电能表外置断路器及电动操作机构的制作方法
【专利摘要】一种电能表外置断路器，包括断路器和电动操作单元，断路器的与电动操作单元通过转轴传动，其中的电动操作单元包括电机、齿轮组和拨动齿轮，电机通过齿轮组与拨动齿轮啮合传动，拨动齿轮与转轴配合而使断路器合闸，所述拨动齿轮的两侧面分别设有凸部，转轴上设有相配合的拨杆，拨动齿轮两侧面的凸部先后与转轴的拨杆配合使转轴先加速突变后减速而实现断路器合闸。本发明合闸过程中，电动操作机构的两次变速配合断路器合闸过程中的受力情况实现了柔性控制和快速合闸功能，提高产品的电气寿命。
【专利说明】
电能表外置断路器及电动操作机构
技术领域
[0001]本发明公开一种电能表外置断路器及电动操作机构，按国际专利分类表(IPC)划分属于低压电器制造技术领域。
【背景技术】
[0002]电能表外置断路器是配合智能电能表实现智能费控功能的关键器件，额定电流相对较大(>60A)的智能电能表一般采用外置断路器的方式来实现各种费控功能，以符合国家电网技术规范(Q/GDW11421-2015)和南方电网技术规范要求。电能表外置断路器实现的方式一般为:采用断路器+电动操作机构+控制电路板，电动操作机构带动断路器手柄及脱扣机构使动静触点闭合或分开而实现合分闸，合闸过程是电机带动齿轮组与手柄转轴齿轮啮合实现，如中国文献CN 104795260 A公开一种电能表外置断路器，包括与若干极小型断路器的手柄联动的电动合闸机构，所述的电动合闸机构包括平面竖齿从动轮、伞形主动轮及电机，该平面竖齿从动轮通过传动轴与若干极小型断路器的手柄联动。断路器合闸过程为匀速状态，在合闸(动静触点闭合)瞬间，严重影响到产品电气寿命，另外，动静触点从开始闭合到完全闭合，手柄转轴转速保持不变，对电机的冲击力大。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明提供了一种电能表外置断路器及电动操作机构，通过改变断路器手柄转轴的转速实现快速合闸和柔性控制，有效提高产品的电气寿命。
[0004]为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的:
一种电能表外置断路器电动操作机构，包括电机、齿轮组和拨动齿轮，电机通过齿轮组与拨动齿轮啮合传动，拨动齿轮与转轴配合而使断路器合闸，所述拨动齿轮的两侧面分别设有凸部，转轴上设有相配合的拨杆，拨动齿轮两侧面的凸部先后与转轴的拨杆配合使转轴先加速突变后减速而实现断路器合闸。
[0005]进一步，所述拨动齿轮的正面设有第一凸部和第二凸部，转轴上设有上拨杆，第一凸部和第二凸部依次与上拨杆作用使转轴加速突变带动断路器快速合闸，拨动齿轮的背面设有第三凸部，转轴上设有相配合的下拨杆，拨动齿轮的第三凸部推动下拨杆及转轴继续转动，此时，转轴速度减速突变而完成断路器合闸。
[0006]进一步，所述拨动齿轮上第一凸部所在齿轮半径Rl，第二凸部所在齿轮半径R2，第三凸部所在齿轮半径R3，其中Rl <R2，R3〈R2。
[0007]进一步，所述拨动齿轮上第一凸部处Rl与第二凸部处R2形成夹角α，其中0°〈α〈90。。
[0008]进一步，所述转轴上的上拨杆和下拨杆具有一定角度，上拨杆与拨动齿轮正面的两凸部先后作用，实现快速合闸，下拨杆承接与拨动齿轮背面的凸部作用实现柔性控制。
[0009]进一步，所述拨动齿轮上的第一凸部和第二凸部连接形成连接体或第一凸部和第二凸部不连接形成分开的作用点。
[0010]进一步，所述拨动齿轮的背面设有斜面凸起，该斜面凸起推动脱扣推杆使断路器分闸。
[0011]进一步，所述的拨动齿轮背面设有磁钢安装孔用于容置磁钢，该磁钢与电动操作机构一侧线路板上的一个以上霍尔元件配合定位。
[0012]进一步，所述拨动齿轮的斜面凸起与拨动齿轮上的第三凸部连接形成凸台，凸台上设有磁钢安装孔。
[0013]—种电能表外置断路器，包括上述的电能表外置断路器电动操作机构。
[0014]本发明通过拨动齿轮两侧面设有的凸部分别与合闸转轴上的拨杆配合实现先增速后减速的合闸行程，分闸时通过拨动齿轮的斜面凸起碰触推杆脱扣完成。本发明合闸过程中，电动操作机构的两次变速配合断路器合闸过程中的受力情况实现了柔性控制和快速合丨同功能，提尚广品的电气寿命。
【附图说明】
[0015]图1是本发明断路器示意图。
[0016]图2是本发明电动操作模块示意图。
