CN109411307A - 应用于断路器的电控分合闸装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于断路器的电控分合闸装置，包括：脱扣拨件，用于使断路器脱扣；驱动电机，用于驱动所述脱扣拨件以使其动作；检测器，用于检测所述脱扣拨件或与之联动的其他传动件中的至少一个的位置；控制器，用于根据所述检测器的信号控制所述驱动电机以使所述脱扣拨件转动至预设的脱扣位置后被驱动回复至设定位置。本发明的有益之处在于提供了一种能有效实现自动分合闸且不影响断路器的手动分合闸的适用于断路器的电控分合闸装置。

Description

应用于断路器的电控分合闸装置

技术领域

本发明涉及一种应用于断路器的电控分合闸装置。

背景技术

随着越来越多的传统断路器被具有辅助电机操作机构的新型断路器所替代，传统断路器分合闸主要依靠外部手柄联动内部机械机构实现，而辅助电机操作机构是通过加载在断路器外部或内部，通过控制外部手柄来实现分合闸操作，市面上出现了大量具有这种电机辅助机构的新型断路器。这些新型断路器虽然也能实现自动分合闸或手动分合闸操作，但是其机械操作机构仍存在结构复杂，同时还自动操作和手动操作相抵触的缺陷。

发明内容

一种应用于断路器的电控分合闸装置，包括：

脱扣拨件，用于使断路器脱扣；

驱动电机，用于驱动所述脱扣拨件以使其动作；

检测器，用于检测所述脱扣拨件或与之联动的其他传动件中的至少一个的位置；

控制器，用于根据所述检测器的信号控制所述驱动电机以使所述脱扣拨件转动至预设的脱扣位置后被驱动回复至设定位置。

进一步地，所述应用于断路器的电控分合闸装置还包括：

驱动柄，用于转动断路器手柄；

所述驱动电机在驱动所述脱扣拨件时也驱动所述驱动柄。

进一步地，所述检测器检测所述驱动柄或与之联动的其他传动件中的一个的位置并反馈至所述控制器。

进一步地，所述检测器包括：

两个位置传感器，用于分别检测所述脱扣拨件和所述驱动柄的位置。

进一步地，所述检测器与所述控制器构成电性连接。

进一步地，所述应用于断路器的电控分合闸装置还包括：

电路板，所述控制器至少通过所述电路板与驱动电机构成电性连接。

进一步地，所述驱动柄的转动轴线垂直于所述电路板。

进一步地，所述脱扣拨件与所述驱动柄的转动轴线平行设置。

进一步地，所述驱动电机转动时所述脱扣拨件与所述驱动柄向相反的方向转动。

进一步地，所述应用于断路器的电控分合闸装置还包括：

电路板，所述控制器至少通过所述电路板与驱动电机构成电性连接；

所述脱扣拨件的转动轴线垂直于所述电路板。

本发明的有益之处在于：

提供了一种能有效实现自动分合闸且不影响断路器的手动分合闸的适用于断路器的电控分合闸装置。

附图说明

图1A是本发明中一个功能主体与总线通讯连接装置的一个优选实施例结构示意图；

图1B是本发明中一个功能主体与总线通讯连接装置的另一个优选实施例结构示意图；

图1C是本发明的智能断路器的一个优选实施例的结构图；

图2A是本发明的智能断路器的另一个优选实施例的分解结构示意图；

图2B是图2A中部分结构的示意图；

图3A是本发明中电控分合闸装置的爆炸结构示意图；

图3B是从另一视角观察的电控分合闸装置的爆炸结构示意图；

图4A至4F示出了电控分合闸装置中传动机构；

图5A是脱扣拨件的结构示意图；

图5B是第二传动件的结构示意图；

图6是断路器的内部结构示意图；

图7A至7D示出了功能主体和总线通讯连接装置的细节结构。

具体实施方式

如图1A至图1C所示。

图1A示出了一个智能断路器100中的功能主体101。

该功能主体101包括：断路器104、检测装置105和电控分合闸装置103。它们通过诸如螺钉或卡扣等构成安装结构构成了一个整体。

其中，断路器104用于实现在某些不适宜继续供电的情况下切断输电线路的作用。其可以具有一般断路器104的功能。

检测装置105用于检测断路器104或者断路器104所负责的输电线路的参数，比如电流、电压或温度。

电控分合闸装置103用于采用机械的方式使断路器104处于分闸或合闸的状态从而导通或断开断路器104所负责的输电线路。

如图1B示出了另一种智能断路器100的功能主体101，与图1A所不同的是，图1B中的功能主体101具有两个断路器104。可以根据实际需要，配置功能主体101中断路器104的数目。

