CN103745872B - 分段式负荷开关机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分段式负荷开关机构，其机构中在输出轴设有一阶段和二阶段限位销轴，配合合闸联锁装置、合闸限位装置及装置上单向限位挡块实现主轴的分段运动方式，运用肘型助力合闸输出拐臂使主轴在最后的合闸过程中，在越接近合闸完成位置越需要力的时候提供更大的输出力；同时在合闸到位后，肘型输出拐臂成水平连杆分布，形成自锁；驱动扇形板一方面提供了输出轴两段运动的脱扣信号，另一方面通过连扳、分闸联锁板、分闸限位销、分闸限位装置、将分闸弹簧储能并保持在主轴合闸状态。该操作机构通过将合闸过程分为两段来分别配合隔离刀及真空泡不同的动作要求，减小了弹簧工作行程，增加了能量利用率，节省成本。

Description

分段式负荷开关机构

技术领域

本发明涉及一种用于开关柜的开关电器，具体涉及一种负荷开关。

背景技术

负荷开关是介于断路器和隔离开关之间的一种开关电器，具有简单的灭弧装置，能切断额定负荷电流，但不能切断短路电流。负荷开关操作机构则是通过弹簧的储能和释放带动负荷开关输出轴动作，实现负荷开关的合闸与分闸的一套机械装置。

在目前流行的负荷开关柜中，环保型负荷开关柜是发展的方向，而在当今的环保型负荷开关柜中（无SF6），大部分均采用真空泡性质的开关，用真空灭弧代替以前的六氟化硫气体灭弧，虽然真空泡内触头开距很小，动作行程不大，但是这种应用需要另外加入足够距离的隔离断口，这就要求负荷开关机构在分、合过程中加入隔离的动作行程。而且在触头合闸时需要弹簧有足够的输出力来克服合闸时较大的触头反力或阻力，同时合闸后要保持要求的触头压力，而且合闸速度都有明确的范围，速度快了触头更易磨损，慢了容易起弧烧损。

目前现有SF6的负荷开关机构，在不单独增设隔离刀机构的情况下，机构的合闸动作是一步式合闸，也就是合闸弹簧所释放的能量将先用于加速隔离刀合闸，然后将此时的输出轴动能加上剩余的弹簧能量进行真空泡的触头合闸。由于隔离刀开距远大于真空泡触头开距，所以合闸弹簧将大部分的能量用于了加速隔离刀合闸，而实际上隔离刀合闸并没有速度要求，相反负荷开关输出轴在经过大角度变加速后，造成接下来的真空泡触头合闸速度过快，甚至超过开关规定的合闸速度，造成更大的弹跳以及触头因高速撞击而磨损或引发事故。

而且不同于现有的SF6负荷开关，真空泡触头合闸有过行程，触头反力大且需要保持，如果将整个合闸弹簧能量降低，可能速度达到要求，但是真空泡触头却没有足够的能量进行合闸了，可见弹簧能量的使用效率太低。

再者，若要想使用现有的负荷开关机构，则必须另外增加一套隔离刀的机构，相应的也增加了成本。

发明内容

针对现有用真空灭弧代替六氟化硫的环保型负荷开关柜中出现将大量的功作浪费在不需要合分速度要求而且大距离的隔离行程上，同时造成合闸速度过快，更易触头磨损及增加弹跳，或者增加一台隔离刀机构，增加成本的问题，本发明的在于提供一种分段式负荷开关操作机构，该操作机构通过将合闸过程分为两段来分别配合隔离刀及真空泡不同的动作要求，减小了弹簧工作行程，增加了能量利用率，节省成本；另外加入肘型助力合闸输出拐臂，可以使负荷开关得到更优化机构的输出力。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种分段式负荷开关机构，所述开关机构包括后支板（1）、中支板（2）、前支板（3），所述后支板（1）、中支板（2）、前支板（3）配合形成机构框架，

