CN1373896A - 用于带有大的压缩闭合弹簧的电气开关设备的离合器组件 - Google Patents

Abstract

一种用于一个电气开关设备(1)的离合器组件,其具有一个闭合弹簧(18),该闭合弹簧(18)与置于凸轮轴(115)上的凸轮(107)结合工作,其中,闭合弹簧(18)在一个向前的方向上对凸轮轴(115)提供一个旋转力。该弹簧离合器组件(220)被置于凸轮轴(115)上,并且允许凸轮轴(115)在向前的方向上旋转,但阻止凸轮轴(115)在相反的方向上旋转。

Description

用于带有大的压缩闭合弹簧的电气开关设备的离合器组件

相关申请的引用本申请涉及下列共同拥有的提交的专利申请：：系列号为09/074,240，ELECTRICAL SWITCHINGAPPARATUS WITH MODULAR OPERATING MECHANISM FOR MOUNTING ANDCONTROLLING LARGE COMPRESSION CLOSE SPRING；系列号为09/074,135，“ELECTRICALSWITCHINGAPPARATUS WITH CONTACT FINGER GUIDE”；系列号为09/074,046，“ELECTRICALSWITCHINGAPPARATUS WITH OPERATING CONDITION INDICATORS MOUNTED IN FACEPLATE”；系列号为09/074,075，“ELECTRICALSWITCHINGAPPARATUS WITH IMPROVED CONTACT ARM CARRIER ARRANGEMENT”；系列号为09/074,073，“CHARGING MECHANISM FOR SPRING POWEREDELECTRICAL SWITCHING APPARATUS”；系列号为09/074,233，“ELECTRICALSWITCHINGAPPARATUS WITH PUSH BUTTONS FOR A MODULAR OPERATING MECHANISMACCESSIBLE THROUGH A COVER PLATE”；系列号为09/074,104，“INTERLOCK FOR ELECTRICAL SWITCHING APPARATUSWITH STORED ENERGY CLOSING”；系列号为09/074,133，“CLOSE PROP AND LATCH ASSEMBLY FOR STOREDENERGY OPERATING MECHANISM OF ELECTRICAL SWITCHING APPARATUS”；系列号为09/074,076，“SNAP ACTING CHARGE/DISCHARGE AND OPEN/CLOSEDINDICATORS DISPLAYING STATES OF ELECTRICAL SWITCHING APPARATUS”；系列号为09/074,234，“ELECTRICALSWITCHINGAPPARATUS HAVING ARC RUNNER INTERRAL WITH STATIONARY ARCING CONTACT”；和系列号为09/074,052，“DISENGAGEABLE CHARGING MECHANISM FOR SPRINGPOWERED ELECTRICAL SWITCHING APPARATUS”

发明领域

本发明涉及一种电气开关设备，例如用于承载大电流的电力分配线路中的保护装置和开关。更具体地说，涉及这样一种设备，该设备采用一个用于闭合线路的大压簧，和一种用于控制闭合弹簧中的能量释放的离合器组件。

背景技术

用于开、关电源线路的电气开关设备通常采用一个蓄能装置，该蓄能装置的形式为一个或多个大弹簧，所述弹簧用于将装置的触点闭合到在线路中流动的大电流中。这种电气开关设备包括电力开关(断路器)和提供保护的电网保护装置，以及用于对电路部分的供电和断电或在不同的电源之间进行转换的电气开关。该装置还包括一个或多个打开弹簧，所述弹簧将触点迅速分离以便切断在电源线路中流动的电流。如所指出的那样，无论闭合和/或打开弹簧均可以是单个弹簧或多个弹簧，尽管为了便利在下面只采用单个弹簧，都应该被认为是两者皆可。打开弹簧在被闭合弹簧闭合的过程中加载，因而，闭合弹簧必须储存足够的能量以便能克服机械力和磁力用于闭合打开弹簧和对其加载。而且该闭合弹簧需要具有足够的能量以在15倍额定电流的能量时闭合并锁住。

拉簧和压簧均已经被用于储存足够的能量以便闭合触点并对打开弹簧加载。拉簧易于控制，但压簧能够储存更多的能量。在任何情况下，均需要一个坚固的操作机构以便安装并控制弹簧的加载和卸载。操作机构通常包括一个手动手柄和一个用于对闭合弹簧加载的电机。其还包括一个用于将闭合弹簧锁定在加载状态下的锁闩机构，一个用于释放储存在闭合弹簧中的能量的释放机构，和一种配置结构(arrangement)，一个用于例如将释放的能量耦合到支撑开关的运动触点的运动的导体组件中的电极轴。

由于闭合弹簧被设计为在15倍额定电流时起作用，所以当在一个中等电流上闭合时，弹簧将释放足够的能量以过度旋转凸轮轴。当凸轮被过度旋转时，少量的能量被传递回弹簧中。这时弹簧中的能量将使得凸轮轴被反向并返回经过触点闭合位置。当这种情况发生时，开关(断路器)触点开始再次打开，这可能引起电弧损伤。该凸轮可继续旋转和反转，直到达到平衡为止。

