CN102426975A - 一种永磁操动机构 - Google Patents

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钟锦汉
包悦
夏卫红
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Abstract

本发明涉及一种永磁操动机构，具体地说是一种用于户外高压交流真空断路器上、为断路器的分合闸及开断故障电流提供动力的永磁操动机构，其特征在于：所述的前机构安装板和后机构安装板固定连接，所述的手动分闸轴通过手动分闸凸轮活动连接在后机构安装板的一端并穿过前机构安装板，所述的转换轴分别连接辅助开关、永磁驱动装置、滚子及连杆的一端并安装于前机构安装板和后机构安装板之间。本发明具有如下优点：结构简单紧凑，零件少，其零件数量只有弹簧操动机构的1/3；操作可靠性高，其操作寿命可达到30000次以上，相比弹簧操作机构只有10000次的操作寿命，提高了很多；非密封机构，降低了故障率，在整个使用寿命期间基本免维护。

Description

一种永磁操动机构
技术领域
本发明涉及一种永磁操动机构，具体地说是一种用于户外高压交流真空断路器上、为断路器的分合闸及开断故障电流提供动力的永磁操动机构。
背景技术
在我国的中压输配电系统中，ZW20系列户外高压真空断路器产品是此领域里的一个重要产品，因其一次导电回路及操动机构密封在SF6气体里，具有较好的环境适应性，近年来使用量越来越很大。但此型断路器的操动机构从开发以来，都是使用的是弹簧操动机构。其弹簧操动机构零件多，结构复杂，对零件的加工精度要求及装配要求都比较高，造成此机构可靠性不高，经常出现拒分、拒合现象，且因机构是密封在气体里，出现故障时，维护不方便。
发明内容
本发明的目的为克服现有技术的不足，提供一种结构简单，零件少，可靠性高的操动机构，用来代替弹簧操动机构，以达到提高产品的操作可靠性，并在使用寿命期内，实现免维护。
为了达到上述目的，本发明设计了一种永磁操动机构，包括手动分闸凸轮、转换轴、辅助开关、连杆、永磁驱动装置、前机构安装板、后机构安装板、手动分闸轴、滚子，其中，永磁驱动装置控制该机构的运动输出，其特征在于：所述的前机构安装板和后机构安装板固定连接，所述的手动分闸轴通过手动分闸凸轮活动连接在后机构安装板的一端并穿过前机构安装板，所述的永磁驱动装置安装在后机构安装板的另一端，所述的辅助开关固定连接在前机构安装板的上部，所述的转换轴分别连接辅助开关、永磁驱动装置、滚子及连杆的一端并安装于前机构安装板和后机构安装板之间，所述连杆的另一端连接断路器主轴；所述永磁驱动装置输出的能量通过转换轴进行转换，并通过连杆传递到断路器主轴，从而控制断路器的分合闸动作。
所述的永磁驱动装置为单稳态单线圈结构，主要由分闸端盖、垫块、导磁环、永久磁铁、线圈、外壳、动铁芯、合闸端盖以及驱动杆组成；所述外壳的两端分别装配分闸端盖、合闸端盖，所述合闸端盖为阶梯型结构，线圈装配在阶梯型结构凸缘的外圈，线圈上方装配永久磁铁，永久磁铁的内圈装配导磁环，所述垫块装配在永久磁铁、导磁环与分闸端盖之间，所述动铁芯装配在阶梯型结构凸缘的上方，动铁芯的剖面为倒“T”型结构，该倒“T”型结构与外壳、线圈、导磁环、垫块相配合装配，所述驱动杆分别穿过合闸端盖、动铁芯及分闸端盖中心的导向孔并活动装配在分闸端盖和合闸端盖之间；所述线圈驱动完成断路器分合闸动作，永久磁铁的电磁力保持断路器合闸动作。
所述的转换轴由中心轴和均匀分布在中心轴上的两根主轴连杆连接拐臂、第一驱动杆连接拐臂、第二驱动杆连接拐臂组成；所述连杆的一端与两根主轴连杆连接拐臂固定连接，所述第一驱动杆连接拐臂包括下臂和侧臂，第二驱动杆连接拐臂包括下臂、侧臂和上臂，第一和第二驱动杆连接拐臂的下臂与永磁驱动装置中驱动杆的一端固定连接、侧臂与滚子固定连接，第二驱动杆连接拐臂的上臂与辅助开关固定连接。
所述第一驱动杆连接拐臂的下臂、第二驱动杆连接拐臂的下臂与主轴连杆连接拐臂之间的夹角均为α＝150～160°。
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
1.结构简单紧凑，零件少，其零件数量只有弹簧操动机构的1/3；
2.操作可靠性高，其操作寿命可达到30000次以上，相比弹簧操作机构只有10000次的操作寿命，提高了很多；
3.非密封机构，降低了故障率，在整个使用寿命期间基本免维护。
附图说明
现结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明结构示意图的俯视图。
图3为本发明中永磁驱动装置的结构示意图。
图4(a)为本发明中转换轴的结构示意图。
图4(b)为本发明中转换轴结构示意图的侧视图。
