CN105374614A - 一种锁扣系统及断路器操动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锁扣系统及断路器操动机构，锁扣系统包括主拐臂以及电磁铁，主拐臂和电磁铁之间设有至少一级锁闩结构，电磁铁包括静铁芯和动铁芯，静铁芯上缠绕有线圈，动铁芯上连接有复位弹簧，所述动铁芯可相对静铁芯转动，所述动铁芯具有在线圈通电时被静铁芯吸引而使动铁芯朝向静铁芯反向转动的吸附部，所述动铁芯上还设有线圈断电时在复位弹簧的弹性力作用下随动铁芯正向转动并与锁闩结构挡止配合的锁止部。本发明的锁扣系统结构简单，使用方便，可靠性较高。

Description

一种锁扣系统及断路器操动机构

技术领域

本发明涉及一种锁扣系统及断路器操动机构。

背景技术

高压开关断路器在输变电工程中具有广泛的应用。高压开关断路器一般包括弹簧操动机构用于驱动控制断路器分合闸，其中，弹簧操动机构一般设有锁扣系统用于进行储能以在开关分合闸过程中减小电能消耗。

如申请公布号为CN104392867A、申请公布日为2015.03.04的中国发明专利就公开了一种断路器操动机构中的分合闸脱扣装置。该脱扣装置包括拐臂体即主拐臂以及电磁铁，拐臂体和电磁铁之间通过多级减力杠杆即多级锁闩相连，每级减力杠杆包括支撑轴即转动轴、输出力臂即锁闩支臂以及杠杆轴承即滚子，支撑轴均连接有复位弹簧，拐臂体上设有制动杠杆即挚子。脱扣装置在锁扣时，拐臂体在电机驱动下转动并拉伸或压缩储能弹簧，直到转动到储能位置处制动杠杆与一级杠杆上的一级杠杆轴承挡止配合而不能继续转动，此时完成储能；在脱扣时，电磁铁通电，动铁芯输出直线动作并推动末级L型杠杆转动，末级杠杆转动能够依次带动末级杠杆之前的多级杠杆转动，随着一级杠杆的转动，一级杠杆轴承解除对制动杠杆即挚子的挡止，拐臂体就能释放能量并发生转动。

这种脱扣装置的电磁铁为动铁芯发生直线运动的直动撞击式电磁铁，需要一定长度的移动行程，占用的安装空间较大，使用时有空间大小的约束；而且直动撞击式电磁铁的动铁芯需要通过推动末级锁闩转动才能实现储能脱扣，在锁扣状态时还需要通过闭锁安全销对末级锁闩进行锁止限位，零件较多，结构复杂，操作起来十分麻烦；电磁铁的动铁芯通过与末级锁闩之间相互撞击并推动末级锁闩转动，长时间使用会导致电磁铁动铁芯和末级锁闩之间配合不准确，导致整个脱扣装置可靠性降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、功能可靠的锁扣系统，用以解决现有技术的脱扣装置通过直动撞击式电磁铁实现脱扣占用空间大、零件较多、可靠性较低的问题；同时，本发明还提供了一种使用该锁扣系统的断路器操动机构。

为了解决上述技术问题，本发明的锁扣系统采用如下技术方案：一种锁扣系统，包括主拐臂以及电磁铁，主拐臂和电磁铁之间设有至少一级锁闩结构，电磁铁包括静铁芯和动铁芯，静铁芯上缠绕有线圈，动铁芯上连接有复位弹簧，所述动铁芯可相对静铁芯转动，所述动铁芯具有在线圈通电时被静铁芯吸引而使动铁芯朝向静铁芯反向转动的吸附部，所述动铁芯上还设有线圈断电时在复位弹簧的弹性力作用下随动铁芯正向转动并与锁闩结构挡止配合的锁止部。

