CN111681908B - 一种断路器弹簧操动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断路器弹簧操动机构，包括壳体框架内连接的合闸组件、分闸组件、传动组件和输出组件；输出组件包括输出轴和连接在输出轴上的输出拐臂；合闸组件包括合闸半轴和连接在合闸半轴上的储能保持掣子；传动组件包括储能轴，储能轴上连接有合闸弹簧，储能轴转动压缩合闸弹簧实现储能；储能轴转动，带动储能轴上的凸轮上的第一滚轮和储能保持掣子接触连接实现储能保持；合闸弹簧复位实现合闸；合闸弹簧复位带动储能轴上的合闸保持掣子转动，合闸保持掣子与输出拐臂上的第三滚轮接触连接实现合闸保持；分闸组件用于分闸；本发明实现零件复用，使零件总量大幅减少，具有结构简单、可靠性高的优点。

Description

一种断路器弹簧操动机构

技术领域

本发明涉及开关设备控制技术领域，具体涉及一种断路器弹簧操动机构。

背景技术

断路器作为电力系统中重要的开关元件，起着控制和保护作用，其动作的可靠性和智能化水平直接决定了电力系统供配电的可靠性和自动化水平。现有的真空断路器弹簧操动机构存在结构复杂、体积大、稳定性低、后期不易维护等问题。目前国内大量使用的一体化弹簧操动机构及单组件弹簧操动机构大多采用焊接框架结构，容易产生焊接变形，定位精度较低；现有断路器操动机构零部件数量较多，产品稳定性及可靠性较低；现有的断路器操动机构还具有合分闸时冲击力较大、使用寿命低的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种断路器弹簧操动机构，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

一种断路器弹簧操动机构，包括壳体框架内连接的合闸组件、分闸组件、传动组件和输出组件；

所述输出组件包括所述输出轴和连接在所述输出轴上的输出拐臂；所述合闸组件包括合闸半轴和连接在所述合闸半轴上的储能保持掣子；

所述传动组件包括储能轴，所述储能轴上连接有合闸弹簧，所述储能轴转动压缩所述合闸弹簧实现储能；所述储能轴转动，带动储能轴上的凸轮上的第一滚轮和所述储能保持掣子接触连接实现储能保持；

所述合闸弹簧复位实现合闸；所述合闸弹簧复位带动所述储能轴上的合闸保持掣子转动，所述合闸保持掣子与所述输出拐臂上的第三滚轮接触连接实现合闸保持；所述分闸组件用于分闸。

进一步地，所述分闸组件包括分闸半轴；所述分闸半轴和所述储能轴上连接的分闸掣子接触连接，所述分闸半轴转动通过所述分闸掣子带动所述合闸保持掣子脱离所述第三滚轮，所述输出拐臂转动实现分闸。

进一步地，所述合闸保持掣子转动连接在所述分闸掣子的底端，所述分闸掣子上设有连接孔，所述分闸掣子通过所述连接孔安装在所述储能轴上。

进一步地，所述壳体框架内还连接有原动装置，所述储能轴上转动连接有大齿轮，所述储能轴上固定连接有圆轮，所述大齿轮的一侧面连接有棘爪，所述原动装置输出端连接的小齿轮和所述大齿轮相啮合，所述大齿轮通过所述棘爪带动所述圆轮转动，所述圆轮带动所述储能轴转动。

进一步地，所述输出轴上连接有油缓冲拐臂，所述油缓冲拐臂上连接有滚子，所述输出轴转动带动所述滚子和油缓冲接触。

进一步地，所述合闸半轴上连接有合闸脱扣板，所述壳体框架内伸缩连接有合闸推杆，所述合闸推杆伸长推动所述合闸脱扣板运动。

进一步地，所述壳体框架内安装有合闸线圈，所述合闸线圈内的线圈铁芯推动所述合闸脱扣板运动。

进一步地，所述分闸半轴上连接有分闸脱扣板，所述壳体框架内伸缩连接有分闸推杆，所述分闸推杆伸长推动所述分闸脱扣板运动。

进一步地，所述壳体框架内安装有分闸线圈，所述分闸线圈内的线圈铁芯推动所述分闸脱扣板运动。

进一步地，所述合闸弹簧为矩形弹簧。

根据上述技术方案，本发明的实施例至少具有以下效果：

1、本发明原动装置工作带动储能轴运动，储能轴压缩储能弹簧实现储能，同时，储能轴上的凸轮连接的第一滚轮和合闸半轴的储能保持掣子接触，实现储能保持；合闸时，合闸弹簧复位释放能量实现合闸，合闸时，储能轴上的合闸保持掣子与所述输出拐臂上的第二滚轮接触连接实现合闸保持；分闸时，分闸半轴转动带动储能轴上的分闸掣子转动分闸掣子底端的合闸保持掣子脱离第二滚轮，输出拐臂转动实现分闸；本装置能够有效的实现合分闸、合闸保持、储能及储能保持，具有缓冲效果，减小分、合闸冲击力，极大提高机构的使用寿命和可靠性；

