CN103887123B - 一种小型断路器的智能分、合闸装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型断路器的智能分、合闸装置，包括壳体、合闸操作装置、跳闸分闸装置和电子控制装置，合闸操作装置包括传动装置和手柄装置，传动装置包括传动齿轮和传动片，传动片外周缘设弧形轮齿，传动片背离传动齿轮一侧设可驱动传动片正、反转的正反转驱动电机，手柄装置包括柄轮体和手柄齿轮，手柄齿轮与传动齿轮啮合，手柄轮体外壁上设手柄，手柄轮体靠设弧形槽，手柄齿轮一侧设可沿弧形槽作往复运动手柄齿凸块，手柄齿轮凸块嵌设在弧形槽内。本发明的小型断路器的智能分、合闸装置适用于我国智能低压网络化配电的发展和智能配电系统对供电网络全电流选择性保护的需求，实现了小型断路器的分闸、合闸以及跳闸等功能。

Description

一种小型断路器的智能分、合闸装置

技术领域

本发明涉及一种断路器配合件，具体涉及一种小型断路器的智能分、合闸装置。

背景技术

目前，国内供电网络终端执行机构一般是小型塑壳断路器，主要型号有C45(DZ47)、C65及DZ47LE等系列。该类产品只具备短路、过载、或漏电自动跳闸保护功能，但不具备远程控制分、合闸功能。随着我国智能低压网络化配电的发展，以及智能配电系统对供电网络全电流选择性保护的要求，急切需求具备远程控制分、合闸功能的终端执行机构。例如，预付费电能表与预付费小型断路器的配合使用，可以使用户在预付费电费用尽时自动切断电源，如此方便了供电单位对电能的分配控制，但是，在用户续费后，用户的断路器并不能及时自动合闸，还需要用户或供电工作人员手动操作，给使用者带来不便。

目前，国外查询，ABB公司有一款型号为F2C-RI的产品用于远程控制断路器，但只具备合闸功能。此外，中国专利申请公开了申请号为201210350249.6的一种远程控制的跷板式智能开关，该智能开关中的执行机构是跷板式开关，这种结构结构复杂，其电气性能远远不及小型断路器。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，本发明提供了一种小型断路器的智能分、合闸装置，能够配合小型断路器能够实现远程控制小型断路器的分、合闸需求；同时，其在控制过程中不影响小型断路器的短路、过载等，能够实现断路器自动合闸不会影响小型断路器、具有跳闸功能、结构紧凑、可靠性高、普及性高的智能分、合闸装置。

为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种小型断路器的智能分、合闸装置，包括壳体以及设置在壳体内的合闸操作装置、跳闸分闸装置和电子控制装置，所述的合闸操作装置包括传动装置和手柄装置，所述的传动装置包括相互固定连接的传动齿轮和传动片，所述的传动齿轮转动设置在壳体内壁上，所述的传动片背离传动齿轮的外周缘设有弧形轮齿，所述的传动片背离传动齿轮的一侧设有可驱动传动片正、反转动的正反转驱动电机，所述的手柄装置包括同轴设置的手柄轮体和手柄齿轮，所述的手柄齿轮与所述的传动齿轮啮合设置，所述的手柄轮体的外侧壁上设有径向朝外的手柄，所述的手柄穿出所述的壳体，所述的手柄轮体转动设置在壳体内壁，所述的手柄轮体靠手柄齿轮的一侧设有弧形槽，所述的手柄齿轮靠手柄轮体的一侧设有可沿弧形槽作往复运动的手柄齿凸块，所述的手柄齿轮凸块嵌设在所述的弧形槽内，所述的电子控制装置与正反转驱动电机配合。

作为优选，所述的跳闸分闸装置包括固定在壳体内壁上的双稳电磁铁，所述的双稳电磁铁包括固定在壳体内壁上的线圈和线圈外的磁轭，所述的线圈内设有铁芯，所述的铁芯的一侧设有可作伸缩往复运动的伸缩片，所述的伸缩片与小型断路器脱扣拨动窗口处拨动针联动。

