[发明专利]形状记忆合金促动的断路器

说明书

技术领域

本发明的领域大体涉及断路器，且更具体地说涉及具有热超负荷释放脱扣系统的断路器中的某些新的且有用的进步，以下是其详细说明，参照了所附的并且形成其一部分的附图。

背景技术

具有一个或多个极的断路器是众所周知的电气装置。总地说来，断路器的功能是使选定的被监测的电路与电功率源进行电气接合和电气分离。当出现故障条件时，通过提供对被监测的电路的自动电流中断，断路器意图在电路和配电系统中提供对电气故障-例如长期的电气超负荷条件和短路故障电流-的保护。保护功能是通过以下方式实现的：引导电流从被监测的电路经由主电流路径穿过断路器的各个极，并响应所检测到的故障条件而快速脱扣，即释放操作机构的机械锁，以使一对电气触点分开至“脱扣”断开位置，从而断开电路。

这种传统的断路器典型地包括一种磁与热超负荷释放脱扣系统，以感测电路中的故障或超负荷条件，以触发脱扣响应。

传统断路器的热超负荷释放类型的脱扣系统通过提供断路器的延迟脱扣而响应适度高于断路器的额定电流的电流。热超负荷释放传统地包括热响应的导电双金属部件，其响应于加热而发生偏转。柔性导线，例如编织的铜线，与双金属部件和断路器机构协作，以容许双金属部件沿着断路器电流路径进行操作运动。

在许多传统的断路器中，双金属通过至少一个断路器极而与主电流路径串联地电连接在一起，并布置为以便响应于焦耳加热效应(即，由于穿过它的电流而引起的加热效应)而发生偏转。在某些情况下，双金属并不设置为电流路径的一部分，而是改为耦联在加热器上，例如电感类型的加热器，其为双金属提供电流产生的热量。

在超负荷电流的情况下，断路器双金属偏转，使其造成包括弹簧偏压的锁组件的脱扣机构触发附连在可动臂上的可动触点远离固定触点脱离而进入“脱扣”断开状态。例如，双金属通常构造和定位成使得双金属的偏转驱动枢转臂，枢转臂则释放锁。在双金属的预定的位移下，锁将释放，以容许能量储存装置，例如弹簧造成触点的分离。

对于利用传统热超负荷释放的断路器，必须提供足够小的脱扣力以克服断路器操作和脱扣机构中的机械锁力。

对于传统的断路器极，双金属通过断路器极而连接在主电流路径中，并构造为响应于焦耳加热效应而偏转。在预定的热条件情况下，双金属与脱扣棒接触并使之移动。双金属在第一端处还与柔性导线电连接在一起。柔性导线适应双金属在主电流路径上的可操作的运动。

其它已知的断路器使用了双金属，其并不连接在穿过断路器极的主电流路径中，而是改为被并不位于断路器极的主电流路径中的单独的加热元件(未显示)加热。

利用或者导电双金属或者被间接加热的双金属温度感测部件，传统断路器热超负荷释放装置的已知的缺点是双金属部件容易发生校准问题，其在断路器装配期间会导致高的报废损失。另外，焊接或铜焊工艺常用于将双金属附连到加热器上，或者将编织的柔性导线附连到导电双金属上，这可能造成双金属部件的过热和损伤。另外，传统双金属部件的最大力输出和位移(功输出)相对接近断路器的脱扣机构需要的最小脱扣力，从而导致双金属部件的不合需要地窄的输出力公差范围。

现有技术的双金属控制的断路器(其具有连接在断路器的主导电路径中的双金属元件)的另一缺点是双金属元件可能由于太高的故障电流而发生超负荷，并因而随后受损以及变得不可操作。

另外，具有被单独的加热元件加热的间接加热式双金属元件(即，不与断路器极的主电流路径串联地相连)的断路器的缺点是，加热器代表具有必须提供并因而需要额外费用的相对复杂的几何形状的额外部件。

现有技术的断路器还采用了形状记忆合金(SMA)导线材料，而不是双金属，作为连接在断路器的导电路径中以响应焦耳加热效应而偏转的热响应元件。当由第一原始形状的形状记忆合金制成的热响应元件形成为第二选定形状，且之后被例如焦耳效应加热时，该部件在将使其形状更接近第一原始形状的方向上通过相变(从马氏体相至其母相的逆变)而施加力。这种倾向于使部件的第二选定形状朝着其“记忆”的第一原始形状变化的力可用于在所需的方向上驱动从动部件。

传统地，SMA导线通过例如卷绕成线圈而形成为特定的形状，且然后将线圈布置为以便记忆第一原始形状，在第一原始形状中，其在其纵向方向上具有特定的第一长度。在一种布置中，例如，在SMA导线的非促动的条件下，线圈受到偏压而具有特定的第二轴向长度，并且然后当线圈由于穿过它的电流的通过而被加热时，线圈尝试返回原始的第一长度，因而在其纵向方向上施加促动力或脱扣力。