CN115020147A - 用于断路器的传动机构及其相关的电气设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于断路器的传动机构(10)以及其相关的电气设备。该传动机构(10)包括：第一平面连杆机构(20)，其用于连接至所述断路器的操作机构的输出轴(141)，所述输出轴(141)在所述操作机构的操作下绕其轴心进行旋转运动；第二平面连杆机构(40)，其用于连接至所述断路器的至少一个绝缘拉杆组件(131)；以及联接机构(30)，被连接在所述第一平面连杆机构(20)和第二平面连杆机构(40)之间，用以将所述第一平面连杆机构(20)的运动传递至第二平面连杆机构(40)，以带动所述至少一个绝缘拉杆组件(131)进行运动，从而实现所述断路器的合闸或分闸。

Description

用于断路器的传动机构及其相关的电气设备

技术领域

本申请涉及断路器领域，更具体地涉及用于断路器的传动机构以及相关的电气设备。

背景技术

诸如真空断路器的断路器(circuit breaker，简称CB)在配电网中有广泛的应用，其能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能够在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流，以保护电路免受过载电流或短路电流的损害。

通常而言，断路器可以在操作机构的致动下经由传动机构而控制断路器的绝缘拉杆组件的运动，以实现断路器的合闸和分闸。

发明内容

本公开的目的之一在于提供一种改进的用于断路器的传动机构，其相对于常规传动机构至少具有更高的传动效率和/或更小的传动间隙。

根据本公开的第一方面，提供了一种用于断路器的传动机构。该传动机构包括：第一平面连杆机构，其用于连接至所述断路器的操作机构的输出轴，所述输出轴在所述操作机构的操作下绕其轴心进行旋转运动；第二平面连杆机构，其用于连接至所述断路器的至少一个绝缘拉杆组件；以及联接机构，被连接在所述第一平面连杆机构和第二平面连杆机构之间，用以将所述第一平面连杆机构的运动传递至第二平面连杆机构，以带动所述至少一个绝缘拉杆组件进行运动，从而实现所述断路器的合闸或分闸。

容易理解，通过使用第一平面连杆机构和第二平面连杆机构，本公开的传动机构可以在平面内传动。因此，相对于常规的空间连杆和/或凸轮结构，本公开的传动机构可以具有更高的传动效率。此外，由于采用双平面连杆结构，其传动间隙可以更小，且刚性更好。

在一些实施例中，所述联接机构具有中心轴，所述中心轴具有第一端和第二端，所述第一端连接至所述第一平面连杆机构，所述第二端连接至第二平面连杆机构，所述中心轴适于在所述第一平面连杆机构的驱动下进行直线运动或者近似直线运动。

在一些实施例中，所述第一平面连杆机构所在的第一平面和所述第二平面连杆机构所在的第二平面之间形成有不等于0的夹角。

在一些实施例中，所述中心轴被定位在所述第一平面和所述第二平面的交线上。

在一些实施例中，所述第一平面连杆机构包括第一翘翘杆，所述第一翘翘杆的一端作为所述第一平面连杆机构的输出端连接至所述中心轴的所述第一端。

在一些实施例中，所述第一端被设置成穿过所述输出端上设置的销轴的通孔，所述销轴是可动的，以允许所述通孔绕其自身的旋转轴线进行自适应的调整，其中所述第一端的与所述通孔相结合的位置在沿所述中心轴的轴向方向上是可调节的。

在一些实施例中，所述第一平面连杆机构还包括拐臂和连杆片，所述拐臂紧固至所述输出轴，以随所述输出轴进行旋转运动，并且经由所述连杆片而连接至所述第一翘翘杆。

在一些实施例中，所述第一平面连杆机构设置在容纳所述断路器的真空灭弧室的气箱之外，所述第二平面连杆机构位于所述气箱之内，所述联接机构以气密的方式延伸穿过所述气箱的壁。

在一些实施例中，所述联接机构的中心轴被设置成穿过所述气箱的壁的孔洞而进入所述气箱，所述联接机构还包括波纹管，所述波纹管位于所述中心轴和所述气箱的壁两者之间并且包围所述中心轴的一部分，用以密封两者之间的间隙，同时不影响所述中心轴的运动。

在一些实施例中，所述联接机构还包括设置在所述中心轴的所述第二端的滑动件，所述滑动件适于沿所述断路器内的框架上的滑槽进行滑动，以引导所述中心轴的所述直线运动或者近似直线运动。

在一些实施例中，所述第二平面连杆机构包括连杆和至少一个第二翘翘杆，其中所述连杆的一端经由联片连接至所述联接机构，以使得所述连杆在所述联接机构的带动下进行运动，所述连杆还经由至少一个所述第二翘翘杆连接至对应的所述至少一个绝缘拉杆组件。

