孔11被装在操作机构3的杠杆6上，同时支撑件5上的提供动触头4所绕旋转轴7转动的连接装置12与动触头4所绕旋转轴7之间形成间隙配合。
从图4可见，本发明的同向式串联双断点小型断路器的同向式串联双断点的特征是动触头4呈叉形结构，两个动触点(A1、A2)分别以同向的形式形成在两叉的端部。动触头4用良导体制成，以便两个动触点(A1、A2)自然形成串联连接。与动触点(A1、A2)相对应配合实现闭合/分断的两个静触点(B1、B2)分别与主电路中的输入接线端子和输出接线端子连接。
在动触头4由闭合至打开的过程中，如图2所示，当杠杆6上的两个面(D1、D2)分别与所述动触头4的两个凸台(C1、C2)接触时，就会在动触头4的两个凸台(C1、C2)上分别产生以动触头4所绕旋转轴7为支撑点的沿动触头4旋转方向的两个切向力F1、F2(如图3所示)，当F1与F2相等时，动触头4上的两个动触点(A1、A2)位置达到一致，并同步断开。
在动触头4由打开至闭合的过程中，如图1、4、5所示，当操作机构3的手柄2上的同向运动的驱动指13与支撑件5上的所述接触面9发生接触、并产生滑动摩擦时，由于摩擦力f的作用，动触头4被操作机构3的驱动指13给锁住。随着操作机构3在手柄2的带动下继续旋转，使得支撑件5上的两个凸台(C1、C2)与杠杆6上的两个面(D1、D2)分离，限位装置失效，动触头4相对操作机构3反向运动，储能弹簧8对动触头4的作用力加大并开始储能，以至最终克服手柄2上的驱动指13与支撑件5上的所述接触面9相接触的摩擦力f，使手柄2上同向运动的驱动指13在支撑件5上的所述接触面9上摩擦滑动，直至该摩擦滑动结束并使驱动指13与接触面9脱离后，摩擦力f突然消失，储能弹簧8释放能量，以驱动动触头4产生快速旋转，并以一定的冲击速度与两个静触点(B1、B2)接触，且在动触头4上的两个动触点(A1、A2)与相对应的静触点(B1、B2)之间产生所需接触压力。
从以上由闭合至打开和由打开至闭合的操作过程描述可以得知，本发明的同向式串联双断点小型断路器的储能装置和限位装置均不是独立的装置，而是整合在一起的在操作机构和触头装置的一系列零件上的结构巧妙的组合。所述的储能装置包括形成在触头装置的支撑件5上的接触面9、与接触面9相互配合的形成在操作机构3的手柄2上的并随手柄2同向运动的驱动指13、连接于操作机构3的杠杆6与动触头4之间的储能弹簧8，该储能弹簧8也是触头装置用于产生触头接触压力和缓解动触头超程冲撞破坏所不可缺少的元件。所述的限位装置包括形成在触头装置的支撑件5上的分别与动触头4上的两个动触点(A1、A2)相对应的两个凸台(C1、C2)、形成在操作机构3的杠杆6上的分别与两个凸台(C1、C2)相配合的两个面(D1、D2)。很显然，所述的储能装置和限位装置的零件均为操作机构和触头装置原本所必需具有的零件，由于省略了现有技术的储能装置和限位装置所增加的零件，从而大大简化了结构，节省了空间，为缩小断路器产品的体积和使产品的外形尺寸符合模数化标准要求提供了可能。
从图1可以看出，两个断点的接触压力是由储能弹簧8提供的，虽然同向式串联双断点触头的接触压力的总和是单断点触头的接触压力的2倍，但可通过调整动触点(A1、A2)相对于旋转轴7的力臂长度与接触面9相对于旋转轴7的力臂长度的比例关系，来达到减小操作力的要求，为在设计中避免因加大传递力臂而增加机构体积提供了可能。
如上所述，所述的连接装置12包括形成在支撑件5上的通孔以及与该通孔间隙配合的安装在操作机构3的杠杆6上的旋转轴7。所述的间隙配合的用途是使支撑件5不仅能绕旋转轴7的轴转动，而且还能绕旋转轴7的径向偏转，以增强两个断点的接触压力的均匀性及同步闭合/分断的自适应性，以在两个断点磨损不一致的情况下仍然保持可靠工作。例如，在分断过程中，当两个断点磨损不一致而导致两个动触点(A1、A2)与两个静触点(B1、B2)接触后发生偏斜时，必然使磨损相对较小的动触点一侧的支撑件5上的凸台(C1或C2)提前与杠杆6上的面(D1或D2)发生接触，由于动触头的断开冲击效应，便在先接触的凸台上产生切向冲击力，在该冲击力和上述间隙配合的共同作用下，使动触头上磨损较多一侧的动触点发生快速绕旋转轴7的径向偏转，以使磨损较多的动触点一侧的支撑件5上的凸台与杠杆6上的面随之快速接触，由于偏转速度极快，所以两个凸台(C1、C2)与两个面(D1、D2)接触的时间差极小(几乎同时接触)，从而实现同步断开的效果。从上说明可以看出，通过支撑件5上的通孔与旋转轴7之间的间隙配合来实现两个断点的同步分断，还必须依靠支撑件5上的两个凸台(C1、C2)和杠杆6上的两个面(D1、D2)的配合，而这种同步分断克服了现有技术的触点磨损与分断滞后恶性循环的缺陷。同理，在闭合过程中，由于所述的间隙配合的作用和支撑件5能绕旋转轴7的径向偏转，所以两个断点的接触压力会自动平衡均匀，两个断点的闭合自动同步，从而大大增强了两个断点的接触压力的均匀性和同步闭合/分断的自适应性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求做出的技术等效变化与修改，皆应属/视为本发明的涵盖范围之内。例如，从图3、4可见，储能弹簧8为扭簧，套装在旋转轴7上，其一端连接在操作机构3的杠杆6上，另一端连接在动触头4上。不难想象，另一种可替代的方案是，套装在旋转轴7上的储能弹簧5，其一端连接在操作机构3的杠杆6上，另一端也可连接在支撑件5上。
此外，以上实施例给出了所述的两个凸台(C1、C2)形成在支撑件5上，不难想象，可替代该方案的另一具体实施方式是两个凸台(C1、C2)分别形成在动触头4上，其可替代的原因是支撑件5与动触头4为固定在一起的。