本申請(qǐng)要求在2014年5月14日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.14/277，338的優(yōu)先權(quán)并且主張其權(quán)益，該美國(guó)申請(qǐng)通過(guò)引用結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

所公開(kāi)的概念總體上涉及電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備，更具體地涉及諸如斷路器的電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備。所公開(kāi)的概念還涉及用于斷路器的線性致動(dòng)器組件。

背景技術(shù)：

諸如斷路器的電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備為電氣系統(tǒng)提供對(duì)于電氣故障狀態(tài)——例如電流過(guò)載、短路、異常電壓和其它故障狀態(tài)——的保護(hù)。典型地，斷路器包括操作機(jī)構(gòu)，該操作機(jī)構(gòu)響應(yīng)于例如通過(guò)脫扣單元檢測(cè)到的這些故障狀態(tài)而斷開(kāi)電氣接觸組件，以中斷流經(jīng)電氣系統(tǒng)的導(dǎo)體的電流。

圖1示出一種示例性的中壓斷路器2，其包括殼體4(移除了蓋以顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu))、可分離觸頭(以簡(jiǎn)化形式用虛線示出)和構(gòu)造成開(kāi)閉可分離觸頭6的操作機(jī)構(gòu)10(以簡(jiǎn)化形式示出)。操作機(jī)構(gòu)10通常是機(jī)械設(shè)計(jì)，除其它構(gòu)件以外，其尤其包括在斷路器殼體4的相對(duì)側(cè)面14、16之間延伸并由至少一個(gè)極軸支承件18支承的可樞轉(zhuǎn)極軸12。在殼體4內(nèi)還配置有彈簧操作的蓄能組件50。因此，斷路器2的多個(gè)相(示出為三個(gè))全都經(jīng)由一個(gè)機(jī)械機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。除其它問(wèn)題外，這種設(shè)計(jì)比較復(fù)雜并且因此昂貴。它還受制于有限的機(jī)械壽命，并且比希望的情況更大和更笨重。

因此，諸如斷路器的電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備及其線性致動(dòng)器組件存在改進(jìn)的空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

這些和其它需求通過(guò)所公開(kāi)概念的實(shí)施例來(lái)滿足，所述實(shí)施例針對(duì)用于電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備的線性致動(dòng)器組件。

作為所公開(kāi)概念的一個(gè)方面，提供了一種用于電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備的線性致動(dòng)器組件。該電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備包括多個(gè)極單元，每個(gè)極單元均包括可分離觸頭。該線性致動(dòng)器組件包括：具有殼體的基部單元；以及多個(gè)線性致動(dòng)器，每個(gè)線性致動(dòng)器構(gòu)造成以與對(duì)應(yīng)的一個(gè)極單元對(duì)齊的方式安裝在所述殼體內(nèi)。每個(gè)線性致動(dòng)器構(gòu)造成致動(dòng)對(duì)應(yīng)的一個(gè)極單元的可分離觸頭。

所述基部單元還可包括適于控制線性致動(dòng)器的致動(dòng)的控制器。所述基部單元還可包括與控制器電連通的多個(gè)傳感器，其中，響應(yīng)于由對(duì)應(yīng)的一個(gè)傳感器檢測(cè)到預(yù)定電氣狀況，控制器致動(dòng)至少其中一個(gè)線性致動(dòng)器?？刂破骺蛇m于使所有線性致動(dòng)器的同時(shí)致動(dòng)同步。

所述基部單元還可包括極軸組件，該極軸組件包括極軸、安裝托架和互鎖組件。該安裝托架可將極軸可移動(dòng)地聯(lián)接到殼體?；ユi組件可構(gòu)造成將極軸與所述多個(gè)線性致動(dòng)器互鎖，由此使線性致動(dòng)器的致動(dòng)同步。

作為所公開(kāi)概念的另一方面，一種電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備包括：均包含可分離觸頭的多個(gè)極單元；以及線性致動(dòng)器組件，該線性致動(dòng)器組件包括：具有殼體的基部單元；以及多個(gè)線性致動(dòng)器，每個(gè)線性致動(dòng)器以與對(duì)應(yīng)的一個(gè)極單元對(duì)齊的方式安裝在殼體內(nèi)。每個(gè)線性致動(dòng)器構(gòu)造成致動(dòng)對(duì)應(yīng)的一個(gè)極單元的可分離觸頭。

