CN101256919B - 非对称并激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。一种非对称并激式双稳态永磁操动机构，其外磁轭为空心圆柱体，外磁轭被分闸端盖和合闸端盖夹住，动铁心置于圆柱形磁轭中央，动铁心中心固定装有出力杆；静铁心由第一静铁心和第二静铁心组成，在空心圆柱体磁轭与动铁心之间从分闸端盖到合闸端盖依次装有分闸线圈、第一静铁心、合闸线圈、第二静铁心，永磁体安装在静铁心和动铁心之间，且永磁体位于第一静铁心、合闸线圈、第二静铁心内侧。本发明具有良好的出力特性，可有效提高分闸速度，降低分合闸激磁电流，减少动铁心的触动时间，克服了现有机构分闸速度慢、功耗大等缺点，并有利于机构的小型化。

Description

非对称并激式双稳态永磁操动机构

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。

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，其可靠性能可严重影响电力系统的安全性和供电质量。开关设备的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。因此，操动机构的可靠性成为开关设备可靠性的主要责任者。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。经过长期的运行考验得知，这些机构因操动原理和零部件数量多等原因，其故障概率都较高。永磁机构是近年来发展起来的一种新型的操动机构，它采用电磁操动、永磁保持，具有结构简单、零部件数量少、并取消传统机构的锁扣与脱扣机构等优点，大大提高了操动机构的可靠性。配用电子控制可使开关设备实现免维护。

目前，永磁机构普遍存在的问题是：分合闸电磁操动时，必须供给激磁线圈很大的直流激磁电流。由于永磁机构采用直流电源激磁，必须配用电子控制器来实现机构的分合闸操动。一般采用电解电容器作为直流电源。因此，很大的激磁电流将会给激磁线圈本身的绝缘和温升带来很大的负面影响，同时也会危及到电解电容器的安全使用。操动期间，采用电子控制器来控制电容器对激磁线圈的放电。很大的直流冲击电流对电子控制器件提出很高的性能要求，这不仅影响到控制器的成本，更为严重的是影响控制器的可靠性，从而影响到电磁操动机构的工作性能。

因此，有效降低激磁电流的大小是永磁机构设计开发的一个重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非对称并激式双稳态永磁操动机构，该永磁操动机构可降低分闸激磁电流，有效缩短机构的触动时间，有利于提高分闸速度。

本发明是这样实现的：一种非对称并激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、静铁心、分闸端盖、合闸端盖，外磁轭、出力杆，其特征是：外磁轭为空心圆柱体，外磁轭被分闸端盖和合闸端盖夹住，动铁心置于所述外磁轭中央，动铁心中心固定装有出力杆；静铁心由第一静铁心和第二静铁心组成，在所述外磁轭与动铁心之间从分闸端盖到合闸端盖依次装有分闸线圈、第一静铁心、合闸线圈、第二静铁心，永磁体安装在静铁心和动铁心之间，且永磁体位于第一静铁心、合闸线圈、第二静铁心内侧；第二静铁心的高度小于动铁心在所述外磁轭内的气隙长度。

所述永磁体的一个端面与合闸端盖紧贴，永磁体的外弧面与静铁心的内弧面粘贴，永磁体的内弧面与动铁心的弧面之间有一微小空隙。

所述永磁体由多块小永磁体组成，多块小永磁体在一个平面内且沿径向方向呈对称状排列，沿动铁心围成一圈。

所述永磁体的高度等于第一静铁心、合闸线圈、第二静铁心三者高度和；第二静铁心的高度大于第一静铁心的高度。

所述分闸线圈和合闸线圈分别绕制在硬质骨架上。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，本发明的永磁操动机构具有良好的保持特性和动态性能。在分闸过程中，采用分合闸线圈同时、同向激磁的方法，有效缩短操动机构的触动时间，有利于提高分闸速度，并降低分闸激磁电流，将传统永磁操动机构激磁电流从70安以上降低为30安以内；在合闸过程中，采用合闸线圈单独激磁的方法。降低了控制器的开发难度和成本，同时提高控制器的可靠性；从而克服了现有机构分闸速度慢、功耗大等缺点。

本发明的磁路结构有利于操动机构的小型化，更适合于开发合闸保持力大的永磁机构。

附图说明

图1为本发明非对称并激式双稳态永磁操动机构在合闸状态的结构示意图；

图2为本发明非对称并激式双稳态永磁操动机构在分闸状态的结构示意图。

图中：1出力杆，2分闸端盖，3气隙，4分闸线圈，5外磁轭，6动铁心，7第一静铁心，8合闸线圈，9永磁体，10第二静铁心，11合闸端盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，一种非对称并激式双稳态永磁操动机构，包括动铁心6、永磁体9、分闸线圈4、合闸线圈8、第一静铁心7、第二静铁心10、分闸端盖2、合闸端盖11、外磁轭5、出力杆1。外磁轭5为空心圆柱体，外磁轭5由分闸端盖2和合闸端盖11经螺母固定夹住，动铁心6置于空心圆柱体外磁轭5中央，动铁心6中心固定装有出力杆1。

