CN103615500A - 一种扩大降比增矩的内齿轮操纵机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及输变电领域中的变压器调压组件的控制装置，是调节变压器输出电压的分接开关的扩大降比增矩的内齿轮操纵机构。其技术方案如下：主要包括驱动装置、扭矩输入轴、壳体支座、支持件、转矩输出装置等，其内部采取多层内齿轮反复啮合构造，最大限度的布设机构内部空间，达到扩大降低传动比幅度，增强提升扭转矩力度，实现对高电压强电流的大型分接开关的操纵。本发明的特点是：1、小巧精致；2、结构简化；3、机械效率95％以上；4、是手动操纵大型分接开关的大力士。

Description

一种扩大降比增矩的内齿轮操纵机构

技术领域

本发明涉及输变电领域中的变压器调压组件的控制装置，具体地讲是一种调节变压器输出电压的分接开关的扩大降比增矩的内齿轮操纵机构。

分接开关主要由开关本体和其操纵机构两部分组成，通过操纵机构驱动开关本体中的传动轴带动动触片切换不同定触头完成各档位的变化，以此实现变压器的电压调整。

本发明在同类型机构中，它更能够扩大降低传动比幅度从而进一步增加转动力矩，适用于更大型的高电压大电流分接开关。

背景技术

在变压器行业内，通常采用的一种对分接开关的蜗杆传动操纵机构，如图1所示，此操纵结构必须在三维空间有两个交叉的旋转轴线，即一个是由手轮驱动的蜗杆旋转轴线即图1中之1，另一个是蜗杆驱动的蜗轮带动开关本体传动轴的旋转轴线即图1中之2；在实际结构中通常状态下二者是一个为空间水平轴向，另一个为空间垂直轴向，这样在两个旋转轴向上都具有很多构件组合成的整体机构，占有的空间体积比起只有一个旋转轴向上具有大致相当构件组成的整体机构体积要大的多是必然的，所以目前行业中使用的蜗杆传动的操纵机构存在着体积较大的不足，因而本发明将确定机构为具有同向旋转结构。

前不久，本公司报批了申请号为201320471898.1，名称为《一种变压器用分接开关的内齿轮操纵机构》的实用新型专利技术其实施例如图2所示，已可在缩小空间体积方面达到要求，但在同体积结构前提下，扩大降低传动比幅度，增强提升扭转矩力度方面，与适应操纵高电压大电流的大型分接开关的本发明相比就稍显逊色，存在不足了。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种采取扩大降比增矩的内齿轮操纵机构，它不仅美观精致，操纵轻便，性能稳定，而且其体积小，转矩大，克服了现有不足。

本发明为解决上述提出的课题所运用的技术方案如下：“其主要包括：驱动装置3，扭矩输入轴4，壳体支座5，支持件6，转矩输出装置7；”

在该段所述方案中，“驱动装置3”在实际结构中一般分为两种，其一种是手动，其另一种是电动，手动又分为手轮式和摇柄式，背景技术中图1为手轮式，而本发明中图3、图4、图5都是摇柄式，而电动也分为方形电动和圆形电动两类；当然诸如壳体支座5，转矩输出装置7等在实际结构中一般也都是多个零件构成的组合部件。

本方案接叙：“自上而下排序的半径为r₁的主动外齿轮1啮合半径为R₁的被动内齿轮2，以及控制该主动外齿轮1作定轴转动的支持件6-1组成内齿轮操纵机构降比增矩的第一层构造；”

在该段所述方案中，所谓“降比增矩”就是指降低内齿轮操纵机构的传动比幅度的大小，从而增加其扭转矩力度之强弱。

本方案接叙：“在第一层被动内齿轮2之下同轴固联着由半径为r₂的另一个主动外齿轮1组成双联齿轮并啮合半径为R₂的另一个被动内齿轮2以及控制该双联齿轮作定轴转动的支持件6-2构成内齿轮操纵机构降比增矩的第二层构造；”

在该段所述方案中，所谓“双联齿轮”是由上一层的被动内齿轮2与其下一层主动外齿轮1同轴固联，因此二者可以是一体件也可以是二件组合的联体件，它们有共同的旋转轴线和角速度。因而“……控制该双联齿轮作定轴转动的支持件6-2……”在本发明附图3中既控制该层主动外齿轮也控制上一层被动内齿轮作定轴转动，应表明本发明的技术方案的支持件6功能是控制各层构造中的内外齿轮作定轴转动，并非专指某种固定构造，实际能控制齿轮作定轴转动方式多种多样，并不能因为改变某一方式支持件的构造就不在本发明的保护范围了。

