專利名稱：斷路器以及控制該斷路器中熱能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種斷路器，特別是涉及一種裝配有用正溫度系數(shù) (PositiveTemperature Coefficient,以下簡稱PTC)材料所構(gòu)成元件的斷路器以及控制該斷路器中熱能的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中公開有一種PTC端子以及裝配有該端子的斷路器。其中，PTC電阻元件設(shè)置在斷路器的電流路徑上，這些PTC電阻元件在常溫下阻值較低，隨著溫度的升高， PTC電阻元件的阻值逐漸增大，不同的PTC材料會有不同的性質(zhì)，在特定的溫度，其阻值會產(chǎn)生躍升。在現(xiàn)有的斷路器中，其進(jìn)線端子、中間端子或負(fù)載端子中的至少一個由PTC材料構(gòu)成，所使用的PTC材料具有所期望的電阻，從而限制隨溫度升高達(dá)到熱跳閘元件的電流， 以便保護(hù)熱跳閘元件免受過熱的影響，PTC材料具有的期望的電阻隨溫度升高而增大。要解決的技術(shù)問題在電流較小時，特別是電流低于15安培時，斷路器中的雙金屬片(其為斷路器的熱跳閘元件或組件的一部分)通常需要有較高的電阻，以保證足夠的脫扣力。在短路時，通過雙金屬片的電流會很大，雙金屬片會被損壞，因此在與雙金屬片串聯(lián)的電流路徑上需要有額外的電阻來限制電流，從而保護(hù)雙金屬片。在現(xiàn)有的斷路器中，一般均將進(jìn)線端子、中間端子或負(fù)載端子中的至少一個由PTC材料構(gòu)成，以能夠達(dá)到限制電流的目的，從而保護(hù)雙金屬片。但是所述的進(jìn)線端子、中間端子或負(fù)載端子的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且PTC材料的硬度又很高，故在實際制造過程中難以加工，其模具難以制造，也難以電鍍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種斷路器及控制斷路器中熱能的方法，在其斷路器的電流路徑中的一種或多種元件由PTC材料構(gòu)成，特別是動觸臂由PTC材料構(gòu)成，以便響應(yīng)溫度增高而使電流路徑中的電阻增大，從而保護(hù)熱跳閘元件，保護(hù)電路安全，并且解決上述問題。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，即提供一種斷路器及控制該斷路器中熱能的方法， 其中該斷路器包括進(jìn)線端子；靜觸點，其固定在進(jìn)線端子上，該進(jìn)線端子可將該靜觸點耦聯(lián)到斷路器所要保護(hù)的電路上；動觸臂，其可運動到與靜觸點導(dǎo)電接觸的位置和與靜觸點斷開的位置；中間端子，其可將動觸臂耦聯(lián)到斷路器所要保護(hù)的電路，其與所述進(jìn)線端子、所述靜觸點和所述動觸臂串聯(lián)；負(fù)載端子，其與所述中間端子串聯(lián)且可將斷路器耦聯(lián)到所述斷路器外的負(fù)載；跳間機構(gòu)，其至少響應(yīng)一熱跳間元件，其中在所述斷路器中的電流路徑包括靜觸點、動觸臂、進(jìn)線端子、中間端子、負(fù)載端子和熱跳閘元件，該熱跳閘元件響應(yīng)電流從所要保護(hù)的電路經(jīng)過斷路器中的所述電流路徑時引起的給定量的熱能，從而使所述動觸臂與所述靜觸點斷開；所述動觸臂由正溫度系數(shù)材料構(gòu)成并具有一預(yù)定電阻，將所述預(yù)定電阻導(dǎo)入所述斷路器中的電流路徑，以便限制隨溫度升高到達(dá)所述熱跳閘元件的電流，從而保護(hù)熱跳閘元件免受過熱影響，所述預(yù)定電阻隨溫度升高而增大。


圖1為本發(fā)明的斷路器在關(guān)閉位置的截面圖；圖2為本發(fā)明的斷路器在打開位置的截面圖；圖3為本發(fā)明的斷路器在斥開位置的截面圖；圖4為本發(fā)明的斷路器在斷路位置的截面圖；圖5A為本發(fā)明的斷路器包括電流路徑上部分元件的局部組裝圖；圖5B為本發(fā)明斷路器電流路徑上部分元件的分解立體圖；圖6為本發(fā)明斷路器中PTC材料的進(jìn)線端子的立體圖；圖7為本發(fā)明斷路器中PTC材料的中間端子的立體圖；圖8為本發(fā)明斷路器中PTC材料的負(fù)載端子的立體圖；圖9為本發(fā)明斷路器中非PTC材料的負(fù)載端子的立體圖；圖10為本發(fā)明斷路器中非PTC材料的進(jìn)線端子的立體圖；圖11為本發(fā)明斷路器中非PTC材料的中間端子的立體圖；圖12A為本發(fā)明斷路器中動觸點為獨立元件的動觸臂的立體圖；圖12B為本發(fā)明斷路器中包含動觸點構(gòu)型的動觸臂的立體圖。
