一种单电机三工位机构动力锁定及其解锁与联锁的复合装置的制作方法

本发明涉及三工位机构的锁定、解锁和联锁装置，具体为一种单电机三工位机构动力锁定及其解锁与联锁的复合装置。

背景技术：

在高压输变电系统中，目前普遍采用SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS)作为系统操作、系统保护的重要设备。隔离开关(DS)和接地开关(ES)是GIS中的必备单元，起着安全保护的功能。为减小体积、降低成本，现普遍将DS和ES设计在一个气室内，由一台三工位操动机构分别实现对DS和ES的开断和关合操作。根据相关技术标准要求，操作高压开关的操动机构必须可进行电动操作，同时也可进行手动操作，且电动操作和手动操作之间必须有机械联锁和电气联锁，以确保机构操作过程中的设备和人身安全。

目前市场上现有的三工位操动机构普遍是在DS侧和ES侧分别设置各自的动力源和传动系统来实现操作功能的，其减速及动力传动系统普遍采用的是丝杠丝母副。这种结构和传动方式的三工位机构的优点是传动系统具有不可逆向传动的自锁功能，有利于操动机构的位置锁定，但同时存在传动效率低(一般不大于30％)、损耗大、需要两套传动系统、不利于机构向小型化发展的缺点。

根据技术的进步，一种单电机配行星齿轮变速装置的结构形式被引进三工位操动机构。其优点是单一传动系统、变速变比大、传动效率高(可达94％)、适于向小型化发展，但这种行星齿轮变速装置不具有不可逆向传动的自锁功能。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种单电机三工位机构动力锁定及其解锁与联锁的复合装置，能够在失电时自动锁定动力，电动操作时和有电源时手动操作均可自动解锁，无电源时手动操作可人工解锁，实现三工位机构的防误操作功能，同时具有结构紧凑、集成度高的特点。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种单电机三工位机构动力锁定及解锁与联锁的复合装置，包括在机构的机构箱内靠近手动操作孔的位置沿手动操作孔轴线方向依次设置的解锁装置、解锁传动/联锁装置和动力锁定装置；

解锁装置包括固定于机构箱侧壁上的导向座和装在导向座上的接近开关；

动力锁定装置包括在机构的行星减速机上设置的失电制动器，与行星减速机的转动件连在一起的手动操作轴，与失电制动器的活动件连接的解锁板；手动操作轴在空间上穿过制动盘的孔，并与制动盘通过键连接；解锁板的侧面安装有一个标准型凸轮从动轴承；

解锁传动/联锁装置的组成包括固定在机构箱上呈L型设置的联锁支撑弯板，安装在联锁支撑弯板一侧面内的联锁电磁铁，通过轴承铰接于联锁支撑弯板另一侧面上的解锁主动件，通过铰接于联锁支撑弯板的动力解锁凸轮，装在解锁主动件台阶轴伸出联锁支撑弯板一端的带长销的拐臂，和拐臂长销的一端铰接的弹簧支座Ⅰ，通过螺纹连接在联锁支撑弯板上的弹簧座支柱，和弹簧座支柱相铰接的弹簧支座Ⅱ，装于弹簧支座Ⅰ和弹簧支座Ⅱ之间的弹簧；其中拐臂上的长销穿过动力解锁凸轮拐臂上设置的长条孔和联锁支撑弯板上的腰形孔；

接近开关的输出端连接联锁电磁铁的控制端；动力解锁凸轮与标准型凸轮从动轴承接触设置；解锁主动件的驱动端设置在手动操作孔的轴线上，联锁电磁铁的动铁芯伸出时限制解锁主动件驱动端转动；

当接近开关感应到手柄插入手动操作孔时，接近开关状态转换，联锁电磁铁吸合，动铁芯解除解锁主动件的限制，手柄推动解锁主动件转动，带动动力解锁凸轮转动，施加给标准型凸轮从动轴承一个力，解锁板压动失电制动器活动件，解除失电制动器中的制动盘对活动件的压力制动力矩。

优选的，所述解锁板设置于失电制动器上远离行星减速机的一个端面上，外部轮廓为圆缺的环形，在解锁板的平面上设置有两个螺纹连接的调整销钉和一个贯穿的螺钉，两个调整销钉在同一同心圆上，中心连线过解锁板的中心，且平行于圆缺的直线部分；调整销钉的端部与失电制动器的活动件接触，螺钉通过穿过解锁板上的通孔将解锁板和失电制动器连接；当动力解锁凸轮施加给标准型凸轮从动轴承一个力时，解锁板上的两个调整销钉端部压动失电制动器活动件，解除失电制动器中的制动盘对活动件的压力制动力矩。