又如图1A和图1B所示，总线通讯连接装置102结合至功能主体101以实现构建总线通讯的物理线路。

又如图1C所示，可以设置多个如图1A所示的功能主体101和一个用于控制它们的电控器106来组成一个完整的智能断路器100。安装于不同的功能主体101的总线通讯连接装置102彼此连接至电控器106从而实现信号的传输。

又如图2A所示，图2A示出了一个构成本发明智能断路器200的基本组成结构，包括：检测装置202，断路器203，电控分合闸装置205。

其中，作为一种优选的方式，电控分合闸装置205设置在断路器203和电控器206之间；断路器203设置在检测装置202和电控分合闸装置205之间；总线通讯连接装置201设置在电控分合闸装置205、断路器203和检测装置202构成的整体的一侧，并对接到电控器206的侧面。

如图2B所示，图2B示出断路器203和检测装置202分解之后的结构示意图。其中，断路器203设有用于接线的断路器203接口，检测装置202设有检测接口，为了覆盖断路器203接口和检测接口，设置有一个保护壳结合至断路器203和检测装置202构成的整体以覆盖和保护断路器203接口和检测接口。

如图3A至图3B所示，图3A至图3B为电控分合闸装置的分解结构示意图。

如图3A至3B所示，电控分合闸装置包括：第一壳体303和第二壳体304，它们结合在一起构成一个相对封闭的空间。

电控分合闸装置内部包括：驱动电机(图中未示出)，电路板305，控制器和检测器302。它们之间构成电性连接以使控制器能够根据检测器302的信号控制驱动电机的动作，电路板305的作用是使它们构成电性连接以传递电流。作为一种可选方案，电路板305的数目为多个。

电控分合闸装置内部包括一组传动机构301以使在驱动电机驱动下能实现分合闸动作。

如4A至4F所示，具体而言，该组传动机构400包括：驱动件403，第一传动件401，第二传动件404，第三传动件406，脱扣拨件407。

其中，驱动件403连接至驱动电机的电机轴以使驱动电机的电机轴在转动时驱使驱动件403绕驱动转动轴线转动；第一传动件401与驱动件403机械耦合以使驱动件403转动时第一传动件401绕第一转动轴线408转动；第二传动件404与第一传动件401机械耦合以使第一传动件401转动时第二传动件404绕第二转动轴相对第一传动件401同向转动；第三传动件406与第一传动件401机械耦合以使第一传动件401转动时第三传动件406绕第三转动轴相对第一传动件401逆向转动；驱动转动轴线与第一转动轴线408相对垂直设置；第一转动轴线408、第二转动轴线409和第三转动轴线410相对平行设置；第一转动轴线408与第二转动轴线409同轴；第二转动轴线409与第三转动轴线410异轴。

本发明中的机械耦合的定义是两个部件其中一个部件运动时由于直接或间接的连接关系使得另一个部件也随之运动，这种运动可以是同时的也可以是分时的。机械耦合的两个部件可以是直接连接也可以间接连接，它们之间的连接可以是硬连接也可以是活动连接。

具体而言，第一壳体303和第二壳体304设有相应的筋位用以安置和固定驱动电机(图中未示出)，相应的，第一壳体303和第二壳体304组成的外壳也还设有相应孔或槽以支撑各转动部件的轴或轴部。

作为一个具体方案，还设有一个支撑轴402用于支撑第一传动件401的转动。

作为具体的方案，第一传动件401设有受驱部414、第一驱动部412和第二驱动部413；其中，受驱部414为第一传动件401能受到驱动件403接触以实现传动的部分，第一驱动部412为第一传动件401能与第二传动件404接触以驱使第二传动件404运动的部分，第二驱动部413为第一传动件401能与第三传动件406接触以驱使第三传动件406运动的部分。

具体而言，驱动件403至少部分构成锥齿轮结构，第一传动件401的至少部分构成与之驱动件403的锥齿轮结构啮合的锥齿轮结构，该锥齿轮与驱动件403能够接触的部分即为受驱部414。

