具有台阶式轭铁结构的脱扣器和具有这种脱扣器的断路器

摘要

本发明公开了一种具有台阶式轭铁结构的脱扣器和具有这种脱扣器的断路器。其中，所述脱扣器包括一个双金属片、一个衔铁和一个轭铁系统，所述轭铁系统包括轭铁和一对导体，所述一对导体分别设置在所述轭铁的内、外两侧，并与双金属片电连接，使得流过轭铁内侧的导体的电流与流过双金属片的电流方向相同。利用这种脱扣器，可大幅度提高作用在衔铁上的电磁力，从而降低脱扣器的动作电流，以适用于小额定电流的断路器。

说明书

技术领域

本发明总的涉及一种断路器，并尤其涉及一种用在断路器中的脱扣器。

背景技术

线路断路器通常对长期的过流以及由短路而引起的很大的电流提供保护。这类保护作用在许多断路器中是通过热-磁脱扣机构来实现的，它包括一个热脱扣器和一个磁脱扣器。如图1所示，热脱扣器主要由双金属片1构成，双金属片1是由两种具有不同膨胀系数的金属构成的，因此，当温度超过一定值时，双金属片发生弯曲或偏折，使操作机构解锁并动作，同时，触头对打开，完成故障电流的切断，从而保护负载免受过流。

磁脱扣器包括一个衔铁5和一个磁轭2，衔铁5通过一个枢轴连接在断路器上，一端在电磁力的作用下向轭铁运动，而另一端可击打机构的连杆，使机构解锁，完成分断过程。如图1所示，衔铁5靠近双金属片1，通常为U形的磁轭2安置在双金属片附近，磁轭2的双臂延伸至与衔铁5接近。当发生短路时，磁轭和衔铁中的气隙磁场以及作用在衔铁上的电磁力大于一定数值时，衔铁将向磁轭方向运动，并推动连杆使机构解锁。

但是，由于单个导电体产生的磁场强度以及相应的作用在衔铁5上的电磁力不足以使衔铁向磁轭方向运动，也就不能使机构解锁而断开电路。而按照标准要求，需要在短路电流达到10倍额定电流时，脱扣器能够动作，因此，对额定电流较小的断路器，很难达到标准的要求。

为了解决这个问题，在中国专利ZL00802885.0中，公开了一种铃锤衔铁系统，该铃锤衔铁系统包含一个加热器，该加热器具有一个加热元件和一对电导体。加热元件与两导体电气相连并位于两导体之间。导体与加热元件之间有一定空间，以在导体和加热元件之间形成一对槽。一端至少与一个导体电气相连的双金属片处在靠近加热元件的位置。U形磁轭具有一对臂，每个臂分别穿过加热器的槽。加热元件和热敏片处在两臂之间并在期间形成多个电流通路。铃锤装在靠近两臂的枢轴上。当通过加热器和热敏片的电流达到一定值时，铃锤转向磁轭的两臂，将断路器的一对触头打开。

由于磁轭的两个臂分别插入到加热器的槽中，根据电工原理，在电流流过所述一对导体时，每个槽中产生的磁通叠加，因此，只需要不大的电流就足以产生吸引铃锤衔铁的磁场，这使得磁铃锤衔铁系统可以用于小电流的断路器。

但是，上述铃锤衔铁系统的缺点在于需要一个单独的加热器，这使得脱扣系统变得复杂，体积增大，进而导致断路器的结构变得复杂，不利于断路器小型化。

发明内容

鉴于现有技术中的问题提出本发明。因此，本发明的一个目的是提供一种额定电流较小的断路器，该断路器能够在较小短路电流条件下产生较大的电磁力作用在衔铁上。

另外，本发明的另一个目的是提供一种断路器，该断路器可以具有简单的结构，而不需要引用单独的加热器。

为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种脱扣器，该脱扣器包括一个双金属片、一个衔铁和一个轭铁系统，所述轭铁系统包括轭铁和一对导体，所述一对导体分别设置在所述轭铁的内、外两侧，并与双金属片电连接，使得流过轭铁内侧的导体的电流与流过双金属片的电流方向相同。

优选的是，所述轭铁具有台阶部分，而所述一对导体设置在所述台阶部分的两侧。

根据本发明，还提供了一种包括上述脱扣器的断路器。

利用上述脱扣器，通过双金属片和两个导体所确定的导电回路中，在轭铁与衔铁之间存在两个电流同方向的导体，这与仅有双金属片一个导体相比，可大幅度提高作用在衔铁上的电磁力，从而可以在小电流下使脱扣器动作。