优选的，所述解锁主动件由同轴设置的主动件台阶轴和主动件凸轮构成；主动件凸轮上分别设置有圆缺和沿圆周切线方向伸出的驱动臂；圆缺用于和联锁电磁铁的动铁芯配合限制凸轮部分转动，作为驱动端的驱动臂用于延伸到手动操作孔的轴线上配合手柄驱动凸轮部分转动。

优选的，所述动力解锁凸轮由动力台阶轴和动力凸轮构成；动力凸轮呈带长柄的圆形板状，圆形部分的圆心处与动力台阶轴同轴固连，圆形部分的外缘为凸轮状，长柄部分上设置有条形长孔。

优选的，弹簧、弹簧支座Ⅰ和弹簧支座Ⅱ组成联动带导向自复位组件；弹簧套设在弹簧支座Ⅰ和弹簧支座Ⅱ滑动配合的导向柱上；当手柄插入手动操作孔时，弹簧压缩储能，当手柄离开手动操作孔时，弹簧伸展用于解锁传动/联锁装置在手柄抽出后的复位。

优选的，解锁装置还包括设置在导向座上的无电源解锁凸轮和无电源解锁销；无电源解锁凸轮转动设置在导向座的母线方向上，一端与联锁电磁铁的动铁芯接触，另一端与设置在导向座上的滑动的无电源解锁销接触。

进一步，所述无电源解锁凸轮与联锁电磁铁的动铁芯接触的凸出部分接触面成平面设置，且与联锁电磁铁的动铁芯接触的凸出部分上设置有用于限位的弧形长孔；与无电源解锁销接触的凸出部分接触面成弧面设置；弧形长孔的圆心为无电源解锁凸轮的转动中心。

再进一步，导向座外形呈空心圆柱体，空心圆柱体的下表面设置有一安装平台，安装平台的几何中心处设置有一螺纹孔；安装平台与机构箱固定，导向座上设置有与中心相通的接近开关安装孔，以及用于设置可复位的杠杆运动系统的无电源手动解锁平台；无电源解锁销平行导向座轴线插入导向座设置，无电源解锁凸轮通过转轴转动设置在无电源手动解锁平台上，无电源解锁凸轮在导向座母线方向转动。

再进一步，所述无电源解锁凸轮上还设置有复位扭簧和扭簧支撑套；扭簧支撑套设置在转轴上和无电源解锁凸轮同步转动，复位扭簧的一端固定在扭簧支撑套上，另一端固定在无电源手动解锁平台上；无电源手动解锁平台上设置有穿过弧形长孔的限位销。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所述的复合装置通过设置的解锁装置，在断电时由失电制动器完成制动，当手柄插入手动操作孔时，能够通过接近开关发出信号，通过对联动电磁铁的控制，利用解锁主动件的传动使得解锁板运动，完成对失电制动器的自动解锁；并通过设置的弹簧在操作时储能，完成操作后实现自动复位；进一步的能够配合无电源解锁凸轮和无电源解锁销，在无电状态下，通过手动操作完成对联动电磁铁的控制，完成后续的解锁操作；本发明不仅能够确保操动机构的电机在带电时可正常工作，电机失电时机构的位置被锁定，需要手动操作时锁定可被解锁，而且电动操作和手动操作之间有电气联锁，可确保机构操作过程中设备和人身的安全。

附图说明

图1a是本发明实例中所述复合装置的结构示意图。

图1b是图1a的左视图。

图2a是本发明实例中所述动力锁定装置状态示意图。

图2b是2a的仰视图。

图3a是本发明实例中所述解锁主动件结构示意图。

图3b是图3a的俯视图。

图4a是本发明实例中所述联锁支撑弯板结构示意图。

图4b是图4a的左视图。

图5a是本发明实例中所述动力解锁凸轮结构示意图。

图5b是图5a的左视图。

图6a是本发明实例中所述联动带导向自复位组件结构示意图。

图6b是图6a的装配结构示意图。

图7a是本发明实例中所述导向座结构示意图。

图7b是图7a中A-A向的剖视图。

图7c是图7a仰视图。

图8a是本发明实例中所述无电源解锁凸轮结构示意图。

图8b是图8a的左视图。

图9a是本发明实例中所述解锁装置结构示意图。

图9b是图9a中A-A向的剖视图。

图中：1、机构箱；2、行星减速机；3、失电制动器；4、解锁板；5、螺钉；6、手动操作轴；7、联锁电磁铁；8、导向座；9、无电源解锁凸轮；10、无电源解锁销；11、接近开关；12、轴承；13、联锁支撑弯板；14、解锁主动件；15、标准型凸轮从动轴承；16、制动盘；17、动力解锁凸轮；18、调整销钉；19、弹簧支座Ⅰ；20、拐臂；21、复位扭簧；22、扭簧支撑套；23、弹簧；24、弹簧支座Ⅱ；25、弹簧座支柱。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1a和图1b所示，本发明一种单电机三工位机构动力锁定及其解锁与联锁复合装置设置于三工位机构行星减速系统的动力输入端，解决了在采用单电机配行星齿轮变速装置作为动力传动方式的三工位操动机构中，行星齿轮变速装置不具有自锁功能的问题。其包括沿机构箱1侧设置的手动操作孔轴线方向，在机构箱1内临近手动操作孔的位置依次布置的解锁装置、解锁传动/联锁装置和动力锁定装置，用于实现有电源状态下解锁和无电源状态下解锁的功能以及电气联锁功能。

