一种离合器及包括它的弹簧操作装置和断路器技术领域
本发明涉及尤其用于断路器弹簧操作装置的离合器。本发明还涉及包
括该离合器的弹簧操作装置和包括该弹簧操作装置的断路器。
背景技术
用于断路器尤其是中压断路器的弹簧操作装置是已知的，其通常包括
用于储能的储能弹簧、用于驱动储能弹簧从释放状态进入储能状态的驱动
器和设置在储能弹簧与驱动器之间的传动机构。传动机构通常包括具有拐
臂的轴，拐臂与储能弹簧联结从而使储能弹簧压缩或拉伸以进入储能状
态。传动机构通常还包括设置在轴与驱动器之间的传动部件和设置在轴与
传动部件之间的离合器。离合器用于在轴通过转动以使储能弹簧进入储能
状态时使轴与传动部件联接以给轴提供扭矩，并且在储能弹簧刚刚到达储
能状态并被锁定时以及在储能弹簧释能时使轴与传动部件脱接以避免来
自轴的作用力不利地作用于驱动器。
中国实用新型专利CN203134725U公开一种断路器的弹簧操作装置，
其包括具有储能拐臂的凸轮轴和活动安装在该凸轮轴上的大齿轮，该凸轮
轴与大齿轮之间设有类似棘轮棘爪机构的离合器。具体而言，这种离合器
包括设置在固定安装在凸轮轴上的送进套和活动设置在大齿轮一侧上的
棘爪。送进套外周面形成能与棘爪单向接合的凸台，棘爪被偏压成抵接送
进套的外周面。当大齿轮相对于凸轮轴沿第一方向转动时，棘爪与送进套
上的凸台接合以传递扭矩，而当大齿轮相对于凸轮轴沿相反的第二方向转
动时，棘爪仅能滑动越过凸台而无法传递扭矩。另外，当储能弹簧到达储
能状态并被锁定时，棘爪复位扭簧提升棘爪以使棘爪与凸台脱离从而保护
驱动电机。
这种离合器设置在大齿轮的侧面。当大齿轮与凸轮轴接合以传递扭矩
时，由于大齿轮与凸轮轴之间有间隙，因此离合器会使大齿轮相对于凸轮
轴横向倾斜。在此情况下，当大齿轮驱动凸轮轴时，大齿轮面向凸轮轴的
内周面或轴侧面只有一部分能对凸轮轴传递力矩，这会使大齿轮与凸轮轴
之间所能传递的力矩大小受到影响。为使传动力矩满足要求，需要采用较
大的大齿轮。再者，离合器设置在大齿轮的侧面，这进一步增大了大齿轮
的尺寸。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种使轴与安装在该轴上的传动部件联
接与脱接的离合器，包括：安装在该传动部件内的偏压机构，其具有止挡
部，该止挡部适于在从该传动部件的轴侧面伸出的伸出位置与缩回该传
动部件内的缩回位置之间运动，并构造成被偏压向该伸出位置；设置在
该轴上的单向接合部，其配置成当该传动部件相对于该轴沿第一方向转
动时允许被偏压至该伸出位置的止挡部与该单向接合部接合，从而在该
传动部件和该轴之间传递扭矩，且当该传动部件相对于该轴沿相反的第
二方向转动时能克服该偏压机构的偏压以使该止挡部滑动越过该单向接
合部，从而允许该传动部件相对于该轴转动而不传递扭矩。
这种离合器设置在传动部件内部，能够使传动部件作用于轴的力的分
布更加均匀，有利于增大传动部件的轴侧面与轴接触的面积，从而能在更
大面积上传递力矩，有助于获得更加稳定可靠的传力性能。在传动部件与
轴之间的传动力矩满足要求的前提下，可以减小传动部件的外径。此外，
由于将离合器设置在传动部件内部而非传动部件一侧，因此还减小了传动
部件的轴向尺寸。
根据本发明的一个优选实施例，离合器还包括固定设置的提升件，该
偏压机构包括从该传动部件的侧面伸出的操作件，该提升件构造成能在
该传动部件转动至该操作件与该提升件接触的位置时提升该操作件以使
该偏压机构运动至该收起位置。通过设置提升件和操作件，能够实现轴在
