斷路器溫度補償機構及斷路器的製造方法

2023-06-17 03:08:16 2

斷路器溫度補償機構及斷路器的製造方法
【專利摘要】本實用新型的實施方式涉及一種斷路器溫度補償機構，包括：底座(1)，在所述底座(1)上具有引導槽(11)；以及U形雙金屬片(2)，其具有兩個支腿(21，22)和連接所述兩個支腿(21，22)的弧形段(23)，所述U形雙金屬片(2)能夠隨著環境溫度的變化而變形使得所述兩個支腿(21，22)之間的距離變化；其中，所述U形雙金屬片(2)的所述弧形段(21)位於所述底座(1)上的所述引導槽(11)內，使得所述U形雙金屬片(2)被引導為能夠相對於所述底座(1)自由旋轉。該溫度補償機構零件少，裝配簡單。還提供一種包括該溫度補償機構的斷路器。
【專利說明】斷路器溫度補償機構及斷路器

【技術領域】
[0001]本公開的各實施方式涉及斷路器領域，尤其涉及斷路器的熱脫扣機構的溫度補償機構。

【背景技術】
[0002]熱磁保護元件是斷路器中通常使用的用於電路短路、過載、缺相和三相不平衡保護的裝置。當電路中出現過載或缺相時，其中的熱元件通過感溫雙金屬片的受熱變形而推動脫扣機構動作，使得斷路器脫扣，達到過載和缺相保護。
[0003]由於感溫雙金屬片會受到環境溫度的變化的影響而發生變形，因此環境溫度的變化會影響斷路器的熱保護的正常工作。為此，通過溫度補償機構來實現對環境溫度變化的補償，使得熱元件觸發脫扣機構動作不受到環境溫度變化的影響，實現準確可靠的熱保護。現有技術中通過提供另一補償感溫雙金屬片來補償斷路器中的主雙金屬片由於環境溫度變化而導致的變形。
[0004]還提供調節裝置以根據不同的工作電流大小來調節補償感溫雙金屬片與主雙金屬片之間的距離，以使得針對不同的工作電流大小能夠設定不同的安全距離以避免在正常工作狀態下接觸到該補償感溫雙金屬片從而誤觸發該熱保護機制。
[0005]現有的溫度補償機構通過一旋轉安裝的轉動臺來固定補償雙金屬片，使得該雙金屬片能夠隨轉動臺轉動從而實現補償雙金屬片相對於脫扣機構的間隙調節以及在被主雙金屬片推動時能夠旋轉以觸發脫扣機構動作。並且還提供復位彈簧以使得轉臺能夠在調節裝置的調節時能夠從大間隙距離回復到小間隙距離的位置。這種結構的溫度補償機構零件較多，並且裝配比較費時，因此導致成本較高。
[0006]因此，期望提供一種簡單的溫度補償機構。
_7] 實用新型內容
[0008]鑑於上述原因，本公開的實施例提供一種斷路器溫度補償機構及斷路器，其用於解決上述現有的斷路器中所存在的問題的至少一部分。
[0009]根據本公開的一方面，提供一種斷路器溫度補償機構，包括:底座，在該底座上具有引導槽；以及U形雙金屬片，其具有兩個支腿和連接該兩個支腿的弧形段，該U形雙金屬片能夠隨著環境溫度的變化而變形使得該兩個支腿之間的距離變化；其中，該U形雙金屬片的該弧形段位於該底座上的該引導槽內，使得該U形雙金屬片被引導為能夠相對於該底座自由旋轉。通過將U形雙金屬片設置在底座上的引導槽內，同樣可以使得該U形雙金屬片相對於底座旋轉，以調節安全距離，或旋轉驅動脫扣機構動作，從而無需使用單獨的旋轉座，以減少零件數量並簡化裝配，從而降低成本。
[0010]根據本公開的一個實施例，該引導槽被配置為不妨礙該U形雙金屬片的該兩個支腿之間的相對移動，使得U形雙金屬片能夠隨環境溫度變化而自由變形。
