断路器的电动充能装置的制作方法

1.本发明涉及远程地使断路器的合闸弹簧储能的断路器的电动充能装置。


背景技术：

2.电动充能装置是通过电动机电气地进行电路断路器的合闸弹簧的充能，与根据充能状态进行切换的切换开关的状态相应地对电动机进行控制的附属装置。电动机的旋转力通过齿轮而减速，通过充能机构变换为对合闸弹簧进行充能的力。在电动充能装置中，仅在对合闸弹簧进行充能的期间对电动机供给驱动电压，在充能完成的同时，停止向电动机的电压供给(例如，参照专利文献1)。
3.向电动机的电压供给的切换是通过切换开关直接进行的，或者是经由对电动机电路进行双切的一对功率继电器进行的。通过切换开关的状态和控制电压的施加而开始合闸弹簧的充能，如果充能完成，则切换开关进行切换，控制电压切离，电动机停止。
4.专利文献1：日本特开昭60－208014号公报
5.合闸弹簧的充能所需的电动机扭矩大，电动机额定电压越低，则电动机驱动电流变得越大。切换开关为了对大的电动机驱动电力进行控制，能够应用的微动开关为高容量品、大型且高价，另外，存在容易受到震颤、触点的磨损等影响这样的课题。功率继电器也与微动开关同样地，为高容量品、大型且高价，存在震颤、触点的磨损等课题。


技术实现要素：

6.本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到能够确保开关的触点的接触可靠性的断路器的电动充能装置。
7.为了解决上述的课题，并达到目的，本发明的断路器的电动充能装置的特征在于，具有：主电源，其将电力供给至对断路器的合闸弹簧进行充能的电动机；第1开关，其如果检测到合闸弹簧的充能完成，则触点接通；主电源断开电路，如果第1开关检测到充能完成，则该主电源断开电路使主电源的动作停止；以及电动机驱动电路，其具有与电动机串联连接的第1开关元件，如果第1开关检测到充能完成，则将第1开关元件断开。主电源断开电路及电动机驱动电路在第1开关检测到充能完成时，经由第1开关的触点从主电源进行电力供给。
8.发明的效果
9.根据本发明的断路器的电动充能装置，具有能够确保开关的触点的接触可靠性这一效果。
附图说明
10.图1是表示实施方式1所涉及的电动充能装置的结构的功能框图。
11.图2是表示实施方式1所涉及的电动充能装置的主电源的结构的电路图。
12.图3是表示实施方式1所涉及的电动充能装置的副电源的结构的电路图。
13.图4是表示实施方式1所涉及的电动充能装置的电动机驱动电路的结构的电路图。
14.图5是表示实施方式1所涉及的电动充能装置的计时器电路的结构的电路图。
15.图6是表示实施方式1所涉及的电动充能装置的主电源断开电路的结构的电路图。
16.图7是表示实施方式2所涉及的断路器中的充能完成的开路状态的侧剖视图。
17.图8是表示实施方式2所涉及的断路器的一部分结构的状态的图。
18.图9是表示实施方式2所涉及的断路器中的主轴、绝缘连杆用臂及绝缘连杆之间的关系的图。
19.图10是表示实施方式2所涉及的断路器的一部分结构的状态的图。
20.图11是表示实施方式2所涉及的断路器的断路器主体中的脱扣状态的剖视图。
21.图12是表示实施方式2所涉及的断路器的一部分结构的状态的图。
22.图13是表示实施方式2所涉及的电动充能机构的一个例子的侧视图。
23.图14是表示实施方式2所涉及的电动充能机构的组装前的状态的分解正视图。
24.图15是表示实施方式2所涉及的电动充能机构的组装后的状态的正视图。
25.图16是表示实施方式2所涉及的电路断路器的电动充能装置的主电源的结构的电路图。
26.图17是表示实施方式3所涉及的电动充能装置的结构的功能框图。
27.图18是表示实施方式3所涉及的电动充能装置的主电源的结构的电路图。
28.图19是表示实施方式3所涉及的电动充能装置的电动机驱动电路的结构的电路图。
29.图20是表示实施方式3所涉及的电动充能装置的计时器电路的结构的电路图。
具体实施方式
30.下面，基于附图，对实施方式所涉及的断路器的电动充能装置详细地进行说明。
31.实施方式1.
