CN113948349B - 一种断路器用压电脱扣机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断路器用压电脱扣机构，包括压电脱扣器、轴、脱扣杠杆、扭簧、锁扣板、拉簧、脱扣轴、操作机构和铆钉，脱扣杠杆、扭簧、锁扣、拉簧、脱扣轴安装在操作机构上，形成锁扣搭接，使得操作机构可以实现触头系统的闭合和断开，压电脱扣器通过铆钉固定安装在操作机构上，可以直接驱动锁扣搭接脱扣，实现断路器分闸，并且动作后自动复位，体积小，结构紧凑，响应快，避免触头跌落，提高限流系数，从而提高分段能力，柔性铰链，抗冲击。

Description

一种断路器用压电脱扣机构

技术领域

本发明涉及低压电器领域，具体是一种断路器用压电脱扣机构。

背景技术

断路器是一种用于电网中的配电电器，能够接通、承载及分断正常电路条件的电流，也能在规定的非正常条件下（如过载、短路、欠电压以及发生单相接地故障时）及时断开回路电流，保护系统设备免受损害，因此，电动分闸和短路保护都是断路器的重要功能。

断路器的电动分闸是通过分励脱扣器实现的，但是由于分励脱扣器通常是通过线圈通电后建立磁场带动铁芯动作，而线圈电感较大，使得分励脱扣器固有动作时间长，无法满足在回路发生短路时迅速断开电路，保护系统设备免受损害的要求，因此无法实现短路保护功能。断路器的短路保护是通过短路脱扣器实现，短路脱扣器分为电子式短路脱扣器和电磁式短路脱扣器。电子式短路脱扣器通常为脉冲脱扣器，固有动作时间短，但是动作后需要人为复位，无法实现遥控分闸，即无法满足电动分闸要求；电磁式断路器脱扣器是通过主回路电流产生的磁场带动脱扣器动铁芯动作，电流越大动作时间越短，而且无法通过外部控制该脱扣器实现断路器分闸，也无法满足电动分闸要求。

因此现有断路器需要同时安装分励脱扣器和短路脱扣器，而且两者的结构较复杂，体积也难以做到足够小，可靠性不高，占用空间大。同时，现有短路脱扣器都是基于电磁理论实现，即都是通过电流产生磁场来实现，由于建立足够强度的磁场需要一定的时间，大大限制了断路器的限流水平。

不仅如此，分励脱扣器和短路脱扣器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。

发明内容

本发明的目的在于克服现有断路器存在的需要同时安装分励脱扣器和短路脱扣器，体积大，脱扣器动作速度慢导致断路器分断能力低，脱扣器结构复杂，抗冲击性差等问题，提供一种断路器用压电脱扣机构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种断路器用压电脱扣机构，由操作机构、通过轴安装在操作机构的脱扣杠杆、转动安装在操作机构上的锁扣板和脱扣轴、安装在脱扣杠杆和脱扣轴之间的压电脱扣器、分别为脱扣杠杆和脱扣轴提供顺时针旋转力的扭簧和拉簧组成；所述的操作机构包括静触头和一端被限位、一端与静触头接触的动触头，所述动触头的中间部位活动连接有下连杆，下连杆上活动连接有上连杆，还包括设置在动触头上方的支架，支架上通过跳扣轴安装有跳扣，所述的跳扣、上连杆、下连杆和动触头之间通过铰链连接形成连杆机构，支架上还活动连接有手柄，手柄上连接有主弹簧，主弹簧的另一端与上连杆和下连杆的连接点连接；所述的脱扣杠杆可绕轴旋转运动并在扭簧作用下为锁扣板提供逆时针旋转，使得跳扣在锁扣板与操作机构之间形成一次锁扣搭接，所述的脱扣轴在拉簧作用下与脱扣杠杆之间形成二次锁扣搭接，操作机构在一次锁扣搭接和二次锁扣搭接共同作用下实现触头系统在锁扣状态下的闭合和断开。

所述的一种断路器用压电脱扣机构，其压电脱扣器包括由基座和放大杠杆构成的放大器以及通过慢干环氧胶固定安装在基座和放大杠杆之间的压电叠堆，放大杠杆的另一端通过螺纹连接安装有调整螺杆和锁紧螺母。

所述的一种断路器用压电脱扣机构，其放大杠杆与基座之间通过柔性铰链连接在一起，可以将压电叠堆的位移放大后通过调整螺杆传递到二次锁扣搭接处实现断路器脱扣分闸，没有自由活动部件，结构紧凑，可靠性高，抗冲击性强。

所述的一种断路器用压电脱扣机构，其压电脱扣器通过铆钉固定安装在操作机构上，可以直接驱动锁扣杠杆与锁扣轴之间的二次锁扣搭接脱扣，从而带动一次锁扣搭接脱扣，实现断路器自由脱扣分闸，压电脱扣器动作后可以自动复位，可以作为分励脱扣器用于电动控制断路器分闸。

