CN100380553C - 真空断路器用小型化弹簧操动机构 - Google Patents

Abstract

一种真空断路器用小型化弹簧操动机构，包括主机箱和组装其上的储能电机组件、储能凸轮组件、传动连杆组件，其技术要点是：所述储能电机组件中的齿轮箱输出轴的箱内段上设置互逆的超越离合器，蜗轮超越离合器的蜗轮与插接手柄的蜗杆啮合，齿轮超越离合器的齿轮与电机的驱动齿轮相啮合，在齿轮箱输出轴的箱外段上设置的小齿轮与组装在凸轮轴上的大齿轮相啮合，大齿轮的内周设置逆止飞轮，铰接飞轮体上的棘爪，通过弹性顶销和抬起撞块控制嵌入或离开大齿轮内周的棘轮。它具有各部件分布合理，结构紧凑，体积小，便于安装、调试，机械效率高的特点，其运行安全可靠，通用性强，适应范围广，较好地满足了结构小型化、生产系列化的设计要求。

Description

真空断路器用小型化弹簧操动机构

技术领域

本发明涉及一种用于真空断路器合、分闸的机械传动装置，特别是一种小型化弹簧操动机构。它通用性强，可用于配3.6KV～40.5KV三相交流、50HZ电网中的断路器，不仅能配VKP系列及VS1系列中置开关，而且能配ZN28-12及ZN85B-40.5和ZW37-40.5系列户内外真空断路器和侧装式断路器。因此，该操动机构既适用于固定式开关柜上断路器的操动机构，又适用于可移开中置式柜上断路器的操动机构。

背景技术

目前，随着交流高压断路器技术水平的不断提高，以及市场的需求，尤其是12kV级真空断路器的迅速发展，市场对与其相匹配的性能优越可靠的操动机构的要求日益迫切。国内、外市场上断路器所用的弹簧操动机构种类较多，如日本东芝电气公司生产的VK型弹簧操动机构和国内专利文献上公开的专利号为95230789.8的“高压开关弹簧操动机构的储能装置”，专利号为9797239787.6的“一种开关用弹簧操动机构”，专利号为98211238.6的“弹簧操动机构手动储能结构”，专利号为98211237.8的“弹簧操动机构的储能结构”，专利号为00218522.9的“户外高压交流隔离负荷开关弹簧操动机构”，专利号为99219074.4的“户外交流高压负荷开关弹簧操动机构”，专利号为99244027.0的“弹簧操动机构的储能装置”，专利号为00266408.9的“高压断路器合闸联锁弹簧操动机构”，专利号为01250328.2的“高压断路器的弹簧操动机构”，专利号为02224483.2的“一种断路器的弹簧操动机构”，专利号为03233074.X的“断路器弹簧操动机构”等弹簧操动机构。上述弹簧操动机构一般表现为两种结构型式：一种为整体式配套用的专门操动机构，其都是一种机构配一种断路器，比较单一，给生产制作批量化和产品通用化带来了很大的不便；另一种为分体式(开关本体与操动机构分开安装)配用的机构，其机构体积较大，不够紧凑，有的部件结构为焊接件，加工精度相对较差，出厂后，使用前大多数需要进行二次调整。上述两种型式的弹簧操动机构，二者之间不能通用。现有弹簧操动机构均采用电动储能与手动储能两种方式，即以减速电机或手动扳手驱动输入轴转动，通过多级齿轮或链轮减速，带动凸轮轴及其上的拐臂动作，将合闸弹簧拉至最大工作负荷时完成储能操作，使得机构复杂及外形较大，影响传动精度。另外，受其结构限制，现有国内、外同类产品的弹簧操动机构的行程都较小，有的只靠行程开关控制电源，而无机械保护作用，操动机构在二次储能状态下，若给出合闸指令，弹簧则会发生空合释放，也就是说，不具备机械联锁功能。现有的弹簧操动机构应用于储合压力要求很大的断路器时，常因脱扣器功不够，造成脱扣器烧毁、断路器拒分等问题。

本发明人曾针对上述问题设计出专利号为99224006.9的“中压真空断路器用弹簧操动机构”，该装置包括利用左、右侧板组装在真空断路器机架上的输入轴、输出轴、储能部件及合闸锁扣半轴、分闸锁扣半轴、凸轮连杆部件等。其中凸轮连杆部件中的合闸锁扣体设置有挡台，合闸时，中相臂板上的挡销与合闸锁扣体的挡台接触，实现合闸已储能状态时的联锁。该专利技术通过对相应结构的调整，虽然较好地解决了现有技术中存在的上述弊端，但仍有不尽人意之处，如同一种弹簧操动机构无法满足不同开断要求的断路器，即不能通用。

