МЕХАНИЗМ СЦЕПЛЕНИЯ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ УСТРОЙСТВА НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ В ВЫКЛЮЧАТЕЛЕ С ГАЗОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ, И ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ С ГАЗОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ, В КОТОРОМ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ МЕХАНИЗМ СЦЕПЛЕНИЯ
CLUTCH MECHANISM FOR POWER STORAGE DEVICE IN GAS-INSULATED CIRCUIT BREAKER, AND GAS-INSULATED CIRCUIT BREAKER USING CLUTCH MECHANISM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к механизму сцепления, в частности, к механизму сцепления, предназначенному для устройства накопления энергии в выключателе с газовой изоляцией. Кроме того, настоящее изобретение также относится к выключателю с газовой изоляцией, в котором используется подобный механизм сцепления.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Многие типы устройств накопления энергии должны работать во взаимодействии с механизмом сцепления для аккумулирования энергии и высвобождения энергии при необходимости. Данные устройства накопления энергии могут, например, базироваться на пружинах для аккумулирования потенциальной энергии, и, когда аккумулирование энергии будет завершено, механизм сцепления может быть переведен в разблокированное состояние для высвобождения энергии.
Во многих существующих выключателях с газовой изоляцией, предназначенных для передачи электроэнергии высокого напряжения, используются устройство накопления энергии и механизм сцепления, взаимодействующий с ним; когда механизм сцепления находится в заблокированном состоянии, он позволяет устройству накопления энергии накапливать и хранить энергию. Когда механизм сцепления находится в разблокированном состоянии, источник двигательной энергии механически отделяется от устройства накопления энергии, в результате чего обеспечивается возможность высвобождения энергии, аккумулированной в устройстве накопления энергии, так что потенциальная энергия, накопленная в устройстве накопления энергии, преобразуется в кинетическую энергию для приведения в действие исполнительного механизма в выключателе с газовой изоляцией для размыкания или замыкания цепи, с которой соединен выключатель с газовой изоляцией. Механизм сцепления существующего типа принимает вид храпового механизма, в котором храповое колесо и собачка взаимодействуют друг с другом; в заблокированном состоянии храповое колесо может поворачиваться только в одном направлении по мере аккумулирования энергии, так что аккумулированная энергия не будет потеряна. Когда аккумулирование энергии устройством накопления энергии будет завершено, собачка обеспечит механическое отделение источника двигательной энергии от устройства накопления энергии посредством дугообразной поверхности на храповом колесе для высвобождения аккумулированной энергии.
СОДЕРЖАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в разработке такого механизма сцепления, предназначенного для устройства накопления энергии в выключателе с газовой изоляцией, который обеспечивает возможность удобного и надежного механического разъединения источника двигательной энергии и устройства накопления энергии при завершении накопления энергии и имеет меньший момент передачи и более низкую стоимость. Другая задача настоящего изобретения состоит в разработке выключателя с газовой изоляцией, в котором используется механизм сцепления.
В соответствии с настоящим изобретением разработан механизм сцепления, предназначенный для устройства накопления энергии в выключателе с газовой изоляцией, содержащий: передаточный вал, приводимый в движение посредством выходного вала источника двигательной энергии; соединительный элемент, имеющий конец для контактного взаимодействия, который может находиться в передающем соединении с передаточным валом, обеспечивающем однонаправленную передачу, и зацепляющийся конец; толкатель, который проходит через соединительный элемент и имеет контактный конец и зафиксированный конец, который соединен с передаточным валом; вал-шестерню, содержащий передающее зубчатое колесо, которое может находиться в передающем соединении с зацепляющимся концом; вращающийся элемент, который окружает вал-шестерню с возможностью вращения и имеет передающий конец и приводной конец, при этом приводной конец выполнен с возможностью толкания контактного конца; и восстанавливающий элемент с одним концом, опирающимся на передаточный вал, и другим концом, опирающимся на выходной вал, при этом восстанавливающая сила, создаваемая восстанавливающим элементом, стремится удержать передаточный вал в передающем соединении с концом для контактного взаимодействия; приводное зубчатое колесо, которое находится в передающем соединении с валом-шестерней и выполнено в направлении вдоль окружности с приводной частью, выполненной с возможностью толкания передающего конца, при этом приводная часть выполнена с возможностью толкания вращающегося элемента для вращения вокруг вала-шестерни таким образом, чтобы приводной конец толкал контактный конец.
