CN109950105B - 用于断路器的电动操作机构及应用其的断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于断路器的电动操作机构及应用其的断路器。电动操作机构包括支架、电路板组件、电机、减速齿轮组件、凸轮组件、滑块组件和微动开关。滑块组件可滑动地设置于支架上,滑块组件包括外挡块、内挡块和拨杆定位部,外挡块与内挡块之间在滑块组件的滑动方向上具有供凸轮组件的推动块穿行的第一间隔,外挡块具有朝向第一间隔的内侧面,内挡块具有朝向第一间隔的外侧面,推动块在凸轮组件转动时依序抵靠于外挡块的内侧面和内挡块的外侧面,拨杆定位部设置于滑块组件上对应断路器拨杆的位置,拨杆定位部与拨杆套设连接以带动拨杆转动。通过本发明可降低电动操作机构的加装高度,减少零部件和装配工时,充分有效地利用空间。
Description
技术领域
本发明涉及电气开关领域,特别是涉及一种用于断路器的电动操作机构及应用该电动操作机构的断路器。
背景技术
断路器是一种能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流,也能在规定的非正常电路条件下接通、承载一定时间和分断电流的机械开关装置。断路器具有结构先进、性能可靠、分断能力强等特点,主要用于交流50HZ或60HZ、额定电压400V以下、额定工作电流为1200A以下的场所,其既可作办公楼、住宅、工厂和类似建筑物的照明、配电线路及设备的过载和短路保护之用,亦可作为线路不频繁通断操作与转换之用。断路器一般由操作机构、触点、保护装置(如各种脱扣器)、灭弧***等组成。常用断路器开断电路时是用机械的方法把小型断路器的动触头与固定触头分开,而合闸时则用相反的机械运动使动触头与固定触头闭合。
断路器一般靠手动操作或电动合闸。电动操作机构是一种用于远程自动分闸和合闸的断路器附件,在用电动机构操作时,应能保证断路器可靠开合。目前现有技术中的电动操作机构存在如下不足:
1、电动操作机构的整体空间高度较高,不利于安装在较薄的成套电力机柜里面;
2、电动操作机构的零件很多,装配繁琐,导致装配工时较高;
3、电动操作机构内各元件的布局不合理,不利于智能型断路器的进一步集成化。
发明内容
针对上述技术问题,本发明提供一种结构合理、性能稳定的用于断路器的电动操作机构及应用该电动操作机构的断路器。
本发明的一种用于断路器的电动操作机构,断路器包含外壳和用以控制分闸及合闸的拨杆,拨杆设置于外壳内且突出于外壳的正面,电动操作机构包括支架、电路板组件、电机、减速齿轮组件、凸轮组件、滑块组件和微动开关。支架扣合安装于外壳的正面,支架具有依次相邻的第一侧边、第二侧边、第三侧边和第四侧边。电路板组件固定安装于支架上且邻近于第二侧边。电机卧设于支架上且邻近于第一侧边,电机受电路板组件驱动且电机的输出端具有蜗杆。减速齿轮组件邻近设置于第四侧边,减速齿轮组件包括蜗轮、小齿轮和大齿轮,蜗轮与蜗杆齿轮传动连接,小齿轮与蜗轮同轴传动连接,大齿轮与小齿轮齿轮传动连接。凸轮组件与大齿轮同轴传动连接,凸轮组件包括与大齿轮同步转动的第一凸轮部、第二凸轮部和推动块,第一凸轮部的基圆半径大于第二凸轮部的基圆半径,第一凸轮部具有两个端角部和背对大齿轮的第一表面,两个端角部分别位于第一凸轮部和第二凸轮部的分界处,推动块固定设置于第一凸轮部的第一表面上。滑块组件可滑动地设置于支架上,滑块组件包括外挡块、内挡块和拨杆定位部,外挡块和内挡块设置于滑块组件上邻近第四侧边的一端,外挡块与内挡块之间在滑块组件的滑动方向上具有供推动块穿行的第一间隔,外挡块具有朝向第一间隔的内侧面,内挡块具有朝向第一间隔的外侧面,推动块在凸轮组件转动时依序抵靠于外挡块的内侧面和内挡块的外侧面,拨杆定位部设置于滑块组件上对应拨杆的位置,拨杆定位部与拨杆套设连接以带动拨杆转动。