CN111769011B - 一种限流式断路器用快速脱扣器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种限流式断路器用快速脱扣器，包括外壳、驱动系统、锁扣、拉杆、锁扣轴、锁扣扭簧、销轴和螺钉，驱动系统通过螺钉固定在外壳里面，销轴和锁扣轴固定安装在外壳里面，锁扣安装在锁扣轴上，锁扣扭簧安装在锁扣轴和销轴上，给锁扣提供旋转力，拉杆通过导向凸台安装在外壳上，并通过拉杆上的拉杆凸台与锁扣铰链连接，在锁扣的带动下可以直线运动，并带动断路器的脱扣轴实现分闸。本发明专利采用压电叠堆作为动力源，响应快，能及时实现脱扣分闸，提高限流式断路器的限流水平，避免触头斥开后回落熔焊，增强了断路器的分断能力；利用三角放大原理将压电叠堆的微位移直接放大到合适倍数，无需中间转换机构，体积小，结构紧凑。

Description

一种限流式断路器用快速脱扣器

技术领域

本发明涉及低压电器领域，具体是一种限流式断路器用快速脱扣器。

背景技术

限流式断路器是指当短路电流还未达到最大值之前就能够快速切断短路电流，保护整个系统以及下属用电设备的安全。限流式断路器的限流水平直接决定了回路发生短路时所能达到的电流峰值，进而决定了断路器的极限分断能力以及对电力系统的保护能力。限流水平越高，断路器对系统的保护能力越强，断路器自身的分断能力也越强。

限流式断路器的工作原理是当短路电流在上升到峰值前，触头斥开，限制了电流的持续上升，然后在触头回落前，断路器机构及时解扣打开触头系统，分断短路电流，实现限流。若机构解扣不够及时，触头斥开后再次合上会发生熔焊或直接烧损触头，断路器无法限流，分断失败。断路器的脱扣系统是否能够快速响应，及时解扣机构打开触头系统是实现限流，成功分断的关键之一。断路器的脱扣系统响应速度越快，对限流和分断越有利。

目前限流式断路器所用的短路保护系统主要是电子式或电磁式。电子式是通过测量系统监测回路是否发生短路，然后通过控制专门的电磁铁来解扣断路器机构实现分闸；电磁式则是在主回路中设计电磁铁，当发生短路时，电磁铁动作直接解扣断路器机构实现分闸。

这两种保护方式都需要电磁铁来实现，而电磁铁动作是通过线圈产生磁场来实现，线圈感受短路电流建立磁场需要一定的时间，大大限制了短路的限流水平。不仅如此，电磁铁动作的关键部件通常是能自由活动的动铁芯，在足够的冲击下会发生误动作。电磁铁结构较复杂，体积也难以做到足够小，可靠性不高，也使得小壳架等级的断路器整体尺寸受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种限流式断路器用快速脱扣器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种限流式断路器用快速脱扣器，包括外壳以及设置部分封闭在外壳中的驱动系统和锁扣，所述的外壳由壳体和盖组成，所述的壳体内横向设置有锁扣轴和销轴，所述的驱动系统包括通过螺钉固定在壳体内的支架、通过卡扣轴活动安装在支架上的卡扣以及设置在支架和壳体之间的压电叠堆，所述支架上设置有容纳弹簧的弹簧槽，弹簧的端部与卡扣抵靠，所述的卡扣上设置有卡隼，所述的支架前侧设置有与卡隼对应的卡扣限位面，支架后侧分别设置有与压电叠堆前后端面紧贴的受力面和支撑面，压电叠堆顶端面与支架通过慢干环氧胶连接粘贴牢固，所述的锁扣一端活动安装在锁扣轴上，锁扣内有同轴安装在锁扣轴上的锁扣扭簧，用于给锁扣提供旋转力使之与驱动系统的卡扣形成锁扣搭接，锁扣扭簧一端固定在销轴上，一端固定在锁扣上，所述的壳体上设置有导向凸台，所述的导向凸台上设置有拉杆，所述的拉杆上设置有与锁扣活动连接的拉杆凸台。