在一些实施例中，所述至少一个绝缘拉杆组件包括三个不同相的绝缘拉杆组件，以及所述至少一个所述第二翘翘杆包括三个第二翘翘杆，每个第二翘翘杆连接至所述三个不同相的绝缘拉杆组件中的对应的一个绝缘拉杆组件。

根据本公开的第二方面，提供了一种断路器。该断路器包括：根据第一方面所述的传动机构。

根据本公开的第三方面，提供了一种电气柜。该电气柜包括：根据第二方面所述的断路器，或根据第一方面所述的传动机构。

在一些实施例中，该电气柜是气体绝缘环网柜或固体绝缘环网柜。

还应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开实施例的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了包括空间连杆和凸轮的常规传动机构的整体结构示意；

图2示出了图1中的常规传动机构中的空间连杆的局部结构示意图；

图3示出了图1中的常规传动机构中的凸轮相关的局部结构示意图；

图4示出了根据本公开的示例实施例的用于断路器的传动机构在电气柜内的安装结构示意图；

图5示出了根据本公开的示例实施例的用于断路器的传动机构的整体结构示意图；

图6示出了根据本公开的示例实施例的用于断路器的传动机构的另一角度的整体结构示意图；

图7示出了根据本公开的示例实施例的用于断路器的传动机构的侧向示意图；

图8示出了根据本公开的示例实施例的用于断路器的传动机构的去除了部分框架的结构示意图；

图9a和图9b分别示出了图1所示的用于三相断路器的常规传动机构的合闸和分闸曲线；以及

图10a和图10b示出了根据本公开的示例实施例的用于三相断路器的传动机构的合闸和分闸曲线。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

如前所述的，断路器(circuit breaker，简称CB)在配电网中有广泛的应用。然而，发明人注意到：常规的断路器的传动机构通常采用空间双凸轮结构，或者空间连杆传动+凸轮的结构。

作为空间连杆传动+凸轮结构的示例，图1示出了包括空间连杆和凸轮的常规传动机构的整体结构示意；图2示出了图1中的常规传动机构中的空间连杆的局部结构示意图；以及图3示出了图1中的常规传动机构中的凸轮相关的局部结构示意图。

如图1至图3所示，断路器的操作机构的输出轴1经由空间连杆连接至转轴2，而后者经由凸轮3抵压在与拉杆组件结合的触头簧4上。在合分闸传动过程中，随着凸轮3绕转轴2的顺时针和逆时针旋转，而实现对真空灭弧室5的合闸或分闸。

发明人发现：上述该空间连杆+凸轮结构的机械传动效率较低，同时各旋转部件间的间隙对关键节点位置的影响非常大，尤其在刚分和刚合点位置；另外在分合闸的运动过程中承受冲击载荷较差，刚度差；导致现有的开关柜产品力学性能曲线不佳，开断能力低。类似地，空间双凸轮结构也存在类似的缺陷。

为了避免上述常规传动机构的缺陷，本公开的构思在于避免采用空间连杆和/或凸轮的结构，而是采用双平面连杆的传动机构。具体地，本公开的传动机构包括：第一平面连杆机构，其用以连接至所述断路器的操作机构的输出轴，所述输出轴在所述操作机构的操作下绕其轴心进行旋转运动；和第二平面连杆机构，其用以连接至所述断路器的至少一个绝缘拉杆组件，其中使用联接机构将所述第一平面连杆机构耦接至第二平面连杆机构，用以将所述第一平面连杆机构的运动传递至第二平面连杆机构，从而带动所述至少一个绝缘拉杆组件进行运动，从而实现所述断路器的合闸或分闸。容易理解，相较于空间连杆和/或凸轮结构而言,使用平面内的连杆机构，其传动效率更高，传递间隙更小，并且刚度更好。

这里需要说明的是：本公开的术语“平面连杆机构”是指各构件在相互平行的平面内运动的连杆机构；而术语“空间连杆机构”是指各构件不在相互平行的平面内运动的连杆机构。

为了更清楚地理解本公开的构思，下面将结合图4至图8来描述本公开的传动机构的原理，其中图4示出了根据本公开的示例实施例的用于断路器的传动机构在开关柜内的安装结构示意图；图5示出了根据本公开的示例实施例的用于断路器的传动机构的整体结构示意图；图6示出了根据本公开的示例实施例的用于断路器的传动机构的另一角度的整体结构示意图；图7示出了根据本公开的示例实施例的用于断路器的传动机构的侧向示意图；图8示出了根据本公开的示例实施例的用于断路器的传动机构的去除了部分框架的结构示意图。

