CN101958206B - 可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构 - Google Patents

Abstract

小型断路器的操作机构，机构主体的手柄、第一连杆、第二连杆、第三连杆之间分别通过第一铰接轴、第二铰接轴、第三铰接轴铰链连接，手柄、锁扣、跳扣、第三连杆分别通过第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴、第四旋转轴枢转地安装在第一固定板和第二固定板上。辅助触头装置的辅助触头支持枢转地安装在第四旋转轴上，显示输出装置的指示件枢转地安装在第二旋转轴上，脱扣杆安装在第一固定板上。第四旋转轴设置在靠近脱扣杆的被触动面一侧，第二旋转轴设置在靠近手柄伸出方向的一侧。本发明的操作机构不仅能可选择地接入输入装置和输出装置，而且结构布局的优化设计使得产品的结构紧凑合理、体积小、操作性能好，便于装配调试和规模化生产。

Description

可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构

技术领域

本发明涉及一种低压小型断路器的操作机构，特别是一种选择性保护断路器的操作机构。

背景技术

小型断路器是低压电气系统中普遍使用的一种带有保护功能的开关装置，操作机构是其主要部件之一。通过操作机构，可使断路器实现对主电路的通/断控制(简称控制输出)，也可以使断路器接受外界控制而执行主电路的通/断(简称控制输入)。本说明书中所述的“控制输入”是指以机械动作和力的形式对操作机构的控制输入，通过该机械动作和力的控制输入，控制操作机构执行任务，该任务如使触头装置的分断或闭合；所述的“控制输出”是指操作机构以机械动作和力的形式输出给被控制的控制输出装置，以使控制输出装置变换工作状态。传统的小型断路器的操作机构可接受的控制输入很少，如众所周知的手动操作控制、在短路故障出现时的电磁脱扣控制。传统的小型断路器可执行的控制输出也很少，往往只能控制一个触头系统的闭合/分断。

目前小型断路器的操作机构种类很多，结构形式也多种多样。典型的，例如专利号为ZL89101031号中国专利中所公开的小型断路器，已经对传统的小型断路器的操作机构的结构及其操作过程进行了详细的描述。该操作机构只可接受一个电磁脱扣装置的控制输入和只可执行一个触头装置的控制输出，由于它可实现的控制输入和控制输出少，所以它的保护功能已经远远不能满足操作机构可实现多控制输入和输出(即控制输入/输出)的市场需求。

多控制输入和输出的小型断路器的操作机构是指：所述的操作机构不仅可在多个控制输入装置的控制下执行操作任务，而且还可控制多个控制输出装置变换工作状态。控制输入装置，除了手动装置外，还有很多种，其中最为常用的有电磁脱扣装置、热脱扣装置和气动脱扣装置等，这些脱扣装置都需要分别或共同与操作机构耦合，以控制操作机构执行主电路通/断的操作。控制输出装置，除了传统的一个触头系统外，现代的操作机构还需要包括主触头装置、辅助触头装置和显示装置等，这些装置都需受操作机构的控制输出而变换工作状态。例如，选择性保护断路器要求操作机构不仅能保留手动操作功能，而且还要求能接受一个电磁脱扣装置和两个双金属片脱扣装置的控制输入，以及还能控制一个主触头装置、一个辅助触头装置和一个显示装置的工作状态变换。现有技术的用于选择性保护断路器的可实现多控制输入/输出的操作机构是在现有操作机构的基础上，进一步增加了控制输入/输出装置与操作机构的耦合连接结构而成的。而现有的操作机构中的元件直接安装在断路器的外壳上，并且机构零件复杂，所以安装调试十分困难，制造难度大，生产成本高。而且操作机构受其四连杆结构和布局的限制，结构过于分散，不利于装配，导线路径长，不得不将断路器的体积做得较大。为了实现多控制输入/输出，还需要增加控制输入/输出装置及其与操作机构的耦合连接结构，由于受现有操作机构的结构限制，无法合理布局双金属片、电磁脱扣装置、主触头装置、辅助触头装置等各控制输入/输出装置的位置，无法简化各控制输入/输出装置与现有操作机构耦合连接的结构，不仅使断路器结构更加复杂而庞大，而且因内部的电连接节点多、导线路径长，造成制造、装配、调试更困难和费工时。因受现有操作机构的结构限制，不能针对多控制输入/输出要求进行合理的力系设计，导致运动件之间不合理的较劲力和摩擦力的增加，操作力大、运动件的动作不灵活，从而使操作机构的运动件的运动灵活性与运动速度下降，而且现有技术操作机构只能将共用的连接机构脱扣杆安装在机壳上，严重限制了控制输入/输出装置按实际需要进行合理的整体结构布局，从而浪费了断路器内有限的宝贵空间。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种满足新一代小型断路器发展需要的低压断路器的操作机构，通过采用优化的整体模块式结构的操作机构的新的解决方案，不仅能将控制输入/输出装置规划设置在机壳内的最佳位置上，而且能满足多控制输入和输出装置接入要求的选择性保护断路器的操作机构的使用要求。

