CN1156892A - 开关致动器 - Google Patents

Abstract

一种高压开关的致动器，它有安装在框架上，并且用断开弹簧和闭合弹簧互相联结在一起的，能够转动的曲拐和摇杆。上述曲拐联结在高压开关的致动构件上。在开关闭合的过程中，当向闭合位置转动上述摇杆时，掣子使曲拐保持在其断开位置，从而拉长闭合弹簧并在其中储存能量，同时，让断开弹簧松弛。当摇杆到达闭合过程非锁定位置时，曲拐松开，并迅速向其闭合位置运动，使开关闭合。断开动作与此相同。

Description

开关致动器

本发明一般涉及电力系统的开关用的致动器。

用于电源电路和电源装置的带有负压式或真空式电路断路器的高压开关组件是公知的，例如，在美国专利文献4,568,804；3,955,167；和3,471,669中所公开的。封闭的真空式开关或电路断路器也是公知的，例如已经公开在美国专利文献3,812,314；和2,870,298中。

在这些开关组件和断路器中，设有一对用来控制和断开电流的协同工作的触点，其中的一个是固定的，另一个是可移动的。这两个触点都设置在受控气氛接触组件内，该组件还有一个比较脆的玻璃壳或陶瓷壳体，通常称之为“瓶”。两个触点都装在瓶里。一般，在瓶的一端设有一段金属波纹管，而移动触点与该波纹管的内部联结。当移动一根与波纹管外部连接的操作杆时，就能使瓶里的移动触点移动。上述瓶的内部保持一种受控气氛，例如低气压的空气或者其他气体，用以保护触点，使其不致因触点的开合所产生的电弧而烧坏。瓶的玻璃壁或陶瓷壁形成一种气密的封闭，以维持有利于该装置寿命的受控气氛。但是，即使使用了这种受控气氛，也仍然必须使触点互相接近和离开的移动速度很快，以使起弧的可能性减到最小。

用于提供这种快速移动的致动器必须能满足若干要求。这种致动器必须能使开关的移动触点以预定的重复的方式移动，并具有足够的力量克服摩擦力和惯性，具有足够的力量可靠地使两个触点闭合。不过，上述致动器的移动范围应该是受到限制的和能够预测的，使得致动器不致于损坏开关的其他构件。电力供应系统中的高压开关可能在许多年里一直是断开的或闭合的。因此，即使在有好几年不使用之后，当线路工使用该这种致动器时，它的功能必须仍然可靠。这种致动器还必须能承受极端的温度，能经受水和环境的污染，能经受住反复的操作。这种致动器还应该有合理的制造成本，结构紧凑，能够与用于开关上其他构件的壳体配伍。对于要使用在地下配电设施中的致动器来说，后面提到的这些特点特别重要。

美国专利文献3,471,669试图提供这种用于地下的开关。按照这种专利的开关包括一个负压或真空式受控气氛的触点组件。这种具有协同工作的触点的触点组件在其外部具有隔开距离的加强杆，直接封装在一个普通的防水弹性外套内，上述外套上包覆一层接地用的导电涂层。在外套里面设置一组突发作用的弹簧和触发器，并且与接触组件的操作杆连接。一根绝缘材料制作的转轴从外套的外部延伸到上述触发器。转轴转动时驱动弹簧和触发器，使触点移动，从而使电路断开或闭合。

但是，上述专利文献中所描述的开关迄今尚未广泛应用于该技术领域。正如奥德姆等在“地下配电系统用的封闭式真空分段开关”(IEEE出版，日期不详)一文中所提出的，经过在高温高压下硫化的合成橡胶不能直接用于设计和制造在上述专利文献中所公开的开关壳体。

有一些经过高温高压硫化的合成橡胶对于地下电源设备是特别好的绝缘材料。诸如EPDM(乙烯丙烯二烯单体)综合了高绝缘强度和抵抗臭氧与放电作用的优良性能。这些合成橡胶还有诸如耐磨之类的良好的物理性能，以及其他一些有用的性能。在高温高压下硫化和模制的合成橡胶，例如EPDM，几乎成了用于其他地下配电装置的构件的通用材料。

与本申请在同一天内，与格林J.鲁兹共同申请的，名称为“高压开关”的美国专利申请(下称“鲁兹申请”)中，提供了一种用于高压电路的密封开关，该申请中所揭示的内容可作为本申请的参考。按照鲁兹申请中的优选实施例包括：一个用弹性体材料制成的壳体；一个布置在壳体内，与壳体的弹性体材料紧密接触的空心的，通常是管状的绝缘加强构件；以及一个触点支承组件，该组件包括一个瓶，瓶内有设置在上述空心加强构件内的固定触点和移动触点。这种开关还有一种与壳体的弹性体材料不同的，在上述瓶和空心支承构件之间的填充材料。上述支承构件和填充材料有效地把脆弱的触点组件与模制壳体时所遇到的外界条件隔离开来，同时仍保持密实的绝缘构造。

按照上述鲁兹申请的优选实施例的开关包括一个与上述移动触点联结并且能从上述壳体外部操作的驱动装置或致动器。因此，上述壳体要有一块柔性的隔膜，而上述致动构件穿过这块隔膜。上述开关还有一个迫使上述致动构件运动的驱动器或致动器。

本发明的一个方面是提供了一种适用于包括鲁兹申请中所揭示的高压开关以及其他高压开关在内的致动器。按照本发明的这种致动器包括：一个驱动器框架，该框架确定了一根曲拐转动轴线，和一根与上述曲拐转动轴线平行但又向后隔开距离的摇杆转动轴线。曲拐安装在上述框架上，能在断开位置与闭合位置之间绕着上述曲拐转动轴线转动。上述曲拐有一个断开侧固定点，和一个闭合侧固定点。摇杆安装在框架上，能在完全断开位置与完全闭合位置之间绕着摇杆转动轴线转动，该摇杆也有一个断开侧固定点和一个闭合侧固定点。

