РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2015 года по МПК H01H71/00 H01H71/52 

Предпосылки создания изобретения

Изобретение относится к области распределительных устройств типа автоматического выключателя или дифференциального автоматического выключателя, в частности однополюсных выключателей с нейтральной цепью. Такие автоматические выключатели часто используются в установках конечного распределения, в частности, в зданиях для защиты электрической цепи путем отключения как фазового провода, так и нейтрального провода.

Изобретение относится, в частности, к распределительному устройству с изолирующим корпусом, содержащему подвижные контакты, в том числе по меньшей мере один фазовый подвижный контакт и один нейтральный подвижный контакт, поддерживаемые первым концом по меньшей мере двух контактных рычагов соответственно, при этом каждый контактный рычаг смонтирован вокруг поворотного штифта с тем, чтобы, по меньшей мере, обеспечить поворот упомянутого контактного рычага в положение замыкания упомянутых контактов, причем упомянутое устройство содержит контактное нажимное средство, воздействующее на упомянутые контактные рычаги для приложения контактного нажимного усилия к упомянутым контактным рычагам.

Известный уровень техники

В патентной заявке EP 0042778 описан однополюсный автоматический выключатель с нейтральной цепью, содержащий два подвижных контакта соответственно фазной цепи и нейтральной цепи, при этом упомянутые контакты поддерживаются контактными рычагами из изоляционного материала, поворотно установленными вокруг поворотного штифта, опирающегося на опору в виде пластины рабочего механизма, причем со своей стороны упомянутая опора поворотно смонтирована на неподвижном штифте. Вокруг поворотного штифта контактных рычагов размещена скрученная спиралью нажимная пружина, которая смещает упомянутые контактные рычаги в положение замыкания подвижных контактов.

Один из недостатков автоматического выключателя предшествующего уровня техники заключается в том, что не оптимизирован подбор размеров и расположение контактной нажимной пружины.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является устранение недостатков распределительных устройств предшествующего уровня техники, предложив распределительное устройство с изолирующим корпусом, содержащим подвижные контакты, в том числе по меньшей мере один фазовый подвижный контакт и один нейтральный подвижный контакт, поддерживаемых первым концом по меньшей мере двух контактных рычагов соответственно, при этом каждый контактный рычаг смонтирован вокруг поворотного штифта, с тем чтобы, по меньшей мере, обеспечить поворот упомянутого контактного рычага в положение замыкания упомянутых контактов, причем упомянутое устройство содержит контактное нажимное средство, воздействующее на упомянутый контактный рычаг для приложения контактного усилия нажатия к упомянутому контактному рычагу, при этом упомянутое устройство отличается тем, что контактное нажимное средство содержит две торсионные пружины, независимо воздействующие соответственно на упомянутый контактный рычаг, поддерживающий фазовый подвижный контакт и упомянутый контактный рычаг, поддерживающий нейтральный подвижный контакт, каждая торсионная пружина развивает скручивающее усилие вокруг оси вращения упомянутой пружины, при этом каждая торсионная пружина расположена относительно контактного рычага, на который она действует, таким образом, что ось вращения упомянутой пружины смещена в направлении второго конца упомянутого контактного рычага относительно оси упомянутого поворотного штифта.

Устройство предпочтительно содержит рабочий механизм, снабженный опорным рычагом, поддерживающим поворотный штифт, вокруг которого установлены контактные рычаги, при этом упомянутый опорный рычаг выполнен с возможностью перемещения контактных рычагов между положением размыкания и положением замыкания упомянутых подвижных контактов, причем каждая торсионная пружина расположена между контактным рычагом, на который воздействует упомянутая торсионная пружина, и упомянутым опорным рычагом.

Опорный рычаг предпочтительно размещен вокруг оси, которая идентична оси поворотного штифта.

