CN106710983A - 一种低压断路器的操作机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低压断路器的操作机构，包括一对平行间隔设置的侧板、储能杠杆、储能轴、储能凸轮、储能弹簧、主轴、悬臂及连杆组件，连杆组件包括第一连杆、第二连杆与第三连杆，本发明通过增加第一连杆的孔距，或增加第三连杆的孔距，或同时增加第一连杆与第三连杆的孔距使得悬臂从断开位置到合闸位置的旋转角度β在54°‑58°。与现有技术相比，本发明通过增加第一连杆与第三连杆的孔距之和，使得悬臂从断开位置到合闸位置的旋转角度β增加到54°‑58°，解决了行业内由于机构旋转角度不足所产生的缺陷，在不减小开距的前提下，改善了断路器合闸后动、静触头的超程，对提升极限短路分断能力，运行短路分断能力和短时短路耐受电流能力，起到关键作用。

Description

一种低压断路器的操作机构

技术领域

本发明专利属于低压电器技术领域，尤其是涉及一种低压断路器的操作机构。

背景技术

低压断路器是一种配电系统中的保护设备。低压断路器内部设有操作机构，用于带动动触头、静触头的合分，从而实现低压断路器对电路的保护功能。低压断路器操作机构包括储能杠杆组件、连杆组件、储能弹簧、储能装置。首先，储能装置带动储能杠杆组件运动，使其压缩储能弹簧完成储能。储能完成后当需要释能合闸时，储能杠杆组件将操作机构中储能弹簧的能量传递给连杆组件，连杆组件再传递给动触头完成合闸。操作机构通过上述储能组件和连杆组件将储能弹簧的机械能转化为动触头合闸时所需的动能，从而实现动触头、静触头的合闸，完成对主电路的接通。

市面上低压断路器操作机构的主轴旋转角度≤50°，由于操作机构的主轴旋转角度不足，造成动触头、静触头合闸后的超程偏小。经过日常测试以及使用中造成的动触头、静触头银点的损耗，很快就达到了断路器使用的极限标准，降低低压断路器的使用寿命，甚至由于动触头、静触头超程小和触头压力不够，导致断路器的接触电阻过大，温升严重过高，造成断路器无法正常使用，整个配电系统瘫痪造成严重的损失。

中国专利CN201556540U公布了一种断路器操作机构的储能装置，断路器操作机构包括一对侧板，侧板的安装平面设为平面U，储能装置包括储能凸轮组件、储能杠杆、弹簧组件、滚子，储能杠杆的回转中心A与储能凸轮组件的回转中心B之间的连线所在平面设为平面V，平面V与平面U垂直，特点是：回转中心A和回转中心B的连线与平面V中任何一条垂直于平面U的直线L形成夹角α，且夹角α的度数为大于零而小于40度。其通过回转中心A和回转中心B的连线相对于平面V中任何一条垂直于平面U的直线L偏转一定角度α来增加弹簧组件的行程，增大弹簧组件的压缩空间，因此在不增大机构体积的情况下能有效增加储能装置的能量，从而可提高断路器合闸所需要的能量，进而保证操作机构动作的可靠性；同时，使得弹簧组件具有更大的空间进行优化设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低压断路器的操作机构，以改变断路器操作机构主轴的旋转角度，在不减小断路器开距的前提下增加断路器合闸后动触头、静触头的超程，大大改善断路器的使用寿命以及使用的可靠性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种低压断路器的操作机构，包括一对平行间隔设置的侧板、储能杠杆、储能轴、储能凸轮、储能弹簧、主轴、悬臂及连杆组件，

储能杠杆通过杠杆转动轴铰接在侧板上，储能杠杆能够随杠杆转动轴转动，储能杠杆上设有第一固定轴与第二滚子，

储能轴转动连接在侧板上，

储能凸轮固定连接在储能轴上，随储能轴转动，储能凸轮作为储能装置，储能凸轮用于与第二滚子接触，以通过推动第二滚子带动储能杠杆绕杠杆转动轴转动，在储能凸轮上固定有第一滚子；