附图说明

从下面结合附图对本发明的详细描述中，本发明的各项优点和特性将得以更清楚地体现，图中：

图1是示出现有技术的脱扣器的示意图；

图2是示出根据本发明的脱扣器的示意图；

图3是根据本发明的脱扣器的平面示意图；

图4是说明现有技术的脱扣器与根据本发明的脱扣器的保护特性比较的曲线图。

具体实施方式

下面，参照附图，详细描述根据本发明的优选实施例。

如图2和图3所示，图中示出根据本发明优选实施例的脱扣器。该脱扣器包括双金属片1，该双金属片1由两种具有不同热膨胀系数的金属构成，以便在预定温度下弯曲或偏转，双金属片1与图中未示出的触头对的断开机构相连接，以便在其弯曲或偏转时通过该断开机构将触头对断开。另外，该脱扣器还包括轭铁2，如图3所示，该轭铁2的截面为大致U形形状，具有两个臂21和22(图3没有标出21，22)，面对轭铁2的两个臂21和22，设置有衔铁5，其中，所述轭铁2的两个臂21和22超过双金属片1而延伸到衔铁5附近。该U形轭铁2的水平部分由第一水平部分23、第二水平部分24和连接二者的连接部分25构成(251，252，24，25没有在图中指出)，第二水平部分24从第一水平部分23凹进而构成台阶形，从而在连接部分25的两侧构成第一和第二凹进空间251和252，即：第一凹进空间251为由连接部分25、第一水平部分23以及第二臂22围绕的空间，而第二凹进空间252为由于第二水平部分凹进而留下的空间。参见图3的平面图。根据本发明的脱扣器还包括一对导体3和4，其中导体3设置在轭铁2的内侧，即轭铁的水平部分面对双金属片1的一侧，并且导体3靠近第一水平部分23设置，也就是说，设置在第一凹进空间251内。第二导体4设置在轭铁2的外侧，即，设置在第二凹进空间252内。

如图2所示，双金属片1一端与外部接线端子6相连接，其另一端与导体4的一端相连接，而导体4的另一端与导体3的一端相连接，导体3的另一端与另一外部接线端子7相连接。从而在断路器工作时，例如，电流从外部接线端子6依次流过双金属片1、导体4、导体4，然后从另一外部接线端子7流出。电流方向如图3中的符号所示。

下面简要介绍本发明的工作方式。从图3可以看出，在工作中，电流从外部接线端子6流入，通过双金属片1向下流到导体4，然后沿着导体4向上流到导体3的一端，进而经导体3流向另一外部接线端子7。图3清楚地表示了双金属片1和导体3、4中的电流情况，其中电流流入纸面用●表示，流出纸面用表示。在脱扣器正常工作时，双金属片1和导体3的电流流入纸面，而导体4的电流流出纸面，即与导体3的电流方向相反。

众所周知，磁场相对电流的方向遵从“右手定则”，同一方向产生的磁场强度按向量加法的规则相加。同样，在相反方向产生的磁场强度则相减。因此，将“右手定则”用于图3所示的双金属片1、导体3和4，可以看出，双金属片1和导体3的磁通是相加的。

双金属片1和导体3的磁通在轭铁2的两臂中感应出磁场。磁场的强度以及由此产生的对衔铁5的吸引力随着流过双金属片1和导体3的电流增大而增大。由于轭铁2内感应的磁场是各平行电流产生的磁通之总和，因此，只需要不大的电流就足以产生吸引衔铁的磁场。这使得根据本发明的脱扣器可以应用于额定电流较小的断路器。

在脱扣器工作中，当负载产生短路故障时，电流急剧增大，使得环绕双金属片1和导体3的磁通增加。如上所述，由于磁通强度是相加的，因此，轭铁2中产生的磁通与双金属片1和导体3中的磁通成正比。

在轭铁2的两臂21和22中的磁力通过缝隙的作用吸引衔铁5，衔铁5旋转而与轭铁2相接，并推动断开机构(未示出)将触头对打开，由此切断电流，以保护负载免受过流，如上面提及的。

图4示出了根据本发明优选实施例的脱扣器与现有技术的脱扣器的保护特性比较图，图中，横坐标为电流有效值，纵坐标为脱扣时间，从图中可以看出，在相同电流的情况下，根据本发明优选实施例的脱扣器比现有技术的脱扣器脱扣时间缩短大约50％。更为重要的是，可使额定电流为15A的塑壳断路器最小脱扣电流由400A左右降低到200A左右。

另外，尽管上面利用台阶式衔铁介绍了本发明，但是本发明并不局限于此。例如，该衔铁的形状不必局限于上述形状，而例如根据需要，可以设置多个台阶，而导体分别在每个台阶部分的两侧，进而可以进一步增加作用在衔铁上的力，由此，可以灵活地设计脱扣电流。

另外，衔铁的形状也不必局限于台阶形状，而可以根据断路器内部空间适当地设计成各种形状，如凹形等。

根据本发明的脱扣器的特点为：在轭铁2内侧，由双金属片1和导体3所确定的两个电流通路感应出磁场，高于现有技术的单个电流通路所产生的磁场。感应场强的增加提高了衔铁的灵敏度，因此，根据本发明的脱扣器可用于小电流的情况，以代替螺线管结构。

此外，本发明的脱扣器采用台阶式轭铁2，一对导体3和4分别设置在轭铁2的台阶部分的两侧，从而与现有技术中采用加热器的铃锤衔铁系统相比，在不增加脱扣器在断路器中占用空间的情况下，提高了脱扣器的效能，这也有利于断路器整体的小型化。

上面已经借助于描述和图示清楚地阐述了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员可以理解到，在不背离本发明的精髓和思想的前提下，可以对本发明作出各种改进和变型，本发明的范围仅有所附的权利要求书限定。