CN104465253A - 一种小型化的重合闸断路器 - Google Patents

Abstract

一种小型化的重合闸断路器，包括安装在基座上的电流互感器、漏电互感器、操作机构和电动重合闸机构，电动重合闸机构包括集成架、以侧面紧固方式安装在集成架上的直流电动机，以及蜗轮、与蜗轮啮合的蜗杆、与蜗轮同轴固定连接的小齿轮、大齿轮和与操作机构的拉杆连接的双移动副曲柄滑块机构。直流电动机为电动重合闸机构的执行机构，其转轴与蜗杆连接，小齿轮与大齿轮啮合，在直流电动机的转动带动下做圆周运动，并通过双移动副曲柄滑块机构转换为操作机构的拉杆的直线往复运动，实现重合闸断路器的再扣、分闸、合闸运动。本发明采用直流微电机横置的操作机构，其与断路器融为一体，做到高度集成、小巧美观、安全可靠。

Description

一种小型化的重合闸断路器

技术领域

本发明涉及低压智能断路器制造技术领域，具体涉及一种同时具有过载和短路保护、过欠压保护、漏电保护、自动重合闸、通讯功能的综合性剩余电流动作断路器，特别是一种能够安全可靠自动重合闸的适合于农村电网改造的普及和智能电网要求的小型化的重合闸断路器。

背景技术

随着低压电器的发展以及农村电网改造的普及，传统的剩余电流动作断路器由于其功能单一已不能满足智能电网的要求，为提高用电的高持续性和实现网络化管理和远程监控，一种同时具备过载和短路保护、过欠压保护、漏电保护、自动重合闸、通讯功能的综合型断路器逐渐开始流行。出于快速填补农网改造需求的空白和缩短开发周期的考虑，目前大部分的具有自动重合闸功能的低压断路器产品，常采用在现有结构基础上与电动操作机构进行组合的方式，主要形成了两种类型：一种为直接在老型断路器上以组合的方式增加电动操作机构；另一种为将电动操作机构以拼装的方式放置到断路器本体上。但是，这些现有的自动重合闸断路器均采用了交流电机作为执行元件，普遍存在结构复杂、体积较大的共同缺点，老一代产品的分断能力也均不高，第一种在老一代断路器上面加装现有的电动操作机构，这样使得产品的体积较大，特别在高度尺寸上，而且功能简单。第二种直接采用交流电机作为执行元件并通过简单连杆而做成的一体式断路器，实际上这样的断路器并不适用于例如断路器使用在三相四线的工作场合的特定断相情况，交流电机采用的是A相与N相上的电源，当A相突然缺相，此时断路器检测到电路不正常而需要跳闸，但因为没有交流电电源供电而导致断路器无法跳闸保护，故其可靠性和安全性无法保证。

从设计结构上看，目前市场中已有产品主要存在以下三方面的结构不合理，第一方面是电动机占据了电动操作机构的大部分体积，使电机及其安装结构不合理。第二方面是电动操作机构的内部结构设计不合理，特别是其传动机构，它需要变速(是将电动机的转速变换成电动操作机构适用的速度)、变向(是将电动机的转轴的方向变换成适用的电动操作机构的输出轴的方向)、变换(是将电动机的转动方式变换成电动操作机构适用的直线移动方式)三种转换，要实现变速、变向、变换三种转换，需要相对复杂的机构，这种机构的小型化设计水平决定了电动操作机构的小型化程度，而现有的电动操作机构的具体结构的小型化程度并不理想。第三方面是电动操作机构的整体布局结构不合理，其中包括电动操作机构的安装位置及安装结构、电动操作机构与断路器本体的操作机构之间的连接联动结构，导致断路器结构不紧凑和集成度低的问题。随着低压电器的智能化发展以及农村电网改造的普及，急需解决小型化的低压断路器的电动操作机构与断路器高度集成、融为一体、且小巧美观、安全等级高、重合闸可靠性好、分断能力强的问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种小型化的重合闸断路器，采用包括直流电动机、蜗轮机构、齿轮机构和双移动副曲柄滑块机构的新型的电动重合闸机构，有效缩小了电动重合闸机构的体积，特别是大幅度减小了其高度尺寸，优化了重合闸机构的布局结构，同时确保了自动重合闸具有可靠性和安全性。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。