32.图1是表示实施方式1所涉及的电动充能装置的结构的功能框图。图2是表示实施方式1所涉及的电动充能装置的主电源的结构的电路图。图3是表示实施方式1所涉及的电动充能装置的副电源的结构的电路图。图4是表示实施方式1所涉及的电动充能装置的电动机驱动电路的结构的电路图。图5是表示实施方式1所涉及的电动充能装置的计时器电路的结构的电路图。图6是表示实施方式1所涉及的电动充能装置的主电源断开电路的结构的电路图。
33.实施方式1的电动充能装置200如图1所示，具有整流电路202、电动机203、主电源204、副电源205、电动机驱动电路206、作为第1开关的微动开关207、计时器电路208、主电源断开电路209和二极管210、211。
34.整流电路202与交流电源201连接，将交流电力变换为直流电力。电动机203是用于对电路断路器的合闸弹簧进行充能的动力源。主电源204与整流电路202的直流侧连接，生成用于对电动机203进行驱动的低压电力。副电源205与整流电路202的直流侧连接，生成比主电源204的输出电压更低的电压的低压电力。电动机驱动电路206对电动机203进行驱动。微动开关207与电动机驱动电路206、主电源204及副电源205连接，如果合闸弹簧的充能完成，则设为on。微动开关207具有如果合闸弹簧的充能完成，则成为on的触点。计时器电路
208在电动机203的驱动后，即使经过预先设定的时间，微动开关207也不成为on的情况下，使电动机203停止。主电源断开电路209在合闸弹簧的充能完成时使主电源204的输出停止。二极管210连接于主电源204和微动开关207之间。二极管211连接于副电源205和微动开关207之间。
35.主电源204如图2所示，具有变压器204a、场效应晶体管(field effect transistor以后记载为fet)204b、控制电路204c、二极管204d、电阻204e、电容器204f、电阻204g、电阻204h、二极管204i、平滑电容器204j、二极管204k、二极管204m和电阻204n。主电源204是具有变压器204a的绝缘电源，且是通过fet 204b的通断在变压器204a的次级侧生成2次电压的开关电源。
36.变压器204a的初级侧的一端与整流电路202的输出的正侧连接，初级侧的另一端与二极管204d和fet 204b的连接点连接。变压器204a将从整流电路202输出的高电压变换为低电压。fet 204b与变压器204a的初级侧连接，进行通断。fet 204b的源极与整流电路202的输出的负侧连接。控制电路204c的输出端子经由电阻204h与fet204b的栅极连接，进行fet 204b的通断的控制。二极管204d的正极与fet 204b的漏极连接。电阻204e的一端与二极管204d的负极连接，另一端与整流电路202的输出的正侧连接。电容器204f与电阻204e并联连接。电阻204g的一端与fet 204b的源极连接，另一端与fet 204b的栅极连接。电阻204h的一端与fet 204b的栅极连接，另一端与控制电路204c的输出端子连接。二极管204i的正极与变压器204a的次级侧的一端连接，来自另一端的负极的输出成为主电源204的输出。平滑电容器204j的一端与二极管204i的负极连接，另一端与变压器204a的次级侧的另一端连接。二极管204k的负极与控制电路204c的电源端子连接，正极与主电源204的输出连接。二极管204m的负极与控制电路204c的电源端子连接，正极与副电源205的输出连接。电阻204n的一端与控制电路204c的控制端子连接，另一端与控制电路204c的电源端子连接。控制电路204c的控制端子与主电源断开电路209连接。
37.副电源205如图3所示，具有fet 205a、二极管205b、电阻205c、齐纳二极管205d、电阻205e、二极管205f、齐纳二极管205g和电容器205h。
38.fet 205a将从整流电路202输出的高电压变换为低电压。二极管205b的正极与整流电路202的输出的正侧连接，负极与fet 205a的漏极连接。电阻205c的一端与二极管205b的负极连接，另一端与fet 205a的栅极连接。齐纳二极管205d的负极与fet 205a的栅极连接，正极与fet 205a的源极连接。电阻205e的一端与fet 205a的栅极连接，另一端与fet 205a的源极连接。二极管205f的正极与fet 205a的源极连接，来自负极的输出成为副电源205的输出。齐纳二极管205g的负极与fet 205a的栅极连接，正极与接地连接。电容器205h的一端与二极管205f的负极连接，另一端与接地连接。
39.电动机驱动电路206如图4所示，具有作为第1开关元件的fet206a、电阻206b、电阻206c、晶体管206d、电阻206e、二极管206f、二极管206g、电阻206h和电阻206i。在fet 206a反向并联连接有续流用的二极管206j。
40.fet 206a的漏极与电动机203串联连接，源极与接地连接。fet206a是对流过电动机203的电流进行接通断开的开关。电阻206b的一端与主电源204的输出连接，另一端与fet 206a的栅极连接。电阻206c的一端与fet 206a的栅极连接，另一端与接地连接。晶体管206d的集电极与fet 206a的栅极连接，发射极与接地连接。电阻206e的一端与晶体管206d的基
极连接，另一端与接地连接。二极管206f的正极与微动开关207连接，负极与晶体管206d的基极连接。二极管206g的正极与计时器电路208连接，负极与晶体管206d的基极连接。电阻206h连接于二极管206f的正极和微动开关207之间。电阻206i连接于二极管206g的正极和计时器电路208之间。
41.计时器电路208如图5所示，具有计时器部208a、晶体管208b、电阻208c、电阻208d、晶体管208e、电阻208f、电阻208g、晶闸管208h、电阻208i、晶体管208j、电阻208k、电阻208m、二极管208n、二极管208p、电阻208q和电阻208r。
