CN1030844A - 开关操作装置 - Google Patents

Abstract

开关操作装置的驱动轴上设有一操作杆部件支 撑在弹簧机构的一端，该轴与操作开关的轴分开装 设，驱动轴上的驱动杆与操作轴的主连杆上的凹槽相 啮合，这些杆的轴线形成的角度，在开关的开、合操作 完成时，置于稍越过90°角。在相反于驱动杆的位 置处设有调节开关开合位置的元件。按上述值整定 该角度，在角度越过90°的一侧，从驱动杆递到主连 杆的操作力的方向与不到90°的操作力的方向相 反，从而抵消了驱动杆之间的操作惯性和剩余能 量。

Description

本发明涉及到一台开关操作装置，更具体地讲涉及到一台具有机械部件的开关操作装置，这种机械部件对诸如应用于高压电网中的隔离开关和接地开关之类的开关具有极好的操作和掣动性能。

一般来说，在高压电网中的隔离开关或接地开关之类的开关与断路器一起使用或单独使用，它们利用带有电动机或弹簧（作为操作元件）的开关操作装置来操作或控制触头的开合。如图示例，一台常规的这种结构的开关操作装置包括有一个外部的往复蜗杆7和一个操作环5，前者固定在一个可逆驱动轴6的一端上，后者固定在该驱动轴6的另一端上，这样，转动该驱动轴6，就通过一个接于外部往复蜗杆7上的控制杆11的中间传动来打开或闭合开关16的触头，由于该驱动轴6必须快速或瞬时地转动，所以为了驱动该驱动轴6，这种开关操作装置包括有下述元件，也就是说，该开关操作装置包括有：一个连杆部分2，可转动地装在驱动轴6上，并接到一个拉杆1上，该拉杆1连接到一台驱动电动机或类似的设备（未示出）上;一个操作杆部分4，可转动地装在驱动轴6上，并连接到包括一个圈簧3a的弹簧机构3的一端，操作杆部分4的另一端为固定端。此外，缓冲器连杆部分8固定在驱动轴6上，其一端接到缓冲器或振动吸收器9，该连杆部分8转动一定角度后即能顶住一个止挡器10，该止挡器10固定在驱动轴6上形成的一个外壳上。图7表示开关16处于合闸状态。为了根据需要开合该开关16，当拉杆1被操作元件（例如驱动电动机）从图8（a）所示位置以箭头所示的方向移动时，由于在连杆部分2上形成的凸轮2a耦接到在该操作杆部分4上形成的凸轮4a上，故该操作杆部分反时针方向旋转，藉此将弹簧机构3的圈簧3a压缩而在其中储能。当该操作杆部分4的轴线运动到与弹簧机构3的轴线重合成直线时，此储能周期即告完成，如图8（b）所示。图8（c）示出当该操作杆部分4从图8（b）所示位置进一步转动时，储在弹簧机构3的能量（弹簧力）即被释放，在释放能量时，在该操作杆部分4背面（图7中看不到）形成的另一个凸轮4b在转过一定角度后乃与凸轮5a啮合，藉此将能量从弹簧机构3传输到驱动轴6，而使轴b加速转动，因此，通过外部往复蜗杆7和控制杆11而将开关16打开。弹簧机构3释放能量之后的状态如图8（d）所示。于是下一次储能周期即由这一状态开始。在这样的开关操作装置中，与振动吸收器9连接的缓冲器连杆部分8和该止挡器10用于吸收弹簧机构3中的剩余能量和（或）操作机构打开和闭合该开关中的起始能量，藉此来调节打开和闭合的工作位置，以使驱动轴6和其它元件不致受到大的冲击力。更具体地讲，由于驱动轴6转动，该缓冲器连杆8就驱动该振动吸收器9，从而将该缓冲器连杆的凸轮8a与另一固定到外壳（未示出）上的凸轮10a相啮合，因而调节了工作位置。在日本的专利公开№.56-74721和№.59-163719中披露了这种类型开关操作装置的实施例。