为实现上述目的，本发明的可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构采用了如下技术方案。

一种可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构，包括主体100、辅助触头装置300、显示输出装置500以及可选择地与主体100相配置的至少一个控制输入装置和至少一个控制输出装置，所述的控制输入装置是指双金属片脱扣装置200、电磁脱扣装置600或气动脱扣装置等，所述的控制输出装置是指主触头装置400、辅助单元等，所述操作机构主体100包括手柄104、手柄复位弹簧105、第一连杆101、第二连杆102、第三连杆103、锁扣109、跳扣110、推杆117、弹簧115、锁扣复位弹簧116、第一旋转轴106、第二旋转轴120、第三旋转轴107、第四旋转轴108、第一铰接轴111、第二铰接轴112和第三铰接轴113。主体100还包括第一固定板118、第二固定板119、脱扣杆121和互锁结构130；所述的手柄104通过第一旋转轴106枢转地安装在第一固定板118和第二固定板119上，手柄104通过第一铰接轴111与第一连杆101的一端连接，第一连杆101的另一端通过第二铰接轴112与第二连杆102的一端连接，第二连杆102的另一端通过第三铰接轴113与第三连杆103连接；所述的锁扣109通过第二旋转轴120枢转地安装在第一固定板118和第二固定板119上，所述的跳扣110通过第三旋转轴107枢转地安装在第一固定板118和第二固定板119上；所述的第三连杆103的一端通过第四旋转轴108枢转地安装在第一固定板118和第二固定板119上，另一端通过第四铰接轴114与推杆117铰链连接，中部通过第三铰接轴113与第二连杆102的一端连接；所述的弹簧115的一端与第四铰接轴114连接，另一端与第一固定板118和第二固定板119连接；所述的跳扣(110)与锁扣(109)在互锁结构(130)处耦合连接，跳扣(110)上设有第一腰形孔(1101)，所述的第二铰接轴(112)被安装在第一腰形孔(1101)内并能沿第一腰形孔(1101)的长轴方向滑动；所述的脱扣杆121通过一个导向结构安装在第一固定板118上，脱扣杆121的一端通过主触动面1213与所述的锁扣109耦合连接，另一端通过被触动面与对应控制输入装置耦合连接，所述脱扣杆121的被动触面的数量与对应耦合连接的控制输入装置的数量相同。

所述的脱扣杆121上设有杆体1214、一个主触动面1213和不止一个被触动面1211、1212，这些被触动面以阶梯状分布，分别设置在脱扣杆121的杆体1214一端的至少一个纵面上。所述的主触动面1213和被触动面1211、1212的表面为平面、球面或圆柱面中的一种。

所述的辅助触头装置300包括辅助触头支持301、辅助动触头302、辅助静触头303、辅助触头弹簧304；所述的辅助触头支持301与所述第四旋转轴108枢转连接安装，第四旋转轴108与第一固定板118、第二固定板119安装连接，所述的辅助触头支持301通过离合结构与所述的第三连杆103耦合连接；所述的第四旋转轴108设置在靠近所述脱扣杆121的多个被触动面1211、1212的一侧，使安装在第四旋转轴108上辅助触头装置300与脱扣杆121的多个被触动面、主触头装置400之间的距离最近。所述的辅助触头弹簧304的一端与辅助触头支持301连接；所述的辅助触头弹簧304的另一端与第三连杆103连接，或者与第一固定板118连接，或者与第二固定板119连接；所述的辅助触头弹簧304的弹力，为辅助动触头302与辅助静触头303提供闭合接触力。

所述的导向结构包括形成在脱扣杆121上的杆体1214和形成在第一固定板118上的第一导向块1181、第二导向块1182、第三导向块1183，杆体1214以可滑动的形式被安装在第一导向块1181与第二导向块1182、第三导向块1183之间，使脱扣杆121只能沿着由第一导向块1181、第二导向块1182、第三导向块1183所限定的方向运动，并不能从导向结构中自由脱出；或者，所述的导向结构包括形成在脱扣杆121上的杆体和形成在第一固定板118上的导向槽，杆体以可滑动的形式被安装在所述的导向槽内，使脱扣杆121只能沿着所述导向槽所限定的方向运动，并不能从导向槽中自由脱出；或者，所述的导向结构包括形成在脱扣杆121上的杆体上的滑槽和形成在第一固定板118上的至少两个滑块，杆体通过其上的滑槽以可滑动的形式，被安装在第一固定板118上的两个滑块内之间，使脱扣杆121只能沿着所述的滑槽与滑块所限定的方向运动，并不能从导向结构中自由脱出。在所述的第一导向块1181、第二导向块1182、第三导向块1183中，至少有一个成L形，其与第一固定板118的壁一起构成U形槽。

所述的显示装置500包括指示件501，指示件501与所述第二旋转轴120枢转连接安装，所述的指示件501通过滑动结构与辅助触头支持301耦合连接；所述的第二旋转轴120设置在靠近手柄104伸出方向的一侧，使安装在第二旋转轴120上的显示装置500靠近小型断路器的正面。

所述的操作机构主体100、辅助触头装置300和显示装置500的相关元件共同安装在第一固定板118和第二固定板119上，从而形成独立的部件单元。

所述的主触头装置400的主触头支持上401上设有第一驱动臂4013和第二驱动臂4014；在所述第一驱动臂4013上设有第一驱动面4011，用于与主体100的推杆117耦合连接；在所述的第二驱动臂4014上设有第二驱动面4012，用于与电磁控制输入装置600耦合连接。

所述的离合结构包括形成在第三连杆103上的第一接触面1031、形成在辅助触头支持301上的第二接触面3011和辅助触头弹簧304；在辅助触头弹簧304的作用下，由所述的第一接触面1031与第二接触面3011的接触，来控制辅助触头装置300的分断，保证辅助触头装置(300)的分断时具有适合的触头开距，由所述的第一接触面1031与第二接触面3011分离来控制辅助触头装置300的闭合，从而保证辅助触头装置(300)的闭合时具有足够的触头超程。

所述的滑动结构包括形成在辅助触头支持301上的圆形凸台3012和形成在指示件501上的第二腰形孔5011；圆形凸台3012以可滑动的形式被安装在第二腰形孔5011内，并可沿第二腰形孔5011的长轴方向滑动。