42.计时器部208a与副电源205及接地连接。晶体管208b的基极与计时器部208a的输出连接，集电极与副电源205连接。电阻208c的一端与晶体管208b的发射极连接。电阻208d的一端与电阻208c的另一端连接，另一端与接地连接。晶体管208e的集电极与副电源205连接，发射极与电动机驱动电路206连接。电阻208f的一端与副电源205连接，另一端与晶体管208e的基极连接。电阻208g的一端与晶体管208e的基极连接。晶闸管208h的正极与电阻208g的另一端连接，负极与接地连接，栅极连接于电阻208c和电阻208d的连接点。电阻208i的一端与副电源205连接。晶体管208j的集电极与电阻208i的另一端连接，发射极与接地连接。电阻208k的一端与晶体管208j的集电极连接，另一端与接地连接。电阻208m的一端与晶体管208j的基极连接，另一端与接地连接。二极管208n的负极与晶体管208j的基极连接，正极与微动开关207连接。二极管208p的负极与晶体管208j的基极连接，正极与晶体管208e的发射极连接。电阻208q连接于微动开关207和二极管208n的正极之间。电阻208r连接于晶体管208e的发射极和二极管208p的正极之间。
43.另外，计时器部208a具有作为第1电容器的计时器电容器208a1、二极管208a2、放电电阻208a3、晶体管208a4、电阻208a5、齐纳二极管208a6和充电电阻208a7。
44.计时器电容器208a1的一端与副电源205连接。二极管208a2的负极与计时器电容器208a1的另一端连接。放电电阻208a3的一端与副电源205连接，另一端与二极管208a2的正极连接。晶体管208a4的集电极与二极管208a2的正极连接，基极与晶体管208j的集电极连接，发射极与接地连接。电阻208a5的一端与副电源205连接。齐纳二极管208a6的负极与晶体管208b的基极连接，正极与二极管208a2的负极连接。充电电阻208a7的一端与二极管208a2的负极连接，另一端与二极管208a2的正极连接。
45.通过计时器部208a、晶体管208b、电阻208c、电阻208d、晶体管208e、电阻208f、电阻208g及晶闸管208h，构成使电动机驱动电路206的fet 206a保持为off的断开保持电路。
46.主电源断开电路209如图6所示，具有晶体管209a、电阻209b、晶体管209c和电阻209d。晶体管209a的集电极与主电源204的控制电路204c连接，发射极与接地连接。电阻209b的一端与晶体管209a的基极连接，另一端与接地连接。晶体管209c的集电极与副电源205连接，发射极与接地连接，基极与微动开关207连接。电阻209d的一端与晶体管209c的基极连接，另一端与接地连接。
47.接下来，对电动充能装置200的动作进行说明。如果从交流电源201被供给ac100v～200v左右的交流电压，则整流电路202将供给的交流电压变换为直流电压。在图2所示的主电源204中，通过控制电路204c的输出使fet 204b进行通断动作，由此将从整流电路202输出的直流电压通过变压器204a变换为低电压的次级侧电压。主电源204将变换后的次级侧电压通过二极管204i及平滑电容器204j进行平滑，将平滑化的低电压例如dc24v的直流
电压进行输出。
48.图3所示的副电源205是将从整流电路202输出的直流电压通过fet 205a降压的串联电源。在这里，如果将fet 205a的接通电压设为3v左右，将齐纳二极管205g的齐纳电压设为23v左右，则副电源205的输出电压vd成为vd≒23v－3v＝20v左右。
49.合闸弹簧的充能信号为off，即，微动开关207为off，从交流电源201被施加电源电压，由此主电源204和副电源205上升。
50.接下来，对电动机驱动电路206的动作进行说明。如果微动开关207为off且主电源204和副电源205上升，则在图4所示的电动机驱动电路206中，晶体管206d保持off不变，经由电阻206b对fet 206a的栅极施加主电源的电压，fet 206a设为on，对电动机203进行驱动。通过对电动机203进行驱动，从而开始合闸弹簧的充能。另外，与此同时，图5所示的计时器电路208的晶体管208a4设为on，经由充电电阻208a7开始向计时器电容器208a1的充电动作。
51.如果通过电动机203进行的合闸弹簧的充能完成，则微动开关207设为on，输出充能完成信号，在图4所示的电动机驱动电路206中，经由电阻206h及二极管206f将晶体管206d设为on。由此，fet 206a的栅极成为低电平，fet 206a成为off，停止电动机203的驱动。
52.与此同时，微动开关207的on信号即充能完成信号，还输入至图6所示的主电源断开电路209，晶体管209c成为on。晶体管209c成为on，晶体管209a成为off，向主电源204的控制电路输入低电平。由此，控制电路204c停止向fet 204b的通断输出，主电源204成为停止状态。
53.另外，微动开关207的on信号即充能完成信号还输入至图5所示的计时器电路208，经由电阻208q及二极管208n使晶体管208j设为on。如果晶体管208j成为on，则晶体管208a4为off，由此停止向计时器电容器208a1的充电，计时器电容器208a1的电荷经由放电电阻208a3及二极管208a2进行放电。
54.接下来，对计时器电路208的动作进行说明。计时器电路208的计时器设定时间通过齐纳二极管208a6的齐纳电压进行设定。如前述所示，在微动开关207为on时，晶体管208j成为on，由此计时器电路208的计时器动作成为off。另一方面，如果微动开关207为off且存在副电源205的电压输出，则晶体管208a4设为on，开始向计时器电容器208a1的充电。如果计时器电容器208a1的充电电压超过齐纳二极管208a6的齐纳电压即第1值而产生泄漏电流，则晶体管208b成为on，使晶闸管208h为on。在该晶闸管208h为on的期间，经由图4所示的电动机驱动电路206的电阻206h及二极管206f将晶体管206d设为on，使合闸及停止用的fet 206a的栅极下拉，将fet 206a保持为off状态。由此，停止电动机203的驱动。
55.如果通过电动机203进行的合闸弹簧的充能在超过齐纳二极管208a6的齐纳电压前完成，微动开关207设为on，由此晶体管208j设为on而晶体管208a4设为off，则对计时器电容器208a1充电的电荷被放电电阻208a3消耗，将计时器部208a重置。
56.对电动机203的驱动状态超过计时器电路208的计时器设定时间，或使电动机203以短的断开时间连续地重复动作的情况进行说明。在如上所述的情况下，向计时器电容器208a1的充电进行，计时器电容器208a1的充电电压达到齐纳二极管208a6的齐纳电压。于是，齐纳二极管208a6设为on，晶体管208b也设为on。如果晶体管208b设为on，则晶闸管208h设为on，晶体管208e也设为on。
