本实用新型涉及超高压断路器，尤其涉及一种基于复位弹簧操动机构的外置式电机切换开关装置。
背景技术：
断路器是电力系统中重要的开关设备，用来实现电网电流传输的开断与闭合。操动机构是断路器的动力部件，当断路器接收到系统信号要求开断与闭合时，操动机构驱动断路器(本体)进行分闸或合闸操作，从而实现电流的开断与闭合。
断路器(本体)要实现电流的安全开断与闭合通常需要达到较高的运动速度，需要操动机构可以在极短的时间内提供较高的能量输出。这就需要操动机构在之初需具有足够的势能以供瞬间释放，这些势能通常由压缩复位弹簧或液压装置来提供。
复位弹簧操动机构的势能是由电机经过减速装置带动储能复位弹簧复位弹簧压缩而储存的能量。在电机工作的过程中，通过使用电机切换开关装置控制电机回路的导通和断开，控制机构完成储能过程。机构初始状态为储能轴未储能状态和输出轴分闸位置，电机切换开关装置控制电机回路导通，电机可以进行储能；储能完成后，电机切换开关装置控制电机回路断开，电机不再储能；输出轴合闸，电机切换开关装置控制电机回路导通，机构可以再次储能。
电机切换开关装置是断路器复位弹簧操动机构的核心部件之一，使用机械结构实现断路器电机回路导通与断开。电机切换开关装置通常由一组凸轮传动和一组微动行程开关组成。通过凸轮转动控制微动行程开关开断与闭合，从而控制电机回路断开与导通。
现有电机切换开关装置多采用微动行程开关或磁吹开关。例如，专利CN106298304A和专利CN 204464157U中均采用这两种开关，虽然可以满足使用要求，但是可靠性不够理想，而且电机切换开关在切换时直接与凸轮或者其他零件接触，受到冲击力较大，加速了微动行程开关或磁吹开关的损坏。
此外，由于开关属于易损件，需要经常进行维护和更换，现有的开关装置基本都是内置于基座内部的，拆装比较麻烦，并且需要拆装或者更换大量的零部件才能把开关单独拆出来，拆装这些零部件又会影响装置整体的机械特性，需要反复调试，不利于产品的维护。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于复位弹簧操动机构的外置式电机切换开关装置，实现电机回路导通和断开自由切换，对开关的冲击小，可靠性高，而且可以快速完成拆卸和更换。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种基于复位弹簧操动机构的外置式电机切换开关装置，其特征在于：包括动力模块、传动模块和辅助开关模块，其中：
动力模块包括相互匹配的凸轮和摇臂，由储能轴驱动的凸轮转动时，凸轮上的工作段及复位段先后与摇臂自由端相配合，使摇臂自由端摆动至设定位置一段时间后复位；
辅助开关模块包括辅助开关和支撑架，支撑架将辅助开关通过能够反复拆装的紧固件固定安装在基座外侧，辅助开关的铁芯通过能够反复拆装的紧固件与传动模块输出端相连；
传动模块输入端与摇臂自由端相连；
当摇臂自由端摆动至设定位置一段时间后复位时，传动模块能够使铁芯绕自身轴向转动至设定位置一段时间后复位，实现控制电机回路的辅助开关在合闸位置和分闸位置之间的切换；
传动模块上设有复位弹簧，当摇臂自由端摆动时，复位弹簧储能；当摇臂自由端复位时，复位弹簧弹性回复释放势能，促使摇臂自由端复位。
要实现电机回路的导通和断开，需要控制辅助开关的常闭触点在合闸位置和分闸位置之间的切换，即控制辅助开关的铁芯转动设定角度。
