CN107275162B

CN107275162B - 用于限流电路断路器跳闸系统的自动复位偏压装置

Info

Publication number: CN107275162B
Application number: CN201710225001.XA
Authority: CN
Inventors: H.K.索拉特; M.M.米图; A.波斯; M.J.拉内; G.V.卡达姆
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB AS Norway
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2017-04-07
Publication date: 2020-12-01
Anticipated expiration: 2037-04-07
Also published as: CN107275162A; US9899176B2; US20170294282A1; DE102017106470A1

Abstract

一种电路断路器(100,300)包括壳(102)、跳闸机构(108)，以及在第一位置与第二位置之间可移动的跳脱杆(110,302)。跳脱杆包括有选择地接触跳闸机构的第一端(114,306)，以及与第一端相对的第二端(116,308)。电路断路器还包括偏压装置(118,310)，其包括联接至壳的壳体(202,402)和联接至壳体的杆臂(204,404)。杆臂包括与第二端接触且构造成在对应于第一位置的初始位置与对应于第二位置的最终位置之间移动的接合表面(206,408)。偏压装置还包括在壳体与杆臂之间延伸且相对于第二端偏压接合表面的偏压部件(214,410)。杆臂在第一位置施加第一转矩，且在第二位置施加不同于第一转矩的第二转矩。

Description

用于限流电路断路器跳闸系统的自动复位偏压装置

技术领域

本公开内容的领域大体上涉及电路断路器装置，且更具体地，涉及用于限流电路断路器跳闸系统的自动复位偏压装置。

背景技术

已知的限流电路断路器通过使用多种机电机构来中断电路故障和限制短路电流，以在足够短的时间内断开问题电路，以防止对电路断路器之外的电气构件的破坏。至少一些已知的限流电路断路器提出了可经由电路断路器输送至负载的电流的上限，其中目的在于保护由于短路或负载中的类似问题引起的生成或传送当前有害效果的电路。另外，至少一些已知的限流电路断路器使用一种以上的方法来感测和反应于高于额定电流的增大电流(I)且使受影响的电路跳闸。此外，至少一些已知的限流电路断路器设计成满足由标准制作实体提出的各种要求。

在用于限流电路断路器的至少一些已知的跳闸系统中，跳脱杆(trip lever)上的偏压力在跳脱杆旋转时线性地增大。这导致了低水平电流中的低偏压力，以及高水平故障电流下的大偏压力。在至少一些已知的跳闸系统中，高电流水平下的大偏压力可能使得难以在4到5毫秒(ms)内使电路断路器跳闸，以便在故障电流的半周中清除故障。由于至少一些已知的跳闸系统中的高电流水平下的大偏压力，故有挑战的是提供一种满足美国安全实验室(UL：Underwriters Laboratories)和国际电工委员会(IEC)两种要求的限流电路断路器。

发明内容

在一方面，提供了一种具有壳的电路断路器。电路断路器包括跳闸机构，以及联接到壳上且构造成在第一位置与第二位置之间移动的跳脱杆。跳脱杆包括有选择地接触跳闸机构的第一端，以及与第一端相对的第二端。电路断路器还包括偏压装置，其包括联接到壳上的壳体和联接到壳体上的杆臂。杆臂包括与第二端接触的接合表面。杆臂构造成在对应于第一位置的初始位置与对应于第二位置的最终位置之间移动。偏压装置还包括在壳体与杆臂之间延伸且相对于第二端偏压接合表面的偏压部件，其中杆臂在第一位置将第一转矩施加到跳脱杆上，且在第二位置将第二转矩施加到跳脱杆上，且其中第一转矩的值不同于第二转矩的值。

在另一方面，提供了一种用于电路断路器的偏压装置。电路断路器包括壳、跳闸机构，以及联接到壳上且构造成在第一位置与第二位置之间移动的跳脱杆。跳脱杆包括有选择地接触跳闸机构的第一端和与第一端相对的第二端。偏压装置包括联接到壳上的壳体，以及联接到壳体上的杆臂。杆臂包括与第二端接触的接合表面。杆臂构造成在对应于第一位置的初始位置与对应于第二位置的最终位置之间移动。偏压装置还包括在壳体与杆臂之间延伸且相对于第二端偏压接合表面的偏压部件，其中杆臂在第一位置将第一转矩施加到跳脱杆上，且在第二位置将第二转矩施加到跳脱杆上，且其中第一转矩的值不同于第二转矩的值。

在又一方面，提供了一种组装电路断路器的方法。该方法包括将跳闸机构联接到电路断路器壳上。该方法还包括将跳脱杆联接到电路断路器壳上。跳脱杆在第一位置与第二位置之间可移动。跳脱杆包括有选择地接触跳闸机构的第一端和与第一端相对的第二端。该方法还包括将偏压装置联接到电路断路器上。偏压装置包括联接到电路断路器壳上的壳体，以及联接到壳体上的杆臂。杆臂在对应于跳脱杆的第一位置的初始位置与对应于跳脱杆的第二位置的最终位置之间可移动。杆臂包括接触第二端的接合表面。偏压装置还包括在壳体与杆臂之间延伸的偏压部件，其中偏压部件相对于第二端偏压接合表面，其中杆臂在第一位置将第一转矩施加到跳脱杆上，且在第二位置将第二转矩施加到跳脱杆上，以便于跳脱杆的自动复位，其中第一转矩的值不同于第二转矩的值，且其中跳脱杆的转矩特征在跳脱杆的运动范围内是非线性的。

实施方案1.一种包括壳的电路断路器，所述电路断路器包括：

跳闸机构；

联接到所述壳上且构造成在第一位置与第二位置之间移动的跳脱杆，所述跳脱杆包括有选择地接触所述跳闸机构的第一端，以及与所述第一端相对的第二端；以及

偏压装置，其包括：

联接到所述壳上的壳体；

联接到所述壳体上且包括与所述第二端接触的接合表面的杆臂，所述杆臂构造成在对应于所述第一位置的初始位置与对应于所述第二位置的最终位置之间移动；以及

在所述壳体与所述杆臂之间延伸且相对于所述第二端偏压所述接合表面的偏压部件，其中所述杆臂在所述第一位置将第一转矩施加到所述跳脱杆上，且在所述第二位置将第二转矩施加到所述跳脱杆上，以及其中所述第一转矩的值不同于所述第二转矩的值。