因此，仍有改进上述类型的电气开关设备的余地，特别是在控制闭合弹簧的卸载的操作机构中进行改进。

特别是，需要用于这种设备的操作机构的简单的单向离合器组件，其用于防止随闭合弹簧的卸载而产生的反转。

还需要一种可以简单、经济地制造这种设备的操作机构。

发明内容

这些及其它一些需要是通过本发明实现的，本发明涉及一种操作机构和结合有一个简单的单向卷簧(one-way wrap spring)离合器组件的电气开关设备。该操作机构进一步包括操作部件，例如一个闭合弹簧、弹簧安装件、一个凸轮组件和一个连接闭合弹簧和凸轮组件的摇杆组件，它们均定位在侧板之间并完全由侧板支撑。离合器组件包括一个卷簧离合器，该离合器允许操作机构在一个方向上旋转，但防止反转

形成操作机构一部分的凸轮组件具有一个连接到闭合弹簧上的加载凸轮和一个连接到承载件上的驱动凸轮，所述承载件上安装有所述设备的可动触点。该加载凸轮具有一个加载廓形，用于在凸轮部件角旋转的第一部分的过程中，通过由加载装置施加力矩而向闭合弹簧中蓄能。加载凸轮上形成一个闭合廓形，以便在凸轮部件角旋转一个第二部分的过程中，通过释放储存在闭合弹簧中的能量来旋转凸轮部件并操作承载件到达一个闭合位置。该加载凸轮的闭合廓形可以用于有控制地释放储存在闭合弹簧中的能量。优选地，加载凸轮的闭合廓形设计成用于在可分离触点闭合之前有控制地释放存储在闭合弹簧中的大约百分之五十、优选在大约百分之五十到六十之间的能量。

凸轮轴的端部突出穿过侧板。凸轮轴的一端穿过一个被固定到侧板上的圆形套环。一个具有与套环相同直径且与套环紧紧相邻的转子被安装到凸轮上。一个具有比套环和转子的直径略小的内径的螺旋弹簧被置于套环和定位环之上。在弹簧之上设置一个壳体。由于弹簧具有比套环和转子小的直径，所以弹簧在套环和转子上作用一个径向力。弹簧被置于凸轮上，以便当凸轮在适当方向旋转时该弹簧被开卷并倾向于展开。当弹簧展开时，径向力减小并且凸轮可以几乎自由地旋转。当沿适当方向旋转时，弹簧提供大约15英寸-磅的滑动力矩。尽管弹簧的开卷倾向于迫使弹簧从套环和转子脱落，但该弹簧被外壳保持在套环和转子上。相反，当凸轮反转时，弹簧倾向于被卷紧，使得弹簧被压缩到套环和转子上，增加了径向力。这导致产生一个大约2000英寸-磅的反向力矩。由于该反向力矩，凸轮的反转实际上被消除。

附图的简要说明

参考附图，从下述优选实施例中可以充分地获得对本发明的理解，其中：

图1是根据本发明的一个低电压、高电流电源线路开关的等轴分解透视图。

图2是图1所示的线路开关(断路器)的一极在打开过程中触点分开时的垂直剖视图。

图3是形成所述线路的操作机构部分的一个框架组件的等轴分解透视图。

图4是一个表示操作机构的组装的等轴分解透视图。

图5是组装好的操作机构从摇杆组件剖开的局部垂直剖视图。

图6是形成操作机构部分闭合弹簧的安装的等轴透视图。

图7是形成操作机构的部分的凸轮组件的侧视图。

图8是表示操作机构的主要部件的关系的正视图，其中表示出了打开的触点和卸载的闭合弹簧。

图9是与图8类似的图示，其中表示出了打开的触点和被加载的闭合弹簧。

图10是与图8类似的图示，其中表示出了闭合的触点和被卸载的闭合弹簧。

图11是与图8类似的图示，其中表示出了闭合的触点和被加载的闭合弹簧。

图12是弹簧离合器组件的分解图。

图13是弹簧离合器组件的剖视图。

优选实施例的说明

本发明将被作为一个电源空气线路开关(断路器)来描述；然而，其也被应用于其它用于打开和关闭电源线路的电气开关设备。例如，其被应用于断开支路电源线路的开关和用于配电系统的选择其它交替的电源的转换开关。电源开关和上述多种开关的主要区别为，线路开关具有一个提供过流保护的脱扣(跳闸)(trip)机构。本发明还可以被用于电网保护装置，该电网保护装置提供用于特殊区域中的配电线路的保护和隔离。