Согласно одному варианту осуществления каждая торсионная пружина содержит первое звено, нажимающее на упор опорного рычага, и второе звено, воздействующее на один из контактных рычагов. Второе звено каждой торсионной пружины предпочтительно взаимодействует с упором контактного рычага, на который воздействует упомянутая торсионная пружина, при этом упомянутый упор смещен относительно поворотного штифта в направлении второго конца упомянутого контактного рычага. Упор контактного рычага предпочтительно расположен на втором конце упомянутого контактного рычага.

Согласно одному варианту осуществления первое звено каждой контактной пружины имеет большую длину, чем длина второго звена упомянутой контактной пружины. Длина первого звена, по меньшей мере, предпочтительно более чем в два раза превышает длину второго звена.

Согласно одному варианту осуществления первые звенья торсионных пружин соединены для образования гибкого узла, содержащего две упомянутые торсионные пружины.

Рабочий механизм предпочтительно дополнительно содержит:

- рукоятку, поворотно установленную на изолирующем корпусе для управления размыканием и замыканием подвижными контактами,

- передающее средство, расположенное между упомянутой рукояткой и контактными рычагами, включающее в себя размыкаемую механическую связь, и

- выключающий рычаг, соединенный с выключающим средством для выявления неисправности электрической цепи, при этом упомянутый выключающий рычаг предназначен для приведения контактных рычагов в положение размыкания, вызывая размыкание упомянутой размыкаемой механической связи.

Краткое описание чертежей

Другие преимущества и признаки будут более понятны из нижеследующего описания отдельных вариантов осуществления изобретения, приведенных в качестве неограничительных примеров и представленных на сопровождающих чертежах.

Фиг.1 - вид внутренней части автоматического выключателя согласно изобретению, на котором представлена большая часть элементов рабочего механизма.

Фиг.2 - частичный вид рабочего механизма, на котором демонтирован один из контактных рычагов, чтобы были видны опорный рычаг и контактное нажимное средство.

Фиг.3 - вид рабочего механизма, на котором представлено большинство элементов кинематической связи между рабочей рукояткой и подвижными контактами.

Фиг.4 соответствует Фиг.3, на которой демонтирован один из контактных рычагов, чтобы было видно контактное нажимное средство.

Фиг.5 - вид с пространственным разделением деталей контактных рычагов, опорного рычага и контактного нажимного средства.

Фиг.6 - вид с пространственным разделением деталей рабочего механизма и механизма выключения.

Подробное описание варианта осуществления

Как видно на Фиг.1, автоматический выключатель 1 содержит изолирующий корпус 3, по существу образованный двумя полукорпусами, при этом верхний полукорпус удален, чтобы была видна внутренняя часть упомянутого автоматического выключателя. Корпус 3 имеет общую параллелепипедную форму, соответствующую модульной системе. Корпус 3 имеет заднюю панель 5 для крепления на направляющей и переднюю панель 7, снабженную отверстием для прохождения через нее рукоятки 9. Выключатель 1 содержит нейтральную размыкающую цепь и фазовую размыкающую цепь, расположенные соответственно с каждой стороны изолирующей перегородки 11, вставленной между двумя полукорпусами и простирающейся параллельно основным панелям корпуса 3. На Фиг.1 можно увидеть только фазовую размыкающую цепь, нейтральная размыкающая цепь находится за изолирующей перегородкой 11.

Фазовая размыкающая цепь содержит фазовый подвижный контакт 13, поддерживаемый первым концом контактного рычага 15. Аналогичным образом, нейтральная размыкающая цепь содержит нейтральный подвижный контакт 17, поддерживаемый первым концом другого контактного рычага 19. Контактные рычаги 15 и 19 изготовлены из изоляционного материала и поворотно установлены на поворотный штифт 21.