参见图1和图2，1为手动分闸凸轮；2为转换轴；3为辅助开关；4为连杆；5为永磁驱动装置；6为前机构安装板；7为后机构安装板；8为手动分闸轴；9为滚子；10为断路器主轴。
参见图3，51为分闸端盖；52为垫块；53为导磁环；54为永久磁铁；55为线圈；56为外壳；57为动铁芯；58为合闸端盖；59为驱动杆。
参见图4(a)和图4(b)，21为中心轴；22为主轴连杆连接拐臂；23为第一驱动杆连接拐臂；24为第二驱动杆连接拐臂。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明包括手动分闸凸轮1、转换轴2、辅助开关3、连杆4、永磁驱动装置5、前机构安装板6、后机构安装板7、手动分闸轴8、滚子9，其中，永磁驱动装置5控制该机构的运动输出，图1中省略前机构安装板6。前机构安装板6和后机构安装板7固定连接，手动分闸轴8通过手动分闸凸轮1活动连接在后机构安装板7的一端并穿过前机构安装板6，永磁驱动装置5安装在后机构安装板7的另一端，辅助开关3固定连接在前机构安装板6的上部，转换轴2分别连接辅助开关3、永磁驱动装置5、滚子9及连杆4的一端并安装于前机构安装板6和后机构安装板7之间，连杆4的另一端连接断路器主轴10；永磁驱动装置5输出的能量通过转换轴2进行转换，并通过连杆4传递到断路器主轴10，从而控制断路器的分合闸动作。
参见图3，永磁驱动装置5为单稳态单线圈结构，主要由分闸端盖51、垫块52、导磁环53、永久磁铁54、线圈55、外壳56、动铁芯57、合闸端盖58以及驱动杆59组成；外壳56的两端分别装配分闸端盖51、合闸端盖58，合闸端盖58为阶梯型结构，线圈55装配在阶梯型结构凸缘的外圈，线圈55上方装配永久磁铁54，永久磁铁54的内圈装配导磁环53，垫块52装配在永久磁铁54、导磁环53与分闸端盖51之间，动铁芯57装配在阶梯型结构凸缘的上方，动铁芯57的剖面为倒“T”型结构，该倒“T”型结构与外壳56、线圈55、导磁环53、垫块52相配合装配，驱动杆59分别穿过合闸端盖58、动铁芯57及分闸端盖51中心的导向孔并活动装配在分闸端盖51和合闸端盖58之间；线圈55驱动完成断路器分合闸动作，永久磁铁54的电磁力保持断路器合闸动作。
如图4(a)和图4(b)所示，转换轴2由中心轴21和均匀分布在中心轴上的两根主轴连杆连接拐臂22、第一驱动杆连接拐臂23、第二驱动杆连接拐臂24组成；连杆4的一端与两根主轴连杆连接拐臂22固定连接，第一驱动杆连接拐臂23包括下臂和侧臂，第二驱动杆连接拐臂24包括下臂、侧臂和上臂，第一驱动杆连接拐臂23的下臂和第二驱动杆连接拐臂24的下臂与永磁驱动装置中驱动杆59的一端固定连接、两者的侧臂与滚子固定连接，第二驱动杆连接拐臂24的上臂与辅助开关3固定连接，在机构动作的同时，驱动杆59连接第二驱动杆连接拐臂24的上臂拔动辅助开关3，实现辅助开关3的切换，从而用于给外部控制装置提供开关状态通断电信号。第一驱动杆连接拐臂23的下臂、第二驱动杆连接拐臂24的下臂与主轴连杆连接拐臂22之间的夹角均为α＝150～160°，在实际操作时，最佳的夹角为α＝155.5°。
本发明的永磁操动机构主要用于ZW20户外高压真空断路器上，其运动输出是由永磁驱动装置来实现的，永磁驱动装置为单稳态单线圈结构，由一个线圈来完成分合闸操作的驱动，合闸保持由永久磁铁所生的电磁力实现。永磁驱动装置输出的能量，通过转换轴进行转换，并通过连杆传递到断路器主轴，以达到断路器的分合闸动作。
本发明的工作原理如下：
一、合闸操作：
当断路器处于分闸状态时，永磁驱动装置5的线圈55通过电流，产生电磁力，此力驱动动铁芯57运动，动铁芯57的运动带动驱动杆59在分闸端盖51与合闸端盖58的导向孔中运动，驱动杆59输出的运动通过过机构的转换轴2及连杆4带动断路器主轴10逆时针运动，从而完成合闸操作。
当合闸操动完成后，永磁驱动装置5中的线圈55电流被切断，动铁芯57由于永久磁铁54所产生的磁力，吸合在合闸端盖58上，使断路器保持在合闸状态。
二、分闸操作：
当断路器处于合闸状态时，永磁驱动装置5的线圈55通过反方向电流，其产生的电磁力与永久磁铁54产生的电磁力相反，当电流足够大时，线圈55产生的电磁力大于永久磁铁54产生的电磁力，动铁芯57向相反方向运动，带动驱动杆59运动，并通过转换轴2及连杆4带动断路器主轴10顺时针转动，从而完成分闸操作。
三、手动分闸操作：
当需要就地紧急分闸时，通过操作手动分闸轴8顺时针方向转动，带动手动分闸凸轮1转动，其转动通过压滚子9使转换轴2转动，从而使永磁驱动装置5的动铁芯57克服永久磁铁54的电磁力，来完成分闸操作。
本发明结构简单紧凑，零件少，其零件数量只有弹簧操动机构的1/3；操作可靠性高，其操作寿命可达到30000次以上，相比弹簧操作机构只有10000次的操作寿命，提高了很多；非密封机构，降低了故障率，在整个使用寿命期间基本免维护。

