一种电能表外置断路器及其自动分合闸机构的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种电能表外置断路器及其自动分合闸机构，其中自动分合闸机构包括驱动电机；由驱动电机驱动的蜗杆和与蜗杆配合的斜齿轮；斜齿轮包括绕轴转动至设定位置抵压脱扣针的第一凸起以及转动至设定位置触发位置开关的触发凸起；联动系统，与触头系统联动，斜齿轮单向驱动联动系统使触头系统合闸；电子线路板，包括控制该自动分合闸机构动作的控制器和与控制器电连接的位置开关。本技术方案中，其采用蜗杆与斜齿轮齿轮配合的传动方式，较现有技术中蜗轮与蜗杆之间的线接触，由于斜齿轮结构和蜗杆为点接触，从而传动摩擦力较小，提高了传动系统的传动效率和运动的稳定性。而且对蜗杆的中心线平面的精度要求低，降低了加工和安装难度。
【专利说明】
一种电能表外置断路器及其自动分合闸机构
技术领域
[0001]本发明涉及低压电器领域，具体地说涉及一种自动分合闸机构。本发明同时涉及一种电能表外置断路器。
【背景技术】
[0002]断路器是一种常见的低压电器，适用于线路的过载和短路保护之用，也可以在正常情况下作为线路的不频繁操作转换之用，主要用于工业、商业、高层和民用住宅等各种场所。
[0003]根据国家电网的要求，在预付费电表的线路中，电表的下端需安装智能断路器。该类型断路器在保有普通断路器功能的基础上，需当用户电表欠费时，智能断路器可以自动断开线路，只有当用户续费后，智能断路器能够自动分合闸，闭合电路，进行供电。
[0004]断路器通常包括驱动电机、传动系统、触头系统、脱扣系统以及控制系统。常见的具有重合闸功能的断路器使用的传动系统是锥齿轮与伞齿轮，锥齿轮的一端固定在驱动电机上，另一端成悬臂状，轴心不稳，影响机构传动效率。为此，中国授权公告号为CN102969209B专利公开了一种自动分合闸传动机构，其采用蜗轮蜗杆的配合代替常见的锥齿轮与伞齿轮的配合。该现有技术尽管没有前述的锥齿轮与伞齿轮的弊端，但仍具有一定的局限性。因为蜗轮与蜗杆是线接触，传动摩擦力大，从而导致传动效率低。并且现有技术对蜗轮中心线平面的精度要求高，提高了断路器的加工和安装难度以及制作成本。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种自动分合闸机构以解决现有技术中传动效率低，加工难度大，加工成本高的缺陷。
[0006]本发明还提供了一种电能表外置短路器以解决现有技术中传动效率低，加工难度大，加工成本高的缺陷。
[0007]本发明提供的一种用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，包括:
[0008]驱动电机；
[0009]传动系统，包括由所述驱动电机驱动的蜗杆和与所述蜗杆配合的斜齿轮；
[0010]斜齿轮，包括绕轴转动至设定位置抵压脱扣针使触头系统分闸的第一凸起，以及，转动至设定位置触发位置开关的触发凸起；
[0011 ]联动系统，与触头系统联动，所述斜齿轮单向驱动所述联动系统使触头系统合闸；
[0012]电子线路板，包括控制该自动分合闸机构动作的控制器和与所述控制器电连接的位置开关；
[0013]位置开关，包括分别对应合闸位置、初始位置和脱扣位置设置的第一位置开关、第二位置开关和第三位置开关。
[0014]可选的，所述联动系统包括转动件以及连接所述转动件和触头系统的传动轴，所述转动件设置有沿所述传动轴径向延伸的凸出块，所述斜齿轮上设置有与所述凸出块配合的推动凸起。
[0015]可选的，所述传动轴的截面为三条弧线首尾相连，三条弧线组成的三个角为圆角。
[0016]可选的，所述推动凸起设置于所述斜齿轮靠近所述转动件的一侧。
[0017]可选的，所述转动件靠近所述斜齿轮的一侧设置有与所述传动轴同轴的延伸轴，所述斜齿轮套设于所述延伸轴，绕所述延伸轴中轴线转动。
[0018]可选的，还包括壳体和设置于所述壳体的脱扣机构，所述第一凸起通过所述脱扣机构作用于脱扣针。
[0019]可选的，所述脱扣机构包括可转动安装于所述壳体的机构本体，所述机构本体上设置有与所述脱扣针配合的连接孔以及与所述第一凸起配合的作用面，所述第一凸起机构本体绕轴转动触发所述脱扣针。
[0020]可选的，所述推动凸起和所述第一凸起为同一结构。
[0021]可选的，所述斜齿轮包括用于触发所述第一位置开关和所述第二位置开关的第一触发凸起以及用于触发所述第三位置开关的第二触发凸起。
[0022]可选的，还包括壳体，所述壳体包括相对扣合的第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和所述第二壳体合围形成容置空间。
[0023]可选的，所述壳体圆形顶部具有平面缺口。
[0024]可选的，所述斜齿轮为金属结构。
