CN103560055A - 一种高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构 - Google Patents

一种高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构 Download PDF

Info

Publication number
CN103560055A
CN103560055A CN201310578281.4A CN201310578281A CN103560055A CN 103560055 A CN103560055 A CN 103560055A CN 201310578281 A CN201310578281 A CN 201310578281A CN 103560055 A CN103560055 A CN 103560055A
Authority
CN
China
Prior art keywords
breaker
air gap
permanent magnet
transmission
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310578281.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103560055B (zh
Inventor
林莘
李昊旻
史可鉴
徐建源
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenyang University of Technology
Original Assignee
Shenyang University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenyang University of Technology filed Critical Shenyang University of Technology
Priority to CN201310578281.4A priority Critical patent/CN103560055B/zh
Publication of CN103560055A publication Critical patent/CN103560055A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103560055B publication Critical patent/CN103560055B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

一种高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构，属于输变电设备技术领域。主要由驱动电机、电机控制器和传动机构组成，由一台驱动电机直接驱动传动机构进行断路器三相机械联动。本发明采用分段变气隙结构，使驱动电机在运动性能上与断路器的运动特性相匹配，将结构该提高了驱动电机的工作效率，减小了操动机构的机械冲击，增加了操动机构的机械寿命。提出的永磁限位保持装置与死点防弹跳限位结构能根据断路器的运动要求有效限定操动机构的运动范围，结构简单、性能可靠；死点防弹跳限位结构合理设计并充分利用传动机构自身的特点，从而有效避免断路器的合闸弹跳，提高了操动机构和断路器关合操作的可靠性。