微动开关邻近设置于第三侧边,微动开关用以在被第一凸轮部的两个端角部之一触发时通过电路板组件向电机发送停转控制信号。其中,电机在断路器由合闸进入分闸状态时通过减速齿轮组件带动凸轮组件转动,随凸轮组件转动的推动块推抵外挡块的内侧面使滑块组件滑动,随滑块组件移动的拨杆定位部带动拨杆使断路器进入分闸状态,且第一凸轮部的两个端角部之一在断路器进入分闸状态时触发微动开关以控制电机停转;电机在断路器由分闸进入合闸状态时通过减速齿轮组件带动凸轮组件沿同一方向继续转动,随凸轮组件转动的推动块穿过第一间隔并推抵内挡块的外侧面使滑块组件沿相反方向滑动,随滑块组件移动的拨杆定位部沿相反方向带动拨杆使断路器进入合闸状态,且第一凸轮部的两个端角部之另一在断路器进入合闸状态时触发微动开关以控制电机停转。
较佳地,第一侧边及第二侧边的延伸方向相互垂直,第二侧边及第四侧边的延伸方向相互平行,滑块组件对应安装于支架的中部,滑块组件的滑动方向垂直于第二侧边的延伸方向。
较佳地,拨杆定位部为滑块组件上的通孔,拨杆穿设于该通孔。
较佳地,电机为220伏直流电机,蜗杆的转轴延伸方向平行于第一侧边的延伸方向。
较佳地,本发明所述的电动操作机构还包括:用以指示断路器当前状态的指针组件,指针组件设置于支架上且邻近于第三侧边,指针组件包括指示盘和可相对指示盘转动的转针,指示盘固定安装于支架。进一步地,滑块组件还包括转针定位部,转针定位部设置于滑块组件上远离第四侧边的另一端,转针定位部与转针的自由端通过定位轴传动连接,转针定位部在滑块组件滑动时带动转针转动。
较佳地,本发明所述的电动操作机构还包括:用以手动控制分合闸的按钮组件,按钮组件设置于支架上且邻近于第三侧边。进一步地,本发明所述的电动操作机构还包括:用以锁定该按钮组件的机械锁,机械锁安装于支架上且邻近于按钮组件,机械锁的止档部可操作地连接于按钮组件。
较佳地,本发明所述的电动操作机构还包括元件加装空间,元件加装空间位于拨杆定位部的上方,且由电机、电路板组件、第三侧边和减速齿轮组件围成。
本发明提供的一种断路器,包含如上任意一项所述的用于断路器的电动操作机构。
当断路器接到控制指令而需由合闸进入分闸状态时,电路板组件控制电机启动,电机控制蜗杆转动,蜗杆带动与其齿合的蜗轮转动,与蜗轮同轴连接的小齿轮同步转动,小齿轮带动与其齿合的大齿轮转动,与大齿轮同轴连接的凸轮组件同步转动,随凸轮组件转动的推动块推抵外挡块的内侧面使滑块组件滑动,随滑块组件移动的拨杆定位部带动拨杆使断路器进入分闸状态,且此时第一凸轮部的两个端角部之一触发微动开关以控制电机关停;当断路器接到控制指令而需由分闸进入合闸状态时,电路板组件再次控制电机启动,电机控制蜗杆沿同一方向继续转动,蜗杆带动与其齿合的蜗轮沿同一方向继续转动,与蜗轮同轴连接的小齿轮同步转动,小齿轮带动与其齿合的大齿轮转动,与大齿轮同轴连接的凸轮组件沿同一方向继续同步转动,随凸轮组件转动的推动块穿过第一间隔并推抵内挡块的外侧面使滑块组件沿相反方向滑动,随滑块组件移动的拨杆定位部沿相反方向带动拨杆使断路器进入合闸状态,且此时第一凸轮部的两个端角部之另一触发微动开关以控制电机再次关停。
与现有技术相比,本发明的用于断路器的电动操作机构及应用该电动操作机构的断路器具有如下优点:
1、通过整体的合理构造,可大幅降低电动操作机构的加装高度,且可大幅减少零部件,减少装配工时;
2、通过本发明的结构设计及元件布局,可充分有效地利用空间,便于加装机械锁、液晶屏、一体式手动分合闸控键等功能元件,且便于使电路板尺寸规格统一,利于仓储管理及成本管控。
附图说明
图1为本发明一实施例的应用电动操作机构的断路器的结构示意图。
图2为本发明一实施例的电动操作机构于顶端视角的结构示意图。
