МЕХАНИЗМ СЦЕПЛЕНИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВА АККУМУЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГИИ И РАЗМЫКАТЕЛЬ ЦЕПИ С ГАЗОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ ДЛЯ НЕГО
CLUTCH MECHANISM FOR ENERGY BATTERY DEVICE AND CHAIN LOCKER WITH GAS INSULATION FOR IT

Область техники
Настоящее изобретение относится к механизму сцепления, в частности к механизму сцепления для устройства аккумулирования энергии. Кроме того, настоящее изобретение также относится к размыкателю цепи с газовой изоляцией, использующему такой механизм сцепления.
Уровень техники
Многие типы устройств аккумулирования энергии должны работать во взаимодействии с механизмом сцепления для того, чтобы аккумулировать энергию и высвобождать энергию, когда требуется. Эти устройства аккумулирования энергии, например, могут быть основаны на пружинах, чтобы аккумулировать потенциальную энергию, и когда аккумулирование энергии завершено, механизм сцепления может быть переведен в разблокированное состояние для высвобождения энергии.
Многие существующие размыкатели цепи с газовой изоляцией для передачи высоковольтной мощности используют устройство аккумулирования энергии и механизм сцепления, взаимодействующий с ним; в заблокированном состоянии механизм сцепления позволяет устройству аккумулирования энергии аккумулировать и сохранять энергию. Когда механизм сцепления находится в разблокированном состоянии, устройство движущей силы отделяется механически от устройства аккумулирования энергии, тем самым позволяя энергии, накопленной в устройстве аккумулирования энергии, высвобождаться, так что потенциальная энергия, сохраненная в устройстве аккумулирования энергии, преобразуется в кинетическую энергию для приведения в действие исполнительного механизма в размыкателе цепи с газовой изоляцией, чтобы размыкать или замыкать цепь, в которую подсоединен размыкатель цепи с газовой изоляцией. Существующий тип механизма сцепления имеет форму храпового механизма, в котором храповое колесо и собачка взаимодействуют друг с другом; в заблокированном состоянии храповое колесо может вращаться только в одном направлении, когда энергия аккумулируется, так что аккумулированная энергия не будет потеряна. Когда аккумулирование энергии устройством аккумулирования энергии завешено, собачка будет достигать механического разделения устройства движущей силы от устройства аккумулирования энергии с дугообразной поверхностью на храповом колесе, и высвобождать энергию, когда это необходимо.
Патентный документ Южной Кореи KR100841649B1 раскрывает токосъемник распределительного шкафа для распределения мощности среднего напряжения, в котором механизм сцепления используется для того, чтобы переключаться между двумя различными режимами работы, а именно управления токосъемником вручную или с помощью электричества. Механизм сцепления содержит ведущую шестерню, ведомую шестерню и ходовой винт, при этом переключающий блок может передавать крутящий момент ведомой шестерни на ходовой винт или отключать передачу крутящего момента ведомого зубчатого на ходовой винт. Переключающий блок содержит тягу управления сцеплением, предусмотренную в отверстии для вставки рукоятки, шаровой элемент сцепления, предусмотренный в отверстии для вставки шарового элемента, и упругий компонент.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение обеспечивает механизм сцепления для устройства аккумулирования энергии, содержащий нагрузочную шестерню, ведущую шестерню, однонаправленный подшипник, вкладыш и вал-шестерню, содержащую шестереночную часть и часть сцепления, при этом нагрузочная шестерня соединена соосно с вкладышем через однонаправленный подшипник с возможностью вращения в одном направлении, вкладыш соединен соосно с частью сцепления с возможностью ращения в двух направлениях, и ведущая шестерня внешним образом сцеплена с шестереночной частью. Вал-шестерня содержит множество цилиндров и толкатель и упругий элемент, расположенные в полости вала-шестерни, при этом часть сцепления имеет множество отверстий, соответствующих цилиндрам, причем цилиндры размещены в отверстиях. На стыке шестереночной части и части сцепления имеется соединительное отверстие вала-шестерни. Поворотная втулка имеет два отверстия скольжения