本发明的操作机构结构紧凑合理，操作性能好，便于装配调试，可使断路器内部的电连接节点数大大减少、导线路径大大缩短、生产成本显著降低。

附图说明

图1是本发明的可实现多控制输入/输出的小型断路器的操作机构实施例的整体结构示意图，图中的操作机构及相关运动件处于断路器“正常合闸”的状态。

图2是本发明的可实现多控制输入/输出的小型断路器的操作机构另一实施例的局部结构示意图及主要元件分解示意图，比图1去掉了第一固定板及部分控制输入/输出装置，图中的操作机构及相关运动件处于断路器“正常合闸”的状态。

图3是本发明的可实现多控制输入/输出的小型断路器的操作机构另一实施例的局部结构示意图，比图2去掉了显示输出装置，图中的操作机构及相关运动件处于断路器“正常合闸”的状态。

图4是与图3相同操作机构处于不同位置的实施例的局部结构示意图，图中的操作机构及相关运动件处于断路器“短路短延时”的状态。

图5是本发明的可实现多控制输入/输出的小型断路器的操作机构的显示输出装置实施例的结构示意图，图中各运动件的状态处于“闭合”显示位置。

图6是本发明的可实现多控制输入/输出的小型断路器的操作机构的第一固定板零件实施例的形状结构示意图。

图7是本发明的可实现多控制输入/输出的小型断路器的操作机构的脱扣杆零件实施例的形状结构示意图。

图8是本发明的可实现多控制输入/输出的小型断路器的操作机构实施例的局部结构示意图，图中的操作机构及相关运动件处于断路器“跳闸”或“正常分闸”状态。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构的实施例，本发明的可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构不限于以下具体实施例的描述。

如图1所示，本发明的可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构，包括主体100、辅助触头装置300、显示输出装置500以及可选择配置的至少一个控制输入装置和至少一个控制输出装置。这里所述的控制输入装置是指双金属片脱扣装置200、电磁脱扣装置600、气动脱扣装置(图中未示出)中的一种或者几种，它们都可以适配并连接于本发明的操作机构的主体100。所述的控制输出装置是指主触头装置400、辅助单元(图中未示出)或是辅助触头装置300、主触头装置400、显示输出装置500的统称，它们都可以适配并直接连接于本发明操作机构的主体100。本发明的操作机构可根据设计要求，有选择地适配上述控制输入装置和控制输出装置中的一种或多种。例如：本发明的操作机构在用于一种选择性保护断路器的情况下，可选配一个主触头装置、一个辅助触头装置、一个显示输出装置、一个电磁脱扣装置和两个双金属片脱扣装置与主体100连接；在用于普通的终端小型断路器的情况，可选配一个辅助触头和一个电磁脱扣装置与主体100连接。

本发明的操作机构的整体结构如图1至2所示，所述主体100包括手柄104、第一连杆101、第二连杆102、第三连杆103、推杆117、跳扣110、锁扣109、锁扣复位弹簧116、弹簧115、手柄复位弹簧105、第一固定板118、第二固定板119、脱扣杆121、第一旋转轴102、第二旋转轴120、第三旋转轴107、第四旋转轴108、第一铰接轴111、第二铰接轴112、第三铰接轴113、第四铰接轴114。所述的手柄104通过第一旋转轴106枢转地安装在第一固定板118和第二固定板119上，并通过第一铰接轴111与第一连杆101的一端铰链连接，第一连杆101的另一端通过第二铰接轴112与第二连杆102的一端铰链连接，第二连杆102的另一端通过第三铰接轴113与第三连杆103铰链连接，所述的锁扣109通过第二旋转轴120枢转地安装在第一固定板118和第二固定板119上，所述的跳扣110通过第三旋转轴107枢转地安装在第一固定板118和第二固定板119上。所述的第三连杆103的一端通过第四旋转轴108枢转地安装在第一固定板118和第二固定板119上，另一端通过第四铰接轴114与推杆117铰链连接，中部通过第三铰接轴113与第二连杆102的一端铰链连接。推杆117上设有限位凸起(图中未示出)，通过该限位凸起与断路器外壳(图中未示出)上的限位槽(图中未示出)配合，将推杆117的另一端与断路器外壳连接安装，并限定其运动轨迹。所述的弹簧115的一端与第四铰链轴114连接，其另一端与第一固定板118和第二固定板119连接。所述的脱扣杆121通过导向结构安装在第一固定板118上，脱扣杆121的一端通过其上的主触动面1213(见图7所示)与所述的锁扣109耦合连接，另一端通过其上的多个被触动面(见图7112，1212所示)与多个控制输入装置耦合连接。所述的辅助触头装置300通过其内的辅助触头支持301与所述第四旋转轴108枢转连接，第四旋转轴108与第一固定板118、第二固定板119安装连接。所述的辅助触头支持301通过离合结构与所述的第三连杆103耦合连接。所述的显示输出装置500通过其内的指示件501与所述第二旋转轴120枢转连接安装，第二旋转轴120与第一固定板118、第二固定板119安装连接，所述的指示件501通过滑动结构与辅助触头支持301耦合连接。

如图1、2所示的是本发明的一种优选的实施例，由于主体100、辅助触头装置300和显示输出装置500所属的相关零部件通过第一旋转轴106、第二旋转轴120、第三旋转轴107和第四旋转轴108共同安装在第一固定板118和第二固定板119上，所以主体100、辅助触头装置300和显示输出装置500形成了一个独立的部件单元，该部件单元可以用于不同品种的小型断路器中，可以实现标准化、规模化生产，从而可大大提高生产效率和降低制造成本。不难想象，通过第一固定板118和/或第二固定板119与断路器外壳(图中未示出)的连接固定，可实现所述的部件单元与断路器外壳的整体安装，避免了操作机构的零部件分别安装到断路器外壳上，从而简化了装配调试工序，节省了装配工时，使得装配调试十分容易、便捷。