所述電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備可以是三極斷路器。所述殼體可包括外部和內(nèi)部。所述多個(gè)極單元可以是安裝在所述外部上的三個(gè)封裝極單元，并且所述多個(gè)線性致動(dòng)器可以是安裝在所述內(nèi)部中的三個(gè)磁性線性致動(dòng)器。

附圖說(shuō)明

通過(guò)結(jié)合附圖閱讀以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述，能夠獲得對(duì)所公開(kāi)的概念的完整理解，在附圖中：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)斷路器及其機(jī)械致動(dòng)器組件的等軸測(cè)視圖；

圖2A是根據(jù)所公開(kāi)概念的一個(gè)實(shí)施例的斷路器的等軸測(cè)視圖；

圖2B是圖2A的斷路器的相對(duì)側(cè)的等軸測(cè)視圖；

圖3A是圖2A的斷路器的等軸測(cè)視圖，其中移除了殼體以顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所述斷路器包括根據(jù)所公開(kāi)概念的一個(gè)實(shí)施例的線性致動(dòng)器組件；

圖3B是圖3A的斷路器及其線性致動(dòng)器的相對(duì)側(cè)的等軸測(cè)視圖；

圖4A是根據(jù)所公開(kāi)概念的另一實(shí)施例的斷路器及其線性致動(dòng)器組件的等軸測(cè)視圖；

圖4B是圖4A的斷路器及其線性致動(dòng)器的相對(duì)側(cè)的等軸測(cè)視圖；

圖5是圖4B的線性致動(dòng)器組件的一部分的放大等軸測(cè)視圖；

圖6是圖5的線性致動(dòng)器組件的所述部分的側(cè)視圖；

圖7是圖4A的斷路器的一部分的等軸測(cè)視圖，其中示出了殼體；

圖8是圖7的斷路器的所述部分的放大等軸測(cè)視圖，其中還示出了其線性致動(dòng)器組件的一部分；

圖9是圖8的斷路器殼體的一部分的放大等軸測(cè)視圖；

圖10是根據(jù)所公開(kāi)概念的實(shí)施例的斷路器及其線性致動(dòng)器組件的電氣示意圖；

圖11是根據(jù)所公開(kāi)概念的另一實(shí)施例的斷路器及其線性致動(dòng)器組件的等軸測(cè)視圖；以及

圖12是圖11的斷路器及其線性致動(dòng)器組件的電氣示意圖。

具體實(shí)施方式

出于說(shuō)明的目的，本發(fā)明的實(shí)施例將被描述為應(yīng)用于中壓斷路器，但是顯而易見(jiàn)的是，它們也可應(yīng)用于中壓斷路器以及中壓電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備以外的各種電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備(例如，非限制性地，電路開(kāi)關(guān)裝置和其它電路斷續(xù)器，例如接觸器、馬達(dá)起動(dòng)器、馬達(dá)控制器和其它負(fù)載控制器)。

本文中所使用的方向性用語(yǔ)，例如頂部、底部、上方、下方、下面及其衍生詞，涉及附圖中所示的元件的取向，而不對(duì)權(quán)利要求進(jìn)行限制，除非在其中明確說(shuō)明。

如本文中所用的，術(shù)語(yǔ)“緊固件”指的是任何合適的連接或擰緊機(jī)構(gòu)，其特別包括但不限于螺釘、螺栓、螺栓和螺母(例如但不限于鎖緊螺母)的組合、以及螺栓、墊圈和螺母的組合。

如本文中所用的，兩個(gè)或更多部件被“聯(lián)接”在一起的表述是指這些部件被直接接合在一起或者通過(guò)一個(gè)或多個(gè)中間部件被接合在一起。

如本文中所用的，術(shù)語(yǔ)“數(shù)量”表示一或大于一的整數(shù)(即多個(gè))。

圖2A和2B示出根據(jù)所公開(kāi)概念的電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備，例如但不限于中壓斷路器100，其采用線性致動(dòng)器組件200。斷路器100包括多個(gè)極單元102、104、106。在這里所示和描述的示例中，每個(gè)極單元102、104、106都是包含(例如但不限于，包封)一對(duì)可分離觸頭110(在圖2B中用虛線以簡(jiǎn)化視圖示出)的封裝極單元(EPU)。