图3为本发明一实施例的电动操作机构于断路器分闸状态的示意图。
图4为本发明一实施例的电动操作机构于断路器合闸状态的示意图。
图5为本发明一实施例的电动操作机构于侧端视角的结构示意图。
图6为本发明一实施例的滑块组件的立体结构图。
图7为本发明一实施例的滑块组件的工作原理示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步地了解,兹配合实施例详细说明如下。
请结合参见图1至图5,图1为本发明一实施例的应用电动操作机构的断路器的结构示意图,图2为本发明一实施例的电动操作机构于顶端视角的结构示意图,图3为本发明一实施例的电动操作机构于断路器分闸状态的示意图,图4为本发明一实施例的电动操作机构于断路器合闸状态的示意图,图5为本发明一实施例的电动操作机构于侧端视角的结构示意图。本发明提供一种用于断路器900的电动操作机构100,断路器900包含外壳91和用以控制分闸及合闸的拨杆92,拨杆92设置于外壳91内且突出于外壳91的正面911。
电动操作机构100包括支架1、电路板组件2、电机3、减速齿轮组件4、凸轮组件5、滑块组件6和微动开关7。
支架1扣合安装于外壳91的正面911,支架1具有依次相邻的第一侧边11、第二侧边12、第三侧边13和第四侧边14。
电路板组件2固定安装于支架1上且邻近于第二侧边12。优选地,电路板组件2的电路板底面平行于第二侧边12。电路板组件2可采用模拟或数字两种电路,其中数字电路可以实现上位机或者手机APP远程直接控制断路器分合闸。
电机3卧设于支架1上且邻近于第一侧边11,电机3受电路板组件2驱动且电机3的输出端具有蜗杆31。电机3横向放置于支架1上可降低电动操作机构100的整体高度。
如图2所示,减速齿轮组件4邻近设置于第四侧边14,减速齿轮组件4包括蜗轮41、小齿轮42和大齿轮43,蜗轮41与蜗杆31齿轮传动连接,小齿轮42与蜗轮41同轴传动连接,大齿轮43与小齿轮42齿轮传动连接。优选地,蜗轮41的分度圆直径大于小齿轮42的分度圆直径,且蜗轮41的分度圆直径小于大齿轮43的分度圆直径。
如图5所示,凸轮组件5与大齿轮43同轴传动连接,结合参见图3及图4,凸轮组件5包括与大齿轮43同步转动的第一凸轮部51、第二凸轮部52和推动块53,第一凸轮部51的基圆半径大于第二凸轮部52的基圆半径,第一凸轮部51具有两个端角部511、512和背对大齿轮43的第一表面513,两个端角部511、512分别位于第一凸轮部51和第二凸轮部52的分界处,推动块53固定设置于第一凸轮部51的第一表面513上。推动块53可以为安装于第一凸轮部51的轴承组件。在凸轮组件5的转动过程中,两个端角部511、512离轴心的距离较远,可扫到离轴心较远距离的物体,而第二凸轮部52由于基圆半径较小,其扫过的面积小于第一凸轮部51扫过的面积。
滑块组件6可滑动地设置于支架1上,包括但不限于地,滑块组件6安装于支架1的滑道15上;请结合参见图6和图7,图6为本发明一实施例的滑块组件的立体结构图,图7为本发明一实施例的滑块组件的工作原理示意图,滑块组件6包括外挡块61、内挡块62和拨杆定位部63,外挡块61和内挡块62设置于滑块组件6上邻近第四侧边14的一端,外挡块61与内挡块62之间在滑块组件6的滑动方向X上具有供推动块53穿行的第一间隔64,外挡块61具有朝向第一间隔64的内侧面611,内挡块62具有朝向第一间隔64的外侧面621,推动块53在凸轮组件5转动时依序抵靠于外挡块61的内侧面611和内挡块62的外侧面621,如图7中虚线箭头示意的推动块53运动方向及相应的滑块组件6受力方向;拨杆定位部63设置于滑块组件6上对应拨杆92的位置,拨杆定位部63与拨杆92套设连接以带动拨杆92转动。在实际应用中,拨杆92类似于现有技术中断路器上的转动操作手柄机构,通过该手柄机构的把手顺时针或逆时针转动,来确保断路器的合闸或分闸;本发明中的拨杆92的手柄高度可以降低,只要能挂住拨杆定位部63即可。