本申请涉及申请号09/074,240的申请，该申请被结合在此作为参考。本发明特别涉及一个离合器机构，用于防止在一个电源空气线路开关中在闭合弹簧被卸载后凸轮的反转。申请号09/074,240的申请提供了对加载机构和线路开关的各种其它部件的充分说明，但却与离合器机构无关。

参考图1，本发明的电源空气线路开关1具有一个外壳3，该外壳包括一个模制的前壳体5和一个后壳体7，以及一个罩9。示范性的线路开关(断路器)1具有三个极10，前、后壳体5、7形成三个极室11。各极10具有一个放电室13，该放电室13被一个通风的放电室罩15封住。

线路开关(断路器)1具有一个操作机构17，该操作机构17被安装在前壳体5的前面并且被罩9围住。该操作机构17具有一个面板19，该面板19可通过在罩内的开口21而接近。该操作机构17包括一个大的闭合弹簧18，该闭合弹簧18被加载以进行蓄能，用以闭合线路开关。面板19将一个推拉件(push)安装到闭合按钮23上，该闭合按钮23被致动，以便释放闭合弹簧，用以闭合线路开关，并且(还有)一个推拉件打开按钮25，以便打开线路开关(断路器)。指示器27和29分别显示闭合弹簧的状况和触点的开/关状态。通过加载手柄31的操作或通过电机操作器(未示出)的遥控对闭合弹簧18加载。

通常的操作机构17被一个带有用于各极的突起部(lobe)35的极轴33连接到单个的极上。与已有技术一样，线路开关(断路器)1包括一个支撑在罩9中的电脱扣单元37，其用于致动操作机构17，以便根据通过线路开关的电流的预定特性，通过极轴33的旋转打开线路开关的所有极10。

图2表示一个极室的垂直剖视图。该极10包括一个线路侧导体39，该线路侧导体39凸出到后壳体7之外，用于连接到一个交流电源(未示出)上。一个负载侧导体41也凸出到后壳体7之外以通常用于连接到负载电网(也未示出)的导体上。

各极10还包括一对主触点43，该对主触点43包括一个固定主触点45和一个可动主触点47。可动主触点47被一个移动导体组件49携载。该移动导体组件49包括多个触点指51，所述多个触点指51被轴向间隔地安装在一个固定到触点承载件55中的枢销53上。触点承载件55具有一个模制体57和一对具有可旋转地支撑在外壳3内的枢轴61的支腿59(仅示出一个)。

触点承载件55由驱动机构17绕着枢轴61旋转，该驱动机构包括一个通过一个槽67接收于承载体57中的一个横向通道65内的驱动销63，而驱动销63被扁平部分69锁住。驱动销63被固定到一个驱动连杆71上，该驱动连杆71被接收于承载体中的一个槽73内。驱动连杆的另一端被一个销75可枢转地连接到被类似地连接到线路开关的其它极中的承载件(未示出)上的极轴33上的相关极臂35上。该极轴33被操作机构17所旋转。

一个移动主触点47被固定到各触点指51上距该指的自由端一定距离的位置处。触点指与自由端相邻的部分形成一个移动灭弧触点或“电弧脚”77。一个固定灭弧触点79被设置在一个安装于线路侧导体39上的一体的灭弧触点和(兼)滑脚81的对向面上。该固定灭弧触点79和电弧脚77一起形成一对灭弧触点83。一体的灭弧触点和滑脚81向着一个安装在放电室13中的传统灭弧罩85向上延伸。

如图2所示，触点指51被一对坐于承载件55内的凹槽89中的螺旋压簧87顺时针偏压在承载件55的枢销53上。操作机构17转动极轴33，该极轴33又顺时针将触点承载件55枢转到一个闭合位置(未示出)上，以便闭合主触点43。为了打开触点，操作机构17释放极轴33并且压簧87沿逆时针促动承载件55至一个打开位置(未示出)。当承载件向闭合位置顺时针旋转时，一个电弧脚77首先与固定灭弧触点79接触。当承载件继续顺时针运动时，弹簧87被压缩，使触点指51绕着枢销53摆动，直到主触点43闭合为止。进一步顺时针旋转到完全闭合的位置(未示出)将使得灭弧触点83打开而主触点43仍然保持闭合。在该闭合位置上，形成一个从线路侧导体39经过主触点43、触点指51、可弯曲的分路器(shunt)91和负载导体41的线路。

