一种四连杆式重合闸断路器的操作机构的制作方法

本发明创造属于一种小型重合闸断路器用的分合闸电动操作机构，具体是一种四连杆式重合闸断路器的操作机构。

背景技术：

重合闸断路器电动操作机构是一种用于远距离电动分闸和合闸断路器的附件，与预付费电表专用小型断路器配合使用，可以实现欠费后分闸付费后的重新合闸，付费自动合闸后传电动操作机构与断路器机构分离使得断路器能进行手动分合闸。

目前市面上的重合闸断路器操作机构一般都是恒定传动比的齿轮减速机构，按照电机的驱动方式可分为两类：一类是电机单向驱动的电动操作机构，这类操作机构驱动齿轮与手柄轮圆周外沿均设有一段轮齿，在合闸操作时驱动齿轮在电机的驱动在旋转，其圆周上设置的齿轮段与手柄旋轮圆周上的齿轮段啮合带动手柄轮旋转至合闸位置，手柄轮合闸后驱动齿轮继续维持旋转使得驱动齿轮圆周的齿轮段与手柄轮圆周的齿轮段分离，手柄脱离传动机构可以手动自由分合闸；另一类是电机需要正反转驱动的电动操作机构，此类电动操作机构驱动齿轮和手柄轮之间通过凸台结构实现单向传动。合闸时电机正转带动驱动齿轮旋转，驱动齿轮带动手柄旋手柄轮旋转至合闸位置。合闸后电机反转带动驱动齿轮旋转至初始位置，此时驱动齿轮与手柄轮分离，手柄轮可以手动自由分合闸。

这两类机构都有其比较明显的不足，第一类机构的不足是驱动齿轮和手柄旋转块在分离瞬间其啮合量很少，操作次数多了传动机构容易磨损失效；第二类机构是对驱动齿轮旋转位置的控制精度要求高即对电机的控制精度要求高，因为当驱动齿轮驱动手柄旋转块至合闸位置时若电机为完全停止，则会发生电机堵转和机构卡死。

技术实现要素：
：

要解决的技术问题

本发明创造公开了一种四连杆式重合闸断路器操作机构，这种新设计在结构上解决了现有电动操作机构的齿轮磨损和电机堵转卡死的问题，同时利用四连杆机构的变比传动特性提升了断路器合闸速度。

为解决技术问题而采用的技术方案

一种四连杆式重合闸断路器的操作机构，包括手柄和电机，还包括定比传动机构和变比传动机构；所述电机的转子输出轴连接并驱动定比传动结构，二者同步转动；

所述手柄连接有转轴；所述变比传动机构包括连杆、连杆第一连接机构和连杆第二连接机构；连杆第一连接机构与手柄连接，连杆第二连接机构与变比传动机构连接；连杆的首尾两端分别连接连杆第一、二连接机构于第一连接点和第二连接点；

所述随着手柄转动，第一连接点的动作路径是围绕手柄转轴的弧，连杆与第一连接点之间设有虚位，当第一连接点动作路径经过虚位后，连杆随被第一连接点拉动；

所述随着定比传动机构转动，第二连接点的动作路径是围绕手柄转轴的弧，连杆与第二连接点之间设有虚位，当第二连接点动作路径经过虚位后，连杆随被第二连接点拉动；定比传动机构连接有脱扣杆牵引机构。

一种实现方式：所述连杆的首尾两端开有腰形孔；

所述连杆第一连接机构是连接在手柄转轴上的转块，转块随手柄同步转动；转块设有凸柱，凸柱连接在连杆首端的腰形孔内；凸柱与手柄转轴平行；

所述定比传动机构包括驱动齿轮，驱动齿轮与电机的转子输出轴同步动作；所述驱动齿轮的圆面上设有凸柱，凸柱连接在连杆尾端的腰形孔内；凸柱与驱动齿轮的转轴平行；

所述驱动齿轮的圆面上还设有脱扣杆牵引机构。

第二种实现方式：所述连杆的首尾两端都设有折脚，构成“u”字形连杆；

所述连杆第一连接机构是连接在手柄转轴上的转块，转块随手柄同步转动；转块设有弧形的腰型通孔，连杆首端的折脚在该腰型通孔内；折脚与手柄转轴平行；

所述定比传动机构包括驱动齿轮，驱动齿轮与电机的转子输出轴同步动作；驱动齿轮上连接有第二摇臂；第二摇臂的一端转动连接在驱动齿轮的转轴上，另一端与连杆的尾端的折脚转动连接；第二摇臂与驱动齿轮之间设有限位机构，第二摇臂与驱动齿轮的相对转动范围在限位机构所限范围内；所述驱动齿轮的圆面上还设有脱扣杆牵引机构。