поворотной втулки, которые проходят по спирали в осевом направлении, и имеет множество втулочных пазов, соответствующих цилиндрам, причем два отверстия скольжения поворотной втулки являются центрально-симметричными относительно оси поворотной втулки, и внутренняя стенка вкладыша имеет множество пазов вкладыша, соответствующих цилиндрам. Толкатель содержит отверстие скольжения толкателя и соединительное отверстие толкателя и может скользить в осевом направлении, при этом один конец толкателя проходит через поворотную втулку и прижимает упругий элемент, и толкатель соединен с валом-шестерней посредством направляющего штифта, который проходит через отверстие скольжения и соединительное отверстие вала-шестерни, и соединен с поворотной втулкой посредством другого направляющего штифта, который проходит через соединительное отверстие толкателя и два отверстия скольжения поворотной втулки. Прижимной блок закреплен на ведущей шестерне, причем прижимной блок способен контактировать с другим концом толкателя и толкать толкатель, чтобы скользить вдоль оси. Когда прижимной блок толкает толкатель, цилиндры высвобождаются, чтобы разблокировать вкладыш от вала-шестерни. Когда прижимной блок отходит от толкателя, цилиндры зажимаются между поворотной втулкой и вкладышем так, чтобы зафиксировать вкладыш на валу-шестерне. Механизм сцепления настоящего изобретения обеспечивает простое и надежное механическое разделение устройства движущей силы и устройства аккумулирования энергии, как только аккумулирование энергии завершено, при относительно низкой стоимости.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения, вкладыш соединен соосно с частью сцепления через шарикоподшипник с глубокими дорожками качения или игольчатый роликовый подшипник с возможностью вращения в двух направлениях.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, упругий элемент представляет собой пружину.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, прижимной блок содержит наклонную поверхность, способную контактировать с толкателем. Наклонная поверхность способствует плавному контакту между прижимным блоком и толкателем.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, цилиндры удерживаются во множестве соответствующих отверстий упорами. Упоры могут препятствовать осевому перемещению цилиндров в отверстиях вала-шестерни.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, форма пазов вкладыша адаптирована к форме цилиндров. Выполнение формы пазов вкладыша адаптированной к форме цилиндров обеспечивает возможность достижения лучшего эффекта сцепления.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения имеется один упомянутый шарикоподшипник с глубокими дорожками качения или игольчатый роликовый подшипник на каждом из двух концов вкладыша в осевом направлении, при этом цилиндры расположены между шарикоподшипниками с глубокими дорожками качения или игольчатыми роликовыми подшипниками в осевом направлении. Обеспечение подшипника на каждом из двух концов помогает обеспечить соосность между валом-шестерней и вкладышем.
Настоящее изобретение также относится к размыкателю цепи с газовой изоляцией, содержащему устройство движущей силы, исполнительное устройство, устройство аккумулирования энергии и механизм сцепления по любому из предыдущих пунктов, при этом нагрузочная шестерня соединена с устройством движущей силы, ведущая шестерня соединена с устройством аккумулирования энергии, и вал-шестерня соединена с исполнительным устройством. Размыкатель цепи с газовой изоляцией, соответствующий настоящему изобретению, обеспечивает простое и надежное механическое разделение устройства движущей силы и устройства аккумулирования энергии после того, как аккумулирование энергии завершено, при относительно низкой стоимости.
Предпочтительные варианты осуществления поясняются ниже легко понятным способом со ссылкой на прилагаемые чертежи, чтобы дополнительно проиллюстрировать вышеуказанные характеристики, технические признаки и преимущества настоящего изобретения, а также способы, которыми оно может быть реализовано.
Описание прилагаемых чертежей
Прилагаемые чертежи, перечисленные ниже, предназначены только для схематичной иллюстрации и объяснения настоящего изобретения, но не для определения его объема.