所述的一种限流式断路器用快速脱扣器，其支架由支座和通过柔性铰链与支座连接成一体的放大器组成，放大器通过柔性铰链绕支座转动并放大压电叠堆的微位移，所述的受力面和支撑面分别设置在放大器和支座上，所述的压电叠堆顶端面与支座连接。

所述的一种限流式断路器用快速脱扣器，其外壳由∪字形的壳体和盖通过壳螺钉连接而成，对驱动系统和锁扣部分封闭。

所述的一种限流式断路器用快速脱扣器，其壳体上还设置有安装台，用于固定安装整个快速脱扣器。

所述的一种限流式断路器用快速脱扣器，其拉杆上还设置有导向长孔，所述的导向凸台位于导向长孔内，使得拉杆只能在锁扣的带动下做直线运动。

本发明技术方案与现有技术相比，具有如下显著效果：

1，首次采用压电叠堆代替传统的电磁铁，避免了传统电磁铁由于建立磁场需要的时间，具有响应快，输出力大的特点，大大提高了响应速度，可以及时解扣断路器机构，避免触头跌落，从而提高了限流水平；

2，通过三角放大原理将压电叠堆的微位移直接放大到适合的倍数，体积小，效率高，结构简单可靠；

3，利用柔性铰链结构传动位移实现脱扣器脱扣，替代传统机械铰链传递运动实现解扣动作，没有活动部件，锁扣可靠，抗冲击强。

附图说明

图1是本发明的正面整体示意图；

图2是本发明的背面整体示意图；

图3是本发明的外壳内部示意图；

图4是本发明的剖面示意图；

图5是本发明的驱动系统示意图；

图6和图7是本发明的压电叠堆原理示意图；

图8是本发明的放大器原理示意图；

图9是图8中放大器的等效三角形；

图10和图11是本发明的驱动系统动作原理示意图；

图12是本发明的支架示意图。

各附图标记为：1—外壳，11—壳体，11a—安装台，11b—导向凸台，11c—左限位，11d—右限位，12—盖，13—壳螺钉，2—驱动系统，21—卡扣轴，22—卡扣，23—弹簧，24—支架，241—放大器，241a—卡扣限位面，241b—受力面，241c—弹簧槽，242—支座，242a—支撑面，243—柔性铰链，25—压电叠堆，3—锁扣，4—拉杆，4a—拉杆凸台，5—锁扣轴，6—锁扣扭簧，7—销轴，8—螺钉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明的目的在于克服现有脱扣器存在的：（1）由于电磁铁本身电感特性导致的速度不够快；（2）结构复杂，体积较大；（3）不抗冲击。提供的一种限流式断路器用快速脱扣器首次采用压电叠堆代替传统的电磁铁，避免了传统电磁铁由于建立磁场需要的时间，具有响应快，输出力大的特点，大大提高了响应速度，可以及时解扣断路器机构，避免触头跌落，从而提高了限流水平。通过三角放大原理将压电叠堆的微位移直接放大到适合的倍数，体积小，效率高，结构简单可靠。利用柔性铰链结构替代传统机械铰链传递运动实现解扣动作，没有活动部件，锁扣可靠，抗冲击强。

为了达到上述目的，本发明提供的一种限流式断路器用快速脱扣器，参照图1、图2、图3和图4所示，包括外壳1、驱动系统2、锁扣3、拉杆4、锁扣轴5、锁扣扭簧6、销轴7和螺钉8。所述的外壳1由壳体11、盖12和壳螺钉13组成，盖12通过壳螺钉13固定在壳体11上，组成封闭的外壳1，将驱动系统2和锁扣3部分封闭在外壳1中。所述的驱动系统2通过螺钉8固定在壳体11上，盖12和壳体11形成夹板式结构将销轴7和锁扣轴5夹紧安装在外壳1里面，锁扣3安装在锁扣轴5上，并可绕锁扣轴5旋转，所述的锁扣扭簧6同轴安装在锁扣轴5上，一端固定在销轴7上，另一端固定在锁扣3上，给锁扣3提供旋转力。在锁扣扭簧6的作用下，锁扣3可以与驱动系统2的卡扣22形成锁扣搭接。

