CN212676203U - 断路器的电动操作机构 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种断路器的电动操作机构，包括用于驱动断路器合闸和分闸的传动机构和控制器，还包括电位器；所述传动机构包括电机以及与电机驱动连接的输出齿轮，所述输出齿轮与电位器驱动连接，所述电位器与控制器电连接，输出齿轮驱动电位器，电位器向控制器输出检测信号；所述控制器与电机电连接以控制电机动作，且根据接收到的电位器的检测信号，确定出输出齿轮的旋转位置，以控制电机正转或反转或者停止；利用电位器准确获取输出齿轮的旋转位置，以对电机进行精确控制，提升电机控制的精确度。

Description

断路器的电动操作机构

技术领域

本实用新型涉及低压电器领域，特别涉及一种断路器的电动操作机构。

背景技术

断路器的电动操作机构一般通常采用电机通过齿轮啮合减速后传动给断路器联动的转轴推动断路器手柄使断路器闭合和分断，电动操作机构控制系统一般通过微动开关或霍尔开关或光电开关等形式来检测机构位置信息来判断和控制电机正反转与启动，使微型断路器合闸、微型断路器分闸或微型断路器脱扣。目前，采用上述检测方法检测机构位置涉及的零件较多，占用空间大，且准确度不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单紧凑、性能安全稳定和机构位置检测准确度高的断路器的电动操作机构。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种断路器的电动操作机构，包括用于驱动断路器合闸和分闸的传动机构和控制器，还包括电位器；所述传动机构包括电机以及与电机驱动连接的输出齿轮，所述输出齿轮与电位器驱动连接，所述电位器与控制器电连接，输出齿轮驱动电位器，电位器向控制器输出检测信号；所述控制器与电机电连接以控制电机动作，且根据接收到的电位器的检测信号，确定出输出齿轮的旋转位置，以控制电机正转或反转或者停止。

优选的，还包括用于与断路器的手柄驱动连接的合闸驱动件，用于与断路器的操作机构配合的脱扣驱动件，所述传动机构分别与合闸驱动件和脱扣驱动件驱动配合，用于驱动断路器合闸和分闸。

优选的，所述的输出齿轮分别与合闸驱动件、脱扣驱动件和电位器驱动配合；所述控制器通过控制电机带动输出齿轮向第一方向旋转，从而带动合闸驱动件使断路器的操作手柄摆动实现断路器的合闸；控制器通过控制电机带动输出齿轮向第二方向旋转，从而驱动脱扣驱动件触发断路器脱扣实现断路器的分闸。

优选的，所述电位器采用旋转式线性电位器，输出齿轮驱动电位器转动。

优选的，所述电机通过传动组件与输出齿轮驱动连接，所述传动组件包括多个齿轮。

优选的，所述电机通过传动组件与输出齿轮驱动连接；所述传动组件包括与电机驱动连接的蜗杆、第一齿轮和第二齿轮；所述蜗杆与第一齿轮啮合连接，所述第二齿轮与输出齿轮啮合连接；所述电位器位于输出齿轮的下方，且与输出齿轮同轴设置。

优选的，所述电机通过传动组件与输出齿轮驱动连接；所述传动组件包括与电机驱动连接的蜗杆、第三齿轮、第四齿轮和第五齿轮；所述蜗杆与第三齿轮啮合连接，所述第四齿轮与第三齿轮啮合连接，所述第五齿轮与第四齿轮啮合连接，所述第五齿轮与输出齿轮啮合连接，所述输出齿轮的直径小于第五齿轮的直径；所述输出齿轮位于第五齿轮的下方，电位器位于输出齿轮的下方，且电位器与输出齿轮同轴设置。

优选的，所述电位器为碳膜电位器或金属膜单圈电位器。

优选的，所述电位器为整体封装元件。

优选的，还包括基座和传动杆；传动机构、控制器、合闸驱动件、脱扣驱动件和传动杆设置在基座内，基座内内设有轨迹槽，所述合闸驱动件与输出齿轮通过传动杆驱动连接，所述传动杆的一端连接在输出齿轮上，另一端伸入基座的轨迹槽内，所述合闸驱动件的一端枢转安装在基座的底部，且与断路器的操作手柄联动连接，合闸驱动件的另一端位于轨迹槽的上方，输出齿轮能够带动传动杆沿轨迹槽滑行至与合闸驱动件接触连接，从而推动合闸驱动件摆动。