实施方案2.根据实施方案1所述的电路断路器，其特征在于，所述偏压部件包括螺旋弹簧、扭力弹簧、张力弹簧和弹簧片中的至少一者。

实施方案3.根据实施方案1所述的电路断路器，其特征在于，还包括附加偏压部件，其包括弹簧片、扭力弹簧、球擎机构和凸轮偏压的弹簧机构中的至少一者，所述附加偏压部件在所述壳体与所述杆臂之间延伸，所述附加偏压部件相对于所述第二端进一步偏压所述杆臂。

实施方案4.根据实施方案1所述的电路断路器，其特征在于，所述接合表面包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有与所述第二部分相比不同的定向，其中所述不同的定向导致跳闸事件期间分别由所述第一部分和所述第二部分将不同大小和方向的偏压力施加到所述第二端。

实施方案5.根据实施方案1所述的电路断路器，其特征在于，所述偏压部件包括至少两个偏压部件。

实施方案6.根据实施方案1所述的电路断路器，其特征在于，还包括布置成有选择地接触所述杆臂的至少一个附加跳脱杆。

实施方案7.根据实施方案1所述的电路断路器，其特征在于，还包括联接到所述壳体上的第二杆臂。

实施方案8.根据实施方案1所述的电路断路器，其特征在于，还包括铰接地联接到所述跳闸机构上的末梢。

实施方案9.根据实施方案1所述的电路断路器，其特征在于，所述第二端包括第一表面和定向成基本正交于所述第一表面的第二表面。

实施方案10.根据实施方案9所述的电路断路器，其特征在于，所述第二表面是弓形的。

实施方案11.根据实施方案1所述的电路断路器，其特征在于，所述跳脱杆的转矩特征在所述跳脱杆的运动范围内是非线性的。

实施方案12.一种用于电路断路器的偏压装置，该电路断路器具有壳、跳闸机构和联接到所述壳上且构造成在第一位置与第二位置之间移动的跳脱杆，所述跳脱杆包括有选择地接触所述跳闸机构的第一端，以及与所述第一端相对的第二端，所述偏压装置包括：

联接到所述壳上的壳体；

实施方案13.根据实施方案12所述的偏压装置，其特征在于，所述壳体包括止挡表面，以及其中所述杆臂还包括接触所述止挡表面来限制所述杆臂的移动的凸起。

实施方案14.根据实施方案12所述的偏压装置，其特征在于，所述偏压部件包括螺旋弹簧、扭力弹簧、张力弹簧和弹簧片中的至少一者。

实施方案15.根据实施方案12所述的偏压装置，其特征在于，所述杆臂可旋转地联接到所述壳体上。

实施方案16.根据实施方案12所述的偏压装置，其特征在于，还包括附加偏压部件，其包括弹簧片、扭力弹簧、球擎机构和凸轮偏压的弹簧机构中的至少一者，所述附加偏压部件在所述壳体与所述杆臂之间延伸，所述附加偏压部件相对于所述第二端进一步偏压所述杆臂。

实施方案17.根据实施方案12所述的偏压装置，其特征在于，还包括联接到所述壳体上的第二杆臂。

实施方案18.根据实施方案12所述的偏压装置，其特征在于，所述接合表面包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有与所述第二部分相比不同的定向，其中所述不同的定向导致跳闸事件期间分别由所述第一部分和所述第二部分将不同大小和方向的偏压力施加到所述第二端。

实施方案19.根据实施方案12所述的偏压装置，其特征在于，所述跳脱杆的转矩特征在所述跳脱杆的运动范围内是非线性的。

实施方案20.一种组装电路断路器的方法，所述方法包括：

将跳闸机构联接到电路断路器壳上；

将跳脱杆联接到所述电路断路器壳上，所述跳脱杆在第一位置与第二位置之间可移动，所述跳脱杆包括有选择地接触所述跳闸机构的第一端，以及与所述第一端相对的第二端；以及将偏压装置联接到所述电路断路器上，所述偏压装置包括联接到所述电路断路器壳上的壳体，以及联接到所述壳体上的杆臂，所述杆臂在对应于所述第一位置的初始位置与对应于所述第二位置的最终位置之间可移动，所述杆臂具有接触所述第二端的接合表面，所述偏压装置还包括在所述壳体与所述杆臂之间延伸的偏压部件，其中所述偏压部件相对于所述第二端偏压所述接合表面，其中所述杆臂在所述第一位置将第一转矩施加到所述跳脱杆上，且在所述第二位置将第二转矩施加到所述跳脱杆上，以便于所述跳脱杆的自动复位，其中所述第一转矩的值不同于所述第二转矩的值，以及其中所述跳脱杆的转矩特征在所述跳脱杆的运动范围内是非线性的。

附图说明

在参照附图阅读以下详细描述时，本公开内容的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，附图中相似的标号表示附图各处相似的部分，在附图中：

图1为电路断路器的示例性实施例的透视图。

图2为可用于图1中所示的电路断路器中的偏压装置的示例性实施例的透视图。

图3为电路断路器的备选实施例的透视图。

图4为可用于图3中所示的电路断路器中的偏压装置的备选实施例的透视图。

图5A为图3中所示的电路断路器的一部分的侧视图，其中跳脱杆处于第一位置。

图5B为图3中所示的电路断路器的侧视图，其中跳脱杆处于第一位置与第二位置之间的中间位置。

图5C为图3中所示的电路断路器的一部分的侧视图，其中跳脱杆处于第二位置。

图6为包括可用于图3中所示的电路断路器中的跳闸机构、跳脱杆和偏压装置的组件的示例性实施例的透视图。

图7为图3和5A-5C中所示的断路器中的偏压转矩对从第一位置到第二位置的跳脱杆旋转的示例性模拟的图表。

图8为可用于组装图1和3中所示的电路断路器的组装电路断路器的示例性方法的流程图。

除非另外指出，否则本文提供的附图意在示出本公开内容的实施例的特征。这些特征认作是适用于多种系统，包括本公开内容的一个或更多个实施例。因此，附图不意在包括本文公开的实施例的实施所需的本领域的普通技术人员已知的所有常规特征。

