CN103366979A - 自动转换开关的传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动转换开关的传动装置，包括机壳，机壳内设置有用于改变转轴动触头位置的动触头驱动轴、主动转轴和驱动主动转轴转动的驱动机构，动触头驱动轴一端穿出机壳、另一端与主动转轴通过齿轮间歇啮合，齿轮包括与主动转轴固定连接的第一齿轮、与动触头驱动轴插接的第二齿轮，第二齿轮连接有储能弹簧；所述第一齿轮与第二齿轮啮合过程中，啮合前段行程中所述传动机构驱动第二齿轮转动压缩储能弹簧且所述动触头驱动轴不随第二齿轮转动；啮合后段行程中压缩的储能弹簧伸张带动第二齿轮转动且第二齿轮带动动触头驱动轴转动。本发明提供一种传动效率高、结构简单、传动可靠、整体尺寸小的自动转换开关的传动装置。

Description

自动转换开关的传动装置

技术领域

本发明涉及一种传动装置，尤其涉及一种自动转换开关的传动装置。

背景技术

在双电源自动转换开关、负荷开关、隔离开关、接触器等低压电器产品中需要用到传动装置动作实现通断或转换，例如：双电源自动转换开关是用于实现常用电源和备用电源之间的电源转换，保证关键用户用电安全的设备。自动转换开关由可自动动作的传动机构、灭弧结构等部件组成。当常用电源发生故障，自动转换开关可以自动检测电源故障并自动转换至备用电源。现有的自动转换开关中采用传动装置实现改变转换开关动触头位置的功能。传动装置的结构通常采用连杆机构，而连杆机构一般由电磁铁提供动力，通过连杆机构驱动电源通断弧室中的动触头动作，实现该动触头闭合和断开。由于连杆机构中的通过多个连杆的往复运动转换成转动，传动效率低，并且连杆机构需要多根连杆动作才能完成动作转换，结构相对复杂，连杆机构的多根连杆首尾相接，尺寸也较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中自动转换开关的传动装置采用连杆机构带来的传动效率低、结构复杂、机构尺寸较大的缺陷，提供一种传动效率高、结构简单、传动可靠、整体尺寸小的自动转换开关的传动装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自动转换开关的传动装置，包括机壳，机壳内设置有用于改变转换开关动触头位置的动触头驱动轴、主动转轴和驱动主动转轴转动的驱动机构，所述动触头驱动轴一端穿出机壳、另一端与主动转轴通过齿轮间歇啮合，所述齿轮包括与主动转轴固定连接的第一齿轮、与动触头驱动轴插接的第二齿轮，所述第二齿轮连接有储能弹簧；所述第一齿轮与第二齿轮啮合的前段行程中，所述传动机构驱动第二齿轮转动压缩储能弹簧且所述动触头驱动轴不随第二齿轮转动；所述第一齿轮与第二齿轮啮合的后段行程中，压缩的储能弹簧伸张带动第二齿轮转动且第二齿轮带动动触头驱动轴转动。

所述的自动转换开关的传动装置中，所述第一齿轮和第二齿轮中至少一个是扇形齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合状态下的转动角度为45°～135°，在其余转动角度下所述的第一齿轮与第二齿轮为非啮合状态。

所述的自动转换开关的传动装置中，所述储能弹簧为轴向伸缩弹簧，所述储能弹簧一端固定在机壳上，另一端固定在第二齿轮的后部；储能弹簧中与机壳固定连接的一端为固定端、与第二齿轮连接的一端为转动端，所述储能弹簧的自由长度大于第二齿轮的后部侧壁面到储能弹簧固定端被固定位置之间的间距。

