CN101471188B - 弹簧驱动单元的弹簧装置和包括弹簧装置的弹簧驱动单元 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于弹簧驱动单元(2)的弹簧装置(1)，该弹簧装置包括：弹簧(3；4)；在第一拉杆末端(11)连接到弹簧的第一弹簧末端(8)且在相对的第二拉杆末端连接到弹簧驱动单元的旋转轴的拉杆(5；6)；其上安装有弹簧的第二弹簧末端(9)的框架板(7)，该框架板(7)设有开口，拉杆通过该开口延伸以连接到轴。另外，与拉杆(5；6)连接的弹簧(3；4)的第一弹簧末端(8)未被导向，响应于弹簧驱动单元(2)的工作状态选择弹簧(3；4)的参数，使得弹簧在工作过程中是稳定的。

Description

弹簧驱动单元的弹簧装置和包括弹簧装置的弹簧驱动单元

技术领域

本发明涉及用于弹簧驱动单元的弹簧装置，例如，用于驱动和控制如开关或断路器的电气开关装置的打开和闭合。所述开关装置意指要用在高压或中压输电或配电网络中，并由此在从一千伏到几百千伏的电压范围内使用。弹簧驱动单元可以操作所有类型的断路器，例如，带电箱壳(live tank)或接地箱壳(dead tank)型的气体、油或真空绝缘断路器。

弹簧驱动单元还可以用在其它应用中。原则上，它们可以被用在需要非常快速地移动某物的任何地方。

本发明还涉及包括该发明的弹簧装置的弹簧驱动单元，以及用于驱动和控制电气开关装置的打开和闭合的本发明的弹簧驱动单元的用途。

背景技术

在输电或配电网络中，开关装置包含在网络中用以提供响应异常负载状态的自动保护，或者允许对网络中各部分进行打开或闭合(转换)。因此，可以要求开关装置执行许多不同的操作，如终端故障或短路故障的中断、小感性电流的中断、容性电流的中断、异相转换或无负载转换，所有的这些操作对本领域的技术人员来说都是公知的。

在开关装置中，实际的打开或闭合操作是通过两个触点来执行的，通常一个触点是静止的，而另一个触点是可动的。通过操作设备来操作可动触点，该操作设备包括致动器和机械装置，其中所述的机械装置可操作地将致动器连接到可动触点上。

用于中压和高压开关和断路器的公知操作设备的致动器是用弹簧操作的、液压或电磁类型。接下来，将描述操作断路器的操作设备，但类似的公知操作设备也可以操作开关。

弹簧操作的致动器，或也称为弹簧驱动单元，通常使用两个压缩弹簧来用于操作断路器；使用打开弹簧来用于打开断路器；以及使用闭合弹簧来用于闭合断路器并重新装载打开弹簧。闭合弹簧通过位于操作设备内的电动机被再次加载。机械装置将弹簧的运动转换成可动触点的平行移动。在网络中的闭合位置时，断路器的可动触点和静止触点彼此接触，操作设备的打开弹簧和闭合弹簧被加载。根据打开指令，打开弹簧打开断路器，分离触点。根据闭合指令，闭合弹簧闭合断路器，同时，加载打开弹簧。此时打开弹簧准备好在需要时执行第二次打开操作。当闭合弹簧已经闭合了断路器后，操作设备内的电动机再次加载闭合弹簧。该再次加载操作需要花费几秒钟的时间。

以前公知的是在弹簧操作的致动器或弹簧驱动单元中使用螺旋弹簧。当弹簧被加载或装载时，它们处于固有不稳定的压缩状态。如果被压缩到不稳定的范围内它们就会弯曲或摇摆，因此，它们需要某种导向来防止弯曲。因而，在现有技术中，弹簧被装入导向管或圆筒内，带有下部末端导向板以及安装在框架板上的上部末端，框架板可以是用于操作设备其它部分的壳体的一部分。

以前从文献JP-A-9259710中公知的是，通过代替地使用其它类型的导向装置，例如附接到框架板上并向下延伸到弹簧内部且穿过弹簧下部末端上弹簧盘中的孔的导向杆，用以避免使用导向管，并声称可防止弹簧的弯曲。用这种方式，弹簧末端确实会仍被导向，但这并不一定必定意味着弹簧不会弯曲。这样做也存在缺点，即，给整体结构上增加了额外的元件。

在当前弹簧驱动单元的加载和卸载机械装置的最普遍的设计中，打开和闭合弹簧的压缩和释放是通过与各个弹簧拉杆连接的轴的旋转运动来实现的。该旋转运动导致拉杆发生偏转，并且利用该传统的设计，闭合弹簧的偏转或拉杆角通常要大于打开弹簧的偏转或拉杆角。因此，闭合弹簧弯曲的风险更大了，并且对于导向管的要求也更高了。

发明内容

本发明的目的是提供一种弹簧装置，其通常用于弹簧驱动单元，特别是用于设置在操作设备内驱动并用以控制电气开关装置的打开和闭合的弹簧驱动单元，上述电气开关装置例如开关或断路器，该弹簧装置重量轻且具有成本效益。

