大功率单电机三工位操动机构的制作方法

本发明涉及电力系统开关设备领域，具体地说是一种大功率单电机三工位操动机构。

背景技术：

在高压、超高压GIS产品中，早期生产的产品隔离、接地开关操作都使用独立的机构，即一台开关由一个机构来控制。后来设计人员根据开关内部结构的改进，将隔离、接地开关操动采用一台机构来操作，这样两台开关采用一个机构来操作，节省了占地空间，又节约了成本，称作三工位机构。常见的三工位机构是在一台机构中布置了两套机械传动系统及两套电气控制装置，即两台操作电机及两套控制电器元件，应用后起到了良好的效果，如图1所示。

近年来，随着技术的开发，三工位机构逐渐向单传动结构、单电气控制(单电机机构)方向发展。日本及欧洲等各大电气公司纷纷推出了自己的新产品，他们有的采用轴向滑槽结构实现了单电机传动功能，有的采用多种凸轮结构实现了单电机传动功能。纵观这些机构，虽然都能实现单电机操作功能，但普遍存在工艺性能高，加工不易，结构装配复杂等缺点。另外，现有技术的单电机三工位机构因为结构问题，输出转矩较小，所以一般只应用在66KV～110KV电压等级产品中。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种大功率单电机三工位操动机构，传动系统采用主齿轮加双向槽板结构，结构简单可靠，能够实现大功率输出，可适用于66KV～550KV电压等级产品。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种大功率单电机三工位操动机构，包括电机、齿轮传动机构、主齿轮、双向槽板、输出齿轮组和机构输出轴，所述主齿轮通过电机驱动旋转，所述电机通过所述齿轮传动机构传递转矩，所述主齿轮上设有拨动轴以及多个沿圆周方向排列的锁轴，所述双向槽板的相邻两个拨动片之间设有滑槽，所述双向槽板通过所述拨动轴滑入滑槽中驱动旋转，所述双向槽板的每个拨动片分别通过主齿轮上的锁轴锁定， 机构输出轴通过所述双向槽板驱动旋转，所述双向槽板通过所述输出齿轮组传递转矩。

各个锁轴与主齿轮中心连线的夹角，除了两端的第一锁轴和第二锁轴为夹角b外，其余均为夹角a，所述夹角b大于夹角a，机构工作时，双向槽板上的每个拨动片均通过三个锁轴锁定。

所述齿轮传动机构包括一级传动齿轮组、手动输出轴和二级传动齿轮组，电机通过所述一级传动齿轮组、手动输出轴和二级传动齿轮组依次传递转矩。

所述主齿轮远离双向槽板的一侧设有连锁机构，所述连锁机构包括电磁铁、连锁板、机械锁和连锁开关，所述连锁板安装在一个转轴上，所述转轴上设有机械锁，所述机械锁在机构变换工作状态时通过所述电磁铁解锁，连锁板在所述机械锁解锁后通过所述主齿轮上的拨动轴导动，所述连锁开关通过所述连锁板压下。

所述机械锁上设有凹槽，电磁铁的轴端在锁定时插入机械锁上的任一凹槽中。

所述主齿轮远离双向槽板的一侧设有缓冲装置，所述缓冲装置包括摩擦片、弹簧和调整螺栓，其中摩擦片远离主齿轮一侧设有弹簧，主齿轮上的拨动轴在转动过冲时压在所述摩擦片上，所述摩擦片的位置通过调整螺栓调整。

所述电机、齿轮传动机构、主齿轮、双向槽板、输出齿轮组和机构输出轴均设置于一个箱体中，在箱体内设有上安装板和下安装板，所述主齿轮安装在一个主齿轮轴上，所述双向槽板安装在一个槽板轴上，所述主齿轮轴和槽板轴平行设置安装在所述上安装板和下安装板上。

所述主齿轮轴伸出至上安装板外的一端设有限位块，在上安装板上还设有两个合分限位开关，所述限位块随所述主齿轮轴转动触压两个合分限位开关。

所述箱体内设有辅助开关，所述槽板轴伸出至上安装板的一端通过连杆与所述辅助开关相连。

所述箱体内设有在吸合时接通电机旋转的接触器。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明的传动系统采用主齿轮加双向槽板结构，拨动轴巧妙地设置于主齿轮上，实现了减速传动和拨动双向槽板的一体化设计，结构简单可靠，并且主齿轮上设有锁轴并根据三点锁紧原则锁定双向 槽板位置，相比于传统的锁轮结构，将原来的锁轮面接触输出改变为滑动线接触输出，大大减少了摩擦损耗，可适用于66KV～550KV电压等级产品。

