CN102064600A

CN102064600A - 三稳态差动式永磁操动机构

Info

Publication number: CN102064600A
Application number: CN 201010566455
Authority: CN
Inventors: 蔡志远; 徐卜一; 马少华; 厉伟; 王俭
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Anhui Daneng Electric Power Construction Co., Ltd
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: CN102064600B

Abstract

本发明是一种三稳态差动式永磁操动机构，适合用在自动转换开关电器中，该机构主要由主电源合闸线圈、备用电源合闸线圈、主电源辅助分闸线圈、备用电源辅助分闸线圈、三稳维持弹簧，动铁心、驱动杆、永久磁铁及导磁块组成。这种新型的三稳态差动式永磁操动机构的驱动杆能稳定在三个位置上，无须增加机械、电气互锁装置，就能将一个或几个负载电路从一个电源可靠地转换至另一个电源。具有结构简单、可靠性高、可控性好的优点，是发展一体化ATSE的理想元件。

Description

三稳态差动式永磁操动机构

技术领域：

本发明主要涉及一种差动式永磁操动机构，特别是涉及一种三稳态差动式永磁操动机构，属于电力系统配电设备技术领域。

背景技术：

自动转换开关电器（Automatic Transfer Switching Equipment，简称ATSE），是由一个（或几个）转换开关电器和其它电器所组成，用于检测电源电路,并将一个或几个负载电路从一个电源转换至另一个电源的开关电器。ATSE常作为消防、地铁等重要负荷的末端互投装置，在电力系统中起着至关重要的作用。现有的ATSE内部通常配有两套操动机构，通过机械和电气的互锁装置实现双电源的可靠转换，结构较为复杂、可靠性较低。简化ATSE的结构、提高其可靠性对发展高性能自动转换开关电器有重要推进作用。

发明内容：

1、发明目的：

本发明的目的在于解决现有的ATSE由两套操动机构所组成，依靠机械和电气互锁实现主电源和辅助电源的可靠转换，结构复杂、可靠性低等缺点，提供了一种三稳态差动式永磁操动机构，其驱动杆能稳定在三个位置上，无须增加机械、电气互锁装置，就能将电路从一个电源可靠地转换至另一个电源。

2、技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种三稳态差动式永磁操动机构，用于自动转换开关电器中，其特征在于：该机构主要由驱动杆、永久磁铁、主电源合闸线圈、备用电源合闸线圈、主电源辅助分闸线圈、备用电源辅助分闸线圈、动铁心、三稳维持弹簧和导磁块组成；驱动杆贯穿整个机构，该机构中央位置处设置有动铁心，驱动杆与动铁心之间为固定连接，动铁心周围设有环状导磁块，在导磁块和缸体之间设有永久磁铁，在主电源合闸工作气隙侧设有主电源合闸线圈和主电源辅助分闸线圈，在备用电源合闸工作气隙侧设有备用电源合闸线圈和备用电源辅助分闸线圈，主电源辅助分闸线圈和备用电源辅助分闸线圈相串联；三稳维持弹簧固定于缸体两侧，驱动杆两端设有三稳维持弹簧限位块。

所述三稳维持弹簧采用预压缩的方式对称固定于缸体两侧。

所述驱动杆能分别稳定在a、b、c三个工作位置上，a为主电源端，当动铁心位于a端时，主电源接通；b为第三稳态，当动铁心位于b端时，主电源与备用电源均断开；c为备用电源端，当动铁心位于c端时，备用电源接通。

该机构能够稳定在第三稳态，以便在电源转换过程中实现合闸相角可控的目的。

所述主电源合闸线圈、主电源辅助分闸线圈、备用电源合闸线圈和备用电源辅助分闸线圈的个数，均设置为1个或多个。

上述所有的主电源辅助分闸线圈与备用电源辅助分闸线圈均串接在一起。

3、优点及效果：

与现有的技术相比，本发明的有益效果如下：

第一，该三稳态差动式永磁操动机构依靠其自身的结构特点，可以在不添加任何外部互锁装置的情况下实现两路电源转换之间的机械和电气互锁，实现ATSE的主电源和备用电源之间的安全转换，从而简化ATSE的结构，提高其可靠性；