初始时，辅助开关处于“合闸”位置，电机回路导通，机构未储能，复位弹簧处于储能状态；当凸轮转动时，凸轮外缘与摇臂的贴合段旋转半径不变，直至机构储能完成，机构储能完成的瞬间，凸轮外缘与摇臂的贴合段随旋转急速减小半径，此时复位弹簧释放能量，从而推动摇臂自由端急速回摆、实现动力的输出，传动模块将该摆动传递给辅助开关，使辅助开关的铁芯由合闸位置转向分闸位置；当机构储能完成的同时，铁芯也到达分闸位置，使电机回路断开；当需要导通电机回路时，凸轮继续转动，使旋转半径逐渐变大的凸轮外缘段与摇臂相配合，凸轮推动摇臂摆动，复位弹簧在传动模块的带动下完成储能过程，同时辅助开关在传动模块复位转动的带动下，铁芯由分闸位置转向合闸位置，导通电机回路，装置复位，为机构的下一次储能做准备。
进一步的，所述凸轮外缘轮廓呈螺形，包括第一圆弧段、第二圆弧段和复位段；第一圆弧段与储能轴同心设置，其半径为R1；第二圆弧段为工作段，其圆心偏心于储能轴轴心，半径为R2；第一圆弧段与第二圆弧段一端切向连接，另一端通过复位段连接，复位段靠近第一圆弧段径向配置。当动力模块中的摇臂与偏心的第二圆弧段配合时，辅助开关由分闸位置转向合闸位置；当动力模块中的摇臂与第一圆弧段配合时，辅助开关处于合闸位置；当动力模块中的摇臂与复位段配合时，辅助开关合闸位置切换为分闸位置。
进一步的，所述传动模块包括第一连杆、第二连杆，第三连杆、第四连杆和连接件，其中：第一连杆一端转动安装在摇臂自由端上，另一端转动安装在第二连杆一端上；第二连杆和第三连杆的中部间隔固定安装在连接轴上，第三连杆一端转动安装在第四连杆一端上，第四连杆另一端与连接件一端转动连接；连接件另一端通过能够反复拆装的紧固件与铁芯固定为一体；传动模块的转动连接处，转动轴向均与连接轴轴向平行；连接轴与铁芯轴向平行；第一连杆、第二连杆、第三连杆，第四连杆和连接件均与连接轴轴向垂直。
为了实现凸轮传动切换为辅助开关往复转动，本实用新型采用双四连杆结构传动。摇臂、第一连杆、第二连杆和连接轴构成第一副四连杆，连接轴、第三连杆，第四连杆和连接件构成第二副四连杆。摇臂与凸轮轮廓接触，将凸轮传动传递到第一副四连杆上，再通过两副四连杆共用的连接轴将运动传递给第二副四连杆上。第二副四连杆中的连接件与辅助开关的铁芯固定，带动辅助开关完成往复转动，实现辅助开关的常闭触点导通或断开电机回路。
再进一步，所述外置式电机切换开关装置还包括用于显示复位弹簧操动机构储能状态的储能状态指示元件，储能状态指示元件固定在连接轴一端上，位于基座外侧。凸轮传递动力给辅助开关的过程中，连接轴同时将运动传递到储能状态指示元件，实现操动电机回路状态指示功能。当凸轮传动中摇臂与凸轮同心的第一圆弧段配合时，电机回路导通，储能状态指示元件指示“放松”符号水平，表明机构处于未储能状态；当凸轮传动中摇臂复位时，储能完毕，电机回路断开，储能状态指示元件指示“压缩”符号水平，表明机构处于储能状态；即：电机回路都是导通时，机构未储能，导通即是为了机构储能；电机回路断开，机构已储能。断开是为了保护机构，防止机构非正常储能，干涉合闸；当储能轴带动凸轮转动一圈，机构完成一次储能-未储能切换，辅助开关完成一次电机回路的断开和导通切换。
再进一步，所述第一连杆和第二连杆位于基座内侧，第三连杆、第四连杆和连接件位于基座外侧，便于连接件和辅助开关之间的拆装，利于更换维护辅助开关。
再进一步，所述复位弹簧一端勾连在第二连杆上，与第一连杆分别位于第二连杆两端，复位弹簧另一端勾连在位于基座内侧的安装螺栓上。便于复位弹簧安装。
再进一步，所述连接件为U形板，其U形折弯段夹持在铁芯上，通过紧固件紧固为一体；U形板的两个自由端与第四连杆转动连接，便于连接件和辅助开关之间的拆装，利于更换维护辅助开关。