将储能弹簧推动至储能状态并被锁定时与传动部件脱接，以保护驱动器不
受反作用力的不利影响。
根据本发明的一个优选实施例，该偏压机构包括限定该止挡部的销和
用于偏压该销的弹簧，该销活动安装在形成于该传动部件内部的安装腔
内，该安装腔具有敞开的径向内端和径向外端。这种偏压机构适于模块
化制造，结构简单，且有利于降低离合器的制造成本。
根据本发明的一个优选实施例，该操作件一端固定连接至该销，且另
一端从形成于该安装腔一侧上的长孔伸出。这种操作件有利于以简单的
构造实现与提升件的配合以使离合器脱接。
特别地，该长孔的宽度略大于或等于该操作件的横截面尺寸。这种长
孔有利于将操作件的运动限制成沿传动部件径向的平移，防止操作件在传
动部件的切向上摆动。
根据本发明的一个优选实施例，该偏压机构还包括设置在该安装腔的
径向外端处的帽盖，该销在底部设有凸台，该弹簧被压缩安装在该凸台
与该帽盖之间。该构造便于安装、维护和更换偏压机构，从而降低了离合
器的维护成本。
根据本发明的一个优选实施例，该帽盖与该安装腔螺纹连接。这能够
方便地实现帽盖的拆装，有利于偏压机构的维修和更换。
根据本发明的一个优选实施例，该帽盖具有限定出中空内腔的筒壁
并具有敞开的底端和封闭的顶端，该筒壁在一侧设有从该底端向顶端延伸
的用于避让该操作件的凹口。中空的带有避让凹口的帽盖有利于减小偏压
机构在传动部件径向上的尺寸，避免因设有偏压机构而造成传动部件尺寸
过大。另一方面，能够通过操作件对凹口的止挡而防止帽盖旋松。
根据本发明的一个优选实施例，该单向接合部包括斜槽，该斜槽具有
止挡面和从该止挡面延伸至该轴的外周面的倾斜底面。这种单向接合部
有利于以简单可靠的结构实现单向接合的功能。
根据本发明的一个优选实施例，该提升件在与该操作件接触的一侧具
有斜面。这种提升件有利于以简单的构造实现提升件与操作件的配合。
根据本发明的一个方面，提供一种传动组件，包括：轴，其包括设置
在该轴外周上的单向接合部；安装在该轴上的传动部件，该传动部件内
设有具有止挡部的偏压机构，该止挡部适于在从该传动部件的轴侧面伸
出的伸出位置与缩回该传动部件内的缩回位置之间运动，并构造成被偏
压向该伸出位置；其中，该单向接合部被配置成当该传动部件相对于该
轴沿第一方向转动时允许被偏压至该伸出位置的止挡部与该单向接合部
接合，从而在该传动部件和该轴之间传递扭矩，且当该传动部件相对于
该轴沿相反的第二方向转动时能克服该偏压机构的偏压以使该止挡部滑
动越过该单向接合部，从而允许该传动部件相对于该轴转动而不传递扭
矩。
这种传动组件将偏压机构设置在传动部件内部，能够使传动部件作用
于轴的力的分布更加均匀，有利于增大传动部件的轴侧面与轴接触的面
积，从而能在更大面积上传递力矩，有助于获得更加稳定可靠的传力性能。
在传动部件与轴之间的传动力矩满足要求的前提下，可以减小传动部件的
外径。此外，由于将偏压机构设置在传动部件内部而非传动部件一侧，因
此还减小了传动部件的轴向尺寸。
根据本发明的一个方面，提供一种断路器的弹簧操作装置，包括：储
能弹簧，其能在储能状态与释放状态之间运动；轴，其在轴的第一侧与
该储能弹簧联结成能通过该轴从第一位置转动至第二位置而使该储能弹
簧从释放状态运动至储能状态，并能通过该储能弹簧从储能状态至释放
状态的运动而从该第二位置转回到该第一位置；传动部件，其设置在该
轴的第二侧并构造成选择性地驱动该轴；离合器。该离合器包括：安装在
该传动部件内的偏压机构，其具有从该传动部件的侧面伸出的操作件以
及止挡部，该止挡部适于在从该传动部件的轴侧面伸出的伸出位置与缩
