專利名稱：用于高壓或中壓斷路器的彈簧負荷的機械式控制機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于高壓或中壓電網(wǎng)中斷路器的彈簧負荷的機械式控制機構，所述控制機構包括通過彈簧從第一角位置向第二角位置旋轉的一個齒輪，和與齒輪協(xié)同動作使其從第二角位置向第一角位置移動從而張緊所述彈簧的嵌輪。所述齒輪有一個周邊齒組，周邊齒組首先包括固定到輪上的主齒組，其次包括具有可伸縮齒段形式的齒組的一個部分，所述周邊齒組具有恒定的齒距。
本發(fā)明首先可以應用到這樣一種機械式控制機構中，其中的齒輪被固定到與斷路器的動觸點耦合的單個控制軸，從而可以通過釋放接合彈簧閉合斷路器，彈簧驅動所述齒輪。本發(fā)明還可以應用到下述這樣的控制機構中將齒輪被固定到第一“嚙合”軸，該第一“嚙合”軸經(jīng)過第二“主”軸耦合到斷路器的這個動觸點，一般情況下，這種結構一般應用到最新一代的高壓斷路器的控制機構中。
應該注意的是，與控制機構是否具有單個軸無關，軸(一個或多個)和斷路器的動觸點之間的耦合是不可逆轉的，也就是說，在斷路器已經(jīng)閉合后，在不引起所述斷路器開路的情況下，通過旋轉嵌輪可以使接合彈簧重新張緊。嵌輪由電機驅動，以使控制機構重新獲得負荷，并且當接合彈簧釋放的時候，并且當接合彈簧由電機重新張緊的時候，齒輪在同一方向旋轉。
下面，術語“彈簧”一般用來表示與齒輪相連，并且適合于驅動齒輪的接合彈簧。
在彈簧重新加載結束時，當齒輪到達大體與彈簧張緊到最大值相對應的第一角位置的時候，齒輪停止轉動。一個掣動爪一般設置為與一個凸輪面對，該凸輪約束與齒輪一起轉動，從而使齒輪達到第一角位置時，凸輪與所述掣動爪鄰接。掣動爪在一般情況下是鉸接的，所以一旦脫開，它就將齒輪釋放，并且借助于彈簧的釋放觸發(fā)斷路器的閉合。
通過中斷供電來停止電機不適合于以足夠高的精度停止齒輪，這是因為，電機的慣性延遲這一停止。這樣一種控制機構一般來說還包括一個機械裝置，用于當齒輪達到它的第一角位置的時候，使電機從齒輪上脫開。如果沒有這樣一種機械裝置，電機的慣性在齒上和掣爪上產(chǎn)生的力會使控制機構產(chǎn)生相當大的磨損，很快導致它的破壞。
專利文獻EP-0917168公開了大量的可以在本發(fā)明的機械式控制機構中使用的零部件。齒輪包括多個可以向齒輪內(nèi)側滑動的齒，這些滑動齒位于當齒輪處在第一角位置時，與嵌輪的位置對應的齒輪區(qū)域內(nèi)。每一個滑動齒都適合于依靠一個專用的返回彈簧通過徑向滑動來縮回。更具體地說，每個滑動齒都具有一個非對稱的齒形，齒頭形成一個斜面，因此，當它們與嵌輪嚙合時，這些滑動齒在經(jīng)受來自于嵌輪的推動力的作用下縮回，從而使電機和齒輪在結構上脫開。這些滑動齒分開的距離明顯大于齒輪其余部分上的齒的齒距，便于在彈簧釋放時與嵌輪重新嚙合。
這樣一種結構對于每一個齒輪需要一個滑動系統(tǒng)，這表明需要巨大的額外的加工和制造費用。此外，可收縮的齒具有特殊的齒形，它們當中的每一個都包括一個斜面形式的齒頭，這也增加了制造費用。
日本專利JP-01154418公開了一種控制機構，所述控制機構包括一個嵌輪和一個齒輪，齒輪具有一個包括一個可伸縮齒段的周邊齒組?？缮炜s齒段包括相互隔開的兩個齒，隔開的距離基本上相應于主齒組的規(guī)則齒距的兩倍。當可伸縮齒段處于它的展開位置時，它的兩個齒中的每一個都處在從最近的齒到主齒組的相同距離。
