CN104599874A - 一种用于储能装置的离合机构及其气体绝缘断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于储能装置的离合机构，包括一个加载齿轮、一个驱动齿轮、一个单向轴承、一个衬套以及一个包括齿轮部和离合部的齿轮轴。所述齿轮轴包括数个圆柱体以及位于所述齿轮轴的空腔内的一个推杆、一个旋转套筒和一个弹性元件。所述推杆包括一个推杆滑动孔和一个推杆连接孔分别用于连接所述齿轮轴和所述旋转套筒。所述驱动齿轮固定有一个压块，所述压块可推动所述推杆沿轴向滑动，进而解锁或锁紧所述衬套和所述齿轮轴。本发明还涉及采用这种离合机构的气体绝缘断路器。本发明离合机构及其气体绝缘断路器以较低的成本实现了在储能完成时动力装置与储能装置之间简便且可靠的机械分离。

Description

一种用于储能装置的离合机构及其气体绝缘断路器

技术领域

本发明涉及一种离合机构，特别是涉及一种用于储能装置的离合机构。此外，本发明还涉及采用这种离合机构的气体绝缘断路器。

背景技术

多种储能装置均须与离合机构配合以积聚能量并在需要时释放能量。这些储能装置例如可以是利用弹簧来积聚势能，且当能量积聚完成时使离合机构处于解锁状态以释放能量。

多种现有用于高压输电的气体绝缘断路器均采用储能装置和与其配合的离合机构，在锁紧状态下的离合机构使得储能装置能够积聚和储存能量。当离合机构处于解锁状态下时，动力装置将与储能装置机械分离，进而使储能装置中所积聚的能量得以释放，从而将储能装置中所储存的势能转化为动能，进而推动气体绝缘断路器中的操动机构来断开或闭合连接有气体绝缘断路器的电路。一种现有的离合机构采用棘轮机构的形式，其中棘轮与棘爪相互配合，在锁紧状态下棘轮随着能量的积聚只能单向转动，故所积聚的能量不会流失。当储能装置完成能量积聚时，棘爪将与棘轮上的一圆弧面实现动力装置与储能装置的机械分离，并在需要时释放能量。

韩国专利KR100841649B1公开了一种用于中压配电的开关柜手车，其中为了能在手动操作手车和电动操作手车两种不同模式间进行切换，采用了一种离合机构。该离合机构包括主动齿轮、被动齿轮和丝杆，其中切换单元可将被动齿轮的扭矩传递到丝杆或者隔离被动齿轮的扭矩向丝杆的传递。切换单元包括一个设在手柄插入口中的离合杆和设在球插入口中的离合球以及弹性部件。

发明内容

本发明提供一种用于储能装置的离合机构，包括一个加载齿轮、一个驱动齿轮、一个单向轴承、一个衬套以及一个包括齿轮部和离合部的齿轮轴，其中所述加载齿轮通过所述单向轴承与所述衬套可单向转动地同轴连接，所述衬套与所述离合部可双向转动地同轴连接，而所述驱动齿轮与所述齿轮部外啮合。所述齿轮轴包括数个圆柱体以及位于所述齿轮轴的空腔内的一个推杆和一个弹性元件，其中所述离合部具有与所述圆柱体对应的数个孔，所述圆柱体位于所述孔中。所述齿轮部和所述离合部的交界处具有齿轮轴连接孔。所述旋转套筒具有沿轴向呈螺旋状延伸的两个旋转套筒滑动孔，且具有与所述圆柱体对应的数个套筒槽，所述两个旋转套筒滑动孔围绕所述旋转套筒的轴线中心对称，所述衬套的内壁具有与所述圆柱体对应的数个衬套槽。所述推杆包括一个推杆滑动孔和一个推杆连接孔并可沿轴向滑动，其中所述推杆的一端穿过所述旋转套筒并挤压所述弹性元件，所述推杆通过一个穿过所述滑动孔和所述齿轮轴连接孔的导向销连接所述齿轮轴并通过另一穿过所述推杆连接孔和所述两个旋转套筒滑动孔的导向销连接所述旋转套筒。所述驱动齿轮固定有一个压块，所述压块可接触所述推杆的另一端并推动所述推杆沿轴向滑动。当所述压块推动所述推杆时，所述圆柱体被释放进而解锁所述衬套和所述齿轮轴。当所述压块脱离所述推杆时，所述圆柱体被夹紧在所述旋转套筒与所述衬套之间进而锁紧所述衬套和所述齿轮轴。本发明离合机构以较低的成本实现了在储能完成时动力装置与储能装置之间简便且可靠的机械分离。

