CN211529896U - 一种小型断路器的操作机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种小型断路器的操作机构，属于断路器技术领域；包括手柄、U型杆、锁扣、支持件、啮合弹簧、主弹簧和脱扣杆；手柄通过U型杆与锁扣连接，锁扣与支持件形成U型槽，U型槽中设U型杆中间部；锁扣的一端与脱扣杆一端相邻，脱扣杆另一端与支持件另一端相邻；啮合弹簧一端连接锁扣，另一端连接脱扣杆；支持件上设有主弹簧。本实用新型通过锁扣和脱扣杆进行力臂和受力方向的转换，实现脱扣力的降低；通过锁扣、脱扣杆、支持件与U型杆的配合，完成扣合、脱扣、复位的完整过程。本实用新型降低了断路器脱扣力，提高了机构的灵敏度，降低了对脱扣器的输出要求，减小了产品在自由脱扣时受到的冲击。

Description

一种小型断路器的操作机构

技术领域

本实用新型涉及一种小型断路器的操作机构，属于断路器技术领域。

背景技术

小型断路器的自动分断功能是通过自由脱扣机构实现的，其脱扣力是自由脱扣机构的重要技术指标，应当在一个合理的范围内。脱扣力越小，机构反应越灵敏、对脱扣器的要求越小、产品在自由脱扣时受到的冲击越小。例如现有技术中中国发明专利，公开号为：CN105742128A，发明名称为“电气保护装置的操作机构”中公开了一种小型断路器的操作机构。在这一操作机构中，当处于合闸位置时，推杆位于支架和锁扣构成的开合孔内。当机构跳闸时，手柄推动推杆从开合孔中滑出至支架端槽内。该结构中锁扣直接由电磁脱扣器的顶杆驱动，同时锁扣直接扣住U型推杆形成扣住结构，因此脱扣器的顶杆的驱动需要直接面对支架弹簧，即机构主弹簧的作用力。进一步说明，支架弹簧直接作用在支架上，抵靠在U型杆上，锁扣锁住U型杆防止其从开合孔中逃出进入支架端槽而脱扣，因此锁扣的锁住力比较大，使得脱扣力也较大，因此脱扣较困难，需要选用输出力较大的脱扣器。

中国发明专利公开号为：CN103928270A，发明名称为“小型断路器的操作机构”中公开了一种两级脱扣机构，具有连杆、杠杆、跳扣、锁扣、杠杆弹簧、跳扣复位弹簧、锁扣复位弹簧和手柄复位弹簧，杠杆具有对锁扣的限位作用，当自由脱扣后，跳扣和锁扣在各自复位弹簧的作用下实现再扣复位，再扣复位的方向是向跳扣和锁扣各自转动中心的连线靠近。该文件中技术方案中存在结构复杂，复位弹簧多，复位力大，容易复位卡死的问题。

所以本技术领域需要解决的问题是如何降低脱扣器的脱扣力，提高机构灵敏度，降低对脱扣器的输出要求，减小产品在自由脱扣时受到的冲击。

发明内容

本实用新型的目的是为解决降低脱扣器的脱扣力，提高机构灵敏度，降低对脱扣器的输出要求，减小产品在自由脱扣时受到的冲击的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本实用新型所采取的技术方案是提供一种小型断路器的操作机构，包括手柄、U型杆、锁扣、支持件、啮合弹簧、主弹簧和脱扣杆；所述手柄通过U型杆与锁扣连接，锁扣一端面与支持件一端面形成U 型槽，所述U型槽中设有所述U型杆中间部；锁扣另一端与脱扣杆一端相邻，脱扣杆另一端与支持件另一端相邻；所述断路器底座上设有转轴，所述锁扣、支持件和脱扣杆上设有相对应的转轴孔；啮合弹簧一端连接锁扣，另一端连接脱扣杆；支持件上设有主弹簧。

