CN100468588C - 动态三线圈式双稳态永磁操动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及中、高压开关装置用的一种永磁操动机构。一种动态三线圈式双稳态永磁操动机构，包括动铁心、永磁体、分闸线圈、合闸线圈，分闸静铁心、合闸静铁心，上端盖、下端盖，外磁轭、出力杆，其特征是：外磁轭为空心圆柱体，外磁轭被上、下端盖夹住，动铁心置于圆柱形磁轭中央，动铁心中心固定装有出力杆，永磁体安装在动铁心上随动铁心移动，在空心圆柱体磁轭与动铁心之间从上到下依次装有合闸线圈、合闸静铁心、第一分闸线圈、分闸静铁心、第二分闸线圈，线圈绕制在骨架上，第一分闸线圈与第二分闸线圈串联连接。本发明具有良好的出力特性，可有效提高分闸速度，降低分、合闸操作能耗，克服了现有机构分闸速度慢、功耗大等缺点。

Description

动态三线圈式双稳态永磁操动机构

(一)技术领域

本发明涉及电力系统供、配电技术，特别涉及中、高压开关装置用的一种永磁操动机构。

(二)背景技术

中、高压开关装置作为控制和分配电能的电气元件，其主要功能体现在触头的闭合与断开的操作上，而触头的闭合与断开是由操动机构来实现的。操动机构的发展经历了液压机构、电磁机构和弹簧机构几个阶段。永磁机构是近年来发展起来的一种新型的操动机构，由于其结构简单、零部件少、可靠性高等优点受到广大科研机构和生产企业的广泛关注。目前，已经申请的永磁机构相关专利有几十个，但是由于传统永磁机构的永磁体安装在静铁心和动铁心之间，或静铁心与外磁轭等其它一些安装方式，其特点是永磁体是固定的。因此永磁体所提供的高磁能不能得到有效的利用，进一步说，在需要时不能很好的把永磁体所提供的永磁力从阻力变为操动机构的动力，从而浪费了永磁体所提供的高磁能而必须由直流电源来提供较大的操作功，造成能源的浪费。其二是现有永磁机构没有合理设计磁路结构，造成分闸速度难以提高，只能单纯地依靠提高分闸功来解决，或者采用加装分闸弹簧的方法来解决。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种动态三线圈式双稳态永磁操动机构，该永磁操动机构具有良好的出力特性，可有效提高分闸速度，降低分、合闸操作能耗。

本发明是这样实现的：一种动态三线圈式双稳态永磁操动机构，包括动铁心、永磁体、分闸线圈、合闸线圈，分闸静铁心、合闸静铁心，上端盖、下端盖，外磁轭、出力杆，其特征是：外磁轭为空心圆柱体，外磁轭被上、下端盖夹住，动铁心置于圆柱形磁轭中央，动铁心中心固定装有出力杆，永磁体安装在动铁心上随动铁心移动，在空心圆柱体磁轭与动铁心之间从上到下依次装有合闸线圈、合闸静铁心、第一分闸线圈、分闸静铁心、第二分闸线圈，线圈绕制在骨架上，第一分闸线圈与第二分闸线圈串联连接。

所述永磁体有多块，多块永磁体在一个平面内且沿径向方向呈对称状；永磁体下端面到动铁心下端面的距离不小于第二分闸线圈高度，永磁体上端面到动铁心下端面的距离小于第一分闸线圈、分闸静铁心、第二分闸线圈三者高度之和，且永磁体高度大于分闸静铁心高度。

所述动铁心高度大于合闸线圈和合闸静铁心二者高度之和，小于合闸线圈、合闸静铁心、第一分闸线圈三者高度之和。

所述第一分闸线圈和第二分闸线圈匝数不相等。

本发明采用永磁体安装在动铁心内部，分立设置合闸静铁心和分闸静铁心，并且把分闸线圈分成二部分，分置于分闸静铁心上下端。从而使合闸静铁心与动铁心上端面及上端盖构成的磁路实现合闸状态的稳定保持。分闸静铁心与动铁心及合闸静铁心构成的磁分路形成向上合闸的磁力，分闸静铁心与动铁心下端面及下端盖构成的主磁路形成分闸保持力，分闸保持力大于向上合闸的磁力，从而实现分闸状态的稳定保持。这种磁路结构既可有效地减少分闸保持力，更有利于促使永磁体所提供的高磁能有效转化为合闸操作的动能，从而降低合闸功耗，提高分闸速度，并克服了现有操动机构分闸速度慢、功耗大等缺点。

(四)附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为本发明动态三线圈式双稳态永磁操动机构结构示意图(半个轴对称面视图)；

