小型断路器的操作机构的制作方法
【专利摘要】小型断路器的操作机构，枢转安装在壳体上的手柄通过与连杆的第二端的铰链联接对连杆提供驱动力，与跳扣铰链联接的杠杆和锁扣通过复合铰链与壳体联接。连杆的第一端上有轴承，该轴承在杠杆上的分力槽内可来回移动，壳体上可设限制面，跳扣上设有与分力槽或者与限制面共同可对轴承形成约束的受力槽。连杆的驱动力受杠杆和跳扣或壳体和跳扣的共同约束分为第一和第二分力，锁扣上设有与跳扣上的跳扣齿可分离式搭接的锁扣齿，通过锁扣齿与跳扣齿的搭接或者分离，锁扣实现对杠杆、跳扣和连杆第一端上的轴承的整体锁定或者解锁，锁扣通过由锁扣齿与跳扣齿搭接形成的搭接点提供作用于跳扣上的锁扣力，连杆的驱动力的第二分力通过平衡机构与锁扣力平衡。
【专利说明】小型断路器的操作机构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及用于小型断路器的操作机构，可实现小型断路器的闭合，断开及脱扣操作。
【背景技术】
[0002]现有小型断路器作为线路保护的低压电器已得到了广泛的运用，伴随小型断路器的发展，对其的性能要求也越来越高，其中高分断能力和大额定电流是涉及产品市场竞争力的重要性能要求之一。然而，由于更高分断能力和更大的额定电流规格，导致了小型断路器内部的驱动力增大，但另一方面，为了保证断路器动作的稳定性和可靠性，要求断路器动作的脱扣力更小。在现有的小型断路器的操作机构中，普遍采用由手柄、U形杆、杠杆、跳扣、锁扣构成的平面连杆结构，跳扣和锁扣分别与杠杆铰链连接，U形杆的两端分别与手柄和跳扣铰链连接，杠杆弹簧的弹力作用于杆杆。脱扣力是指触动锁扣解锁而致使操作机构脱扣所需的力，确保操作机构可靠脱扣需满足脱扣力大于锁扣作用于跳扣的锁扣力。在操作机构的结构不变的情况下，驱动力的增大必然导致锁扣力的增大，而锁扣力的增大必然要求脱扣力增大，否则不能保证正常脱扣。可见驱动力增大与脱扣力减小是一对矛盾，所以要同时获得驱动力大和脱扣力小的效果，这对断路器的操作机构提出了更高的要求。
[0003]现有普遍采用由手柄、U形杆、杠杆、跳扣、锁扣构成的平面连杆结构的优点是结构简单、技术成熟，如名称为“自由脱扣的小型断路器的操作机构”的200820041555号实用新型专利，这种操作机构的工作原理是:在跳扣和锁扣啮合锁定时，跳扣、锁扣和杠杆三者相互制约不能自由运动并由此锁定为一个整体，作用于手柄上的操作力通过U形杆两端的两个铰链传递于所述整体，即由U形杆作用于跳扣的驱动力能传递给杠杆，并且该驱动力能克服杠杆弹簧的弹力驱使杠杆转动以完成合闸操作。在合闸状态下，该驱动力与杠杆弹簧的弹力平衡；当跳扣和锁扣分离解锁时，跳扣和锁扣能相对于杠杆自由转动，由此使跳扣不能向杠杆传递驱动力，由于杠杆上失去了平衡杠杆弹簧的弹力的驱动力，所以杠杆在杠杆弹簧的弹力作用下会回转并执行脱扣跳闸动作。在现有的操作机构中，U形杆的一端套在跳扣上，在机构的脱扣过程中，跳扣始终和U形杆一同转动，而不碰到锁扣，因此限制了跳扣的尺寸，导致跳扣转化力的比例偏小，一旦增大断路器的复位力和触头压力，脱扣力将超出适用范围。显然，现有的操作机构不可能同时获得驱动力大和脱扣力小的效果。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种小型断路器的操作机构，通过整体结构的合理巧妙改进，可同时获得驱动力大和脱扣力小的效果，同时还妥善解决了摩擦阻力对操作机构的脱扣动作性能的影响问题。
[0005]为实现上述目的，本实用新型的小型断路器的操作机构采用了如下技术方案。
[0006]根据第一种实施方式，包括枢转安装在该断路器的壳体10上的手柄1、通过复合铰链FJ共同联接于壳体10的杠杆3和锁扣5、通过铰链轴ZO与杠杆3铰链连接的跳扣4，以及连杆2、杠杆弹簧6、跳扣复位弹簧7、锁扣复位弹簧和手柄复位弹簧。其中，所述的杠杆3上设有分力槽31，所述的连杆2的第一端21上设有可在该分力槽31内来回移动的轴承8，所述的跳扣4上设有与所述的分力槽31共同可对轴承8形成约束的受力槽42 ;所述的手柄I通过与连杆2的第二端22的铰链连接向连杆2提供驱动力F，该驱动力F受杠杆3和跳扣4的共同约束分为作用在杠杆3上的第一分力Fl和作用在跳扣4上的第二分力F2。所述的锁扣5上设有与跳扣4上的跳扣齿41可分尚式搭接的锁扣齿51,通过锁扣齿51与跳扣齿41的搭接或者分离，锁扣5实现对杠杆3、跳扣4和连杆2的第一端21的轴承8的整体锁定或者解锁，并且，锁扣5通过由锁扣齿51与跳扣齿41搭接形成的搭接点DO提供作用于跳扣4上的锁扣力Fs，所述的作用在跳扣4上第二分力F2通过平衡机构可实现与所述的锁扣力Fs的平衡。
