一种具有间接脱扣功能的车载直流断路器的制作方法

1.本实用新型是涉及一种具有间接脱扣功能的车载直流断路器，属于车载直流断路器技术领域。


背景技术：

2.断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器分为直流断路器和交流断路器，其中直流断路器被广泛应用于船舶、轨道交通、电力机车等领域，例如：车载直流断路器被广泛应用于轻轨、地铁和电车等轨道交通的牵引系统中。
3.现有的车载直流断路器通常包括合闸装置、主回路、辅助回路和脱扣装置，使用的时候，通过合闸装置驱动主回路及辅助回路实现分合闸操作，通过脱扣装置可在主回路产生过流的时刻实现脱扣跳闸。
4.脱扣装置通常分为直接脱扣装置和间接脱扣装置，目前车载直流断路器中采用的脱扣装置通常为电磁式直接脱扣装置，由于这种直接脱扣装置是通过铁芯与线圈所产生的电磁力与铁芯弹簧力的大小匹配来实现电流的保护，它存在体积大，精度差及断路器温升易引起弹簧力值衰减等缺点，因此，为了实现快速跳闸功能，目前的轻轨、地铁和电车等轨道交通的牵引系统中，通常需要额外配置间接脱扣装置来满足车载直流断路器的跳闸功能。
5.而现有的间接脱扣装置主要包括锁扣式(参阅专利cn201310065245.8用于断路器的锁扣装置)、齿轮式(参阅专利cn202022571188.9智能断路器分合闸装置)、螺杆或连杆式(参阅专利cn201711119599.0用于漏电断路器的脱扣装置及漏电断路器)等。但这些间接脱扣装置均存在结构较为复杂、占用空间较大，不能直接安装于车载直流断路器上等问题，以致目前只能为车载直流断路器提供相应的外部联动接口，通过外部联动接口实现与外围的间接脱扣装置相连接以实现车载直流断路器的间接脱扣功能，这样不仅存在占用车内较多有限空间，而且存在分合闸速度不灵敏、安装位置容易影响动作可靠性等缺陷，不能很好地满足车载直流断路器的应用需求。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种具有间接脱扣功能的车载直流断路器。
7.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
8.一种具有间接脱扣功能的车载直流断路器，包括断路器本体，所述断路器本体包括合闸装置、主回路、辅助回路和与主回路电连接的直接脱扣装置，所述合闸装置包括合闸操作机构和合闸推杆，所述主回路包括静触头和动触头，所述动触头连接有拉杆，所述拉杆连接有分闸弹簧，所述辅助回路包括辅助触点，所述合闸推杆分别与合闸操作机构和动触头相连，所述分闸弹簧与辅助触点相连；其特征在于：
9.所述断路器本体上设有间接脱扣装置，所述间接脱扣装置包括电磁铁、动力臂、转轴、绝缘联轴器和翻板，所述电磁铁的输出端沿其轴向设有与动力臂相适配的动力臂夹头，所述动力臂的下端与动力臂夹头可转动连接，所述动力臂的上端与转轴相连，所述转轴通过绝缘联轴器与翻板相连，所述翻板与合闸推杆可分离式连接，即：当电磁铁未通电时，所述翻板能与合闸推杆相分离；当电磁铁通电时，所述翻板能与合闸推杆相接触。
10.一种实施方案，所述断路器本体上还设有微处理单元、通讯接口模块和电容储能模块，所述微处理单元与主回路电连接，所述通讯接口模块通过电缆分别与微处理单元和电容储能模块相连，所述电容储能模块的输出端通过跳闸输出导线与间接脱扣装置的电磁铁相连。
11.一种实施方案，所述断路器本体还包括左侧板、右侧板、合闸机构盖板和母排支撑板，所述间接脱扣装置安装于右侧板上，所述微处理单元固定于母排支撑板上，所述通讯接口模块安装于左侧板上，所述电容储能模块固定于合闸机构盖板上。
