CN101459012B - 高压断路器永磁直线电机操动机构 - Google Patents

高压断路器永磁直线电机操动机构 Download PDF

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一种高压断路器永磁直线电机操动机构，属于输变电设备中的高压断路器操动机构技术领域，永磁直线电机的主轴与高压断路器的连杆连接，连杆与高压断路器的灭弧室的动触头连接。永磁直线电机初级铁心的内壁紧贴永磁材料，初级铁心内壁的上下两端分别紧贴辅助永磁体，初级铁心内壁的中部紧贴主永磁体，辅助永磁体和主永磁体之间设有隔磁材料。本发明在主永磁体的基础上，增加了相当于保持的装置——辅助永磁体，其通过电磁吸合力使得断路器维持在分合闸位置，而且将永磁体放在初级定子之上，次级动子紧贴的是绕组，这样做避免了永磁体放在次级上运动时会受到撞击容易产生失磁的危险。

Description

高压断路器永磁直线电机操动机构
技术领域
本发明属于输变电设备中的高压断路器操动机构技术领域，涉及一种高压断路器永磁直线电机操动机构。
背景技术
高压断路器是电力系统中极其重要的开关设备，其运行好坏直接影响着整个系统的稳定性、可靠性，而高压断路器的操动机构又是其重要的组成部分，它不但要保证断路器长期的动作可靠性，而且要满足灭弧特性对操动机构的要求。
以往的操动机构包括弹簧操动机构、液压操动机构、液压弹簧操动机构等，其中弹簧操动机构完全依靠机械做功，零部件总数多，传动机构较为复杂，故障率相应就比较高，而且多在关键部位，容易引起操作失误等问题；而液压操动机构尽管存在体积小、操作力大的优点，但是结构复杂，零部件加工精度非常高，且油系统工作压力高。
申请号是：200810010538.5，名称是：高压断路器圆筒型永磁直线电机操动机构，公开了一种永磁直线电机操动机构，圆筒型永磁直线电机的主轴和高压断路器的动触头通过传动机构连接，圆筒型永磁直线电机在次级铁心上安装了永磁体，由永磁体建立主磁场，在圆筒型永磁直线电机的电枢绕组中通入直流电，这样通电导体在磁场中受到力的作用就驱动次级铁心运动，而次级铁心则通过连杆机构带动断路器动触头运动，这种操动机构将永磁体放在运动部分，来回撞击容易产生失磁，而在开闸合闸的时候还需要特殊的保持装置。。
发明内容
为了解决现有的永磁直线电机操动机构的结构复杂，反应缓慢精度低等不足，特别是针对高压断路器圆筒型永磁直线电机操动机构将永磁体放在运动部分，来回撞击容易产生失磁，为了满足开闸合闸需要复杂的保持装置，本发明提供了一种高压断路器永磁直线电机操动机构。
本发明采用的技术方案是：永磁直线电机的主轴与高压断路器的连杆连接，连杆与高压断路器的灭弧室的动触头连接。永磁直线电机初级铁心的内壁紧贴永磁材料，初级铁心内壁的上下两端分别紧贴辅助永磁体，初级铁心内壁的中部紧贴主永磁体，辅助永磁体和主永磁体之间设有隔磁材料。辅助永磁体和主永磁体的极性相反依次从上往下排列：其中上端辅助永磁体从左向右为磁通路径，主永磁体从右到左为磁通路径，下端辅助永磁体是从左向右的磁通路径。辅助永磁体宽度和厚度随控制断路器类型的改变而改变，断路器的负载特性直接影响其厚度和宽度的选择。辅助永磁体厚度6～10mm。
本发明的一种优选方式：永磁直线电机为圆筒型结构，圆筒形初级铁心内壁设有主永磁体和辅助永磁体，初级铁心内壁的上下两端分别紧贴辅助永磁体，初级铁心内壁的中部紧贴主永磁体，辅助永磁体和主永磁体之间设有隔磁材料。次级铁心上绕有电枢绕组，次级铁心中部设有电机主轴。初级铁心呈圆筒型，初级铁心由硅钢片叠压而成若干个槽形结构，在初级铁心的中部开槽，并且在槽中放置电枢绕组，次级铁心呈圆柱形。
本发明的另一种优选方式：永磁直线电机为扁平型结构，扁平形初级铁心内壁设有主永磁体和辅助永磁体，初级铁心内壁的上下两端分别紧贴辅助永磁体，初级铁心内壁的中部紧贴主永磁体，辅助永磁体和主永磁体之间设有隔磁材料。
本发明实现过程：永磁直线电机操动机构的的主轴和高压断路器的动触头通过连杆连接，当电机上下运动时直接推动断路器的运动，所以时间上不存在滞后性，由于断路器最终要保持在分合闸位置，所以该在电机设计时专门设计了辅助永磁体，其作用就是起到保持的作用，辅助永磁体由于磁通走最短路径的原理而产生的电磁吸力使其维持在两端位置；当电机需要分闸、合闸时，通过电容供电，使绕组中产生瞬间较大的变化电流，在主磁场的作用下电流由于安培力作用产生瞬间较大的电磁推力从而来实现分合闸。
