操作机构及三工位开关的制作方法

本公开涉及电力系统输配电设备，特别涉及一种操作机构及三工位开关。

背景技术：

三工位开关通常应用在高压电力系统输配电设备中。三工位开关整合了隔离开关和接地开关两者的功能。一般地，三工位开关设置有接地触点、静触点和动触点，动触点通常设置可移动导杆上。操作机构带动该移动导杆移动，使该动触点处于三个不同的位置，即，隔离开关主断口接通的合闸位置、主断口分开的隔离位置和接地侧的接地位置，由此通过操作机构实现三工位开关的三个状态。

传统上，操作机构大都采用双电机双丝杆方案，体积大，结构复杂。

技术实现要素：

为了解决传统技术中操作机构存在的体积大、结构复杂问题，本公开提供了一种操作机构及三工位开关。

本公开了一种种操作机构，包括：

电机；

第一传动机构，与所述电机相连，并在所述电机的驱动下转动；

第二传动机构，与所述第一传动机构传动连接，所述第一传动机构带动所述第二传动机构转动，所述第二传动机构与一连接轴连接，所述第二传动机构转动时带动所述连接轴转动；

第三传动机构，与所述连接轴连接，所述连接轴转动时带动所述第三传动机构转动；

输出齿轮，与所述第三传动机构传动连接，所述第三传动机构转动时带动所述输出齿轮转动；

所述第一传动机构和所述第二传动机构安装于上安装板上，所述第三传动机构安装于下安装板上，所述连接轴连接所述上安装板和所述下安装板。

进一步，所述第二传动机构包括涡轮和蜗杆，所述涡轮与所述蜗杆相啮合，所述第三传动机构包括主动轮和与所述主动轮啮合的从动轮，所述主动轮与所述涡轮同轴设置且通过所述连接轴实现同轴转动，所述从动轮与所述输出齿轮相啮合。

进一步，所述主动轮和所述从动轮上均设置有逆止弧和轮齿，当所述主动轮的逆止弧与所述从动轮上的逆止弧相配合时，所述从动轮停止转动并锁定，使所述从动轮停止在指定位置，当所述主动轮的轮齿与所述从动轮的轮齿相啮合时，所述主动轮带动所述从动轮转动。

进一步，所述从动轮上间隔设置有三段所述逆止弧，分别对应于三工位开关的合闸位置、隔离位置和接地位置，所述从动轮的轮齿设置在任两段逆止弧之间；

所述主动轮上设置有一段所述逆止弧和一段所述轮齿；

所述从动轮的逆止弧与所述主动轮的逆止弧相配合锁住时，驱使所述三工位开关保持在合闸位置、隔离位置或接地位置。

进一步，在所述从动轮上布设轮齿的弧长和在所述主动轮上布设轮齿的弧长根据所述从动轮的运动时间和停歇时间而定。

进一步，所述主动轮布设有轮齿的弧长为所述从动轮圆周长1/6，使得所述主动轮每转动360度，带动所述从动轮转动60度。

进一步，所述从动轮上安装有限位件，所述上安装板上设置有限位槽，所述限位件的头端位于所述限位槽内，所述限位件随所述从动轮的转动而在所述限位槽内滑动。

进一步，所述限位槽的形状与所述限位件的滑动轨迹相适配。

进一步，所述蜗杆的前端设置有轴伸，所述轴伸为六方轴，当所述电机不通电时，通过操作手柄带动所述蜗杆旋转，以实现手动控制。

进一步，所述操作机构还包括：

主动锥齿轮，与所述从动轮同轴设置，所述主动锥齿轮和所述从动轮均与一转动轴连接，所述从动轮通过所述转动轴带动所述主动锥齿轮转动；

从动锥齿轮，与所述主动锥齿轮相啮合，并在所述主动锥齿轮的带动下转动；

辅助开关传动轴，与所述从动锥齿轮连接，且在所述从动锥齿轮的带动下转动；

传动拐臂，与所述辅助开关传动轴固定连接，随所述辅助开关传动轴的转动而转动；

辅助开关模块，通过四连杆机构连接所述传动拐臂，并在所述传动拐臂的带动下转动。

进一步，所述辅助开关模块上连接有一指示牌，所述指示牌上设置有至少两个不同颜色的指示灯，所述辅助开关模块和所述指示牌同轴设置，所述辅助开关模块转动实现通断的过程中，带动所述指示牌转动，使所述指示牌指示三工位开关对应工作位置的指示灯转动至指定位置。