另一方面，有一种开关操作装置具有这样的结构，即它的外部往复蜗杆7固定在与驱动器6不相同的轴上，有一个驱动杆设置在驱动轴6上，通过它连接到一个固定在设有外部往复蜗杆7的同一轴上的主连杆上，主连杆上设有一个凹槽，一个装在该驱动杆上的滚轮可以在该凹槽中滚动。在这种情况下，在打开和闭合该开关的位置，该主连杆的一个轴线与驱动杆的一个轴线构成一个死点，因此可防止外部力对开关的不良影响。这种类型的开关操作装置的一个实施例在日本实用新型公开号№.60-31135披露。

在上述常规开关操作装置中，由于甚至在开关的开合操作完成以后还有剩余能量（例如惯性能量），所以即使这种操作完成后，剩余驱动力不可避免地传递到各机构上。为了防止这一点，在常规开关操作装置中，必不可免地要利用振动吸收器来抑制在开关的开合操作完成后剩余的冲击驱动力。另外，还必须采用具有足够强度的止挡器。因此，常规开关操作装置的缺点是整体装置体积大，从而结构复杂。

本发明的一个目的是提供一种开关操作机构，它不用振动吸收器，并且结构简单，体积紧凑。

本发明的另一目的是提供一种操作装置，它具有简单的弹簧储能机构，并且整体结构紧凑。

按照本发明制成的一台开关操作装置，支撑一个弹簧机构一端的操作杆部分的驱动轴是与开关的操作轴分开装设的;固定到该驱动轴上的驱动杆与具有一个凹槽并被固定到该操作轴上的主连杆啮合;这些杆的中心轴线在开关完成开或合操作之后形成一个稍大于90°的角;以及调节开关的开或合位置的调节元件设置成与该驱动杆相联结结。

以外，用于驱动该开关操作装置的操作杆部分的机构由电动机和齿轮装置构成。

由于用了这种结构，当开关的开或合操作完成时，在主连杆的和驱动杆的中心线之间所形成的角度选择或整定为稍大于90°，在大于90°侧，因为从驱动杆传递到主连杆的操作力的作用方向是与小于90°的一侧的力的方向相反的，所以驱动杆中的驱动惯性能量和剩余能量能够补偿或彼此抵消。驱动该操作杆部分的机构便可进一步简化和缩小。

图1为按照本发明实施的一台开关操作装置的透视图;

图2（a）至2（e）为说明图1所示开关操作装置的主连杆与驱动杆运动的视图;

图3为说明图1所示装置的操作力矩特性的曲线图;

图4为说明图1所示装置的运动特性的曲线图;

图5为按本发明的另一实施例完成的主连杆侧视图;

图6（a）和6（b）分别为说明本发明另一实施例完成的开关操作装置的侧视和纵剖面图;

图7为一常规开关操作装置透视图;以及

图8（a）和8（d）为说明图7所示装置的操作和运动的视图。

现在结合附图所示实施例阐述本发明。需要指出，相同的元件或与图7的常规装置中相同的元件均用相同标号。

在图1所示最佳实施例中，用于操作开关的装置，亦即开关操作装置，其特征为：一个驱动轴6是与用于操作开关16的操作轴14分开的，下面解释轴6和轴14之间的连接关系。驱动轴6为可转动地装在一个箱壳（未示出）上，它包括：一个连接到拉杆1的连杆部分2，和常规装置一样，拉杆1连接到一台驱动电动机之类设备上（未示出）;一个操作杆部分4，接到包括一个圈簧3a的弹簧机构的一端上，作为一个操作能源;以及一个操作环5。利用凸轮2a和4a之间及凸轮4b与5a之间的啮合而在弹簧机构3中储蓄能量来驱动该驱动轴6。从驱动轴6来的转动力传到操作杆14，由此，通过一个外部往复蜗杆7驱动一个控制杆11而打开开关16。