一个断开侧弹簧连接在摇杆与曲拐的断开侧固定点之间，一个闭合侧弹簧连接在摇杆与曲拐的闭合侧固定点之间。这两个固定点是这样布置的，即，当摇杆向其完全断开位置运动，而曲拐仍保持在其闭合位置时，断开侧弹簧将变形到张紧状态；当摇杆向其完全闭合位置运动，而曲拐仍保持在其断开位置时，闭合侧弹簧将变形到张紧状态。

当曲拐在其闭合位置时，为了限制曲拐向其断开的方向转动，设置了一个断开侧掣子；而当曲拐在其断开位置时，为了限制曲拐向其闭合的方向转动，设置了一个闭合侧掣子。上述致动器还包括掣子松开装置，当上述摇杆在其断开运动的过程中到达非常接近其完全断开位置的断开过程非锁定位置时，上述掣子松开装置将断开侧掣子脱开；而当上述摇杆在其闭合运动的过程中到达非常接近其完全闭合位置的闭合过程非锁定位置时，上述掣子松开装置将闭合侧掣子脱开。

上述致动器还有把上述框架连接在高压开关的本体上，以及把曲拐连接在上述开关的致动构件上的安装装置。当使用者要驱动开关时，便转动上述摇杆。当摇杆作闭合运动时，上述闭合侧弹簧就变形，并把能量储存在弹簧中，直到摇杆到达上述闭合过程非锁定位置时，上述闭合侧掣子才脱开。与此同时，上述闭合侧弹簧驱动上述曲拐向其闭合位置转动，并驱动该开关的致动构件向着闭合位置快速运动。当摇杆作断开运动时，上述断开侧弹簧就变形，并把能量储存在弹簧中，直到摇杆到达上述断开过程非锁定位置时，这时上述断开侧掣子才脱开，而上述断开侧弹簧驱动上述曲拐向其断开位置转动，并驱动该开关的致动构件向着断开位置快速运动。在上述断开和闭合工作过程中，这些构件的惯性，特别是摇杆的惯性将会限制上述机构的运动速度。因此，上述弹簧要做得有足够的力量，克服致动器本身和开关中的任何卡住现象，保证操作可靠，在不发生上述卡住现象时，不会使上述机构达到造成损坏的速度。这些构件的惯性有助于将弹簧所储存的能量分配到整个断开或闭合运动中。在每次断开或闭合开始的过程中，正是驱动上述运动的弹簧开始从其完全变形的状态下复原的时候，所以这时的驱动力最大。随着运动的继续进行，弹簧中储存的能量便转换成这些运动构件的动能。在断开或闭合行程的后面一段，弹簧已经部分复原，因而提供的驱动力就较小。然而，储存在运动构件中的动能在行程的后段帮助驱动构件运动，这就使得使用较小的弹簧就能达到可靠的操作，从而能使得机构紧凑。

一般都希望把这些构件布置成这样，即，当曲拐运动到其断开位置时，上述断开侧弹簧并没有完全复原，而当曲拐运动到其闭合位置时，上述闭合侧弹簧并没有完全复原。这样，两个弹簧中的一个就继续驱动曲拐作断开或闭合运动，直到这一运动结束；上述曲拐和与曲拐连接的其他构件在整个运动过程中就不需要依靠它们的惯性来运动了。这有助于保证机构在运动到终端之前不会停顿。

最好，曲拐和摇杆的断开侧连接点处在由曲拐转动轴线和摇杆转动轴线所确定的平面的一侧(称为该平面的断开侧)，而曲拐和摇杆的闭合侧连接点则处在相反的一侧，即该平面的闭合侧。在曲拐的断开运动过程中，上述曲拐的断开侧连接点向后运动；而在曲拐的闭合运动过程中，上述曲拐的闭合侧连接点向后运动。上述摇杆的闭合侧连接点在摇杆向完全闭合的位置转动时，向后运动，而上述断开侧连接点在摇杆向完全闭合位置转动时，向后运动。因此，闭合侧弹簧和断开侧弹簧都可以是拉簧，例如粗大的螺旋弹簧。在摇杆运动时，被两个掣子中的一个所挡住，于是，两个弹簧中的一个就被拉紧，而另一个弹簧则放松。

最好，上述曲拐有一对互相隔开距离的构件，而摇杆有一对在平行于转动轴线的方向上互相隔开距离的构件。上述曲拐和摇杆的构件共同在该平面的闭合侧形成一条闭合侧沟槽，而在该平面的断开侧形成一条断开侧沟槽。上述两个弹簧都容纳在这两条沟槽中。这种设计使得组件特别紧凑。此外，在曲拐快速运动的过程中，上述曲拐和摇杆的构件还能为弹簧导向和限定它们的位置。

当弹簧松弛时，特别需要为它导向和限制它的位置。即，当闭合侧弹簧推动曲拐作闭合运动时，断开侧弹簧必须有导向，反之亦然。曲拐的构件和摇杆的构件互相衔接，在摇杆处在闭合过程非锁定位置和摇杆处在断开位置时，形成界定断开侧沟槽的基本上连续的壁；而在摇杆处在断开过程非锁定位置和曲拐处在闭合位置时，形成界定闭合侧沟槽的基本上连续的壁。于是，这些连续的壁便能在上述曲拐的闭合运动过程中约束上述断开弹簧，而在上述曲拐的断开运动过程中约束上述闭合弹簧。

上述安装装置最好包括把曲拐联结在开关的致动构件上的不等边的联杆装置，以便使致动构件的运动与曲拐的运动之间形成不均匀的速率。最好，当曲拐靠近其闭合位置时，曲拐速度的增大只使致动构件产生较小的运动，而当曲拐靠近其断开位置时，则使致动构件产生较大的运动。这样就能使曲拐为开关的移动触点确定一个合理的闭合速度，使冲击减少到最小，但却有足够大的力量保证闭合。上述不等边的联杆装置具有许多互相联结的，并且与曲拐和框架联结的联杆，结果，曲拐、框架和这些联杆共同形成了一个四元杆络机构。