2、本发明的齿轮传动机构采用二级齿轮组，一级传动齿轮组用于电机与机构力的传送，二级传动齿轮组用于传送力的转向，手动输出轴安置在一级传动齿轮组上，这样既节约了体积，又减少了一组传动齿轮。

3、本发明设有一套可防止误动作的连锁机构，没有接到指令时，可靠地锁住系统，接到解锁指令后，电磁铁动作解锁，机构才能进行另一组开关的动作，同时连锁板通过主齿轮上的拨动轴拨动压下连锁开关，使机构状态变换完成后，重新锁紧系统。

4、本发明的槽板轴的输出端设有输出齿轮组，由于双向槽板的输出角度不能大于90度，但开关转动要求往往在100～3000度，所述输出齿轮组即用于增加输出角度。

5、传动系统中，当电机切断电源后，由于系统存在惯性，传动机构还要运转一段时间，本发明在主齿轮的一侧设计了一种简易的缓冲装置，能够有效的吸收了过冲能量。

6、本发明采用一套控制电气单元，单电机操作，并采用新的电气操作控制连锁二次电气回路，实现电气各种功能。

附图说明

图1为现有技术中的三工位机构示意图，

图2为本发明的结构示意图，

图3为图1中本发明的侧视图，

图4为图1中本发明的主齿轮与双向槽板的传动示意图，

图5为图1中本发明的连锁机构示意图，

图6为图1中本发明的缓冲装置示意图。

其中，1为箱体，2为电机，3为一级传动齿轮组，4为二级传动齿轮组，5为下安装板，6为上安装板，7为主齿轮轴，8为主齿轮，9为锁轴，10为双向槽板，11为槽板轴，12为输出齿轮组，13为机构输出轴，14为手动输出轴，15为限位块，16为合分限位开关，17为连锁板，18为辅助开关，19为接触器，20为电磁铁，21为连锁开关，22为拨动轴，23为缓冲装置，24为摩擦片，25为弹簧，26为调整螺栓，27为滑槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图2～6所示，本发明包括箱体1、电机2、齿轮传动机构、主齿轮8、双向槽板10、输出齿轮组12、机构输出轴13、辅助开关18、接触器19、连锁机构和缓冲装置23，各个机构均设置于所述箱体1中，其中在箱体1内设有上安装板6和下安装板5，所述主齿轮8安装在主齿轮轴7上，所述双向槽板10安装在槽板轴11上，所述主齿轮轴7和槽板轴11平行设置安装在所述上安装板6和下安装板5上。

如图2～6所示，所述齿轮传动机构包括一级传动齿轮组3、手动输出轴14和二级传动齿轮组4，电机2通过所述一级传动齿轮组3驱动所述手动输出轴14旋转，所述手动输出轴14通过所述二级传动齿轮组4驱动主齿轮8旋转，如图4所示，在所述主齿轮8上设有拨动轴22以及多个沿圆周方向排列的锁轴9，所述双向槽板10包括三个最外侧为弧面的拨动片，相邻两个拨动片之间设有滑槽27，随着主齿轮8旋转，主齿轮8上的拨动轴22滑入所述滑槽27中，从而带动所述双向槽板10旋转，所述双向槽板10安装在槽板轴11上，如图3所示，所述槽板轴11通过所述输出齿轮组12驱动机构输出轴13旋转，由于双向槽板10的输出角度不能大于90度，但开关转动要求往往在100～3000度，所述输出齿轮组12的作用即在于增加输出角度。另外，手动输出轴14直接与一级传动齿轮组3相连，这样既节约了体积，也可以减少一组传动齿轮。

如图2所示，所述槽板轴11伸出至上安装板6的一端通过连杆与辅助开关18相连，双向槽板10带动所述槽板轴11转动时，所述槽板轴11通过所述连杆拨动辅助开关18，在箱体1内设有两个接触器19，一个用于DS合闸(也即ES分闸)控制，一个用于DS分闸(也即ES合闸)控制，当接触器19吸合时接通电机2旋转，此为本领域公知技术。所述主齿轮轴7伸出至上安装板6的一端设有限位块15，在上安装板6上还设有两个合分限位开关16，所述限位块15即随所述主齿轮轴7转动并通过触压两个合分限位开关16实现限位。所述辅助开关18、接触器19和合分限位开关16均为本领域公知技术。