在图1所示实施例中，驱动轴6和操作轴14在竖向排成一行并部分重叠。在驱动轴6的一端有一个驱动杆15，它固定在从一死点（工作点）位置算起稍大于45°角的位置处，该死点位置是由弹簧机构3和操作杆部分4形成的。结果，该驱动轴6的工作角度被限于从0°角到稍大于90°角的范围。此外，还在驱动轴6转动运动的两个边界处，设置了两个止挡器12a和12b，所以，驱动轴6可转动范围为90°+α角。角α的较佳值为3-8°角，最佳值为5°角。在驱动轴6的自由端设有一个支座，在所述实施例中，考虑到开关操作装置长期使用，该支座包括有一个滚轮17，该滚轮17支撑着一个主连杆13。

更详细地讲，该主连杆13固定到操作轴14上，在它的自由端设有一个滑槽或凹槽13a，驱动杆15上的滚轮17即支撑在该槽内，藉此而将连杆13和15相互机械地耦联。传递到主连杆13上的操作力即通过该操作轴14、外部往复蜗杆7和控制杆11的中间传动，而打开或闭合该开关16。

如上所述，驱动杆15和主连杆13的构造能使驱动杆15停止在一个位置，此位置为从连杆13、15的轴线形成90°角处越过3-8°角的一个位置。止挡器12a和12b辅助该驱动杆15确定各停止位置。图2（a）到图2（e）表明不同位置的连杆13和15及作用在其上的操作力的关系，连杆13、15各依次从图2（a）所示的操作起始位置运动到图2（e）所示的操作完成位置。更详细地讲，由于转动安装在驱动轴6的操作杆部分4而储于弹簧机构3（图1）中的能量加到驱动轴6上去，如图2（a）所示，但仅当操作杆部分4已运动到超过该死点时才能成立，从而建立了一个驱动力f来驱动轴15上的滚轮17移到固定在操作轴14上主连杆13的滑槽13a中，结果，主连杆13以反时针方向快速旋转，以致主连杆13和驱动杆15彼此排列成一直线，如图2（b）所示。在这个位置上，从操作轴14到滚轮17的距离h最小，而且驱动力f等于操作力F;在这种情况下，操作转矩如图3所示仍然较小。

继续转动连杆13和15，当由这些杆的轴线形成的夹角α将近90°（图2（c）所示位置）角时，驱动杆15的驱动力f即作为操作力作用在操作轴14上，两者有如下关系：

F＝ (f)/(Sin（α-90°）)

因此，如图2（d）所示的位置角α变成90°角时，则有无限大的操作力作用在操作轴14上，从上述公式和图3中明显可见。附带说明，在图2（d）中β角是驱动杆15的轴线和垂直线间在角α为90°时所形成的角;γ角是主连杆13的轴线和垂直线形成的夹角。

进言之，在图2（e）所示的位置上，它越过了图2（d）所示位置，操作力F也能由上述公式表示，不过在这种情况下，由于角α大于90°，这是一经过图2（d）的位置后立即到达的一个位置，于是反向无限大的操作力（图3所示）就作用在操作轴14上。因此，按照本发明，在最后阶段需要最大操作力时就能获得最大操作力，并能抵消各操作机构中的剩余惯性能量，这是因为在操作完成位置附近产生了反向操作力的缘故。

在本发明中，止挡器12a和12b设置在驱动杆15完成转动运动的位置，以使主连杆13和驱动杆15完成上述运动，这是因为驱动轴6和操作轴14的运动特性是如图4所示的缘故。亦即，驱动杆15和主连杆13的工作角逐渐地增加，但由于这些杆的轴线间形成的角大于90°时，作用到操作轴14的操作力的方向被反向，所以为调节操作完成位置所设置的止挡器对操作轴14来说没有意义。在这种结构中，设置止挡器12a和12b是为了配合驱动轴6的驱动杆15之用。

此外，为了代替止挡器12a和12b，可以在驱动轴6上设置一个凸轮，以及在容纳该开关操作装置的外壳上（未示出）设置一个相应的凸轮，它们的关系是：当凸轮顶住相应的凸轮时，这些凸轮便起止挡器的作用，来调节该操作完成位置。

