CN111899995A - 马达驱动的开关自动分合闸装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种马达驱动的开关自动分合闸装置，包括：外壳、驱动单元、分合闸单元和止逆单元，驱动单元包括电机、第一齿轮和第二齿轮，分合闸单元包括轴套、第一复位弹簧、主轴和第三齿轮，主轴上设置有至少一个第一凸起，轴套的内侧面设置有至少一个凸台，止逆单元包括主动触发杆、从动触发杆、第二复位弹簧和第三复位弹簧，驱动单元驱动分合闸单元对开关进行合闸和分闸，止逆单元在开关处于合闸状态时，阻止轴套反转，在需要分闸时，驱动单元驱动止逆单元解除对轴套的限制，进行分闸操作，本发明能够更安全、快捷的进行开关的合闸和分闸，从而保护设备安全和人身安全。

Description

马达驱动的开关自动分合闸装置

技术领域

本发明属于光伏开关技术领域，具体涉及一种马达驱动的开关自动分合闸装置。

背景技术

随着光伏行业的发展，光伏系统的安全问题也逐渐为广大群众所关注，成为近年来行业内的热点问题。光伏直流开关应用于逆变器中，控制着多个核心部件的工作状态。光伏直流开关的可靠性不仅关系到整个光伏系统的良好运行，更关系到光伏行业的稳定发展。

回顾过去几年光伏产业的发展历程，行业内逐渐制定了光伏开关的标准。但是，目前市场上使用的旋钮式光伏开关基本是手动操作的，在发现故障后需要操作人员手动断开光伏开关，这无疑增大了操作人员安全风险，同时不能实现遇到问题迅速断开电路的需求。而在问题处理完毕后，也需要手动合闸。这对于开关的操作者来说，具有安全隐患，也不具备时间效益。

在2017年发生了多起逆变器的烧毁事故，如果在逆变器工作异常时，能迅速切断电源，则能避免烧毁事故的发生，保护光伏电站的生命及财产安全。而在逆变器的部件修理完毕后，用远程控制的方法对开关通电，而不是直接手动通电，这样对电路系统的操作人员来说，也是一种保护。

因此，在电路出现问题时，如何远程切断或者接通直流开关成了光伏电站一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种更安全、能够快捷的进行开关的合闸和分闸的马达驱动的开关自动分合闸装置。

本发明提供了一种马达驱动的开关自动分合闸装置，其特征在于，包括：外壳；

驱动单元，包括：固定在所述外壳上的电机、固定在所述电机的电机轴上的第一齿轮以及与所述第一齿轮同转动轴线且由所述第一齿轮驱动的第二齿轮，所述第二齿轮上设置部分轮齿；

分合闸单元，包括：安装在所述外壳上且具有中空结构的轴套、嵌套在所述轴套的中空结构内且两端分别被所述外壳和所述轴套限制的第一复位弹簧、一端嵌套入所述轴套的中控结构内的主轴以及套装在所述主轴上且与所述轴套的转动轴线重合的第三齿轮，所述主轴上设置有至少一个第一凸起，所述轴套的内侧面设置有至少一个凸台，所述第一凸起与所述凸台位于同一转动平面，所述轴套的外侧面设置有第二凸起，所述第三齿轮上设置部分轮齿，所述第二齿轮在转动的过程中会与所述第三齿轮啮合；以及

止逆单元，包括：转动安装在所述外壳上的主动触发杆、转动安装在所述外壳上的从动触发杆、第二复位弹簧以及第三复位弹簧，所述主动触发杆的一端与所述第一齿轮啮合，另一端固定在所述第二复位弹簧的一端，所述第二复位弹簧的另一端固定在所述外壳上，所述从动触发杆的一端与所述主动触发杆固定弹簧的一端相接触，另一端朝向所述轴套，且所述从动触发杆朝向所述轴套的一端到所述轴套外侧面的距离小于所述第二凸起的高度，所述第三复位弹簧夹设在所述外壳和所述从动触发杆之间，且位于所述从动触发杆与所述主动触发杆接触的一端，所述第三复位弹簧的一端固定在所述外壳上，所述第二复位弹簧处于自由状态时，所述第三复位弹簧也处于自由状态。

