CN203562333U - 一种用于接地开关的电机关停控制机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于开关技术领域，公开一种用于接地开关的电机关停控制机构，包括被触发后关停电机的行程开关和用于触发行程开关的触发部件，所述触发部件包括一个用于触动行程开关触头的抵压面，所述抵压面随触发部件沿一轴心转动时其上对应行程开关触头的点到行程开关的距离逐渐变化；触发部件转动单位角度R前后，抵压面上对应行程开关触头的点到行程开关的距离的变化量l小于触发部件上距轴心最远点在转动角度R的过程中移动的线距离L。本实用新型突破现有技术中固有方式，通过通过抵压面的曲面变化量实现触发部件与行程开关之间的距离调节，有效放大手动调节距离。降低了行程开关相对于触发部件的定位难度，提高了定位精度。

Description

一种用于接地开关的电机关停控制机构

技术领域

本实用新型属于开关技术领域，尤其涉及电气开关技术，具体地说关于用于电气开关设备的接地开关。

背景技术

接地开关是一种用于将设备或线路接地的机械装置，用于在异常条件，如短路时，在规定时间内承载规定的异常电流，以便在设备或线路检修时，保证检修人员的安全。接地开关多见于高低压开关柜等配电设备中，主要包括静触头和动触刀，两者中一者与设备连接，另一者接地。对于常见开关柜而言，接地开关的动、静触头各三个，三个静触头分别接开关柜的进线端A、B、C母线，三个动触刀与静触头一一配对，通过线排接地。

所述静触头通过绝缘子固定在底座上，所述动触刀装配在一根主轴上，与动触刀同轴固定装配有拐臂，拐臂的活动端与动触刀压簧（两端带铰链式连接头的圆柱压缩弹簧）连接头铰接。拐臂与压簧的压缩临界点介于动触刀合闸与分闸状态之间。在分闸状态下，压簧作用在主轴上的扭矩与合闸方向相反，该作用扭矩与限位机构配合将动触刀维持在分闸状态下。对主轴施加外力，向合闸方向旋转主轴，拐臂压缩压簧储能，当转过压簧的临介点，压簧作用在主轴上的扭矩变换方向，迅速释放能量，并推动拐臂协助合闸外力带动动触刀快速合闸；反之，在合闸状态下，压簧作用在主轴上的扭矩与合闸方向相同，该作用扭矩与限位机构配合将动触刀维持在合闸状态下。对主轴施加外力，使其向分闸方向旋转，拐臂压缩压簧储能，当转过压簧的临介点，压簧作用在主轴上的转矩再次变换方向，压簧推动拐臂协助分闸外力进一步驱动动触刀向分闸方向转动，直到被限位机构阻挡，分闸过程完成。

随着开关柜等配电设备的不断智能化，接地开关的远程操作成为普遍需求。要实现接地开关的远程操作并不难，最简单的处理方式是，为接开关设置可控的电动操作机构。在接地开关中设置通过传动机构带动接地开关主轴转动的电机，完成接地开关的合闸与分闸，再通过远程控制电机的正反转，则可实现接地开关的远程操作。

通过电机配合简单的机械传动机构驱动接地开关主轴转动，以实现动触刀的分合闸，并不难实现。考虑到单纯的电动操作式接地开关在不可避免的断电的情况下无法工作的问题，为电动式接开关设置手动操作功能显然是非常必要的。

目前，现有技术已公开有多种实现接地开关同时具备电动和手动操作功能的方案，如专利号200620109339.6、200810182723.2、201220474160、201220013812等专利公开的接地开关或操作机构。

现有电动接地开关的操作机构，通过引入离合机构已经较好地实现了接地开关手动和电动操作功能。但是仍存在不足之处。

1、有的接地开关的电动操作机构，结构松散，占用空间大，增大了接地开关的整体尺寸。接地开关在开关柜等配电设备中安装，受到配电设备箱体的局限，较大的接地开关，不利于柜体的小型化，而接地开关复杂的结构给开关柜内部结构设计带来限制，影响柜内结构的优化，如专利号为200620109339.6的专利公开的接地开关。

2、有的操作机构虽然结构相对紧凑，占用空间小，但结构复杂，零部件多，不仅增加了装配难度及成本，而且增加了操作机构的失效机率，如专利号为201220474160的专利公开的操作机构。

