专利名称：低压断路器手柄驱动机构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种电器产品(低压断路器)的试验检测技术中重要组成部分之 一，具体为一种低压断路器手柄驱动机构。
技术背景低压断路器是电器工业的重要组成部分，主要是指“用于交流50Hz、额定电压 1200V及以下或直流额定电压1500V及以下的电路中起通断、控制或保护等作用的各种断 路器”。，是机械行业中基础配套件，在配电系统中低压成套开关设备主要由各种低压断路 器元件构成，低压断路器的功能及性能对低压成套开关设备起着至关重要的作用。在工业 自动化系统中，也需要由低压断路器构成的各种控制屏、控制台、控制器等。低压断路器的 市场容量与电力事业的发展是紧密相连的。发电设备所发出电能的80%以上是通过低压 断路器分配使用的。目前低压断路器行业已有生产企业约1500家。每增加1万千瓦发电 设备，约需2万件左右的各类低压断路器与之配套。随着电力系统增容量不断增加，按照经 验配套比计算，每年需要低压框架式断路器约48万台，塑壳断路器482万台。作为低压配 电支路的主开关，配电系统的保护元件，低压断路器在工业、农业、交通运输、国防、文教、卫 生、金融、商业、旅游服务和人民生活等领域的安全配电中得到广泛应用；其工作性能和可 靠性直接关系国民生产的正常进行和操作人员的人身安全。因此，对低压断路器的试验技 术与检测技术研究十分迫切和必要。对于低压断路器试验，国内外试验站普遍采用的方法是1)手工操作方式，其缺 点为操作工作量大，试验效率低，对人身安全不利；2)气动操作方式，其缺点是对试品有冲 击，气源不容易解决；3)液压操作方式，其缺点是操作机构庞大、复杂。已公开的专利申请 号为200520038184.7的漏电断路器手动与自动合闸装置利用电机驱动涡轮涡杆组合完 成断路器合分闸操作，驱动机构的手柄与断路器手柄连在一起。已公开的专利申请号为 02202818. 8的小型断路器手柄电动分合器中利用电机驱动凸轮推杆组合完成断路器合分 闸操作。其缺点为上述组合配合精度不易控制，驱动断路器手柄的动作一致性较差。已公 开的专利申请号为02242287. 0的漏电断路器滑轮式两用合闸装置和已公开的专利申请号 为02259345. 4的漏电断路器自动合闸装置均设计了一种电机控制离合器中的活动转轮与 滑轮组合，通过穿过断路器手柄的闭合拉绳完成合分间操作。其缺点为拉绳对断路器手柄 有一定的损伤，且对拉绳的强度有很高的要求，损坏几率较高，不宜频繁操作。已公开的专 利申请号为02284818. 5的漏电断路器齿条式两用合闸装置利用电机控制离合器中的齿轮 与齿条组合对断路器手柄进行合分闸。其缺点为齿轮与齿条间距需要通过离合器调节，重 复操作一致性难度大；扁平型齿条强度较低，在齿轮与齿条啮合时易受损伤，对齿条的齿强 度要求高；齿条通过带可旋活动连接件与断路器手柄直接连接，操作时易对断路器手柄造 成摩擦性损伤及额外拉力作用。已公开的专利申请号为200620025394. 7的漏电断路器综 合试验台合分间装置中利用电机控制滑块及其有一定间距的两个推拉板运动，从而拨动放 置在推拉板中间的断路器手柄合分间。其缺点是扁平长条形推拉板拨动手柄时易产生摩擦性损伤；电机通过丝杠带动滑块运动，丝杠与滑块的啮合精度要求高，易产生运动阻塞。由 此可见，在试验过程中，如何实现微机自动控制无冲击手柄操作功能，从而提高试验效率、 减少劳动强度同时又不增加人为不可靠因素成为关键技术之一
