一种快速开关分合闸操作机构的制作方法

本发明属于开关电器技术领域，具体涉及一种为快速开关提供的分合闸操作机构。

背景技术：

随着直流系统容量的持续增长和电压等级的不断提高，直流断路器的短路电流峰值和开断时间的指标也在不断提高。传统的机械开关虽然带负载能力强，导通稳定的优点，但是响应速度慢，一般在5～20ms左右，不能满足一些需要快速动作要求；电力电子固态开关响应速度快，但其通态损耗过大，耐压能力低。由快速机械开关和固态器件组成的混合式直流断路器具有通流容量大、关断速度快，限流能力强等优点，在直流开断领域具有很大的潜力。

混合式直流断路器由上述两种开关组成，正常工况下，工作电流由机械开关所在的支路承担。发生短路故障时，机械开关支路首先切断故障电流，将电流切换至电力电子支路。开断过程产生的过电压和能量由吸能回路限制和吸收。混合型直流断路器综合了机械开关和固态电子开关的优点，可以实现快速无电弧开断短路电流，是直流开关技术发展的必然方向。其中，快速机械开关的研究是混合型直流断路器的关键技术之一。

传统的断路器操作机构，如液压机构和弹簧机构的响应速度较慢，难以达到直流断路器中快速机械开关的动作时间要求。现阶段快速机械开关的设计方案大多使用双电磁斥力机构，需要两个斥力线圈，两套驱动回路，机构和驱动回路体积较大，成本高，不利于断路器小型化、集约化。因此现阶段的快速机械开关多处于理论研究和原理样机阶段，尚无可靠的工程应用案例，严重影响了混合式直流断路器的发展和使用。也有部分设计方案采用单电磁斥力机构实现分闸，采用电磁铁或单线圈永磁机构作为合闸保持机构，电磁斥力机构能在几十到数百微秒的时间内快速达到推力峰值，远快于电磁铁或永磁机构的动作时间，导致电磁斥力机构分闸时，电磁铁或永磁机构仍提供合闸保持力，因而会降低快速机械开关的分闸速度，增加分闸时间，同时会造成电磁斥力机构与合闸保持机构的刚性碰撞，造成弹跳现象。

中国专利申请201720539425.9公开了一种快速机械开关的活塞机构，包括分闸线圈、拉杆、活塞缸、合闸线圈、斥力盘、滑块和弹簧，所述滑块和弹簧均设在活塞杆内，所述弹簧的一端与活塞缸相抵，另一端与滑块的一端相抵，所述斥力盘设在活塞缸的内腔中，且斥力盘与滑块的另一端铰接连接，所述拉杆与斥力盘固定连接，所述分闸线圈和合闸线圈分别设在斥力盘的上下两侧，且分闸线圈与斥力盘之间设有间隙。该实用新型集成了电动斥力分合闸机构，并为机械开关提供分、合闸状态保持力，同时减轻动触头机构质量，提高了分合闸速度。但是上述快速开关使用双电磁斥力机构，需要两个斥力线圈，两套驱动回路，机构和驱动回路体积较大，成本高，不利于断路器小型化、集约化。

技术实现要素：

本发明目的是：针对现有技术中存在的不足，提出一种结构简单、分闸速度快的分合闸操作机构，并且能够解决电磁斥力机构与分合闸永磁机构的刚性碰撞问题。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的：

一种快速开关分合闸操作机构，包括套筒、固定杆、上连接杆和下连接杆；所述套筒套设于上连接杆外部，套筒和上连接杆上均设置有沿轴向延伸的孔，所述固定杆从所述孔穿过，所述固定杆的位置固定，从而使套筒和上连接杆均可相对于固定杆上下运动，所述下连接杆上设置有连锁杆，所述上连接杆上还设置有沿轴向延伸的活动孔，所述连锁杆穿过活动孔安装在下连接杆上，从而使上连接杆可相对于活动孔上下运动。