再进一步，所述紧固件为螺栓。拆装方便，利于更换维护辅助开关。
再进一步，所述摇臂为弯形平板，在可靠传动凸轮运动的同时，避免和凸轮干涉。
再进一步，所述连接轴为方轴，将运动通过方轴、方孔的配合形式传动第三连杆和储能状态指示元件。
本实用新型的有益效果在于：
1、可以准确切换电机回路；通过储能状态指示元件可以准确显示电机回路状态；
2、自带有支撑架，除了实现固定辅助开关的功能外，还可以实现减小储能和合分闸时操动机构对辅助开关的振动，提高辅助开关寿命和可靠性；
3、当电机切换开关的辅助开关需要维护和更换时，可以在不拆解机构的前提下快速拆卸和安装辅助开关，不会影响产品机械特性，有效降低维护成本，可维护性高。
附图说明
图1为本装置一种优选结构的正视示意图
图2为图1的立体示意图
图3为图1的局部俯视图
图4为图1中辅助开关的正视示意图
图1～4中：1为支撑架，2为辅助开关，201为铁芯，3为储能状态指示元件，4为凸轮，401为第一圆弧段，402为第二圆弧段，403为复位段，5为第一连杆，6为第二连杆，7为第三连杆，8为第四连杆，9为连接件，10为储能轴，11为摇臂，12为螺栓，13为基座，14为复位弹簧，15为连接轴，16为安装螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示的基于复位弹簧操动机构的外置式电机切换开关装置，包括动力模块、传动模块、辅助开关模块和储能状态指示元件3。
动力模块包括相互匹配的凸轮4和摇臂11，凸轮4外缘轮廓呈螺形，包括第一圆弧段401、第二圆弧段402和复位段403；第一圆弧段401与储能轴10同心设置，其半径为R1；第二圆弧段402为工作段，其圆心偏心于储能轴10轴心，半径为R2；第一圆弧段401与第二圆弧段402一端切向连接，另一端通过复位段403连接，为避免摇臂11在复位过程中与凸轮4干涉，本实施例中，摇臂11为弯形平板，复位段403沿第一圆弧段401径向两侧配置，也可以沿第一圆弧段401径向配置。由储能轴10驱动的凸轮4转动时，凸轮4上的工作段及复位段先后与摇臂11自由端相配合，使摇臂11自由端摆动至设定位置一段时间后复位。
辅助开关模块包括辅助开关2和支撑架1，支撑架1将辅助开关2通过能够反复拆装的紧固件固定安装在基座13外侧，本实施例中，紧固件为螺栓12。
传动模块包括位于基座13内侧的第一连杆5、第二连杆6，以及位于基座13外侧的第三连杆7、第四连杆8和连接件9，其中：第一连杆5一端转动安装在摇臂11自由端上，另一端转动安装在第二连杆6一端上；第二连杆6和第三连杆7的中部间隔固定安装在连接轴15上，第三连杆7一端转动安装在第四连杆8一端上；连接件9为U形板，其U形折弯段夹持在铁芯201上，通过紧固件紧固为一体，本实施例中，紧固件为螺栓12；U形板的两个自由端与第四连杆8另一端转动连接；连接轴15为方轴，第二连杆6、第三连杆7和储能状态指示元件3开设方孔，方轴方孔的配合形式，便于传动第三连杆7和储能状态指示元件3。
传动模块的转动连接处，转动轴向均与连接轴15轴向平行；连接轴15与铁芯201轴向平行；第一连杆5、第二连杆6、第三连杆7，第四连杆8和连接件9均与连接轴15轴向垂直。
当摇臂11自由端摆动至设定位置一段时间后复位时，传动模块能够使铁芯201绕自身轴向转动至设定位置一段时间后复位，实现控制电机回路的辅助开关在合闸位置和分闸位置之间的切换。