采用上述的优选方案后，双稳电磁铁与断路器的脱扣拨动窗口对应设置，双稳电磁铁的铁芯通过伸缩片与脱扣拨动窗口处拨针相连接，可以推动小型断路器脱扣分闸。实现了跳闸功能。

作为优选，所述的电子控制装置包括电源、第一微动开关、第二微动开关，所述的电源的两端并联有第一电容和第三电容，所述的双稳电磁铁的线圈上串联有储能电容，所述的线圈与第一电容并联在电源两极，所述的线圈两端并联有第一可控硅，所述的第三电容两端还并联有继电器，所述的继电器与所述的正反驱动电机连接，所述的第二微动开关设置在正反驱动电机与继电器连接的电路上，所述的第二微动开关上并联有第二可控硅，第二可控硅与所述的继电器以及第三电容连接，所述的第一微动开关、第二可控硅、第三电容与所述的继电器连接形成回路，所述的第一微动开关和第二微动开关的设置满足以下条件：

所述的传动片逆时针转动并对应手柄齿轮处于允许合闸状态下，所述的传动片与第二微动开关的触点触碰配合；所述的传动片顺时针转动到初始状态时，传动片与第一微动开关的触点触碰配合。

采用上述的优选方案后，通过本优选方案的设置，可以实现正反驱动电机的正转，驱动手柄齿轮合闸，也可以实现正反驱动电机的反转，实现传动片、传动齿轮和手柄齿轮复位，本装置以简单的结构实现上述的功能和动作，有利于提高产品的普及性。

作为优选，所述的电子控制装置包括电源、单片机、电机驱动模块、第一微动开关、第二微动开关和续费控制信号源，所述的第一微动开关、第二微动开关和续费控制信号源均输入连接于单片机中，所述的单片机根据第一微动开关、第二微动开关和续费控制信号的信号控制电机驱动模块，电机驱动模块驱动正反驱动电机正反转动或停机，双稳电磁铁与正反驱动电机连接。采用上述的优选方案后，利用单片机、第一微动开关、第二微动开关和续费控制信号源可以实现控制正反驱动电机的正反转动和停机工作，可以实现网络远程控制。

作为优选，所述的手柄轮体设有位置对称设置的大径弧形槽和小径弧形槽，所述的手柄齿轮凸块包括分别与大径弧形槽和小径弧形槽相应设置的大径手柄齿轮凸块和小径手柄齿轮凸块，大径手柄齿轮凸块和小径手柄齿轮凸块的横截面为弧形面，所述的大径手柄齿轮凸块嵌设于所述的大径弧形槽内，所述的小径手柄齿轮凸块嵌设于所述的小径弧形槽内。采用上述的优选方案后，两处轴对称设置的大径弧形槽和小径弧形槽以及对应的大径手柄齿轮凸块和小径手柄齿轮凸块，可以使手柄齿轮带动手柄轮体转动时，形成两股平衡力构成力偶，使得转动的效果更好，同时，手柄齿轮和手柄轮体的使用寿命更高。

作为优选，所述的手柄齿轮靠传动齿轮的一侧设有手柄齿轮轮齿，所述的手柄齿轮轮齿占所述的手柄齿轮外周的一半，所述的小径手柄齿轮凸块设置在手柄齿轮轮齿的轴向外壁上，所述的大径手柄齿轮凸块与小径手柄齿轮凸块轴向对称设置。采用上述的优选方案后，由于设置有手柄齿轮轮齿处的手柄齿轮处半径变小，因此设置的手柄齿轮凸块径向宽度小，可以保证设置有手柄齿轮轮齿处处的手柄齿轮的强度，不容易发生断裂等情况。

作为优选，所述的传动齿轮与传动片一体设置，所述的传动片为扇形，所述的传动齿轮的圆心与所述的传动片的圆心为同一圆心。采用上述的优选方案后，传动齿轮与传动片一体设置可以使减少零部件数量，可以减少装配步骤，减少加工成本，提高生产效率。

作为优选，所述的弧形轮齿分布在所述的传动片的外周弧形边缘位置，所述的正反转驱动电机的输出端上设有伞齿轮，所述的伞齿轮与所述的弧形轮齿啮合设置。采用上述的优选方案后，传动更加顺畅。