所述开关机构还包括安置在机构框架中的带两阶段限位输出轴（6）、肘型助力合闸输出拐臂（24）、合闸限位装置（20）、合闸脱扣转轴（30）、操作轴（9）、驱动轴（15）、驱动扇形板（18）、驱动连扳（29）、联锁板（33）、储能后自动合闸联锁装置（19）、合闸弹簧（25）、合闸弹簧导向轴（31）、分闸弹簧（17），分闸保持装置（26）、分闸联锁板（28），设置在分闸联锁板（28）上的分闸限位销（27）；

所述两段式合闸输出轴（6）上设有一阶段限位销（22）和二阶段限位销（23），在合闸限位装置（20）上设有单向限位挡块（21），在合闸过程中单向限位挡块（21）依次与两段式合闸输出轴（6）上的一阶段限位销（22）和二阶段限位销（23）接触限位，分别形成第一阶段运动过程与第二阶段运动过程；

在一阶段运动过程中，操作轴（9）由传动装置传动至驱动轴（15），再由驱动轴（15）带动扇形板（18），扇形板的扇形端面触发合闸联锁装置（19），使合闸限位装置（20）上的单向限位挡块（21）与一阶段限位销（22）脱扣；

与此同时，扇形板（18）驱动驱动连扳（29）带动分闸联锁板（28）旋转使分闸弹簧（17）开始储能；而合闸弹簧（25）由于单向限位挡块（21）与一阶段限位销（22）脱扣，合闸弹簧将随合闸弹簧导向轴（31）通过肘型助力合闸输出拐臂（24）推动输出轴（6）旋转至二阶段限位销（23）的限位位置，一阶段运动结束，进入二阶段运动；

二阶段运动过程为合闸弹簧储能的过程，由于二阶段限位销（23）顶在合闸限位装置的单向限位挡块（21）处，使输出输出轴（6）及肘型助力合闸输出拐臂（24）不能运动，而分闸联锁板（28）在驱动连扳（29）的推动下继续旋转从而下压合闸弹簧（25），使合闸弹簧（25）储能，直至驱动扇形板（18）的小端触发合闸联锁装置（19）中的联锁板（33），从而触发合闸脱扣转轴（30），使得合闸限位装置（20）上的单向限位挡块（21）与二阶段限位销（23）脱扣，合闸弹簧（25）通过肘型助力合闸输出拐臂（24）释放能量进行合闸；

此时分闸联锁板（28）上的分闸限位销（27）挂靠在分闸保持装置（26）上的分闸限位挡块（34）上，被限位，使分闸弹簧（17）保持储能状态，直到被触发后分闸。

在本发明的优选实例中，所述肘型助力合闸输出拐臂（24）在最后的合闸过程中，在越接近合闸完成位置越需要力的时候提供更大的输出力，并在合闸到位后，肘型助力合闸输出拐臂（24）成水平连杆分布，形成自锁。

进一步的，所述肘型助力合闸输出拐臂（24）由第一拐臂和第二拐臂通过销轴连接而成，两者连接端与合闸弹簧导向轴（31）配合相接，并与合闸弹簧（25）配合，第一拐臂的自由端驱动连接输出轴（6），第二拐臂的自由端通过转轴固定设置。

进一步的，所述传动装置包括驱动齿轮组（14）、驱动凸轮（11）、驱动顶块（16）、大齿轮（35），所述驱动齿轮组（14）与操作轴（9）配合，受操作轴（9）驱动，所述大齿轮（35）空套在驱动轴（15）上，并与驱动齿轮组（14）配合，受驱动齿轮组（14）绕驱动轴（15）转动；驱动顶块（16）固设在大齿轮（35）上，随大齿轮（35）转动，驱动凸轮（11）与驱动轴（15）键连接，并与驱动顶块（16）配合。

本发明针对真空灭弧性质的环保型负荷开关柜实现了一种分段式负荷开关操作机构，通过将合闸过程分为两段来分别配合隔离刀及真空泡不同的动作要求，减小了弹簧工作行程，增加了能量利用率，省去一套隔离刀机构，节省成本。另外通过肘型助力合闸输出拐臂，可以使负荷开关得到更优化机构的输出力。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明的操作机构整体外形侧视图；