实用新型内容
本实用新型主要解决一种手动电器(电压断路器)试验中关键技术之一，即实现 微机控制的试品手柄无冲击自动合/分闸操作功能。本实用新型利用达到拨动轴外圆柱形 塑料套管的设计，实现了低压断路器的无冲击操作和无损伤平滑接触，很好地模拟人手轻 柔操作；本实用新型手柄合/分闸到位检测器的设计中，通过行程磁钢座与位置传感器的 配合关系的调整，可实现试品手柄的电动合/分闸操作，且操作频率可调。由此，本实用新 型有提高手动电器试验效率、减少劳动强度，保护操作人员的人身安全等作用。本实用新型的技术方案如下低压断路器手柄驱动机构的结构是，由手柄操作驱动器，手柄操作机械手，手柄合 /分闸到位检测器和手柄操作限位器四部分组成；其中手柄操作驱动器的结构是，架体内侧底部装有下端面，架体固装在底板的后 半部位，电机固装在架体右侧端面的中部，电机的轴与齿轮的一端键合在一起，齿轮的另一 端经轴承和孔用弹性挡圈固装在架体左侧端面中部的通孔内，与齿轮啮合在一起的是纵向 安装的齿条，齿条的上下两端分别套装在2个套中，2个套固装在架体上、下端面中部的通 孔内。手柄操作机械手的结构是拨动轴座固装在齿条中间部位的前方，拨动轴座的右侧安 装着上拨动轴和下拨动轴。手柄合/分闸到位检测器的结构是，“L”型定位架的短边固装在 架体的左侧端面内侧的后上部位，定位架的长边有一个条形位置检测通孔，通孔的正前方 对应的是圆柱体形行程磁钢座，磁钢座固定在齿条后侧齿牙上方的螺纹孔内。合间位置传 感器固装在合间位置调整块的通孔中，调整螺钉通过架体上端面后部的螺纹孔与合间位置 调整块固装在一起；分闸位置传感器固装在分闸位置调整块的通孔中，衔块固装在“L”型 定位架长边上条形位置检测通孔的下端，调整螺钉从衔块的螺纹孔中旋进与分间位置调整 块固装在一起。合间位置传感器和分间位置传感器的信号感应端分别插入到定位架长边上 条形位置检测通孔中的上、下部位；合间位置传感器和分间位置传感器的接线端分别与合、 分闸位置检测电路相连。手柄操作限位器的结构是，架体左端面前部条形限位通孔上、下部 位分别固装着合间限位块和分间限位块，合间限位螺栓通过螺母旋进合间限位块的螺纹孔 中，分闸限位螺栓通过螺母旋进分闸限位块的螺纹孔中。所述的手柄操作机械手的上拨动轴和下拨动轴的结构相同，为螺钉穿过拨动轴座 上的通孔由螺母经弹簧垫片、垫片锁紧在拨动轴座上。螺钉顶部套有圆柱形塑料套管。所述的齿条的结构是，整体形状为圆柱体，中端后部与齿轮相对应部位为一段齿 条结构，齿条的齿距与齿轮的齿距相配合；齿条的上端后部固装着圆柱体形行程磁钢座； 齿条的下端左侧固装着挡铁，挡铁穿出架体左端面下部的条形限位通孔。所述的条形限位通孔的高度与定位架长边上条形位置检测通孔的高度相同。所述的手柄合/分闸到位检测器中的调整螺钉是一种开槽长圆柱螺钉，销钉嵌入 调整螺钉的槽内将其与合闸/分闸位置调整块固装在一起。所述的行程磁钢座为圆柱体工件，一端为带螺纹螺钉，固装在齿条上端的后部，另一端中部嵌入一个小的磁性圆柱体。所述的合闸位置传感器和分闸位置传感器采用通用的霍尔传感器，一端为磁性信 号感应端，面对着前方的行程磁钢座，另一端为接线端，与合、分闸位置检测电路相连。本实用新型与现有技术相比有以下特点1.