CN105097314A - 一种用于智能电能表的内置负荷开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于智能电能表的内置负荷开关，其特征是：在一种绝缘材料制成的底座和上盖中，设置有一种微型永磁直流电机，一种两级传动减速机构，一种C形弹性连接片和双触点接触系统。当智能电能表发出脉冲时，所述电机产生正转或反转，通过两级减速后，将旋转运动转变为直线运动，实现双触点的接通或断开功能，并在反向脉冲到来之前保持在这个位置。由于外部恒定磁场的干扰无法使所述电机发生转动，因此触点的状态不会改变，另外所述电机的运动是匀速运动且推力大，通过扇形齿轮设置的打滑位置使得触点闭合后具有大压力和不产生回跳，使接触电阻小而稳定，从而保证了智能电能表用内置负荷开关使用的安全性和可靠性。

Description

一种用于智能电能表的内置负荷开关

技术领域

本发明专利涉及一种负荷开关，尤其是用在智能电能表中作为接通或断开负载的内置负荷开关。

背景技术

负荷开关是智能电能表中的关键元器件，按国家电网公司标准的要求，内置负荷开关除了应满足额定负载包括过载的规定通断次数和长期承载、以及承受和切换规定的故障电流和短路电流外，还需要满足智能电能表新的功能需求，特别是抗恒定磁场干扰、电寿命过程中保持低而稳定的接触电阻和温升以及承受和切换故障电流和短路电流应满足IEC62055-31：2005标准中负载类型UC2的要求。

目前现有的智能电能表使用的内置负荷开关大都采用的是磁保持继电器，磁保持继电器是电磁继电器中的一种，其特征是内部除设置有电磁磁路外，还设置有一种永磁磁路，当需要触点动作时以脉冲激励线圈，电磁磁路与永磁磁路的磁通量叠加，所产生的吸力克服继电器动簧片产生的反力，通过绝缘推杆带动接触动簧片动作，动作结束后可由永久磁路使触点保持在激励后的状态，此时即使线圈取消激励，触点也不会改变状态，就是所谓的磁保持，可节能。

由于磁保持继电器本身的特性，用在智能电能表中时存在以下问题：

1、由于磁保持继电器是依靠电磁磁路和永磁磁路与反力的配合来实现动作的，因此外部强磁场的干扰可能导致继电器磁路的配合失调，从而导致误动作或不动作，从基本原理上讲磁保持继电器无法抵抗外部强磁场干扰。改进措施通常是添加磁短路装置即导磁材料制成的外罩，使外部强磁场不进入或少进入继电器内部，以达到抵抗外部强磁场的作用。这样做既增加了制造成本，而且抗磁强度是有限可达200mT，不能从根本是解决抵抗外部强磁场的问题。

2、磁保持继电器的触点动作是一种加速运动，触点接触时会产生很大的碰撞，导致触点接触后产生回跳，由于回跳的距离很短，在大电流下会产生很大的电弧并持弧不断，弧区中心温度可达上千度以上，这会使触点表面分子迅速升华，加剧触点的磨损，同时使继电器触点的温升升高，回跳对触点寿命和接触电阻的影响是很大的，磁保持继电器可以从结构上改进以减少触点回跳，但很难根本消除，因此给触点接触可靠性带来隐患。

3、磁保持继电器动作时，电磁磁路和永磁磁路都会起作用，两种磁路的磁通量需要与反力配合才能正常工作，由于体积的限制，电磁磁路产生的吸力是有限的，导致触点压力不能太大，一般为300克，否则继电器无法动作，永磁磁路对触点状态的保持力也不能太大，因而接触电阻会比较大；另外，触点压力一部分是来自于弹性动簧片的预变形，在寿命期间温升和疲劳会使簧片预变形会随着动作次数的增加而逐渐变小，导致触点压力逐渐变小，因而接触电阻变大且不稳定，而温升提高又会进一步导致持弧时间延长，从而形成恶性循环，最终使触点烧蚀粘结，造成失效。另一方面要达到满足IEC62055-31：2005标准中负载类型UC2的要求，必须加大触点压力，以抵抗大电流下触点之间产生的电动斥力。

发明内容

为了克服磁保持继电器作为负荷开关用于智能电能表中所出现在抗恒定磁场干扰方面、触点接触后产生回跳方面、接触电阻大且电寿命期间不稳定和触点压力小方面的不足，本发明提供了一种用于智能电能表的内置负荷开关。

本发明所采用的技术方案是：采用一种微型永磁直流电机作为驱动动力，通过设置的蜗杆与蜗轮和直齿齿轮与扇形齿轮所构成的两级减速机构以及设置的C形弹性连接片，将所述微型永磁直流电机产生的转动力矩转变为动簧片组的运动动能，驱使动簧片组上设置的双动触点与对应位置设置的静簧片上的双静触点完成合闸或分闸动作。