优选地，所述的锁扣一端面与支持件一端面形成U型槽，所述锁扣一端面从槽口向槽底依次设有锁扣第二接触面，连续曲面和锁扣第一接触面；所述支持件对应所述锁扣一端面设有支持件第一接触面和支持件第二接触面；锁扣和支持件的第一接触面形成第一槽口结构；第一槽口的开口小于所述U型杆的直径；所述锁扣的第二接触面和所述支持件第二接触面形成第二槽口结构，第一槽口结构和第二槽口结构之间设有凸起。

优选地，所述的脱扣杆在顺时针转动时受到所述支持件的限制；所述锁扣在逆时针转动时受到所述脱扣杆的限制。

优选地，所述的支持件在脱扣时给U型杆向U型槽槽口移动的作用力，所述锁扣受U型杆逆时针方向的转矩作用。

优选地，所述的脱扣杆与锁扣相邻的接触面以圆弧形式相切，使锁扣对脱扣杆的压力通过脱扣杆的转动中心。

优选地，所述的锁扣和脱扣杆自由脱扣后，所述锁扣复位方向为远离锁扣的转动中心和脱扣杆转动中心的连线方向。

优选地，所述U型杆设于所述锁扣和支持件组成的第二槽口结构时，脱扣杆受锁扣限制不能复位；所述U型杆设于锁扣和支持件的第一槽口结构时，脱扣杆在啮合弹簧的作用下复位。

优选地，所述U型杆对锁扣作用力的力臂l₁短于脱扣杆对锁扣支持力的力臂 l₂；断路器脱扣器对脱扣杆的作用力的力臂l₃，大于等于锁扣对脱扣杆摩擦力的力臂l₄。

优选地，所述啮合弹簧一端连接所述锁扣，另一端连接所述脱扣杆；啮合弹簧同时提供给锁扣和脱扣杆顺时针方向的转矩复位力。

本实用新型通过锁扣和脱扣杆进行力臂和受力方向的转换，实现脱扣力的降低；通过锁扣、脱扣杆、支持件与U型杆的配合，完成扣合、脱扣、复位的完整过程。

相比现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1.本实用新型降低了脱扣力。

2.本实用新型提高机构灵敏度。

3.本实用新型降低对脱扣器的输出要求

4.本实用新型减小了产品在自由脱扣时受到的冲击。

附图说明

图1是本实用新型小型断路器的操作机构及脱扣机构的整体结构图；

图2是本实用新型小型断路器脱扣机构的锁扣的零件图；

图3是本实用新型小型断路器脱扣机构的脱扣杆的零件图；

图4是本实用新型小型断路器操作机构的支持件的零件图；

图5是本实用新型小型断路器锁扣对脱扣杆的摩擦阻力的示意图；

图6是本实用新型小型断路器支持件对U型杆作用力的示意图；

图7是本实用新型小型断路器锁扣上的受力示意图；

图8是本实用新型小型断路器分闸状态的机构示意图；

图9是本实用新型小型断路器脱扣初始状态的机构示意图；

图10是本实用新型小型断路器脱扣以后触头系统分开的机构示意图；

图11是本实用新型小型断路器脱扣器顶杆驱动脱扣杆的示意图；

图12是本实用新型小型断路器啮合弹簧采用压簧的示意图；

具体实施方式

为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：

如图1-12所示，本实用新型提供了一种小型断路器的操作机构，包括手柄 1、U型杆2、锁扣3、支持件4、啮合弹簧5、主弹簧6和脱扣杆9；手柄1通过 U型杆2与锁扣3连接，锁扣3一端面与支持件4一端面形成U型槽，U型槽中安装U型杆2的中间部；锁扣3另一端与脱扣杆9一端相邻，脱扣杆9另一端与支持件4另一端相邻；断路器底座8上设置有转轴，锁扣3、支持件4和脱扣杆 9上设置有相对应的转轴孔；啮合弹簧5一端连接锁扣3，另一端连接脱扣杆9；支持件4上设置有主弹簧6。