3、有的虽然结构紧凑，零部件少，但装配难度较大，可靠性低，对零件强度要求高，如专利号为201220013812的专利公开的操作机构。

而且，现有电动接地开关普遍存在，电动操作机构不可靠，使用寿命短的问题，一般无法通过反复2000次分合闸测试。使用时，需要对接地开关进行定期维护，否则将频发电机堵转等现象，最后损毁电机或传动机构。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对现有电动接地开天存在的上述不足及问题，提出一种有效提高接地开关整体使用寿命的解决方案。

为了实现上述目的，本实用新型提出一种适于用于电动式接地开关或手动电动一体式接地开关的电机关停控制机构，包括被触发后关停电机的行程开关和用于触发行程开关的触发部件，其特征在于，所述行程开关设置在底座或与底座固定的部件上；所述触发部件设置在接地开关主轴上，所述触发部件与主轴固定后随主轴转动；所述触发部件包括一个用于触动行程开关触头的抵压面，所述抵压面随触发部件依主轴轴心转动时其上对应行程开关触头的点到行程开关的距离逐渐变化。

触发部件转动单位角度R前后，抵压面上对应行程开关触头的点到行程开关的距离的变化量l小于触发部件上距轴心最远点在转动角度R的过程中移动的线距离L。优选l<L/6。

进一步地，所述抵压面为一段螺旋曲面（螺旋曲面是指母线绕轴心做螺旋运动而形成的面，母线长度即螺旋曲面的宽度，如运动过程母线长度变化，则螺旋曲面的宽度不均等）。

所述一段螺旋曲面，具体包括两种具体结构形式。

第一种形式为，以触发部件旋转轴心为轴心的一段平面螺旋曲面，即，与触发部件旋转轴心平行的母线沿一段以触发部件旋转轴心为中心的平面螺旋线运动而形成的一段螺旋曲面。

例如，触发部件为盘状结构，盘状结构的至少一段外缘轮廓为平面螺旋曲面结构。

第二种形式为，以触发部件旋转轴心为轴心的一段圆柱螺旋曲面，即，垂直于触发部件旋转轴心的母线沿一段以触发部件旋转轴心为轴心圆柱螺旋线运动而形成的旋转曲面。例如，触发部件为轴向一侧设有圆柱螺旋曲面的结构。

当采用第一种结构的螺旋曲面时，所述触发部件可以是一盘状部件，旋转轴心垂直于盘面，螺旋曲面位于其外缘，盘状部件的厚度为螺旋曲面的宽度。所述行程开关设置在盘状部件的径向外侧，这种设置结构相对紧凑，整体占用空间少，如触发部件及行程开关均设置在接地开关侧面，则有利于控制接地开关横向（顺着主轴的方向）宽度。

当采用第二种结构的螺旋曲面时，所述触发部件主体部分可以是一盘状部件，旋转轴心垂直于盘面，螺旋曲面设在盘状部件的一侧盘面上。所述行程开关设置在盘状部件螺旋曲面侧。这种设置结构占用径向（垂直于触发部件旋转轴心的方向）空间少。

下面以实现合闸关停功能为例，说明本实用新型所述电机关停控制机构在接地开关上装配过程：

首先将接地开关动触刀置于合闸状态或完全合闸前达到关闭电机理想时机时的角度，然后将触发部件可转动地预装在设计安装位置，将抵压面朝向行程开关的设计安装位置；然后再依照触发部件的抵压面的位置，粗略确定行程开关的具体安装位置，并安装固定，安装时使行程开关触头朝向抵压面；最后旋转触发部件，调节抵压面上对应行程开关触头的位置，直到刚好触发行程开关为止，然后将触发部件固定即可。

当用于分闸关停时，装配过程原理相同，不同之处仅在于装配前动触刀状态刚好相反。

经反复实验测试发现，接地开关电动操作机构的电机堵转现象的发生，原因主要在于电机关停时机不良，或者行程开关的失效。

电动接地开关的电机关停，通常采用行程开关配合触发部件组成的关停控制机构进行控制，其原理是：行程开关接在电机的电源回路内，未触发时开关常闭，使回路连通，触发并被保持时，开关打开将断开回路。