線性致動(dòng)器組件200包括具有殼體204的基部單元202。殼體204具有外部206和內(nèi)部208(兩者均在圖2B中示出)。封裝極單元102、104、106如圖所示在殼體204的頂部(例如，從圖2A和2B的視角)安裝在殼體204的外部206上。殼體204還包括第一端部210、與第一端部210相對(duì)并且遠(yuǎn)離地布置的第二端部212、以及第一和第二相對(duì)側(cè)面214、216。

繼續(xù)參照?qǐng)D2B，并且還參照?qǐng)D3A和3B，線性致動(dòng)器組件200還包括多個(gè)線性致動(dòng)器302、304、306(示出了三個(gè))。每個(gè)線性致動(dòng)器302、304、306以分別與對(duì)應(yīng)的一個(gè)極單元102、104、106對(duì)齊的方式安裝在殼體204的內(nèi)部208中，如圖3A和3B中最佳示出的。每個(gè)線性致動(dòng)器302、304、306都構(gòu)造成致動(dòng)(例如但不限于，斷開(kāi)；閉合；脫扣斷開(kāi))對(duì)應(yīng)的一個(gè)極單元102、104、106的可分離觸頭110(例如，參見(jiàn)圖2B的可分離觸頭110)。

在這里示出和描述的示例中，線性致動(dòng)器302、304、306是磁性線性致動(dòng)器。此外，所述示例性的中壓斷路器100包括安裝在殼體204的外部206上的三個(gè)極單元102、104、106，以及在相應(yīng)的極單元102、104、106下方(例如，從圖2B-3B的視角)安裝在殼體的內(nèi)部208中的三個(gè)對(duì)應(yīng)的磁性線性致動(dòng)器302、304、306。然而，應(yīng)理解，可采用不同于這里示出和描述的磁性線性致動(dòng)器302、304、306任意已知的或合適的替代數(shù)量、類型和/或構(gòu)型的線性致動(dòng)器(未示出)，而不會(huì)脫離所公開(kāi)概念的范圍。

線性致動(dòng)器組件200的基部單元202優(yōu)選還包括適合控制線性致動(dòng)器302、304、306的致動(dòng)的至少一個(gè)控制器400。例如但非限制性地，圖2A-3B的線性致動(dòng)器組件200包括與線性致動(dòng)器302、304、306電連通的兩個(gè)電子控制器400、402。所述示例性的基部單元202還包括用于次級(jí)電源連接裝置(未示出)的一定數(shù)量的接線板500、502。接線板500、502與電子控制器400、402電連通。

參考圖10的電氣示意圖，將會(huì)進(jìn)一步理解線性致動(dòng)器組件200的操作。如圖所示，將理解的是，基部單元202優(yōu)選還包括與控制器400'電連通的多個(gè)傳感器600、602、604。將理解的是，在操作中，響應(yīng)于對(duì)應(yīng)的一個(gè)傳感器600、602、604檢測(cè)到預(yù)定的電氣狀況(例如但不限于，電流過(guò)載；短路；異常電壓；其它故障狀況)，控制器400(或控制器400、402，兩者在圖3A和3B中示出)致動(dòng)線性致動(dòng)器302、304、306中的對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)線性致動(dòng)器。所述示例性的傳感器600、602、604是羅氏線圈(還可參見(jiàn)圖11的羅氏線圈600”和圖12的羅氏線圈600”、602”、604”)，但是應(yīng)理解的是，可采用任意已知的或合適的替代數(shù)量、類型和/或構(gòu)型的傳感器(未示出)，而不會(huì)脫離所公開(kāi)概念的范圍。