Фиг. 1 схематично изображает вид в перспективе механизма сцепления согласно настоящему изобретению после того, как устройство аккумулирования энергии было разблокировано;
Фиг. 2 схематично показывает вид в перспективе механизма сцепления согласно настоящему изобретению в момент разблокирования устройства аккумулирования энергии или когда аккумулирование энергии завершено;
Фиг. 3 схематично показывает вид в перспективе нагрузочной шестерни и вала–шестерни, соединенных друг с другом;
Фиг. 4 схематично показывает вид осевого сечения и вид В-В радиального сечения нагрузочной шестерни и вала-шестерни по фиг. 3 в заблокированном состоянии согласно фиг. 1;
Фиг. 5 схематично показывает вид осевого сечения и вид В-В радиального сечения нагрузочной шестерни и вала-шестерни по фиг. 3 в разблокированном состоянии согласно фиг. 2;
Фиг. 6 схематично показывает вид в перспективе толкателя, поворотной втулки и вкладыша согласно фиг. 3;
Фиг. 7 схематично показывает вид в перспективе толкателя, поворотной втулки, направляющего штифта и цилиндра после сборки;
Фиг. 8 схематично изображает вид в перспективе вала-шестерни;
Фиг. 9 схематично показывает прижимной блок с наклонной поверхностью;
Фиг. 10 схематично показывает вид в сечении другого варианта осуществления настоящего изобретения.
Обозначение ссылочных позиций
21 толкатель
25 нагрузочная шестерня
211 отверстие скольжения толкателя
212 соединительное отверстие толкателя
22 ведущая шестерня
26 прижимной блок
23 однонаправленный подшипник
261 наклонная поверхность
24 вал-шестерня
27 цилиндр
241 шестереночная часть
242 часть сцепления
243 соединительное отверстие вала-шестерни
244 отверстие
28 вкладыш
20 упругий элемент
29 игольчатый роликовый подшипник
31 поворотная втулка
311, 312 отверстие скольжения поворотной втулки
313 втулочный паз
32, 33 направляющий штифт
271, 272 упор
281 паз вкладыша
Конкретные варианты осуществления
Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, чтобы обеспечить более четкое понимание технических признаков, предмета и эффектов настоящего изобретения. На чертежах идентичные ссылочные позиции указывают одинаковые компоненты или компоненты с аналогичными структурами, но с той же функцией; в случае компонентов с той же структурой или функцией, только один из них схематично представлен или только один из них обозначен. Для ясного представления чертежей только компоненты, релевантные для настоящего изобретения, показаны схематично, но они никоим образом не представляют фактическую структуру изобретения как продукта. В этом тексте “соединение” означает прямое “соединение” или “соединение” через третий компонент.
Как показано на фиг. 1-5, механизм сцепления устройства аккумулирования энергии включает в себя нагрузочную шестерню 25, ведущую шестерню 22, однонаправленный подшипник 23, вкладыш 28 и вал-шестерню 24, содержащую шестереночную часть 241 и часть 242 сцепления, причем нагрузочная шестерня 25 соединена соосно с вкладышем 28 через однонаправленный подшипник 23 с возможностью вращения в одном направлении, в то время как вкладыш 28 соединен соосно с частью 242 сцепления с возможностью вращения в двух направлениях. Ведущая шестерня 22 внешним образом зацеплена с шестереночной частью 241. Вал-шестерня 24 содержит множество цилиндров 27, и толкатель 21, и упругий элемент 20, расположенные в полости вала-шестерни 24, при этом часть 242 сцепления имеет множество отверстий 244, соответствующих цилиндрам 27, причем цилиндры 27 находятся в отверстиях 244. Предпочтительно, цилиндры 27 удерживаются в соответствующих отверстиях 244 упорами, чтобы предотвратить осевое перемещение цилиндров 27 в отверстиях 244 вала-шестерни 24, при этом в одном варианте осуществления настоящего изобретения, который показан на фиг. 1-9, шпонки 272, которые сопрягаются с цилиндрами 27, используются для ограничения положения цилиндров 27 в отверстиях 244, тогда как в другом варианте осуществления настоящего изобретения, который показан на фиг. 10, стопорные кольца 271 используются для ограничения положения цилиндров 27 в отверстиях 244. На стыке шестереночной части 241 и части 242 сцепления имеется соединительное отверстие 243 вала-шестерни, как показано на фиг. 8, например два соединительных отверстия 243 вала-шестерни, которые симметричны вдоль оси, как показано на фиг. 4 и 5. В настоящем изобретении термин “стык” шестереночной части 241 и части 242 сцепления относится не только к граничной линии между ними обеими, но также включает в себя положения, близкие к граничной линии. Специалистам в данной области техники будет понятно, что количество цилиндров 27 может быть увеличено или уменьшено в соответствии с требованиями и не ограничивается пятью, как в вариантах осуществления, показанных на чертежах, до тех пор, пока количество может соответствовать требованиям проектирования. В настоящем изобретении “осевое направление” и “радиальное направление” относятся к направлениям каждого компонента по отношению к оси вала-шестерни 24 после того, как сборка механизма сцепления завершена.
