本發(fā)明涉及高壓隔離/接地三工位開關使用的三工位機構，具體為一種具有DS和ES機械互鎖解鎖功能的單電機三工位機構。

背景技術：

在高壓輸變電系統(tǒng)中，目前普遍采用SF6氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)作為系統(tǒng)操作、系統(tǒng)保護的重要設備。隔離開關(DS)和接地開關(ES)是GIS中的必備單元，起著安全保護的功能。為減小體積、降低成本，現(xiàn)普遍將DS和ES設計在一個氣室內(nèi)，由一臺操動機構分別實現(xiàn)對DS和ES的開斷和關合操作。根據(jù)安全操作要求，DS和ES之間有三種位置狀態(tài)，即：DS合閘、ES分閘位置；DS分閘、ES合閘位置；DS和ES都處于分閘位置。根據(jù)以上要求，所配的三工位操動機構在可進行手動、電動操作的同時必須在操作DS和操作ES之間有完善、可靠的機械閉鎖裝置，以確保不會發(fā)生誤操作?，F(xiàn)有三工位機構是通過在DS側(cè)和ES側(cè)分別設置各自的傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)操作功能的，機構中DS側(cè)和ES側(cè)之間的互鎖是根據(jù)其結(jié)構設計的。當用一套傳動系統(tǒng)同時可操作DS和ES時，就需一種全新的裝置來實現(xiàn)機構中DS側(cè)和ES側(cè)之間的機械互鎖，且應適宜機構小型化、超薄化的結(jié)構布置。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種具有DS和ES機械互鎖解鎖功能的單電機三工位機構，機械互鎖效果好，能夠防止三工位操動機構的DS和ES之間意外誤操作，結(jié)構緊湊，集成度高。

本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種具有DS和ES機械互鎖解鎖功能的單電機三工位機構，包括機構箱，設置在機構箱內(nèi)的嚙合的主動錐齒輪軸和從動錐齒輪，設置在機構箱內(nèi) 的底座和機芯頂板，以及設置在底座和機芯頂板之間的機械互鎖裝置和解鎖裝置；主動錐齒輪軸的輸入端與操作電機連接，從動錐齒輪經(jīng)輸出軸輸出操作動力；所述機械互鎖裝置包括互鎖齒輪和互鎖半軸；互鎖齒輪與輸出軸上設置的直齒輪嚙合；互鎖半軸轉(zhuǎn)動支點設置在底座上；解鎖裝置包括自動解鎖裝置；自動解鎖裝置包括設置在機芯頂板上的解鎖電機及控制解鎖電機停止的位置監(jiān)測微動開關；解鎖電機軸上設置有主動解鎖凸輪，與主動解鎖凸輪配合工作的從動解鎖凸輪與互鎖半軸作固定連接；互鎖半軸轉(zhuǎn)動到鎖定位置時，互鎖齒輪由互鎖半軸限定其繞軸線的旋轉(zhuǎn)自由度，用于實現(xiàn)DS和ES的互鎖狀態(tài)；互鎖半軸轉(zhuǎn)動到兩個解鎖位置的其中一個時，互鎖齒輪由互鎖半軸限定能夠單向轉(zhuǎn)動，用于實現(xiàn)DS的解鎖狀態(tài)或ES的解鎖狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述互鎖齒輪的外緣在與互鎖半軸配合的范圍內(nèi)無齒，無齒部分上設置有U型缺口，U型缺口的兩側(cè)直邊傾斜設置，其延長線通過互鎖齒輪的圓心，U型缺口兩側(cè)的頂部為高出齒頂圓的凸塊，凸塊的頂部呈弧形；凸塊分別沿厚度方向設置有方向相反的凸塊凹臺。

進一步，所述互鎖半軸為階梯軸，軸的中間部分沿軸向相鄰設置有兩個截面為圓缺的弧形缺口，缺口的弧形與互鎖齒輪上U型缺口兩側(cè)凸塊頂部的弧形相一致；兩個弧形缺口的高度與凸塊頂部高度相同；兩個弧形缺口之間的夾角等于互鎖半軸由鎖定位置轉(zhuǎn)動到解鎖位置夾角的兩倍。