为了打开线路开关1，操作机构17释放极轴33，以使被压缩的弹簧87如图2所示顺时针促动承载件55。起初，当承载件55从线路侧导体39移开时，触点指51摆动，以便灭弧触点83闭合同时主触点43保持闭合。当承载件55继续逆时针运动时，主触点43打开并且所有电流被传递到灭弧触点83，其状态如图2所示。如果由线路开关承载一个相当大的电流，例如当由于过流或短路而使电流开关脱扣件打开时，由于触点随承载件55的连续逆时针旋转而分开，在固定灭弧触点79和可动灭弧触点或电弧脚77激发出一个电弧。当主触点43已经被分开时，该电弧被灭弧触点83所限制，灭弧触点83用于保护主触点43的寿命。由电弧中的电流所产生的电磁力将电弧向着灭弧罩85推出，以便在固定灭弧触点79处的电弧端部向上移动到一体的灭弧触点兼滑脚81并进入灭弧罩85。同时，如图2中的虚线所示，承载件55的快速打开使得电弧脚77与电弧顶板93的自由端相邻，以使该电弧从电弧脚77延伸至电弧顶板93并且向上从电弧顶板移动进入电弧板94，该电弧板94将电弧分裂成较短的部分，然后使其熄灭。

操作机构17是一个具有一个框架95的自支承模块。如图3所示，框架95包括两个侧板97，所述两个侧板97是相同和可交换的。侧板97由四个细长件99保持相互间隔的关系，所述细长件99由间隔套101、和相对于间隔套101夹持侧板97的螺纹轴103和螺母105形成。四个主组合件和一个大闭合弹簧18构成操作机构17的能量部分。四个主组合件是凸轮组件107、摇杆组件109、主连杆组件111和闭合弹簧支撑组件113。所有这些部件被安装在两个侧板97之间。参考图3和图4，凸轮组件107包括一个凸轮轴115，该凸轮轴115的轴颈被支撑在一个非圆柱形的套管(bushing)117中，套管117坐于一个弹簧离合器套环222(参见图12)中，而弹簧离合器套环222坐于侧板97中互补的非圆柱形开口119内。套管117具有一个凸缘121，该凸缘121支撑在侧板97的内表面123上，并且凸轮轴115具有台肩125，该台肩125定位在套管117和套环222之间，以便凸轮轴115和套管117无需固定件便可被安置于侧板97之间。类似地，摇杆组件109的一个摇杆销127具有台肩129，该台肩129定位在侧板之间-如图3-5所示。摇杆销127上的扁平部分131与侧板97中的开口135内的类似的扁平部分133配合，以便防止摇杆销转动。凸轮轴115和摇杆销127增加了框架95的稳定性，该框架95是自动对准的并且在组装过程中不需要对部件的对准进行专门的固定。当主要部件被“夹”在两侧板97之间时，部件的大部分不需要额外的部件进行支撑。如将要看到的那样，该夹心结构简化了操作机构17的组装。

闭合弹簧18是一种闭合的通用圆线(round wire)重载螺旋压簧并且在两端是闭合和平底的。采用压簧是因为其具有比拉簧高的能量密度。螺旋压缩闭合弹簧18被闭合弹簧支撑件113以独特的方式支撑，以便防止应力升高和/或弯曲。在这种高能量应用中，重要的是，闭合弹簧18的端部保持平行和被均衡地支撑，以及弹簧被横向保持在原位。如图4和6以及图8-11中特别表示的那样，这是通过在一个在一端自由旋转以及因而驱动摇杆组件109的U形托架137和另一端的一个近似方形的弹簧垫片或导板139之间压缩螺旋压缩闭合弹簧18而实现的，该弹簧垫片或导板139可绕弹簧止挡或支撑销141枢转，所述销141延伸于侧板97之间。闭合弹簧18被防止“行走”，其被保持在两个侧板97之间，并且被一个长形的导向件143横向约束，所述长形导向件143延伸穿过弹簧的中间、弹簧垫片139和U形托架137的撑条145。所述长形导向件143在一端上被延伸穿过一个孔147的弹簧止挡销141所保持，并且在另一端上被一个延伸穿过U形托架137上的支腿151和长形导向件中的细长槽153的托架销149所保持。

从图5中可以最清楚地看到，摇杆组件109包括一个由一对滚柱轴承157可枢转地安装到摇杆销127上的摇杆155，所述一对滚柱轴承157被保持在侧板之间97并且被套筒159保持相互间隔的位置关系。所述摇杆155在一端上具有一个叉头161，以便将摇杆155通过托架销149可枢转地连接到U形托架137上。在摇杆155另一端上的一对相对于叉头161成钝角延伸的支腿163形成一对支撑摇杆辊165的辊叉头。摇杆辊165被销167可枢转地安装到辊叉头上。这些销167具有向外面朝向侧板97的头部169，以便不需要任何卡扣或其它单独的保持件便将它们定位并保持在其位置上。当摇杆155绕摇杆销127摆动时，弹簧垫片139在弹簧支撑轴141上旋转，以便不论摇杆155的位置如何均可保持闭合弹簧18上的载荷均匀。闭合弹簧18、弹簧垫片139和弹簧支撑销141是最后加入成品机构17中的部件，由此闭合弹簧18的尺寸可以相对于应用场合被合适地确定。

U形托架销149将所有的弹簧载荷和能量传递给摇杆155上的摇杆叉头161。在摇杆155上平移的载荷被传递到不旋转的托架销127中，并且从该处进入两个侧板97，同时，摇杆155保持在板97之间自由旋转。