57.如果晶体管208e设为on，则对电动机驱动电路206的电阻206i施加副电源205的输出电压。由此，经由二极管206g，晶体管206d设为on，fet 206a设为off，停止电动机203的驱动。
58.另外，如果晶体管208e设为on，则还对电阻208r施加副电源205的输出电压。由此，经由二极管208p，晶体管208j设为on，晶体管208a4设为off，向计时器电容器208a1的充电停止。由此，计时器电容器208a1的电荷经由放电电阻208a3及二极管208a2放电。
59.接下来，对微动开关207的触点的刷新动作进行说明。在合闸弹簧的充能完成，微动开关207检测到充能完成时，在经由微动开关207通过电动机驱动电路206使主电源204停止的同时，通过电动机驱动电路206还使电动机203强制off。另外，在充能完成时，向电动机驱动电路206、计时器电路208及主电源断开电路209，经由微动开关207从主电源204及副电源205这两者进行电源供给。
60.由此，电动机203无延迟而设为off，将处于主电源204的变压器204a的次级侧的平滑电容器204j中残留的电荷经由微动开关207对电动机驱动电路206、计时器电路208及主电源断开电路209供电而放电。并且，在放电后，切换为副电源205的输出20v，以限制的电流对电动机203的off状态进行保持。
61.如上所述，在每次充能完成时将微动开关207的触点的氧化覆膜通过主电源204的输出即dc24v且5ma左右的电流进行清洁而刷新，因此能够在稳态时，一边通过微小负载使用，一边确保微动开关207的接触可靠性。另外，稳态负载减小，因此能够将宽输入的副电源205由低价的串联电源构成。
62.如以上说明所述，根据实施方式1，在微动开关207检测到充能完成时，在经由微动开关207通过电动机驱动电路206使主电源204停止的同时，通过电动机驱动电路206还使电动机203强制off。另外，在充能完成时，向电动机驱动电路206、计时器电路208及主电源断开电路209，经由微动开关207从主电源204进行电源供给。因此，能够立即使电动机203停止。另外，在每次充能完成时对微动开关207的触点的氧化覆膜进行清洁而刷新，因此能确保微动开关207的触点的接触可靠性。
63.另外，将在主电源204的变压器204a的平滑电容器204j中残留的电荷经由微动开关207对电动机驱动电路206、计时器电路208及主电源断开电路209供电而放电，因此能够使由向主电源204的1次输入电压的差异引起的平滑电容器204j中的剩余电荷量的差异所引起的电动机203的停止时间的波动稳定，具有能够对用户提供安心感的效果。
64.另外，根据实施方式1，主电源204是具有变压器204a的绝缘电源。另外，根据实施方式1，主电源断开电路209的晶体管209c的集电极与副电源205连接，在充能完成时，通过与副电源205连接的晶体管209c的动作将主电源204设为停止状态。并且，根据实施方式1，通过计时器电路208，如果电动机203的驱动时间超过计时器设定时间，则将对电动机203进行驱动控制的fet 206a保持为off状态。如上所述，在实施方式1中，主电源204是具有变压器204a的绝缘电源，通过主电源204的输出对电动机203进行驱动，通过副电源205和微动开关207的输出对主电源204的on、off进行控制，在充能完成时，通过计时器电路208，构成为将对电动机203进行驱动控制的fet 206a设为弹键off。因此，能够废除双切的功率继电器。
65.另外，根据实施方式1，将主电源204由开关电源构成，因此输入电压与全球宽电源相对应，并且能够将电动机额定电压通过例如低电压的dc24v进行标准化。另外，能够将微
动开关207由小容量的小型微动开关构成，实现低成本化。
66.另外，根据实施方式1，计时器电路208具有保护功能，即，如果在合闸弹簧的充能中进行充电而充能完成，放电的计时器电容器208a1的电压上升至大于或等于齐纳二极管208a6的齐纳电压，则将电动机驱动电路206的fet 206a设为弹键off而使电动机203停止。因此，能够实现电动充能装置200的齿轮发生故障或由于电动机内部断线而发生电动机约束，在规定时间内充能不停止的情况下的保护功能，或者主体机构或者电动充能装置200的齿轮发生故障而连续地不经过充分的放电时间而重复充能的情况下的保护功能。
67.另外，根据实施方式1，在主电源204中，如果检测到由于输入电压的降低或者由于齿轮故障等引起的电动机约束所产生的过电流，则限制输出，但在如上所述的输出限制状态继续时，也通过计时器电路208将电动机驱动电路206的fet 206a设为弹键off而使电动机203停止。因此，能够实现不依赖于熔断器的过电流保护。
68.另外，根据实施方式1，在主电源204放电后，切换为副电源205的输出20v，通过副电源205对电动机203的off状态进行保持，因此在充能完成后，在微动开关207发生off故障的情况下，也维持充能完成状态，因此作为充能优先电路，能够与主体装置的非常迅速的再合闸对应。此外，此时的电动机203的停止通过计时器电路208而停止。
69.此外，在实施方式1中，在不设为充能优先方式的情况下，也能够消除副电源205。在该情况下，计时器电路208从主电源204的变压器204a的2次输出被电源供给，关于微动开关207的触点刷新，通过设为其他结构而实现积分电路等。
70.实施方式2.
71.实施方式2示出了将在实施方式1中说明的电动充能装置200应用于断路器的例子。另外，构成了实施方式1中的主电源204使用绝缘变压器的绝缘电源，但与在实施方式1中说明的电动充能装置200和实施方式2中的电动充能装置的差异点在于，实施方式2中的主电源设为非绝缘的电源。因此，在实施方式2中，通过进行电动机203和保持电动机203的框架之间的绝缘及由电动机203驱动的齿轮和断路器的充能机构部之间的绝缘，从而能够废除功率继电器的双切。
72.图7是表示实施方式2所涉及的断路器中的充能完成的开路状态的侧剖视图。图8是表示实施方式2所涉及的断路器的一部分结构的状态的图。图9是表示实施方式2所涉及的断路器中的主轴、绝缘连杆用臂及绝缘连杆之间的关系的图。图10是表示实施方式2所涉及的断路器的一部分结构的状态的图。图11是表示实施方式2所涉及的断路器的断路器主体中的脱扣状态的剖视图。图12是表示实施方式2所涉及的断路器的一部分结构的状态的图。