在参照附图阅读了下面的说明书之后，本技术领域的技术人员将能更好的了解本发明的其他目的和优点。附图中：

图1是开关中的一部分不完整的断面图；

图2是图1中所示开关的组件中按照本发明的一个实施例的致动构件的局部示意平面图，为表示得清楚起见，删掉了致动器的几个部分；

图3是图2中所示致动器的示意正视图；

图4到图6是与图3相同的示意正视图，但所示的机构处在不同的工作位置。

图1中所示的开关是上述鲁兹申请中的一种高压开关。这种开关的结构本身并不是本发明的一部分，它放在本说明书中只是为了叙述的完整性。在本发明所涉及的装置中，术语“高压开关”一词指的是在标称电压高于3kv的电力系统中使用的开关装置。因此，术语“高压开关”包括使用于例如标称电压在3kv到38kv左右，一般称为“配电系统”的供电部门的电气设备中的开关装置，以及在标称电压高于38kv下工作的“输电”系统的开关装置。这种开关包括一个用经过高温高压硫化的绝缘合成橡胶，例如EPDM(乙烯丙烯二烯单体)合成橡胶制成的壳体10。这个壳体中有一个沿着端部方向与轴线14平行的长孔12。该壳体有一个固定端16和一个与其相对的第二端18，下面称第二端为操作端。为了便于下面的描述，下面将平行于轴线14朝向固定端16的方向称为闭合端方向，而将与之相反的朝向操作端18的方向称为断开端方向。上述壳体在固定端有一段锥形套筒20，还有一段与轴线垂直的锥形套筒22。套筒22上有一段沿着垂直于轴线14方向的，穿过套筒22伸到长孔12内的管状金属载流构件。位于锥形套筒20和操作端18之间的那一部分壳体10具有普通的圆筒形外表面，所以，这一段壳体的壁一般呈圆筒形的管状。

壳体10上还有一块与壳体的其他部分做成一体的隔膜26。隔膜26有一个与壳体的管状壁连接的周边部分，一个靠近壳体轴线14的中心部分30，以及在周边部分和中心部分之间的环形波纹形部分28。因此，虽然隔膜的周边部分是固定在壳体壁上的，但中心部分30却能靠波纹形部分28的挠曲相对于壳体的其余部分自由移动。

隔膜26的厚度足以使它具有承受全电压的能力。即，隔膜26的厚度是这样选择的，使得它能够承受通电时或故障状态下加在开关的载流构件与地面之间的最高电压。例如，在一个标称相电压为25kv下工作的开关中，上述隔膜与其他零件所能提供的承受全电压的能力，必须至少能连续地承受14.4kv的电压。

上述壳体上还有一层导电的衬垫32，这层衬垫可用与壳体其余部分相同的合成橡胶和一种诸如碳黑之类的导电材料的混合物制成。衬垫32覆盖了孔12的从隔膜26到孔24以外的那一点的内壁。衬垫32还沿着隔膜26的内表面的径向向内延伸一段短距离。上述隔膜还有一段沿着载流构件58的外部延伸的短的管状部分33。

一段刚性的管状加强构件36沿着壳体10和孔12的全长延伸。加强构件36用具有高机械强度的绝缘材料，诸如用纤维加强的热固性聚合物，用纤维加强的热塑性聚合物，以及高强度聚合物等制成。在上述这些材料中，可以使用的有：用玻璃纤维加强的环氧树脂；尼龙；聚氯乙烯以及超高分子重聚乙烯。上述加强构件上有一个面向固定端16的环形肩部38。加强构件36在稍稍凸出于在固定端16的锥形部分20的顶端。该加强构件在装置的固定端有内螺纹40。该加强构件还有和衬套24的孔对准的孔37。

一段管状外支承构件42在壳体靠近操作端18附近的区域紧贴在壳体10的外表面上。该外支承构件42在断开端方向还超出壳体的操作端18。上述外支承构件42用刚性的导电材料，诸如不锈钢或其他金属材料制成。套筒22从壳体穿过外支承构件的一个孔46。

外支承构件42紧密地与壳体10的外面接触，并且牢固地粘接在壳体的绝缘合成橡胶上。同样，半导电的衬垫32也紧密地粘接在该绝缘弹性体上。加强构件36在其长度上靠近操作端18的一部分与衬垫32紧密接触，其长度上的其余部分则与壳体的绝缘弹性体紧密接触。

这些构件都用镶嵌模制法制造。因此，加强构件36放在一根通常称为芯子的内部芯轴上。上述芯子和加强构件都放在一个模腔里。芯子有一个与波纹形部分28相适应的带槽的表面。另一个芯子穿过加强构件中的孔37。把一种合成橡胶与碳的混合物注射进模具内加强构件和芯子的周围，并在高温和压力下养护，以形成上述衬垫。然后，把该组件输送到具有壳体10的形状的另一个模具内。上述外支承构件也放入这个模具内，于是装入模具的衬垫、加强构件和芯子就都布置在上述外支承构件内部。载流构件58也放入该模具中。然后，将绝缘的弹性体喷入模具内加强构件和衬垫的周围，和外支承构件42的里面。然后，使绝缘弹性体保持在经常用于EPDM的固化的温度和压力下。为了促进粘接，外支承构件42的内表面和加强构件36的外表面可以用普通的粘性促进剂来处理。上述模制过程形成了一个由支承构件、衬垫、绝缘弹性体壳体和外支承构件组成的永久性的紧密接触的组件。然后，将这种半成品组件与下面将要说到的其他构件装配在一起。

上述开关还包括一个操作端支墩46。该操作端支墩是用导电的金属材料制成的，通常是铜或铜合金。该操作端支墩有一个朝向该装置的操作端并且与加强构件的肩部38接触的第一表面48。该操作端支墩还有一个朝向固定端16的第二表面50。一个与壳体和加强构件的轴线14同轴线的孔52穿过上述操作端支墩。孔52有一段加大的区段54，还有一个带螺纹的接头56。下面将进一步描述，这个操作端支墩是用来作为电流通过该开关的通路的端子的。螺钉57用于使载流构件58和支墩46之间保持电连通。

