CN112820577A - 一种快速切断电路的操动机构及断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速切断电路的操动机构，包括：工作缸，其内设有油路和主工作轴；油箱设于工作缸上方，用于提供液压油；充压组件设于工作缸后侧；蓄能碟簧组装配于工作缸左右两侧的至少一侧，蓄能碟簧组的蓄能活塞运动方向与主工作轴的运动方向垂直；控制组件设于工作缸的前侧，控制组件包括换向阀、电磁驱动模块和控制模块；换向阀包括阀芯且与工作缸通过油道连通；电磁驱动模块包括电磁斥力盘和第一线圈，电磁斥力盘与阀芯相连，第一线圈位于电磁斥力盘的一侧；控制模块控制向第一线圈的供电通断从而驱动电磁斥力盘移动。这种快速切断电路的操动机构及断路器可以更加快速可靠地达到切断电路的效果，增强高压断路器的安全性。

Description

一种快速切断电路的操动机构及断路器

技术领域

本发明涉及断路器技术领域，尤其涉及一种快速切断电路的操动机构及断路器。

背景技术

传统的高压断路器都是带触头的电气，通过触头的分、合动作达到开端与关合的目的，触头的分合动作需要依靠一定的机械操作***才能完成，在断路器本体以外的机械操动装置被称为操动机构。

超高压断路器端口技术一般采用单断口技术活双断口技术，这两种技术由于电压和需要的开端速度较低，其配套的操动机构不需要具备大的功率。但是若采用更多断口的断路器，其中的电压将会成倍增加，断口间的距离和开断的速度也需要增加，那么配套的操动机构的功率、动作速度和稳定性也需要相应的增加，控制模块是操动机构的核心部件，其决定着操动机构的动作。目前大部分液压操动机构用控制模块普遍采用二级控制，一级阀带动二级阀转换换向，其中一级阀受机械传动动作，二级阀为液压阀，因此相当于操动过程经历了机械传动带动液压传动的过程。因此这种二级转换控制的方式在动作的灵敏度上以及可靠性方面存在着一些缺陷，难以满足超高压断路器中对于快速安全切断电路的效果。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种快速切断电路的操动机构及断路器，其可以更加快速可靠地达到切断电路的效果，增强高压断路器的安全性。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种快速切断电路的操动机构，包括：

工作缸，其内设有油道和主工作轴，所述主工作轴位于所述油道中；

油箱，其设于所述工作缸上方，用于提供液压油；

充压组件，其设于所述工作缸后侧，用于将所述油箱中的液压油充入所述油道中；

蓄能碟簧组，其装配于所述工作缸左右两侧的至少一侧，所述蓄能碟簧组的蓄能活塞位于所述油道内，且所述蓄能活塞的运动方向与所述主工作轴的运动方向垂直；

控制组件，其设于所述工作缸的前侧，所述控制组件包括换向阀、电磁驱动模块和控制模块；所述换向阀与所述工作缸通过所述油道连通，且所述换向阀包括阀芯；所述电磁驱动模块包括电磁斥力盘和第一线圈，所述电磁斥力盘与所述阀芯相连，所述第一线圈位于所述电磁斥力盘的一侧；所述控制模块能够控制所述第一线圈的供电通断，当所述第一线圈通断电时，能够驱动所述电磁斥力盘移动。

进一步地，所述控制组件还包括第二线圈，所述第二线圈与第一线圈相对设置，且二者之间限定成供所述电磁斥力盘移动的空间；所述第二线圈位于所述电磁斥力盘背向所述换向阀的一侧，所述第一线圈位于所述电磁斥力盘朝向所述换向阀的一侧；所述控制模块也能控制所述第二线圈的供电通断，当所述第一线圈通电且第二线圈断电时，所述电磁斥力盘朝第一线圈移动；当所述第二线圈通电且一线圈断电时，所述电磁斥力盘朝第二线圈移动。

进一步地，所述电磁斥力盘包括盘体和中轴，所述中轴垂直于所述盘体中部并向远离所述电磁阀的方向伸出；所述控制组件还包括设于所述电磁驱动模块背向所述换向阀的一侧的夹持模块，所述夹持模块包括夹持件和弹压部，所述夹持件的一端铰接于所述中轴上，另一端铰接于所述弹压部上，所述弹压部向所述夹持件提供弹压力。

