一种储能式塑壳断路器电动操作机构

技术领域

本发明涉及低压电器技术领域，具体涉及一种储能式塑壳断路器电动操作机构。

背景技术

塑壳断路器作为一种额定电流通常在1000A以下的限流型断路器被广泛用于各种电力系统中，能够接通、承载及分断正常电路条件的电流，也能在过载、短路等故障时及时断开电路起保护作用。塑壳断路器的电动操作机构是实现断路器远程控制的基础，随着科技的发展，人们生活水平日益提高，对电力系统的智能控制要求越来越高，使得断路器的远程控制越来越重要，塑壳断路器的电动操作机构显得至关重要。

现有的塑壳断路器电操机构主要是通过电机带动曲柄滑块机构来推动断路器手柄实现合闸和分闸的，由于电机匀速转动，滑块运动速度平缓，使得断路器手柄在合闸和分闸过程中均平缓运动。因为塑壳断路器为限流型断路器，通过四连杆储能机构带动触头实现合闸和分闸，因此在断路器电动带电分闸时，当手柄缓慢运动过程中，在手柄运动到中间临界位置附近时，触头压力逐渐减小到零，此时触头会在电动力和Holm力作用下斥开起弧，触头片会发生严重烧蚀，严重影响断路器电寿命。

目前常用的解决方法是塑壳断路器电动操作机构只负责带电合闸和不带电的分闸与合闸，带电分闸通过分励脱扣器带动断路器自由脱扣分闸来实现。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明专利提供一种储能式塑壳断路器电动操作机构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种储能式塑壳断路器电动操作机构，包括基座以及安装在基座上的操作机构、电传动机构、辅助开关和接线端子，还包括封装在基座外形成一个方形模块的外壳；所述的基座包括底部基座以及分别通过螺钉固定安装在底部基座上的连杆基座、摇杆下基座、摇杆上基座、凸轮下基座和凸轮上基座，所述的底部基座由支架以及安装在支架上的第一滑杆和第二滑杆组成；所述的操作机构包括摇杆、储能弹簧、连杆和滑块，所述的摇杆通过铰链安装在摇杆下基座和摇杆上基座之间，可以绕铰接处旋转，所述的连杆通过铰链安装在连杆基座上，可以绕连杆基座旋转，所述的储能弹簧一端通过弹簧轴安装在连杆上，另一端安装在摇杆上，所述的滑块安装在第一滑杆和第二滑杆上可以沿其直线运动，所述的连杆一端与滑块铰链连接形成曲柄滑块结构，摇杆逆时针或顺时针时，通过连杆带动滑块上下直线运动到基线位置，通过滑块操动塑壳断路器手柄实现合闸或者分闸；所述的电传动机构包括凸轮、操动杆和电机组件，所述的操动杆通过轴承连接可转动安装在上下平行排列的凸轮下基座和凸轮上基座的安装孔上，凸轮下基座和凸轮上基座之间的凸轮通过键固定安装在操动杆上，通过螺钉固定安装在摇杆上基座上的电机组件通过齿轮传动带动凸轮转动，也可通过转动操动杆带动凸轮转动；所述的外壳上分别设置有连接滑块的手柄，用于手动操作机构合闸和分闸动作，还设置有用于指示断路器状态的指示板。

所述的一种储能式塑壳断路器电动操作机构，其基座上还安装有辅助开关，所述的辅助开关包括通过螺钉固定安装在凸轮上基座上的第一辅助开关和第二辅助开关，第一辅助开关和第二辅助开关均由常开/常闭微动开关和带滚轮的触臂组成，所述的微动开关与电机组件的电源线连接，所述的触臂滚轮与凸轮外缘面接触。

所述的一种储能式塑壳断路器电动操作机构，其凸轮上开设有若干用于调整重心的调节孔，凸轮外缘面两侧分别设置有齿轮线和凸轮线，第一辅助开关的触臂滚轮与凸轮线抵靠，第二辅助开关的触臂滚轮与齿轮线和凸轮线之间的避空面抵靠。利用凸轮旋转时凸轮线与触臂滚轮接触/非接触改变微动开关的状态，继而控制电机组件的启停，从而实现电动控制操作机构实现合闸和分闸。