12.一种优选方案，所述间接脱扣装置还包括设于断路器本体上的安装支架，所述动力臂夹头穿过安装支架后与动力臂的下端相连，所述转轴穿过安装支架后与动力臂的上端相连。
13.一种优选方案，所述微处理单元包括霍尔电流传感器和数字继电保护装置，所述数字继电保护装置通过电缆与霍尔电流传感器相连，所述霍尔电流传感器与主回路电连接。
14.一种优选方案，所述微处理单元还包括控制mcu和通讯处理器，所述控制mcu通过电缆分别与数字继电保护装置和通讯处理器相连，所述通讯处理器通过电缆与通讯接口模块相连。
15.一种优选方案，所述微处理单元和电容储能模块的工作电源均来自通讯接口模块。
16.一种优选方案，所述通讯接口模块包括电源接口、信号接口和通讯接口。
17.一种优选方案，所述通讯接口模块与微处理单元之间相连接的电缆包括动作接点信号线、指示灯信号线、快速跳闸信号线和以太网连接线。
18.一种优选方案，所述电容储能模块包括储能电容、充电控制电路、触发放电电路和失电保护电路，所述充电控制电路、触发放电电路和失电保护电路均通过电缆与储能电容相连，所述储能电容与间接脱扣装置的电磁铁相连，所述触发放电电路与通讯接口模块相连。
19.一种优选方案，所述电容储能模块与通讯接口模块之间相连接的电缆包括快速跳闸信号线、电容充电状态信号线。
20.一种优选方案，所述的具有间接脱扣功能的车载直流断路器还设有外部电缆防护罩和内部电缆防护罩。
21.一种实施方案，所述绝缘联轴器包括连接件a、连接件b和设于连接件a与连接件b之间的中间连接片，在所述连接件a和连接件b远离中间连接片的一面的中部分别对应设有连接轴套部a和连接轴套部b，在所述连接件a和连接件b朝向中间连接片的一面的两端均分别对应设有连接销部a和连接销部b，所述连接轴套部a和连接轴套部b内分别对应轴向设有与所述转轴相连的金属转接头a和与所述翻板相连的金属转接头b，所述中间连接片上对称
设有四个缺口，所述的四个缺口整体呈十字设置，所述连接销部a和连接销部b能分别卡入对应位置的缺口中，并能与所述的缺口过盈配合，所述连接轴套部a和连接轴套部b的中心轴线相重合，且，所述连接件a中除金属转接头a以外的部分和连接件b中除金属转接头b以外的部分及中间连接片均为绝缘材质。
22.一种优选方案，所述缺口为u型缺口。
23.一种优选方案，所述连接销部a和连接销部b均为具有限位端部的圆柱销。
24.相较于现有技术，本实用新型的有益技术效果在于：
25.因本实用新型提供的车载直流断路器上设有间接脱扣装置，因而可使所述的车载直流断路器自身即具有间接脱扣功能，无需再通过外部联动接口即可实现快速切断故障电流，非常适合空间有限的轻轨、地铁和电车等轨道交通的使用要求，且本实用新型还具有拆装方便、易于维护等优点，具有明显实用价值。
附图说明
26.图1所示是本实用新型实施例提供的一种具有间接脱扣功能的车载直流断路器的结构示意图；
27.图2所示是本实用新型实施例提供的具有间接脱扣功能的车载直流断路器在另一个视角下的结构示意图；
28.图3所示是本实用新型实施例中所述的合闸装置与主回路、辅助回路和直接脱扣装置直接的连接结构示意图；
29.图4所示是图3中去掉散热器和静触头组件板后的结构示意图；
30.图5所示是本实用新型实施例中所述的微处理单元与通讯接口模块、电容储能模块和间接脱扣装置之间的连接结构示意图；
31.图6所示是图5中设置外部电缆防护罩和内部电缆防护罩后的结构示意图；
32.图7所示是本实用新型实施例中所述的微处理单元与通讯接口模块、电容储能模块和间接脱扣装置之间的逻辑关系示意图；
33.图8所示是本实用新型实施例中所述的微处理单元的原理框图；
34.图9所示是本实用新型实施例中所述的通讯接口模块的原理框图；