В схематическом варианте осуществления механизма сцепления по настоящему изобретению обеспечивающее однонаправленную передачу, передающее соединение между передаточным валом и концом для контактного взаимодействия реализовано посредством кулачковой муфты.
В другом схематическом варианте осуществления механизма сцепления по настоящему изобретению передаточный вал содержит соединительную пластину, прикрепленную к его внутренней периферийной поверхности, при этом зафиксированный конец присоединен к соединительной пластине.
В еще одном схематическом варианте осуществления механизма сцепления по настоящему изобретению восстанавливающий элемент представляет собой пружину с одним концом, опирающимся на соединительную пластину передаточного вала, и другим концом, опирающимся на выходной вал.
В еще одном схематическом варианте осуществления механизма сцепления по настоящему изобретению зацепляющийся конец представляет собой коническое зубчатое колесо, выполненное с возможностью зацепления с передающим зубчатым колесом.
В еще один схематический вариант осуществления механизма сцепления по настоящему изобретению также включены: ограничитель, имеющий ограничивающий конец, при этом передающий конец выполнен с возможностью опирания на ограничивающий конец, и возвратную пружину с одним концом, соединенным с ограничителем, и другим концом, соединенным с передающим концом, при этом восстанавливающая сила, создаваемая возвратной пружиной, стремится удерживать передающий конец у ограничивающего конца.
В еще один схематический вариант осуществления механизма сцепления по настоящему изобретению также включены промежуточный вал-шестерня и промежуточное зубчатое колесо, через которое проходит промежуточный вал-шестерня, при этом промежуточное зубчатое колесо находится в передающем соединении с валом-шестерней, и зубчатая часть промежуточного вала-шестерни находится в передающем соединении с приводным зубчатым колесом.
В еще одном схематическом варианте осуществления механизма сцепления по настоящему изобретению приводная часть представляет собой цилиндрический выступ.
В соответствии с настоящим изобретением также разработан выключатель с газовой изоляцией, содержащий источник двигательной энергии, устройство накопления энергии и механизм сцепления, подобный описанному выше, при этом передаточный вал соединен с источником двигательной энергии и приводное зубчатое колесо соединено с устройством накопления энергии.
ОПИСАНИЕ СОПРОВОЖДАЮЩИХ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сопровождающие чертежи ниже просто схематически иллюстрируют и разъясняют настоящее изобретение, не ограничивая его объем.
Фиг. 1 представляет собой конструктивную схему, иллюстрирующую схематический вариант осуществления механизма сцепления, предназначенного для устройства накопления энергии.
Фиг. 2-4 иллюстрируют процесс функционирования механизма сцепления, предназначенного для устройства накопления энергии.
Фиг. 5 представляет собой конструктивную схему, иллюстрирующую другой схематический вариант осуществления механизма сцепления, предназначенного для устройства накопления энергии.
РАЗЪЯСНЕНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
10
передаточный вал
12
выходной вал
14
пружина
16
соединительная пластина
20
соединительный элемент
22
конец для контактного взаимодействия
24
зацепляющийся конец
30
толкатель
32
контактный конец
34
зафиксированный конец
40
вал-шестерня
42
передающее зубчатое колесо
50
вращающийся элемент
52
передающий конец
54
приводной конец
60
приводное зубчатое колесо
62
приводная часть
70
ограничитель
72
ограничивающий конец
80
возвратная пружина
90
промежуточный вал-шестерня
92
промежуточное зубчатое колесо
94
зубчатая часть
КОНКРЕТНЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения разъяснены далее со ссылкой на сопровождающие чертежи для обеспечения более ясного понимания технических признаков, цели и эффектов от настоящего изобретения. На чертежах идентичные ссылочные позиции обозначают идентичные компоненты.
В данном тексте термин «схематический» означает «служащий в качестве реального экземпляра, примера или иллюстрации». Никакой чертеж или вариант осуществления, описанный как «схематический» в данном документе, не следует рассматривать как более предпочтительное или более эффективное техническое решение.
Таким образом, чертежи могут показаться не имеющими лишних деталей, при этом на чертежах схематически показаны только те компоненты, которые имеют отношение к настоящему изобретению, но данные компоненты никоим образом не показывают реальной конструкции по изобретению как изделия. Кроме того, для того чтобы сделать чертежи не перегруженными лишними деталями и легкими для понимания, в случае компонентов с одинаковой конструкцией или функцией на некоторых чертежах только один из них начерчен схематически или только один из них обозначен ссылочной позицией.