73.图7所示的断路器1是空气断路器，连接于未图示的电源装置和未图示的负载装置之间。负载装置例如是对从电源装置供给的电力进行消耗的电气设备。断路器1具备绝缘性的框体10，其具有模塑壳体10a和模塑罩10b。在框体10内，在图7中的右侧配置有主要进行主电路的开闭的电气系统6的部件，在图7中的左侧配置有用于进行开闭的机构系统7的部件。
74.断路器1的电气系统6具有：负载侧固定导体42，其一端从框体10凸出而与负载装置连接；可动接触件43，其固接有可动触点43a；以及电源侧固定导体44，其一端从框体10凸出而与电源装置连接，在另一端固接有与可动触点43a相对的固定触点44a。在包含图7的多
个附图中，为了使说明容易理解，图示出将铅垂方向设为z轴的方向，将负载侧固定导体42及电源侧固定导体44延伸的方向设为x轴的方向，将与x轴和z轴分别正交的方向设为y轴的方向的3维的正交坐标系。
75.另外，电气系统6具备柔性导体45，其具有挠性，一端固定于框体10，另一端固定于可动接触件43。可动触点43a和固定触点44a接触，由此经由柔性导体45将负载侧固定导体42和电源侧固定导体44电连接。配置有可动触点43a的可动接触件43通过连结销49安装于机构系统7，由机构系统7驱动。
76.另外，电气系统6具有：可动件保持架46，其一端能够旋转地安装于模塑壳体10a所保持的保持架轴48；压接弹簧47，其安装于模塑壳体10a和可动接触件43之间；以及消弧室4。在断路器1为图7所示的开路状态下，由压接弹簧47在可动触点43a远离固定触点44a的方向施力。另外，在断路器1为图11所示的闭合状态下，由压接弹簧47在可动触点43a对固定触点44a推压的方向施力。消弧室4将在可动触点43a从固定触点44a分离时产生的电弧切断。
77.接下来，对断路器1的机构系统7进行说明。如图8所示，断路器1具有：框架16，其包含一对框架16a、16b，固定于框体10；凸轮轴21；以及螺母82。框架16a和框架16b通过凸轮轴21和螺母82隔开间隔而配置。凸轮轴21可以是螺栓，但也可以是螺栓以外的部件。
78.机构系统7配置为夹在框架16a和框架16b之间。保持架轴48、连结销49及机构系统7中的各轴只要没有特别声明，配置为成为与凸轮轴21的轴平行的方向即y轴方向。
79.断路器1的机构系统7具有：引导板17，其一端固定于框架16，向图7中的上方延伸；合闸弹簧18，其安装于引导板17；充能臂24，其中途部能够旋转地支撑于共有固定轴24a；以及充能用凸轮22，其使充能臂24进行旋转。
80.在充能臂24的一端设置有弹簧钩销24d，该弹簧钩销24d插入至形成于框架16的长孔16c。合闸弹簧18的一端与弹簧钩销24d抵接，另一端与框架16抵接。充能用凸轮22固定于凸轮轴21。
81.机构系统7具有使充能用凸轮22旋转而对合闸弹簧18进行储能的电动充能机构90。电动充能机构90具有棘轮齿轮91。棘轮齿轮91与充能用凸轮22同样地固定于凸轮轴21，电动充能机构90通过使棘轮齿轮91进行旋转，从而使充能用凸轮22旋转。此外，对电动充能机构90的具体结构在后面进行详述。
82.在充能臂24的另一端设置有臂侧辊24b，该臂侧辊24b与充能用凸轮22的凸轮面22b抵接。通过充能用凸轮22的旋转，臂侧辊24b沿凸轮面22b移动。
83.另外，机构系统7具有：第1关闭弹键25，其基端能够旋转地支撑于共有固定轴24a；第2关闭弹键26，其能够旋转地支撑于固定轴26a；以及关闭杆27，其一部分形成为半圆柱状。
84.充能用凸轮22具有在与棘轮齿轮91之间设置的凸轮侧辊22a，第1关闭弹键25的前端与凸轮侧辊22a抵接。在第1关闭弹键25的基端和前端之间的中途部设置有弹键侧辊25a，该弹键侧辊25a与第2关闭弹键26的一端抵接。
85.在第2关闭弹键26的一端形成凸出部26b及卡合部26c。第2关闭弹键26通过未图示的复位弹簧而受到图7中的逆时针的力，因此凸出部26b试图使第1关闭弹键25顺时针地旋转。在断路器1为图7所示的状态的情况下，第1关闭弹键25处于与凸轮侧辊22a抵接的状态，凸轮侧辊22a成为止动器而保持为第1关闭弹键25无法旋转的状态。此外，关闭杆27通过未
图示的接通按钮的手动或者螺线管等的接通操作而顺时针地旋转。
86.如图9所示，机构系统7具有：主轴28；绝缘连杆用臂28a，其固定于主轴28；以及第2连杆用臂28b，其固定于主轴28，配置于绝缘连杆用臂28a之间。主轴28能够旋转地支撑于框架16。绝缘连杆用臂28a的基端等间隔地沿延伸方向在主轴28配置3个。绝缘连杆用臂28a和第2连杆用臂28b彼此为相同形状。绝缘连杆用臂28a通过未图示的销，能够旋转地与图10所示的绝缘连杆41的一端连结。绝缘连杆41的另一端与可动接触件43连结。
87.如图7及图10所示，机构系统7具有：合闸肘杆机构29；连杆杠杆30，其能够旋转地支撑于固定轴30a；脱扣弹键31，其能够旋转地支撑于固定轴26a；以及脱扣条32，其与脱扣弹键31的一端卡合。
88.合闸肘杆机构29包含第1连杆29a、第2连杆29b和销29c、29d。第1连杆29a的一端通过销30b能够旋转地与连杆杠杆30的一端连结。第1连杆29a的另一端和第2连杆29b的一端通过销29d连结。第2连杆29b的另一端通过销29c与第2连杆用臂28b的另一端连结。在连杆杠杆30，在一端和旋转中心之间的中途部设置杠杆侧辊30c。脱扣弹键31的侧面与杠杆侧辊30c卡合。
89.在图7所示的状态下，如果未图示的接通按钮被按下，则关闭杆27顺时针地旋转，通过关闭杆27进行的第2关闭弹键26的锁止被解除。锁止解除后的第2关闭弹键26沿图7中的顺时针旋转，卡合部26c和弹键侧辊25a的卡合脱离。因此，充能用凸轮22通过凸轮侧辊22a使第1关闭弹键25沿图7中的逆时针旋转，并且沿图7中的逆时针旋转，因此臂侧辊24b落入至充能用凸轮22的凸轮面22b的台阶部。因此，充能臂24成为自由的状态。
90.充能臂24如果成为自由的状态，则通过合闸弹簧18的释放力沿图7中的逆时针旋转，工作面24c将合闸肘杆机构29的连杆侧辊29e弹起。脱扣弹键31通过脱扣条32向图7中的逆时针的移动被锁止，因此合闸肘杆机构29伸长，使第2连杆用臂28b沿图7中的逆时针旋转。