微动开关7邻近设置于第三侧边13,微动开关7用以在被第一凸轮部51的两个端角部之一511或512触发时通过电路板组件2向电机3发送停转控制信号。
其中,电机3在断路器900由合闸进入分闸状态时通过减速齿轮组件4带动凸轮组件5转动,随凸轮组件5转动的推动块53推抵外挡块61的内侧面611使滑块组件6滑动,随滑块组件6移动的拨杆定位部63带动拨杆92使断路器900进入分闸状态,且第一凸轮部51的两个端角部之一511在断路器900进入分闸状态时触发微动开关7以控制电机3停转;电机3在断路器900由分闸进入合闸状态时通过减速齿轮组件4带动凸轮组件5沿同一方向继续转动,随凸轮组件5转动的推动块53穿过第一间隔64并推抵内挡块62的外侧面621使滑块组件6沿相反方向滑动,随滑块组件6移动的拨杆定位部63沿相反方向带动拨杆92使断路器900进入合闸状态,且第一凸轮部51的两个端角部之另一512在断路器900进入合闸状态时触发微动开关7以控制电机3停转。
优选地,第一侧边11及第二侧边12的延伸方向相互垂直,第二侧边12及第四侧边14的延伸方向相互平行,滑块组件6对应安装于支架1的中部,滑块组件6的滑动方向X垂直于第二侧边12的延伸方向。此结构布局可使电动操作机构100整体更加紧凑。
优选地,拨杆定位部63为滑块组件6上的通孔631,拨杆92穿设于通孔631。拨杆定位部63不限于上述通孔结构,也可以是与拨杆92配套的凸块结构,但上述通孔配合穿插其内的拨杆架构可使拨杆定位部63的上方空间更大。
优选地,电机3为220伏直流电机,由于市电一般为220伏电压,如此可省掉电路板组件2中设置降压元件,且该电机可提供即使拨动位置靠近拨杆92的根部也足够推动的驱动力。另外,本发明的电机3仅需要提供单向驱动,不需要在分闸和合闸时分别提供正反两向的驱动力。蜗杆31的转轴延伸方向平行于第一侧边11的延伸方向,如此可更加节省空间。
在一实施例中,电动操作机构100还可包括用以指示断路器900当前状态的指针组件8,如图3和图4所示,指针组件8设置于支架1上且邻近于第三侧边13,指针组件8包括指示盘81和可相对指示盘81转动的转针82,指示盘81固定安装于支架1。优选地,滑块组件6还包括转针定位部65,转针定位部65设置于滑块组件6上远离第四侧边14的另一端,转针定位部65与转针82的自由端通过定位轴83传动连接,转针定位部65在滑块组件6滑动时带动转针82转动,从而对应地指示断路器的分闸或合闸状态。转针82的自由端可具有条形开槽84,以不影响滑块组件6的直线滑动。
在一实施例中,电动操作机构100还可包括用以手动控制分合闸的按钮组件9,按钮组件9设置于支架1上且邻近于第三侧边13。按钮组件9可采用现有技术中常用的手动操作按钮结构,其可直接连接并控制断路器内的脱扣器。按钮组件9也可连接到电路板组件2以控制电机3,从而间接控制断路器的工作状态。
为了主电路检修人员的安全,可加装机械锁确保检修人员的安全。在一实施例中,电动操作机构100还可包括用以锁定按钮组件9的机械锁10,机械锁10安装于支架1上且邻近于按钮组件9,如图2所示,机械锁10的止档部101可操作地连接于按钮组件9,例如通过机械锁10的钥匙扭转止档部101使其锁定按钮组件9。机械锁10的止档部101可以为在按钮组件9上装设的卡件,在断路器负载侧电路需要维修或不允许通电时,利用机械锁10上锁,以防被人通过按钮组件9误将断路器合闸。