零件列表

100 电路断路器

102 壳

104 端子连接器

106 跳闸指示器

108 跳闸机构

110 跳脱杆

112 跳脱杆旋转轴线

114 第一端

116 第二端

118 偏压装置

202 壳体

204 杆臂

205 杆臂旋转轴线

206 接合表面

208 第一部分

210 第二部分

212 圆形过渡部分

214 偏压部件

216 壳体偏压部件装固件

218 杆臂装固件

220 隔板

221 第二接合表面

222 止挡表面

224 凸起

226 附加偏压部件

228 偏压表面

230 延伸部

300 电路断路器

302 跳脱杆

304 跳脱杆旋转轴线

306 第一端

308 第二端

310 偏压装置

402 壳体

404 杆臂

406 杆臂旋转轴线

408 接合表面

409 卡爪

410 偏压部件

412 壳体偏压部件装固件

414 止挡表面

416 凸起

502 跳闸机构旋转轴线

504 铰接末梢

505 初始间隙

506 第一表面

508 第二表面

510施加力F₁

551角θ₁

512半径r₁

514施加力F_i516角θ_i

518半径r_i

520施加力F₂

522角θ₂

524半径r₂

526 反转

600 组件

602 第一极

604 第二极

606 第三极

608 可旋转的装置

610 间隙

700 图表

702 点

704 点

706 点

708 点

710 点

712 点

714 点

800 方法

802 联接件

804 联接件

806 联接件。

具体实施方式

在以下说明书和权利要求中，将参照一定数目的用语，它们应当限定为具有以下意义。

单数形式"一"、"一种"和"该"包括复数对象，除非上下文清楚地另外指出。

"可选"或"可选地"意思是随后描述的事件或情形可发生或可不发生，且描述包括事件发生的情况，以及事件不发生的情况。

如本文中在说明书和权利要求各处使用的近似语言可用于修饰可允许在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下改变的任何数量表达。因此，由诸如"大约"、"大概"和"大致"的术语或多个用语修饰的值不限于指定的准确值。在至少一些情况中，近似语言可对应于用于测量值的器具的精度。这里和说明书和权利要求各处，范围限制可组合和/或互换，且此范围被识别且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。

本文所述的自动复位偏压装置和相关联的系统及其使用方法向用于限流电路断路器的跳闸系统提供了非线性相对转矩轮廓。本文所述的实施例还便于满足需要电路断路器避免在较低水平电流下跳闸且在高水平故障电流下传递跳闸的法规要求。本文所述的实施例还适于在无人为用户介入的情况下使偏压系统复位。本文所述的自动复位偏压装置和相关联的系统及其使用方法还适用于防止偏压力在解锁之后施加到跳脱杆上，且因此允许在故障电流的半周内(例如，4到5毫秒(ms)内)使机构跳闸。本文所述的实施例还适用于允许调节特定电路断路器性能特征，包括而不限于额定电流值、电流超过额定电流时跳闸的时间，以及跳闸机构的自动复位。本文所述的实施例还适于提供适用于需要美国安全实验室(UL)和国际电工委员会(IEC)要求两者的应用的限流电路断路器装置。

图1为电路断路器100的示例性实施例的透视图。在示例性实施例中，电路断路器100包括壳102，其提供了用于电路断路器100的内部构件的结构支承和保护。电路断路器100还包括用于将电路断路器100连接到电力线(未示出)上的端子连接器104。电路断路器100还包括跳闸指示器106，其向使用者提供电路断路器100的切换状态的视觉指示(即，电路断路器100跳闸与否)。电路断路器100还包括可旋转地联接到电路断路器100上的跳闸机构108，其在由跳脱杆110接触后旋转。在其它实施例中，跳闸机构108未可旋转地联接到电路断路器100上，而是联接到电路断路器100上以便于线性移动，而非跳闸机构108的旋转移动。跳脱杆110也可旋转地联接到电路断路器100上，且围绕跳脱杆旋转轴线112旋转。在其它实施例中，跳脱杆110未可旋转地联接到电路断路器100上，而是联接到电路断路器100上以便于线性移动，而非跳脱杆110的旋转移动。跳脱杆110包括第一端114和与第一端114相对的第二端116。

另外，在示例性实施例中，电路断路器100包括联接到壳102上的偏压装置118。偏压装置118接触跳脱杆110的第二端116，且构造成偏移跳脱杆110的旋转，这在下文中参照图2-4来进一步详述。在其它实施例中，偏压装置118接触跳脱杆110的第二端116，且构造成偏移跳脱杆110的线性移动，而非旋转。在操作中，在示例性实施例中，电路断路器100构造成允许电流值范围内的端子连接器104之间的电流流动，即，额定电流。当穿过电路断路器100的电流开始超过额定电流时，壳102内的可旋转的装置(包括而不限于基于磁性线圈的装置(未示出))经历与电流超过额定电流的程度成比例的转矩，包括而不限于电磁生成的转矩。可旋转的装置联接到跳脱杆110上，且施加转矩来旋转跳脱杆110。在其它实施例中，可旋转的装置施加转矩来使跳脱杆110沿线性方向移动而非旋转跳脱杆110。在示例性实施例中，在电流超过额定电流之前，初始间隙(未示出)存在于跳脱杆110的第一端114与第一端114附近的跳闸机构108的一部分之间，使得第一端114不与跳闸机构108接触。在此时，跳脱杆110处于代表电路断路器100的低电流状态的第一位置。

此外，在示例性实施例的操作中，当电流开始超过额定电流时，可旋转的装置开始旋转跳脱杆110，例如，关于图1中所示的视图沿逆时针方向，且初始间隙开始在第一端114与跳闸机构108之间闭合。当在一定时段内电流更进一步超过额定电流时，可旋转的装置且因此跳脱杆110的继续旋转促使第一端114接触跳闸机构108。在更进一步增大电流后，跳脱杆110的继续旋转引起跳闸机构108的移动且最终电路断路器100的跳闸，以停止端子连接器104之间的电流。在未示出的其它实施例中，具有高于额定电流的增大的电流的可旋转的装置的继续旋转引起跳脱杆110的继续线性移动，导致第一端114与跳闸机构108的接触，且最终电路断路器100的跳闸。在电路断路器100的跳闸后，跳脱杆110处于代表电路断路器100的跳闸状态的第二位置。