2、本装置的操动机构，同一零件实现多功能、实现零件复用，使零件总量大幅减少，具有结构简单、可靠性高的优点；合闸保持掣子既可以实现合闸作用，也可以实现合闸保持作用；

3、采用铸铝壳体框架和铸铝基座一体成型铸造，分闸组件、合闸组件、输出组件和传动组件集成在壳体框架内部，内置式底盘车、连杆传动组件集成在铸铝基座内部，实现了组件化装配；减少了焊接件，定位精度高，减少装配误差，产品一致性好、可靠性高。

4、传统弹簧操动机构采用大拉簧内嵌小拉簧的合闸弹簧组件，零件较多，装配复杂，本发明采用矩形合闸弹簧，力值比常规断路器弹簧操动机构合闸弹簧较小10%左右，提高了机构使用寿命；

5、电动分闸及手动分闸，线圈铁芯及分闸推杆都能推动分闸脱扣板实现分闸；电动合闸及手动合闸，线圈铁芯及合闸推杆都是推动合闸脱扣板实现合闸；实现了分闸和合闸的多样化，保证分合闸的可靠性；

6、本装置采用二级齿轮传动，电机减速箱齿轮直接带动储能轴上的大齿轮，结构紧凑、布局合理，减少了零件数量（与传统弹簧操动机构相比零件数量压降20%），减少故障点，提高了机构可靠性，减少了机构的占用空间，（多的空间可以合理的布线或者增加一些客户需要的配置，使电机有足够的降温空间）；

7、电器控制组件将分闸组件、合闸组件和行程开关集成在电器安装板上，结构紧凑、布局合理、布线美观，可实现电器控制组件快速装卸，便于后期故障维修。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的整体结构示意图；

图2为本发明具体实施方式中铝合金铸铝机构模块的示意图；

图3为本发明具体实施方式中铝合金铸铝机构模块中不同视角的示意图；

图4为本发明具体实施方式中铝合金铸铝机构模块的具体结构示意图；

图5为图4的左视剖视图；

图6为图4的左视图；

图7为图2的具体结构示意图；

图8为图7的左视剖视图；

图9为本发明具体实施方式中基座模块的示意图；

图10为本发明具体实施方式中基座模块的内部结构示意图；

图11为本发明具体实施方式铝合金铸铝机构的立体轴测图；

图12为图11不同视角的结构示意图。

其中：1、挂簧杆；2、合闸弹簧；3、储能轴；4、合分指示板；5、储能指示板；6、圆轮；7、大齿轮；8、第一滚轮；9、计数器；10、行程开关；11、壳体框架；12、行程开关驱动拐臂；13、第一联锁板；14、合闸脱扣板；15、合闸线圈；16、合闸推杆；17、分闸推杆；18、分闸线圈；19、油缓冲拐臂；20、拐臂；22、电机；23、分闸脱扣板；24、分闸半轴；25、合闸半轴；26、输出拐臂；27、滚子；28、销轴；29、凸轮；30、合闸保持掣子；31、第二滚轮；32、第三滚轮；33、输出轴；34、储能保持掣子；35、分闸掣子；36、单向臂。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

本发明提供一种兼具手动和电动储能的高可靠性组件化铸铝真空断路器弹簧操动机构；本发明采用二级齿轮传动，结构紧凑、布局合理，减少了零件数量本发明的分闸组件、合闸组件、输出组件、齿轮传动组件、电器控制组件模块化装配提高了装配精度；本发明提供同一零件具有多种功能、使零件总量大幅减少，结构简单、可靠性高、易维护；本发明在分合闸时具有缓冲效果，减小分、合闸冲击力，极大提高机构的使用寿命和可靠性；本发明采用高精度油缓冲，有效降低机构分闸反弹幅值的组件化铸铝弹簧操动机构。

本发明包括：铝合金铸铝机构模块、铝合金铸铝基座模块和钣金框架模块。铝合金铸铝机构模块主要组成部分：储能电机、电器控制组件、铝合金铸铝壳体框架、分闸组件、合闸组件、输出组件、合闸保持组件、传动组件、油缓冲组件等。