具體實施例方式圖1、圖2、圖3和圖4顯示了關(guān)閉、打開、斥開和斷路位置的斷路器1。斷路器1通常包含有進(jìn)線端子410、靜觸點15、動觸臂13、中間端子406、負(fù)載端子400以及跳閘機構(gòu)3， 此外還設(shè)有手柄機構(gòu)5和滅弧機構(gòu)9等。如圖1所示，斷路器1在關(guān)閉位置，動觸臂13上的動觸點11與靜觸點15接觸。動觸點11和靜觸點15之間相連接，從而導(dǎo)通了斷路器1的電流路徑，使得斷路器1的電氣系統(tǒng)正常工作。手柄機構(gòu)5包括手柄17，手柄17伸出斷路器1外殼之外且可在一手柄槽(未顯示)內(nèi)擺動，該手柄17可以操作斷路器1，從而使斷路器1有一種或多種功能。手柄17 可以用于手動重置斷路器1，也可以顯示斷路器1的狀態(tài)。在“關(guān)閉”狀態(tài)下，如圖1所示， 手柄17位于手柄槽的關(guān)閉緣19。作為跳閘機構(gòu)3 —部分的脫扣桿21處于未斷路位置，該脫扣桿21具有位于線路中的長表面指狀物47，該長表面指狀物47具有水平平面。如圖2所示，斷路器1在“打開”位置，“打開”位置是手動控制位置，手柄17被手動移動到手柄槽的打開緣20 (見圖4)。在該位置，動觸臂13運動到滅弧機構(gòu)9中的多個弧板18所處的空間中，脫扣桿21在未斷路位置保持不動。如圖3所示，斷路器1在“斥開”位置，超過可接受的預(yù)設(shè)闕值一定百分比的值的電流引起電磁力，其克服了動觸臂13上的預(yù)加力，這使動觸臂13在滅弧機構(gòu)9中經(jīng)弧板18所處空間向手柄17 —側(cè)旋轉(zhuǎn)。在該位置處，動觸臂13具有一殼體22，該殼體22保持與其在“關(guān)閉”位置相同的位置，脫扣桿21保持與其在“關(guān)閉”和“打開”位置相同的位置。手柄 17保持與“關(guān)閉”狀態(tài)中相同的位置。在給定時間內(nèi)，如果斷路器1中的電流強度增加，會導(dǎo)致“斷路”位置。如圖4所示，斷路器1較長時間暴露于高電流強度會激活跳閘機構(gòu)3，使得動觸臂13和動觸臂13的殼體22向手柄17方向旋轉(zhuǎn)，從而斷開電流。手柄17保持在“關(guān)閉”和“打開”位置之間的位置。脫扣桿21上的斷路橫梁此時為脫扣狀態(tài)。為使電路復(fù)位，手柄17必須先被移動到 “打開”位置，然后再移動到“關(guān)閉”位置。如圖5A所示，電流從要保護(hù)的電路流入，依次經(jīng)過進(jìn)線端子410、靜觸點15、動觸臂13(動觸臂13端部可以設(shè)置有作為獨立元件的動觸點11)、第二軟電纜408、中間端子 406、雙金屬片或三金屬片404(其為斷路器1的熱跳閘元件或組件的一部分)、第一軟電纜 402以及負(fù)載端子400。靜觸點15安裝在進(jìn)線端子410上。這樣，要保護(hù)的電路與斷路器 1中的上述一系列元件形成了串聯(lián)的電路路徑。圖5B僅顯示了電流路徑元件，電流依次經(jīng)過進(jìn)線端子410、靜觸點15、動觸臂 13(動觸臂13上可以固定作為獨立元件的動觸點11)、第二軟電纜408、中間端子406、雙金屬片或三金屬片404(包括斷路器的熱跳閘元件或組件的一部分)、第一軟電纜402以及負(fù)載端子400，其中動觸臂13上不固定作為獨立元件的動觸點11。為了利于斷路器1的斥開特點，將進(jìn)線端子410設(shè)置為反向彎折構(gòu)型，以加長進(jìn)線端子410的長度，且使其中的電流路徑增長，具體是，進(jìn)線端子410的反向彎折構(gòu)型具有一反向彎折體，以便翻轉(zhuǎn)電流的方向，也翻轉(zhuǎn)靜觸點15區(qū)域中的電磁場方向，以響應(yīng)電磁力來促進(jìn)所述靜觸頭15相對于所述動觸頭13的斥開操作，其中所述電磁力是由響應(yīng)流經(jīng)所述斷路器1的所述電流路徑的預(yù)定幅度的浪涌電流產(chǎn)生。