CN102610444A - 一种基于双线圈结构的多参数可调的操动机构 - Google Patents

Abstract

一种基于双线圈结构的多参数可调的操动机构，属于开关电器领域。为了解决目前没有高压直流继电器的试验技术储备，不同型号的继电器产品的设计和验证缺少分析理论和评价依据的问题。它包括电磁系统、接触系统、磁吹灭弧系统和底座，磁吹灭弧系统安装在接触系统的两侧，电磁系统和磁吹灭弧系统均通过螺钉固定在底座上，接触系统上设置有触头装卡机构，用于装卡动触头和静触头，电磁系统作为动力源，驱动接触系统实现动触头和静触头的分断和闭合操作。用于电弧试验，为电弧特性分析和燃弧机理探索提供试验平台，为继电器产品动作机构以及灭弧系统的设计提供验证平台。

Description

一种基于双线圈结构的多参数可调的操动机构

技术领域

本发明属于开关电器领域，具体涉及一种基于双线圈结构的多参数可调的操动机构。

背景技术

继电器是国民经济现代化建设以及通讯和电子信息技术装备系统的基础产品。近年来随着全电飞机、空间站、电动汽车、太阳能发电等军事和民用领域科技的飞速发展，对其电气系统提出了越来越高的要求，供电容量也随之不断增加。高压直流继电器是用于高压直流电源系统中完成系统配电、负载保护功能的控制执行元件。国外已经有相关系列型号的产品处于应用阶段，而我国在高压直流继电器的设计与试验相关技术储备方面尚属空白。

影响继电器寿命的一个重要因素是触点分断和闭合时产生的电弧烧蚀。特别是在高压直流大功率继电器的应用背景下，由于受到体积和重量的限制，无法采用灭弧罩等灭弧机构而只能采用磁吹灭弧的方式，灭弧系统的设计成为决定产品性能的关键环节。通过大量试验研究不同分断和闭合条件下触点电弧燃烧特性，建立触点烧蚀与各种燃弧条件的关系，确定抑制电弧的关键因素，对实现高压直流继电器高性能、长寿命的发展目标具有重要的理论意义和实用价值。

为了深入研究电弧特性，国内外许多研究机构都针对不同类型的开关电器产品，结合各自的研究目的开发了相应的动作机构，例如公开号为CN101487877B，发明名称为《开关电器触头分断电弧试验方法及装置》的中国发明专利。该装置以电机驱动，动、静触头之间为匀速分断，适合开展电弧特性的基础研究，与开关电器中采用的电磁线圈驱动下的动作特性存在差异。

发明内容

本发明是为了解决目前没有高压直流继电器的试验技术储备，不同型号的继电器产品的设计和验证缺少分析理论和评价依据的问题，提出的一种基于双线圈结构的多参数可调的操动机构。

一种基于双线圈结构的多参数可调的操动机构，它包括电磁系统、接触系统、磁吹灭弧系统和底座，磁吹灭弧系统安装在接触系统的两侧，电磁系统和磁吹灭弧系统均通过螺钉固定在底座上，接触系统上设置有触头装卡机构，用于装卡动触头和静触头，电磁系统作为动力源，驱动接触系统实现动触头和静触头的分断和闭合操作。

针对不同型号继电器的应用环境，本发明设计研究了一套能够有效模拟实际产品动作特性的操动机构，开展分断和闭合电弧特性的试验研究，能够为攻克高压直流继电器产品设计分析理论不完整，试验评价技术落后等难题提供有效保障。本发明以线圈的电磁力作为驱动力，通过吸力线圈和反力线圈的相互配合使衔铁以不同速度运动，实现接触系统的可控分断和闭合。通过调节开距、刚分速度、分合速度等多个关键参数，可对不同型号的继电器产品的动作过程进行模拟，能够为高压直流继电器产品动作机构以及灭弧系统的设计和验证提供可靠依据。

