一种储能式传动机构和智能断路器的制作方法

1.本技术涉及低压电器技术领域，具体而言，涉及一种储能式传动机构和智能断路器。


背景技术：

2.断路器是能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。
3.智能断路器是在标准断路器的基础上增加控制模块，使其具备远程控制、状态监测等功能，智能断路器的远程操控合闸速度较慢，导致产品寿命降低。为解决该问题，通常设置储能合闸机构，通过储能的方式达到触头闭合要求的速度和力量，以实现快速合闸。
4.现有的智能断路器多采用拉压式弹簧储能，其机构中各构件传动力矩变化复杂，占用空间较大，各构件间配合的一致性较差，导致采用拉压式弹簧储能的智能断路器性能不稳定。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种储能式传动机构和智能断路器，性能稳定且占用空间小。
6.本技术的实施例是这样实现的：
7.本技术实施例的一方面提供一种储能式传动机构，其包括底座，以及设在所述底座上的储能组件和设在所述储能组件上的储能弹性件，所述储能组件用于分别和驱动件、被控装置连接，所述驱动件带动所述储能组件运动，以控制所述储能弹性件通过形变储能，并在所述储能弹性件释放能量时，驱动所述储能组件带动所述被控装置运动、控制所述被控装置合闸。
8.可选地，所述储能组件包括设在所述底座上的储能件和与所述储能件同轴连接的扇形齿轮；所述储能弹性件为涡卷弹簧，所述涡卷弹簧盘设在所述储能件和所述扇形齿轮之间，且所述涡卷弹簧的两端分别和所述储能件、所述扇形齿轮连接。
9.可选地，所述底座上设有主动轮，所述主动轮在所述驱动件、所述扇形齿轮之间分别和所述驱动件、所述扇形齿轮传动连接。
10.可选地，还包括限位结构，所述限位结构位于所述储能组件的一侧，通过所述限位结构限制所述储能组件的转动。
11.可选地，所述限位结构包括设在所述底座上的限位件、设在所述扇形齿轮上的挡凸和设在所述储能件上的凸起，所述限位件和所述底座转动连接，在所述凸起和所述限位件抵持时，所述储能弹性件储能；在所述挡凸和所述限位件抵持时，所述限位件解扣以释放能量。
12.可选地，所述限位件具有朝向所述储能组件的限位面，所述限位件通过所述限位面和所述挡凸抵持；所述限位面上设有凹槽，所述限位件通过所述凹槽和所述凸起抵持。
13.可选地，所述限位件远离所述储能件的一端设有弹性臂，所述底座上设有底座凸台，通过所述弹性臂和所述底座凸台抵持，以使所述限位件复位。
14.可选地，所述底座上还设有支持轴，所述支持轴通过连杆和所述被控装置连接，所述连杆的一端设在所述支持轴上；通过所述储能件的运动，推动所述连杆运动以带动所述支持轴转动并输出力矩，使所述被控装置合闸。
15.可选地，所述储能件包括安装盘和连接在所述安装盘边缘的挡条，所述底座上沿所述储能件的周向设有与所述挡条形状匹配的转动凸起，所述连杆的另一端设在所述转动凸起和所述挡条之间；通过所述储能件的运动，使所述挡条推动所述连杆的另一端在所述转动凸起和所述挡条之间运动，以带动所述支持轴转动。
16.可选地，还包括与所述支持轴同轴连接的复位杠杆，所述扇形齿轮上设有凸台，所述复位杠杆的两端分别具有和所述凸台、被控装置抵持的状态，通过扇形齿轮的转动，所述凸台推动所述复位杠杆转动，使所述复位杠杆的端部推动所述被控装置分闸。
17.本技术实施例的另一方面提供一种智能断路器，其包括被控装置和与所述被控装置连接的上述的储能式传动机构，通过所述储能式传动机构的动作，控制所述被控装置合闸或分闸。
18.本技术实施例的有益效果包括：
19.本技术实施例提供的储能式传动机构和智能断路器，通过驱动件带动储能组件运动，储能组件运动以控制储能弹性件形变储能，在储能弹性件释放能量时，会驱动储能组件带动被控装置运动，从而控制被控装置进行合闸，通过储能弹性件的储能和释放能量，控制被控装置合闸，能达到合闸要求的速度和力量。其中，通过设置储能组件和储能弹性件，即可完成合闸，结构简单，占用空间小；并且，储能弹性件和储能组件同轴传递力矩，使得力矩变化稳定，使整个机构性能稳定。通过储能弹性件和储能组件的配合，以机械的方式合闸，机构运动速度快，其合闸过程不受机构输入能量的状态和效率影响，降低因合闸速度慢导致的产品寿命降低现象。
