电能表外置断路器的制作方法

本发明涉及一种断路器，尤其涉及一种电能表外置断路器。

背景技术：

目前，国家电网公司、南方电网公司为解决费控电能表的控制需求，推出一款具有远程自动分合闸的断路器，该断路器除具有传统断路器的短路、过载保护功能以外，还可依据主站下发的合分闸命令，断路器执行相应合分闸动作的功能，此功能具体体现在，合闸后，断路器仍可以半自动合闸、分闸操作。发明人研究发现目前市场上断路器存在以下几方面缺陷：

第一、合分闸控制大多采用直流电机驱动，通过蜗轮蜗杆传动副、齿轮传动副进行减速，由于蜗轮蜗杆具有反向自锁性能，在合闸过程中若遇停电、掉电故障，此时断路器手柄处于卡死状态。断路器动静触头处于非电气安全隔离距离位置，此时为下一次来电造成重大安全隐患。另外目前实现远程合闸后的允许半自动合分闸功能，大多采用驱动齿轮完成合闸动作后，驱动齿轮的施力部分再通过反向转动，远离手柄受力点，使动力脱离的方式，此路方式存在以下缺陷：1、控制逻辑较复杂；2、由于完成一个指令，需要电机进行频繁的正反转，降低电机的可靠性，严重可造成电机烧毁，酿成电气火灾事故；3、若发生位置检测失效时，齿轮间会发生堵转，在无人值守的情况下，堵转会造成整个产品失效，造成电机烧毁。并且规定在用户欠费时要求断路器处于分闸状态，且开关半自动闭合操作手柄内部触头仍停留在断开位置。而目前市场上能满足这种功能的产品多结构复杂且可靠性不高。

第二、电能表外置断路器的切换按钮均直接设置于开关正面，但均存在不需打开表箱门即可实现模式开关的切换的缺陷。用户轻易进行默认状态的更改会造成两方面的影响。第一会增加因半自动模式开关不具有自动合闸功能，如果在自动场合误切换至半自动场合情况下，造成电网公司对送电状态无法进行有效监控，增加电网公司的工作量。第二本身半自动场合切换至全自动场合，说明工作环境为不适宜时行自动投电的场合，此时如开关自动合闸，会造成潜在的电气触电事故。另外切换按钮、状态指示灯未经隔离直接安置于断路器正面，无有效的电气隔离，存在产品电磁兼容指标低的问题。

第三、目前的断路器通过直接在控制线路板上安装拨动开关，并且让开关头直接伸出壳体方式。在使用过程中用户容易误碰触拨动开关导致断路器切换操作模式。如果操作模式从自动误切换至半自动，会造成电网公司对送电状态无法进行有效监控，增加电网公司的工作量。如果本身工作环境要求半自动操作，而误切换至全自动场合，说明工作环境为不适宜时行自动投电的场合，此时如开关自动合闸，会造成潜在的电气触电事故。同时由于线路板距外壳表面近，电气间隙、爬电距离小，给断路器操作者带来了安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自动合闸后能半自动分合闸，且保证电机始终同向驱动，提高可靠性和稳定性，同时能够避免用户误操作需要利用工具才能进行模式切换的电能表外置断路器。