進一步，U型缺口內(nèi)通過軸銷鑲嵌有鉸接的導向拐臂；當互鎖齒輪由解鎖狀態(tài)轉(zhuǎn)動到鎖定狀態(tài)時，導向拐臂作用于互鎖半軸由解鎖位置轉(zhuǎn)動到鎖定位置。

再進一步，導向拐臂工作面呈M型輪廓設置，在M型輪廓上兩個突出輪廓的厚度方向分別設置一個凹臺，兩凹臺的厚度和方向與同側(cè)的凸塊凹臺相同；

當互鎖齒輪由解鎖狀態(tài)轉(zhuǎn)動到鎖定狀態(tài)時，導向拐臂上與互鎖半軸接觸 的突出輪廓推動互鎖半軸由解鎖位置轉(zhuǎn)動到鎖定位置；互鎖半軸接觸位置為與對應突出輪廓同高度的弧形缺口處棱邊。

優(yōu)選的，互鎖齒輪和與其配合的直齒輪通過軸承固定支撐在底座和機芯頂板之間。

優(yōu)選的，主動解鎖凸輪設計有三個凸輪面，第一凸輪面為一個完整的齒形輪廓，齒形輪廓兩側(cè)為齒槽，齒槽兩側(cè)是齒形輪廓所在齒輪的基圓圓形輪廓面；第二和第三凸輪面為對稱的凹形弧面，用于轉(zhuǎn)換位置監(jiān)測微動開關的狀態(tài)；

從動解鎖凸輪呈扇形設置，扇形的弧面上設置有兩個完整的齒和分別設置在兩個齒外側(cè)的齒狀缺口，第一凸輪面上的齒形輪廓與兩個齒中間的齒槽嚙合；

當?shù)谝煌馆喢娴凝X形輪廓與扇形弧面上兩個完整的齒完全嚙合時，互鎖半軸處于鎖定位置；第一凸輪面兩側(cè)基圓圓形輪廓面完全進入扇形弧面上齒外側(cè)的齒狀缺口時，互鎖齒輪處于解鎖位置。

優(yōu)選的，解鎖裝置還包括手動解鎖裝置；手動解鎖裝置包括設置在機構箱的箱蓋外側(cè)的手動解鎖手柄；手動解鎖手柄通過聯(lián)軸器與解鎖電機的軸連接，箱蓋上對應手動解鎖手柄的操作檔位設置有解鎖指示銘牌。

優(yōu)選的，互鎖齒輪上還設置有零位監(jiān)測器，同時在DS和ES均為分閘狀態(tài)時在機芯頂板上對應于零位檢測器的檢測位置處設置有零點定位光電開關。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果：

本發(fā)明對三工位機構DS和ES之間的機械互鎖提出了集成化的設計理念，在采用一個動力輸入端即可滿足三工位機構安全、可靠工作的同時，結(jié)構簡單，零部件大幅度減少，并滿足機構小型化、超薄化的結(jié)構布置。通過設置的互鎖齒輪和互鎖半軸完成對DS和ES的互鎖或單獨的解鎖，當機構 中DS和ES中的某一側(cè)接收到電動合閘指令，可按要求自動解鎖并完成后續(xù)合閘動作。功能更加齊全，在很大程度上提高了產(chǎn)品的可靠性和品質(zhì)，外觀更加美觀。

進一步的，互鎖齒輪和互鎖半軸相配合后，可通過互鎖半軸與互鎖齒輪上U型缺口之間的位置來限制互鎖齒輪繞軸線旋轉(zhuǎn)的自由度，實現(xiàn)DS和ES均在分閘位置時動力鎖定的功能。

進一步的，通過設置的導向拐臂，能夠在從解鎖狀態(tài)向互鎖狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，帶動互鎖半軸自動的完成轉(zhuǎn)動，保持DS和ES的始終互鎖。