圖6也顯示了進(jìn)線端子的這一特點。關(guān)于進(jìn)線端子410的反向彎折體的特點及結(jié)構(gòu)內(nèi)容將在下面詳敘。在本發(fā)明中，至少動觸臂1 3是由正溫度系數(shù)(PTC)材料構(gòu)成，另外，進(jìn)線端子 410、中間端子406和負(fù)載端子400中的一個或多個也可以同時由正溫度系數(shù)(PTC)材料構(gòu)成。這樣可以保護(hù)雙金屬片斷路裝置或元件404免受過熱影響，而不干擾電流流經(jīng)斷路器。在小于15安培電流的斷路器中，進(jìn)線端子410、中間端子406、負(fù)載端子400和動觸臂13同時由正溫度系數(shù)(PTC)材料構(gòu)成；在等于15安培電流的斷路器1中，中間端子 406和動觸臂13同時由正溫度系數(shù)(PTC)材料構(gòu)成；在大于15安培電流斷路器中，僅動觸臂13由正溫度系數(shù)(PTC)材料構(gòu)成。使用電流路徑上的元件由正溫度系數(shù)(PTC)材料構(gòu)成時可以顯著降低最大允通能量(kA2s)，在一個極限短路分?jǐn)嘣囼炛?，可以發(fā)現(xiàn)，動觸臂13 和中間端子406同時由正溫度系數(shù)(PTC)材料構(gòu)成與僅中間端子406由正溫度系數(shù)(PTC) 材料構(gòu)成相比，前者的最大允通能量(kA2s)比后者低60%以上，由此可見，斷路器1的性能得到了極大的改善。圖6、圖7和圖8分別顯示了用PTC材料構(gòu)成的進(jìn)線端子410、中間端子406和負(fù)載端子400。如圖6所示，所述進(jìn)線端子410構(gòu)型為向所述動觸點11呈現(xiàn)反向電流路徑，其中進(jìn)線端子410主要由彎曲體以及反向彎折體兩部分構(gòu)成，該彎曲體具有上平板即為連接器端部425、下平板426以及位于上平板及下平板似6之間且相互連接的U型切口部，通過該U型切口而構(gòu)成了切除區(qū)域420、422和424 ；該反向彎折體具有第一臂412及相對于該第一臂412反折的第二臂416 (結(jié)合圖5A所示)，該第一臂412的一端與下平板似6連接，其另一端反向彎折后與第二臂416連接，其連接區(qū)域為414，在該第二臂416上設(shè)置有一個或多個用于安裝靜觸點15的孔418，該反向電流路徑依次為連接器端部425、切除區(qū)域420、 422和424、下平板426、第一臂412、翻轉(zhuǎn)到第二臂416 (孔418)、靜觸點15及動觸點11等， 由此加長了進(jìn)線端子410的電流路徑。進(jìn)線端子410所使用的PTC材料用量及其截面構(gòu)型和長度可以確定電阻性質(zhì)。圖6的PTC材料進(jìn)線端子410構(gòu)型在許多方面與圖8所示的普通端子構(gòu)型不同(其將后述)。圖6所示的進(jìn)線端子410包括通常為U型或切除區(qū)域420、 422和424，除了相對較大的連接器端部425外，切除區(qū)域420、422和424的橫截面積基本恒定。另裝配靜觸點15的第二臂416的橫截面積相對較大。如圖7顯示了 PTC材料的中間端子406的立體圖，其為一種現(xiàn)有的PTC材料的中間端子結(jié)構(gòu)示意圖，該中間端子406有放大其截面尺寸的連接部分435，或者，其有如附圖標(biāo)記430所示的基本恒定并受控制的截面尺寸。類似地，圖8所示，其為現(xiàn)有的PTC材料的負(fù)載端子結(jié)構(gòu)示意圖，該負(fù)載端子400有放大其橫截面積尺寸的連接部分445，或者其有如附圖標(biāo)記440所示的恒定截面。在一個具體實施例中，進(jìn)線端子410、中間端子406和負(fù)載端子400的橫截面積是2mmX4mm。在這種截面的實施例中，中間端子406長50mm，進(jìn)線端子410長100mm，負(fù)載端子400長40mm。另外，本發(fā)明在所述動觸臂13由正溫度系數(shù)材料構(gòu)成的情況下，所述進(jìn)線端子 410、所述中間端子406和所述負(fù)載端子400也可以采用非PTC材料，這樣，所述非PTC材料的進(jìn)線端子、中間端子和負(fù)載端子的結(jié)構(gòu)均與圖6-圖8所示的PTC材料的進(jìn)線端子、中間端子和負(fù)載端子的結(jié)構(gòu)不同，即為圖9-圖11所示，其中所述非PTC材料的進(jìn)線端子、中間端子和負(fù)載端子的具體結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再詳述。