解锁装置包括固定于机构箱1侧壁上的导向座8、装在导向座8上的接近开关11、无电源解锁凸轮9和无电源解锁销10。

动力锁定装置包括设置在机构箱1内的行星减速机2、失电制动器3、失电制动器3内部附带的制动盘16、与行星减速机2连接的手动操作轴6。手动操作轴6在空间上穿过失电制动器3并与制动盘16连接。

解锁传动/联锁装置的组成包括联锁支撑弯板13、安装在联锁支撑弯板13内侧的联锁电磁铁7、通过轴承12铰接于联锁支撑弯板13另一面上的解锁主动件14、通过其上的轴销铰接于联锁支撑弯板13的动力解锁凸轮17、装在解锁主动件14台阶轴伸出联锁支撑弯板13一端的带长销的拐臂20、和拐臂20长销的一端铰接的弹簧支座Ⅰ19、和弹簧座支柱25相铰接的弹簧支座Ⅱ24、装于弹簧支座Ⅰ19和弹簧支座Ⅱ24之间的弹簧23、通过螺纹连接在联锁支撑弯板13上的弹簧座支柱25。其中拐臂20另一端的长销穿过动力解锁凸轮17拐臂上设置的长条孔和联锁支撑弯板13上的腰形孔。

如图2a和图2b所示，设置于失电制动器3上远离行星减速机2的一个端面上的解锁板4具有一定厚度，外部轮廓为圆缺的环形，在解锁板4的平面上设计有两个螺一个通孔，两螺孔在同一同心圆上，中心连线过解锁板4的中心，且平行于圆缺的直线部分。两螺孔所在的同心圆上还设置有一通孔，通孔中心和解锁板4中心的连线与两个螺孔中心的连线呈一定夹角。在解锁板4圆缺处的端面的中心处设置有一螺纹孔。解锁板4平面上的两个螺孔处设置了等长的调整销钉18，调整销钉18的端部与失电制动器3的活动件接触，螺钉5通过解锁板4上的通孔将解锁板4和失电制动器3固定连接在一起。圆缺处的螺纹孔处设置了附六角孔的标准型凸轮从动轴承15。上述零件组合成了一个以两个调整销钉18端部为支点，螺钉5为固定铰接支点的杠杆组件。同时可通过调整销钉18和螺钉5，可适量调节杠杆的活动幅度。当动力解锁凸轮17施加给附六角孔的标准型凸轮从动轴承15一个力时解锁板4上的两个调整销钉18端部压动失电制动器3活动件，进而压动其内部与电磁部分配合使用的弹簧，从而解除制动盘16中对活动件的压力，即解除制动力矩M。

如图3a和图3b所示，解锁主动件14由主动件台阶轴和主动件凸轮两部分构成，其主动件凸轮部分的外形呈手枪状，枪柄部分外形由近似半圆和一由直线和弧形形成的圆缺所构成，枪管为沿该半圆切线方向的突出部分。在解锁主动件14的主动件台阶轴的端部外圆割线方向上设计有一个平台，该平台和主动件凸轮突出部分的切线呈夹角β设置。

如图4a和图4b所示，联锁支撑弯板13折弯角呈90°，其中一个面上设置有两个小通孔和一个圆形大通孔，在大通孔的周边均布有三个螺纹孔。另一个面上设置有一个小螺纹孔、一个小台阶孔、一个双面台阶大孔，以及一个以双面台阶大孔中心为中心、某尺寸为半径的腰形长孔，腰形长孔两端中心和双面台阶大孔中心连线呈夹角γ设置，并和双面台阶大孔中心到联锁支撑弯板13另一面的垂线呈夹角δ设置。

如图5a和图5b，动力解锁凸轮17由动力台阶轴和动力凸轮两部分构成，其中动力凸轮呈带长柄的圆形板状，圆形部分的圆心处与台阶轴固连，作为回转中心，圆形部分的外缘为凸轮状，长柄部分的中心设计有条形长孔，拐臂20上的长销穿过条形长孔和腰形长孔设置。