当智能电能表发出正向脉冲或反响脉冲驱动时，所述微型永磁直流电机产生正转或反转，通过所述两级减速机构减速后，带动所述扇形齿轮在设置的角度内转动，设置在所述扇形齿轮上的连接柱与动簧片组弹性连接并可相对转动，从而将转动转变为了动簧片的摆动，进而带动设置在动簧片上的双动触点与相对应位置静簧片上的双静触点实现接通或断开负载的目的，智能电能表发出脉冲后到下一次发出脉冲前，双动触点和双静触点保持前次脉冲驱动后的状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在保持原有负荷开关脉冲驱动和动作后保持触点状态的节能技术前提下，提高抗恒定磁场干扰能力一倍，消除了触点回跳现象，增大触点压力，接触电阻小而且稳定不变，从而保证了智能电能表用内置负荷开关的安全性和可靠性。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图中，1.上盖，2.动簧片组，3.分流片，4.静簧片，5.双静触点，6.双动触点，7.C形弹性连接片，8.扇形齿轮，9.转轴定位块，10.转轴，11.蜗轮齿轮副，12.底座，13.蜗杆，14.静簧引出片，15.微型永磁直流电机，16.动簧引出片，17.小弓片，18.中弓片，19.大弓片。

图1为本发明实施例的原理结构示意图

图2为微型永磁直流电机传动和两级减速机构示意图

图3为双动触点和动簧片组结构示意图

图4为扇形齿轮打滑机构分闸位置结构示意图

图5为扇形齿轮打滑机构合闸位置结构示意图

具体实施方式

在图1中，在一种绝缘材料制成的封闭底座12和上盖1中，设置有一种微型永磁直流电机15，一种两级传动减速机构，一种C形弹性连接片7和双触点接触系统，其中所述微型永磁直流电机15的转轴上以过盈配合方式安装有一种蜗杆13，所述两级传动减速机构由所述蜗杆13、所述蜗轮齿轮副11、所述扇形齿轮8、所述转轴10和转轴定位块9构成，其中所述蜗轮齿轮副11由蜗轮和直齿齿轮构成，所述两级传动减速机构的第一级减速由所述蜗杆13和所述蜗轮齿轮副11中的蜗轮构成，第二级减速由所述蜗轮齿轮副11中的直齿齿轮和所述扇形齿轮8构成，所述双触点接触系统由所述双动触点6、动簧片组2、动簧引出片19、双静触点5、静簧片4、分流片3和静簧引出片14组成，所述蜗杆13与所述蜗轮齿轮副11的蜗轮啮合，所述蜗轮齿轮副11的直齿齿轮与带有向上延伸的连接柱的所述扇形齿轮8啮合，所述蜗轮齿轮副11和所述扇形齿轮8的径向中心设置有轴孔，对应的轴孔位置设置有所述转轴10，所述转轴10的一端固定在所述底座12上，所述转轴10的另一端固定一种U形转轴定位块9的对应孔中，所述转轴定位块9安装于所述底座12上，所述转轴10与所述涡轮齿轮副11和所述扇形齿轮8的轴孔设置为动配合，所述扇形齿轮8的连接柱与一种C形弹性连接片7的一端机械连接，所述C形弹性连接片7部分包裹所述扇形齿轮8的连接柱并可以相对转动，所述C形连接弹性片7的另一端通过设置的双动触点6与设置的动簧片组2的一端机械连接，所述动簧片组2的另一端与固定在所述底座12中的动簧引出端16的一端电气并机械连接，所述动簧引出端16的另一端延伸至所述底座12外面构成一个负载连接端，所述动簧引出端16在负载连接的位置设置有安装园孔，所述双动触点6在所述动簧片组2的一端呈上下并左右分开排列，在所述双动触点6的相对面位置设置有所述双静触点5，所述双静触点5固定在所述静簧片4的一端上，所述静簧片4的另一端向上延伸到所述上盖1的外面并继续沿所述动簧引出片16的平行方向延伸并与所述分流片3的一端电气并机械连接，所述静簧片4固定在所述底座12的相应位置，所述分流片3的另一端与所述静簧引出片14的一端电气并机械连接，所述静簧引出片14的另一端延伸至所述底座12外面构成另一个负载连接端，所述静簧引出片14在负载连接的位置设置有安装椭圆孔。