Автоматический выключатель 1 содержит рабочий механизм, расположенный в верхней части корпуса 3, над изолирующей перегородкой 11. Этот рабочий механизм является общим для фазового подвижного контакта 13 и нейтрального подвижного контакта 17. Поворотный штифт 21 для артикуляции контактных рычагов 15 и 19 опирается на опорный рычаг 23 (Фиг.5) в виде плиты, часто называемой монтажной плитой, при этом упомянутый опорный рычаг поворотно смонтирован на корпусе. Опорный рычаг 23 в данном случае поворотно смонтирован вокруг оси, параллельной и идентичной оси поворотного штифта 21 контактных рычагов 15 и 19. Поворотная ось опорного рычага 23 и поворотная ось для артикуляции контактных рычагов 15 и 19 выполнены в виде вала 21, прочно прикрепленного к упомянутому опорному рычагу 23. Концы вала 21 установлены в опоры, расположенные в полукорпусах корпуса 3. Контактные рычаги 15, 19 также содержат опоры для упомянутых контактных рычагов 15 и 19 для зацепления с валом 21 соответственно с каждой стороны опорного рычага 23.

Установка с возможностью поворота опорного рычага 23 на корпусе 3 позволяет перемещать контактные рычаги 15 и 19 между положением размыкания подвижных контактов 13 и 17 и положением замыкания упомянутых подвижных контактов. На опорном рычаге 23 имеются упоры, служащие для взаимодействия с контактными рычагами 15 и 19, с целью поворота последних вокруг вала 21 в положение замыкания подвижных контактов 13 и 17. Пружина 90, установленная между корпусом и опорным рычагом 23, вызывает поворот опорного рычага 23 вокруг вала 21 в положение замыкания подвижных контактов 13 и 17.

Установка с возможностью поворота контактных рычагов 15 и 19 на опорном рычаге 23, в свою очередь, обеспечивает ограниченное перемещение упомянутых контактных рычагов, в частности, при повороте опорного рычага 23 в положение замыкания подвижных контактов 13 и 17.

Каждый из контактных рычагов 15 и 19 содержит экран 26, который предотвращает попадание и проникновение в рабочий механизм частиц, генерируемых электрической дугой. Экран 26 приспособлен для скольжения по неподвижной стенке 61 так, чтобы выполнять защитную функцию, по меньшей мере, в начале размыкания контактов. Поверхности экрана 26 и неподвижной стенки 27 обращены друг к другу и расположены достаточно близко друг от друга с тем, чтобы упомянутая неподвижная стенка зачищала подвергающуюся воздействию электрической дуги поверхность упомянутого экрана, что предотвращает накопление любых отложений.

Рабочий механизм содержит контактное нажимное средство, воздействующее на контактные рычаги 15 и 19 для приложения усилия нажатия к упомянутым контактным рычагам и для приведения упомянутых контактных рычагов в положение замыкания подвижных контактов 13 и 17. Контактное нажимное средство содержит две торсионные пружины 31 и 32, воздействующие соответственно на контактный рычаг 15, поддерживающий фазовый подвижный контакт 13 и на контактный рычаг 19, поддерживающий нейтральный подвижный контакт 17. Каждая торсионная пружина 31 и 32 снабжена поворотным штифтом, вокруг которого она развивает скручивающее усилие. Торсионные пружины 31 и 32 установлены таким образом, что их соответствующие поворотные штифты смещены относительно вала 21 ко второму концу контактных рычагов. Этот второй конец контактных рычагов 15 и 19 расположен по существу противоположно первому концу упомянутого рычага, поддерживающего подвижные контакты 13 и 17. Такое расположение пружин 31 и 32 и их соответствующих поворотных штифтов подготавливает усилие, прикладываемое упомянутыми пружинами к контактным рычагам 15 и 19 и, следовательно, к подвижным контактам 13 и 17, поддерживаемым упомянутыми контактными рычагами. Такое расположение пружин 31 и 32, и, в частности, расположение их поворотных штифтов, позволяет также уменьшить их размеры.