91.由此，如图11及图12所示，在断路器1中，可动触点43a和固定触点44a接触，电路成为闭合状态。此外，在图11所示的状态下，通过压接弹簧47经由合闸肘杆机构29及销30b，将绕图11中的顺时针的旋转力赋予给连杆杠杆30，但通过脱扣条32阻止连杆杠杆30的图11中的逆时针的旋转。
92.如图11所示，在合闸弹簧18释放的脱扣状态下，如果通过电动充能机构90中的棘轮齿轮91的驱动，棘轮齿轮91沿图11中的逆时针旋转，则充能用凸轮22沿图11中的逆时针旋转。由此，充能臂24以凸轮轴21为中心，沿图11中的顺时针旋转至图7所示的位置为止，弹簧钩销24d将合闸弹簧18按下，因此合闸弹簧18储能。如上所述，合闸弹簧18成为图7及图10所示的储能完成状态。
93.接下来，对电动充能机构90的结构具体地进行说明。图13是表示实施方式2所涉及的电动充能机构90的一个例子的侧视图。图14是表示实施方式2所涉及的电动充能机构90的组装前的状态的分解正视图。图15是表示实施方式2所涉及的电动充能机构90的组装后的状态的正视图。此外，在图14中，包含棘轮齿轮91的电动充能机构90的一部分结构没有进行图示。
94.如图13所示，电动充能机构90具有形成了多个齿轮齿91a的棘轮齿轮91、输送爪92、逆转防止爪93、弹簧96、98。棘轮齿轮91经由充能臂24、充能用凸轮22及凸轮轴21，通过
合闸弹簧18向图13中的顺时针施力。下面，有时将通过合闸弹簧18的施力使棘轮齿轮91旋转的方向记载为施力方向。
95.输送爪92的前端部92a与棘轮齿轮91的齿轮齿91a卡合。弹簧96架设于输送爪92的基端部和框架16之间，沿图13中的逆时针对输送爪92施力。
96.逆转防止爪93的基端部能够旋转地安装于框架16。该逆转防止爪93通过弹簧98沿图13中的逆时针施力，前端部93a与棘轮齿轮91的齿轮齿91a卡合。由此，逆转防止爪93对棘轮齿轮91向施力方向的旋转进行限制。此外，逆转防止爪93不对向与施力方向相反方向的棘轮齿轮91的旋转进行限制。
97.电动充能机构90如图14、15所示，具有框架97和安装于框架97的电动机部94。电动机部94由下述部件构成：电动机主体94a；托架94b，其由绝缘部件成型，对电动机主体94a进行保持；绝缘齿轮94d，其由绝缘部件成型，将电动机主体94a的输出轴94c的旋转力向输送爪92传递；电动机主体安装螺钉94e，其用于将与托架94b嵌合的电动机主体94a固定于托架94b；以及电动机部安装螺钉94f，其用于将保持有电动机主体94a的托架94b固定于框架97。
98.另外，电动充能机构90具有将绝缘齿轮94d的旋转力向输送爪92传递的传递机构95。电动机主体94a是通过直流电力使输出轴94c进行旋转的直流电动机。
99.传递机构95具有：减速齿轮95a，其输入侧的齿轮安装于电动机主体94a的输出轴94c；以及旋转部件95b，其安装于减速齿轮95a的输出轴95c，以输出轴95c为中心进行旋转。输送爪92的基端能够旋转地安装于从旋转部件95b的旋转中心偏移的位置。
100.旋转部件95b通过图13所示的弹簧96，将输出轴95c作为旋转中心而沿图13中的逆时针施力。如果电动机主体94a的输出轴94c旋转，由此减速齿轮95a的输出轴95c旋转，则旋转部件95b沿图13中的逆时针旋转。如果旋转部件95b沿图13中的逆时针旋转，则输送爪92重复多次与圆弧滑块曲轴相同的往复曲线运动，由此输送爪92使棘轮齿轮91旋转。
101.如上所述，在电动充能机构90中，电动机主体94a经由绝缘齿轮94d将输出轴94c安装于在与输送爪92之间设置的传递机构95，通过输出轴94c的旋转，经由传递机构95使输送爪92往复移动。由此，棘轮齿轮91向与施力方向的相反方向旋转。
102.接下来，说明对电动机主体94a进行驱动的电动充能装置的电路结构。实施方式2的电动充能装置的功能框图与图1相同。在实施方式2中，图1所示的主电源的电路结构与实施方式1不同。图16是表示实施方式2所涉及的电路断路器的电动充能装置的主电源214的结构的电路图。实施方式1的主电源204是具有变压器204a的绝缘电源，但实施方式2中的主电源214是不具有变压器的非绝缘的电源。
103.如图16所示，主电源214具有fet 214a、电阻214b、电阻214c、控制电路214d、二极管214e、线圈214f、电容器214g、二极管214h、二极管214i和电阻214j。fet 214a的漏极与整流电路202连接。电阻214b的一端与fet 214a的漏极连接，另一端与fet 214a的栅极连接。电阻214c的一端与fet 214a的栅极连接。控制电路214d的输出端子与电阻214c的另一端连接，进行fet 214a的通断控制。二极管214e的负极与fet 214a的源极连接，正极与接地连接。线圈214f的一端与fet 214a的源极连接，另一端成为主电源214的输出。电容器214g的一端与线圈214f的另一端连接，另一端与接地连接。二极管214h的正极与主电源214的输出连接，负极与控制电路214d的电源端子连接。二极管214i的正极与副电源205的输出连接，负极与控制电路214d的电源端子连接。电阻214j的一端与控制电路214d的电源端子连接，
另一端与控制电路214d的控制端子连接。控制电路214d的控制端子与主电源断开电路209连接。
104.接下来，对主电源214的动作进行说明。主电源214是斩波型的电源。从整流电路202输出的直流电压通过控制电路214d的控制输出而使fet 214a进行通断动作，由此使对线圈214f施加的电压断续。通过线圈214f、二极管214e及电容器214g，将施加至线圈214f的电压例如降压为dc24v的直流电压。
105.另外，对控制电路214d的电源端子，与实施方式1同样地，经由二极管214h供给主电源214的输出电压，且经由二极管214i供给副电源205的输出电压。电阻214j用于将控制电路214d的控制端子上拉，主电源断开电路209的晶体管209a设为on，由此控制电路214d的控制端子成为低电平，控制电路214d的输出端子停止动作。
106.如上所述，根据实施方式2，主电源214设为非绝缘类型，因此进行电动机203和保持电动机203的框架之间的绝缘及由电动机203驱动的齿轮和断路器的充能机构部之间的绝缘，由此能够废除双切的功率继电器。
107.此外，在实施方式2中，构成为将主电源214设为非绝缘类型，将电动机203从充能机构部绝缘，但在将电动机203从充能机构部绝缘的结构中，也可以将主电源设为实施方式1中说明那样的绝缘类型的电源。
108.实施方式3.