一种小型化的重合闸断路器，包括基座2，以及安装在基座2上的电流互感器21、漏电互感器22、操作机构23和电动重合闸机构，其特征在于：所述的电动重合闸机构包括集成架24、以侧面紧固方式安装在所述的集成架24上的直流电动机1，以及蜗轮5、与蜗轮5啮合的蜗杆7、与蜗轮5同轴固定连接的小齿轮6、大齿轮9和与操作机构23的拉杆连接的双移动副曲柄滑块机构。所述的直流电动机1为所述的电动重合闸机构的执行机构，直流电动机1的转轴与所述的蜗杆7连接，所述的小齿轮6与大齿轮9啮合，在所述的直流电动机1的转动带动下做圆周运动，并通过所述的双移动副曲柄滑块机构转换为所述操作机构23的拉杆的直线往复运动，实现重合闸断路器的再扣、分闸、合闸运动。

根据本发明的一种具体实施方式：所述的电动重合闸机构的双移动副曲柄滑块机构包括大轴8、与操作机构23的拉杆连接的移动件4和固定安装在大轴8上的曲柄3，所述的大齿轮9以可离合的方式安装在大轴8上，曲柄3通过第一移动副与移动件4连接，移动件4通过第二移动副安装在所述的集成架24上。

根据本发明的进一步优化方式：所述的第一移动副包括设置在移动件4上的滑槽42和设置在曲柄3上的滑块31，所述的滑块31安装在滑槽42内并形成滑动配合；所述的第二移动副包括设置在移动件4上的滑动部43和设置在集成架24上的导轨座25上的导向槽，所述的滑动部43插入该导向槽内并形成滑动配合。

根据本发明的进一步优化方式：所述的移动件4为薄板形状，其上设有与操作机构的拉杆连接用的连接孔41、构建第一移动副用的滑槽42、构建第二移动副用的滑动部43。

根据本发明的进一步优化方式：所述的曲柄3为薄板形状，其上设有与大轴8固定的零件结构，以及构建第一移动副用的滑块31，滑块31与大轴8偏离。

根据本发明的另一种具体实施方式：所述的直流电动机1为5V、12V或24V电源电压的直流微电机。

根据本发明的又一种具体实施方式：所述的直流电动机1以横向设置的方式固定在集成架24上，直流电机机1是横向设置，但其设置在集成架24的左侧，也可以是集成架24的右侧，或集成架24的任意一侧。

根据本发明的又一种具体实施方式：所述的直流电动机1以横向设置的方式固定在集成架24上，并且直流电动机1的转轴的轴线方向与移动件4的移动方向垂直。

根据本发明的再一种具体实施方式：所述的重合闸机构是设置在所述的电流互感器21和漏电互感器22的上方的模块，并通过螺钉固定在基座2上。

根据本发明的其它具体实施方式：所述的集成架24包括固定连接成一体并形成台子状结构的四脚支架和平板，所述的四脚支架的底脚与基座2固定连接。

附图说明

从附图所示实施例的描述中可更清楚地看出本发明的优点和特征，其中：

图1是本发明的小型化的重合闸断路器的立体结构示意图。

图2是图1所示的重合闸断路器的电动重合闸机构的立体示意图。

图3是图1所示的重合闸断路器的电动重合闸机构的另一角度的立体示意图。

图4是展示图1所示的重合闸断路器的直流电动机、蜗轮机构、齿轮机构和双移动副曲柄滑块机构的具体结构及其它们之间的连接关系的立体示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图4给出的实施例，进一步说明本发明的小型化的重合闸断路器的具体实施方式。本发明的小型化的重合闸断路器不限于以下实施例的描述。