专利号为01246968.8的“弹簧操动机构”，总体布局上是采用三夹板结构，其外形结构较大，且电器元件，如辅助开关、分、合闸脱扣器等，都布置在夹板间，不利于接线和检修。它的传动装置也较繁杂，在其夹板间采用二对啮合齿轮减速，占用空间大，其在凸轮轴的大齿轮上设外置驱动爪，由于其外置驱动爪设置在空转大齿轮上，当电机断电后，大齿轮停置位置与驱动爪抬爪件间没有相对固定位置，故其驱动块只能设置一个齿形，否则储能无法到位，不能储能。因其凸轮直径较小，仅为φ90，故在相同角度范围内使从动件升程相同时，比较费力。为了获得一定的输出功，要通过加大合闸储能弹簧，如用了4组8根弹簧的办法实现，也影响其结构向小型化发展。

因此，现有弹簧操动机构还不能实现其结构小型化、生产系列化的设计理念，有待进一步改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空断路器用小型化弹簧操动机构，它具有各部件分布合理，结构紧凑，体积小，便于安装、调试，机械效率高的特点，其既能实现手动储能，又能进行电动储能，操作灵活方便，部件间定位准确，运行安全可靠，通用性强，适应范围广，较好地满足了结构小型化、生产系列化的设计要求。

本发明的目的是这样实现的：该装置包括主机箱和组装其上的储能电机组件、行程开关组件、辅助开关、两端置有储能拐臂的储能凸轮组件及挂在拐臂上的合闸储能弹簧、分合闸指示组件、分闸过流脱扣器、合闸脱扣器、传动连杆组件，其技术要点是：所述储能电机组件中采用交、直流两用储能一体化电机，在电机传动齿轮箱输出轴的箱内段上设置两组互逆蜗轮、齿轮超越离合器，蜗轮超越离合器的蜗轮与插接手柄的蜗杆啮合，齿轮超越离合器的齿轮与电机的驱动齿轮相啮合，在电机传动齿轮箱输出轴的箱外段上设置的小齿轮与组装在凸轮轴上的大齿轮相啮合，大齿轮的内周设置逆止飞轮，固定在凸轮轴上的飞轮体铰接有棘爪，并通过组装在飞轮体槽孔内的弹性顶销和铰接在右安装板上的抬起撞块控制棘爪嵌入或离开大齿轮内周的棘轮。

组装在所述传动连杆组件带有输出轮的端部的输出连杆输出角度可调，两输出连杆之间的输出花键轴利用卡销锁紧，传动连杆组件与联锁机构连接。

由于本发明采用交、直流两用储能一体化电机，通过电机齿轮箱内的两组互逆超越离合器，既可实现电动储能，又能手动储能，所以手动、电动互不影响，电机输出轴上的小齿轮与储能凸轮轴上的大齿轮直接啮合，结构紧凑。其合、分闸各具有电磁铁控制和手动按钮控制两种操作方式，且具有过流脱扣保护功能(可加3组过流脱扣器)，操作电源为直流110V、220V；交流110V、220V，运行安全可靠。该装置可以正向安装又可反向安装，以满足各断路器不同的输入位置要求，与断路器匹配时可进行慢分、慢合，其输入力矩与输出力矩比值大，机械效率高。当断路器对合闸功要求增大时，不需更改机构的主要零部件，只需根据实际需要更换合闸储能弹簧，加大合闸储能弹簧的合闸功便可满足断路器的使用要求，使断路器性能更加稳定，通用性强，适应范围更广。储能结束后，储能大齿轮内的逆止飞轮的棘爪能自动抬起，各部件间定位准确，运行安全可靠，出厂调试后不需再调整，能达到八年不检修的要求。各部件分布合理，选择优质材料制作关键部件，令其结构紧凑，体积小，减小整个断路器的体积，也便于安装、调试，从而有利于断路器的结构向体积小型化的方向发展。储能大齿轮采用内置逆止飞轮结构，当合闸储能弹簧过死点后，内置棘爪在棘爪抬起撞块的作用下从大齿轮内周的五齿棘轮的每一准确内齿处自动抬起，使输入大齿轮与储能凸轮轴脱离，缩短储能时间，有效的保护了电机和储能凸轮组件。该机构采用优化设计的大凸轮(直径为φ115)和传动连杆组件，传动连杆组件与联锁机构连接，使合闸更可靠、脱扣力更小，特别适用于对储合压力要求很大的断路器。因此，本发明有效地解决了国内其它弹簧操动机构在用于对储合压力要求很大的断路器时，脱扣器功不够，从而造成脱扣器烧毁、断路器拒分的难题。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的一种具体结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是图1的右视图。