进一步，所述操作机构还包括：

限位板，与所述连接轴连接，且可绕所述连接轴转动；

微动开关，与所述电机电连接，用于控制所述电机的启动和关闭；

当所述微动开关未按下时，所述微动开关的压柄压住所述限位板；当所述微动开关按下时，所述压柄弹开，所述限位板脱离所述微动开关，所述限位板绕所述连接轴转动一周后再与所述微动开关接触，使微动开关产生一电流或电压脉冲，用于启动或关闭所述电机。

进一步，所述第一传动机构包括电机齿轮和传动齿轮，所述电机齿轮与所述电机的输出轴连接，所述传动齿轮与所述电机齿轮啮合，所述传动齿轮与所述蜗杆同轴设置，所述电机驱动所述电机齿轮转动，所述电机齿轮带动所述传动齿轮转动，所述传动齿轮驱动所述蜗杆转动，所述蜗杆带动所述涡轮转动。

本公开另提供一种三工位开关，包括外壳、设置在所述外壳内的开关本体和上述操作机构，所述操作机构与所述开关本体的输入轴连接，以带动所述开关本体运动，实现三工位开关的合闸、隔离或接地的位置切换。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开的操作机构包括电机、第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构以及输出齿轮。第一传动机构与电机相连，在电机的驱动下实现转动。第二传动机构与第一传动机构传动连接，第一传动机构带动第二传动机构转动，第二传动机构与一连接轴连接，该第二传动机构转动时带动该连接轴转动。第三传动机构与该连接轴连接，该连接轴转动时带动第三传动机构转动。输出齿轮与第三传动机构传动连接，第三传动机构转动时带动输出齿轮转动，输出齿轮带动三工位开关的开关本体运动，以实现三工位开关的工作位置的切换。第一传动机构带动第二传动机构转动，第二传动机构带动第三传动机构转动，第三传动机构带动输出齿轮转动，通过三级传动，实现开关本体的运动。并且，第一传动机构和第二传动机构安装在上安装板上，第三传动机构安装在下安装板上。第二传动机构和第三传动机构同轴设置，通过连接上安装板和下安装板的连接轴实现传动。如此，第一传动机构、第二传动机构和第三传动机构分成两层布置，并通过连接轴实现上下两层传动机构的传动，使得该操作机构的结构紧凑，体积小，从而实现产品小型化，适应于现代高压配电设备小型化发展的需求。

本公开的三工位开关包括外壳、设置在该外壳内的开关本体和上述操作机构，所述操作机构与所述开关本体的输入轴连接，以带动所述开关本体运动，实现三工位开关的合闸、隔离或接地的位置切换。该三工位开关通过采用上述操作机构，减小了体积，有利于产品的小型化，适应于现代高压配电设备小型化发展的需求。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本公开操作机构的主视图。

图2为本公开操作机构侧视图。

图3为图1中A-A的剖视图。

图4为图2中B-B的剖视图。

图5为本公开的操作机构安装在三工位开关的外壳内的立体结构示意图。

图6为三工位开关处于隔离位置时，操作机构的从动轮与主动轮相配合的结构示意图。

图7为三工位开关处于合闸位置时，操作机构的从动轮与主动轮相配合的结构示意图。

图8为三工位开关处于接地位置时，操作机构的从动轮与主动轮相配合的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步说明本公开的原理和结构，现结合附图对本公开的优选实施例进行详细说明。

