CN109844895B - 闩锁装置和具有这类闩锁装置的操作机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电气开关设备的操作机构(100)的闩锁装置。装置具有锁定构件(1)，其可以在第一位置和第二位置之间移动。在第一位置，锁定构件(1)布置为将操作机构(100)的驱动构件(101)锁定在锁定位置，并且驱动构件(101)的力(F)施加至锁定构件(1)的接触部分(11)。在第二位置，锁定构件(1)布置为将驱动构件(101)从锁定位置释放。至少在第一位置，锁定构件(1)布置为抵靠反作用辊。脱扣构件(3)可以在锁定锁定构件(1)的第一位置和释放锁定构件的第二位置之间移动。根据本发明，锁定构件(1)具有第一部分(12)和第二部分(13)。第一部分围绕第一枢转轴线(P1)可旋转地连接至第一连杆(4)，第一枢转轴线(P1)可以垂直于其方向移动。第二部分(13)围绕第二枢转轴线(P2)可旋转地连接至第二连杆(5)，第二枢转轴线(P2)可以垂直于其方向移动。第二连杆(5)围绕第三枢转轴线(P3)可旋转地连接至脱扣构件(3)。脱扣构件(3)从其第一位置到其第二位置的移动引发接触部分(11)移动脱离与驱动构件(101)的力传递关系。本发明还涉及一种设置有本发明的闩锁装置的操作机构。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电气开关设备的操作机构的闩锁装置，操作机构可操作地连接至开关设备，闩锁装置包括：
锁定构件，其可以在至少一个第一位置和至少一个第二位置之间移动，在第一位置，锁定构件布置为将操作机构的驱动构件锁定在锁定位置，并且驱动构件的力施加至锁定构件的接触部分，并且在第二位置，锁定构件布置为将驱动构件从锁定位置释放，
限定第一轴线的反作用辊，至少在第一位置，锁定构件布置为抵靠反作用辊，
脱扣构件，其可以在至少一个第一脱扣位置和至少一个第二脱扣位置之间移动，在第一脱扣位置，脱扣构件布置为将锁定构件锁定在第一位置，并且在第二脱扣位置，脱扣构件布置为将锁定构件从锁定位置释放。
在第二方面，本发明涉及一种用于电气开关设备的操作机构。
背景技术
在电力传输或配电网中，电气开关设备被结合在网络中以响应异常负载条件提供自动保护或允许打开或关闭(切换)部分网络。因此，可以要求开关设备执行许多不同的操作，例如终端故障或短线故障的中断、小感应电流的中断、电容性电流的中断、异相切换或空载切换，所有这些操作都是本领域技术人员所公知的。
在开关设备中，实际开关操作由至少两个触头实现，这两个触头可相对于彼此移动，其中，通常一个触头是静触头，而另一触头是动触头。动触头由操作系统操作，操作系统可以包括闩锁装置以及机械系统，闩锁装置例如由致动器控制，而机械系统可操作地将闩锁装置连接至开关设备的动触头。
EP2001031-A1公开了一种用于电气开关设备操作机构的闩锁组件。
US2009/0050605-A1描述了一种具备自动解除连接机构的电路断路器。
US6,008,459公开了一种包括操作机构和致动器的模制塑料限流电路断路器。
US5,713,459描述了一种用于电气开关设备的辊闩锁和释放机构。
US4,679,018公开了一种用于电路断路器的闩锁机构。闩锁包括具有三个互连连杆构件的连接机构。连接机构的移动由电磁柱塞致动，但由弹簧驱动。
US3,810,051公开了一种电路断路器脱扣和闩锁机构。
US2,372,140公开了一种用于电路断路器的闩锁机构。闩锁包括具有五个互连连杆构件的连接机构。连接机构的移动由电磁体柱塞致动，但由弹簧驱动。