Более конкретно, каждая торсионная пружина 31 и 32 расположена между контактными рычагами 15 и 19, на которые воздействует упомянутая торсионная пружина, и опорным рычагом 23. Таким образом, размеры торсионных пружин 31 и 32 подобраны так, чтобы оказывать замыкающее усилие на подвижные контакты 13 и 17, обеспечивая ограниченный поворот контактных рычагов 15 и 19 относительно опорного рычага, в соответствии со степенью износа упомянутых контактов. Размеры торсионных пружин 31 и 32 не позволяют производить поворот контактных рычагов 15 и 19 из положения размыкания в положение замыкания контактов 13 и 17, эта функция выполняется опорным рычагом 23. Таким образом, размеры торсионных пружин 31 и 32 подобраны исключительно в соответствии с прикладываемым контактным нажимным усилием, в силу чего размеры упомянутых пружин уменьшены.

Как видно из Фиг. 2 и 4, используемые торсионные пружины 31 и 32 представляют собой скрученные спиралью пружины. Каждая торсионная пружина 31 и 32 содержит первое звено 35 и 36, нажимающее на упор 39 опорного рычага, и второе звено 41 и 42, воздействующее на один из упомянутых контактных рычагов 15 и 19. Второе звено 41 и 42 каждой торсионной пружины 31 и 32 взаимодействует с упором 45 и 46 контактного рычага 15 и 19, на который воздействует упомянутая торсионная пружина. Этот упор 45 и 46 смещен относительно вала 21, представляющего собой поворотный штифт контактного рычага 15 и 19, ко второму концу упомянутого контактного рычага, расположенного противоположно первому концу, поддерживающему подвижные контакты 13 и 17. Упор 45 и 46 контактного рычага 15 и 19 расположен, по существу, на втором конце упомянутого контактного рычага. В силу чего контактное усилие, приложенное торсионными пружинами 31 и 32, является максимальным.

Спиральные витки торсионных пружин 31 и 32, окружающих поворотный штифт упомянутых пружин, смещены относительно вала 21. Таким образом, в дополнение к увеличению контактного нажимного усилия и уменьшению размеров контактного нажимного средства 31 и 32 габаритные размеры рабочего механизма на уровне вала 21 уменьшены. Учитывая сложность рабочего механизма в том, что касается сочленений вокруг вала 21, это смещение витков торсионных пружин 31 и 32 относительно вала 21 приводит к упрощению упомянутого рабочего механизма, а его сборка упрощается.

В представленном варианте осуществления первые звенья 35 и 36 торсионных пружин 31 и 32 соединены друг с другом в единый гибкий узел, объединяющий упомянутые торсионные пружины. Как видно из Фиг.2 и 4, первое звено 35 и 36 каждой торсионной пружины 31 и 32 имеет большую длину, чем второе звено 41 и 42 упомянутой торсионной пружины. Точнее, длина первого звена 35 и 36, по меньшей мере, более чем в два раза превышает длину второго звена 41 и 42. Такая компоновка, в частности, облегчает сборку рабочего механизма, в частности, из-за длины звеньев, что обеспечивает гибкость, необходимую для установки на штифты пружин.

Рабочий механизм автоматического выключателя может быть таким, как описано в заявке на европейский патент EP 0295158.

В представленном варианте осуществления рабочий механизм содержит средство передачи, расположенное между рукояткой 9 и контактными рычагами 15 и 19 или, точнее, между упомянутой рукояткой и опорным рычагом 23. Это средство обеспечивает перемещение опорного рычага 23 между положением размыкания и положением замыкания подвижных контактов 13 и 17.

Как видно из Фиг.6, выключающий рычаг 53, соединенный с выключающим средством, обеспечивает обнаружение неисправности в электрической цепи и воздействует на рабочий механизм с целью размыкания контактов автоматического выключателя. Выключающее средство включает в себя электромагнитный размыкатель 55 и тепловой размыкатель, т.е. биметаллическую пластину 57. Выключающий рычаг 53 поворотно установлен на поворотном штифте 59, поддерживаемом опорным рычагом 23, с предварительно заданным смещением относительно поворотного штифта 21. Выключающий рычаг 53 предназначен для приведения контактных рычагов 15 и 19 в положение размыкания, вызывая размыкание размыкаемой механической связи 61 средства передачи (Фиг.1 и 2).