[0025]可选的，包括一个指示灯，通过开、关以及闪烁频率标识断路器不同的状态信息。
[0026]本发明同时提供了一种电能表外置断路器，包括断路器本体和上述任一技术特征的用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，所述断路器本体包括:
[0027]触头系统，包括静触头和动触头；
[0028]脱扣系统，包括被抵压后触发该脱扣系统的脱扣针，该脱扣系统被触发后控制所述动触头和所述静触头分闸。
[0029]可选的，包括与联动系统同步的操作手柄。
[0030]本发明技术方案，具有如下优点:
[0031]1.本发明提供的一种用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，其采用蜗杆与斜齿轮齿轮配合的传动方式，较现有技术中蜗轮与蜗杆之间的线接触，本技术方案中，由于斜齿轮结构和蜗杆为点接触，从而传动摩擦力较小，提高了传动系统的传动效率和运动的稳定性。而且该技术方案对蜗杆的中心线平面的精度要求低，降低了加工和安装难度。
[0032]2.本发明提供的一种用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，其采用的传动轴，较现有技术中截面是三角形的联动轴，该技术方案中联动轴三弧线结构避免了三角形截面锐角对与之配合的零部件集中应力太大的现象，提高了传动轴和与之配合的零部件的使用寿命。
【附图说明】
[0033]为了更清楚地说明本发明【具体实施方式】或现有技术中的技术方案，下面将对【具体实施方式】或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1为本发明提供的一种电能表外置断路器立体结构示意图；
[0035]图2为如图1所示的电能表用外置断路器的自动分合闸机构立体结构示意图；
[0036]图3为如图2所示的自动分合闸机构移除第二壳体后的立体结构示意图；
[0037]图4为如图2所示的自动分合闸机构移除第二壳体和电子线路板后的立体结构示意图；
[0038]图5为图4所不的斜齿轮的立体结构不意图；
[0039]图6为图4所示的转动件的立体结构示意图；
[0040]图7为如图2所示的自动分合闸机构移除壳体后的立体结构示意图；
[0041 ]图8为如图7所示的脱扣机构立体结构示意图；
[0042]图9为如图1所示的电能表用外置断路器移去第二壳体和内件后的立体结构示意图；
[0043]图10为如图7所示的传动轴；
[0044]图11为如图2所示的第二壳体的立体结构示意图；
[0045]图12为无费时，斜齿轮在初始位置，断路器分闸时的状态示意图；
[0046]图13与图12是同一个状态，是从相反方向观察的状态示意图；
[0047]图14为无费变有费时，斜齿轮在合闸位置，断路器合闸时的状态示意图；
[0048]图15与图14是同一个状态，是从相反方向观察的状态示意图；
[0049]图16为有费时，斜齿轮退回至初始位置，断路器触头合闸时的状态示意图；
[0050]图17与图16是同一个状态，是从相反方向观察的状态示意图；
[0051]图18为有费时，斜齿轮退回至初始位置，断路器分闸时的状态示意图；
[0052]图19与图18是同一个状态，是从相反方向观察的状态示意图；
[0053]图20为有费变无费时，斜齿轮进一步退至脱扣位置，断路器分闸时的状态示意图；
[0054]图21与图20是同一个状态，是从相反方向观察的状态示意图。
[0055]附图标记说明:
[0056]1-断路器本体、111-单片断路器、13-进线端、14-出线端、2-自动分合闸机构、3-操作手柄、31-手柄孔、4-壳体、41-第一壳体、412-脱扣孔、413-伸出轴、414-第一过线孔、415-第二过线孔、42-第二壳体、421-第一轴孔、43-信号开口、44_推钮开口、45_指示灯开口、5_电子线路板、51-第一位置开关、52-第二位置开关、53-第三位置开关、54-推钮开关、55-指示灯、56-信号接口、57-进线合线、58-出线合线、59-单片机、6-驱动电机、7-金属齿轮减速机构、71-输出轴、8-蜗杆、9-斜齿轮、91-第一凸起、92-第一触发凸起、93-第二触发凸起、94-第一轴孔、10-转动件、101-凸出块、102-延伸轴、103-传动轴孔、11-传动轴、12-脱扣机构、121-脱扣针、122-转动轴孔。
【具体实施方式】
[0057]下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0058]图1至图11示出了本发明提供的一种电能表外置断路器实施例。
