CN109346374A - 一种用于负荷开关的弹簧操作机构 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种用于负荷开关的弹簧操作机构，具有平行相隔的两块侧板，并基于两块侧板设有电机驱动单元、手动驱动单元、储能传输单元及输出轴，其中储能传输单元的初级连动杆分别与电机驱动单元的电机轴和手动驱动单元的拨转轴相接随动，输出轴与储能传输单元的末级连动杆相接随动。特别地，该弹簧操作机构设有机械开闭锁单元，且机械开闭锁单元的开闭锁轴受驱转动并联动开启两个驱动单元中的一个与储能传输单元的传动、锁定另一个。应用本发明该弹簧操作机构于负荷开关，提升了两种驱动方式切换操作的灵活性及手动驱动的可操作性；该弹簧操作机构经低成本的结构优化，易于模块化替换进行维护，突破了传统负荷开关相关结构的功能限制。

Description

一种用于负荷开关的弹簧操作机构

技术领域

本发明涉及一种机械操作机构，尤其涉及一种用于负荷开关进行高压断路、通路的弹簧操作机构。

背景技术

随着国民经济的不断发展，电网结构和负荷特性日益繁复，为了保护设备和人身安全，对供电安全性、可靠性提出了更高的要求。负荷开关（又称之为高压真空断路器），因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名；其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及，真空断路器是3-10kV，50Hz三相交流系统中的户内配电装置，可供工矿企业、发电厂、变电站中作为电器设备的保护和控制之用，特别适用于要求无油化、少检修及频繁操作的使用场所。它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载和短路保护的电器。当装置发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路。

现有常用的负荷开关，从动作要求而言需要具备电机驱动和手动驱动两种操作可能，一方面电机驱动更适合操作自动化及远程控制，而且电机驱动的输出扭矩较大，动作稳定性强，往往作为此类操作机构的主驱动模式；另一方面，当电网发生意外需要设备维护时，此时电极驱动很可能失电而无法运作，为此手动驱动作为备用方式，提供了操作机构离源动作的可行性。

分析目前市场上多数以进口成品弹簧操作机构的应用情况，实际效果并不尽如人意。譬如当电机失电锁死状态时，手动进行负荷开关关断时由于受制于电机输出轴对相关连接部件的关联牵引，需要极大的力矩，甚至时有发生无法完成操作的情况。而当手动驱动结束后恢复电机驱动时，也一定程度存在衔接不顺畅的情况。而且该种操作机构对电机的功率输出要求较高，无法应用普通电机。

发明内容

本发明的目的就是提供一种用于负荷开关的弹簧操作机构，解决负荷开关在两种操作模式切换的灵活和操作便利的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术解决方案是：一种用于负荷开关的弹簧操作机构，具有平行相隔的两块侧板，并基于两块侧板设有电机驱动单元、手动驱动单元、储能传输单元及输出轴，其中储能传输单元的初级连动杆分别与电机驱动单元的电机轴和手动驱动单元的拨转轴相接随动，输出轴与储能传输单元的末级连动杆相接随动，其特征在于：所述弹簧操作机构设有机械开闭锁单元，且机械开闭锁单元的开闭锁轴受驱转动并联动开启两个驱动单元中的一个与储能传输单元的传动、锁定另一个。

优选的，所述电机轴设有受控离合的脱扣器，所述脱扣器由近电机驱动的第一轴和顺次套接在第一轴上的复位弹簧、环套、第二轴构成，其中第二轴的一端设有第一齿状型面且同轴设有内径与第一轴前段外径相匹配的容槽，第二轴的另一端外联所述初级连动杆，环套与第一轴同轴相接且面向第二轴的侧面设有第二齿状型面，所述复位弹簧抵接并向第二轴顶撑环套，机械开闭锁单元的一部分连杆联动所述环套沿第一轴中后段滑动，带动两个齿状型面啮合或分离。

进一步优选的，所述第一轴中后段外径增厚并设有两条以上导向槽，且导向槽的深度小于增厚的半径；所述环套内壁设有对应导向槽的凸肋，所述环套对位套接在第一轴中后段上导向滑动、同轴随转。