图2为本发明的操作机构隐藏前支板视图；

图3为本发明的操作机构分闸状态且隐藏中支板视图；

图4为本发明的操作机构合闸弹簧储能状态且隐藏中支板视图；

图5为本发明的操作机构合闸状态且隐藏中支板视图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1，本发明提供的分段式负荷开关机构包括一由后支板（1）、中支板（2）、前支板（3）相互配合组成的机构框架，用于安装形成该开关机构的所有零部件。

由图2至5可知，组成分段式负荷开关机构的零部件主要包括：电机（4）、微动开关（5）、带两阶段限位输出轴（6）、手动脱扣旋钮（8）、操作轴（9）、防倒转棘爪（10）、驱动凸轮（11）、电动分闸脱扣线圈（12）、脱扣联锁板（13）、驱动齿轮组（14）、驱动轴（15）、驱动顶块（16）、分闸弹簧（17），驱动扇形板（18）、储能后自动合闸联锁装置（19）、合闸限位装置（20）、肘型助力合闸输出拐臂（24）、合闸弹簧（25）、分闸限位装置（26）、分闸联锁板（28）、驱动连扳（29）、合闸脱扣转轴（30）、合闸弹簧导向轴（31）、分闸脱扣转轴（32）、联锁板（33）、分闸限位挡块（34）。

其中，电机（4）为整个机构的动力源，其通过链条（7）驱动连接操作轴（9），并通过微动开关（5）进行精确控制。

操作轴（9）与驱动齿轮组（14）配合，通过驱动齿轮组（14）进行传动。驱动齿轮组（14）通过与大齿轮（35）、驱动凸轮（11）、驱动顶块（16）以及防倒转棘爪（10）配合传动至驱动轴（15）。其中大齿轮（35）空套在驱动轴（15）上，并与驱动齿轮组（14）配合，受驱动齿轮组（14）绕驱动轴（15）转动；驱动顶块（16）固设在大齿轮（35）上，随大齿轮（35）转动，驱动凸轮（11）与驱动轴（15）键连接，并与驱动顶块（16）配合。

驱动扇形板（18）其固定设在驱动轴（15）上，具体可通过焊接的方式进行，保证两者的牢固性。驱动扇形板（18）的大端连接驱动连扳（29）的一端，驱动连扳（29）的另一端驱动连接分闸联锁板（28）。

分闸联锁板（28）为可转动设置，其上具有三个动作端，分别设置3根销轴，一根与分闸弹簧（17）动端连接，一根与合闸弹簧导向轴（31）尾端连接，还有一根为分闸限位销（27），与分闸限位挡块（34）配合，作用是用于保持分闸储能。

合闸弹簧（25）套设在合闸弹簧导向轴（31）上，沿合闸弹簧导向轴（31）进行压缩蓄能和释放能量。

合闸弹簧导向轴（31）的顶端通过肘型助力合闸输出拐臂（24）驱动连接带两阶段限位输出轴（6），通过肘型助力合闸输出拐臂（24）将合闸弹簧（25）产生的合闸能量传递给输出轴（6），进行合闸。

具体的，合闸弹簧导向轴（31）的顶端沿其延伸方向开设有一长条形安置槽（31-1），用于连接肘型助力合闸输出拐臂（24），并为肘型助力合闸输出拐臂（24）提供一定的行程；肘型助力合闸输出拐臂（24）由第一拐臂和第二拐臂通过销轴连接而成，且两者连接端通过销轴可移动的安置在合闸弹簧导向轴（31）顶端的安置槽（31-1）中，并与合闸弹簧（25）配合，在合闸弹簧（25）的驱动下可沿安置槽（31-1）移动；第一拐臂的自由端驱动连接输出轴（6），第二拐臂的自由端通过转轴固定设置。由此形成的连接肘型助力合闸输出拐臂（24）在合闸弹簧导向轴（31）和合闸弹簧（25）驱动下，第一拐臂和第二拐臂之间的夹角将会不断的变化，当合闸弹簧（25）驱动肘型助力合闸输出拐臂（24）沿安置槽（31-1）向合闸弹簧导向轴（31）顶端移动时，肘型助力合闸输出拐臂（24）中的夹角将不断变大，从而能够使输出轴在最后的合闸过程中，在越接近合闸完成位置越需要力的时候提供更大的输出力，因为肘型结构中的夹角越接近180°，输出力越趋向于无穷大。同时在合闸到位后，肘型输出拐臂成水平连杆分布，形成自锁，限制了来自输出轴的反力，极大的减小了合闸触头的弹跳。