[0007]另外优选采用的一种结构是，所述的整体锁定是指锁扣齿51与跳扣齿41搭接使得分力槽31和受力槽4对连杆2的第一端21上的轴承8形成共同约束，并且分力槽31对连杆2上的轴承8的约束力与驱动力F的第一分力Fl平衡，受力槽42对连杆2上的轴承8的约束力与驱动力F的第二分力F2平衡，第二分力F2与锁扣5作用于跳扣4的锁扣力Fs平衡；所述的解锁是指锁扣齿51与跳扣齿41分离使得分力槽31和受力槽42对连杆2的第一端21上的轴承8的约束被解除，并且锁扣5对杠杆3、跳扣4和连杆2上的轴承8解除锁定，轴承8保留在分力槽31内、并能在分力槽31内移动。
[0008]优选采用的另一种结构是，所述的轴承8为滚动轴承，包括内环81、外环82和多个滚动体80，内环81与连杆2的第一端21固定连接，在整体锁定状态下跳扣4上的受力槽42和杠杆3上的分力槽31同时与外环82接触并共同对外环82形成约束，在解锁状态下外环82能在受力槽42和分力槽31内滚动。
[0009]根据第二种实施方式，包括枢转安装在该断路器的壳体10上的手柄1、通过复合铰链FJ共同联接于壳体10的杠杆3和锁扣5、通过铰链轴ZO与杠杆3铰链连接的跳扣4，以及连杆2、杠杆弹簧6、跳扣复位弹簧7、锁扣复位弹簧和手柄复位弹簧。其中，所述的壳体10上设有限制面101，连杆2的第一端21上设有轴承8，跳扣4上设有与限制面101共同可对轴承8形成约束的受力槽42，杠杆3和/或壳体10上设有限定轴承8移动轨迹的导向槽301，轴承8在该导向槽301内可来回移动。所述的手柄I通过与连杆2的第二端22的铰链连接向连杆2提供驱动力F，该驱动力F受壳体10和跳扣4的共同约束分为作用在壳体10上的第一分力Fl和作用在跳扣4上的第二分力F2。所述的锁扣5上设有与跳扣4上的跳扣齿41可分离式搭接的锁扣齿51,通过锁扣齿51与跳扣齿41的搭接或者分离,锁扣5实现对杠杆3、跳扣4和连杆2的第一端21的轴承8的整体锁定或者解锁，并且，锁扣5通过由锁扣齿51与跳扣齿41搭接形成的搭接点DO提供作用于跳扣4上的锁扣力Fs，所述的作用在跳扣4上第二分力F2通过平衡机构可实现与所述的锁扣力Fs的平衡。
[0010]另外优选采用的一种结构是，所述的整体锁定是指锁扣齿51与跳扣齿41搭接使得限制面101和受力槽42对连杆2的第一端21上的轴承8形成共同约束，并且限制面101对连杆2上的轴承8的约束力与驱动力F的第一分力Fl平衡，受力槽42对连杆2上的轴承8的约束力与驱动力F的第二分力F2平衡，第二分力F2与锁扣5作用于跳扣4的锁扣力Fs平衡；所述的解锁是指锁扣齿51与跳扣齿41分离分使得限制面101和受力槽42对连杆2的第一端21上的轴承8的约束被解除，锁扣5对杠杆3、跳扣4和连杆2上的轴承8解除锁定，轴承8保留在引导槽301内、并能在引导槽301内移动。
[0011]还优选采用的另一种结构是，所述的轴承8为滚动轴承，包括内环81、外环82和多个滚动体80，内环81与连杆2的第一端21固定连接，在整体锁定状态下跳扣4上的受力槽42和壳体10上的限制面101同时与外环82接触并共同对外环82形成约束，在解锁状态下外环82能在限制面101上和受力槽42、引导槽301内滚动。
[0012]此外，第一种实施方式和第二种实施方式都可采用的优选结构是，所述的平衡机构为力矩平衡机构，包括以跳扣4上的铰链轴ZO为转动中心的支点、第二分力F2相对于所述支点ZO的第一力臂LI以及锁扣力Fs相对于所述支点ZO的第二力臂L2，并且第二力臂L2大于第一力臂LI。进而，所述的锁扣力Fs相对于跳扣4上的第二力臂L2为所述的驱动力F的第二分力F2相对于跳扣4上的第一力臂LI的5至10倍。
[0013]此外，第一种实施方式和第二种实施方式都可采用的优选结构是，所述的复合铰链FJ包括形成在杠杆3上的I个销孔32、形成在锁扣5上的2个同轴孔50和I个插入销孔32和同轴孔50内的销轴，并且所述的销轴与销孔32、同轴孔50转动配合。
[0014]此外，第一种实施方式和第二种实施方式都可采用的优选结构是，所述的跳扣复位弹簧7的两端分别与杠杆3、跳扣4连接，所述的锁扣复位弹簧的两端分别与杠杆3、锁扣5连接，所述的手柄复位弹簧作用于手柄I的弹性力矩Mb的方向、跳扣复位弹簧7作用于跳扣4的弹性力矩Mt的方向与杠杆弹簧6作用于杠杆3的弹性力矩Mg的方向相同，锁扣复位弹簧作用于锁扣5的弹性力矩Ms的方向与杠杆弹簧6作用于杠杆3的弹性力矩Mg的方向相反。
[0015]采用上述任一种技术方案，本实用新型通过分力原理，使操作机构的驱动力通过U形连杆作用于跳扣上的力仅是驱动力的分力，另一方面使锁扣的锁扣力在跳扣上的力臂加大，而连杆在跳扣上的驱动力的分力的力臂减小，即通过杠杆原理使得锁扣作用于跳扣的锁扣力远远小于所述的驱动力的分力。此外，由于U形连杆与跳扣之间的相对位移不可避免存在摩擦阻力，该摩擦阻力影响脱扣动作的灵敏度和可靠性，所以本实用新型通过轴承结构大幅度减小连杆与跳扣之间相对位移的摩擦力，在采用分力原理和力矩平衡方式的同时，还妥善解决了摩擦阻力对操作机构的脱扣动作性能的影响问题，从而实现在增加操作机构的驱动力的同时，使脱扣机构对于锁扣的脱扣力仍然保持在理想的范围，甚至还可大幅度减小脱扣力。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的小型断路器的操作机构的第一个实施例的整体结构平面示意图。