根据本发明，限定了一种用于弹簧驱动单元的弹簧装置，该弹簧装置包括：弹簧；拉杆，其在第一拉杆末端连接到弹簧的第一弹簧末端，且在相对的第二拉杆末端连接到弹簧驱动单元的旋转轴；其上安装有弹簧的第二弹簧末端的框架板，且该框架板设有开口，拉杆通过该开口延伸以连接到轴，其特征在于，与拉杆连接的弹簧的第一弹簧末端未被导向，以及响应于弹簧驱动单元的工作状态选择弹簧的参数，使得弹簧在工作过程中是稳定的。

利用稳定的弹簧意味着在预见的工作条件下不会弯曲或摇摆的弹簧。它应该是固有稳定的。针对弹簧驱动单元内弹簧的预见的工作状态参数是所期望的最大压缩力、弹簧被压缩多少、冲程和拉杆角。由于这些参数是公知的且很容易非常精确地确定，所以不会为确保针对每种弹簧驱动安装确定弹簧选择时的要求带来任何问题。

当前情况下弹簧的预见的参数是弹簧的长度、弹簧的直径(宽度)和弹簧所用的金属丝的直径。特别是选择弹簧时所用的长度和宽度之比。通过本发明得到了一种弹簧装置，其提供了稳定的弹簧，并不再需要导向管，相比于现有技术其具有较少的元件和较轻的重量，且更便宜、更具有成本效益。

根据本发明的一个方面，拉杆在该拉杆的一部分上设有接头，该接头定位在第一拉杆末端和框架板之间，其中在第一拉杆末端处拉杆连接到第一弹簧末端。通过在拉杆上提供接头，实现了限制弹簧未被导向的第一末端的侧向移动的优点。在压缩过程中，未被导向的弹簧末端不再呈线性地运动，取而代之的是向侧面弯曲或旋转，使得弹簧末端不再保持彼此平行。当弹簧被释放时，该释放动作是非常快的事件，未被导向的弹簧末端可能开始摆动或旋转，这可能对靠近弹簧末端的物体造成损坏。在具有两个弹簧(一个闭合弹簧，一个打开弹簧)的弹簧驱动单元内，如果弹簧中的一个开始摆动，它就可能损坏另一个弹簧。通过在至少一个拉杆上具有接头就会防止这种情况。可希望的是，未被导向的弹簧末端的位置对于给定的载荷是可预测的。

根据本发明的另一个方面，接头将拉杆分成两部分，第一拉杆部分通过拉杆的第一末端连接到弹簧盘，第二拉杆部分可连接到弹簧驱动单元的旋转轴。

根据本发明的又一个方面，接头被定位成使得产生足够的反转矩，其平衡由拉杆偏转角产生的最大横向载荷。

根据本发明的再一个方面，接头的位置被确定成使得弹簧的重量最小化。

本发明还涉及一种弹簧驱动，包括打开弹簧装置和闭合弹簧装置，每个弹簧装置都包括：弹簧、拉杆和框架板，该弹簧驱动的特征在于，至少一个弹簧装置是根据上面所限定的弹簧装置来设计的。

此外，本发明涉及一种包括打开弹簧装置和闭合弹簧装置的弹簧驱动单元，每个弹簧装置都包括：弹簧、拉杆和框架板，其特征在于，打开弹簧的弹簧装置是根据权利要求1设计的，以及闭合弹簧的弹簧装置是根据权利要求2-5中的任一项设计的。

最后，本发明涉及用于驱动和控制电气开关装置的打开和闭合的所限定弹簧驱动单元的用途。

从接下来对本发明的详细描述中，本发明的其它特征和优点会变得更明显。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述本发明，这些附图说明了仅作为例子的本发明的实施例，其中：

图1说明了具有根据本发明实施例的弹簧装置的弹簧驱动单元，和

图2示出了根据本发明的弹簧装置的实施例的细节。

具体实施方式

图1中示出的是根据本发明的弹簧装置1的实施例，该弹簧装置1安装在电气开关设备中使用的弹簧驱动单元2上，该电气开关设备为例如用于中压和高压的断路器。用于断路器和开关的弹簧驱动单元的主要部分和操作已在上面描述过。

弹簧驱动单元的基本元件是两个弹簧，一个是用于闭合开关的闭合弹簧3，一个是用于打开开关的打开弹簧4。由于打开弹簧4和闭合弹簧3的许多细节都是相同的，所以用于这些细节的某些附图标记仅用来表示其中的一个弹簧，也即表示打开弹簧。每个弹簧通过拉杆5、6连接到位于弹簧驱动单元2壳体内部的加载和卸载机械装置(图中未示出)上。每个弹簧具有：下部第一弹簧末端8，第一拉杆末端11例如经由弹簧盘10连接到该第一弹簧末端8；以及安装在框架板7上的上部第二弹簧末端9。框架板7可以是弹簧驱动单元壳体的一部分，或者可以不是该壳体的一部分。优选地，框架板设有某种用于弹簧的导向装置，使得弹簧被径向地导向，以便保持其位置。框架板还设有用于每个对应弹簧的拉杆的开口通道。