[0011]根據本公開的一個實施例，還包括調節件，用於調節該U形雙金屬片相對於該底座的旋轉角度。
[0012]根據本公開的一個實施例，該調節件為調節螺釘，該調節螺釘包括位於螺杆上的凸輪面，該調節螺釘安裝在該底座上的螺釘孔中，並且該凸輪面位於該U形雙金屬片的該兩個支腿之間，通過旋轉該調節螺釘可使得該凸輪面與該兩個支腿之一的內側接觸，從而驅動該U形雙金屬片旋轉。通過使調節螺釘上的凸輪面選擇性地與U形雙金屬片的兩個支腿之一的的內側接合，可以在順時針和逆時針兩個方向上調節U形雙金屬片相對於底座的旋轉位置，從而無需使用復位彈簧。
[0013]根據本公開的另一方面，提供一種斷路器，包括前述任一種斷路器溫度補償機構。
[0014]根據本公開的一個實施例，該斷路器還包括與工作電路電連通的主雙金屬片、推動機構以及脫扣機構；其中該主雙金屬片也隨著環境溫度的變化而變形，從而推動該推動機構運動。
[0015]根據本公開的一個實施例，該斷路器溫度補償機構的U形雙金屬片被配置為使得隨著環境溫度的變化，該U形雙金屬片和該主雙金屬片都發生變形的程度使得該推動機構與該U形雙金屬片的一個支腿之間的距離加上該U形雙金屬片的另一個支腿與該脫扣機構之間的距離的和基本保持不變。
[0016]根據本公開的一個實施例，該U形雙金屬片和該主雙金屬片具有相同的隨溫度變化的變形率。
[0017]根據本公開的一個實施例，在該工作電路中產生缺相或預定時間的過載時，該主雙金屬片變形以推動該推動機構運動到接觸該U形雙金屬片的一個支腿，從而推動該U形雙金屬片旋轉，進而該U形雙金屬片的另一支腿推動該脫扣機構動作，從而斷開該斷路器。
[0018]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]當結合附圖閱讀下文對示範性實施方式的詳細描述時，這些以及其他目的、特徵和優點將變得顯而易見，在附圖中:
[0020]圖1是現有技術中的溫度補償機構的分解視圖；
[0021]圖2是現有技術中的溫度補償機構的裝配圖；
[0022]圖3是根據本公開的一個實施方式的溫度補償機構的分解視圖；
[0023]圖4示出了安裝有圖3中的溫度補償機構的斷路器的脫扣機構的立體圖；
[0024]圖5示出了圖4中的脫扣機構的俯視圖；
[0025]圖6示出了圖3中的溫度補償機構的工作示意圖。

【具體實施方式】
[0026]現在將僅通過示例性方式來詳細地描述本公開的各種實施方式。
[0027]圖1示出了現有技術中的用於斷路器的熱保護裝置中的溫度補償機構的分解視圖。在圖1中，該溫度補償機構包括底座I，轉動支撐在底座I上的旋轉座7。在旋轉座7上設置固定槽71，以用於將一 U形雙金屬片2固定安裝在旋轉座7上。該固定槽71固定住U形雙金屬片2的弧形部分，使得該U形雙金屬片2不能相對於旋轉座7旋轉。在旋轉座7中間形成一通孔72。調節螺釘3穿過通孔72旋入底座I中的螺紋孔中。通過旋轉調節螺釘3，調節螺釘3上的凸輪面31能夠選擇性地抵靠U形雙金屬片2的內側壁從而推動U形雙金屬片2隨旋轉座7相對於底座I旋轉，從而調節U形雙金屬片2與斷路器中的主雙金屬片驅動的推動機構之間的距離變大，以使該距離適應於斷路器的相對大的工作電流。在旋轉座7與底座I之間的旋轉軸上還設置有復位彈簧8。當旋轉調節螺釘3使得凸輪面31不再抵靠U形雙金屬片的內側壁時，復位彈簧8的回覆力使得旋轉座帶動U形雙金屬片2一同向回迴轉，從而調節U形雙金屬片2與斷路器中的主雙金屬片驅動的推動機構之間的距離變小，以使該距離適應於斷路器的相對小的工作電流。圖2中示出了如上所述的現有技術中的溫度補償機構裝配好的立體圖，其整體安裝於斷路器中，以實現溫度補償功能。