[0017]图2是图1所示的实施例的操作机构的装配关系立体示意图。
[0018]图3是图1所示的实施例的操作机构的整体结构及力系分布平面示意图。
[0019]图4、5分别是图1所示的实施例的操作机构在脱扣过程中各运动件的位置状态示意图。
[0020]图6是本实用新型的小型断路器的操作机构的第二个实施例的整体结构及力系分布平面示意图。
[0021]图7是图2中的B局部放大图，示出了可适用于两种实施方式的轴承8的外形结构。
[0022]图8是图7剖视图，示出了轴承8的内部结构以及与连杆2的第一端21的固定连接结构。
【具体实施方式】
[0023]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小型断路器的操作机构的【具体实施方式】。本实用新型的小型断路器的操作机构不限于以下实施例的描述。
[0024]在图1-8中给出了本实用新型的小型断路器的操作机构的两个不同的实施例，其中，图1至图5给出了第一个实施例，图6给出了第二个实施例，这两个实施例的区别在于它们采用的分力结构方式不同。图3中示出了第一种实施方式的分力结构方式和力矩平衡方式的结构:由杠杆3上分力槽31和跳扣4上的受力槽42共同约束连杆2的第一端21上的轴承8，手柄I作用于连杆2的驱动力F受共同约束分为作用在杠杆3上的第一分力Fl和作用在跳扣4上的第二分力F2。图6中示出了第二种实施方式的分力结构方式和力矩平衡方式的结构:由壳体10上形成的限制面301和跳扣4上的受力槽42共同约束连杆2的第一端21上的轴承8，手柄I作用于连杆2的驱动力F受共同约束分为作用在壳体10上的第一分力Fl和作用在跳扣4上的第二分力F2。参见图3和图6，本实用新型的小型断路器的操作机构，由枢转安装在壳体上的手柄通过与连杆的第二端的铰链联接对连杆提供驱动力，与跳扣铰链联接的杠杆和锁扣通过复合铰链与壳体联接。连杆的第一端上有轴承，该轴承在杠杆上的分力槽内可来回移动，在壳体上也可设限制面，跳扣上设有与分力槽或者与限制面共同可对轴承形成约束的受力槽。连杆的驱动力受杠杆和跳扣或壳体和跳扣的共同约束分为第一和第二分力，锁扣上设有与跳扣上的跳扣齿可分离式搭接的锁扣齿，通过锁扣齿与跳扣齿的搭接或者分离，锁扣实现对杠杆、跳扣和连杆第一端上的轴承的整体锁定或者解锁，并且，锁扣通过由锁扣齿与跳扣齿搭接形成的搭接点提供作用于跳扣上的锁扣力，连杆的驱动力的第二分力通过平衡机构与锁扣力平衡。本实用新型的操作机构由于将连杆的工作杆使用轴承的方式，增加了一个可绕自身转动的局部自由度，这样在与跳扣产生相对移动时,可以通过滚动方式进行，因滚动摩擦系数大大小于滑动摩擦系数,这样，即使可用摩擦系数的上限值很小，仍然可保证操作机构的正常动作。连杆受杠杆和跳扣或者壳体和跳扣两个零件的作用，通过改变两个受力面的方向，可调整机构脱扣力的大小。而且对于跳扣来说，可以通过减小摩擦力力臂的大小，或者增大推力的力臂，均可以达到使可用摩擦系数上限增加的效果。
[0025]参见图1至图8，本实用新型的小型断路器的操作机构包括壳体10、枢转安装在壳体10上的手柄1、通过复合铰链FJ共同联接于壳体10的杠杆3和锁扣5、通过铰链轴ZO与杠杆3铰链连接的跳扣4，以及连杆2、杠杆弹簧6、跳扣复位弹簧7、锁扣复位弹簧(图中未示出)和手柄复位弹簧(图中未示出)。手柄I可采用例如图1所示的转动副Zl的已知的结构枢转安装在小型断路器的壳体上，杠杆3和锁扣5通过图1所示的复合铰链FJ与断路器的壳体10联接，复合铰链FJ可有多种结构方案，一种优选的复合铰链FJ方案如图2所示，包括形成在杠杆3上的I个销孔32、形成在锁扣5上的2个同轴孔50和I个插入销孔32和同轴孔50内的销轴(图中未示出)，销轴的两端分别与壳体连接，销轴与销孔32、同轴孔50转动配合。跳扣4与杠杆3铰链联接，该铰链联接可通过例如图2所示(但不限于)的已知的多种结构方案实现，铰链联接结构包括分别设置在跳扣4上的第一铰链孔40、设置在杠杆3上的第二铰链孔30和铰链轴Z0，铰链轴ZO插入第一铰链孔40和第二铰链孔30内形成常规安装，并使跳扣4能绕铰链轴ZO这个转动中心转动。参见图2，连杆2的第二端22与图1中的手柄I铰链连接，该铰链连接可采用将连杆2的第二端22直接插入手柄I上的连接孔(图中未示出)实现的常规轴孔结构。参见图1至图3，本实用新型的第一种实施方式的操作机构，其所述的杠杆3上设有分力槽31，连杆2的第一端21上设有轴承8，同时在跳扣4上设有与分力槽31共同可对轴承8形成约束的受力槽42，轴承8在该分力槽31内可来回移动。