所述的自动转换开关的传动装置中，所述第二齿轮与动触头驱动轴之间通过插接的键齿与键槽连接在一起，所述键槽中留有键齿转动设定角度的间距。

所述的自动转换开关的传动装置中，所述键槽设置一个或一个以上，超过一个的键槽轴对称排布，所述键齿与键槽配合设置。

所述的自动转换开关的传动装置中，所述的主动转轴与动触头驱动轴相互垂直设置，所述第一齿轮和第二齿轮为间歇啮合的锥齿轮；

或者所述的主动转轴与动触头驱动轴相互平行设置，所述第一齿轮和第二齿轮都为间歇啮合的柱形齿轮。

所述动触头驱动轴包括常用驱动轴和备用驱动轴，所述常用驱动轴和备用驱动轴分设在机壳内，并且二者各有一端分别穿出机壳。

所述主动转轴设置两个，每个主动转轴都通过第一齿轮与第二齿轮的间歇啮合与常用驱动轴或备用驱动轴连接。

所述主动转轴设置一个，所述主动转轴端部同时设置两个分别与常用驱动轴、备用驱动轴间歇啮合的第一齿轮。

所述第一齿轮为扇形的锥齿轮或柱齿轮，所述扇形的圆周角为90°，两个所述第一齿轮连续排列且二者之间留有用于与第二齿轮啮合时匹配的匹配槽。

本发明采用了一种齿轮传动、弹簧储能实现快速驱动的传动装置，其中驱动机构通过主动转轴、齿轮将动力间歇传输给与动触头驱动轴，其中齿轮啮合的前段行程中传动机构驱动第二齿轮转动压缩储能弹簧至平衡点，且动触头驱动轴不随第二齿轮转动；啮合的后段行程中，第二齿轮转过压缩储能弹簧的平衡点后，压缩的储能弹簧伸张带动第二齿轮转动且第二齿轮带动动触头驱动轴继续同向转动。本发明采用了独特的传动时序配合，实现转换开关的快速闭合及快速断开，从而实现电源一侧动触头的快速切换。并且本发明采用齿轮作为主要的传动机构，齿轮啮合可靠性高，本身的传动效率就远高于连杆机构，并且齿轮啮合机构的零件少，结构相对简单，另外齿轮啮合结构相比连杆机构结构紧凑很多，使得整机尺寸较小，有效解决传统连杆传动机构存在的不足。

本发明中第一齿轮与第二齿轮的间歇啮合是一种间歇性的啮合，即在转动过程中，第一齿轮与第二齿轮存在两种位置关系，一种是啮合，一种是非啮合，其中啮合是本自动转换开关的工作状态，非啮合是非工作状态。在第一齿轮与第二齿轮啮合的前段行程内，所述传动机构可驱动第二齿轮转动压缩储能弹簧至平衡点且所述动触头驱动轴不随第二齿轮转动；所述第一齿轮与第二齿轮啮合的后段行程里，第二齿轮转过平衡点弹簧能量释放伸张，压缩的储能弹簧伸张带动第二齿轮转动且第二齿轮带动动触头驱动轴转动。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的外观结构示意图；

图2是本发明实施例的爆炸图；

图3是本发明实施例第二齿轮的结构示意图；

图4是本发明实施例动触头驱动轴的结构示意图；

图5是本发明实施例第一齿轮与第二齿轮啮合开始时各部件之间位置关系的结构示意图；

图6是本发明实施例第一齿轮与第二齿轮啮合开始时各部件之间位置关系的对应示意图；

图7是本发明实施例储能弹簧压缩到最短时各部件之间位置关系的结构示意图；

图8是本发明实施例储能弹簧压缩到最短时各部件之间位置关系的对应示意图；

图9是本发明实施例第一齿轮与第二齿轮啮合结束时各部件之间位置关系的结构示意图；

图10是本发明实施例第一齿轮与第二齿轮啮合结束时各部件之间位置关系的对应示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1、2所示，一种自动转换开关的传动装置，包括机壳1，机壳1的作用一方面是对内部各部件起封闭作用，另一方面起到对部件进行支撑和固定的作用。机壳1包括可拆卸连接的两部分，分别为顶盖11、壳体12，顶盖11与壳体12扣合并通过螺钉固定。

