CN103474287A - 双动铁心永磁操动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双动铁心永磁操动机构，包括导杆(1)、主动铁心(2)、辅动铁心(3)、静铁心(4)、永磁体(5)、线圈(6)、第一盖板(7)、第二盖板(8)、磁轭(9)、横梁(10)和两根分闸弹簧(11)；所述主动铁心(2)、所述辅动铁心(3)和所述磁轭(9)都呈圆筒形；所述第一盖板(7)设置于所述磁轭(9)的顶端，所述第二盖板(8)设置于所述磁轭(9)的底端。与现有技术的永磁操动结构相比，本发明的双动铁心永磁操动机构的合闸启动电流较小，刚合速度明显降低，刚分速度明显增大。与现有技术的具有单个动铁心的永磁操动机构相比，本发明的双动铁心永磁操动机构在整个合闸过程中的最大电流降低约50%。

Description

双动铁心永磁操动机构

技术领域

本发明涉及电力系统的智能电器技术领域，特别涉及一种双动铁心永磁操动机构，该双动铁心永磁操动机构用于真空断路器。

背景技术

众所周知，断路器的操动机构是其主要动力来源，操动机构对断路器的性能优劣起着至关重要的作用。现有技术中，最常见的操动机构为弹簧操动机构或电磁操动机构。弹簧操动机构和电磁操动机构的缺点是：结构复杂，导致其稳定性和可靠性较低；能耗大，导致其成本较高。

为了克服弹簧操动机构和电磁操动机构的上述缺点，技术人员设计出了永磁操动机构。永磁操动机构克服了弹簧操动机构和电磁操动机构的不足。永磁操动机构的基本工作原理是：采用永磁体提供保持力，使永磁操动机构的结构得到简化，可靠性提高，且能耗大大降低。

单稳态永磁操动机构采用永磁体提供合闸需要的保持力，并且采用弹簧提供分闸需要的保持力，从而提高了断路器的分闸速度，进一步简化了永磁操动机构的结构。此外，单稳态永磁操动机构的出力特性与真空断路器的反力特性匹配更加良好。

永磁操动机构通过线圈产生的电磁场与永磁体产生的磁场（单稳态永磁操动机构还有分闸弹簧）配合完成分闸和合闸。与双线圈双稳态永磁操动机构相比，单线圈单稳态永磁操动机构的合闸启动电流更大。这一缺点制约了单稳态永磁操动机构在高压等级领域的应用。目前，永磁操动机构大多应用在10-35kv的低压等级线路。因此，如何降低永磁操动机构的启动电流已经成为提高永磁操动机构的整体性能以及扩展其应用领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种双动铁心永磁操动机构。

本发明提供的双动铁心永磁操动机构包括导杆、主动铁心、辅动铁心、静铁心、永磁体、线圈、第一盖板、第二盖板、磁轭、横梁和两根分闸弹簧；

所述主动铁心、所述辅动铁心和所述磁轭都呈圆筒形；所述第一盖板设置于所述磁轭的顶端，所述第二盖板设置于所述磁轭的底端；

所述主动铁心和所述辅动铁心沿轴向方向相向地设置于所述磁轭的内部空腔内，且所述辅动铁心与所述主动铁心之间设有第二间隙；

所述辅动铁心的顶端外侧设有第一外凸缘，其底端外侧设有第二外凸缘；所述主动铁心的底端外侧设有第三外凸缘，其内部设有连接部；

所述磁轭的内部设有内凸缘，且所述内凸缘位于所述主动铁心的外侧；

所述第一盖板和所述第二盖板都呈圆形，且所述第一盖板和所述第二盖板的中心位置都设有通孔；

所述导杆沿轴向穿过所述主动铁心和所述辅动铁心的内部空腔，且所述主动铁心通过所述连接部与所述导杆固定连接，所述导杆的底端穿过所述第二盖板的通孔；

所述辅动铁心穿过所述第一盖板的通孔，且所述辅动铁心的所述第一外凸缘位于所述第一盖板的背向所述静铁心的一侧；

所述线圈位于所述磁轭内部的所述内凸缘上，且所述线圈环绕所述主动铁心和所述辅动铁心；

所述静铁心和所述永磁体都呈圆环形；所述静铁心和所述永磁体沿径向方向设于所述辅动铁心的外侧壁与所述磁轭的内侧壁之间，且所述静铁心套设于所述辅动铁心的外侧，所述永磁体套设于所述静铁心的外侧；所述静铁心和所述永磁体沿轴向方向位于所述第一盖板与所述线圈之间；