进一步地，至少设有两处所述夹持模块，所有所述夹持模块围绕所述中轴在中轴的周向上均匀分布。

进一步地，所述电磁斥力盘还包括与所述阀芯和中轴同轴的连接部，所述连接部由所述盘体向靠近所述电磁阀的一侧伸出，所述连接部与所述阀芯相连。

进一步地，所述换向阀还包括阀座、阀套和端盖，所述阀套置于所述阀座内，所述阀芯置于所述阀套内，所述端盖盖设于所述阀座远离所述电磁驱动装置的一端。

进一步地，在所述蓄能活塞下方的所述主工作轴外还套设有密封套和缓冲套，所述密封套的下表面能够与缓冲套的上表面贴触或分离。

进一步地，所述密封套的下表面沿其内周和/或外周开设有上台阶面，当所述密封套的下表面与缓冲套的上表面贴触时，所述上台阶面与所述缓冲套的上表面之间形成助推空间。

进一步地，所述缓冲套的上表面沿其内周和/或外周开设有下台阶面，当所述密封套的下表面与缓冲套的上表面贴触时，所述下台阶面与所述密封套的下表面或上台阶面之间形成所述助推空间。

一种断路器，包括所述的快速切断电路的操动机构。

现有技术中断路器的操动机构存在着一些缺陷，本发明针对这些缺陷作出了改进。其中，工作缸为操动机构的主体，围绕工作缸设置了充压组件、油箱、蓄能碟簧组和控制组件，充压组件充入高压油时，蓄能活塞会在高压油的压力下伸出，这种结构布置结构紧凑，节约空间。

尤其是本发明中的控制组件，使得换向更加敏捷稳定。当第一线圈通电时，第一线圈周围产生交变磁场，并在电磁斥力盘上产生反向的感应涡流，涡流产生的磁场与第一线圈电流产生的磁场相互作用产生电磁力，电磁力使得电磁斥力盘做靠近或远离第一线圈的运动，与电磁斥力盘连接的阀芯随之运动，从而实现电磁阀的换向。由上可见，本发明中的控制组件中的电磁斥力盘可以直接作用在阀芯上，阀芯的控制更加直接迅速，动作更加灵敏，避免了现有技术中采用一级阀带动二级阀换向的过程中可能出现误差的问题，而且省略了转换时间，断路动作更快，非常适用于需要高动作速度和稳定性的断路器中。

附图说明

图1为本发明的一种快速切断电路的操动机构的正视示意图；

图2为本发明的一种快速切断电路的操动机构的俯视示意图；

图3为本发明的一种快速切断电路的操动机构中控制组件的剖视示意图；

图4为图1中A处的放大图；

图5为图4中A1处的放大图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上，或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1至5示出了本发明的一种快速切断电路的操动机构，包括工作缸1、充压组件、油箱3、蓄能碟簧组4、碟簧监测模块5和控制组件6：所述工作缸1内设有油道和主工作轴11，主工作轴11位于所述油道中，工作缸1为操动机构的主体，其余结构围绕工作缸1设置以形成紧凑的结构；油箱3设于所述工作缸1上方，用于提供液压油；所述充压组件设于所述工作缸1后侧，用于将所述油箱3中的液压油充入所述油道中，充压组件充入高压油时，蓄能活塞41会在高压油的压力下伸出；蓄能碟簧组4装配于所述工作缸1的左右两侧，所述蓄能碟簧组的蓄能活塞41位于所述油道内，且所述蓄能活塞41的运动方向与所述主工作轴11的运动方向垂直。

如图3所示，控制组件6设于所述工作缸1的前侧，所述控制组件6包括换向阀61、电磁驱动模块62和控制模块；所述换向阀61与所述工作缸1通过油道连通且包括阀芯611；所述电磁驱动模块62包括电磁斥力盘621和第一线圈622，所述电磁斥力盘621与所述阀芯611相连，所述第一线圈622位于所述电磁斥力盘的一侧；所述控制模块控制向所述第一线圈622的供电通断，控制模块可以为PLC控制器，通过控制器来控制电源的开启和关闭从而控制供电通断，当所述第一线圈622通断电时，能够驱动所述电磁斥力盘621移动。