然而，如在美國專利文獻US-5723836的前序部分中所述的，這種結構是不能令人滿意的。該專利文獻說，嵌輪和齒輪部分的脫開意味著可伸縮齒段的振蕩，從而使得在嵌輪的齒和段的振蕩端的齒之間的振蕩有引起表面損傷的風險，至少要損壞一個齒。因此，為了減小產(chǎn)生這種損傷的風險，必須嚴格考察齒的表面狀態(tài)，從而導致控制機構的制造費用的增加。
為此，本發(fā)明提供一種彈簧負荷的機械式控制機構，用于高壓或中壓電網(wǎng)中的斷路器，所述控制機構包括一個齒輪和一個嵌輪，所述齒輪通過一個彈簧從第一角位置轉動到第二角位置，所述嵌輪與齒輪協(xié)同動作使齒輪從第二角位置移動到第一角位置以張緊所述彈簧，所述齒輪有一個周邊齒組，周邊齒組首先包括固定到輪上的主齒組，其次，包括可伸縮齒段形式的一個齒組的一部分，所述主齒組有恒定的齒距，所述控制機構的特征在于所述可伸縮齒段包括至少四個相互分開的并與主齒組有相同的恒定齒距的齒。
于是，可伸縮齒段具有勿需任何特殊加工的常規(guī)的齒組，這進一步降低了本發(fā)明的控制機構的制造費用。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，可伸縮齒段經(jīng)過第一端鉸接在所述齒輪中，同時，通過一個返回彈簧進行固定，所述返回彈簧迫使所述齒輪向外進入展開位置。返回彈簧最好可以由一個V形葉片構成。當在第一端與嵌輪嚙合時，可伸縮齒段自然縮回，因此不必為控制可伸縮齒段的位置提供任何機構，這將簡化本發(fā)明的控制機構。
在本發(fā)明的另一個特定實施例中，鉸鏈定位在一個圓內(nèi)，其直徑與所述齒輪的這組齒的基線直徑(base diameter)相同。利用這種結構，嵌輪在接合彈簧重新加載結束時與齒輪脫開，但在返回彈簧釋放時，與齒輪自動地重新耦合，即使可伸縮齒段在電機完全停止后仍舊保持在縮回位置情況亦是如此。
可伸縮齒段的鉸鏈最好包括一個銷釘，銷釘?shù)奈恢镁嗷€直徑的距離在基線直徑和齒距直徑之間的距離的一倍到兩倍的范圍內(nèi)。這種配置允許可伸縮齒段的齒除了進行通常的徑向移動之外，還可以進行大體上切向移動，因此允許嵌輪在可伸縮齒段的齒中實現(xiàn)預期的嚙合，從而可以進一步減小在嵌輪的齒和可伸縮齒段的齒之間的壓力，因此，可以改善本發(fā)明的控制機構的壽命。
在本發(fā)明的另一個特定實施例中，可伸縮齒段縮回到形成齒輪的側板的兩個板之間的齒輪厚度。于是，齒輪是緊湊的，并且，齒組可以通過切割板形成。
接合彈簧4驅動嚙合軸1，以使斷路器閉合。彈簧4有與第一凸輪5相連的第一端，所述凸輪5固定到嚙合軸1的端部，彈簧4還有耦合到控制機構框架的第二端。更具體地說，彈簧4的第一端經(jīng)過在一個偏轉滑輪4”上通過的纜繩4’或鏈條耦合到在第一凸輪上的固定點5’。第一凸輪5上的固定點5’相對于嚙合軸1是偏心的，因此，當嚙合軸在如

圖1所示的第一角位置時，彈簧4張緊，并且施加驅動力，沿圖中的順時針方向IND推動嚙合軸。第一角位置接近與彈簧4上最大張力對應的上死點中心位置。