在该装置的操作端支墩46与固定端16之间有一个接触组件60。接触组件60包括一个管状陶瓷瓶62，在该瓶的一端有一个金属的固定端封盖64，在瓶的相对的另一端有一个操作端封盖66。操作端封盖66有一段柔性的可伸缩的金属波纹管。一个固定触点68安装在固定端封盖64上，并且伸入瓶64内，而一个可移动的操作端触点70则安装在操作端封盖66的波纹管上。上述组件还包括一根位于波纹管66之外的杆状操作构件72，该构件形成移动触点的延伸部分。同样，一个带螺纹的固定端短柱触点74和固定端触点68做成一个整体，并凸出在固定端封盖64的外部。上述接触组件60还包括一个围绕着该触点部分的金属罩76，该金属罩用一个穿过瓶62的金属框架78支承在壳体内。为此目的，瓶62可以分段制造，而两段瓶子都与该金属框架连接。瓶62是气密密封的。因此，端部封盖之间，触点和瓶之间的接头都是不漏气的。

在瓶62的内部空间里，围绕着上述触点的是一种受控气氛。在本说明书中，“受控气氛”这个术语指的是在正常大气压下的空气以外的工程大气。大多数情况下，瓶62内部的工程大气的压力低于大气压力。这种工程大气的成分还与正常的空气不同，在瓶的内部可以加入抑制电弧的气体，例如SF6。上述整个接触组件60可以是各种市售的普通的受控气氛接触组件。其中的一种是纽约霍斯海兹的克特勒-哈默公司的WL-35590牌号的触点组件。

瓶62的外径稍小于加强构件36的内径，所以在瓶的外面与加强构件的里面之间有一个环形空隙。这个环形空隙里完全充满了绝缘填充材料80，以便在瓶的外面和加强构件的里面之间形成一个相当密实的界面。填料80是用不同于壳体10的绝缘材料制成的。最好，上述绝缘的填料80是一种不必施加额外的温度和压力便能达到其最后形态的材料。在使用时，这种绝缘填料并不受到多大的机械应力。因此，选择这种填料时基本上可以不考虑其承受机械应力、磨损之类的能力。这种填料应该具有良好的绝缘强度。常用的填料包括诸如石油基和硅基油脂之类的油脂，硅凝胶之类的凝胶，以及通常称为室温硫化合成橡胶或“RTV”合成橡胶的可硫化的合成橡胶。还应该考虑填料与壳体10的橡胶之间的可混溶性。石油基材料会使EPDM膨胀。因此，如果对于EPDM的壳体采用石油基填料，那么使用时应该将填料与壳体隔绝。上述绝缘加强构件便能提供这种隔绝。同样，硅基填料会使硅橡胶膨胀。所以，也可以用故意使橡胶或其他聚合物进行膨胀来形成填料。这样，就可以在瓶62的外面与加强构件36的里面之间的空隙中松散地填入能膨胀的聚合物，例如EPDM或硅橡胶。这种松散的填料可以是固体的管子或块；颗粒或小球；或者象泡沫材料或海绵之类的其他材料。然后，把一种能够使所用的特定的聚合物膨胀的液体(如果是EPDM就用矿物油，如果是硅橡胶就用硅油)注入该空隙内。这种液体使得聚合物膨胀并充满整个空隙，从而形成一个密实的界面。这种技术也可以用于填实其他的电气设备。

一个金属的固定端支墩82与加强构件36的螺纹40配合，也与触点组件的固定端封盖64啮合。上述固定端支墩有一个容纳短柱触点74的中心孔。在固定端支墩中还有在装配过程中使用的附加孔86，这一点下面还要描述。上述固定端支墩对着瓶62向着断开的方向向着操作端加力，并固定住瓶的操作端，并且使操作端封盖66的周缘与操作端支墩46的第二表面50牢固接触。这样，瓶62就保持在受压状态。一个金属的第二端子88固定在短柱端子74上，因而，也就固定在触点组件的固定端68上。该开关还包括一个用绝缘弹性体制成的固定端盖90，和一个用半导电的合成橡胶制成的固定端电应力释放构件92。上述固定端盖90装在壳体10上，因此，固定端盖的内锥体牢固地与壳体固定端的锥形座20啮合，并且上述固定端电应力释放构件包围了第二端子88，短柱端子74，固定端支墩40，以及触点组件的固定端封盖64。上述固定端盖上装有一个第二管状金属载流构件94。设置在该载流构件上的螺钉95拧入上述第二端子88内。

在操作端支墩46的孔52中装了一根能够滑动的联杆98。联杆98用螺纹与触点组件的操作构件72连接，而一根销子(图中未示出)穿过这两个用螺纹连接的构件，锁定上述螺纹连接，使它们之间在工作时不能相对移动。一个一般称为“防护”式触点的环形触点100包围着联杆98。触点100在其内表面和外表面上有若干凸起。这种触点100上的有弹性的凸起靠在支墩46的联杆上，从而在支墩和联杆之间建立了一种滑动电连接。于是，上述触点组件的可移动的触点70就和第一端子或支墩46在电气上连接起来。或者，也可以用一根诸如编织的铜带那样的有弹性的金属带子来连接联杆98和第一端部支墩或第一端子46。一个支架102与联杆98啮合，能够滑动。在支架102与联杆98的端部之间设置了一个螺旋压力弹簧104，所以上述支架向闭合方向运动，即向图1中的右面，向固定端16方向的运动就会传递给联杆98，然后再由一个弹簧传递给移动触点70。一个螺钉106拧入联杆和支架中，所以支架朝相反方向的运动，即朝着断开方向(图1的左面)的运动就能通过螺钉106传给联98和移动触点70。螺钉106必须给弹簧104施加一个预载荷，这样这个弹簧便能始终保持压缩状态。

一个用强度高的，刚性的绝缘材料，例如玻璃钢制成的致动构件108穿过隔膜26的中心30。致动构件108牢固地固定和粘接在隔膜30的中心。最好，在上述制作隔膜时的镶嵌模制过程中，把致动构件108放在模具里，并且在致动构件的表面上涂上化学粘接剂，把它镶嵌模制在隔膜中。化学粘接剂在模制橡胶的技术领域中是公知的。适当的化学粘接剂之一是市售的注册商标为切姆洛克(Chemlok)205的粘接剂。上述致动构件本身，以及致动构件与隔膜之间的粘接剂液压管路具有足够的承受电压的能力。