进一步优选的，所述机械开闭锁单元的一部分连杆中包含变向驱动组件和张口型顶杆，所述张口型顶杆抵接于第二齿状型面外围的环套表面、平衡施力。

优选的，所述手动驱动单元的拨转轴穿接于一块侧板所设轴承上，所述拨转轴包括外露于侧板的第三轴和两块侧板之间的第四轴，第三轴外联手动操作杆，第四轴外联所述初级连动杆。

进一步优选的，所述拨转轴在轴承外侧套接有带缺口的定位卡片，定位卡片与拨转轴同轴随转，机械开闭锁单元的另一部分连杆联动杠杆销插入或脱离所述缺口，切换拨转轴的动作行止。

进一步优选的，所述拨转轴设有空跑行程且第三轴和第四轴之间设有联动拨片，其中第三轴和第四轴对向设有一对匹配相容的凸柱和柱槽，其中凸柱设有透轴的径向插槽，所述柱槽设有一段半径增大的扩容槽，所述联动拨片的宽度大于凸柱的直径且小于扩容槽所在区段的径向壁间距。

更进一步优选的，所述第三轴和第四轴在两块侧板之间的接合处设有闭油护套。

优选的，所述机械开闭锁单元设有轴接穿透两块侧板的开闭锁轴，且开闭锁轴与机械开闭锁单元的各部分连杆传动相连，所述开闭锁轴一端连接机械拨杆受驱动作，开闭锁轴另一端设有信号断路电机驱动单元的第三微控开关。

优选的，对应所述输出轴穿出的侧板上设有检测负荷开关开闭状态的第一微控开关和第二微控开关，所述输出轴上套设有双向凸轮，且双向凸轮随输出轴转动触发两个微控开关之一。

本发明技术方案得以应用后的显著效果为：该弹簧操作机构通过增设机械开闭锁单元分别隔断电机驱动和手动驱动的传动链并提升了两者切换的操作灵活性，尤其当电机驱动闭锁时能够有效脱离电机轴的限制，并通过设置空转行程大大提高了手动驱动的可操作性；该弹簧操作机构经低成本的结构优化，易于模块化替换进行维护，突破了传统负荷开关相关结构的功能限制。

附图说明

图1是本发明弹簧操作机构优选实施例的总装结构示意图。

图2是图1所示实施例另一视角的总装结构示意图。

图3是图1所示实施例中电机轴的结构分解示意图。

图4是图1所示实施例中拨转轴的结构分解示意图。

具体实施方式

本发明的目的和优特点，将通过以下优选实施例结合附图的非限制性说明作详细展示，这些实施例仅为发明技术方案应用的典型范例，凡采用等同替换或其它等效变换而形成的实施方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

本发明设计者针对用于负荷开关的传统弹簧操作机构中层出的问题结合多年从事本领域设备设计和制造之经验总结，创新提出了一种全新设计并性能优越的弹簧操作机构，以此解决负荷开关在两种操作模式灵活切换和操作便利的问题。如图1和图2所示，是该弹簧操作机构优选实施例的总装结构示意图。为更好地理解本发明结构改良的精髓及优点，需要结合图示首先介绍下该弹簧操作机构初始的基本构成。图示可见，该弹簧操作机构具有平行相隔的两块侧板，两块侧板通过数根支撑轴2固定保持绝对平行和强抗冲击性。并且，基于该两块侧板还设有电机驱动单元3、手动驱动单元4、储能传输单元5及输出轴6该几大主要部分，其中储能传输单元5的初级连动杆分别与电机驱动单元3的电机轴31和手动驱动单元4的拨转轴41相接随动，输出轴6与储能传输单元5的末级连动杆相接随动。为便于一下说明，设定输出轴6的穿出朝向为前侧，则两块侧板定义为前侧板11和后侧板12。其中储能传输单元5作为此类弹簧操作机构的核心部件是经过多年设计、实践应用的成果，其功能完善程度已达到一定程度固化，故非本专利申请要求保护的侧重点。在该弹簧操作机构的实际使用中，无论采用电机驱动还是手动驱动，相应地都会通过初级连动杆传动，从而储能传输单元5中核心的拉簧拉伸逐步储能，而当到达一定相应位置后将释放储能，从而进一步通过曲臂传动，使得输出轴发生转动，开启或关断负荷开关，反操作过程亦然。