本方案接叙：“根据降比增矩的需要，该形式构造可以是层层如此径向反复布设下去，直至居上一层半径为R_n-1的被动内齿轮2之下同轴固联着由半径为r_n的末尾一个主动外齿轮1组合的双联齿轮，构成内齿轮操纵机构的多层构造；”

在该段所述方案中，“降比增矩的需要”是指由于分接开关型式不同所要求的扭矩也不同，根据不同扭矩的大小计算出降低传动比的幅度，从而使增加的扭矩达到要求，也就可以决定内齿轮操纵机构的各层齿数比，进而求得其多层构造的层次数量。在“该形式构造可以是如此径向向心反复布设下去”的其中“该形式构造”既包含分布于上下相邻两层的双联齿轮部分，也包含分布于各层内的主动外齿轮相啮合的被动内齿轮两部分组合成的统一连续的构造；“可以是如此径向向心反复布设下去”其中“如此”就是指像第一层与第二层那样组合的构造；“径向”则是指直径方向，但层层构造俯视视图时，其直径却是360度无数直径方向，这里的径向就是设计者只要选定某直径方向，那么构造就被确定；“向心反复布设”则是指上下相邻各层构造均向内齿轮操纵机构轴心线相对交替反复布设，毫无疑问当径向确定后，所系相邻两层构造的双联齿轮既呈自上而下相对内齿轮操纵机构轴心线左右相对间隔交替反复分布状态。

本方案接叙：“这里，最上层首个半径为r₁的主动外齿轮1与扭矩输入轴4固联，最下层末尾个半径为r_n的主动外齿轮1与转矩输出装置7的齿轮相啮合；”

在该段所述方案中，“与转矩输出装置7的齿轮相啮合”其中相啮合的齿轮可以是内齿轮也可以是外齿轮，内齿轮传递同向扭矩，外齿轮输出反向扭矩。

本方案接叙：“其特征在于：为扩大降比增矩，必使每相邻的两层构造内外齿轮组合的双联齿轮的旋转轴线分别以内齿轮操纵机构的轴心线分列左右两侧相对平行并与内齿轮操纵机构的左侧各层内齿轮半径中距其轴心线最远点与右侧各层内齿轮半径中距其轴心线最远点之该两点径向距离D垂直正交；”

在该段所述方案中，一般内齿轮操纵机构均可做到降比增矩，比如《背景技术》提到的申请号为201320471898.1，名称为《一种变压器用分接开关的内齿轮操纵机构》乃为一例，但本发明是使降比增矩更加扩大化的方案。而降低传动比幅度，增加转动扭矩的力度的扩大化方案的充分必要条件则有以上叙述的两方面，其一是“每相邻的两层构造内外齿轮组成的双联齿轮旋转轴线分别以内齿轮操纵机构的轴心线分列左右两侧相对平行”，这里充分强调的条件是“分列轴心线两侧”；其二是“与内齿轮操纵机构的左侧各层内齿轮半径中距其轴心线最远点与右侧各层内齿轮半径中距其轴心线最远点之该两点径向距离D垂直正交；”这里指出必要的条件是“……距其轴心线最远点之该两点径向距离”即是必须使两侧反复交替的左右内齿轮尽量地占据壳体支座内的最大径向空间，因为只有这样，才能使内齿轮制作的足够大，才能使之与啮合的外齿轮齿数比接近最大，才能显著扩大降比增矩的效果。换句话说，本发明的每层主动轮齿数与被动轮齿数比必须在穷尽运用结构的径向空间的基础上才能达到扩大化，这是由于内齿轮操纵机构总的传动比是其每层齿数比的连乘积。

本方案接叙：“当扩大的降比增矩的各层构造中的主动外齿轮1的半径r₁＝r₂＝……＝r_k＝r_k′＝……＝r_n-1＝r_n＝r，被动内齿轮2的半径R₁＝R₂＝……＝R_k＝R_k′＝……＝R_n-1＝R时，则D＝3R-r；”

在该段所述方案中，见简图3可知，其中设r_k和r_k′代表内齿轮操纵机构降比增矩的各层构造的任意一层主动外齿轮半径，又设R_k和R_k′代表内齿轮操纵机构降比增矩的各层构造的任意一层被动内齿轮半径；则有D＝R_k+R_k′+(R_k′-r_k′)但根据已知条件R_k＝R_k′＝R，r_k＝r_k′＝r。所以D＝R+R+(R-r)＝3R-r；上式D＝3R-r就是导出的本发明的技术方案的一个结论性公式，其中D就是设计的内齿轮操纵机构中的扩大降比增矩的各层内齿轮构造的实效最大径向尺寸。