参见图1至图4，本发明的小型化的重合闸断路器包括用于安装断路器的各部件的基座2，以及安装在基座2上的电流互感器21、漏电互感器22、操作机构23和电动重合闸机构，所述的电动重合闸机构包括集成架24、以侧面紧固方式安装在所述的集成架24上的直流电动机1，以及蜗轮5、与蜗轮5啮合的蜗杆7、与蜗轮5同轴固定连接的小齿轮6、大齿轮9和与操作机构23的拉杆连接的双移动副曲柄滑块机构。基座2与盖(图中未示出)形成一个具有长、宽、高尺寸的箱体，箱体内容装所述的低压断路器的各零部件。在现有的重合闸断路器中，电动重合闸机构有的是安装在所述的盖上，有的是安装在盖与基座之间的壳盖上，从而导致断路器产品的高度尺寸较大。本发明采用电动重合闸机构安装在基座2上的方式，以集成架24替代现有的壳盖，可有效减小壳盖结构需要的高度空间。集成架24可采用小巧的构件(铁板、四脚支架)形式，可使整体结构十分紧凑。电流互感器21、漏电互感器22和操作机构23安装到基座2上的结构可采用已知的方式实现，通常情况下，电流互感器21、漏电互感器22和操作机构23均安装在基座2的底板(图中未示出)上。在现有的电动重合闸断路器中，特别是拼装式或组合式结构中，为了尽可能不改变原有的设置在基座2上的各零部件之间的布局结构，有的是将电动重合闸机构设置在操作机构的上方，由于操作机构本身的高度尺寸很大，所以必然会导致断路器的高度尺寸的大幅度增大，也有的由于受电动重合闸机构的结构限制，须将电动重合闸机构靠近操作机构设置，但这种设置方式很有可能因受操作机构附近的零部件的高度限制而需要增加断路器的高度尺寸。本发明的电动重合闸机构的集成架24的具体结构如图1和2所示，它包括四脚支架和平板，四脚支架与平板固定连接成一体并形成台子状结构，四脚支架的底脚与基座2固定连接，电动重合闸机构各零部件安装在平板上。显然，这样的结构可使电动重合闸机构各零部件以非常紧凑的方式高度集成在集成架24上，四脚支架的脚可以见缝插针，不仅可将基座2上的用于固定集成架24的安装面减小到最小程度，而且可使四脚支架与基座2的固定连接不会挤占基座2上原有的零部件的位置，以利于断路器整体的小型化。

所述的直流电动机1固定安装在集成架24上，具体的布局结构和安装结构可有多种方式，一种优选的方式如图1和2所示，所述的直流电动机1以横向设置的方式固定在集成架24上，并且直流电动机1的转轴的轴线方向与移动件4的移动方向垂直。更具体的安装结构是将直流电动机1的壳体则是固定在集成架24的平板上，以使直流电动机1的壳体与平板能实现牢固连接，防止直流电动机1的意外安装松动，确保电动重合闸机构的传动可靠性。直流电动机1以横向设置的方式固定在集成架24上，所述的横向设置，是指直流电动机1的转轴的轴线方向与平板伸展方向平行，如图1和2所示，使得圆柱状的直流电动机1的径向与的集成架24的高度方向(也是断路器的高度方向)平行。由于直流电动机1的直径要比其轴向高度小得多，如：一种适用于重合闸断路器的直流电机的轴向高度为45mm，而其直径仅为28mm；一种适用于重合闸断路器的直流电机的轴向高度61.5mm，而其直径仅为37mm，因此采用直流电动机1横向设置的布局结构，可大幅度缩小断路器的高度尺寸。由于移动件4通过导轨241安装在集成架24的平板上，因此，移动件4的移动方向也与平板伸展方向平行，于是，所述的直流电动机1以横向设置的方式固定在集成架24上后，直流电动机1的转轴的轴线方向与移动件4的移动方向同处于平板伸展方向，即直流电动机1的转轴的轴线方向与移动件4的移动方向之间具有无数夹角，因此图1和2给出的直流电动机1的转轴的轴线方向与移动件4的移动方向垂直实施例仅是一种优选的例子，其优点是可进一步优化断路器的长、宽尺寸。本发明的直流电动机1为所述的电动重合闸机构的执行机构，直流电动机1的转轴与所述的蜗杆7连接，所述的小齿轮6与大齿轮9啮合，在所述的直流电动机1的转动带动下做圆周运动，并通过所述的双移动副曲柄滑块机构转换为所述操作机构23的拉杆的直线往复运动，实现重合闸断路器的再扣、分闸、合闸运动。