其机械设置结构一般为：行程开关设置在底座或相对底座固定的部件上，行程开关的触发部件设置在动触刀或与动触刀同时动作的主轴等部件上。安装行程开关和触发部件时，调整两者间的距离，使触发部件在合闸或分闸的最后瞬间触动行程开关，并在接地开关保持合闸或分闸状态时保持对行程开关的触压。

由于动触刀的合闸与分闸位置决定于限位机构，而动触刀的分合闸动作在弹簧作用下，具有很大的瞬间冲击力。在分合闸过程中，限位机构承受着较大惯性冲力，其中的限位机件将不可避免地产生变形，这种变形必然导致动触刀的分、合闸极限位置发生变化（以分合闸状态设计差角为90度为例，使用一段时间后的，实际差角一般会增加到91度-92度）。此外，动触刀本身在冲击力下也会发生变形，而且，各机件之间的连接与配合关系也会随着使用次数的增加而发生松动、变形等现象。以上所有变化因素叠加起来，效果更加明显。

本来接地开关作为一种非精密机械装置，因上述各种变化因素而带来的改变对传统接地开关的接地性能并不构成影响。但是对于电动接地开关来说，由于行程开关的触发部件与动触刀等动作部件相关联，动触刀等部件的形状位置关系变化将导致行程开关的触发部件的动作行程发生变化，这种变化对于工作行程一般小于3mm的相对精密的行程开关来说，影响则是致命的。

这种影响针对不同的构造，主要表现为两种结果：其一，电机被关停的时机变化；其二，行程开关失效。

第一种影响结果一般发生在触发部件设置在主轴上或靠近主轴的位置的情况下。随着接地开关因多次使用导致接地开关的分合闸状态差角变化，在分闸或合闸过程中，触发机构随主轴转动的角度随之发生变化，由于触发部件离转动轴心距离较近，因此这种角度变化所表现出来的到行程开关的距离的变化较小，一般不足以超出行程开关的极限并损坏行程开关（如果一开始行程开关的位置调整的不好，也有超出其极限损坏行程开关的可能）。但改变了在整个分闸或合闸过程中，触发部件与行程开关接触的时机。则导致电机在未完全分闸或合闸前提前停转、或者在完全分闸或合闸后被堵停。对接地开关的可靠性及整体使用寿命构成较大影响。

第二种影响结果一般发生在触发部件设置在距离主轴较远的位置的情况下，如触发部件固定在动触刀刀臂上。随着动触刀刀臂的极限位置变化，触发部件的在合闸和分闸状态下的极限位置随之变化，这种变化直接表现在触发部件到行程开关的距离变化上，其结果是：行程开关不能被触发，或触发距离超出极限，直接损坏行程开关。

以上，即为现有技术中的电动接地开关，使用寿命都较短，无法通过2000次分合闸测试的原因。

可见，如何降低接地开关动作部件的使用变形、行程变化对行程开关的影响，成为解决现有电动接地开关短命问题的关键。

此外，即使不考虑接地开关使用过程中，各部件发生变形及位置关系发生变化的问题，按照现有电动接地开关的电机关停机构的结构设计，其行程开关的安装过程，难度也很大。

接地开关是一种较为粗糙的机械装置，各部件精度要求不高，不同件产品装配完成后，其触发部件与底座之间的位置关系误差很大，一般可大到几毫米，这一误差范围超出了行程开关的工作行程。因此，无法通过在底座上加工定位刻线或立体定位结构的方式，为行程开关的安装带来方便。只能是在其它各部件装配完成后，手工确定行程开关的理想位置，然后固定。

但是，因为行程开关的工作行程很小，其能够接受的位置误差范围很小，手工在这一很小的范围内，比如3mm内，移动行程开关找到理想的位置，难度较大（手工准确移动某物件一毫米，是有难度的，如果要求误差不大于1mm，则超出了人工的能力范围）。一个行程开关的安装往往需要几分钟时间。即使这样，安装的位置精度也很难得到保证。行程开关的安装误差，直接影响电机的关停时机。以行程开关触发部件距离主轴轴心距离为20mm为例（假设触发部件为固定在主轴上的一撞块），假设行程开关的安装误差为2mm，则反应在主轴上的误差角为2×360/40л=5.76度。也就是说行程开关很可能提前或延后5.76度关停电机。