如图4E和图5B所示，第一传动件401的端面处设有传动孔，更具体而言，设有两个传动孔，并且两个传动孔的大小不同，这两个传动孔作为第一驱动部412。第二传动件404大致呈一个盘状，在其端面处设有第一凸台503和第二凸台506，它们插装至传动孔中构成配合，传动孔即为第一驱动部412的一个具体实施方式。需要说明的是，并不是传动孔的全部都作为第一驱动部412，而是传动孔中能与第一凸台503或第二凸台506接触的部分才认为是第一驱动部412。

如图4E所示，第一传动件401还形成有直齿轮结构，用于与第二传动件404形成的直齿轮结构啮合以构成传动，该直齿轮能够接触第二传动件404的部分即为第二驱动部413。

如图4E和图4F所示，受驱部414和第一驱动部412在第一转动轴线408的轴向上是分开设置的。

如图4E和图4F所示，受驱部414与驱动件接触，将它们的接触点到第一转动轴线408最近的距离定义为第一触点距离L1；第一驱动部412与第二传动件404接触，将它们的接触点到第一转动轴线408最近的距离定义为第二触点距离L2；第二驱动部413与第三传动件406接触，将它们的接触点到第一转动轴线408最近的距离定义为第三触点距离L3；第一触点距离L1大于第二触点距离L2，第二触点距离L2大于第三触点距离L3。

需要说明的是，这里定义的第一触点距离L1，第二触点距离L2以及第三触点距离L3均不是一个固定的距离，而是根据传动时接触之处的触点而变化的。图4E中仅仅示出了它们其中一种状态。

更具体的来说，第一触点距离L1与第三触点距离L3的比值的取值范围为1.3至2.7。第三触点距离L3与第二触点距离L2的比值的取值范围为1.4至4。

另外，受驱部414在第一转动轴线408上的投影的长度定义第一投影长度T1；第一驱动部412在第一转动轴线408上的投影的长度定义第二投影长度T2；第二驱动部413在第一转动轴线408上的投影的长度定义第三投影长度T3；第一投影长度T1小于第二投影长度T2，第二投影长度T2大于第三投影长度T3。

作为具体的方案，第一投影长度T1与第二投影长度T2的比值的取值范围为2.5至3.5。作为具体的方案，第一投影长度T1与第三投影长度T3的比值的取值范围为0.4至0.8。

如图4A至4E所示，传动机构400中还包括一个脱扣拨件407。

脱扣拨件407用于在其转动时能触发断路器中的脱扣装置，从而使断路器实现断路功能。

具体而言，脱扣拨件407能绕第四转动轴线416相对转动，作为其中一种方案，脱扣拨件407可以通过第二壳体304设有或连接有的转轴与第一壳体303构成转动连接。

作为具体方案，第四转动轴线416与第一转动轴线408相对平行设置；第一转动轴线408与第四转动轴线416的距离定义轴间距L4，轴间距L4与第一触点距离L1的比值的取值范围为0.4至0.6，轴间距L4与第二触点距离L2的比值范围的取值范围为1.5至4。

如图5A所示，脱扣拨件500形成或连接有拨扣杆501和拨动凸台502，其中，拨扣杆501用于拨动断路器中的脱扣装置，拨动凸台502用于被第三传动件406所接触以使脱扣拨件500整体转动；拨扣杆501至第四转动轴线416的距离定义为第一杠杆距离K1；拨动凸台至第四转动轴线416的距离定义为第二杠杆距离K2，第一杠杆距离K1与第二杠杆距离K2的比值的取值范围为0.5至0.7。

再如图5B所示，作为具体的方案，第二传动件404形成或连接有一个拨动部415，拨动部415用于接触拨动凸台502，第二传动件404可以被构造为一个盘状物，拨动部415相当于盘状物边缘的凸起。

如图2A、图3B以及图5A、图6所示，作为具体方案，拨动杆501和拨动凸台502均被构造为圆柱体，拨动杆501通过第一壳体303上设有的弧形通孔306穿出，并通过断路器的弧形窗口204伸入到断路器600的内部从而去接触断路器内部脱扣机构的脱柄607从而使断路器处于分闸状态。

当然，断路器内部也可以采取别的结构，而不特定是图6中的结构。

另外，如图4A、4E以及图6所示，设有一个驱动柄405，该驱动柄405用于驱动断路器600的手柄601；驱动柄405安装至第三传动件406以使第三传动件406转动时驱动柄随之同轴转动。更具体而言，第三传动件406包括与第一传动件401配合的齿轮的部分和一个构成套管的部分，套管的部分设有一个三角孔，驱动柄405被构成一个截面为三角形的长杆，该长杆穿过壳体伸入至断路器600的手柄601的三角形插孔602中。

