CN101882510A - 输出功率可调式低能耗驱动器 - Google Patents

Abstract

一种输出功率可调式低能耗驱动器，即开关永磁操作机构，它包括线圈(2)、推杆(3)、永磁体(4)、静铁芯(5)和输出功率可调式动铁芯，所述的静铁芯(5)套装在推杆(3)上，静铁芯(5)的上部设有凹腔，下部设有环形腔体，输出功率可调式动铁芯套装在推杆(3)的端部，输出功率可调式动铁芯的周壁与静铁芯(5)的周壁相接触，永磁体(4)套装在推杆(3)上，位于静铁芯(5)内侧的凹腔中，永磁体(4)的上表面与输出功率可调式动铁芯的下表面之间设有气隙(7)，线圈(2)套装在静铁芯(5)下部的环形腔体中。本发明具有操作功可调，方法简单，便捷，可靠性高的优点。

Description

输出功率可调式低能耗驱动器

技术领域

本发明涉及一种配电网使用的开关设备操动机构，尤其是结构简单、方便可调，可靠性高的操动机构，具体地说是一种输出功率可调式低能耗驱动器，即开关永磁操作机构。

背景技术

长期以来，作为中压(12kV-24kV)开关的操作机构，早期采用电磁操作机构，由电磁铁产生的操作力对开关进行操作，这种电磁机构，合闸功率消耗大，一般合闸电流达到百安(110-220V直流)，对电源要求高，成本高，运行中出现的故障机率高。

随后以弹簧操作机构作为开关的配套使用，但是这样的弹簧操作机构使用的零部件多，体积大，如图1所示，机构的元件达到上百件，相互连杆和配合要求高。操作机构的维护技术对于操作人员的技术要求高，机构环节多，相互连杆配合和弹簧的作用力的控制难度大，尤其是弹簧的机械特性，达到相对拉伸次数，弹簧的作用力将发生重大的变化，难以保证原来的技术参数；运行中维护率高，而一般人员难以掌握。尤其是电网运行高可靠性要求，要满足用户少停电的期望，以上两种操作机构在一定程度上困难的。

随着新技术的不断发展，永磁操作机构问世，使传统的操作机构和驱动器发生根本性变革，结构简单，可靠性高，零部件少，是电磁操作机构的十分之一，是弹簧操作机构的五十分之一，简单、可靠，故障发生极低。由于永磁的特点，在电网实现同步开关的可能得以实现。但是，传统永磁机构磁路复杂，变化因素较多，如果不能精确计算，对开关的参数是难以满足，为此确定永磁机构是否符合开关的要求，计算磁路的路径和控制成为机构设计的重要方法。

发明内容

本发明的目的是针对电磁操作机构和弹簧操作机构所存在的问题，根据电网开关运行中的条件，提出一种输出功率可调式低能耗驱动器。通过改变永磁体磁路的间隙，实现自动调整，改变了传统的设计思路，磁路磁阻实现磁力的可调，可直接量化操作功是否满足开关条件。

本发明的技术方案是：

一种输出功率可调式低能耗驱动器，即开关永磁操作机构，它包括线圈、推杆、永磁体、静铁芯和输出功率可调式动铁芯，所述的静铁芯套装在推杆上，静铁芯的上部设有凹腔，下部设有环形腔体，输出功率可调式动铁芯套装在推杆的端部，输出功率可调式动铁芯的周壁与静铁芯的周壁相接触，永磁体套装在推杆上，位于静铁芯内侧的凹腔中，永磁体的上表面与输出功率可调式动铁芯的下表面之间设有气隙，线圈套装在静铁芯下部的环形腔体中。

本发明推杆的一端设有安装板，静铁芯固定在安装板上，线圈夹固在静铁芯的端面与安装板之间。

本发明的输出功率可调式动铁芯包括可调动铁芯和外圈，可调动铁芯与外圈之间螺纹连接。

本发明的有益效果：

本发明直接作为配电网使用的开关设备的操动机构，它克服了传统弹簧操作机构、电动操作机构以及传统永磁操作机构的弊病，降低操作能源，减少配电设备专用操作电源的困惑，简化操作机构的设计和调试，提高机构运行的可靠性。同时改变了传统永磁机构的设计思想，使得永磁机构的操作设计符合各类开关设备研制的要求，具有操作功可调，方法简单，便捷，可靠性高的特点，满足同等级不同容量能量的操作能力。

本发明彻底解决了传统弹簧操作机构零部件多，调整环节多，调试复杂，可靠性差的问题，通过本设计产品的使用，可极大简化开关设备的设计，将开关完全小型化，从而提高开关的电气和机械特性，运行可靠性和开关的技术性能，对提高产品的性能和安全性具有重要的作用。

本专利适用于配电系统使用的开关操作机构，直接用户环网柜，成套开关柜等，作为电网控制和电网保护所采用的配套元件。本发明是根据真空开关设备的实际运行的经验而发明设计的，保证了真空开关的可靠运行，降低开关的操作能源，同时能提高机构的输出功，真正实现真空开关在电网的安全和高效运行，实现输出功的连续无级调节，是真空开关操作机构的最好选择。