109.实施方式1、2是微动开关207在充能完成时成为on的充能优先电路的结构例，但实施方式3是微动开关307在充能完成时成为off的off优先，是不使用副电源的结构。
110.图17是表示实施方式3所涉及的电动充能装置的结构的功能框图。图18是表示实施方式3所涉及的电动充能装置的主电源的结构的电路图。图19是表示实施方式3所涉及的电动充能装置的电动机驱动电路的结构的电路图。图20是表示实施方式3所涉及的电动充能装置的计时器电路的结构的电路图。
111.实施方式3中的电动充能装置300如图17所示，具有整流电路202、主电源304、二极管310、微动开关307、电阻312、二极管311、电动机驱动电路306、计时器电路308和二极管309。主电源304与整流电路202的输出侧连接。二极管310的正极与主电源304的输出连接。微动开关307的一端与二极管310的负极连接，另一端与主电源304连接。电阻312的一端与整流电路202的输出侧连接。二极管311的正极与电阻312的另一端连接，负极与微动开关307的一端连接。电动机驱动电路306与主电源304的输出连接，对电动机203进行驱动。计时器电路308经由二极管309与主电源304的输出连接，在对电动机203进行驱动后，即使经过所设定的时间，微动开关307也不为off的情况下使电动机203停止。
112.此外，实施方式3中的微动开关307与实施方式1的微动开关207不同，具有如果合闸弹簧的充能开始，则成为on，如果合闸弹簧的充能完成，则成为off的触点。
113.主电源304如图18所示，是与在图2中说明的主电源204大致相同的电路结构，但向控制电路304c的电源端子供给的电源不同。在实施方式3中，不使用在实施方式1中说明的副电源205，取而代之，将通过电阻312对整流电路202的输出电压进行分压后的电压经由二极管311和微动开关307供给至主电源304的控制电路304c，由此在交流电源201刚合闸后的启动时，使控制电路304c动作。
114.图18所示的变压器304a、fet 304b、控制电路304c、二极管304d、电阻304e、电容器
304f、电阻304g、电阻304h、二极管304i及平滑电容器304j，与图2所示的变压器204a、fet 204b、控制电路204c、二极管204d、电阻204e、电容器204f、电阻204g、电阻204h、二极管204i及平滑电容器204j相对应。与图2的差异点在于，删除二极管204k、二极管204m，微动开关307的另一端与控制电路304c的电源端子连接。这些电路的动作与图2相同，因此省略说明。
115.在实施方式3中，通过微动开关307，将主电源304向控制电路304c的电压供给设为on、off，由此是使直接通断停止的方式。但是，在该情况下，除了off优先以外，由微动开关307的刷新动作和输入电压的差异引起的停止时间的稳定丧失。
116.电动机驱动电路306如图19所示，是与在图4中说明的电动机驱动电路206大致相同的电路结构，但删除了二极管206f及电阻206h。图19所示的fet 306a、电阻306b、电阻306c、晶体管306d、电阻306e、二极管306g、电阻306i及续流用的二极管306j，与图4所示的fet 206a、电阻206b、电阻206c、晶体管206d、电阻206e、二极管206g、电阻206i及续流用的二极管206j相对应。这些电路的动作与图4相同，因此省略动作说明。
117.计时器电路308如图20所示，是与在图5中说明的计时器电路208大致相同的电路结构，但删除了二极管208n和电阻208q。图20所示的计时器部308a、晶体管308b、电阻308c、电阻308d、晶体管308e、电阻308f、电阻308g、晶闸管308h、电阻308i、晶体管308j、电阻308k、电阻308m、二极管308p及电阻308r，与图5所示的计时器部208a、晶体管208b、电阻208c、电阻208d、晶体管208e、电阻208f、电阻208g、晶闸管208h、电阻208i、晶体管208j、电阻208k、电阻208m、二极管208p及电阻208r相对应。图20的计时器部308a中的计时器电容器308a1、二极管308a2、放电电阻308a3、晶体管308a4、电阻308a5、齐纳二极管308a6、充电电阻308a7，与图5的计时器部208a中的计时器电容器208a1、二极管208a2、放电电阻208a3、晶体管208a4、电阻208a5、齐纳二极管208a6、充电电阻208a7相对应。这些电路的动作与图5相同，因此省略动作说明。
118.根据实施方式3，微动开关307设为在充能完成时成为off的off优先，由此即使不具有副电源，也能够废除双切的功率继电器。
119.另外，在上述说明中，对用于进行空气断路器的合闸的电动充能装置进行了说明，但也能够应用于对电路断路器的手柄进行操作的电动操作装置等具有使用电动机驱动器的方式的其他装置。
120.以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一部分，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够适当地组合，或者对结构的一部分进行省略、变更。
121.标号的说明