另外，如图3A和图3B所示，电控分合闸装置包括：控制器(图中未示出)，检测器302和电路板305。

电路板305可以是多个。作为一种优选方案，第二传动件401或第三传动件406的转动轴线垂直于电路板设置。

控制器，检测器以及驱动电机至少通过电路板构成电性连接，其中，控制器用于实现控制，检测器用于实现位置检测。控制器可以在检测器检测到第三传动件转动至预设的脱扣位置后被驱动回复至设定位置。即在确定完成脱扣动作后，使第三传动件复位，这样用户此时可以实现手动合闸，使自动分闸和手动合闸不产生矛盾，同时检测器对位置的检测可以每次对第三传动件的位置进行修正和校核。当然，在一些需要锁定的场景时，控制器可以控制驱动电机使其不复位。

作为优先方案，驱动电机或者额外为之配置一个单向传动机构使驱动电机只能单向输出而不会被反向拖动。

作为一种优选方案，控制器包括两个芯片，分别用于控制电机和接收检测器的信号。

作为一种优选方案，检测器包括两个位置传感器，一个用于检测第二传动件的位置一个用于检测第三传动件的位置。或者，检测器可以包括一个霍尔传感器。

如图7A至图7D，为了使作为智能断路器的“大脑”，电控器通过总线通讯连接装置实现信号传输。

功能主体704中断路器、电控分合闸装置以及检测装置的外形为了能够组合为一个整体而具有一些重合的外轮廓，比如它们在三维坐标系中的XY平面的部分投影是重合的，而在XZ平面投影是排列开的的，即它们具有类似的侧面轮廓部分，而宽度则是不同的。

作为具体方案，总线通讯连接装置，包括：盖板701，通讯端子703和通讯线路板702。

其中，通讯端子703形成有能使之与另外的通讯端子703进行插接的插接结构；通讯线路板702设有若干能使两个通讯端子703电性连接的通讯线路；其中，盖板701包括：板部71和壁部72。作为一种具体方案盖板701的板部71和壁部72为一体成型的。

其中，板部71大致平行于通讯线路板702的板面；壁部72大致垂直于通讯线路板702的板面；通讯线路板702设置在被壁部72所包围的一个空间中，通讯端子703至少设置于通讯电路板相对的两端且至少部分穿过盖板701的壁部72。盖板701在板部71的相对侧敞开设置，盖板701在板部71的相对侧敞开设置，该侧设置为朝向功能主体704。这一侧敞开主要为了使通讯线路板702能够安装至功能主体704，在总线通讯连接装置与功能主体704组合时，这个敞开的部分能被断路器等的外壳所封闭，从而使通讯线路板702被相对的封闭起来从而减少外部对通讯线路板702的干扰，使其通讯的可靠性增加。

作为具体的方案，盖板701的壁部72包括：顶壁708，侧壁712和底壁713。

其中，顶壁708设置于通讯线路板702的上方；顶壁708的长度方向大致平行于板部71的长度方向；通讯线路板702的长度方向大致平行于顶壁708的长度方向。顶壁708的长度方向大致平行于断路器的手柄的转动轴线。

需要说明的是，这里所指的上下左右是相对而言的，是为了采用简洁的语言介绍相对的位置关系，其并不表示绝对的位置关系，该表述不应认为限制本发明的保护范围。

更具体地，侧壁712设置于通讯线路板702的左右两侧；侧壁712设有一个插槽711，侧壁712孔设置在插槽711中；该插槽711用于容纳一个插接件719，该插接件719设有一个主体718和两侧的插针720。作为优选方案，主体718的宽度为插槽711深度的两倍，也就是说两个盖板701的端部对接之后，插接件719的主体718将完全容纳在两个插槽711形成的空间之中。在进行连接时，插接件719的插针720穿过侧壁712孔插入到通讯端子703设有的槽中实现电性连接以传输信号。

作为更具体的方案，侧壁712大致垂直于顶壁708，侧壁712的长度方向大致垂直于顶壁708的长度方向，断路器600的手柄601的转动轴线大致垂直于侧壁712的外表面。侧壁712形成有向远离板部71方向凸起的限位凸起710。该限位凸起710可以被构造为具有矩形的边缘以实现两个维度的限位；功能主体704设有一个限位槽706，该限位凸起710能嵌入限位槽706中。