铝合金铸铝基座模块主要组成部分：分闸弹簧组件、铝合金铸铝基座框架、内置式底盘车、连杆传动组件等。铝合金铸铝基座内连接的连杆传动组件、分闸弹簧组件、内置式底盘车；固定在铝合金铸铝基座上的钣金框架模块。内置底盘车通过螺栓固定在铸铝基座内部。连杆传动组件通过螺钉固定在铸铝基座内部的轴承座固定孔上，连杆传动组件通过花键轴转动。

壳体框架11上安装电器控制装置，集成合闸线圈、分闸线圈、行程开关等电器元件。

铝合金铸铝基座框架和铝合金铸铝壳体框架11一体铸造成型，代替了常规的焊接连接，具有不易变形，定位精度高和可靠性高的优点。然后将储能组件、分闸组件、合闸组件和传动组件等模块化安装至铝合金铸铝壳体框架内，内置式底盘车、分闸弹簧组件、连杆传动组件安装至铝合金铸铝基座框架上，模块化安装，提高了装配精度，内置式底盘车内置于铸铝基座框架内部，外形美观。壳体框架包括两侧的壳体框架板和连接在壳体框架板之间的安装板。

模块化铸铝弹簧操动机构，储能电机采用内六角螺栓固定于铝合金铸铝机构壳体框架11的安装板上，使用摇柄顺时针摇动电机输入轴可以实现电机手动储能，通电可以实现电动储能。

如图4所示，传动组件包括储能轴3，储能轴3转动连接在两侧的壳体框架板之间，储能轴3上转动连接有大齿轮7，大齿轮左侧面连接有一棘爪，圆轮6的中心为六方孔，圆轮6通过中心六方孔连接在储能轴3上。圆轮6位于大齿轮7的左侧，且圆轮6和棘爪相配合，棘爪转动带动圆轮6转动。储能轴3的左端贯穿至壳体框架的左侧，储能轴3的左端连接有挂簧拐臂，挂簧拐臂和合闸弹簧2的一端相连接，合闸弹簧2的另一端和连接在壳体框架板上的挂簧杆1相连接。

储能轴3上还连接有凸轮29，凸轮29位于大齿轮7的右侧凸轮29的左侧面上连接有第一滚轮8。

储能轴上还连接有分闸掣子35和合闸保持掣子30。具体的，分闸掣子35的顶端为长方形板状结构，底端为圆柱形连接座结构，合闸保持掣子30通过销轴转动连接在分闸掣子35的底端，分闸掣子35的圆柱形连接座上设有连接孔，通过连接孔连接在储能轴3上。分闸掣子35位于凸轮29的右侧。

如图4所示，电器控制装置通过螺钉安装在壳体框架右侧，电器控制装置包括电器安装板和安装在电器安装板上的行程开关10，合闸线圈15、分闸线圈18两侧自带螺纹孔，一侧安装在电器安装板上，另一侧固定推杆安装板，合闸推杆16、分闸推杆17安装在推杆安装板上。

合闸组件包括合闸半轴25，合闸半轴25通过轴承转动连接在两侧的壳体框架板之间，合闸半轴25上焊接有储能保持掣子34，合闸半轴25带动储能保持掣子34转动。凸轮29在随着储能轴3转动时，其上连接的第一滚轮8会和储能保持掣子34接触连接。

合闸半轴25的左端贯穿至壳体框架板的左侧，合闸半轴25的左端连接有合闸脱扣板14，合闸脱扣板14的顶部和合闸推杆16在同一水平面，合闸推杆16伸长推动合闸脱扣板14运动，合闸脱扣板14运动带动合闸半轴25转动。

分闸组件包括分闸半轴24，分闸半轴24通过轴承连接在两侧的壳体框架板之间。分闸半轴24的左侧贯穿至壳体框架板的左侧，分闸半轴24的左端连接有分闸脱扣板23，分闸脱扣板23的顶部和分闸推杆17在同一水平面，分闸推杆17伸长推动分闸脱扣板23运动，分闸脱扣板23运动带动分闸半轴24转动。

分闸半轴24开设有凹槽，储能轴3上的分闸掣子35在转动过程中会卡在凹槽内。

输出组件包括输出轴33，输出轴33通过轴承连接在两侧的壳体框架板之间，输出轴33上连接有输出拐臂26，输出拐臂26为V型，包括一连接座和两个伸出端，连接座和输出轴33相连接。其中一个伸出端上连接有第二滚轮31和第三滚轮32。第二滚轮31和凸轮29在同一平面内，第三滚轮32和合闸保持掣子30在同一平面内。