本实用新型中设有模拟人手操作的手柄操作机械手，拨动轴上下运动过程中， 拨动轴的圆柱形塑料套管与手柄接触，轻柔拨动手柄，实现了低压断路器的无冲击操作和 无损伤平滑接触，解决了长期困扰电器行业手动电器试验时存在的效率低、不安全等问题。2.本实用新型若更换拨动轴座和拨动轴，调整拨动轴间距，可兼顾到类似结构的 各种型号低压断路器，具有一定的通用性。3.本实用新型利用行程磁钢座与位置传感器的配合，经合、分闸位置检测电路可 准确地获得机械手合/分间到位信号，经控制电路控制电机的运转来实现试品手柄的电动 合/分闸操作，操作频率可调。4.本实用新型试品手柄与拨动轴间的配合关系可通过限位调整块改变行程磁钢 座与位置传感器间位置关系来实现，具有操作便捷、效率高、稳定及安全等优点。
图1是本实用新型低压断路器手柄驱动机构的右视图，其中为显示部件26-33的 结构配合，将电机61略去，只显示了电机轴的位置；图2是本实用新型低压断路器手柄驱动机构的俯视图；其中为了显示齿轮43等部 件，将架体上端面及其相应的套22等略去，显示架体内部各个部件的俯视图，同时为了页 面布图的原因，视图顺时针旋转90度；图3是本实用新型低压断路器手柄驱动机构的主视图；图4是本实用新型低压断路器手柄驱动机构中拨动轴视图；图5是本实用新型低压断路器手柄驱动机构中齿条视图；(a)图为仰视图，(b)图 为主视图，(c)图为俯视图；(d)齿条后侧中部齿牙的视图；(e)用于固定磁钢座的螺纹孔的 剖视图；B点位置为固定挡铁37的螺纹孔；C点为用于固定磁钢座23的螺纹孔的剖视图；图6是本实用新型低压断路器手柄驱动机构中合闸到位检测器结构图，其中a为 整体结构图，b为分解视图；图7是本实用新型低压断路器手柄驱动机构中分闸到位检测器结构图，其中a为 整体结构图，b为分解视图；图8是本实用新型低压断路器手柄驱动机构中磁钢座的视图；图9是本实用新型低压断路器手柄驱动机构中齿轮的视图；图10是本实用新型低压断路器手柄驱动机构中“L”型定位架及衔块视图，其中a 为主视图，b为左视图，c为俯视图；图11是本实用新型低压断路器手柄驱动机构微机控制计算机程序框图。
具体实施方式
低压断路器手柄驱动机构的结构如图1、图2、图3所示，图4、图5是拨动轴和齿条 的视图，图6、图7是合、分闸到位检测器整体与分解视图，图8、图9、图10是磁钢座、齿轮和“L”型定位架、衔块的视图。手柄驱动机构主要由手柄操作驱动器，手柄操作机械手，手柄合/分闸到位检测 器和手柄操作限位器四部分组成。手柄操作驱动器的结构是，“几”字形架体42由左右对 称的4个螺钉47固定在底板1的后半部位，架体42的内侧距离底部3厘米处安装有下端 面，电机61通过4个螺钉62紧固在架体42右侧端面的中部，电机61的轴与齿轮43的一 端键合在一起，齿轮43的另一端经轴承44和孔用弹性挡圈45固装在架体42左侧端面中 部的通孔内。与齿轮43啮合在一起的是纵向安装的齿条21，齿条21的上下两端分别插入 2个套22的孔内，套22外形为倒“凸”型空心圆柱体结构，上端外径大于架体42端面的通 孔直径，下端外径与通孔直径相同，2个套22通过卡装方式分别紧紧地固定在架体42上、 下端面中部的圆形通孔内；齿条21的直径与套22的孔径相配合，以保证齿条21在齿轮43 带动下，其上下端在套22中上下运动时无摩擦阻力，同时2个套22限定了齿条21的运动 轨迹，防止齿条21上下运动时发生前后、左右以及倾斜等的位置偏移而影响齿条21与齿轮 43的良好啮合，造成手柄操作的不准确。