進一步的，通過設置的手動解鎖裝置，當某一側(cè)需要手動合閘時，也可通過手動解鎖之后完成后續(xù)的合閘動作。

附圖說明

圖1a是本發(fā)明實例中所述機構的結(jié)構示意圖。

圖1b是圖1a的俯視圖。

圖2a是本發(fā)明實例中所述DS和ES均處于分閘位置時機械鎖定狀態(tài)示意圖。

圖2b是圖2a的俯視圖。

圖3a是本發(fā)明實例中所述DS或ES處于非分閘位置時非鎖定狀態(tài)的示意圖。

圖3b是圖3a的俯視圖。

圖4a是本發(fā)明實例中所述DS或ES進入分閘位置后的自動鎖定示意圖。

圖4b是圖4a的俯視圖。

圖5a是本發(fā)明實例中所述DS手動解鎖示意圖。

圖5b是圖5a的俯視圖。

圖6a是本發(fā)明實例中所述裝置的零點定位示意圖。

圖6b是圖6a的俯視圖。

圖中：1、底座；2、從動錐齒輪；3、軸承；4、主動齒輪軸；5、機芯頂板；6、零點定位光電開關；7、互鎖齒輪；8、從動解鎖凸輪；9、手動解鎖手柄；10、箱蓋；11、解鎖指示銘牌；12、導正拐臂；13、銷軸；14、輸出軸；15、聯(lián)軸器；16、位置監(jiān)測微動開關；17、主動解鎖凸輪；18、解鎖電機、19、零位監(jiān)測器；20、機構箱；21、互鎖半軸；22、定位銷。

具體實施方式

下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。

本發(fā)明一種用于DS和ES機械互鎖解鎖的單電機三工位機構，如圖1a和圖1b所示，其中解鎖裝置包括自動解鎖裝置和手動解鎖裝置，設置在機構箱20內(nèi)的動力輸入端的主動錐齒輪軸4是本發(fā)明所述三工位機構的唯一動力輸入端，機械互鎖裝置及自動解鎖裝置設置在底座1和機芯頂板5之間，手動解鎖裝置通過聯(lián)軸器15引出至箱蓋10外側(cè)。

機械互鎖裝置包括互鎖齒輪7和互鎖半軸21，以及對其起固定支撐作用的軸承3?；ユi齒輪7上設置有用于傳動的直齒和用于DS和ES之間機械互鎖的U型缺口，互鎖半軸21為階梯軸，軸的中間部分設置有兩個截面為圓缺的弧形缺口；兩個弧形缺口之間的夾角等于互鎖半軸21由鎖定位置轉(zhuǎn)動到解鎖位置夾角的兩倍；兩個弧形缺口的高度與凸塊頂部高度相同；缺口的弧形與互鎖齒輪7上U型缺口兩側(cè)凸塊頂部的弧形相一致?；ユi齒輪7和互鎖半軸21聯(lián)合后，可通過互鎖半軸21與互鎖齒輪7上U型缺口之間的位置來限制互鎖齒輪7繞軸線旋轉(zhuǎn)的自由度，實現(xiàn)DS和ES均在分閘位置時動力鎖定的功能。

互鎖齒輪7上設置了通過軸銷13連接于其U型缺口內(nèi)的導正拐臂12，導向拐臂12工作面呈M型輪廓設置，在M型輪廓上兩個突出輪廓的厚度 方向分別設置一個凹臺，兩凹臺的厚度和方向與同側(cè)的凸塊凹臺相同；與互鎖半軸21上弧形缺口配合后，當三工位機構從非分閘位置向分閘位置動作時，即DS或ES由合閘狀態(tài)過渡到分閘狀態(tài)時，處于解鎖狀態(tài)的互鎖半軸21在分閘末段受導正拐臂12的作用，將由解鎖狀態(tài)又重新自動進入鎖定狀態(tài)，從而實現(xiàn)分閘位置DES之間始終處于鎖定的狀態(tài)。