35.图10所示是本实用新型实施例中所述的电容储能模块的原理框图；
36.图11所示是本实用新型实施例中所述的间接脱扣装置的结构示意图；
37.图12所示是本实用新型实施例中所述的间接脱扣装置在去掉安装支架后的结构示意图；
38.图13所示是本实用新型实施例中所述的间接脱扣装置与合闸推杆之间的位置关系示意图；
39.图14所示是本实用新型实施例中所述的绝缘联轴器的结构示意图；
40.图15所示是本实用新型实施例中所述的绝缘联轴器的分解结构示意图；
41.图16所示是本实用新型实施例中所述的连接件a的结构示意图；
42.图17所示是本实用新型实施例中所述的连接件b的结构示意图；
43.图18所示是本实用新型实施例中所述的中间连接片的结构示意图；
44.图中标号示意如下：1、断路器本体；11、合闸装置；111、合闸操作机构；112、合闸推
杆；113、合闸机构外壳；114、合闸机构盖板；12、主回路；121、静触头；122、动触头；123、拉杆；124、分闸弹簧；125、母排支撑板；126、下母排；127、门型架；128、动触头引弧条；129、静触头引弧条；1210、静触头组件板；1211、散热器；13、辅助回路；131、辅助触点；14、直接脱扣装置；15、灭弧罩组件；16、安装板件；161、左侧板；162、右侧板；163、底板；
45.2、间接脱扣装置；21、电磁铁；22、动力臂；23、转轴；24、绝缘联轴器；241、连接件a；2411、连接轴套部a；2412、连接销部a；2413、金属转接头a；2414、加强筋a；242、连接件b；2421、连接轴套部b；2422、连接销部b；2423、金属转接头b；2424、加强筋b；243、中间连接片；2431、缺口；25、翻板；26、动力臂夹头；27、安装支架；
46.3、微处理单元；31、霍尔电流传感器；32、数字继电保护装置；33、控制mcu；34、通讯处理器；
47.4、通讯接口模块；41、电源接口；42、信号接口；43、通讯接口；
48.5、电容储能模块；51、储能电容；52、充电控制电路；53、触发放电电路；54、失电保护电路；
49.6、外部电缆防护罩；7、内部电缆防护罩。
具体实施方式
50.以下将结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步清楚、完整地描述。
51.实施例
52.请参阅图1、图3和图4所示：本实施例提供的一种具有间接脱扣功能的车载直流断路器，包括断路器本体1，所述断路器本体1包括合闸装置11、主回路12、辅助回路13和与主回路12电连接的直接脱扣装置14，所述合闸装置11包括合闸操作机构111和合闸推杆112，所述主回路12包括静触头121和动触头122，所述动触头122连接有拉杆123，所述拉杆123连接有分闸弹簧124，所述辅助回路13包括辅助触点131，所述合闸推杆112分别与合闸操作机构111和动触头122相连，所述分闸弹簧124与辅助触点131相连，所述断路器本体1上设有间接脱扣装置2。
53.请再参阅图11至图13所示，所述间接脱扣装置2包括电磁铁21、动力臂22、转轴23、绝缘联轴器24和翻板25，所述电磁铁21的输出端沿其轴向设有与动力臂22相适配的动力臂夹头26，所述动力臂22的下端与动力臂夹头26可转动连接，所述动力臂22的上端与转轴23相连，所述转轴23通过绝缘联轴器24与翻板25相连，所述翻板25与合闸推杆112可分离式连接，即：当电磁铁21未通电时，所述翻板25能与合闸推杆112相分离；当电磁铁21通电时，所述翻板25能与合闸推杆112相接触。
54.本实用新型所述的具有间接脱扣功能的车载直流断路器的工作原理如下：
