一种断路器用操动机构、断路器及环网柜的制作方法

本发明涉及输配电设备，具体涉及一种断路器用操动机构、断路器及环网柜。

背景技术：

1、断路器作为输配电系统中关键的控制与保护设备，其性能优劣直接关系到整个电力系统的安全与稳定运行。弹簧操作机构凭借其动作速度快、结构体积小、无需外部大功率电源等优势，已成为目前中压环网柜中断路器的主流驱动形式。

2、随着电力系统对设备紧凑化布局要求的日益提升，以及气体绝缘环网柜（gis）向小型化、高可靠性、免维护方向的快速发展，市场对断路器操动机构提出了更高的技术要求。具体而言，新一代操动机构不仅需要具备可靠的分合闸控制能力，更需顺应集成化设计、标准化生产、小型化安装的行业发展趋势，以实现设备整体占地面积缩减、运维成本降低及环境适应性增强的目标。

3、然而，纵观目前行业内普遍应用的断路器弹簧操动机构，多采用多级连杆、半轴锁扣与独立脱扣器相配合的分体式结构。各功能模块（如储能单元、合闸单元、分闸单元、输出单元）在空间上布置零散，缺乏有效的功能集成设计。这直接导致操动机构整体占用体积较大，不仅制约了环网柜整机的小型化进程，也增加了二次控制回路的接线复杂度。并且现有操动机构包含大量独立的传动零件与连接紧固件。冗长的动力传递链路依赖于多组运动副的串联配合，导致机械加工与现场装配的间隙公差逐级累积。这不仅使得批量制造过程中产品一致性难以保证、后期调试维护困难，更因零部件总数偏多而抬高了单台设备的故障概率，降低了整体运行的长期稳定性与可靠性。

4、综上所述，开发一种结构紧凑、零部件数量少、传动效率高且动作平稳性的操动机构、断路器以及适配的环网柜，已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提出一种结构简单，能同时实现操控断路器合闸、合闸保持和分闸动作的操动机构、断路器及环网柜：

2、操动机构的具体技术方案如下：

3、一种断路器用操动机构，包括基板，所述基板上设置有输入轴、输出轴、断路器开关和合闸保持部，所述输出轴与断路器开关传动连接还包括：驱动凸轮，传动连接在输入轴上；传动连杆部，设置于所述基板上，包括第一杆臂、第二杆臂和第三杆臂，所述第一杆臂的一端与所述输出轴传动连接，第一杆臂的另一端通过第一转轴与第二杆臂转动连接，所述第三杆臂的一端转动连接在基板上，第三杆臂的另一端通过第二转轴与第二杆臂转动连接；第一杆臂和第二杆臂形成的夹角为α，α＜180°；第三杆臂和第二杆臂形成的夹角为β，β＜180°；所述夹角α和夹角β分别位于第二杆臂的两侧，所述驱动凸轮与夹角β位于传动连杆部的同一侧，所述第三杆臂连接有弹力单元，弹力单元为第三杆臂提供朝向夹角β一侧转动的扭矩，且第一转轴在弹力单元的作用下始终保持抵靠驱动凸轮的状态，第一转轴与驱动凸轮形成凸轮机构；所述合闸保持部与第二转轴活动配合，所述合闸保持部与凸轮机构共同限制传动连杆部的动作，实现断路器开关的合闸保持；所述合闸保持部对第二转轴进行让位，允许断路器开关合闸；所述凸轮机构驱动传动连杆部控制输出轴动作，以实现断路器开关的合闸。

4、本方案中，通过第一杆臂、第二杆臂与第三杆臂构成的多级串联布局，配合第一转轴与驱动凸轮周壁之间的滚动抵接配合，构建了确定的运动约束关系，有效限制了间隙逐级累积对终端输出精度的不利影响，提高了批量制造时的装配一致性，降低了调试工时成本；整个操动机构，区别于现有装置，驱动凸轮不但作为主动推动件，搭配与输出轴传动连接的传动连杆也能用于在合闸保持时起到约束作用，驱动凸轮的周壁兼具推动与限位双重功能，对传动连杆部的运动轨迹施加确定性约束，省略了外部独立锁扣组件，简化了传动层级，消除了多运动副串联配合所致的间隙累积与动作分散性，结构简单的同时也能快速高效地进行合闸、分闸等多种功能。

5、优选地，所述输出轴上同轴设置有传动拐臂，所述传动拐臂端部转动连接有与断路器开关配合的开关连杆，所述输出轴转动，带动开关连杆摆动，进而控制断路器开关动作。

6、现有机构中，合闸储能操作与传动动作通常由相互独立的部件分别完成，储能完成后还需额外的定位保持装置，致使部件数量增多、结构复杂度上升。因此，所述输入轴上还设置有合闸蓄能部件，所述合闸蓄能部件包括转动连接于驱动凸轮的偏心位置或侧面的合闸拉件，所述合闸拉件上固定连接有合闸弹簧，所述合闸弹簧的另一端转动连接于所述基板上；当所述输入轴受驱转动时，所述合闸拉件能拉伸所述合闸弹簧进行合闸蓄能。通过在输入轴上同轴固定设置合闸拐臂，使合闸弹簧的拉伸储能过程与输入轴的旋转驱动过程同步完成，实现了储能操作与传动驱动的一体化联动，省去了独立的储能操作环节及对应的中间转换构件，简化了操动流程。