通過觸發(fā)爪6嚙合第一凸輪5防止嚙合軸在彈簧4的作用下的轉動。觸發(fā)爪6的角位移使得釋放第一凸輪5成為可能，從而嚙合軸1可以轉動。在圖中所示的實例中，通過本身公知的一個電磁系統(tǒng)6’來移動觸發(fā)爪。由于彈簧4釋放，嚙合軸1沿順時針方向IND轉動約180°，從它的第一角位置到與一個下死中心大體對應的第二角位置。
通電時，驅動嵌輪3的電機通過使嚙合軸1也在順時針方向IND轉動約180°使嚙合軸1返回到它的第一角位置(按圖1所示的位置)，從而給控制機構重新加載。
按照公知的方式，借助于可收縮的齒的段，在所述齒輪抵達第一角位置時使電機與齒輪在結構上脫開。齒輪2有一個周邊齒組，首先由固定到輪上的主齒組構成，其次由可伸縮齒段10形式的一組齒輪的一部分構成。這個可伸縮齒段被設置在齒輪2的周邊上的與齒輪處在第一角位置時的嵌輪3的位置對應的區(qū)域內(nèi)。例如，可伸縮齒段10可以安裝成相對于齒輪2可滑動，從而能夠在相對于嚙合軸在徑向移動時滑動。
當齒輪2到達第一角位置時，可伸縮齒段10縮回，從而脫開嵌輪3。更具體地說，當可伸縮齒段10縮回時，其攜帶的齒向接合軸移動，使嵌輪3與齒輪2脫開。
在本發(fā)明中，所述可伸縮齒段10包括至少四個相互分開的并與主齒組有相同的恒定齒距的齒。于是，當可伸縮齒段10處在展開位置時，其齒的位置與齒輪2上的主齒連續(xù)，從而與嵌輪3嚙合。
此外，在段上的齒10是與周邊齒組上的齒完全一樣的正常齒。最小四個齒的數(shù)目對于本發(fā)明的控制機構中的段10來說是必不可少的。優(yōu)選地，在本發(fā)明的機械式控制機構的大多數(shù)實施例中，這個齒數(shù)的范圍是8-20。
因此，通過為加工齒輪齒設計的常規(guī)的機加工設備就能形成可伸縮齒段10上的齒，這將明顯降低制造本發(fā)明的控制機構的成本，同時還能改善操作可靠性。
例如，可伸縮齒段可以在控制它的徑向位置的一個機構的作用下縮回，所述徑向位置是齒輪的角位置的函數(shù)。有益地，按照常規(guī)方式，圖2中所示意性表示的返回彈簧11趨向于保持可伸縮齒段10在展開位置，從而使所述可伸縮齒段10一旦與嵌輪嚙合就自發(fā)地縮回，下面對此還要作更加詳細的說明。
在一個優(yōu)選實施例中，可伸縮齒段10具有經(jīng)鉸鏈12固定到齒輪2的第一端，以及與返回彈簧11鄰接的另一端，所述返回彈簧11固定到齒輪上。在如圖所示的實施例中，鉸鏈是由固定到齒輪上的一個銷釘12形成的，可伸縮齒段10可以圍繞銷釘12樞軸轉動。如圖2所示，在這個例子中，返回彈簧11是一個在徑向延伸的螺旋彈簧，其一端與可伸縮齒段10鄰接，另一端與齒輪2鄰接?？缮炜s齒段10可以由例如聚合物之類的塑料材料制成，例如可形成由模壓制成的單個部件，并包括用于形成鉸鏈銷釘12的兩個突起。
可以認為這樣的彈簧沒有超出本發(fā)明的范圍，即螺旋彈簧位于鉸鏈銷釘12處，彈簧的一端連接到可伸縮齒段，另一端連接到齒輪上。為接納可伸縮齒段10而提供的凹槽可以向齒輪2的中心部分延伸足夠遠，以使由具有相對小角度的V形葉片構成的彈簧能夠被接納在齒輪2和所述可伸縮齒段10的內(nèi)側邊緣之間。例如，在這樣一種彈簧11中，V形葉片的每個平直部分的長度與可伸縮齒段的長度大致相同，并且在它們之間形成10°-20°范圍的角度，這種彈簧是完全適用的，如圖4所示。