[0028]圖3是根據本公開的一個實施方式的溫度補償機構的分解視圖。該溫度補償機構包括:底座I，在底座I上具有引導槽11 ;以及U形雙金屬片2，其具有兩個支腿21，22和連接所述兩個支腿21，22的弧形段23。該U形雙金屬片2能夠隨著環境溫度的變化而變形使得兩個支腿21，22之間的距離變化。該雙金屬片是由具有不同熱膨脹係數的兩種材料層貼合而成的一種已知的溫度敏感元件。由於各層的熱膨脹係數不同，當溫度變化時，主動層的形變要大於被動層的形變，從而雙金屬片的整體就會向被動層一側彎曲，則這種複合材料的曲率發生變化從而產生形變。主動層的材料可以是錳鎳銅合金、鎳鉻鐵合金、鎳錳鐵合金和鎳等等，被動層的材料可以是鎳鐵合金等。U形雙金屬片2的弧形段21位於底座I上的引導槽11內。該引導槽11足夠寬使得U形雙金屬片2被引導為能夠相對於底座I自由旋轉。同時，該引導槽11僅圍繞U形雙金屬片2的弧形段21，使得其不妨礙U形雙金屬片2的兩個支腿21，22之間的相對移動。
[0029]優選地，該溫度補償機構也可以包括調節件3，用於調節U形雙金屬片2相對於底座I的旋轉角度。例如，該調節件3是調節螺釘。調節螺釘包括位於螺杆上的凸輪面31，該凸輪面31具有逐漸變大的半徑。調節螺釘安裝在底座I上的螺釘孔13中，並且凸輪面31位於U形雙金屬片2的所述兩個支腿21，22之間。例如通過使用改錐旋轉調節螺釘可使得凸輪面31與兩個支腿21，22之一的內側接觸，從而驅動U形雙金屬片2旋轉，以調節該溫度補償機構在斷路器中的設置，這將在後面進行介紹。
[0030]圖4-5示出了安裝有上述本公開的實施方式的溫度補償機構的斷路器的脫扣機構。該斷路器還包括與工作電路電連通的主雙金屬片4(見圖6)、推動機構5以及脫扣機構
6。其中主雙金屬片4與上述溫度補償機構中的U形雙金屬片2 —樣，也是溫度敏感元件，其也隨著環境溫度的變化而變形，從而推動推動機構5運動。但是該主雙金屬片4是直線形的。在安裝位置，推動機構5與U形雙金屬片2的一條支腿21的內側之間具有預定的間隙和/或在U形雙金屬片2的另一條支腿22的內側與脫扣機構6之間具有預定的間隙，使得在正常工作狀態下，主雙金屬片4的受熱變形不會驅動推動機構5運動到使得U形雙金屬片2被旋轉到觸發脫扣機構6，而在缺相或預定時間的過載情況下，主雙金屬片4的受熱變形能夠間接觸發脫扣機構6動作而斷開工作電路。
[0031]以下將結合附圖6示例性地詳細介紹該溫度補償機構的工作原理以及使用該溫度補償機構的斷路器的缺相和過載保護原理。
[0032]圖6中示出了電連接到斷路器的工作電路的主雙金屬片4以及與其配合的推動機構5。圖6中不出了三個主雙金屬片4,分別對應於工作電路的三相。推動機構5包括第一推板5-1、第二推板5-2以及與第一推板5-1和第二推板5-2鉸接的第三推板5_3，從而形成連杆機構。第一推板5-1和第二推板5-2相互平行布置。在第一推板5-1上具有三個臺階面，分別倚靠三個主雙金屬片4 一側。在第二推板5-2上也對應地具有三個臺階面，其分別倚靠三個主雙金屬片4的另一側。