所述电磁铁还包括与静铁芯相对固定设置的固定座，动铁芯铰接在固定座上，所述静铁芯为具有开口的环形，动铁芯上的吸附部有两个且分别被静铁芯的开口两侧吸引。

动铁芯的转动轴线位于动铁芯中部位置。

动铁芯的两个吸附部分别为设于动铁芯上的外凸弧面，静铁芯的开口两侧分别设有与动铁芯的两个外凸弧面相吻合的内凹弧面。

静铁芯的开口两侧分别为开口上侧和开口下侧，开口上侧位于线圈内，动铁芯对应于开口上侧的一端伸入线圈内。

本发明的断路器操动机构采用如下技术方案：一种断路器操动机构，包括锁扣系统，所述锁扣系统包括主拐臂以及电磁铁，主拐臂和电磁铁之间设有至少一级锁闩结构，电磁铁包括静铁芯和动铁芯，静铁芯上缠绕有线圈，动铁芯上连接有复位弹簧，所述动铁芯可相对静铁芯转动，所述动铁芯具有在线圈通电时被静铁芯吸引而使动铁芯朝向静铁芯反向转动的吸附部，所述动铁芯上还设有在线圈断电时在复位弹簧的弹性力作用下随动铁芯正向转动并与锁闩结构挡止配合的锁止部。

所述电磁铁还包括与静铁芯相对固定设置的固定座，动铁芯铰接在固定座上，所述静铁芯为具有开口的环形，动铁芯上的吸附部有两个且分别被静铁芯的开口两侧吸引。

动铁芯的转动轴线位于动铁芯中部位置。

动铁芯的两个吸附部分别为设于动铁芯上的外凸弧面，静铁芯的开口两侧分别设有与动铁芯的两个外凸弧面相吻合的内凹弧面。

静铁芯的开口两侧分别为开口上侧和开口下侧，开口上侧位于线圈内，动铁芯对应于开口上侧的一端伸入线圈内。

本发明的锁扣系统的电磁铁动铁芯能够相对于静铁芯转动，这样在线圈断电时，动铁芯在复位弹簧的作用力下具有正向转动的趋势，而使动铁芯上的锁止部与锁闩结构挡止配合，实现锁扣；在线圈通电时，静铁芯具有电磁吸引力，静铁芯能够对动铁芯上的吸附部磁力作用而使动铁芯朝向静铁芯反向转动，从而使得锁止部接触对锁闩结构的挡止，实现脱扣。这样通过进行转动运动的动铁芯实现脱扣和锁扣，减小了锁扣系统所需的安装空间；动铁芯的锁止部直接与锁闩结构挡止，起到了现有技术中末级L型杠杆的作用，也就是说本发明的电磁铁的动铁芯实质上同时起到了现有技术中的动铁芯和末级杠杆的作用，是两者的集成，这样简化了锁扣系统的结构，提高了整体的反应速度，同时避免了现有技术中采用直动撞击式电磁铁长时间使用造成可靠性降低的问题。

进一步地，静铁芯为具有开口的环形，动铁芯上的吸附部有两个且分别被静铁芯的开口两侧吸引，在静铁芯产生磁力时能够对动铁芯的两个吸附部同时产生磁力，提高了动铁芯的响应速度。