于是，可伸縮齒段10通過依靠返回彈簧11的樞軸轉動就能夠縮回。更具體地說，當可伸縮齒段10縮回時，它在齒輪2的周邊形成退縮在第一端上的齒通常沿齒輪2的徑向朝嚙合軸移動，而靠近鉸鏈的第二端上的齒則幾乎不動，如圖7所示。
可伸縮齒段和返回彈簧最好安裝在齒輪的厚度之內(nèi)，可伸縮齒段可以縮回到齒輪的厚度內(nèi)以使齒輪更加緊湊，如圖3所示，圖3是可伸縮齒段和返回彈簧在包含嚙合軸1的一個平面內(nèi)的分解剖視圖。
更具體地說，在這個實例中，齒輪2由三個相互鄰接的鋼板2A、2B、2C構成。中央板2B在可伸縮齒段10處設有大尺寸的凹槽，中央板2B夾在兩個側板之間，這兩個側板形成了齒輪的側板并且在可伸縮齒段的區(qū)域設有較小尺寸的凹槽。這樣，可伸縮齒段由兩個側板2A和2C引導，在這兩個側板之間，它可以隨意徑向滑動。通過可伸縮齒段10的鉸鏈銷釘12的兩個端部各固定到對應的鍘板2A和2C。在中央板2B中的凹槽形成一個支撐面，可伸縮齒段10的第二端在可伸縮齒段10展開時靠這個支撐面支撐上。
借助于這種結構，每個板都具有小的厚度，這使得可以通過切割每一個板而不是通過機加工形成齒，所以，可以進一步減小制造本發(fā)明的控制機構的成本。這樣，設置在每個板的周邊上(除了可伸縮齒段以外)的那些齒就構成了齒輪的齒。齒輪也可以由更多的板構成，從而可以形成較厚的齒組，但也是通過切割而不是通過機加工形成所述的齒。
圖5-8示意地性地示出了用于重新加載控制機構的接合彈簧4的系統(tǒng)的操作，這個操作與重新加載彈簧然后借助于控制機構觸發(fā)斷路器的閉合相對應。在這個操作期間，齒輪沿圖中的順時針方向IND轉動。
圖5示出了當齒輪2通過嵌輪3沿順時針方向IND轉動達到它的第一角位置時的一部分。
在圖6中，嵌輪3已經(jīng)抵達可伸縮齒段10的第一端，并且開始與所述可伸縮齒段10的齒嚙合，這基本上對應于第一凸輪5與掣爪6開始對接的位置。如圖6所示，來自于嵌輪3的作用在可伸縮齒段的齒上的推動力F1沿軸A1發(fā)揮作用，軸A1相當傾斜，并且軸A1的位置使鉸鏈12位于所述軸A1和嚙合軸1之間。更具體地說，在圖6中，推動力F1從右向左作用，它們趨向于圍繞銷釘12沿順時針方向IND轉動可伸縮齒段10，從而使可伸縮齒段10一旦與嵌輪嚙合立即縮回。
如圖7所示，可伸縮齒段10自然縮回，所以當齒輪達到第一角位置時在結構上使電機與齒輪脫開。電機在其慣性作用下停止轉動后，嵌輪3在任意的位置上停止嵌輪3可以與可伸縮齒段10嚙合，可伸縮齒段隨后處于展開狀態(tài)；或者，嵌輪3與可伸縮齒段10脫開，可伸縮齒段10隨后縮回，如圖7所示。
當彈簧4釋放時，通過轉動嵌輪3使齒輪2順時針方向轉動，這與發(fā)生下述的哪種情況全都無關如果嵌輪仍然保持與可伸縮齒段10嚙合，則齒輪2直接轉動；和如果可伸縮齒段保持縮回，則返回彈簧保持可伸縮齒段10的齒與嵌輪3的齒鄰接，所以在齒輪轉過一個極小的角度以后，它們自然地重新嚙合，這使兩組齒輪同相，如圖8所示。
為了減小在嵌輪的齒上的機械應力，嵌輪可以經(jīng)過一個離合器型系統(tǒng)由電機驅動。然而，如下所述，本發(fā)明能使機械應力減小，從而電機直接驅動嵌輪一般不會引起嵌輪的齒的早期磨損和/或可伸縮齒段的齒的早期磨損。
這樣，在重新加載本發(fā)明的控制機構的接合彈簧的系統(tǒng)中，當所述輪達到第一角位置時，嵌輪3和齒輪2自發(fā)地脫開，并且在彈簧4釋放時，它們自發(fā)地重新耦合。