如图6a和图6b所示，解锁传动部分包括弹簧23、弹簧支座Ⅰ19和弹簧支座Ⅱ24，其中弹簧支座Ⅰ19和弹簧支座Ⅱ24外形相似，其形状为一端带扁平状的安装台，另一端分别为长圆柱体和长管状体，长圆柱体和长管状体二者之间做滑动配合。安装台一端铣扁并设置有轴销安装孔。弹簧23设置于弹簧支座Ⅰ19和弹簧支座Ⅱ24之间。

如图8a和图8b所示，无电源解锁凸轮9的外形一部分为半圆状、一部分近似S状、一部分为直线状，相互间由不同半径的弧线连接。在半圆状部分的中心设置有圆缺孔，同时在无电源解锁凸轮9上设置有以圆缺孔的中心为圆心的弧形长孔，弧形长孔用于限制无电源解锁凸轮9的转动角度，圆缺孔用于连接转轴。

如图9a和图9b所示，无电源解锁装置中无电源解锁凸轮9、无电源解锁销10、复位扭簧21和扭簧支撑套22组成一套可复位的杠杆运动系统，无电源解锁销10端部与无电源解锁凸轮9上设置的小圆弧f的凸出轮廓配合后整个运动行程均为线接触，扭簧支撑套22设置在转轴上和无电源解锁凸轮9同步转动，复位扭簧21由扭簧支撑套22固定，可使无电源解锁凸轮9回到杠杆运动起始位置。

如图7a、图7b和图7c所示，导向座8外形呈空心圆柱体，空心圆柱体的下表面设置有一安装平台，安装平台的几何中心处设置有一螺纹孔；安装平台与机构箱1固定，导向座8上设置有与中心相通的接近开关安装孔，以及用于设置可复位的杠杆运动系统的无电源手动解锁平台，无电源解锁销10平行导向座8轴线插入导向座8设置，无电源解锁凸轮9通过转轴转动设置在手动解锁平台上，无电源解锁凸轮9在导向座8母线方向转动，复位扭簧21的一端固定在扭簧支撑套22上，另一端固定在无电源手动解锁平台上；无电源手动解锁平台设置有穿过弧形长孔的限位销。

本发明动力锁定及解锁与联锁复合装置功能或动作机理简述如下。

动力锁定功能：如图2a和图2b所示，机构的电机带电工作时，失电制动器3同时带电工作，此时电机和减速机的动力轴处于自由转动状态。机构的电机失电时失电制动器3同时失电，失电后的失电制动器3上的制动盘16在内部弹簧力的作用下给予相邻的制动件正压力，制动件上的正压力在转动时转变成制动的摩擦力，从而实现单电机三工位机构失电时动力处于锁定状态。此时，DS上的电动力和其他意外力量无法让三工位机构逆向动作。从而实现单电机三工位机构失电时动力处于锁定状态。

有电源情况下手动操作过程动力解锁与联锁工作机理：如图3a、图3b、图4a、图4b及图5a和图5b所示，当机构需要进行手动操作时，将操作手柄插入手动操作孔，手柄的操作杆首先经过装于导向座8侧面的接近开关11的感应区，使接近开关11的状态转换，机构的控制系统处理该状态信号并驱动联锁电磁铁7吸合，使联锁电磁铁7的动铁芯解除对解锁主动件14的束缚，使得手柄得以继续插入，手柄的操作杆推动解锁主动件14作旋转运动，进而带动带长销的拐臂20旋转，拐臂20的旋转带动动力解锁凸轮17旋转，动力解锁凸轮17上的弧形凸面压动解锁板4上装有的标准型凸轮从动轴承15，标准型凸轮从动轴承15带动解锁板4运动，解锁板4上的螺钉4穿过制动件将制动盘顶起，使制动力矩解除。此时手柄继续插入，直至与手动操作轴6的有效接合。此时可以进行机构的手动操作。当手柄取出机构后在弹簧23的作用下各传动环节恢复到初始状态。

无电源情况下手动解锁功能：如图7a、图7b、图7c、图8a、图8b及图9a和图9b所示，当机构在无电源情况下需要进行手动操作时，按下无电源解锁销10，无电源解锁销10推动无电源解锁凸轮9作旋转运动，无电源解锁凸轮9压动联锁电磁铁7的动铁芯，使动铁芯解除对解锁主动件14的束缚，使得操作手柄得以顺利插入并作手动操作。同样当手柄取出机构后在复位扭簧21和弹簧23的作用下各传动环节恢复到初始状态。从而实现了单电机三工位机构动力锁定及其解锁与联锁的功能。

由于本发明，可以实现由单电机和行星减速机组成的三工位操动机构，由于其具有传动效率高、结构可以简化、易于小型化的优点，具有极好的市场前景。将会逐步替代市场现有的两套的丝杠丝母动力传动结构，为三工位机构小型化、超薄化的结构布置提供支撑。

上述中结合附图对本装置的基本结构和使用原理进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明的宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。