CN101800135A - 隔离开关电动机构及操动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隔离开关电动机构及操动方法，是针对现有同类机构设计欠佳的技术问题而设计的。该机构包括齿轮传动单元、机构动作连锁单元、电器控制单元、对外能量输出单元，其要点是机构的电动机、小齿轮、大齿轮、螺旋槽凸轮轴、输出轴之间通过一定传动比传动连接；转换开关、螺旋槽凸轮轴、大同步轮、小同步轮通过同步带按一定的传动比连接；连锁部件、螺旋槽凸轮轴、小同步轮、位置开关、位置锁凸轮之间通过螺旋槽凸轮轴的旋转实现位置的打开和锁定；线路控制板、转换开关、位置开关、电磁铁、电动机通过线路板上的继电器来控制整个机构的旋转。该机构配用隔离开关的安装方式灵活、方便，可正装，也可吊装，满足隔离开关的各种复杂工况。

Description

隔离开关电动机构及操动方法

技术领域

本发明涉及电力系统中高压开关的隔离开关装置，是一种隔离开关电动机构及操动方法。

背景技术

众所周知，隔离开关是指在分位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置时，能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常条件(例如短路)下的电流的开关设备。隔离开关在整个电力系统中担负着重要的作用，在实际使用中这类开关的形式比较多样化，配用的机构品种也很繁多，但都离不开连杆机构原理，大都采用弹簧驱动的方式，而且还要实现连锁功能，零件种类繁多，传动环节复杂，这势必会造成此类开关在运行中的不稳定，而影响整个配电系统的安全和稳定。如中国专利文献中披露的申请号200810045464.9，公开日2008年11月19日，发明名称“轨道交通双极隔离开关电动控制装置”，该装置由双极隔离开关和电动控制装置组成；后者结构是：电机经齿轮传动分合闸传动轴以及滚轮轴，第一级传动比为4∶1，第二级传动比为1∶1，滚轮轴上安装的两个凹型滚轮，其上凹口相互错位180°，使位于其下方的两个位置开关接通或断开，以此实现分合闸回路的互锁。但上述装置的双极隔离开关存在同样的技术问题。

发明内容

为克服上述存在的不足，本发明旨在向本领域提供一种隔离开关电动机构及操动方法，使其解决现有同类机构不稳定、零件种类繁多、传动环节复杂、弹簧易疲劳等的技术问题，其目的是通过如下技术方案实现的。

一种隔离开关电动机构，该机构包括齿轮传动单元、机构动作连锁单元、电器控制单元、对外能量输出单元，四个单元组成的整个电器控制系统为一个有机的整体；齿轮传动单元包括夹板、螺杆式滚轮轴承、花键输出轴、扇形板、大齿轮、小齿轮、支架、电动机、螺旋槽凸轮轴、支撑轴承；机构动作连锁单元包括手柄抽出限定拐臂、限位滚轮、位置解锁杆、解锁电磁铁、机械位置锁拐臂、位置锁凸轮；电器控制单元包括位置开关、转换开关、线路控制板。其设计要点具体如下：

所述齿轮传动单元的小齿轮与电动机固定连接，大齿轮与螺旋槽凸轮轴固定连接，螺旋槽凸轮轴的两端通过支架支撑，扇形板竖直焊接于花键输出轴上，螺杆式滚轮轴承竖直安装于扇形板的端面，花键输出轴两端安装有支撑轴承，上述齿轮传动单元的各部件固定于夹板之间；扇形板按一定位置关系竖直焊接，螺杆式滚轮轴承按一定弧度竖直安装。

所述机构动作连锁单元的位置锁凸轮装配在螺旋槽凸轮轴一端的方轴上，位置锁凸轮与限位滚轮滚动接触；限位滚轮、位置解锁杆、轴销固定在三角形夹板之间，手柄抽出限定拐臂与呈三角形夹板顶端的轴销滑动连接，机械位置锁拐臂与前面板上的弯板、拐臂驱动旋转连接；解锁电磁铁通过线圈带电产生的电动力来驱动解锁电磁铁中的动铁芯吸合，并顶住位置解锁杆，强迫其推动一定距离来达到解锁的目的。