在一实施例中,电动操作机构100还包括元件加装空间20,如图1所示,元件加装空间20位于拨杆定位部63的上方,且由电机3、电路板组件2、第三侧边13和减速齿轮组件4围成。元件加装空间20邻近于电路板组件2,可用以加装显示屏、通讯模块、检测模块等,以便于进一步扩展断路器的功能和智能化程度。优选地,减速齿轮组件4的上方可以加装防护盖板16,防护盖板16固定安装于支架1上且邻近于第四侧边14。
请继续参见图1,本发明还提供一种断路器,包含如上任意一实施例中所述的用于断路器的电动操作机构。优选地,断路器为MCCB(塑料外壳式)断路器。
请结合参见图2、图3、图4和图7,当断路器900接到控制指令而需由合闸进入分闸状态时,电路板组件2控制电机3启动,电机3控制蜗杆31转动,蜗杆31带动与其齿合的蜗轮41转动,与蜗轮41同轴连接的小齿轮42同步转动,小齿轮42带动与其齿合的大齿轮43转动,与大齿轮43同轴连接的凸轮组件5同步转动(如图2至图4中的顺时针方向),随凸轮组件5转动的推动块53推抵外挡块61的内侧面611使滑块组件6滑动(如滑动方向朝上),随滑块组件6移动的拨杆定位部63带动拨杆92(如拨动方向朝上)使断路器900进入分闸状态,且此时第一凸轮部51的两个端角部之一511触发微动开关7(例如端角部511开始触碰并按压微动开关7)以控制电机3关停;当断路器900接到控制指令而需由分闸进入合闸状态时,电路板组件2再次控制电机3启动,电机3控制蜗杆31沿同一方向继续转动,蜗杆31带动与其齿合的蜗轮41沿同一方向继续转动,与蜗轮41同轴连接的小齿轮42同步转动,小齿轮42带动与其齿合的大齿轮43转动,与大齿轮43同轴连接的凸轮组件5沿同一方向(如仍为顺时针方向)继续同步转动,随凸轮组件5转动的推动块53穿过第一间隔64并推抵内挡块62的外侧面621使滑块组件6沿相反方向滑动(如滑动方向朝下),随滑块组件6移动的拨杆定位部63沿相反方向带动拨杆92(如拨动方向朝下)使断路器900进入合闸状态,且此时第一凸轮部51的两个端角部之另一512触发微动开关7(例如端角部512结束触碰微动开关7并解除按压)以控制电机3再次关停;以此类推,实现断路器分合闸的电动操作。
本发明提供的新型电动操作机构,可以应用到智能断路器组件中的执行元器件,使得断路器可用以远程或遥控控制分闸、合闸状态。换句话说,断路器900接到的需由合闸进入分闸或由分闸进入合闸状态的控制指令,不限于通过本地机柜里的按钮元件发出,也可通过远程网络、手机软件或遥控装置等发出控制指令。
本发明的用于断路器的电动操作机构及应用该电动操作机构的断路器,通过整体的合理构造、结构设计及元件布局,可大幅降低电动操作机构的加装高度,且可大幅减少零部件、减少装配工时,可充分有效地利用空间,便于加装机械锁、液晶屏、一体式手动分合闸控键等功能元件,且便于使电路板尺寸规格统一,利于仓储管理及成本管控。
本发明已由上述相关实施例加以描述,然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是,已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地,在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰,均属本发明的专利保护范围。
Claims (8)
1.一种用于断路器的电动操作机构,该断路器包含外壳和用以控制分闸及合闸的拨杆,该拨杆设置于该外壳内且突出于该外壳的正面,其特征在于,该电动操作机构包括支架、电路板组件、电机、减速齿轮组件、凸轮组件、滑块组件和微动开关;
该支架扣合安装于该外壳的正面,该支架具有依次相邻的第一侧边、第二侧边、第三侧边和第四侧边;
该电路板组件固定安装于该支架上且邻近于该第二侧边;