所述手柄复位弹簧105的一端与手柄104连接，另一端与第二固定板119或第一固定定板118连接，其弹力作用方向为图2所示的绕第一旋转轴106的逆时针方向，也就是说，在断路器跳闸时，手柄复位弹簧105的弹力可驱使手柄104向“分闸”的方向运动，以使手柄104自动恢复到“分闸”的位置。从图2不难分析得出，在辅助动触头302与辅助静触头303闭合时，弹簧115处于储能状态，当脱扣杆121的主触动面1213(见图7所示)触动锁扣109使锁扣109与跳扣110解锁时，弹簧115释放能量，并驱使操作机构执行“跳闸”动作。由于弹簧115和手柄复位弹簧105都对操作机构的“跳闸”或“分闸”提供驱动力，所以使本发明的操作机构的辅助触头装置300和主触头装置400的分断速度特别快，而且可以合理缩小起主要储能作用的弹簧115的体积。

如图2至4所示，在所述的跳扣110上设有第一腰形孔1101，第二铰接轴112被安装在第一腰形孔1101内，第二铰接轴112能在第一腰形孔1101内沿着第一腰形孔的长轴方向滑动。所述的跳扣110与锁扣109通过互锁结构130耦合，所述的互锁结构是指形成在跳扣110上的凸牙和形成在锁扣109上的凸肩，当凸牙和凸肩接触时，跳扣110与锁扣109互锁，使操作机构能正常合闸、弹簧115能正常储能。当所述的凸牙和凸肩分离时，跳扣110与锁扣109解锁，使操作机构在弹簧115所释放的弹力作用下跳闸。在所述的凸牙和凸肩分离时，亦即跳扣110与锁扣109解锁状态下，操作机构的合闸操作不能成功，弹簧115的储能也不能成功，因而，为了使断路器在跳闸后能正常恢复合闸，设置一个锁扣复位弹簧116是必要的。锁扣复位弹簧116的一端与第一固定板118或第二固定板119连接，另一端与锁扣109连接。锁扣复位弹簧116的弹力驱使锁扣109的凸肩向跳扣110上的凸牙闭合，因此，在锁扣109无由脱扣杆121的触动引起的外力作用的情况下，锁扣弹簧116会驱使锁扣109与跳扣110自动互锁。

图3和图8是去掉了显示输出装置500后的局部结构示意图，图3所示断路器处于“合闸”状态，而图8所示断路器处于“分闸”状态。

从图8所示，断路器处于“分闸”状态时，辅助动触头302与辅助静触头303分断，跳扣110与锁扣109互锁，第二铰接轴112处于第一腰形孔1101的上部，第一铰接轴111处于第一旋转轴106与第二铰接轴112之间的连线(图中未标出)的右边，弹簧115处于释放状态，其它运动件的位置状态如图8所示，此时操作机构处于第一稳定状态。

下面进一步说明本发明的操作机构由图8所示的“分闸”状态执行“合闸”操作的过程。操作人员扳动手柄104向顺时针方向转动，通过第一铰接轴111推动第一连杆101移动、使第二铰接轴112沿第一腰形孔1101的长轴方向向下滑动，第二铰接轴112带动第二连杆102移动，第二连杆102通过第三铰接轴113推动第三连杆103绕第四旋转轴108作顺时针方向摆动，第三连杆103沿顺时针方向摆动，控制辅助主动触头302向辅助静触头303闭合，当各相关运动件到达如图3所示的位置后，操作机构的“合闸”操作结束，此时操作机构处于第二稳定状态。在此状态下，辅助动触头302与辅助静触头303闭合，跳扣110与锁扣109互锁，第二铰接轴112处于第一腰形孔1101的底部、第一铰接轴111处于第一旋转轴106与第二铰接轴112之间的连线(图中未标出)的左边，弹簧115处于储能状态，其它运动件的位置状态如图3所示。

下面进一步说明本发明的操作机构由图3所示的“合闸”状态执行“跳闸”操作的过程。当断路器遇到故障时，双金属片脱扣装置200触动脱扣杆121向右移动，脱扣杆121推动锁扣109绕第二旋转轴120作逆时针运动，从而使锁扣109与跳扣110分离解锁，即撤去了锁扣109对跳扣110的作用力，从而使跳扣110作顺时针方向微移，而导致第一铰接轴111越过第一旋转轴106与第二铰接轴112之间的连线，到达所述连线的右边，使操作机构的第二稳定状态瓦解，弹簧115释放能量，在弹簧115的弹力作用下，带动第三连杆103作绕第四旋转轴108逆时针运动，第三连杆103在控制辅助动触头302与辅助静触头303作分断动作的同时，通过第三铰接轴113推动第二连杆102往回移动，第二连杆102通过第二铰接轴112推动第一连杆101移动、第一连杆101通过第一铰接轴111推动手柄作逆时针转动，直到操作机构回到第一稳定状态，该状态各运动件位置如图8所示。

如果在由图3所示的“合闸”状态下扳动手柄104，使手柄104作逆时针方向移动，也能使第一铰接轴111越过第一旋转轴106与第二铰接轴112之间连线到达所述连线的右边，从而导致操作机构的第二稳定状态瓦解，于是在弹簧115的弹力作用下按前述“跳闸”过程使操作机构回到第一稳定状态，而该过程实际上也就是执行“手动分闸”的操作过程。

由图1和2可以看出，第四旋转轴108位于操作机构的主体100的左边，靠近脱扣杆121的被触动面(1211，1212，见图7所示)的一侧，这样的布局使得安装在第四旋转轴108上的辅助动触头302离双金属片脱扣装置200最近，离主触头装置300也很近，从而可以使得双金属片脱扣装置200、辅助触头装置300、主触头装置400之间所需连接的导线路径最短。