20.进一步地，储能式传动机构通过储能组件和储能弹性件的运动，控制被控装置合闸；合闸后在复位信号的控制下，使驱动件反转，带动被控装置分闸。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
22.图1为本技术实施例提供的储能式传动机构结构示意图之一；
23.图2为本技术实施例提供的储能式传动机构结构示意图之二；
24.图3为本技术实施例提供的储能式传动机构的支持轴结构示意图；
25.图4为本技术实施例提供的储能式传动机构的扇形齿轮结构示意图之一；
26.图5为本技术实施例提供的储能式传动机构的扇形齿轮结构示意图之二；
27.图6为本技术实施例提供的储能式传动机构的储能件结构示意图；
28.图7为本技术实施例提供的储能式传动机构局部结构示意图之一；
29.图8为本技术实施例提供的储能式传动机构局部结构示意图之二；
30.图9为本技术实施例提供的储能式传动机构局部结构示意图之三；
31.图10为本技术实施例提供的储能式传动机构局部结构示意图之四；
32.图11为本技术实施例提供的储能式传动机构的限位件结构示意图；
33.图12为本技术实施例提供的储能式传动机构的初始储能状态结构示意图；
34.图13为本技术实施例提供的储能式传动机构的储能释放状态结构示意图；
35.图14为本技术实施例提供的储能式传动机构的储能复位状态结构示意图；
36.图15为本技术实施例提供的储能式传动机构控制被控装置分闸状态结构示意图。
37.图标:1
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底座；1.1
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底座凸台；1.2
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转动凸起；2
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支持轴；3
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连杆；4
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扇形齿轮；4.1
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端面；4.2
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扇形齿区；4.3
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槽口；4.4
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挡凸；4.5
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凸台；5
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储能件；5a
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安装盘；5b
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挡条；5.1
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凸起；5.2
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第一端面；5.4
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外周面；5.5
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第二端面；6
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涡卷弹簧；6.1
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内端；6.2
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外端；7