所述连杆2的第二端22与手柄I铰链连接，手柄I通过该铰链连接作用于连杆2的驱动力F受杠杆3和跳扣4的共同约束分为作用在杠杆3上的第一分力Fl和作用在跳扣4上的第二分力F2。锁扣5上设有与跳扣4上的跳扣齿41可分尚式搭接的锁扣齿51，通过锁扣齿51与跳扣齿41的搭接或者分离，锁扣5实现对杠杆3、跳扣4和连杆2的第一端21的轴承8的整体锁定或者解锁，并且，锁扣5通过由锁扣齿51与跳扣齿41搭接形成的搭接点DO提供作用于跳扣4上的锁扣力Fs，作用在跳扣4上第二分力F2通过平衡机构可实现与所述的锁扣力Fs的平衡。这里所述的搭接配合是指锁扣齿51与跳扣齿41之间可实现如图1、3、4、5所示的可分离的搭接，在如图1、3所示的锁扣齿51与跳扣齿41搭接的状态下，锁扣5通过锁扣齿51与跳扣齿41的搭接配合，向跳扣4施加锁扣力Fs，而在如图4至5所示的锁扣齿51与跳扣齿41分离的状态下，锁扣5与跳扣4之间不存在力的作用关系。
[0026]由于现有断路器的操作机构的U形连杆通过跳扣件中部的通孔连接起来，即U形连杆始终安装在跳扣件中部的通孔中，U形连杆与跳扣件之间采用铰链连接，所以U形连杆受铰链的约束不能脱离跳扣件，这使得用于平衡杠杆弹簧的弹力的U形连杆的驱动力全部作用于跳扣件，即跳扣件上受到的作用力是全部的驱动力。而且，U形连杆与跳扣件之间的铰链(即驱动力作用点)靠近跳扣件与锁扣件之间的啮合处(即脱扣力作用点)，即驱动力相对于跳扣件转动支点的力臂与脱扣力相对于跳扣件转动支点的力臂的长短相当，所以要求脱扣力的大小要与驱动力相当，甚至有时存在脱扣力需大于驱动力的问题。针对现有小型断路器操作机构连杆的驱动力全部作用于跳扣件使脱扣力过大的问题，本实用新型的操作机构通过将分力槽31形成在杠杆3上、并且由该分力槽31和跳扣4上的受力槽42对所连接的连杆2的第一端21及其上的轴承8共同形成约束，完全改变了杠杆3、跳扣4、锁扣5之间整体锁定/解锁的约束配合关系和力的平衡关系，特别是实质性改变了作用于由锁扣齿51与跳扣齿41搭接形成的搭接点DO上的力所形成的力臂，增加了其与锁扣力第二、第三力臂的比例关系，可以大幅度改变驱动力相对于跳扣件转动支点的力臂与脱扣力相对于跳扣件转动支点的力臂这两个力臂的长短比例，于是在增大断路器复位力和触头压力时，既能使随之增大的U形杆对于操作机构的驱动力不完全作用于跳扣，同时可使U形杆作用于跳扣的驱动力相对于跳扣转动支点的力臂，远远小于锁扣作用于跳扣的脱扣力相对于跳扣转动支点的力臂，从而可以实现在增加驱动力的同时减小锁扣作用于脱扣的脱扣力，有效解决了现有技术存在的脱扣力不得不随驱动力增大而增大的问题，使机构的脱扣力仍然保持在理想的范围。下面参见图1、3，具体说明所述的共同约束及其外力平衡是如何实现的。
[0027]当断路器闭合时，跳扣4和锁扣5搭接在一起，使杠杆3、跳扣4、锁扣5形成一个整体，它们受到的外力为复位弹簧和触头弹簧力及连杆2给它们的推力，即驱动力F，并且弹簧力与连杆2的推力F形成力矩平衡。连杆2的受力F的方向如图3沿两工作点连线方向，其中右边点同时受到杠杆3和跳扣4两个零件的力，分别为Fl和F2，共同构成驱动力F的两个分力。跳扣4受力如图3所示，为F2和锁扣5作用的锁扣力Fs，它们分别作用在铰链轴ZO的两边，因此，F2和Fs是一对方向相同的平衡力。铰链轴ZO的转动中心实际上就是跳扣4在杠杆3上的支点，因此，图3中的LI和L2的线段分别为F2和Fs关于支点ZO的力臂，力臂大小的转化关系为F2XL1 = FsXL2，在满足L2大于LI的条件下能使Fs的值变小。脱扣方式一般为转动锁扣，使锁扣与跳扣分离，因此，Fs力值的减小即可有效地减小脱扣力。在锁扣齿51与跳扣齿41搭接状态下，杠杆3的分力槽31和跳扣4的受力槽42对连杆2的第一端21及其上的轴承8形成共同约束，由于轴承8的内环81 (见图8)与连杆2的第一端21固定联接，所以杠杆3、跳扣4和连杆2的第一端21被锁扣5整体锁定。这里的共同约束是指分力槽31和受力槽42共同对连杆2的第一端21施加约束力，并且在该约束力的作用下，使连杆2的第一端21不能自由运动。在这种情况下，如图3所示，分力槽31对连杆2的第一端21的约束力与由操作机构的操作力通过连杆2传递而来的驱动力F的第一分力Fl平衡，同时受力槽42对连杆2的第一端21的约束力与所述的驱动力F的第二分力F2平衡。其中分力槽31对连杆2的第一端21的约束力是由杠杆弹簧6的弹力通过杠杆3传递而来的，受力槽42对连杆2的第一端21的约束力是由锁扣5的锁扣力Fs通过跳扣4传递而来的，驱动力F的方向和作用点是在图3所示的A— A连线(即过连杆2的第二端22的轴心J2和第一端21的轴心的连线的延长线)上，在此共同约束状态下，驱动力F分为作用于分力槽31的第一分力Fl和作用于受力槽42的第二分力F2，因此，跳扣4上受到的驱动力不是操作机构的全部的驱动力F，而是驱动力F的分力，即图3所示的第二分力F2。