然而，在电动接地开关中，电机的关停时机又是影响接地开关可靠地工作的关键因素，关停过早，动触刀尚未完全合闸或分闸，关停过晚，则会发生电机堵转。不恰当的电机关停时机，对传动机构及电机的损害都很大，直接影响电动接地开关的可靠性及整体使用寿命。因此，如何更便捷、精准地调整行程开关与处在极限位置的触发部件之间的距离，成为改善接地开关质量所所面临的一个关键问题。

本实用新型的电机关停控制机构，正是基于上述实验结论及分析而提出。本实用新型突破现有技术中直接移动行程开关以调触发部件与行程开关距离的固有方式，设计了一种通过转动触发部件的动作来间接调整触发部件与行程开关距离的方式，该调整方式通过抵压面的曲面变化量（曲面沿径向相对于旋转轴心或沿轴向相对于垂直于旋转轴心的平面的距离变化）实现触发部件与行程开关之间的距离调节，将普通距离调节中的触发部件与行程开关之间的相对直线移动，转化为触发部件手握部位的周向移动，有效放大手动调节距离。降低了行程开关相对于触发部件的定位难度，提高了定位精度。

设触发部件手握部位到旋转轴心的半径为r，螺旋曲面的导程（母线旋转一周在轴向或径向上偏移距离）为D，行程开关与触发部件之间需要调整距离为l，则触发部件手握处实际移动的线距离L=2лrl/D

假设r=20mm，D=10mm，l=1mm，则L=2л×20mm×1mm÷10mm=12.56mm。

也就是说，若将触发部件与行程开关之间距离调整1mm，需将触发部件外缘手握处绕圆周实际移动12.56mm。放大倍数为12.56倍。

假设手工移动物体的误差不大于2mm，当采用本实用新型的电机关停机构，工人调节触发部件与行程开关距离的可控误差小于0.064mm，显然，相对于现有电动接地开关中行程开关的安装来说，可控误差大大减小，安装精度大大提高。

本实用新型另一优点在于，有效地将接地开关动作部件的使用变形、行程变化对行程开关的影响降低。

以接地开关反复分合闸2000次后，分合闸差角变化2度为例，同样设螺旋曲面的导程为D，则反复使前后，行程开关与触发部件之间的最小距离的变化量l’=2D/360。

设D=10mm，则l’=2×10mm÷360=0.055mm，小于0.1mm的距离影响，对于行程开关来说，基本可以忽略。

如采用在主轴上设置撞块触发行程开关的普通技术方案来说，假设撞块触发行程开关的点到主轴轴心距离为20mm，则接地开关反复分合闸2000次前后，撞块到行程开关的最小距离变化量为2×3.14×20mm×2÷360=0.698mm。

可以看出，采用本实用新型上述的电机关停机构，可以将接地开关动作部件的使用变形、行程变化对行程开关的影响降低近13倍。

需要特别说明的是：以上示例均以等速螺旋曲面为例，仅是为了便于说明，但在本实用新型中，采用其它类型的螺旋曲面，如对数螺旋（等角螺旋）曲面，其效果与等速螺旋曲面一样。可以理解的是，在本实用新型的技术方案中，技术效果与曲面的类型无关，影响技术效果的因素仅在于曲面的变化率（触发部件转动单位角度，曲面到基准面或基准线或基准点的距离的升量），变化率越小，手动调节的线距离相对于行程开关和触发部件之距离的倍数越大，同时主轴分合闸差角变化对行程开关和触发部件之距离的影响越小。因此，不难相到的是，即使非螺旋曲面，只要在触发部件转动时，该表面对应行程开关触头的位置相对于行程开关的距离渐变，即可具有上述示例中表示的技术效果。