回该传动部件内的缩回位置之间运动，并构造成被偏压向该伸出位置；
设置在该轴上的单向接合部，其配置成当该传动部件相对于该轴沿第一
方向转动时允许被偏压至该伸出位置的止挡部与该单向接合部接合，从
而在该传动部件和该轴之间传递扭矩，且当该传动部件相对于该轴沿相
反的第二方向转动时能克服该偏压机构的偏压以使该止挡部滑动越过该
单向接合部，从而允许该传动部件相对于该轴转动而不传递扭矩；固定
设置的提升件，该提升件构造成能在该传动部件转动至该操作件与该提
升件接触的位置时提升该操作件以使该偏压机构运动至该收起位置。
这种弹簧操作装置将离合器设置在传动部件内部，能够使传动部件作
用于轴的力的分布更加均匀，有利于增大传动部件的轴侧面与轴接触的面
积，从而能在更大面积上传递力矩，有助于获得更加稳定可靠的传力性能。
在传动部件与轴之间的传动力矩满足要求的前提下，可以减小传动部件的
外径。此外，由于将离合器设置在传动部件内部而非传动部件一侧，因此
还减小了传动部件的轴向尺寸。这有利于减小弹簧操作装置的整体尺寸。
根据本发明的一个优选实施例，该传动部件包括第一齿轮。通过采用
齿轮作为传动部件，有利于简化传动部件的制造，并能实现稳定良好的传
动效果。
根据本发明的一个优选实施例，弹簧操作装置还包括驱动器和由驱动
器驱动从而驱动该第一齿轮的第二齿轮，该第一齿轮包括用于在第一和
第二齿轮之间传递扭矩的第一齿轮部段，其中该第二齿轮在驱动该第一齿
轮以使该轴从该第一位置转动至该第二位置时与该第一齿轮部段啮合，该
第一齿轮还包括在第一和第二齿轮之间不传递扭矩的第二齿轮部段，该偏
压机构被安装在该第二齿轮部段中。特别地，该第一和第二齿轮部段呈大
体半齿轮部段形式。通过将偏压机构设置在第一齿轮的在传递力矩时不
与第二齿轮啮合的部段内，有利于避免设有偏压机构的齿轮部段上的齿的
结构变化有损第一齿轮的传力性能，从而使弹簧操作装置更加可靠耐用。
根据本发明的一个优选实施例，该驱动器包括电机。使用电机驱动能
够节省人力，有利于实现弹簧操作装置的电气控制。
根据本发明的一个优选实施例，该提升件固定安装在用于可转动地安
装该轴的支承板上。提升件的这种设置方式有利于实现紧凑的结构。
根据本发明的一个方面，提供一种断路器，包括如上所述的弹簧操作
装置。
附图说明
以下参照附图对本发明的具体实施例进行详细描述，其中：
图1是根据本发明一实施例的断路器弹簧操作装置的局部立体图，其
中第一齿轮和帽盖被部分剖切以示出离合器的结构；
图2是图1弹簧操作装置的第一齿轮和偏压机构的分解立体图，其中
第一齿轮被部分剖切以示出第一齿轮的内部结构；
图3是图1弹簧操作装置的第一齿轮和偏压机构的立体图；
图4是图1弹簧操作装置的第一齿轮和偏压机构的剖视图；
图5是图1弹簧操作装置的轴的立体图，示出了单向接合部。
在各图中，相同的参考标记表示相同或相似的元件。
具体实施方式
现参考以下的说明以及附图，详细说明所公开装置的示意性方案。尽
管提供附图是为了呈现本发明的一些实施方案，但附图不必按具体实施方
案的尺寸绘制，且某些特征可被放大、移除或部分剖切以更好地示出和解
释本发明的公开内容。
在说明书多个地方出现的短语“在附图中”或类似用语不必全都参考
同一附图或示例。在本发明中的术语“约”或“大约”将会被本领域普通
技术人员理解且将根据用到该术语的上下文在一定范围内变化。
在下文中被用于描述附图的某些方向性术语，例如“上”、“下”、“左”、
“右”、“向上”、“向下”和其它方向性术语，将被理解为具有其正常
含义并且指按正常看附图时的那些方向。