该电机卧设于该支架上且邻近于该第一侧边,该电机受该电路板组件驱动且该电机的输出端具有蜗杆;
该减速齿轮组件邻近设置于该第四侧边,该减速齿轮组件包括蜗轮、小齿轮和大齿轮,该蜗轮与该蜗杆通过齿轮传动连接,该小齿轮与该蜗轮同轴传动连接,该大齿轮与该小齿轮通过齿轮传动连接;
该凸轮组件与该大齿轮同轴传动连接,该凸轮组件包括与该大齿轮同步转动的第一凸轮部、第二凸轮部和推动块,该第一凸轮部的基圆半径大于该第二凸轮部的基圆半径,该第一凸轮部具有两个端角部和背对该大齿轮的第一表面,该两个端角部分别位于该第一凸轮部和该第二凸轮部的分界处,该推动块固定设置于该第一凸轮部的该第一表面上;
该滑块组件可滑动地设置于该支架上,该滑块组件包括外挡块、内挡块和拨杆定位部,该外挡块和该内挡块设置于该滑块组件上邻近该第四侧边的一端,该外挡块与该内挡块之间在该滑块组件的滑动方向上具有供该推动块穿行的第一间隔,该外挡块具有朝向该第一间隔的内侧面,该内挡块具有朝向该第一间隔的外侧面,该推动块在该凸轮组件转动时依序抵靠于该外挡块的内侧面和该内挡块的外侧面,该拨杆定位部设置于该滑块组件上对应该拨杆的位置,该拨杆定位部与该拨杆套设连接以带动该拨杆转动,该第一侧边及该第二侧边的延伸方向相互垂直,该第二侧边及该第四侧边的延伸方向相互平行,该滑块组件对应安装于该支架的中部,该滑块组件的滑动方向垂直于该第二侧边的延伸方向,该拨杆定位部为该滑块组件上的通孔,该拨杆穿设于该通孔;
该微动开关邻近设置于该第三侧边,该微动开关用以在被该第一凸轮部的两个端角部之一触发时通过该电路板组件向该电机发送停转控制信号;
其中,该电机在该断路器由合闸进入分闸状态时通过该减速齿轮组件带动该凸轮组件转动,随该凸轮组件转动的该推动块推抵该外挡块的内侧面使该滑块组件滑动,随该滑块组件移动的该拨杆定位部带动该拨杆使该断路器进入分闸状态,且该第一凸轮部的两个端角部之一在该断路器进入分闸状态时触发该微动开关以控制该电机停转;该电机在该断路器由分闸进入合闸状态时通过该减速齿轮组件带动该凸轮组件沿同一方向继续转动,随该凸轮组件转动的该推动块穿过该第一间隔并推抵该内挡块的外侧面使该滑块组件沿相反方向滑动,随该滑块组件移动的该拨杆定位部沿相反方向带动该拨杆使该断路器进入合闸状态,且该第一凸轮部的两个端角部之另一在该断路器进入合闸状态时触发该微动开关以控制该电机停转。
2.如权利要求1所述的电动操作机构,其特征在于,该电机为220伏直流电机,该蜗杆的转轴延伸方向平行于该第一侧边的延伸方向。
3.如权利要求1所述的电动操作机构,其特征在于还包括:用以指示断路器当前状态的指针组件,该指针组件设置于该支架上且邻近于该第三侧边,该指针组件包括指示盘和可相对该指示盘转动的转针,该指示盘固定安装于该支架。
4.如权利要求3所述的电动操作机构,其特征在于,该滑块组件还包括转针定位部,该转针定位部设置于该滑块组件上远离该第四侧边的另一端,该转针定位部与该转针的自由端通过定位轴传动连接,该转针定位部在该滑块组件滑动时带动该转针转动。
5.如权利要求1所述的电动操作机构,其特征在于还包括:用以手动控制分合闸的按钮组件,该按钮组件设置于该支架上且邻近于该第三侧边。
6.如权利要求5所述的电动操作机构,其特征在于还包括:用以锁定该按钮组件的机械锁,该机械锁安装于该支架上且邻近于该按钮组件,该机械锁的止档部可操作地连接于该按钮组件。
7.如权利要求1所述的电动操作机构,其特征在于还包括:元件加装空间,该元件加装空间位于该拨杆定位部的上方,且由该电机、该电路板组件、该第三侧边和该减速齿轮组件围成。
8.一种断路器,其特征在于包含如权利要求1-7中任意一项所述的用于断路器的电动操作机构。
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