Средство передачи включает в себя передающий стержень 51, соединенный с внутренней основой рукоятки для образования коленно-рычажного сочленения, эксцентрического по отношению к поворотному штифту 63 упомянутой рукоятки. Размыкаемая механическая связь 61 расположена между передающим стержнем 51 и опорным рычагом 23. В заблокированном положении размыкаемая механическая связь 61 обеспечивает ручное управление рабочим механизмом с помощью рукоятки 9. Перемещение выключающего рычага 53 в положение выключения из-за действия размыкателя 55 вызывает мгновенное размыкание механической связи 61, что приводит к автоматическому выключению рабочего механизма, независимо от рукоятки 9. Выключающий рычаг 53 соединен с возвратной пружиной (не показана), служащей для автоматического восстановления механической связи 61 при перемещении рукоятки 9 в положение размыкания после выключения рабочего механизма в случае возникновения неисправности.

Как видно из Фиг.6, размыкаемая механическая связь 61 содержит фиксирующий крюк 65, поворотно установленный на поворотном штифте 67 опорного рычага 23. Противоположная поворотному штифту 67 носовая часть 69 фиксирующего крюка взаимодействует при блокированном положении связи 61 с крепежным пазом 71, расположенным на верхнем рычаге выключающего рычага 53. Передающий стержень 51 соединен с фиксирующим крюком 65 в точке сочленения, которая способна перемещаться в отверстии опорного рычага 23 при выполнении отключения. Это отверстие является несквозным или сквозным и имеет форму кругового сектора с поворотным штифтом 67 в центре. Точка сочленения расположена между поворотным штифтом 67 и носовой частью 69 фиксирующего крюка. Размыкаемая механическая связь 61 образует понижающую фазу кинематической связи рабочего механизма, обеспечивая уменьшение усилия выключения, развиваемого магнитотепловым размыкателем.

Как видно из Фиг.2 и 6, биметаллическая пластина 57 теплового размыкателя взаимодействует с выключающим рычагом 53 с помощью поворотной направляющей рейки 81 с односторонней передачей. Направляющая рейка 81 образована соединенным рычагом, один конец которого свободно соединен с нижним рычагом выключающего рычага 53 в точке сочленения 83. Изогнутая средняя часть рычага передающего рычага нажимает на утолщение 85 выключающего рычага 53 таким образом, чтобы перевести последний в положение выключения, когда биметаллическая пластина 51 отклоняется вправо при возникновении протекающего через полюс тока перегрузки. Во время фазы этого теплового выключения, направляющая рейка 81 представляет собой жесткую кинематическую связь между биметаллической пластиной 57 и выключающим рычагом 53. Точка сочленения 83 расположена между утолщением 85 и поворотным штифтом 21 выключающего рычага 53. Целью такого расположения поворотного штифта 83 в непосредственной близости от поворотного штифта 21 является минимизация перемещения поворотного штифта 83 по дуге окружности с поворотным штифтом 21 в центре или даже предотвращение такого перемещения при продвижении электромагнитным размыкателем 55 опорного рычага 23.

При приведении рабочего механизма вручную или автоматически в положение размыкания конец 87 направляющей рейки 81, противоположный точке сочленения 83, может натолкнуться на упор, образованный выступом корпуса, что приведет к размыканию кинематической связи с выключающим рычагом 53. Опорный рычаг 23 может повернуться против часовой стрелки вокруг поворотного штифта 21, и средняя зона направляющей рейки 81 отодвинется от утолщения 85. Точка сочленения 83 направляющей рейки 81 может, естественно, быть образована поворотным штифтом 21 выключающего рычага 53.

Функционирование такого рабочего механизма хорошо известно специалистам в данной области техники и нет смысла описывать его более подробно. Это функционирование также описано в заявке на европейский патент EP 0295158.