作为本申请的创新特征，该弹簧操作机构设有机械开闭锁单元7，并对两个驱动单元的电机轴和拨转轴均进行适度结构改良，且机械开闭锁单元7的开闭锁轴71受驱转动并联动开启两个驱动单元中的一个与储能传输单元的传动、锁定另一个。

为更深入而直观地理解本发明的创新实质和实现方式，以下从三方面详细阐述其中的机械原理。

首先，电机驱动单元3的结构改良：如图1和图3所示，其中电机轴31设有受控离合的脱扣器，该脱扣器由近电机驱动的第一轴32和顺次套接在第一轴32上的复位弹簧（未图示）、环套34、第二轴33构成，其中第二轴33的一端设有第一齿状型面331且同轴设有内径与第一轴前段外径相匹配的容槽332，第二轴33的另一端外联上述初级连动杆，环套34与第一轴32同轴相接且面向第二轴33的侧面设有第二齿状型面341，上述复位弹簧抵接环套34并将环套34向第二轴33顶撑。此外，该第一轴32中后段外径增厚并设有两条以上导向槽321，且导向槽321的深度小于该段所增厚的半径；而环套34内壁设有对应导向槽的凸肋342，由此，该环套34对位套接在第一轴32中后段上能够实现导向滑动并同轴随转。在完成了该脱扣器部分的总装后，其中第一轴、第二轴相对两块侧板在轴向上是定位态的，而环套在复位弹簧的推力下始终保持着朝向第二轴的趋向力。在两个齿状型面啮合状态下第二轴相对第一轴同轴随转，在两个齿状型面分离状态下第二轴将脱离第一轴及环套的限制而灵活自转。

从联动受控来看，上述机械开闭锁单元7的一部分连杆72联动所述环套34沿第一轴32中后段滑动，带动两个齿状型面啮合或分离，由此实现电机输出力通断的切换控制。其中该一部分连杆72中包含变向驱动组件721和张口型顶杆722，且张口型顶杆722抵接于第二齿状型面341外围的环套表面，由此可以实现环套在径向平面内的受力均匀而产生动作，避免了单点受力或受力不均导致的操作卡挚。

其次，手动驱动单元4的结构改良：如图1和图4所示，其中拨转轴41穿接于前侧板11所设轴承上，而且该拨转轴41也为分段设计，其包括外露于前侧板11的第三轴42和两块侧板之间的第四轴43，第三轴42外联手动操作杆（作业人员直接操作的外设部件，实施例未图示），而第四轴43外联初级连动杆。更细化地来看，其中拨转轴41在轴承外侧套接有带缺口451的定位卡片45，且该定位卡片与拨转轴同轴随转。机械开闭锁单元7的另一部分连杆73联动杠杆销731插入或脱离所述缺口451，切换拨转轴的动作行止。图示可见，当杠杆销731插入缺口441时，该拨转轴的转动受限于定位卡片将无法响应外部的施力，从而保障电机驱动单元的顺利运作。而当该杠杆销受驱脱离缺口时，则相应的手动驱动单元被释放工作。在拨转轴具有受到定位卡片控制的同时，其也具有一定程度上同步进行力学传导作用于储能传输单元的能力。