图1示出根据本发明一实施例的断路器弹簧操作装置的一部分。该断
路器例如是中压断路器。但可以想到，该弹簧操作装置也可以用于其它合
适的断路器或者其它电气装置中。
如图1所示，该弹簧操作装置包括储能弹簧5、传动轴3(下文简称为
轴)、第一齿轮2、第二齿轮6和呈电机7形式的驱动器。在本实施例中，
储能弹簧5为压缩弹簧，其被压缩至储能状态以储存用于断开断路器(未
示出)的能量，在需要时伸展至释放状态以释放能量，从而断开断路器。
本领域技术人员应理解，储能弹簧5也可以是拉伸弹簧，其被拉伸至储能
状态，并在需要时缩回至释放状态。
根据本发明的弹簧操作装置包括两块支承板4、4’，轴3可转动地安
装在支承板4上。轴3在一侧包括圆柱状的露出端部32(见图5)，在另一
侧包括凸轮34。凸轮34的凸角部分外侧设有与该露出端部32偏心设置的
拐臂33，该拐臂33位于支承板4、4’之间。拐臂33与储能弹簧5下端如
此联结，使得当拐臂33运动至上死点时储能弹簧5被压缩，当拐臂33运
动至下死点时储能弹簧5被释放。相应地，如果储能弹簧5为拉簧，那么
当拐臂33运动至下死点时储能弹簧5被拉伸，当拐臂33运动至上死点时
储能弹簧5被释放。
轴3的另一个端部在其中一个支承板4外侧露出。轴3的露出端部32
与第一齿轮2活动连接。例如，该第一齿轮2套合在该轴3上，并与该轴
3的外周面321(见图5)形成间隙，从而允许第一齿轮2相对于轴3自由转
动。轴3可通过离合器1与第一齿轮2联接以使轴3和第一齿轮2不能相
对彼此转动，从而在轴3和第一齿轮2之间传递扭矩。第一齿轮2与第二
齿轮啮合并由第二齿轮6驱动，第二齿轮6由电机7驱动。
应理解，虽然本实施例采用第一齿轮2作为传递电机7的驱动力矩的
传动部件，但是根据本发明的传动部件并不限于齿轮，还可以采用其它
类型的传动部件，诸如轮式传动部件，例如包括但不限于带轮、棘轮和蜗
轮等。还应理解，虽然本实施例采用电机7作为促使储能弹簧5运动至储
能状态的动力源或驱动器，但是根据本发明的驱动方式并不限于电机，
例如还可以是其它类型的马达，或者手动驱动。
现在参照图1简述本实施例的弹簧操作装置的运行方式。当弹簧需要
储能时，电机7启动以驱动第二齿轮6，第二齿轮6继而驱动第一齿轮2
沿第一方向A(例如在所示的实施例中，沿图1中的顺时针方向)旋转。当
第一齿轮2相对于轴3沿第一方向A转动至离合器1的偏压机构与轴3上
的单向接合部接触的位置时，该离合器1使轴3与第一齿轮2联接，以使
第一齿轮2带动轴3从而与轴3一起沿第一方向A转动。偏压机构和单向
接合部的具体结构将在下文详述。
当轴3与第一齿轮2一同沿第一方向A转动时，轴3的拐臂33从下
死点向上死点运动，从而将储能弹簧5从释放状态压缩向储能状态。当轴
3与第一齿轮2转动至图1所示位置时，拐臂33到达上死点且储能弹簧5
储能完毕。此时，一锁定机构(未示出)锁定拐臂33从而使轴3无法继续转
动。由于轴3是因锁定机构的锁定而被迫停止转动的，因此电机7通常不
会在轴3停转的同时停止，而是还会继续运行一小段时间。如果在轴3被
锁定后电机7仍然对轴3施加驱动力矩，那么电机7将会受到有害的反作
用力，从而遭受损坏。有鉴于此，当轴3与第一齿轮2运动至图1所示位
置时，离合器1通过提升件15与偏压机构的操作件12之间的相互作用来
保证第一齿轮2与轴3脱接，以允许尚未停止的电机7继续驱动第一齿轮
2沿第一方向A转动，从而保护电机7不受被锁定的轴3的影响。在第一
齿轮2被电机7继续驱动一小段时间之后，第一齿轮2可停止在相对于轴