进一步地，动铁芯的转动轴线位于动铁芯中部位置，这样减小了动铁芯的转矩，不需要消耗太大的电能就能够驱动动铁芯转动，降低电能消耗。

进一步地，通过在静铁芯开口两侧以及动铁芯的两个吸附部分别设置弧面，能够通过对磁场的改变促进动铁芯朝向静铁芯转动，减短了电磁铁的反应时间。

附图说明

图1为本发明的锁扣系统的实施例一锁扣状态的结构示意图；

图2为本发明的锁扣系统的实施例一脱扣状态的结构示意图；

图3为图1中电磁铁的结构示意图；

图4为图3中动铁芯的结构示意图。

具体实施方式

本发明的断路器操动机构的实施例一：包括用于储能脱扣的锁扣系统。锁扣系统的结构如图1-2所示，包括主拐臂18以及电磁铁，主拐臂18和电磁铁之间设有锁闩结构。主拐臂18固定连接在开关拉杆20上，并能随开关拉杆20转动。主拐臂18上通过铰接轴16铰接有挚子15，主拐臂18上还设有用于提供给挚子15顺时针转动的扭簧17。其中挚子15上设有腰形孔14，主拐臂18上还设有伸入腰形孔14中以对挚子15的转动角度进行限制的限制销19。在开关拉杆20在驱动电机的作用下逆时针转动时，储能弹簧被拉伸或压缩并进行储能，储能完成后，开关拉杆20上设置的主拐臂18通过挚子15与锁闩结构挡止配合而不能继续转动，实现储能锁扣；在需要开关拉杆20逆时针转动时，电磁铁通电，锁闩结构转动并解除对主拐臂18上的挚子15的挡止，主拐臂18在储能弹簧的弹性作用力下逆时针转动，实现脱扣。

其中，电磁铁的结构如图3-4所示，包括静铁芯12和动铁芯11，静铁芯12上缠绕有线圈15，动铁芯11上连接有复位弹簧10。动铁芯11可相对静铁芯12转动，动铁芯11上具有吸附部，在线圈15通电时静铁芯12产生电磁力并吸引动铁芯11上的吸附部驱使动铁芯11朝向静铁芯12反向转动即逆时针转动。这样动铁芯11不再对锁闩结构进行挡止，锁闩结构在挚子提供的反向转动作用力下逆时针转动并解除对挚子的挡止。

本实施例中，电磁铁的静铁芯12为具有开口的环形结构。为了降低静铁芯12的加工难度，静铁芯12由两块拼接而成。当然，在其他实施例中，静铁芯12可以一体成型，也可以由三块以上拼接而成。电磁铁还包括与静铁芯12相对固定设置的固定座，动铁芯11通过转轴13铰接在固定座上，且转轴13位于动铁芯11的中部位置，这样在动铁芯11的体积大小一定的情况下，转动时的力臂等于二分之一的动铁芯长度，转矩较小，在动铁芯11被静铁芯12的电磁力吸引而转动时，消耗的电流较小。优选地，为了减小电磁铁的整体体积、简化动铁芯11的结构，动铁芯11的转轴13位于静铁芯12的开口之间，且与环形静铁芯12的轴线平行。动铁芯11的吸附部有两个且分别为动铁芯11的两端，动铁芯11的两个吸附部分别被静铁芯12的开口两侧所吸引。

提供给动铁芯11朝向正向方向转动即顺时针方向转动的弹性力的复位弹簧10一端固定在固定座上，另一端连接在动铁芯11的一端。在线圈15通电时，静铁芯12产生电磁力并吸引动铁芯11的吸附部使动铁芯11反向转动，即向减小气隙的方向转动，也就是逆时针转动，动铁芯11反向转动到两端吸附部分别与静铁芯12的开口两侧相接处停止。在线圈15断电时，静铁芯12的电磁力消失而不对动铁芯11有作用力，此时在复位弹簧10的作用下，动铁芯11正向转动，即顺时针转动。这样就实现了在线圈15通电、断电时，动铁芯11的正反往复转动。本实施例中，复位弹簧10为一端连接在固定座上，一端连接在动铁芯上的拉簧，在其他实施例中，复位弹簧也可以为扭簧。

本实施例中，为了保证在动铁芯11被静铁芯12吸附而逆时针转动时能够与静铁芯12完全吻合，同时避免动、静铁芯接触瞬间的冲击力过大，动铁芯11的两个吸附部分别为设于动铁芯两端的外凸弧面110、111，相应地，静铁芯12的开口两侧分别对应于外凸弧面110、111设有内凹弧面120、121，这样动铁芯11在电磁作用力的作用下反向转动时，能够稳定地与静铁芯抵接。此外，静铁芯上的内凹弧面120、121的圆心位于转轴13的一侧，且均朝向动铁芯转动而来的方向偏斜，这种弧面设计也能够通过对磁场的改变促进动铁芯朝向静铁芯转动，减短了电磁铁的反应时间。当然，在其他实施例中，动铁芯的长度可以小于静铁芯12开口的宽度，也就是说，在动铁芯11逆时针转动到稳定位置时，两端吸附部不会与静铁芯12抵接而与静铁芯12开口两侧之间存在一定间隙。