储能弹簧一头固定在储能杠杆上，另一头固定在机架上；

主轴转动连接在侧板上，

悬臂固定连接在主轴上，随主轴转动，

连杆组件包括第一连杆、第二连杆与第三连杆，所述的第二连杆中部安装在储能轴上，随储能轴转动，所述的第一连杆与第二连杆通过第一连接轴铰接，所述的第三连杆一端与第一连杆通过第二连接轴铰接，另一端与悬臂通过第三连接轴铰接；

本发明特征在于，悬臂从断开位置到合闸位置的旋转角度为β，且54°≤β≤58°。

本发明，增加第一连杆上分别用于插入第一连接轴、第二连接轴的两个孔之间的孔距(以下直接简称孔距)，或增加第三连杆上分别用于插入第二连接轴、第三连接轴两个孔之间的孔距(以下直接简称孔距)，或同时增加第一连杆上分别用于插入第一连接轴、第二连接轴的两个孔之间的孔距和第三连杆上分别用于插入第二连接轴、第三连接轴两个孔之间的孔距，使得54°≤β≤58°。

本发明的发明构思如下：

设第一连杆的孔距为c，第三连杆的孔距为d，悬臂的长度为e，第一连杆与第三连杆之间的夹角为α，悬臂从断开位置到合闸位置的旋转角度为β，第一连接轴到主轴之间的水平距离为X，竖直距离为Y。

利用四连杆机构的特点，悬臂的旋转角度是以第一连接轴与主轴之间连线为角平分线的旋转，所以设悬臂与第一连接轴与主轴之间连线的夹角为γ，利用余弦定理：

利用三角函数：

旋转角度最大时即所对应的对边c+d最大时，此时第一连杆与第三连杆共线即为四连杆机构中的死点位置。

由上述公式得出想要增加旋转角度β需要增加第一连杆与第三连杆的孔距。

经过计算得出第一连杆与第三连杆孔距之和为122.9-124.9mm时主轴旋转角度β为最佳54°-58°。当改变第一连杆与第三连杆孔距之和为122.9mm时，断开位置到合闸位置旋转角度β为54°当改变第一连杆与第三连杆孔距之和为124.9mm时，断开位置到合闸位置旋转角度β为58°。

因此，本发明技术方案中，限定所述的第一连杆与第三连杆的孔距之和为122.9-124.9mm。

在侧板上还设有用于限制储能杠杆旋转角度的第一止挡轴，在侧板上还设有用于限制悬臂旋转角度的第二止挡轴，在第二连杆上还设有用于限制第一连杆旋转角度的第三止挡轴。

在第一连杆上设有第三滚子，用于接受储能杠杆上第一固定轴的撞击。

所述的第三连接轴上连接第一弹簧的一端，第一弹簧的另一端连接在第二固定轴上，所述的第二固定轴固定在侧板上。

在第一连接轴与第一固定轴之间连接有第二弹簧。

在侧板上设有第三固定轴，在第三固定轴上安装有分闸扣片，分闸扣片可绕第三固定轴自由转动，分闸扣片的一端连接有第三弹簧的一端，第三弹簧另一端通过第四固定轴连接在侧板上。

连杆组件还包括第四连杆，所述的第四连杆安装在第一转动轴上，可绕第一转动轴转动，所述的第一转动轴固定在侧板上，在侧板上还安装有可自由转动的合闸半轴，合闸半轴的转动带动第四连杆的转动。

本发明低压断路器的操作机构的运行原理如下：

初始状态下，储能杠杆在储能弹簧的作用下绕杠杆转动轴顺时针转动，直到碰到第一止挡轴静止；悬臂在第一弹簧的作用下带着主轴顺时针转动，直到碰到第二止挡轴静止。第二连杆在第二弹簧的作用下带动第一连杆和第三连杆一起绕储能轴顺时针转动直到第一连杆碰到储能杠杆的第一固定轴静止。

储能状态下，储能轴带动储能凸轮对储能杠杆上的第二滚子作功，使储能杠杆绕杠杆转动轴逆时针转动压缩储能弹簧直到储能凸轮上的第一滚子碰到第四连杆静止，即储能弹簧储能完成。第二连杆在第二弹簧的作用下带动第一连杆和第三连杆一起绕储能轴顺时针转动，直到碰到第二止挡轴静止。