Поворотная втулка 31 имеет два отверстия 311 и 312 скольжения поворотной втулки, которые проходят по спирали в осевом направлении, а также имеет множество прорезей 313 втулки, соответствующих цилиндрам 27. Внутренняя стенка вкладыша 28 имеет множество прорезей 281 вкладыша, соответствующих цилиндрам 27, причем прорези 281 вкладыша предпочтительно имеют форму, адаптированную к форме цилиндров 27; например, как показано на фиг. 4 и 5, прорези 281 вкладыша имеют ту же кривизну, что и у цилиндров 27, чтобы достичь лучшего эффекта сцепления. Как показано на фиг. 6 и 7, два отверстия 311 и 312 скольжения поворотной втулки являются центрально-симметричными относительно оси поворотной втулки 31. Толкатель 21 содержит отверстие 211 скольжения толкателя и соединительное отверстие 212 толкателя и может скользить в осевом направлении, при этом один конец толкателя 21 проходит через поворотную втулку 31 и нажимает на упругий элемент 20. Толкатель 21 соединен с валом-шестерней 24 посредством направляющего штифта 33, который проходит через отверстие 211 скольжения толкателя и соединительное отверстие 243 вала-шестерни и соединен с поворотной втулкой 31 с помощью направляющего штифта 32, который проходит через соединительное отверстие 212 толкателя и два отверстия 311 и 312 скольжения поворотной втулки. Прижимной блок 26 крепится к ведущей шестерне 22, причем прижимной блок 26 способен контактировать с другим концом толкателя 21 и толкать толкатель 21, чтобы скользить в осевом направлении.
Центрально-симметричные отверстия 311 и 312 скольжения поворотной втулки гарантируют, что поворотная втулка 31 будет поворачиваться, когда направляющий штифт 32 перемещается в осевом направлении по прямой линии, так чтобы поднимать цилиндры 27 и зажимать их между поворотной втулкой 31 и вкладышем 28, как показано на виде В-В в сечении на фиг. 4, или перемещать цилиндры 27 в прорези 313 втулки, чтобы разблокировать поворотную втулку 31 от вкладыша 28, как показано на виде В-В в сечении на фиг. 5. Когда прижимной блок 26 отходит от толкателя 21, направляющий штифт 32, соединенный с толкателем 21, скользит в осевом направлении, толкаемый упругим элементом 20; в связи с отверстием 211 скольжения толкателя, толкатель 21 ограничен направляющим штифтом 33, соединенным с валом-шестерней 24, и поэтому не может вращаться относительно вала-шестерни 24, поэтому направляющий штифт 32 тоже может двигаться только по прямой линии. В это время два спирально проходящих отверстия 311 скольжения поворотной втулки будут поворачиваться, когда направляющий штифт 32 перемещается по прямой линии, перемещая цилиндры 27 наружу в радиальном направлении, чтобы зажиматься между поворотной втулкой 31 и вкладышем 28, до тех пор, пока направляющий штифт 33 не достигнет одного предельного положения отверстия 211 скольжения толкателя, как показано на фиг. 4, в этот момент поворотная втулка 31 больше не может вращаться относительно толкателя 21, так что вкладыш 28 и вал-шестерня 24 также не могут вращаться относительно друг друга и поэтому заблокированы вместе. Когда прижимной узел 26 толкает толкатель 21, направляющий штифт 32, соединенный с толкателем 21, перемещается в осевом направлении по прямой линии, толкаемый прижимным блоком 26, так что поворотная втулка 31 вращается в направлении, противоположном направлению, когда прижимной блок 26 отходит от толкателя 21, тем самым вызывая то, что цилиндры 27 размыкают контакт с вкладышем 28 и входят в пазы 313 втулки до тех пор, пока направляющий штифт 33 не достигнет другого предельного положения отверстия 211 скольжения толкателя, как показано на фиг. 5, после чего поворотная втулка 31 больше не может вращаться относительно толкателя 21. В это время поворотная втулка 31 и вкладыш 28 могут вращаться относительно друг друга, так что вкладыш 28 и вал-шестерня 24 также могут вращаться относительно друг друга и таким образом будут разблокированы друг от друга.