本实施例中，定义静铁芯12的开口两侧分别为开口上侧和开口下侧，则开口上侧位于线圈15的中心孔内，相应地，动铁芯11的用于与开口上侧接触的吸附端伸入线圈15的中心孔内。这样就限制在受复位弹簧的弹性力而正向转动即顺时针转动时的转动角度，避免动铁芯11正向转动的角度大于90°而导致在线圈通电时，动铁芯继续朝正向转动。

动铁芯11上还设有与锁闩结构挡止配合的锁止部，线圈断电时，在复位弹簧10的弹性力作用下动铁芯11正向转动即顺时针转动并通过锁止部与锁闩结构挡止配合。

本实施例中，锁闩结构有三级，定义其分别为一级锁闩结构、二级锁闩结构、三级锁闩结构。一级锁闩结构包括固定在一级转轴上的一级锁闩2，一级锁闩2上设有用于与挚子15挡止配合的一级挡止销4以及一级限位销5，一级锁闩2的一侧还设有用于限制其顺时针转动最远距离的一级限位轴1，一级锁闩结构还包括套设在一级转轴上的用于提供给一级锁闩2顺时针方向转动的弹性力的一级扭簧3；二级锁闩结构包括固定在二级转轴上的二级锁闩7，二级锁闩7具有与一级限位销5挡止配合延伸部以及二级限位销9，二级锁闩7的一侧还设有用于限制其顺时针转动最远距离的二级限位轴6，二级锁闩结构还包括套设在二级转轴上的用于提供给二级锁闩7顺时针方向转动的弹性力的二级扭簧8。

本发明的主要改进在于三级锁闩结构。本发明的断路器操动机构将三级锁闩集成在电磁铁的动铁芯上，也就是说，电磁铁的动铁芯11起到三级锁闩的作用。如上述，动铁芯11上设有与锁闩结构挡止配合的锁止部，即指与二级锁闩7上的二级限位销9挡止配合的锁止部，锁止部为图4中112所指，转轴13起到锁闩转轴的作用，复位弹簧10起到锁闩结构中扭簧的作用，动铁芯11的上端伸入线圈内孔中以使线圈内孔壁能够对动铁芯的转动角度进行限位，起到锁闩结构中限位轴的作用。这样电磁铁的动铁芯11在线圈通断电时能够正反向往复转动恰恰为了实现锁闩结构的作用和功能。这样从结构上来说三级锁闩结构中的其中一级锁闩结构由电磁铁的动铁芯代替，简化了整个锁扣系统的结构，降低装配难度，同时直接通过动铁芯与锁闩结构挡止配合也保证了锁扣系统的可靠性。

本发明的断路器操动机构中的锁扣系统为等待式锁扣系统，即在脱扣完成后，线圈即时断电，一级锁闩、二级锁闩以及动铁芯在弹簧的作用力下顺时针转动到最远位置处静止不动并实现相互挡止，等待对主拐臂上的挚子进行下一次挡止，在下一次储能过程中只有储能零部件运动，也提高了储能锁扣的可靠性。

另外，需要补充说明的是，本实施例中所有转动件的转轴轴线均平行，锁止部112、二级锁闩7的用于与一级限位销5配合的挡止配合面以及挚子15用于与一级挡止销4配合的挡止配合面均为弧形，这样在锁止部112与二级限位销9、二级锁闩7与一级限位销5以及一级挡止销4与挚子15发生相对转动时，两个零部件的力臂不会在相对转动过程中发生变化，保证了整个过程运动的稳定性和可靠性。本实施例中的腰形孔14是为了在锁扣状态下，主拐臂18需要顺时针转动时，挚子15能够逆时针转动一定角度一进行让位，避免挚子15和一级挡止销4之间卡死。