另外，盖板701的壁部72还包括若干底壁713，设置于通讯线路板702的下方；底壁713大致平行于顶壁708，至少两个底壁713之间设有间隙，间隙的作用在于避开一些结构使盖板701可以安装至功能主体704而不被这些结构所阻碍。

底壁713的作用在于从下侧保护盖板701的内部空间，由于安装至功能主体704时，底壁713位于下侧，其可以不必像顶壁708一样对内部形成完全的遮蔽，因为顶壁708位于上方需要放置灰尘或异物从上方落入盖板701内部，而底壁713位于下侧相对于上方来说，不容易进入灰尘和异物

为了实现通讯电路板与盖板701的结合，盖板701还包括：定位柱707。定位柱707的数目可以是一个也可以是多个。具体而言，定位柱707形成于板部71的内侧凸出于板部71；相应地，通讯电路板设有使供定位柱707穿过的定位孔716。作为一种可选方案，通讯电路板分为布线部和凸出于布线部的孔部，其中布线部用以设置通讯总线的物理线路，孔部设有定位孔716。作为具体方案，定位柱707数目为复数，且它们大致沿一个平行于通讯线路板702长度方向的直线分布。

为了使总线通讯连接装置能够快捷的安装至断路器模组，盖板701还包括：若干卡扣709。这些卡扣709形成于板部71的内侧。卡扣709的端部在垂直于通讯线路板702的方向上超出壁部72并且形成止动面714和导向斜面715。导向斜面715会使卡扣709产生一定的形变从而插入至相应的卡槽705中，止动面714可以阻止卡扣709向相反的方向退出卡槽705。功能主体704设有一个收纳卡扣709端部的卡槽705。

作为一种具体的方案，定位柱707和卡扣709在盖板701上都是相对对称设置的。

另外，通讯端子703可以实现平行于通讯线路板702方向的插接，既能将自己与另一个总线通讯连接装置的通讯端子703实现连接。

电控器设有一个通讯接口，该通讯接口可以通过插接件与总线通讯连接装置构成电性连接。

在进行组装时，连接装置两端的通讯端子703会与相邻模组的连接装置端部的通讯端子703插接从而实现通讯连接。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于断路器的电控分合闸装置，其特征在于：

所述用于断路器的电控分合闸装置包括：

脱扣拨件，用于使断路器脱扣；

驱动电机，用于驱动所述脱扣拨件以使其动作；

检测器，用于检测所述脱扣拨件或与之联动的其他传动件中的至少一个的位置；

控制器，用于根据所述检测器的信号控制所述驱动电机以使所述脱扣拨件转动至预设的脱扣位置后被驱动回复至设定位置。

2.根据权利要求1所述的应用于断路器的电控分合闸装置，其特征在于：

所述应用于断路器的电控分合闸装置还包括：

驱动柄，用于转动断路器手柄；

所述驱动电机在驱动所述脱扣拨件时也驱动所述驱动柄。

3.根据权利要求2所述的应用于断路器的电控分合闸装置，其特征在于：

所述检测器检测所述驱动柄或与之联动的其他传动件中的一个的位置并反馈至所述控制器。

4.根据权利要求2所述的应用于断路器的电控分合闸装置，其特征在于：

所述检测器包括：

两个位置传感器，用于分别检测所述脱扣拨件和所述驱动柄的位置。

5.根据权利要求2所述的应用于断路器的电控分合闸装置，其特征在于：

所述检测器与所述控制器构成电性连接。

6.根据权利要求2所述的应用于断路器的电控分合闸装置，其特征在于：

所述应用于断路器的电控分合闸装置还包括：

电路板，所述控制器至少通过所述电路板与驱动电机构成电性连接。

7.根据权利要求6所述的应用于断路器的电控分合闸装置，其特征在于：

所述驱动柄的转动轴线垂直于所述电路板。

8.根据权利要求2所述的应用于断路器的电控分合闸装置，其特征在于：

所述脱扣拨件与所述驱动柄的转动轴线平行设置。

9.根据权利要求2所述的应用于断路器的电控分合闸装置，其特征在于：

所述驱动电机转动时所述脱扣拨件与所述驱动柄向相反的方向转动。

10.根据权利要求1所述的应用于断路器的电控分合闸装置，其特征在于：

所述应用于断路器的电控分合闸装置还包括：

电路板，所述控制器至少通过所述电路板与驱动电机构成电性连接；

所述脱扣拨件的转动轴线垂直于所述电路板。