本发明的优点：本发明的直线电机结构属于高压领域的设计，所以在设计时充分考虑分合闸位置的特殊性，特别设计了辅助永磁体，而且再考虑到失磁危险的可能性，永磁放置在初级静子之上，又为了产生较大的电磁推力，电机通入的为直流电，动态反应较快。本发明克服了传统操动机构传动机构复杂、零部件多、动态响应较慢、占用空间大、且不可控的缺点，直接利用电流在磁场中收到的安培力作用来实现分合闸。该机构起动电磁推力较大，能产生较大的加速度，能实现快速动作、迅速制动；而且在分合闸位置直接利用辅助永磁体产生的电磁吸力来使断路器维持在分合闸位置，简化了机构；电机采用电容供电，瞬间功率大；动作高度可靠，运动行程大且可控；起动时间小，能达到较高的动态特性要求，很好的和断路器配合。本设计在主永磁体的基础上，增加了相当于保持的装置——辅助永磁体，其通过电磁吸合力使得断路器维持在分合闸位置，而且本设计永磁体放在初级定子之上，次级动子紧贴的是绕组，这样做避免了永磁体放在次级上运动时会受到撞击容易产生失磁的危险。
由于具有以上的特点，使得永磁直线电机操动机构除了工作可靠稳定外还能够提供较大的起动推力，减少了复杂的传动机构，使机构的质量大为减小，能量损耗小，提高了效率；同时也提高了整个装置的精度和可靠性，具有高响应和高精度的特点并且运动过程可控。
附图说明
图1是本发明一种实施例的结构示意图；
图2是本发明一种实施例中永磁直线电机操动机构的示意图；
图3是图2中永磁体的磁通路径示意图。
图中：1-静触头、2-动触头、3-灭弧室、4-连杆、5-永磁直线电机、6-电机主轴、7-初级铁心、8-辅助永磁体、9-主永磁体、10-次级铁心、11-电枢绕组、12-气隙、13-隔磁材料、14-下端辅助永磁体磁通路径、15-主永磁体磁通路径。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步描述：
如图1所示，本发明一种实施例的结构示意图，以126kV SF6断路器为例进行设计，灭弧室要求永磁直线电机操动机构提供分闸电磁推力为21000N，分闸速度为4.6m/s；而合闸时其电磁推力为15000N，合闸速度为1.4～1.7m/s；依据本型号SF6断路器侧的要求，本发明设计了这种永磁直线电机操动机构。
本发明装置的结构：SF6高压断路器永磁直线电机操动机构，其中1为静触头，2为动触头，3为灭弧室，4为连杆结构，5是永磁直线电机，其产生的电磁推力通过电机主轴及连杆的连接实现断路器动触头的分合闸操作；永磁直线电机采用圆筒型结构，其沿轴向剖面图如附图2所示：最外部初级铁心7是由铁轭构成的导磁回路，而紧贴初级铁心铁轭是永磁材料，包括两部分，一是用来产生分合闸位置保持力的辅助永磁体8；另一部分就是产生分合闸过程电磁推力的主永磁体9；中间部分为电机的次级铁心10和电枢绕组11，次级铁心10中设有电机主轴6。
如图2所示，本发明一种实施例中永磁直线电机操动机构的示意图，整个装置采用圆筒型结构，由外及里分别为：初级铁心7(外壳的导磁部分为电机轭部)，辅助永磁体8和主永磁体9，气隙12，电枢绕组11，次级铁心10，以及最中间的电机主轴6；其中电机主轴6通过连杆机构和断路器动触头连接在一起，铁轭和次级铁心10一起构成电机的整个磁通回路路径；辅助永磁体8，分上下两部分，用来产生分闸和合闸的保持力；电枢绕组11紧贴在次级铁心中，当通入直流电时，在主磁场的作用下产生安培力而上下运动，由此带动断路器侧的动触头实现其分合闸，气隙12是电磁交换的场所，是整个电机的关键部分，隔磁材料13是为了使磁通路径更加合理、更加完善的装置。
如图3所示，为图2中永磁体的磁通路径示意图，上端辅助永磁体磁通路径从左向右，主永磁体磁通路径15从右到左，下端辅助永磁体磁通路径14是从左向右。

Claims (3)

1.一种高压断路器永磁直线电机操动机构，永磁直线电机的主轴与高压断路器的连杆连接，其特征是：永磁直线电机初级铁心的内壁紧贴永磁材料，所述的永磁材料包括辅助永磁体和主永磁体，初级铁心内壁的上下两端分别紧贴辅助永磁体，初级铁心内壁的中部紧贴主永磁体，辅助永磁体和主永磁体之间设有隔磁材料。
2.按照权利要求1所述的高压断路器永磁直线电机操动机构，其特征在于所述的永磁直线电机为圆筒型结构，初级铁心为圆筒形。
3.按照权利要求1或者2所述的高压断路器永磁直线电机操动机构，其特征在于所述的辅助永磁体的厚度是6～10mm。
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