本发明一种基于双线圈结构的多参数可调的操动机构，以线圈的电磁力作为驱动力，通过吸力线圈和反力线圈的相互配合使衔铁以不同速度运动，实现了触头的可控分断和闭合。对于大多数开关电器产品，由线圈提供电磁吸力，由弹簧或其它柔性部件提供机械反力。本系统由于采用双线圈结构分别提供吸力和反力，使得衔铁运动过程更加灵活可控，也解决了进行寿命试验过程中，需要频繁更换机械反力部件的问题。通过调节气隙、开距、刚分速度等多个关键参数，可对不同型号的继电器产品的动作过程进行模拟，使试验结果对于产品设计具有更大的参考价值。利用该动作机构可进行不同触点材料、分断速度、分断功率以及存在各种磁吹情况下的电弧试验，不仅可以为电弧特性分析和燃弧机理探索提供试验平台，还可以为继电器产品动作机构以及灭弧系统的设计提供验证平台。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，图2是图1的A向视图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，一种基于双线圈结构的多参数可调的操动机构，它包括电磁系统1、接触系统2、磁吹灭弧系统3和底座4，

磁吹灭弧系统3安装在接触系统2的两侧，电磁系统1和磁吹灭弧系统3均通过螺钉固定在底座4上，接触系统2上设置有触头装卡机构，用于装卡动触头和静触头，电磁系统1作为动力源，驱动接触系统2实现动触头和静触头的分断和闭合操作。

具体实施方式二、结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一中的电磁系统1进一步限定：所述电磁系统1包括吸力线圈5、吸力线圈行程调节机构6、吸力缓冲弹簧7、衔铁8、反力线圈9、反力线圈行程调节机构10和反力缓冲弹簧11，

吸力线圈行程调节机构6和反力线圈行程调节机构10均为螺旋伸缩调整机构，分别固定在立柱上，立柱固定在底座4上，吸力线圈5通过螺母与吸力线圈行程调节机构6的可调端固定连接，吸力线圈行程调节机构6用于调节吸力线圈5在水平方向的移动，反力线圈9通过螺母与反力线圈行程调节机构10的可调端固定连接，反力线圈行程调节机构10用于调节反力线圈9在水平方向的移动，吸力线圈5和反力线圈9为中空的圆筒型，衔铁8位于吸力线圈5和反力线圈9之间，并且能够沿吸力线圈5的中轴线运动，衔铁8用于带动驱动接触系统2运动，

吸力缓冲弹簧7用于减轻衔铁8在吸合时与吸力线圈5的碰撞，反力缓冲弹簧11用于减轻衔铁8在释放时与反力线圈9的碰撞。

本实施方式中，通过调节吸力线圈行程调节机构6的手柄，可使吸力线圈5在水平方向移动，以达到调节气隙的目的。通过调节反力线圈行程调节机构10的手柄，可使反力线圈9在水平方向移动，以达到调节刚分速度目的。

具体实施方式三、结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二的进一步限定：所述磁吹灭弧系统3包括动触头装卡机构12、常开静触头装卡机构13、常闭静触头装卡机构14和导轨15，

导轨15是丝杠连接杆，导轨15的一端固定在固定吸力线圈行程调节机构6的立柱上，导轨15的另一端固定在固定反力线圈行程调节机构10的立柱上，动触头装卡机构12安装在导轨15上，动触头装卡机构12与衔铁8固定连接，衔铁8能够带动动触头装卡机构12沿着导轨15移动，当电磁系统1进行吸合和释放操作时，动触头装卡机构12与衔铁8碰撞将电磁系统1的运动传到接触系统2，两个常开静触头装卡机构13和两个常闭静触头装卡机构14分别通过连接柱和螺钉固定在导轨15上，两个常开静触头装卡机构13中的一个位于另一个的正上方，两个常闭静触头装卡机构14中的一个位于另一个的正下方，

吸力缓冲弹簧7套装在导轨15上，一端与动触头装卡机构12相接触，另一端与固定常开静触头装卡机构13的连接柱相接触，反力缓冲弹簧11的一端固定在反力线圈9上，另一端固定在衔铁8上。

本实施方式中，衔铁8中间位置有台阶，当电磁系统1进行吸合和释放操作时，衔铁8在运动过程中通过台阶与动触头装卡机构12碰撞，将电磁系统1的运动传到接触系统2。通过调节常开静触头装卡机构13和常闭静触头装卡机构14的固定位置可达到调节开距的目的。

具体实施方式四、结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一的进一步限定：所述磁吹灭弧系统3由四组结构相同的可调永磁吹弧机构16组成，所述四组可调永磁吹弧机构16分成两对，其中一对安装在常开静触头装卡机构13的前后两侧，用于对固定在常开静触头装卡机构13上的触头所产生的电弧实现吹弧，另一对安装在常闭静触头装卡机构14的前后两侧，用于对固定在常闭静触头装卡机构14上的触头所产生的电弧实现吹弧。