本实用新型断路器的电动操作机构，包括传动机构、控制器和电位器；传动机构包括电机，用于驱动断路器合闸和分闸，传动机构的输出齿轮与电位器驱动连接；电位器与控制器电连接，输出齿轮驱动电位器，电位器向控制器输出检测信号；控制器与电机电连接以控制电机动作，且根据接收到的电位器的检测信号，确定出输出齿轮的旋转位置，以控制电机正转或反转或者停止；利用电位器准确获取输出齿轮的旋转位置，以对电机进行精确控制，提升电机控制的精确度。

附图说明

图1是本实用新型电动操作机构的内部结构示意图；

图2是本实用新型电动操作机构的另一内部结构示意图；

图3是本实用新型电动操作机构另一实施例的内部结构示意图；

图4是本实用新型电动操作机构另一实施例的另一内部结构示意图；

图5是本实用新型电动操作机构另一实施例的另一内部结构示意图；

图6是本实用新型电位器的结构简化示意图；

图7是本实用新型电位器的结构示意图；

图8是本实用新型电位器的具体电路图。

具体实施方式

以下结合附图1至8给出的实施例，进一步说明本实用新型的断路器的电动操作机构的具体实施方式。本实用新型的断路器的电动操作机构不限于以下实施例的描述。

目前，采用微动开关进行位置检测的断路器，其机械部件时间长了会损坏，同时微动开关在水气或者油烟较多的环境比较容易失灵，产品可靠性受微动开关质量水平制约明显。霍尔开关通过磁场来检测，其灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比，因此无法适应复杂的电磁场环境，容易被外界电磁场干扰而产生误动作，大大降低了产品的可靠性与用电安全。光电开关透镜容易受到粉尘和油污的污染，光的穿透能力下降可能出现定位可靠性降低且成本比其它检测开关要高一些。同时，上述检测开关对位置检测精度不高，当机构未处于相应检测位置时，电机控制系统无法获知电动操作机构当前具体位置，无法实现电机运转的启动、停止，导致传动齿轮停过位。

针对以上存在的技术问题，如图1-5所示，本实用新型提供一种断路器的电动操作机构，包括用于驱动断路器合闸和分闸的传动机构2和控制器，还包括电位器4；所述传动机构包括电机21以及与电机21驱动连接的输出齿轮22，所述输出齿轮22与电位器4驱动连接，所述电位器4与控制器电连接，输出齿轮22驱动电位器4，电位器4向控制器输出检测信号；所述控制器与电机 21电连接以控制电机21动作，且根据接收到的电位器4的检测信号，确定出输出齿轮22的旋转位置，以控制电机21正转或反转或者停止。

本实用新型断路器的电动操作机构，包括传动机构、控制器和电位器；传动机构包括电机，用于驱动断路器合闸和分闸，传动机构的输出齿轮与电位器驱动连接；电位器与控制器电连接，输出齿轮驱动电位器，电位器向控制器输出检测信号；控制器与电机电连接以控制电机动作，且根据接收到的电位器的检测信号，确定出输出齿轮的旋转位置，以控制电机正转或反转或者停止；利用电位器准确获取输出齿轮的旋转位置，以对电机进行精确控制，提升电机控制的精确度。

如图1-5所示的实施例，本实用新型断路器的电动操作机构，包括基座1，安装在基座1内的传动机构2、控制器、合闸驱动件、脱扣驱动件和电位器4。所述传动机构2分别与合闸驱动件和脱扣驱动件驱动配合，用于驱动断路器合闸和分闸，所述合闸驱动件用于与断路器的手柄驱动连接，所述的脱扣驱动件用于与断路器的操作机构的锁扣配合；所述传动机构包括电机21以及与电机 21驱动连接的输出齿轮22，所述输出齿轮22与电位器4驱动连接；所述电位器4，与控制器电连接，输出齿轮22驱动电位器4，电位器4向控制器输出检测信号；所述控制器，与电机21电连接以控制电机21动作，且根据接收到的电位器4的检测信号，确定出输出齿轮22的旋转位置，以控制电机21正转或反转或者停止。

本实施例中，传动机构2通过驱动与断路器的手柄联接的合闸驱动件进行合闸，通过驱动脱扣驱动件使断路器的操作机构脱扣进行分闸，能够减少电动操作机构对断路器的手动分合闸的影响。作为另一种实施例，所述的传动机构 2也可以通过与断路器的手柄联接的分合闸驱动件使断路器合闸，也使断路器分闸，通常分合闸驱动件为与手柄同轴联接的扇形齿轮，这也属于本实用新型的保护范围。