为了代替开口槽13a，可以在主连杆13上设置一个闭口滑槽槽，如图5所示的13a，用于使驱动杆15的滚轮17机械地啮合到主连杆上，藉此而增强了该装置的机械强度，并提高了开关操作装置整体运行可靠性。

在图1所示的本发明实施例中，对驱动轴6所加操作力的操作能源是一端连接到操作杆部分4上的弹簧结构3，除已经说明的这个例子外，操作能源也可以是空压机或电动机组。

如图6（a）和6（b）所示的本发明另一实施例中，采用了将各种元件布置在底板20上，从而获得更紧凑的开关操作装置。更详细地讲，这个实施例中，包括有：一个驱动轴6，可转动地装在底板20上;一个操作杆部分4;一个构成操作能源、并具有一圈簧3a的弹簧机构3，它的一端支撑在底板20上，它的另一端与操作杆部分4连接;一个主连杆13，固定在操作轴14上;一个在主连杆上形成的滑槽13a，这些都基本上与前述实施例相同。但是，被装置在主连杆13的滑槽13a中作为支座的、具有滚轮17的驱动杆15则具有特殊构形，并且用一电动机21替代该连杆部分来转动该操作杆部分4，以在弹簧机构中储能，这样一来就简化了结构。更具体地讲，在驱动杆15的两侧边上设计出凸缘15a和15b，如图6（a）所示，要考虑到与该连杆前述的转动角度配合。该凸缘15a或15b能运动到顶住固定在底板20上相应的棒形止挡器12a或12b。此外，为了转动与操作能源或弹簧机构3相接的操作杆部分4，一个用于储能的大直径的蜗轮24（点线所示）装在驱动轴6上，以及一个与该蜗轮啮合的小齿轮23（点线所示）被固定到由电动机21驱动的一个心轴22上。

因此，电动机21转动时就通过固定在心轴22上小齿轮23而转动蜗轮24，结果由于该蜗轮上的一个凸轮24a（示于图6（b））与该操作杆部分上的一个凸轮4b啮合，而以顺时针方向转动该操作杆部分4，直转到它越过该死点，从而在弹簧机构3中储蓄能量。在死点，电动机停下来。当越过死点后，由于操作杆部分4上的凸轮4a和驱动杆15上的凸轮15c啮合，于是操作杆部分4快速地以顺时针方向转动驱动杆15（它的凸缘15b已顶住该止挡器12b），这样一来，滑槽13a中的滚轮17开始滑动而使主连杆13和操作轴14以反时针方向快速转动，藉此而转动外部往复蜗杆7。驱动杆15一直转动到它稍越过90°，如前实施例中所述，此后，由于凸缘15a顶住相应的止挡器12a而使驱动杆15停住。

在具有上述结构的开关操作装置中，由于该装置的全部元件都能装在底板20上（该底板是外壳的一部分），所以装置的体积缩小，而且不需设振动吸收器，又由于采用电动机21、心轴22、小齿轮23和蜗轮24等设备而使装置进一步轻型化和紧凑化。

此外，在上述各实施例中，在驱动杆15和主连杆13的轴线间夹角为90°之处设置了一个冲程角3-8°，因为在操作完成位置处两个连杆15、13的轴线间形成的角度可以选择得比90°角约小2°，所以在连杆13和14之间，对外力而言，即可建立死点，从而防止了对该开关操作装置的内部产生不良影响。此外，主连杆13的操作完成位置处于相应于比最大冲程（圆周的）位置约小2°的一个角度位置上，所以在装置的运行和（或）效率方面不会出现问题。

按照本发明所提供的结构，由于操作力在开关操作的终了阶段能起掣动力的作用，所以操作开关时机构的惯性能量和在操作能源中的剩余能量能够相互抵销，因此可免除采用振动吸收器。此外，由于简化了调节该驱动杆的操作完成位置用的止挡器结构，从而使该操作装置的整体结构也被简化，并且提高了该装置的可靠性，以及便于维护和检查。