参考图4-11，凸轮组件107除了凸轮轴115之外还包括一个凸轮件171。凸轮件171包括一个由一对安装在凸轮轴115上的加载凸轮盘173a、173b形成的加载凸轮173。该加载凸轮盘173a、173b骑跨一个驱动凸轮175，该驱动凸轮175由第二对凸轮盘175a、175b形成。一个凸轮间隔件177确定驱动凸轮盘175a、175b之间的间隔，同时间隔衬套179将加载凸轮盘173a、173b与驱动凸轮盘和侧板97分开。凸轮盘173、175均一起被延伸穿过所述盘之间的铆钉垫片183的铆钉181所固定。一个制动辊185被可枢转地安装于驱动凸轮盘175a和175b之间，并且一个复位销187延伸于驱动凸轮盘175a和加载凸轮盘173a之间。凸轮组件107是一个360°的机构，其压缩闭合弹簧18以便在部分旋转过程中存储能量，并且在剩余的旋转过程中由于存储在闭合弹簧18内的能量被释放而使其旋转。这是通过利用摇杆辊165与加载凸轮盘173a、173b的啮合而实现的。在闭合弹簧18上的预加载保持摇杆辊165与加载凸轮盘173a、173b啮合。加载凸轮173具有一个凸轮外廓189，该凸轮外廓189具有一个加载部分189a，随着凸轮件171的顺时针旋转，其与摇杆辊165啮合的点处的直径增大。凸轮轴115以及因此凸轮件171被用手柄手动旋转或被电机(未示出)旋转。加载凸轮外廓189的加载部分189a设计成这样，使得需要一个基本上恒定的力矩以压缩闭合弹簧18。因为所述恒定的力矩低于弹簧在接近完全压缩状态时通常所需的峰值力矩，所以这为手动加载提供了良好的感觉，并且减小了自动加载所需的电机尺寸。

加载凸轮173上的凸轮外廓189还包括一个闭合部分189b，当加载凸轮173反抗摇杆辊165旋转时直径减小，以便当该机构被释放时，存储在闭合弹簧18内的能量驱动凸轮件171顺时针旋转。

凸轮件171的驱动凸轮175具有一个凸轮外廓191，其在特定的旋转位置上被一个由辊销197安装在主连杆组件111的一个主连杆195上的驱动辊193啮合。主连杆195的另一端被一个销201可枢转地连接到一个极轴33上的驱动臂199上。该主连杆组件111被连接到驱动凸轮175上，用于借助一个脱扣机构203闭合线路开关(断路器)1，该脱扣机构203包括一个可枢转地安装到一个斧状销207(hatchet pin)上的斧状板205(hatchet plate)，所述斧状销207由侧板97支撑并且被一个弹簧219逆时针偏压。一个香蕉状连杆209在一端被可枢转地连接到主连杆组件的辊销197上的一个延长部上，在另一端被可枢转地连接到斧状板205的一端上。斧状板205的另一端具有一个锁闩边缘211，当卡扣件D的轴213被旋转到一个闩锁位置时该锁闩边缘211与卡扣件D的轴213啮合。随着斧状板205被锁住，香蕉状连杆209保持驱动辊193与驱动凸轮175的接合。在操作中，当卡扣件D的轴213被旋转到一个脱扣位置时，锁闩边缘211与卡扣件D的轴213滑脱并且斧状板205穿过卡扣件D的轴中的一个切口215，其改变了连接到斧状板205上的香蕉状连杆209的枢转点的位置，并且允许驱动辊193独立于驱动凸轮175浮动。

闭合弹簧18的加载和卸载顺序可以通过参考图8-11来理解。应当理解，对于两个部件存在两种状态；闭合弹簧18可以被加载或卸载，而触点43可以被打开或闭合。因此，图8-11表示出了这些状态的四种结合情况。即，在图8中，触点43(未示出)在打开位置中并且闭合弹簧18被卸载。在图9中，闭合弹簧18被加载而触点43(未示出)保持打开。在图10中，闭合弹簧18已经被卸载以便闭合触点43(未示出)。最后，在图11中，触点43(未示出)保持闭合而闭合弹簧18已经被加载。如下面所述，弹簧离合器组件220，防止凸轮轴115随着闭合弹簧18的卸载而产生反转。下面再次对闭合弹簧18的加载、触点43的闭合、闭合弹簧18的再次加载的顺序进行详细的说明。