US1,807,041公开了一种用于电路断路器的闩锁机构。闩锁包括具有三个连杆构件的连接机构，连接机构由电磁体柱塞驱动。该机构由弹簧偏压至锁定位置。由此产生的阻挡体的移动是侧向和向下的。
由于必须释放的大部分力通过机构传递，美国早先公开文献中的装置普遍很笨拙且尺寸过大。
EP2246869-A1公开了一种用于电气开关设备的主驱动单元的机械闩锁单元，闩锁单元具有反作用辊，从而仅有一小部分力必须通过该机构传递。闩锁单元包括第一辊，第一辊可以在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置，第一辊适用于将主驱动单元的驱动齿锁定在锁定位置，并且驱动齿的力施加至第一辊。在第二位置，第一辊适用于将驱动齿从锁定位置释放。闩锁单元还包括反作用辊，并且在至少第一位置，第一辊适用于抵靠反作用辊。闩锁单元还包括引导槽、滑架和用于引导第一辊移动的锁定杆。在第一位置，第一辊适用于将施加至第一辊的驱动齿的力分配为施加至反作用辊的主力分量和施加至滑架的次力分量。
WO2012/089550公开了一种与EP2246869类似的装置，并且进一步设置有引导装置，该引导装置适用于沿第一方向朝反作用辊引导第一构构件的第一部分。该引导代表了对于EP2246869的改进。
EP2012/089550和EP2246869代表了对于传统技术在可靠性、抗冲击和过载条件、低散射和操作时间方面的实质性改进。然而，这些方面的操作仍需改进。在这些现有技术的装置中，闩锁装置的内部移动部件在被电磁体解锁后仍然会阻碍主臂的移动。然后必须在主弹簧的驱动下，通过主臂将这些内部移动部件推开。这需要时间，因此增加了系统的操作时间。
发明内容
本发明的目的在于获得一种改进的闩锁装置，尤其是获得更短的操作时间。
该目的通过本发明的实施例实现。因此，锁定构件具有第一部分和第二部分，第一部分围绕第一枢转轴线可旋转地连接至第一连杆，第一枢转轴线可以垂直于其方向移动，并且第二部分围绕第二枢转轴线可旋转地连接至第二连杆，第二枢转轴线平行于第一枢转轴线并且可以垂直于其方向移动，第二连杆围绕第三枢转轴线可旋转地连接至脱扣构件，第三枢转轴线平行于第一枢转轴线，由此，脱扣构件从其第一脱扣位置到其第二脱扣位置的移动引发接触部分移动脱离与驱动构件的力传递关系。
利用闩锁装置的这种设置，传动功能将由电磁体驱动，从而大大减少了操作时间，最多可以减少一半。本发明的闩锁装置没有松动或未连接的部件，因此，闩锁功能可以预测且更稳定。摩擦也减少了。需要的部件更少，这降低了生产成本。当电磁体打开闩锁时，驱动构件可以完全自由通过。这对于快速闭合-断开操作是重要的，因为在其它情况下，当驱动构件必须将内部移动部件推开时，即使只是短暂停靠在闩锁上，驱动构件也会减速。因此，通过本发明实现了：
-电磁体驱动传动功能代替来自驱动构件的力，
-所有移动部件连接在一起，
-复位功能只需要一个弹簧，
-在预脱扣CO操作期间移除主阻挡功能，
-低摩擦力，以及
-需要的部件更少，大多数部件允许更大公差，从而降低了产品成本。
根据优选实施例，移动期间的连杆布置为沿具有第一分量和第二分量的方向移动接触部分，第一分量在锁定构件的纵向方向上，第二分量垂直于第一分量。锁定构件的纵向方向定义为从锁定构件和驱动构件之间的接触点到锁定构件和反作用辊之间的接触点的线的方向。
以这种方式同时在两个方向上移动接触部分有利于迅速且良好地控制接触部分移动脱离力传递关系，从而使锁定构件不再阻挡驱动构件的移动。
根据另一优选实施例，第一连杆可以围绕平行于第一枢转轴线的第四枢转轴线旋转。
由于第一连杆可以以这种方式旋转，其与锁定构件的接头可以在从第一位置移动至第二位置的过程中沿具有圆形线路作为一个分量的路径移动。这代表了一种简单且安全地实现接触部分在两个方向上移动的方式。
