一种低操作功断路器的制作方法

1.本实用新型涉及一种低操作功断路器。


背景技术：

2.目前，断路器的灭弧室形式主要有压气式灭弧室、自能式灭弧室及真空灭弧室等。现有技术中压气式灭弧室的一种典型结构如授权公告号为cn202721079u的中国专利公开的一种变径式低温气体绝缘开关设备本体所采用的结构，如图6所示，包括主壳体，主壳体包括灭弧室瓷套101和支柱室瓷套102，两者的内腔相互连通，内部充有六氟化硫作为绝缘气体，在灭弧室瓷套101的两端设置有静接线座103和动接线座104；静接线座103上设有静弧触头和静主触头，动接线座104上装配有压气缸108，压气缸108内设有压气缸活塞，压气缸活塞包括动主触头和动弧触头，其上连接有压气缸活塞杆111，压气缸活塞杆111通过绝缘拉杆110连接操作机构。工作时，操作机构通过绝缘拉杆110带动压气缸活塞动作，实现气体绝缘开关设备的分合闸，同时压气缸在分闸动作时能够在喷口处形成气流，用于将电弧吹熄。
3.但是，采用压气式和自能式灭弧室的气体绝缘开关设备在进行分合闸操作时，都要克服压气反力而消耗能量，并且灭弧室分合闸动作时不可避免地还要受到气体阻力的影响而消耗能量。
4.随着经济社会的发展和人们环保意识的增强，高压开关设备的环保化成为一个重要发展方向，而高压开关行业对环境危害最大的就是六氟化硫绝缘气体，其温室效应系数非常高且稳定性好，一旦排入大气，其温室效应影响是巨大且持久的，研究无氟高压开关设备成为一个热点。真空断路器灭弧室采用真空结构，灭弧室对地采用氮气绝缘，使六氟化硫使用量降为零，显著提高设备的环保性能，该方案成为无氟高压开关设备的一个范例。
5.但是，由于真空断路器的开断单元采用真空密封结构，其动触头需要承受灭弧室内外压力差产生的自闭力，该自闭力使动触头向分闸方向运动时需要克服更大的阻力，导致断路器在进行分闸操作时，必须要克服自闭力而消耗能量，与同样电压等级的六氟化硫产品相比，需要更大操作功的操作机构，进而导致断路器对操作机构的要求变高，断路器的分闸操作性能降低。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种低操作功断路器，解决现有的断路器由于气体阻力或自闭力问题而对操作机构的性能要求较高的问题。
7.本实用新型中采用如下技术方案：
8.一种低操作功断路器，包括开关本体和操作机构；所述开关本体包括：
9.主壳体，用于充入绝缘气体，主壳体的内腔中设有触头单元，触头单元包括静端组件和动端组件；
10.传动机构，设置在主壳体的一侧，用于传动连接在触头单元的动端组件与操作机
构之间；
11.其特征在于，开关本体还包括：
12.活塞，设置在传动机构与触头单元之间的传力路径上，形成传力路径的一部分；
13.活塞缸体，供活塞导向密封装配；
14.低气压气室，设置在活塞背向触头单元的一侧，用于充入压力低于主壳体内的气压的气体；
15.活塞用于在主壳体与低气压气室之间的气压差作用下受到朝向低气压气室的作用力，从而为断路器的分闸提供部分分闸驱动力；
16.所述开关本体还包括：
17.支撑轮，设置在活塞上或者与活塞固定连接的连接件上，位于所述活塞靠近低气压气室的一侧；所述支撑轮绕活塞轴线均匀布置；
18.所述活塞缸体的内壁上设有滚轮配合面，所述支撑轮滚动支撑在所述滚轮配合面上，用于扶正所述活塞。
19.有益效果：采用上述技术方案，通过设置合适的活塞面积和气压差，活塞能够受到朝向低气压气室的作用力，该作用力能够提供部分分闸驱动力，从而能够减小对传动机构的分闸力要求，改善了现有的断路器对分闸操作功的要求较高的问题，并且，支撑轮与活塞缸体上的滚轮配合面配合，在活塞的设置导致了传力路径增长的情况下，能够对活塞起到扶正作用，避免传动机构与活塞之间的传动件受到过大的径向力而出现弯曲变形问题以及活塞受到径向力过大的问题，保证活塞在高速重载工况下运动的准确性和可靠性。