进一步，在本发明提供的马达驱动的开关自动分合闸装置中，还可以具有这样的特征：所述第一齿轮上设置有转向构件，所述第二齿轮上设置有挡块，所述转向构件与所述挡块位于同一转动平面，且所述转动构件的最大转动半径大于所述挡块的最小转动半径。

进一步，在本发明提供的马达驱动的开关自动分合闸装置中，还可以具有这样的特征：所述外壳上设置有轴套安装槽，所述轴套安装在所述轴套安装槽内，所述第二凸起到所述轴套朝向所述轴套安装槽一端的距离大于所述轴套安装槽的高度。

进一步，在本发明提供的马达驱动的开关自动分合闸装置中，还可以具有这样的特征：所述轴套夹设在所述外壳和所述第三齿轮之间，所述外壳上设置有齿轮支撑构件，所述齿轮支撑构件位于所述第三齿轮下方。

进一步，在本发明提供的马达驱动的开关自动分合闸装置中，还可以具有这样的特征：所述轴套夹设在所述外壳和所述第三齿轮之间，所述外壳上设置有齿轮支撑构件，所述齿轮支撑构件位于所述第三齿轮下方。

进一步，在本发明提供的马达驱动的开关自动分合闸装置中，还可以具有这样的特征：所述齿轮支撑构件的横截面为与所述轴套安装槽同中轴线的不完全圆环，所述齿轮支撑构件的高度大于等于所述轴套放置在所述轴套安装槽内的高度，所述齿轮支撑构件的内壁的半径大于等于所述轴套安装槽的半径且小于所述第二凸起的最大半径。

进一步，在本发明提供的马达驱动的开关自动分合闸装置中，还可以具有这样的特征：所述第二凸起为的横截面为圆角状态的三角形。

进一步，在本发明提供的马达驱动的开关自动分合闸装置中，还可以具有这样的特征：从动触发杆朝向所述轴套的一端与所述轴套的外侧面相接触，且该端为圆弧形。

进一步，在本发明提供的马达驱动的开关自动分合闸装置中，还可以具有这样的特征：所述主动触发杆与所述第一齿轮啮合一端为轮齿状，所述主动触发杆的啮合端包括两个轮齿。

进一步，在本发明提供的马达驱动的开关自动分合闸装置中，还可以具有这样的特征：所述轴套的侧壁上设置有第二凹槽，所述第一复位弹簧被所述轴套限制的一端卡合在所述第二凹槽内，

所述外壳上设置有卡合槽，所述第一复位弹簧被所述外壳限制的一端卡合在所述卡合槽内。

本发明具有如下优点：

根据本发明所涉及的马达驱动的开关自动分合闸装置，在逆变器的电路系统遇到过载、短路等特殊工况时，可自动进行远程断开逆变器回路，保护设备安全和人身安全。

附图说明

图1是本发明的实施例中马达驱动的开关自动分合闸装置的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图2的透视图；

图4是本发明的实施例中马达驱动的开关自动分合闸装置的爆炸图；

图5是本发明的实施例中马达驱动的开关自动分合闸装置的部分结构示意图；

图6是图5的俯视图；

图7是本发明的实施例中第二齿轮的结构示意图；

图8是本发明的实施例中轴套的结构示意图；

图9是图7的俯视图；

图10是本发明的实施例中外壳的结构示意图；

图11是本发明的实施例中第三齿轮的结构示意图；

图12是本发明的实施例中主轴的主视图。

具体实施方式

为了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，以下实施例结合附图对本发明的马达驱动的开关自动分合闸装置作具体阐述。