分力槽31对连杆2的第一端21的约束力与驱动力F的第一分力Fl平衡，其实质是使分力槽31对连杆2的第一端21的约束力与第一分力Fl形成作用力与反作用力的关系，该关系及其作用力的大小可由分力槽31的形状结构决定。受力槽42对连杆2的第一端21的约束力与驱动力F的第二分力F2平衡，其实质也是使受力槽42对连杆2的第一端21的约束力与第二分力F2形成作用力与反作用力的关系，该关系及其作用力的大小可由受力槽42的形状结构决定。由此可进一步理解到，本实用新型的操作机构可通过改变分力槽31和受力槽42的形状结构，来改变驱动力F作用在跳扣4上的第二分力F2的大小，或者说，通过对分力槽31和受力槽42的形状结构的合理设计，可以使作用在跳扣4上的第二分力F2减小到理想的程度。由此可见，所述的整体锁定是指锁扣齿51与跳扣齿41搭接使得分力槽31和受力槽4对连杆2的第一端21上的轴承8形成共同约束，并且分力槽31对连杆2上的轴承8的约束力与驱动力F的第一分力Fl平衡,受力槽42对连杆2上的轴承8的约束力与驱动力F的第二分力F2平衡，第二分力F2与锁扣5作用于跳扣4的锁扣力Fs平衡；所述的解锁是指锁扣齿51与跳扣齿41分离使得分力槽31和受力槽42对连杆2的第一端21上的轴承8的约束被解除，并且锁扣5对杠杆3、跳扣4和连杆2上的轴承8解除锁定，轴承8保留在分力槽31内、并能在分力槽31内移动。如图7、8所示，所述的轴承8优选为滚动轴承，它包括内环81、外环82和多个滚动体80，内环81与连杆2的第一端21固定连接，在整体锁定状态下跳扣4上的受力槽42和杠杆3上的分力槽31同时与外环82接触并共同对外环82形成约束，在解锁状态下外环82能在受力槽42和分力槽31内滚动。
[0028]图6所示的本实用新型的第二种实施方式的操作机构与第一种实施方式同样包括壳体10、枢转安装在壳体10上的手柄1、通过复合铰链FJ共同联接于壳体10的杠杆3和锁扣5、通过铰链轴ZO与杠杆3铰链连接的跳扣4，以及连杆2、杠杆弹簧6、跳扣复位弹簧7、锁扣复位弹簧和手柄复位弹簧，其连杆2的第一端21上也设有轴承8，同时在跳扣4上设有受力槽42。与第一种实施方式不同的是，第二种实施方式的分力结构采用了壳体10上的限制面101与跳扣4上的受力槽42共同约束的方式，即:所述的壳体10上设有限制面101，连杆2的第一端21上设有轴承8，跳扣4上设有与限制面101共同可对轴承8形成约束的受力槽42。同时，在杠杆3上设有限定轴承8移动轨迹的导向槽301，轴承8在该导向槽301内可来回移动。导向槽301的主要功能是在解锁状态下限定轴承8的移动轨迹，同时还在解锁状态转换到锁定状态的过程中，引导轴承8到达锁定位置，使轴承8同时与限制面101和受力槽42接触，以使限制面101和受力槽42能形成对轴承8的共同约束。导向槽301也可以设置在壳体10上，或者导向槽301采用兼设在杠杆3和壳体10上的槽结构。所述连杆2的第二端22与手柄I铰链连接，手柄I通过该铰链连接作用于连杆2的驱动力F受到壳体10和跳扣4的共同约束分为作用在壳体10上的第一分力Fl和作用在跳扣4上的第二分力F2。所述的锁扣5上设有与跳扣4上的跳扣齿41可分离式搭接的锁扣齿51，通过锁扣齿51与跳扣齿41的搭接或者分尚，锁扣5实现对杠杆3、跳扣4和连杆2的第一端21的轴承8整体锁定或者解锁，并且，锁扣5通过由锁扣齿51与跳扣齿41搭接形成的搭接点DO提供作用于跳扣4上的锁扣力Fs，作用在跳扣4上第二分力F2通过平衡机构可实现与所述的锁扣力Fs的平衡。同第一种实施方式，这里所述的搭接配合是指锁扣齿51与跳扣齿41之间可实现如图1、3所示的可分离的搭接，在如图1、3所示的锁扣齿51与跳扣齿41搭接的状态下，锁扣5通过锁扣齿51与跳扣齿41的搭接配合，向跳扣4施加锁扣力Fs，而在如图4所示的锁扣齿51与跳扣齿41的分离的状态下，锁扣5与跳扣4之间不存在力的作用关系。与第一种实施方式不同的是，所述的整体锁定是指锁扣齿51与跳扣齿41搭接使得限制面101和受力槽42对连杆2的第一端21上的轴承8形成共同约束，并且限制面101对连杆2上的轴承8的约束力与驱动力F的第一分力Fl平衡，受力槽42对连杆2上的轴承8的约束力与驱动力F的第二分力F2平衡，第二分力F2与锁扣5作用于跳扣4的锁扣力Fs平衡；所述的解锁是指锁扣齿51与跳扣齿41分离分使得限制面101和受力槽42对连杆2的第一端21上的轴承8的约束被解除，锁扣5对杠杆3、跳扣4和连杆2上的轴承8解除锁定，轴承8保留在引导槽301内、并能在引导槽301内移动。所述的轴承8如图7和图8所示，包括内环81、外环82和多个滚动体80，内环81与连杆2的第一端21固定连接，在整体锁定状态下，跳扣4上的受力槽42和壳体10上的限制面101同时与外环82接触并共同对外环82形成约束，在解锁状态下，外环82能在限制面101上和受力槽42、引导槽301内滚动。
