一种安全绝缘的操作系统及开关装置的制作方法

[0001]
本发明涉及电器控制设备技术领域，具体涉及一种安全绝缘的操作系统及开关装置。


背景技术：

[0002]
塑壳式断路器在低压配电系统常作为终端开关或支路开关，对电源线路、机械设备起到实时保护作用。
[0003]
现有的智能塑壳断路器一般设有手动和电动重合闸机构，其主要包括手动轴、齿轮传动机构、连杆和电机。手动操作时，操作人员通过六角手柄转动手动轴，手动轴通过齿轮传动机构、连杆带动断路器的操作手柄进行合闸动作。由于手动轴、齿轮传动机构和连杆等传动机构均为铁质材料，在结构紧凑的小壳架产品中，传动机构部分与线路板模块距离较近，导致两者的电气间隙较小，而六角手柄也为铁质材料，这样一旦传动机构带电，会导致操作人员触电，安全性能低；另一方面，也存在产品emc静电放电风险，也即人体静电经传动机构进入断路器内部，可能导致线路板模块损坏。


技术实现要素：

[0004]
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的智能塑壳断路器存在安全性能低和emc静电放电风险的缺陷，从而提供一种安全性能高、避免emc静电放电风险的安全绝缘的操作系统，以及具有该安全绝缘的操作系统的开关装置。
[0005]
为此，本发明提供一种安全绝缘的操作系统，包括受外部手柄驱动的手动件，以及与所述手动件相连的齿轮传动机构，其中，所述手动件和所述齿轮传动机构中的至少一个部件为绝缘件。
[0006]
所述手动件包括设于上端的可受所述外部手柄驱动转动的绝缘部，以及设于下端的可驱动所述齿轮传动机构动作的金属轴。
[0007]
所述齿轮传动机构包括从动齿轮、手动齿轮和电动齿轮，从动齿轮通过连杆组件与操作手柄相连，所述操作手柄用于驱动开关装置分合闸；手动齿轮和电动齿轮，分设于所述从动齿轮的两侧，且均与所述从动齿轮啮合连接，所述手动齿轮受所述手动件驱动转动，所述电动齿轮受电机驱动转动。
[0008]
所述从动齿轮为绝缘件，所述手动齿轮、所述电动齿轮和所述连杆组件均为金属件。
[0009]
所述手动件与所述手动齿轮之间设有防止所述电机反转的第一离合机构。
[0010]
所述第一离合机构包括连接轴、第一棘齿和第一弹性件。连接轴垂直设于所述金属轴上；多个第一棘齿，沿周向间隔设于所述手动齿轮的内壁上，所述第一棘齿的一侧为可与所述连接轴相抵的第一垂直面，另一侧为可与所述连接轴滑动配合的第一斜面；第一弹性件，一端与所述手动齿轮相抵，另一端与壳体的中盖底板相抵。
[0011]
所述金属轴沿其高度方向间隔设有多个可供所述连接轴穿设的功能孔。
[0012]
所述金属轴的顶部成型有t形连接块，所述绝缘部与所述连接块通过注塑一体成型。
[0013]
所述手动件通过安装结构与固定于中盖安装柱上的安装板连接，所述安装结构包括第一穿孔、环形槽和挡圈，第一穿孔设于所述安装板上，所述第一穿孔的孔径小于所述绝缘部的外径，且大于所述金属轴的外径；环形槽，设于所述金属轴靠近所述绝缘部的一侧；挡圈，安装于所述环形槽内，所述挡圈的外径大于所述第一穿孔的孔径，装配时，所述安装板的顶面和底面分别与所述绝缘部和所述挡圈相抵。
[0014]
本发明还提供一种开关装置，包括如上所述的安全绝缘的操作系统，其中，所述开关装置为塑壳断路器或双电源转换开关。
[0015]
本发明技术方案，具有如下优点：
[0016]
1.本发明提供的安全绝缘的操作系统，包括受外部手柄驱动的手动件，以及与手动件相连的齿轮传动机构，其中，手动件和齿轮传动机构中的至少一个部件为绝缘件。这样不仅提高了安全可靠性，且降低了产品emc静电放电风险，延长了产品的使用寿命。
[0017]
2.本发明提供的安全绝缘的操作系统，手动件包括设于上端的可受外部手柄驱动转动的绝缘部，以及设于下端的可驱动齿轮传动机构动作的金属轴。绝缘部能够实现开关装置内部线路板组件与外部的电气隔绝，保证产品emc特性，同时也防止操作人员触电，保障人身安全；而金属轴又能保证使用强度。
[0018]