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限位件；7.1
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弹性臂；7.2
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孔；7.3
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限位面；7.4
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凹槽；7.5
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侧壁；8
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主动轮；8.1
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第四小齿轮；9
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复位杠杆；9.1
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弧形端；10
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电机；11
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第一大齿轮；12
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第一小齿轮；13
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第二大齿轮；14
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第二小齿轮；15
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第三大齿轮；16
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第三小齿轮；101
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储能组件；102
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储能弹性件；103
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驱动件；104
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被控装置。
具体实施方式
38.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
39.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
40.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
41.本技术实施例提供一种储能式传动机构，可应用于智能断路器，通过储能的方式以提供较大的力矩以合闸；储能式传动机构与被控装置104配合设置形成智能断路器，通过储能式传动机构控制被控装置104完成合闸。
42.请参照图1，本技术实施例提供一种储能式传动机构，包括：底座1，以及设在底座1上的储能组件101和设在储能组件101上的储能弹性件102，储能组件101用于分别和驱动件103、被控装置104连接，驱动件103带动储能组件101运动，以控制储能弹性件102通过形变储能，并在储能弹性件102释放能量时，驱动储能组件101带动被控装置104运动、控制被控装置104合闸。
43.其中，驱动件103驱动储能组件101运动，驱动件103可为电机10，电机10转动带动储能组件101运动。电机10可以在启动后单向或双向转动。