手柄操作机械手的结构是“凸”型拨动轴座20通 过2个螺钉19固定在齿条21中间部位的前方，“凸”型拨动轴座20的右侧安装着上拨动轴 18和下拨动轴17，上拨动轴18和下拨动轴17的间距为3厘米。手柄合/分闸到位检测器 的结构是“L”型定位架28的短边通过2个螺钉41固定在架体42的左侧端面内侧的后上 部位，定位架28的长边有一个条形位置检测通孔，通孔的正前方对应的是圆柱体形行程磁 钢座23，磁钢座23固定在齿条21后侧齿牙上方的螺纹孔内。合间位置传感器26经2个螺 母15固装在合间位置调整块27的通孔中，调整螺钉24通过架体42上端面后部的螺纹孔 与合间位置调整块27固装在一起；分间位置传感器30经2个螺母16固装在分间位置调整 块29的通孔中，衔块32焊接在“L”型定位架28长边上条形位置检测通孔的下端，调整螺 钉33从衔块32的螺纹孔中旋进与分间位置调整块29固装在一起。合间位置传感器26和 分闸位置传感器30的信号感应端分别插入到定位架28长边上条形位置检测通孔中的上、 下部位；合间位置传感器26和分间位置传感器30的接线端分别与合、分间位置检测电路相 连。手柄操作限位器的结构是，架体42左端面前部条形限位通孔上、下部位分别焊接着合 闸限位块38和分间限位块36，合间限位螺栓40通过螺母39旋进合间限位块38的螺纹孔 中，分间限位螺栓34通过螺母35旋进分间限位块36的螺纹孔中。所述的手柄操作机械手的上拨动轴18和下拨动轴17的结构相同，均为螺钉58 穿过拨动轴座20上的通孔由螺母60经弹簧垫片56、垫片57锁紧在拨动轴座20上，螺钉 58顶部套有圆柱形塑料套管59，拨动试品手柄时可避免对手柄的损伤，很好地模拟人手的 柔性操作。所述的齿条21的结构是，整体形状为圆柱体，中端后部与齿轮43相对应部位为一 段齿条结构，齿条21的齿距与齿轮43的齿距相配合；齿条21后侧齿牙上方的螺纹孔内固 定着圆柱体形行程磁钢座23，齿条21的下端左侧的螺纹孔中固装着挡铁37，挡铁37穿出 架体42左端面下部的条形限位通孔，条形限位通孔的高度与定位架28长边上条形位置检 测通孔的高度相同。所述的手柄合/分间到位检测器和手柄操作限位器中，通过调整螺钉24和调整螺 钉33可调节合间位置传感器26和分间位置传感器30之间的间距，合间限位螺栓40和分 闸限位螺栓34尾部之间的间距也可调；合/分闸位置传感器间的间距与合/分闸限位螺栓尾部间的间距应相一致。磁钢座23随齿条21上下运动，其运动上限位置和下限位置分别 为合间位置传感器26和分间位置传感器30所处的水平位置；挡铁37随齿条21上下运动 时，其运动上限位置和下限位置分别为合闸限位螺栓40和分闸限位螺栓34的尾部。正常 工作时，磁钢座23随齿条21运动到上限位置/下限位置时，试品手柄已完成合闸/分闸操 作，此时，电机61应停转，齿条21停止继续向上/下运动，以免过度操作损坏试品的手柄； 若齿条21未停止运动，此时挡铁37亦到达其上限位置/下限位置，合闸限位块38/分闸限 位块36将挡住挡铁37，强行阻止齿条21继续向上/下运动，保护试品手柄不受损坏。由 此，手柄合/分间到位检测器和手柄操作限位器共同协调完成手柄合间/分间到位处理。