附图说明

图1为采用本实用新型所述电机关停控制机构的一种接地开关整体结构示意图。

图2为图1所示接地开关的俯视结构示意图。

图3为图1所示接地开关的右视结构示意图。

图4为图1所示接地开关的离合传动机构整体结构示意图。

图5为离合传动机构中主动齿轮结构示意图。

图6为图5所示主动齿轮B-B向剖面结构示意图。

图7为离合传动机构中从动齿轮结构示意图。

图8为离合传动机构中传动盘结构示意图。

图9为图8所示传动盘右视结构示意图。

图10为图8所示传动盘C-C向剖面结构示意图。

图11为图4中A-A向截面图。

图12为离合传动机构中弹簧圈结构示意图。

图13为本实用新型电机关停机构结构示意图。

图14为采用带有压板的行程开关的关停机构示意图。

图15为抵压面为圆柱螺旋曲面的行程开关触发部件结构示意图。

图16为图15所示触发部件与行程开关配合示意图。

图17为图15所示触发部件的圆柱螺旋曲面展开状态示意图。

图18为图15所示触发部件与带有压板的行程开关配合示意图。

具体实施方式

下面结合附图以一相对具体的采用本实用新型电机关停控制机构的电动式接地开关为例，对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

参照图1-3，所述电动式接地开关包括开关主体和电动操作机构，所述开关主体包括底座，底座由长方体后框3和后端与后框3固定的左、右两侧支撑板7、9（左边板和右边板）构成，后框3上表面间隔安装三个绝缘子2，每个绝缘子2上端通过静触头座16固定一个静触头1。主轴8装配在两侧支撑板靠近后端的轴孔内，主轴8上对应三个静触头1的位置固定三组动刀支板17，每组动刀支板17上安装一个由双刀片组成的动触刀5，三个动触刀5通过短接管4连接，位于两侧的两组动刀支板17上分别包括或固定一拐臂15，对应每个拐臂15设有一弹簧组件13，所述弹簧组件13由中间圆柱弹簧13和固定在圆柱弹簧两端的两个铰链式连接头12、14，两个弹簧组件13的一端连接头14分别与两个拐臂15铰接，另一端连接头12分别铰接在底座两侧支撑板7、9的前端。

所述主轴右端伸出底座右侧板的一段用于手动操作主轴。主轴8上设有轴向长三角槽6，用于可靠地限制安装于其上的各部件的旋转自由动，及装配手动操作用的手柄。手柄上设主轴套孔，主轴套孔内设与主轴三角槽6配合的凸起结构，主轴套孔的形状与主轴截面形状相同。

所述电动操作机构设置在底座的后框内，后框朝向主轴的一侧设有窗口28，主轴上对应窗口28的部位装配一齿轮29。所述电动操作机构包括电机、减速机构、离合传动机构，电机输出轴与减速机构输入端连接，减速机构输出端通过离合传动机构与主轴上装配的齿轮29连接。

主轴上装配的齿轮29相对于主轴存在一个自由转动余角。这种设置结构主要包括两个优点。

其一，当电机操作机构驱动动触头转过临界角时，在强有力的弹簧组件的作用下，动触头会突然加速动作，直到达到动程极限。在这个过程中，由于动触头动作速度超过电动操作机构的转速，如果主轴与主轴齿轮29直接固定，则，在主轴加速后，操作机构的传动系统中各部件间的受力会突然反向，对各部件间的连接面带来很大的舜间冲击力，容易导致部件损坏。主轴与主轴齿轮29之间设计转动余角，则可以在主轴转过临界点后加速过程中，使主轴与电动操作系统脱离关系。有效避免上述问题。

其二，因为误差的存在，即使再精确的电机关停控制，也难以实现电机刚好在动触头转动到极限位置时的舜间停转，不免发生堵转或托转。采用主轴与主轴齿轮29之间设计转动余角的方式，因为余解的存在，则在设定时，适当将电机的关停时机提前，电机关停后，动触头动作的最后的小段动程由主轴弹簧自动完成。有效解决了因为误差不可能非常精确设定电机关停时机的现实问题。

显然，主轴与主轴齿轮之间转动余角的设计，改变了电机关停时机对接地开关整体操作性能存在关键影响的现实。采用这种余角设计，不再需要设定精准的电机关停时机，而且对接地开关的性能没有任何不良影响。

所述底座右侧支撑板9外侧固定两个行程开关10，两个行程开关10分用于分闸时关停电机和合闸时关停电机。所述主轴8伸出该侧支撑板9的部位装配两个分别用于触动两个行程开关的凸轮11。