合闸状态下，合闸半轴顺时针转动，第四连杆在第一滚子的压力下绕第一转动轴顺时针转动，第一滚子不再受第四连杆的阻碍，储能弹簧开始释放能量，带动储能杠杆绕杠杆转动轴顺时针转动，此时储能杠杆上的第一固定轴撞击第一连杆上的第三滚子带动第一连杆绕第一连接轴顺时针转动，从而带动第三连杆与悬臂一起作四连杆机构中的双摇杆运动，直到碰到第三止挡轴静止，完成机构的合闸即动、静触头的闭合接通。

与现有技术相比，本发明通过增加第一连杆与第三连杆的孔距之和，使得悬臂从断开位置到合闸位置的旋转角度β增加到54°-58°，提高了低压断路器操作机构的主轴旋转角度，解决了行业内由于机构旋转角度不足所产生的缺陷，在不减小开距的前提下，改善了断路器合闸后动、静触头的超程，改善了动、静触头之间的接触力和接触电阻，改善了断路器的稳定性以及性能指标，对提升极限短路分断能力，运行短路分断能力和短时短路耐受电流能力，起到关键作用。

附图说明

图1为本发明低压断路器的操作机构初始状态下去除侧板结构示意图；

图2为本发明低压断路器的操作机构初始状态下剖视结构示意图；

图3为本发明低压断路器的操作机构储能状态下去除侧板结构示意图；

图4为本发明低压断路器的操作机构储能状态下剖视结构示意图；

图5为本发明低压断路器的操作机构合闸状态下去除侧板结构示意图；

图6为本发明低压断路器的操作机构合闸状态下剖视结构示意图；

图7为本发明低压断路器的操作机构断开位置四连杆结构示意图；

图8为本发明低压断路器的操作机构合闸位置四连杆结构示意图；

图9为本发明低压断路器的操作机构断开到合闸位置旋转角度简图；

图10公式计算简图。

附图标记：1、储能弹簧，2、储能凸轮，3、第一滚子，4、储能轴，5、第一止挡轴，6、储能杠杆，7、杠杆转动轴，8、第二滚子，9、主轴，10、第一弹簧，11、悬臂，12、第二止挡轴，13、第一连接轴，14、第二弹簧，15、第三滚子，16、第一固定轴，17、第一连杆，18、第二连接轴，19、第二连杆，20、第三连杆，21、第四连杆，22、第一转动轴，23、分闸扣片，24、第三固定轴，25、合闸半轴，26、第三止挡轴，27、第二固定轴，28、第四固定轴，29、侧板，30、第三连接轴，31、第三弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1-6所示，一种低压断路器的操作机构，包括一对平行间隔设置的侧板29、储能杠杆6、储能轴4、储能凸轮2、储能弹簧1、主轴9、悬臂11及连杆组件，储能杠杆6通过杠杆转动轴7铰接在侧板上，储能杠杆6能够随杠杆转动轴7转动，储能杠杆6上设有第一固定轴16与第二滚子8，储能轴4转动连接在侧板29上，储能凸轮2固定连接在储能轴4上，随储能轴4转动，储能凸轮2作为储能装置，储能凸轮2用于与第二滚子8接触，以通过推动第二滚子8带动储能杠杆6绕杠杆转动轴7转动，在储能凸轮2上固定有第一滚子3；储能弹簧1一头固定在储能杠杆6上，另一头固定在机架上；主轴9转动连接在侧板29上，悬臂11固定连接在主轴9上，随主轴9转动，连杆组件包括第一连杆17、第二连杆19与第三连杆20，第二连杆19中部安装在储能轴4上，随储能轴4转动，第一连杆17与第二连杆19通过第一连接轴13铰接，第三连杆20一端与第一连杆17通过第二连接轴18铰接，另一端与悬臂11通过第三连接轴30铰接；在侧板1上还设有用于限制储能杠杆6旋转角度的第一止挡轴5，在侧板1上还设有用于限制悬臂11旋转角度的第二止挡轴12，在第二连杆19上还设有用于限制第一连杆17旋转角度的第三止挡轴26。在第一连杆17上设有第三滚子15，用于接受储能杠杆6上第一固定轴16的撞击。第三连接轴30上连接第一弹簧10的一端，第一弹簧10的另一端连接在第二固定轴27上，第二固定轴27固定在侧板29上。在第一连接轴13与第一固定轴16之间连接有第二弹簧14。在侧板29上设有第三固定轴24，在第三固定轴24上安装有分闸扣片23，分闸扣片23可绕第三固定轴24自由转动，分闸扣片23的一端连接有第三弹簧31的一端，第三弹簧31另一端通过第四固定轴28连接在侧板29上。连杆组件还包括第四连杆21，第四连杆21安装在第一转动轴22上，可绕第一转动轴22转动，第一转动轴22固定在侧板29上，在侧板29上还安装有可自由转动的合闸半轴25，合闸半轴25的转动带动第四连杆21的转动。