由此，由于采用了大直径蜗轮与固定在电动机心轴上的小齿轮相啮合，以此来充当转动操作杆部分向弹簧机构储蓄能量的机械，从而使整个装置更为小型化。

Claims (18)

1、一台用于操作开关的装置包括有：一个驱动轴；一个可转动地装在所述驱动轴上的操作杆部分；一个操作能源，它的一端接到所述操作杆部分，其中具有一个死点结构，随着该操作杆的转动而储存能量和以后释放能量；以及有一个外部往复蜗杆，被操作能源中储存能量的驱动，藉此，通过接到所述外部往复蜗杆上的一个控制杆的传动而打开或闭合一台开关，其特征为：

所述外部往复蜗杆固定到一个操作轴上，该轴与所述驱动轴分开地平行排列，并部分重叠；带有一个滑槽的一个主连杆固定到所述操作轴上；一个设置在固定到所述驱动轴上的驱动杆上的支座，装置在所述主连杆的所述滑槽中；以及多个位置调节止挡器分别设置在该驱动杆的操作完成位置处，这些位置相应于各旋转运动范围的极限，其中由所述主连杆和所述驱动杆的各相关轴线形成的角度稍越过90°角。

2、如权利要求1所述的一台用于操作开关的装置，其特征为：所述的操作能源包括带有一个圈簧的一个弹簧机构。

3、如权利要求1所述的一台用于操作开关的装置，其特征为：设置在所述驱动杆上的所述支座包括有一个滚轮。

4、如权利要求1所述的一台用于操作开关的装置，其特征为：所述主连杆和所述驱动杆的转动运动范围选择得越过90°角3-8°。

5、一台用于操作开关的装置包括有：一个驱动轴;一个可转动地装在所述驱动轴上的操作杆部分;以及一个操作能源，其一端接到所述操作杆部分，并有一个死点结构。当操作杆转动时，能量即储于该能源中，以后可以释放，以及有一个外部往复蜗杆受该操作源中储能的驱动，藉此，通过连接到所述外部往复蜗杆上的一个控制杆的传动而打开或闭合一台开关，其特征为：

受一拉杆的张力作用的一个连杆部分安装在所述驱动轴上靠近所述操作杆部分;这些连杆部分利用各凸轮装置相互连接，藉此而使能量储在所述操作能源中;所述外部往复蜗杆固定到一个与所述驱动轴分开的操作轴上，并且该轴与所述驱动轴平行排列并部分重叠;带有一个滑槽的一个主连杆被固定在所述操作轴上;在固定在所述驱动轴上的驱动杆上设置的一个支座，装置在所述主连杆的所述滑槽中;以及多个位置的调节止挡器分别设置在该驱动杆的操作完成位置处，这些位置相应于各转动运动范围的极限，其中由所述主连杆和所述驱动杆的各轴线所形成的角度稍越过90°角。

6、如权利要求5所述的一台用于操作开关的装置，其特征为：所述的操作源包括带一个圈簧的一个弹簧机构。

7、如权利要求5所述的一台用于操作开关的装置，其特征为：设在所述驱动杆上的所述支座包括一个滚轮。

8、如权利要求5所述的一台用于操作开关的装置，其特征为：所述主连杆和所述驱动杆的转动运动范围选择得越过90°角3-8°。

9、一台用于操作开关的装置包括有：一个驱动轴;一个可转动地装在所述驱动轴上的操作杆部分;以及一个操作能源，其一端连接在所述操作杆部分上，并具有一个死点结构，该能源可由于该操作杆部分的转动而储存能量和以后释放能量;以及其中有一个外部往复蜗杆，它由储存在操作能源中的能量驱动，藉此，通过接到所述外部往复蜗杆上的一个控制杆的传动而打开或闭合一台开关，其特征为：所述的驱动轴可转动地布置在一个底板上;一个操作轴可转动地布置在与所述驱动轴的轴线平行的上部轴线上并与其分开;一个带有一个滑槽的主连杆固定到所述操作轴上;在固定于所述驱动轴上的一个驱动杆上设置的一个支座，容纳在所述主连杆的所述滑槽中;以及多个位置调节止挡器分别固定在所述底板上该驱动杆的操作完成位置处，这些位置相应于转动运动范围的极限，其中由所述主连杆和所述驱动杆的各轴线所形成的一个角度稍越过90°角。