锁扣3一端面与支持件4一端面形成U型槽，锁扣端面从槽口向槽底依次设有锁扣第二接触面32，连续曲面34和锁扣第一接触面 31；支持件对应所述锁扣端面设置有支持件第一接触面41和支持件第二接触面 42；锁扣和支持件的第一接触面31和41形成第一槽口结构；第一槽口的开口小于U型杆的直径；锁扣的第二接触面32和支持件第二接触面42形成第二槽口结构，第一槽口结构和第二槽口结构之间设置有凸起。脱扣杆9在顺时针转动时受到支持件4的限制；锁扣3在逆时针转动时受到脱扣杆9的限制。支持件4在脱扣时给U型杆2向U型槽槽口移动的作用力，锁扣3受U型杆2逆时针方向的转矩作用。脱扣杆9与锁扣3相邻的接触面以圆弧形式相切，使锁扣3对脱扣杆9 的压力通过脱扣杆的转动中心。锁扣3和脱扣杆9自由脱扣后，锁扣3复位方向为远离锁扣3的转动中心和脱扣杆9转动中心的连线方向。U型杆2位于锁扣3 和支持件4组成的第二槽口结构时，脱扣杆9受锁扣3限制不能复位；U型杆2 位于锁扣3和支持件4的第一槽口结构时，脱扣杆9在啮合弹簧5的作用下复位。 U型杆2对锁扣3作用力的力臂l₁短于脱扣杆9对锁扣3支持力的力臂l₂；断路器脱扣器7对脱扣杆9的作用力的力臂l₃，大于等于锁扣3对脱扣杆9的摩擦力的力臂l₄。啮合弹簧5的一端连接锁扣3，另一端连接脱扣杆9；啮合弹簧5同时提供给锁扣3和脱扣杆9顺时针方向的转矩复位力。

如图1-12所示，F₁为U型杆2对锁扣3的推力,力臂为l₁，使得锁扣3产生逆时针方向的转矩；Fn为脱扣杆9对锁扣3的支持力,力臂为l₂，使得锁扣3产生顺时针方向的转矩；F₃为脱扣器7的顶杆对脱扣杆9的推力,力臂为l₃，使得脱扣杆9产生逆时针方向的转矩；f为锁扣3对脱扣杆9的摩擦阻力,力臂为l₄，使得脱扣杆9产生顺时针方向的转矩；F₅为支持件4对U型杆的推力力，支持件 4与U型杆2的一端接触，并提供压力，使U型杆2有往外逃离的趋势，即逆时针方向的转矩。

如图1所示，手柄1、支持件4通过轴孔配合安装在底座8上，U型杆2一端与支持件4和锁扣3接触、另一端通过轴孔配合安装在手柄1上，手柄1、支持件4、U型杆2、锁扣3、脱扣杆9形成连杆机构。

如图1和图2，锁扣3枢接在转轴101上。啮合弹簧5也套在轴101上，其一端靠在锁扣3上，另一端靠在脱扣杆9上。锁扣3还设有以下结构，第一接触面31，与U型杆2的一端接触，锁扣3被啮合弹簧5的弹簧力顺时针偏置，使得锁扣3与U型杆2接触并靠在上面。当分闸时，U型杆2向槽口外侧运动，在 U型杆2的推动下，锁扣3有逆时针方向运动的趋势，即具有脱扣的趋势；锁扣 3还设有第二接触面32，当第二接触面32与U型杆2的一端接触时，使得锁扣 3在U型杆2回到第一接触面31位置之前，不能复位；第一接触面31具有连续曲面，该曲面设计成U型杆2对锁扣3的推力F₁所形成的转矩具有一个较小的力臂l₁，为短于脱扣杆9对锁扣3支持力的力臂l₂，即l₁＜l₂。第一接触面31的连续曲面可以设计成圆弧型曲面、椭圆形曲面等，以使得U型杆2对锁扣3无论作用在接触面的哪个点，都具有较小的力臂l1。在脱扣以后，操作机构动作，使得U型杆2从锁扣3第一接触面31运动到锁扣3第二接触面32，因此在两个接触面交接的边界上设计成一个连续曲面34，这样第一接触面31到第二接触面 32都是连续的，不存在奇点，这样在脱扣分闸时，保持U型杆2运动的顺畅。另外，在触头系统闭合状态，以及不脱扣分闸，即正常操作手柄分断触头系统时，锁扣3和脱扣杆9不脱扣，连续曲面34具有一个稍微凸起的结构，以保持一定的脱扣力阈值，防止锁扣3与脱扣杆9的滑扣风险，即当U型杆2被手柄1驱动，使其一端从锁扣3接触面32回到锁扣3接触面31时，由于凸起34的存在，使得U型杆2与锁扣3之间互锁，脱扣机构保持了一定脱扣力，而不至于因震动而滑扣。当U型杆2继续向槽口外运动，并越过凸起34后，脱扣力进一步减小。