7、优选地，所述合闸蓄能部件还包括合闸挚子和能与合闸挚子抵接配合的限位柱，所述合闸挚子的一端通过合闸挚子转轴转动设置于所述基板上，所述限位柱设置于驱动凸轮表面；所述合闸挚子具有工作位和避让位，合闸挚子处于工作位时位于所述限位柱的运动路径上，能使所述限位柱能抵接在所述合闸挚子上，实现合闸弹簧的蓄能保持；所述合闸挚子上设置有弹力单元，所述弹力单元给合闸挚子提供朝向合闸挚子工作位置方向转动的力矩。此方案中，通过合闸挚子与驱动凸轮表面限位柱的抵接限位，对驱动凸轮的自由度形成运动约束，确保合闸弹簧的储能状态在静态及振动工况下均能稳定保持。

8、优选地，所述驱动凸轮包括与所述输入轴同心的半圆弧部和偏心的过渡凹弧部，所述驱动凸轮配置为，当驱动凸轮转动至限位柱被处于工作位的合闸挚子抵接时，所述第一转轴卡接在所述过渡凹弧部中；所述合闸挚子位于避让位时，合闸弹簧驱动驱动凸轮转动，驱动凸轮带动传动连杆部的夹角α扩大，使第一杆臂带动输出轴转动，实现合闸。通过定制化的驱动凸轮，让驱动凸轮形成的凸轮机构所形成运动副在其动作过程中能精确驱动或限制输入轴的转动。

9、优选地，所述合闸弹簧对所述合闸拉件的拉力动距离具有最大位置，当限位柱被合闸挚子限位阻挡时，所述合闸拉件转过所述最大位置。此方案中，通过将合闸弹簧的拉伸行程设计为越过最大位置（即死点），使合闸弹簧对合闸拐臂的拉力方向发生偏心反转，对输入轴产生持续沿原转动方向的驱动力矩，迫使限位柱始终压紧抵接于合闸挚子表面，让弹簧的弹力由阻力变为驱动力，后续不要提供外力，仅依靠合闸弹簧的弹力就能保持合闸的持续蓄能动作。

10、优选地，所述输出轴上还设置有分闸蓄力部件，所述分闸蓄力部件包括与输出轴同轴连接分闸拐臂，所述分闸拐臂端部转动连接有分闸拉件，所述分闸拉件上固定连接有分闸弹簧的一端，所述分闸弹簧的另一端转动连接在基板上，所述输出轴通过驱动凸轮带动第一杆臂动作而转动，所述输出轴转动，能使所述分闸拉件拉伸所述分闸弹簧，使所述分闸弹簧蓄能。此方案中，传动拐臂与分闸拐臂同轴固定于输出轴上，使合闸动作的执行与分闸弹簧的储能通过同一输出轴的转动同步完成。一次合闸操作同时实现负载驱动与能量储备的双重功能，提高了机械能的利用效率，减少了独立储能传动部件的数量，使机构布局更加紧凑。

11、优选地，所述合闸保持部包括分闸挚子，所述分闸挚子的一端转动设置于所述基板上，所述分闸挚子具有工作位和避让位；所述分闸挚子上设置有所述弹力单元，所述弹力单元为分闸挚子提供朝向分闸挚子工作位转动的力矩；所述分闸挚子处于工作位时，所述分闸挚子位于所述第二转轴的运动轨迹上，能够阻挡所述第三杆臂朝向背离夹角β方向的转动。

12、传统的防跳方案多依赖外部电气保护装置或操作箱实现，与操动机构本体之间缺乏直接的机械联动，存在响应延迟，且需定期对电气回路进行维护校验；当分闸后合闸命令因触点粘连或按钮卡滞而持续存在时，断路器将进入“跳-合-跳”的无限循环，严重威胁设备与系统安全。因此，优选地，还包括防跳单元，所述防跳单元包括防跳限位竖板、防跳凸起和合闸推板；所述防跳限位竖板的一端转动设置于所述基板上，所述防跳限位竖板上设置有抵接块，防跳限位竖板上设有防跳扭簧，所述防跳扭簧使防跳限位竖板朝向卡入限位卡口的方向转动；所述防跳凸起突出设置于所述传动拐臂上；所述合闸推板与合闸挚子同轴固定设置且同步转动，所述合闸推板上朝向所述防跳限位竖板的一侧设置有与限位竖板适配的限位卡口。此方案中，防跳限位竖板在合闸状态下卡入所述限位卡口以将所述合闸挚子锁定于工作位，在分闸状态下通过所述防跳凸起与所述抵接块的抵接配合而脱离所述限位卡口，以解除对所述合闸挚子的锁定；即，在操动机构内部集成防跳限位竖板、防跳凸起与合闸推板的纯机械联动体系，实现了分闸动作执行后对合闸挚子的自动锁定，确保在合闸命令持续存在的情况下，合闸挚子被强制锁止于工作位而无法转动至避让位，从而从物理层面根本性地阻断二次合闸的可能性，彻底消除了“跳跃”故障的发生路径。该防跳方案不依赖任何外部电气元件或控制逻辑，响应为瞬时机械联动，无延迟，且无需定期维护。

13、一种机柜，包括断路器，还包括上述任一一种断路器用操动机构。

14、一种环网机柜，包括上述的一种断路器，机柜中设置该断路器，能有效减小机柜体积，整个断路器便于安装的同时也利于开柜维护。

15、本发明的有益效果：

16、本发明驱动凸轮与对级传动连杆部的紧凑配合，搭配合闸保持部，实现了合闸、保持与分闸的全机械联动，大幅减少了零部件数量，缩小了机构体积，满足了断路器向集成化、小型化发展的需求，结构简单的同时也能快速高效地进行合闸、分闸等多种功能。