如图1、图2、图3、图4所示，马达驱动的开关自动分合闸装置100横向设置在开关的上方，用于自动控制光伏开关的分闸和合闸。马达驱动的开关自动分合闸装置100包括：外壳10、驱动单元20、分合闸单元30和止逆单元40。

如图3、图4所示，驱动单元20包括电机21、第一齿轮22和第二齿轮23。电机21固定在外壳10上。具体地，电机21本体位于外壳10外，电机21的电机轴伸入外壳10内。第一齿轮22固定在电机21的电机轴上。第二齿轮23上设置有部分轮齿。第二齿轮23与第一齿轮22有同一转动轴线，第一齿轮22能够驱动第二齿轮23转动。

在本实施例中，第一齿轮22的轮齿上设置有一个转向构件221，第二齿轮23上设置有挡块231，转向构件221与挡块231位于同一转动平面，且转动构件221的最大转动半径大于挡块231的最小转动半径，因此，第一齿轮22转动时，转向构件221能够推动挡块231，从而带动第二齿轮23转动。具体地，如图5、图6所示，转向构件221由弹簧固定在第一齿轮22上。

当然，转向构件221、第二齿轮23和挡块231也可以为棘轮机构，转向构件221为棘爪，第二齿轮23和挡块231为棘轮。

具体地，第一齿轮22夹设在第二齿轮23和外壳10之间，如图7所示，第二齿轮23朝向第一齿轮22的一面设置有第一凹槽232，挡块231位于第一凹槽232的侧壁。第二齿轮23的凹槽面朝向第一齿轮22，电机21的电机轴支撑第二齿轮23。

如图1-6所示，分合闸单元30包括：轴套31、第一复位弹簧32、主轴33、第三齿轮34。

如图8、图9所示，轴套31安装在外壳10内，轴套31为中空的结构，轴套31内侧面设置有至少一个凸台311，轴套31的外侧面设置有第二凸起312。具体地，轴套31为中空的圆柱体。

具体地，第二凸起312为的横截面为圆角状态的三角形。当然，第二凸起312也可以为其它任何可以阻止从动触发杆42逆向转动的形状。

在本实施例中，如图10所示，外壳10上设置有轴套安装槽11，轴套31安装在轴套安装槽11内，第二凸起312到轴套31朝向轴套安装槽11一端的距离大于轴套安装槽11的高度。

第一复位弹簧32嵌套在轴套31的中空结构内，第一复位弹簧32的两端分别被外壳10和轴套31限制，轴套31受外力转动后，第一复位弹簧32受力扭转储存能量，当轴套31不受力时，第一复位弹簧32释放能量，使得轴套31反转恢复初始位置。具体使用时，在光伏开关处于分闸状态时，第一复位弹簧32为自由状态，在光伏开关处于合闸状态时，第一复位弹簧32扭转后蓄积能量。具体地，第一复位弹簧32扭转后存储的弹性势能大于主轴33的操作力矩，从而能够在光伏开关分闸时带动主轴33转动。在本实施例中，第一复位弹簧32为扭簧。

在本实施例中，轴套31的侧壁上设置有第二凹槽313，第一复位弹簧32被轴套31限制的一端卡合在313第二凹槽内。外壳10上设置有卡合槽12，第一复位弹簧32被外壳10限制的一端卡合在卡合槽12内。

主轴33的一端嵌套在轴套31的中空结构内，另一端与光伏开关的主轴连接，用于断开或闭合光伏开关。主轴33上设置有至少一个第一凸起331，第一凸起331与凸台311位于同一转动平面。具体地，轴套31内侧面设置两个凸台311，两个凸台311等间距设置，主轴33上设置有两个第一凸起331，两个第一凸起331等间距设置。

在本实施例中，主轴33与光伏开关的主轴一体化设计，减小了设备的空间。

第三齿轮34套装在主轴33上，第三齿轮34能够带动主轴33一起转动。第三齿轮34上设置有部分齿轮，具体地，第二齿轮23上设置的齿轮与第三齿轮34上设置的齿轮在第二齿轮23和第三齿轮34啮合后，第二齿轮23带动第三齿轮34转过的角度，使得主轴33刚好将开关合闸，且以图6的方向看，轴套31上的第二凸起312刚好从从动触发杆42的左侧转动到右侧。第二齿轮23在转动的过程中会与第三齿轮34啮合，从而驱动第三齿轮34转过一定角度。