55.1)通过合闸装置11驱动主回路12及辅助回路13实现分合闸操作，请再结合图3和图4所示，具体为：
56.合闸：对合闸操作机构111中的线圈(这部分属于公知常识)施加合闸脉冲电流，合闸操作机构111推动合闸推杆112，通过合闸推杆112推动动触头122直至动触头122与静触头121闭合，同时通过连接在动触头122上的拉杆123驱动辅助触点131动作；
57.分闸：切断合闸操作机构111中线圈电流，则合闸推杆112返回，动触头122在分闸弹簧124和拉杆123的作用下返回至分闸位置，同时辅助触点131动作；
58.2)通过直接脱扣装置14直接过流脱扣，断路器本体1内预设有脱扣电流阈值，当主回路12中电流达到阈值时，直接脱扣装置14动作，断路器脱扣跳闸：
59.断路器在合闸状态下，合闸推杆112对动触头122施加推力，该推力可以克服分闸弹簧124对动触头122的拉力，从而将动触头122保持于合闸位置；
60.当主回路12中电流达到脱扣电流阈值时，直接脱扣装置14对合闸推杆112施加作用力使合闸推杆112脱离动触头122(此部分采用现有技术即可，属于公知常识)，这时动触头122不再承受合闸推杆112的推力，从而即可在分闸弹簧124拉力的作用下返回至分闸位置；
61.3)通过间接脱扣装置2间接脱扣，请再结合图11至图13所示，具体为：
62.非动作状态：当主回路12中电流正常时，断路器处于合闸状态，不向电磁铁21中通电，间接脱扣装置2处于非动作状态，电磁铁21不通过动力臂夹头26对动力臂22施加作用力，动力臂22为竖直状态，翻板25为水平状态并与合闸推杆112之间存在间隙，即，翻板25与合闸推杆112相分离，翻板25对合闸推杆112不施加作用力，此时，间接脱扣装置2对合闸推杆112没有任何影响；
63.动作状态：当主回路12中电流异常时，向电磁铁21中通电，间接脱扣装置2处于动作状态，通电的电磁铁21通过动力臂夹头26对动力臂22施加作用力，动力臂22在此作用力下转动，动力臂22转动带动转轴23转动，转轴23通过绝缘联轴器24带动翻板25转动，翻板25转动后与合闸推杆112相接触，从而作用于合闸推杆112，合闸推杆112在翻板25的作用下转动进而与动触头122相脱离，然后动触头122在分闸弹簧124的作用下迅速分闸，实现脱扣跳闸。
64.请再结合图1、图2、图5、图6和图7所示，本实用新型中，所述断路器本体1上还设有微处理单元3、通讯接口模块4和电容储能模块5，所述微处理单元3与主回路12电连接，所述通讯接口模块4通过电缆分别与微处理单元3和电容储能模块5相连，所述电容储能模块5的输出端通过跳闸输出导线与间接脱扣装置2的电磁铁21相连。间接脱扣装置2、微处理单元3、通讯接口模块4和电容储能模块5共同组成了智能脱扣装置，使断路器能智能实现自动快速脱扣跳闸，起到更好的保护断路器的功能；其中，所述微处理单元3可实时监测主回路12中的电流；所述通讯接口模块4为智能脱扣装置的对外接口；所述电容储能模块5用于存储间接脱扣装置动作所需电能；当微处理单元3检测到主回路12电流异常时通过通讯接口模块4向电容储能模块5发出保护动作指令，电容储能模块5收到指令后将存储的电能释放给间接脱扣装置2的电磁铁21，启动间接脱扣装置2，从而达到快速跳闸的目的。
65.请再参阅图8所示，本实施例中，所述微处理单元3包括霍尔电流传感器31和数字继电保护装置32，所述数字继电保护装置32通过电缆与霍尔电流传感器31相连，所述霍尔电流传感器31与主回路12电连接，以用于实时监测主回路12中的电流，并将测得的电流信息传递给数字继电保护装置32，数字继电保护装置32提供继电保护。这样设计可使微处理单元3具有电流保护/监测功能，进而可使智能脱扣装置具有继电保护和间接脱扣的双重功能。所述霍尔电流传感器31和数字继电保护装置32均采用现有技术即可。
