CN101789318A - 一种可提高刚分速度的新型双稳态永磁机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可提高刚分速度的双稳态永磁机构，包括导杆、静铁芯、动铁芯、合闸线圈和分闸线圈，所述导杆上从下至上依次套接有静铁芯、非磁性材料垫片、分闸保持静铁芯、保持动铁芯、合闸保持静铁芯和手动分闸短路环；所述静铁芯内表面上方嵌套有合闸线圈、静铁芯内表面下方嵌套有分闸线圈；所述静铁芯外表面对应于合闸线圈与分闸线圈之间的位置设置有环形槽，环形槽内填充有非铁磁材料；所述静铁芯内部设置有与其同轴的动铁芯。本发明能够应用在大开距、高电压等级的断路器，并且具有刚分速度快，方便进行手动分闸等优点；同时，该机构为了预防出现电子控制部分失效的情况设计了手动分闸短路环。利用短路环，可以有效减小合闸保持力，提高手动分闸速度，降低手动分闸机械部分的设计难度，解决了传统永磁机构手动分闸困难的问题。

Description

一种可提高刚分速度的新型双稳态永磁机构

技术领域

本发明属于电子应用领域，具体涉及一种可提高刚分速度的新型双稳态永磁机构。

背景技术

双稳态永磁机构是针对真空断路器设计的一种操动机构，因其高可靠性及分、合闸时间分散性小而受到广泛关注，并且大量应用于中压领域。其主要特征为：永磁机构的工作状态可以分为合闸操作、分闸操作和保持。保持状态是由永磁体提供磁力，使动铁芯14稳定的保持在分闸或者合闸的位置。而合、分闸操作过程中，需要给相应的线圈通上足够的电流，提供一个可以克服永磁体保持力的电磁力，驱动铁芯14动作，进而带动触头运动。

传统的双稳态永磁机构，永磁体安置于静铁芯10中。永磁体产生的磁力线与线圈产生的磁力线使用共同的磁路，这样的设计一方面减小了机构的体积，但同时也带来了一些问题。由于永磁体与线圈共用磁路，这就造成了在分闸操作起始阶段，永磁体产生的磁力会部分抵消线圈产生的电磁力，造成刚分速度难以提高的问题。同时，在分闸操作结束阶段，由于永磁体产生的磁力此时与线圈产生的电磁力方向相同，所以加速动铁芯14撞击静铁芯10，对机构寿命和可靠性都带来一定危害。此外，原有的静铁芯10设计，由于安装永磁体和线圈的需要，将会使得线圈产生的磁力线既通过动铁芯14的上端面也通过动铁芯14的下端面，这样就造成线圈产生的电磁力一个拉动铁芯14运动，另一个阻碍铁芯运动，降低线圈的工作效率。传统双稳态永磁机构存在的另一个问题是手动分闸困难，这是由于永磁体位于静铁芯10中，永磁体产生的磁力线会在静铁芯10和动铁芯14中形成闭合回路，没有有效地办法在手动分闸时分流部分磁力线，从而降低保持力，这样就造成需要复杂的机械装置进行手动分闸，降低了断路器的可靠性。

依照传统的双稳态结构，很难设计出适应于大开距，高电压等级，具有较高刚分速度，同时能够方便手动分闸的操作机构，所以有必要设计一种全新的机构解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于设计一种能够应用于高电压等级、大开距断路器，具有较快刚分速度并且方便进行手动分闸操作的双稳态永磁机构。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可提高刚分速度的双稳态永磁机构，包括导杆1、静铁芯10、动铁芯14、合闸线圈11和分闸线圈13：

所述导杆1上从下至上依次套接有静铁芯10、非磁性材料垫片9、分闸保持静铁芯7、保持动铁芯14、合闸保持静铁芯4和手动分闸短路环2；

所述静铁芯10内表面上方嵌套有合闸线圈11、静铁芯10内表面下方嵌套有分闸线圈13；所述静铁芯10外表面对应于合闸线圈11与分闸线圈13之间的位置设置有环形槽，环形槽内填充有非铁磁材料；所述静铁芯10内部设置有与其同轴的动铁芯14；所述静铁芯10上方设置有非磁性材料垫片9；非磁性材料垫片9上方设置有分闸保持静铁芯7和嵌入其中的分闸保持永磁体8；所述分闸保持静铁芯7上方设置有合闸保持静铁芯4和嵌入其中的合闸保持永磁体5；所述合闸保持永磁体5上方设置有保持动铁芯14；所述保持动铁芯14上方设置有手动分闸短路环2。