20.作为一种优选的技术方案：所述活塞包括筒状塞体，筒状塞体的内部或轴向端部设有封堵体，封堵体用于隔离所述主壳体与所述低气压气室。
21.有益效果：采用上述技术方案有利于减轻活塞的重量，避免由于活塞重量过大而影响分合闸速度，并且有利于节约材料。
22.作为一种优选的技术方案：所述封堵体设置在活塞远离低气压气室的一端。
23.有益效果：采用上述方案便于绝缘拉杆与活塞的连接，并且有利于保证活塞与活塞缸体的良好配合。
24.作为一种优选的技术方案：所述活塞缸体的内孔包括小径段和大径段，所述活塞与小径段导向密封配合，所述滚轮配合面设置在大径段上。
25.有益效果：采用上述技术方案能够减小对活塞缸体的加工面积，保证与活塞的良好配合。
26.作为一种优选的技术方案：所述传动机构设置在低气压气室内，包括摆臂，用于在摆臂摆动时以四杆机构的形式驱动所述活塞导向移动；
27.所述支撑轮的转动轴线均垂直于所述四杆机构的运动平面；
28.所述支撑轮有两只，两只支撑轮沿摆臂的轴线设置在活塞的两侧；所述活塞缸体的内壁上设有两处导向槽，所述导向槽的槽侧壁形成所述滚轮配合面。
29.有益效果：采用上述技术方案能够针对四杆机构形式的传动机构在特定方向上有侧重地进行扶正，并且两只支撑轮能够提供更大的支撑力，更有利于保证活塞运动的准确性和可靠性。
30.作为一种优选的技术方案：所述传动机构设置在低气压气室内，包括摆臂，用于在
摆臂摆动时以四杆机构的形式驱动所述活塞导向移动；
31.所述支撑轮的转动轴线均垂直于所述四杆机构的运动平面；
32.所述支撑轮有两只，两只支撑轮沿着垂直于摆臂轴线的方向设置在活塞的两侧；所述活塞缸体的朝向中心轴线的内壁形成所述滚轮配合面。
33.有益效果：采用上述技术方案能够针对四杆机构形式的传动机构在特定方向上有侧重地进行扶正，并且结构简单，加工方便。
34.作为一种优选的技术方案：所述活塞靠近低气压气室的一侧设有第一连接杆，远离低气压气室的一侧设有第二连接杆；
35.第一连接杆与传动机构传动连接，第二连接杆用于与触头单元传动连接；
36.所述支撑轮设置在所述第一连接杆上。
37.有益效果：采用上述技术方案，通过设置连接杆能够方便地将活塞设置在传动机构与触头单元之间的传力路径上，形成传力路径的一部分。
38.作为一种优选的技术方案：所述活塞缸体的缸壁与所述活塞的外周面之间设有滑动密封圈和导向环，活塞通过滑动密封圈和导向环导向密封装配在活塞缸体上。
39.有益效果：采用上述技术方案，滑动密封圈能够保证活塞与活塞缸体之间的密封性能，导向环能够保证活塞的良好导向，同时有利于保证滑动密封圈的有效密封。
40.作为一种优选的技术方案：所述活塞缸体为回转体结构，包括：
41.筒体部分，筒体部分供活塞导向密封装配；
42.法兰部分，连接在筒体部分的外周面上，夹设在主壳体的端部法兰和低气压气室的端部法兰之间；
43.所述法兰部分设置在筒体部分的轴向一端，筒体部分的另一端插入所述主壳体内。
44.有益效果：采用上述技术方案便于活塞缸体的安装。
45.作为一种优选的技术方案：所述筒体部分与主壳体的内壁之间设有环形间隔，所述法兰部分上与所述环形间隔对应的区域上密封连接有气体导管，气体导管与主壳体的内腔连通；
46.所述低气压气室的室壁上设有充气接口，所述气体导管远离法兰部分的一端与充气接口连通，用于对主壳体的内腔充放绝缘气体。
47.有益效果：采用上述技术方案能够在不影响低气压气室的正常设置的同时，满足瓷柱套管或硅橡胶套管的充放气需求。
48.对于本专利要保护的主题，同一主题下的各优选技术方案均可以单独采用，在能够组合的情况下，也可以将同一主题下的两个以上优选的技术方案任意组合，组合形成的技术方案此处不再具体描述，以此形式包含在本专利的记载中。
附图说明
49.图1是本实用新型中低操作功断路器的实施例1的结构示意图；
50.图2是图1的右视图；
51.图3是图1中双气室结构的结构原理图，也是活塞与活塞缸体的配合结构示意图；
52.图4是双气室结构气压作用力示意图；