依据本发明的一个方面，所述衬套通过深沟球轴承或滚针轴承与所述离合部可双向转动地同轴连接。

依据本发明的另一方面，所述弹性元件为一弹簧。

依据本发明的再一方面，所述压块包括一可与所述推杆接触的斜面。斜面有利于压块与推杆之间的顺畅接触。

依据本发明的又一方面，所述圆柱体通过限位件保持在对应的数个所述孔中。限位件可防止圆柱体在齿轮轴的孔中沿轴向移动。

依据本发明的又一方面，所述衬套槽的形状与所述圆柱体的形状相适应。所述衬套槽的形状与所述圆柱体的形状相适应可获得更好的离合效果。

依据本发明的又一方面，所述衬套沿轴向在其两端分别具有一个所述深沟球轴承或滚针轴承，所述圆柱体沿轴向位于所述深沟球轴承或滚针轴承之间。在其两端各设置一个轴承有利于保证齿轮轴与衬套之间的同轴度。

本发明还提供一种气体绝缘断路器，包括动力装置、操动装置、储能装置以及上述任一权利要求所述的离合机构，其中所述加载齿轮与动力装置连接，所述驱动齿轮与储能装置连接，而所述齿轮轴与操动装置连接。本发明的气体绝缘断路器因采用上述离合机构而以较低的成本实现了在储能完成时动力装置与储能装置之间简便且可靠的机械分离。

下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对本发明的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1示意性地展示了储能装置释放之后本发明离合机构的立体图；

图2示意性地展示了储能装置释放瞬间或积聚能量完毕时本发明离合机构的立体图；

图3示意性地展示了相互连接的加载齿轮和齿轮轴的立体图；

图4示意性地展示了图3的加载齿轮和齿轮轴处于图1的锁紧状态下的轴向剖视图和径向剖视图B-B；

图5示意性地展示了图3的加载齿轮和齿轮轴处于图2的解锁状态下的轴向剖视图和径向剖视图B-B；

图6示意性地展示了图3的推杆、旋转套筒和衬套的立体图；

图7示意性地展示了组装后的推杆、旋转套筒、导向销以及圆柱体的立体图；

图8示意性地展示了齿轮轴的立体图；

图9示意性地展示了带有斜面的压块；

图10示意性地展示了本发明的另一种实施方式的剖视图。

主要装置符号说明

21       推杆            25       加载齿轮

211      推杆滑动孔      212      推杆连接孔

22       驱动齿轮        26       压块

23       单向轴承        261      斜面

24       齿轮轴          27       圆柱体

241      齿轮部          242      离合部

243      齿轮轴连接孔    244      孔

28       衬套            20       弹性元件

29       滚针轴承        31       旋转套筒

311、312 旋转套筒滑动孔  313      套筒槽

32、33   导向销          271、272 限位件

281      衬套槽

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，现对照附图说明本发明的具体实施方式。在图中相同的标号表示相同或结构相似但功能相同的部件，且其中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地描绘了其中的一个，或仅标出了其中的一个。为使图面简洁，图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。本文中“连接”表示直接的“连接”，或是经由第三者的“连接”。

如图1至5所示，一种用于储能装置的离合机构包括一个加载齿轮25、一个驱动齿轮22、一个单向轴承23、一个衬套28以及一个包括齿轮部241和离合部242的齿轮轴24，其中加载齿轮25通过单向轴承23与衬套28可单向转动地同轴连接，而衬套28与离合部242可双向转动地同轴连接。驱动齿轮22与齿轮部241外啮合。齿轮轴24包括数个圆柱体27以及位于齿轮轴24的空腔内的一个推杆21和一个弹性元件20，其中离合部242具有与圆柱体27对应的数个孔244，而圆柱体27位于孔244中。优选地，圆柱体27通过限位件保持在对应的数个孔244中，以防止圆柱体27在齿轮轴24的孔244中沿轴向移动，其中在如图1至9所示的本发明的一种实施方式中使用与圆柱体27配合的键272来限定圆柱体27在孔244中的位置，而在如图10所示的本发明的另一种实施方式中使用保持圈271来限定圆柱体27在孔244中的位置。齿轮部241和离合部242的交界处如图8所示具有齿轮轴连接孔243，例如如图4和5所示的沿轴线对称的两个齿轮轴连接孔243。在本发明中，齿轮部241和离合部242的交界处并非仅指二者的分界线而是也包括靠近分界线的位置。本领域技术人员将理解，圆柱体27的数量可根据要求增加或减少，而不限于图示实施方式中的五个，只要该数量可以满足设计要求。本发明中的“轴向”和“径向”是指离合机构组装完毕后各部件相对于齿轮轴24的轴线的方向。