输出轴33上连接油缓冲拐臂19，滚子27通过销轴28固定油缓冲拐臂19上，分闸时，滚子27接触油缓冲，实现缓冲作用。

输出轴33上连接拐臂20，拐臂20与合分指示板4联动，分合闸时，输出轴33转动，通过拐臂20带动合分指示板4转动，实现合分指示。

本发明的工作状态如下：储能时，电机的输出齿轮与大齿轮7啮合，带动大齿轮7转动，大齿轮上的棘爪带动圆轮6转动，圆轮6内部为六方孔，与储能轴3配合，带动储能轴3转动，压缩合闸弹簧2，实现储能。凸轮29内部为六方孔，储能轴3转动时，带动凸轮29转动，储能完成时，凸轮29上的第一滚轮8与储能保持掣子34接触，储能保持掣子34限制了储能轴3的运动，实现储能保持。

合闸时，按动合闸推杆16（电动合闸时，合闸线圈15通电，线圈铁芯推动合闸脱扣板14转动），推动合闸脱扣板14转动，合闸脱扣板14转动带动合闸半轴25转动，储能保持掣子34与合闸半轴25焊接为一体，合闸半轴25转动时，带动储能保持掣子34转动，储能保持掣子34与第一滚轮8脱离接触，合闸弹簧2释放，带动凸轮29转动，凸轮29冲击第二滚轮31，带动输出拐臂26转动，输出拐臂26通过连板带动铸铝基座模块中的连杆传动组件转动，推动绝缘拉杆实现合闸。合闸过程中，合分指示板4转动到合闸标识位置，此时第三滚轮32与合闸保持掣子30接触，处于合闸保持状态。

分闸时，按动分闸推杆17（电动分闸时，分闸线圈18通电，线圈铁芯推动分闸脱扣板23转动），推动分闸脱扣板23转动，分闸脱扣板23带动分闸半轴24转动，分闸半轴24上的凹槽脱离分闸掣子，分闸掣子35转动，带动分闸掣子35底端的合闸保持掣子30转动，合闸保持掣子30与第三滚轮32脱离接触，使输出拐臂26转动，实现分闸。分闸过程中，合分指示板4转动到分闸标识位置，合分指示板4安装在输出轴33上。

油缓冲拐臂19随着输出轴转动，滚子27接触油缓冲，起到缓冲作用。

储能轴3转动过程中，带动储能指示板5转动，储能到位时，储能指示板5转到储能位置。具体的，储能指示板5转动连接在一侧的壳体框架板上，储能轴3上安装有驱动臂，储能轴3转动通过驱动臂和储能指示板5接触带动储能指示板5转动。储能轴3的上连接有行程开关驱动拐臂12，合闸弹簧2储能过程中，行程开关驱动拐臂12在储能轴3的带动下转动，储能到位时，行程开关驱动拐臂12接触行程开关10，从而实现储能信号传输。

储能轴3上还连接有第一联锁板13，第一联锁板13上连接有第二滚子，合闸时，储能轴3转动，第一联锁板13转动带动其上的第二滚子落入至合闸脱扣板14的凹槽内实现联锁。

本发明的组件化铸铝弹簧操动机构，内置式底盘车通过螺栓与铸铝基座连接，外形美观。采用铸铝机构壳体、铸铝基座、铸件导簧杆、输出拐臂、挂簧拐臂等零件，减少了焊接件，定位精度高，减少装配误差，可靠性高。组件化铸铝弹簧操动机构，同一零件实现多功能、实现零件复用，使零件总量大幅减少，结构简单、可靠性高。合闸保持掣子30既可以实现合闸作用，也可以实现合闸保持作用。电器控制组件化装配，电动分闸及手动分闸，线圈铁芯及分闸推杆都是推动分闸脱扣板实现分闸；电动合闸及手动合闸，线圈铁芯及合闸推杆都是推动合闸脱扣板实现合闸；此设计有效减少了零件数量，减少了故障点，提高了机构可靠性。连杆传动组件固定在铸铝基座内部，固定孔相对位置精度高，产品一致性好。

计数器9通过拉杆与输出拐臂26连接，合闸时，输出拐臂26带动拉杆转动，实现计数。壳体框架11内部安装有单向臂36，单向臂26在复位扭簧作用下保持原动装置输出端连接的小齿轮单向转动。