本实施例的断路器电动操作机构为一种分合闸模组，插装在断路器侧面，合闸驱动件通过多边形的联动轴与断路器手柄联动，脱扣驱动件与断路器的操作机构的锁扣对应设置。根据需要，将本实施例的断路器电动操作机构设置在断路器内部，也属于本实用新型的保护范围。

优选的，所述电机21通过传动组件与输出齿轮22驱动连接，所述传动组件包括多个齿轮，所述电机21通过输出齿轮22或者其它齿轮驱动合闸驱动件使断路器合闸，通过输出齿轮22或者其它齿轮驱动脱扣驱动件触发断路器脱扣实现断路器分闸。

作为一种优选的方案，本实施例，所述的输出齿轮22分别与合闸驱动件、脱扣驱动件和电位器4驱动配合，这样通过电位器4获取的输出齿轮22的旋转位置，更能准确的表示断路器的合闸位置、分闸位置和初始位置。当然也不排除通过其它齿轮去驱动合闸驱动件或脱扣驱动件。所述控制器通过控制电机 21带动输出齿轮22向第一方向旋转，从而带动合闸驱动件使断路器的操作手柄摆动实现断路器的合闸；控制器通过控制电机21带动输出齿轮22向第二方向旋转，从而驱动脱扣驱动件触发断路器脱扣实现断路器的分闸；所述控制器，还用于控制电机21启动或者停止。其中，第一方向和第二方向互为相反方向。

优选的，所述电位器采用旋转式线性电位器4，输出齿轮22驱动电位器4 转动，通过将需检测位置的输出齿轮22与电位器4的旋转轴固定，当输出齿轮22的中心轴转动时带动电位器4的旋转轴同步转动，控制器通过电位器4 的测试信号，基于电位器4的阻值，可精确了解电位器4的旋转角度，亦即是输出齿轮22当前所处位置，同时，当电机运转时，控制器可根据电位器4的输出信号实时监测输出齿轮22的转动位置实现电机21启动或者停止。进一步，控制器可根据电位器4的输出信号实时监测输出齿轮22的转动位置实现电机21的正转或者反转或者停止，以控制电机21启动或者停止。当然，输出齿轮 22通过传动杆驱动直动式的电位器也可以，但操作相对复杂。

具体地，如图1所示，还包括传动杆5；所述合闸驱动件与输出齿轮22通过传动杆5驱动连接，所述传动杆5的一端连接在输出齿轮22上，另一端伸入基座1的轨迹槽101内，所述合闸驱动件的一端枢转安装在基座1的底部，且与断路器的操作手柄联动连接，合闸驱动件的另一端位于轨迹槽101的上方，输出齿轮22能够带动传动杆5沿轨迹槽101滑行至与合闸驱动件接触连接，从而推动合闸驱动件摆动，带动断路器的操作手柄转动实现合闸。传动杆通过轨迹槽101，传动高效，简化合闸驱动件的结构，方便装配；传动杆通过轨迹槽与合闸驱动件分离设置，避免手动分合闸时合闸驱动件的转动对输出齿轮的影响，以及自动分闸时输出齿轮转动对合闸驱动件的影响。

如图6-8所示，电位器4包括电阻体和可以移动的电刷。当电机21带动输出齿轮22转动，再使输出齿轮22带动电位器4可移动的电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压值。由于电位器4在电路中的作用是获得与输入电压(外加电压)成一定关系得输出电压，被用作分压器，也经常被用做变阻器或电流控制器。图6所示，A为起始端，E为终点端， S为电刷端。输出齿轮带动电位器4旋转，电位器上的AS或者SE两端电阻值发生变化(结合图6)，再通过电位器4所处的位置不同，使得到的电位器4 输出S端的电压值不同，从而得到的AD分压值不同，生成相应的检测信号至控制器，以供控制器计算得到电位器4的旋转位置。

此外，所述电位器4为碳膜电位器或金属膜单圈电位器。本实用新型电位器4属于整体封装元件，处于密封状态，使油污，灰尘无法进入从而可以在开关使用全生命周期范围内准确无误的判断出开关所处的位置，减少现有方案带来的误判。