本发明提供的这种电能表外置断路器，包括壳体、电操模块、多级断路器和分合闸操作机构，电操模块上设有将操作模式切换为远程半自动或远程全自动模式的切换按钮，切换按钮安装于壳体上的卡槽内，微动开关连接于卡槽下方的PCB板上，切换按钮能够在卡槽内运动与微动开关接触或分离将分合闸操作机构切换为远程全自动或远程半自动操作，它还包括防止用户误操作的透明锁件，透明锁件的一端铰接于电操模块的壳体上，另一端扣接于电操模块上包覆切换按钮；所述切换按钮包括弹性板和连接于其下部的压板，弹性板的顶面设有拨动接头、侧面设有挤压凸台，拨动接头的顶面不高于卡槽的顶面，所述卡槽的内壁设有限位突起，利用工具推动拨动接头使切换按钮朝向或背向微动开关运动，实现模式切换；所述分合闸操作机构包括连接于壳体上依次布置的驱动电机、减速机构、离合机构和合闸轴，离合机构包括同轴布置的主动齿轮和从动齿轮，从动齿轮与壳体之间设有使从动齿轮与主动齿轮啮合为一体的弹簧，合闸轴的一端固定于从动齿轮的轴心，另一端穿过弹簧伸入壳体内与各极断路器的手柄相连，驱动电机驱动从动齿轮旋转带动合闸轴旋转实现合闸，减速机构包括多级减速齿轮，其一减速齿轮上设有推动分闸杠杆转动的凸起，分闸杠杆通过连接柱安装于壳体上，分闸杠杆的一端受凸起推动绕连接柱旋转使另一端带动断路器脱扣杆运动实现分闸；所述主动齿轮为双联齿轮，双联齿轮包括大、小两个齿圈，大齿圈为径向轮圈，小齿圈为轴向齿圈，所述从动齿轮为能够与所述主动齿轮的小齿圈相互啮合的端面齿轮，端面齿轮的齿截面和轴向齿圈的齿截面均为等腰三角形；从动齿轮的轮毂两端均伸出齿轮面外，一端为与所述主动齿轮连接的阶梯凸台、另一端为连接头，连接头的轴向中心设有用于连接所述合闸轴的连接孔，从动齿轮的连接头端设有用于放置所述弹簧的环形槽，环形槽的内径匹配于弹簧的内径，环形槽的外径匹配于弹簧的外径。

为了提高安装的便捷性和运动的可靠性，使所述壳体包括底壳和上盖，底壳内壁对应所述主动齿轮轴向中心位置处设有匹配于所述阶梯凸台的导向槽，上盖内壁对应所述连接头位置处设有用于安装弹簧的定位柱，对应所述分闸杠杆两侧设有限位突起，所述卡槽位于上盖的顶壁上。

为了保证输出的扭矩满足使用要求，使所述减速机构为齿轮副，包括依次啮合的一级减速齿轮、二级减速齿轮和三级减速齿轮，所述驱动电机的输出轴上同轴连接有蜗杆，一级减速齿轮与蜗杆啮合，三级减速齿与所述主动齿轮啮合，二级减速齿轮和三级减速齿轮均为两个齿圈为直齿的双联齿轮，二级减速齿轮上设置有用于向所述分闸杠杆提供动力的凸柱。

为了便于连接和定位，使所述合闸轴为方轴；连接孔为匹配于所述合闸轴的的方孔。

为了保证闭锁可靠的同时节约成本，使所述透明锁件为L型的整体件，包括两L型的连接臂和位于两连接臂之间同形状的闭锁板，连接臂一端伸出所述闭锁板外，另一端与闭锁板平齐，连接臂对应闭锁板外的位置处设有铰接孔，另一端设有向内凸出的定位凸台，透明锁件通过穿过铰接孔的销轴铰接于所述壳体上。

为了提高闭锁的可靠性和打开的便捷性，在所述电操模块上对应所述定位凸台位置处设有相应的C型槽，C型槽的上槽壁为锐角、下槽壁为钝角，闭锁板上与铰接边相对的边缘处设有豁口，豁口位于闭锁板宽度方向中心位置。

作为优选，使所述切换按钮的形状为L型，所述弹性板、压板、拨动接头和挤压凸台为一次注塑成型的硅胶按钮，切换按钮以弹性板平行于卡槽的槽面布置。

为了保证变形的可靠性，所述弹性板为矩形板，其上沿长度方向布置有变形槽，其宽度方向与切换按钮的运动方向垂直，变形槽为穿透厚度方向的矩形方孔，变形槽有关于所述弹性板宽度方向中心面对称布置的两条，所述拨动接头为圆柱型凸台，其顶面开设有与所述弹性板宽度方向平行的连接槽，所述连接槽的宽度方向中心面与所述拨动接头的轴向中心面共面，所述挤压凸台为半圆形凸台，有关于所述弹性板宽度方向中心面对称布置的两个；所述限位突起有关于卡槽宽度方向中心面对称布置的两个。