而且，为保障该手动驱动单元能时刻被顺利操作，该拨转轴41还设有空跑行程且第三轴和第四轴之间设有联动拨片44，其中该联动拨片通常由高刚性的45号钢材制成，从而保持理想的使用寿命，而第三轴42和第四轴44对向设有一对匹配相容的凸柱和柱槽，以便于两者接合。图示实施例中，第四轴43所设的是凸柱431、第三轴42所设的是柱槽421，其中凸柱431设有透轴的径向插槽432，而且柱槽421设有一段半径增大的扩容槽422，上述联动拨片44的宽度大于凸柱的直径且小于扩容槽所在区段的径向壁间距。该拨转轴总装的过程来看：先将联动拨片插入凸柱所设的径向插槽，而后将凸柱对位柱槽插入其中，并使联动拨片外露部分置入扩容槽；而后再配合前侧板11所设轴承及定位卡片等附属配件完成轴向上的定位组装。此外，该第三轴和第四轴在两块侧板之间的接合处设有闭油护套45。完成总装后的该手动驱动单元，基于上述所设扩容槽使之具备了一定范围的空跑行程，即第三轴在由电机驱动向手动驱动切换后，具有不受储能传输单元的限位作用，能以较小的扭矩完成操作。

再次，上述机械开闭锁单元7的结构设计，如图1和图2所示，其主要构成包括开闭锁轴71、一部分连杆72、另一部分连杆73、桥接连杆及凸轮组74。结合图示可见，其中开闭锁轴71基于对应规格的轴承穿透前、后两侧板设置并位于与其它单元不相干涉的旁侧自由转动，该开闭锁轴71同向于输出轴穿出前侧板设有外接机械拨杆的轴端部711，且桥接连杆及凸轮组74中的一个凸轮741套接于开闭锁轴71上，而通过一根以上的桥接连杆和凸轮分别连接一部分连杆72和另一部分连杆73并响应开闭锁轴动作，对两部分连杆产生近似于同步的驱动力。

具体地，当开闭锁轴顺时针转动时，凸轮741随转并带动与之相连的桥接连杆742向上移动，由此带动杠杆销731通过支撑点作用插入缺口451，同时带动凸轮743和凸轮744也顺时针转动；从两块侧板之间来看，凸轮744的转动将带动桥接连杆745向右侧（即朝向电机轴）水平位移，并通过变向驱动组721带动张口型顶杆722发生位移，保持上述电机轴外侧脱扣器的咬合状态，至此完成手动驱动向电机驱动的切换。稳定状态下，手动驱动单元被定位卡片所属相关结构锁死，无法意外操作，而电机驱动单元可以顺利执行自动化的开闭闸动作。

当开闭锁轴逆时针转动时，凸轮741随转并带动桥接连杆742向下移动，由此带动杠杆销731动作从缺口451中脱开，释放手动驱动单元的拨转轴41，同时带动凸轮743和凸轮744也逆时针转动；同样地，凸轮744的转动将带动桥接连杆744向左侧（即背向电机轴）水平位移，并通过变向驱动组件721带动张口型顶杆722发生位移，保持上述电机轴外侧脱扣器的脱扣状态，至此完成电极驱动向手动驱动的切换。稳定状态下，由于脱扣器的存在，上述电机轴与第二轴的转动将不相干涉，由此拨转轴受驱动作时，即使需要联动至所述第二轴，也将避免电机轴本身锁定的限制力。手动驱动单元可以顺利执行自动化的开闭闸动作。

除上述针对该弹簧操作机构的主要结构改良外，本发明还致力于该负荷开关系统功能上的完善化，开闭锁轴另一端设有信号断路电机驱动单元的第三微控开关83，以此信号反馈该机械开闭锁单元当前的状态，当为电机驱动状态时，该第三微控开关83将无信号反馈，即系统默认保持电机工作。而当意外发生无法进行电机驱动负荷开关动作时，切换为手动驱动进行负荷开关动作，同时第三微控开关83持续反馈信号屏蔽电机驱动单元的启动，仅当机械开闭锁单元发生切换，再次断开该第三微控开关的信号，方可实施电机驱动。

此外，对应输出轴穿出的前侧板上设有检测负荷开关开闭状态的第一微控开关81和第二微控开关83，而输出轴6上套设有双向凸轮61，且双向凸轮61随输出轴6转动触发两个微控开关之一，作为系统维护和远程状态监控的基础。

综上实施例结合图示的详细描述可见，应用本发明技术方案后的显著效果为：该弹簧操作机构通过增设机械开闭锁单元分别隔断电机驱动和手动驱动的传动链并提升了两者切换的操作灵活性，尤其当电机驱动闭锁时能够有效脱离电机轴的限制，并通过设置空转行程大大提高了手动驱动的可操作性；该弹簧操作机构经低成本的结构优化，易于模块化替换进行维护，突破了传统负荷开关相关结构的功能限制。