В данном тексте «один» не только означает «только данный один», но также может означать «более одного».
В данном тексте термин «передающее соединение» означает, что один компонент передает свое вращение или поступательное движение другому компоненту. Кроме того, термин «передающее соединение» может означать прямой контакт между двумя компонентами при передаче движения между ними, или прямой контакт между двумя компонентами может отсутствовать, при этом движение передается непрямым образом посредством другого компонента.
Фиг. 1 представляет собой конструктивную схему, иллюстрирующую схематический вариант осуществления механизма сцепления, предназначенного для устройства накопления энергии в выключателе с газовой изоляцией. Как показано на фиг. 1, механизм сцепления, предназначенный для устройства накопления энергии, содержит передаточный вал 20, соединительный элемент 20, толкатель 30, вал-шестерню 40, вращающийся элемент 50, восстанавливающий элемент 14 и приводное зубчатое колесо 60.
Передаточный вал 10 соединен с выходным валом 12 источника двигательной энергии; источник двигательной энергии может представлять собой, например, электродвигатель, и выходной вал может представлять собой выходной вал электродвигателя. Передаточный вал 10 может приводиться в движение выходным валом 12 для вращения синхронно с ним.
Соединительный элемент 20 имеет конец 22 для контактного взаимодействия и зацепляющийся конец 24. Конец 22 для контактного взаимодействия может находиться в обеспечивающем однонаправленную передачу, передающем соединении с передаточным валом 10, так что передаточный вал 10 может приводить соединительный элемент 20 в однонаправленное вращение. Передающее соединение, обеспечивающее однонаправленную передачу, может быть реализовано посредством кулачковой муфты, как показано на фиг. 1, но также могут быть использованы другие конструкции. Однонаправленная передача означает, что передаточный вал 10 может приводить соединительный элемент 20 во вращение только в одном фиксированном направлении; при изменении направления вращения передаточного вала 10 соединительный элемент 20 не будет вращаться вместе с передаточным валом 10.
Толкатель 30 проходит через соединительный элемент 20 и имеет контактный конец 32 и зафиксированный конец 34. Зафиксированный конец 34 прикреплен к передаточному валу 10. Как показано на фиг. 1 и 4, передаточный вал 10 содержит соединительную пластину 16, прикрепленную к его внутренней периферийной поверхности, и зафиксированный конец 34 присоединен к соединительной пластине 16. Толкатель 30 может перемещаться относительно соединительного элемента 20 в направлении входа в контактное взаимодействие/выхода из контактного взаимодействия, показанном стрелкой на фиг. 1. Когда толкатель 30 перемещается в направлении сцепления, показанном стрелкой на фиг. 1, передаточный вал 10 выходит из контактного взаимодействия с концом 22 для контактного взаимодействия; передаточный вал 10 может продолжать вращаться будучи приводимым в движение посредством выходного вала 12, но не может приводить соединительный элемент 20 во вращение. Во время процесса включения/выключения механизма сцепления, предназначенного для устройства накопления энергии, передаточный вал 10 перемещается в его аксиальном направлении относительно механизма 20 сцепления, в то время как соединительный элемент 20 остается в фиксированном положении в его аксиальном направлении.
Вал-шестерня 40 содержит передающее зубчатое колесо 42, которое может находиться в передающем соединении с зацепляющимся концом 24. Передающее зубчатое колесо 42 входит в зацепление с зацепляющимся концом 24 так, что соединительный элемент 20 может приводить передающее зубчатое колесо 42 во вращение. В схематическом варианте осуществления механизма сцепления, предназначенного для устройства накопления энергии, зацепляющийся конец 24 представляет собой коническое зубчатое колесо. Использование конического зубчатого колеса делает направление оси вращения соединительного элемента 20 перпендикулярным к направлению оси вращения передающего зубчатого колеса 42.
Вращающийся элемент 50 соединен с осью вращающегося вала вала-шестерни 40; кроме того, вращающийся элемент 50 окружает вал-шестерню 40 с возможностью вращения и может вращаться относительно оси вала-шестерни 40. Вращающийся элемент 50 имеет передающий конец 52 и приводной конец 54. Когда вращающийся элемент 50 вращается относительно оси передающего зубчатого колеса 42, приводной конец 54 может толкать контактный конец 32, находящийся в контакте с ним, и посредством контактного конца 32 толкать толкатель 30 для перемещения в направлении входа в контактное взаимодействие/выхода из контактного взаимодействия, показанном стрелкой на фиг. 1.