所述静铁心的底端与所述辅动铁心的所述第二外凸缘之间设有第一间隙；所述磁轭的所述内凸缘与所述主动铁心的所述第三外凸缘之间设有第三间隙；

所述横梁设于所述导杆的顶部；两根所述分闸弹簧设置于所述导杆的两侧，且每一个根所述分闸弹簧的两端分别与所述横梁和所述第一盖板固定连接。

优选地，所述第一盖板和所述第二盖板的材质都为非导磁材料。

优选地，两根所述分闸弹簧对称地设置于所述导杆的两侧。

优选地，所述导杆呈圆柱形。

优选地，所述第一盖板和所述第二盖板的中心位置的通孔都呈圆形。

优选地，所述连接部沿径向方向。

本发明具有如下有益效果：

(1)与现有技术的永磁操动结构相比，向本发明的双动铁心永磁操动机构的线圈中通较小的电流即可驱动主动铁心向辅动铁心运动，即本发明的双动铁心永磁操动机构的合闸启动电流较小；

(2)与现有技术的具有单个动铁心的永磁操动机构相比，本发明的双动铁心永磁操动机构的刚合速度明显降低，从而能够降低动触头和静触头的磨损，有利于延长动触头和静触头的寿命；

(3)与现有技术的具有单个动铁心的永磁操动机构相比，本发明的双动铁心永磁操动机构的刚分速度明显增大，从而有利于提供断路器的分闸特性；

(4)与现有技术的具有单个动铁心的永磁操动机构相比，本发明的双动铁心永磁操动机构在整个合闸过程中的最大电流降低约50%。

附图说明

图1为本发明实施例提供的双动铁心永磁操动机构的剖面示意图；

图2为本发明实施例提供的双动铁心永磁操动机构与动触头的连接关系示意图；

图3(a)-(e)为本发明实施例提供的双动铁心永磁操动机构在合闸过程中的动态变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的发明内容作进一步的描述。

如图1所示，本实施例提供的双动铁心永磁操动机构包括导杆1、主动铁心2、辅动铁心3、静铁心4、永磁体5、线圈6、第一盖板7、第二盖板8、磁轭9、横梁10和两根分闸弹簧11。

主动铁心2、辅动铁心3和磁轭9都呈圆筒形。第一盖板7设置于磁轭9的顶端，第二盖板8设置于磁轭9的底端。主动铁心2和辅动铁心3沿轴向方向相向地设置于磁轭9的内部空腔内，且辅动铁心3与主动铁心2之间设有第二间隙16。辅动铁心3的顶端外侧设有第一外凸缘12，其底端外侧设有第二外凸缘13。主动铁心2的底端外侧设有第三外凸缘14，其内部设有沿径向方向的连接部17。磁轭9的内部设有内凸缘18，且内凸缘18位于主动铁心2的外侧。第一盖板7和第二盖板8都呈圆形，且第一盖板7和第二盖板8的中心位置都设有圆形的通孔。导杆1呈圆柱形。导杆1沿轴向穿过主动铁心2和辅动铁心3的内部空腔，且主动铁心2通过连接部17与导杆1固定连接。导杆1的底端穿过第二盖板8的通孔。辅动铁心3穿过第一盖板7的通孔，且辅动铁心3的第一外凸缘12位于第一盖板7的背向静铁心4的一侧。第一盖板7和第二盖板8的材质都为非导磁材料。