为了增加与外部工具的连接方式，使所述连接槽内设有与拨动接头共轴向中心线的盲孔。

本发明在日常使用过程中，透明锁件使电操模块的切换按钮处于封闭状态，需要进行半自动或全自动不同模式切换时需要打开透明锁件后才能执行，避免用户误操作，防止电气事故发生。打开透明锁件后还需要通过相应的工具与拨动接头连接，再利用工具控制拨动接头带动切换按钮运动。正向运动时切换按钮朝向微动开关运动，运动过程中挤压凸台受限位突起作用向内压缩弹性板，弹性板受压变形使挤压凸台通过限位突起，通过后压板与微动开关接触，微动开关常开触点导通，常闭触点断开，实现模式的切换，同时通过限位突起后挤压凸台不在压缩弹性板，弹性板恢复限位。正向运动后压板与微动开关脱离，微动开关常开触点断开，常闭触点闭合，实现模式的切换。本发明需要模式切换必须通过相应的工具与拨动接头连接后才能操作，有效的避免了误操作的可能性，同时将弹性板和压板设置于不同平面内，增加电气间隙以提高安全性能。进行远程合闸时驱动电机输出的角速度经减速机构减速后传递至离合机构，离合机构旋转带动合闸轴转动实现合闸，离合机构由一对互相啮合的端面齿轮组成，该离合齿轮组由一圆柱弹簧作用于从动齿轮受力面，实现互相啮合，当合闸操作力堵转或超过非预期扭力时，从动齿轮压缩弹簧使其与主动齿轮脱离，既能实现合闸后的半自动合闸，也能在异常情况下对整个装置实现冲击保护，并且使用过程中驱动电机始终同向驱动，提高了可靠性和稳定性。断路器分闸时分闸杠杆的一端受凸起推动绕连接柱旋转使另一端带动断路器脱扣杆运动即可实现分闸，分闸后驱动电机停止运动，使断路器的脱扣杆保持在脱扣位置，实现断路器的脱扣保持，此时即使半自动扳动操作手柄，断路器的动、静触头仍处于脱扣位置，并维持安全的隔离距离。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例的轴侧示意图。

图2为图1拿掉底壳后的轴侧示意图。

图3为图1中合闸装置的爆炸放大大示意图。

图4为图2中离合机构、壳体和合闸轴的装配剖视示意图。

图5为图2中主动齿轮的轴侧放大示意图。

图6为图2中从动齿轮的轴侧放大示意图。

图7为图2中分闸杠杆、断路器脱扣杆与上盖的连接示意图。

图8为图2中分闸杠杆的轴侧放大示意图。

图9为图1中透明锁件的轴侧放大示意图。

图10为图1中切换按钮与壳体的装配仰视示意图。

图11为图1中切换按钮与壳体的装配主视示意图。

图12为图1中切换按钮的轴侧放大示意图。

图13为本优选实施例使用状态示意图。

图示序号：

1—壳体、2—驱动电机、3—减速机构、4—离合机构、5—合闸轴、6—弹簧、7—分闸杠杆、8—断路器脱扣杆、31—一级减速齿轮、32—二级减速齿轮、33—三级减速齿轮、41—主动齿轮、42—从动齿轮、71—轴套、72—施力端、73—受力端、121—限位突起、122—限位凸台、321—凸柱、421—阶梯凸台、422—连接头、A—断路器模块、B—电操模块、D—透明锁件、E—切换按钮、F—微动开关、G—PCB板、H—费控表箱、B1—限位突起、D1—连接臂、D2—闭锁板、D3—定位凸台、E1—弹性板、E2—压板、E3—拨动接头、E4—挤压凸台。

具体实施方式

如图1—12所示，本实施例提供这种电能表外置断路器，包括壳体1、驱动电机2、减速机构3、离合机构4、合闸轴5、弹簧6、分闸杠杆7、8—断路器脱扣杆、断路器模块A、电操模块B、透明锁件D、切换按钮E、微动开关F、PCB板G。

壳体1包括底壳11和上盖12，底壳内壁设有匹配于从动齿轮轮毂的导向槽，上盖内壁设有用于安装弹簧的定位柱，上盖12顶面设有用于安装切换按钮的卡槽，卡槽的内壁设有一对内凸的限位突起121，上盖12上还设有用于限定分闸杠杆行程的限位凸台122。

减速机构3设置为齿轮副以保证输出角速度符合使用的要求，减速机构3包括依次啮合的一级减速齿轮31、二级减速齿轮32和三级减速齿轮33，一级减速齿轮与所述驱动电机的输出轴啮合，三级减速齿与所述主动齿轮啮合，将二级减速齿轮和三级减速齿轮均设计为双联齿轮，以便于调节减速比。二级减速齿轮上设置有用于向分闸杠杆提供动力的凸柱321。