Как показано на фиг. 1 и 2, восстанавливающий элемент 14 представляет собой пружину с одним концом, опирающимся на соединительную пластину 16 передаточного вала 10, и другим концом, опирающимся на выходной вал 12. Восстанавливающая сила, создаваемая пружиной, стремится удержать передаточный вал 10 в передающем соединении с концом 22 для контактного взаимодействия. Направление восстанавливающей силы противоположно направлению входа в контактное взаимодействие/выхода из контактного взаимодействия, показанному стрелкой на фиг. 1. Когда приводной конец 54 разрывает контакт с контактным концом 32 и энергия, накопленная в устройстве накопления энергии, высвобождается, передаточный вал 10 может повторно установить передающее соединение с концом 22 для контактного взаимодействия под действием восстанавливающей силы и передаточный вал 10 приводит соединительный элемент 20 во вращение. Восстанавливающий элемент 14 может представлять собой не только пружину, но также другой компонент, способный создавать соответствующую восстанавливающую силу, например компонент, выполненный из упругого материал. Приводное зубчатое колесо 60 может находиться в передающем соединении с валом-шестерней 40. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, передающее соединение между приводным зубчатым колесом 60 и валом-шестерней 40 осуществлено посредством внешнего зацепления. Приводное зубчатое колесо 60 выполнено с приводной частью 62 в направлении вдоль окружности. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, приводная часть 62 представляет собой цилиндрический выступ. Во время вращения приводного зубчатого колеса 60 приводная часть 62 может контактировать с передающим концом 52; когда приводная часть 62 контактирует с передающим концом 52, приводная часть 62 может толкать вращающийся элемент 50 для его вращения вокруг вала-шестерни 40, так что приводной конец 54 толкает контактный конец 32. Конструкция, описанная выше, приводит к получению механизма сцепления по настоящему изобретению, имеющего малый момент передачи и высокую надежность при низких затратах.
Фиг. 2-4 иллюстрируют процесс функционирования механизма сцепления, предназначенного для устройства накопления энергии. Как показано на фиг. 2, передаточный вал 10 приводит соединительный элемент 20 во вращение. Соединительный элемент 20 приводит передающее зубчатое колесо 42 во вращение. Передающее зубчатое колесо 42 приводит приводное зубчатое колесо 60 во вращение (например, в направлении против часовой стрелки) для выполнения процесса накопления энергии в устройстве накопления энергии. Вращение приводного зубчатого колеса 60 также вызывает вращение приводной части 62 по направлению к передающему концу 52; в тот момент, который показан на фиг. 2, приводная часть 62 еще не вошла в контакт с передающим концом 52.
Приводное зубчатое колесо 60 обеспечивает продолжение вращения приводной части 62 по направлению к передающему концу 52. Как показано на фиг. 3, приводная часть 62 входит в контакт с передающим концом 52, и вращение приводного зубчатого колеса 60 передается вращающемуся элементу 50 посредством приводной части 62 так, что вращающийся элемент 50 вращается в направлении по часовой стрелке относительно оси передающего зубчатого колеса 42, и приводной конец 54 начинает контактировать с контактным концом 32. В этот момент передаточный вал 10 приводит соединительный элемент 20 во вращение. Соединительный элемент 20 приводит передающее зубчатое колесо 42 во вращение. Передающее зубчатое колесо 42 приводит приводное зубчатое колесо 60 во вращение в направлении против часовой стрелки, и процесс накопления энергии в устройстве накопления энергии продолжается.