3.本发明提供的安全绝缘的操作系统，从动齿轮为绝缘件，手动齿轮、电动齿轮和连杆组件均为金属件。对于小壳架开关装置来说，由于传动齿轮机构承受作用力相对较小，对于零件强度要求降低，因此，发明人仅将从动齿轮由金属件改为强度较高的塑料绝缘件，这样既能满足强度要求，又能实现开关装置内部线路板组件与外部的电气隔绝，保证产品emc特性，也能防止操作人员触电，保障人身安全。
[0019]
4.本发明提供的安全绝缘的操作系统，第一离合机构包括：连接轴，垂直设于金属轴上；多个第一棘齿，沿周向间隔设于手动齿轮的内壁上，第一棘齿的一侧为可与连接轴相抵的第一垂直面，另一侧为可与连接轴滑动配合的第一斜面；第一弹性件，一端与手动齿轮相抵，另一端与壳体的中盖底板相抵。当手动件顺时针转动时，连接轴与第一棘齿的第一垂直面相抵，从而带动手动齿轮转动；当手动件逆时针转动时，连接轴与第一棘齿的第一斜面滑动配合，也即不会带动手动齿轮转动，从而避免发生电机反转的情况，相互配合的连接轴与第一棘齿具有结构简单的优点。
[0020]
5.本发明提供的安全绝缘的操作系统，金属轴沿其高度方向间隔设有多个可供连接轴穿设的功能孔。装配时，将连接轴穿入功能孔内，从而实现金属轴与连接轴之间力的传递；另外，通过设置多个功能孔，能够满足不同高度手动齿轮的安装要求，也即同一个手动件能够满足不同规格产品的使用要求，增加了零件的通用性。
附图说明
[0021]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]
图1为本发明的开关装置的立体图；
[0023]
图2为图1中取出上盖后的立体图；
[0024]
图3为手动件、齿轮传动机构、连杆组件的装配示意图；
[0025]
图4为手动件、手动齿轮和第一弹性件的爆炸示意图；
[0026]
图5为手动齿轮的立体图；
[0027]
图6为手动件与安装板的装配示意图；
[0028]
图7为电机、电动齿轮和棘轮的装配示意图；
[0029]
图8为图7的俯视图；
[0030]
图9为图7的爆炸示意图；
[0031]
图10为电动齿轮和扭簧的装配示意图；
[0032]
图11为保护机构的第一种导线走线实施方式的立体图；
[0033]
图12为图11中a部分的放大结构示意图；
[0034]
图13为图1的部分剖面图；
[0035]
图14为线路板、拨动开关和指示件的分解示意图；
[0036]
图15为线路板、拨动开关和指示件另一角度的分解示意图；
[0037]
图16为中盖的立体图；
[0038]
图17为保护机构的第二种导线走线实施方式的立体图；
[0039]
图18为图17中b部分的放大结构示意图；
[0040]
图19为保护机构的第三种导线走线实施方式的立体图；
[0041]
图20为图19中c部分的放大结构示意图。
[0042]
附图标记说明：1、手动件；11、绝缘部；12、金属轴；120、功能孔；121、环形槽；13、连接轴；14、连接块；15、挡圈；2、手动齿轮；21、第一棘齿；211、第一垂直面；212、第一斜面；22、第一弹性件；3、从动齿轮；31、连杆组件；32、操作手柄；4、电动齿轮；40、电机；41、转轴；42、棘轮；43、第二棘齿；431、第二垂直面；432、第二滑动面；44、扭簧；441、水平段；442、竖直段；45、铆钉；46、固定块；461、第一插槽；47、滑槽；471、侧壁；5、壳体；51、上盖；510、凹槽；511、操作孔；512、长条孔；513、凸台；52、中盖；521、中盖底板；522、中盖侧板；523、安装柱；524、卡槽；525、倒扣部；526、门型通孔；527、导线槽；528、第二挂钩部；53、安装板；531、第一穿孔；532、第一挂钩部；6、指示件；60、第二插槽；61、指示部；62、挡板部；621、第二穿孔；63、第二拨动杆；64、指示标记；7、拨动开关；71、第一拨动杆；8、线路板；81、导线。
具体实施方式
[0043]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0044]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0045]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0046]