线圈6位于磁轭9内部的内凸缘18上，且线圈6环绕主动铁心2和辅动铁心3。静铁心4和永磁体5都呈圆环形。沿径向方向，静铁心4和永磁体5设于辅动铁心3的外侧壁与磁轭9的内侧壁之间，且静铁心4套设于辅动铁心3的外侧，永磁体5套设于静铁心4的外侧。沿轴向方向，静铁心4和永磁体5位于第一盖板7与线圈6之间。静铁心4的底端与辅动铁心3的第二外凸缘13之间设有第一间隙15。磁轭9的内凸缘18与主动铁心2的第三外凸缘14之间设有第三间隙19。

需要说明的是，本实施的轴向指的是平行于导杆1的方向；本实施例的径向指的是以导杆1为中心向四周辐射的方向；且本实施例的径向与轴向相垂直。

横梁10设于导杆1的顶部。两根分闸弹簧11对称地设置于导杆1的两侧，且每一个根分闸弹簧11的两端分别与横梁10和第一盖板7固定连接。

如图2所示，导杆1的顶端与触头弹簧20的一端固定连接。触头弹簧20的另一端与动触头21连接。动触头21和静触头22相向设置于密闭的真空室23内。

如图3(a)所示，给线圈6通电后，线圈6产生电磁场，并且随着线圈6内电流的增大，线圈6产生的电磁场逐渐增大。如图3(a)中箭头所示，线圈6产生的磁通依次经磁轭9、主动铁心2、第二间隙16、辅动铁心3、静铁心4和永磁体5形成闭合的磁路。该磁路仅经过了第二间隙16，辅动铁心3起磁短路的作用，使得该磁路的磁阻较小。因此，与现有技术的永磁操动结构相比，当线圈6中的电流大小相等时，本实施例的双动铁心永磁操动机构的线圈6产生的磁作用力更大。换言之，与现有技术的永磁操动结构相比，在线圈6产生的磁作用力大小相同的情况下，本实施例的双动铁心永磁操动机构的线圈6中的电流较小。在这种情况下，向本实施例的双动铁心永磁操动机构的线圈6中通较小的电流即可驱动主动铁心2向辅动铁心3运动。

如图3(b)所示，主动铁心2向辅动铁心3运动过程中，第二间隙16逐渐缩小，导致该磁路的磁阻逐渐减小，该磁路的磁通逐渐增大，因此主动铁心2所受的磁作用力逐渐增大，主动铁心2的运动速度随之逐渐增大。

如图3(c)所示，主动铁心2撞击辅动铁心3后，主动铁心2的顶端与辅动铁心3的底端直接接触，此时，该磁路的磁通不再经过第二间隙16，主动铁心2和辅动铁心3一起依靠惯性和永磁体5的磁作用力继续向横梁10的方向运动。

如图3(d)所示，主动铁心2和辅动铁心3一起向横梁10运动过程中，第一间隙15逐渐缩小，主动铁心2和辅动铁心3的运动速度逐渐降低。

如图3(e)所示，辅动铁心3的第二外凸缘13与静铁心4撞击后，主动铁心2和辅动铁心3都到达合闸位置，并且在的永磁体5的磁作用下主动铁心2和辅动铁心3能够保持在该位置静止不动。此时，磁路的磁通依次经磁轭9、主动铁心2、辅动铁心3、静铁心4和永磁体5，使得本实施例的双动铁心永磁操动机构的合闸保持力较大。由于在到达合闸位置之前，主动铁心2和辅动铁心3的运动速度逐渐减小，因此，与现有技术的具有单个动铁心的永磁操动机构相比，本实施例的双动铁心永磁操动机构的刚合速度明显降低，从而能够降低动触头21和静触头22的磨损，有利于延长动触头21和静触头22的寿命。

与现有技术的具有单个动铁心的永磁操动机构相比，通过合理选取机构尺寸以及合理分配两个动铁心撞击前后的行程，本实施例的双动铁心永磁操动机构在整个合闸过程中的最大电流降低约50%。