为了进一步减小断路器产品的高度尺寸，同时进一步优化断路器产品的长、宽尺寸，一种优选的布局结构方案如图1所示，所述的重合闸机构位于电流互感器21和漏电互感器22的上方，即：先将直流电动机1、蜗杆7、蜗轮5、小齿轮6、大齿轮9和双移动副曲柄滑块机构等零部件安装到集成架24上后，再将集成架24的四脚支架的底脚固定在基座2上，而该固定使得集成架24上的零部件位于电流互感器21和漏电互感器22的上方(如图1所示)。

本发明采用直流电动机1的和电机横向设置的布局结构的优点是明显的。首先是在体积空间上(特别在高度上)的效果，以可适用于250A壳架重合闸断路器的电机为例，如采用直流电动机，其直径为28mm，若采用交流电动机，其直径为37mm，两者相差9mm。再以可适用于630A壳架重合闸断路器的电机为例，如采用直流电动机，其直径为37mm，若采用交流电动机，其直径为61mm，两者相差24mm。第二个优点是提高了重合闸可靠性，因为交流电动机的电源只能由三相主电路中的一相火线提供，在缺相故障发生时如果所缺的火线相正好是为电动机供电的那一相，则交流电动机无法启动重合闸；而直流电动机的直流电源是直接取进线端的三相火线并整流成直流电，当遇到缺相时，只要保证有任意两相电的存在，则电机仍有电源供电，此外，也由于是前端取电，因此不会因断路器的分闸而失电。再次是可采用24V及以下的直流微电机，在人工操作时无电击危险，使产品更加安全，并且直流电源能耗低。其它优点是，直流微电机转速快，通过减速后仍能较快地对重合闸断路器完成再扣、分闸、合闸动作，振动小，噪音低。再有的优点是，采用的直流微电机经过精密加工，能确保精度，与齿轮组传动机构组成的传动总成更能实现机电一体化，能理想保证产品的使用质量特性。为了进一步有利于电动重合闸机构的小型化，并且能更好地发挥直流电动机1的优势，所述的直流电动机1优选采用5V、12V或24V电源电压的直流微电机。直流电动机1的电源可从断路器上固有的直流电源上接取，也可直接取进线端电源经过整流获取，也不排除采用已知的手段单独配置向直流电动机1供电的直流电源。

本发明的为实现上述效果而采用的技术手段不仅在于采用直流电动机1，而且还在于：电动重合闸机构的整体结构的小型化的优化改进、有利于断路器产品的小型化的电动重合闸机构的在断路器中的布局结构的优化改进以及电动重合闸机构的整体结构使得有可能采用微小的、精密的直流电动机1。由于直流微电机的启动特性与交流电动机存在较大的差别，如果将现有的重合闸断路器的交流电动机换成直流电动机，那么其电动重合闸机构不能正常工作，如用于减速的传动机构如果采用单一齿轮传动(包括带机械减速的电机)方式，由于其减速比的限制，须采用输出力矩较大的交流电机，再如用于将转动转换为移动的传动机构采用公知的偏心机构，由于其需要较大的驱动力才能平稳工作，所以也须采用输出力矩较大的交流电机。

所述的蜗杆7和蜗轮5采用已知的方式分别可转动的安装在集成架24上。直流电动机1的转轴与蜗杆7连接，这种连接的结构可采用已知的方式，如联轴节，它可使所述的转轴与蜗杆7联动。蜗杆7与蜗轮5啮合，通过该啮合使蜗杆7驱动蜗轮5转动，并且能获得很大的减速比和蜗轮5的较大的转矩输出特性。蜗轮5与小齿轮6同轴固定连接，即蜗轮5与小齿轮6同轴，并且蜗轮5与小齿轮6相对固定并联动，这种同轴固定连接的具体结构可采用已知的方式。小齿轮6与大齿轮9啮合，通过该啮合使小齿轮6驱动大齿轮9转动，并且能再次获得减速比。