44.电机10和储能组件101之间可通过设在底座1上的齿轮组传递动力，如图1所示，齿轮组包括多个依次啮合的同轴齿轮组，同轴齿轮组包括大齿轮和与大齿轮同轴设置的小齿
轮，多个同轴齿轮组之间通过小齿轮和相邻的大齿轮啮合传动，电机10和一个大齿轮传动连接，大齿轮通过小齿轮将动力传递给相邻的同轴齿轮组，依次完成动力传递，最终通过最后一个大齿轮上的小齿轮和储能组件101啮合传动，将电机10的动力传递给储能组件101。
45.示例地，齿轮组包括四组同轴齿轮组，从电机10到储能组件101依次分别为第一同轴齿轮组、第二同轴齿轮组、第三同轴齿轮组、第四同轴齿轮组。
46.第一同轴齿轮组包括第一大齿轮11和同轴设置的第一小齿轮12，第二同轴齿轮组包括第二大齿轮13和同轴设置的第二小齿轮14，第三同轴齿轮组包括第三大齿轮15和同轴设置的第三小齿轮16，第四同轴齿轮组包括第四大齿轮和同轴设置的第四小齿轮8.1，第四大齿轮也就是主动轮8，主动轮8设在底座1上，主动轮8在驱动件103、扇形齿轮4之间分别和驱动件103、扇形齿轮4传动连接。电机10和第一大齿轮11传动连接，第一小齿轮12和第二大齿轮13啮合传动，第二小齿轮14和第三大齿轮15啮合传动，第三小齿轮16和第四大齿轮(主动轮8)啮合传动，第四小齿轮8.1和储能组件101啮合传动，依次将电机10的动力传递给储能组件101，以使储能组件101运动。
47.储能组件101和储能弹性件102同轴设置，储能组件101运动时，带动储能弹性件102形变以储能，储能弹性件102释放能量时，驱动储能组件101带动连杆3运动，连杆3的一端和被控装置104连接，连杆3运动控制被控装置104合闸。
48.智能断路器的储能可以是通过储能组件101的运动使储能弹性件102发生形变，进而储能弹性件102产生相应的势能，这个势能用于提供给合闸所需要的能量。储能弹性件102储能的优点是储能后，即便失去了外界电源，也能靠储能弹性件102释放存储的能量控制智能断路器合闸。
49.本技术实施例提供的储能式传动机构，通过驱动件103带动储能组件101运动，储能组件101运动以控制储能弹性件102形变储能，在储能弹性件102释放能量时，会驱动储能组件101带动被控装置104运动，从而控制被控装置104进行合闸，通过储能弹性件102的储能和释放能量，控制被控装置104合闸，能达到合闸要求的速度和力量。通过设置储能组件101和储能弹性件102，实现合闸，结构简单，占用空间小；并且，储能弹性件102和储能组件101同轴传递力矩，使得力矩变化稳定，各构件配合的一致性较好，从而整个储能式传动机构的性能也更加稳定。并且，通过储能弹性件102和储能组件101的配合，以机械的方式合闸，使得本技术实施例提供的储能式机构运动速度快，其合闸过程不受机构输入能量的状态和效率影响，降低因合闸速度慢导致的产品寿命降低的现象。
50.如图2和图3所示，底座1上设有支持轴2，连杆3的一端设在支持轴2上、另一端和储能组件101关联动作。通过储能组件101的运动，推动连杆3运动以带动支持轴2转动并输出力矩，使被控装置104合闸。
51.支持轴2连接被控装置104，连杆3的一端设在支持轴2的孔内，当储能组件101运动带动连杆3运动时，连杆3运动带动支持轴2转动，以输出力矩，控制被控装置104合闸。
52.可选地，储能组件101包括设在底座1上的储能件5和与储能件5同轴连接的扇形齿轮4。储能弹性件102可以为涡卷弹簧6，涡卷弹簧6盘设在储能件5和扇形齿轮4之间，且涡卷弹簧6的两端分别和储能件5、扇形齿轮4连接。
53.扇形齿轮4为圆周上有部分齿形成扇形区域，示例地，如图4～图5所示，本技术中的扇形齿轮4为在圆周本体上设置扇形齿区4.2，并且扇形齿区4.2凸出于圆周本体的边缘，
也就是说，扇形齿轮4所在的圆的半径大于圆周本体的半径。在扇形齿轮4上还设有一凸出于圆周本体的凸部，凸部远离扇形齿区4.2的一侧具有端面4.1，用于和储能件5配合确定在涡卷弹性力矩下，储能件5的相对位置。
54.主动轮8在驱动件103、扇形齿轮4之间分别和驱动件103、扇形齿轮4传动连接，扇形齿轮4的扇形齿区4.2和主动轮8上的第四小齿轮8.1啮合传动动力。驱动件103传动的动力传递至主动轮8后，主动轮8上的第四小齿轮8.1带动扇形齿轮4转动。
55.本技术实施例中的储能弹性件102可为涡卷弹簧6，涡卷弹簧6为平面涡卷弹簧6，也可称作发条弹簧，是一种一端固定而另一端作用有扭矩的弹簧；在扭矩作用下弹簧材料产生弯曲弹性变形，使弹簧在平面内产生扭转，其变形角的大小与扭矩成正比。