根据另一优选实施例，第四枢转轴线的位置是固定的。
通过推动第一连杆围绕固定的枢转轴线枢转，上述圆形线路将表示第一枢转轴线(即锁定构件和第一连杆之间的接头)的移动路径。这有利于获得接触部分明确限定且受控的移动。
根据另一优选实施例，第三枢转轴线可以垂直于其轴线移动。
与该轴线相关的接头移动的可能性是允许该部分锁定构件移动以获得上述接触部分的移动模式的简单方式。
根据另一优选实施例，脱扣构件可以围绕平行于第一枢转轴线的第五枢转轴线旋转。
对于控制脱扣构件与第二连杆之间的接头的移动(该接头与第三枢转轴线相关)，脱扣构件的旋转移动是有利的。因此，该移动包括第二连杆的连接端的旋转分量，从而使该连杆的另一端充分拉动锁定构件。
根据另一优选实施例，第五枢转轴线的位置是固定的。
用于脱扣构件的固定枢转轴线确保了闩锁装置的可靠功能，尤其是在拉动远离接触部分的锁定构件的端部方面。
根据另一优选实施例，该装置还包括由电磁体致动的触发构件，触发构件布置为作用在脱扣构件上，以通过对脱扣构件施加脱扣力，将脱扣构件从其第一脱扣位置移动至其第二脱扣位置。
使用由电磁体致动的触发构件表示快速启动闩锁操作。由于本发明的闩锁装置的配置，触发构件的力仅需要是锁定力的一小部分，可以小至锁定力的1％。因此，电磁体的尺寸可以相应地设计，即相对较小。
根据另一优选实施例，脱扣构件包括第一杆臂和第二杆臂，第二连杆连接至第一杆臂，触发构件作用在第二杆臂上。
因此，触发构件用作双臂杆件，从而可以优化与其配合的组构件的位置和取向。
根据另一优选实施例，第一杆臂和第二杆臂相对于第五枢转轴线设置为彼此成约180°的角度。
在许多情况下，这是与邻近元件配合的最实际布置。
根据另一优选实施例，杆臂的比率在1.5:至-1:1.5的范围内，优选约为1:1。
这表示杆件在力方面对称或几乎对称的构造，这对于杆件和相关组件的尺寸设计通常是有利且实用的。
根据另一优选实施例，锁定构件的长度在第一和第二连杆中每一个连杆的长度的1.3至5倍的范围内，优选在1.至-2.5倍的范围内。
为了获得接触部分的期望移动模式，已经发现这意味着锁定构件的长度优选地应该是每个连杆的约两倍。对于过短的锁定构件，接触部分的侧向移动将更难以实现，并且对于过长的锁定构件，稳定性可能受到威胁并且装置会变得笨重。在这一方面，特定范围代表适当的平衡，尤其是更窄的范围。
根据另一优选实施例，第一连杆的长度在第二连杆长度的0.7至1.5倍的范围内，优选在0.9至1.1倍的范围内。
为了获得期望移动模式，如果两个连杆长度大致相等，但其有限偏差(如特定范围内)是可以接受的，则对其进行简化。
根据另一优选实施例，装置还包括弹簧装置，其抵消触发力并且布置为一旦完成致动就将锁定构件从其第二位置回复至其第一位置。致动是在切换电气设备时执行的操作，例如断开断路器。
弹簧是复位装置的有效方式，并且由于本发明的闩锁装置的构造，可以通过相对简单的弹簧装置实现复位。
根据另一优选实施例，弹簧装置是拉伸弹簧。
在上下文中，拉伸弹簧提供最简单且最可靠的替代方案。
根据另一优选实施例，弹簧装置作用在第二连杆和脱扣构件之间或邻近二者的连接结构上。
在该区域中，复位力特别有效。
根据另一优选实施例，锁定构件布置为在从其第一位置到其第二位置的至少大部分移动期间抵靠反作用辊。
在完全移动期间通过反作用辊支撑锁定构件或至少其主要部分有助于实现锁定构件的移动，该移动确保接触部分的期望移动模式。