当第一线圈622通电时，第一线圈622周围产生交变磁场，并在电磁斥力盘621上产生反向的感应涡流，涡流产生的磁场与第一线圈622电流产生的磁场相互作用产生电磁力，电磁力使得电磁斥力盘621做靠近或远离第一线圈622的运动，与电磁斥力盘621连接的阀芯611随之运动，从而实现电磁阀的换向。由上可见，本发明中的电磁斥力盘621可以直接作用在阀芯611上，阀芯611的控制更加直接迅速，动作更加灵敏，避免了现有技术中采用一级阀带动二级阀换向的过程中可能出现误差的问题，而且省略了转换时间，断路动作更快，非常适用于需要高动作速度和稳定性的断路器中。

作为控制组件6的优选方案，所述控制组件6还包括第二线圈623，所述第二线圈623与第一线圈622相对设置，且二者之间限定成供所述电磁斥力盘移动的空间；所述第二线圈623位于所述电磁斥力盘621背向所述换向阀61的一侧，所述第一线圈622位于所述电磁斥力盘621朝向所述换向阀61的一侧。第一线圈622或第二线圈623单独通电的时候，产生的磁场与电磁斥力盘621相互作用，产生作用力，该作用力作用在电磁斥力盘621上，本实施例中采用的是在所述第一线圈622通电时，电磁斥力盘621向面向第一线圈622的方向移动，即第一线圈622与电磁斥力盘621产生吸力，使得电磁斥力盘621向左移动；同理，所述第二线圈623通电时，则电磁斥力盘621向面向第二线圈623的方向靠近，即第二线圈623与电磁斥力盘621产生吸力，使得电磁斥力盘621向右移动。

为了避免第一线圈622和第二线圈623之间的相互影响，同时也为了保证第一线圈622和第二线圈623之间的空间足够，使得电磁斥力盘621移动的距离能够使得所述阀芯611的移动满足换向；所述控制装置还包括限位器624，所述限位器624置于所述第一线圈622和所述第二线圈623之间的空间中，且限位器624两端分别抵触在第一线圈622和第二线圈623上。

本实施例中的换向阀61还包括阀座612、阀套613和端盖614，所述阀套613置于所述阀座612内，所述阀芯611置于所述阀套613内，所述端盖614盖设于所述阀座612远离所述电磁驱动装置的一端。电磁斥力盘621的带动下阀芯611在所述阀套613上发生移动，从而实现断路器操动机构快速分闸或合闸。具体工作原理为：当第一线圈622通电的时候，所述电磁斥力盘621向左移动带动阀芯611在阀套613上移动，以快速换向，从而实现操动机构快速合闸；同理，当第二线圈623通电的时候，所述电磁斥力盘621向右移动带动阀芯611在阀套613上移动，以快速换向，从而实现操动机构快速分闸。

为了保证阀芯611动作之后的状态能够保持，所述电磁斥力盘621包括盘体621a和中轴621b，所述中轴621b垂直于所述盘体621a中部并向远离所述电磁阀的方向伸出；所述控制组件6还包括设于所述电磁驱动模块62背向所述换向阀61的一侧的夹持模块63，所述夹持模块63包括夹持件631和弹压部，所述夹持件631的一端铰接于所述中轴621b上，另一端铰接于所述弹压部上，所述弹压部向所述夹持件631提供弹压力。在第一线圈622或第二线圈623的作用下使得电磁斥力盘621发生移动后，夹持件631随之转动到该位置，在弹压部的压力下，电磁斥力盘621和阀芯611能够保持该位置不动，直到受到另一吸引力将弹压力克服为止，这种方案通过机械结构达到位置保持的效果，使得阀芯611在完成换向后，无需电力持续供应即能保持状态不变。更加优选地，至少设有两处所述夹持模块，所有所述夹持模块围绕所述中轴在中轴的周向上均匀分布，使得电磁斥力盘的中轴受力更加均匀，移动起来不容易发生偏移。