本公开提供一种操作机构，该操作机构可适用于三工位开关，特别是用于 110kV气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的三工位开关。具体的，结合图1至图4所示，图1为本公开操作机构的主视图，图2为本公开操作机构侧视图，图3为图1中A-A的剖视图，图4为图2中B-B的剖视图，操作机构100包括电机10、第一传动机构20、第二传动机构30、第三传动机构40和输出齿轮50。该电机10与第一传动机构20相连，并在该电机10的驱动下实现转动。第二传动机构30与第一传动机构20传动连接，第一传动机构20带动第二传动机构30 转动，第二传动机构30设置在一连接轴60上，第二传动机构30转动时带动连接轴60转动。第三传动机构40与连接轴60连接，使得连接轴60转动时带动第三传动机构40转动。输出齿轮50与第三传动机构40传动连接，第三传动机构40转动时带动输出齿轮50转动。其中，第一传动机构20和第二传动机构30 安装在上安装板101上，电机10和第三传动机构40安装在下安装板102上。

结合图5所示，其为本公开的操作机构安装在三工位开关的外壳内的立体结构示意图，三工位开关1包括上述操作机构100、开关本体200和外壳300，操作机构100和开关本体200安装在外壳300内。操作机构的输出齿轮40与开关本体200的输入轴相连接，从而带动该开关本体200运动，实现三工位开关的合闸、隔离或接地的位置切换，或实现隔离或接地开关的分闸、合闸功能。

其中，该三工位开关1可以是用于110kV气体绝缘金属封闭开关设备(GIS) 的三工位开关。该三工位开关1整合了隔离开关和接地开关两者的功能。开关本体200内设置有动触点、静触点和接地触点，该三工位开关1的合闸、隔离和接地通过移动动触头来完成，如此，可以实现机械闭锁，防止主回路带电合地刀。

第一传动机构20带动第二传动机构30转动，第二传动机构30带动第三传动机构40转动，第三传动机构40带动输出齿轮50转动，通过三级传动，实现开关本体200的运动。并且，第一传动机构20和第二传动机构30安装在上安装板101上，第三传动机构40安装在下安装板102上。第二传动机构30和第三传动机构40同轴设置，且通过连接上安装板101和下安装板102的连接轴60 实现传动。如此，第一传动机构20、第二传动机构30和第三传动机构40分成两层布置，并通过连接轴60实现上下两层传动机构的传动，使得该操作机构100 的结构紧凑，体积小，从而实现产品小型化，适应于现代高压配电设备小型化发展的需求。

具体，如图1所示，第一传动机构20包括电机齿轮21和传动齿轮22，电机齿轮21与电机10的输出轴连接，电机齿轮21和传动齿轮22相啮合。第二传动机构30包括蜗杆31和涡轮32，涡轮32与蜗杆31相啮合。传动齿轮22与蜗杆31同轴设置。更具体而言，传动齿轮22直接套设在蜗杆31的一端，在传动齿轮22转动时，带动蜗杆31转动。电机10驱动电机齿轮21转动，电机齿轮21带动传动齿轮22转动，传动齿轮22带动蜗杆31转动，蜗杆31带动涡轮 32转动。

在此需说明的是，第二传动机构20的电机齿轮21和传动齿轮22可以用锥齿轮或直齿轮等传动机构代替。

如图3和图4所示，第三传动机构40包括主动轮41和与该主动轮41啮合的从动轮42，从动轮42与输出齿轮50相啮合。主动轮41与涡轮32同轴设置且通过连接轴60实现同轴转动。连接轴60贯穿上安装板101，其一端插入至下安装板102的凹槽中，使连接轴60的该端限制在该下安装板102的凹槽中，且可在该凹槽中转动。该连接轴60的另一端通过螺栓或螺钉固定在涡轮32上，使得涡轮32转动时，该连接轴60随该涡轮32绕自身的中心轴旋转。进而使得固定在连接轴60的主动轮41转动。主动轮41转动，带动与其啮合的从动轮42 转动，进而从动轮42带动输出齿轮50转动。