10、如权利要求9所述的一台用于操作开关的装置，其特征为：所述的操作能源包括带有一个圈簧的一个弹簧机构。

11、如权利要求9所述的一台用于操作开关的装置，其特征为：设置在所述驱动杆上的所述支座包括一个滚轮。

12、如权利要求9所述的一台用于操作开关的装置，其特征为：所述主连杆和所述驱动杆的转动运动范围选择为越过90°角3-8°。

13、一台用于操作开关的装置包括有：一个驱动轴;一个可转动地装在所述驱动轴上的操作杆;以及一个操作能源，其一端接到所述操作杆部分，并且有一个死点结构，该能源可由于该操作杆部分的转动而储存能量和以后释放能量，并且其中有一个外部往复蜗杆受该操作能源中储能的驱动，藉此，通过接于所述外部往复蜗杆上的一个控制杆的传动而打开或闭合一台开关，其特征为：

所述驱动轴为可转动地布置在一个底板上，并定位到靠近所述操作杆部分;一个能与一个凸轮相啮合的蜗轮装在所述驱动轴上;所述蜗轮与固定在一台电动机心轴上的一个小齿轮相啮合，藉此而在所述操作能源中储积能量;所述外部往复蜗杆固装到一个与该驱动轴分开的一个操作轴上，该轴平行于所述驱动轴布置，并部分重叠;带有一个滑槽的一个主连杆固定到所述操作轴上;在固定到所述驱动轴上的一个驱动杆上设置一个支座，该支座容纳在所述主连杆的所述滑槽中;以及多个位置调节止挡器分别固定在所述底板上该驱动杆的操作完成位置处，这些位置相应于转动运动范围的极限，其中所述主连杆和所述驱动杆的各轴线所形成的一个角度稍越过90°角。

14、如权利要求13所述的一台用于操作开关的装置，其特征为：所述的操作能源包括一个带有一个圈簧的弹簧机构。

15、如权利要求13所述的一台用于操作开关的装置，其特征为：设置在所述驱动杆上的所述支座包括一个滚轮。

16、如权利要求13所述的一台用于操作开关的装置，其特征为：所述主连杆和所述驱动杆的转动运动范围选择为越过90°角3-8°。

17、一台用于操作开关的装置包括：一个驱动轴;一个可转动地装在所述驱动轴上的操作杆部分;以及一个操作能源，其一端接到所述操作杆部分，并具有一个死点结构，它可由于该操作杆部分的转动而储积能量和以后释放能量，并且其中有一个外部往复蜗杆受该操作能源储积的能量驱动，藉此，通过接到所述外部往复蜗杆上的一个控制杆的传动而打开或闭合一台开关，其特征为：

所述的驱动轴为可转动地布置在一个底板上，并定位在靠近所述操作杆部分处;一个能与一个凸轮相啮合的蜗轮装在所述驱动轴上;所述蜗轮由固定到一台电动机心轴上的小齿轮啮合，藉此而向所述包括带一个圈簧的弹簧机构的操作能源中储能;所述外部往复蜗杆固定到一个与所述驱动轴分开的操作轴上，平行于所述驱动轴布置，并部分重叠;一个具有一个滑槽的主连杆固定到所述操作轴上;在固定于所述驱动轴上的一个驱动杆上设置的一个支座包括一个滚轮，该滚轮容纳在所述主连杆的所述滑槽中;以及多个位置调节止挡器分别固定在所述底板上该驱动杆的操作完成位置处，这些位置相应于转动运动范围的极限，其中由所述主连杆和所述驱动杆的各轴线形成的一个角越过90°角3-8°。

18、如权利要求17所述的一台用于操作开关的装置，其特征为：所述的驱动杆在它的两侧具有多个分别相应于所述每个止挡器的凸缘。

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