作为优选，所述的壳体上设有手柄支撑轴，所述的手柄轮体和手柄齿轮套设在所述的手柄支撑轴上，所述的壳体内壁上设有传动支撑轴，所述的传动齿轮和传动片套设在所述的传动支撑轴上，形成传动齿轮转动设置于壳体内壁上。

作为优选，所述的壳体包括相互连接的上盖和下盖。

本发明的小型断路器的智能分、合闸装置适用于我国智能低压网络化配电的发展和智能配电系统对供电网络全电流选择性保护的需求，实现了小型断路器的分闸、合闸以及跳闸等功能，该装置可进行远程载波控制、通讯协议控制也可进行手动控制；本发明装置可根据需要直接与不同极数的小型断路器拼接铆合，兼备短路、过载、漏电等保护功能；合闸时由正反驱动电机驱动并传动，其动作和状态独立，不影响小型断路器的保护动作性能；本发明的小型断路器的智能分、合闸装置内置电子控制元件而所配置的小型断路器内不设置任何电子元件，抗干扰性能极佳。

附图说明

图1为本发明实施例的整体爆炸结构示意图；

图2为本发明实施例的内部配合结构示意图；

图3为本发明实施例手柄装置的结构示意图

图4为本发明实施例手柄装置中手柄齿轮的正面结构示意图；

图5为本发明实施例手柄装置中手柄轮体的侧面结构示意图；

图6为本发明实施例手柄装置中手柄齿轮的正面结构示意图；

图7为本发明实施例手柄装置中手柄齿轮的侧面结构示意图；

图8为本发明实施例传动片和传动齿轮的正面结构示意图；

图9为本发明实施例传动片和传动齿轮的侧面结构示意图；

图10为本发明实施例跳闸分闸装置的正面结构示意图；

图11为本发明实施例跳闸分闸装置的侧面结构示意图

图12为市场通用小型断路器的结构示意图；

图13为本发明实施例1的电子控制装置的控制原理图；

图14为本发明实施例2的电子控制装置的控制原理图。

具体实施方式

本发明的小型断路器的智能分、合闸装置适用于国内小型断路器C45或C65的壳体内。下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

如图1-图13所示，本发明的实施例1具体是一种小型断路器的智能分、合闸装置，包括壳体1以及设置在壳体1内的合闸操作装置2、跳闸分闸装置3和电子控制装置。壳体1包括相互铆接设置的上盖11和下盖12。合闸操作装置2包括传动装置21和手柄装置22。传动装置21包括相互固定连接的传动齿轮211和传动片212。传动齿轮211转动设置在下盖12的内壁上。传动片212背离传动齿轮211的外周缘设有弧形轮齿2121。传动片212背离传动齿轮211的一侧设有可驱动传动片212正、反转动的正反转驱动电机4。

如图3-图7所示，手柄装置22包括同轴设置的手柄轮体221和手柄齿轮222，手柄齿轮体221与传动齿轮211啮合设置，手柄轮体211的外侧壁上设有径向朝外的手柄213。手柄213穿出壳体1，手柄轮体211转动设置在壳体1内壁。手柄轮体221靠手柄齿轮222的一侧设有弧形槽2211，手柄齿轮222靠手柄轮体221的一侧设有可沿弧形槽2211作往复运动的手柄齿凸块2221。手柄齿轮凸块2221嵌设在弧形槽2211内，电子控制装置与正反转驱动电机4配合。

手柄轮体221设有位置对称设置的大径弧形槽2211a和小径弧形槽2211b，手柄齿轮凸块2221包括分别与大径弧形槽2211a和小径弧形槽2211b相应设置的大径手柄齿轮凸块2221a和小径手柄齿轮凸块2221b，大径手柄齿轮凸块2221a和小径手柄齿轮凸块2221b的横截面为弧形面。大径手柄齿轮凸块2221a嵌设于大径弧形槽2211a内。小径手柄齿轮凸块2221b嵌设于小径弧形槽2211b内。大径弧形槽2211a的槽宽大于小径弧形槽2211b，大径手柄齿轮凸块2221a的径向宽度大于小径手柄轮凸块2221b，手柄齿轮222靠传动齿轮211的一侧设有手柄齿轮轮齿2222，手柄齿轮轮齿2222占手柄齿轮222外周的一半，小径手柄齿轮凸块2221b设置在手柄齿轮轮齿2222的轴向外壁上，大径手柄齿轮凸块2221a与小径手柄齿轮凸块2221b轴向对称设置。