所述第二摇臂与驱动齿轮之间的限位机构为：驱动齿轮的圆面上开有导槽，导槽的径向截面是扇环形状；所述连杆与第二摇臂的转动连接端伸入导槽内；

所述驱动齿轮的圆面上的脱扣杆牵引机构是位于第二摇臂异侧的环形止挡壁；环形止挡壁与驱动齿轮同轴转动，环形止挡壁径向截面是扇形，与扇形的一边以及圆弧对应的环形止挡壁径的侧面是抵住脱扣杆的面。

第三种实现方式：

所述连杆第一连接机构包括手柄旋转块和第一摇臂；所述手柄连接在手柄旋转块上；

所述定比传动机构包括蜗杆、蜗轮组、中继齿轮和驱动齿轮；所述驱动齿轮、中继齿轮和蜗轮组三者的转动轴平行；蜗轮组的蜗轮与蜗杆构成蜗轮蜗杆结构；蜗杆连接电机的转子输出轴；蜗轮组的动力输出齿轮通过中继齿轮带动驱动齿轮旋转；

驱动齿轮上连接有第二摇臂；所述第二摇臂的一端转动连接在驱动齿轮的转轴上，另一端与连杆的末端转动连接；第二摇臂与驱动齿轮之间设有限位机构，第二摇臂与驱动齿轮的相对转动范围在限位机构所限范围内；所述驱动齿轮的圆面上还设有脱扣杆牵引机构；

所述第一摇臂的一端转动连接在手柄旋转块的转轴上，另一端与连杆的首端转动连接；第一摇臂与手柄旋转块之间设有限位机构，第一摇臂与手柄旋转块的相对转动范围在限位机构所限范围内。

进一步，所述第二摇臂与驱动齿轮之间的限位机构为：驱动齿轮的圆面上开有导槽，导槽的径向截面是扇环形状；所述连杆与第二摇臂的转动连接端伸入导槽内；

所述驱动齿轮的圆面上的脱扣杆牵引机构是位于第二摇臂异侧的环形止挡壁；环形止挡壁与驱动齿轮同轴转动，环形止挡壁径向截面是扇形，与扇形的一边以及圆弧对应的环形止挡壁径的侧面是抵住脱扣杆的面。

进一步，所述第一摇臂与手柄旋转块之间设有限位机构为：手柄旋转块外缘面上设置的凸台；所述连杆与第一直摇臂的转动连接端在手柄旋转块外缘面上的动作轨迹是圆弧线，凸台在圆弧形上。

进一步，所述连杆的首尾两端都设有折脚，构成“u”字形；两个折脚分别构成连杆与第二摇臂的转动连接端以及连杆与第一直摇臂的转动连接端。

蜗轮组是由同轴且同角速度的蜗轮和动力输出齿轮连接构成；

驱动齿轮是由同轴且同角速度的大齿轮和小齿轮构成，大齿轮与蜗轮组的动力输出齿轮啮合，小齿轮与驱动齿轮啮合；

参考附图6～10，本操作机构的原理为：由手柄、手柄旋转块、第一摇臂、连杆、第二摇臂、驱动齿轮、中继齿轮、蜗轮组、蜗杆和电机组成。

其中第一摇臂、手柄旋转块和手柄同轴安装，连杆一端折脚插入摇臂端部的孔内并与手柄旋转块阶梯止挡形成单向驱动。

驱动齿轮与第二摇臂同轴安装，连杆另一端折脚插入第二摇臂端部的孔内并伸入驱动齿轮的环形连杆导槽内。驱动齿轮与中继齿轮、蜗轮组和蜗杆形成传动齿轮组。

在操作机构初始位置时，给电机通电齿轮组带动驱动齿轮逆时针旋转，设置在驱动齿轮上的环形连杆导槽的驱动端触碰连杆折脚并驱动四连杆机构摆动，连杆的另一端的折脚与手柄旋转块阶梯止挡触碰驱动手柄旋转快朝手柄合闸方向旋转。