3的任意角向位置。提升件15的具体结构将在下文详述。
当需要弹簧释放能量以断开断路器时，锁定机构解除对拐臂33的锁
定并允许储能弹簧5自由伸展从而释放储存在储能弹簧5中的弹性势能。
当储能弹簧5伸展时，轴3将被储能弹簧5驱动从而相对于静止的第一齿
轮2沿第一方向A旋转。换言之，此时第一齿轮2相对于轴3沿与第一方
向相反的第二方向B旋转。由于离合器1被构造成在第一齿轮2相对于轴
3沿第二方向B转动时使第一齿轮2与轴3脱接从而不传递力矩，因此轴
3将能够相对于静止的第一齿轮2自由转动向下死点位置而基本不影响第
一齿轮2。当轴3运动至下死点位置时，储能弹簧5释能结束。此后，电
机7可再次驱动第一齿轮2以使其与处于下死点位置的轴3接合，以便再
次储能。
现在参照附图详述根据本发明的离合器1的具体结构。在本实施例
中，离合器1包括安装在第一齿轮2内部的偏压机构和设置在轴3上的单
向接合部，以及固定设置在支承板4上的提升件15。图2至图4示出图1
所示实施例的弹簧操作装置中的第一齿轮2以及离合器1的偏压机构。
参见图2至图4，第一齿轮2内部开设有安装腔21用于安装离合器1
的偏压机构，该安装腔21的径向内端211开通至第一齿轮2的光滑且面
向轴3的内周面或轴侧面23，安装腔21的径向外端212开通至第一齿轮
2的设有多个齿的外周面。安装腔21由其内设置的台阶213分割成上部和
下部。安装腔21上部的内壁设有内螺纹，安装腔21下部的内壁光滑。如
图所示，安装腔21上部在一侧开设有长孔214，该长孔214在第一齿轮2
的径向上具有一定长度。
通过上文对于弹簧操作装置运行方式的描述可知，轴3只有在从储能
弹簧5释能完毕的下死点运动至储能弹簧5储能完毕的上死点的过程中才
会受到第一齿轮2的作用力。换言之，第一齿轮2只有在轴3从下死点运
动至上死点的过程中才会受到第二齿轮6的用于给储能弹簧5储能的较大
驱动力矩。另一方面，第一齿轮2在与轴3联接时相对于轴3的角向位置
是确定的。因此，在所示的优选实施例中，第二齿轮6可在传递用于储能
的驱动力矩时始终只与第一齿轮2特定的一半上的齿啮合，而第一齿轮2
另一半上的齿基本不会受到第二齿轮6的驱动力或者只会受到很小的驱动
力。故而，在本实施例中，用于安装离合器偏压机构的安装腔21设置在
第一齿轮2的基本不受力的所述另一半中，以避免对受力的齿的机械性能
例如强度造成影响，从而避免因设置安装腔21而需要增加第一齿轮2的
宽度。应理解，第一齿轮2在第二齿轮6传递较大驱动力矩时受力的受力
部段可以不是第一齿轮2的正好一半，也可以是大于或小于180度的一个
部段，而用于安装偏压机构的安装腔21设置在齿轮的非受力部段内。
偏压机构包括销11、操作件12、弹簧13和帽盖14，其组装关系如图
4所示。销11的底部限定出用于与轴3上的单向接合部接合的止挡部
111，止挡部111上方设有供弹簧13的一端抵接的台阶112。销11的顶部
与操作件12固定连接。在图示实施例中，操作件12包括导销，其一端与
销11顶部的螺纹孔螺纹连接，另一端设有与提升件15配合的截平面。弹
簧13为压簧，安装时套在销11上，且弹簧13底端抵接台阶112。帽盖
14呈下端敞开的空心圆筒状，具有限定出空心内腔的筒壁并具有敞开的底
端和封闭的顶端。筒壁在一侧开设有从底端向顶端延伸并延伸至顶端附近
的凹口142，该凹口142的形状与安装腔21上的长孔214对应。帽盖14
外周面设有与安装腔21内壁上的内螺纹相配合的外螺纹。帽盖14在顶部
设有直槽以便被旋拧工具(未示出)旋拧，在底部设有供弹簧13顶端抵接