所述电器控制单元的线路控制板控制电动机的正、反转和解锁电磁铁的吸合；转换开关是对外提供开关所处位置信号和指示开关所处位置状态，位置开关主要是实现电器连锁的。所述线路控制板，为机构的电器核心组件，控制着整个电动操作及电动机的停止和启动、正转和反转。

所述对外能量输出单元为花键输出轴。花键输出轴定位准确，传递力矩大，对外连接接口方便实用。

根据上述结构特点，位置锁凸轮、小同步轮分别置于螺旋槽凸轮轴的两端，位置开关通过小同步轮上的突起来感应螺旋槽凸轮轴的旋转角度，位置锁凸轮通过限位滚轮沿其表面滚动，到位后滑入其缺口来限位。即固定在螺旋槽凸轮轴端头的小同步轮转动一圈时同步带带动固定在转换开关上的大同步轮转动90°，此时转换开关正好旋转一个工位。线路控制板、转换开关、位置开关、电磁铁、电动机通过线路板上的继电器来控制整个机构的旋转，线路板制板是控制电动机实现正转和反转，以及电磁铁的吸合；转换开关是对外提供开关所处位置信号和指示开关所处位置状态；位置开关是用来监视机构运动状态，实现连锁功能的。

所述螺旋槽凸轮轴设有螺旋槽，小齿轮与大齿轮之间的传动比为3∶1，扇形板上的螺杆式滚轮轴承与螺旋槽凸轮轴的螺旋槽之间的传动比为1∶1，小同步轮与大同步轮之间的传动比为4∶1。电动机、小齿轮、大齿轮、螺旋槽凸轮轴、输出轴之间通过一定传动比传动连接，扇形板上的螺杆式滚轮轴承沿螺旋槽凸轮轴的螺旋槽实现滑动连接。

所述小同步轮、位置锁凸轮分别固定于螺旋槽凸轮轴的两端，小同步轮与位置锁凸轮之间呈夹角。小同步轮与位置锁凸轮二者之间的夹角为一定值，即小同步轮的突起部位与位置锁凸轮的缺口处于同一方向。

总结上述机构的特点，无论手动或电动，该机构都能够达到精确的限位，而且利用螺旋槽自身的特点，还能很好的解决机构的运动反弹，可以说是隔离开关最为理想的选配机构。

根据上述结构特点，其操作方法是：所述手柄抽出限定拐臂的限定拐臂滑动端始终沿三角形夹板顶端上的轴销摆动，实现其上下运动来锁定操作手柄；机械位置锁拐臂逆时针旋转一定角度将与三角形夹板的夹板矩形端头相抵来锁定的。小齿轮与操作手柄为插接配合，需要使用手动时，只需将操作手柄插入小齿轮的内孔，轴销卡住即可。

本发明电动机构属于夹板式结构，固封在整个箱体，箱体内部各单元结构简单，布局合理，传动环节少，运动可靠，噪音小，而且电器上和机械上能达到互锁功能，对外输出采用花键轴准确定位，位置可靠，传递力矩大，连接接口方便。配用隔离开关的安装方式比较方便灵活，可正装，也可吊装，满足于配用隔离开关的各种复杂工况。