所述的双移动副曲柄滑块机构包括大轴8、移动件4和固定安装在大轴8上的曲柄3，大轴8采用已知的方式可转动地安装在集成架24上，大齿轮9以可离合的方式安装在大轴8上。在此所谓可离合的方式，是指大齿轮9套装在大轴8上，使得大齿轮9的转动中心与大轴8的中心同心，并且大齿轮9与大轴8可离合，即：在大齿轮9与大轴8分离的状态下，大齿轮9与大轴8能相对转动而不能联动，大齿轮9与大轴8之间解除传动关系；在大齿轮9与大轴8合的状态下，大齿轮9与大轴8不能相对转动而只能联动，大齿轮9与大轴8之间保持传动关系。实现可离合的方式的已知的安装结构可有多种，可从其中选用任意一种方式实现。

所述的双移动副曲柄滑块机构是将曲柄3的转动转换为移动件4的直线移动的机构，并且移动件4的位于量与曲柄3的转角成正弦关系。双移动副曲柄滑块机构的特点是包括两个移动副，其中：第一移动副设置在曲柄3与移动件4之间，即曲柄3通过第一移动副与移动件4连接；第二移动副设置在移动件4与集成架24之间，即移动件4通过第二移动副安装在集成架24上。这里移动副是指两个构件之间的能作相对移动的连接结构，如：第一移动副就是指曲柄3与移动件4之间的连接结构，该连接结构具有曲柄3能在移动件4上移动的特点；第二移动副就是指移动件4与集成架24之间的连接结构，该连接结构具有移动件4能在集成架24上移动的特点。移动副的具体结构可有多种方式，第一移动副的一种优选的方式如图2和图4所示，所述的第一移动副包括设置在移动件4上的滑槽42、设置在曲柄3上的滑块31，滑块31安装在滑槽42内并形成滑动配合。应当能理解到，从上述的关于双移动副曲柄滑块机构的功能原理的限定，其实已隐含了这种双移动副曲柄滑块机构的一个重要结构特征，就是滑块31必定与曲柄3的转动中心(即大轴8的轴线中心)偏离，即滑块31与曲柄3的转动中心之间必定具有一段距离。第二移动副的一种优选的方式如图1至图3所示，所述的第二移动副包括设置在移动件4上的滑动部43、设置在集成架24上的导轨座25上的导向槽(图中未示出)，该滑动部43插入所述的导向槽内并形成滑动配合。移动件4与操作机构23的拉杆(图中未示出)连接。

为了进一步减小电动重合闸机构的高度尺寸，移动件4和曲柄3可采用薄板状结构。移动件4的一种优选的具体结构如图1至3所示，所述的移动件4为薄板形状，其上设有与操作机构的拉杆连接用的连接孔41、构建第一移动副用的滑槽42、构建第二移动副用的滑动部43。曲柄3的一种优选的具体结构如图2至4所示，所述的曲柄3为薄板形状，其上设有与大轴8固定的零件结构，以及构建第一移动副用的滑块31，滑块31与大轴8偏离。

下面参考图1至图4，进一步说明本发明的小型化的重合闸断路器的重合闸工作过程。

在电动重合闸过程中，大齿轮9与大轴8转换到合的状态，直流电动机1在断路器的控制系统的控制下转动，该转动驱动蜗杆7转动，继而驱动蜗轮5转动，再带动小齿轮6转动，该转动驱动大齿轮9转动，并驱使大轴8随大齿轮9转动，大轴8的转动带动曲柄3转动，该转动带动曲柄3上的滑块31在移动件4上的滑槽42内滑动，该滑动驱动移动件4移动，该移动驱动操作机构23的拉杆直线移动执行合闸操作。