此外，在示例性实施例的操作中，偏压装置118相对于跳脱杆110的第二端116偏压。因此，偏压装置118允许电路断路器100针对特定性能特征调节，包括而不限于额定电流值、电流超过额定电流时跳闸的时间，以及便于跳闸机构的自动复位。如下文参照图2-4进一步详述，偏压装置118便于在跳脱杆110从第一位置过渡至第二位置时的非线性偏压转矩。如本文所述，该非线性偏压转矩特征便于电路断路器100跳闸之后跳脱杆110的自动复位。

图2为可用于图1中所示的电路断路器100中的偏压装置118的示例性实施例的透视图。在示例性实施例中，偏压装置118包括联接到未示出的电路断路器100上的壳体202。杆臂204可旋转地联接到壳体202上，且围绕杆臂旋转轴线205旋转。在其它实施例中，杆臂204并未可旋转地联接到壳体202上，而是联接到壳体202上以便于杆臂204的线性移动而非旋转移动。杆臂204包括与跳脱杆110(图1中所示)的第二端116接触的接合表面206。接合表面206包括第一位置208和第二位置210。在示例性实施例中，第一部分208以与第二部分210相比不同的角定向。圆形过渡部分212在第一部分208与第二部分210之间延伸。在其它实施例中，接合表面206可不包括圆形过渡部分212。

另外，在示例性实施例中，偏压装置118包括在壳体202与杆臂204之间延伸的偏压部件214(包括而不限于螺旋弹簧)。偏压部件214分别由壳体偏压部件装固件216和偏压部件214与杆臂204之间的杆臂装固件218装固在壳体202与杆臂204。偏压部件214相对于跳脱杆110的第二端116偏压接合表面206。另外，在示例性实施例中，杆臂204包括隔板220，其将接合表面206与第二接合表面221分开以适合偏压部件214与两个跳脱杆110之间的接触，例如，如下文参照图6所示和所述。在其它实施例中，杆臂204可包括单个接合表面206。在又一些实施例中，杆臂204可不包括隔板220。

另外，在示例性实施例中，偏压装置118包括止挡表面222。杆臂204还包括构造成接触止挡表面222来限制杆臂204的旋转的凸起224。偏压装置118还包括在壳体202与杆臂204之间延伸的附加偏压部件226(包括而不限于弹簧片、扭力弹簧、球擎机构和凸轮偏压弹簧机构)。附加的偏压部件226包括接触杆臂204的延伸部230的偏压表面228。附加的偏压部件226相对于跳脱杆110的第二端116进一步偏压(即，除由偏压部件214施加的偏压转矩外施加一定量的偏压转矩)杆臂204。在其它实施例中，偏压装置118可不包括附加的偏压部件226。

在操作中，在示例性实施例中，当跳脱杆110响应于超过额定电流的电路断路器100(未示出)中的电流沿逆时针方向旋转时，跳脱杆110促使杆臂204压制偏压部件214，因此压缩偏压部件214。在其它实施例中，跳脱杆110的线性移动而非旋转促使杆臂204压制偏压部件214。压缩的偏压部件214相对于跳脱杆110的第二端116偏压接合表面206。在存在于示例性实施例中时，附加的偏压部件226相对于跳脱杆110的第二端116进一步偏压杆臂204。当跳脱杆110从第一位置旋转至第二位置时，跳脱杆110的第二端116从第一部分208到第二部分210横穿杆臂204的接合表面206。第一部分208和第二部分210的不同定向引起不同方向和大小的偏压力由接合表面206施加到第二端116上。因此，如下文所述，在示例性实施例的操作中，杆臂204在第一位置(即，其中第一部分208接触第二端116)将具有第一值(或第一值范围)的第一转矩施加到跳脱杆110的第二端116上，且杆臂204在第二位置(即，其中第二部分210接触第二端116)将具有第二值(或第二值范围)的第二转矩施加到跳脱杆110的第二端116上，因此便于跳脱杆110和跳闸机构108(未示出)的自动复位。另外，在示例性实施例的操作中，第一转矩的值大于第二转矩的值。在其它实施例中，第二转矩的值大于第一转矩的值。由具有跳脱杆110和偏压装置118，以及具有经由在第一位置与第二位置之间的中间位置过渡的跳脱杆110的电路断路器100呈现出的转矩特征是非线性转矩特征，而与第一转矩的值大于或是小于第二转矩的值无关。

图3为电路断路器300的备选实施例的透视图。在备选实施例中，电路断路器300包括跳闸机构108(图1中所示)。电路断路器300还包括可旋转地联接到电路断路器300上的跳脱杆302。类似于电路断路器100的跳脱杆110(图1中所示)，跳脱杆302围绕跳脱杆旋转轴线304旋转。另外，在备选实施例中，跳脱杆302包括第一端306和与第一端306相对的第二端308。在其它实施例中，跳脱杆302未可旋转地联接到电路断路器300上，而是联接到电路断路器300上以便于线性移动，而非跳脱杆302的旋转移动。

在备选实施例中，电路断路器300包括联接到其上的偏压装置310。偏压装置310接触跳脱杆302的第二端308，且构造成偏移跳脱杆302的旋转，这在下文中参照图4和5A-5C来进一步详述。在其它实施例中，偏压装置310接触跳脱杆302的第二端308，且构造成偏移跳脱杆302的线性移动，而非旋转。另外，在备选实施例中，电路断路器300包括接触偏压装置310的两个跳脱杆302。此外，在备选实施例中，第二偏压装置310(未示出)可联接到电路断路器300的第二侧上来接触第三跳脱杆(未示出)。在其它实施例中，电路断路器300可包括接触偏压装置310的单个跳脱杆302。

在操作中，在备选实施例中，电路断路器300允许电流值范围内的端子连接器104之间的电流流动，这在上文中参照图1描述。另外，如参照图1所述，如果电流超过额定电流，则壳102内的可旋转的装置(未示出)使跳脱杆302从第一位置(代表低电流状态)旋转到第二位置(代表跳闸状态)。在其它实施例中，可旋转的装置施加转矩来使跳脱杆302沿线性方向移动而非旋转跳脱杆302。偏压装置310相对于跳脱杆302的第二端308偏压。在未示出的其它实施例中，具有高于额定电流的增大的电流的可旋转的装置的继续旋转引起跳脱杆302的继续线性移动而非旋转，导致第一端306与跳闸机构108接触，且最终电路断路器300的跳闸。