所述分闸保持静铁芯7上设置有分闸保持气隙17。

所述合闸保持静铁芯4上方设置有合闸保持上气隙15、下方设置有合闸保持下气隙16。

所述手动分闸短路环2通过弹簧3与合闸保持永磁体5连接。

本发明所述机构主要由永磁保持部分，电磁操动部分和手动分闸短路环2组成。

1)本发明采用圆柱型，轴对称结构，其中：永磁保持部分用于为断路器中的灭弧室触头提供分闸保持力和合闸保持力，使断路器处于稳定的分闸状态或者合闸状态；电磁操动部分在分、合闸操作过程中提供电磁力，驱动触头运动，使断路器由分闸变为合闸，或者由合闸变为分闸；手动分闸短路环2是为控制操动机构的电子部分失效的紧急情况而设计。利用短路环，可以有效减小合闸保持力，提高手动分闸速度，降低手动分闸机械部分的设计难度。

2)永磁保持部分由永磁体，分闸保持静铁芯7、合闸保持静铁芯4和保持动铁芯14组成。永磁体嵌入分、合闸保持静铁芯4中，其中合闸保持静铁芯4中的永磁体上下端开槽，留有气隙；分闸保持静铁芯7中的永磁体上端开槽，下端与非铁磁材料相连，方便固定分闸保持静铁芯7；保持动铁芯14与导杆1相连，通过导杆1将保持力传导到动触头，使其处于稳定的保持位置。永磁保持部分的工作原理如下所述：当断路器处于分闸或者合闸位置的时候，保持静铁芯10中的永磁体提供磁力，将保持动铁芯14稳定固定到静铁芯10上。如果断路器需要分、合闸操作，电磁操动部分将提供一个电磁力驱动保持静铁芯10运动，一旦保持动铁芯14与保持静铁芯10间的气隙超过静铁芯10中所开气隙，则永磁体的磁力线会通过铁芯中的气隙形成回路，因为更大的气隙意味着更大的磁阻，而磁力线会从磁阻较小的部分通过。这样就降低了保持动铁芯14所受的力，也就降低了分、合闸所需的反力，可以有效提高刚分速度。

3)电磁操动部分主要包括动铁芯14，静铁芯10，分闸线圈13和合闸线圈11。分、合闸线圈11位于静铁芯10中的上方和下方；两个线圈之间的静铁芯10中间部分开槽，用非铁磁材料填充固定；动铁芯14与导杆1相连，带动触头运动。电磁操动部分的工作原理如下所述：当断路器需要分闸或者合闸操作的时候，相应的分、合闸线圈11会通过电流，这样就会产生一个磁场。磁场的磁力线会依据磁阻的大小而寻找路径，这样就会在动铁芯14、静铁芯10以及动、静铁芯10之间的气隙形成磁力线的回路。气隙中的磁场会产生一个电磁力，驱动动铁芯14运动，通过导杆1带动触头运动。因为两个线圈之间存在用非铁磁材料填充的气隙，这样可以保证磁力线只通过动铁芯14的上端面或者下端面，提高了线圈的工作效率。

4)手动分闸短路环2通过弹簧3安装在合闸保持静铁芯4上方。正常工作时，手动分闸短路环2因为弹簧3的反力的存在而远离合闸保持静铁芯4。如果出现紧急故障，需要手动分闸，按下短路环，则永磁体产生的磁力线会有一部分通过短路环形成回路，这样就降低了通过保持动铁芯14的磁通，也就降低了动铁芯14所受的电磁力。这时，附加机械装置只需较小的力便能将动铁芯14拉离静铁芯10，克服了传统双稳态永磁机构手动分闸困难的缺点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1-导杆；2-手动分闸短路环；3-弹簧；4-合闸保持静铁芯；5-合闸保持永磁体；6-保持动铁芯；7-分闸保持静铁芯；8-分闸保持永磁体；9-非磁性材料垫片；10-静铁芯；11-合闸线圈；12-非工作气隙；13-分闸线圈；14-动铁芯；15-合闸保持上气隙；16-合闸保持下气隙；17-分闸保持气隙。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，此时永磁机构处于分闸状态，由分闸保持永磁体8提供磁力将保持动铁芯6保持在分闸位置。由于动铁芯14与保持动铁芯6通过导杆1相连，所以动铁芯14也被保持在分闸位置。永磁保持部分与电磁部分中间被非磁性材料垫片9隔开，分闸保持永磁体8产生的磁力线通过分闸保持静铁芯7和保持动铁芯6形成闭合的回路。如果需要合闸操作，需要在合闸线圈11中通过足够的电流，产生一个电磁力。由于非工作气隙12的存在，该电流产生的磁力线只通过动铁芯14的上端面。这样合闸线圈11中的电流所产生的电磁力与保持力方向相反，使保持动铁芯6所受的吸力减小，当电流增大到一定值时，保持动铁芯6所受的吸力小于断路器反力，电磁力将会驱动动铁芯14和保持动铁芯6，带动动触头一起向合闸位置运动。一旦保持动铁芯6与分闸保持静铁芯7之间的气隙超过分闸保持气隙17的距离，则大部分分闸保持永磁体8的磁力线会通过分闸保持气隙17形成回路，这样就降低了永磁体对操作初始阶段的阻碍。当触头到达合闸位置时，合闸保持永磁体5产生磁力将保持动铁芯6稳定保持在合闸位置。