如图2所示，机壳1内设置有用于改变转换开关动触头位置的动触头驱动轴2、主动转轴3和驱动主动转轴3转动的驱动机构6，驱动机构6包括电机61、减速器62，可以通过减速器62直接与主动转轴3连接，也可以采用齿轮啮合或链轮传动的方式与主动转轴3连接。驱动机构6固定在壳体12的底板上或壳体12侧壁上。所述动触头驱动轴2一端穿出机壳1、另一端与主动转轴3通过齿轮4间歇啮合。

在机壳1的壳体12侧壁上开有承接槽121，承接槽121的形状与动触头驱动轴2形状配合，本实施例中承接槽121为弧形槽。动触头驱动轴2放置在承接槽121内并能在承接槽121内转动，承接槽121起到承托作用，并且还可在动触头驱动轴2上设置有轴承，轴承固定在承托槽121内。承托槽121还与机壳1的顶盖11配合将动触头驱动轴2限位在承托槽121内只转动，不上下左右移动。

如图2、3、5～10所示，将主动转轴3和动触头驱动轴2连接的所述齿轮4包括与主动转轴3固定连接的第一齿轮41和与动触头驱动轴2插接的第二齿轮42，所述第二齿轮42连接有储能弹簧5。主动转轴3通过在顶盖11设置的轴套111转动连接在顶盖11上，轴套111可以独立设置并固定在顶盖11内，还可以与顶盖11一体结构。

由于第一齿轮41与第二齿轮42的啮合是间歇式，即在主动转轴3转动的过程中，第一齿轮41与第二齿轮42存在两种状态，一种是啮合状态，一种是非啮合状态。所述第一齿轮41与第二齿轮42啮合状态的前段行程中，所述驱动机构6驱动第二齿轮42转动，并压缩储能弹簧5至平衡点，在此过程中所述动触头驱动轴2不随第二齿轮42转动；在所述第一齿轮41与第二齿轮42啮合的后段行程中，第二齿轮42转过平衡点，被压缩的储能弹簧5伸张，储能弹簧伸张带动第二齿轮42转动且第二齿轮42带动动触头驱动轴2转动。第一齿轮41与第二齿轮42非啮合状态时，是自动转换开关的非工作时段。

要想实现间歇式啮合，则要求所述第一齿轮41和第二齿轮42中至少一个是扇形的齿轮，由于扇形的齿轮是只在齿轮的一圈中部分设置有齿，不构成一个完整连续不断的圆形。扇形的齿轮在转动过程中有齿的部分能啮合，无齿的部分不啮合，这种结构就形成了间歇啮合。

本发明扇形的齿轮的扇形大小是根据要求啮合和非啮合的时间确定。本发明所述第一齿轮41与第二齿轮42啮合状态下的转动角度为45°～135°，具体选择的转动角度是与传动机构的各个部件尺寸有关，可在实际设计中根据尺寸不同进行不同转动角度的选择，除了上述啮合状态的转动角度选择，在其余转动角度下所述的第一齿轮41与第二齿轮42为非啮合状态。如图3所示是本实施例第二齿轮42的结构示意图，图中显示第二齿轮42可以带有扇形齿421，扇形齿的圆周角为90°，即第一齿轮和第二齿轮啮合的转动角度为90°。第二齿轮后部外侧壁设有用于与储能弹簧5连接的连接耳423。

如图2、5、7、9所示，储能弹簧5的作用是通过弹性变形储能，并且通过弹力将储存能量释放。所述储能弹簧5为轴向伸缩弹簧，所述储能弹簧5一端固定在机壳1上，另一端固定在第二齿轮42的后部，具体是固定在第二齿轮42后部外侧壁面上；储能弹簧5中与机壳1固定连接的一端为固定端52、与第二齿轮42连接的一端为转动端51，所述储能弹簧5的自由长度大于第二齿轮42的后部侧壁面到储能弹簧5固定端52的间距。由于在自由状态下，储能弹簧5的长度大于第二齿轮42后部侧壁面到储能弹簧5固定端52之间的间距，即储能弹簧5的自由长度大于它所在的空间位置，则自由长度下的储能弹簧5的转动端51要超出第二齿轮42的侧壁面，延伸至第二齿轮42的上方或下方，第二齿轮42转动会带动储能弹簧5的转动端51向两侧移动，就压缩了储能弹簧5，储能弹簧5受压后压缩储存能量，当转动端51被带动到第二齿轮42一侧时，储能弹簧5压缩到最短位置，这个位置是平衡点，但转动过了这个位置，储能弹簧5就会自动伸张。本发明优选储能弹簧5的长度满足：储能弹簧5的自由长度与第二齿轮42的中轴线到储能弹簧5固定端52固定的位置的间距基本相同，即储能弹簧的转动端位于第二齿轮42的中轴线上。