[0033]在設置溫度補償機構時，通過旋轉調節螺釘3帶動其上的凸輪面31旋轉，使得凸輪面31推動U形雙金屬片2的任一條支腿21或22的內側而使該U形雙金屬片2相對於底座I順時針或逆時針旋轉一定角度，以使得U形雙金屬片2的一條支腿21的內側與第三推板5-3之間的距離以及U形雙金屬片2的另一條支腿22的內側與脫扣機構6 (未示出)之間的距離調節到預定值。這兩個距離之和構成推板5推動U形雙金屬片2觸發脫扣機構動作之前的安全距離，其與斷路器的工作電流大小以及過載保護的標準有關。例如，如果斷路器的工作電流越大以及對過載的容許程度越大，主雙金屬片發生變形的程度將越大，因而該安全距離也應設置得更大，以避免在正常工作電流或過載容許程度內觸發脫扣機構動作。而相反，如果斷路器的工作電流越小以及對過載的容許程度越小，主雙金屬片發生變形的程度將越小，因而該安全距離也應設置得更小，以使得一旦達到過載容許程度極限就應立即觸發脫扣機構動作。因此，該安全距離的準確設置對於斷路器的正常工作是重要的。
[0034]當斷路器正常通電時，與工作電路電連接的三個主雙金屬片在正常工作電流下將發熱並向第三推板5-3的方向發生彎曲，從而推動第二推板5-2沿箭頭Al方向運動。由於第一推板5-1、第二推板5-2以及第三推板5-3都是可移動地布置在斷路器中的，並且主雙金屬片4已發生彎曲而離開第一推板5-1的臺階面，因此第一推板5-1將隨著第二推板5-2和第三推板5-3的帶動而沿著箭頭Al的方向移動，從而該第三推板5-3僅進行沿箭頭Al的方向的平動。由於工作電流大小有限使得主雙金屬片4的變形有限，因此第三推板5-3沿箭頭Al的方向的平動的位移也有限，使得第三推板5-3將不能運動到接觸U形雙金屬片的支腿21的位置，從而不能推動U形雙金屬片2旋轉以觸發脫扣機構6動作。
[0035]當工作電路過載預定時間後，三個主雙金屬片都發熱預定時間從而產生了足夠大的變形量。該變形量足以推動第三推板5-3平動足夠位移而接觸到U形雙金屬片2的支腿21並繼續推動U形雙金屬片2順時針旋轉，使得另一支腿22內側也接觸到脫扣機構6，並推動脫扣機構6動作以斷開工作電路，從而實現過載保護。
[0036]當工作電流缺相時，某一相電路中沒有電流，導致對應的一個主雙金屬片4不會生熱變形。同時，其他兩相中的電流將導致對應的這兩相的主雙金屬片變形而推動第二推板5-2沿箭頭Al方向運動。由於缺相的主雙金屬片4不會生熱變形，其將仍然倚靠第一推板5-1上的對應的臺階面，並且因此阻擋第一推板5-1在第三推板5-3的帶動下沿箭頭Al方向的移動。結果，由於第一推板5-1被限制移動，而第二推板5-2沿箭頭Al方向移動，因此鉸接的第三推板5-3產生樞轉，而使得其自由端的轉動行程遠大於正常工作電流下的平動行程。因此，雖然工作電流大小與正常工作電流一樣，而不如過載電流那麼大，但其中兩相的主雙金屬片4的變形量也能夠使得第三推板5-3樞轉到接觸到U形雙金屬片2的支腿21並繼續推動U形雙金屬片2順時針旋轉，使得另一支腿22內側也接觸到脫扣機構6，並推動脫扣機構6動作以斷開工作電路的位置，從而實現缺相保護。