所述的一种储能式塑壳断路器电动操作机构，其滑块由上滑块和下滑块组成，所述的连杆由传动杆以及通过过盈连接固定的滚轮销安装在传动杆上的第一滚轮和第二滚轮组成，所述的第一滚轮和第二滚轮同时安装在由上滑块和下滑块组成的U形槽中，从而使得连杆与滑块组成曲柄滑块结构。

所述的一种储能式塑壳断路器电动操作机构，其摇杆包括杆以及通过螺钉固定安装在杆上的块，所述的操动杆包括插入到摇杆中的块中的摇杆轴以及通过横杆连接摇杆轴的凸轮轴，通过转动凸轮带动操动杆运动，进而带动摇杆动作，从而实现合闸或者分闸动作。

所述的一种储能式塑壳断路器电动操作机构，其电机组件包括电机、减速箱和输出齿轮，所述的电机通过减速箱减速带动输出齿轮与凸轮的齿轮线进行齿轮啮合。

所述的一种储能式塑壳断路器电动操作机构，其摇杆上基座上固定有计数器，滑块来回运动带动计数器实现计数功能。

本发明的有益效果是：本发明操作机构通过同一储能弹簧实现机构合闸和分闸过程，在机构合闸或者分闸过程中，储能弹簧均先储能后释能，并通过储能弹簧释能来实现断路器快速分闸和合闸过程，使得断路器电动分闸与自由脱扣分闸过程相；在此基础上还可以直接用于带电电动分闸，避免了普通电操动作缓慢无法直接用于塑壳断路器带电分闸的缺陷。

附图说明

图1是本发明的模块化外形示意图；

图2是本发明的内部轴测图；

图3是本发明的基座示意图；

图4是本发明的操作机构示意图；

图5是本发明的电传动机构示意图；

图6是本发明的操动杆示意图；

图7是本发明的滑块结构示意图；

图8是本发明的曲柄滑块连接处示意图；

图9是本发明的操作机构合闸状态示意图；

图10是本发明的操作机构临界状态示意图；

图11是本发明的操作机构分闸状态示意图；

图12是本发明的辅助开关转换过程示意图；

图13是本发明的凸轮示意图；

图14是本发明的计数器工作示意图；

图15是本发明的铰链连接示意图。

各附图标记为：1—基座，11—底部基座，111—第一滑杆，112—第二滑杆，113—支架，12—连杆基座，13—摇杆下基座，14—摇杆上基座，15—凸轮下基座，16—凸轮上基座，2—操作机构，21—摇杆，211—杆，212—块，22—储能弹簧，23—连杆，231—传动杆，232—第一滚轮，233—滚轮销，234—第二滚轮，24—弹簧轴，25—滑块，251—上滑块，252—下滑块，3—电传动机构，31—凸轮，311—齿轮线，312—调节孔，313—凸轮线，32—键，33—操动杆，331—凸轮轴，332—横杆，333—摇杆轴，34—电机组件，341—电机，342—减速箱，343—输出齿轮，4—辅助开关，41—第一辅助开关，42—第二辅助开关，5—接线端子，6—计数器，7—指示板，8—手柄，9—外壳。

实施方式

为了进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

本发明的目的在于克服现有断路器电动操作机构存在的：主回路带电的电动操作时断路器分闸过程缓慢，触头系统容易发生斥开起弧，触头片会发生严重烧蚀，断路器电寿命低的问题，提供了一种储能式塑壳断路器电动操作机构。

本发明通过同一组储能弹簧实现机构合闸和分闸过程，在机构合闸或者分闸过程中，储能弹簧均先储能后释能，并通过储能弹簧释能来实现断路器快速分闸和合闸过程，使得断路器电动分闸与自由脱扣分闸过程相同，可以直接用于带电电动分闸，避免了普通电操动作缓慢无法直接用于塑壳断路器带电分闸的缺陷，并且本塑壳断路器电操机构体积小结构简单，适合做成模块适应性广。

本发明提供的一种储能式塑壳断路器电动操作机构，主要由基座1、操作机构2、电传动机构3、辅助开关4、接线端子5、计数器6、指示板7、手柄8和外壳9组成。所述的操作机构2和电传动机构3安装在基座1上，构成断路器电动操作机构的主体，可以实现电动和手动操作断路器合闸和分闸，所述的指示板7安装在机构上，用于指示断路器状态，所述的基座1上还安装有辅助开关4、接线端子5、计数器6和外壳9，手柄8安装在外壳9上，用于手动操作机构合闸和分闸动作。如图1和图2所示。