其中，所述的壳体11上有安装台11a和导向凸台11b，安装台11a用于固定安装整个快速脱扣器，导向凸台11b用于限制拉杆4的运动轨迹为直线。所述的拉杆4上有拉杆凸台4a和导向长孔4b，导向长孔4b用于与壳体11上的导向凸台11b配合安装使用，使得拉杆4只能做直线运动，拉杆4通过拉杆凸台4a与锁扣3铰链连接，在锁扣3的带动下做直线运动，从而带动断路器脱扣轴运动，实现脱扣。

参照4和图5，所述的驱动系统2由卡扣轴21、卡扣22、弹簧23、支架24和压电叠堆25组成。所述的卡扣22通过卡扣轴21安装在支架24上，并可以绕支架24旋转运动。所述的弹簧23装在支架24上的弹簧槽241c里，其中一端紧贴着卡扣22，用于给卡扣22提供反力，在弹簧力的作用下，卡扣22顺时针旋转到极限位置，并通过支架24上的卡扣限位面241a进行限位。所述的压电叠堆25安装在支架24上，一端紧贴受力面241b，另一端紧贴支撑面242a，在压电叠堆25与支架24的结合处用慢干环氧胶粘贴牢固。

所述的卡扣22可以通过卡扣限位面241a处于极限状态或者可以从处于极限状态下逆时针旋转一定角度。当卡扣22通过卡扣限位面241a处于极限状态时，卡扣22可以与锁扣3搭接形成锁扣结构，此时卡扣22处于卡死状态，锁扣结构无法解扣，稳定性高。当卡扣22从极限状态开始压缩弹簧23进行逆时针旋转一定角度时，可以使锁扣3从脱扣状态复位到锁扣状态。

参照图6，压电叠堆25的工作原理是利用压电陶瓷的逆压电效应，当给压电叠堆施加电信号时，压电叠堆将沿着叠堆的高度方向发生变形，如图7所示，从而可以输出位移和力。压电叠堆是将压电陶瓷按照一定的方向一层一层堆叠制造而成，相比单层压电陶瓷，在相同的体积下压电叠堆可以输出更大的唯一和力值。压电叠堆具有极快的响应速度，在小于1ms的时间内可以输出所需要的位移和力，相比传统电磁铁，避免由于电感导致的延时，实现快速脱扣，大大提高了响应速度以及限流式断路器的限流水平，避免触头斥开后回落熔焊，增强了断路器的分断能力。

参照图8，所述的放大器241通过三角放大原理将压电叠堆25的微位移直接放大到适合的倍数，实现解扣动作。三角放大机构具有体积小，放大倍数高，效率高的特点。将放大器241根据压电叠堆25的作用点A、卡扣22与锁扣3形成锁扣结构的作用点B和柔性铰链243的点C三点等效成如图9所示的三角形ABC，当压电叠堆发生伸长变形时，放大器绕着柔性铰链243旋转，A点运动到

点的位置，B点运动到点的位置，C点保持不动，与点重合，则根据几何关系有：

；根据压电叠堆25的输出位移值和解扣所需要的位移值就可设计出合适的放大器。

参照图10、图11和图12所示，所述的支架24包括放大器241、支座242和柔性铰链243。所述的支座242与放大器241之间通过柔性铰链243固定连接成一体，放大器241可以通过柔性铰链243绕支座242旋转运动（图10是转动前，图11是转动后），运动可靠。所述的放大器241绕柔性铰链243运动，并利用三角放大原理将压电叠堆25的微位移直接放大到适合的倍数后输出，实现解扣动作，效率高。