66.此外，所述微处理单元3还包括控制mcu 33和通讯处理器34，所述控制mcu 33通过电缆分别与数字继电保护装置32和通讯处理器34相连，所述通讯处理器34通过电缆与通讯接口模块4相连。霍尔电流传感器31实时检测主回路12中的电流并将测得的电流信息传递
给数字继电保护装置32，数字继电保护装置32对接收的电流信息进行分析处理，当分析结果显示电流异常时，控制mcu 33通过通讯处理器34和通讯接口模块4向电容储能模块5发出保护动作指令。
67.一种优选方案，所述微处理单元3的电流保护/监测功能包括电流上升率(di/dt)保护/监测功能、电流增量(δi)保护/监测功能和瞬时过流(imax)保护/监测功能。
68.本实施例中，所述微处理单元3和电容储能模块5的工作电源均来自通讯接口模块4，工作电流均集成到通讯接口模块4，无需再分别单独提供工作电源，这样可简化设备结构。
69.请再参阅图9所示，本实施例中，所述通讯接口模块4包括电源接口41、信号接口42和通讯接口43。具体说，所述通讯接口模块4包括面板，面板上设有两个电连接器，其中一个电连接器为电源接口41和信号接口42，另外一个电连接器为通讯接口43。其中，电源接口41用于连接电源，信号接口42用于连接电容储能模块5，通讯接口43用于连接微处理单元3(具体的是微处理单元3的通讯处理器34)，通讯接口可以为标准以太网接口。
70.所述通讯接口模块4与微处理单元3之间相连接的电缆包括动作接点信号线、指示灯信号线、快速跳闸信号线和以太网连接线。动作接点信号线、指示灯信号线、快速跳闸信号线与信号接口42相连，以太网连接线与通讯接口43相连。
71.请再参阅图10所示，本实施例中，所述电容储能模块5包括储能电容51、充电控制电路52、触发放电电路53和失电保护电路54，所述充电控制电路52、触发放电电路53和失电保护电路54均通过电缆与储能电容51相连，所述储能电容51与间接脱扣装置2的电磁铁21相连，所述触发放电电路53与通讯接口模块4相连。其中，充电控制电路52用于控制对储能电容51的充电，包括充电到工作电压和保持电容的浮充；触发放电电路53是在接收到微处理单元3经通讯接口模块4发出的保护动作信号时启动储能电容51对间接脱扣装置2的快速放电；失电保护电路54是当电容储能模块5输入电源失压时快速将储能电容51内存储的电能通过内部电阻消耗掉，以避免人员触电。
72.所述电容储能模块5与通讯接口模块4之间相连接的电缆包括快速跳闸信号线和电容充电状态信号线。
73.请再参阅图11和图13所示，本实用新型中，所述间接脱扣装置2还包括设于断路器本体1上的安装支架27，所述动力臂夹头26穿过安装支架27后与动力臂22的下端相连，所述转轴23穿过安装支架27后与动力臂22的上端相连，这样可加强电磁铁21与动力臂夹头26、动力臂22、转轴23之间的连接稳定性。
74.请再参阅图14至图18所示，本实用新型中，所述绝缘联轴器24包括连接件a 241、连接件b 242和设于连接件a 241与连接件b 242之间的中间连接片243，在所述连接件a241和连接件b 242远离中间连接片243的一面的中部分别对应设有连接轴套部a 2411和连接轴套部b 2421，在所述连接件a 241和连接件b 242朝向中间连接片243的一面的两端均分别对应设有连接销部a 2412和连接销部b 2422，所述连接轴套部a 2411和连接轴套部b 2421内分别对应轴向设有与所述转轴23相连的金属转接头a2413和与所述翻板25相连的金属转接头b 2423，所述中间连接片243上对称设有四个缺口2431，所述的四个缺口2431整体呈十字设置，所述连接销部a 2412和连接销部b 2422能分别卡入对应位置的缺口中2431，并能与所述的缺口2431过盈配合，所述连接轴套部a 2412和连接轴套部b 2422的中心轴线