正如本領域的技術人員所知道的那樣，術語“齒輪組的基線直徑”用來表示直徑DB，DB是通過下述的關系式給出的DB＝DP×cos(α)，對于具有圓的漸開線齒形的標準化的常規(guī)齒組，其中DP代表齒輪組的齒距直徑，α代表其壓力角。
在一個優(yōu)選實施例中，可伸縮齒段10的鉸鏈12定位在一個圓中，該圓與輪2具有相同的中心，并且具有與輪2的齒組的基線直徑DB相同的直徑，其目的在于進一步便于重新嚙合。更具體地說，在彈簧4釋放期間，來自于嵌輪3的在可伸縮齒段的齒上的推動力F2沿著也是傾斜的另一個軸A2發(fā)揮作用。通過將鉸鏈定位在基線直徑DB內(nèi)，就確定了所述另一個軸A2的位置，使鉸鏈12的位置在嚙合軸和所述另一個軸A2之間。由于在這個例子中齒輪是一個驅動輪，所以這個力F2在圖8中從左向右作用，這個力F2趨向于沿逆時針方向DIR轉動可伸縮齒段10，使其將要展開，并因而便于嵌輪和可伸縮齒段的齒重新耦合。于是，進一步減小嵌輪卡住的危險，明顯地改善了控制機構的操作可靠性。如圖8所示，齒組的基線直徑對應于一個圓的直徑，其圓心在輪2上，而且與軸A2和軸A1相切。
優(yōu)選地，可伸縮齒段10的鉸鏈銷釘12離開齒輪2的基線直徑DB一定的距離，使得可伸縮齒段10的位移可以發(fā)生在相對于齒輪2的徑向方向傾斜的方向。換言之，鉸鏈銷釘12距基線直徑DB越近，可伸縮齒段的齒的徑向位移越大；而且，所述銷釘距基線直徑DB越遠，所述位移沿與齒輪2相切的一個軸的不可忽略的切向分量越大。
通過將鉸鏈銷釘12定位在距基線直徑DB有一定距離的地方，可伸縮齒段10的齒的位移的切向分量有利于電機和嵌輪3的預期嚙合，即，有利于在可伸縮齒段10還沒有完全展開、而齒輪2已開始驅動嵌輪轉動的情況下的嚙合。如上所述，繼續(xù)嚙合使可伸縮齒段10自發(fā)地展開。與其中的鉸鏈銷釘12更加靠近齒輪的基線直徑DB的系統(tǒng)相比，在可伸縮齒段10展開期間，減小了源于嚙合的壓力F2。在所述嚙合開始階段，所述壓力F2的變化并不是很突然的。
可以在切向方向略微移動可伸縮齒段的事實還允許當嵌輪驅動齒輪2轉動并且當所述齒輪如圖7所示達到第一角位置時，在嵌輪3和可伸縮齒段10之間以相對漸進的方式發(fā)生結構上的脫開。
最后，將鉸鏈銷釘12定位在距基線直徑DB一定距離處，并且以與齒輪2相同的恒定齒距設置相互隔開的可伸縮齒段10的齒，其結果是改善了本發(fā)明的控制機構的壽命，并且還可以使用塑料材料，如聚合物來制造可伸縮齒段，但又不存在可伸縮齒段的齒發(fā)生早期磨損的風險。
就鉸鏈銷釘12的定位而論，試驗表明，將鉸鏈銷釘12定位在距基線直徑DB的距離落在基線直徑DB和齒距直徑DP的分開距離的一到兩倍的范圍之內(nèi)，將導致本發(fā)明的控制機構的令人滿意的性能。
本發(fā)明的控制機構還可以包括一個電源開關，用于根據(jù)齒輪的角位置控制向電機供電。在這另一個優(yōu)選實施例中，控制機構還包括第二凸輪7，第二凸輪7固定到嚙合軸并且與一個控制杠桿8協(xié)同動作，如圖1所示?？刂聘軛U8的第一端可轉動地固定，其第二端通過一個彈性部件8’(在此例中是一個螺旋彈簧)與第二凸輪7的輪廓鄰接。對于控制杠桿的位置進行限制，使其經(jīng)過3個連桿9A、9B、9C與一個電開關(未示出)一起移動，從而控制加到電機上的電力。