具体实施方式五、结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的可调永磁吹弧机构16的进一步限定：所述可调永磁吹弧机构16包括吹弧永磁体17、永磁体卡具18、千分尺19和支撑架20，

千分尺19的外壳固定在支撑架20上，支撑架20通过螺钉固定在底座4上，吹弧永磁体17通过永磁体卡具18安装在千分尺19测量杆的末端，所述位于常开静触头装卡机构13两侧的两个吹弧永磁体17，靠近常开静触头装卡机构13的一侧有圆环状突起，圆环状突起的中心直径与两个常开静触头装卡机构13中心点之间的距离相同，并且两个吹弧永磁体17距离常开静触头装卡机构13的距离相同；位于常闭静触头装卡机构14两侧的两个吹弧永磁体17，，靠近常闭静触头装卡机构14的一侧有圆环状突起，圆环状突起的中心直径与两个常闭静触头装卡机构14中心点之间的距离相同，并且两个吹弧永磁体17距离常闭静触头装卡机构14的距离相同。

本实施方式中，通过手动调节千分尺19可改变吹弧永磁体17的前后位置，从而在触头之间形成不同强度的吹弧磁场。支撑架20的高度可调，通常调节其高度使永吹弧永磁体17中心与动触头中心相同。

下面对本发明的操作过程做进一步说明：

在操作本机构前，需要根据试验要求调节接触系统2，具体步骤为：

步骤一：将常开静触头装卡机构13和常闭静触头装卡机构14上的顶固螺钉取下，使其可以沿导轨自由移动；

步骤二：将动、静触头分别安装在相应的卡具上；

步骤三：调节吸力线圈行程调节机构6和反力线圈行程调节机构10，使其各自处于如图1所示的左极限位置；

步骤四：调节衔铁8位置，使其达到反力线圈9的底部；

步骤五：保持衔铁8不动，调整动触头装卡机构12位置，使其与衔铁8的台阶紧密接触；

步骤六：调节常闭静触头装卡机构14位置，使常闭静触头21与常闭动触头22接触，将顶固螺钉拧紧；

步骤七：调节常开静触头装卡机构13的位置，使常开静触头23与常开动触头24之间的距离满足当前试验对开距d的要求，将顶固螺钉拧紧。

接触体系2调节完毕后，进行电磁系统1的调节，具体步骤如下：

步骤一：调节反力线圈行程调节机构10，移动距离l根据当前试验对刚分速度的要求确定，刚分速度越大，l越大；

步骤二：缓慢推动衔铁8台阶，直至动触头装卡机构12上的常开动触头24与常开静触头装卡机构13上的常开静触头23刚刚接触，保持该位置不变，同时调节吸力线圈行程调节机构6向右移动，直至衔铁8与吸力线圈5底座接触，释放衔铁，此时气隙x＝d+l；

步骤三：在步骤二基础上，调节吸力线圈行程调节机构6向左移动，移动距离满足当前试验对超程s的要求。

根据当前试验要求，完成各机械参数调节后，即可开始进行试验。吸合过程步骤如下：

步骤一：反力线圈9上电，衔铁8向右运动直至反力线圈9底座；

步骤二：反力线圈9掉电，吸力线圈5上电，衔铁8开始向左加速运动；

步骤三：衔铁8运动距离l后，其台阶与动触头装卡机构12碰撞，二者共同向左运动，常闭静触头21与常闭动触头22开始分开；

步骤四：衔铁8与动触头装卡机构12共同向左移动距离d后，常开动触头24与常开静触头23闭合，常开动触头24停止运动；

步骤五：衔铁8推动动触头装卡机构12继续向左移动距离s后到达吸力线圈5底部，停止运动，吸合动作完毕。

吸合动作完毕后，即可进行释放动作。吸力线圈5掉电，衔铁8和动触头装卡机构12在吸力缓冲弹簧7的作用下即可回到初始位置。

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只局限于这些说明。对于本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推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种基于双线圈结构的多参数可调的操动机构，其特征在于：它包括电磁系统(1)、接触系统(2)、磁吹灭弧系统(3)和底座(4)，

磁吹灭弧系统(3)安装在接触系统(2)的两侧，电磁系统(1)和磁吹灭弧系统(3)均通过螺钉固定在底座(4)上，接触系统(2)上设置有触头装卡机构，用于装卡动触头和静触头，电磁系统(1)作为动力源，驱动接触系统(2)实现动触头和静触头的分断和闭合操作。