如图4所示，作为断路器的传动机构10，其例如可以安装在诸如开关柜100的电气柜的柜体内。特别地，在一些实施例中，该开关柜100可以为气体绝缘环网柜，或固体绝缘环网柜。在气体绝缘环网柜的实施例中，诸如六氟化硫、氮气、干燥空气等的绝缘气体可以填充在该开关柜100内的气箱110中，其中断路器的诸如真空灭弧室130可以布置在气箱110内，以便实现断路器在真空条件下的安全分闸和合闸。

断路器的操作机构140可以被布置在开关柜100内，以便控制断路器的合闸和分闸。在具备上述气箱110的实施例中，操作机构140可以被布置在上述气箱110之外，从而方便用户的操作。通常而言，操作机构140具有输出轴141，其可以在在操作机构140的操作下绕其轴心进行旋转运动。

本公开的传动机构10的一端可以连接至操作机构14的输出轴141，而另一端可以连接至真空灭弧室130的绝缘拉杆组件131，并且被构造成将输出轴141的旋转运动转化为绝缘拉杆组件131的上下运动，从而实现真空灭弧室130的合闸和分闸。

如图4至图8所示的，传动机构10可以包括第一平面连杆机构20、第二平面连杆机构40和耦接在第一平面连杆机构20和第二平面连杆机构40之间的联接机构30。

第一平面连杆机构20的作用在于接收并转换从操作机构140的输出轴141输出的运动，其主要特点在于第一平面连杆机构20的所有部件都在同一平面(下面称之为第一平面50)内。容易理解，与空间连杆相比，由于第一平面连杆机构20完全在平面内传动，其传动效率较高。

仅作为非限制的示例，第一平面连杆机构20例如可以包括位于第一平面50内的拐臂21、连杆片22和第一翘翘杆23。特别地，拐臂21可以被紧固(例如，焊接)在操作机构14的输出轴141，并且经由连杆片22连接至第一翘翘杆23的一端(或近端)。进一步地，第一翘翘杆23的另一端(远端)可以作为第一平面连杆机构20的输出端232连接至后面要描述的联接机构40。

第一翘翘杆23可以具有枢转轴231，该第一翘翘杆23可以在输出轴141的驱动下围绕该枢转轴231进行枢转。在一些实施例中，该枢转轴可以例如被固定在开关柜100内的框架上。通过设计枢转轴231的位置，第一翘翘杆23的输出端232可以以近似直线的轨迹进行运动。

需要特别注意的是，尽管上面以拐臂21、连杆片22和第一翘翘杆23的3杆的示例呈现上述第一平面连杆机构20，但在其他实施例中，第一平面连杆机构20也可能以更多的连杆结构来呈现。

联接机构30的作用在于耦接在第一平面连杆机构20和第二平面连杆机构40两者，以将第一平面连杆机构20的运动传导至第二平面连杆机构40

仅作为非限制的示例，联接机构30可以例如为曲柄滑块机构。进一步地，曲柄滑块机构可以包括中心轴31，该中心轴31具有第一端311和第二端312，其中第一端311连接至第一平面连杆机构20的输出端232，而第二端312连接至第二平面连杆机构40。该中心轴31可以在第一平面连杆机构20的驱动下进行直线或者近似直线的运动，从而带动第二平面连杆机构40进行运动。

在一些实施例中，中心轴31的上述第一端311可以被紧固在第一翘翘杆23的输出端232的通孔上。作为示例，该通孔可以由设置在输出端232上的销轴233上的通孔来实现。在一些实施例中，销轴233是可动的，以允许通孔绕其自身的旋转轴线进行自适应地调整。在又一些实施例中，中心轴31的第一端311的与通孔相结合的位置沿所述中心轴的轴向方向是可调节的。作为示例，该调节例如可以通过设置在第一端311上的邻近位置的调节螺母330来实现。将会理解，以上述可调节方式，可以有助于调节真空灭弧室的超程。

为了确保中心轴31的第二端312沿直线或近似直线进行运动，在一些实施中，第二端312可以进一步设置有滑动件320，后者可以在断路器内的框架上的滑槽15内进行滑动。作为示例，滑动件320可以例如由设置在第二端312的销轴来实现。此外，该框架例如可以是用于支撑和安装真空灭弧室130的框架(譬如为U型梁)，上述第二平面连杆机构40可以设置在该框架之下。