[0029]应当能理解到，图3和图6所示的第一种实施方式和第二种实施方式的跳扣4、锁扣5上的受力是相同的，它们的力平衡或力矩平衡结构也是相同的，S卩:锁扣力Fs的作用点是在跳扣4的跳扣齿41与锁扣齿51的搭接点DO上，而第二分力F2的作用点是在跳扣4的受力槽4与连杆2的第一端21上的轴承8的接触点上。上述的锁扣5通过由锁扣齿51与跳扣齿41搭接形成的搭接点DO作用于跳扣4上的锁扣力Fs，是控制受力槽4对连杆2的第一端21形成共同约束的外部力之一，它只需与第二分力F2平衡。而形成共同约束的外部力之二是由杠杆3的分力槽31或壳体10的限制面101提供，它们提供的外部力与第一分力Fl平衡，以实现锁扣力Fs只需与第二分力F2平衡即可控制杠杆3、跳扣4和连杆2的第一端21的整体锁定或者解锁。显然，由于第一分力Fl不作用于跳扣4，所以使得锁扣5和跳扣4上的受力(力矩)大大减小，这不仅有利于减小脱扣力，而且还十分有利于机构的小型化、脱扣灵敏度、脱扣可靠性、使用寿命等性能的改善。
[0030]上述的锁扣力Fs与第二分力F2的平衡是通过平衡机构实现的，即通过平衡机构实现第二分力F2与锁扣5作用于跳扣4的锁扣力Fs的平衡。平衡机构的方案可有两种:一种是力平衡机构，另一种是力矩平衡机构。力平衡机构的Fs/F2力比约等于1，也就是说，锁扣力Fs与第二分力F2相当，由于本实用新型采用了分力槽31和受力槽4对连杆2的第一端21形成共同约束的结构，能实现第二分力F2远小于驱动力F的效果，所以即使在采用力平衡机构的情况下，也能达到在增加操作机构的驱动力的同时，仍然可达到脱扣机构对于锁扣的脱扣力保持在理想的范围的效果。另一种力矩平衡机构的Fs/F2力比可小于1，也就是说，锁扣力Fs可远小于第二分力F2，因此，为进一步减小机构的脱扣力，以实现在增加操作机构的驱动力的同时，还可达到脱扣机构对于锁扣的脱扣力减小的效果，后一种力矩平衡机构是优选的方案。图3和图4所不的平衡机构为力矩平衡机构，它包括以跳扣4上的铰链轴ZO为转动中心的支点、第二分力F2相对于所述支点ZO的第一力臂LI以及锁扣力Fs相对于所述支点ZO的第二力臂L2，并且第二力臂L2大于第一力臂LI。第一力臂LI和第二力臂L2的取值范围可根据设计需要确定，若从减小锁扣力Fs、优化结构尺寸和保证脱扣可靠性的综合要求出发，取值范围可按以下原则优选:所述的锁扣力Fs在跳扣4上的第二力臂L2为驱动力F的第二分力F2在跳扣4上的第一力臂LI的5至10倍。
[0031]参见图1，手柄复位弹簧的弹性力矩Mb、跳扣复位弹簧7的弹性力矩Mt、杠杆弹簧6的弹性力矩Mg和锁扣复位弹簧的弹性力矩Ms的作用方向可根据结构布局选择多种具体组合方案，优选的方案是:所述的手柄复位弹簧作用于手柄I的弹性力矩Mb的方向、跳扣复位弹簧7作用于跳扣4的弹性力矩Mt的方向与杠杆弹簧6作用于杠杆3的弹性力矩Mg的方向相同，锁扣复位弹簧作用于锁扣5的弹性力矩Ms的方向与杠杆弹簧6作用于杠杆3的弹性力矩Mg的方向相反。另外，手柄复位弹簧、跳扣复位弹簧7、杠杆弹簧6和锁扣复位弹簧的安装连接结构也可有多种具体结构方案，优选的方案是:所述的手柄复位弹簧的两端分别与手柄1、壳体10连接，所述的杠杆弹簧6的两端分别与杠杆3、壳体10连接，所述的跳扣复位弹簧7的两端分别与杠杆3、跳扣4连接，所述的锁扣复位弹簧的两端分别与杠杆
3、锁扣5连接。应当能理解到，手柄复位弹簧、跳扣复位弹簧7、杠杆弹簧6和锁扣复位弹簧的弹性力矩Ms的结构与分力结构的方式无关，或者说，第一种实施方式和第二种实施方式的手柄复位弹簧、跳扣复位弹簧7、杠杆弹簧6和锁扣复位弹簧的结构方式可以是相同的。
[0032]第一种实施方式和第二种实施方式的操作机构的工作原理和动作过程是相同的，下面结合图1、4、5给出的第一种实施方式，说明本实用新型的操作机构的工作原理和动作过程。
[0033]图1所示的操作机构处于合闸的稳定状态，锁扣齿51与跳扣齿41的搭接处于稳定状态，分力槽31和受力槽4对连杆2的第一端21形成共同约束，并且杠杆3、跳扣4和连杆2的第一端21及其上的轴承8被锁扣5整体锁定。在图1状态下，小型断路器的脱扣机构(图中未示出)驱动跳扣4向逆时针方向转动，到达图4所示的瞬间过渡状态，在此状态，锁扣齿51与跳扣齿41分离，分力槽31和受力槽42对于连杆2的第一端21上的轴承8的约束被解除，即受力槽42和分力槽31撤去对连杆2的第一端21的约束力，锁扣5对于杠杆3、跳扣4和连杆2的第一端21解除锁定(即跳扣4和连杆2的第一端21相对于杠杆3能运动)，从而使杠杆3在杠杆弹簧6的弹力作用下向逆时针方向转动，连杆2的第一端21上的轴承8保留在分力槽31内并能在分力槽31内滑动，连杆2的第一端21的滑动驱使跳扣4向顺时针方向转动，到达图5所示的状态，手柄I在手柄复位弹簧(图中未示出)的弹力作用下向逆时针方向转动到达跳闸(分闸)的稳定状态，手柄I的转动带动连杆2的第一端21在分力槽31内往回滑动，以使跳扣4在跳扣复位弹簧7的弹力作用下能往回(逆时针方向)转动，锁扣5在锁扣复位弹簧(图中未示出)的弹力作用下往回(顺时针方向)转动，直到所示的锁扣齿51与跳扣齿41自动复位到搭接稳定状态。