图2为断路器处于合闸时永磁体单独激磁所产生的磁力线分布图；

图3为断路器处于分闸时永磁体单独激磁所产生的磁力线分布图。

图中：1出力杆，2上端盖，3动铁心，4永磁体，5气隙，6下端盖，7外磁轭，8合闸线圈，9合闸静铁心，10第一分闸线圈，11分闸静铁心，12第二分闸线圈。

(五)具体实施方式

参见图1，一种动态三线圈式双稳态永磁操动机构，包括动铁心3、永磁体4、分闸线圈10、12、合闸线圈8，分闸静铁心11、合闸静铁心9，上端盖2、下端盖6，外磁轭7、出力杆1。外磁轭7为空心圆柱体，外磁轭7被上、下端盖2、6夹住，动铁心3置于圆柱形磁轭7中央，动铁心3中心固定装有出力杆1。永磁体4安装在动铁心3上随动铁心3移动，永磁体4有多块，多块永磁体4围绕动铁心3位于一个平面内且沿径向方向呈对称状，组成多磁极，如二极、四极、六极等，本实施例为二极。在空心圆柱体磁轭7与动铁心3之间从上到下依次装有合闸线圈8、合闸静铁心9、第一分闸线圈10、分闸静铁心11、第二分闸线圈12，线圈8、10、12绕制在骨架上。第一分闸线圈10和第二分闸线圈12匝数不相等，第一分闸线圈10与第二分闸线圈12串联连接。动铁心3高度大于合闸线圈8和合闸静铁心9二者高度之和，小于合闸线圈8、合闸静铁心9、第一分闸线圈10三者高度之和，且动铁心3高度大于外磁轭7高度的一半。永磁体4下端面到动铁心3下端面的距离不小于第二分闸线圈12高度，装在动铁心3内的永磁体4上端面的高度小于第一分闸线圈10、分闸静铁心11、第二分闸线圈12三者高度之和，且永磁体4高度大于分闸静铁心11高度，所述装在动铁心3内的永磁体4上端面的高度是指动铁心3下端面到装在其内的永磁体4上端面的高度。这样使得安装于动铁心3上的永磁体4与合闸静铁心9和分闸静铁心11相配合。

参见图2，当断路器处于合闸保持位置时，由永磁体4单独激磁所产生的磁力线分布如图所示。操动机构在合闸位置时由上端盖2、永磁体4、动铁心3、合闸静铁心9及气隙5组成的磁路来提供合闸保持力实现合闸状态的稳定保持。

参见图3，当断路器处于分闸保持位置时，由永磁体4单独激磁所产生的磁力线分布如图所示。操动机构在分闸位置时由下端盖6、永磁体4、动铁心3、分闸静铁心11及气隙5组成的主磁路来提供分闸保持力实现分闸状态的稳定保持。由于分闸线圈被分闸静铁心11分成第一分闸线圈10和第二分闸线圈12，在分闸静铁心11、气隙5、永磁体4、动铁心3及合闸静铁心9之间构成的磁分路形成向上合闸的磁力，分闸保持力大于向上合闸的磁力，从而实现分闸状态的稳定保持。由于分闸保持力通常要比合闸保持力小得多，这种磁分路结构既可有效地减少分闸保持力，更有利于促使永磁体4所提供的高磁能有效转化为合闸操作的动能，从而降低合闸功耗。分闸静铁心11与动态永磁体4的配合，可以较容易达到提高分闸速度的目的。

本发明的磁路结构特别适合于电压等级高、动铁心行程长(大于4cm)的情况，可使40.5kV电压等级真空断路器配永磁机构的性能更优，使72.5kV电压等级的真空断路配永磁机构容易实现。

Claims (5)

1.一种动态三线圈式双稳态永磁操动机构，包括动铁心、永磁体、分闸线圈、合闸线圈，分闸静铁心、合闸静铁心，上端盖、下端盖，外磁轭、出力杆，外磁轭为空心圆柱体，外磁轭被上、下端盖夹住，动铁心置于圆柱形磁轭中央，动铁心中心固定装有出力杆，永磁体安装在动铁心上随动铁心移动，其特征是：在外磁轭与动铁心之间从上到下依次装有合闸线圈、合闸静铁心、第一分闸线圈、分闸静铁心、第二分闸线圈，线圈绕制在骨架上，第一分闸线圈与第二分闸线圈串联连接，分闸线圈由第一分闸线圈和第二分闸线圈构成。

2.根据权利要求1所述的动态三线圈式双稳态永磁操动机构，其特征是：永磁体有多块，多块永磁体在一个平面内且沿径向方向呈对称状。

3.根据权利要求1或2所述的动态三线圈式双稳态永磁操动机构，其特征是：永磁体下端面到动铁心下端面的距离不小于第二分闸线圈高度，装在动铁心内的永磁体上端面的高度小于第一分闸线圈、分闸静铁心、第二分闸线圈三者高度之和，且永磁体高度大于分闸静铁心高度，所述装在动铁心内的永磁体上端面的高度是指动铁心下端面到装在其内的永磁体上端面的高度。

4.根据权利要求1所述的动态三线圈式双稳态永磁操动机构，其特征是：动铁心高度大于合闸线圈和合闸静铁心二者高度之和，小于合闸线圈、合闸静铁心、第一分闸线圈三者高度之和。

5.根据权利要求1所述的动态三线圈式双稳态永磁操动机构，其特征是：第一分闸线圈和第二分闸线圈匝数不相等。

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