根据本发明的第二方面实现的本发明的目的在于，一种用于电气开关设备的操作机构，操作机构可操作地连接至开关设备，并且操作机构包括闩锁装置和驱动构件，驱动构件可以相对于闩锁装置在至少一个锁定位置和至少一个释放位置之间移动，由此，闩锁装置包括本发明闩锁装置的特征，尤其是其任意优选实施例的特征。
本发明的操作机构及其优选实施例具有与本发明的闩锁装置及其优选实施例类似的优点，这些优点已在上文中描述。
本发明的上述优选实施例在所附权利要求中列出。应当理解的是，可以由所述优选实施例的特征的任意可能组合以及具有下文所述实例中描述的特征的实施例中的特征的任意可能组合组成其它优选实施例。
附图说明
图1是根据本发明的闩锁装置在第一锁定位置的实例的示意图。
图2是图1的闩锁装置在第二释放位置的示意图。
具体实施方式
在图1中示出闩锁装置位于将电气开关设备的操作机构100(如断路器)保持在锁定位置的位置。在该位置，断路器准备好在需要时断开断路器。操作机构可以是常规类型的操作机构，并且不需要对本领域技术人员进行解释。因此，操作机构主要表示为框100，并且仅示出了其与本发明的闩锁装置配合的驱动构件101。
因此，操作机构通常可以具有可旋转的驱动单元，该驱动单元驱动地连接至可旋转的驱动轴，驱动轴布置为将致动运动传递至开关设备，例如经由本领域技术人员已知的机械结构传递至开关设备的动触头部件。动触头能够朝向或远离另一触头部件移动以闭合和断开电流路径。操作机构可以以传统方式设置有偏压装置，例如加载的扭力弹簧，偏压装置沿第一方向围绕驱动轴推动操作机构的驱动单元及其驱动构件。在该图中，旋转方向是顺时针方向。
在需要断开操作时，闩锁装置释放锁定的驱动单元，使其顺时针旋转，从而使装置到达图2所示的位置。此后不久，闩锁装置将驱动单元复位至其图1中的原始位置，从而准备下一次断开操作。这是本文中闩锁装置的一般功能。在下文中，将更详细地描述根据本发明的闩锁装置的细节。
参见图1，闩锁装置包括锁定构件1，在图中，锁定构件1在其上端部抵接操作机构的驱动构件101。驱动构件101设置有可枢转地与之连接的触头单元102。触头单元102被拉伸弹簧103沿顺时针方向偏压。锁定构件1的下端部抵接反作用辊2，其能够绕辊轴线O旋转。由于上述提及的旋转偏压，驱动构件101在锁定构件1上施加接触力。反作用辊2支撑锁定构件1，从而几乎承受来自驱动构件的所有力。
驱动构件101和锁定构件1之间的接触力具有主要但不完全与锁定构件1的纵向延伸对准的方向。接触力F的方向在图中示出，但出于说明的目的而略微放大。优选地，接触力F与锁定构件1的纵向方向(即，从介于锁定构件1与驱动构件101的触头部件102之间的接触点到介于锁定构件1与反作用辊之间的接触点的方向)之间的角度，应为1°左右。这意味着约99％的力由反作用辊2承受，而约1％的力由第二连杆5承受。
在锁定构件1的第一部分12处，锁定构件围绕第一枢转轴线P1可枢转地连接至第一连杆4的第一端。在所示实例中，该连接位于锁定构件靠近接触点的上端部。第一枢转轴线P1垂直于纸平面延伸，并且因此平行于操作机构100的旋转轴线(未示出)延伸。第一枢转轴线P1能够垂直于其方向移动。第一连杆4的第二端部能够围绕第四枢转轴线P4枢转，第四枢转轴线P4是静止的，并且平行于第一枢转轴线P1。
第一构件1的第二部分13围绕第二枢转轴线P2可枢转地连接至第二连杆5的第一端部，第二枢转轴线P2平行于第一枢转轴线P1，并且能够垂直于其方向移动。在该实例中，第二枢转轴线P2位于锁定构件1的靠近其与反作用辊2的接触点的下端部处。
第二连杆5围绕第三枢转轴线P3可枢转地连接至脱扣构件3。第三枢转轴线P3平行于第一枢转轴线P1并且能够垂直于其方向移动。在该实例中，脱扣构件3配置成能够围绕第五枢转轴线P5旋转的杆件，第五枢转轴线P5是静止的并且平行于第一枢转轴线P1。脱扣构件3具有两个相对于彼此正好相反地布置的第一杆臂31、第二杆臂32。第二连杆5连接至第一杆臂31的端部。