53.图5是低操作功断路器的气路结构图；
54.图6是现有技术中压气式灭弧室的一种典型结构的示意图。
55.图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：1、开关本体；2、主壳体；3、端部法兰；4、活塞缸体；5、法兰部分；6、筒体部分；8、低压气室壳体；9、触头单元；10、高气压气室；11、低气压气室；12、滑动密封圈；13、导向环；14、活塞；15、筒状塞体；16、封堵体；171、第一连接杆；172、第二连接杆；18、绝缘拉杆；20、传动机构；21、传动轴；22、摆臂；23、连杆；30、操作机构；31、开孔；32、气体导管；33、充气接口；34、支撑轮；35、导向槽。
具体实施方式
56.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
57.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
58.需要说明的是，本实用新型的具体实施方式中可能出现的术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
59.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
60.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
61.以下结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
62.本实用新型中低操作功断路器的实施例1：
63.如图1和图2所示，包括开关本体1和操作机构30。开关本体1为双气室结构，包括主壳体2、活塞缸体4、低压气室壳体8、触头单元9和传动机构20。主壳体2与活塞缸体4围成高
气压气室10，低压气室壳体8与活塞缸体4围成低气压气室11，低气压气室11是相对概念，即压力低于高气压气室10，双气室结构即由上述高气压气室10和低气压气室11形成。高气压气室10用于密封绝缘气体，保证断路器高压导电部位的对地绝缘性能。
64.如图1和图5，传动机构20为四杆机构，具有传动轴21、摆臂22和连杆23，传动轴21与操作机构30的输出转轴连接，用于形成曲柄滑块机构以驱动触头单元9分合闸，并实现合适的传动比。该种形式的传动机构20为现有技术，此处不再详细说明。传动机构20与触头单元9之间设有绝缘拉杆18，还设有活塞14，形成传力路径，用于驱动触头单元9的动端组件动作。当然，在其他实施例中，也可以采用其他形式的四杆机构，例如采用正弦结构或正切机构，均能够在摆臂摆动时驱动所述活塞导向移动。
65.具体地，如图1，主壳体2为筒状结构，主壳体2和低压气室壳体8相互靠近的一端分别设有端部法兰3，活塞缸体4为回转体结构，包括法兰部分5和筒体部分6，法兰部分5连接在筒体部分6的外周面上，夹设在主壳体2和低压气室壳体8的端部法兰3之间，并与两端部法兰3分别形成密封连接。所述法兰部分5设置在筒体部分6的轴向一端，筒体部分6的另一端插入所述主壳体2内。如图3，筒体部分6远离法兰部分5的末端设有小径段，小径段的内径小于相邻部分，小径段的内壁上设有四道环槽，中间的两道环槽形成密封环槽，用于安装滑动密封圈12，两侧的两道环槽形成导向环槽，用于安装导向环13。活塞缸体4通过滑动密封圈12与活塞14滑动密封配合，保证活塞14两侧不同的气压，通过导向环13与活塞14导向配合，实现活塞14的导向密封装配。密封环槽与活塞14及所述的活塞缸体4共同构成完整的密封结构，用于把高气压气室10和低气压气室11的气体分隔开来，保证两个气室气压的稳定性；两个导向环13分别安装于两个导向环槽内，用于支撑所述的活塞14，并保证活塞14沿活塞缸体4内壁滑动运动的准确性，同时也有利于保证滑动密封圈12的密封性能。