弹簧的第一下部末端8未被导向。在操作时，通过牵引拉杆5、6来压缩弹簧3、4。

图2示出了本发明的实施例，其包括弹簧驱动单元中用于闭合弹簧3的弹簧装置和用于打开弹簧4的弹簧装置。对应的拉杆5、6的下部第一末端11和对应的弹簧的下部第一末端8经由弹簧盘10连接。为了清楚起见，该图中已经省去了框架板7。如上所述，对应的拉杆5、6的上部末端连接到弹簧驱动单元2的旋转轴(图中未示出)。在一个冲程过程中，拉杆从其笔直的横向位置偏转一个角度，即拉杆偏转角度α，也简称为拉杆角，由此而产生横向载荷。当冲程在九点位置时达到最大拉杆角。对于打开弹簧4，拉杆角α_op在整个冲程内只改变少许。如可以看到的，弹簧的下部第一末端8未被导向。已相对于工作状态，诸如最大压缩力、弹簧被压缩多少、冲程以及最大拉杆角α_op，选择了弹簧的参数。这样选择各参数，以使得在整个工作周期内弹簧是稳定的。弹簧的这些参数是弹簧长度，宽度，即，弹簧直径，用于弹簧的金属丝的直径。宽且短的弹簧比直径小的长弹簧更稳定。

对于闭合弹簧4，拉杆角α_cl在整个冲程内的改变很明显。这也将导致弹簧未被导向的末端产生相对于具有较小拉杆角的打开弹簧来说更为明显的侧向移动。如上面已说明的，由于希望未被导向末端的末端位置在压缩过程中始终是可预测的，且希望在弹簧的释放过程中能避免未被导向末端发生旋转或摆动，所以在拉杆5上设有接头12。该接头定位在与第一拉杆末端11连接的弹簧盘10上方的一段距离处，用以进一步增强稳定性，并优化该装置。接头12将拉杆分成两部分，第一下部拉杆部分5a通过拉杆的第一末端11连接到弹簧盘10，第二上部拉杆部分5b连接到旋转轴。弹簧的参数和接头的参数，如接头的精确位置，相对于彼此保持平衡。在许多情况下，作为指导原则，希望弹簧的重量最小化。还应该考虑的是，接头的位置应被定位成使得能产生足够的反转矩，其可平衡由拉杆角α_cl所产生的最大横向载荷。所示出的接头是销式枢轴活接头，但同样也可以利用其它类型的接头，诸如像是球窝接头。

本发明并不局限于仅作为例子而给出的所述实施例，而是本领域的技术人员可以在所附权利要求中所限定的范围内以各种方式进行修改。

Claims (7)

1.一种用于弹簧驱动单元(2)的弹簧装置(1)，该弹簧装置包括：弹簧(3；4)；拉杆(5；6)，其在第一拉杆末端(11)连接到弹簧的第一弹簧末端(8)，且在相对的第二拉杆末端连接到弹簧驱动单元的旋转轴；其上安装有弹簧的第二弹簧末端(9)的框架板(7)，且该框架板(7)设有开口，拉杆通过该开口延伸以连接到轴，与拉杆(5；6)连接的弹簧(3；4)的第一弹簧末端(8)未被导向，以及响应于弹簧驱动单元(2)的工作状态选择弹簧(3；4)的参数，使得弹簧在工作过程中是稳定的，其特征在于，所述拉杆(5)在该拉杆的一部分上设有接头(12)，该接头定位在第一拉杆末端(11)和框架板(7)之间，其中在第一拉杆末端处拉杆连接到第一弹簧末端。

2.根据权利要求1的弹簧装置，其特征在于，所述接头(12)将拉杆分成两部分，第一拉杆部分(5a)通过拉杆的第一末端(11)连接到弹簧盘(10)，第二拉杆部分(5b)可连接到弹簧驱动单元的旋转轴。

3.根据权利要求1或权利要求2的弹簧装置，其特征在于，所述接头(12)被定位成使得产生足够的反转矩，其平衡由拉杆偏转角αcl产生的最大横向载荷。

4.根据权利要求1或权利要求2的弹簧装置，其特征在于，所述接头(12)的位置被确定成使得弹簧(3)的重量最小化。

5.一种弹簧驱动单元，包括打开弹簧(4)装置和闭合弹簧(3)装置，每个弹簧装置都包括：弹簧(3；4)、拉杆(5；6)和框架板(7)，其特征在于，所述弹簧装置中至少一个是根据如权利要求1-4中任一项所限定的弹簧装置来设计的。

6.一种弹簧驱动单元，包括打开弹簧(4)装置和闭合弹簧(3)装置，每个弹簧装置都包括：弹簧(3；4)、拉杆(5；6)和框架板(7)，其特征在于，打开弹簧(4)的弹簧装置是根据权利要求1设计的，闭合弹簧(3)的弹簧装置是根据权利要求1-4中的任一项设计的。

7.一种根据权利要求5或6的弹簧驱动单元的用途，用于驱动和控制电气开关装置的打开和闭合。

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