图4是图1中一种储能电机组件的结构示意图。

图5是图4沿A-A线的剖视图。

图6是图4的B向视图。

图7是图1中的一种传动连杆组件的展开结构示意图。

图8是本发明的一种联锁机构的结构示意图。

图中的序号名称如下：1接线端子、2合闸储能弹簧、3储能电机组件、4行程开关组件、5辅助开关、6储能指示组件、7手动分、合按扭、8分、合闸指示组件、9合闸脱扣器、10分闸、过流脱扣器、11传动连杆组件、12计数器组件、13连杆、14输出连杆、15辅助开关花键连杆、16行程开关撞块、17分闸锁扣轴、18安装板、19左安装板、20辅助开关安装板、21联锁机构、22联锁输出杆、23输出花键轴、24棘爪抬起撞块、25飞轮体、26弯板、27右安装板、28储能拐臂、29储能拐臂定位套、30凸轮轴、31轴承套、32合闸凸轮、33大齿轮、34输出轴、35蜗轮超越离合器、36齿轮超越离合器、37平键、38棘爪、39顶销、40顶套、41顶簧、42分闸掣子拉簧、43销轴、44隔套、45销轴、46销轴、47输出轮、48链板、49销轴、50分闸掣子、51挂簧轴、52凸轮体、53合闸半轴、54合闸联锁板55联锁锁扣体、56锁扣体调整杆、57锁扣体主杠杆、58导板、59底盘车联琐主杆、60底盘车、61触头压力弹簧组、62固封极柱。

具体实施方式

根据图1-8详细说明本发明的具体结构。该装置的安装和具体操作要求与现有弹簧操动机构基本相同。它包括主机箱和组装其上的接线端子1、储能电机组件3、行程开关组件4、辅助开关5、两端置有储能拐臂28的储能凸轮组件及挂在拐臂上的合闸储能弹簧2、储能指示组件6、手动分、合闸按钮7、分、合闸指示组件8、合闸脱扣器9、分闸、过流脱扣器10、传动连杆组件11、与传动连杆组件11连接的联锁机构、计数器12等件。其中主机箱主要由左、右安装板19、27等构成，上述组件中的传动连杆组件11、合闸凸轮32等主要承载元件分布在左、右两安装板19、27之间，使各部件受力合理；其它部件分布在左、右两安装板19、27外侧，以便于安装调试。与专利号为01246968.8的“弹簧操动机构”相比，因合闸脱扣器9、分闸、过流脱扣器10、辅助开关5等布置在主机箱外，故受力效果好，容易装配和检修。传动连杆组件11包括销轴43、45、46、49、分闸掣子拉簧42、隔套44、输出轮47、链板48、分闸掣子50、挂簧51等件。储能电机组件3主要包括电机、传动齿轮箱、输出轴34、储能凸轮组件等。其中储能凸轮组件包括储能拐臂28、拐臂固定套29、储能凸轮轴30、轴承套31、合闸凸轮32、大齿轮33等件。储能电机组件3中的电机采用交、直流两用储能一体化电机。在电机传动齿轮箱输出轴的箱内段上设置两组互逆蜗轮、齿轮超越离合器35、36。齿轮箱输出轴的箱内、外段利用联轴器组装在一起。蜗轮超越离合器35的蜗轮与插接手柄的蜗杆啮合。齿轮超越离合器36的齿轮与电机的驱动齿轮相啮合。在电机传动齿轮箱的箱外段输出轴34上设置的小齿轮与组装在凸轮轴30上的大齿轮33相啮合。手动储能时，由储能手柄带动电机内置蜗杆顺时针转动，从而带动蜗轮超越离合器35的齿轮转动；这时在蜗轮超越离合器35的作用下，使输出轴34顺时针转动，而齿轮超越离合器36的齿轮与输出轴34脱离。反之在电动储能时，当电机通过减速箱传递到齿轮超越离合器36齿轮时，蜗轮超越离合器35齿轮与输出轴34脱离，齿轮超越离合器36齿轮带动输出轴34顺时针转动。