参照图3，所述的基座1包括底部基座11、连杆基座12、摇杆下基座13、摇杆上基座14、凸轮下基座15和凸轮上基座16，所述的连杆基座12、摇杆下基座13、摇杆上基座14、凸轮下基座15和凸轮上基座16均通过螺钉固定安装在底部基座11上，形成整个电动操作机构的基座1，用于安装不同的部件。所述的底部基座11包括第一滑杆111、第二滑杆112和支架113，第一滑杆111和第二滑杆112安装在支架113上，用于安装滑块25。

参照图4，所述的操作机构2由摇杆21、储能弹簧22、连杆23、弹簧轴24和滑块25组成，所述的摇杆21通过铰链安装在摇杆下基座13和摇杆上基座14之间，可以绕铰接处旋转，所述的连杆23通过铰链安装在连杆基座12上，可以绕连杆基座12旋转，所述的储能弹簧22一端通过弹簧轴24安装在连杆23上，另一端安装在摇杆21上，所述的滑块25安装在第一滑杆111和第二滑杆112上可以沿着第一滑杆111和第二滑杆112直线运动，所述的连杆23一端与滑块铰链连接形成曲柄滑块结构，连杆23转动时带动滑块25直线运动，通过滑块25操动塑壳断路器手柄实现合闸或者分闸。

手动操作机构合闸和分闸动作时，机构在储能过程中，通过手柄8转动操动杆33带动摇杆21缓慢运动，储能弹簧22开始储能，当机构经过临界状态进入到释能过程中时，通过储能弹簧22释放能量实现连杆23和滑块25快速动作，完成合闸或者分闸。当电动操作机构时，电机组件34带动凸轮31旋转，进而带动机构动作，机构在储能过程中，辅助开关4状态保持不变，当机构处于临界状态时，辅助开关4的状态即将转变，当机构刚进入释能状态时，辅助开关4立马转变，电机组件34停止动作，通过储能弹簧22释放能量实现连杆23和滑块25快速动作。

本发明的电动操作机构为储能式操作机构，分闸和合闸过程用同一组储能弹簧，电动操作机构合闸或者分闸过程中，储能弹簧均先储能后释能，使得操作机构操动断路器分闸的动作特性与自由脱扣分闸特性相同。

参照图5，所述的电传动机构3包括凸轮31、操动杆33和电机组件34，所述的操动杆33通过轴承连接安装在上下平行排列的凸轮下基座15和凸轮上基座16的安装孔上，可以转动，凸轮31通过键32固定安装在操动杆33上，并置于凸轮下基座15和凸轮上基座16之间，所述的电机组件34通过螺钉固定安装在摇杆上基座14上，电机组件34通过齿轮传动带动凸轮31转动，也可通过转动操动杆33带动凸轮31转动。

所述的电机组件34包括电机341、减速箱342和输出齿轮343，所述的电机341通过减速箱342减速后与凸轮31的齿轮线311进行齿轮啮合，可以通过齿轮传动带动凸轮31转动。

所述的摇杆21包括杆211和块212，块212通过螺钉固定安装在杆211上。

参照图5和图6，所述的操动杆33包括凸轮轴331、横杆332和摇杆轴333，所述的摇杆轴333插入到摇杆21中的块212中，通过转动凸轮31带动操动杆33运动，进而带动摇杆21动作，从而实现合闸或者分闸动作。

参照图4和图15，所述的连杆23与连杆基座12之间的铰链连接，以及摇杆21与摇杆下基座13和摇杆上基座14之间的铰链连接均通过储能弹簧22的拉力作用和两零件之间的同心圆弧面实现，并通过连杆基座12、摇杆下基座13和摇杆上基座14的直接钣金折弯实现轴向定位，为直接圆弧接触，无连接轴，结构简单可靠，尺寸紧凑，非常利于实现小型化。

参照图7和图8，所述的滑块25由上滑块251和下滑块252组成，所述的连杆23由传动杆231、第一滚轮232和第二滚轮234组成。所述的第一滚轮232和第二滚轮234安装在滚轮销233上，滚轮销233通过过盈连接固定安装在传动杆231上，第一滚轮232和第二滚轮234同时安装在由上滑块251和下滑块252组成的U形槽中，使得连杆23与滑块25组成曲柄滑块结构。当传动杆231转动时，在第一滚轮232和第二滚轮234的作用下滑块25沿着第一滑杆111和第二滑杆112进行直线运动。