[0037]由於主雙金屬片4是溫度敏感元件，其容易受到環境溫度的變化而導致變形，從而推動推板5運動而改變第三推板5-3與觸發機構之間的安全距離，因此設置U形雙金屬片2來補償主雙金屬片4因為環境溫度變化而導致的變形。當環境溫度變化時，U形雙金屬片也隨之發生變形，導致其兩條支腿21和22之間的距離增大或減小。當環境溫度升高時，主雙金屬片4朝向推動第三推板5-3的方向變形，第三推板5-3向U形雙金屬片2的方向移動。同時，U形雙金屬片2的支腿21與22之間的距離也因為升溫變形而增大，這樣，支腿21朝向遠離第三推板5-3的方向運動，而支腿22朝向遠離其內側的脫扣機構6的方向運動，由此，兩個支腿21和22的運動累計的安全距離的增加抵消因第三推板5-3朝向U形雙金屬片2的運動導致的安全距離的減小，從而基本保持預定的安全距離不變，使得斷路器的工作不會受到環境溫度升高的影響。當環境溫度降低時，主雙金屬片4和U形雙金屬片2都朝向與上述相反的方向運動。即主雙金屬片4由於溫度降低而彎曲程度變小，因而沿著箭頭A2的方向變形，從而推動第一推板5-1的臺階面使第一推板5-1沿著箭頭A2的方向移動。由於主雙金屬片4沿箭頭A2方向的變形使得其與第二推板5-2之間具有間隙，因此第二推板也能在第三推板5-3的帶動下一同沿箭頭A2的方向移動。結果，第三推板5-3能夠沿著箭頭A2的方向遠離U形雙金屬片平移從而增大安全距離。而同時U形雙金屬片2的兩個支腿21和22也因溫度降低而相互靠近，從而支腿21靠近第三推板5-3運動，而支腿22靠近脫扣機構6運動，以減小安全距離。因此，累計的安全距離的減小抵消因第三推板5-3遠離U形雙金屬片2的運動導致的安全距離的增大，從而基本保持預定的安全距離不變。
[0038]為使得預定的安全距離隨著環境溫度的變化而基本不變，應恰當地設置主雙金屬片的材質、尺寸以及變形率與U形雙金屬片的材質、尺寸以及變形率之間的關係。優選地，U形雙金屬片2和主雙金屬片4可以具有相同的隨溫度變化的變形率，使得二者隨環境溫度的變化而變形的規律一致，從而能夠保證在一定溫度範圍內U形雙金屬片對主雙金屬片的等幅度的補償以保證上述安全距離的基本不變。
[0039]根據上述描述可以看到，通過將U形雙金屬片2設置在底座I上的引導槽11內，同樣可以使得該U形雙金屬片2相對於底座I旋轉，以調節安全距離，或旋轉驅動脫扣機構6動作，從而無需使用單獨的旋轉座。而且，通過使調節螺釘3上的凸輪面31選擇性地與U形雙金屬片2的兩個支腿21和22之一的的內側接合，可以在順時針和逆時針兩個方向上調節U形雙金屬片2相對於底座的旋轉位置，從而無需使用復位彈簧。這樣，溫度補償機構的零件數量減少，並且裝配變得更加簡單，從而降低了製造成本。
[0040]可以將本公開的溫度補償機構用於各種斷路器的熱脫扣器中，例如電動機斷路器。該電動機斷路器中的熱脫扣器可以在電動機中出現缺相或過載時切斷電動機電路，以保護電動機。
[0041]應當了解，出於方便描述的目的，本文基於斷路器面板朝上的放置進行描述。本文中的「上、下、左、右」的方向都是基於斷路器面板朝上的放置而描述的。顯然，根據需要，該斷路器可以以各種朝向進行布置。而本文中所述的各特徵之間的「上、下、左、右」的方向性描述都將隨著斷路器放置朝向的變化而相應的變化，但各特徵之間的相對位置關係將不會變化。
[0042]已經出於示出和描述的目的給出了本公開的說明書，但是其並不意在是窮舉的或者限制於所公開形式的實用新型。本領域技術人員可以想到很多修改和變體。本領域技術人員應當理解，本公開實施方式中的方法和裝置可以以軟體、硬體、固件或其組合實現。