[0017]图3是本发明实施例示意图。
[0018]图4是本发明实施例另一不意图。
[0019]图5是拨动齿轮正面示意图。
[0020]图6是拨动齿轮背面示意图。
[0021]图7是本发明断路器电操合闸速度曲线图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作进一步说明:
实施例:随着智能电网建设的推进，电能表费控系统作为量大面广的基础，受到国家电网公司和南网电网公司的重视。为进一步提高电能表费控系统的可靠性，确保电力系统智能管理、智能服务的安全稳定运行，国家电网公司和南方电网公司分别制定了《电能表外置断路器技术规范》，本发明是依据此规范研发而成。
[0023]本发明电能表外置断路器基本功能有:可靠实现欠费自动分闸断电，用户不能合闸，缴费自动合闸续电，用户可以自由分合闸，同时可精准反馈合闸、分闸脱扣、离合三种状态信号。
[0024]请参照图1至图6，一种电能表外置断路器，包括断路器A和电动操作单元B，断路器A的与电动操作单元B通过内轴传动，所述内轴为转轴，该转轴带动断路器手柄实现合闸作业，保证了断路器分合闸的同步性、一致性和可靠性。电动操作单元B是由壳体BI和壳体内电动操作机构、及线路板B2组成。电动操作机构即为电能表外置断路器电动操作机构100，包括电机或直流电机1、齿轮组2和拨动齿轮3，电机I通过齿轮组2与拨动齿轮3啮合传动，拨动齿轮3与转轴4配合而使断路器合闸，拨动齿轮3的两侧面分别设有凸部，转轴4上设有相配合的拨杆，拨动齿轮两侧面的凸部先后与转轴的拨杆配合使转轴先加速突变后减速而实现断路器合闸。拨动齿轮3的正面设有第一凸部301和第二凸部302，转轴4上设有上拨杆41，第一凸部301和第二凸部302依次与上拨杆41作用使转轴4加速突变带动断路器快速合闸，拨动齿轮3的背面设有第三凸部303，转轴4上设有相配合的下拨杆42，拨动齿轮3的第三凸部303推动下拨杆42及转轴4继续转动，此时，转轴4速度减速突变而完成断路器合闸。拨动齿轮3上第一凸部301中心所在齿轮半径Rl，第二凸部302中心所在齿轮半径R2，第三凸部303中心所在齿轮半径R3，其中R1〈R2，R3〈R2。拨动齿轮3上第一凸部处Rl与第二凸部处R2形成夹角α，其中0° <α〈90°。本发明拨动齿轮3上的第一凸部和第二凸部连接形成连接体或第一凸部和第二凸部不连接形成分开的作用点。本发明转轴上的上拨杆41和下拨杆42具有一定角度，上拨杆41与拨动齿轮3正面的两凸部先后作用，实现快速合闸，下拨杆42承接与拨动齿轮背面的凸部作用实现柔性控制，上拨杆和下拨杆可以一体成型，也可以分开成型生产后按设定要求组装在转轴上。本发明拨动齿轮3的背面还设有斜面凸起304，该斜面凸起304推动脱扣推杆5使断路器分闸，斜面凸起304与第三凸部303连接形成凸台或不连接。当斜面凸起与第三凸部连接形成凸台时，在凸台上设有磁钢安装孔305用于容置磁钢，该磁钢与电动操作机构一侧线路板Β2上的一个以上霍尔元件配合定位，可以是3个或更多个霍尔元件。当斜面凸起与第三凸部不连接时，也可以直接在拨动齿轮背面上设有磁钢安装孔以固定磁钢以与相配合的磁感应元件精准定位，方便电路实现。
[0025]本发明电能表外置断路器工作如下:
1、电表给出合闸信号，电动操作机构100带动断路器A合闸；
2、断路器A合闸后，电机I反转，回到初始位置；
3、此时用户处在未欠费状态，可以自由合分闸；
4、用户欠费，电表给出分闸信号，电动操作机构100推动脱扣连杆(推杆5)分闸；
5、用户欠费，手动合闸，断路器不能闭合。
[0026]本发明电能表外置断路器电动操作机构技术方案:
1、直流电机I与蜗杆固定连接，蜗杆带动一级齿轮21转动；
2、一级齿轮21上有上下两层齿轮，一级齿轮带动二级齿轮转动；
3、二级齿轮22上也有上下两层齿轮，二级齿轮带动三级齿轮即拨动齿轮转动；
4、三级齿轮即拨动齿轮3正反面(正背面)各有不同凸起，正面凸起设有两个与转轴碰撞的凸起点，两个凸起点可以是连接的，也可以是不连接的，背面设置一个凸起点、一个斜面凸起、一个磁钢安装孔；
5、转轴4上设置两个拨杆41、42；