下面说明辅助触头装置的结构和动作过程。辅助触头装置300包括辅助触头支持301、辅助动触头302、辅助静触头303、辅助触头弹簧304。辅助静触头303安装固定在断路器外壳(图中未示出)上，辅助动触头302安装固定在辅助触头支持301上，辅助触头弹簧304的一端与辅助触头支持301连接，另一端与第一固定板118和/或第二固定板119连接，以使辅助触头弹簧304为辅助动触头302与辅助静触头303的闭合提供驱动力和接触力。在操作机构的第三连杆103上设有第一接触面1031，所述的第三连杆103的一端也枢转地安装在第四旋转轴108上，在所述的辅助触头支持301上设有第二接触面3011，第一接触面1031与辅助触头支持301上的第二接触面3011耦合连接并构成所述的离合结构。在图3所示断路器“合闸”状态下，第一接触面1031与第二接触面3011分离，在辅助触头弹簧304的弹力作用下，辅助动触头301与辅助静触头302闭合并持有合适的接触力。在断路器的“分闸”或“跳闸”的过程中，第三连杆103在弹簧115的弹力作用下绕第四旋转轴108作逆时针方向的摆动，该摆动先使第一接触面1031与第二接触面3011接触，然后再推动第二接触3011使辅助触头支持301也绕第四旋转轴108作逆时针方向摆动，驱使辅助动触头302与辅助静触头303分离，直至操作机构完成“分闸”或“跳闸”操作，并进入如图8所示第一稳定状态，在该状态下，第一接触面1031与第二接触面3011保持接触。在断路器“合闸”过程中，第三连杆103在由手柄104提供的合闸操作力的作用下，绕第四旋转轴108作顺时针方向摆动，使第一接触面1031随之摆动，在辅助触头弹簧304的弹力作用下，第二接触面3011与第一接触面1031接触并跟随第一接触面1031摆动，使辅助动触头302向辅助静触头303闭合；当辅助动触头302与辅助静触头303一旦闭合，第二接触面3011停止摆动，而第一接触面1031继续摆动，从而使得第二接触面3011与第一接触面1031分离，直至操作机构完成“合闸”操作并进入如图3所示第二稳定状态，在该状态下，第一接触面1031与第二接触面3011分离。

如上所述的离合结构，包括所述的第一接触面1031、第二接触面3011和辅助触头弹簧304，通过第一接触面1031与第二接触面3011的离/合来控制辅助动触头302与辅助静触头303的闭合/分断。本发明提供的离合结构的优选实施方式是：由第一接触面1031与第二接触面3011的分离来控制辅助动触头302与辅助静触头302的闭合(即辅助触头装置300的闭合)，由第一接触面1031与第二接触面3011的接触来控制辅助动触头302与辅助静触头303的分断(即辅助触头装置300的分断)。不难想象还存在可替代的另一技术方案：由第一接触面与第二接触面的分离来控制辅助动触头302与辅助静触头303的分断，由第一接触面与第二接触面的接触来控制辅助动触头302与辅助静触头303的闭合。本发明提供的离合结构的另一实施方式是将第二接触面3011设置在辅助触头支持301上。不难想象，可替代的另一方案是将第二接触面设置在辅助动触头上。本说明书提供的辅助触头弹簧是扭簧，很显然，本发明的辅助触头弹簧不限于扭簧的形式，它还可以是拉簧或压簧中的一种。

如图1、2、6、7所示，所述的脱扣杆121通过导向结构安装在第一固定板118上，所述的导向结构的技术方案可有三种。第一种技术方案是本说明书附图所示的优选实施例的技术方案，所述的导向结构实际上是一个滑块结构，它由脱扣杆121上的杆体1214和形成在第一固定板118上的三个导向块(即第一导向块1181、第二导向块1182和第三导向块1183)组成，脱扣杆121的杆体1214以可滑动的形式被安装在第一导向块1181与第二导向块1182、第三导向块1183之间，将第一导向块1181与第二导向块1182、第三导向块1183呈三点布置，也就是说，第一导向块1181位于杆体1214的一侧，第二导向块1182和第三导向块1183分别位于杆体1214的另一侧。第一导向块1181、第二导向块1182、第三导向块1183分别与杆体1214之间的配合为滑动配合，从而由第一导向块1181、第二导向块1182、第三导向块1183限定了脱扣杆121的运动方向，使脱扣杆121只能沿着由第一导向块1181、第二导向块1182、第三导向块1183所限定的方向运动，很显然，该限定的方向就是第二导向块1182与第三导向块1183的连线方向。由于第二导向块1182和第三导向块1183成L形，所以该L形自然会与第一固定板118的壁一起构成U形槽，而杆体1214就安装在该U形槽内，这样就保证了脱扣杆121不仅能沿着由第一导向块1181、第二导向块1182、第三导向块1183所限定的方向运动，而且还不能从第一导向块1181、第二导向块1182、第三导向块1183中自由脱出，也就是说，通过U形槽，可防止脱扣杆121从导向结构中自由脱出。第二种导向结构的技术方案在说明书中设有图示，该导向结构其实是一个导向槽结构，它由形成在脱扣杆121上杆体和形成在第一固定板118上的导向槽组成，所述的导向槽如众所周知的T形槽或燕尾槽，杆体被安装在导向槽内(即被限定在导向槽内)，使导向杆121只能沿着导向槽所限定的方向运动，并不能从导向结构中自由脱出，这里所述的限定方向实际上是指导向槽(T形槽或燕尾槽)的纵向，所述的不能自由脱出是指不能从导向槽中自由脱出。第三种导向结构的技术方案在本说明书中也没有图示，该导向结构其实是滑槽滑块结构，它由形成在第一固定板上的至少两个滑块和形成在杆体上的至少两个滑槽组成，两个滑块分别与两个滑槽滑动配合，将脱扣杆限制在两个滑块之间，使脱扣杆121只能沿着由滑槽与滑块所限定的方向运动，并不能自由脱出，这里所述的限定方向实际上是由滑块与滑槽配合形成的导向方向，不能自由脱出是指滑块不能从滑槽中自由脱出，或者说滑槽不能从滑块的限定中脱出。综上所述，本发明的导向结构的技术方案可以是上述第一种技术方案、第二种技术方案或第三种技术方向中的一种，这三种技术方案是可以相互替换的。