输出轴（6）上设有一阶段限位销（22）和二阶段限位销（23），这两个限位销沿弧形分别，分别于合闸限位装置（20）上设的单向限位挡块（21）相配合，在合闸过程中单向限位挡块（21）依次与一阶段限位销（22）和二阶段限位销（23）接触限位，分别形成第一阶段运动过程与第二阶段运动过程。

合闸脱扣转轴（30）与合闸限位装置（20）配合，通过触发驱动合闸限位装置（20）上的单向限位挡块（21）与一阶段限位销（22）或二阶段限位销（23）脱扣。

储能后自动合闸联锁装置（19）其一端通过联锁板（33）分别与驱动扇形板（18）的大端和小端配合，另一端与合闸脱扣转轴（30）配合，由此实现输出轴两段运动的脱扣信号。

电动分闸脱扣线圈（12）和手动脱扣旋钮（8）分别用于实现电动或手动操作方式的机构分闸操作，两者分别与分闸脱扣转轴（32）配合，分闸脱扣转轴（32）与分闸限位装置（26）配合，分闸限位装置（26）上设置有分闸限位挡块（34），该分闸限位挡块（34）与分闸联锁板（28）上的分闸限位销（27）配合。这样在电动分闸脱扣线圈（12）和手动脱扣旋钮（8）动作时，将触发分闸脱扣转轴（32），分闸脱扣转轴（32）与分闸限位装置（26）配合，驱动分闸限位装置（26）上的分闸限位挡块（34）与分闸限位销（27）脱扣。

由此形成的分段式负荷开关操作机构在工作时，合闸动力分电动和手动，都是通过操作轴（9）进行传递，操作轴（9）上装有离合式链轮，操作轴通过驱动齿轮组（14）上空套在驱动轴（15）上的大齿轮（35），再由大齿轮上的驱动顶块（16）来推动驱动凸轮（11），在整个驱动过程中由侧面的防倒转棘爪（10）来防止操作间隙中的倒转，驱动凸轮（11）通过键连接将力传递给驱动轴（15），再由驱动轴进行逆时针旋转的输出。

参见图3至图5，其分别显示了机构内部分闸、合闸弹簧储能完毕释放瞬间以及合闸的机构状态。具体的分闸、合闸弹簧储能以及分闸过程如下：

参见图3，驱动轴（15）随操作轴（9）传递的操作力进行逆时针旋转，由于驱动扇形板（18）与驱动轴为焊接连接，故驱动轴（15）将驱动驱动扇形板（18）逆时针旋转，此时驱动扇形板将开始两条线路的输出。

首先，第一条路线是通过与驱动扇形板（18）大端连接的驱动连扳（29），随着扇形板逆时针转动，驱动连扳（29）将撑起分闸联锁板（28），顺时针转动，此时分闸联锁板（28）将会通过第一根销轴拉伸分闸簧，通过第二根销轴向下驱动合闸弹簧导向轴（31）。

随着分闸联锁板被撑起（顺时针转动），分闸簧开始被拉伸，合闸弹簧导向轴（31）被下压，这时需要输出轴（6）上的第一阶段限位销（22）与合闸限位装置（20）上的单向限位挡块（21）即时进行脱扣，否则合闸弹簧开始被压缩，无法完成一阶段运动。

为了实现第一阶段限位销（22）与合闸限位装置（20）上的单向限位挡块（21）即时脱扣，这就需要扇形板第二条路线动作的触发。

第二条路线动作就是在开始操作的时候，驱动扇形板（18）大端会触碰自动合闸联锁装置（19）中的联锁板（33），联锁板将带动合闸联锁装置（19），合闸联锁装置（19）将会带动合闸脱扣转轴（30），合闸脱扣转轴（30）将驱动合闸限位装置（20）上的单向限位挡块（21）与第一阶段限位销（22）脱扣，而且是扇形的圆弧曲线触发，可以使输出轴（6）缓慢通过第一阶段位置。