储能弹簧5可以设置一个，也可以设置两个，设置一个的情况是在第二齿轮42后部两侧中的任意一侧设置一个储能弹簧5，储能弹簧5的转动端与第二齿轮42固定连接，储能弹簧5的固定端与机壳1固定连接。为了能稳定地对动触头驱动轴2进行驱动，储能弹簧5优选在第二齿轮42后部两侧对称设置两个，由于第二齿轮42与动触头驱动轴2固定连接，储能弹簧5弹力伸张会通过第二齿轮42的继续转动来带动动触头驱动轴2的转动，并且第二齿轮42的转动会对两侧设置的储能弹簧5进行压缩。

如图3所示是第二齿轮的结构示意图；为了固定方便，在第二齿轮42后部两侧设置有连接耳423，储能弹簧5的转动端51固定在连接耳423上。

如图5、7、9所示，为了使储能弹簧5更好的动作，防止储能弹簧5歪斜，在机壳1的壳体12内优选设置有限位板112，限位板112围蔽出一个容置储能弹簧5的空间，该空间优选与储能弹簧5的形状一致，并且二者间隙配合。限位板112可以固定在壳体12上，也可以与壳体12形成一体结构，储能弹簧5的固定端52固定在限位板112上，储能弹簧5在限位板112围蔽的空间内被旋转的第二齿轮42压缩或伸张带动动触头驱动轴2转动。

如图4所示，动触头驱动轴2穿出机壳1的一端设有与动触头连接的连接花键21，在动触头驱动轴2的中部及其另一端设有键齿23，键齿23用于与动触头驱动轴2插接的第二齿轮42配合，键齿23的数量和形状与图3中第二齿轮42上设置的键槽424配合。

所述第二齿轮42与动触头驱动轴2是一种活动插接的方式，如图3、4所示，第二齿轮42后部轴向设有键槽424，动触头驱动轴2外侧壁设有键齿23，二者之间通过插接的键齿23与键槽424连接在一起，所述键槽424中留有键齿23转动设定角度的间距，该间距与第一齿轮41与第二齿轮42的啮合相配合，保证第一齿轮41与第二齿轮42啮合的前段行程中，键齿23从键槽424一端转动到键槽424另一端；所述第一齿轮41与第二齿轮42啮合的后段行程中，已经转动到键槽424另一端是键齿23被键槽424侧壁压紧，键齿23所在的动触头驱动轴2就和键槽424所在的第二齿轮42同时动作，即第二齿轮42带动动触头驱动轴2转动。

所述键槽424设置一个或一个以上，优选两个或两个以上的键槽424，超过一个的键槽424轴对称排布，所述键齿23与键槽424配合设置。

优选所述键槽424为扇形，扇形所对的圆心角满足：键齿23从键槽424一端转动到键槽424另一端的转动角度为50°，例如键齿23为扇形且对应圆心角为30°时，键槽424的圆心角为90°，则键齿23从键槽424一端转动到键槽424另一端的转动角度为50°。