当连杆与第二摇臂处于同一直线时(即四连杆机构的临界点位置)手柄到达合闸位置，此时若电机未及时停止，则驱动齿轮继续带动第二摇臂逆时针转动，过临界点后第一摇臂将在连杆的带动下反向(顺时针)旋转，由于连杆与手柄旋转块是单向驱动的，第一摇臂反向旋转时并不会带动手柄旋转块旋转，这就解决了目前市面上第一类操作机构的分离磨损问题和第二类操作机构的定位精度要求高的问题。

驱动手柄合闸后驱动齿轮顺时针旋转到初始位置，这时连杆与手柄旋转块分离并具有一定的间隙，这间隙使得手柄可以用手动方式进行分合闸操作。驱动齿轮在初始位置时顺时针旋转一定角度，设置在驱动齿轮上的环形止档壁推动从断路器机构引出来的脱扣杆使得断路器脱扣从而使断路器分闸。由于连杆折脚可以在驱动齿轮上的环形连杆导槽内自由滑动且环形连杆导槽设计角度远远大于驱动齿轮驱动脱扣杆脱扣需要的角度，所以脱扣操作对驱动杆的运动位置精度要求也很低。

操作机构完成脱扣操作后再逆时针旋转至初始位置，为下一次的操作做准备。

四连杆机构提升断路器合闸速度原理：

断路器的触头机构的操作阻力合闸行程前半段来自于断路器机构弹簧，合闸行程后半段动触头与静触点接触后操作力要同时克服机构弹簧和触头弹簧的阻力即操作阻力突然变大。

现有的电动操作机构由于传动比是固定的，所以其传动比都是按照断路器机构的最大操作阻力矩来设计的，不管是在断路器触头机构的合闸行程前半段还是后半段，电动操作机构的驱动力矩和驱动速度都是恒定的。

本四连杆机构的传动比是变动的，通过对四连杆机构中主动杆和被动杆的初始角度的设计，使四连杆传动机构在驱动断路器合闸过程中驱动力矩曲线递增，传动速度曲线递减。即四连杆传动机构在满足断路器触头机构合闸行程后期需要大力矩的需求的同时提升了合闸行程前期的合闸速度，使得断路器触头机构的合闸总速度大于现有的恒定传动比电动操作机构。

有益效果

发明创造提高了电动操作机构的可靠性和机械寿命，同时在整个传动机构体积不变的情况下提升了断路器合闸速度，提升了断路器的电气寿命。

附图说明

图1是例1的操作机构结构示意图

图2是例1的驱动齿轮结构示意图(正面)；

图3是例1的驱动齿轮结构示意图(背面)；

图4是例1的手柄旋转块部分结构示意图；

图5是例1的驱动齿轮部分结构示意图；

图6是例1操作机构用于断路器的结构示意图；

图7是断路器分闸状态下，例1操作机构的状态示意图；

图8是断路器合闸状态下，例1操作机构的状态示意图；

图9是断路器过临界点状态下，例1操作机构的状态示意图；

图10是图9断路器状态进一步动作状态下，例1操作机构的状态示意图；(驱动齿轮处于初始位置，此时手柄轮可以分合闸)

图11是断路器跳扣状态下，例1操作机构的状态示意图；

图12是例2的结构示意图；

图13是例3的结构示意图；

图中：手柄1、电机2、手柄旋转块3、第一摇臂4、连杆5、第二摇臂6、驱动齿轮7、中继齿轮8、蜗轮组9、蜗杆10、导槽11、环形止挡壁12、脱扣杆13、凸台(阶梯止挡)14、导槽的限位作用端15、导槽的驱动作用端16、连杆上的腰形孔17、连接在手柄转轴上的转块18、凸柱19、(连接在手柄转轴上的转块上)腰型孔20。

具体实施方式

下面结合附图对本操作机构进一步说明：

一种四连杆式重合闸断路器的操作机构，包括手柄和电机，其特征是还包括定比传动机构和变比传动机构；所述电机的转子输出轴连接并驱动定比传动结构，二者同步转动；

所述手柄连接有转轴；所述变比传动机构包括连杆、连杆第一连接机构和连杆第二连接机构；连杆第一连接机构与手柄连接，连杆第二连接机构与变比传动机构连接；连杆的首尾两端分别连接连杆第一、二连接机构于第一连接点和第二连接点；