本发明通过改变磁回路的间隙，实现磁阻的控制。该设计使得复杂的结构调整和磁回路的计算等变得非常简单，可根据计算气隙的大小，得到更为合理的磁力，确保磁力驱动器的技术性能同时符合开关的基本操作力和相关参数的要求。同时，本发明在实现磁路驱动器输出功率可调的前提下，同时也实现磁力驱动单元低能耗的要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种输出功率可调式低能耗驱动器，即开关永磁操作机构，它包括线圈2、推杆3、永磁体4、静铁芯5和输出功率可调式动铁芯，所述的静铁芯5套装在推杆3上，静铁芯5的上部设有凹腔，下部设有环形腔体，输出功率可调式动铁芯套装在推杆3的端部，输出功率可调式动铁芯的周壁与静铁芯5的周壁相接触，永磁体4套装在推杆3上，位于静铁芯5内侧的凹腔中，永磁体4的上表面与输出功率可调式动铁芯的下表面之间设有气隙7，线圈2套装在静铁芯5下部的环形腔体中。

本发明的推杆3的一端设有安装板1，静铁芯5固定在安装板1上，线圈2夹固在静铁芯5的端面与安装板1之间。

本发明的输出功率可调式动铁芯包括可调动铁芯6和外圈8，可调动铁芯6与外圈8之间螺纹连接，旋动可调部分即可改变气隙7大小。

工作时，给线圈2加入脉冲电流，该脉冲电流在线圈中便产生感应磁场，该磁场一部分抵消永磁体4产生的磁场，另一部分作用于输出功率可调式动铁芯，使得可调动铁芯6与外圈8之间产生位移，可调动铁芯6的位移带动推杆3位移，接在推杆3上的传动机构便使得开关处于合闸或开闸的工作状态。当线圈上的脉冲电流消失后，脉冲电流产生的感应磁场也随之消失，在永磁体产生的磁场作用下，使得开关的工作状态稳定的保持，当需要开关的工作状态改变时，即由合闸变为开闸或由开闸变为合闸，只需要给线圈加入反向脉冲电流，即可使得推杆3产生反向位移，实现状态的变换并保持稳定，本发明通过改变磁回路的间隙，实现磁阻的控制。该设计使得复杂的结构调整和磁回路的计算等变得非常简单，具有操作功可调，方法简单，便捷，可靠性高的特点，满足同等级不同容量能量的操作能力。

具体实施时：

合闸时，控制器外部电路向线圈2提供驱动电流，线圈电流产生的磁场与永磁铁4产生的磁场方向一致，相互叠加，随着线圈驱动电流的不断增大，磁场产生的驱动力

逐渐变大。当驱动力大于断路器提供的分闸保持力时，可调动铁芯6按照牛顿定律F＝ma向上运动：并且驱动力随着磁隙的减小而急剧增大最终将可调动铁芯6推到合闸位置。

此时控制器由检测到的机构位置信号或程序设定的保护时间，切断线圈电源。由于此时铁磁回路已经闭合，磁阻非常小，永磁驱动的磁场力已足以克服断路器的合闸保持力，无须线圈电流的磁场而完成合闸的锁扣过程。

分闸时，向线圈2施加一个小电流，该电流产生的磁场与永磁体4产生的磁场方向相反，削弱了铁磁回路的磁场，当磁力小于断路器的合闸保持力时，断路器合力推动机构动铁心向分闸方向运动，完成分闸过程。

本发明通过改变磁回路的气隙，实现磁阻的控制，从而改变输出功的大小。调整可调式动铁芯6与永磁体4之间的间隙即可改变磁阻，磁阻越大，输出功就越小，磁阻越小，输出功就越大。当气隙为零时，磁阻约等于零(考虑到零件表面的粗糙度，磁阻不可能为零，但此时磁阻已非常小)，此时的输出功最大，合闸时的保持力也达到最大。因此，我们可以通过调整气隙的大小，来调整输出功的大小，满足同等级不同容量断路器对输出功和合闸保持力的要求。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.一种输出功率可调式低能耗驱动器，即开关永磁操作机构，其特征是它包括线圈(2)、推杆(3)、永磁体(4)、静铁芯(5)和输出功率可调式动铁芯，所述的静铁芯(5)套装在推杆(3)上，静铁芯(5)的上部设有凹腔，下部设有环形腔体，输出功率可调式动铁芯套装在推杆(3)的端部，输出功率可调式动铁芯的周壁与静铁芯(5)的周壁相接触，永磁体(4)套装在推杆(3)上，位于静铁芯(5)内侧的凹腔中，永磁体(4)的上表面与输出功率可调式动铁芯的下表面之间设有气隙(7)，线圈(2)套装在静铁芯(5)下部的环形腔体中。

2.根据权利要求1所述的输出功率可调式低能耗驱动器，其特征是推杆(3)的一端设有安装板(1)，静铁芯(5)固定在安装板(1)上，线圈(2)夹固在静铁芯(5)的端面与安装板(1)之间。

3.根据权利要求1所述的输出功率可调式低能耗驱动器，其特征是输出功率可调式动铁芯包括可调动铁芯(6)和外圈(8)，可调动铁芯(6)与外圈(8)之间螺纹连接。

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