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

1，本发明将分闸脱扣功能和短路保护脱扣功能融为一体，并嵌入到操作机构中，使得该压电脱扣机构同时具备分励脱扣器和电子式短路脱扣器的功能，无需另外再安装分励脱扣器和短路脱扣器，节省空间；

2，本发明采用逆压电效益来驱动断路器脱扣分闸，避免了传统电磁机构由于建立磁场需要的时间，动作时间短，无电磁干扰，提高断路器的限流水平，避免大电流分断时触头跌落，增强了断路器的极限分断能力；

3，本发明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，结构简单，锁扣可靠，抗冲击强。

附图说明

图1是本发明断路器用压电脱扣机构的正面轴测图；

图2是本发明断路器用压电脱扣机构的侧面轴测图；

图3是本发明压电脱扣器的轴测图；

图4和图5是本发明压电脱扣器的工作原理示意图；

图6是本发明放大器的轴测图；

图7是本发明断路器用压电脱扣机构在合闸状态的示意图；

图8是本发明断路器用压电脱扣机构在脱扣状态下的示意图。

各附图标记为：1—压电脱扣器，11—压电叠堆，12—放大器，121—基座，122—柔性铰链，123—放大杠杆，13—调整螺杆，14—锁紧螺母，2—轴，3—脱扣杠杆，3a—二次锁扣搭接，4—扭簧，5—锁扣板，5a—一次锁扣搭接，6—拉簧，7—脱扣轴，8—操作机构，81—手柄，82—主弹簧，83—跳扣，84—跳扣轴，85—上连杆，86—支架，87—下连杆，88—动触头，89—静触头，9—铆钉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。所述实施例的图示在附图中示出，相同的标号表示相同或类似的元件或者具有相同或类似功能的元件。下面描述的实施例是示例性的，旨在解释本发明，不能理解为对本发明的限制。

参照图1和图2所示，本发明公开的一种断路器用压电脱扣机构，由压电脱扣器1、轴2、脱扣杠杆3、扭簧4、锁扣板5、拉簧6、脱扣轴7、操作机构8和铆钉9组成。所述的锁扣板5和脱扣轴7安装在操作机构上，并可以绕各自轴心旋转运动；所述的扭簧4通过轴2安装在操作机构8与脱扣杠杆3之间，为脱扣杠杆3提供顺时针旋转力；所述的脱扣杠杆3通过轴2安装在操作机构8上，可绕轴2旋转运动，并在扭簧4作用下为锁扣板5提供逆时针旋转，使得锁扣板5与操作机构8的跳扣83之间可以形成一次锁扣搭接5a；所述的拉簧6安装在操作机构8和脱扣轴7之间，为脱扣轴7提供顺时针旋转力，使得脱扣轴7与脱扣杠杆3之间可以形成二次锁扣搭接3a，在一次锁扣搭接5a和二次锁扣搭接3a共同作用下，操作机构8可以实现触头系统在锁扣状态下的闭合和断开。压电脱扣器1动作后可以自动复位，可以作为分励脱扣器用于电动控制断路器分闸。

参照图3、图6所示，所述的压电脱扣器1通过铆钉9固定安装在操作机构8上，可以直接驱动锁扣杠杆3与锁扣轴7之间的二次锁扣搭接3a脱扣，从而带动一次锁扣搭接5a脱扣，实现断路器自由脱扣分闸。

压电脱扣器1包括压电叠堆11、放大器12、调整螺杆13和锁紧螺母14。所述的放大器12包括基座121、柔性铰链122和放大杠杆123。所述的压电叠堆11通过慢干环氧胶固定安装在基座121和放大杠杆123中间，并在放大杠杆123的另一端通过螺纹连接安装有调整螺杆13和锁紧螺母14。可以通过调节调整螺杆13来调整机构的脱扣轴7与脱扣杠杆3之间的锁扣搭接量。压电脱扣器1采用压电叠堆11作为动力源，响应快，避免传统电磁机构由于电感导致的延时，可在短路保护时迅速脱扣，提高断路器的限流水平，避免大电流分断时触头跌落，增强了断路器的极限分断能力。

放大杠杆123与基座121之间通过柔性铰链122连接在一起，可以将压电叠堆11的位移放大后通过调整螺杆13传递到二次锁扣搭接3a处实现断路器脱扣分闸，没有自由活动部件，结构紧凑，可靠性高，抗冲击性强。

参照图7和图8所示，所述的操作机构8为能够带动触头系统闭合和断开的连杆传动机构，包括手柄81、主弹簧82、跳扣83、跳扣轴84、上连杆85、支架86、下连杆87、动触头88、静触头89。所述的跳扣83通过跳扣轴84安装在支架86上，并且跳扣83、上连杆85、下连杆87和动触头88之间通过铰链连接形成连杆机构；所述的主弹簧82安装在手柄81和连杆之间，通过操作手柄81可以实现动触头88和静触头89的闭合和断开。

