專利名稱：小型塑料外殼式斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小型塑料外殼式斷路器，屬于低壓電器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著城市及農(nóng)村電網(wǎng)的發(fā)展，輸配電系統(tǒng)容量不斷增大，系統(tǒng)集成度不斷提高，對于斷路器的性能提出了更高的要求。同時電網(wǎng)中需要集中控制的回路數(shù)越來越多，為了便于管理，實現(xiàn)單位空間內(nèi)控制回路數(shù)的最大化，即提高保護電器的空間利用率，只有縮小保護電器體積，以增加現(xiàn)有的成套開關(guān)柜內(nèi)的斷路器安放數(shù)量。同時，斷路器的小型化還能節(jié)約材料，降低制造成本，對于量大面廣的小型斷路器來說此問題更加突出。因此，高性能、小型化斷路器已成為電器發(fā)展的一種必然趨勢。目前，市場上廣泛應(yīng)用的小型斷路器寬度普遍為18mnK2個基本模數(shù))，但也有些產(chǎn)品以犧牲斷路器各種技術(shù)性能指標為代價來減小斷路器寬度。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述問題，本發(fā)明旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低的超薄型小型塑料外殼式斷路器。它可在保護原有技術(shù)性能不變的條件下，減小斷路器寬度，提高開關(guān)的空間利用率。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種小型塑料外殼式斷路器，包括絕緣塑料外殼及置于其中的進出線端子、熱脫扣系統(tǒng)、磁脫扣系統(tǒng)、動靜觸頭、操作機構(gòu)及滅弧系統(tǒng)，操作機構(gòu)帶動動觸頭實現(xiàn)電路閉合和斷開；磁脫扣器系統(tǒng)由磁扼、鐵芯、套管和線圈組成，其線圈一端經(jīng)磁扼與靜觸頭連接，或直接與靜觸頭連接；另一端與熱脫器連接或與接線端子連接，其特征在于所述磁脫扣系統(tǒng)的線圈為由銅漆包線制成的至少為一匝的非圓圈形結(jié)構(gòu)。所述磁脫扣系統(tǒng)的鐵芯由一非圓柱形的導磁材料制成。所述磁脫扣系統(tǒng)的套管為一非圓圈形結(jié)構(gòu)。所述磁脫扣系統(tǒng)中的線圈、鐵心、套管均采用方形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明對于小型斷路器絕緣塑料外殼內(nèi)的零部件，尤其是磁脫扣系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計，磁脫扣系統(tǒng)中的線圈、套管、動鐵心、靜鐵心均采用方形結(jié)構(gòu)，相對于傳統(tǒng)的圓形結(jié)構(gòu)，在具有相同載流密度的前提下，即在具有相同橫截面積的條件下，方形結(jié)構(gòu)在寬度上小于圓形結(jié)構(gòu)的線圈、套管、動鐵心、靜鐵心。因此，磁脫扣系統(tǒng)能夠在滿足溫升的條件下置于 9mm寬度的絕緣殼體內(nèi)部，相對于傳統(tǒng)的18mm寬度的產(chǎn)品此斷路器寬度減小了 50%，具有操作可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點。


圖1為小型塑料外殼式斷路器外形圖；圖2為小型塑料外殼式斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
圖3為小型塑料外殼式斷路器磁脫扣系統(tǒng)簡圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低的9mm寬度超薄型小型塑料外殼式斷路器。從理論上來講，小型化即意味著斷路器外殼體積及其內(nèi)部可利用空間明顯減少， 因此，斷路器要實現(xiàn)小型化必然要求組成斷路器的每個部件都要實現(xiàn)小型化，包括滅弧系統(tǒng)，觸頭系統(tǒng)，操作機構(gòu)、磁脫扣系統(tǒng)、熱脫扣系統(tǒng)等。但是，小型化并不是簡單的縮小零部件體積就能滿足要求，在用電負荷越來越大的情況下，小型化的前提是不能犧牲電器的通流能力，準確的說是單位體積通流量(包括載流能力和短路分斷能力)，甚至還要有所提尚ο本發(fā)明設(shè)計時考慮的主要問題如下1.機構(gòu)動作的靈活性與可靠性。