本发明的内齿轮操纵机构是安装在变压器箱盖上的，然而变压器箱盖还要安装储油柜以及安全气道，油位计，吸湿器和气体继电器，还有3支高压套管，3支低压套管，压力释放阀，防爆口等等其它组件，所以留给分接开关操纵机构的空间是有限度的，且理想总希望将其制造的越小巧越精致越好！因此在实际设计中，内齿轮操纵机构的实效最大径向尺寸D是受限制的定值，而在保证传动扭矩强度的前提下，轮齿的模数也应是不可超限小的定值，又在满足内齿轮传动中不产生干涉等条件时，主动的外齿轮的最少齿数也是个不可超限少的定值，所以其半径r也是个不可超限小的定值，根据本发明方案的公式：D＝3R-r推导出R＝(D+r)/3，所以欲将本发明制作得最小巧精致的技术方案中内齿轮半径R也便可以推导出来，当然也是其壳体支座所能容纳的最大半径，通常外齿轮半径r只要设定能满足传动扭矩强度需求便可，即其设定力求较小，因而此状态两齿轮齿数比最大，亦即此刻是被限定空间径向占位内齿轮操纵机构传动比最大，是扩大降比增矩的极限构造。

本方案接叙，“而当其扩大的降比增矩的各层构造中的左侧主动外齿轮半径r_k和右侧主动外齿轮半径r_k′以及左侧被动内齿轮半径R_k和右侧被动内齿轮半径R_k′长度分别都不相等或是分别任意个长度不相等时，其各层构造的左右两内齿轮上半径最远点距离D等于左侧距内齿轮操纵机构轴心线最远的任意K层的内齿轮半径R_K和右侧距内齿轮操纵机构轴心线最远任意k′层的内齿轮半径R_k′以及该两个内齿轮旋转轴线的中心距H_Kk′之和；其数学表达式：D＝R_k+R_k′+H_Kk′。”

在该段所述方案中，如简图4所示，如果居上一层的内齿轮与同轴固联的居下层的外齿轮组成的双联齿轮的旋转轴线在内齿轮操纵机构轴心线的左侧为奇数侧，那么下一个双联齿轮的旋转轴线在内齿轮操纵机构轴心线的右侧则为偶数侧，并且由上而下相邻各双联齿轮依次相间交替分布，该规律在简图3亦然如此。

本发明这一上下相邻的双联齿轮按奇偶数侧左右相间交替的变化规律，各层相啮合的内、外齿轮的模数必须相等，但非啮合的各层齿轮的模数却不必都相等。因为内齿轮操纵机构，各层构造由下至上所承受的转矩是层层递减的，所以下层的轮齿所承受的强度要大，因而其模数选取应该大，由于其各层模数的变化，必然带来各层齿轮r和R的变化，这是设计原理带来的变化，此其一；因设计者设计主观意图带来的变化，此其二，所以本发明的技术方案也保护各层内外齿轮R与r不等状态的构造，即D＝R_k+R_k′+H_Kk′此乃专利性保护使然。

按上述方案，本发明在实际结构中，壳体支座5的径向圆周侧壁，各层内齿轮都必须存在结构性厚度，以及它们之间避免旋转摩擦还必须留有间隙，因此壳体支座5的外廓尺寸D₁与各层构造的左右两内齿轮上半径最远点距离D之间左右各有结构性距离L，则有数学表达式：在图3中，D₁＝D+2L＝3R-r+2L，在图4中，D₁＝D+2L＝R_k+R_k′+H_Kk′+2L。

按上述方案，本发明的各层主动外齿轮半径r_k和r_k′被动内齿轮半径R_k和R_k′可以是指其任意之节圆或分度圆或齿顶圆或齿根圆等等径向长度之几何要素。

按上述方案，本发明的相啮合的齿轮各层之间可以选择不同模数，齿数，齿形，分度圆直径等结构要素。

按上述方案，本发明结构为平行轴齿轮传动，可以是渐开线齿轮传动中之直齿圆柱齿轮，或可以是斜齿或人字齿等；还可以是圆弧齿轮或摆线齿轮传动以及其他，并不构成对本发明技术方案的局限。