静铁心由第一静铁心7和第二静铁心10组成，在空心圆柱体磁轭5与动铁心6之间从分闸端盖2到合闸端盖11依次装有分闸线圈4、第一静铁心7、合闸线圈8、第二静铁心10。永磁体9安装在静铁心和动铁心6之间，且永磁体9位于第一静铁心7、合闸线圈8、第二静铁心10内侧；具体说，永磁体9的一个端面与合闸端盖11紧贴，永磁体9的外弧面与第一静铁心7和第二静铁心10的内弧面粘贴，永磁体9的内弧面与动铁心6的弧面之间有一微小空隙。永磁体9由多块小永磁体组成，多块小永磁体在一个平面内且沿径向方向呈对称状排列，沿动铁心6围成一圈，一组永磁体9由四块或八块小永磁体组成。

第一静铁心7、合闸线圈8、第二静铁心10三者高度和等于永磁体9的高度。第二静铁心10的高度大于第一静铁心7的高度，第二静铁心10的高度小于空心圆柱体外磁轭5的高度减去动铁心6的高度值，即第二静铁心10的高度小于动铁心6在空心圆柱体外磁轭5内的气隙3长度。

分闸线圈4和合闸线圈8分别绕制在硬质骨架上。

参见图1，开关设备处于合闸保持位置时，本发明的非对称并激式双稳态永磁操动机构的动铁心6端面与合闸端盖11紧贴。永磁体9提供的磁场，由动铁心6、合闸端盖11、第一静铁心7和第二静铁心10、外磁轭5组成合闸保持磁路，实现开关设备合闸静态保持。永磁体9、第一静铁心7和第二静铁心10紧贴合闸端盖一端，有利于满足合闸保持力大的要求，避免分闸保持力大的缺点，有利于整个机构的小型化。

当永磁操动机构接到分闸指令时，分闸线圈4和合闸线圈8同时通以同方向电流，即同向激磁，分闸线圈4激磁产生电磁力驱使动铁心6往永磁力反方向运动，合闸线圈8激磁产生的磁力线方向与永磁体9产生的磁力线方向相反(即向上)，从而起到抵消永磁力的作用。这种并激磁的方式有利于减少触动时间，提高分闸初始速度，大大降低分闸线圈的激磁电流。

参见图2，开关设备处于分闸保持位置时，本发明的非对称并激式双稳态永磁操动机构的动铁心6端面与分闸端盖2紧贴。在分闸位置时，永磁体9、分闸端盖2、第一静铁心7及外磁轭5组成分闸保持磁路，由永磁体9提供的磁场产生永磁保持力实现开关设备的分闸静态保持。

当永磁操动机构接到合闸指令时，合闸线圈8单独通电，激磁方向与永磁体9漏磁场方向相同(即向下)，由合闸线圈8激磁产生的电磁力克服永磁体9产生的分闸永磁保持力和系统阻力，驱动动铁心6实现合闸运动。由于永磁体9与第一静铁心7和第二静铁心10相对于外磁轭是非对称结构，分闸保持力小。同时，在合闸过程中，只要合闸线圈8通以较小激磁电流就可使操动机构实现合闸操作。但同时必须满足，第二静铁心10的高度小于气隙3的长度；这一结构要求是合闸线圈8激磁产生电磁力克服分闸永磁保持力、拉动动铁心6实现合闸运动的保证。

本发明的磁路结构有利于操动机构的小型化、更适合于开发合闸保持力大的永磁机构。本发明的分闸并激激磁方式有利于减少机构的触动时间，提高分闸运动的初始速度，有效降低激磁电流，将传统永磁机构激磁电流从70安以上降低为本发明的30安以内。并为控制器的开发降低难度和成本，同时提高控制器的可靠性。

Claims (6)

1.一种非对称并激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、静铁心、分闸端盖、合闸端盖，外磁轭、出力杆，其特征是：外磁轭为空心圆柱体，外磁轭被分闸端盖和合闸端盖夹住，动铁心置于所述外磁轭中央，动铁心中心固定装有出力杆；静铁心由第一静铁心和第二静铁心组成，在所述外磁轭与动铁心之间从分闸端盖到合闸端盖依次装有分闸线圈、第一静铁心、合闸线圈、第二静铁心，永磁体安装在静铁心和动铁心之间，且永磁体位于第一静铁心、合闸线圈、第二静铁心内侧；第二静铁心的高度小于动铁心在所述外磁轭内的气隙长度。

2.根据权利要求1所述的非对称并激式双稳态永磁操动机构，其特征是：永磁体的一个端面与合闸端盖紧贴，永磁体的外弧面与静铁心的内弧面粘贴，永磁体的内弧面与动铁心的弧面之间有一微小空隙。

3.根据权利要求1或2所述的非对称并激式双稳态永磁操动机构，其特征是：永磁体由多块小永磁体组成，多块小永磁体在一个平面内且沿径向方向呈对称状排列，沿动铁心围成一圈。

4.根据权利要求1或2所述的非对称并激式双稳态永磁操动机构，其特征是：永磁体的高度等于第一静铁心、合闸线圈、第二静铁心三者高度和。

5.根据权利要求4所述的非对称并激式双稳态永磁操动机构，其特征是：第二静铁心的高度大于第一静铁心的高度。

6.根据权利要求1所述的非对称并激式双稳态永磁操动机构，其特征是：分闸线圈和合闸线圈分别绕制在硬质骨架上。

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