在图5的分闸或跳闸后的稳定状态下，连杆2的第二端22的轴心J2和第一端21的轴心的连线的延长线转换到手柄I的转动副Zl的转动中心的上面，分力槽31和受力槽42对连杆2的第一端21又形成共同约束，并且杠杆3、跳扣4和连杆2的第一端21又被锁扣5整体锁定。如果在图5所示的分闸状态下扳动手柄I向顺时针方向转动，则由于杠杆3、跳扣4和连杆2的第一端21已被锁扣5整体锁定，所以手柄I的转动能通过连杆2推动杠杆3、跳扣4、锁扣5整体向顺时针方向转动，并使杠杆弹簧6储能，直到连杆2的第二端22的轴心J2和第一端21的轴心的连线的延长线转换到手柄I的转动副Zl的转动中心的下面，使操作机构回到图1所示的合闸稳定状态。
[0034]参见图3和图6，由于连杆2的第一端21上的轴承8与跳扣4的受力槽42之间存在相对移动的配合，同时，轴承8与杠杆3上的分力槽31或壳体10上的限制面101也存在，相对移动的配合，因此在脱扣的过程在，所述的相对移动的配合必然使得轴承8分别与受力槽42、分力槽31或限制面101之间产生摩擦力，这些摩擦力的存在需要加大操作机构的驱动力(其中包括执行合闸、分闸操作的操作力和具有储能功能的杠杆弹簧6的弹力)，其中轴承8与受力槽42之间的摩擦力FM如果过大还可能会导致操作机构动作速度减慢或脱扣动作的可靠性下降。为了解决摩擦力FM对于操作机构动作速度减慢或脱扣动作的可靠性下降的问题，可通过合理设计第二分力F2相对于支点ZO的第一力臂L1、摩擦力Fm相对于支点ZO的第三力臂L3来解决，即所述的驱动力F的第二分力F2作用于跳扣4上的力矩应大于所述的摩擦力Fm作用于跳扣4上的力矩。当然，这里所述的力矩都是相对于跳扣4的铰接轴即支点ZO而言的，根据力矩平衡原理可以转换成下面的力臂解决方案:所述的作用在跳扣4上的第二分力F2相对于支点ZO的第一力臂LI小于作用在跳扣4上的摩擦力Fm相对于支点ZO的第三力臂L3 ;或者选择与摩擦力Fm相关的材料和结构的摩擦系数U< (L1/L3)。显然，这些解决方案，给操作机构的设计和制造增添了困难，同时还可能与操作机构的小型化设计相矛盾。为此，本实用新型采用了轴承8的解决方案，利用滚动轴承的弹性，大大降低了与摩擦力Fm相关的摩擦系数，从而不仅可降低操作机构的设计制造难度，有利于操作机构的小型化设计，同时还可减小驱动力的增大，使得操作机构的性能得到进一步改善。
[0035]以上所述仅为本实用新型的推荐实施例，凡依本实用新型权利要求做出的技术等效变化与修改，皆应视为本实用新型的涵盖范围之内。
【权利要求】
1.小型断路器的操作机构，包括枢转安装在该断路器的壳体(10)上的手柄(I)、通过复合铰链FJ共同联接于壳体(10)的杠杆(3)和锁扣(5)、通过铰链轴ZO与杠杆(3)铰链连接的跳扣⑷，以及连杆⑵、杠杆弹簧(6)、跳扣复位弹簧(7)、锁扣复位弹簧和手柄复位弹簧，其特征在于: 所述的杠杆(3)上设有分力槽(31)，所述的连杆(2)的第一端(21)上设有可在该分力槽(31)内来回移动的轴承(8)，所述的跳扣(4)上设有与所述的分力槽(31)共同可对轴承(8)形成约束的受力槽(42)； 所述的手柄(I)通过与连杆(2)的第二端(22)的铰链连接向连杆(2)提供驱动力F，该驱动力F受杠杆(3)和跳扣(4)的共同约束分为作用在杠杆(3)上的第一分力Fl和作用在跳扣⑷上的第二分力F2 ； 所述的锁扣(5)上设有与跳扣(4)上的跳扣齿(41)可分离式搭接的锁扣齿(51)，通过锁扣齿(51)与跳扣齿(41)的搭接或者分离，锁扣(5)实现对杠杆(3)、跳扣(4)和连杆(2)的第一端(21)的轴承⑶的整体锁定或者解锁，并且，锁扣(5)通过由锁扣齿(51)与跳扣齿(41)搭接形成的搭接点DO提供作用于跳扣(4)上的锁扣力Fs，所述的作用在跳扣(4)上第二分力F2通过平衡机构可实现与所述的锁扣力Fs的平衡。
2.根据权利 要求1所述的小型断路器的操作机构，其特征在于: 所述的整体锁定是指锁扣齿(51)与跳扣齿(41)搭接使得分力槽(31)和受力槽(42)对连杆(2)的第一端(21)上的轴承(8)形成共同约束，并且分力槽(31)对连杆(2)上的轴承(8)的约束力与驱动力F的第一分力Fl平衡，受力槽(42)对连杆(2)上的轴承(8)的约束力与驱动力F的第二分力F2平衡，第二分力F2与锁扣(5)作用于跳扣(4)的锁扣力Fs平衡； 所述的解锁是指锁扣齿(51)与跳扣齿(41)分离使得分力槽(31)和受力槽(42)对连杆(2)的第一端(21)上的轴承(8)的约束被解除，并且锁扣(5)对杠杆(3)、跳扣(4)和连杆⑵上的轴承⑶解除锁定，轴承⑶保留在分力槽(31)内、并能在分力槽(31)内移动。