合闸状态时，合闸保持永磁体5产生的磁力线通过合闸保持静铁芯4和保持动铁芯6形成闭合的回路。如果需要分闸操作，需要在分闸线圈13中通过足够的电流，产生一个电磁力。由于非工作气隙12的存在，该电流产生的磁力线只通过动铁芯14的下端面。这样分闸线圈13中的电流所产生的电磁力与保持力方向相反，使保持动铁芯6所受的吸力减小，当电流增大到一定值时，保持动铁芯6所受的吸力小于断路器的反力，电磁力将会驱动动铁芯14和保持动铁芯6带动动触头一起向分闸位置运动。一旦保持动铁芯6与合闸保持静铁芯4之间的气隙超过合闸保持下气隙16的距离，则大部分合闸保持永磁体54的磁力线会通过合闸保持上气隙15和合闸保持下气隙16形成回路，这样就降低了永磁体对操作初始阶段的阻碍，提高了刚分速度。当触头到达分闸位置时，分闸保持永磁体8产生磁力将保持动铁芯6稳定保持在分闸位置。

当需要手动分闸时，将手动分闸短路环2用力按下，内置弹簧3被压缩，短路环2向合闸保持静铁芯4端面方向运动并与该表面接触，从而将合闸保持永磁体5进行磁短路，使得原来经由合闸保持静铁芯4和保持动铁芯6磁路闭合的磁通的一部分改由短路环2流过闭合，使得合闸保持静铁芯4下表面的磁通密度值减小，相应的保持力也随之减小。此时，只需再施加较小的外力就可抵消剩余的永磁保持力，使保持动铁芯6和动铁芯14连同动触头向分闸位置运动，一旦保持动铁芯6与合闸保持静铁芯4分开，就可以松开短路环2，短路环2受到内置弹簧3的恢复力，自动回到初始状态，最终完成手动分闸。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (4)

1.一种可提高刚分速度的双稳态永磁机构，包括导杆(1)、静铁芯(10)、动铁芯(14)、合闸线圈(11)和分闸线圈(13)，其特征在于：

所述导杆(1)上从下至上依次套接有静铁芯(10)、非磁性材料垫片(9)、分闸保持静铁芯(7)、保持动铁芯(14)、合闸保持静铁芯(4)和手动分闸短路环(2)；

所述静铁芯(10)内表面上方嵌套有合闸线圈(11)、静铁芯(10)内表面下方嵌套有分闸线圈(13)；所述静铁芯(10)外表面对应于合闸线圈(11)与分闸线圈(13)之间的位置设置有环形槽，环形槽内填充有非铁磁材料；所述静铁芯(10)内部设置有与其同轴的动铁芯(14)；所述静铁芯(10)上方设置有非磁性材料垫片(9)；非磁性材料垫片(9)上方设置有分闸保持静铁芯(7)和嵌入其中的分闸保持永磁体8；所述分闸保持静铁芯(7)上方设置有合闸保持静铁芯(4)和嵌入其中的合闸保持永磁体(5)；所述合闸保持永磁体(5)上方设置有保持动铁芯(14)；所述保持动铁芯(14)上方设置有手动分闸短路环(2)。

2.如权利要求1所述一种可提高刚分速度的双稳态永磁机构，其特征在于：所述分闸保持静铁芯(7)上设置有分闸保持气隙(17)。

3.如权利要求1所述一种可提高刚分速度的双稳态永磁机构，其特征在于：所述合闸保持静铁芯(4)上方设置有合闸保持上气隙(15)、下方设置有合闸保持下气隙(16)。

4.如权利要求1所述一种可提高刚分速度的双稳态永磁机构，其特征在于：所述手动分闸短路环(2)通过弹簧(3)与合闸保持永磁体(5)连接。

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