本发明的有益效果在于：

1、在变压器分接开关制造行业中，分接开关的操纵机构一般有两种传动方式：其一是外齿轮啮合传动，其二是蜗杆蜗轮传动。

外齿轮啮合传动，因为相互啮合的外齿轮存在着转动轴线间的中心距必然使机构的综合径向尺寸叠加而扩大；而蜗杆蜗轮传动，由于机构的蜗杆与蜗轮之间的转动轴线是空间相交的，而形成机构必须在空间相交的转动轴线上各自配备许多构件组成各自构造，再由联合构件连成一体结构，所以实际中，以上两种传动方式的操纵机构体积都是比较大的，而本发明的内齿轮操纵机构对比外齿轮啮合传动的操纵机构，其中心距重合于内齿轮径向尺寸内，所以相同传动比，输出扭矩相当的两类机构，内齿轮操纵机构的体积要小的多。同理也比具有空间交叉旋转轴向的蜗杆蜗轮传动的操纵机构要体积小的多，因为内齿轮操纵机构的各层构造都是同向的平行旋转轴结构，又都包容在内齿轮的外廓尺寸之内。

2、众所周知，在行业中蜗杆传动的操纵机构一般头数较少，低速(手动)运行时多采用阿基米德圆柱形蜗轮构造，其效率只有0.5～0.8；而当头数限定为1，此时反向自锁，传动效率更小，只有0.4～0.45；而本发明的内齿轮操纵机构，一对齿轮的传动效率可达0.98～0.995。

3、本公司前不久申报的实用新型专利，申请号为201320471898.1名称为《一种变压器用分接开关的内齿轮操纵机构》如图2所示，已可在缩小体积方面与本发明专利技术相媲美，但在同体积结构前提下，扩大降低传动比幅度，增强升高扭转矩力度方面，则就显然逊色了，这是因为本发明的每层被动的内齿轮齿数与其啮合的主动的外齿轮齿数比都在穷尽运用结构的径向空间的基础上达到扩大化，而恰恰是机构总的传动比为其每层传动齿数比的连乘积，比较图2与图3(或图4)，明显可见图2中的各层内外齿轮啮合构造除最底层外均只占有机构结构的左侧，没有占尽机构的径向尺寸，当然它在操纵较小力矩的分接开关上有它可以方便的将操作手柄收入右侧内部的优点，但本发明在扩大降比增矩方面，其优越性更加突出，在操纵大型的高电压大电流分接开关上前者与本发明将难以伦比，然而，二者正是一为轻型，一为重型的配套产品。

附图说明

图1为国内目前变压器行业中通常采用的对分接开关的蜗杆传动操纵机构外形图；

图2为另一实用新型专利《一种变压器用分接开关的内齿轮操纵机构》(申请号201320471898.1)的结构简图；

图3为本发明专利《一种扩大降比增矩的内齿轮操纵机构》技术方案的各层构造中外齿轮半径r_k和与其啮合的内齿轮半径R_K分别都相等时的结构简图；

图4为本发明专利《一种扩大降比增矩的内齿轮操纵机构》技术方案的各层构造中外齿轮半径r_k和与其啮合的内齿轮半径R_K分别都不相等或部分分别不相等时的结构简图；

图5为本发明专利《一种扩大降比增矩的内齿轮操纵机构》的实施例结构图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例：

实施例见图5所示，为一台摇柄式双层构造《扩大降比增矩型内齿轮操纵机构》，它由以下各主要构件组成：1是包括三个半径r都相等，模数为1.5都相同的外齿轮1-1、1-2和1-3为主动轮，2是包括二个半径R都相等，模数为1.5都相同的内齿轮2-1和2-2为被动轮，其中外齿轮1-1啮合内齿轮2-1，外齿轮1-2啮合内齿轮2-2，外齿轮1-3啮合转矩输出装置7的内齿轮7-1，又内齿轮2-1与外齿轮1-2同轴固联组成双联齿轮有共同的角速度，内齿轮2-2与外齿轮1-3同轴固联组成双联齿轮有共同的角速度；

3是手摇柄，其包括：摇柄座3-1，它与扭矩输入轴4销连接，再与外齿轮1-1固连，摇柄臂3-2，它与摇柄座3-1销联接，可向上折转180度，手摇柄3-3它与摇柄臂3-2销联接，可向下折转90度，摇柄套3-4，它套在手摇柄上可方便旋转操作；

5是壳体支座，其包括：壳体5-1，它内部主要布设各层降比增矩内齿轮双层构造以及转矩输出装置7等。压盖5-2，胶垫5-3，法兰5-4，其中法兰5-4焊接在变压器箱盖为分接开关预留的开口处，安装时压盖5-2靠螺栓拧固法兰5-4上，将壳体5-1固定，又将胶垫5-3压紧达到密封，防止漏油；

6为支持件，其包括上支持件6-1，支持扭矩输入轴4和主动外齿轮1-1以及被动内齿轮2-1作定轴转动，下支持件6-2，支持主动外齿轮1-2和被动内齿轮2-2作定轴转动，这里重点说明的是：支持件6-2还支持由上一层内齿轮2-1及其下一层外齿轮1-2构成的双联齿轮，乃至该层内齿轮2-2及其下一层外齿轮1-3构成的双联齿轮各作定轴转动；