56.如图7～图8所示，涡卷弹簧6卷成一个盘状结构，盘状结构中部形成中空圆周区，涡卷弹簧6的内端6.1位于中空圆周区内，盘状结构的涡卷弹簧6由其内端6.1沿圆周方向向外卷制，止于涡卷弹簧6的外端6.2。
57.涡卷弹簧6盘设在储能件5和扇形齿轮4之间，以节省空间占用体积，涡卷弹簧6的两端分别和储能件5、扇形齿轮4连接，这样当扇形齿轮4通过电机10传递的动力转动时，涡卷弹簧6随扇形齿轮4转动发生弹性形变而储能，储能件5随之转动。
58.扇形齿轮4上设有槽口4.3，涡卷弹簧6的内端6.1设在槽口4.3内，涡卷弹簧6的内端6.1与扇形齿轮4的槽口4.3固定配合，涡卷弹簧6的内端6.1与扇形齿轮4的槽口4.3配合，涡卷弹簧6的外端6.2与挡条5b的第一端面5.2配合定位涡卷弹簧6。
59.如图6所示，储能件5包括安装盘5a和连接在安装盘边缘的挡条5b，涡卷弹簧6的外端6.2和挡条5b的第一端面5.2配合。
60.如图9所示，底座1上沿储能件5的周向设有与挡条5b形状匹配的转动凸起1.2，连杆3的另一端设在转动凸起1.2和挡条5b之间；通过储能件5的运动，使挡条5b推动连杆3的另一端在转动凸起1.2和挡条5b之间运动，以带动支持轴2转动。
61.其中，挡条5b垂直凸起于安装盘5a的边缘，凸起后垂直方向上，挡条5b的一端面为平面端，即为第一端面5.2；挡条5b的另一端面向靠近安装盘5a的方向卷起，形成折弯部，折弯部远离安装盘5a的一端为弧形端，即为第二端面5.5。
62.转动凸起1.2顺着安装盘5a的外周呈弧形设置，这样一来，在安装盘5a和转动凸起1.2之间可形成弧形区域，并且，挡条5b位于该弧形区域的一端，以封闭弧形区域的该端部。
63.连杆3的端部位于安装盘5a、挡条5b和转动凸起1.2之间的弧形区域内，并且可在该弧形区域内运动。连杆3的端部在该弧形区域内滑动时，通过挡条5b限制连杆3端部的运动范围。
64.当涡卷弹簧6释放能量时，涡卷弹簧6的转矩传递给储能件5，储能件5和连杆3接触，挡条5b会推动连杆3的端部在该弧形区域内向右运动，此时连杆3驱动支持轴2逆时针转动，从而控制被控装置104合闸。
65.储能式传动机构还包括限位结构，限位结构位于储能组件101的一侧，通过限位结构限制储能组件101的转动，以使储能弹性件102储能或释放能量。可选地，限位结构可以是能够限制储能组件101转动的凸起等，其形状在此不作限制。
66.驱动件103通过主动轮8和第四小齿轮8.1带动扇形齿轮4转动，扇形齿轮4转动带动涡卷弹簧6转动而形变储能，涡卷弹簧6转动带动储能件5转动。当扇形齿轮4转动到一定
位置，涡卷弹簧6达到形变要求，储能完成，此时需通过限位结构阻止储能件5继续转动，并且还通过限位结构使涡卷弹簧6释放能量，以带动连杆3运动而合闸。
67.具体地，如图10所示，限位结构包括设在底座1上的限位件7、设在扇形齿轮4上的挡凸4.4和设在储能件5上的凸起5.1，限位件7和底座1转动连接，在凸起5.1和限位件7抵持时，储能弹性件102储能；在挡凸4.4和限位件7抵持时，限位件7解扣以释放能量。
68.限位件7为长条式的钣金件，具有两个侧壁7.5和连接两个侧壁7.5的限位面7.3，限位件7通过其侧壁7.5上的孔7.2和底座1形成轴孔配合，可使限位件7绕穿设在孔7.2上的轴在底座1上转动。扇形齿轮4上设有挡凸4.4，储能件5上设有凸起5.1，限位件7可分别和挡凸4.4、凸起5.1抵持，扇形齿轮4转动带动涡卷弹簧6形变储能，涡卷弹簧6带动储能件5转动，当限位件7和储能件5上的凸起5.1抵持时，储能件5不再转动，涡卷弹簧6储能完成；此时，扇形齿轮4在驱动件103的驱动下还可继续转动，当扇形齿轮4转动到挡凸4.4和限位件7抵持的位置时，此时挡凸4.4和限位件7配合，以驱动限位件7解扣，使涡卷弹簧6释放能量。
69.如图11所示，限位件7具有朝向储能组件101的限位面7.3，限位件7通过限位面7.3和挡凸4.4抵持；限位面7.3上设有凹槽7.4，限位件7通过凹槽7.4和凸起5.1抵持。凹槽7.4可设置为矩形槽，矩形槽与储能件5上的凸起5.1配合形成储能方向的限位。
70.限位件7远离储能件5的一端设有弹性臂7.1，底座1上设有底座凸台1.1，通过弹性臂7.1和底座凸台1.1抵持，以使限位件7复位。