或者，上述致动构件也可以装配在隔膜上。使用这种方式时，要在隔膜上模制一个直径小于致动构件的孔，然后把致动构件压配合进这个孔内，以便在致动构件的表面与隔膜围绕着它的部分之间形成紧密的连接。上述致动构件在隔膜的一侧可以设置一个肩部，而在隔膜的另一侧设置紧固件，例如螺母和垫圈。上述紧固件和肩部用压力夹住隔膜的中央部分，固定致动构件与隔膜之间的相对位置。这样一种压力连接在致动构件和隔膜之间形成了一个固定的和牢靠的界面。

致动构件108用一个快速连接装置连接在支架102上。因此支架102在其最靠近该装置的操作端的端部有一个孔，并且在该孔的孔壁上有一条槽110。致动构件108有一条环绕着它的圆周槽112。一个有弹性的弹性挡环114嵌入这两条槽内，把致动构件与联杆连接在一起，使它们能一起向端头方向运动。

按照本发明的一个实施例，一个致动器或驱动组件120固定在开关的其他一些构件上。该致动器120包括一个安装在开关的壳体10上的驱动器框架122；一个连接在致动构件108上的可移动的构件124，以及一个用于使可移动构件向断开和闭合方向移动的机构126，以便使致动构件，因而也就是使移动触点70(图1)移动，从而断开和闭合这个开关。

驱动器框架122可以用不锈钢或者其他适当的防锈材料或其他材料制成。该驱动器框架在有一个在前端形成的环形卡箍128和另一个卡箍129。卡箍128的尺寸使它能装配在管状外支承构件42内部(图1)。机制螺钉130固定住卡箍128，因而也就把驱动器框架122固定在外支承构件，也就是弹性体壳体10的装配位置上。另一个套筒形壳体131(图2)套在卡箍129上，并且套住驱动器机构。图2中只表示了一小部分壳体131；为了清楚地表示，其余的壳体131都省略掉了。另外，在图3-6中省略了壳体131。

上述驱动器框架122和卡箍128都布置在壳体10的操作端18附近。致动构件108的外端穿过卡箍128进入驱动器框架122，在驱动器框架中致动构件由一个设有销子或其他适当的用于锁定调整位置的锁定装置的可调整的连接器，例如带螺纹的连接器，与驱动器的可移动构件124连接。

驱动器框架122有一对板130和132(图2)。一对曲拐构件134a和134b安装在穿过上述两块板130之间的一根曲拐轴138上，所以上述曲拐构件能绕着与轴138同轴线的曲拐轴线相对于框架转动。曲拐构件138用一块跨在这两个构件之间的板139刚性地互相连接。一根断开侧销子135和一根闭合侧销子137在该机构的前端附近的相对两侧穿过这两个曲拐构件134。下面还要进一步叙述，销子135和137形成了为把弹簧连接在曲拐上的固定点。从图3-6中看得最清楚，每一个曲拐构件上都有一个带缺口140的整体呈弧形的表面。

一根操作轴142穿过板130和132中的轴承(图中未示出)，所以该操作轴能相对于驱动器框架转动。操作轴142在其一端有一个多角形的头144，用于与一根操作手把145连接。一对凸轮板146固定安装在操作轴142上。上述凸轮板146共同构成一根摇杆。该摇杆用轴142安装，以便能绕着一根与轴142同轴线的摇杆轴线相对于框架122转动。摇杆轴线142布置在曲拐轴线138的后面，并与其重合，所以这两根轴线共同构成了一个与开关的中心线14重合的平面。为了便于说明，将该平面一侧的区域(在图2-6上方，在该平面和轴线14之上)称为处在该平面断开侧的区域，而将该平面在图2-6下方，在该平面和轴线14之下的区域称为处在该平面闭合侧的区域。

每一块凸轮板有一对在向前的方向上向着卡箍128凸出的主要突出部分148和150(图4)，和一对朝向后方向延伸的制动表面152和154(图3和4)。在图2和3中看得最清楚，当上述机构处在图2和3所示的闭合位置时，凸轮板146的断开侧的突出部分148横在两个曲拐构件134之间。同样，当上述机构处在图5所示的断开位置时，闭合侧的突出部分150也横在两个曲拐构件之间。一根断开侧销子153在靠近断开侧的突出部分附近穿过两块凸轮板146。一根闭合侧销子或固定点155在靠近闭合侧的突出部分150附近穿过两块摇杆146的凸轮板。

在曲拐构件的断开侧销子135与凸轮146的断开侧销子153之间有一个断开侧主弹簧156。从图2中看得最清楚，断开侧弹簧156是一个很大的强有力的弹簧，这个弹簧基本上占据了曲拐构件之间的空间和凸轮板的突出部分之间的空间。而且，与销子接触的弹簧156的绕圈内部的尺寸要比销子的尺寸大得多。在凸轮146的闭合侧销子154和155与曲拐构件的闭合侧销子137之间有一个同样的闭合侧弹簧158。虽然只在图3-6中示意地表示了闭合侧弹簧158，但应该理解，这个闭合侧弹簧也是一个很大的强有力的弹簧，它占据了曲拐构件之间和凸轮板的闭合侧突出部分150之间的大部分空间。

一对导向连接板160在靠近板130和132处用销子162安装在驱动器框架上(图3和4)。一对驱动连接板166在框架板130和132附近延伸。一个主销168把导向连接板160和驱动连接板166连接在一起，并且也把这些连接板连接在驱动机构的可移动构件124上。驱动连接板166还用另外的销子171与曲拐构件连接。上述驱动器框架122，导向连接板160，驱动连接板166和曲拐构件134组成了一种通常称为“四元杆络”的机构。