锁扣3还设有与脱扣杆9接触的接触面33，接触面为一圆弧型的锁扣第三接触面33，在其内侧还设置有凹槽35，凹槽35的存在给锁扣3和脱扣杆9之间的接触面33提供了扣住的余量，这样锁扣3和脱扣杆9之间由于长时间工作或者零部件公差问题而扣住深度变大时，一直保持第三接触面33与脱扣杆9接触，因而两者之间始终以相切的形式线接触。U型杆2对锁扣3的作用力F₁的力臂l₁，短于脱扣杆9对锁扣3支持力Fn的力臂l₂，使得脱扣杆9对锁扣3的支持力Fn 小于U型杆2对锁扣3的作用力F₁，也就是减小了锁扣对脱扣杆9的正压力，起到了减小脱扣力的功能。

弹簧6是操作机构的主弹簧，使支持件4对U型杆2具有推力F₅，通过力传递U型杆2对锁扣3产生了推力F₁，使得锁扣3产生逆时针方向的转矩，由于脱扣杆9对锁扣3的支持力Fn，使得锁扣3产生顺时针方向的转矩，转矩平衡使得锁扣3保持了静止状态。由于U型杆2被手柄1限制了向远侧方向的自由度，一旦锁扣3和脱扣杆9之间失去接触支撑，则在推力F₅的作用下使U型杆2有往槽口方向移动的趋势，即U型杆2有向锁扣第二接触面32运动的趋势，但由于锁扣3处于静止锁定状态，因此限制了U型杆2往槽口方向移动的趋势，整个机构处于稳态。

脱扣杆9枢接在转轴102上，具有与支持件4的配合面43相抵靠的支持件第一配合面91,脱扣杆9在顺时针运动方向受到支持件4的限制，防止脱扣杆9 顺时针转动过度，使锁扣3与脱扣杆9的接触位置过深，或者说是扣住过度而影响脱扣。

脱扣杆9设有被断路器脱扣器7的顶杆推动的第二配合面92，当短路电流发生时，脱扣器7的顶杆推动脱扣杆9绕轴102逆时针转动，使得锁扣3和脱扣杆9脱扣，解锁操作机构的稳态，分断触头系统。

与锁扣3的第三接触面33相接触的脱扣杆9接触面93，该脱扣杆9接触面 93是一个圆弧面，圆弧面的圆心是脱扣杆9的转动中心；脱扣器7对脱扣杆9 的作用力F₃的力臂l₃，不小于锁扣3对脱扣杆9的摩擦力f的力臂l₄，起到了减小作用力的功能；脱扣器7推动脱扣杆9转动，实际上就是克服啮合弹簧力，以及锁扣3对脱扣杆9的摩擦力的过程。另外，由于锁扣3第三接触面33和与脱扣杆9接触面93都是圆弧面，且接触面93的圆弧面是以转轴102为圆心，因此锁扣3第三接触面33对脱扣杆9接触面93的压力、也就锁扣3对脱扣杆9的压力，通过转轴102的圆心，因此压力只影响两个接触面之间摩擦力，而不会生产使脱扣杆9顺时针或者逆时针转动的分力，且在两个接触面的任何接触位置都是这种情况。在两次减小作用力的情况下，实际脱扣力，也就是脱扣器7对脱扣杆 9的作用力会大幅降低。