第二，该操动机构动作分散性小、可控性好，可根据电网及负荷运行工况选择最佳的合闸时刻，从而减小电源切换过程中对用电设备的冲击。

附图说明：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明机构处于备用电源端示意图；

图3为备用电源分闸过程示意图；

图4为主电源合闸过程示意图。

附图标记说明：

1、驱动杆；2、永磁体；3、缸体；31、主电源合闸线圈；32、备用电源合闸线圈；41、主电源辅助分闸线圈；42、备用电源辅助分闸线圈；5、动铁心；6、三稳维持弹簧；7、导磁块；8、弹簧限位块；a、主电源端；c、备用电源端；b、第三稳态；V表示速度。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明加做进一步的说明：

一种三稳态差动式永磁操动机构，用于自动转换开关电器中，如图1中所示：该机构主要由非导磁材料制成的驱动杆1、永久磁铁2、主电源合闸线圈31、备用电源合闸线圈32、主电源辅助分闸线圈41、备用电源辅助分闸线圈42、动铁心5、三稳维持弹簧6和导磁块7组成；驱动杆1贯穿整个机构，该机构中央位置处设置有动铁心5，驱动杆1与动铁心5之间为固定连接，动铁心5的周围设有环状导磁块7，在导磁块7和缸体3之间设有永久磁铁2，在主电源合闸工作气隙侧设有主电源合闸线圈31和主电源辅助分闸线圈41，在备用电源合闸工作气隙侧设有备用电源合闸线圈32和备用电源辅助分闸线圈42，主电源辅助分闸线圈41和备用电源辅助分闸线圈42相串联；三稳维持弹簧6固定于缸体3两侧，驱动杆1两端还设有弹簧限位块8。

如图1所示，所述三稳维持弹簧6采用预压缩的方式对称固定于缸体3两侧。

所述驱动杆1能分别稳定在a、b、c三个工作位置上，a为主电源端，当动铁心位于a端时，主电源接通；b为第三稳态，当动铁心位于b端时，主电源与备用电源均断开；c为备用电源端，当动铁心位于c端时，备用电源接通。

所述主电源合闸线圈31、主电源辅助分闸线圈41、备用电源合闸线圈32和备用电源辅助分闸线圈42的个数，均可以设置为1个或者多个。

上述所有的主电源辅助分闸线圈41与备用电源辅助分闸线圈42均串接在一起。

本发明中未提及的三稳态永磁操动机构的其他部分与现有双稳态永磁操动机构技术基本相同，不再赘述。

本发明这种三稳态差动式永磁操动机构在工作时，如图1中所示，动铁心5位于b位置，此时，主电源和备用电源两路电源均为断开状态。

当动铁心5位于图2所示的c位置时，永久磁铁2所产生的电磁力主要集中在备用电源合闸工作气隙侧（图2中c端），驱动杆1与动铁心5之间为固定连接，动铁心5的合闸保持力通过驱动杆1传至触头，从而保证触头在备用电源端即c端可靠地合闸。

如图2所示，动铁心5处于备用电源端c端，此时备用电源合闸。当串联在一起的主电源辅助分闸线圈41和备用电源辅助分闸线圈42通电励磁后，辅助分闸线圈产生的磁场和永久磁铁在备用电源侧产生的磁场由于方向相反，磁场互相削弱，当此叠加磁场产生的力小于三稳维持弹簧6产生的力时，如图3所示，动铁心5在弹簧力作用下脱离备用电源（c位置）开始以速度V向b位置运动。在动铁心5未运动到中间稳态即第三稳态时，为了使动铁心5的速度减慢，此时由主电源辅助分闸线圈41和备用电源辅助分闸线圈42产生另外一个磁场，此磁场和永久磁铁2在备用电源侧产生的磁场方向相同，动铁心5在此叠加磁场作用下做减速运动，借此来减小在第三稳态时的弹跳动作。最后，动铁心5在三稳维持弹簧6的作用下稳定在第三稳态位置（b位置）处，等待主电源合闸指令。在b位置时，由于此操纵机构具有对称性，所以此时磁场呈现均匀分布，磁场产生合力为零，第三稳态靠三稳维持弹簧6保持，动铁心5稳定在b位置，主电源和备用电源两路电源均断开。由于在分闸过程中，主电源辅助分闸线圈41和备用电源辅助分闸线圈42在主气隙中产生较强的磁场，该磁场很快能抵消永久磁铁2的磁场，使分闸力减小，所以不需要很大的辅助分闸电流便可以使动铁心5运动。当由中间的第三稳态向主电源端投切，由b位置向a位置运动，如图4中所示，主电源合闸线圈31励磁，此时主电源合闸线圈31产生的磁场方向和永久磁铁2产生的磁场方向相同，磁场增强，当由此合磁场产生的合力大于三稳维持弹簧6的力时，动铁心5带动驱动杆1开始运动，使动铁心5切换到主电源一侧（a位置），最后由永久磁铁2产生的电磁力使动铁心5保持在a端，达到主电源和备用电源切换的目的。