[0043]因此，實施方式是為了更好地說明本公開的原理、實際應用以及使本領域技術人員中的其他人員能夠理解以下內容而選擇和描述的，即，在不脫離本公開精神的前提下，做出的所有修改和替換都將落入所附權利要求定義的本公開保護範圍內。
【權利要求】
1.一種斷路器溫度補償機構，其特徵在於，包括: 底座(I)，在所述底座⑴上具有引導槽(11);以及 U形雙金屬片(2)，其具有兩個支腿(21，22)和連接所述兩個支腿(21，22)的弧形段(23)，所述U形雙金屬片(2)能夠隨著環境溫度的變化而變形使得所述兩個支腿(21，22)之間的距離變化； 其中，所述U形雙金屬片(2)的所述弧形段(21)位於所述底座(I)上的所述引導槽(11)內，使得所述U形雙金屬片⑵被引導為能夠相對於所述底座⑴自由旋轉。
2.根據權利要求1所述的斷路器溫度補償機構，其特徵在於，所述引導槽(11)被配置為不妨礙所述U形雙金屬片(2)的所述兩個支腿(21，22)之間的相對移動。
3.根據權利要求2所述的斷路器溫度補償機構，其特徵在於，還包括調節件(3)，用於調節所述U形雙金屬片(2)相對於所述底座(I)的旋轉角度。
4.根據權利要求3所述的斷路器溫度補償機構，其特徵在於，所述調節件(3)為調節螺釘，所述調節螺釘包括位於螺杆上的凸輪面(31)，所述調節螺釘安裝在所述底座(I)上的螺釘孔(13)中，並且所述凸輪面(31)位於所述U形雙金屬片(2)的所述兩個支腿(21，22)之間，通過旋轉所述調節螺釘可使得所述凸輪面(31)與所述兩個支腿(21，22)之一的內側接觸，從而驅動所述U形雙金屬片(2)旋轉。
5.一種斷路器，其特徵在於，包括根據權利要求1-4中任一項所述的斷路器溫度補償機構。
6.根據權利要求5所述的斷路器，其特徵在於，所述斷路器還包括與工作電路電連通的主雙金屬片(4)、推動機構(5)以及脫扣機構(6);其中所述主雙金屬片(4)也隨著環境溫度的變化而變形，從而推動所述推動機構(5)運動。
7.根據權利要求6所述的斷路器，其特徵在於，所述斷路器溫度補償機構的U形雙金屬片(2)被配置為使得隨著環境溫度的變化，所述U形雙金屬片(2)和所述主雙金屬片(4)都發生變形的程度使得所述推動機構(5)與所述U形雙金屬片(2)的一個支腿(21)之間的距離加上所述U形雙金屬片(2)的另一個支腿(22)與所述脫扣機構(6)之間的距離的和基本保持不變。
8.根據權利要求7所述的斷路器，其特徵在於，所述U形雙金屬片(2)和所述主雙金屬片(4)具有相同的隨溫度變化的變形率。
9.根據權利要求6-8中任一項所述的斷路器，其特徵在於，在所述工作電路中產生缺相或預定時間的過載時，所述主雙金屬片(4)變形以推動所述推動機構(5)運動到接觸U形雙金屬片(2)的一個支腿(21)，從而推動所述U形雙金屬片(2)旋轉，進而所述U形雙金屬片(2)的另一支腿(22)推動所述脫扣機構(6)動作，從而斷開所述斷路器。
【文檔編號】H01H71/16GK203941869SQ201420249872
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2014年5月15日
【發明者】朱克兵, 李勝 申請人:施耐德電氣工業公司