支持件4枢接在转轴103上，具有与脱扣杆9的第一配合面91相抵靠的支持件4配合面43，给脱扣杆9提供了限位；与U型杆2接触的支持件4第一接触面41，与锁扣3的第一接触面31配合，使得锁扣3保持在复位位置，即扣住位置；与U型杆2接触的支持件4第二接触面42，与锁扣3的第二接触面32配合，即当U型杆2向槽口运动时，支持件4第二接触面42给U型杆2提供支撑，使锁扣3被U型杆2推动而逆时针旋转。

啮合弹簧5的一端靠在锁扣3上，提供顺时针转矩给锁扣3，以使得自由脱扣之后，锁扣3能够正常复位；另一端靠在脱扣杆9上，提供顺时针转矩给脱扣杆9，以使得正常情况下，脱扣杆9压在支持件4上，另外在自由脱扣之后，脱扣杆9能够正常复位。即当电路中的短路电流被切断后，脱扣器7的顶杆71复位退回，啮合弹簧5使得锁扣3和脱扣杆9顺时针转动，由于支持件4的配合面 43的限位作用，使得脱扣杆9稳定在相应的位置，锁扣3的顺时针转动使其重新和脱扣杆9扣住。

本实用新型实施例工作过程：

在合闸状态下，脱扣杆9在啮合弹簧5的作用下，脱扣杆9的配合面91压在支持件4的配合面43上，脱扣杆9在顺时针方向受到支持件4的限制而不能继续转动；锁扣3的第一接触面31和支持件4的第一接触面41配合形成第一槽口，第一槽口的开口小于U型杆2的直径，将U型杆2的一端限制在内，支持件 4在主弹簧6的弹簧力的作用下，与U型杆2的一端接触，并提供压力，使U型杆2往槽口移动的趋势，U型杆2又被锁扣3扣住而不能移动，U型杆2对锁扣 3有逆时针方向的转矩作用，锁扣3在逆时针方向的转动又被脱扣杆9限制，由此形成平衡。

当驱动手柄1向U型杆2的方向作顺时针运动进行正常分断时，U型杆2拉动锁扣3逆时针转动，由于锁扣3和脱扣杆9一直处于扣住位置，因此带动脱扣杆9一起逆时针运动。这时支持件4会在主弹簧6的推动下，也逆时针转动，从而使得触头系统断开。

当回路产生过电流时，电磁脱扣器7动作，其顶杆71推动脱扣杆9克服啮合弹簧5的作用力逆时针转动一定角度后，锁扣3和脱扣杆9之间解扣，锁扣3 在逆时针方向的转动不受限制，平衡被打破，这时在主弹簧6的弹簧力的作用下，支持件4逆时针旋转，推动U型杆2运动，锁扣3被U型杆2推动而逆时针旋转， U型杆2滑出第一槽口，到达由锁扣3第二接触面32和支持件4第二接触面42 配合形成的第二槽口并持续向槽口运动，直至完成自由脱扣动作，在这一过程中，啮合弹簧5被压缩，为锁扣3和脱扣杆9的复位做准备。

U型杆2自由脱扣之后，受到锁扣3的第二接触面32和支持件4的第二接触面42的限制，在手柄1扭簧的作用下，手柄1向靠近U型杆2的方向作顺时针转动，带动U型杆2向槽底方向运动，使得U型杆2从锁扣3的第二接触面 32和支持件4的第二接触面42之间形成的第二槽口，回到锁扣3的第一接触面 31和支持件的第一接触面41形成的第一槽口之间，当U型杆2位于第二槽口时，锁扣3不能复位，脱扣杆9受支持件4限制不能复位；当U型杆2从第二槽口返回第一槽口的过程中，支持件4也逆时针转动，脱扣杆9在啮合弹簧5的作用下复位到扣住位置，锁扣3也在啮合弹簧5的作用下复位到扣住位置，这样锁扣3 和脱扣杆9回复再扣，操作机构恢复稳态。锁扣3的顺时针转动使其复位方向是远离锁扣3的转动中心和脱扣杆9的转动中心的连线，这样即使由于零部件公差及安装误差使得在复位过程中，锁扣3与脱扣杆9的配合面有接触，两者向外扩张的趋势而不会卡死，保证顺利再扣。