参考图1-图6，本实施例低压断路器的操作机构的运行原理如下：

初始状态下，储能杠杆6在储能弹簧1的作用下绕杠杆转动轴7顺时针转动，直到碰到第一止挡轴5静止；悬臂11在第一弹簧10的作用下带着主轴9顺时针转动，直到碰到第二止挡轴12静止。第二连杆19在第二弹簧14的作用下带动第一连杆17和第三连杆20一起绕储能轴4顺时针转动直到第一连杆17碰到储能杠杆6的第一固定轴16静止。

储能状态下，储能轴4带动储能凸轮2对储能杠杆6上的第二滚子8作功，使储能杠杆6绕杠杆转动轴7逆时针转动压缩储能弹簧1直到储能凸轮2上的第一滚子3碰到第四连杆21静止，即储能弹簧1储能完成。第二连杆19在第二弹簧14的作用下带动第一连杆17和第三连杆20一起绕储能轴4顺时针转动，直到碰到第二止挡轴12静止。

合闸状态下，合闸半轴25顺时针转动，第四连杆21在第一滚子3的压力下绕第一转动轴22顺时针转动，第一滚子3不再受第四连杆21的阻碍，储能弹簧1开始释放能量，带动储能杠杆6绕杠杆转动轴7顺时针转动，此时储能杠杆6上的第一固定轴16撞击第一连杆17上的第三滚子15带动第一连杆17绕第一连接轴13顺时针转动，从而带动第三连杆20与悬臂11一起作四连杆机构中的双摇杆运动，直到碰到第三止挡轴26静止，完成机构的合闸即动、静触头的闭合接通。

如图7、8、9、10所示，本发明的发明构思如下：

设第一连杆17的孔距为c，第三连杆20的孔距为d，悬臂11的长度为e，第一连杆17与第三连杆20之间的夹角为α，悬臂11从断开位置到合闸位置的旋转角度为β，第一连接轴13到主轴9之间的水平距离为X，竖直距离为Y。

利用四连杆机构的特点，悬臂11的旋转角度是以第一连接轴13与主轴9之间连线为角平分线的旋转，所以设悬臂11与第一连接轴13与主轴9之间连线的夹角为γ，利用余弦定理：

利用三角函数：

旋转角度最大时即所对应的对边c+d最大时，此时第一连杆17与第三连杆20共线即为四连杆机构中的死点位置。

由上述公式得出想要增加旋转角度β需要增加第一连杆17与第三连杆20的孔距。

经过计算得出第一连杆17与第三连杆20孔距之和为122.9-124.9mm时主轴旋转角度β为最佳54°-58°。当改变第一连杆17与第三连杆20孔距之和为122.9mm时，断开位置到合闸位置旋转角度β为54°当改变第一连杆17与第三连杆20孔距之和为124.9mm时，断开位置到合闸位置旋转角度β为58°。

因此，本发明技术方案中，通过增加第一连杆17的孔距，或增加第三连杆20的孔距，或同时增加第一连杆17与第三连杆20的孔距，使得的第一连杆17与第三连杆20的孔距之和为122.9-124.9mm。这样，使得悬臂11从断开位置到合闸位置的旋转角度为β，且54°≤β≤58°。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低压断路器的操作机构，包括：