所述的外壳9上分别设置有连接滑块25的手柄8，用于手动操作机构合闸和分闸动作，还设置有用于指示断路器状态的指示板7。

参照图12，所述的辅助开关4包括第一辅助开关41和第二辅助开关42，均通过螺钉固定安装在凸轮上基座16上，布置在操动杆33两侧，第一辅助开关41和第二辅助开关42均由常开/常闭微动开关和带滚轮的触臂组成，所述的微动开关与电机组件34的电源线连接，所述的触臂滚轮与凸轮31外缘面接触。

参照图13，所述的凸轮31包括齿轮线311、调节孔312和凸轮线313。所述的调节孔312用于调整凸轮31的重心，使凸轮31的重心处于轴线上，保证凸轮转动的稳定性。

第一辅助开关41的触臂滚轮与凸轮线313抵靠，第二辅助开关42的触臂滚轮与齿轮线311和凸轮线313之间的避空面抵靠，利用凸轮31旋转时凸轮线313与触臂滚轮接触/非接触改变微动开关的状态，继而控制电机组件34的启停，从而实现电动控制操作机构实现合闸和分闸。

当电动操作机构时，电机组件34带动凸轮31旋转，进而带动机构动作，机构在储能过程中，辅助开关4状态保持不变，当机构处于临界状态时，辅助开关4的状态即将转变，当机构刚进入释能状态时，辅助开关4立马转变，电机组件34停止动作，通过储能弹簧22释放能量实现连杆23和滑块25快速动作。

参照图14，所述的摇杆上基座14上固定有计数器6，操作机构的计数功能通过固定计数器6来实现，所述的机构进行合闸-分闸循环时，滑块25来回运动带动计数器实现计数功能。本发明操作机构可以做成一个方形的电动操作机构模块，外表简洁，体积小，结构简单，可直接安装在不同壳架的塑壳断路器上，适用性广。

本发明机构工作原理：参照图9～图11，摇杆21在储能弹簧22的作用下逆时针运动到极限位置与基座1的上面的限位处接触，此时连杆23带动滑块25向上运动到基线位置，即处于合闸位置；或者顺时针运动到极限位置与基座1下面的限位处接触，此时连杆23带动滑块25向下运动到基线位置，即处于分闸位置。

摇杆21从合闸位置顺时针往分闸位置运动过程中，摇杆21带动储能弹簧22绕着弹簧轴4顺时针转动，当储能弹簧22与连杆23重合前，连杆23在储能弹簧22拉力作用下受到顺时针转动的力矩从而处于顺时针运动的极限位置并保持不动，储能弹簧22逐渐变长，即储能过程；当储能弹簧22与连杆23重合时，连杆23处于顺时针运动的极限位置，储能弹簧22被拉到最长状态，此时储能结束，处于临界位置；当摇杆21继续顺时针转动时，储能弹簧22继续顺时针转动，对连杆23的拉力使得连杆23受到的顺时针转动力矩突然变成逆时针转动力矩，连杆23在储能弹簧22的作用下逆时针转动到极限位置，储能弹簧22由最长状态又变成原始状态，即释能过程，在释能过程中，摇杆21带动滑块25快速运动到分闸位置，完成分闸。

摇杆21从分闸位置逆时针往合闸位置运动过程中，摇杆21带动储能弹簧22绕着弹簧轴4逆时针转动，当储能弹簧22与连杆23重合前，连杆23在储能弹簧22拉力作用下受到逆时针转动的力矩从而处于逆时针运动的极限位置并保持不动，储能弹簧22逐渐变长，即储能过程；当储能弹簧22与连杆23重合时，连杆23处于逆时针运动的极限位置，储能弹簧22被拉到最长状态，此时储能结束，处于临界位置；当摇杆21继续逆时针转动时，储能弹簧22继续逆时针转动，对连杆23的拉力使得连杆23受到的逆时针转动力矩突然变成顺时针转动力矩，连杆23在储能弹簧22的作用下顺时针转动到极限位置，储能弹簧22由最长状态又变成原始状态，即释能过程，在释能过程中，摇杆21带动滑块25快速运动到合闸位置，完成合闸。

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。