在本实施例中，轴套31夹设在外壳10和第三齿轮34之间，外壳10上设置有齿轮支撑构件15，齿轮支撑构件15位于第三齿轮34下方。

在本实施例中，主轴33上设置有至少一个第三凸起332，第三齿轮34上设置有至少一个第一凹槽341，第三凸起332嵌套入第一凹槽341内，从而第三齿轮34转动能够带动主轴33转动。具体地，如图11、图12所示，主轴33上同一横截面上设置有两个第三凸起332，两个第三凸起332等间距设置，第三齿轮34上设置有两个第一凹槽341，两个第一凹槽341等间距设置，两个第三凸起332分别嵌入两个第一凹槽341内。主轴33和轴套31、第三齿轮34之间的结构设计使得主轴33能够从轴套31和第三齿轮34中抽出，因此在开关在进行相关电寿命、机械寿命等测试时，不会受到本发明结构的任何影响。

具体地，齿轮支撑构件15的横截面为与轴套安装槽11同中轴线的不完全圆环，齿轮支撑构件15的高度大于等于轴套31放置在轴套安装槽11内后的高度，齿轮支撑构件15的内壁的半径大于等于轴套安装槽11的半径且小于第二凸起312的最大半径，具体地，齿轮支撑构件15的内壁的半径等于轴套安装槽11的半径，齿轮支撑构件15的外壁的半径等于第三齿轮34的半径。轴套31放置在轴套安装槽11内后，第二凸起312位于齿轮支撑构件15两端之间，轴套31转动时，齿轮支撑构件15的两端限制轴套31转动的角度。

具体地，齿轮支撑构件15对应卡合槽12的位置处设置有缺口151，缺口151与卡合槽12连通，方便第一复位弹簧32的安装。

止逆单元40包括：主动触发杆41、从动触发杆42、第二复位弹簧43和第三复位弹簧44。

主动触发杆41转动安装在外壳10上，具体地，外壳10上设置有第一销轴13，主动触发杆41转动安装在第一销轴13上。主动触发杆41的一端与第一齿轮22啮合，另一端固定在第二复位弹簧43的一端，第二复位弹簧43的另一端固定在外壳10上。第一齿轮22转动能够带动主动触发杆41转动，在电机21停止驱动第一齿轮22转动后，在第二复位弹簧43的拉力下，主动触发杆41复位。

在本实施例中，主动触发杆41与第一齿轮22啮合一端为轮齿状，主动触发杆41的啮合端包括两个轮齿。当然，主动触发杆41的啮合端也可以为1个齿轮、3个齿轮等。

从动触发杆42转动安装在外壳10上，具体地，外壳10上设置有第二销轴14，从动触发杆42转动安装在第二销轴14上。从动触发杆42的一端与主动触发杆41固定弹簧的一端相接触，另一端朝向轴套31。从动触发杆42朝向轴套31的一端到轴套31外侧面的距离小于第二凸起312的高度。以图6的方向看，主动触发杆41逆时针转动推动从动触发杆42逆时针转动，使得从动触发杆42朝向轴套31的一端远离轴套31。具体地，从动触发杆42为“V”形的折杆，从动触发杆42的弯折处为转动中心，以图6的方向看，从动触发杆42弯折的角度设计使得第二凸起312位于从动触发杆42左侧时，顺时针转动时能够推动从动触发杆42逆时针转动，在第二凸起312位于从动触发杆42右侧时，轴套31在第一复位弹簧32的弹力下将逆时针转动时，从动触发杆42能够对轴套31止逆。