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0047]
实施例
[0048]
本实施例提供一种开关装置，如图1-4所示，包括壳体5、手动件1、齿轮传动机构和保护机构。
[0049]
壳体5包括上盖51和中盖52。
[0050]
上盖51，如图1所示，其成型有凹槽510，以及可供外部手柄插入的操作孔511，所述凹槽510的底壁中部设有可供所述第二拨动杆63伸出、并限制其移动轨迹的长条孔512，如图13所示，上盖51的底面成型有可与所述线路板8顶面相抵的凸台513。
[0051]
中盖52，如图16所示，包括中盖底板521和中盖侧板522，中盖底板521和中盖侧板522围合形成适于安装手动件1、齿轮传动机构和保护机构的安装腔。中盖底板521设有安装柱523，以及设于安装柱523顶部、适于安装手动件1的安装板53，安装板53设有第一穿孔531，所述第一穿孔531的孔径小于手动件1绝缘部11的外径，且大于所述金属轴12的外径。如图11和12所示，中盖52靠近左侧的中盖侧板522处还设有可供线路板8竖直插入的卡槽524。中盖底板521设有一个朝中盖侧板522方向延伸、适于定位所述导线81的倒扣部525，位于壳体5左下方的线路板8上的导线81，其沿所述中盖侧板522内壁走线，从而与位于壳体5右上方的控制单元相连。
[0052]
手动件1，如图3和4所示，包括设于上端的可受所述外部手柄驱动转动的绝缘部11，以及设于下端的可驱动所述齿轮传动机构动作的金属轴12，金属轴12沿其高度方向间隔设有两个可供所述连接轴13穿设的功能孔120，且其靠近所述绝缘部11的一侧设有可安装挡圈15的环形槽121，金属轴12顶部成型有t形连接块14，所述绝缘部11与所述连接块14通过注塑一体成型。生产时，先将金属轴单独加工，然后金属轴作为嵌件固定于注塑机上，这样直接将塑料材料压于金属轴上，从而通过注塑一体加工成型。如图6所示，手动件1与安装板53装配时，将金属轴12穿过安装板53的第一穿孔531，使得手动件1的绝缘部11与安装板53顶面相抵，挡圈15安装于所述环形槽121内，所述挡圈15的外径大于所述第一穿孔531的孔径，挡圈15与安装板53底面相抵，由于安装板53的顶面和底面分别与所述绝缘部11和所述挡圈15相抵，从而限定手动件1与安装板53的纵向相对位置。
[0053]
齿轮传动机构，包括手动齿轮2、从动齿轮3、电动齿轮4、棘轮42。
[0054]
手动齿轮2，设于从动齿轮3的左侧，且与其啮合连接。如图5所示，手动齿轮2的内壁上设有多个第一棘齿21，所述第一棘齿21的一侧为可与所述连接轴13相抵的第一垂直面211，另一侧为可与所述连接轴13滑动配合的第一斜面212。手动齿轮2与壳体5的中盖底板521之间设有第一弹性件22，第一弹性件22向手动齿轮2施加使其第一棘齿21与连接轴13上下相抵的弹性作用力，本实施例中，第一弹性件22为弹簧。
[0055]
从动齿轮3，通过连杆组件31与操作手柄32相连，所述操作手柄32用于驱动开关装
置分合闸。
[0056]
电动齿轮4，为传动件，设于从动齿轮3的右侧，且与其从动齿轮3啮合连接，如图7-10所示，电动齿轮4可转动地安装于电机40的转轴41上。电动齿轮4沿其中心对称设有两个扭簧44、两个滑槽47、两个铆钉45和两个固定块46。
[0057]
扭簧44，设于所述电动齿轮4一表面且位于所述棘轮42一侧，如图8和10所示，所述扭簧44具有与所述第二棘齿43的第二垂直面431相抵的第一动作状态，以及与所述第二棘齿43的第二滑动面432滑动配合的第二动作状态。扭簧44主体套设于铆钉45上，其一端适于插入第一插槽461，另一端具有设于棘轮42上方的水平段441，以及与所述水平段441垂直设置、可与所述第二垂直面431相抵的竖直段442。本实施例中，扭簧44有两个，两个所述扭簧44沿所述传动件的中心对称设置。滑槽47，设于电动齿轮4，其可供竖直段442插入，滑槽47宽度方向上的两个侧壁471可与所述竖直段442阻挡配合，滑槽47的两个侧壁471能够防止竖直段442在第二棘齿43的较大驱动力作用下发生变形(变形指的是竖直段442与水平段441从原来的夹角为直角变为钝角)，从而保证竖直段与第二垂直面贴合相抵，这样进一步提高了可靠性。