Claims (4)

1.一种永磁操动机构，包括手动分闸凸轮(1)、转换轴(2)、辅助开关(3)、连杆(4)、永磁驱动装置(5)、前机构安装板(6)、后机构安装板(7)、手动分闸轴(8)、滚子(9)，其中，永磁驱动装置(5)控制该机构的运动输出，其特征在于：所述的前机构安装板(6)和后机构安装板(7)固定连接，所述的手动分闸轴(8)通过手动分闸凸轮(1)活动连接在后机构安装板(7)的一端并穿过前机构安装板(6)，所述的永磁驱动装置(5)安装在后机构安装板(7)的另一端，所述的辅助开关(3)固定连接在前机构安装板(6)的上部，所述的转换轴(2)分别连接辅助开关(3)、永磁驱动装置(5)、滚子(9)及连杆(4)的一端并安装于前机构安装板(6)和后机构安装板(7)之间，所述连杆(4)的另一端连接断路器主轴(10)；所述永磁驱动装置(5)输出的能量通过转换轴(2)进行转换，并通过连杆(4)传递到断路器主轴(10)，从而控制断路器的分合闸动作。
2.根据权利要求1所述的永磁操动机构，其特征在于：所述的永磁驱动装置(5)为单稳态单线圈结构，主要由分闸端盖(51)、垫块(52)、导磁环(53)、永久磁铁(54)、线圈(55)、外壳(56)、动铁芯(57)、合闸端盖(58)以及驱动杆(59)组成；所述外壳(56)的两端分别装配分闸端盖(51)、合闸端盖(58)，所述合闸端盖(58)为阶梯型结构，线圈(55)装配在阶梯型结构凸缘的外圈，线圈(55)上方装配永久磁铁(54)，永久磁铁(54)的内圈装配导磁环(53)，所述垫块(52)装配在永久磁铁(54)、导磁环(53)与分闸端盖(51)之间，所述动铁芯(57)装配在阶梯型结构凸缘的上方，动铁芯(57)的剖面为倒“T”型结构，该倒“T”型结构与外壳(56)、线圈(55)、导磁环(53)、垫块(52)相配合装配，所述驱动杆(59)分别穿过合闸端盖(58)、动铁芯(57)及分闸端盖(51)中心的导向孔并活动装配在分闸端盖(51)和合闸端盖(58)之间；所述线圈(55)驱动完成断路器分合闸动作，永久磁铁(54)的电磁力保持断路器合闸动作。
3.根据权利要求1或2所述的永磁操动机构，其特征在于：所述的转换轴(2)由中心轴(21)和均匀分布在中心轴上的两根主轴连杆连接拐臂(22)、第一驱动杆连接拐臂(23)、第二驱动杆连接拐臂(24)组成；所述连杆(4)的一端与两根主轴连杆连接拐臂(22)固定连接，所述第一驱动杆连接拐臂(23)包括下臂和侧臂，第二驱动杆连接拐臂(24)包括下臂、侧臂和上臂，第一驱动杆连接拐臂(23)的下臂和第二驱动杆连接拐臂(24)的下臂与永磁驱动装置中驱动杆(59)的一端固定连接、侧臂与滚子(9)固定连接，第二驱动杆连接拐臂(24)的上臂与辅助开关(3)固定连接。
4.根据权利要求3所述的永磁操动机构，其特征在于：所述第一驱动杆连接拐臂(23)的下臂、第二驱动杆连接拐臂(24)的下臂与主轴连杆连接拐臂(22)之间的夹角均为α＝150～160°。
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