如图10和11所示，跳闸分闸装置3包括固定在壳体1内壁上的双稳电磁铁31，双稳电磁铁31包括固定在壳体1内壁上的线圈311和线圈311外的磁轭312，线圈311内设有铁芯32。铁芯32的一侧设有可作伸缩往复运动的伸缩片33，伸缩片33与小型断路器5脱扣拨动窗口51处拨动针52联动。伸缩片33上与拨动针52相应位置处针孔331，拨动针52嵌设入所述的针孔331内。

传动齿轮211与传动片212一体设置，传动片212为扇形，传动齿轮211的圆心与传动片212的圆心为同一圆心。弧形轮齿2121分布在传动片212的外周弧形边缘位置，正反转驱动电机4的输出端处设有电机输出轴41，电机输出轴41上套设有可随电机输出轴41一起转动的伞齿轮42，伞齿轮42与弧形轮齿2121啮合设置。

壳体1上设有手柄支撑轴111，手柄轮体221和手柄齿轮222套设在手柄支撑轴111上，下盖12内壁上设有传动支撑轴121，传动齿轮211和传动片212套设在传动支撑轴121上，形成传动齿轮211转动设置于下盖12内壁上。

如图13所示，本发明的电子控制装置用于控制正反驱动电机正转、反转和停机动作，实现手柄齿轮222和手柄轮体221的转动合闸，然后与正反驱动电机4相脱离的动作。

本发明实施例的电子控制装置包括电源、第一微动开关K1、第二微动开关K2，电源的两端并联有第一电容C1和第三电容C3，双稳电磁铁31的线圈311上串联有储能电容C2，线圈311与第一电容C1并联在电源两极，线圈311两端并联有第一可控硅SCR1，第三电容C3两端还并联有继电器J，继电器J与正反驱动电机4连接，第二微动开关K2设置在正反驱动电机4与继电器J连接的电路上，第二微动开关K2上并联有第二可控硅SCR2，第二可控硅SCR2与继电器J以及第三电容C3连接，第一微动开关K1、第二可控硅SCR2、第三电容C3与继电器J连接形成回路，第一微动开关K1和第二微动开关K2的设置满足以下条件：

传动片212片逆时针转动并对应手柄齿轮222处于允许合闸状态下，传动片212与第二微动开关K2的触点触碰配合；传动片212顺时针转动到初始状态时，传动片212与第一微动开关K1的触点触碰配合。

如图13所示，信号转换电流经全桥D1-4整流,正极分两路，一路经二极管D6，线圈L上串联有储能电容C2，电流再经线圈L给储能电容C2充电。此时，通过线圈L的电流方向是从上向下。双稳电磁铁31的铁芯311下行，所配小型断路器MCB处于合闸允许状态。第一电容并联电源的电路上串联有二极管D5，二极管D5与第一电容C1之间通过电路与第一可控硅SCR1连接，该电路由二极管D5至第一可控硅SCR1方向依次串联有电阻R1和三极管G1。

另一路电流经过二极管D5、电阻R1使三极管G1导通，并嵌位第一可控硅SCR1截止。第三电容C3为电解电容，第三电容与正、负极并联，同时，电流经过继电器J的常闭触点给正反驱动电机4供电而正转，实现合闸，合闸到位时，K1接通而触发第二可控硅SCR2，继电器J动作，触点转换。正反驱动电机4与第二微动开关K2之间串联有二极管D9，第二微动开关K2背离二极管D9的一侧电路上串联有电阻R4，第二微动开关K2和电阻R4两侧并联有三极管G2，正反驱动电机4通过三极管G2和二极管D9改变电流方向而倒转，倒转复位时触动K2而停止。