66.本实例真空断路器的主壳体2为硅橡胶套管，为了实现对主壳体2的充放气，需要与之相适应的气路结构。具体地，活塞缸体4的筒体部分6与主壳体2的内壁之间设有环形间隔，活塞缸体4的法兰部分5上与环形间隔对应的区域上设有开孔31，开孔31处密封连接有气体导管32，气体导管32与主壳体2的内腔连通；低气压气室11的室壁上，即低压气室壳体8上设有充气接口33，本实施例中充气接口33采用焊接阀门。气体导管32远离法兰部分的一端与充气接口33连通，用于对主壳体2的内腔充放绝缘气体。当然，在其他实施例中，若主壳体2为金属封闭壳体，则可以直接在主壳体2上焊接阀门，对主壳体2的高气压气室10进行充气。若主壳体2为瓷柱套管，同样可以采用上述设置气体导管32的方式实现对高气压气室10的充气。
67.如图3，所述活塞14包括一体设置的筒状塞体15、封堵体16和第一连接杆171和第二连接杆172。封堵体16设置在筒状塞体15的轴向端部，用于隔离所述主壳体2与所述低气压气室11。两只连接杆分别设置在封堵体16的轴向两侧，远离低气压气室11的第二连接杆172上设有外螺纹，通过螺纹连接固定在所述绝缘拉杆18的端面上，靠近低气压气室11的第一连接杆171与传动机构20的连杆23铰接，形成传动连接关系，在摆臂22摆动时能够实现筒状塞体15的导向运动。其中，第一连接杆171与筒状塞体15的内壁之间具有间隔。绝缘拉杆18远离活塞14的一端与触头单元9的动端组件固定连接，用于驱动触头单元9的动端组件往复运动而实现断路器的分合闸，向图中左侧运动时断路器合闸，向图中右侧运动时断路器分闸。
68.如图3，所述开关本体1还包括两只支撑轮34，两只支撑轮34沿着垂直于摆臂轴线的方向设置在活塞的两侧，转动轴线平行于摆臂的轴线，垂直于所述四杆机构的运动平面。支撑轮34包括轮轴和滚轮，轮轴固定在活塞14侧向的第一连接杆171上，位于所述活塞靠近低气压气室的一侧；所述活塞缸体的内壁上对应地设有两处导向槽35，导向槽35的槽底壁形成滚轮配合面，支撑轮34滚动支撑在所述滚轮配合面上，用于平衡活塞在四杆机构的作用下受到的径向力。当然，在其他实施中，活塞缸体上也可以不设置导向槽，此时活塞缸体的朝向中心轴线的内壁形成滚轮配合面。
69.触头单元9为真空灭弧室，包括动端组件和静端组件，动端组件包括动主触头、动弧触头，静端组件包括静主触头、静弧触头，用于关合和开断大电流，可以采用现有技术中的触头单元，具体结构此处不再详细说明。本实施例中的操作机构30采用弹簧操作机构，用于提供满足断路器的分合闸操作性能要求所需的驱动力。当然，在其他实施例中，弹簧操作机构也可以是液压操作机构、电磁操作驱动机构或其他机构。另外，在其他实施例中，触头单元9也可以为其他形式，例如图6所示的压气式灭弧室形式。
70.使用时，与主壳体2对应的高气压气室10内充有一定压力的绝缘气体，例如六氟化硫，用于保证开关本体1的绝缘性能及开断性能；高气压气室10内的气压可以与现有的单气室结构的开关本体1内的气压相等。与低压气室壳体8对应的低气压气室11内可以充入气体以形成一定气压、不充入气体而与开关本体1外界等压，或者是抽成真空，当低气压气室11为真空时，最有利于开关本体1的分闸操作；如果充入气体，气体无需具备绝缘及灭弧特性，可以充入与高气压气室10成分相同的绝缘气体，也可以充入环保气体，比如氮气，还可以充干燥空气或其他任何可能的气体。触头单元9在高气压气室10的作用下受到的自闭力为f1；高气压气室10的气体压力为p1，对应的气体在活塞14上的作用面积为a1；所述的低气压气室11的气体压力为p2，对应的气体在活塞14上的作用面积为a2，则所述的活塞14受到的气压作用力为f2=p1a1－p2a2，通过设计使p1a1>p2a2，那么活塞14受到的气压作用力f2即为采用该双气室结构的开关设备在分闸过程中增大的气压驱动力，如图4。采用该双气室结构的断路器在进行分闸操作时，操作机构30驱动传动轴21转动，传动轴21带动摆臂22摆动，摆臂22通过连杆23带动活塞14向活塞14的低压侧滑动，活塞14在连杆23的轴向作用力f3以及作用力f2的共同作用下带动绝缘拉杆18及驱动单元9的动端组件运动，实现开关设备的分闸操作。通过上述堵头的双气室结构，产生的作用力f2可以降低开关设备所需的分闸操作功，提升其分闸操作性能，适配低操作功的操作机构30，提高开关设备的可靠性，降低生产成本。