下面结合图1和7所示，说明本发明的操作机构与多个控制输入装置耦合的关系。所述的脱扣杆121上设有杆体1214、一个主触动面1213和两个被触动面1211和1212，主触动面1213与锁扣109耦合连接。当控制输入装置的机械动作和力作用于脱扣杆121上的任意一个被触动面(1211或者1212)时，脱扣杆121向右移动，使脱扣杆121上的主触面1213与锁扣109接触，并推动锁扣109向逆时针方向摆动，从而使锁扣109与跳扣110分离解锁。在脱扣杆121不受控制输入装置的机械动作和力的作用时，脱扣杆121无力触动锁扣109，从而确保断路器正常分闸。图1和7所示的实施例中，脱扣杆121设有两个被触动面1211和1212，这两个被触动面1211和1212以阶梯状分布在脱扣杆121的杆体1214的一个纵面上，这只是一种典型的实施方案，在实际设计中可能需要超过两个被触动面，以使操作机构可与更多的控制输入装置耦合。从图7所示的实施例不难推知，在脱扣杆121需要设置更多被触动面时，可以将多个被触动面以阶梯状分布，分别设置在脱扣杆121的杆体1214的四个纵向面上。被触动面和主触动面可以是平面，但为了改善耦合连接性能，被触动面和主触动面的表面形状最好是球面或圆柱面。

如图2、5所示，所述的显示装置500具有一个枢转地安装在第二旋转轴120上的指示件501。在所述的指示件501上设有一个第二腰形孔5011和指示面5012，第二腰形孔5011与设置在辅助触头支持301上的圆形凸台3012配合形成一个滑动结构，也就是说，指示件501通过滑动结构与辅助触头支持301耦合。当辅助触头支持301绕第四旋转轴108作逆时针摆动作“分断”动作时，辅助触头支持301上的圆形凸台3012，通过指示件501上的第二腰形孔5011推动指示件501作绕第二旋转轴120的逆时针摆动，使指示面5012移动到“分断”显示位置；当辅助触头支持301绕第四旋转轴108作顺时针摆动作“闭合”动作时，辅助触头支持301上的圆形凸台3012，通过指示件501上的第二腰形孔5011作绕第二旋转轴120的顺时针摆动，使指示面5012移动到“闭合”显示位置，各运动件的位置状态如图2、5所示。由图5所示的优选的实施例，所述的滑动结构包括形成在辅助触头支持301上的圆形凸台3012和形成在指示件501上的第二腰形孔5011，圆形凸台3012安装在第二腰形孔5011内，并可沿第二腰形孔5011的长轴方向滑动。很显然，滑动结构还存在相互替代的其它技术方案，例如可以是：所述的滑动结构包括形成在辅助触头支持301上的第二腰形孔和形成在指示件501上的圆形凸台，圆形凸台安装在第二腰形孔内，并可沿第二腰形孔的长轴方向滑动。所述的第二旋转轴120位于靠近手柄104伸出方向的一侧，也就是断路器正面的一侧，使安装在第二旋转轴120上的显示输出装置500靠近小型断路器的正面，也就是使显示输出装置500的指示件501上的指示面5012靠近小型断路器正面，从而可显著节约断路器的内部空间，减小断路器的体积。如图2和3所示，第三连杆103的一端枢转地安装在第四旋转轴108上，另一端通过第四铰接轴114与推杆117铰链连接，中部通过第三铰接轴113与第二连杆102的一端铰链连接，弹簧115的一端与第四铰接轴114连接，弹簧115的另一端与第一固定板118和/或第二固定板119连接，这样设计的优点是使得操作机构的力系设计更合理，以减小不合理的摩擦力和较劲力，缩小受力件的尺寸。这种设计结构的特点是，用作输出机械动作和力的第三连杆103有三个受力支点，第一个支点是由第四旋转轴108提供的约束力，第二个支点是由第三铰接轴113提供的约束力，第三个支点是由第四铰接轴114提供的来自弹簧115的弹力和来自主触头装置400的作用力。由于具有三个受力支点，可通过调整三个受力支点之间的位置关系，以获得两个受力支点的结构所不可能获得的最佳力系设计的效果。从图2、3可见，本发明的实施例的三个受力支点不在一条直线上，即第四旋转轴108、第三铰接轴113和第四铰接轴114的三个轴的轴心不在一条直线上。