附图说明

图1是本发明内部结构示意图一，图中为产品正面。

图2是本发明内部结构示意图二，图中为产品背面。

图3a是本发明内部的部分剖视结构示意图，图中作了H-H剖视线。

图3b是图3a的H-H剖视结构示意图。

图3c是图3a的左视结构示意图。

图4a是本发明手动操作时，操作手柄被锁定状态结构示意图。

图4b1是本发明旋转动作连锁到位前，位置锁锁定状态部分结构示意图。

图4b2是本发明旋转动作连锁到位后，位置锁解锁状态部分结构示意图。

图4c1是本发明旋转动作连锁到位前，机械锁未锁定状态部分结构示意图，图中a位置表示拐臂处于未锁定。

图4c2是本发明旋转动作连锁到位后，机械锁完全锁定状态部分结构示意图，图中b位置表示拐臂处于已锁定。

图4c3是图4c2的部分结构示意图。

图5a是本发明由分闸到合闸动作过程中分闸状态结构示意图，图中箭头为转动方向。

图5b是本发明由分闸到合闸动作过程中分闸到合闸状态结构示意图一，图中小齿轮转动一圈，箭头为转动方向。

图5c是本发明由分闸到合闸动作过程中分闸到合闸状态结构示意图二，图中小齿轮转动二圈，箭头为转动方向。

图5d是本发明由分闸到合闸动作过程中合闸状态结构示意图，图中小齿轮转动三圈。

以上附图序号及名称：1、夹板，2、螺杆式滚轮轴承，3、小同步轮，4、位置开关，5、花键输出轴，6、扇形板，7、弯板，8、大齿轮，9、小齿轮，901、键，902、紧固轴销，10、前面板，11、支架，12、转换开关，13、电动机，14、螺旋槽凸轮轴，1401、螺旋槽，15、大同步轮，16、同步带，17、电缆接插件，18、手柄抽出限定拐臂，1801、限定拐臂锁定端，1802、限定拐臂滑动端，19、轴销，20、限位滚轮，21、线路控制板，22、位置解锁杆，23、解锁电磁铁，2301、动铁芯，24、支撑轴承，25、机械位置锁拐臂，2501、锁定拐臂锁定端，2502、锁定拐臂驱动端，26、夹板矩形端头，27、位置锁凸轮，2701、凸轮缺口，2702，凸轮端面，28、手动操作控制装置，29、位置状态指示牌，30、操作手柄，3001、沟槽，31、拐臂，10001、三角形夹板。

具体实施方式

现结合附图对本发明的结构及操作方法作进一步描述。如图1、图2所示，为该机构的前面板10和内部各单元的分布情况，该机构包括齿轮传动单元、机构动作连锁单元、电器控制单元、对外能量输出单元，四个单元组成的整个电器控制系统为一个有机的整体。如图3a、图3b、图3c所示，小齿轮9通过键901紧固连接在电动机13的输出轴上，电动机旋转(或手柄插入小齿轮内孔紧固轴销902)将带动小齿轮一同等速转动，与其啮合的大齿轮8将被驱动，而大齿轮与螺旋槽凸轮轴14、位置锁凸轮27、小同步轮3一同固定在一起，将同时被驱动旋转，螺旋槽凸轮轴的旋转将引起螺旋槽1401的转动，与其滚动连接的扇形板6上的螺杆式滚轮轴承2将跟随螺旋槽曲线的转动一并转动，扇形板将随着实现左右摆动，对外输出的花键输出轴5将跟随扇形板一同转动一定的角度。

如图4a所示的操作手柄30锁定状态。手动操作时，在机构处于分、合闸到位以外的位置设有手柄抽出限定拐臂18，以防止手动操作时开关分合闸不到位的情况发生。若要在隔离开关(即分闸、合闸、接地)任一不到位的位置，想抽出操作手柄，由于操作手柄设有沟槽3001，而此时抽出限定拐臂锁定端1801已经抬起，卡住手柄沟槽，即操作手柄已被锁定，将不能实现。

如图4b1～图4b2所示的位置锁锁定与解锁状态。开关在各位置(即分闸、合闸、接地)上都有位置机械锁装置，即具有位置锁定功能，目的是为了防止“合闸”及“接地”操作超出控制行程范围。如图4b1所示的位置锁锁定状态，限位滚轮20沿位置锁凸轮27表面滚动，到达位置锁凸轮的凸轮缺口2701时，滑入落下，锁定了机构运动的位置；如图4b2所示的位置锁解锁状态，机构需要进行下一个动作时，解锁电磁铁23的线圈通电，解锁电磁铁的动铁芯2301吸合，同时将位置解锁杆22顶开一定距离，限位滚轮将一并被抬起，机构锁定位置被接触，螺旋槽凸轮轴开始转动。

如图4c1～图4c3所示的机械锁未锁定和完全锁定状态，图中a位置表示拐臂31处于未锁定，b位置表示拐臂处于已锁定，电动和手动操作均无法实施的机械装置。当要实施机械锁来锁定时，只需将前面板10上机械锁的弯板7按图中箭头方向逆时针转动90°，前面板上的弯板7后端固定连接着一拐臂31，弯板转动一同带动拐臂转动，拐臂转动到一定距离后与锁定拐臂驱动端2502接触，并拨动其一同转动。到位后，机械位置锁拐臂25的锁定拐臂锁定端2501正好限位了夹板矩形端头26，使得其不能抬起，即限位滚轮不能完全抬起解锁，锁定了机构的所有操作。