第二凸輪7的輪廓形成一個螺旋形的弧，其中心在嚙合軸上，螺旋形弧本身經(jīng)過回縮向后回轉。當控制杠桿8的第二端位于凸輪7的輪廓的回縮點時，即盡可能地接近嚙合軸1，如圖1所示，使電開關處在中斷電機電源的位置，這對應于彈簧4的重新加載的結束。當控制杠桿8的第二端位于靠近嚙合軸的螺旋形弧區(qū)中時，使電開關處于允許電機通電，因而可以在彈簧釋放后自動地重新加載彈簧的位置。當齒輪達到第一角位置的時候，驅動這個開關以中斷電機的電源，同時可伸縮齒段可以保證電機瞬時脫開。開關使電機只在彈簧完全松弛之前、或在彈簧完全剛剛松弛之后、即在嚙合軸達到它的第二位置時通電以張緊所述彈簧。本發(fā)明的彈簧負荷的機械式控制機構每當彈簧4松弛的時候就像這樣地自動重新加載。
權利要求
1.一種彈簧負荷的機械式控制機構，用于高壓或中壓電網(wǎng)中的斷路器，所述控制機構包括一個齒輪(2)和一個嵌輪(3)，所述齒輪(2)由一個彈簧(4)從第一角位置轉動到第二角位置，所述嵌輪(3)與齒輪協(xié)同動作使其從第二角位置移動到第一角位置以張緊所述彈簧，所述齒輪有一個周邊齒組，周邊齒組首先由固定到輪上的主齒組構成，其次由可伸縮齒段(10)形式的一個齒組的一部分構成，所述主齒組有恒定的齒距，該控制機構的特征在于所述可伸縮齒段包括至少四個相互分開的并與主齒組有相同的恒定齒距的齒。
2.根據(jù)權利要求1的控制機構，其中，所述可伸縮齒段(10)通過固定到所述可伸縮齒段的第一端的銷釘(12)鉸接在所述齒輪(2)中，并且其中所述銷釘(12)定位在所述齒輪(2)的齒組的基線直徑(DB)內(nèi)。
3.根據(jù)權利要求2的控制機構，其中，所述銷釘(12)距基線直徑的距離落在齒組的基線直徑(DB)和齒距直徑(DP)之間的距離的一倍到兩倍的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權利要求2或3的控制機構，其中，所述可伸縮齒段與返回彈簧(11)鄰接，迫使其向外進入使用位置，所述返回彈簧由一個V形葉片構成，在所述葉片的兩個平直部分之間形成的角度范圍是10°-20°。
5.根據(jù)權利要求1-4中任何一個的控制機構，其中，所述可伸縮齒段(10)縮回齒輪(2)的厚度中。
6.根據(jù)權利要求5的控制機構，其中，所述可伸縮齒段(10)縮回到形成齒輪(2)的側板的兩個板(2A、2C)之間。
7.根據(jù)權利要求6的控制機構，其中，在所述兩個板(2A、2C)之間夾持一個中央板(2B)，并且其中在3個板中的每一個板的周邊都設有齒，這些齒構成了齒輪(2)的齒組。
全文摘要
一種彈簧負荷的機械式控制機構，用于高壓或中壓電網(wǎng)中的斷路器，所述控制機構包括一個齒輪(2)和一個嵌輪(3)，所述齒輪(2)通過一個彈簧(4)從第一角位置轉動到第二角位置，所述嵌輪(3)與齒輪協(xié)同動作使其從第二角位置移動到第一角位置以張緊所述彈簧。所述齒輪有一個周邊齒組，周邊齒組包括一個可伸縮齒段(10)，可伸縮齒段上包括至少四個相互分開的并與主齒組有相同的恒定齒距的齒。
文檔編號H01H3/30GK1471117SQ0314722
公開日2004年1月28日 申請日期2003年6月6日 優(yōu)先權日2002年6月6日
發(fā)明者P·V·阿爾門, P V 阿爾門 申請人:阿爾斯通股份有限公司