[0059]从图1可以看出，该电能表外置断路器包括断路器本体I和自动分合闸机构2。其中，断路器本体I包括四个单片断路器111，单片断路器111可以是L极，也可以是N极。单片断路器111设置有用于使用者手动操作的操作手柄3，单片断路器111右边为进线端13，使用时连接到电源线；左边为出线端14，使用时连接到负载。此处，断路器本体I包括的单片断路器111的数目可根据实际需求确定，不局限于本实施例中的四个。
[0060]请参考图2、图3和图4，自动分合闸机构2包括壳体4。壳体4内设有电子线路板5、驱动电机6、金属齿轮减速机构7、传动系统、联动系统、脱扣机构12、第一位置开关51、第二位置开关52和第三位置开关53。其中，传动系统包括蜗杆8和与蜗杆8配合的斜齿轮9，联动系统包括转动件10和传动轴11。
[0061]如图4所示，驱动电机6与金属齿轮减速机构7安装在壳体4上，驱动电机6主轴与金属齿轮减速机构7的输入轴相连。通过该金属齿轮减速机构7实现驱动电机6的第一次减速。蜗杆8套设安装于金属齿轮减速机7的输出轴71上，蜗杆8驱动斜齿轮9绕轴转动。蜗杆8和斜齿轮9的配合实现驱动电机6的第二次减速。
[0062]较现有技术蜗轮蜗杆的线接触配合，本技术方案中，蜗杆8和斜齿轮9为点接触配合，从而使得两者传动摩擦力更小，提高了传动系统的传动效率和运动的稳定性。并且，蜗杆8和斜齿轮9的配合对蜗杆8的中心线平面的精度要求较低，降低了加工和安装难度。
[0063]作为优选的实施方式，蜗杆8和斜齿轮9为金属结构。较现有技术常见的塑料结构，金属结构具有工作寿命长，运行可靠等优点。
[0064]请参考图6，转动件10包括凸出块101、延伸轴102、传动轴孔103。转动件10的传动轴孔103套在传动轴11上，传动轴11的另一端插入操作手柄3的手柄孔31中。延伸轴101与转动件10同轴。凸出块101延伸方向为转动件10的径向方向，也即传动轴11的径向方向。从图5中可以看出，斜齿轮9有一个第二轴孔94，斜齿轮9的第二轴孔94套设在转动件10的延伸轴102上，延伸轴102的一端设置于壳体4。
[0065]斜齿轮9与转动件10同轴，斜齿轮9围绕转动件10的延伸轴102转动。传动轴11同时与转动件10、操作手柄3和断路器本体I中的触头系统连接，从而实现传动轴11、转动件10、操作手柄3和触头系统的同步联动。
[0066]如图10所示，传动轴11的截面由三条弧线组成，三条弧线组成的三个角上是圆角。该技术方案中的传动轴11避免了三角形截面锐角对与之配合的零部件集中应力太大的现象，在保证了连接要求的基础上，提高了传动轴11和与之相配合的零部件的使用寿命。
[0067]如图4、图5和图7所示，斜齿轮9包括设置于靠近转动件10侧面的推动凸起。当驱动电机6正转至设定位置时，推动凸起推动转动件10的凸出块101，使转动件10转动，同时使传动轴11和操作手柄3同步转动，从而使触头系统合闸，即动触头和静触头闭合。当驱动电机6反转至设定角度时，推动凸起抵压脱扣机构12，使断路器本体I脱扣，从而使触头系统分闸，即动触头和静触头分离。需说明的是，本文中正转和反转仅表明某个零部件两次转动的转动方向相反，而不表示其实际转动方向。
[0068]斜齿轮9还包括用于触发第一位置开关51和第二位置开关52的第一触发凸起92以及用于触发第三位置开关53的第二触发凸起93。通过触发位置开关(第一位置开关51、第二位置开关52和第三位置开关53的统称)向电子线路板5上的单片机59反馈操作手柄3位置和断路器分合状态信息，从而控制驱动电机5正转、反转或停止。
[0069]如图1和图2所示，壳体4的圆形顶部具有平面缺口，即在圆头的基础上切去一块。如此设计可降低该电能表外置断路器对安装空间的要求。壳体上设置有信号线开口 43、推钮开口 42和指示灯开口 45。壳体4包括相对扣合的第一壳体41和第二壳体42。第一壳体41和第二壳体42形成容置空间，该容置空间内放置有机械机构和电子元器件。
[0070]如图1和图9所示，第一壳体41对应断路器的脱扣位置有一个月亮形的脱扣孔412，脱扣针121自该脱扣孔412伸入该自动分合闸机构的容置空间中。脱扣孔412边有一个圆柱形的伸出轴413，伸出轴413与月亮形脱扣孔412的一个弧边同圆心。
[0071]请参考图8和图9，脱扣机构12包括可转动安装于壳体4的机构本体，机构本体上设置有转动轴孔122和连接孔。连接孔与断路器本体I的脱扣针121配合。转动轴孔122套设安装于第一壳体41的伸出轴413上。该机构本体还包括与第一凸起91配合的作用面。斜齿轮9转动至设定位置时，设置于斜齿轮9上的第一凸起91驱动脱扣机构12绕伸出轴413转动，从而实现对脱扣针121的作用，进而触发断路器本体I脱扣。
[0072]本实施例中，第一凸起91和推动凸起为同一结构。