Как показано на фиг. 4, вращение приводного зубчатого колеса 60 передается вращающемуся элементу 50 посредством приводной части 62. После входа в контакт с контактным концом 32 приводной конец 54 начинает толкать контактный конец 32 в направлении входа в контактное взаимодействие/выхода из контактного взаимодействия, показанном стрелкой на фиг. 4, в результате чего вращение вращающегося элемента 50 преобразуется в поступательное движение толкателя 30 в направлении входа в контактное взаимодействие/выхода из контактного взаимодействия, показанном стрелкой на фиг. 4. Поступательное движение толкателя 30 в направлении входа в контактное взаимодействие/выхода из контактного взаимодействия, показанном стрелкой на фиг. 4, вызывает толкание передаточного вала 10, так что передаточный вал 10 перемещается в направлении входа в контактное взаимодействие/выхода из контактного взаимодействия, показанном стрелкой на фиг. 4, и, таким образом, выходит из контактного взаимодействия с концом 22, предназначенным для контактного взаимодействия. Как только передаточный вал 10 выйдет из контактного взаимодействия с концом 22, предназначенным для контактного взаимодействия, передача вращения передаточного вала 10 соединительному элементу 20 станет невозможной, так что передающее зубчатое колесо 42 и приводное зубчатое колесо 60 прекращают вращаться и процесс накопления энергии в устройстве накопления энергии заканчивается. Когда выключатель с газовой изоляцией включают для размыкания цепи подачи электропитания, энергия, накопленная в устройстве накопления энергии, высвобождается и приводное зубчатое колесо 60 продолжает вращаться в направлении против часовой стрелки; когда приводной конец 54 разрывает контакт с контактным концом 32, восстанавливающая сила, создаваемая восстанавливающим элементом (например, пружиной), обеспечивает повторное установление передающего соединения между передаточным валом 10 и концом 22 для контактного взаимодействия, так что выходной крутящий момент на выходном валу 12 снова передается приводному зубчатому колесу 60.
Фиг. 5 представляет собой конструктивную схему, иллюстрирующую другой схематический вариант осуществления механизма сцепления, предназначенного для устройства накопления энергии. Как показано на фиг. 5, механизм сцепления содержит ограничитель 70 и возвратную пружину 80. Ограничитель 70 имеет ограничивающий конец 72. Один конец возвратной пружины 80 соединен с ограничителем 70, в то время как другой конец возвратной пружины 80 соединен с передающим концом 52. Восстанавливающая сила упругости, создаваемая возвратной пружиной 80, стремится удерживать передающий конец 52 у ограничивающего конца 72. Когда приводная часть 62 не находится в контакте с передающим концом 52, передающий конец 52 может опираться на ограничивающий конец 72 под действием восстанавливающей силы упругости, создаваемой возвратной пружиной 80. Когда приводная часть 62 приводит вращающийся элемент 50 во вращение, возвратная пружина 80 растягивается.
Как показано на фиг. 5, в схематическом варианте осуществления механизма сцепления, предназначенного для устройства накопления энергии, механизм сцепления содержит промежуточный вал-шестерню 90. Промежуточный вал-шестерня 90 предусмотрен с промежуточным зубчатым колесом 92, через которое проходит промежуточный вал-шестерня 90, и с зубчатой частью 94. Промежуточное зубчатое колесо 92 находится в зацеплении с валом-шестерней 40, и зубчатая часть 94 находится в зацеплении с приводным зубчатым колесом 60. Как промежуточное зубчатое колесо 92, так и зубчатая часть 94 представляют собой прямозубые цилиндрические зубчатые колеса и находятся во внешнем зацеплении соответственно с валом-шестерней 40 и приводным зубчатым колесом 60. Обгонная муфта (не показанная) предусмотрена между промежуточным зубчатым колесом 92 и зубчатой частью 94; во время процесса высвобождения энергии, накопленной в устройстве накопления энергии, приводное зубчатое колесо 60 вращается с высокой скоростью и приводит во вращение только зубчатую часть 94 без какого-либо вращения какого-либо другого зубчатого колеса.
В соответствии с настоящим изобретением также разработан выключатель с газовой изоляцией, содержащий источник двигательной энергии, устройство накопления энергии и механизм сцепления, подобный описанному выше, при этом передаточный вал 10 соединен с источником двигательной энергии, и приводное зубчатое колесо 60 соединено с устройством накопления энергии.
Следует понимать, что, несмотря на то, что настоящее изобретение описано на основе различных вариантов осуществления в данном документе, далеко не всегда каждый вариант осуществления содержит только одно независимое техническое решение; подобный способ представления выбран в данном документе только для ясности. Специалисты в данной области техники должны рассматривать описание во всей его полноте. Технические решения в различных вариантах осуществления также могут быть скомбинированы соответствующим образом для образования других вариантов осуществления, которые могут быть понятны специалистам в данной области техники.
Ряд подробных разъяснений, приведенных выше, представляет собой просто определенные разъяснения реальных вариантов осуществления настоящего изобретения и не предназначен для ограничения объема его охраны. Все эквивалентные варианты осуществления или изменения, выполненные без отхода от сущности настоящего изобретения, такие как комбинации, разделения или повторения признаков, должны быть включены в объем охраны настоящего изобретения.