具体地，所述弹压部包括固定座633、弹簧634和活动座635，所述活动座635为固定在驱动组件侧面的固定件，其位置不可变化；所述弹簧634的一端抵触于所述固定座633上，另一端抵触于所述活动座635上并能随弹簧634的压缩和伸展变化而运动，从而对铰接在活动座635上的夹持件631提供不同的力。

作为电磁斥力盘与阀芯611连接的优选方案，所述电磁斥力盘621还包括与所述阀芯611和中轴621b同轴的连接部621c，所述连接部621c由所述盘体621a向靠近所述电磁阀的一侧伸出，所述连接部621c与所述阀芯611相连。所述阀芯611的一端设置外螺纹，所述电磁斥力盘621的连接部621c上设置内螺纹，所述阀芯611通过所述外螺纹与所述连接部621c的内螺纹相互旋合进行连接。连接部621c和所述阀芯611设置为同轴能够使得两者之间的运动更加协调可靠，盘体621a与所述连接部621c设置为同轴排列能够使得在盘体621a受力运动的时候，所述连接部621c受到的作用力更加一致，使得电磁斥力盘621的移动能够更加稳定可靠。

如图4和5所示，与控制组件6的快速控制动作相匹配的，本发明还在所述蓄能活塞41下方的所述主工作轴11外还套设有密封套12和缓冲套13，所述密封套12的下表面能够与缓冲套13的上表面贴触或分离。密封套12和缓冲套13可以增加零件之间的贴合度，而且可以用于吸收合闸时的冲击力。为了增加断路时的分闸速度，所述密封套12和缓冲套13之间设有助推空间14，本实施例优选所述密封套12的下表面沿其内周和外周均开设有上台阶面121，且缓冲套13的上表面沿其内周和外周均开设有下台阶面131，助推空间14位于上台阶面121和下台阶面131之间。上台阶面121和下台阶面131之间形成了环形的助推空间14，当分闸时，高压油进入助推空间14内，高压油对密封套12形成向上的推力，对缓冲套13形成向下的推力，对密封套12和缓冲套13的分离断路起到助推作用，使得本方案中的分闸断路速度更提升一个级别。进一步优选的，上台阶面121呈环形，占所述密封套12下表面总表面的三分之一到二分之一，以此均衡缓冲效果和助推效果。

换向阀61的工作原理阐述完毕，以下介绍本发明中的快速切断电路的操动机构实现合闸和分闸的整体工作原理：

充压组件将高压油注入主工作轴11的上部、蓄能活塞顶部、电磁驱动模块62的换向阀61的高压油通道和安全阀的通道空腔中。在充压组件进行注油时，蓄能活塞在高压油的压力下伸出，同时压缩两侧的蓄能碟簧组4中的碟簧进行蓄能，蓄能满后蓄能碟簧组4的行程开关切断蓄能回路。

此时，主工作轴11的上部为高压油，下部与主换向阀61的Z口(控制油口)相通，Z口和P口(高压油口)相通，密封套12和缓冲件相接触，整个操动机构处于合闸状态。当需要分闸时，控制组件6为电磁驱动模块62提供高压电，使得电磁驱动模块62在极短的时间内驱动换向阀61换向，实现Z口和T口(低压油口)导通，此时主工作轴11的活塞上面为高压油，下面变为低压油，故而主工作轴11向下运动，实现分闸。分闸后，辅助开关切断分闸回路，同时碟簧监测模块5启动充压组件开始充压，能量蓄满后自动停止，操动机构保持在分闸状态。

当操动机构处于分闸状态需要合闸时，控制模块向电磁驱动模块62提供高压电，使得电磁驱动模块62在极短的时间内驱动换向阀61换向，实现Z口和P口导通，高压油导入主工作轴11的下面，主工作轴11的上下均为高压油，但是因为下面的油压面积更大，根据差压原理，主工作轴11被推向上运动，密封套12和缓冲件相分离，实现合闸。合闸后，辅助开关切断合闸回路，同时碟簧监测模块5启动充压组件开始充压，能量蓄满后自动停止，操动机构保持在合闸状态。