旋转套筒31具有沿轴向呈螺旋状延伸的两个旋转套筒滑动孔311和312且具有与圆柱体27对应的数个套筒槽313，而衬套28的内壁具有与圆柱体27对应的数个衬套槽281，且优选衬套槽281的形状与圆柱体27的形状相适应，例如套槽281与圆柱体27如图4和图5所示具有相同的弧度，以获得更好的离合效果。如图6和图7所示，两个旋转套筒滑动孔311和312围绕旋转套筒31的轴线中心对称。推杆21包括一个推杆滑动孔211和一个推杆连接孔212并可沿轴向滑动，其中推杆21的一端穿过旋转套筒31并挤压弹性元件20。推杆21通过一个穿过推杆滑动孔211和齿轮轴连接孔243的导向销33连接齿轮轴24并通过一个穿过推杆连接孔212和两个旋转套筒滑动孔311和312的导向销32连接旋转套筒31。驱动齿轮22固定有一个压块26，而压块26可接触推杆21的另一端并推动推杆21沿轴向滑动。

中心对称的旋转套筒滑动孔311和312使得旋转套筒31会在导向销32沿轴向直线运动时发生转动，从而如图4中剖面图B-B所示将圆柱体27抬起并夹紧在旋转套筒31与衬套28之间，或如图5中剖面图B-B所示使圆柱体27进入套筒槽313中以释放旋转套筒31与衬套28。当压块26脱离推杆21时，与推杆21连接的导向销32在弹性元件20的推动下沿轴向滑动，推杆21因其推杆滑动孔211受到与齿轮轴24连接的导向销33的限制而无法与齿轮轴24发生相对转动，故导向销32也只能进行直线运动。此时，呈螺旋状延伸的两个旋转套筒滑动孔311将随着导向销32的直线运动而发生转动并将圆柱体27沿径向往外移动，从而夹紧在旋转套筒31与衬套28之间，直到导向销33到达如图4所示推杆滑动孔211的一个极限位置后，旋转套筒31与推杆21无法继续转动，故衬套28与齿轮轴24也无法发生转动进而被锁紧。当压块26推动推杆21时，与推杆21连接的导向销32在压块26的推动下沿轴向直线运动，使得旋转套筒31发生与压块26脱离推杆21时方向相反的转动，从而使圆柱体27脱离与衬套28的接触进入套筒槽313中，直到导向销33到达如图5所示推杆滑动孔211的另一极限位置后，旋转套筒31与推杆21无法继续转动。此时，旋转套筒31与衬套28可以发生转动，故衬套28与齿轮轴24也可以发生转动进而被解锁。

本领域技术人员还将理解，驱动齿轮22与齿轮部241的传动比可根据动力装置、操动装置和储能装置的各种实际参数相应地进行选择，且旋转套筒滑动孔311和312呈螺旋状延伸的长度和弧度可根据旋转套筒31上套筒槽313的间距而定。本领域技术人员还将理解，虽然在图1至9所示的实施方式中衬套28通过深沟球轴承或滚针轴承29与离合部242可双向转动地同轴连接，但是衬套28也可以通过滑动轴承或者不通过轴承直接连接，还可以如图10所示的实施方式在衬套28沿轴向的两端分别具有一个深沟球轴承或滚针轴承29，而圆柱体27沿轴向位于两个深沟球轴承或滚针轴承29之间。在其两端各设置一个轴承有利于保证齿轮轴与衬套之间的同轴度。图示的加载齿轮25通过单向轴承23与一个衬套28可单向转动地同轴连接。弹性元件20优选为一弹簧，但也可为其他能够接合并挤压推杆21的元件。如图9所示，压块26包括一可与推杆21接触的斜面261，从而利于压块26与推杆21之间的顺畅接触。