在第一阶段位置走过后，随着驱动轴（15）继续旋转，分闸联锁板（28）也继续顺时针旋转，且输出轴（6）也继续顺时针旋转，直到第二阶段限位销（23）顶到限位挡块（21），输出轴停止旋转。

参见图4，因二阶段限位销（23）此时顶在合闸限位装置的单向限位挡块（21）处，使输出输出轴（6）及肘型助力合闸输出拐臂（24）不能运动，而分闸联锁板（28）在驱动连扳（29）的推动下继续旋转从而下压合闸弹簧，此时合闸弹簧（25）由肘型助力合闸输出拐臂（24）顶住开始压缩储能。

参见图5，当分闸联锁板（28）上的分闸限位销（27）越过分闸限位装置（26）上的分闸限位挡块（34）后，此时驱动连扳（29）相对于驱动轴（15）过中，由于分闸弹簧的拉力，驱动扇形板（18）小端自动逆时针转动，并触发联锁板（33）。联锁板（33）随机通过合闸联锁装置（19）触发合闸限位装置（20），使得合闸限位装置（20）上的单向限位挡块（21）与第二阶段限位销（23）进行脱扣。

合闸弹簧（25）将驱动肘型助力合闸输出拐臂（24）沿合闸弹簧导向轴（31）移动，继而驱动输出轴（6）顺时针转动，实现释放能量进行合闸。在整个合闸过程中肘型助力合闸输出拐臂（24）中的夹角不断增大，在合闸到位后肘型助力合闸输出拐臂（24）成水平连杆分布（夹角为180度），形成自锁，限制了来自输出轴的反力，极大的减小了合闸触头的弹跳。

而此时，分闸弹簧（17）由于分闸联锁板上的分闸限位销（27）回落到分闸限位挡块（34）上被限位，分闸簧储能保持。

当手动脱扣旋钮（8）或分闸脱扣线圈（12）动作，触发分闸脱扣转轴（32），使分闸限位装置（26）上的分闸限位挡块（34）与分闸限位销（27）脱扣，分闸弹簧（17）将拉动分闸联锁板（28）做逆时针旋转，逆时针旋转将拉起合闸弹簧导向轴（31），通过肘型助力合闸输出拐臂（24）的联动，输出轴（6）同时被拉做逆时针转动，进行分闸。最终恢复到如图3所示的分闸状态。

由上可知，整个过程由带两阶段限位输出轴（6）的第一阶段和第二阶段限位销轴，配合合闸联锁装置（19）、合闸限位装置（20）及装置上单向限位挡块（21）实现主轴的分段运动方式。同时，由驱动扇形板（18）一方面提供了输出轴两段运动的脱扣信号，另一方面通过连扳（29）、分闸联锁板（28）、分闸限位销（27）、分闸限位装置（26）、将分闸弹簧储能并保持在主轴合闸状态。同时又通过合闸弹簧导向轴（31）使合闸弹簧进行I阶段联动及II阶段储能直至合闸。