图4为可用于图3中所示的电路断路器300中的偏压装置310的透视图。在备选实施例中，偏压装置310包括联接到电路断路器300(图3中所示)上的壳体402。杆臂404可旋转地联接到壳体402上，且围绕杆臂旋转轴线406旋转。在其它实施例中，杆臂404并未可旋转地联接到壳体402上，而是联接到壳体402上以便于线性移动，而非杆臂404的旋转移动。杆臂404包括与跳脱杆302(图3中所示)的第二端308接触的接合表面408。接合表面408限定在杆臂404的卡爪409。另外，在备选实施例中，接合表面408包括弓形表面。在其它实施例中，接合表面408可不包括弓形表面。

另外，在备选实施例中，偏压装置310包括在壳体402与杆臂404之间延伸的偏压部件410(包括而不限于扭力弹簧、张力弹簧和弹簧片)。偏压部件410由至少一个壳体偏压部件装固件412装固在壳体402与杆臂404之间。偏压部件410相对于跳脱杆302的第二端308偏压接合表面408。此外，在备选实施例中，偏压装置310包括止挡表面414。杆臂404还包括构造成接触止挡表面414来限制杆臂404的旋转的凸起416。此外，在备选实施例中，偏压装置310包括在壳体402的相对侧上可旋转地联接到壳体402上的两个杆臂404，各个杆臂404具有相关联的偏压部件410，例如，以允许偏压装置310与两个跳脱杆302(如下文参照图6示出和描述)之间的接触。在其它实施例中，偏压装置310可包括单个杆臂404和单个偏压部件410。在装置310包括单个偏压部件410的此其它实施例中，偏压装置310可包括独立地联接到壳体402的相对侧上的两个杆臂404，且单个偏压部件410延伸穿过壳体402，但将弹簧作用独立地提供到两个杆臂404中的每一个上。

在操作中，在备选实施例中，当跳脱杆302响应于超过额定电流的电流沿逆时针方向旋转时，跳脱杆302促使杆臂404压制偏压部件410，因此压缩偏压部件410。在其它实施例中，跳脱杆302的线性移动而非旋转促使杆臂404压制偏压部件410。压缩的偏压部件410相对于跳脱杆302的第二端308偏压接合表面408。由于跳脱杆302的第二端308的形状，如下文参照图5A-5C进一步所述和所示，杆臂404在第一位置将具有第一值(或第一值范围)的第一转矩施加到跳脱杆302的第二端308上，且杆臂404在第二位置将具有第二值(或第二值范围)的第二转矩施加到跳脱杆302的第二端308上，因此便于跳脱杆302和跳闸机构108(图3中所示)的自动复位。另外，在备选实施例的操作中，第一转矩的值大于第二转矩的值。在其它实施例中，第二转矩的值大于第一转矩的值。由具有跳脱杆302和偏压装置310，以及具有经由在第一位置与第二位置之间的中间位置过渡的跳脱杆302的电路断路器300呈现出的转矩特征是非线性转矩特征，而与第一转矩的值大于或是小于第二转矩的值无关。

图5A为图3中所示的电路断路器300的一部分的侧视图，其中跳脱杆302处于第一位置。图5B为图3中所示的电路断路器300的一部分的侧视图，其中跳脱杆302在第一位置与第二位置之间的中间(即，过渡)位置。图5C为图3中所示的电路断路器300的一部分的侧视图，其中跳脱杆302处于第二位置。在备选实施例中，跳闸机构108围绕跳闸机构的旋转轴线502旋转。此外，在备选实施例中，跳闸机构108包括铰接的末梢504。铰接末梢504铰接地联接到跳闸机构108上。此外，在备选实施例中，初始间隙505在跳脱杆302处于第一位置时限定在第一端306与铰接末梢504之间。因此，在第一位置，第一端306不接触铰接末梢504。

另外，在备选实施例中，跳脱杆302的第二端308包括第一表面506和第二表面508。第二表面508定向成基本正交于第一表面506。在其它实施例中，第二表面508可具有关于第一表面506的其它定向。此外，在备选实施例中，第二表面508是凹形地弯曲的，且第一表面506是基本平面的。在其它实施例中，第二表面508可以是凸形地弯曲的。在又一些实施例中，第二表面508可以是基本平面的。在又一些实施例中，第一表面506可以是凹形地弯曲或凸形地弯曲的。

在跳脱杆302处于第一位置(如图5A中所示)的情况下，杆臂404的接合表面408接触且相对于跳脱杆302的第一表面506偏压。另外，在第一位置，偏压装置310的偏压部件410(图4中所示)处于松弛(但不一定完全松弛)位置，且杆臂404的凸起416接触壳体402的止挡表面414。因此，杆臂404处于对应于跳脱杆302的第一位置的初始位置。在接合表面408与第一表面506接触的情况下，大小F₁(由图5A中标为F₁的矢量箭头指出)的施加力510由接合表面408施加到第一表面506上。从跳脱杆旋转轴线304的角(θ₁)511和半径(r₁)512根据以下方程确定与第一位置相关联的偏压转矩(τ₁)的第一值：

τ₁＝r₁F₁sin(θ₁)

其中τ₁沿顺时针方向作用于跳脱杆旋转轴线304上(由图5A中标为τ₁的曲线箭头指出)。

如图5B中所示，当电路断路器300中的电流开始超过额定电流时，跳脱杆开始如上文参照图1和3所示和所述旋转，且跳脱杆302旋转至中间位置，在中间位置，第一端306与铰接末梢504进行接触。当第一端306与铰接末梢504开始接触后，消除了初始间隙505。在备选实施例中，铰接末梢504为偏压铰链，其将附加非线性引入偏压转矩特征曲线(例如，如下文参照图7所示和所述)。在其它实施例中，铰接末梢504可自由旋转。穿过电路断路器300的电流的进一步增大引起跳脱杆302和铰接末梢504的进一步旋转，直到铰接末梢接触跳闸机构108。

在跳脱杆302的旋转期间，接合表面408接触且横穿第二端308的第二表面508。在中间位置，接合表面408将偏压转矩施加到第二端308上，其中大小F_i(由图5B中标为F_i的矢量箭头指出)的施加力514施加到第二表面508上。从跳脱杆旋转轴线304的角(θ_i)516和半径(r_i)518根据以下方程确定与中间位置相关联的偏压转矩(τ_i)的中间值：