本发明的断路器操动机构的实施例二：与实施例一的不同之处在于，静铁芯为具有开口的环形，动铁芯为具有第一边和第二边的L型，并通过L型的弯折点转动装配在静铁芯上，在线圈通电时动铁芯的第一边朝向将静铁芯的开口封闭的方向转动，此时，动铁芯上的吸附部只有一个且为动铁芯的第一边端部，第二边用于与锁闩结构挡止配合，且锁止部设于第二边的端部。

本发明的断路器操动机构的实施例三：与实施例一的不同之处在于，静铁芯充满线圈内孔，动铁芯位于线圈外，固定座上设有对动铁芯在顺时针方向转动时进行限位的限位件。

本发明的断路器操动机构的实施例四：与实施例一的不同之处在于，动铁芯的转轴两侧长度不同。

本发明的断路器操动机构结构简单，零部件较少，使用方便，可靠性高。通过电磁铁的动铁芯代替其中一级锁闩结构，即起到了多级锁闩结构减力的作用，也使得整体结构简化，降低了生产成本和装配难度。

本发明的锁扣系统的实施例：如图1-2所示，其具体结构与上述断路器操动机构实施例中的锁扣系统结构相同，此处不再赘述。

Claims (10)

1.一种锁扣系统，包括主拐臂以及电磁铁，主拐臂和电磁铁之间设有至少一级锁闩结构，电磁铁包括静铁芯和动铁芯，静铁芯上缠绕有线圈，动铁芯上连接有复位弹簧，其特征在于，所述动铁芯可相对静铁芯转动，所述动铁芯具有在线圈通电时被静铁芯吸引而使动铁芯朝向静铁芯反向转动的吸附部，所述动铁芯上还设有线圈断电时在复位弹簧的弹性力作用下随动铁芯正向转动并与锁闩结构挡止配合的锁止部。

2.根据权利要求1所述的锁扣系统，其特征在于，所述电磁铁还包括与静铁芯相对固定设置的固定座，动铁芯铰接在固定座上，所述静铁芯为具有开口的环形，动铁芯上的吸附部有两个且分别被静铁芯的开口两侧吸引。

3.根据权利要求2所述的锁扣系统，其特征在于，动铁芯的转动轴线位于动铁芯中部位置。

4.根据权利要求2所述的锁扣系统，其特征在于，动铁芯的两个吸附部分别为设于动铁芯两端的外凸弧面，静铁芯的开口两侧分别设有与动铁芯的两个外凸弧面相吻合的内凹弧面。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的锁扣系统，其特征在于，静铁芯的开口两侧分别为开口上侧和开口下侧，开口上侧位于线圈内，动铁芯对应于开口上侧的一端伸入线圈内。

6.一种断路器操动机构，包括锁扣系统，所述锁扣系统包括主拐臂以及电磁铁，主拐臂和电磁铁之间设有至少一级锁闩结构，电磁铁包括静铁芯和动铁芯，静铁芯上缠绕有线圈，动铁芯上连接有复位弹簧，其特征在于，所述动铁芯可相对静铁芯转动，所述动铁芯具有在线圈通电时被静铁芯吸引而使动铁芯朝向静铁芯反向转动的吸附部，所述动铁芯上还设有在线圈断电时在复位弹簧的弹性力作用下随动铁芯正向转动并与锁闩结构挡止配合的锁止部。

7.根据权利要求6所述的断路器操动机构，其特征在于，所述电磁铁还包括与静铁芯相对固定设置的固定座，动铁芯铰接在固定座上，所述静铁芯为具有开口的环形，动铁芯上的吸附部有两个且分别被静铁芯的开口两侧吸引。

8.根据权利要求7所述的断路器操动机构，其特征在于，动铁芯的转动轴线位于动铁芯中部位置。

9.根据权利要求7所述的断路器操动机构，其特征在于，动铁芯的两个吸附部分别为设于动铁芯两端的外凸弧面，静铁芯的开口两侧分别设有与动铁芯的两个外凸弧面相吻合的内凹弧面。

10.根据权利要求6-9任意一项所述的断路器操动机构，其特征在于，静铁芯的开口两侧分别为开口上侧和开口下侧，开口上侧位于线圈内，动铁芯对应于开口上侧的一端伸入线圈内。