进一步，所述电机21通过传动组件与输出齿轮22驱动连接，所述传动组件包括多个齿轮。以下给出电动操作机构的两种不同的实施例。

如图1，2所示，电动操作机构的一种实施例。所述电机21通过传动组件与输出齿轮22驱动连接；所述传动组件包括与电机21驱动连接的蜗杆23、第一齿轮24和第二齿轮25；所述蜗杆23与第一齿轮24啮合连接，所述第二齿轮25与输出齿轮22啮合连接；所述电机21位于基座1的一侧底部，所述传动组件位于基座1的上部，所述电位器4位于输出齿轮22的下方，且与输出齿轮22同轴设置。在本实施例中，电机21驱动蜗杆23，带动第一齿轮24、第二齿轮25，进而驱动输出齿轮22，输出齿轮22驱动电位器4转动，电位器 4输出检测信号至控制器。控制器根据电位器4的输出信号实时监测输出齿轮 22的转动位置实现电机21启动或者停止。

如图3，4，5所示，电动操作机构的另一种实施例。所述电机21通过传动组件与输出齿轮22驱动连接；所述传动组件包括与电机21驱动连接的蜗杆 23、第三齿轮26、第四齿轮27和第五齿轮28；所述蜗杆23与第三齿轮26啮合连接，所述第四齿轮27与第三齿轮26啮合连接，所述第五齿轮28与第四齿轮27啮合连接，所述第五齿轮28与输出齿轮22啮合连接，所述输出齿轮 22的直径小于第五齿轮28的直径；所述电机21位于基座1的一侧底部，所述传动组件位于基座1的上部，所述输出齿轮22位于第五齿轮28的下方，电位器4位于输出齿轮22的下方，且电位器4与输出齿轮22同轴设置。在本实施中，传动组件设置第五齿轮28，调整齿轮比例增加电位器4行程，这样可以使得电位器4上的AS或者SE两端电阻值发生变化比例范围增大；引起芯片 AD电压采样值范围增大；导致在同样芯片ADC位数采样时，比上述实施例更精准。再通过电位器所处的位置不同，使得到的电位器输出S端的电压值不同，从而得到的AD分压值不同，通过控制器更准确计算出合闸驱动件所处的位置及合闸驱动件所旋转的角度，从而确认开关处于分闸位置还是合闸位置。显然，所述传动组件的齿轮数量可以根据需要进行调整。

需要说明的是，电位器4可以采用由上述输出齿轮同轴传动，也可以采用间接传动方式，本申请对此不作限定。

结合上述1-5所示的电动操作机构，本申请的一种电机控制过程为，采集电位器4输出的检测信号；根据所述电位器4输出的检测信号，确定输出齿轮 22的旋转位置；根据输出齿轮22的旋转位置，生成用于控制电机21的控制信号；向电机21发送所述控制信号，以控制电机21正转或反转或者停止。

在本实施例中，控制器根据所述电位器4输出的检测信号，确定输出齿轮 22的旋转位置，包括但不限于以下几种实施方式：

实施方式一，电位器输出检测可通过A/D转换计算角度，由控制器根据获取的电位器两端的电压值，根据预先获取的电压值与转动角度的对应数据，将电压值转换为电位器的转动角度，也即输出齿轮22的转动角度，将输出齿轮 22的转动角度与合闸位置角度、初始位置角度、分闸位置角度进行比较，例如需要合闸时控制电机正转，当检测到输出齿轮22的转动角度与合闸位置角度相等时表示已到达合闸位置，控制电机反转回到初始位置；当输出齿轮22的转动角度等于初始位置角度时，控制电机停止转动；当需要分闸时，控制电机反转，当输出齿轮22的转动角度等于分闸位置角度时表示已到达分闸位置，控制电机正转回到初始位置。需要说明的是上述正转、反转是相对的方向，并非确定的某个方向。

实施方式二，采用电压比较器判断角度，根据获取的电位器两端的电压值，与预设的合闸位置电压、初始位置电压、分闸位置电压进行比较，确定输出齿轮22的转动位置。例如需要合闸时控制电机正转，当检测到电位器的电压值大于等于合闸位置电压时表示已到达合闸位置，控制电机反转回到初始位置；当电位器的电压值等于初始位置电压时，控制电机停止转动；当需要分闸时，控制电机反转，当检测到电位器的电压值小于等于分闸位置电压时表示已到达分闸位置，控制电机正转回到初始位置。上述比较可以通过电压比较器进行，将比较结果传送给控制器，由控制器控制电机正转、反转，也可以由控制器进行比较。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种断路器的电动操作机构，包括用于驱动断路器合闸和分闸的传动机构(2)和控制器，其特征在于：还包括电位器(4)；

