CN102148101B

CN102148101B - 转换开关装置

Info

Publication number: CN102148101B
Application number: CN 201110099615
Authority: CN
Inventors: 丁晓辉; 管瑞良; 周振忠; 顾怡文
Original assignee: Changshu Switchgear Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Changshu Switchgear Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2031-04-20
Also published as: CN102148101A

Abstract

本发明公开了一种转换开关装置，包括基座，基座上分别安装有驱动电机以及两个上下叠放在一起的开关本体，每一个开关本体皆分别与一齿轮传动机构连接，每一个齿轮传动机构皆分别包括固定安装在开关本体上的支架、复位齿轮组件、开关齿轮以及扇形齿轮，复位齿轮组件包括复位齿轮以及复位弹簧，复位弹簧的两端分别与复位齿轮以及支架相连接，扇形齿轮与驱动电机相连接，开关齿轮分别与复位齿轮以及扇形齿轮的齿牙相啮合，另两齿轮传动机构的扇形齿轮同轴枢置且两扇形齿轮的齿牙相背设置。因此本发明保证了齿轮啮合乃至整个机械传动的平稳、可靠，从而保证了机械连锁的可靠性。

Description

转换开关装置

技术领域

本发明涉及一种转换开关装置，尤其是一种改进齿轮传动机构以促使开关装置进行电源切换的转换开关装置，属于电器技术领域。

背景技术

在许多重要的供电场合，如机场、码头、医院等。为了确保负载的安全、可靠运行，需要安装自动转换开关装置，以满足上述场合供电的连续性。

传动机构是自动转换开关装置中的一个重要组件，其具备的连锁功能保证了常、备用电源之间不会被同时接通。

目前，自动转换开关装置的传动机构大多采用连杆凸轮机构。

如中国专利97191864.3所述的用于电气设备的诸如转换开关的开关装置，其具体地公开了一种采用连杆凸轮机构进行传动的转换开关装置，两断路块呈上下安装，圆盘对应前述两断路块呈上下安装，并分别与用于驱动对应断路块的一套机械装置相连接，圆盘与连杆的一端相铰接，连杆的另一端通过第二轴颈与小驱动连杆相铰接，小驱动连杆的另一端铰接有轴销，轴销驱动断路块中的触点系统进行分合闸动作，上述结构可通过改变连杆在圆盘上的枢置位置，并结合对应断路块的各自的一套机械装置实现断路块之间的连锁功能，但是，由于连杆凸轮机构在传动过程中受力不均匀，对其各铰接点的冲击较大，会使得各铰接点间隙因机构动作冲击的影响而变大，从而引起连杆疲劳变形，甚至传动、连锁失效。

如中国专利200910047109所述的转换开关电器的三齿轮转换机构，其具体地公开了一种齿轮传动机构，包括：第一齿轮A，连接第一触头，第一齿轮的转动带动第一触头与第一电源闭合或打开；第二齿轮B，连接第二触头，第二齿轮的转动带动第二触头与第二电源闭合或打开，第一齿轮与第二齿轮不接触；主动齿轮C，啮合到第一齿轮带动第一齿轮转动，啮合到第二齿轮带动第二齿轮转动，上述结构利用齿轮组的不同啮合情况来实现位置的转换，其缺点在于：A、B齿轮由于受振动或其他因素影响，A、B齿轮可能发生轻微偏转，且当第一齿轮A或第二齿轮B与主动齿轮C在啮合开始时，第一齿轮A或第二齿轮B上的第一啮合齿与主动齿轮C上的第一啮合齿的齿顶会相碰撞，导致齿轮卡死，啮合失败从而导致开关合、分闸失败，三齿轮转换机构构成的第一触头和第二触头间的连锁失败。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种转换开关装置，其保证了齿轮啮合乃至整个机械传动的平稳、可靠，从而保证了机械连锁的可靠性。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种转换开关装置，包括基座，所述基座上安装有驱动电机以及两个上下叠放在一起的开关本体，每一个开关本体皆分别与一齿轮传动机构连接，其特征在于：每一个齿轮传动机构皆分别包括固定安装在开关本体上的支架、复位齿轮组件、开关齿轮以及扇形齿轮，所述复位齿轮组件包括复位齿轮以及复位弹簧，该复位弹簧的两端分别与复位齿轮以及支架相连接，所述扇形齿轮与驱动电机相连接，所述复位齿轮以及开关齿轮分别枢置在支架上，且开关齿轮分别与复位齿轮以及扇形齿轮的齿牙相啮合，两齿轮传动机构的扇形齿轮同轴枢置且两扇形齿轮的齿牙相背设置。