根据未示出的一种实施方式，本发明的气体绝缘断路器包括动力装置、操动装置、储能装置以及上述离合机构，其中加载齿轮25与动力装置连接，驱动齿轮22与储能装置连接，而齿轮轴24与操作装置连接。当储能装置积聚的能量释放之后离合机构处于图1和图4所示的锁紧位置，弹性元件20接合推杆21的一端并挤压推杆21，推杆21抵靠在齿轮轴24的空腔的内壁上。在此过程中，导向销32沿轴向滑动。由于旋转套筒31的两个旋转套筒滑动孔311和312呈螺旋状延伸，而导向销32又伸入两个旋转套筒滑动孔311和312内，故旋转套筒31将绕轴线发生转动且圆柱体27如图4中剖视图B-B所示同时接触衬套28的内侧和旋转套筒31的外侧，从而将衬套28和齿轮轴24锁紧，使得二者无法相对转动。这时，使用例如电动机的动力源来转动加载齿轮25将带动齿轮轴24同步转动，进而将动能转化为与驱动齿轮22连接的储能装置内的势能，其中单向轴承23保证了储存的能量在加载过程中不会被释放。同时，驱动齿轮22因与齿轮部241啮合也将同步转动，而压块26由于固定在驱动齿轮22上也将同步转动。当储存能量完成时，压块26转动到图2和图5所示离合机构的解锁位置时，斜面261将推动推杆21，推杆21如图5所示挤压弹性元件20使圆柱体27进入旋转套筒31上的套筒槽313内，从而使得圆柱体27如图5中剖视图B-B所示脱离与衬套28的接触，进而使储能装置能够与加载齿轮25实现机械分离。此时，储存的能量可以进行释放操作。在能量释放过程中，驱动齿轮22与压块26同步转动，驱动齿轮22将带动齿轮轴24转动。当固定在驱动齿轮22上的压块26转过适当角度，压块26将脱离推杆21，此时推杆21在弹性元件20的作用下在适当位置复位。同时，旋转套筒31将发生转动，从而推动圆柱体27重新与衬套28的接触。复位后，齿轮轴24继续转动将带动单向轴承23同轴转动，直到整个能量释放完成，并最终促使操动装置闭合电路。本领域技术人员将理解，压块26固定在驱动齿轮22上的位置及其尺寸可根据设计参数的需要进行选择。本发明离合机构及其气体绝缘断路器以较低的成本实现了在储能完成时动力装置与储能装置之间简便且可靠的机械分离。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施方式描述的，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种用于储能装置的离合机构，包括一个加载齿轮（25）、一个驱动齿轮（22）、一个单向轴承（23）、一个衬套（28）以及一个包括齿轮部（241）和离合部（242）的齿轮轴（24），其中所述加载齿轮（25）通过所述单向轴承（23）与所述衬套（28）可单向转动地同轴连接，所述衬套（28）与所述离合部（242）可双向转动地同轴连接，而所述驱动齿轮（22）与所述齿轮部（241）外啮合；

所述齿轮轴（24）包括数个圆柱体（27）以及位于所述齿轮轴（24）的空腔内的一个推杆（21）、一个旋转套筒（31）和一个弹性元件（20），其中所述离合部（242）具有与所述圆柱体（27）对应的数个孔（244），所述圆柱体（27）位于所述孔（244）中，所述齿轮部（241）和所述离合部（242）的交界处具有齿轮轴连接孔（243）；

所述旋转套筒（31）具有沿轴向呈螺旋状延伸的两个旋转套筒滑动孔（311，312），且具有与所述圆柱体（27）对应的数个套筒槽（313），所述两个旋转套筒滑动孔（311，312）围绕所述旋转套筒（31）的轴线中心对称，所述衬套（28）的内壁具有与所述圆柱体（27）对应的数个衬套槽（281）；

所述推杆（21）包括一个推杆滑动孔（211）和一个推杆连接孔（212）并可沿轴向滑动，其中所述推杆（21）的一端穿过所述旋转套筒（31）并挤压所述弹性元件（20），所述推杆（21）通过一个穿过所述推杆滑动孔（211）和所述齿轮轴连接孔（243）的导向销（33）连接所述齿轮轴（24）并通过另一穿过所述推杆连接孔（212）和所述两个旋转套筒滑动孔（311，312）的导向销（32）连接所述旋转套筒（31）；

所述驱动齿轮（22）固定有一个压块（26），所述压块（26）可接触所述推杆（21）的另一端并推动所述推杆（21）沿轴向滑动；

当所述压块（26）推动所述推杆（21）时，所述圆柱体（27）被释放进而解锁所述衬套（28）和所述齿轮轴（24）；当所述压块（26）脱离所述推杆（21）时，所述圆柱体（27）被夹紧在所述旋转套筒（31）与所述衬套（28）之间进而锁紧所述衬套（28）和所述齿轮轴（24）。

2.如权利要求1所述的离合机构，其中所述衬套（28）通过深沟球轴承或滚针轴承（29）与所述离合部（242）可双向转动地同轴连接。

3.如权利要求1所述的离合机构，其中所述弹性元件（20）为一弹簧。

4.如权利要求1所述的离合机构，其中所述压块（26）包括一可与所述推杆（21）接触的斜面（261）。

5.如权利要求1所述的离合机构，其中所述圆柱体（27）通过限位件（271，272）保持在对应的所述离合部（242）的数个所述孔（244）中。

6.如权利要求1所述的离合机构，其中所述衬套槽（281）的形状与所述圆柱体（27）的形状相适应。

7.如权利要求2所述的离合机构，其中所述衬套（28）沿轴向在其两端分别具有一个所述深沟球轴承或滚针轴承（29），所述圆柱体（27）沿轴向位于所述深沟球轴承或滚针轴承（29）之间。

8.一种气体绝缘断路器，包括动力装置、操动装置、储能装置以及上述任一权利要求所述的离合机构，其中所述加载齿轮（25）与动力装置连接，所述驱动齿轮（22）与储能装置连接，而所述齿轮轴（24）与操动装置连接。