离合机构4包括同轴布置的主动齿轮41和从动齿轮42，从动齿轮的轴向中心设有匹配于合闸轴的方孔。从动齿轮与壳体之间设有弹簧6。合闸轴5的一端固定于从动齿轮的轴心，另一端穿过弹簧伸入上盖内与各极断路器的手柄相连。主动齿轮为大、小两个齿圈组成的双联齿轮，大齿圈为直齿，小齿圈为端面齿，从动齿轮为能够与小齿圈相互啮合的端面齿轮，从动齿轮的轮毂两端均伸出齿轮面外，一端为与所述主动齿轮连接的阶梯凸台421、另一端为连接头422，连接头的轴向中心为连接合闸轴的方孔，从动齿轮的连接端还设有用于放置弹簧的环形槽，环形槽的内径匹配于弹簧的内径，环形槽的外径匹配于弹簧的外径，以保证从动齿轮的运动轨迹稳定，保证离合机构分离后啮合的可靠性。端面齿轮的齿截面设计为等腰三角形，以保证从动齿轮能在主动齿轮的表面滑动。同时将合闸轴设为方轴，以便于各极断路器的手柄连接和便于控制合闸的到位情况。

分闸杠杆7包括轴套71和呈人字形连接于其上的施力端72和受力端73，施力端与受力端不位于同一高度平面内，在受力端设有长圆孔，分闸杠杆以其轴套连接于所述电操模块上，受力端的长圆孔套于断路器脱扣杆8上，以保证分闸的可靠性，同时在电操模块的外壳上设有两个限位凸台，分闸杠杆位于两限位凸台之间，以便于分闸杠杆的安装和限制分闸杠杆的转动角度。

透明锁件D为L型的整体件，包括一对L型的连接臂D1和将两连接臂连为一体的L型的闭锁板D2。连接臂一端伸出闭锁板外，另一端与闭锁板平齐，连接臂对应伸出闭锁板外的位置处设有铰接孔，平齐端上设有向内凸出的定位凸台D3，操模块上对应定位凸台位置处设有相应的C型槽。透明锁件的一端通过穿过铰接孔的销轴铰接于电操模块上，另一端以定位凸台扣入C型槽内，避免用户出现误操作，防止电气事故的发生。并且在闭锁板与铰接边相对的边缘处设有豁口，以便于工作人员打开来切换控制模式，将豁口设置于闭锁板宽度方向中心位置处进一步提高操作的便捷性。

打开透明锁件后，还需要控制切换按钮移动才可进行模式切换。切换按钮E安装于电操模块上的卡槽内，微动开关F连接于卡槽下方的PCB板G上，切换按钮能够在卡槽内运动与微动开关接触或分离。

切换按钮E为由硅胶注塑成型的L型整体件，包括弹性板E1、压板E2、拨动接头E3和挤压凸台E4，弹性板与压板相互垂直，拨动接头位于弹性板的顶面、挤压凸台位于弹性板的侧面。弹性板为矩形板，其上沿长度方向布置有一对变形槽，变形槽为矩形方孔，一对变形槽关于弹性板宽度方向中心面对称布置。

拨动接头E3为圆柱型凸台，其顶面开设有与弹性板宽度方向平行的连接槽，以便于螺丝刀等薄片工具的插入，从而带动拨动接头运动，并且将连接槽的宽度方向中心面与拨动接头的轴向中心面共面设置，以便于提高连动的可靠性。同时在连接槽内设有与拨动接头共轴向中心线的盲孔，以便于小改锥等工具的连接。挤压凸台E4为半圆形凸台，有关于弹性板宽度方向中心面对称布置的两个，同时通过上盖上的限位突起以压缩挤压凸台使弹性板变形，保证切换按钮进行状态切换时到位可靠。