2.根据权利要求1所述的一种基于双线圈结构的多参数可调的操动机构，其特征在于：所述电磁系统(1)包括吸力线圈(5)、吸力线圈行程调节机构(6)、吸力缓冲弹簧(7)、衔铁(8)、反力线圈(9)、反力线圈行程调节机构(10)和反力缓冲弹簧(11)，

吸力线圈行程调节机构(6)和反力线圈行程调节机构(10)均为螺旋伸缩调整机构，分别固定在立柱上，立柱固定在底座(4)上，吸力线圈(5)通过螺母与吸力线圈行程调节机构(6)的可调端固定连接，吸力线圈行程调节机构(6)用于调节吸力线圈(5)在水平方向的移动，反力线圈(9)通过螺母与反力线圈行程调节机构(10)的可调端固定连接，反力线圈行程调节机构(10)用于调节反力线圈(9)在水平方向的移动，吸力线圈(5)和反力线圈(9)为中空的圆筒型，衔铁(8)位于吸力线圈(5)和反力线圈(9)之间，并且能够沿吸力线圈(5)的中轴线运动，衔铁(8)用于带动驱动接触系统(2)运动，

吸力缓冲弹簧(7)用于减轻衔铁(8)在吸合时与吸力线圈(5)的碰撞，反力缓冲弹簧(11)用于减轻衔铁(8)在释放时与反力线圈(9)的碰撞。

3.根据权利要求2所述的一种基于双线圈结构的多参数可调的操动机构，其特征在于：所述磁吹灭弧系统(3)包括动触头装卡机构(12)、常开静触头装卡机构(13)、常闭静触头装卡机构(14)和导轨(15)，

导轨(15)是丝杠连接杆，导轨(15)的一端固定在固定吸力线圈行程调节机构(6)的立柱上，导轨(15)的另一端固定在固定反力线圈行程调节机构(10)的立柱上，动触头装卡机构(12)安装在导轨(15)上，动触头装卡机构(12)与衔铁(8)固定连接，衔铁(8)能够带动动触头装卡机构(12)沿着导轨(15)移动，两个常开静触头装卡机构(13)和两个常闭静触头装卡机构(14)分别通过连接柱和螺钉固定在导轨(15)上，两个常开静触头装卡机构(13)中的一个位于另一个的正上方，两个常闭静触头装卡机构(14)中的一个位于另一个的正下方，

吸力缓冲弹簧(7)套装在导轨(15)上，一端与动触头装卡机构(12)相接触，另一端与固定常开静触头装卡机构13的连接柱相接触，反力缓冲弹簧(11)的一端固定在反力线圈(9)上，另一端固定在衔铁(8)上。

4.根据权利要求1所述的一种基于双线圈结构的多参数可调的操动机构，其特征在于：所述磁吹灭弧系统(3)由四组结构相同的可调永磁吹弧机构(16)组成，所述四组可调永磁吹弧机构(16)分成两对，其中一对安装在常开静触头装卡机构(13)的前后两侧，用于对固定在常开静触头装卡机构(13)上的触头所产生的电弧实现吹弧，另一对安装在常闭静触头装卡机构(14)的前后两侧，用于对固定在常闭静触头装卡机构(14)上的触头所产生的电弧实现吹弧。

5.根据权利要求4所述的一种基于双线圈结构的多参数可调的操动机构，其特征在于：所述可调永磁吹弧机构(16)包括吹弧永磁体(17)、永磁体卡具(18)、千分尺(19)和支撑架(20)，

千分尺(19)的外壳固定在支撑架(20)上，支撑架(20)通过螺钉固定在底座(4)上，吹弧永磁体(17)通过永磁体卡具(18)安装在千分尺(19)测量杆的末端，所述位于常开静触头装卡机构(13)两侧的两个吹弧永磁体(17)，靠近常开静触头装卡机构(13)的一侧有圆环状突起，圆环状突起的中心直径与两个常开静触头装卡机构(13)中心点之间的距离相同，并且两个吹弧永磁体(17)距离常开静触头装卡机构(13)的距离相同；位于常闭静触头装卡机构(14)两侧的两个吹弧永磁体(17)，靠近常闭静触头装卡机构(14)的一侧有圆环状突起，圆环状突起的中心直径与两个常闭静触头装卡机构(14)中心点之间的距离相同，并且两个吹弧永磁体(17)距离常闭静触头装卡机构(14)的距离相同。

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