Claims (10)

1.一种用于负荷开关的弹簧操作机构，具有平行相隔的两块侧板，并基于两块侧板设有电机驱动单元、手动驱动单元、储能传输单元及输出轴，其中储能传输单元的初级连动杆分别与电机驱动单元的电机轴和手动驱动单元的拨转轴相接随动，输出轴与储能传输单元的末级连动杆相接随动，其特征在于：所述弹簧操作机构设有机械开闭锁单元，且机械开闭锁单元的开闭锁轴受驱转动并联动开启两个驱动单元中的一个与储能传输单元的传动、锁定另一个。

2.权利要求1所述用于负荷开关的弹簧操作机构，其特征在于：所述电机轴设有受控离合的脱扣器，所述脱扣器由近电机驱动的第一轴和顺次套接在第一轴上的复位弹簧、环套、第二轴构成，其中第二轴的一端设有第一齿状型面且同轴设有内径与第一轴前段外径相匹配的容槽，第二轴的另一端外联所述初级连动杆，环套与第一轴同轴相接且面向第二轴的侧面设有第二齿状型面，所述复位弹簧抵接并向第二轴顶撑环套，机械开闭锁单元的一部分连杆联动所述环套沿第一轴中后段滑动，带动两个齿状型面啮合或分离。

3.根据权利要求2所述用于负荷开关的弹簧操作机构，其特征在于：所述第一轴中后段外径增厚并设有两条以上导向槽，且导向槽的深度小于增厚的半径；所述环套内壁设有对应导向槽的凸肋，所述环套对位套接在第一轴中后段上导向滑动、同轴随转。

4.根据权利要求2所述用于负荷开关的弹簧操作机构，其特征在于：所述机械开闭锁单元的一部分连杆中包含变向驱动组件和张口型顶杆，所述张口型顶杆抵接于第二齿状型面外围的环套表面、平衡施力。

5.根据权利要求1所述用于负荷开关的弹簧操作机构，其特征在于：所述手动驱动单元的拨转轴穿接于一块侧板所设轴承上，所述拨转轴包括外露于侧板的第三轴和两块侧板之间的第四轴，第三轴外联手动操作杆，第四轴外联所述初级连动杆。

6.根据权利要求5所述用于负荷开关的弹簧操作机构，其特征在于：所述拨转轴在轴承外侧套接有带缺口的定位卡片，定位卡片与拨转轴同轴随转，机械开闭锁单元的另一部分连杆联动杠杆销插入或脱离所述缺口，切换拨转轴的动作行止。

7.根据权利要求5所述用于负荷开关的弹簧操作机构，其特征在于：所述拨转轴设有空跑行程且第三轴和第四轴之间设有联动拨片，其中第三轴和第四轴对向设有一对匹配相容的凸柱和柱槽，其中凸柱设有透轴的径向插槽，所述柱槽设有一段半径增大的扩容槽，所述联动拨片的宽度大于凸柱的直径且小于扩容槽所在区段的径向壁间距。

8.根据权利要求6所述用于负荷开关的弹簧操作机构，其特征在于：所述第三轴和第四轴在两块侧板之间的接合处设有闭油护套。

9.根据权利要求1所述用于负荷开关的弹簧操作机构，其特征在于：所述机械开闭锁单元设有轴接穿透两块侧板的开闭锁轴，且开闭锁轴与机械开闭锁单元的各部分连杆传动相连，所述开闭锁轴一端连接机械拨杆受驱动作，开闭锁轴另一端设有信号断路电机驱动单元的第三微控开关。

10.根据权利要求1所述用于负荷开关的弹簧操作机构，其特征在于：对应所述输出轴穿出的侧板上设有检测负荷开关开闭状态的第一微控开关和第二微控开关，所述输出轴上套设有双向凸轮，且双向凸轮随输出轴转动触发两个微控开关之一。