以上是由备用电源侧向主电源侧的切换过程，当主电源发生故障时，由主电源切换到备用电源的过程与上述由备用电源侧向主电源侧的切换过程大体一致，只是动铁心5的初始位置和运动方向相反，在线圈通电时，首先对主电源辅助分闸线圈41和备用电源辅助分闸线圈42通电，以完成对主电源的分闸操作。在接收到合闸信号后，由第三稳态向备用电源转换时，再对备用电源合闸线圈通电即可完成主电源侧向备用电源侧切换的过程。

本发明这种三稳态差动式永磁操动机构，由于驱动杆能稳定在三个位置上，适合用在自动转换开关电器中，无须增加机械、电气互锁装置，就能将电路从一个电源可靠地转换至另一个电源。具有结构简单、可靠性高、可控性好的优点，适于推广应用。

Claims

1.一种三稳态差动式永磁操动机构，用于自动转换开关电器中，其特征在于：该机构主要由驱动杆（1）、永久磁铁（2）、主电源合闸线圈（31）、备用电源合闸线圈（32）、主电源辅助分闸线圈（41）、备用电源辅助分闸线圈（42）、动铁心（5）、三稳维持弹簧（6）和导磁块（7）组成；驱动杆（1）贯穿整个机构，该机构中央位置处设置有动铁心（5），驱动杆（1）与动铁心（5）之间为固定连接，动铁心（5）的周围设有环状导磁块（7），导磁块（7）与缸体（3）之间设有永久磁铁（2），在主电源合闸工作气隙侧设有主电源合闸线圈（31）和主电源辅助分闸线圈（41），在备用电源合闸工作气隙侧设有备用电源合闸线圈（32）和备用电源辅助分闸线圈（42），主电源辅助分闸线圈（41）和备用电源辅助分闸线圈（42）相串联；三稳维持弹簧（6）固定于缸体（3）两侧；驱动杆（1）两端还设有弹簧限位块（8）。

2.根据权利要求1所述的三稳态差动式永磁操动机构，其特征在于：所述三稳维持弹簧（6）采用预压缩的方式对称固定于缸体（3）两侧。

3.根据权利要求1或2所述的三稳态差动式永磁操动机构，其特征在于：所述驱动杆（1）能分别稳定在a、b、c三个工作位置上，a为主电源端，当动铁心（5）位于a端时，主电源接通；b为第三稳态，当动铁心（5）位于b端时，主电源与备用电源均断开；c为备用电源端，当动铁心（5）位于c端时，备用电源接通。

4.根据权利要求3所述的三稳态差动式永磁操动机构，其特征在于：该机构能够稳定在第三稳态。

5.根据权利要求1或2所述的三稳态差动式永磁操动机构，其特征在于：所述主电源合闸线圈（31）、主电源辅助分闸线圈（41）、备用电源合闸线圈（32）和备用电源辅助分闸线圈（42）的个数，均设置为1个或多个。

6.根据权利要求5所述的三稳态差动式永磁操动机构，其特征在于：所有的主电源辅助分闸线圈（41）与备用电源辅助分闸线圈（42）均串接在一起。