容易理解，在真空灭弧室130可以布置在气箱110的实施例中，联接机构40的中心轴31需要以气密的方式穿过气箱110的壁112(参见图4)，以避免气箱110的泄漏。为此，仅作为示例，该联接机构30可以包括波纹管35，该波纹管可以被设置在中心轴31和气箱110的壁112两者之间并且包围所述中心轴的一部分(譬如，波纹管35的一端的中心部分可以被紧固至中心轴31，而波纹管35的另一端可以经由气箱110外侧的波纹管压板而紧固至气箱的壁112)。容易理解，以这种波纹管的布置方式，可以密封中心轴31和气箱110的壁112两者之间的间隙，同时不影响中心轴的运动。

容易理解，联接机构30的结构仅仅是示例，在其他实施例中，有可能采用其他的连杆结构来实现该联接机构。

第二平面连杆机构40的作用在于接收从联接机构30输出的运动，并且将其转换为对绝缘拉杆组件132的上下拉动，其主要特点在于第二平面连杆机构40的所有部件都在同一平面(下面称之为第二平面60)内。容易理解，与空间连杆相比，由于第二平面连杆机构40也在平面内传动，其传动效率较高。

仅作为非限制的示例，第二平面连杆机构40例如可以包括位于第二平面60内的连杆41和至少一个第二翘翘杆42。进一步地，连杆41的一端可以经由联片44连接至联接机构30，以使得上述连杆41在联接机构30的带动下进行运动。此外，连杆41还可以经由至少一个第二翘翘杆42连接至对应的至少一个绝缘拉杆组件131。容易理解，在断路器具有多相(例如，三相)的多个真空灭弧室130的情况下，多个真空灭弧室130将具有多个(例如，三个)对应的绝缘拉杆组件131。相应地，可以配置有多个(例如，三个)第二翘翘杆42连接至对应的绝缘拉杆组件131。

容易理解，当连杆41和例如三相的绝缘拉杆组件131连接时，其可以形成平行四连杆结构，这可以保证三相真空灭弧室的合闸和分闸的同期，并且能够快速调整相应地等效转动惯量。

需要特别注意的是，上述第一平面连杆机构20的第一平面50和第二平面连杆机构40所在的第二平面60可以是同一平面，或不同平面。在同一平面的情况下，整个传动机构的传动效率可以达到最佳状态。而在不同平面的情况下，这可以增加整个断路器的传动机构的设计自由度。上述不同平面对于真空灭弧室130倾斜布置在柜体内的情况是有利的，因为在一些场景中，真空灭弧室130倾斜布置可以有助于控制整个开关柜的柜体的整体高度。容易理解，根据需要，可以容易地调整上述两个不同平面的夹角以满足实际应用场景的需要。

在上述第二平面60相对于第一平面50倾斜或者两者形成夹角的实施例中，上述耦合结构30的中心轴31可以被定位在第一平面50和第二平面60之间的交线上。容易理解，以这种方式，避免了第一平面连杆机构20、第二平面连杆机构40与联接结构30的空间传动，这可以进一步提高本公开的传动机构的传动效率。

以上已经描述了本公开的传动结构的主要构造，本领域技术人员容易理解，本公开的第一平面连杆机构20、第二平面连杆机构40和联接机构30都是采用诸如销轴的刚性连接方式，因此其刚性好，抗冲击能力强。此外，与传统的空间连杆+凸轮或者双凸轮结构相比，本公开所采用的第一平面连杆机构20、第二平面连杆机构40的双平面连杆结构，避免了空间传动，其传动间隙更小、传动效率更高。

为了更加清楚地展示本公开的传动机构相对于常规传动机构的优势，图9a和图9b分别示出了图1所示的用于三相断路器的常规传动机构的合闸和分闸曲线；以及图10a和图10b示出了根据本公开的示例实施例的用于三相断路器的传动机构的合闸和分闸曲线。

从图9a至图10b可以看出，本公开的传动机构在合闸和分闸的力学曲线相对于常规传动机构的力学曲线更加平滑，这可以归因于本公开的传动机构的传动间隙更小。

虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本发明，但这些说明和描述应被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所请求保护的发明中，通过研究附图、公开和所附权利要求可以理解并且实践所公开的实施例的其它变体。

在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足在权利要求中阐述的多个项目的功能。仅在互不相同的实施例或从属权利要求中记载某些特征的仅有事实，并不意味着不能有利地使用这些特征的组合。在不脱离本申请的精神和范围的情况下，本申请的保护范围涵盖在各个实施例或从属权利要求中记载的各个特征任何可能组合。

此外，在权利要求中的任何参考标记不应被理解为限制本发明的范围。

Claims (15)