所述的手柄合/分闸到位检测器中调整螺钉24和螺钉33结构相同，是一种开槽 长圆柱螺钉，销钉25嵌入调整螺钉24的槽内将其与合间位置调整块27固装在一起；销钉 31嵌入调整螺钉33的槽内将其与分间位置调整块29固装在一起。所述的行程磁钢座23为圆柱体特制工件，一端为带螺纹螺钉，固装在齿条21上端 后部的螺纹孔内，另一端中部嵌入一个小的磁性圆柱体。所述的合闸位置传感器26和分闸位置传感器30采用通用的霍尔传感器，一端为 磁性信号感应端，面对着前方的行程磁钢座23，另一端为接线端，与合、分间位置检测电路 相连。所述的齿轮23的结构是，整体形状为圆柱体，主要分为三部分，顶部主体为圆柱 体，最前端有1-2厘米长的带凹槽的细圆柱体，用于套装轴承44和嵌套孔用弹性挡圈45 ； 中部为齿牙结构；尾部为圆柱体，其直径与顶部相同，内部开有带凹槽的孔，其形状尺寸与 电机61的轴的外形相配合，以便将齿轮23尾部与电机61的轴紧密键合在一起。本实用新型工作运行模式之一如下图11是本实用新型低压断路器手柄驱动机 构微机控制计算机程序框图。所用微机为普通工业控制机。控制电路给电机61通电，电机 61正转，带动与电机相连的齿轮43作顺时针圆周运动，与齿轮43相啮合的齿条21向上作 直线运动，固装在齿条21上的拨动轴也向上作直线运动，拨动试品手柄进行合闸操作；手 柄合间未到位，拨动轴继续向上运动；当齿条21上固装的圆柱体形行程磁钢座23向上运动 到与合间位置传感器26处于同一水平位置时，手柄合间到位，合、分间位置检测电路检测 到手柄合闸到位电信号，控制电路给电机61断电，电机停转，手柄操作机构停止运动，手柄 保持在合间状态，手柄合间操作完成。等待分间操作命令，未接收到分间操作命令时，手柄 保持在合间状态；若接收到分间操作命令，控制电路再给电机61通电，电机61反转，带动与 电机相连的齿轮43作逆时针圆周运动，与齿轮43相啮合的齿条21向下作直线运动，固装 在齿条21上的拨动轴也向下作直线运动，拨动试品手柄进行分闸操作；手柄分闸未到位， 拨动轴继续向下运动；当齿条21上固装的圆柱体形行程磁钢座23向下运动到与分闸位置 传感器30处于同一水平位置时，手柄分间到位，合、分间位置检测电路检测到手柄分闸到 位电信号，控制电路给电机61断电，电机停转，手柄操作机构停止运动，手柄保持在分闸状 态，手柄分间操作完成。等待下一个合分间操作命令，未接收到操作命令，控制电路退出对 手柄驱动机构的控制，手柄保持在分间状态；若接收到下一个合分间操作命令，控制电路将 重复上述合分间操作过程。本实用新型手柄驱动机构很好地实现了模拟人手轻柔拨动手柄的动作，对单一试 品手柄合闸、分闸操作过程，所需时间与人手操作一致；但低压断路器为手动电器，传统试验方法是人工操作手柄，劳动强度很大，手柄驱动机构替代人工操作后可极大地降低实验 人员的劳动强度；此外，手柄驱动机构由微机控制操作，可实现多台试品同时进行试验，从 而提高试验效率。 本实用新型未述及之处适用于现有技术。