在图1中，当智能电能表发出正向脉冲或反响脉冲驱动时，所述微型永磁直流电机15对应产生正转或反转，通过由所述蜗杆13与蜗轮齿轮副11上的蜗轮和所述蜗轮齿轮副11上的直齿齿轮构成的所述两级减速机构减速后，带动所述扇形齿轮8在设置的角度内转动，设置在所述扇形齿轮8上的连接柱与动簧片组2弹性连接并可相对转动，从而将旋转运动转变为了动簧片组2的摆动，进而带动设置在动簧片组2上的双动触点6与相对应位置静簧片4上的双静触点5实现接通或断开负载，智能电能表发出脉冲后到下一次发出反向脉冲前，双动触点6和双静触点5保持前次脉冲驱动后的状态。

在图2中，所述微型永磁直流电机15安装于所述底座12的相应位置上，所述微型永磁直流电机15的轴上以过盈配合方式安装有一种蜗杆13，在所述蜗杆13的上方一侧设置有两个转轴10，所述转轴10安装于底座12和所述转轴定位块9之间，所述两个转轴平行于外形长度方向排列在一条线上，所述转轴之一安装有蜗轮齿轮副11，另一个所述转轴安装所述扇形齿轮8，所述蜗杆13与所述蜗轮齿轮副11上的蜗轮啮合，所述蜗轮齿轮副11上的直齿齿轮与所述扇形齿轮8啮合，所述蜗杆13与所述蜗轮齿轮副11上的蜗轮以及所述蜗轮齿轮副11上的直齿齿轮与所述扇形齿轮8构成所述两级减速机构。

在图2中，所述扇形齿轮8设置有向上延伸的连接柱，所述扇形齿轮8的连接柱与所述C形弹性连接片7的一端机械连接，所述C形弹性连接片7部分包裹所述扇形齿轮8的连接柱并可以相对转动，所述C形连接弹性片7的另一端通过设置的所述双动触点6与设置的所述动簧片组2的一端机械连接，当所述所述扇形齿轮8发生转动时，通过所述C形连接弹性片7的连接可以转变为所述动簧片组2的上下摆动，以完成所述双动触点6和所述双静触点5的接通或断开。

在图3中，所述动簧片组2是由三片设置有弓形的簧片组成，自下而上分别为小弓片17、中弓片18和大弓片19，所述小弓片17、所述中弓片18和所述大弓片19的一端由所述双动触点6电气并机械连接在一起，所述小弓片17、所述中弓片18和所述大弓片19的另一端与所述动簧引出端16电气并机械连接，所述动簧片组2在与所述双动触点6电气并机械连接的一端设置有所述C形弹性连接片7，所述C形弹性连接片7的一端通过所述双动触点电气并机械连接所述动簧片组2，所述C形连接弹性片7的另一端设置有圆环状可以包裹所述扇形齿轮8的连接柱并可以相对转动，所述C形连接弹性片7也可以与所述小弓片17或所述中弓片18或所述大弓片19设置成同一个零件；所述双动触点6被设置上下并左右分开排列。

在图4和图5中，所述扇形齿轮8的齿轮部分设置在扇形的中间位置，所述齿轮部分沿圆弧方向的两端分别设置有齿根圆直径大小的圆弧部分，当所述涡轮齿轮副11上面的直齿齿轮转动到所述齿根圆直径大小的圆弧部分时，便会发生打滑，此时无论所述涡轮齿轮副11继续顺时针或逆时针转动，所述扇形齿轮8的位置总是停留在打滑位置。

所述微型永磁直流电机15在电能表的正向或反向脉冲驱动下，通过所述两级减速机构后，可将旋转运动转变为所述动簧片组2的摆动，以实现在脉冲驱动下触点的接通或断开功能，并在下一个反向脉冲到来之前保持在这个位置，如果驱动脉冲按原有脉冲方向继续驱动，所述蜗轮齿轮副11上的直齿齿轮也将停留在所述扇形齿轮8的齿根圆部分产生打滑，只有当反响脉冲到来时，所述微型永磁直流电机15的反向转动才能使触点位置变化，外部恒定磁场的干扰很难使所述微型永磁直流电机15发生旋转运动，因此触点的状态就不会改变，所述微型永磁直流电机15的运动是匀速运动且推力大，通过所述扇形齿轮8设置的打滑位置使得触点闭合后具有大压力并不产生回跳，使接触电阻小而稳定，从而保证了智能电能表用内置负荷开关的安全性和可靠性。

Claims (11)