操作顺序：手动储能（不通电情况）/电机储能（通电情况）→齿轮传动→储能保持掣子→合闸脱扣→合闸指示→合闸保持掣子→分闸脱扣→分闸指示。（两种情况根据是否通电情况进行选择）

流程及位置变化：未通电时通过储能摇臂手动储能，通电时电机22转动带动大齿轮7转动，通过圆轮6带动储能轴3使合闸弹簧2储能到位（储能到位时合闸保持掣子30保持住合闸弹簧2压缩状态，行程开关10切换停止储能），通过电磁铁（合闸线圈）通电发出指令完成合闸动作（合分指示板4随着合闸指令切换到合闸指示状态），输出拐臂26带动连杆传动组件完成合闸，合闸保持掣子30保持住合闸状态；分闸线圈通电发出分闸指令完成分闸动作（合分闸指示牌随着切换到分闸指示状态），分闸组件转动使输出拐臂复位，完成分闸。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (9)

1.一种断路器弹簧操动机构，其特征在于，包括壳体框架（11）内连接的合闸组件、分闸组件、传动组件和输出组件；

所述输出组件包括输出轴（33）和连接在所述输出轴（33）上的输出拐臂（26）；所述合闸组件包括合闸半轴（25）和连接在所述合闸半轴（25）上的储能保持掣子（34）；

所述传动组件包括储能轴（3），所述储能轴（3）上连接有合闸弹簧（2），所述储能轴（3）转动压缩所述合闸弹簧（2）实现储能；所述储能轴（3）转动，带动储能轴（3）上的凸轮（29）上的第一滚轮（8）和所述储能保持掣子（34）接触连接实现储能保持；

所述合闸弹簧（2）复位实现合闸；所述储能轴（3）上的合闸保持掣子（30）与所述输出拐臂（26）上的第三滚轮（32）接触连接实现合闸保持；所述分闸组件用于分闸；

所述分闸组件包括分闸半轴（24）；所述分闸半轴（24）和所述储能轴（3）上连接的分闸掣子（35）接触连接，所述分闸半轴（24）转动通过所述分闸掣子（35）带动所述合闸保持掣子（30）脱离所述第三滚轮（32），所述输出拐臂（26）转动实现分闸。

2.根据权利要求1所述的弹簧操动机构，其特征在于，所述合闸保持掣子（30）转动连接在所述分闸掣子（35）的底端，所述分闸掣子（35）上设有连接孔，所述分闸掣子（35）通过所述连接孔安装在所述储能轴（3）上。

3.根据权利要求1所述的弹簧操动机构，其特征在于，所述壳体框架（11）内还连接有原动装置，所述储能轴（3）上转动连接有大齿轮（7），所述储能轴（3）上固定连接有圆轮（6），所述大齿轮（7）的一侧面连接有棘爪，所述原动装置输出端连接的小齿轮和所述大齿轮（7）相啮合，所述大齿轮（7）通过所述棘爪带动所述圆轮（6）转动，所述圆轮（6）带动所述储能轴（3）转动。

4.根据权利要求1所述的弹簧操动机构，其特征在于，所述输出轴（33）上连接有油缓冲拐臂（19），所述油缓冲拐臂（19）上连接有滚子（27），所述输出轴（33）转动带动所述滚子（27）和油缓冲接触。

5.根据权利要求1所述的弹簧操动机构，其特征在于，所述合闸半轴（25）上连接有合闸脱扣板（14），所述壳体框架（11）上连接有电器控制组件，所述电器控制组件包括合闸推杆（16），所述合闸推杆（16）伸长推动所述合闸脱扣板（14）运动。

6.根据权利要求5所述的弹簧操动机构，其特征在于，所述壳体框架（11）上连接有电器控制组件，所述电器控制组件包括合闸线圈（15），所述合闸线圈（15）内的线圈铁芯推动所述合闸脱扣板（14）运动。

7.根据权利要求1所述的弹簧操动机构，其特征在于，所述分闸半轴（24）上连接有分闸脱扣板（23），所述壳体框架（11）上连接有电器控制组件，所述电器控制组件包括分闸推杆（17），所述分闸推杆（17）伸长推动所述分闸脱扣板（23）运动。

8.根据权利要求7所述的弹簧操动机构，其特征在于，所述壳体框架（11）上连接有电器控制组件，所述电器控制组件包括分闸线圈（18），所述分闸线圈（18）内的线圈铁芯推动所述分闸脱扣板（23）运动。

9.根据权利要求1所述的弹簧操动机构，其特征在于，所述合闸弹簧（2）为矩形弹簧。

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