由于整體空間的減小，操作機構(gòu)也要根據(jù)斷路器殼體內(nèi)部空間的大小進行優(yōu)化設(shè)計，即在滿足空間結(jié)構(gòu)的要求下，短路、過載故障與手動分、合閘時需保證操作機構(gòu)可靠動作；2.溫升。斷路器殼體為一封閉的空間，易造成空氣流動性不足，散熱條件差。在采用小型化設(shè)計后，殼體積的減小使得部件散熱面積也減小了，同時元件密度增加導致單位體積的發(fā)熱量增加，這些不利因素集合在一起使得小型化設(shè)計帶來的最大難點就是溫升， 所以如何降低溫升在小型化設(shè)計過程中需要重點考慮。根據(jù)GB10963. 1中溫升試驗及功耗測量要求在任何合適的電壓下對斷路器各極同時通以等于化(斷路器的額定電流)的電流，連接外部導體的接線端子溫升不應(yīng)超過 60K，額定電流63A時每極功耗不應(yīng)超過13W。斷路器內(nèi)部體積變小對溫升影響最大的是磁脫扣系統(tǒng)，一般來講，為了滿足國標中的溫升要求，磁脫扣系統(tǒng)中線圈的載流密度Q應(yīng)小于 7A/mm2,即Q = I/S < 7(1)式中Q為線圈的載流密度，A/mm2 ;1為流過線圈的電流，A ;S為線圈的截面積， mm2。線圈的截面積一般來講為圓形，同時動、靜鐵心也采用圓形結(jié)構(gòu)，但由于內(nèi)部空間的減小，在保證斷路器殼架等級不降低的條件下，如采用原有結(jié)構(gòu)，則很難保證溫升滿足要求。 針對以上問題，本發(fā)明的小型塑料外殼式斷路器磁脫扣系統(tǒng)中線圈、動、靜鐵心及反力彈簧均采用非圓形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明設(shè)計時吸收了國內(nèi)外先進的設(shè)計理念，借助計算機三維設(shè)計軟件和運動分析軟件對斷路器整體結(jié)構(gòu)、零部件造型、傳動機構(gòu)、合分間彈簧等方面進行了優(yōu)化設(shè)計和模塊化設(shè)計，使斷路器的整體性能和機械特性參數(shù)均得到更加充分的保證。本發(fā)明包括絕緣塑料外殼及置于其中的進出線端子、熱脫扣系統(tǒng)、磁脫扣系統(tǒng)、動靜觸頭、操作機構(gòu)及滅弧系統(tǒng)，操作機構(gòu)帶動動觸頭實現(xiàn)電路閉合和斷開；磁脫扣器系統(tǒng)由磁扼、鐵芯、套管和線圈組成，其線圈一端經(jīng)磁扼與靜觸頭連接，或直接與靜觸頭連接；另一端與熱脫器連接或與接線端子連接，其中所述磁脫扣系統(tǒng)的線圈為由銅漆包線制成的至少為一匝的非圓圈形結(jié)構(gòu)。所述磁脫扣系統(tǒng)的鐵芯由一非圓柱形的導磁材料制成。所述磁脫扣系統(tǒng)的套管為一非圓圈形結(jié)構(gòu)。下面結(jié)合附圖詳細說明。參照附圖，本發(fā)明提供的9mm寬超薄型小型塑料外殼式斷路器主要包括塑料絕緣外殼及置于其中的左右接線端子、操作機構(gòu)、磁脫扣系統(tǒng)、熱脫扣系統(tǒng)、動靜觸頭系統(tǒng)和滅弧系統(tǒng)。其中，左接線端子與磁脫扣系統(tǒng)連接；右接線端子與熱脫扣系統(tǒng)連接；磁脫扣系統(tǒng)與熱脫扣系統(tǒng)通過動靜觸頭電連接。作為外殼之一的基座9是所有內(nèi)部零件的安裝及定位基準，蓋上上蓋后如圖1所示，寬度D為基本模數(shù)9mm。左接線端子10是進線端，與電源相連；右接線端子11是出線端，與負載相連。手柄12是操作機構(gòu)的一部分，操作者通過轉(zhuǎn)動手柄能夠控制斷路器的合分。用于短路保護的磁脫扣系統(tǒng)主要包括線圈2、動鐵芯3、頂桿6等，如圖3所示，線圈2的一端與左接線端子10電連接，另一端與靜觸頭8電連接。當線路中出現(xiàn)短路電流時， 流過線圈2中的電流產(chǎn)生的磁場使動鐵芯3朝靜鐵芯5方向運動，與動鐵芯鉚接一體的頂桿6撞向脫扣機構(gòu)，導致動、靜觸頭分離，斷路器斷開。本優(yōu)選實施例中磁脫扣系統(tǒng)中的線圈、套管、動鐵心、靜鐵心均采用方形結(jié)構(gòu)，相對于傳統(tǒng)的圓形結(jié)構(gòu)，在具有相同載流密度的前提下，即在具有相同橫截面積的條件下，方形結(jié)構(gòu)在寬度上小于圓形結(jié)構(gòu)的線圈、套管、動鐵心、靜鐵心。因此，磁脫扣系統(tǒng)能夠在滿足溫升的條件下置于9mm寬度的絕緣殼體內(nèi)部。根據(jù)實際結(jié)構(gòu)及磁場大小要求，取動鐵心為1. 5mm厚的鋼板或電工純鐵板；線圈外形為6. 5mmX18. 7mm矩形；兩塊靜鐵心分別與磁軛鉚合在一起；動鐵心與冷墩成型的推桿組裝在一起和反力彈簧一同處于線圈內(nèi)部，動鐵心的初始位置由基座定位。