所述传动机构包括电机(21)以及与电机(21)驱动连接的输出齿轮(22)，所述输出齿轮(22)与电位器(4)驱动连接，

所述电位器(4)与控制器电连接，输出齿轮(22)驱动电位器(4)，电位器(4)向控制器输出检测信号；

所述控制器与电机(21)电连接以控制电机(21)动作，且根据接收到的电位器(4)的检测信号，确定出输出齿轮(22)的旋转位置，以控制电机(21)正转或反转或者停止。

2.根据权利要求1所述的断路器的电动操作机构，其特征在于：还包括用于与断路器的手柄驱动连接的合闸驱动件，用于与断路器的操作机构配合的脱扣驱动件，所述传动机构(2)分别与合闸驱动件和脱扣驱动件驱动配合，用于驱动断路器合闸和分闸。

3.根据权利要求2所述的断路器的电动操作机构，其特征在于：所述的输出齿轮(22)分别与合闸驱动件、脱扣驱动件和电位器(4)驱动配合；所述控制器通过控制电机(21)带动输出齿轮(22)向第一方向旋转，从而带动合闸驱动件使断路器的操作手柄摆动实现断路器的合闸；控制器通过控制电机(21)带动输出齿轮(22)向第二方向旋转，从而驱动脱扣驱动件触发断路器脱扣实现断路器的分闸。

4.根据权利要求1所述的断路器的电动操作机构，其特征在于：所述电位器采用旋转式线性电位器(4)，输出齿轮(22)驱动电位器(4)转动。

5.根据权利要求1所述的断路器的电动操作机构，其特征在于：所述电机(21)通过传动组件与输出齿轮(22)驱动连接，所述传动组件包括多个齿轮。

6.根据权利要求1或2所述的断路器的电动操作机构，其特征在于：所述电机(21)通过传动组件与输出齿轮(22)驱动连接；所述传动组件包括与电机(21)驱动连接的蜗杆(23)、第一齿轮(24)和第二齿轮(25)；所述蜗杆(23)与第一齿轮(24)啮合连接，所述第二齿轮(25)与输出齿轮(22)啮合连接；

所述电位器(4)位于输出齿轮(22)的下方，且与输出齿轮(22)同轴设置。

7.根据权利要求1或2所述的断路器的电动操作机构，其特征在于：所述电机(21)通过传动组件与输出齿轮(22)驱动连接；所述传动组件包括与电机(21)驱动连接的蜗杆(23)、第三齿轮(26)、第四齿轮(27)和第五齿轮(28)；所述蜗杆(23)与第三齿轮(26)啮合连接，所述第四齿轮(27)与第三齿轮(26)啮合连接，所述第五齿轮(28)与第四齿轮(27)啮合连接，所述第五齿轮(28)与输出齿轮(22)啮合连接，所述输出齿轮(22)的直径小于第五齿轮(28)的直径；

所述输出齿轮(22)位于第五齿轮(28)的下方，电位器(4)位于输出齿轮(22)的下方，且电位器(4)与输出齿轮(22)同轴设置。

8.根据权利要求1-5任一项所述的断路器的电动操作机构，其特征在于：所述电位器(4)为碳膜电位器或金属膜单圈电位器。

9.根据权利要求1-5任一项所述的断路器的电动操作机构，其特征在于：所述电位器(4)为整体封装元件。

10.根据权利要求2-5任一项所述的断路器的电动操作机构，其特征在于：还包括基座(1)和传动杆(5)；传动机构(2)、控制器、合闸驱动件、脱扣驱动件和传动杆(5)设置在基座(1)内，基座(1)内设有轨迹槽(101)，所述合闸驱动件与输出齿轮(22)通过传动杆(5)驱动连接，所述传动杆(5)的一端连接在输出齿轮(22)上，另一端伸入基座(1)的轨迹槽(101)内，所述合闸驱动件的一端枢转安装在基座(1)的底部，且与断路器的操作手柄联动连接，合闸驱动件的另一端位于轨迹槽(101)的上方，输出齿轮(22)能够带动传动杆(5)沿轨迹槽(101)滑行至与合闸驱动件接触连接，从而推动合闸驱动件摆动。

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