为了保护电机和储能凸轮组件，在大齿轮33的内周设置逆止飞轮，该逆止飞轮由设置在大齿轮33内周的棘轮、通过平键固定在储能凸轮轴30上的飞轮体25、铰接在飞轮体25上的棘爪38、组装在飞轮体槽孔内的弹性顶销39、顶套40、顶簧41等件构成。棘爪38通过弹性顶销39和铰接在右安装板22上的抬起撞块24控制棘爪38嵌入或离开大齿轮33内周的五齿棘轮。当手动储能采用顺时针摇动蜗杆操作时，电机与大齿轮33自动脱离，当电动储能时，手动蜗杆自动脱离，达到互逆储能效果，完成储能。实现大齿轮33与储能凸轮轴30脱离，有效的保护了电机和储能凸轮组件。为了提高与该机构相匹配的断路器的稳定性能、通用性，适应范围更广，组装在传动连杆组件11带有输出轮47端部的输出连杆14加工成输出角度可调的结构；在两输出连杆14之间的输出花键轴23利用卡销锁紧，以便于更换输出花键轴23。各种输出角度和方向，只要更换输出花键轴就能达到与各种断路器相匹配，还可与VK机构互换，同时可配VKP因封技术150相距断路器；国产VS1及ZN28系列的断路器；ZN85-40.5及ZW37-40.5断路器同时可配侧装断路器等。

与传动连杆组件11连接的联锁机构包括合闸半轴53、合闸联锁板54、联锁锁扣体55、锁扣体调整杆56、锁扣体主杠杆57、导板58、底盘车联琐主杆59等件。该联锁机构具有极为可靠的防止误操作和机械联锁功能，既高压开关所称的五防联锁功能。当弹簧操动机构处在合闸储能时，给合指令，合闸储能弹簧2不释放能量，与底盘车60有强大联锁。如当底盘车60在图8试验位置时，可进行合、分闸操作。但在合位时，传动连杆组件11压扣底盘车联琐主杆59，导板58通过底盘车内扣板扣住底盘车摇进丝杠，不能进车，可有效防止断路器在合位摇进造成事故。断路器离开实验任何位置时，联锁锁扣体55扣住合闸联锁板54，断路器都不能合闸。在工作位置联锁锁扣体55脱离，合闸联锁板54可合、分。但在合位时传动连杆组件11压扣底盘车联琐主杆59，底盘车60带电不能抽出。

该弹簧操动机构无论电动操作，还是手动操作，只要在带小齿轮的输出轴34上输入一定的扭拒，就能使小齿轮作顺时针转动，同时带动大齿轮33做逆时针转动。大齿轮33通过其内周的五齿棘轮中的一个内齿啮合棘爪38，通过飞轮体25带动凸轮轴30转动，这样就通过凸轮轴30上的储能拐臂28把～组合闸储能弹簧2拉开。当合闸储能弹簧2过死点后，在合闸储能弹簧2的作用下凸轮轴30实现超越。当凸轮轴30超越大齿轮33转过一定角度时，棘爪38与棘爪抬起撞块24相撞，顶簧41和顶销39被压缩，棘爪38与大齿轮33内周的五齿棘轮中的内齿脱离，棘爪38抬起。再转过一定角度，储能结束。同时，电源在行程开关作用下断电，完成储能。储能结束后，只要开关在试验位置或工作位置给合闸指令(无论电动还是手动)完成合闸，二次储能亦然。只要机构处于合状态，只要给分指令，随时可分闸，即该机构具有自由脱扣功能，且储能时手动操作与电动操作两组互逆离合器互不干涉。现有弹簧操动机构都不具备此功能。

使用时，将该弹簧操动机构用螺栓安装于固定柜、手车或相应的支撑物上即可，其它操作步骤与现有弹簧操动机构相同。

Claims (2)

1.一种真空断路器用小型化弹簧操动机构，包括主机箱和组装其上的储能电机组件、行程开关组件、辅助开关、两端置有储能拐臂的储能凸轮组件及挂在拐臂上的合闸储能弹簧、分合闸指示组件、分闸过流脱扣器、合闸脱扣器、传动连杆组件，其特征在于：所述储能电机组件中采用交直流两用储能一体化电机，在电机传动齿轮箱输出轴的箱内段上设置两组互逆蜗轮、齿轮超越离合器，蜗轮超越离合器的蜗轮与插接手柄的蜗杆啮合，齿轮超越离合器的齿轮与电机的驱动齿轮相啮合，在电机传动齿轮箱输出轴的箱外段上设置的小齿轮与组装在凸轮轴上的大齿轮相啮合，大齿轮的内周设置逆止飞轮，固定在凸轮轴上的飞轮体铰接有棘爪，并通过组装在飞轮体槽孔内的弹性顶销和铰接在右安装板上的抬起撞块控制棘爪嵌入或离开大齿轮内周的棘轮。

2.根据权利要求1所述的真空断路器用小型化弹簧操动机构，其特征在于：组装在所述传动连杆组件带有输出轮的端部的输出连杆输出角度可调，两输出连杆之间的输出花键轴利用卡销锁紧，传动连杆组件与联锁机构连接。

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