一个断开掣子170(图3和4)安装在操作轴142上，能够转动。断开掣子170设置在该机构的一侧靠近凸轮板146和曲拐板146a的空间173内。为了表示得更清楚，在图2、5、6中省掉了掣子172。断开掣子170有一个带卡箍的端头174，还有一个钩爪176和一个弹簧支架178。一个掣子弹簧182连接在弹簧支架178和驱动器框架的盖子129之间。如图3和4所示，弹簧182将断开掣子170向顺时针方向推压，因而也就是将掣子的端头174压向与曲拐构件134b的弧形表面啮合。

一个同样的闭合掣子186(图5和6)安装在靠近曲拐134a的空间188(图2)中的操作轴142上。为了表示得清楚起见，在图2、3、4中省掉了闭合掣子186。闭合掣子186有与断开掣子上相当的各种构件：带辊子的端头190，弹簧臂192和钩爪194。掣子弹簧196连接闭合掣子的弹簧臂192和框架的封盖129，因而使闭合掣子绕着周142向逆时针方向推压，从而将端头190压到与曲拐板134a啮合。具有一对突出部分198a和198b(图2)的挡板196安装在驱动器框架中在框架板130与132之间延伸的轴200上，能够转动。板的转动被挡块202所限制(图3-6)。轴200与轴138和142，因而也就是与曲拐和转动轴线平行，并且在同一个平面上。

工作时，上述开关通过载流构件58和94，因而也就是通过端子46和88连接在电路中。衬垫32与第一端子在电气上连接。因此，该衬垫与第一端子或支墩46保持同样的电位。联杆98和支架102处于同样的电位，所以在衬垫32所包围的空间内没有电位差。同样，电应力释放构件92也使开关的固定端上的所有部件保持在第二端子88的电位上。

在图1-3所示的位置上，开关是闭合的。销子171位于轴线14上，并且与曲拐轴138和销子168处在同一直线上。断开掣子的端头174啮合在曲拐构件138b的槽140中。要断开上述开关，线路工握住把手145(图2)，并转动把手，使凸轮板146向逆时针方向转动，如图3和4所示。当线路工转动摇杆时，上述摇杆的断开侧固定点或销子153向后方移动，而闭合侧固定点或销子155则向前方移动。曲拐134则被掣子174挡在原来的位置上。于是，断开侧弹簧在销子153和135之间拉长，而闭合侧弹簧158则放松。随着摇杆的继续运动，上述机构便到达图4所示的断开侧非锁定位置。在该位置上，凸轮板的闭合侧的突出部分150嵌在两个曲拐134之间。于是，上述凸轮板和曲拐便形成一条基本上连续的沟槽，沟槽的壁将闭合弹簧158限制在它的相对的两侧。

当摇杆146从图3的完全闭合位置运动到图4中的断开侧非锁定位置时，上述摇杆正好在到达断开侧非锁定位置之前，通过断开开始位置。当摇杆到达断开开始位置时，摇杆的凸轮板146上的表面154与挡板196接触，并使它朝顺时针方向绕着轴200转动。板196上的一个突出部分与断开掣子的钩爪176接触，从而迫使断开掣子向反时针方向克服弹簧182的压力。上述掣子的辊子端头174抬高，高出曲拐134b中的槽140。应该理解，在凸轮146几乎要向反时针方向转动到终端之前，上述掣子表面154并不与挡板接触，而上述挡板不与钩爪176接触。使辊子端头174抬高到高出槽140的整个动作在摇杆146一段很短的旋转运动的时间内，在断开开始位置和断开非锁定位置之间完成。

当上述辊子端头174越过槽140时，断开弹簧便驱动曲拐134向闭合方向(图3和4中的反时针方向)转动，直到曲拐构件到达图5所示的位置。这些构件的尺寸是这样确定的，即，在曲拐的整个断开运动过程中，上述断开侧弹簧始终处于张紧状态。因此，摇杆上的断开侧固定销子153，从图3中的完全闭合位置到图5中的完全断开位置的向后的位移或断开行程，要大于曲拐上的断开侧固定销子135向后的位移或断开行程。反过来，摇杆的闭合侧销子154的向前的位移要大于曲拐上相应的销子137的向前的位移。因此，当曲拐到达图5中所示的断开位置时，闭合侧弹簧便进入松弛状态，并保持在该状态下。使闭合侧弹簧达到完全松弛状态的销子154任何超出需要的过分的位移，都要靠上述销子在弹簧的最后一圈内的移动来完成；上述闭合侧弹簧不会处在压缩状态。断开侧弹簧在整个断开运动过程中始终处在张紧状态有助于保证该机构在断开行程中不会停顿在某一个中间位置。事实上，上述弹簧的最后一圈和销子起了把断开侧弹簧156连接在曲拐和摇杆的断开侧连接点之间的无效运动链的作用，以及把闭合侧弹簧158连接在曲拐和摇杆的闭合侧连接点之间的另一个无效运动链的作用。

曲拐上的销子171拉动驱动连接板166，从而使驱动机构的可移动构件124向断开方向(从图中看是向左)运动。这样，上述可移动构件便拉动致动构件108、支架102(图1)、螺钉106、联杆98和操作构件72都向断开方向运动。于是，上述移动触点70便移动到它的断开位置。这种运动是突然发生的，因而将触点之间起弧的可能性降低到最小。当曲拐运动到图5中的断开位置时，闭合掣子186的端头190便在弹簧196的作用下，啮合在曲拐构件134a的槽140中。这样就把该机构锁定在图5所示的断开位置。

闭合动作的工作过程的方式也一样，但是是向相反的方向转动。这样，线路工搬动把手，使操作轴和摇杆146向着闭合或顺时针方向转动，此时，摇杆的闭合侧销子154向后移动，使断开弹簧156松开，而使闭合弹簧158张紧。当该机构接近图6的闭合过程的非锁定位置位置时，通过一个闭合开始位置，在该位置上，凸轮上的掣子表面152与挡板196啮合，于是板的一个突出部分198a与上述闭合掣子的钩爪194啮合，从而把辊子端头196抬高，使它与曲拐134a中的槽140脱离接触。当上述摇杆到达闭合过程非锁定位置，并且端头190越过沟槽时，闭合弹簧158便将曲拐的闭合侧固定销子137向后拉动，从而驱动曲拐134a向闭合方向(图中的顺时针方向)转动，直到曲拐到达图3中所示的闭合位置。当曲拐转动到闭合位置时，它朝着闭合方向对销子171施加力量，因而也就对驱动联杆166和可移动构件124施加力量，从而迫使开关的所有其他构件，最终迫使移动触点70向闭合方向移动到图1所示的闭合位置。闭合侧弹簧在整个闭合工作过程中始终处在张紧状态，并且当曲拐到达闭合位置时仍然处在张紧状态。为了造成这种张紧，摇杆上的闭合侧固定点154向后移动的行程要大于摇杆上闭合侧固定点137向后移动的行程。