进一步地，套筒上设置的沿轴向延伸的孔为腰型孔；上连接杆上设置的沿轴向延伸的孔为卡臂孔。

进一步地，所述腰形孔的轴向延伸长度小于卡臂孔。

进一步地，所述上连接杆上设置有卡臂孔，所述上连接杆内设置有卡臂；所述卡臂下方与上连接杆底部之间装有弹簧，当卡臂位于卡臂孔位置时，弹簧的弹力将卡臂弹出卡臂孔。

进一步地，所述上连接杆上还设有弹珠；所述套筒上设有锁定孔，弹珠与锁定孔对准时，从锁定孔弹出。

进一步地，所述锁定孔沿轴向设置有2个。

进一步地，所述卡臂的上端可旋转地安装于上连接杆内。

进一步地，所述弹簧为扭簧，包括支撑段和弹压段，所述支撑段支撑于上连接杆底部，所述弹压段的外端与卡臂相抵接，且对卡臂施以向外的推力。

进一步地，上连接杆相对于套筒向上运动时，卡臂的上边缘逐渐到达套筒下边缘位置，套筒对卡臂的作用力使卡臂旋转，从而使卡臂的外露部分从卡臂孔处收回。

进一步地，所述所述卡臂上靠近套筒的一侧设置有弧形过渡面。

本发明的有益效果如下：

结构简单、分闸速度快的分合闸操作机构，解决电磁斥力机构与分合闸永磁机构的刚性碰撞问题，在紧急分闸过程中，电磁斥力机构与分合闸永磁机构完全独立，永磁机构不会影响电磁斥力机构的分闸速度，避免刚性碰撞导致的弹跳现象，提高快速开关的分闸速度；同时本发明的电磁斥力机构与永磁机构均可以实现分闸操作，提供了两组完全独立的分闸机构，在故障工况情况下，通过电磁斥力机构实现快速分闸，在正常工况下，通过永磁机构实现正常分闸，减少了永磁机构的动作次数，大幅提高快速开关的可靠性和工作寿命。

附图说明

图1是快速开关分合闸操作机构的结构主视图。

图2是快速开关分合闸操作机构爆炸图。

图3是快速开关分合闸操作机构的结构左视图。

图4是快速开关分合闸操作机构内部装配主视图。

图5是快速开关分合闸操作机构内部装配立体示意图。

图6是正常工况下分闸操作初始状态示意图。

图7是正常工况下分闸操作开始后的状态示意图。

图8是正常工况下分闸操作完成状态示意图。

图9是正常工况下合闸操作初始状态示意图。

图10是正常工况下合闸操作开始后的状态示意图。

图11是正常工况下合闸操作中间状态示意图。

图12是正常工况下合闸操作完成状态示意图。

图13是故障工况下紧急分闸初始状态示意图。

图14是故障工况下紧急分闸开始后的状态示意图。

图15是故障工况下紧急分闸中间状态示意图。

图16是故障工况下紧急分闸完成状态示意图。

图中的标号：1-套筒，11-腰形孔，12-上锁定孔，13-下锁定孔，2-上连接杆，21-弹珠，22-卡臂孔，23-活动孔，3-固定杆，4-卡臂，5-弹簧，6-联锁杆，7-下连接杆。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本发明快速开关分合闸操作机构的具体实施例结构参见图1-5，该操作机构主要包括套筒1，上连接杆2，下连接杆7和固定杆3，其中上连接杆2与快速开关的动触头、分合闸保持机构和电磁斥力机构相连接(附图中未显示)，下连接杆7与分合闸永磁机构相连接(附图中未显示)。在正常工况下，分合闸永磁机构通过下连接杆7来实现正常的分闸操作、合闸操作。在故障工况下，电磁斥力机构通过上连接杆2实现快速分闸操作。

所述固定杆3在整个操作机构中位置是固定的，套筒1、上连接杆2和下连接杆7均相对于固定杆3做上下移动。套筒1与上连接杆2同轴安装，即两者的中轴线在同一条直线上，且套筒1的内径略大于上连接杆2的外径，套筒1可在上连接杆2外上下滑动；套筒1左右两侧(图1视角)中部偏下的位置各设有一个腰形孔11，在上连接杆2的左右两侧对应位置也各设有一个相同宽度但比腰形孔11长度更长的卡臂孔22，腰形孔11和卡臂孔22的宽度等于或者略大于固定杆3的外径，固定杆3插入其中，腰形孔11和卡臂孔22可以限制套筒1和上连接臂2相对固定杆3上下移动的位移，当腰形孔11的上端或下端或者卡臂孔22上端与固定杆3接触后便不能再继续之前的运动。在套筒1前后两侧中部偏上的位置各设有两个锁定孔——上锁定孔12和下锁定孔13，对应地，在上连接杆2前后两侧上部各设有一个弹珠21，在套筒1相对上连接杆2进行上下滑动时，弹珠21可以在上锁定孔12和下锁定孔13自由地弹出和缩回。当弹珠21在上锁定孔12或者下锁定孔13弹出时，将套筒1与上连接杆2之间的位置锁定，两者同时向上或者向下运动，当弹珠21缩回时，套筒1与上连接杆2之间进行相对滑动。在两个卡臂孔22的下半部分中分别设有一个卡臂4，卡臂4通过卡臂孔22内的活动轴安装在卡臂孔22内。在卡臂4下方与上连接杆2底部之间的空腔内设有两个弹簧5，弹簧5可以通过弹力将卡臂4从卡臂孔22中弹出。上连接杆2底部两个弹簧5中间部分呈向下突出的半圆弧形，在上连接杆2前后两侧该弧形曲面所在的位置分别设有一个腰形的活动孔23，在下连接杆7对应位置设有一根贯穿前后的联锁杆6，所述联锁杆6穿过两个活动孔23安装在下连接杆7上，使上连接杆2和下连接杆7可以相对对方上下活动的同时，上连接杆2和下连接杆7之间可以实现一定范围内的联动。