如图13所示，本实施例常装于费控表箱H内使用：在首次安装时，由电力局专业人员开启透明锁件，并根据用电环境选择模式切换状态，然后关闭透明锁件，锁止在闭合位置，拆下表箱盖，将断路器安装于费控表箱底座上，并接好导线，然后关闭费控表箱盖，并对费控表箱上锁或铅封，只保留箱盖的小窗口，此小窗口用于用户操作断路器手柄，由于此小窗口宽度同断路器颈宽相同，使本实施例中的透明锁件在闭合时被箱体小窗口的上下塑胶筋结构抵住。故此用户无法对透明锁件进行开启操作，也就无法进行模式开关的状态切换，用户只能察看控制信号情况及断路器处于何种操作模式。若需要对模式开关状态进行切换，需要电力局工作人员对费控表箱开锁或解除铅封，打开整个费控表箱盖，打开后透明锁件处于自由状态，可以开启透明锁件，开启透明锁件后在利用工具推动切换按钮即可进行模式切换。从而有效的限制了非授权用户进行模式开关的操作，并且由于在模式开关与指示灯上面加了透明锁件，对电路的导电缝隙进行了绝缘隔离，大大提高了产品的电磁兼容性能指标。

在日常使用过程中需要通过相应的工具与拨动接头连接，再利用工具控制拨动接头带动切换按钮运动。正向运动时切换按钮朝向微动开关运动，运动过程中挤压凸台受限位突起作用向内压缩弹性板，通过挤压凸起结构，弹性板有变形槽，挤压凸台因挤压收缩通过外壳的限位突起，通过后切换按扭到位并停止运动，此时压板会抵触微动开关，并将微动开关的弹臂压下，此时微动开关常开触点导通，常闭触点断开，从而实现模式的切换。同时通过限位突起后挤压凸台不在压缩弹性板，弹性板恢复限位。正向运动后压板与微动开关脱离，微动开关常开触点断开，常闭触点闭合，实现模式的切换。

又因为切换按扭与外壳盖是通过人工装配固定在一起的，安装时，同样通过挤压凸起结构，因有变形槽而发生变形，挤压凸起受压后弹性板收缩，并通过外壳的限位突起，通过限位突起后，切换按扭到位稳定在外壳盖上，简化了后续产品安装步骤。 并且通过伸长的压板来触动微动开关，在默认状态下，压板与微动开关不接触，实现了完全隔离，此种方式，加大了电气结构的爬电距离，保障了操作者的人身安全。

本实施例远程电控分合闸时通过驱动电机输出扭矩，经过多级减速齿轮达到合适的转速与扭矩，最后通过三极减速齿轮将扭矩传递给离合机构的主动齿轮，主动齿轮带动合闸轴转动实现断路器的合闸。此时弹簧在壳体内被压缩，压缩力使从动齿轮与主动齿轮保持啮合状态，在合闸过程中，离合机构始终保持啮合状态，直至转动至合闸位置，电机停止转动，即完成合闸动作。由于离合机构啮合面的齿截面为等腰三角形，使得离合机构在动力脱离时沿圆弧切线方向的扭力分力可等效传递至轴向方向。而断路器操作手柄合闸角度只有90°，当主动齿轮完成合闸后因位置检测失效而继续旋转时，此时离合机构瞬时发生机构堵转，结果使主动齿轮和从动齿轮之间的扭矩陡增至远大于摩擦力值和弹簧的支撑力，从动齿轮压缩弹簧向壳体运动摆脱主动齿轮的啮合，从而实现堵转动力脱离，对整个产品起到了阀值保护的作用。合闸后需进行半自动操作断路器合分闸时，由于主动齿轮与从动齿轮在弹簧作用力下，紧密啮合，当半自动扳动手柄时，主动齿轮因电机停止而被锁止不动，合闸轴一端插入从动齿轮轴心对应的方孔内，另一端插入各极断路器各极手柄轴心，且相互连接是紧配合，当手柄扳动力达到上述摩擦力值时，弹簧被进一步压缩，从动齿轮沿弹簧压缩方向移动，主动齿轮和从动齿轮之间啮合面减小，当手柄扳动力远大于摩擦力时，弹簧完全压缩，从动齿轮在主动齿轮表面发生滑动，实现了动力的脱离，保持扳动力，即可实现半自动的合、分闸动作。并且此过程中不需要驱动齿轮回转来避开合闸空间，合闸时间短，节省了电能。同时在执行合分闸过程中，驱动电机始终同向驱动，简化了控制流程，利于可靠性的提高。