在本实施例中，从动触发杆42朝向轴套31的一端与轴套31的外侧面接触，且该端为圆弧形。

第三复位弹簧44夹设在外壳10和从动触发杆42之间，第三复位弹簧44位于从动触发杆42与主动触发杆41接触的一端。第三复位弹簧44的一端固定在外壳10上，另一端可以固定在从动触发杆42上，也可以不固定，仅与从动触发杆42接触。以图6的方向看，第三复位弹簧44在从动触发杆42逆时针转动后，推动从动触发杆42复位。在第二复位弹簧43处于自由状态时，第三复位弹簧44也处于自由状态。

具体地，第二复位弹簧43和第三复位弹簧44为压簧。

工作过程：

在光伏开关处于分闸状态时，第一复位弹簧32第二复位弹簧43和第三复位弹簧44均处于自由状态，从动触发杆42朝向轴套31的一端与轴套31接触，以图6的方向看，第二凸起312位于从动触发杆42的左侧。

从分闸状态到合闸状态，以图6的方向看，电机21驱动第一齿轮22逆时针转动，第一齿轮22驱动第二齿轮23逆时针转动，第二齿轮23与第三齿轮34啮合后带动第三齿轮34顺时针转动，第三齿轮34带动主轴33顺时针转动将光伏开关合闸，主轴33顺时针转动带动轴套31顺时针转动，第一复位弹簧32受力扭转，第二凸起312随轴套31顺时针转动，当主轴33转动到将光伏开关合闸的状态后，第二凸起312转动到从动触发杆42的右侧(第二凸起312从从动触发杆42的左侧到右侧的过程中，从动触发杆42被第二凸起312推动逆时针转动，当第二凸起312的顶部转动到从动触发杆42的右侧时，从动触发杆42在第三复位弹簧44的弹力下顺时针转动恢复至分闸状态时的状态，即图6中从动触发杆42所处的状态)，第二齿轮23与第三齿轮34脱离啮合，第三齿轮34停止转动，从动触发杆42将轴套31止逆，第一复位弹簧32扭转后储存弹簧势能。在合闸状态时，主轴33仍可以在轴套31内转动，可以手动转动主轴33，手动控制光伏开关进行分闸。

当逆变器中出现过载或者短路等情况时，以图6的方向看，控制中心即控制电机21驱动第一齿轮22顺时针转动，第一齿轮22带动主动触发杆41逆时针转动，主动触发杆41逆时针转动，推动从动触发杆42逆时针转动，从动触发杆42逆时针转动，使得从动触发杆42朝向轴套41的一端远离轴套41，从而使得第二凸起312脱离从动触发杆42限制，电机21停止转动后，主动触发杆41在第二复位弹簧43的弹力下恢复至分闸状态时状态，从动触发杆42在第三复位弹簧44的弹力作用下恢复至分闸状态时状态。由于第一复位弹簧32扭转后存储的弹性势能大于主轴33的操作力矩，在第一复位弹簧32的弹性势能下，轴套31逆时针转动，带动主轴33逆时针转动，从而将光伏开关从合闸旋转到分闸，完成分闸操作。

本发明在电机21转动2°-5°的角度后便可以使得第二凸起312脱离从动触发杆42的限制，在第一复位弹簧32的弹性势能下，轴套41将主轴33带动到分闸位置，分断速度非常快。而直接采用电机驱动，一般需要电机转动90°的角度才能将光伏开关带动到分闸位置。

本发明使得逆变器的电路系统遇到过载、短路等特殊工况时，无需人工操作即可实现远程断开逆变器系统回路的目的。同时也可以手动进行分合闸动作。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种马达驱动的开关自动分合闸装置，其特征在于，包括：

外壳；

驱动单元，包括：固定在所述外壳上的电机、固定在所述电机的电机轴上的第一齿轮以及与所述第一齿轮同转动轴线且由所述第一齿轮驱动的第二齿轮，所述第二齿轮上设置部分轮齿；