Специалистам в данной области будет также понятно, что передаточное отношение между ведущей шестерней 22 и шестереночной частью 241 может быть выбрано в соответствии с фактическими параметрами различных видов устройства движущей силы, исполнительного устройства и устройства аккумулирования энергии, в то время как длина спирально проходящих отверстий 311 и 312 скольжения поворотной втулки, а также их кривизна могут быть определены в соответствии с разнесением пазов 313 втулки в поворотной втулке 31. Специалистам в данной области будет также понятно, что хотя вкладыш 28 соединен соосно с частью 242 сцепления посредством шарикоподшипника с глубокими дорожками качения или игольчатого роликового подшипника 29 с возможностью вращения в двух направлениях в варианте осуществления, показанном на фиг. 1-9, вкладыш 28 может быть также соединен непосредственно без подшипника или с помощью подшипника скольжения; также возможно иметь шарикоподшипник с глубокими дорожками качения или игольчатый роликовый подшипник 29 на каждом из двух концов вкладыша 28 в осевом направлении, как в варианте осуществления, показанном на фиг. 10, с цилиндрами 27, расположенными между двумя шарикоподшипниками с глубокими дорожками качения или игольчатыми роликовыми подшипниками 29 в осевом направлении. Обеспечение подшипника на каждом из двух концов помогает обеспечить соосность между валом-шестерней и вкладышем. Нагрузочная шестерня 25, показанная на чертежах, соединена соосно с одним вкладышем 28 с помощью однонаправленного подшипника 23 с возможностью вращения в одном направлении. Упругий элемент 20 предпочтительно представляет собой пружину, но также может быть другим элементом, способным сцепляться с толкателем 21 и нажимать на него. Как видно из фиг. 9, прижимной блок 26 содержит наклонную поверхность 261, способную контактировать с толкателем 21, чтобы способствовать плавному контакту между прижимным блоком 26 и толкателем 21.