主动转轴3与动触头驱动轴2之间设置的位置关系有两种，一种是所述的主动转轴3与动触头驱动轴2相互垂直设置，所述第一齿轮41和第二齿轮42为锥齿啮合，即第一齿轮41和第二齿轮42都为锥齿轮；另一种是所述的主动转轴3与动触头驱动轴2相互平行设置，所述第一齿轮41和第二齿轮42都为柱形齿轮，二者之间啮合传动。本发明中的第一齿轮41和第二齿轮42不管是锥齿轮还是柱形齿轮，至少一个是不完整齿轮，即齿轮的齿只存在于一个扇形部分，其余部分没有齿，使得在两个齿轮没有齿的部分不能啮合。本实施例中所述第一齿轮41为扇形的锥齿轮或柱齿轮。

如图2所示，所述动触头驱动轴2包括常用驱动轴和备用驱动轴，所述常用驱动轴和备用驱动轴分设在机壳1内，并且二者分别有一端穿出机壳1。本实施例常用驱动轴和备用驱动轴分设在机壳1的两侧。这样就需要对两组动触头驱动轴2进行传动，这两组动触头驱动轴2的传动方式可以采用以下不同的实施方式：

一种实施方式是设置两个所述主动转轴3，每个主动转轴3都通过第一齿轮41与第二齿轮42的间歇啮合来与常用驱动轴或备用驱动轴连接。这种实施方式中主动转轴3、第一齿轮41、第二齿轮42、储能弹簧5等都各自独立设置一套，并且各自独立运行。它们各自的结构同本具体实施方式上边表述的内容，在此不再赘述。

另一种实施方式是只设置一个所述主动转轴3，所述主动转轴3端部同时设置两个分别与常用驱动轴、备用驱动轴间歇啮合的第一齿轮41。这两个第一齿轮41可以在主动转轴3轴向的相同高度设置，即两个第一齿轮41在同一平面上设置；也可以在主动转轴3轴向的不同高度设置。如图2所示，本实施例中两个所述第一齿轮41为扇形齿轮，且两个第一齿轮41在主动转轴3轴向同一个高度设置，即两个第一齿轮41合并形成一个带有两段齿的齿轮，每个所述第一齿轮41为扇形齿轮，所述扇形齿轮的圆周角为90°，如图2所示两个所述第一齿轮41连续排列且二者之间留有用于与第二齿轮42啮合时匹配的匹配槽43。匹配槽43的设置是由于装配时的装配精度存在差异时，匹配槽43能使得能在第一齿轮41和第二齿轮42之间顺利切换。采用同一个主动转轴3时，电机采用正反转电机。

本发明的动作原理，如图5～10所示：

驱动常用驱动轴转动：电机、减速器能够正反方向提供动力。电机正向旋转，驱动主动转轴3和第一齿轮41转动；第一齿轮41顺时针转动，与常用驱动轴上的第二齿轮42啮合并驱动第二齿轮42，第二齿轮42的转动会压缩储能弹簧5，第二齿轮42到达水平位置(平衡点)时，储能弹簧5被压缩到最短长度，一旦第二齿轮42被带过水平位置，储能弹簧5弹力伸张将驱动第二齿轮42继续沿相同方向高速转动，通过第二齿轮42的键槽424驱动动触头驱动轴2高速转动。因为第二齿轮42和动触头驱动轴2之间设计有时序配合的键槽424，所以能够实现第二齿轮42在前半程(以水平位置为界线)，由电机提供动力，此时动触头驱动轴2不动作；第二齿轮42在后半程(以水平位置为界线)，由储能弹簧5驱动，此时第二齿轮42快速驱动动触头驱动轴2转动，从而实现转换机构常用电源一侧动触头的快速切换。

如图6所示，第一齿轮41开始啮合驱动第二齿轮42，由于动触头驱动轴2的键齿23处于第二齿轮42扇形键槽424的左端，所以此时第二齿轮42的顺时针运动不会传递到动触头驱动轴2，但储能弹簧5随第二齿轮42的转动被压缩。

如图8所示，当第二齿轮42到达水平位置，弹簧被最大压缩，此刻第二齿轮42的键槽424抵达动触头驱动轴2的键齿23。

如图10所示，一旦第二齿轮42通过水平位置，弹簧将瞬间释放能量，带动第二齿轮42沿原来的转动方向继续转动。因为第二齿轮42和动触头驱动轴2的键槽424和键齿23已经贴合，所以动触头驱动轴2同时被快速驱动。动触头驱动轴2的快速转动实现了转换开关常用电源一侧的动触头的快速切换。