τ_i＝r_iF_isin(θ_i)

其中τ_i沿顺时针方向作用于跳脱杆旋转轴线304上(由图5B中标为τ_i的曲线箭头指出)。

在铰接末梢504与跳闸机构108接触后，且在标称量的跳脱杆302的进一步旋转的情况下，跳闸机构108开始围绕跳闸机构旋转轴线504逆时针旋转。如上文参照图1所述，在达到预定旋转程度(其可为标称量或可忽略的量)后，跳脱杆302达到第二位置(如图5C中所示)，且电路断路器300跳闸。因此，在示例性实施例中，第二位置在与电路断路器300的跳闸基本同时的时刻中出现。此时，杆臂404处于对应于跳脱杆302的第二位置的最终位置。在其它实施例中，跳脱杆302的第二位置并非在唯一时刻出现，包括而不限于预定量的时间。在第二位置，接合表面408将偏压转矩施加到第二端308上，其中大小F₂(由图5C中标为F₂的矢量箭头指出)的施加力520施加到第二表面508上。从跳脱杆旋转轴线304的角(θ₂)522和半径(r₂)524根据以下方程确定与第二位置相关联的偏压转矩(τ₂)的第二值：

τ₂＝r₂F₂sin(θ₂)

其中τ₂沿顺时针方向作用于跳脱杆旋转轴线304上(由图5C中标为τ₂的曲线箭头指出)。

电路断路器300的跳闸从壳102(如上文参照图1所述)内的可旋转的装置释放储存的势能，这引起跳闸机构108沿顺时针方向的有力反转526(由图5C中标为526的曲线箭头指出)。该反转526使跳脱杆302旋转回第一位置，由此使跳脱杆302自动复位。基本相同的前述位置顺序(即，从第一位置穿过中间位置，从中间位置至第二位置，且然后跳闸，其中跳脱杆302随后自动复位)也适用于如上文参照图1和2所示和所述的具有跳脱杆110和偏压装置118的电路断路器100。

图6为包括可用于图3中所示的电路断路器300中的跳闸机构108、跳脱杆302和偏压装置310的组件600的示例性实施例的透视图。在示例性实施例中，两个偏压装置310联接到电路断路器300(图3中所示)的相对侧上。另外，在示例性实施例中，电路断路器300构造成交替地启用和停用多极电路中的端子连接器104(图3中所示)之间的电流，例如，用于3相交流(AC)电力系统中的3极电路系统。因此，电路断路器300包括三个极：第一极602、第二极604和第三极606。如上文参照图1所示和所述，前述三个极602,604和606中的每一个极均包括可旋转的装置608，包括而不限于基于磁性线圈的装置，其可旋转地联接到相应的跳脱杆302上。

在操作中，在示例性实施例中，电路断路器300的组件600构造成检测和响应三个单独的极602,604和606中的独立极中的超过额定电流的电流。对于此功能，极602,604和606与彼此间隔开(即，由间隙610物理分开)，以确保各个极均不会影响电路断路器300中的其它极的性能特征。另外，在示例性实施例的操作中，三个单独的极602,604和606中的各个极均可旋转地联接到相应的可旋转的装置608上，以便于除由间隙610提供的物理分离之外的电磁和/或机电分离。

另外，组件600可结合电路断路器100和电路断路器300两者使用。在结合电路断路器300使用时，组件600并未对来自经历高于额定电流的穿过其间的增大电流的极602,604和606中的两个或更多个的相应可旋转的装置608的电磁力求和。因此，电路断路器300的跳闸不如没有组件600的电路断路器中那样快发生。另外，具有电路断路器300的组件600的使用改善了维护和校准活动的效率和有效性。另一方面，结合电路断路器100使用的组件600允许对来自经历高于额定电流的增大的电流的极602,604和606中的两个或更多个的相应可旋转的装置608的电磁力求和，因此允许了关于电路断路器300的较快跳闸。此外，如上文参照图1所述，使用具有电路断路器100或电路断路器300的组件600提供了用于调节和校准断路性能特征的附加选择。

图7为图3和5A-5C中所示的电路断路器300的偏压转矩对从第一位置到第二位置的跳脱杆旋转的示例性模拟。在图表700中，y轴线代表作为示例性模拟期间得到的最大转矩(即，100％)的百分比(％)的偏压转矩的值。另外，在图表700中，x轴线代表作为跳脱杆302从第一位置到第二位置的旋转的％(即，0％代表跳脱杆302在第一位置且100％代表跳脱杆302在第二位置)的逆时针旋转角(例如，度)。在第一位置，跳脱杆302的第一端306并未接触铰接末梢504，且初始间隙505存在。另外，在点702处的第一位置，电路断路器300具有处于或低于额定电流的电流，且偏压装置310以示例性模拟期间获得的最大转矩的大约32％来偏压跳脱杆302。

如由图表700所示，当电流增大到高于额定电流且引起跳脱杆302的旋转时，转矩的粗略指数增长发生在0％旋转的点702与大约23％旋转的点704之间。在示例性模拟的该周期期间，初始间隙505开始在第一端306与铰接末梢504之间闭合。另外，在点702和704之间的示例性模拟的周期期间，接合表面408横穿第一表面506，且偏压部件410在其第一表面506处相对于第二端308偏压接合表面408。转矩的粗略指数衰减然后发生在大约42％旋转的点704与点706之间。在点704和706之间，接合表面408接近，但仍未达到第二端308的第二表面508，且转矩从点704处的示例性模拟期间获得的最大转矩的大约81％减小至点706处的大约26％的最大转矩。

接下来，在示例性模拟中，跳脱杆302在大约43％旋转处在点706与点708之间经历转矩的快速升高。在示例性模拟的该周期期间，接合表面408在第一表面506与第二表面508之间的交叉区域处接触第二端308，且初始间隙505完全闭合。在点708处，转矩为大约97％最大转矩，且第一端306继续冲击铰接末梢504。当接合表面408横穿第一表面506与第二表面508之间的交叉区域来达到第二表面508时，跳脱杆302在大约55％旋转处在点708与点710之间经历转矩显著线性减小至最大转矩的大约85％。此外，在示例性模拟中，跳脱杆302在大约99％旋转处在点710与点712之间经历转矩显著线性增大至最大转矩的100％。在点710与712之间，第一端306进一步冲击铰接末梢504，且铰接末梢504接近，但还未接触跳闸机构108。