1.一种用于断路器的传动机构(10)，包括：

第一平面连杆机构(20)，其用于连接至所述断路器的操作机构(140)的输出轴(141)，所述输出轴(141)适于在所述操作机构(140)的操作下绕其轴心进行旋转运动；

第二平面连杆机构(40)，其用于连接至所述断路器的至少一个绝缘拉杆组件(131)；以及

联接机构(30)，被连接在所述第一平面连杆机构(20)和第二平面连杆机构(40)之间，用以将所述第一平面连杆机构(20)的运动传递至第二平面连杆机构(40)，以带动所述至少一个绝缘拉杆组件(131)进行运动，从而实现所述断路器的合闸或分闸。

2.根据权利要求1所述的传动机构(10)，所述联接机构(30)具有中心轴(31)，所述中心轴(31)具有第一端(311)和第二端(312)，所述第一端(311)连接至所述第一平面连杆机构(20)，所述第二端(312)连接至第二平面连杆机构(40)，所述中心轴(31)适于在所述第一平面连杆机构(20)的驱动下进行直线或者近似直线运动。

3.根据权利要求2所述的传动机构(10)，所述第一平面连杆机构(20)所在的第一平面(50)和所述第二平面连杆机构(40)所在的第二平面(60)之间的夹角不等于0。

4.根据权利要求3所述的传动机构(10)，所述中心轴(31)被定位在所述第一平面(50)和所述第二平面(60)之间的交线上。

5.根据权利要求2所述的传动机构(10)，所述第一平面连杆机构(20)包括第一翘翘杆(23)，所述第一翘翘杆(23)的一端作为所述第一平面连杆机构(20)的输出端(232)连接至所述中心轴(31)的所述第一端(311)。

6.根据权利要求5所述的传动机构(10)，所述第一端(311)被设置成穿过所述输出端(232)上设置的销轴(233)的通孔，所述销轴(233)是可动的，以允许所述通孔绕其自身的旋转轴线进行自适应的调整，其中所述第一端(311)的与所述通孔相结合的位置在沿所述中心轴(31)的轴向方向上是可调节的。

7.根据权利要求5所述的传动机构(10)，所述第一平面连杆机构(20)还包括拐臂(21)和连杆片(22)，所述拐臂(21)紧固至所述输出轴(141)，以随所述输出轴(141)进行旋转运动，并且经由所述连杆片(22)而连接至所述第一翘翘杆(23)。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的传动机构(10)，所述第一平面连杆机构(20)设置在容纳所述断路器的真空灭弧室的气箱(110)之外，所述第二平面连杆机构(40)设置在所述气箱(110)之内，所述联接机构(30)以气密的方式延伸穿过所述气箱(110)的壁(112)。

9.根据权利要求8所述的传动机构(10)，其中所述联接机构(30)的中心轴(31)被设置成穿过所述气箱(110)的壁(112)的孔洞而进入所述气箱(110)，所述联接机构(30)还包括波纹管(35)，所述波纹管(35)被布置在所述中心轴(31)和所述气箱(110)的壁(112)两者之间并且包围所述中心轴(31)的一部分，用以密封两者之间的间隙，同时不影响所述中心轴(31)的运动。

10.根据权利要求1-7和9中任一项所述的传动机构(10)，所述联接机构(30)还包括设置在所述中心轴(31)的所述第二端(312)的滑动件(320)，所述滑动件(320)适于沿所述断路器内的框架上的滑槽(15)进行滑动，以引导所述中心轴(31)的所述直线运动或者近似直线运动。

11.根据权利要求1-7和9中任一项所述的传动机构(10)，所述第二平面连杆机构(40)包括连杆(41)和至少一个第二翘翘杆(42)，其中所述连杆(41)的一端经由联片(44)连接至所述联接机构(30)，以使得所述连杆(41)在所述联接机构(30)的带动下进行运动，所述连杆(41)还经由至少一个所述第二翘翘杆(42)连接至对应的所述至少一个绝缘拉杆组件(131)。

12.根据权利要求11所述的传动机构(10)，所述至少一个绝缘拉杆组件(131)包括三个不同相的绝缘拉杆组件(131)，以及所述至少一个所述第二翘翘杆(42)包括三个第二翘翘杆(42)，每个第二翘翘杆连接至所述三个不同相的绝缘拉杆组件(131)中的对应的一个绝缘拉杆组件(131)。

13.一种断路器，包括：

根据权利要求1-12中任一项所述的传动机构(10)。

14.一种电气柜，其包括：

根据权利要求13所述的断路器，或根据权利要求1-12中任一项所述的传动机构(10)。

15.根据权利要求14所述的电气柜，所述电气柜是气体绝缘环网柜或固体绝缘环网柜。

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