122.1断路器，4消弧室，6电气系统，7机构系统，10框体，10a模塑壳体，10b模塑罩，16、16a、16b、97框架，16c长孔，17引导板，21凸轮轴，22充能用凸轮，22a凸轮侧辊，22b凸轮面，24充能臂，24a共有固定轴，24b臂侧辊，24c工作面，24d弹簧钩销，25第1关闭弹键，25a弹键侧辊，26第2关闭弹键，26a、30a固定轴，26b凸出部，26c卡合部，27关闭杆，28主轴，28a绝缘连杆用臂，29合闸肘杆机构，29c、29d、30b销，29e连杆侧辊，30连杆杠杆，30c杠杆侧辊，31脱扣弹键，32脱扣条，41绝缘连杆，42负载侧固定导体，43可动接触件，43a可动触点，44电源侧固定导体，44a固定触点，45柔性导体，46可动件保持架，48保持架轴，49连结销，82螺母，90电动充能机构，91棘轮齿轮，91a齿轮齿，92输送爪，92a、93a前端部，94电动机部，94a电动机
主体，94b托架，94c、95c输出轴，94d绝缘齿轮，95传递机构，95a减速齿轮，95b旋转部件，200、300电动充能装置，201交流电源，202整流电路，203电动机，204、214、304主电源，204a、304a变压器，204b、304b fet，204c、214d、304c控制电路，204d、204i、204k、204m、205b、205f、206f、206g、206j、208a2、208n、208p、210、211、214e、214h、214i、304d、304i、306g、306j、308a2、308p、309、310、311二极管，204e、204g、204h、204n、205c、205e、206b、206c、206e、206h、206i、208a5、208c、208d、208f、208g、208i、208k、208m、208q、208r、209b、209d、214b、214c、214j、304e、304g、304h、306b、306c、306e、306i、308a5、308c、308d、308f、308g、308i、308k、308m、308r、312电阻，204f、205h、214g、304f电容器，204j、304j平滑电容器，205副电源，205d、205g、208a6、308a6齐纳二极管，206、306电动机驱动电路，206d、208a4、208b、208e、208j、209a、209c、306d、308a4、308b、308e、308j晶体管，207、307微动开关，208、308计时器电路，208a、308a计时器部，208a1、308a1计时器电容器，208a3、308a3放电电阻，208a7、308a7充电电阻，208h、308h晶闸管，209主电源断开电路，214f线圈。

技术特征：
1.一种断路器的电动充能装置，其特征在于，具有：主电源，其将电力供给至对断路器的合闸弹簧进行充能的电动机；第1开关，其如果检测到所述合闸弹簧的充能完成，则触点接通；主电源断开电路，如果所述第1开关检测到所述充能完成，则该主电源断开电路使所述主电源的动作停止；以及电动机驱动电路，其具有与所述电动机串联连接的第1开关元件，如果所述第1开关检测到所述充能完成，则该电动机驱动电路将所述第1开关元件断开，所述主电源断开电路及所述电动机驱动电路在所述第1开关检测到所述充能完成时，经由所述第1开关的所述触点从所述主电源进行电力供给。2.根据权利要求1所述的断路器的电动充能装置，其特征在于，具有副电源，该副电源与所述主电源相比输出电压低，所述主电源断开电路及所述电动机驱动电路在所述第1开关检测到所述充能完成时，经由所述第1开关的所述触点从所述主电源及所述副电源进行电力供给。3.根据权利要求1或2所述的断路器的电动充能装置，其特征在于，具有计时器电路，该计时器电路具有：第1电容器，其在所述电动机的驱动中被充电，如果所述第1开关检测到所述充能完成，则该第1电容器放电；以及断开保持电路，如果所述第1电容器的电压大于第1值，则该断开保持电路使所述电动机驱动电路的所述第1开关元件保持为断开。4.根据权利要求1至3中任一项所述的断路器的电动充能装置，其特征在于，所述主电源是具有变压器的绝缘电源，是通过通断动作在所述变压器的次级侧生成2次电压的开关电源，所述主电源断开电路使所述通断动作停止，由此在所述第1开关检测到所述充能完成时，使所述主电源的动作停止。5.根据权利要求1至3中任一项所述的断路器的电动充能装置，其特征在于，所述主电源是不具有变压器的非绝缘的电源，所述电动机与用于对所述合闸弹簧进行充能的充能机构电绝缘。6.一种断路器的电动充能装置，其特征在于，具有：主电源，其将电力供给至对断路器的合闸弹簧进行充能的电动机；第1开关，其在合闸弹簧的充能开始时触点成为接通，如果检测到充能完成，则所述触点断开；主电源断开电路，如果所述第1开关检测到所述充能完成，则该主电源断开电路使所述主电源的动作停止；第1开关元件，其与所述电动机串联连接；以及电动机驱动电路，如果所述第1开关检测到所述充能完成，则该电动机驱动电路将所述第1开关元件断开。

技术总结
本发明得到一种断路器的电动充能装置，其能够确保开关的触点的接触可靠性。电动充能装置(200)具有：主电源(204)，其对电动机(203)供给电力；微动开关(207)，其如果检测到合闸弹簧的充能完成，则触点接通；主电源断开电路(209)，如果微动开关(207)检测到充能完成，则主电源断开电路(209)使主电源(204)的动作停止；以及电动机驱动电路(206)，其具有与电动机(203)串联连接的第1开关元件，如果微动开关(207)检测到充能完成，则电动机驱动电路(206)将第1开关元件断开。主电源断开电路(209)及电动机驱动电路(206)在微动开关(207)检测到充能完成时，经由微动开关(207)的触点从主电源(204)进行电力供给。(204)进行电力供给。(204)进行电力供给。


技术研发人员：长畑和宏
受保护的技术使用者：三菱电机株式会社
技术研发日：2023.02.01
技术公布日：2023/8/14