凸轮板40的向关闭方向的转动被挡块202和挡板196所阻挡。上述曲拐向闭合方向的运动(从图6的位置到图3的位置)使销子171与销子138和168成一条直线。当销子171接近该位置时，上述联杆机构提供了实质上的机械利益，所以上述可移动构件124被很大的力量向闭合方向驱动。可移动构件124与致动构件108之间的连接是经过调节的，所以，在上述驱动机构完成闭合运动之前，移动触点70就稍稍与固定触点接触上了。在触点接触之后，驱动机构最后的运动是由支架102(图1)克服了弹簧104的弹力之后，相对于联杆98的滑动来完成的。这种运动使施加在触点上的机械冲击载荷减到最小。

在闭合运动中施加在触点组件上的载荷通过固定触点68，端部封盖64和固定端支墩82，再通过用螺纹连接的连接件传给加强构件36。这些载荷基本上都不加在瓶62上。施加在加强构件36上的载荷要使它相对于驱动器框架向闭合方向(图1中的右面)运动。但是，外部加强构件42是用箍圈128固定在驱动器框架上的。这个外部加强构件限制了壳体10，而壳体10又限制了加强构件。上述内部和外部加强构件36和42是套在一起的，并且在很大的表面积上与壳体10接触，只有很薄的一层壳体的弹性体的环形部分夹在它们之间。这样就形成了能够坚固地支承加强构件36抵抗运动的刚性的，并能抵抗应力的接头。

以上所说的驱动器机构或致动器具有显著的优点。它使触点在断开和闭合位置之间快速移动，从而最大限度减少了起弧。这种驱动器机构非常紧凑。整个机构都容纳在一个管状壳体内，壳体的直径基本上与开关的外部加强构件的直径相同。在驱动器管状壳体131，卡箍128和129之间可以设置一个O形密封圈或者其他常用的密封件(图中未示出)，从而为保护驱动器机构的构件提供了全天候的密封。上述驱动器壳体131上还有一个用于通过把手145用的孔(图中未示出)。这个孔也可以设置适当的密封件。

上述致动器实际上可以做成任何尺寸，以便与任意的高压开关相配。一种有用的致动器具有弹簧常数大约为160lb/in或175.2N/m的断开或闭合主弹簧，以及绕曲拐轴线的惯性矩大约为3.3lb-in或0.0009kg-m2的曲拐。在摇杆向断开侧非锁定位置或闭合侧非锁定位置运动的过程中，各主弹簧大约拉长0.97in或25mm。曲拐轴线与摇杆轴线之间的距离大约为2in或51mm，而从摇杆轴线142到各断开侧和闭合侧固定销子153和154的径向距离大约为1.39in或35mm。从曲拐轴线138到各断开侧和闭合侧固定销子135和137的径向距离大约为1.57in或40mm。

如所周知，可以对以上所揭示的特征作各种各样的变化和组合，但却不会脱离由权利要求书所界定的本发明的范围。例如，除了在鲁兹申请中所公开的开关之外，上述致动器也可以用于其他任何开关。同样，致动器的摇杆146也可以不是用手动而是用一个自动装置使它转动。上述利用弹簧最后一圈的无效运动机构也可以用其他形式的无效运动连接件来代替。因此，以上对于优选实施例的描述只是为了说明本发明，而不是为了限制本发明。

Claims (18)

1.一种用于高压开关的致动器，它包括：

a.一个驱动器框架，该框架确定了一根曲拐转动轴线，和一根与上述曲拐转动轴线平行但又向后隔开距离的摇杆转动轴线；

b.一根安装在上述框架上，能绕着上述曲拐转动轴线转动的曲拐，上述曲拐有一个断开侧固定点，和一个闭合侧固定点，上述曲拐能在一个断开位置和一个闭合位置之间转动；

c.一根装在上述框架上，能绕着上述摇杆转动轴线转动的摇杆，该摇杆有一个断开侧固定点和一个闭合侧固定点，该摇杆能在一个完全闭合位置和一个完全断开位置之间转动；

d.一个连接在上述摇杆和曲拐的断开侧固定点之间的断开侧弹簧，和一个连接在上述摇杆与曲拐的闭合侧固定点之间的闭合侧弹簧，使得当摇杆从其完全闭合位置向其完全断开位置运动，而曲拐仍保持在其闭合位置时，上述断开侧弹簧变形，并储存能量；并且使得当摇杆从其完全断开位置向其完全闭合位置运动，而曲拐仍保持在其断开位置时，上述闭合侧弹簧变形，并储存能量；

e.一个当上述曲拐在其闭合位置时，为了限制上述曲拐向其断开的方向转动而设置的断开侧掣子，以及一个而当上述曲拐在其断开位置时，为了限制上述曲拐向其闭合的方向转动而设置的闭合侧掣子；

f.一个掣子松开装置，用于当上述摇杆在其断开运动的过程中到达非常接近其完全断开位置的断开过程非锁定位置时，松开上述断开侧掣子；而当上述摇杆在其闭合运动的过程中到达非常接近其完全闭合位置的闭合过程非锁定位置时，松开上述闭合侧掣子；以及

g.用于把上述框架连接在高压开关的本体上，以及把上述曲拐连接在上述开关的致动构件上的安装装置，当转动上述摇杆，使摇杆作闭合运动时，上述闭合侧弹簧就变形，直到摇杆到达上述闭合过程非锁定位置，此时，上述闭合侧弹簧驱动上述曲拐向其闭合位置转动，并驱动该开关的致动构件向着闭合位置快速运动；当上述摇杆作断开运动时，上述断开侧弹簧就变形，直到上述摇杆到达上述断开过程非锁定位置时，这时，上述断开侧弹簧驱动上述曲拐向其断开位置转动，并驱动该开关的致动构件向着断开位置快速运动。