所述扇形齿轮的圆心角范围为140°至220°。

所述扇形齿轮的头齿为薄齿，开关齿轮与该扇形齿轮头齿相对应的位置设置薄齿，所述扇形齿轮的头齿厚度为h，所述开关齿轮的薄齿与开关齿轮的其他齿牙的齿厚相差H，且H>h，同时开关齿轮的薄齿与扇形齿轮头齿的轴向偏置位置相反，其中，所述薄齿定义为同一齿轮上厚度比其他齿牙薄、齿廓形状与其它齿牙一致的齿。

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：

1、本发明通过对齿轮传动机构进行改进，即通过复位齿轮组件的设置，复位齿轮组件与开关齿轮相啮合，开关齿轮与扇形齿轮啮合，扇形齿轮同轴且相互间齿牙背对设置，保证了该齿轮传动机构各齿轮啮合乃至整个机械传动的平稳、可靠，保证了机械连锁的可靠性。

2、本发明所述扇形齿轮的头齿为薄齿，开关齿轮与该扇形齿轮头齿相对应的位置设置薄齿，所述扇形齿轮的头齿厚度为h，所述开关齿轮的薄齿与开关齿轮的其他齿牙的齿厚相差H，且H>h，同时开关齿轮的薄齿与扇形齿轮头齿的轴向偏置位置相反，其中，所述薄齿定义为同一齿轮上厚度比其他齿牙薄、齿廓形状与其它齿牙一致的齿，因此，通过安装调整，使得扇形齿轮与开关齿轮啮合初始位置，扇形齿轮头齿的齿廓与开关齿轮薄齿的齿廓相配合而不相接触，在驱动电机的动力驱动下，所述扇形齿轮头齿与开关齿轮薄齿相邻的齿相啮合，扇形齿轮头齿相邻位的齿则与开关齿轮薄齿相啮合，因此，在扇形齿轮与开关齿轮啮合初始位置，首对啮合齿不会发生齿顶相碰的情况，保证了扇形齿轮与开关齿轮的顺利啮合。

说明书附图

图1（a）为本发明转换开关装置的外部示意图；

图1（b）为本发明转换开关装置移去上层开关本体的示意图；

图1（a）和（b）中，开关本体1或10 齿轮传动机构2 支架21 复位齿轮组件22 复位齿轮221 复位弹簧222 开关齿轮23 扇形齿轮24 驱动电机3 输出轴31；

图2 为本发明齿轮传动机构示意图；

其中：支架21或210 复位齿轮221或2210 复位弹簧222或2220 开关齿轮23或230 圆弧槽232或2320 扇形齿轮24或240 枢轴42；

图3 为本发明开关齿轮与扇形齿轮配合示意图；

其中，输出轴31 一组相啮合的开关齿轮与扇形齿轮副为：开关齿轮23 圆弧槽232 扇形齿轮24 扇形齿轮头齿241 开关齿轮薄齿231 另一组相啮合的开关齿轮与扇形齿轮副为：开关齿轮230 圆弧槽2320 扇形齿轮240 扇形齿轮头齿2410 开关齿轮薄齿2310；

图4 为本发明开关齿轮示意图；

图中：开关齿轮薄齿231或者2310 开关齿轮薄齿的相邻齿233或者2330 开关齿轮薄齿与其他齿牙的齿厚差H

图5 为本发明扇形齿轮示意图；

图中：扇形齿轮头齿241或者2410 扇形齿轮头齿的相邻齿242或者2420；

图6为本发明开关齿轮与扇形齿轮刚开始啮合示意图；

图6（b）为本发明开关齿轮与扇形齿轮啮合第一阶段示意图；

图7为本发明开关齿轮与扇形齿轮啮合第二阶段示意图；

图8为本发明开关齿轮与扇形齿轮啮合第三阶段示意图；

图6至图8中：支架21 复位齿轮221 复位弹簧222 开关齿轮23 圆弧槽232 扇形齿轮24 枢轴42；

图9为本发明弹簧储能机构与开关齿轮配合第一阶段示意图；

图10为本发明弹簧储能机构与开关齿轮配合第二阶段示意图；

图11为本发明弹簧储能机构与开关齿轮配合第三阶段示意图；

图9至11中：储能弹簧41 枢轴42；

图12为本发明开关齿轮与扇形齿轮俯视图；

图中：开关齿轮23或230 扇形齿轮24和240。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图，以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。