铆钉45，其头部的尺寸大于所述扭簧44主体的尺寸。棘轮42，设于所述转轴41上，且跟随所述转轴41联动转动，所述棘轮42的外侧设有多个第二棘齿43，第二棘齿43具有设于一侧的第二垂直面431，以及设于另一侧的第二滑动面432。本实施例中，由于扭簧44具有一定的弹性，其在兼具复位功能的同时，又能起到与第二棘齿43配合的作用，这样结构更加简单，降低了生产成本。固定块46，设于电动齿轮4上，所述固定块46与所述电动齿轮4之间形成第一插槽461，所述扭簧44的一端与所述固定块46邻近所述棘轮42的面相抵，或缠绕于所述固定块46表面。
[0058]
保护机构包括指示件6、切换开关、线路板8和控制单元。
[0059]
指示件6，如图11-16所示，可移动地安装于壳体5上，且位于所述拨动开关7上方，指示件6的一侧边缘邻近所述线路板8右侧面设置。指示件6具有适于遮挡外部手柄操作孔511、对应自动模式的第一指示位置，以及裸露出所述操作孔511、对应手动模式的第二指示位置。所述指示件6具有指示部61，以及设于所述指示部61一侧的挡板部62，所述挡板部62上设有可与所述操作孔511对应连通的第二穿孔621，所述指示部61上设有第二拨动杆63，以及用于指示手动/自动状态和移动方向的指示标记64，指示件6的底部还设有第二插槽60。
[0060]
切换开关，为拨动开关7，拨动开关7焊接于线路板8的侧面，拨动开关7设有可与第二插槽60适配插接的第一拨动杆71，从而与所述指示件6联动移动，其中，所述拨动开关7具有对应自动模式的第一信号触发位置，以及对应手动模式的第二信号触发位置，也即拨动开关7在第一信号触发位置和第二信号触发位置切换动作时，会向控制单元发送信号，以指示开关装置所处的工作模式(手动/自动)。
[0061]
作为可变换的实施方式，切换开关也可以为微动开关。
[0062]
所述线路板8通过导线81与控制单元相连。发明人巧妙的将指示件6与拨动开关7实现联动，从而在指示件6位置发生移动时，拨动开关7会将动作信号传递给控制单元，控制单元可通过动作信号判断开关装置是处于自动模式或手动模式，从而按照设定要求控制开关装置，这样避免了误操作，提高了安全可靠性。
[0063]
作为可变换的实施方式，如图17和18所示，安装板53的顶面右侧边缘设有第一挂
钩部532，所述中盖底板521上成型有多个设于所述安装柱523与操作手柄32之间、适于固定所述导线81的门型通孔526，所述导线81依次穿过所述第一挂钩部532和多个所述门型通孔526后，与所述控制单元相连。
[0064]
作为可变换的实施方式，如图19和20所示，所述安装柱523的顶部设有导线槽527，所述中盖底板521上成型有多个设于所述安装柱523与操作手柄32之间、适于固定所述导线81的第二挂钩部528，所述导线81依次穿过所述导线槽527和多个所述第二挂钩部528后，与所述控制单元相连。
[0065]
本实施例中，从动齿轮3为塑料绝缘件，而手动齿轮2和电动齿轮4为铁件。
[0066]
作为可变换的实施方式，手动齿轮2、电动齿轮4、连杆组件31也可以为塑料绝缘件。
[0067]
本实施例中，开关装置可以为断路器或双电源转换开关。
[0068]
本实施例的传动齿轮机构的工作原理如下：
[0069]
手动合闸时，手动件1在外部手柄的作用下顺时针转动，连接轴13与手动齿轮2第一棘齿21的第一垂直面211相抵，从而带动手动齿轮2顺时针转动，进而带动与手动齿轮2啮合连接的从动齿轮3逆时针转动，从动齿轮3通过连杆组件31、操作手柄32带动开关装置合闸。
[0070]
电动合闸时，电机40通过转轴41带动棘轮42顺时针转动，棘轮42第二棘齿43的第二垂直面431与扭簧44的竖直段442相抵，从而带动电动齿轮4顺时针转动，进而带动与电动齿轮4啮合连接的从动齿轮3逆时针转动，从动齿轮3通过连杆组件31、操作手柄32带动开关装置合闸。
[0071]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。