另外本实用新型的脱扣机构由于采用了多级脱扣结构和脱扣机构的特殊设计，使得脱扣力大大减小又不存在滑扣的风险，这样原有规格电磁脱扣器的顶杆驱动力还有富余。在本实用新型中脱扣器7的顶杆71部位设有凸台72，凸台 72可以是比顶杆71的直径更大的圆盘，可以同时推动两极断路器每极触头系统的动触头支架11，凸台72位于顶杆71端部的后面。当产生短路电流时，电磁脱扣器7动作，顶杆71先推动脱扣杆9动作，锁扣3和脱扣杆9脱扣分离，这时凸台72才碰到动触头支架11，和主弹簧6一起作用，使触头系统断开。当然也可以设计成非圆盘形式，以能够推动动触头支架11为宜。顶杆71驱动力在使脱扣机构自由脱扣后，推动动触头支架11，使得动触头获得更大的逆时针旋转的初速度，提高分断能力。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种小型断路器的操作机构，其特征在于：包括手柄、U型杆、锁扣、支持件、啮合弹簧、主弹簧和脱扣杆；所述手柄通过U型杆与锁扣连接，锁扣一端面与支持件一端面形成U型槽，所述U型槽中设有所述U型杆中间部；锁扣另一端与脱扣杆一端相邻，脱扣杆另一端与支持件另一端相邻；所述断路器底座上设有转轴，所述锁扣、支持件和脱扣杆上设有相对应的转轴孔；啮合弹簧一端连接锁扣，另一端连接脱扣杆；支持件上设有主弹簧。

2.如权利要求1所述的一种小型断路器的操作机构，其特征在于：所述的锁扣一端面与支持件一端面形成U型槽，所述锁扣一端面从槽口向槽底依次设有锁扣第二接触面，连续曲面和锁扣第一接触面；所述支持件对应所述锁扣一端面设有支持件第一接触面和支持件第二接触面；锁扣和支持件的第一接触面形成第一槽口结构；第一槽口的开口小于所述U型杆的直径；所述锁扣的第二接触面和所述支持件第二接触面形成第二槽口结构，第一槽口结构和第二槽口结构之间设有凸起。

3.如权利要求1所述的一种小型断路器的操作机构，其特征在于：所述的脱扣杆在顺时针转动时受到所述支持件的限制；所述锁扣在逆时针转动时受到所述脱扣杆的限制。

4.如权利要求1所述的一种小型断路器的操作机构，其特征在于：所述的支持件在脱扣时给U型杆向U型槽槽口移动的作用力，所述锁扣受U型杆逆时针方向的转矩作用。

5.如权利要求1所述的一种小型断路器的操作机构，其特征在于：所述的脱扣杆与锁扣相邻的接触面以圆弧形式相切，使锁扣对脱扣杆的压力通过脱扣杆的转动中心。

6.如权利要求1所述的一种小型断路器的操作机构，其特征在于：所述的锁扣和脱扣杆自由脱扣后，所述锁扣复位方向为远离锁扣的转动中心和脱扣杆转动中心的连线方向。

7.如权利要求1所述的一种小型断路器的操作机构，其特征在于：所述U型杆设于所述锁扣和支持件组成的第二槽口结构时，脱扣杆受锁扣限制不能复位；所述U型杆设于锁扣和支持件的第一槽口结构时，脱扣杆在啮合弹簧的作用下复位。

8.如权利要求1所述的一种小型断路器的操作机构，其特征在于：所述U型杆对锁扣作用力的力臂l₁短于脱扣杆对锁扣支持力的力臂l₂；断路器脱扣器对脱扣杆的作用力的力臂l₃，大于等于锁扣对脱扣杆摩擦力的力臂l₄。

9.如权利要求1所述的一种小型断路器的操作机构，其特征在于：所述啮合弹簧一端连接所述锁扣，另一端连接所述脱扣杆；啮合弹簧同时提供给锁扣和脱扣杆顺时针方向的转矩复位力。

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