在图8中，该机构被表示成处于被卸载的打开位置上，即，该闭合弹簧18被卸载并且触点43被打开。可以看出，凸轮件171被定位，以便使加载凸轮173在与摇杆辊165接触的位置处具有其最小的半径。因此，摇杆155被旋转到一个完全的逆时针的位置上，并且闭合弹簧18被最大地拉伸。还可以看出，脱扣机构203不被闩锁，以使驱动辊193尽管坐靠于驱动凸轮175上但仍保持浮动。当凸轮轴115被手柄31或通过加载电机(未示出)的操作而顺时针旋转时，直径逐渐增大的加载凸轮上的加载外廓的加载部分189a与摇杆辊165啮合，并且顺时针旋转摇杆155，以便压缩弹簧18。如上所述，对所述外廓的加载部分189a的形状进行选择，以便使得需要一个恒定的力矩来压缩弹簧18。在闭合弹簧18的加载过程中，驱动辊193与驱动凸轮外廓191上具有恒等半径的部分接触，以使驱动辊193连续地浮动。

现在移动至图9，当闭合弹簧18被完全加载时，驱动辊193从驱动凸轮外廓191下降到一个槽217中。这使得允许复位弹簧219逆时针旋转斧状板205，直到锁闩边缘211穿过并略微超出卡扣件D轴213。这样便将斧状板205上的香蕉状连杆209的枢转点抬起，以便驱动辊193被抬起到其停止于驱动凸轮175中的切口217下的位置上。同时，摇杆辊165到达一个凸轮件旋转170°之后的一点，在该处它们进入加载凸轮外廓189的闭合部分189b。在加载凸轮外廓的这一部分189b上，随着凸轮件171的顺时针旋转，加载凸轮173与摇杆辊165接触的半径减小。因此，闭合弹簧18施加一个倾向于使凸轮件171在顺时针方向上连续旋转的力。然而，在申请号为09/074,240的申请中详细说明的、作为一个闭合支柱(prop)机构的一部分的一个闭合支柱(图9中未示出)与制动辊185啮合，并且防止凸轮件171进一步旋转。因此，闭合弹簧18保持完全加载就绪，以便关闭线路开关1的触点43。

线路开关1的触点43被闭合支柱的释放而关闭。随着闭合支柱与制动辊185脱离啮合，弹簧的能量被释放以便快速地将凸轮件171旋转到图10所示的位置。当凸轮件171旋转时，驱动辊193被驱动凸轮175的外廓191啮合。凸轮外廓191的半径随着凸轮轴的旋转而增加，并且，因为香蕉状连杆209保持驱动辊193与这一表面接触，所以极轴33被旋转，以便关闭触点43-如附图2所示。在这一点上，锁闩边缘211与D锁闩213啮合，并且触点被闩锁地闭合。如果电路开关(断路器)由于卡扣件D轴213的旋转而在这一点被脱扣，使得该锁闩边缘211从D轴213上脱离啮合，则由通过主连杆195施加的压缩接触弹簧87(参见图2)所产生的非常大的力顺时针向下拉动斧状板205上的香蕉状连杆209的枢转点，斧状板绕斧状销207(参见图8)旋转，及驱动辊193摆脱驱动凸轮175下降而允许极轴33旋转并打开触点43。随着触点43打开和闭合弹簧18被卸载，该机构将再次回到图8中的状态。

通常，当线路开关被闭合时，闭合弹簧18被再次通过凸轮轴115手动或电动的旋转而加载。这使得凸轮件171返回到图9所示的相同位置上，但脱扣机构203被闩锁住，如图11所示，香蕉状连杆200保持驱动辊193与驱动凸轮175上的驱动外廓191啮合。如果线路开关由于卡扣件D的锁闩213的旋转在这一点被脱扣，使得斧状板205顺时针旋转，则驱动辊193将下降到驱动凸轮175中的槽217内，并且线路开关将被打开。

如图12和13所示，单向卷绕弹簧(one-way wrap spring)离合器组件220绕凸轮轴115设置。在优选实施例中，弹簧离合器组件220绕凸轮轴115凸出穿过侧板97的那一端设置，然而，弹簧离合器组件220可以被放置在凸轮轴115上的任何位置上。一个优选采用圆形套环形式的固定部件222被安装到板97上，位于板97中的非圆柱形开口119上。或者，套环222可以与一个非圆柱形衬套117形成一体，该非圆柱形衬套117被置于板97中的非圆柱形开口119内。在与套环222相对的侧板97侧一个垫片223被置于板97中的非圆柱形开口119上。