正常工况下的分闸操作过程参见图6-8。如图6所示，快速开关初始位置处于合闸状态，此时套筒1处于合闸位置，固定杆3位于套筒1的腰形孔11的下方，上连接杆2内的卡臂4由于套筒1的约束收入卡臂孔22内，弹珠21与套筒1内的上锁定孔12对齐，且弹珠21从上锁定孔12内弹出。联锁杆6位于上连接杆2上活动孔23的下方。正常分闸操作开始后，如图7所示，下连接杆7向下运动，联锁杆6带动上连接杆2向下运动。由于弹珠21从上锁定孔12内弹出，上连接杆2向下运动时，带动套筒1同步向下运动，直到固定杆3位于套筒1的腰形孔11的上方。如图8所示，下连接杆7继续向下运动，由于固定杆3位于套筒1的腰形孔11的上方，套筒1无法继续向下运动，弹珠21从上锁定孔12中缩回，并跟随下连接杆7向下运动，直到与下锁定孔13位置对齐，从下锁定孔13中弹出，此时上连接杆2位于分闸位置，弹簧5将卡臂孔22内的卡臂4弹出，快速开关完成正常分闸操作，开关处于分闸状态。

正常工况下的合闸操作过程参见图9-12。如图9所示，快速开关初始位置处于分闸状态。如图10所示，开始合闸后，下连接杆7向上运动，联锁杆6在上连接杆2上的活动孔23中向上运动，下连接杆7与弹出的卡臂4接触。如图11所示，下连接杆7继续向上运动，推动弹出的卡臂4向上运动，由于弹珠21从下锁定孔13弹出，上连接杆2向上运动时带动套筒1向上运动，直到腰形孔11的下方与固定杆3接触。腰形孔11的下方与固定3接触后，下连接杆7不再运动，保持此位置。如图12所示，上连接杆2由分合闸保持机构推动继续向上运动，由于腰形孔11的下方与固定杆3接触，套筒1无法继续向上运动，弹珠21从下锁定孔13上缩回，并跟随上连接杆2向上运动，直到与上锁定孔12位置对齐，从上锁定孔12中弹出。上连接杆2内的卡臂4由于套筒1的约束，收入卡臂孔22内。联锁杆6位于套筒1的活动孔23的下方，快速开关完成合闸操作，处于合闸状态。

故障工况下的紧急分闸操作参见图13-16。如图13所示，快速开关初始位置处于合闸状态，此时套筒1处于合闸位置，固定杆3位于套筒1的腰形孔11的下方，上连接杆2内的卡臂4由于套筒1的约束，收入卡臂孔22内，弹珠21与套筒1内的上锁定孔12对齐，弹珠21从上锁定孔12内弹出。联锁杆6位于套筒1的活动孔23的下方。如图14所示，电磁斥力机构带动上连接杆2向下运动，由于弹珠21从上锁定孔12内弹出，上连接杆2向下运动时，带动套筒1同步向下运动，直到固定杆3位于套筒1的腰形孔11的上方。如图15所示，上连接杆2继续向下运动，由于固定杆3位于套筒1的腰形孔11的上方，套筒1无法继续向下运动，弹珠21从上锁定孔12上缩回，并跟随下连接杆7向下运动，直到与下锁定孔13位置对齐，从下锁定孔13中弹出。卡臂4由于下连接杆7的约束，无法从卡臂孔22中弹出，联锁杆6位于套筒1的活动孔23的上方，上连接杆2处于分闸状态，在分闸过程中，上连接杆2不会与下连接杆7产生刚性膨胀，避免弹跳。如图16所示，分合闸永磁机构带动下连接杆7向下运动，使联锁杆6位于套筒1的活动孔23的下方，快速开关完成紧急分闸，开关处于分闸状态。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。