接下来，在示例性模拟中，跳脱杆302在100％旋转处在点712与点714之间经历转矩快速减小至最大转矩的大约7％。在点712处，铰接末梢504与跳闸机构进行接触。从点712到点714，由于跳闸机构108的反转526(如上文参照图5C所示和所述)，故转矩从最大转矩的100％减小至最大转矩的大约7％，且跳脱杆302回到第一位置(即，跳脱杆302自动复位)。

图表700为电路断路器300的特定示例性实施例的示例性模拟中获得的数据的示例性图，带来了如上文参照图7所示和所述的非线性转矩特征。取决于电路断路器300(以及同样地，电路断路器100)的特征的特定应用和设计特点，特定转矩特征可变化，但仍保持非线性转矩特征曲线(如图7中所示)，其通过本文所述的基本相同的机构来发生。例如，在其它实施例中，如上文所述构成的模拟图可具有多于或少于图7中所示的点数，且可经历任何成对点702,704,706,708,710,712,714和其它点(如果适用)之间的特性，其不同于图7中所示的，但仍保持第一位置(0％旋转)与第二位置(100％旋转)之间的非线性转矩特征。在此其它实施例中，例如，分别是点702和704及点704和706之间的大致指数增长或衰减可分别改为粗略线性增长或衰减。同样，大致指数增长或衰减的此周期可分别改为大致对数增长或衰减的周期。类似地，在此其它实施例的模拟图中，偏压转矩的增大或减小的行为的周期可改为转矩特征保持基本恒定的周期。此外，由具有跳脱杆302和偏压装置310(且同样地，由具有跳脱杆110和偏压装置118的电路断路器100)以及具有过渡穿过第一位置与第二位置之间的中间位置的跳脱杆302(或跳脱杆110)的电路断路器300呈现出的转矩特征是非线性转矩特征，而与第一位置处的第一转矩的值大于或小于第二位置处的第二转矩的值无关。

图8为可用于组装图1和3中分别所示的电路断路器100或电路断路器300的组装电路断路器的示例性方法800的流程图。方法800包括将跳闸机构(例如，跳闸机构108)联接802到电路断路器壳(例如，电路断路器100或电路断路器300的壳102)上。在示例性实施例中，跳闸机构可旋转地联接到电路断路器壳上。在其它实施例中，跳闸机构并未可旋转地联接到电路断路器壳上，而是联接到电路断路器壳上以便于跳闸机构的线性移动，而非旋转移动。方法800还包括将跳脱杆(例如，跳脱杆110(或跳脱杆302))联接804到电路断路器壳上，以便于跳脱杆在对应于电路断路器的低电流状态的第一位置与对应于电路断路器的跳闸状态的第二位置之间移动。在示例性实施例中，跳脱杆可旋转地联接到电路断路器壳上。在其它实施例中，跳脱杆并未可旋转地联接到电路断路器壳上，而是联接到电路断路器壳上以便于跳脱杆的线性移动，而非旋转移动。跳脱杆包括有选择地接触跳闸机构的第一端，例如，第一端114(或第一端306)。跳脱杆还包括与第一端相对的第二端，例如，第二端116(或第二端308)。

方法800还包括将偏压装置(例如，偏压装置118(或偏压装置310))联接806到电路断路器壳上。偏压装置包括壳体(例如，壳体202或壳体402)，以及联接到壳体上以便于杆臂在对应于跳脱杆的第一位置的初始位置与对应于跳脱杆的第二位置的最终位置之间移动的杆臂(例如，杆臂204或杆臂404)。在示例性实施例中，杆臂可旋转地联接到壳体上。在其它示例性实施例中，杆臂并未可旋转地联接到壳体上，而是联接到壳体上以便于杆臂的线性移动而非旋转移动。杆臂包括接触跳脱杆的第二端的接合表面(例如，接合表面206或接合表面408)。杆臂还包括在壳体与杆臂之间延伸的偏压部件(例如，偏压部件214或偏压部件410)，其中偏压部件相对于跳脱杆的第二端偏压接合表面。杆臂在第一位置将第一转矩施加到跳脱杆(例如，围绕跳脱杆的旋转轴线112或跳脱杆的旋转轴线304)上。杆臂在第二位置将第二转矩施加到跳脱杆(例如，围绕跳脱杆的旋转轴线112或跳脱杆的旋转轴线304)上，其中第一转矩值的值不同于(即，大于，或作为备选，小于)第二转矩的值。此外，在示例性实施例中，跳脱杆的移动的转矩特征(即，例如，如图7中所示穿过第一位置与第二位置之间的中间位置的跳脱杆的移动)是非线性的。

自动复位偏压装置和相关联的系统及其使用方法的上述实施例向用于限流电路断路器的跳闸系统提供了非线性相对转矩轮廓。上述的实施例还便于满足需要电路断路器避免在低水平电流下跳闸且在较高水平故障电流下传递跳闸的法规要求。上述的实施例还适于在无人为用户介入的情况下使偏压系统复位。自动复位偏压装置和相关联的系统及其使用方法的上述实施例还适用于防止偏压力在解锁之后施加到跳脱杆上，且因此允许在故障电流的半周内(例如，4到5ms内)使机构跳闸。上述的实施例还适用于允许调节特定电路断路器性能特征，包括而不限于额定电流值、电流超过额定电流时跳闸的时间，以及跳闸机构的自动复位。上述的实施例还适于提供适用于需要UL和IEC要求两者的应用的限流电路断路器装置。

上述自动复位非线性偏压装置和相关联的系统及其使用方法的示例性实施例不限于本文所述的特定实施例，而是系统的构件和/或方法的步骤可独立地且与本文所述的其它构件和/或步骤分开地使用。例如，方法、系统和设备还可与需要自动复位非线性偏压装置的其它系统组合使用，且相关联的方法不限于仅结合如本文所述的系统和方法来实施。而是，示例性实施例可结合可受益于使用上述自动复位非线性偏压装置和相关联的使用及其使用方法的上述实施例的许多其它应用、设备和系统来实施和使用，以改善电气系统和各种应用中的其它相关系统中的电路断路器的操作的安全性、可靠性、通用性和高效性。