第一传动机构20、第二传动机构30和第三传动机构40通过齿轮与齿轮之间的啮合或涡轮蜗杆之间的啮合实现输出齿轮50的转动，相对于传统采用丝杆螺母的传动方式而言，本公开的传动机构简化了结构，占地空间小，易于装配，制造成本和装配成本大大减小。

主动轮41的外周边缘上设置有逆止弧411和轮齿412。相应的，从动轮42 的外周边缘上设置有逆止弧421和轮齿422。当主动轮41的逆止弧411与从动轮42上的逆止弧421相配合时，从动轮42停止转动，并锁定在指定位置，主动轮41继续转动，当主动轮41的轮齿412与从动轮42的轮齿422相啮合时，主动轮41带动从动轮42转动。

从动轮42上间隔设置有三段逆止弧421，分别对应于三工位开关的合闸位置、隔离位置和接地位置。任两段逆止弧421之间设置轮齿422。主动轮41上设置有一段逆止弧411和一段轮齿412。在从动轮42上布设轮齿的弧长和在主动轮41上布设轮齿的弧长根据从动轮42的运动时间和停歇时间而定。具体的，在加工该从动轮42和主动轮41时，先根据从动轮42的运动时间和停歇时间，在主动轮41和从动轮42上加工出相啮合的轮齿，再将其余部分加工为逆止弧。

从动轮42的半径大于主动轮41的半径。主动轮41布设有轮齿412的弧长为从动轮41圆周长的1/6，使得主动轮41每转动360度，带动从动轮42转动 60度。

结合图6至图8所示，图6至图8分别示出了三工位开关处于隔离位置、合闸位置和接地位置时，操作机构的从动轮和主动轮相配合的结构示意图，当主动轮41带动从动轮42转动至从动轮42的逆止弧421的位置时，从动轮42 停止，主动轮41的逆止弧411与从动轮41的逆止弧相互配合锁住，使从动轮 41停歇在指定位置，驱使三工位开关可靠保持在合闸位置、隔离位置和接地位置对应的工作位置处。

主动轮41的逆止弧411的形状与该主动轮41的外周轮廓相似，从动轮42 的逆止弧421向从动轮42的中心轴方向凹陷，使得主动轮41的凸起的逆止弧 411刚好陷入从动轮42凹陷的逆止弧421中，实现配合。

具体的，如图6所示，三工位开关处于隔离位置，从动轮41的第一个逆止弧421a与主动轮41的逆止弧411相配合，将三工位开工锁定在隔离位置，即三工位开关的动触点与接地触点、静触点隔离。主动轮41继续转动，待主动轮41 的轮齿412转动至与从动轮42的轮齿422相啮合时，从动轮42再次转动。当从动轮42转动至图7所示的第二个逆止弧421b时，从动轮42停止，从动轮41 的第二个逆止弧421b与主动轮41的逆止弧411配合,从动轮42在该第二个逆止弧421b处锁住，使三工位开工的动触点保持在合闸位置。电机10反转，主动轮41带动从动轮42反转，待主动轮41的逆止弧411再次与从动轮42的第一个逆止弧421a配合时，三工位开工的动触点再次停止在隔离位置。主动轮41 继续转动，待主动轮41的轮齿412转动至与从动轮42的轮齿422相啮合时，从动轮42再次转动，当从动轮42转动至图8所示的第三个逆止弧421c时，从动轮42停止，从动轮41的第三个逆止弧421c与主动轮41的逆止弧411相配合, 从动轮42在该第三个逆止弧421c处定位锁住，使三工位开工的动触点保持在接地位置。

由于从动轮42的三个逆止弧对应于三工位开关的三个工作位置(即，合闸位置、隔离位置和接地位置)，并且对应于隔离位置的第一个逆止弧412a设置另两个逆止弧的中间，因此，无论三工位开关是处于接地位置，还是处于合闸位置，均需通过隔离位置，才能切换至接地位置或合闸位置，因此，能够有效防止三工位出现两两同时连接的情况，可靠性好，能够防止误操作，从结构上实现机械联锁。