备用驱动轴的动作：电机反向转动，第一齿轮41逆时针转动，啮合并驱动备用驱动轴上的第二齿轮42，第二齿轮42压缩储能弹簧5，当第二齿轮42转过水平位置，储能弹簧5高速驱动第二齿轮42，继而通过齿轮4的键槽424驱动动触头驱动轴2高速转动，从而实现转换机构备用电源一侧动触头的快速切换。

Claims (10)

1.一种自动转换开关的传动装置，其特征在于，包括机壳，机壳内设置有用于改变转换开关动触头位置的动触头驱动轴、主动转轴和驱动主动转轴转动的驱动机构，所述动触头驱动轴一端穿出机壳、另一端与主动转轴通过齿轮间歇啮合，所述齿轮包括与主动转轴固定连接的第一齿轮、与动触头驱动轴插接的第二齿轮，所述第二齿轮连接有储能弹簧；所述第一齿轮与第二齿轮啮合的前段行程中，所述传动机构驱动第二齿轮转动压缩储能弹簧且所述动触头驱动轴不随第二齿轮转动；所述第一齿轮与第二齿轮啮合的后段行程中，压缩的储能弹簧伸张带动第二齿轮转动且第二齿轮带动动触头驱动轴转动。

2.根据权利要求1所述的自动转换开关的传动装置，其特征在于，所述第一齿轮和第二齿轮中至少一个是扇形齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合状态下的转动角度为45°～135°，在其余转动角度下所述的第一齿轮与第二齿轮为非啮合状态。

3.根据权利要求1所述的自动转换开关的传动装置，其特征在于，所述储能弹簧为轴向伸缩弹簧，所述储能弹簧一端固定在机壳上，另一端固定在第二齿轮的后部；所述储能弹簧中与所述机壳固定连接的一端为固定端、与所述第二齿轮连接的一端为转动端，所述储能弹簧的自由长度大于第二齿轮的后部侧壁面到储能弹簧固定端被固定位置之间的间距。

4.根据权利要求1所述的自动转换开关的传动装置，其特征在于，所述第二齿轮与动触头驱动轴之间通过插接的键齿与键槽连接在一起，所述键槽中留有键齿转动设定角度的间距。

5.根据权利要求4所述的自动转换开关的传动装置，其特征在于，所述键槽设置一个或一个以上，超过一个的键槽轴对称排布，所述键齿与键槽配合设置。

6.根据权利要求1所述的自动转换开关的传动装置，其特征在于，所述的主动转轴与动触头驱动轴相互垂直设置，所述第一齿轮和第二齿轮为间歇啮合的锥齿轮；

或者所述的主动转轴与动触头驱动轴相互平行设置，所述第一齿轮和第二齿轮都是间歇啮合的柱形齿轮。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的自动转换开关的传动装置，其特征在于，所述动触头驱动轴包括常用驱动轴和备用驱动轴，所述常用驱动轴和备用驱动轴分设在机壳内，并且二者各有一端分别穿出机壳。

8.根据权利要求7所述的自动转换开关的传动装置，其特征在于，所述主动转轴设置两个，每个主动转轴都通过第一齿轮与第二齿轮的间歇啮合与常用驱动轴或备用驱动轴连接。

9.根据权利要求7所述的自动转换开关的传动装置，其特征在于，所述主动转轴设置一个，所述主动转轴端部同时设置两个分别与常用驱动轴、备用驱动轴间歇啮合的第一齿轮。

10.根据权利要求9所述的自动转换开关的传动装置，其特征在于，所述第一齿轮为扇形的锥齿轮或柱齿轮，所述扇形的圆周角为90°，两个所述第一齿轮连续排列且二者之间留有用于与第二齿轮啮合时匹配的匹配槽。

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