权利要求一种低压断路器手柄驱动机构，其特征为该机构由手柄操作驱动器，手柄操作机械手，手柄合/分闸到位检测器和手柄操作限位器四部分组成；其中手柄操作驱动器的结构是，架体内侧底部装有下端面，架体固装在底板的后半部位，电机固装在架体右侧端面的中部，电机的轴与齿轮的一端键合在一起，齿轮的另一端经轴承和孔用弹性挡圈固装在架体左侧端面中部的通孔内，与齿轮啮合在一起的是纵向安装的齿条，齿条的上下两端分别套装在2个套中，2个套固装在架体上、下端面中部的通孔内；手柄操作机械手的结构是拨动轴座固装在齿条中间部位的前方，拨动轴座的右侧安装着上拨动轴和下拨动轴。手柄合/分闸到位检测器的结构是，“L”型定位架的短边固装在架体的左侧端面内侧的后上部位，定位架的长边有一个条形位置检测通孔，通孔的正前方对应的是圆柱体形行程磁钢座，磁钢座固定在齿条后侧齿牙上方的螺纹孔内；合闸位置传感器固装在合闸位置调整块的通孔中，调整螺钉通过架体上端面后部的螺纹孔与合闸位置调整块固装在一起；分闸位置传感器固装在分闸位置调整块的通孔中，衔块固装在“L”型定位架长边上条形位置检测通孔的下端，调整螺钉从衔块的螺纹孔中旋进与分闸位置调整块固装在一起；合闸位置传感器和分闸位置传感器的信号感应端分别插入到定位架长边上条形位置检测通孔中的上、下部位；合闸位置传感器和分闸位置传感器的接线端分别与合、分闸位置检测电路相连。手柄操作限位器的结构是，架体左端面前部条形限位通孔上、下部位分别固装着合闸限位块和分闸限位块，合闸限位螺栓通过螺母旋进合闸限位块的螺纹孔中，分闸限位螺栓通过螺母旋进分闸限位块的螺纹孔中。
2.如权利要求1所述低压断路器手柄驱动机构，其特征为所述的手柄操作机械手的上 拨动轴和下拨动轴的结构相同，为螺钉穿过拨动轴座上的通孔由螺母经弹簧垫片、垫片锁 紧在拨动轴座上，螺钉顶部套有圆柱形塑料套管。
3.如权利要求1所述低压断路器手柄驱动机构，其特征为所述的齿条的结构是，整体 形状为圆柱体，中端后部与齿轮相对应部位为一段齿条结构，齿条的齿距与齿轮的齿距相 配合；齿条的上端后部固装着圆柱体形行程磁钢座；齿条的下端左侧固装着挡铁，挡铁穿 出架体左端面下部的条形限位通孔。
4.如权利要求1所述低压断路器手柄驱动机构，其特征为条形限位通孔的高度与定位 架长边上条形位置检测通孔的高度相同。
5.如权利要求1所述低压断路器手柄驱动机构，其特征为所述的手柄合/分闸到位检 测器中的调整螺钉是一种开槽长圆柱螺钉，销钉嵌入调整螺钉的槽内将其与合间/分闸位 置调整块固装在一起。
6.如权利要求1所述低压断路器手柄驱动机构，其特征为所述的行程磁钢座为圆柱体 工件，一端为带螺纹螺钉，固装在齿条上端的后部，另一端中部嵌入一个小的磁性圆柱体。
专利摘要本实用新型为一种低压断路器手柄驱动机构。该机构由手柄操作驱动器，手柄操作机械手，手柄合/分闸到位检测器和手柄操作限位器四部分组成；具体为架体固装在底板上，电机固装在架体上，电机的轴与齿轮键合在一起，齿轮另一端固装在架体左侧端面中部的通孔内，与齿轮啮合是齿条，拨动轴座在齿条前方，拨动轴座的右侧安装着上拨动轴和下拨动轴。合闸位置传感器和分闸位置传感器的接线端分别与合、分闸位置检测电路相连。架体左端面前部条形限位通孔上、下部位分别固装着合闸限位块和分闸限位块，分闸限位螺栓通过螺母旋进分闸限位块的螺纹孔中。本实用新型实现了低压断路器的无冲击操作和无损伤平滑接触，解决了长期困扰电器行业手动电器试验时存在的效率低、不安全等问题。
文档编号H01H71/50GK201655703SQ201020156248
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月13日 优先权日2010年4月13日
发明者张元磊, 徐捷苹, 李志刚, 李文华, 赵靖英, 骆燕燕 申请人:河北工业大学