圖12A和圖12B分別顯示了由PTC材料構(gòu)成的不同構(gòu)型的動觸臂13。其中，頸部 452具有恒定的截面，并且尾部453的截面大于頸部452的截面。在圖12A中，頭部451的截面與頸部452的截面基本相同，在頭部451上可以通過焊接等方式固定作為獨立元件的動觸點11，其中該動觸點11不使用PTC材料。在圖12B中，頭部451位置的截面面積大于頸部 452的截面面積。圖12A和圖12B所示的動觸臂13通過其所使用的PTC材料用量及其截面和長度可以確定電阻性質(zhì)。在一個具體實施例中，動觸臂13頸部452的截面是2mmX4mm， 對此再根據(jù)PTC材料的電阻率及電流等級(例如電流大于或小于或等于15安培)，即可確定出該動觸臂13的長度。在每種情況下，有效長度指各個端子恒定截面積的部分。在本發(fā)明的另一個實施例中，當(dāng)動觸臂13、進(jìn)線端子410、負(fù)載端子400和/或中間端子406由PTC材料構(gòu)成時，其中PTC材料可以使用從例如Carpenter Specialty Alloys 公司獲得的1JR 號合金材料，或者使用從DKAssociates公司獲得的Al Ioy 720合金材料。 該合金具有優(yōu)良的電阻性能，包括特殊大電阻和低溫度電阻系數(shù)。可以通過改變合金成分來以提供不同的電阻率。本發(fā)明的優(yōu)點在于，其斷路器采用PTC材料的動觸臂，不僅使該斷路器性能提高， 而且簡化了具有PTC材料部件的制作工藝，且大大地降低了斷路器的制作成本；此外，本發(fā)明還可以將PTC材料的動觸臂與進(jìn)線端子、中間端子和負(fù)載端子中至少一個為PTC材料相組合，以滿足斷路器不同電流量的需求。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于本文所公幵的具體形式和構(gòu)成，在不脫離本文發(fā)明精神的前提下可以對上述描述進(jìn)行修改、改變和變化。
權(quán)利要求
1.一種斷路器，包括 進(jìn)線端子；靜觸點，其固定在進(jìn)線端子上，該進(jìn)線端子可將該靜觸點耦聯(lián)到斷路器所要保護(hù)的電路上；動觸臂，其可運動到與靜觸點導(dǎo)電接觸的位置和與靜觸點斷開的位置； 中間端子，其可將動觸臂耦聯(lián)到斷路器所要保護(hù)的電路，其與所述進(jìn)線端子、所述靜觸點和所述動觸臂串聯(lián)；負(fù)載端子，其與所述中間端子串聯(lián)且可將斷路器耦聯(lián)到所述斷路器外的負(fù)載； 跳閘機構(gòu)，其至少響應(yīng)一熱跳間元件，其中在所述斷路器中的電流路徑包括靜觸點、 動觸臂、進(jìn)線端子、中間端子、負(fù)載端子和熱跳閘元件，該熱跳閘元件響應(yīng)電流從所要保護(hù)的電路經(jīng)過斷路器中的所述電流路徑時引起的給定量的熱能，從而使所述動觸臂與所述靜觸點斷開；所述動觸臂由正溫度系數(shù)材料構(gòu)成并具有一預(yù)定電阻，將所述預(yù)定電阻導(dǎo)入所述斷路器中的電流路徑，以便限制隨溫度升高到達(dá)所述熱跳閘元件的電流，從而保護(hù)熱跳閘元件免受過熱影響，所述預(yù)定電阻隨溫度升高而增大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷路器，其中，進(jìn)線端子、中間端子和負(fù)載端子中至少一個也由所述正溫度系數(shù)材料構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的斷路器，其中，動觸臂上可以固定地電連接作為獨立元件的動觸點。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的斷路器，其特征在于，所述動觸臂、進(jìn)線端子、中間端子和負(fù)載端子中至少一個構(gòu)型成為有預(yù)定長度和截面的元件，以表現(xiàn)預(yù)定的電阻對溫度的特征。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的斷路器，其特征在于，所述進(jìn)線端子構(gòu)型為向所述動觸點呈現(xiàn)反向電流路徑，以響應(yīng)電磁力來促進(jìn)所述靜觸頭相對于所述動觸頭的斥開操作，所述電磁力是由響應(yīng)流經(jīng)所述斷路器的所述電流路徑的預(yù)定幅度的浪涌電流產(chǎn)生。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的斷路器，其特征在于，所述熱跳閘元件包括雙金屬斷路裝置。