其他參數(shù)根據(jù)斷路器額定電流規(guī)格及斷路器結(jié)構(gòu)空間大小而定。如圖2所示，用于過載保護的熱脫扣系統(tǒng)主要包括雙金屬片13、硬連接14、調(diào)節(jié)螺釘15等。雙金屬片13的一端通過硬連接與右接線端子11電連接，另一端通過軟連接與動觸頭16電連接。當線路過載時，過載電流產(chǎn)生的熱量引起雙金屬片彎曲，撞向脫扣裝置，導致動、靜觸頭分離，斷路器斷開。雙金屬片的尺寸主要受產(chǎn)品的空間大小限制。外形長度一般為30mm 40mm，實際應(yīng)用時要考慮通電長度，它直接影響雙金屬片變形位移的大小和產(chǎn)生推力的大?。浑p金屬片的厚度對產(chǎn)品影響較大，微型斷路器的雙金屬片厚度一般在0. 5mm 1. Omm之間；雙金屬片的寬度對產(chǎn)品性能影響不大，一般在4mm 8mm之間。假定電路中通以電流I時，根據(jù)雙金屬片位移、推力計算公式及斷路器內(nèi)部空間大小，通過優(yōu)化設(shè)計，分別取雙金屬片的寬度、長度及厚度分別為5mm、33mm、0. 7mm。則有A = KL2 · Δ T/h (2)F = KEbh2 · Δ T/ (4L) (3)式中，K為雙金屬材料的比彎曲；E為彈性模量；L為力臂長度；b為寬度，h為厚度， F為脫扣力，ΔΤ為溫升，A為彎曲位移。本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵點是1.本小型塑料外殼式斷路器磁脫扣系統(tǒng)的線圈為由銅漆包線材料制成的至少為一匝的非圓圈形結(jié)構(gòu)；2.本小型塑料外殼式斷路器磁脫扣系統(tǒng)的鐵芯為一非圓柱形的導磁材料制成；3.本小型塑料外殼式斷路器磁脫扣系統(tǒng)的套管為一非圓圈形結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種小型塑料外殼式斷路器，包括絕緣塑料外殼及置于其中的進出線端子、熱脫扣系統(tǒng)、磁脫扣系統(tǒng)、動靜觸頭、操作機構(gòu)及滅弧系統(tǒng)，操作機構(gòu)帶動動觸頭實現(xiàn)電路閉合和斷開；磁脫扣器系統(tǒng)由磁扼、鐵芯、套管和線圈組成，其線圈一端經(jīng)磁扼與靜觸頭連接，或直接與靜觸頭連接；另一端與熱脫扣系統(tǒng)連接或與接線端子連接，其特征在于所述磁脫扣系統(tǒng)的線圈為由銅漆包線制成的至少為一匝的非圓圈形結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的小型塑料外殼式斷路器磁脫扣系統(tǒng)，其特征在于 所述磁脫扣系統(tǒng)的鐵芯由一非圓柱形的導磁材料制成。
3.如權(quán)利要求1所述的小型塑料外殼式斷路器磁脫扣系統(tǒng)，其特征在于 所述磁脫扣系統(tǒng)的套管為一非圓圈形結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的小型塑料外殼式斷路器磁脫扣系統(tǒng)，其特征在于 所述磁脫扣系統(tǒng)中的線圈、鐵心、套管均采用方形結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及小型塑料外殼式斷路器，包括絕緣塑料外殼及置于其中的進出線端子、熱脫扣系統(tǒng)、磁脫扣系統(tǒng)、動靜觸頭、操作機構(gòu)及滅弧系統(tǒng)，操作機構(gòu)帶動動觸頭實現(xiàn)電路閉合和斷開；磁脫扣系統(tǒng)由磁扼、鐵芯、套管和線圈組成，線圈一端經(jīng)磁扼與靜觸頭連接或直接與靜觸頭連接；另一端與熱脫扣連接或與接線端子連接，磁脫扣系統(tǒng)的線圈為非圓圈形結(jié)構(gòu)。磁脫扣系統(tǒng)的鐵芯由一非圓柱形的導磁材料制成。磁脫扣系統(tǒng)的套管為一非圓圈形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明對磁脫扣系統(tǒng)與熱脫扣系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計，提出了一種9mm寬度的超薄型小型斷路器。相對于傳統(tǒng)的18mm寬度的產(chǎn)品此斷路器寬度減小了50％具有操作可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點。
文檔編號H01H71/24GK102339694SQ201010232409
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者劉立改, 南寅, 彭世春 申請人:北京翠祥電器元件有限公司