分闸过程与上述的合闸过程相反。需要说明的是，如图2所示，分闸状态时主动铁心2依靠分闸弹簧11的作用力保持在分闸位置静止不动，辅动铁心3依靠第一盖板7对第一外凸缘12的阻力保持在分闸位置静止不动。

需要说明的是，图3(a)-(e)中表示磁路方向的箭头是示意性的，磁路方向也可以是图3(a)-(e)中箭头所示方向的反方向。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.双动铁心永磁操动机构，其特征在于，包括导杆(1)、主动铁心(2)、辅动铁心(3)、静铁心(4)、永磁体(5)、线圈(6)、第一盖板(7)、第二盖板(8)、磁轭(9)、横梁(10)和两根分闸弹簧(11)；

所述主动铁心(2)、所述辅动铁心(3)和所述磁轭(9)都呈圆筒形；所述第一盖板(7)设置于所述磁轭(9)的顶端，所述第二盖板(8)设置于所述磁轭(9)的底端；

所述主动铁心(2)和所述辅动铁心(3)沿轴向方向相向地设置于所述磁轭(9)的内部空腔内，且所述辅动铁心(3)与所述主动铁心(2)之间设有第二间隙(16)；

所述辅动铁心(3)的顶端外侧设有第一外凸缘(12)，其底端外侧设有第二外凸缘(13)；所述主动铁心(2)的底端外侧设有第三外凸缘(14)，其内部设有连接部(17)；

所述磁轭(9)的内部设有内凸缘(18)，且所述内凸缘(18)位于所述主动铁心(2)的外侧；

所述第一盖板(7)和所述第二盖板(8)都呈圆形，且所述第一盖板(7)和所述第二盖板(8)的中心位置都设有通孔；

所述导杆(1)沿轴向穿过所述主动铁心(2)和所述辅动铁心(3)的内部空腔，且所述主动铁心(2)通过所述连接部(17)与所述导杆(1)固定连接，所述导杆(1)的底端穿过所述第二盖板(8)的通孔；

所述辅动铁心(3)穿过所述第一盖板(7)的通孔，且所述辅动铁心(3)的所述第一外凸缘(12)位于所述第一盖板(7)的背向所述静铁心(4)的一侧；

所述线圈(6)位于所述磁轭(9)内部的所述内凸缘(18)上，且所述线圈(6)环绕所述主动铁心(2)和所述辅动铁心(3)；

所述静铁心(4)和所述永磁体(5)都呈圆环形；所述静铁心(4)和所述永磁体(5)沿径向方向设于所述辅动铁心(3)的外侧壁与所述磁轭(9)的内侧壁之间，且所述静铁心(4)套设于所述辅动铁心(3)的外侧，所述永磁体(5)套设于所述静铁心(4)的外侧；所述静铁心(4)和所述永磁体(5)沿轴向方向位于所述第一盖板(7)与所述线圈(6)之间；

所述静铁心(4)的底端与所述辅动铁心(3)的所述第二外凸缘(13)之间设有第一间隙(15)；所述磁轭(9)的所述内凸缘(18)与所述主动铁心(2)的所述第三外凸缘(14)之间设有第三间隙(19)；

所述横梁(10)设于所述导杆(1)的顶部；两根所述分闸弹簧(11)设置于所述导杆(1)的两侧，且每一个根所述分闸弹簧(11)的两端分别与所述横梁(10)和所述第一盖板(7)固定连接。

2.根据权利要求1所述的双动铁心永磁操动机构，其特征在于，所述第一盖板(7)和所述第二盖板(8)的材质都为非导磁材料。

3.根据权利要求1所述的双动铁心永磁操动机构，其特征在于，两根所述分闸弹簧(11)对称地设置于所述导杆(1)的两侧。

4.根据权利要求1所述的双动铁心永磁操动机构，其特征在于，所述导杆(1)呈圆柱形。

5.根据权利要求1所述的双动铁心永磁操动机构，其特征在于，所述第一盖板(7)和所述第二盖板(8)的中心位置的通孔都呈圆形。

6.根据权利要求1所述的双动铁心永磁操动机构，其特征在于，所述连接部(17)沿径向方向。

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