3.根据权利要求1或2所述的小型断路器的操作机构，其特征在于:所述的轴承(8)为滚动轴承，包括内环(81)、外环(82)和多个滚动体(80)，其中内环(81)与连杆(2)的第一端(21)固定连接，在整体锁定状态下，跳扣(4)上的受力槽(42)和杠杆(3)上的分力槽(31)同时与所述的外环(82)接触并共同对外环(82)形成约束，在解锁状态下，所述的外环(82)能在受力槽(42)和分力槽(31)内滚动。
4.小型断路器的操作机构，包括枢转安装在该断路器的壳体(10)上的手柄(I)、通过复合铰链FJ共同联接于壳体(10)的杠杆(3)和锁扣(5)、通过铰链轴ZO与杠杆(3)铰链连接的跳扣⑷，以及连杆⑵、杠杆弹簧(6)、跳扣复位弹簧(7)、锁扣复位弹簧和手柄复位弹簧，其特征在于: 所述的壳体(10)上设有限制面(101)，所述的连杆(2)的第一端(21)上设有轴承(8)，所述的跳扣(4)上设有与该限制面(101)共同可对轴承(8)形成约束的受力槽(42)，导向槽(301)设置在杠杆(3)和/或壳体(10)上，用于限定轴承(8)的移动轨迹，轴承(8)在该导向槽(301)内可来回移动；所述的手柄(I)通过与连杆(2)的第二端(22)的铰链连接向连杆(2)提供驱动力F，该驱动力F受壳体(10)和跳扣(4)的共同约束分为作用在壳体(10)上的第一分力Fl和作用在跳扣(4)上的第二分力F2 ；所述的锁扣(5)上设有与跳扣(4)上的跳扣齿(41)可分离式搭接的锁扣齿(51)，通过锁扣齿(51)与跳扣齿(41)的搭接或者分离，锁扣(5)实现对杠杆(3)、跳扣(4)和连杆(2)的第一端(21)的轴承⑶的整体锁定或者解锁，并且，锁扣(5)通过由锁扣齿(51)与跳扣齿(41)搭接形成的搭接点DO提供作用于跳扣(4)上的锁扣力Fs，所述的作用在跳扣(4)上第二分力F2通过平衡机构可实现与所述的锁扣力Fs的平衡。
5.根据权利要求4所述的小型断路器的操作机构，其特征在于: 所述的整体锁定是指锁扣齿(51)与跳扣齿(41)搭接使得限制面(101)和受力槽(42)对连杆(2)的第一端(21)上的轴承(8)形成共同约束，并且限制面(101)对连杆(2)上的轴承(8)的约束力与驱动力F的第一分力Fl平衡，受力槽(42)对连杆(2)上的轴承(8)的约束力与驱动力F的第二分力F2平衡，第二分力F2与锁扣(5)作用于跳扣(4)的锁扣力Fs平衡； 所述的解锁是指锁扣齿(51)与跳扣齿(41)分离使得限制面(101)和受力槽(42)对连杆⑵的第一端(21)上的轴承⑶的约束被解除，锁扣(5)对杠杆(3)、跳扣(4)和连杆⑵上的轴承⑶解除锁定，轴承⑶保留在引导槽(301)内、并能在引导槽(301)内移 动。
6.根据权利要求4或5所述的小型断路器的操作机构，其特征在于:所述的轴承(8)为滚动轴承，包括内环(81)、外环(82)和多个滚动体(80)，其中内环(81)与连杆(2)的第一端(21)固定连接，在整体锁定状态下，跳扣(4)上的受力槽(42)和壳体(10)上的限制面(101)同时与外环(82)接触并共同对外环(82)形成约束，在解锁状态下，所述的外环(82)能在限制面(101)上和受力槽(42)、引导槽(301)内滚动。
7.根据权利要求1所述的小型断路器的操作机构，其特征在于:所述的复合铰链FJ包括形成在杠杆(3)上的I个销孔(32)、形成在锁扣(5)上的2个同轴孔(50)和I个插入销孔(32)和同轴孔(50)内的销轴，并且所述的销轴与销孔(32)、同轴孔(50)转动配合。
8.根据权利要求1所述的小型断路器的操作机构，其特征在于:所述的跳扣复位弹簧(7)的两端分别与杠杆(3)、跳扣(4)连接，所述的锁扣复位弹簧的两端分别与杠杆(3)、锁扣(5)连接，所述的手柄复位弹簧作用于手柄(I)的弹性力矩Mb的方向、跳扣复位弹簧(7)作用于跳扣⑷的弹性力矩Mt的方向与杠杆弹簧(6)作用于杠杆(3)的弹性力矩Mg的方向相同，所述的锁扣复位弹簧作用于锁扣(5)的弹性力矩Ms的方向与杠杆弹簧(6)作用于杠杆⑶的弹性力矩Mg的方向相反。
9.根据权利要求1所述的小型断路器的操作机构，其特征在于:所述的平衡机构为力矩平衡机构，包括以跳扣(4)上的铰链轴ZO为转动中心的支点、第二分力F2相对于所述支点ZO的第一力臂LI以及锁扣力Fs相对于所述支点ZO的第二力臂L2，并且第二力臂L2大于第一力臂LI。
10.根据权利要求9所述的小型断路器的操作机构，其特征在于:所述的锁扣力Fs相对于跳扣⑷上的第二力臂L2为所述的驱动力F的第二分力F2相对于跳扣⑷上的第一力臂LI的5至10倍。
【文档编号】H01H71/10GK203859083SQ201420133126
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】严鹏斌, 周勇, 鲁骞, 邓彦军 申请人:上海诺雅克电气有限公司