结合上述说明应当能理解到以下的各种操作过程：

1)在电动分闸过程中，大齿轮9与大轴8也转换到合的状态，与电动重合闸过程不同是，断路器的控制系统的控制直流电动机1向重合闸的相反方向转动。

2)在手动合闸和手动分闸过程中，大齿轮9与大轴8需转换到离的状态，再人工操作大轴8的转动，该转动带动曲柄3转动，继而带动曲柄3上的滑块31在移动件4上的滑槽42内滑动，该滑动驱动移动件4移动，并驱动操作机构23的拉杆执行合闸或分闸操作(大轴8的朝一个方向的转动为合闸，朝合闸的相反方向转动为分闸)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求做出的技术等效变化与修改，皆应视为本发明的涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种小型化的重合闸断路器，包括基座(2)，以及安装在基座(2)上的电流互感器(21)、漏电互感器(22)、操作机构(23)和电动重合闸机构，其特征在于：

所述的电动重合闸机构包括集成架(24)、以侧面紧固方式安装在所述的集成架(24)上的直流电动机(1)，以及蜗轮(5)、与蜗轮(5)啮合的蜗杆(7)、与蜗轮(5)同轴固定连接的小齿轮(6)、大齿轮(9)和与操作机构(23)的拉杆连接的双移动副曲柄滑块机构；

所述的直流电动机(1)为所述的电动重合闸机构的执行机构，直流电动机(1)的转轴与所述的蜗杆(7)连接，所述的小齿轮(6)与大齿轮(9)啮合，在所述的直流电动机(1)的转动带动下做圆周运动，该转动通过所述的双移动副曲柄滑块机构转换为所述操作机构(23)的拉杆的直线往复运动，实现重合闸断路器的再扣、分闸、合闸运动。

2.根据权利要求1所述的小型化的重合闸断路器，其特征在于：所述的电动重合闸机构的双移动副曲柄滑块机构包括大轴(8)、与操作机构(23)的拉杆连接的移动件(4)和固定安装在大轴(8)上的曲柄(3)，所述的大齿轮(9)以可离合的方式安装在大轴(8)上，曲柄(3)通过第一移动副与移动件(4)连接，移动件(4)通过第二移动副安装在所述的集成架(24)上。

3.根据权利要求1所述的小型化的重合闸断路器，其特征在于：所述的直流电动机(1)为5V、12V或24V电源电压的直流微电机。

4.根据权利要求1所述的小型化的重合闸断路器，其特征在于：所述的直流电动机(1)以横向设置的方式固定在集成架(24)上。

5.根据权利要求1所述的小型化的重合闸断路器，其特征在于：所述的直流电动机(1)以横向设置的方式固定在集成架(24)上，并且直流电动机(1)的转轴的轴线方向与移动件(4)的移动方向垂直。

6.根据权利要求1所述的小型化的重合闸断路器，其特征在于：所述的重合闸机构是设置在所述的电流互感器(21)和漏电互感器(22)的上方的模块，并通过螺钉固定在基座(2)上。

7.根据权利要求2所述的小型化的重合闸断路器，其特征在于：所述的第一移动副包括设置在移动件(4)上的滑槽(42)和设置在曲柄(3)上的滑块(31)，所述的滑块(31)安装在滑槽(42)内并形成滑动配合；所述的第二移动副包括设置在移动件(4)上的滑动部(43)和设置在集成架(24)上的导轨座(25)上的导向槽，所述的滑动部(43)插入该导向槽内并形成滑动配合。

8.根据权利要求2所述的小型化的重合闸断路器，其特征在于：所述的移动件(4)为薄板形状，其上设有与操作机构的拉杆连接用的连接孔(41)、构建第一移动副用的滑槽(42)、构建第二移动副用的滑动部(43)。

9.根据权利要求2所述的小型化的重合闸断路器，其特征在于：所述的曲柄(3)为薄板形状，其上设有与大轴(8)固定的零件结构，以及构建第一移动副用的滑块(31)，滑块(31)与大轴(8)偏离。

10.根据权利要求1所述的小型化的重合闸断路器，其特征在于：所述的集成架(24)包括固定连接成一体并形成台子状结构的四脚支架和平板，所述的四脚支架的底脚与基座(2)固定连接。