传动模块上设有复位弹簧14，复位弹簧14的一端勾连在第二连杆6上，与第一连杆5分别位于第二连杆6两端，复位弹簧14的另一端勾连在位于基座13内侧的安装螺栓16上；当摇臂11自由端摆动时，复位弹簧14储能；当摇臂11自由端复位时，复位弹簧14弹性回复释放势能，促使摇臂11自由端复位。
储能状态指示元件3固定在连接轴15一端上，位于基座13外侧。
要实现电机回路的导通和断开，需要控制辅助开关2的常闭触点在合闸位置和分闸位置之间的切换，即控制辅助开关2的铁芯201转动设定角度，本实施例中，设定角度为90°。如图4所示，当辅助开关2的铁芯201端面箭头在左、右虚线位置之间往复转动时，辅助开关实现合、分闸位置的切换。
对应动力模块的凸轮4，如图1示，当动力模块中的摇臂11与偏心的第二圆弧段402配合时，辅助开关2处于分闸位置；当动力模块中的摇臂11与第一圆弧段401配合时，辅助开关2处于合闸位置；当动力模块中的摇臂11与复位段403配合时，辅助开关2合闸位置转向分闸位置。
为了实现凸轮传动切换为辅助开关往复90°转动和储能状态指示功能切换，本实用新型采用双四连杆结构传动。如图2、图3所示，摇臂11、第一连杆5、第二连杆6和连接轴15构成第一副四连杆，连接轴15、第三连杆7，第四连杆8和连接件9构成第二副四连杆。
摇臂11与凸轮4轮廓接触，将凸轮传动传递到第一副四连杆上，再通过两副四连杆共用的连接轴15将运动传递给第二副四连杆上。第二副四连杆中的连接件9与辅助开关2的铁芯201固定，带动辅助开关完成往复90°转动，实现辅助开关2的常闭触点导通或断开电机回路。
具体来说，如图1所示的机构初始位置，复位弹簧14处于储能状态，机构未储能，辅助开关2的铁芯201到达合闸位置，电机回路导通；当凸轮继续顺时针转动，机构开始储能，凸轮4外缘与摇臂11的贴合面为旋转半径不变的第一圆弧段401；机构储能完成的瞬间，摇臂11从第一圆弧段401经过复位段403掉落至偏心的第二圆弧段402，复位弹簧14收缩释能，在复位弹簧14的拉动下，辅助开关2的铁芯201由合闸位置切换为分闸位置，电机回路断开，同时储能状态指示元件3从“未储能”切换为“已储能”状态；然后机构进行合闸操作，储能轴10和凸轮4继续转动，摇臂11与凸轮4贴合面为旋转半径逐渐变大的第二圆弧段402，一方面，双四连杆传动机构中的第二连杆6将动力传递给复位弹簧14，复位弹簧14被拉伸储能；另一方面，辅助开关2的铁芯201在第四连杆8的带动下旋转，由分闸位置转向合闸位置，直至凸轮4与摇臂11的贴合面过渡到第一圆弧段401，辅助开关2的铁芯201到达合闸位置，电机回路导通，装置复位，为机构的下一次储能做准备。凸轮4顺时针转动一圈，辅助开关2完成一次导通和断开，复位弹簧14完成一次储能-未储能切换。
凸轮4传递动力给辅助开关2的过程中，连接轴15同时将运动传递到储能状态指示元件3，实现操动电机回路状态指示功能。当凸轮传动中摇臂11与第一圆弧段401接触时，储能状态指示元件3指示“放松”符号水平，表示机构未储能，复位弹簧14处于储能状态；当凸轮传动中的摇臂11复位时，电机回路断开，储能状态指示元件指示“压缩”符号水平，表明机构完成储能，复位弹簧14处于未储能状态；当储能轴10带动凸轮4转动一圈，复位弹簧14完成一次储能-未储能切换，辅助开关2完成一次电机回路的断开和导通切换。
维护和更换辅助开关2时，首先拆卸辅助开关2与连接件9之间的螺栓12，将辅助开关2与连接件9松开，再拆卸支撑架1和基座13之间的螺栓12，将支撑架1从基座13上拆除，最后拆卸辅助开关2和支撑架1之间的螺栓12，拆卸辅助开关2。辅助开关回复时将顺序调换。