71.本实用新型中低操作功断路器的实施例2：
72.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，两只支撑轮34沿着垂直于摆臂轴线的方向设置在活塞的两侧，并且支撑在活塞缸体的内壁上导向槽35的槽底壁上，而本实施例中，两只支撑轮34沿摆臂的轴线方向设置在活塞14的两侧，转动轴线平行于摆臂的轴线，垂直于所述四杆机构的运动平面，导向槽35的槽侧壁形成滚轮配合面。合闸和分闸过程中，导向槽的两个不同槽侧壁分别用于对支撑轮起到支撑作用。
73.本实用新型中低操作功断路器的实施例3：
74.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，支撑轮34设置在活塞的第一连接杆171上，而本实施例中，活塞14的第一连接杆171末端固定有中间件，中间件作为连接件与四杆机构的连杆连接，支撑轮34设置在中间连接件上。
75.本实用新型中低操作功断路器的实施例4：
76.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，活塞14包括筒状塞体15，筒状塞体15的内部或轴向端部设有封堵体16，而本实施例中，活塞14为实心柱体。
77.本实用新型中低操作功断路器的实施例5：
78.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，活塞14靠近绝缘拉杆18的一侧设有第二连接杆172，通过第二连接杆172与绝缘拉杆18连接，而本实施例中，活塞14上靠近绝缘拉杆18的一端端面上设有螺纹孔，绝缘拉杆18直接连接在螺纹孔内。
79.本实用新型中低操作功断路器的实施例6：
80.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，活塞14朝向低气压气室11的一侧设有第一连接杆171，通过第一连接杆171与传动机构20中的连杆23连接，而本实施例中，连杆23直接铰接在活塞14上。
81.本实用新型中低操作功断路器的实施例7：
82.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，活塞缸体4包括筒体部分6和法兰部分5，法兰部分5设置在筒体部分6的轴向一端，筒体部分6的另一端插入所述主壳体2内，而本实施例中，法兰部分5连接在筒体部分6的轴向中部。
83.本实用新型中低操作功断路器的实施例8：
84.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，活塞14与绝缘拉杆18为两个独立部件，而本实施例中，活塞14与绝缘拉杆18为一体结构，活塞14设置在绝缘拉杆18的端部，在绝缘拉杆18的端部形成连接头。
85.本实用新型中低操作功断路器的实施例9：
86.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，活塞缸体4通过法兰连接在主壳体2上，而本实施例中，活塞缸体4上设有外螺纹，主壳体2的端部开口处设有内螺纹，活塞缸体4螺纹连接在主壳体2上。
87.以上所述，仅为本技术的较佳实施例，并不用以限制本技术，本技术的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本技术的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本技术的保护范围内。