线圈311和储能电容C2的两侧并联有二极管D7，第一可控硅SCR1与二极管D7连接，第一可控硅SCR1与三极管G1之间的电路连接有电阻R2,电阻R2背离第一可控硅SCR1的一端与储能电容C2和线圈311之间的电路连接。

如果没有信号转换电流：三极管G2截止，第二电容C2经过，稳压二极管Dw和电阻R2放电触发可控硅SCR1，储能电容C2通过线圈311、二极管D7、可控硅SCR1对地放电。此时，通过线圈311的电流方向是从下向上，双稳电磁铁31的铁芯311上行，并通过伸缩片33和针孔331推动所配的小型断路器MCB跳闸。同时继电器J因失电而复位。在此电路中，第一电容C1滤波，DW限压。压敏电阻DV与全桥D1-4的交流输入端L，O并联。

初始状态时，手柄齿轮222上的大径手柄齿轮凸块2221a位于大径弧形槽2211a的最右端，小径手柄齿轮凸块2221b位于小径弧形槽2211b的最左端。工作时，本发明装置收到续费控制信号时，正反驱动电机4正转，带动其输出端上的伞齿轮42转动，伞齿轮42带动传动片212和传动齿轮211逆时针转动，传动齿轮211带动手柄齿轮222转动，大径手柄齿轮凸块2221a抵住大径弧形槽2211a最右端，小径手柄齿轮凸块2221b位于小径弧形槽2211b的最左端，手柄齿轮222带动手柄轮体221转动，实现合闸。

合闸到位时，传动片212与第二微动开关K2碰触，改变电流方向，正反驱动电机4反转，从而带动传动片212顺时针转动，带动传动齿轮222反转，大径手柄齿轮凸块2221a从大径弧形槽2211a的最右端滑动至最左端，小径手柄齿轮凸块2221b从小径弧形槽2211b最左端滑动至最右端。手柄轮体221不动，传动片212与第一微动开关K1碰触，正反驱动电机4停止转动。

发生跳闸时，手柄轮体221回复初始位置，由于手柄轮体221的转动，大径手柄齿轮凸块2221a相对大径弧形槽2211a滑动，小径手柄齿轮凸块2221b相对小径弧形槽2211b滑动，因此，手柄齿轮222不动。

实施例2

如图14，本发明实施例2的电子控制装置包括电源E、单片机6、电机驱动模块7、第一微动开关K1、第二微动开关K2和续费控制信号源Q，第一微动开关K1、第二微动开关K2和续费控制信号源Q均输入连接于单片机6中，单片机6根据第一微动开关K1、第二微动开关K2和续费控制信号Q的信号控制电机驱动模块7，电机驱动模块7驱动正反驱动电机4正反转动或停机，双稳电磁铁31与正反驱动电机4连接。

工作时，单片机得到续费控制信号渊Q的信号为0，第一微动开关K1闭合，第二微动开关K2断开，正反驱动电机4正转，传动原理与实施例1一致，实现合闸；传动片212与第二微动开关K2触碰，第二微动开关K2闭合，正反驱动电机4反转，传动片212回位，传动片212与第一微动开关K1触碰的，正反驱动电机4停止转动。其信号控制以及正反转驱动电机的状态如下：

表1如下：

Claims (8)

1.一种小型断路器的智能分、合闸装置，包括壳体以及设置在壳体内的合闸操作装置、跳闸分闸装置和电子控制装置，其特征在于：所述的壳体包括相互连接的上盖和下盖,所述的合闸操作装置包括传动装置和手柄装置，所述的传动装置包括相互固定连接的传动齿轮和传动片，所述的传动齿轮转动设置在壳体内壁上，所述的传动片背离传动齿轮的外周缘设有弧形轮齿，所述的传动片背离传动齿轮的一侧设有可驱动传动片正、反转动的正反转驱动电机，所述的手柄装置包括同轴设置的手柄轮体和手柄齿轮，所述的手柄齿轮体与所述的传动齿轮啮合设置，所述的手柄轮体的外侧壁上设有径向朝外的手柄，所述的手柄穿出所述的壳体，所述的手柄轮体转动设置在壳体内壁，所述的手柄轮体靠手柄齿轮的一侧设有弧形槽，所述的手柄齿轮靠手柄轮体的一侧设有可沿弧形槽作往复运动的手柄齿凸块，所述的手柄齿轮凸块嵌设在所述的弧形槽内，所述的电子控制装置与正反转驱动电机配合,所述的手柄轮体设有位置对称设置的大径弧形槽和小径弧形槽，所述的手柄齿轮凸块包括分别与大径弧形槽和小径弧形槽相应设置的大径手柄齿轮凸块和小径手柄齿轮凸块，大径手柄齿轮凸块和小径手柄齿轮凸块的横截面为弧形面，所述的大径手柄齿轮凸块嵌设于所述的大径弧形槽内，所述的小径手柄齿轮凸块嵌设于所述的小径弧形槽内。