Согласно одному варианту осуществления, который не показан, размыкатель цепи с газовой изоляцией, соответствующий настоящему изобретению, содержит устройство движущей силы, исполнительное устройство, устройство аккумулирования энергии и механизм сцепления, описанный выше, причем нагрузочная шестерня 25 соединена с устройством движущей силы, ведущая шестерня 22 соединена с устройством аккумулирования энергии, и вал-шестерня 24 соединена с исполнительным устройством. Когда энергия, аккумулированная в устройстве аккумулирования энергии, высвобождена, механизм сцепления находится в блокированном положении, показанном на фиг. 1 и 4; упругий элемент 20 входит в зацепление с одним концом толкателя 21 и нажимает толкатель 21, так что толкатель 21 упирается во внутреннюю стенку полости вала-шестерни 24. Во время этого процесса направляющий штифт 32 скользит в осевом направлении. Так как два отверстия 311 и 312 скольжения поворотной втулки 31 проходят по спирали, в то время как направляющий штифт 32 выступает в два отверстия 311 и 312 скольжения поворотной втулки, поворотная втулка 31 будет вращаться вокруг оси, и цилиндры 27 одновременно контактируют с внутренней стороной вкладыша 28 и наружной стороной поворотной втулки 31, как показано на виде В-В в сечении на фиг. 4, тем самым блокируя вкладыш 28 и вал-шестерню 24 вместе, так что относительное вращение между ними невозможно. В это время использование источника движущей силы, такого как электродвигатель, чтобы повернуть нагрузочную шестерню 25, будет поворачивать вал-шестерню 24 синхронно, чтобы преобразовать кинетическую энергию в потенциальную энергию в устройстве аккумулирования энергии, соединенном с ведущей шестерней 22, при этом однонаправленный подшипник 23 гарантирует, что аккумулированная энергия не будет высвобождаться во время нагрузки. В то же время ведущая шестерня 22 также будет вращаться синхронно за счет зацепления с шестереночной частью 241, в то время как прижимной блок 26 также будет вращаться синхронно за счет фиксации на ведущей шестерне 22. Когда аккумулирование энергии завершено, то есть, когда прижимной блок 26 поворачивается в разблокированное положение механизма сцепления, показанное на фиг. 2 и 5, наклонная поверхность 261 будет толкать толкатель 21, так что толкатель 21 давит на упругий элемент 20, как показано на фиг. 5, так что цилиндры 27 входят в прорези 313 втулки в поворотной втулке 31, тем самым вызывая то, что цилиндры 27 размыкают контакт с вкладышем 28, как показано на виде В-В в сечении на фиг. 5, и, в свою очередь, позволяют устройству аккумулирования энергии отделяться механически от нагрузочной шестерни 25. При этом может выполняться операция высвобождения аккумулированной энергии.
Во время высвобождения энергии ведущая шестерня 22 и прижимной блок 26 вращаются синхронно, и ведущая шестерня 22 будет поворачивать вал-шестерню 24. После того как прижимной блок 26, фиксированный на ведущей шестерне 22, повернулся на подходящий угол, прижимной блок 26 будет отходить от толкателя 21, и при этом толкатель 21 будет повторно устанавливаться в соответствующее положение под действием упругого элемента 20. В то же время поворотная втулка 31 будет вращаться, тем самым приводя цилиндры 27 снова в контакт с вкладышем 28. После такой повторной установки вал-шестерня 24 продолжает вращаться и соосно поворачивать однонаправленный подшипник 23, пока вся энергия не будет высвобождена, вызывая в итоге замыкание цепи исполнительного устройства. Специалистам в данной области техники будет понятно, что размеры прижимного блока 26 и положение, в котором он фиксируется на ведущей шестерне 22, могут быть выбраны в соответствии с требованиями параметров проектирования. Механизм сцепления и размыкатель цепи с газовой изоляцией для него в соответствии с настоящим изобретением обеспечивают возможность простого и надежного механического разделения устройства движущей силы и устройства аккумулирования энергии, как только аккумулирование энергии завершено, при относительно низкой стоимости.
Следует понимать, что хотя описание, представленное здесь, основано на различных вариантах осуществления, это ни в коем случае не означает, что каждый вариант осуществления включает в себя только одно независимое техническое решение. Такой способ представления принят здесь только для ясности. Специалистам в данной области техники следует учитывать описание в полном объеме; технические решения различных вариантов осуществления могут также соответствующим образом объединяться для образования других вариантов осуществления, понятных специалистам в данной области.
В этом тексте термин “схематичный” означает “служащий в качестве реального случая, примера или иллюстрации”. Никакой чертеж или вариант осуществления, описанный здесь как “схематичный”, не следует интерпретировать как более предпочтительное или более выгодное техническое решение.
Вышеуказанные варианты осуществления являются просто конкретными схематичными вариантами осуществления настоящего изобретения, которые не предназначены для определения его объема. Любые эквивалентные изменения, дополнения или комбинации, выполненные специалистами в данной области без отступления от концепции и принципов настоящего изобретения, должны входить в его объем защиты.