此外，本发明还提供一种断路器，其包括所述的快速切断电路的操动机构。除快速切断电路的操动机构外，其余结构采用本领域中常用的结构，在此不做赘述。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种快速切断电路的操动机构，其特征在于，包括：

工作缸，其内设有油道和主工作轴，所述主工作轴位于所述油道中；

油箱，其设于所述工作缸上方，用于提供液压油；

充压组件，其设于所述工作缸后侧，用于将所述油箱中的液压油充入所述油道中；

蓄能碟簧组，其装配于所述工作缸左右两侧的至少一侧，所述蓄能碟簧组的蓄能活塞位于所述油道内，且所述蓄能活塞的运动方向与所述主工作轴的运动方向垂直；

控制组件，其设于所述工作缸的前侧，所述控制组件包括换向阀、电磁驱动模块和控制模块；所述换向阀与所述工作缸通过所述油道连通，且所述换向阀包括阀芯；所述电磁驱动模块包括电磁斥力盘和第一线圈，所述电磁斥力盘与所述阀芯相连，所述第一线圈位于所述电磁斥力盘的一侧；所述控制模块能够控制所述第一线圈的供电通断，当所述第一线圈通断电时，能够驱动所述电磁斥力盘移动。

2.如权利要求1所述的快速切断电路的操动机构，其特征在于，所述控制组件还包括第二线圈，所述第二线圈与第一线圈相对设置，且二者之间限定成供所述电磁斥力盘移动的空间；所述第二线圈位于所述电磁斥力盘背向所述换向阀的一侧，所述第一线圈位于所述电磁斥力盘朝向所述换向阀的一侧；所述控制模块也能控制所述第二线圈的供电通断，当所述第一线圈通电且第二线圈断电时，所述电磁斥力盘朝第一线圈移动；当所述第二线圈通电且一线圈断电时，所述电磁斥力盘朝第二线圈移动。

3.如权利要求2所述的快速切断电路的操动机构，其特征在于，所述电磁斥力盘包括盘体和中轴，所述中轴垂直于所述盘体中部并向远离所述电磁阀的方向伸出；所述控制组件还包括设于所述电磁驱动模块背向所述换向阀的一侧的夹持模块，所述夹持模块包括夹持件和弹压部，所述夹持件的一端铰接于所述中轴上，另一端铰接于所述弹压部上，所述弹压部向所述夹持件提供弹压力。

4.如权利要求3所述的快速切断电路的操动机构，其特征在于，至少设有两处所述夹持模块，所有所述夹持模块围绕所述中轴在中轴的周向上均匀分布。

5.如权利要求3所述的快速切断电路的操动机构，其特征在于，所述电磁斥力盘还包括与所述阀芯和中轴同轴的连接部，所述连接部由所述盘体向靠近所述电磁阀的一侧伸出，所述连接部与所述阀芯相连。

6.如权利要求1所述的快速切断电路的操动机构，其特征在于，所述换向阀还包括阀座、阀套和端盖，所述阀套置于所述阀座内，所述阀芯置于所述阀套内，所述端盖盖设于所述阀座远离所述电磁驱动装置的一端。

7.如权利要求1至6任一项所述的快速切断电路的操动机构，其特征在于，在所述蓄能活塞下方的所述主工作轴外还套设有密封套和缓冲套，所述密封套的下表面能够与缓冲套的上表面贴触或分离。

8.如权利要求7所述的快速切断电路的操动机构，其特征在于，所述密封套的下表面沿其内周和/或外周开设有上台阶面，当所述密封套的下表面与缓冲套的上表面贴触时，所述上台阶面与所述缓冲套的上表面之间形成助推空间。

9.如权利要求8所述的快速切断电路的操动机构，其特征在于，所述缓冲套的上表面沿其内周和/或外周开设有下台阶面，当所述密封套的下表面与缓冲套的上表面贴触时，所述下台阶面与所述密封套的下表面或上台阶面之间形成所述助推空间。

10.一种断路器，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的快速切断电路的操动机构。

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