分合闸单元，包括：安装在所述外壳上且具有中空结构的轴套、嵌套在所述轴套的中空结构内且两端分别被所述外壳和所述轴套限制的第一复位弹簧、一端嵌套入所述轴套的中控结构内的主轴以及套装在所述主轴上且与所述轴套的转动轴线重合的第三齿轮，所述主轴上设置有至少一个第一凸起，所述轴套的内侧面设置有至少一个凸台，所述第一凸起与所述凸台位于同一转动平面，所述轴套的外侧面设置有第二凸起，所述第三齿轮上设置部分轮齿，所述第二齿轮在转动的过程中会与所述第三齿轮啮合；以及

止逆单元，包括：转动安装在所述外壳上的主动触发杆、转动安装在所述外壳上的从动触发杆、第二复位弹簧以及第三复位弹簧，所述主动触发杆的一端与所述第一齿轮啮合，另一端固定在所述第二复位弹簧的一端，所述第二复位弹簧的另一端固定在所述外壳上，所述从动触发杆的一端与所述主动触发杆固定弹簧的一端相接触，另一端朝向所述轴套，且所述从动触发杆朝向所述轴套的一端到所述轴套外侧面的距离小于所述第二凸起的高度，所述第三复位弹簧夹设在所述外壳和所述从动触发杆之间，且位于所述从动触发杆与所述主动触发杆接触的一端，所述第三复位弹簧的一端固定在所述外壳上，所述第二复位弹簧处于自由状态时，所述第三复位弹簧也处于自由状态。

2.根据权利要求1所述的马达驱动的开关自动分合闸装置，其特征在于：

所述第一齿轮上设置有转向构件，所述第二齿轮上设置有挡块，所述转向构件与所述挡块位于同一转动平面，且所述转动构件的最大转动半径大于所述挡块的最小转动半径。

3.根据权利要求1所述的马达驱动的开关自动分合闸装置，其特征在于：

所述外壳上设置有轴套安装槽，所述轴套安装在所述轴套安装槽内，所述第二凸起到所述轴套朝向所述轴套安装槽一端的距离大于所述轴套安装槽的高度。

4.根据权利要求3所述的马达驱动的开关自动分合闸装置，其特征在于：

所述轴套夹设在所述外壳和所述第三齿轮之间，所述外壳上设置有齿轮支撑构件，所述齿轮支撑构件位于所述第三齿轮下方。

5.根据权利要求4所述的马达驱动的开关自动分合闸装置，其特征在于：

所述主轴上设置有至少一个第三凸起，所述第三齿轮设置有至少一个第一凹槽，所述第二凸起嵌套入所述第一凹槽内。

6.根据权利要求4所述的马达驱动的开关自动分合闸装置，其特征在于：

所述齿轮支撑构件的横截面为与所述轴套安装槽同中轴线的不完全圆环，所述齿轮支撑构件的高度大于等于所述轴套放置在所述轴套安装槽内的高度，所述齿轮支撑构件的内壁的半径大于等于所述轴套安装槽的半径且小于所述第二凸起的最大半径。

7.根据权利要求1所述的马达驱动的开关自动分合闸装置，其特征在于：

所述第二凸起为的横截面为圆角状态的三角形。

8.根据权利要求1所述的马达驱动的开关自动分合闸装置，其特征在于：

所述从动触发杆朝向所述轴套的一端与所述轴套的外侧面相接触，且该端为圆弧形。

9.根据权利要求1所述的马达驱动的开关自动分合闸装置，其特征在于：

所述主动触发杆与所述第一齿轮啮合一端为轮齿状，所述主动触发杆的啮合端包括两个轮齿。

10.根据权利要求1所述的马达驱动的开关自动分合闸装置，其特征在于：

所述轴套的侧壁上设置有第二凹槽，所述第一复位弹簧被所述轴套限制的一端卡合在所述第二凹槽内，

所述外壳上设置有卡合槽，所述第一复位弹簧被所述外壳限制的一端卡合在所述卡合槽内。

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