71.限位件7转动时，弹性臂7.1与底座凸台1.1可形成定位，当限位件7逆时针转动到弹性臂7.1和底座凸台1.1抵持时，底座凸台1.1为限位件7提供复位力，使限位件7反向转动到复位状态。
72.储能式传动机构复位至初始状态时，限位面7.3与外周面5.4配合，导引限位件7与储能件5再次形成储能限位。
73.限位件7沿储能件5的径向方向对储能件5限位，利用限位件7的径向机械强度限位，性能稳定；限位件7通过弹性臂7.1和底座凸台1.1配合限位，利用限位件7的垂向弹性提供力矩使限位件7复位。
74.限位件7可同时利用钣金件的径向机械强度和垂向弹性，分别进行限位和复位，将限位和复位二合一于一个限位件7上，减少机构的零件数量，降低成本。
75.此外，储能件5的挡条5b第二端面5.5与扇形齿轮4的端面4.1配合确定在涡卷弹性力矩下的相对位置。扇形齿轮4的扇形齿区4.2与主动轮8齿配合传递力矩，储能释放时，如图7所示，扇形齿轮4的挡凸4.4与限位件7的限位面7.3配合，扇形齿轮4转动到挡凸4.4碰撞限位面7.3后，驱动限位件7解扣。
76.储能式传动机构在主动轮8的力矩输入时，电机10带动扇形齿轮4顺时针转动，储能件5在限位件7的限制下不发生变化，涡卷弹簧6随扇形齿轮4转动开始储能，扇形齿轮4的顺时针持续转动，最后推动限位件7位置变化，从而解锁储能件5的位置，储能释放，推动连杆3运动，从而轴支持逆时针转动，输出力矩，控制被控装置104合闸。
77.使用涡卷弹簧6储能，和储能件5、扇形齿轮4配合设置，使得结构占用空间小，解决现有技术中储能机构占用空间较大的问题。同时，涡卷弹簧6和储能件5、扇形齿轮4同轴力矩传递，使得力矩几乎成线性变化，力矩变化曲线稳定，储能式传动机构性能稳定。
78.储能释放后，主动轮8反转，控制被控装置104分闸。具体地，还包括与支持轴2同轴
连接的复位杠杆9，扇形齿轮4上设有凸台4.5，复位杠杆9的两端分别具有和凸台4.5、被控装置104抵持的状态，通过扇形齿轮4的转动，凸台4.5推动复位杠杆9转动，使复位杠杆9的端部推动被控装置104分闸复位。
79.被控装置104合闸后，当需分闸复位时，控制模块提供给电机10一个复位信号，电机10反转带动扇形齿轮4逆时针转动，使扇形齿轮4的凸台4.5碰撞复位杠杠的一端，则复位杠杆9的另一端(弧形端9.1)推动连动轴，连动轴和被控装置104连接，以推动被控装置104分闸复位。
80.本技术实施例的储能式传动机构工作时，如图12所示，驱动件103运动通过齿轮组将动力传递到主动轮8，带动扇形齿轮4顺时针转动。扇形齿轮4带动涡卷弹簧6转动，涡卷弹簧6带动储能件5转动，即时，储能件5上的凸起5.1和限位件7的凹槽7.4配合，被限位件7限位停止转动，涡卷弹簧6储能。如图13所示，扇形齿轮4继续顺指针转动，挡凸4.4推动限位面7.3使得限位件7的限位解除，涡卷弹簧6的转矩传递给储能件5，储能件5和连杆3的接触，挡条5b推动使得连杆3向右滑动，支持轴2逆时针转动，对外输出转矩，控制被控装置104合闸。如图14所示，合闸完成时，在涡卷弹簧6的作用下扇形齿轮4的端面4.1和挡条5b的第二端面5.5接触，通过控制模块给电机10一个复位信号使电机10反转，主动轮8推动扇形齿轮4逆时针转动，从而推动储能件5逆时针转动，储能式传动机构复位至初始状态，通过限位件7对储能件5再次形成限位。如图15所示，机构处于初始状态时，在复位信号的控制下，电机10反转，驱动扇形齿轮4逆时针转动，凸台4.5推动复位杠杆9转动，从而弧形端9.1通过连动轴推动被控装置104分闸复位。
81.进一步地，本技术实施例还提供一种智能断路器，包括：被控装置104和与被控装置104连接的上述的储能式传动机构，通过储能式传动机构的动作，控制被控装置104合闸或分闸。
82.储能式传动机构通过储能组件101和储能弹性件102的运动，带动连杆3运动，以控制被控装置104合闸；合闸后通过控制模块给予电机10复位信号，使电机10反转，通过扇形齿轮4的凸台4.5使复位杠杆9转动，带动被控装置104分闸。
83.该智能断路器包含与前述实施例中的储能式传动机构相同的结构和有益效果。储能式传动机构的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。
84.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。