7.—種控制斷路器中熱能的方法，其中，斷路器包括 進(jìn)線端子；靜觸點，其固定在進(jìn)線端子上，所述進(jìn)線端子通過可將所述靜觸點耦聯(lián)到斷路器所要保護(hù)的電路；動觸臂，其可運動到與靜觸點導(dǎo)電接觸的位置和與靜觸點斷開的位置； 中間端子，其可將動觸臂耦聯(lián)到斷路器所要保護(hù)的電路，其與所述進(jìn)線端子、靜觸點和動觸臂串聯(lián)；負(fù)載端子，其與所述中間端子串聯(lián)且可將斷路器耦聯(lián)到所述斷路器外的負(fù)載； 跳閘機構(gòu)，其至少響應(yīng)一熱跳間元件，其中在所述斷路器中的電流路徑包括靜觸點、 動觸臂、進(jìn)線端子、中間端子、負(fù)載端子和熱跳閘元件，該熱跳閘元件響應(yīng)電流從所要保護(hù)的電路經(jīng)過斷路器中的所述電流路徑時引起的給定量的熱能，從而使動觸臂與靜觸點斷開，斷路器中的電流路徑包括靜觸點、動觸臂、進(jìn)線端子、中間端子、負(fù)載端子和熱跳閘元件；其中所述方法是所述動觸臂由正溫度系數(shù)材料構(gòu)成并具有一預(yù)定電阻，將所述預(yù)定電阻導(dǎo)入所述斷路器中的電流路徑，以便限制隨溫度升高到達(dá)所述熱跳閘元件的電流，從而保護(hù)熱跳閘元件免受過熱影響，所述預(yù)定電阻隨溫度升高而增大。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，進(jìn)線端子、中間端子和負(fù)載端子中至少一個也由所述正溫度系數(shù)材料構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中，動觸臂上可以固定地電連接作為獨立元件的動觸點。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述動觸臂、進(jìn)線端子、中間端子和負(fù)載端子中至少一個構(gòu)型成為有預(yù)定長度和截面的元件，以表現(xiàn)預(yù)定的電阻對溫度的特征。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述進(jìn)線端子構(gòu)型為向所述動觸點呈現(xiàn)反向電流路徑，以響應(yīng)電磁力來促進(jìn)所述靜觸頭相對于所述動觸頭的斥開操作，所述電磁力是由響應(yīng)流經(jīng)所述斷路器的所述電流路徑的預(yù)定幅度的浪涌電流產(chǎn)生。
12.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述熱跳閘元件包括雙金屬斷路裝置。
全文摘要
一種斷路器，包括進(jìn)線端子；靜觸點；動觸臂；中間端子，與進(jìn)線端子、靜觸點和動觸臂串聯(lián)；負(fù)載端子，與中間端子串聯(lián)且耦聯(lián)到斷路器外的負(fù)載；跳閘機構(gòu)，至少響應(yīng)一熱跳閘元件，斷路器的電流路徑包括靜觸點、動觸臂、進(jìn)線端子、中間端子、負(fù)載端子和熱跳閘元件，熱跳閘元件響應(yīng)電流從所要保護(hù)的電路經(jīng)過斷路器中的電流路徑時引起的給定量的熱能，從而使動觸臂與靜觸點斷開。動觸臂由正溫度系數(shù)材料構(gòu)成并具有一預(yù)定電阻，將預(yù)定電阻導(dǎo)入斷路器中的電流路徑，以便限制隨溫度升高到達(dá)熱跳閘元件的電流，從而保護(hù)熱跳閘元件免受過熱影響，該預(yù)定電阻隨溫度升高而增大。
文檔編號H01H71/14GK102270552SQ201010188389
公開日2011年12月7日 申請日期2010年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者P·耀蘇萬, R·拉貝, 韓志剛 申請人:施耐德電器工業(yè)公司