进一步，蜗杆31的前端设置有轴伸33。该轴伸33为六方轴，当电机10不通电时，通过操作手柄带动蜗杆31旋转，即可实现手动控制。

进一步，从动轮42上安装有限位件43，具体而言，该限位件43安装在第一个逆止弧421a处。结合图1所示，上安装板101上设置有限位槽1011，该限位件43的头端位于该限位槽1011内，且该限位件43随从动轮42的转动而在限位槽1011内滑动。该限位槽1011的形状与该限位件43的滑动轨迹相适配。具体的，该限位槽1011呈月牙状。具体的，该限位件43可以螺栓或螺钉。

此外，限位件43也可安装在第二个逆止弧421b或第三个逆止弧421c处，上安装板101上限位槽的位置也根据限位件43的安装位置而变化。

通过限位槽1011和限位件43的设置，能够防止手动误操作。

如图1和图3所示，操作机构100还包括主动锥齿轮71、从动锥齿轮72、辅助开关模块75、辅助开关传动轴73和传动拐臂74。

主动锥齿轮74与从动轮42同轴设置。主动锥齿轮71和从动轮42均与一转动轴77连接。转动轴77贯穿上安装板101，其一端插入至下安装板102的凹槽中，使转动轴77的该端限制在该下安装板102的凹槽中，且可在该凹槽中转动。该转动轴77的另一端通过螺栓或螺钉固定在主动锥齿轮74上，从动轮42 转动时，该转动轴77随该从动轮42绕自身的中心轴旋转。进而使得固定在转动轴77的主动锥齿轮74转动。

从动锥齿轮72与主动锥齿轮71相啮合，并在主动锥齿轮71的带动下转动。

辅助开关传动轴73与从动锥齿轮72连接。更具体而言，该从动锥齿轮72 直接套接并固定在该辅助开关传动轴73上。当从动锥齿轮72在主动锥齿轮71 的带动下转动时，辅助开关传动轴73在该从动锥齿轮72的带动下转动。

传动拐臂74与辅助开关传动轴73固定连接，从而使该传动拐臂74随辅助开关传动轴73的转动而转动。

辅助开关模块75通过四连杆机构连接传动拐臂74，使得传动拐臂74通过该四连杆机构驱动辅助开关模块75转动，从而实现辅助开关的通断。

该辅助开关模块75上连接有一指示牌76，该指示牌76为圆弧形结构，其上设置有至少两个不同颜色的指示灯。结合图2所示，例如，该指示牌76的区域761为红色指示灯区，区域762为绿色指示灯区，区域763为黄色指示灯区。不同颜色的指示灯用于表示三工位开关处于不同的工作状态。在实际应用中，指示牌76的外面罩一外壳，该外壳具有一显示窗，指示灯只有转动该显示窗所在的位置时，才被外界所看见。该辅助开关模块75和指示牌76同轴设置。该辅助开关模块75转动实现通断的过程中，带动该指示牌76转动，使指示牌76 与工作状态相对应的指示灯能够转动至相应位置，以通过外壳的显示窗向外显示。

进一步，操作机构100还包括限位板81和微动开关82。限位板81与连接轴60连接，通过连接轴60与涡轮32、主动轮41同轴设置。该限位板81可绕该连接轴60旋转。微动开关82与电机10电连接，用于控制电机10的启动和关闭。

当微动开关82未按下时，微动开关82的压柄821压住限位板81，限位板 81和限位板81不分离。当微动开关82按下时，微动开关82的压柄821弹开，限位板81脱离微动开关82，绕连接轴60转动一周后，再与微动开关82接触，使微动开关82产生一电流或电压脉冲，用于启动或关闭电机。通过该微动开关 82，实现该操作机构100的电动控制。

以上仅为本公开的较佳可行实施例，并非限制本公开的保护范围，凡运用本公开说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本公开的保护范围内。