拉伸弹簧7连接到介于第二连杆5和第一杆臂31之间的枢转接头。
邻近第二杆臂32设置有电磁体6，电磁体6设置有柱塞61，柱塞61布置为能够作用在第二杆臂32上。
当信号指示需要断开断路器时，电磁体6被激活，从而致使操作机构100被释放以实现断开，并且闩锁装置将到达图2所示的位置。
这通过以下方式发生：电磁体6的激活影响柱塞61，使柱塞顺时针枢转。由此，柱塞61撞击第二杆臂32，使得脱扣构件3逆时针旋转。因此，第二连杆5和第一杆臂31之间的枢转接头以及第三枢转轴线P3将以逆时针方向沿着圆形线路移动。借此，在锁定构件1和第二连杆5之间的接头处的第二枢转轴线P2将沿着与反作用辊2的外周相邻的圆形路径顺时针移动。这是由作用在第二连杆5上的、来自第一杆臂31的向下并且向右渐增的拉力引起的。因此，随着第一连杆4围绕第四枢转轴线P4逆时针旋转，锁定构件1连接至第一连杆4的第一枢转轴线P1也将借此沿由第一连杆4限定的圆形路径向下并且向左移动。
第一枢转轴线P1的这种移动使锁定构件1的接触点在向下和向右两个方向上均脱离与驱动构件101的触头单元102接触。移动的向右指向分量使得驱动构件101可以自由向下移动，如图2所示，并且由此通过旋转操作机构断开断路器。因此，驱动构件101在移动时不必推动锁定构件1，其原本会降低驱动构件的速度。驱动构件也不会受来自锁定构件1的任何摩擦的影响，因为锁定构件1不在其路径中。利用本发明装置的断开操作可以在快至7毫秒内实现。
柱塞61作用在杆件3上所需的力基本上对应于接触力F的水平分量。水平分量约为接触力F、即锁定力的1％。因此，所需的脱扣力与锁定力的比率约为1：100。
在断开移动期间，拉伸弹簧7将通过接头围绕第三枢转轴线P3的移动而张紧。在断开完成时，拉伸弹簧7将闩锁装置拉回至其起始位置，如图1所示。在闩锁装置复位期间，由于拉伸弹簧103的作用，驱动构件101的触头单元102将沿顺时针方向稍微缩回。这便于驱动构件101在逆时针返回图1的位置时通过锁定构件1。
Claims (17)
1.一种闩锁装置，用于电气开关设备的操作机构(100)，所述操作机构(100)能够可操作地连接至所述开关设备，所述闩锁装置包括：
锁定构件(1)，其能够在至少一个第一位置和至少一个第二位置之间移动，在所述第一位置，所述锁定构件(1)被设置为将所述操作机构(100)的驱动构件(101)锁定在锁定位置，并且所述驱动构件(101)的力(F)施加至所述锁定构件(1)的接触部分(11)，并且在所述第二位置，所述锁定构件(1)被设置为将所述驱动构件(101)从所述锁定位置释放，
反作用辊(2)，其限定出第一轴线(O)，至少在所述第一位置，所述锁定构件(1)被设置为抵靠所述反作用辊(2)，
脱扣构件(3)，其能够在至少一个第一脱扣位置和至少一个第二脱扣位置之间移动，在所述第一脱扣位置，所述脱扣构件(3)被设置为将所述锁定构件(1)锁定在所述第一位置，并且在所述第二脱扣位置，所述脱扣构件(3)被设置为将锁定构件(1)从所述锁定位置释放，
其特征在于，所述锁定构件(1)具有第一部分(12)和第二部分(13)，所述第一部分围绕第一枢转轴线(P1)可旋转地连接至第一连杆(4)，所述第一枢转轴线(P1)能够垂直于该第一枢转轴线的方向移动，并且所述第二部分(13)围绕第二枢转轴线(P2)可旋转地连接至第二连杆(5)，所述第二枢转轴线(P2)平行于所述第一枢转轴线(P1)、并且能够垂直于该第二枢转轴线的方向移动，所述第二连杆(5)围绕第三枢转轴线(P3)可旋转地连接至所述脱扣构件(3)，所述第三枢转轴线(P3)平行于所述第一枢转轴线(P1)，由此，所述脱扣构件(3)从其第一脱扣位置到其第二脱扣位置的移动引发所述接触部分(11)移动脱离与所述驱动构件(101)的力传递关系。