Распределительное устройство с изолирующим корпусом содержит подвижные контакты, поддерживаемые первым концом по меньшей мере двух контактных рычагов соответственно. Каждый контактный рычаг смонтирован вокруг поворотного штифта (21), поддерживаемого опорным рычагом рабочего механизма, что обеспечивает, по меньшей мере, поворот контактных рычагов в положение замыкания контактов. Устройство содержит также контактное нажимное средство, содержащее две торсионные пружины (31, 32), независимо воздействующие на каждый из контактных рычагов. Каждая торсионная пружина расположена относительно контактного рычага, на который она воздействует, таким образом, что ось вращения пружины смещена в направлении второго конца контактного рычага относительно оси поворотного штифта. Технический результат - ограничение перемещения контактных рычагов при повороте опорного рычага в положение замыкания подвижных контактов с возможностью оптимизации подбора размеров и расположения контактной нажимной пружины. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Распределительное устройство (1) с изолирующим корпусом (3), содержащим подвижные контакты, в том числе по меньшей мере один фазовый подвижный контакт (13) и один нейтральный подвижный контакт (17), поддерживаемые первым концом по меньшей мере двух контактных рычагов (15, 19) соответственно, при этом каждый контактный рычаг смонтирован вокруг поворотного штифта (21), что обеспечивает, по меньшей мере, поворот контактного рычага в положение замыкания контактов, причем устройство содержит контактное нажимное средство, воздействующее на контактные рычаги для приложения контактного нажимного усилия к контактным рычагам, отличающееся тем, что контактное нажимное средство содержит две торсионные пружины (31, 32), независимо воздействующие соответственно на контактный рычаг, поддерживающий фазовый подвижный контакт и контактный рычаг, поддерживающий нейтральный подвижный контакт, при этом каждая пружина развивает скручивающее усилие вокруг оси вращения упомянутой пружины, и каждая торсионная пружина расположена относительно контактного рычага, на который она воздействует, таким образом, что ось вращения упомянутой пружины смещена в направлении второго конца контактного рычага относительно оси поворотного штифта, и тем, что оно содержит рабочий механизм, снабженный опорным рычагом (23), поддерживающим поворотный штифт (21), вокруг которого установлены контактные рычаги, при этом опорный рычаг приспособлен для перемещения контактных рычагов между положением размыкания и положением замыкания подвижных контактов, а каждая торсионная пружина (31, 32) размещена между контактными рычагами (15, 19), на которые воздействует торсионная пружина, и опорным рычагом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что опорный рычаг (23) шарнирно установлен вокруг оси, которая идентична оси поворотного штифта (21).

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая торсионная пружина (31, 32) содержит первое звено (35, 36), нажимающее на упор (39) опорного рычага (23), и второе звено (41, 42), воздействующее на один из контактных рычагов (15, 19).

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что второе звено (41, 42) каждой торсионной пружины (31, 32) взаимодействует с упором (45, 46) контактного рычага (15, 19), на который воздействует торсионная пружина, при этом упомянутый упор смещен относительно поворотного штифта (21) в направлении второго конца контактного рычага.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что упор (45, 46) контактного рычага (15, 19) расположен на втором конце упомянутого контактного рычага.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что длина первого звена (35, 36) каждой контактной пружины (31, 32) больше, чем длина второго звена (41, 42) контактной пружины.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что длина первого звена (35, 36), по меньшей мере, более чем в два раза превышает длину второго звена (41, 42).

8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что первые звенья (35, 36) торсионных пружин (31, 32) соединены в гибкий узел, содержащий две упомянутые торсионные пружины.

9. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что рабочий механизм дополнительно содержит:
- рукоятку (9), поворотно установленную на изолирующем корпусе (3) для управления размыканием и замыканием подвижных контактов (13, 17),
- средство передачи, расположенное между упомянутой рукояткой и контактными рычагами (15, 19), включающее в себя размыкаемую механическую связь (61), и
- выключающий рычаг (53), соединенный с выключающим средством (55, 57) для обнаружения неисправности в электрической цепи, при этом упомянутый выключающий рычаг предназначен для приведения контактных рычагов (15, 19) в положение размыкания, вызывая размыкание упомянутой размыкаемой механической связи.