所述一個(gè)或多個(gè)控制器400、402優(yōu)選適于使全部線性致動(dòng)器302、304、306的同時(shí)致動(dòng)同步。換言之，所公開(kāi)的斷路器100能夠提供全部線性致動(dòng)器302、304、306的同步致動(dòng)，而不需要現(xiàn)有技術(shù)(例如參見(jiàn)圖1)所采用的比較大、復(fù)雜且昂貴的機(jī)械操作機(jī)構(gòu)和多個(gè)相關(guān)構(gòu)件。更具體地，線性致動(dòng)器302、304、306和所述一個(gè)或多個(gè)控制器400、402的使用簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，同時(shí)也顯著小于(例如但不限于，小30-15％)先前的中壓斷路器設(shè)計(jì)(例如參見(jiàn)圖1)，從而節(jié)省大量空間并且減輕重量。更具體地，所公開(kāi)的線性致動(dòng)器組件200提供了獨(dú)特的設(shè)計(jì)，其中，線性致動(dòng)器302、304、306和所述一個(gè)或多個(gè)控制器400、402集中設(shè)置在基部單元202的比較緊湊的殼體204內(nèi)。特別地，與現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)(例如參見(jiàn)圖1)相比，所公開(kāi)的斷路器100優(yōu)選可使斷路器占用空間的深度減小約20-50％。這種顯著的尺寸縮減是重要的，因?yàn)樗试S產(chǎn)品安裝在更小的開(kāi)關(guān)設(shè)備和更多應(yīng)用中。它還導(dǎo)致優(yōu)選可以比現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)(例如參見(jiàn)圖1)低約10-30％的降低的材料成本，以及優(yōu)選可以比現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)(例如參見(jiàn)圖1)低約25-50％的重量。此外，線性致動(dòng)器302、304、306的使用還減少了機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的數(shù)量，這為斷路器100提供了更長(zhǎng)的機(jī)械壽命。例如但非限制性地，所公開(kāi)的概念優(yōu)選可將機(jī)械壽命提高多達(dá)約30,000次操作或者更多。在一個(gè)非限制性的示例性實(shí)施例中，斷路器100可具有約550mm的寬度、約500mm的高度、約150mm的深度、以及約210mm的相間寬度。

圖4A和4B示出了根據(jù)所公開(kāi)概念的用于斷路器100'的線性致動(dòng)器組件200'的一個(gè)替代的非限制性實(shí)施例。線性致動(dòng)器組件200'與上文中關(guān)于圖2A-3B所描述的線性致動(dòng)器組件基本上相似，但是還包括極軸組件220。更具體地，如圖所示的示例性斷路器100'包括包封可分離觸頭110'(例如，參見(jiàn)在圖4B中用虛線以簡(jiǎn)化形式示出的位于封裝極單元102'中的可分離觸頭110')的三個(gè)封裝極單元102'、104'、106'。三個(gè)單獨(dú)的線性致動(dòng)器302'、304'、306'設(shè)置在對(duì)應(yīng)的極單元102'、104'、106'下面(例如，從圖4A和4B的視角)并且與它們基本上對(duì)齊。線性致動(dòng)器302'、304'、306'安裝在線性致動(dòng)器組件200'的基部單元202'的殼體204'中。

繼續(xù)參照?qǐng)D4A和4B以及參照?qǐng)D5-8，極軸組件220包括至少一個(gè)極軸222、安裝托架224和互鎖組件230。安裝托架224將極軸222可移動(dòng)地聯(lián)接到殼體204'，如圖5-7中最佳示出的?；ユi組件230構(gòu)造成將極軸222與線性致動(dòng)器302'、304'、306'互鎖，由此如所希望的那樣，使線性致動(dòng)器302'、304'、306'的致動(dòng)同步。參考圖10的電氣示意圖，將進(jìn)一步理解線性致動(dòng)器組件200'的操作，其中，極軸組件220的同步極軸222用虛線以簡(jiǎn)化形式表示。

在圖4A-8的示例中，極軸222在基部單元?dú)んw204'的第一和第二端部210'、212'之間縱向地延伸。如圖4A、4B和6中最佳示出的，示例性的互鎖組件230包括多個(gè)互鎖銷232、234(在圖4A和4B中示出了兩個(gè))和多個(gè)互鎖導(dǎo)向件242、244(在圖4A和4B中示出了兩個(gè)；還可參見(jiàn)圖9)?；ユi銷232、234垂直于極軸222在基部單元?dú)んw204'的第一側(cè)面214'和第二側(cè)面216'之間延伸。每個(gè)互鎖導(dǎo)向件242、244構(gòu)造成引導(dǎo)對(duì)應(yīng)的一個(gè)互鎖銷232、234，并且每個(gè)互鎖銷232、234構(gòu)造成與極軸222互鎖，以便提供線性致動(dòng)器302'、304'、306'的上述期望的同步致動(dòng)。參考示出了互鎖銷232與極軸222接合并互鎖的圖5-7，將進(jìn)一步了解這種互鎖式相互作用。圖9提供了其中一個(gè)互鎖導(dǎo)向件242的放大詳圖。