[0073]第一壳体41还设置有第一过线孔414和第二过线孔415，第一过线孔414通过焊接在断路器本体的进线端13的电线，第二过线孔415通过焊接在断路器本体的出线端14的电线。如图11所示，第二壳体42设置有第一轴孔421。延伸轴102设置于该第一轴孔421中。
[0074]如图3所示，电子线路板5对应合闸位置、初始位置和脱扣位置设置分别设置有第一位置开关51、第二位置开关52和第三位置开关53，位置开关为机械式，三个位置开关按圆周排列，三个位置开关的尖头方向都背向圆心。
[0075]如图1、图2、图3和图7所示，电子线路板5设置有推钮开关54，推钮开关54焊接在电子线路板5上，其推钮开关54的正面对准壳体4的推钮开口 44，推钮开关54最外端不超过壳体4的外表面。
[0076]电子线路板5设置有指示灯55，指示灯55焊接在电子线路板5上，对准壳体4的指示灯开口 45;指示灯55的开、关以及闪烁频率标识断路器不同的状态信息。
[0077]电子线路板5设置有信号接口56，信号接口 56焊接在电子线路板5上，对准壳体的信号开口 45。通过该信号接口 56实现该电能表外置断路器与上层控制网络的通信。
[0078]电子线路板5设置有三条进线最后汇集到57，同时设置有三条的出线58，进线57和出线58都焊接在电子线路板5上，进线57通过第一壳体41的第一过线孔414与断路器本体I各极的进线端13相连接，出线58通过第一壳体41的第二过线孔415与断路器本体I各极的出线端14相连接。
[0079]电子线路板5设置有控制自动分合闸机构工作的控制器，本实施例中，控制器为单片机59，单片机59可写入软件指令。
[0080]图12至图21示出了本发明提供的电能表外置断路器的工作原理。
[0081]如图12所示，该电能表外置断路器处于开机初始状态，此时的费控信号是无费，触头系统处于分闸状态，脱扣机构12处于断路器断开状态，斜齿轮9的第一触发凸起92处于第二位置开关52位置。如图13所示，斜齿轮9的第一凸起91没有碰到转动件10的凸出块101。
[0082]若此时，费控信号从无费变为有费，驱动电机6正转，斜齿轮9和第一凸起91，拔动转动件的10的凸出块101，从图13的原始位置按顺时针方向转动，因操作手柄3、转动件10是通过传动轴11连接在一起的，此时操作手柄3也按顺时针方向转动，此时，电能表外置断路器进行了自动合闸动作，最终使动触头和静触头闭合。
[0083]如图14所示，操作手柄3处于动触头和静触头闭合状态，脱扣机构12处于电能表外置断路器闭合状态。斜齿轮9的第二触发凸起92处于第一位置开关51位置。如图15所示，斜齿轮9的第一凸起91还是紧贴着转动件10的凸出块101，此时第一位置开关51会对单片机59反馈信息:动触头和静触头已经闭合到位。此时，单片机59发指令控制驱动电机6停止正转。此种状态下，斜齿轮9的第一凸起91可能阻止电能表外置断路器的手动分闸、短路跳闸等功能，所以此时单片机59立即发指令控制驱动电机6反转，此时斜齿轮9从图15的状态逆时针方向转动，但转动件10和操作手柄3并没有跟着转动，仍旧保持动触头和静触头闭合状态。
[0084]如图16和图17，当斜齿轮9的第一触发凸起92拔动第二位置开关52时，单片机59发指令让驱动电机6停止反转，此时动触头和静触头是闭合的，但没有手动分闸和短路跳闸的限制。此时使用者可以通过控制操作手柄3实现分合闸。
[0085]图18和图19则是在有费的情况下，电能表外置断路器通过手动分闸和短路跳闸的情况下进行的分闸。此时的斜齿轮9的位置与图16和图17的状态是相同的，也与初始状态的位置是相同的。
[0086]当电能表外置断路器接收到无费信号时，单片机发出指令让驱动电机6进一步反转，斜齿轮9按图19的逆时针方向转动，第一凸起91撞击脱扣机构12，触头系统分闸，到斜齿轮的第三拔块拔动第三位置开关53，驱动电机停止转动，如图20和图21所示。
[0087]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【主权项】
1.一种用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，其特征在于，包括: 驱动电机(6); 传动系统，包括由所述驱动电机(6)驱动的蜗杆(8)和与所述蜗杆(8)配合的斜齿轮(9)； 斜齿轮(9)，包括绕轴转动至设定位置抵压脱扣针(121)使触头系统分闸的第一凸起(91)，以及，转动至设定位置触发位置开关(51、52、53)的触发凸起(92、93); 联动系统，与触头系统联动，所述斜齿轮(9)单向驱动所述联动系统使触头系统合闸；电子线路板(5)，包括控制该自动分合闸机构动作的控制器和与所述控制器电连接的位置开关(51、52、53); 位置开关，包括分别对应合闸位置、初始位置和脱扣位置设置的第一位置开关(51)、第二位置开关(52)和第三位置开关(53)。