如图1至12所示，本发明所述的转换开关装置包括两个上下叠置的开关本体1、10，一个设有一输出轴31的驱动电机3，每个开关本体内部均设有与齿轮传动机构2相连接的弹簧储能机构，弹簧储能机构包括储能弹簧41和枢轴42。

齿轮传动机构2包括两个分别固定在开关本体1、10上的支架21、210，分别设置在支架21、210上的复位齿轮组件22、220，分别枢置在支架21、210上并与复位齿轮组件22、220啮合的开关齿轮23、230，同轴固定在输出轴31上并分别可与开关齿轮23、230啮合的扇形齿轮24、240，所述的扇形齿轮24、240相互间背对设置。复位齿轮组件22、220分别包括枢置在支架21、210上的复位齿轮221、2210和复位弹簧222、2220，复位弹簧222、2220的一端挂置在复位齿轮221、2210上，另一端挂置在支架21、210上。

储能弹簧41的一端固定在开关本体1、10内部，另一端挂置在枢轴42上，开关齿轮23、230上中心对称地开设有两个圆弧槽232、2320，枢轴42的一端端部容配在圆弧槽232、2320中。

如图4、5，扇形齿轮24、240的头齿241、2410的齿厚h，开关齿轮23、230上的薄齿231、2310的齿厚与开关齿轮23、230上的其他正常齿的齿厚相差H，且H>h，如图3所示，扇形齿轮头齿241、2410在轴向的偏置位置与开关齿轮薄齿231、2310在轴向的偏置位置相反，即当头齿241在轴向的偏置位于下部时，开关齿轮薄齿231在轴向的偏置位于上部，当然，上述扇形齿轮头齿241、2410和开关齿轮薄齿231、2310两者的偏置方向可以互换，只要能保证：在扇形齿轮24、240与开关齿轮23、230啮合初始位置，扇形齿轮头齿241、2410与开关齿轮23、230上的薄齿231、2310配合且不接触。即在扇形齿轮24、240与开关齿轮23、230啮合初始位置，扇形齿轮头齿241、2410直接啮合到了开关齿轮薄齿的相邻齿233（2330），而开关齿轮薄齿231、2310直接啮合到了扇形齿轮头齿的相邻齿242（2420），也就保证了首对啮合齿不会发生齿顶相碰的情况，保证了扇形齿轮24、240与开关齿轮23、230的顺利啮合。

以下将结合图2、6至12说明其中一个开关本体合闸以及分闸的工作原理：

如图2，第一开关本体处于分闸状态时，复位齿轮221与开关齿轮23始终啮合，复位齿轮221在弹簧222的拉力作用下具有顺时针旋转的趋势（见图中虚线箭头），迫使开关齿轮23也具有逆时针旋转的趋势（见图中虚线箭头），而此时开关齿轮23的两圆弧槽232的一端圆弧面抵靠在弹簧储能机构（图中未示出）的枢轴42上，遂保证了开关齿轮23能在有外部干扰（如震动等）的情况下也能保持在该位置而不发生偏转。

图6是扇形齿轮24和开关齿轮23刚开始的啮合图。扇形齿轮24带动开关齿轮23作顺时针旋转。同时，见图9（图9至11是弹簧储能机构原理图，描述了开关齿轮23的圆弧槽232与弹簧储能机构的枢轴42的相对关系），由开关齿轮23的转动，使得原来抵靠在枢轴42的圆弧槽232的一端圆弧面慢慢与枢轴42相远离。并由另一端的圆弧面靠近枢轴42并相抵靠。图6（b）是扇形齿轮24和开关齿轮23啮合的第一阶段。在此过程中，开关齿轮23只受到了复位齿轮221上弹簧222的拉力所产生的反力矩。所以即使扇形齿轮24与开关齿轮23相啮合的首对齿是不完整齿，也不会对其机械性能提出高的要求。完全能满足使用时的机械强度要求。

图7和图10是扇形齿轮24和开关齿轮23相啮合的第二阶段。在此阶段，开关齿轮23在扇形齿轮24的作用下继续顺时针旋转，原来抵靠住枢轴42的圆弧槽232的圆弧面此时会推动枢轴42绕弹簧储能机构中心顺时针转动，并转动到主弹簧支架的死点位置（见图10），储能弹簧41将被压缩到最短位置。

图8和图11是扇形齿轮24和开关齿轮23相啮合的第三阶段。当开关齿轮23带动枢轴42过机架死点后，储能弹簧41将释放，以极高的速度将枢轴42转动到图10的位置，并被限制。而开关齿轮23和枢轴42的相对关系是枢轴42从圆弧槽232的一个圆弧面到另一个圆弧面，但合理的定位不会使得两者的撞击。同时，这一阶段也完成了第一开关本体1的合闸动作。