尽管本公开内容的各种实施例的特定特征可在一些图中示出而在其它图中未示出，但这仅是为了方便。按照本公开内容的原理，可与任何其它图的任何特征组合来参照和/或提出附图的任何特征。

本书面描述使用了实例来公开实施例(包括最佳模式)，且还使本领域的任何技术人员能够实施实施例，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本公开内容的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例具有并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它实例在权利要求的范围内。

Claims

1.一种包括壳(102)的电路断路器(100,300)，所述电路断路器包括：

跳闸机构(108)；

联接至所述壳且构造成在第一位置与第二位置之间移动的跳脱杆(110,302)，所述跳脱杆包括有选择地接触所述跳闸机构的第一端(114,306)和与所述第一端相对的第二端(116,308)，其中所述跳脱杆的所述第一端在所述第一位置不接触所述跳闸机构，并且其中所述第一位置对应于低电流状态；以及

偏压装置(118,310)，其包括：

壳体(202,402)；

联接至所述壳体且包括与所述第二端接触的接合表面(206,408)的杆臂(204,404)，所述杆臂构造成在对应于所述第一位置的初始位置与对应于所述第二位置的最终位置之间移动；以及

在所述壳体与所述杆臂之间延伸且相对于所述跳脱杆的所述第二端偏压所述接合表面的偏压部件(214,410)，以使得在对应于所述低电流状态的所述跳脱杆的所述第一位置和所述跳脱杆的所述第二位置时所述接合表面都接触所述跳脱杆的所述第二端，其中所述杆臂在所述第一位置将第一转矩施加到所述跳脱杆上，且在所述第二位置将第二转矩施加到所述跳脱杆上，以及其中所述第一转矩的值不同于所述第二转矩的值，

其中所述接合表面(206,408)包括第一部分(208)和第二部分(210)，所述第一部分具有与所述第二部分相比不同的定向，其中所述不同的定向导致跳闸事件期间分别由所述第一部分和所述第二部分将不同大小和方向的偏压力施加到所述第二端(116,308)。

2.根据权利要求1所述的电路断路器(100,300)，其中所述偏压部件(214,410)包括张力弹簧。

3.根据权利要求1所述的电路断路器(100,300)，其中所述偏压部件(214,410)包括螺旋弹簧、扭力弹簧和弹簧片中的至少一者。

4.根据权利要求1所述的电路断路器(100,300)，其还包括附加偏压部件(226)，其包括弹簧片、扭力弹簧、球擎机构和凸轮偏压的弹簧机构中的至少一者，所述附加偏压部件在所述壳体(202,402)与所述杆臂(204,404)之间延伸，所述附加偏压部件相对于所述第二端(116,308)进一步偏压所述杆臂。

5.根据权利要求1所述的电路断路器(100,300)，其中所述偏压部件(214,410)包括至少两个偏压部件。

6.根据权利要求1所述的电路断路器(100,300)，其还包括至少一个附加跳脱杆(110,302)以有选择地接触所述杆臂(204,404)。

7.根据权利要求1所述的电路断路器(100,300)，其还包括联接至所述壳体(202,402)的第二杆臂(204,404)。

8.根据权利要求1所述的电路断路器(100,300)，其还包括铰接地联接至所述跳闸机构(108)的末梢(504)。

9.根据权利要求1所述的电路断路器(100,300)，其中所述第二端(116,308)包括第一表面(506)和定向成基本正交于所述第一表面的第二表面(508)。

10.根据权利要求9所述的电路断路器(100,300)，其中所述第二表面(508)是弓形的。

11.根据权利要求1所述的电路断路器(100,300)，其中所述跳脱杆(110,302)的转矩特征在所述跳脱杆的运动范围内是非线性的。

12.根据权利要求1所述的电路断路器(100,300)，其中所述壳体(202,402)包括止挡表面(222,414)，以及其中所述杆臂(204,404)还包括接触所述止挡表面来限制所述杆臂的移动的凸起(224,416)。

13.根据权利要求1所述的电路断路器(100,300)，其中所述杆臂(204,404)可旋转地联接至所述壳体(202,402)。

14.一种用于电路断路器(100,300)的偏压装置(118,310)，该电路断路器(100,300)具有壳(102)、跳闸机构(108)和联接至所述壳且构造成在第一位置与第二位置之间移动的跳脱杆(110,302)，所述跳脱杆包括有选择地接触所述跳闸机构的第一端(114,306)和与所述第一端相对的第二端(116,308)，其中所述跳脱杆的所述第一端在所述第一位置不接触所述跳闸机构，并且其中所述第一位置对应于低电流状态，所述偏压装置包括：

联接至所述壳的壳体(202,402)；

联接至所述壳体上且包括与所述第二端接触的接合表面(206,408)的杆臂(204,404)，所述杆臂构造成在对应于所述第一位置的初始位置与对应于所述第二位置的最终位置之间移动；以及

15.根据权利要求14所述的偏压装置(118,310)，其包括附加偏压部件(226)，其包括弹簧片、扭力弹簧、球擎机构和凸轮偏压的弹簧机构中的至少一者，所述附加偏压部件在所述壳体(202,402)与所述杆臂(204,404)之间延伸，所述附加偏压部件相对于所述第二端(116,308)进一步偏压所述杆臂。

16.根据权利要求14所述的偏压装置(118,310)，其中所述壳体(202,402)包括止挡表面(222,414)，并且其中所述杆臂(204,404)进一步包括接触所述止挡表面来限制所述杆臂的移动的凸起(224,416)。

17.根据权利要求14所述的偏压装置(118,310)，其中所述偏压部件(214,410)包括张力弹簧。

18.根据权利要求14所述的偏压装置(118,310)，其中所述偏压部件(214,410)包括螺旋弹簧、扭力弹簧和弹簧片中的至少一者。

19.根据权利要求14所述的偏压装置(118,310)，其中所述杆臂(204,404)可旋转地联接至所述壳体(202,402)。

20.根据权利要求14所述的偏压装置(118,310)，其进一步包括联接至所述壳体(202,402)的第二杆臂(204,404)。

21.根据权利要求14所述的偏压装置(118,310)，其中所述跳脱杆(110,302)的转矩特征在所述跳脱杆的运动范围内是非线性的。