2.根据权利要求1所述的用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，其特征在于:所述联动系统包括转动件(10)以及连接所述转动件(10)和触头系统的传动轴(11)，所述转动件(10)设置有沿所述传动轴(11)径向延伸的凸出块(101)，所述斜齿轮(9)上设置有与所述凸出块(10)配合的推动凸起。3.根据权利要求2所述的用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，其特征在于:所述传动轴(11)的截面为三条弧线首尾相连，三条弧线组成的三个角为圆角。4.根据权利要求2所述的用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，其特征在于:所述推动凸起设置于所述斜齿轮(9)靠近所述转动件(1)的一侧。5.根据权利要求2所述的用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，其特征在于:所述转动件(10)靠近所述斜齿轮(9)的一侧设置有与所述传动轴(11)同轴的延伸轴(102)，所述斜齿轮(9)套设于所述延伸轴(102)，绕所述延伸轴(102)中轴线转动。6.根据权利要求1所述的用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，其特征在于:还包括壳体(4)和设置于所述壳体(4)的脱扣机构(12)，所述第一凸起(91)通过所述脱扣机构(12)作用于脱扣针(121)。7.根据权利要求6所述的用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，其特征在于:所述脱扣机构(12)包括可转动安装于所述壳体(4)的机构本体，所述机构本体上设置有与所述脱扣针(121)配合的连接孔以及与所述第一凸起(91)配合的作用面，所述第一凸起机构本体绕轴转动触发所述脱扣针(121)。8.根据权利要求1至7任一项所述的用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，其特征在于:所述推动凸起和所述第一凸起(91)为同一结构。9.根据权利要求1所述的用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，其特征在于:所述斜齿轮(9)包括用于触发所述第一位置开关(51)和所述第二位置开关(52)的第一触发凸起(92)以及用于触发所述第三位置开关(53)的第二触发凸起(93)。10.根据权利要求1所述的用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，其特征在于:还包括壳体(4)，所述壳体(4)包括相对扣合的第一壳体(41)和第二壳体(42)，所述第一壳体(41)和所述第二壳体(42)合围形成容置空间。11.根据权利要求10所述的用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，其特征在于:所述壳体(4)圆形顶部具有平面缺口。12.根据权利要求1所述的用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，其特征在于:所述斜齿轮为金属结构。13.根据权利要求6所述的用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，其特征在于:包括一个指示灯，通过开、关以及闪烁频率标识断路器不同的状态信息。14.一种电能表外置断路器，其特征在于:包括断路器本体(I)和根据权利要求1-13任一项所述的用于电能表外置断路器的自动分合闸机构，所述断路器本体(I)包括: 触头系统，包括静触头和动触头； 脱扣系统，包括被抵压后触发该脱扣系统的脱扣针(121)，该脱扣系统被触发后控制所述动触头和所述静触头分闸。15.根据权利要求14所述的电能表外置断路器，其特征在于:包括与联动系统同步的操作手柄(3)。
【文档编号】H01H71/70GK106057597SQ201610656524
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月11日 公开号201610656524.5, CN 106057597 A, CN 106057597A, CN 201610656524, CN-A-106057597, CN106057597 A, CN106057597A, CN201610656524, CN201610656524.5
【发明人】金国芹, 包海龙, 郑峰, 钱云富
【申请人】浙江思创电力科技股份有限公司