套环222具有一个中间开口221，该开口允许凸轮轴115从其中穿过。套环222具有一个U形截面，其中，套环的外部形成一个外环224并且套环的内部形成一个内环225。内环225的外表面形成一个具有恒定直径的弹簧支撑表面228。该外环224和内环225被一个基底227连接。在外环224和内环225之间是一个环形轴向通道226。垂直于弹簧支撑表面228的是一个转子支撑表面230，其与下面描述的转子232相毗邻。一个圆柱形转子232被转子销234安装到凸轮轴115上。转子232具有一个套环支撑表面240、一个周向保持槽238和一个弹簧支撑表面236，该弹簧支撑表面具有一个与套环弹簧支撑表面228外径大体类似的外径。该转子232被置于凸轮轴115上，以使套环支撑表面240与套环的转子支撑表面230相邻。当这样设置时，套环和转子弹簧支撑表面228、236均被对齐。一个螺旋弹簧250被置于套环和转子弹簧支撑表面228、236两者之上。弹簧250具有略小于套环和转子弹簧支撑表面228、236直径的内径。因此，弹簧250以一个径向力压缩或夹紧套环和转子弹簧支撑表面228、236。当绕套环弹簧支撑表面228定位时，该弹簧同时被置于外环224和套环弹簧支撑表面228之间的套环环形通道226内。在弹簧250的顶上设置一个外壳252。外壳252具有一个开口，该开口允许转子232和凸轮轴115的端部从其中突出穿过。外壳与外环224贴合，并且被一个限位环254保持在其位置上，所述限位环254被置于转子保持槽238内。

由于弹簧250同时夹紧固定套环222和转动的转子232，所以凸轮轴115和转子232的转动将导致弹簧250被卷绕或开卷。弹簧250在套环222和转子2 32上定向，以便当凸轮轴115向前旋转时弹簧250被开卷并展开。当弹簧250展开时，作用于套环和转子弹簧支撑表面228、236的径向力被减小，并且凸轮轴115几乎可以自由地旋转。当凸轮轴115在适当的方向上旋转时，弹簧250提供一个大约15英寸-磅的滑动力矩。弹簧250的开卷倾向于迫使弹簧250从弹簧222和转子232脱落。弹簧250被一个保持件夹持在套环222和转子232上。在一个优选实施例中，该保持件是外壳252，然而，也可以采用其它部件、例如没有外壳的保持环254。相反，当凸轮轴115反转时，弹簧250倾向于被卷紧，使得弹簧250压紧在套环222和转子232上。当弹簧250压紧时，作用在套环和转子套环支撑表面228、236上的径向力增大。径向力的增大迅速发展成一个大约2000英寸-磅的反向力矩。由于该反向力矩，凸轮轴115的反转实际上被消除。

虽然本发明的特定实施例已经被详细描述，但本领域人员应当理解，根据所公开的所有教导，可以发展出上述细节的各种变形和替代形式。例如，本领域人员可以设计出带有安装在侧板之间的套环和被置于套环内的凸轮轴、但不从其中通过的弹簧离合器组件。另外。所公开的特定设计仅仅是示例性的，对本发明的范围不起限制作用，本发明的范围完全由下面所附的权利要求和任何与它们的等价方案给出。

Claims (24)

1、一种用于电气开关设备(1)的单向离合器组件，具有一个连接到位于一凸轮轴(115)上的一个凸轮(107)上的闭合弹簧(18)，其中，所述闭合弹簧(18)在向前方向给所述凸轮轴(115)提供一个旋转力，包括：

一个设置在所述凸轮轴(115)上的卷簧离合器组件(220)，它允许所述凸轮轴(115)在所述向前的方向上旋转，但阻止所述凸轮轴(115)在相反方向上的旋转。

2、如权利要求1所述的单向离合器组件，其中，所述卷簧离合器组件(220)包括：

一个安装到所述电气开关设备(1)上的固定件(222)，它被置于所述凸轮轴(115)上；

一个固定到所述凸轮轴(115)上并且与所述固定件(222)相邻的转子(232)；和

一个卷绕在所述固定件(222)和所述转子(250)上的螺旋弹簧(250)。

3、如权利要求2所述的单向离合器组件，其中：

所述螺旋弹簧(250)具有一直径并且被卷绕在所述固定件(222)和所述转子(250)上，以便当所述凸轮轴(115)在所述向前的方向上旋转时，所述螺旋弹簧(250)开卷从而增加所述螺旋弹簧(250)的直径，并且当所述凸轮轴(115)向与所述向前的方向相反的方向旋转时，所述螺旋弹簧(250)卷紧以便压紧所述固定部件(222)和所述转子(250)。

4、如权利要求3所述的单向离合器组件，其中：

所述固定件(222)具有直径恒定的弹簧支撑表面(228)；

所述转子(250)具有直径恒定的弹簧支撑表面(236)，所述直径与所述固定件弹簧支撑表面(228)的直径基本相等；并且

所述弹簧(250)的直径小于所述固定件弹簧支撑表面(228)的直径和所述转子弹簧支撑表面(236)的直径。

5、如权利要求4所述的单向离合器组件，其中：

所述固定件是一个圆形套环(222)；并且

所述转子(232)是圆柱形的。

6、如权利要求5所述的单向离合器组件，其中：

所述套环(222)具有一个中间开口(221)；并且

所述凸轮轴(115)穿过所述开口(221)。

7、如权利要求6所述的单向离合器组件，其中：

所述套环(222)具有U形截面，并且具有一个外环(226)和一个内环(225)，所述内环(225)具有一个被一基底(227)连接的外表面，形成一个环形轴向通道(226)；