2.根据权利要求1所述的闩锁装置，其中，在所述锁定构件(1) 和所述脱扣构件(3)移动期间，所述第一连杆(4)和所述第二连杆(5)被设置为沿着具有第一分量和第二分量的方向移动所述接触部分(11)，所述第一分量在所述锁定构件(1)的纵向方向上，所述第二分量垂直于所述第一分量。
3.根据权利要求1或2所述的闩锁装置，其中，所述第一连杆(4)围绕第四枢转轴线(P4)可枢转，所述第四枢转轴线(P4)平行于所述第一枢转轴线(P1)。
4.根据权利要求3所述的闩锁装置，其中，所述第四枢转轴线(P4)的位置是固定的。
5.根据权利要求1、2和4中任意一项所述的闩锁装置，其中，所述第三枢转轴线(P3)能够垂直于其轴线移动。
6.根据权利要求1、2和4中任意一项所述的闩锁装置，其中，所述脱扣构件(3)围绕第五枢转轴线(P5)可枢转，所述第五枢转轴线(P5)平行于所述第一枢转轴线(P1)。
7.根据权利要求6所述的闩锁装置，其中，所述第五枢转轴线(P5)的位置是固定的。
8.根据权利要求1、2、4和7中任意一项所述的闩锁装置，还包括由电磁体(6)致动的触发构件(61)，所述触发构件(61)被设置为作用在所述脱扣构件(3)上，以通过在所述脱扣构件上施加脱扣力而使所述脱扣构件(3)从其第一脱扣位置移动至其第二脱扣位置。
9.根据权利要求8所述的闩锁装置，其中，所述脱扣构件(3)包括第一杆臂(31)和第二杆臂(32)，所述第二连杆(5)连接至所述第一杆臂(31)，所述触发构件(61)被设置为作用在所述第二杆臂(32)上。
10.根据权利要求1、2、4、7和9中任意一项所述的闩锁装置，其中，所述锁定构件(1)的长度在所述第一连杆(4)和所述第二连杆(5)中的每一个连杆的长度的1.3倍至5倍的范围内。
11.根据权利要求1、2、4、7和9中任意一项所述的闩锁装置，其中，所述第一连杆(4)的长度在所述第二连杆(5)的长度的0.7倍至1.5倍的范围内。
12.根据权利要求8所述的闩锁装置，还包括弹簧装置(7)，所述弹簧装置(7)抵消所述脱扣力，并且被设置为一旦所述致动已经完成便使所述锁定构件(1)从其第二位置回复至其第一位置。
13.根据权利要求12所述的闩锁装置，其中，所述弹簧装置(7)作用在介于所述第二连杆(5)和所述脱扣构件(3)之间的或者与二者邻近的连接结构上。
14.根据权利要求1、2、4、7、9、12和13中任意一项所述的闩锁装置，其中，所述锁定构件(1)被设置为在从其第一位置到其第二位置的至少大部分移动期间抵靠所述反作用辊(2)。
15.根据权利要求10所述的闩锁装置，其中，所述锁定构件(1)的长度在所述第一连杆(4)和所述第二连杆(5)中的每一个连杆的长度的1.8倍至2.5倍的范围内。
16.根据权利要求11所述的闩锁装置，其中，所述第一连杆(4)的长度在所述第二连杆(5)的长度的0.9倍至1.1倍的范围内。
17.一种操作机构(100)，用于电气开关设备，所述操作机构(100)能够可操作地连接至所述开关设备，并且所述操作机构(100)包括闩锁装置和驱动构件(101)，所述驱动构件(101)能够相对于所述闩锁装置在至少一个锁定位置和至少一个释放位置之间移动，其特征在于，所述闩锁装置包括根据权利要求1-16中任意一项所述的特征。
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