当采用所述带拨动轴22的主齿轮8与双向槽板10的传动结构，传动到位后需要有锁定装置固定双向槽板10位置，传统结构中通常采用锁轮来锁定双向槽板10，但在252KV以上高压产品中，开关系统需要很大转矩，采用锁轮结构，将产生较大的磨损，破坏机构结构。如图4所示，本发明采用了新的锁轴9结构，通过沿圆周方向设置多个锁轴9使原来的锁轮面接触输出改变为滑动线接触输出，大大减少 摩擦损耗，经过详细计算并根据三点锁紧原则，优化组合了最小锁轴数量，如图4所示，各个锁轴9与主齿轮8中心连线的夹角，除了两端的第一锁轴28和第二锁轴29为夹角b外，其余均为夹角a，所述夹角b大于夹角a，机构工作时，双向槽板10上的每个拨动片均会通过三个锁轴9锁定。

在三工位机构操作时，隔离、接地开关转换有一定的操作要求，不可误动作，但当限位开关失灵等意外因素影响下机构输出将出现误动现象。如图5所示，本发明在主齿轮8远离双向槽板10的一侧设有连锁机构，所述连锁机构包括电磁铁20、连锁板17、机械锁和连锁开关21，所述连锁板17安装在一个转轴上，所述转轴上设有机械锁，所述机械锁通过所述电磁铁20解锁，本实施例中，所述机械锁上设有凹槽，锁定时，电磁铁20的轴端插入机械锁上的任一凹槽中，使所述转轴无法转动，当机构由隔离(接地)向接地(隔离)转换工作状态时，电磁铁20启动使轴端缩回解锁，连锁板17在所述拨动轴22的导动下，转动到接地(隔离)锁定位置，转动到位后，连锁开关21由连锁板17上的凸台压下，切断连锁回路电磁铁20电源，使电磁铁20轴端重新插入机械锁上的任一凹槽中实现锁定，同时也使连锁板17在新位置锁定，与此同时辅助开关18位置转换，完成控制回路的转换。

当电机2切断电源后，由于系统存在惯性，传动机构还要运转一段时间，如图6所示，本发明在主齿轮8远离双向槽板10的一侧还设有缓冲装置23，有效吸收了过冲能量。所述缓冲装置23包括摩擦片24、弹簧25和调整螺栓26，弹簧25安装在摩擦片24远离主齿轮8一侧，转动过冲后，主齿轮8上的拨动轴22作用在所述摩擦片24上消耗惯性能量，所述摩擦片24的位置通过调整螺栓26调整，这样既可以调整摩擦力大小，也可以使整个系统在指定位置停止下来。

本发明的工作原理为：

1、机构隔离开关(DS)操作

机构处于隔离接地双分位置时，当机构接到隔离开关后合闸动作指令后，用于控制DS合闸的接触器19吸合接通电机2旋转，电机2通过一级传动齿轮组3和二级传动齿轮组4的传动后，带动主齿轮8旋转，当主齿轮8上的拨动轴22进入双向槽板10上的滑槽27内时，即带动双向槽板10转动，双向槽板10通过槽板轴11经过输出齿轮组12传动后带动机构输出轴13输出相应的角度。当机构接到DS分闸指令时，用于控制DS分闸的接触器19动作，带动以上传动系统使 机构回到分闸位置。

2、机构接地开关(ES)操作

当机构接到ES合闸动作指令时，用于控制ES合闸的接触器19(即用于控制DS分闸的接触器19)吸合，电机2转动，带动传动系统实现ES合闸。当机构接到ES分闸指令时，用于控制ES分闸的接触器19(即用于控制DS合闸的接触器19)吸合，电机2转动，带动传动系统使机构回到分闸位置上。

3、机构连锁装置动作原理

当机构隔离开关操作时，由于辅助开关18及连锁开关21均切断回路，电磁铁20不动作，可靠切断转换回路。当需要接地开关动作时，机构需转换为接地操作状态，按下接地操作合闸按钮，使控制系统控制辅助开关18及连锁开关21均接通回路，容许机构传动转换，变换为接地状态，同时在变换过程中，电磁铁20动作解锁，使连锁板17在主齿轮8上的拨动轴22的导动下，转动到接地锁定位置，转动到位后，连锁开关21由连锁板17上的凸台压下，切断连锁回路电磁铁20电源，重新锁定。反之动作过程一样。