本发明专利采用逆压电效应来驱动断路器脱扣分闸，动作时间短，无电磁干扰，提高断路器的限流水平，避免大电流分断时触头跌落，增强了断路器的极限分断能力。

本发明将压电脱扣器1融合到操作机构8中，同时具备电动分闸和短路保护的功能，无需另外再安装分励脱扣器和电子式短路脱扣器，节省空间。采用柔性铰链122的方式传动位移实现断路器脱扣分闸，结构简单，零件少，可靠性高，抗冲击性强。

同时，该压电脱扣机构采用逆压电效益来驱动断路器脱扣分闸，避免了传统电磁铁由于建立磁场需要的时间，动作时间短，无电磁干扰，提高断路器的限流水平，避免大电流分断时触头跌落，增强了断路器的极限分断能力。

压电脱扣器1动作原理如图4和图5所示，当给压电脱扣器1通电时，压电叠堆11在逆压电效应下发生伸长变形，使得放大器12中的放大杠杆123在柔性铰链122处绕基座121顺时针转动，进而带动调整螺杆13往下运动。当给压电脱扣器1断电后，逆压电效应消失，压电叠堆11恢复初始状态，使得放大器12也恢复初始状态进而使得调整螺杆13复位。

锁扣状态下机构合分闸原理如图7所示，在一次锁扣搭接5a和二次锁扣搭接3a共同作用下，跳扣83处于固定不动状态，当手柄81运动到最左侧时，在主弹簧82作用下，上连杆85和下连杆87之间角度慢慢变大，推动动触头88逆时针运动，使得动触头88和静触头89闭合；当手柄81运动到最右侧时，在主弹簧82作用下，上连杆85和下连杆87之间角度逐渐变小，带动动触头88顺时针运动，使得动触头88和静触89头断开。

脱扣分闸原理如图7和图8所示，机构处于合闸状态，当压电脱扣器1通电动作后，压电脱扣器1的调整螺杆13往下运动，带动脱扣轴7逆时针运动，使得二次锁扣搭接3a处解扣，脱扣杠杆3逆时针运动，从而锁扣板5顺时针转动，使得一次锁扣搭5a接处解扣，操作机构8中的跳扣83处于自由状态，在主弹簧82作用下逆时针转动，进而带动触头系统断开。

本发明集成到操作机构中，同时具有分励脱扣和短路脱扣的功能，因此无需另外安装分离脱扣器和短路脱扣器，大大节省了空间。响应快，避免触头跌落，提高限流系数，从而提高分段能力。柔性铰链，抗冲击。采用压电技术技术进行脱扣，也是现有技术中的断路器没有用到的。

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 (4)

1.一种断路器用压电脱扣机构，其特征在于：由操作机构（8）、通过轴（2）安装在操作机构（8）的脱扣杠杆（3）、转动安装在操作机构（8）上的锁扣板（5）和脱扣轴（7）、安装在脱扣杠杆（3）和脱扣轴（7）之间的压电脱扣器（1）以及分别为脱扣杠杆（3）和脱扣轴（7）提供顺时针旋转力的扭簧（4）和拉簧（6）组成；

所述的操作机构（8）包括静触头（89）和动触头（88），所述动触头（88）上活动连接有下连杆（87），下连杆（87）上活动连接有上连杆（85），还包括设置在动触头（88）上方的支架（86），支架（86）上通过跳扣轴（84）安装有跳扣（83），所述的跳扣（83）、上连杆（85）、下连杆（87）和动触头（88）之间形成连杆机构，支架（86）上还活动连接有手柄（81），手柄（81）上连接有主弹簧（82），主弹簧（82）的另一端与上连杆（85）和下连杆（87）的连接点连接；

所述的脱扣杠杆（3）在扭簧（4）作用下为锁扣板（5）提供逆时针旋转，使得跳扣（83）在锁扣板（5）与操作机构（8）之间形成一次锁扣搭接，所述的脱扣轴（7）在拉簧（6）作用下与脱扣杠杆（3）之间形成二次锁扣搭接，操作机构（8）在一次锁扣搭接和二次锁扣搭接共同作用下实现闭合和断开。

2.根据权利要求1所述的一种断路器用压电脱扣机构，其特征在于，所述的压电脱扣器（1）包括由基座（121）和放大杠杆（123）构成的放大器（12）以及安装在基座（121）和放大杠杆（123）之间的压电叠堆（11），放大杠杆（123）的另一端安装有调整螺杆（13）和锁紧螺母（14）。

3.根据权利要求2所述的一种断路器用压电脱扣机构，其特征在于，所述的放大杠杆（123）与基座（121）通过柔性铰链（122）连接在一起。

4.根据权利要求2所述的一种断路器用压电脱扣机构，其特征在于，所述的压电脱扣器（1）通过铆钉（9）固定安装在操作机构（8）上。