下面结合图5a～图5d所示机构由分闸状态到合闸状态的过程，说明一下机构的运动过程：如图5a所示，机构处于分闸状态时，转换开关12的指示位置及其各触点也处于分闸状态，外界给电动机给出动作信号(或操作手柄插入小齿轮9的内孔轴销)，解锁电磁铁23内的线圈启动，动铁芯2301吸合，位置解锁杆22被顶开，限位滚轮20解锁抬起，小齿轮顺时针转动一圈，与其啮合的大齿轮8带动螺旋槽凸轮轴14逆时针转动120°。如图5b所示，小齿轮顺时针转动二圈，与其啮合的大齿轮带动螺旋槽凸轮轴逆时针转动240°。如图5c所示，小齿轮顺时针转动三圈，与其啮合的大齿轮带动螺旋槽凸轮轴逆时针转动360°。如图5d所示，到达合闸位置，此时螺旋槽凸轮轴端的小同步轮的突起部位切断位置开关，电动机断电，同时小同步轮3上的同步带16带动转换开关12上的大同步轮15转动90°，转换开关的指示位置及其各触点将处于合闸状态。由合闸到分闸的过程，电动机的旋转方向正好相反。分闸到接地，接地到分闸的动作过程与此相同。

Claims (4)

1.一种隔离开关电动机构，该机构包括齿轮传动单元、机构动作连锁单元、电器控制单元、对外能量输出单元，四个单元组成的整个电器控制系统为一个有机的整体；齿轮传动单元包括夹板(1)、螺杆式滚轮轴承(2)、花键输出轴(5)、扇形板(6)、大齿轮(8)、小齿轮(9)、支架(11)、电动机(13)、螺旋槽凸轮轴(14)、支撑轴承(24)；机构动作连锁单元包括手柄抽出限定拐臂(18)、限位滚轮(20)、位置解锁杆(22)、解锁电磁铁(23)、机械位置锁拐臂(25)、位置锁凸轮(27)；电器控制单元包括位置开关(4)、转换开关(12)、线路控制板(21)；其特征在于：

所述齿轮传动单元的小齿轮(9)与电动机(13)固定连接，大齿轮(8)与螺旋槽凸轮轴(14)固定连接，螺旋槽凸轮轴的两端通过支架(11)支撑，扇形板(6)竖直焊接于花键输出轴(5)上，螺杆式滚轮轴承(2)竖直安装于扇形板的端面，花键输出轴两端安装有支撑轴承(24)，上述齿轮传动单元的各部件固定于夹板(1)之间；

所述机构动作连锁单元的位置锁凸轮(27)装配在螺旋槽凸轮轴(14)一端的方轴上，位置锁凸轮与限位滚轮(20)滚动接触；限位滚轮、位置解锁杆(22)、轴销(19)固定在三角形夹板(10001)之间，手柄抽出限定拐臂(18)与三角形夹板顶端的轴销滑动连接，机械位置锁拐臂(25)与前面板(10)上的弯板(7)、拐臂(31)驱动旋转连接；

所述电器控制单元的线路控制板(21)控制电动机(13)的正、反转和解锁电磁铁(23)的吸合；

所述对外能量输出单元为花键输出轴(5)。

2.根据权利要求1所述隔离开关电动机构，其特征是所述螺旋槽凸轮轴(14)设有螺旋槽(1401)，小齿轮(9)与大齿轮(8)之间的传动比为3∶1，扇形板(6)上的螺杆式滚轮轴承(2)与螺旋槽凸轮轴的螺旋槽(1401)之间的传动比为1∶1，小同步轮(3)与大同步轮(15)之间的传动比为4∶1。

3.根据权利要求1所述隔离开关电动机构，其特征是所述小同步轮(3)、位置锁凸轮(27)分别固定于螺旋槽凸轮轴(14)的两端，小同步轮与位置锁凸轮之间呈夹角。

4.根据权利要求1所述隔离开关电动机构的操动方法，其特征是所述手柄抽出限定拐臂(18)的限定拐臂滑动端(1802)始终沿三角形夹板(10001)顶端上的轴销(19)摆动，实现其上下运动来锁定操作手柄(30)；机械位置锁拐臂(25)逆时针旋转一定角度将与三角形夹板的夹板矩形端头(26)相抵来锁定的。

Images