的凸台141。
安装时，首先通过旋拧工具将帽盖14从安装腔21的径向外端212旋
入，直到帽盖14的凹口142与安装腔21上的长孔214对准且帽盖14底
部的凸台141抵接安装腔21内的台阶213。然后，将弹簧13套合在销11
上，并从安装腔21的一端将销11和套在销11上的弹簧13一起插入安装
腔21内，以使销11的顶部伸入帽盖14并使销11上的螺纹孔面向安装腔
21上的长孔214。然后，从长孔214插入操作件12并将该操作件12的一
端旋紧在销11的螺纹孔内，安装完毕。
本领域技术人员应理解，根据本发明的偏压机构并不限于上述形式。
例如，在替代实施例中，偏压机构可以不具有操作件12，该操作件12与
提升件15之间相互协作从而使轴3在被第一齿轮2驱动到上死点时与第
一齿轮2脱接的功能可由其它结构代替。例如，可通过在第一齿轮2的外
周面上的相应位置设置无齿部来实现这一功能。另外，在替代实施例中，
偏压机构可以不具有帽盖14，安装腔21的径向外端212封闭，并且弹簧
13压缩安装在安装腔21顶部封闭端与销11之间。其它结构也是可以想到
的。
图5示出图1所示实施例的弹簧操作装置的轴3。参见图5轴3在露
出端部32上开设有单向接合部31。在本实施例中，单向接合部31包括斜
槽。斜槽在一侧具有弧状的止挡面311，该止挡面311的高度适于与偏压
机构的止挡部111配合以实现轴3与第一齿轮2的联接。斜槽在底部具有
从止挡面311底端倾斜延伸至斜槽另一侧上的轴3外周面的倾斜底面312，
该倾斜底面312的斜度适于在第一齿轮2相对于轴3沿第二方向转动时将
落入斜槽中的销11逐渐上推，从而克服偏压机构的偏压以使止挡部111
滑动越过斜槽。
本领域技术人员还可以想到其它形式的单向接合部31。例如，在替代
实施例中，单向接合部31包括具有平底面的平槽，而销11的底面为面向
平槽侧壁的倾斜面，从而使得当第一齿轮2相对于轴3沿第一方向A转动
时销11底部的竖直圆柱面与平槽一侧壁接合以传递扭矩，当第一齿轮2
相对于轴3沿第二方向B转动时销11的倾斜底面滑动越过平槽的相对侧
壁从而不传递扭矩。在另一替代实施例中，单向接合部31呈弹簧偏压的
具有倾斜顶面的楔块的形式，该楔块允许偏压机构的止挡部111克服偏压
机构和单向接合部31的偏压力以便从倾斜顶面的最低侧滑动越过倾斜顶
面的最高侧从而不传递扭矩，并允许止挡部111与楔块的在倾斜顶面最高
侧附近的侧壁接合从而传递扭矩。
图1还示出了根据本发明的离合器1的提升件15。如图所示，提升件
15在与偏压机构的操作件12接触的一侧(即面向第二方向B的一侧)具有
斜面，该斜面的斜度和高度适于在操作件12接触到提升件15时提升操作
件12至止挡部111与单向接合部31的止挡面311脱离的位置。提升件15
在第一齿轮2的周向方向上可以只具有一小段长度，从而使得在操作件12
被提升件15提起一小段时间之后立即向下弹回，以使止挡部111落下。
由于此时轴3已被锁定机构锁定，因此在止挡部111只能落在轴3的露出
端部32的外周面上，从而仍然无法传递扭矩。如上所述，根据本发明的
离合器可以不具有提升件15，而是由其它机构代替提升件15的作用。
尽管上文通过对实施例的描述阐释了本发明，但应知，这些实施例
是示例性而非限制性的。本领域技术人员在阅读了本说明书之后能够对
本发明的实施例作出各种变化、改进和替代而不背离本发明的精神，这
些变化、改进和替代均落入本发明的保护范围内。本发明的保护范围仅
由所附权利要求书及其等同形式确定。