互鎖齒輪7上還設置有的零位監(jiān)測器19，機芯頂板5上對應于處于DS和ES均為分閘狀態(tài)時的零位檢測器19設置了零點定位光電開關6，當零位監(jiān)測器19隨互鎖齒輪7一起轉(zhuǎn)動至進入零點定位光電開關6感應范圍內(nèi)時，零點定位光電開關6輸出零位確認信號，確定DS和ES均為分閘狀態(tài)時機構所處的零點位置。

自動解鎖裝置包括設置于機芯頂板5上的解鎖電機18及控制解鎖電機停止的位置監(jiān)測微動開關16，解鎖電機18軸上設置有主動解鎖凸輪17，主動解鎖凸輪17設置有3個凸輪面，其一為一個完整的齒形輪廓，齒兩側(cè)為齒槽，再向兩則是以凸輪圓心為中心，某一半徑的圓形輪廓面。另兩個凸輪面為對稱的凹形弧面，該兩個凸輪面用于切斷位置監(jiān)測微動開關16。與主動解鎖凸輪17配合工作的是裝在互鎖半軸21上的從動解鎖凸輪8，該從動解鎖凸輪8呈扇形，其上設置有兩個完整的齒和兩個因切除一齒而形成的齒狀缺口，扇形的圓心設計有帶鍵槽的圓孔。主動解鎖凸輪17和從動解鎖凸輪8組合后，當解鎖電機18接收到DS或ES合閘指令或進行手動解鎖時，主動解鎖凸輪17按順時針或逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，帶動從動解鎖凸輪8按逆時針或順時針方向旋轉(zhuǎn)唯一確定的角度，從而保證互鎖半軸21可精確轉(zhuǎn)動至解鎖位置，解鎖動作完成后，互鎖半軸21已轉(zhuǎn)動至解鎖位置，其上預設的兩個截面為圓缺的弧形缺口之一可完全避開對互鎖齒輪7沿轉(zhuǎn)動軸線方向旋轉(zhuǎn)的自由度的限制，使得機構按接收到的指令完成后續(xù)動作。

從動解鎖凸輪8呈扇形設置，扇形的圓心設計有帶鍵槽的圓孔。主動解 鎖凸輪17和從動解鎖凸輪8組合后，主動解鎖凸輪17按順時針或逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，帶動從動解鎖凸輪8按逆時針或順時針方向旋轉(zhuǎn)唯一確定的角度，從而保證互鎖半軸21可精確轉(zhuǎn)動至解鎖位置。

手動解鎖裝置是在自動解鎖裝置的基礎上將解鎖電機18的軸通過聯(lián)軸器15與箱蓋10外側(cè)的手動解鎖手柄9相連接，箱蓋10上還設置有解鎖指示銘牌11，手動解鎖手柄9上設置有三個檔位：分別為“DS解鎖”、“DES互鎖”、“ES解鎖”，進入手動操作模式時，操作人員可依照解鎖指示銘牌11的位置指示選擇預期的操作需求，達到DES機械互鎖裝置手動解鎖的目的。

采用本發(fā)明對SF6氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)中三工位機構的DS和ES進行機械互鎖及解鎖。