1.一种用于智能电能表的内置负荷开关，其特征是：在一种绝缘材料制成的封闭底座和上盖中，设置有一种微型永磁直流电机，一种两级传动减速机构，一种C形弹性连接片和双触点接触系统，其中所述微型永磁直流电机轴上安装有蜗杆，所述两级传动减速机构由所述蜗杆、一种蜗轮齿轮副、扇形齿轮、一种转轴和定位块构成，其中所述蜗轮齿轮副由一种蜗轮和直齿齿轮构成，所述两级传动减速机构的第一级减速由所述蜗杆和所述蜗轮齿轮副中的蜗轮构成，第二级减速由所述蜗轮齿轮副中的直齿齿轮和所述扇形齿轮构成，所述接触系统由一种双动触点、一种动簧片组、一种动簧引出片、一种双静触点、一种静簧片、一种分流片和静簧引出端，所述扇形齿轮上设置有向上延伸的连接柱，所述扇形齿轮上的连接柱与C形弹性连接片的一端机械连接，所述C形弹性连接片的一部分包裹所述扇形齿轮的连接柱并可以相对转动，所述C形连接弹性片的另一端通过所述双动触点与所述动簧片组的一端机械连接，所述动簧片组的另一端与所述动簧引出端的一端电气并机械连接，所述动簧引出端的另一端延伸至所述底座外面构成一个负载连接端，所述双动触点在所述动簧片组上呈上下并左右分开排列，所述双动触点的相对位置设置有所述双静触点，所述双静触点固定在所述静簧片的一端上，所述静簧片的另一端向上延伸到所述上盖的外面并继续沿所述动簧引出片的平行方向延伸并与所述分流片的一端电气并机械连接，所述分流片的另一端与所述静簧引出片的一端电气并机械连接，所述静簧引出片的另一端延伸至所述底座外面构成另一个负载连接端。

2.如权利要求1所述用于智能电能表的负荷开关，其特征是：当智能电能表发出正向脉冲或反响脉冲驱动时，所述微型永磁直流电机产生相应的正转或反转，通过所述蜗杆与所述蜗轮齿轮副以及所述扇形齿轮构成的两级减速后，传递给所述C形弹性连接片，通过设置在所述扇形齿轮上的连接柱与所述动簧片组弹性连接并可相对转动，使所述动簧片组做上下摆动，从而带动设置在动簧片上的双动触点与相对应位置的双静触点实现接通或断开负载，并通过所述动簧引出端和所述静簧片、所述分流片、所述静簧引出端向外引出连接负载。

3.如权利要求1所述用于智能电能表的负荷开关，其特征是：所述蜗轮的转轴与所述扇形齿轮的转轴位于蜗杆的同一侧并平行于外形长度方向排列在一条线上。

4.如权利要求1所述用于智能电能表的负荷开关，其特征是：所述转轴和定位块可以是金属材料，也可以是非金属材料，所述转轴可以是独立的零件，也可以与所述蜗轮齿轮副或扇形齿轮构成为一体。

5.如权利要求1所述用于智能电能表的负荷开关，其特征是：所述蜗杆、蜗轮齿轮副、扇形齿轮可以全部或部分是非金属材料，也可以是全部或部分是金属材料。

6.如权利要求1所述用于智能电能表的负荷开关，其特征是：所述扇形齿轮的齿轮部分设置在扇形的中间位置，所述齿轮部分沿圆弧方向的两端分别设置有齿根圆直径大小的圆弧部分，当所述涡轮齿轮副上面的直齿齿轮转动到所述齿根圆直径大小的圆弧部分时，便会发生打滑，所述扇形齿轮的所述齿轮部分与所述齿根圆部分的布置可以是对称性的，也可以是非对称性的。

7.如权利要求1所述用于智能电能表的负荷开关，其特征是：所述动簧片组是由三片设置有弓形的簧片组成，所述三片有弓形的簧片的全部或部分可以是同一种金属材料，也可以是不同种的金属材料。

8.如权利要求1所述用于智能电能表的负荷开关，其特征是：所述C形弹性连接片是由弹性材料制成，所述C形弹性连接片可以是单独的零件并通过所述双动触点与所述动簧片组连接，也可以与所述三片有弓形的簧片之一设置成为一个零件并通过所述双动触点与所述动簧片组连接。

9.如权利要求1所述用于智能电能表的负荷开关，其特征是：所述动簧片组上可以设置为双动触点并呈上下并左右分开排列，也可以设置为单动触点，所述双动触点或单动触点的相对位置对应设置有固定在所述静簧片上的双静触点或单静触点。

10.如权利要求1所述用于智能电能表的负荷开关，其特征是：所述静簧片向上延伸到所述上盖的外面并继续沿所述动簧引出片的平行方向延伸并与一种分流片的一端电气并机械连接，所述分流片的另一端与所述静簧引出片的一端电气并机械连接，所述静簧引出片的另一端延伸至所述底座外面构成另一个负载连接端，所述分流片为锰铜材料。

11.如权利要求1所述用于智能电能表的负荷开关，其特征是：所述上盖可以是一个整体零件，也可以是由两个零件组合而成。