2.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，上述两根转动轴线形成一个共同的平面，上述摇杆和曲拐的断开侧固定点布置在上述共同平面的断开侧，上述摇杆和曲拐的闭合侧固定点布置在与上述断开侧相对的闭合侧，当曲拐向上述断开位置转动时，上述曲拐的断开侧固定点向后移动，而当曲拐向上述闭合位置转动时，上述曲拐的闭合侧固定点向后移动，当摇杆向其完全闭合位置转动时，上述摇杆的断开侧固定点向后移动，而当摇杆向其完全断开位置转动时，上述摇杆的断开侧固定点向后移动。

3.如权利要求2所述的致动器，其特征在于，上述曲拐有一对互相隔开距离的构件，而上述摇杆有一对在平行于转动轴线的方向上互相隔开距离的构件，上述曲拐和摇杆的构件共同在该平面的闭合侧形成一条闭合侧沟槽，而在该平面的断开侧形成一条断开侧沟槽，上述两个弹簧都容纳在这两条沟槽中。

4.如权利要求3所述的致动器，其特征在于，上述各弹簧是螺旋拉簧。

5.如权利要求3或4所述的致动器，其特征在于，上述曲拐的构件和摇杆的构件互相衔接，以便当上述摇杆在上述闭合过程非锁定位置时，在上述断开侧沟槽的相对两侧形成基本上连续的壁；而当上述摇杆处在上述断开过程非锁定位置时，在上述闭合侧沟槽的相对两侧形成基本上连续的壁，于是，这些连续的壁便能在上述曲拐的闭合运动过程中约束上述断开弹簧，而在上述曲拐的断开运动过程中约束上述闭合弹簧。

6.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，上述掣子松开装置是这样设计的，在上述摇杆的断开运动从其完全闭合位置到达接近上述断开过程非锁定位置时，使上述断开掣子仍然接触，而在上述摇杆的闭合运动从其完全断开位置到达接近上述断开过程非锁定位置时，使上述闭合掣子仍然接触。

7.如权利要求6所述的致动器，其特征在于，上述掣子松开装置包括一块安装在上述框架上能够运动的挡板，所以，当挡板相对于框架向第一方向运动时，将使断开掣子移位，而当挡板向第二方向运动时，将使闭合掣子移位，上述摇杆有一个断开凸起和一个与断开凸起隔开距离的闭合凸起，当摇杆在断开运动中到达断开开始位置时，上述断开凸起用来与挡板接触，并使挡板向第一方向移动，当摇杆在闭合运动中到达闭合开始位置时，上述闭合凸起与上述挡板接触。

8.如权利要求7所述的致动器，其特征在于，上述掣子安装在上述框架上，能绕着上述摇杆轴线转动，而上述挡板也安装在上述框架的与上述摇杆轴线平行的挡板轴线上，能够转动。

9.如权利要求8所述的致动器，其特征在于，上述曲拐具有至少一个带缺口的普通的弧形表面，并且上述各掣子有能与上述缺口中的一个啮合的端头。

10.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，上述安装装置具有把上述曲拐与开关的致动构件联结起来的不等边联杆装置，因而在致动构件的运动与曲拐的运动之间形成不均匀的比率，使得当曲拐靠近其闭合位置时，每一段曲拐运动都使致动构件产生比较小的运动，而当曲拐靠近其断开位置时，则使致动构件产生比较大的运动。

11.如权利要求10所述的致动器，其特征在于，上述不等边联杆装置包括许多互相联结，并与上述曲拐和上述框架联结的联杆，结果，曲拐、框架和联杆共同协作，组成了一个四元杆络机构。

12.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，上述曲拐，上述摇杆和弹簧是这样设计和布置的，使得上述断开侧弹簧在整个断开运动中始终将上述曲拐压向上述断开位置，而上述闭合侧弹簧在整个闭合运动中始终将上述曲拐压向上述闭合位置。

13.如权利要求12所述的致动器，其特征在于，上述弹簧是拉簧，当摇杆从其完全闭合位置运动到其完全断开位置时，上述摇杆的断开侧固定点移动通过一个断开冲程的距离，而上述曲拐的断开侧固定点移动通过一个断开行程的距离，上述断开冲程的距离大于上述上述断开行程的距离，并且，当摇杆从其完全闭合位置运动到其完全断开位置时，上述摇杆的闭合侧固定点移动通过一个闭合冲程的距离，而上述曲拐的闭合侧固定点移动通过一个闭合行程的距离，上述闭合冲程的距离大于上述上述闭合行程的距离。

14.如权利要求13所述的致动器，其特征在于，它还具有一个与上述断开侧弹簧连在一起，处在上述两个断开侧固定点之间的断开侧无效运动机构，以及一个与上述闭合侧弹簧连在一起，处在上述两个闭合侧固定点之间的闭合侧无效运动机构。

15.如权利要求14所述的致动器，其特征在于，上述各弹簧至少有一个具有内直径的最后一圈，至少上述这些断开侧固定点中的一个有一根装在上述断开侧弹簧的最后一圈中的销子，该销子具有比上述最后一圈的内径小的外径，至少上述闭合侧固定点中的一个有一根装在上述闭合侧弹簧的最后一圈中的销子，该销子具有比上述最后一圈的内径小的外径，上述无效运动机构具有上述最后一圈和上述销子。

16.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，它还包括一根围绕和封闭上述致动器中的构件的普通的管状壳体。

17.如权利要求16所述的致动器，其特征在于，上述框架有一对在上述壳体内向前后延伸的板，上述这一对板横贯上述轴线，并互相隔开距离，上述曲拐和摇杆布置在这一对板的中间。

18.如权利要求17所述的致动器，其特征在于，上述框架在上述板的前端和后端还有一对箍圈，上述管状壳体就支承在上述箍圈上。

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