2.根据权利要求1所述的小型断路器的智能分、合闸装置，其特征在于：所述的跳闸分闸装置包括固定在壳体内壁上的双稳电磁铁，所述的双稳电磁铁包括固定在壳体内壁上的线圈和线圈外的磁轭，所述的线圈内设有铁芯，所述的铁芯的一侧设有可作伸缩往复运动的伸缩片，所述的伸缩片与小型断路器脱扣拨动窗口处拨动针联动。

3.根据权利要求2所述的小型断路器的智能分、合闸装置，其特征在于：所述的电子控制装置包括电源、第一微动开关、第二微动开关，所述的电源的两端并联有第一电容和第三电容，所述的双稳电磁铁的线圈上串联有储能电容，所述的线圈与第一电容并联在电源两极，所述的线圈两端并联有第一可控硅，所述的第三电容两端还并联有继电器，所述的继电器与所述的正反驱动电机连接，所述的第二微动开关设置在正反驱动电机与继电器连接的电路上，所述的第二微动开关上并联有第二可控硅，第二可控硅与所述的继电器以及第三电容连接，所述的第一微动开关、第二可控硅、第三电容与所述的继电器连接形成回路，所述的第一微动开关和第二微动开关的设置满足以下条件：

所述的传动片逆时针转动并对应手柄齿轮处于允许合闸状态下，所述的传动片与第二微动开关的触点触碰配合；所述的传动片顺时针转动到初始状态时，传动片与第一微动开关的触点触碰配合。

4.根据权利要求1所述的小型断路器的智能分、合闸装置，其特征在于：所述的电子控制装置包括电源、单片机、电机驱动模块、第一微动开关、第二微动开关和续费控制信号源，所述的第一微动开关、第二微动开关和续费控制信号源均输入连接于单片机中，所述的单片机根据第一微动开关、第二微动开关和续费控制信号的信号控制电机驱动模块，电机驱动模块驱动正反驱动电机正反转动或停机，双稳电磁铁与正反驱动电机连接。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的小型断路器的智能分、合闸装置，其特征在于：所述的手柄齿轮靠传动齿轮的一侧设有手柄齿轮轮齿，所述的手柄齿轮轮齿占所述的手柄齿轮外周的一半，所述的小径手柄齿轮凸块设置在手柄齿轮轮齿的轴向外壁上，所述的大径手柄齿轮凸块与小径手柄齿轮凸块轴向对称设置。

6.根据权利要求1-4任一权利要求所述的小型断路器的智能分、合闸装置，其特征在于：所述的传动齿轮与传动片一体设置，所述的传动片为扇形，所述的传动齿轮的圆心与所述的传动片的圆心为同一圆心。

7.根据权利要求6所述的小型断路器的智能分、合闸装置，其特征在于：所述的弧形轮齿分布在所述的传动片的外周弧形边缘位置，所述的正反转驱动电机的输出端上设有伞齿轮，所述的伞齿轮与所述的弧形轮齿啮合设置。

8.根据权利要求1-4任一权利要求所述的小型断路器的智能分、合闸装置，其特征在于：所述的壳体上设有手柄支撑轴，所述的手柄轮体和手柄齿轮套设在所述的手柄支撑轴上，所述的壳体内壁上设有传动支撑轴，所述的传动齿轮和传动片套设在所述的传动支撑轴上，形成传动齿轮转动设置于壳体内壁上。