7为转矩输出装置，其包括：转矩轮7-1，它为一个内齿轮与主动外齿轮1-3啮合获得同向旋转，转轴7-2与转矩轮7-1由键和销固连，密封7-3防止变压器油渗漏至内齿轮操纵机构内腔，以及轴承7-4使转轴7-2转动灵活自如；

本发明的实施例摇柄式双层构造的扩大降比增矩型内齿轮操纵机构的工作过程如下：搬起手摇柄3的摇柄臂3-2向上呈半圆弧线轨迹折转180度后，再抠取手摇柄3-3折转90度竖起，手握摇柄套3-4可顺逆时针转动，请注意，按分接开关行业规定逆时针旋向为正转向操作则升压调节，顺时针旋向为反转向操作则降压调节，于是操作者施以的扭矩经过摇柄座3-1，传递至扭矩输入轴4，依次传递至主动外齿轮1-1啮合被动内齿轮2-1带动同轴的第二层主动外齿轮1-2便带动与之啮合的被动内齿轮2-2再带动同轴的主动外齿轮1-3与转矩输出装置7的转矩轮7-1带动与其固联的转轴7-2，而转轴7-2下端的插口有键可与分接开关本体的主轴相联，便能完成该实施例对开关本体切换档位调整电压的操作任务。

该实施例中，第一层内齿轮构造：主动外齿轮1-1与被动内齿轮2-1的齿数比为1∶4，同样第二层内齿轮构造：主动外齿轮1-2与被动内齿轮2-2的齿数比也是1∶4，而下双联齿轮的主动外齿轮1-3与转矩输出装置7的转矩轮7-1的齿数比为1∶2，可以容易的计算出该实施例降比效果或增矩效果为32倍。如果还需操纵大型分接开关可按图3或图4方式增加适当的内齿轮构造的层次。

Claims (1)

1.一种扩大降比增矩的内齿轮操纵机构，其主要包括：驱动装置(3)、扭矩输入轴(4)、壳体支座(5)、支持件(6)、转矩输出装置(7)；自上而下排序的半径为r₁的主动外齿轮(1)啮合半径为R₁的被动内齿轮(2)，以及控制该主动外齿轮(1)作定轴转动的支持件(6-1)组成内齿轮操纵机构降比增矩的第一层构造；在第一层被动内齿轮(2)之下同轴固联着由半径为r₂的另一个主动外齿轮(1)组成双联齿轮并啮合半径为R₂的另一个被动内齿轮(2)以及控制该双联齿轮作定轴转动的支持件(6-2)构成内齿轮操纵机构降比增矩的第二层构造；根据降比增矩的需要，该形式构造可以是层层如此径向反复布设下去，直至居上一层半径为R_n-1的被动内齿轮(2)之下同轴固联着由半径为r_n的末尾一个主动外齿轮(1)组合的双联齿轮，构成内齿轮操纵机构的多层构造；这里，最上层首个半径为r₁的主动外齿轮(1)与扭矩输入轴(4)固联，最下层末尾个半径为r_n主动外齿轮(1)与转矩输出装置(7)的齿轮相啮合；其特征在于：为扩大降比增矩，必使每相邻的两层构造内外齿轮组合的双联齿轮的旋转轴线分别以内齿轮操纵机构的轴心线分列左右两侧相对平行并与内齿轮操纵机构的左侧各层内齿轮半径中距其轴心线最远点与右侧各层内齿轮半径中距其轴心线最远点之该两点径向距离D垂直正交；当扩大的降比增矩的各层构造中的主动外齿轮(1)的半径r₁＝r₂＝…＝r_K＝r_K′＝…＝r_n-1＝r_n＝r，被动内齿轮(2)的半径R₁＝R₂＝…＝R_K＝R_K′＝…＝R_n-1＝R时，则D＝3R-r；而当其扩大的降比增矩的各层构造中的左侧主动外齿轮半径r_k和右侧主动外齿轮半径r_k′以及左侧被动内齿轮半径R_k和右侧被动内齿轮半径R_k′长度分别都不相等或是分别任意个长度不相等时，其各层构造的左右两内齿轮上半径最远点距离D等于左侧距内齿轮操纵机构轴心线最远的任意K层的内齿轮半径R_K和右侧距内齿轮操纵机构轴心线最远任意k′层的内齿轮半径R_k′以及该两个内齿轮旋转轴线的中心距H_Kk′之和；其数学表达式：D＝R_k+R_k′+H_Kk′。

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