本发明的工作原理如下。

锁扣状态：参照图3和图4所示，所述的弹簧23推动卡扣22绕着卡扣轴21顺时针旋转到卡扣限位面241a的极限状态，所述的锁扣3在锁扣扭簧6的作用下绕锁扣轴5逆时针旋转到与卡扣22相搭接的状态，形成锁扣结构。此时脱扣器稳定地处于锁扣状态。

脱扣运动：参照图4所示，给压电叠堆25施加一定电压，压电叠堆25在逆压电效应下发生变形推动放大器241绕柔性铰链243顺时针旋转，从而带动卡扣22向上运动到与锁扣3脱离状态，然后，锁扣3在锁扣扭簧6的作用下绕锁扣轴5逆时针旋转到壳体11的左限位11c面上，压电叠堆25失电后恢复到初始状态。参照图1，锁扣3运动时带动拉杆4向右直线运动。若将脱扣器安装在断路器上，此时拉杆4则可以带动断路器中相应的脱扣轴运动，实现断路器的解扣分闸。

复位运动：参照图4，外力可以推动锁扣3绕锁扣轴5顺时针旋转到接近壳体11的右限位11d状态，此时卡扣22先在锁扣3的作用下压缩弹簧23逆时针旋转到与锁扣3分离状态，然后又在弹簧23的作用下绕卡扣轴21顺时针恢复到由卡扣限位面241a进行限位的极限状态，此时若外力消失，锁扣3则会在锁扣扭簧6的作用下绕锁扣轴5逆时针旋转到与卡扣22搭接的锁扣状态，完成复位运动，为下一次脱扣运动做准备。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种限流式断路器用快速脱扣器，其特征在于：包括外壳（1）以及设置在外壳（1）中的驱动系统（2）和锁扣（3），所述的外壳（1）由壳体（11）和盖（12）组成，所述的壳体（11）内横向设置有锁扣轴（5）和销轴（7），所述的驱动系统（2）包括固定在壳体（11）内的支架（24）、通过卡扣轴（21）活动安装在支架（24）上的卡扣（22）以及设置在支架（24）和壳体（11）之间的压电叠堆（25），所述支架（24）上设置有容纳弹簧（23）的弹簧槽（241c），弹簧（23）的端部与卡扣（22）抵靠，所述的卡扣（22）上设置有卡隼，所述的支架（24）前侧设置有与卡隼对应的卡扣限位面（241a），支架（24）后侧分别设置有与压电叠堆（25）前端面紧贴的受力面（241b）和与压电叠堆（25）后面紧贴的支撑面（242a），压电叠堆（25）顶端面与支架（24）连接，所述的锁扣（3）一端活动安装在锁扣轴（5）上，锁扣（3）内有同轴安装在锁扣轴（5）上的锁扣扭簧（6），锁扣扭簧（6）一端固定在销轴（7）上，一端固定在锁扣（3）上，所述的壳体（11）上设置有导向凸台（11b），所述的导向凸台（11b）上设置有拉杆（4），所述的拉杆（4）上设置有与锁扣（3）活动连接的拉杆凸台（4a）。

2.根据权利要求1所述的一种限流式断路器用快速脱扣器，其特征在于，所述的支架（24）由支座（242）和通过柔性铰链（243）与支座（242）连接成一体的放大器（241）组成，放大器（241）通过柔性铰链（243）绕支座（242）转动并放大压电叠堆（25）的微位移，所述的受力面（241b）和支撑面（242a）分别设置在放大器（241）和支座（242）上，所述的压电叠堆（25）顶端面与支座（242）牢固连接。

3.根据权利要求2所述的一种限流式断路器用快速脱扣器，其特征在于，所述的外壳（1）由∪字形的壳体（11）和盖（12）通过壳螺钉（13）连接而成，对驱动系统（2）和锁扣（3）部分封闭。

4.根据权利要求2所述的一种限流式断路器用快速脱扣器，其特征在于，所述的壳体（11）上还设置有安装台（11a）。

5.根据权利要求4所述的一种限流式断路器用快速脱扣器，其特征在于，所述的拉杆（4）上还设置有导向长孔（4b），所述的导向凸台（11b）位于导向长孔（4b）内。

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