相重合，且，所述连接件a 241中除金属转接头a 2413以外的部分和连接件b 242中除金属转接头b 2423以外的部分及中间连接片243均为绝缘材质。
75.所述绝缘联轴器24在装配时，只需将连接件a 241和连接件b 242中对应的连接销部a 2412和连接销部b 2422分别卡入对应的缺口2431中即可，当连接件a 241转动的时候，可通过中间连接片243将转矩传递给连接件b 242，由于连接件a 241和连接件b 242的连接销部a 2412和连接销部b 2422可在中间连接片243的缺口2431中自由移动，因此可补偿两侧转轴的不同心度，从而降低了装配难度，提高了动作可靠性；并且，所述绝缘联轴器24结构简单，装配不需要任何紧固件，易于装配和检修；此外，因连接件a 241中除金属转接头a 2413以外的部分和连接件b 242中除金属转接头b 2423以外的部分及中间连接片243均为绝缘材质，因而使得绝缘联轴器24的空气间隙和爬电距离能满足gb/t 21413.1中的电气绝缘强度要求，电气间隙＞22mm，耐冲击电压等级达18kv以上，具有优良的电绝缘水平，可充分满足电气设备的应用要求。
76.本实施例中，所述缺口2431优选为u型缺口，这样利于连接销部a 2412和连接销部b2422在缺口2431中自由移动。
77.此外，所述连接销部a 2412和连接销部b 2422均优选为具有限位端部的圆柱销，这样可增强连接件a 241和连接件b 242与中间连接片243之间的连接稳固性。
78.作为优选方案，所述连接轴套部a 2411和连接轴套部b 2421的两侧均对应设有加强筋a 2414和加强筋b 2424，以起到加固作用。
79.请再参阅图6所示，本实施例中，所述的具有间接脱扣功能的车载直流断路器还设有外部电缆防护罩6和内部电缆防护罩7，以对内外电缆进行保护，防止电缆被绝缘击穿以及机械损伤。
80.请再参阅图1至图4所示，所述断路器本体1还包括灭弧罩组件15和设于灭弧罩组件15下方的安装板件16，所述安装板件16包括左侧板161、右侧板162和底板163，合闸装置11、主回路12、辅助回路13和直接脱扣装置14均安装于安装板件16内；合闸装置11中，合闸操作机构111的外部设有合闸机构外壳113，合闸机构外壳113的外侧设有合闸机构盖板114；主回路12包括竖直设置的母排支撑板125，母排支撑板125的下部和上部分别设有下母排126和含有静触头121的上母排；此外，主回路12还包括设于动触头122外侧与动触头122相连的门形架127，门形架127的顶部连接有动触头引弧条128，上母排的顶部连接有静触头引弧条129，门形架127和母排支撑板125的顶部设有静触头组件板1210，动触头122的下部外侧设有散热器1211；
81.间接脱扣装置2安装于右侧板162上，其中，间接脱扣装置2的翻板25穿过右侧板162后与合闸操作机构111的合闸推杆112可分离式连接；微处理单元3固定于母排支撑板125上(并且母排支撑板125上的下母排126穿过微处理单元3中的霍尔电流传感器31)；通讯接口模块4安装于左侧板161上；电容储能模块5固定于合闸机构盖板114上。这样，即形成了具有间接脱扣功能的车载直流断路器，具有结构紧凑、占用空间小、功能完善、智能化程度高等优点。
82.最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。