6、在合闸过程中，三级齿轮(拨动齿轮3)上表面(正面)的一个凸起点(第一凸部)推动转轴的上拨杆转动，从而带动转轴4运动，紧接着，三级齿轮上表面的另一个凸起点(第二凸部)推动转轴的上拨杆转动，此时由于两个凸起点在三级齿轮上的转动半径不一样(半径加长)，接触转轴上的转动半径也不一样(半径减短)，齿轮3上和转轴4上的半径变化叠加，转轴上的速度发生突变(增加)，带动断路器快速合闸(断路器动静触点快速闭合)，提高产品的电气寿命;动静触点闭合后，三级齿轮下表面(背面)的凸起点(第三凸部)推动转轴的下拨杆转动，此时三级齿轮下表面的凸起点和下拨杆的转动半径又产生变化，转轴上的速度再次发生突变(减小)，此时断路器合闸力最大，减速后可以减少对电机的冲击；
7、在此合闸过程中，电动操作机构的两次变速配合断路器合闸过程中的受力情况实现了柔性控制和快速合闸功能，通过仿真后的合闸速度曲线如图7所示；
8、断路器合闸后，电机反转，回到初始位置，带动三级齿轮与转轴间分开，保证合闸后，断路器可以手动分合闸；
9、在接收到分闸信号后，电机继续反转，带动三级齿轮，三级齿轮的斜面凸起推动推杆，推杆推动断路器脱扣部件脱扣，实现断路器分闸。电机反转到一定位置后停止，保证在分闸信号下分闸后断路器不能手动分合闸，此时斜面凸起定位在推杆的止挡位，即使用户手动合闸，断路器不能闭合，此状态为用户欠费状态。
[0027]本发明断路器符合《GB10963.1家用及类似场所过电流保护断路器》标准，符合国家电网和南方电网《电能表外置断路器技术规范》，符合中国CQC质量认证中心CQCl 121-2016《电能表外置断路器技术规范》。
[0028]以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。
【主权项】
1.一种电能表外置断路器电动操作机构，其特征在于:包括电机、齿轮组和拨动齿轮，电机通过齿轮组与拨动齿轮啮合传动，拨动齿轮与转轴配合而使断路器合闸，所述拨动齿轮的两侧面分别设有凸部，转轴上设有相配合的拨杆，拨动齿轮两侧面的凸部先后与转轴的拨杆配合使转轴先加速突变后减速而实现断路器合闸。2.根据权利要求1所述的电能表外置断路器电动操作机构，其特征在于:所述拨动齿轮的正面设有第一凸部和第二凸部，转轴上设有上拨杆，第一凸部和第二凸部依次与上拨杆作用使转轴加速突变带动断路器快速合闸，拨动齿轮的背面设有第三凸部，转轴上设有相配合的下拨杆，拨动齿轮的第三凸部推动下拨杆及转轴继续转动，此时，转轴速度减速突变而完成断路器合闸。3.根据权利要求2所述的电能表外置断路器电动操作机构，其特征在于:所述拨动齿轮上第一凸部所在齿轮半径Rl，第二凸部所在齿轮半径R2，第三凸部所在齿轮半径R3，其中Rl<R2，R3〈R204.根据权利要求3所述的电能表外置断路器电动操作机构，其特征在于:所述拨动齿轮上第一凸部处Rl与第二凸部处R2形成夹角α，0° <α〈90°。5.根据权利要求2所述的电能表外置断路器电动操作机构，其特征在于:所述转轴上的上拨杆和下拨杆具有一定角度，上拨杆与拨动齿轮正面的两凸部先后作用，实现快速合闸，下拨杆承接与拨动齿轮背面的凸部作用实现柔性控制。6.根据权利要求2所述的电能表外置断路器电动操作机构，其特征在于:所述拨动齿轮上的第一凸部和第二凸部连接形成连接体或第一凸部和第二凸部不连接形成分开的作用点。7.根据权利要求1所述的电能表外置断路器电动操作机构，其特征在于:所述拨动齿轮的背面设有斜面凸起，该斜面凸起推动脱扣推杆使断路器分闸。8.根据权利要求2所述的电能表外置断路器电动操作机构，其特征在于:所述的拨动齿轮背面设有磁钢安装孔用于容置磁钢，该磁钢与电动操作机构一侧线路板上的一个以上霍尔元件配合定位。9.根据权利要求7所述的电能表外置断路器电动操作机构，其特征在于:所述拨动齿轮的斜面凸起与拨动齿轮上的第三凸部连接形成凸台，凸台上设有磁钢安装孔。10.—种电能表外置断路器，其特征在于:包括权利要求1至9之一所述的电能表外置断路器电动操作机构。
【文档编号】H01H71/10GK106098486SQ201610639078
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月5日 公开号201610639078.7, CN 106098486 A, CN 106098486A, CN 201610639078, CN-A-106098486, CN106098486 A, CN106098486A, CN201610639078, CN201610639078.7
【发明人】辛克均, 李新, 周燕海, 林森泉
【申请人】厦门宏发开关设备有限公司