一对平行间隔设置的侧板(29)，

储能杠杆(6)：通过杠杆转动轴(7)铰接在侧板上，储能杠杆(6)能够随杠杆转动轴(7)转动，储能杠杆(6)上设有第一固定轴(16)与第二滚子(8)，

储能轴(4)：转动连接在侧板(29)上，

储能凸轮(2)：固定连接在储能轴(4)上，随储能轴(4)转动，储能凸轮(2)作为储能装置，储能凸轮(2)用于与第二滚子(8)接触，以通过推动第二滚子(8)带动储能杠杆(6)绕杠杆转动轴(7)转动，在储能凸轮(2)上固定有第一滚子(3)；

储能弹簧(1)：一头固定在储能杠杆(6)上，另一头固定在机架上；

主轴(9)：转动连接在侧板(29)上，

悬臂(11)：固定连接在主轴(9)上，随主轴(9)转动，

连杆组件：包括第一连杆(17)、第二连杆(19)与第三连杆(20)，所述的第二连杆(19)中部安装在储能轴(4)上，随储能轴(4)转动，所述的第一连杆(17)与第二连杆(19)通过第一连接轴(13)铰接，所述的第三连杆(20)一端与第一连杆(17)通过第二连接轴(18)铰接，另一端与悬臂(11)通过第三连接轴(30)铰接；

其特征在于，悬臂(11)从断开位置到合闸位置的旋转角度为β，且54°≤β≤58°。

2.根据权利要求1所述的一种低压断路器的操作机构，其特征在于，增加第一连杆(17)上分别用于插入第一连接轴(13)、第二连接轴(18)的两个孔之间的孔距，或增加第三连杆(20)上分别用于插入第二连接轴(18)、第三连接轴(30)两个孔之间的孔距，或同时增加第一连杆(17)上分别用于插入第一连接轴(13)、第二连接轴(18)的两个孔之间的孔距和第三连杆(20)上分别用于插入第二连接轴(18)、第三连接轴(30)两个孔之间的孔距，使得54°≤β≤58°。

3.根据权利要求1或2所述的一种低压断路器的操作机构，其特征在于，第一连杆(17)上分别用于插入第一连接轴(13)、第二连接轴(18)的两个孔之间的孔距和第三连杆(20)上分别用于插入第二连接轴(18)、第三连接轴(30)两个孔之间的孔距之和为122.9-124.9mm。

4.根据权利要求1所述的一种低压断路器的操作机构，其特征在于，在侧板(29)上还设有用于限制储能杠杆(6)旋转角度的第一止挡轴(5)，在侧板(29)上还设有用于限制悬臂(11)旋转角度的第二止挡轴(12)，在第二连杆(19)上还设有用于限制第一连杆(17)旋转角度的第三止挡轴(26)。

5.根据权利要求1所述的一种低压断路器的操作机构，其特征在于，在第一连杆(17)上设有第三滚子(15)，用于接受储能杠杆(6)上第一固定轴(16)的撞击。

6.根据权利要求1所述的一种低压断路器的操作机构，其特征在于，所述的第三连接轴(30)上连接第一弹簧(10)的一端，第一弹簧(10)的另一端连接在第二固定轴(27)上，所述的第二固定轴(27)固定在侧板(29)上。

7.根据权利要求1所述的一种低压断路器的操作机构，其特征在于，在第一连接轴(13)与第一固定轴(16)之间连接有第二弹簧(14)。

8.根据权利要求1所述的一种低压断路器的操作机构，其特征在于，在侧板(29)上设有第三固定轴(24)，在第三固定轴(24)上安装有分闸扣片(23)，分闸扣片(23)可绕第三固定轴(24)自由转动，分闸扣片(23)的一端连接有第三弹簧(31)的一端，第三弹簧(31)另一端通过第四固定轴(28)连接在侧板(29)上。

9.根据权利要求1所述的一种低压断路器的操作机构，其特征在于，连杆组件还包括第四连杆(21)，所述的第四连杆(21)安装在第一转动轴(22)上，可绕第一转动轴(22)转动，所述的第一转动轴(22)固定在侧板(29)上，在侧板(29)上还安装有可自由转动的合闸半轴(25)，合闸半轴(25)的转动带动第四连杆(21)的转动。