如圖6的端視圖中最佳示出的，示例性的線性致動(dòng)器組件200'的基部單元202'的殼體204'由多個(gè)區(qū)段250、252(示出了兩個(gè))和一定數(shù)量的擠出成型的托架260、262(示出了兩個(gè))組成。更具體地，在圖6的非限制性示例中，殼體204'包括第一區(qū)段或底部(例如，從圖6的視角)區(qū)段250和第二區(qū)段或頂部(例如，從圖6的視角)區(qū)段252。第一區(qū)段250和第二區(qū)段252由在下文中更詳細(xì)描述的一對(duì)擠出成型的托架260、262接合。為了容易說(shuō)明以及公開(kāi)的經(jīng)濟(jì)性，這里將僅僅詳細(xì)描述其中一個(gè)擠出成型的托架260。然而，應(yīng)理解的是，擠出成型的托架262優(yōu)選基本上相同。還應(yīng)理解，殼體204'能夠可選地由不同于所示的第一區(qū)段250和第二區(qū)段252的任意已知的或合適的替代數(shù)量和/或構(gòu)型的區(qū)段(未示出)組成，并且能夠可選地由不同于示例性的擠出成型的第一托架260和第二托架262的任意已知的或合適的替代數(shù)量、類型和/或構(gòu)型的接合機(jī)構(gòu)(未示出)接合。如圖6所示，擠出成型的托架260包括對(duì)向的第一通道264和第二通道266，其構(gòu)造成接納和固定基部單元?dú)んw204'的對(duì)向部分270、272，以便將殼體204'的區(qū)段250、252固定在一起。

圖11和12示出根據(jù)所公開(kāi)概念的斷路器100”及其線性致動(dòng)器組件200”的又一非限制性實(shí)施例。斷路器100”與上文中討論的斷路器100(圖2A-3B)、100'(圖4A-9)基本上相似，但是結(jié)合了一體的電子脫扣單元400”和羅氏線圈600”、602”、604”。應(yīng)理解的是，為了容易說(shuō)明和公開(kāi)的經(jīng)濟(jì)性，在圖11的示例中僅示出了用在封裝極單元102”上的一個(gè)羅氏線圈600”。然而，可采用任意已知的或合適的替代數(shù)量、類型和/或構(gòu)型的羅氏線圈或其它合適的傳感器(未示出)來(lái)與電子脫扣單元400”或其它已知的或合適的控制器(未示出)通信，以協(xié)調(diào)線性致動(dòng)器302”、304”、306”(在圖12中全部以簡(jiǎn)化形式示出)的期望的致動(dòng)(例如但不限于，同步致動(dòng))，從而以上文中討論的方式致動(dòng)(例如但不限于，斷開(kāi)；閉合；脫扣斷開(kāi))對(duì)應(yīng)的極單元102”、104”、106”的可分離觸頭110”。

因此，應(yīng)理解，所公開(kāi)的概念提供了改進(jìn)的(例如但不限于，降低成本、縮減尺寸；更低的重量；提高的機(jī)械壽命)電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備100、100'、100”(例如但不限于，多極中壓斷路器)及其線性致動(dòng)器組件200、200'、200”，除了其它益處以外，這尤其提供了用于斷路器100、100'、100”的相應(yīng)極單元102、104、106、102'、104'、106'、102”、104”、106”的合適的線性致動(dòng)器302'、304'、306'、302”、304”、306”的期望的致動(dòng)(例如但不限于，同步致動(dòng))。

雖然已詳細(xì)描述了所公開(kāi)概念的特定實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可借鑒所公開(kāi)內(nèi)容的全部教導(dǎo)對(duì)這些細(xì)節(jié)進(jìn)行各種修改和變型。因此，所公開(kāi)的特定設(shè)置僅是說(shuō)明性的而非限制本發(fā)明的范圍，所述范圍由所附權(quán)利要求及其任何和全部等同方案的全部涵蓋內(nèi)容給出。