如图1、2、3、4、8所示，所述的主触头装置400包括主触头支持401、第五旋转轴402、主动触头403、第一主静触头404、第二主静触头405和主触头弹簧(图中未示出)。主触头支持401通过第五旋转轴402枢转地安装在断路器外壳上。安装固定在主触头支持401上的主动触头403设有两个主动触点，分别与第一主静触头404、第二主静触头405协同工作，执行第一主静触头404和第二主静触头405分别与主动触头403上的两个主动触点的同步闭合/分断。所述的主触头弹簧(图中未示出)的一端与主触头支持401连接，另一端与断路器外壳连接，主触头弹簧的弹力为主动触头403与第一主静触头404、第二主静触头405的闭合提供接触力。在主触头支持401上设有第一驱动臂4013和第二驱动臂4014。在所述的第一驱动臂4013上，设有第一驱动面4011，用于与推杆117的耦合连接；当操作机构执行“合闸”操作时，推杆117对第一驱动臂4013不施加机械动作和力，主触头支持401在主触头弹簧的弹力作用下，自动驱使主动触头403与第一主静触头404、第二主静触头405闭合，各运动件的位置状态如图2所示。当操作机构执行“分闸”或“跳闸”操作时，推杆117向右移动，并推动第一驱动臂4013上的第一驱动面4011，使主触头支持401绕第五旋转轴402作顺时针方向摆动，从而使主动触头403与第一主静触头404、第二主静触头405分断，各运动件的位置状态如图8所示。在所述的第二驱动臂4014上设有第二驱动面4012，用于与电磁脱扣装置600的耦合连接(见图1所示)；当出现短路故障时，电磁脱扣装置600的电磁推动件(图中未示出)推动第二驱动臂4014上的第二驱动面4012，使主触头支持401绕第五旋转轴402作顺时针方向摆动，从而使主动触头403与第一主静触头404、第二主静触头405分断，各运动件的位置状态如图4所示，此状态为选择性保护断路器的短路短延时工作状态，在此状态下辅助触头装置300仍保持暂时的闭合状态，推杆117与第一驱动面4011分离。

电磁脱扣装置600直接与主触头装置400的第二驱动臂4014耦合连接，也是本发明的操作机构选用配置控制输入装置和控制输出装置的一种实施例。当本发明的操作机构用于非选择性保护断路器的情况时，电磁脱扣装置可以直接与锁扣109耦合连接(图中未示出)，也就是说，电磁脱扣装置的脱扣动作可以直接触动锁扣109，使操作机构执行断路器的“跳闸”操作。

图1所示的脱扣杆121是安装在第一固定板118上的。但不难想象，脱扣杆121也可以安装在第二固定板119上，其效果与安装在第一固定板118上是一样的。

从上实施例分析不难得出以下结论，本发明的操作机构的独立的部件单元带有脱扣杆121，从而为多个控制输入装置从操作机构的左右两侧接入提供了方便，操作机构从左侧接入的控制输入装置，例如但不限于图1所示的双金属片脱扣装置，还可以是电磁脱扣装置、气动脱扣装置等，可就近触动脱扣杆121上的多个被触头面1211，1212，使操作机构执行断路器的“跳闸”操作。从右侧接入的控制输入装置，例如但不限于图1所示的电磁脱扣装置，还可以是双金属片脱扣装置、气动脱扣装置等，可就近触动锁扣109，使操作机构执行断路器的“跳闸”操作。本发明的操作机构的可实现多控制输出的原理是：操作机构的独立部件的第二旋转轴120和第四旋转轴108可安装控制输出装置(不限于图1至8所示的辅助触头装置和显示输出装置)，操作机构通过第三连杆103的摆动，向控制输出装置输入摆动动作和力，操作机构的独立部件单元的第一铰接轴111、第二铰接轴112、第三铰接轴113、第四铰接轴114，都可以向控制输出装置输出移动动作和力，以控制主触头装置、辅助单元(图中未示出)等控制输出装置变换工作状态。

本发明的操作机构还具有如下优点。由于减小了操作机构上的推杆的长度尺寸及推杆的操作的驱动方向，为灭弧区域提供更大的空间，主触头灭弧系统布局更有利于可靠熄弧后进行电流切换，并有利于电磁系统的布置。而且，辅助触头的布置更有利于选择性保护断路器进行内部合理布置。本发明中的脱扣推杆能受控于长延时双金属片和短延时双金属片，有利于两双金属片进行合理布局，获得稳定特性高的延时动作特性。用于驱动主触头断开的拉簧只需要较小的力，便能使主触头打开。经仿真分析对比，本发明的机构慢复位过程中，跳扣旋转角度较小，慢复位比现有技术更可靠。

Claims (12)

1.一种可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构，包括主体（100）、辅助触头装置（300）、显示输出装置（500）以及可选择地与主体（100）相配置的至少一个控制输入装置和至少一个控制输出装置，所述的控制输入装置包括双金属片脱扣装置（200）、电磁脱扣装置（600）或气动脱扣装置，所述的控制输出装置包括主触头装置（400）、辅助单元，所述操作机构主体（100）包括手柄（104）、手柄复位弹簧（105）、第一连杆（101）、第二连杆（102）、第三连杆（103）、锁扣（109）、跳扣（110）、推杆（117）、弹簧（115）、锁扣复位弹簧（116）、第一旋转轴（106）、第二旋转轴（120）、第三旋转轴（107）、第四旋转轴（108）、第一铰接轴（111）、第二铰接轴（112）和第三铰接轴（113），其特征在于：

所述操作机构主体（100）还包括第一固定板（118）、第二固定板（119）、脱扣杆（121）和互锁结构（130）；

所述的手柄（104）通过第一旋转轴（106）枢转地安装在第一固定板（118）和第二固定板（119）上，手柄（104）通过第一铰接轴（111）与第一连杆（101）的一端连接，第一连杆（101）的另一端通过第二铰接轴（112）与第二连杆（102）的一端连接，第二连杆（102）的另一端通过第三铰接轴（113）与第三连杆（103）连接；

所述的锁扣（109）通过第二旋转轴（120）枢转地安装在第一固定板（118）和第二固定板（119）上，所述的跳扣（110）通过第三旋转轴（107）枢转地安装在第一固定板（118）和第二固定板（119）上；