所述套环弹簧支撑表面(228)是所述内环(225)的所述外表面；并且

所述螺旋弹簧(250)被置于所述环形通道内。

8、如权利要求7所述的单向离合器组件，进一步包括一个弹簧保持件(256)。

9、如权利要求8所述的单向离合器组件，其中所述的弹簧保持件(256)包括：

具有一个周向保持环形槽(238)的所述转子(232)；和

一个置于所述保持环形槽(238)中的保持环(256)。

10、如权利要求8所述的单向离合器组件，其中弹簧保持件(254)进一步包括一个置于所述螺旋弹簧(250)周围的圆柱形外壳(252)。

11、如权利要求10所述的单向离合器组件，其中：

所述外壳(252)具有一个从其中穿过的中间开口；并且

所述凸轮轴(115)和所述转子(232)的一个部分穿过所述外壳开口。

12、如权利要求11所述的单向离合器组件，其中：

所述外壳(252)被一个置于所述保持环形槽(238)内的保持环(256)所保持。

13、一种用于电气开关设备(1)的操作机构模块，包括：

一对在其中具有多个对齐的孔的侧板(97)；

多个细长件(99)，每个细长件(99)具有与各端部相邻的台肩(101)，多个延伸穿过所述一对侧板(97)上的所述多个对齐的孔中相应的一个的延长部(103)，与所述延长部(103)啮合并且将所述侧板(97)夹紧于所述台肩(101)上以将所述侧板(97)以带一个间隔刚性固定的紧固件(105)；和

操作部件，包括一个闭合弹簧(18)、弹簧安装组件(113)、一个连接到所述闭合弹簧(18)上以便使凸轮组件(107)在一个向前的方向上旋转的凸轮组件(107)、和一个置于所述凸轮组件(107)的端部上、允许所述凸轮组件(107)在向前的方向上旋转但防止凸轮组件(107)在相反方向上旋转的单向卷簧离合器组件(220)。

14、如权利要求13所述的操作机构，其中，所述卷簧离合器组件包括：

一个安装到所述电气开关设备(1)上的固定部件(222)，所述的固定部件绕所述的凸轮轴(115)设置；

一个固定到所述凸轮轴(115)上并且与所述固定件(222)相邻的转子(232)；和

一个绕着所述固定部件(222)和所述转子(250)卷绕的螺旋弹簧(250)。

15、如权利要求14所述的操作机构，其中：

所述螺旋弹簧(250)具有一个直径并且被卷绕在所述固定件(222)和所述转子(250)上，以便当所述凸轮轴(115)在所述向前的方向上旋转时，所述螺旋弹簧(250)开卷以便增加所述螺旋弹簧(250)的直径，并且当所述凸轮轴(115)向与所述向前的方向相反的方向旋转时，所述螺旋弹簧(250)卷紧以便压紧所述固定部件(222)和所述转子(250)。

16、如权利要求15所述的操作机构，其中：

所述固定件(222)具有直径恒定的弹簧支撑表面(228)；

所述转子(250)具有直径恒定的弹簧支撑表面(236)，所述直径与所述固定件弹簧支撑表面(228)的直径基本相等；并且

所述弹簧(250)的直径小于所述固定件弹簧支撑表面(228)的直径和所述转子弹簧支撑表面(236)的直径。

17、加权利要求16所述的操作机构，其中：

所述固定件是一个圆形套环(222)；并且

所述转子(232)是圆柱形的。

18、如权利要求17所述的操作机构，其中：

所述套环(222)具有一个中间开口(221)；并且

所述凸轮轴(115)穿过所述开口(221)。

19、如权利要求18所述的操作机构，其中：

所述套环(222)具有U形截面，并且具有一个外环(226)和一个具有一个外表面的内环(225)，所述内环和外环被一基底(227)连接形成一个环形轴向的通道(226)；

所述套环弹簧支撑表面(228)是所述内环(225)的所述外表面；并且

所述螺旋弹簧(250)被置于所述环形通道内。

20、如权利要求19所述的操作机构，进一步包括一个弹簧保持件(254)

21、如权利要求20所述的操作机构，其中该弹簧保持件(254)包括：

具有一个周向保持环形槽(238)的所述转子(232)；和

一个置于所述保持环形槽(238)中的保持环(256)。

22、如权利要求20所述的操作机构，其中所述弹簧保持件(254)进一步包括一个置于所述所述螺旋弹簧(250)周围的圆柱形外壳(252)。

23、如权利要求22所述的操作机构，其中：

所述外壳(252)具有一个从其中穿过的中间开口；并且

所述凸轮轴(115)和所述转子(232)的一个部分穿过所述外壳开口。

24、如权利要求23所述的操作机构，其中：

所述外壳(252)被一个置于所述保持环形槽(238)内的保持环(256)所保持。

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