参照图4-12，所述离合传动机构包括一个从动齿轮24、一个主动齿轮22、一传动盘27、及一弹簧圈18，所述从动齿轮24、主动齿轮22、传动盘27三者套装在同一装配轴21上，所述传动盘27位于从动齿轮24与主动齿轮22之间。主动齿轮22与减速机构输出端齿轮啮合，从动齿轮24边缘伸出窗口28与装配主轴上的主轴齿轮29啮合。

从动齿轮24和传动盘27之间设有压缩弹簧25，从动齿轮24朝向传动盘27的一侧设有四个沿径向延伸的长条形凹槽30，所述四个长条形凹槽30沿周向均匀分布。

传动盘27朝向从动齿轮24的一侧设有两个同样延径向延伸的长条形凸起31，凸起31的形状与凹槽30相吻合，两个凸起相互对称，位于传动盘的同一条直径上。

传动盘27朝向主动齿轮22的一侧设有四个锥形槽23，主动齿轮朝22向传动盘的一侧设有四个反向的锥形槽19，主动齿轮上的锥形槽19与传动盘上的锥形槽23相对，锥形槽两两对合形成的空腔内各配有一个钢珠20。

传动盘圆周面设有环槽32，所述弹簧圈18的一端为圆环结构，套配在环槽32上，与环槽表面相互摩擦，另一端比圆环结构部分更窄，套装在减速机构输出轴上。

参照图13-14，所述凸轮11外缘包括一段用于触动行程开关触头34的抵压面33。所述抵压面由一段平面螺旋曲面构成。图13中，行程开关为触头式，其触头指向凸轮的轴心。抵压面上33最高点（到凸轮轴心最远的点）与最低点（到凸轮轴心最近的点）到凸轮轴心的距离差大于行程开关的工作行程。图14所示为本实用新型所述凸轮适用于带有压板的行程开关的情况。

参照图15-18，用于触发行程开关的触发部件，主体是一圆盘结构，圆盘右侧盘面上设有一段以圆盘中心为轴心的圆柱螺旋曲面35，圆柱螺旋曲面35做为抵压面用于触动行程开关的触头34。图16中，行程开关为触头式，其触头的指向方向与凸轮的轴心平行。螺旋曲面35上最高点（到垂直于凸轮轴心一基准面）与最低点（到同一基准面距离最近的点）到垂直于凸轮轴心的一基础面的距离差大于行程开关的工作行程。图18为图15所示触发部件适用于压板式行程开关的情况，行程开关的压板顺圆盘径向放置，压板的按压面抵靠在圆柱螺旋曲面35上。

Claims (7)

1. 一种用于接地开关的电机关停控制机构，包括被触发后关停电机的行程开关和用于触发行程开关的触发部件，其特征在于，所述行程开关设置在底座或与底座固定的部件上；所述触发部件设置在接地开关主轴上，所述触发部件与主轴固定后随主轴转动；所述触发部件包括一个用于触动行程开关触头的抵压面，所述抵压面随触发部件依主轴轴心转动时其上对应行程开关触头的点到行程开关的距离逐渐变化；触发部件转动单位角度R前后，抵压面上对应行程开关触头的点到行程开关的距离的变化量l小于触发部件上距轴心最远点在转动角度R的过程中移动的线距离L。

2. 根据权利要求1所述的电机关停控制机构，其特征在于，l<L/6。

3. 根据权利要求1所述的电机关停控制机构，其特征在于，所述抵压面为一段螺旋曲面。

4. 根据权利要求3所述的电机关停控制机构，其特征在于，所述螺旋曲面为以触发部件旋转轴心为轴心的一段平面螺旋曲面。

5. 根据权利要求4所述的电机关停控制机构，其特征在于，触发部件为盘状结构，旋转轴心垂直于盘面，盘状结构的至少一段外缘轮廓为平面螺旋曲面结构，所述行程开关设置在盘状部件的径向外侧。

6. 根据权利要求3所述的电机关停控制机构，其特征在于，所述螺旋曲面为以触发部件旋转轴心为轴心的一段圆柱螺旋曲面。

7. 根据权利要求6所述的电机关停控制机构，其特征在于，所述触发部件主体部分为一盘状部件，旋转轴心垂直于盘面，螺旋曲面设在盘状部件的一侧盘面上；所述行程开关设置在盘状部件螺旋曲面侧。

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