電機的動力通過主動錐齒輪帶動裝在輸出軸上的從動錐齒輪2轉(zhuǎn)動，與從動錐齒輪2同裝于輸出軸上還有一個直齒輪，與輸出軸平行設置的是裝有互鎖齒輪7的軸，直齒輪與互鎖齒輪7相嚙合。在互鎖齒輪7的另一側(cè)裝有與互鎖齒輪7相配合的互鎖半軸21，互鎖半軸21上加工有兩個角度不同的弧形凹槽，互鎖齒輪7的外緣有一U型缺口，U型缺口兩側(cè)的頂部為高出齒頂?shù)耐箟K，凸塊的頂部呈弧形，凸塊分別沿厚度方向設置有方向相反的凸塊凹臺；U型缺口處裝有導正拐臂12，互鎖齒輪7的凸塊對應的嵌入互鎖半軸21上同高度的弧形缺口中。和互鎖半軸21連接的還有設置在底座1和機芯頂板5之間的解鎖裝置，包括解鎖電機18、傳動凸輪、手動解鎖手柄9。當DS、ES均處于分閘位置時，互鎖半軸21上弧形凹槽所處的角度恰好將互鎖齒輪7任何方向的轉(zhuǎn)動均限制住，進而使機構不能手動操作，在未接到電動操作指令前也不能電動，實現(xiàn)DS、ES間鎖定功能。當機構需要電動操作時，機構的控制系統(tǒng)會使解鎖電機18先于輸入動力的操作電機接收到動作指令，接收到指令的解鎖電機18使互鎖半軸按設定方向旋轉(zhuǎn)至某一確 定的解鎖位置，使互鎖半軸21上兩個角度不同弧形缺口的其中一個完全避開對互鎖齒輪7旋轉(zhuǎn)的限制，使得機構按接收到的指令完成指定動作。當機構需要手動操作時，用手扭動手動解鎖手柄11旋轉(zhuǎn)至所需的檔位，使互鎖半軸21上兩個角度不同弧形凹槽的其中一個完全避開對互鎖齒輪7旋轉(zhuǎn)的限制之后進行手動操作。當機構恢復到分閘位置后互鎖半軸21在互鎖齒輪7上導正拐臂12的作用下又會自動進入鎖定狀態(tài)，從而實現(xiàn)了三工位機構DS、ES機械互鎖及解鎖的功能。

具體的，本發(fā)明單電機三工位機構的DS和ES機械互鎖解鎖裝置的工作位置及功能簡述如下。

DS和ES均處于機械鎖定的分閘位置：如圖2a和圖2b所示，互鎖半軸21穿入互鎖齒輪7的U型缺口中，使得互鎖齒輪7轉(zhuǎn)動完一設定的間隙后，其U型缺口的兩直邊輪廓即與互鎖半軸21接觸，限制其沿轉(zhuǎn)動軸線方向旋轉(zhuǎn)的自由度，實現(xiàn)DES間鎖定的功能；

DS或ES處于非鎖定的非分閘位置：如圖3a和圖3b所示，機構解鎖后已操作至DS合閘位置，其動作過程如下：解鎖電機18按(DS合閘)指令逆時針旋轉(zhuǎn)，設置在其上的主動解鎖凸輪17同步旋轉(zhuǎn)，帶動從動解鎖凸輪8順時針旋轉(zhuǎn)，當主動解鎖凸輪17上以圓心為中心，齒形輪廓的基圓圓形輪廓面完全進入從動解鎖凸輪8上因切除一齒而形成的齒狀缺口時，即使主動解鎖凸輪17繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，從動解鎖凸輪8已不再轉(zhuǎn)動，與其固連的互鎖半軸21也已不再轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)過了某一固定值的角度，互鎖半軸21處于DS解鎖位置，隨即DS合閘指令下達至主動力驅(qū)動元件，動力通過主動齒輪軸4輸入，帶動從動錐齒輪2轉(zhuǎn)動，從而帶動與從動錐齒輪2固連的輸出軸轉(zhuǎn)動，由于輸出軸上加工有與互鎖齒輪7嚙合的齒，從而帶動互鎖齒輪7旋轉(zhuǎn)，直至完成DS合閘動作，ES合閘動作除轉(zhuǎn)向相反外，其余過程與DS合閘動作相同。

DS或ES進入分閘位置的自動鎖定功能：如圖4a和圖4b所示，機構正在進行DS分閘操作，此時互鎖齒輪7的旋向按如圖4b中箭頭方向，鉸接于互鎖齒輪7上的導正拐臂12隨之一起旋轉(zhuǎn)，同時導正拐臂12上的其中一個與互鎖半軸21接觸的突出的輪廓面推動互鎖半軸21上設置的圓缺的弧形缺口的處棱邊，按逆時針方向轉(zhuǎn)動，直至導正拐臂上的弧面輪廓與互鎖半軸上的圓缺處棱邊脫離接觸，此時互鎖半軸又自進入了DES間的機械鎖定狀態(tài)，如圖2a和圖2b所示。