再者，整个过程中肘型助力合闸输出拐臂（24）起了很大的助力作用，把肘型拐臂的水平位置设计为负荷开关输出轴的合闸位置，极大的优化了合闸末端以及分闸开始阶段的力的输出。因为理论上拐臂夹角越趋向180度，输出力越趋向于无穷大。这样通过肘型助力合闸输出拐臂（24）使主轴在最后的合闸过程中，在越接近合闸完成位置越需要力的时候提供更大的输出力；同时在合闸到位后，肘型输出拐臂成水平连杆分布，形成自锁，限制了来自主轴的反力，极大的减小了合闸触头的弹跳。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种分段式负荷开关机构，所述开关机构包括后支板(1)、中支板(2)、前支板(3)，所述后支板(1)、中支板(2)、前支板(3)配合形成机构框架，其特征在于，所述开关机构还包括安置在机构框架中的两段式合闸输出轴(6)、肘型助力合闸输出拐臂(24)、合闸限位装置(20)、合闸脱扣转轴(30)、操作轴(9)、驱动轴(15)、扇形板(18)、驱动连板(29)、联锁板(33)、储能后自动合闸联锁装置(19)、合闸弹簧(25)、合闸弹簧导向轴(31)、分闸弹簧(17)，分闸保持装置(26)、分闸联锁板(28)，设置在分闸联锁板(28)上的分闸限位销(27)；所述两段式合闸输出轴(6)上设有一阶段限位销(22)和二阶段限位销(23)，在合闸限位装置(20)上设有单向限位挡块(21)，在合闸过程中单向限位挡块(21)依次与两段式合闸输出轴(6)上的一阶段限位销(22)和二阶段限位销(23)接触限位，分别形成第一阶段运动过程与第二阶段运动过程；在一阶段运动过程中，操作轴(9)由传动装置传动至驱动轴(15)，再由驱动轴(15)带动扇形板(18)，扇形板的扇形端面触发储能后自动合闸联锁装置(19)，使合闸限位装置(20)上的单向限位挡块(21)与一阶段限位销(22)脱扣；与此同时，扇形板(18)驱动驱动连板(29)带动分闸联锁板(28)旋转使分闸弹簧(17)开始储能；而合闸弹簧(25)由于单向限位挡块(21)与一阶段限位销(22)脱扣，合闸弹簧将随合闸弹簧导向轴(31)通过肘型助力合闸输出拐臂(24)推动两段式合闸输出轴(6)旋转至二阶段限位销(23)的限位位置，一阶段运动结束，进入二阶段运动；二阶段运动过程为合闸弹簧储能的过程，由于二阶段限位销(23)顶在合闸限位装置的单向限位挡块(21)处，使两段式合闸输出轴(6)及肘型助力合闸输出拐臂(24)不能运动，而分闸联锁板(28)在驱动连板(29)的推动下继续旋转从而下压合闸弹簧(25)，使合闸弹簧(25)储能，直至驱动扇形板(18)的小端触发合闸联锁装置(19)中的联锁板(33)，从而触发合闸脱扣转轴(30)，使得合闸限位装置(20)上的单向限位挡块(21)与二阶段限位销(23)脱扣，合闸弹簧(25)通过肘型助力合闸输出拐臂(24)释放能量进行合闸；此时分闸联锁板(28)上的分闸限位销(27)挂靠在分闸保持装置(26)上的分闸限位挡块(34)上，被限位，使分闸弹簧(17)保持储能状态，直到被触发后分闸。

2.根据权利要求1所述的一种分段式负荷开关机构，其特征在于，所述肘型助力合闸输出拐臂(24)在最后的合闸过程中，在越接近合闸完成位置越需要力的时候提供更大的输出力，并在合闸到位后，肘型助力合闸输出拐臂(24)成水平连杆分布，形成自锁。

3.根据权利要求1或2所述的一种分段式负荷开关机构，其特征在于，所述肘型助力合闸输出拐臂(24)由第一拐臂和第二拐臂通过销轴连接而成，两者连接端与合闸弹簧导向轴(31)配合相接，并与合闸弹簧(25)配合，第一拐臂的自由端驱动连接两段式合闸输出轴(6)，第二拐臂的自由端通过转轴固定设置。

4.根据权利要求1所述的一种分段式负荷开关机构，其特征在于，所述传动装置包括驱动齿轮组(14)、驱动凸轮(11)、驱动顶块(16)、大齿轮(35)，所述驱动齿轮组(14)与操作轴(9)配合，受操作轴(9)驱动，所述大齿轮(35)空套在驱动轴(15)上，并与驱动齿轮组(14)配合，受驱动齿轮组(14)绕驱动轴(15)转动；驱动顶块(16)固设在大齿轮(35)上，随大齿轮(35)转动，驱动凸轮(11)与驱动轴(15)键连接，并与驱动顶块(16)配合。