同理，另一个开关本体的合闸、分闸过程也与上述是一致的。

本发明的开关本体1、10是上下背对叠置的，开关齿轮23、230的两个枢轴在同一直线上且相互间背对设置，扇形齿轮24、240被置于同轴且相互间背对设置，从本实施例的图12可知，两者的投影刚好是背向并相差180°，两者的投影刚好组成一个完整的齿轮，但这些并不是必须的，两者的投影也可以是有部分重叠，也可以是相互间隔，即两个扇形齿轮24、240的扇形圆心角可以小于180°，也可以稍大于180°。这种相互间同轴且背对设置的两个扇形齿轮24、240可以满足当一个开关本体在合闸、分闸的操作过程中，该开关本体对应的扇形齿轮24和开关齿轮23啮合传动，另一开关本体不动作，即另一开关本体对应的扇形齿轮24和开关齿轮23不啮合或是无效啮合，从而保证了连锁的可靠性。例如，当扇形齿轮24顺时针转动（逆时针转动也是相同的情况）带动开关齿轮23时，另一扇形齿轮240在远离开关齿轮230的位置。而当扇形齿轮24与开关齿轮23啮合结束，即将分离时，扇形齿轮240和开关齿轮230会以前述的方式开始啮合。同理，当扇形齿轮240和开关齿轮230进入正常啮合传动时，扇形齿轮24和开关齿轮23时处在逐渐远离的状态。

因此，扇形齿轮无论发生何种我们所不希望出现的传动，都不会引起两个开关本体的同时合闸，保证了机械连锁的可靠性。

整个转换开关装置的动作方式是：

1.第一开关本体处于合闸状态---（扇形齿轮开始顺时针旋转）---第一开关装置分闸---（第二开关装置处于分闸状态）（扇形齿轮继续顺时针旋转）---第二开关装置合闸---扇形齿轮停止转动；

2.第二开关本体处于合闸状态---（扇形齿轮开始逆时针旋转）---第二开关装置分闸---（第二开关装置处于分闸状态）（扇形齿轮继续逆时针旋转）---第一开关装置合闸---扇形齿轮停止转动。

本发明的齿轮传动机构2通过复位齿轮组件22、220的设置，复位齿轮组件22、220与开关齿轮23、230啮合，开关齿轮23、230与扇形齿轮24、240啮合，扇形齿轮24、240同轴且相互间背对设置，保证了齿轮啮合乃至整个机械传动的平稳、可靠，保证了机械连锁的可靠性。

扇形齿轮24、240的头齿241、2410的齿厚h，开关齿轮23、230上的齿231、2310的齿厚与开关齿轮23、230上的正常齿的齿厚相差H，且H>h，在扇形齿轮24、240与开关齿轮23、230啮合初始位置，首对啮合齿不会发生齿顶相碰的情况，保证了扇形齿轮24、240与开关齿轮23、230的顺利啮合。

Claims

1.一种转换开关装置，包括基座，所述基座上安装有驱动电机以及两个上下叠放在一起的开关本体，每一个开关本体分别与一齿轮传动机构连接，其特征在于：每一个齿轮传动机构分别包括固定安装在开关本体上的支架、复位齿轮组件、开关齿轮以及扇形齿轮，所述复位齿轮组件包括复位齿轮以及复位弹簧，该复位弹簧的两端分别与复位齿轮以及支架相连接，所述扇形齿轮与驱动电机的输出轴同轴固定，所述复位齿轮以及开关齿轮分别枢置在支架上，且开关齿轮分别与复位齿轮以及扇形齿轮的齿牙相啮合，两齿轮传动机构的扇形齿轮同轴枢置且两扇形齿轮的齿牙相背设置。

2.根据权利要求1所述转换开关装置，其特征在于：所述扇形齿轮的圆心角范围为140°至220°。

3.根据权利要求1所述转换开关装置，其特征在于：所述扇形齿轮的头齿为薄齿，开关齿轮与该扇形齿轮头齿相对应的位置设置薄齿，所述扇形齿轮的头齿厚度为h，所述开关齿轮的薄齿与开关齿轮的其他齿牙的齿厚相差H，且H>h，同时开关齿轮的薄齿与扇形齿轮头齿的轴向偏置位置相反，其中，所述薄齿定义为同一齿轮上厚度比其他齿牙薄、齿廓形状与其它齿牙一致的齿。