手動解鎖功能：如圖5a和圖5b所示，機構DS已進行手動解鎖，手動解鎖手柄9通過聯(lián)軸器15與解鎖電機18固連，解鎖電機18按逆時針旋轉(zhuǎn)，其后續(xù)解鎖過程同自動解鎖過程。

零點定位功能：如圖6a和圖6b所示，機構機芯頂板5上固定設置了零點定位光電開關6，當零位監(jiān)測器19隨互鎖齒輪7一起轉(zhuǎn)動至進入零點定位光電開關6的感應范圍內(nèi)時，零點定位光電開關6輸出零位確認信號，確定DS、ES均為分閘狀態(tài)時機構所處的零點位置。

本發(fā)明的工作原理簡述如下：

機構進行零點定位，確定DS、ES均為分閘狀態(tài)時機構所處的零點位置，此時，零點定位光電開關發(fā)光，指示該位置為分閘位置并輸出零位確認信號，機構處于待機狀態(tài)。當機構接收到DS或ES合閘指令，解鎖電機按指令旋轉(zhuǎn)，設置在其上的主動解鎖凸輪17同步旋轉(zhuǎn)，帶動從動解鎖凸輪8旋轉(zhuǎn)，當主動解鎖凸輪17上以圓心為中心，某一半徑的圓形輪廓面完全進入從動解鎖凸輪8上因切除一齒而形成的齒狀缺口時，即使主動解鎖凸輪17繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，從動解鎖凸輪8已不再轉(zhuǎn)動，與其固連的互鎖半軸21也已不再轉(zhuǎn)動，此時，轉(zhuǎn)過了固定值角度的互鎖半軸21處于解鎖位置。當主動解鎖凸輪17轉(zhuǎn)到一定角度后，其上的另一凸輪面推動位置監(jiān)測微動開關，切斷解鎖電機18并向至主動力驅(qū)動元件下達動作指令，動力通過主動齒輪軸 4輸入，帶動從動錐齒輪2轉(zhuǎn)動，從而帶動與從動錐齒輪2固連在一起的輸出軸轉(zhuǎn)動，由于輸出軸上加工有與互鎖齒輪7嚙合的齒，從而帶動互鎖齒輪7旋轉(zhuǎn)，直至完成指令合閘動作。

當機構接收到分閘操作指令，此時互鎖齒輪7的旋向與原合閘時的旋轉(zhuǎn)方向相反，鉸接于互鎖齒輪上的導正拐臂12隨之一起旋轉(zhuǎn)，導正拐臂12上其中一個與互鎖半軸21接觸的突出的輪廓面推動互鎖半軸21上圓缺的弧形缺口處的棱邊，使互鎖半軸做一定角度的轉(zhuǎn)動，直至導正拐臂12上的該突出的輪廓面與互鎖半軸21上的圓缺的弧形處棱邊脫離接觸，此時互鎖半軸又自進入了DES間的機械鎖定狀態(tài)。

當需要手動操作時，操作人員可通過旋轉(zhuǎn)手動解鎖手柄9，按解鎖指示銘牌11的位置指示選擇預期的操作需求，由于手動解鎖手柄9通過聯(lián)軸器15與解鎖電機18連接，解鎖電機18也按預期的方向旋轉(zhuǎn)，其后續(xù)解鎖過程同自動解鎖過程相同，達到DES機械互鎖裝置手動解鎖的目的。

本發(fā)明完全摒棄了市場現(xiàn)有三工位機構兩套動力輸入、兩套傳動裝置所采取的機械互鎖、解鎖的結(jié)構形式，對三工位機構DES之間的機械互鎖提出了集成化的設計理念，采用一個動力輸入端即可滿足三工位機構的工作需求，使得零部件大幅度減少，實現(xiàn)了機構小型化、超薄化的結(jié)構布置。

上述中結(jié)合附圖對本裝置的基本結(jié)構和使用原理進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，本領域的技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明的宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。