所述随着手柄转动，第一连接点的动作路径是围绕手柄转轴的弧，连杆与第一连接点之间设有虚位，当第一连接点动作路径经过虚位后，连杆随被第一连接点拉动；

所述随着定比传动机构转动，第二连接点的动作路径是围绕手柄转轴的弧，连杆与第二连接点之间设有虚位，当第二连接点动作路径经过虚位后，连杆随被第二连接点拉动；定比传动机构连接有脱扣杆牵引机构。

例1：如图1～5，一种四连杆式重合闸断路器的操作机构，包括手柄和电机。还包括、手柄旋转块、第一摇臂、连杆、第二摇臂、驱动齿轮、中继齿轮、蜗轮组和蜗杆；所述手柄连接在手柄旋转块上；

所述驱动齿轮、中继齿轮和蜗轮组三者的转动轴平行；蜗轮组的蜗轮与蜗杆构成蜗轮蜗杆结构；蜗杆连接电机的转子输出轴；蜗轮组的动力输出齿轮通过中继齿轮带动驱动齿轮旋转；

所述第二摇臂的一端转动连接在驱动齿轮的转轴上，另一端与连杆的末端转动连接；第二摇臂与驱动齿轮之间设有限位机构，第二摇臂与驱动齿轮的相对转动范围在限位机构所限范围内；所述驱动齿轮的的圆面上还设有脱扣杆牵引机构；

所述第一摇臂的一端转动连接在手柄旋转块的转轴上，另一端与连杆的首端转动连接；第一摇臂与手柄旋转块之间设有限位机构，第一摇臂与手柄旋转块的相对转动范围在限位机构所限范围内。

本例中，所述第二摇臂与驱动齿轮之间的限位机构为：驱动齿轮的圆面上开有导槽，导槽的径向截面是扇环形状；所述连杆与第二摇臂的转动连接端伸入导槽内；

所述驱动齿轮的圆面上的脱扣杆牵引机构是位于第二摇臂异侧的环形止挡壁；环形止挡壁与驱动齿轮同轴转动，环形止挡壁径向截面是扇形，与扇形的一边以及圆弧对应的环形止挡壁径的侧面是抵住脱扣杆的面。

所述第一摇臂与手柄旋转块之间设有限位机构为：手柄旋转块外缘面上设置的凸台；所述连杆与第一直摇臂的转动连接端在手柄旋转块外缘面上的动作轨迹是圆弧线，凸台在圆弧形上。

所述连杆的首尾两端都设有折脚，构成“u”字形；两个折脚分别构成连杆与第二摇臂的转动连接端以及连杆与第一直摇臂的转动连接端。

现在的传动机构，驱动轮对手柄轮的传动都是齿轮传动，本方案变成连杆传动。而连杆传动的具体结构可以有多种设计，上述例子只是基于该思路中的部分实现方式。

本传动机构由两部分组成，一部分是恒定传动比的齿轮传动机构，另一部分就是四连杆变比传动机构。

由恒定减速比的齿轮减速机构(例如蜗轮蜗杆结构)带动变比连杆机构实现对手柄轮的变比传动。变比连杆机构的具体实现方式有很多种。

例2，如图12，所述连杆的首尾两端开有腰形孔；

所述连杆第一连接机构是连接在手柄转轴上的转块，转块随手柄同步转动；转块设有凸柱，凸柱连接在连杆首端的腰形孔内；凸柱与手柄转轴平行；

所述定比传动机构包括驱动齿轮，驱动齿轮与电机的转子输出轴同步动作；所述驱动齿轮的圆面上设有凸柱，凸柱连接在连杆尾端的腰形孔内；凸柱与驱动齿轮的转轴平行；

所述驱动齿轮的圆面上还设有脱扣杆牵引机构。

例3，如图13，其变比传动机构部分与例1方式原理相同，定比传动部分与例2方式相同。

所述连杆的首尾两端都设有折脚，构成“u”字形连杆；

所述连杆第一连接机构是连接在手柄转轴上的转块，转块随手柄同步转动；转块设有弧形的腰型通孔，连杆首端的折脚在该腰型通孔内；折脚与手柄转轴平行；

所述定比传动机构包括驱动齿轮，驱动齿轮与电机的转子输出轴同步动作；驱动齿轮上连接有第二摇臂；第二摇臂的一端转动连接在驱动齿轮的转轴上，另一端与连杆的尾端的折脚转动连接；第二摇臂与驱动齿轮之间设有限位机构，第二摇臂与驱动齿轮的相对转动范围在限位机构所限范围内；所述驱动齿轮的圆面上还设有脱扣杆牵引机构。