所述的第三连杆（103）的一端通过第四旋转轴（108）枢转地安装在第一固定板（118）和第二固定板（119）上，另一端通过第四铰接轴（114）与推杆（117）铰链连接，中部通过第三铰接轴（113）与第二连杆（102）的一端连接；所述的弹簧（115）的一端与第四铰接轴（114）连接，另一端与第一固定板（118）和第二固定板（119）连接；

所述的跳扣（110）与锁扣（109）在互锁结构（130）处耦合连接，跳扣（110）上设有第一腰形孔（1101），所述的第二铰接轴（112）被安装在第一腰形孔（1101）内并能沿第一腰形孔（1101）的长轴方向滑动；

所述的脱扣杆（121）通过安装在第一固定板（118）上，脱扣杆（121）的一端通过主触动面（1213）与所述的锁扣（109）耦合连接，另一端通过被触动面与对应的控制输入装置耦合连接，所述脱扣杆（121）的被动触面的数量与对应耦合连接的控制输入装置的数量相同。

2.根据权利要求1所述的可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构，其特征在于：所述的脱扣杆（121）上设有杆体（1214）、一个主触动面（1213）和不止一个被触动面（1211，1212），这些被触动面以阶梯状分布，分别设置在脱扣杆（121）的杆体（1214）一端的至少一个纵面上。

3.根据权利要求1或2所述的可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构，其特征在于：

所述的辅助触头装置（300）包括辅助触头支持（301）、辅助动触头（302）、辅助静触头（303）、辅助触头弹簧（304）；

所述的辅助触头支持（301）与所述第四旋转轴（108）枢转连接安装，第四旋转轴（108）与第一固定板（118）、第二固定板（119）安装连接，所述的辅助触头支持（301）通过离合结构与所述的第三连杆（103）耦合连接。

4.根据权利要求1或2所述的可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构，其特征在于：脱扣杆（121）以导向结构安装在第一固定板（118）上，所述的导向结构包括形成在脱扣杆（121）上的杆体（1214）和形成在第一固定板（118）上的第一导向块（1181）、第二导向块（1182）、第三导向块（1183），杆体（1214）以可滑动的形式被安装在第一导向块（1181）与第二导向块（1182）、第三导向块（1183）之间，使脱扣杆（121）只能沿着由第一导向块（1181）、第二导向块（1182）、第三导向块（1183）所限定的方向运动，并不能从导向结构中自由脱出；或者，所述的导向结构包括形成在脱扣杆（121）上的杆体和形成在第一固定板（118）上的导向槽，杆体以可滑动的形式被安装在所述的导向槽内，使脱扣杆（121）只能沿着所述导向槽所限定的方向运动，并不能从导向槽中自由脱出；或者，所述的导向结构包括形成在脱扣杆（121）上的杆体上的滑槽和形成在第一固定板（118）上的至少两个滑块，杆体通过其上的滑槽以可滑动的形式，被安装在第一固定板（118）上的两个滑块内之间，使脱扣杆（121）只能沿着所述的滑槽与滑块所限定的方向运动，并不能从导向结构中自由脱出。

5.根据权利要求1所述的可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构，其特征在于：所述的显示装置（500）包括指示件（501），指示件（501）与所述第二旋转轴（120）枢转连接安装，所述的指示件（501）通过滑动结构与辅助触头支持（301）耦合连接；所述的第二旋转轴（120）设置在靠近手柄（104）伸出方向的一侧，使安装在第二旋转轴（120）上的显示装置（500）靠近小型断路器的正面。

6.根据权利要求1、5中任一个所述的可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构，其特征在于：所述的操作机构主体（100）、辅助触头装置（300）和显示装置（500）的相关元件共同安装在第一固定板（118）和第二固定板（119）上，从而形成独立的部件单元。

7.根据权利要求1所述的可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构，其特征在于：所述的主触头装置（400）的主触头支持上（401）上设有第一驱动臂（4013）和第二驱动臂（4014）；在所述第一驱动臂（4013）上设有第一驱动面（4011），用于与主体（100）的推杆（117）耦合连接；在所述的第二驱动臂（4014）上设有第二驱动面（4012），用于与电磁控制输入装置（600）耦合连接。

8.根据权利要求2所述的可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构，其特征在于：所述的主触动面（1213）和被触动面（1211，1212）的表面为平面、球面或圆柱面中的一种。

9.根据权利要求3所述的可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构，其特征在于：所述的离合结构包括形成在第三连杆（103）上的第一接触面（1031）、形成在辅助触头支持（301）上的第二接触面（3011）和辅助触头弹簧（304）；在辅助触头弹簧（304）的作用下，由所述的第一接触面（1031）与第二接触面（3011）的接触，保证辅助触头装置（300）的分断时具有适合的触头开距，由所述的第一接触面（1031）与第二接触面（3011）分离来保证辅助触头装置（300）的闭合时具有足够的触头超程。

10.根据权利要求5所述的可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构，其特征在于：所述的滑动结构包括形成在辅助触头支持（301）上的圆形凸台（3012）和形成在指示件（501）上的第二腰形孔（5011）；圆形凸台（3012）以可滑动的形式被安装在第二腰形孔（5011）内，并可沿第二腰形孔（5011）的长轴方向滑动。

11.根据权利要求4所述的可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构，其特征在于：在所述的第一导向块（1181）、第二导向块（1182）、第三导向块（1183）中，至少有一个成L形，其与第一固定板（118）的壁一起构成U形槽。

12.根据权利要求9所述的可实现多控制输入和输出的小型断路器的操作机构，其特征在于：所述的辅助触头弹簧（304）的一端与辅助触头支持（301）连接；所述的辅助触头弹簧（304）的另一端与第三连杆（103）连接；所述的辅助触头弹簧（304）的弹力，为辅助动触头（302）与辅助静触头（303）提供闭合接触力。

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