Description

一种高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构
技术领域
本发明属于输变电设备技术领域，特别涉及一种高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构。
背景技术
高压断路器是电力系统中重要的开关设备，具有控制和保护双重功能，对电力系统的安全运行具有重要意义。操动机构与断路器的性能相关，直接影响着断路器工作的可靠性和稳定性。传统断路器操动机构主要为电磁操动机构、弹簧操动机构、气动操动机构和液压操动机构，这些操动机构结构复杂，运动部件多，可控性和可靠性不佳。复杂的操动机构致使操动机构的响应时间长、分散性大，其结构不能完全满足断路器的运动特性和操作特性，从而无法满足现代电力系统对断路器操作智能化的要求。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是解决传统高压断路器操动机构运动零部件多、传动机构复杂、机构可控性和可靠性不足等缺点的基础上，提供一种高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构，利用一台有限转角永磁电机直接驱动断路器动作，简化运动部件，提高了操动机构的工作可靠性和运动可控性。
本发明的技术方案是这样实现的：一种高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构，主要由驱动电机、电机控制器和传动机构组成，由一台驱动电机直接驱动传动机构进行断路器三相机械联动，所述的电机控制器通过屏蔽线与驱动电机端部连接；
所述的传动机构为一套曲柄连杆机构，主要由三个传动曲柄组成，每个传动曲柄主要由传动主轴、传动拐臂、传动连杆和绝缘拉杆组成，驱动电机的输出主轴通过对接法兰盘与转动主轴连接，三个传动曲柄等距分布并通过传动柺臂一端与传动主轴键连接，实现同轴旋转；传动柺臂另一端连接传动连杆一端，传动连杆另一端连接绝缘拉杆的一端，绝缘拉杆的另一端经触头弹簧连接至断路器灭弧室；
所述的驱动电机主要由电机转子、电枢绕组、电机主轴、电机定子、永磁限位保持装置和霍尔位置传感器组成，所述的电机转子、永磁限位保持装置和霍尔位置传感器依次装配在电机主轴上，并与电机主轴同轴键连接；电枢绕组绕置于电机定子的梨形槽内，采用集中单层整距的排布方式；在所述的电机转子上还设置有永磁体，永磁体依次嵌置于电机转子上，相邻两永磁体之间设置有非导磁间隔材料；电机定子与永磁体间为变气隙结构，每个永磁体采用分段结构，电机定子与永磁体间具有不同的气隙长度δ1、δ2和δ3，且有δ1>δ3>δ2，这种气隙结构使得对应于断路器分闸运动过程，在接触行程阶段，气隙长度较小，从而得到较大的刚分速度；在刚分后3/4开距阶段，气隙长度最小，获得最快的平均分闸转速，达到断路器的速度特性要求；在分闸位置前1/4开距，气隙长度最大，使得电机输出转矩减小，降低了电机转速，从而减小对电机及断路器的机械冲击。
永磁限位保持装置主要由永磁材料、限位转子和挡铁组成，所述的限位转子与电机主轴通过平键连接，永磁材料内嵌于挡铁内，限位转子在档铁的开槽内进行有限转角运动，通过挡铁进行限位。
在所述的传动连杆与绝缘拉杆之间还连接有绝缘拉杆连接头，传动拉杆和绝缘拉杆均与绝缘拉杆连接头铰链连接。
在所述的绝缘拉杆和触头弹簧之间还连接有断路器触头弹簧连接头，所述的绝缘拉杆和触头弹簧与断路器触头弹簧连接头螺纹连接。
所述的电机定子由DW470型硅钢片叠成，电机转子采用10号钢锻造。
当所述的限位转子转到分闸或合闸位置时，利用永磁体产生的永磁吸力使得限位转子与挡铁吸合在一起，使断路器在分合闸位置的保持；传动机构在运动到断路器合闸位置时，传动机构刚好运动到超过死点位置，且死点位置与合闸位置所成的角度应小于3°，免动触头在触头弹簧的作用下的回弹，实现有效限位。
所述的电机转子选用N40型钕铁硼永磁体。
本发明的有益效果：本发明所提出的高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构，具有如下优点：
(1)本发明提出的高压真空断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构从原理上对目前常用的断路器操动机构进行了改进。将传统操动机构中的运动驱动部件简化为唯一的部件旋转的电机轴，极大地减少了操动机构零部件，提高了操动机构的可靠性。采用电机对断路器进行驱动，速度响应快，控制精度高，运动过程可控性好。
(2)本发明提出的操动机构永磁驱动电机根据高压断路器的速度特性要求，采用分段变气隙结构，使驱动电机在运动性能上与断路器的运动特性相匹配。这种结构提高了驱动电机的工作效率，减小了操动机构的机械冲击，增加了操动机构的机械寿命。
(3)本发明提出的永磁限位保持装置与死点防弹跳限位结构能根据断路器的运动要求有效限定操动机构的运动范围，结构简单、性能可靠。死点防弹跳限位结构合理设计并充分利用传动机构自身的特点，从而有效避免断路器的合闸弹跳，提高了操动机构和断路器关合操作的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施方式高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构整体结构示意图；
图2为本发明实施方式驱动电机的结构示意图；
图3为本发明实施方式电机定子与永磁体间为变气隙结构示意图；
图4为本发明实施方式驱动电机永磁限位保持装置结构示意图；
图5为本发明实施方式高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构死点防弹跳限位结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细的说明。
本实施方式以126kV真空断路器为例，根据灭弧室对操动机构的要求，采用的高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构，如图1所示。高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构设置在断路器边相位置，主要由驱动电机1，电机控制器2，传动机构3组成，采用一台电机直接驱动传动机构进行断路器的三相机械联动。
传动机构3为一套曲柄连杆机构，进一步包括：三个传动曲柄。每个传动曲柄的结构均相同，本实施方式以一个传动曲柄为例说明其结构：传动曲柄主要由传动主轴6、传动拐臂5、传动连杆7和绝缘拉杆9组成。
驱动电机1的输出主轴与传动机构3中的传动主轴6通过法兰盘4连接在一起，传动机构3中的传动拐臂5的一端与传动主轴6通过平键连接，传动拐臂5的另一端与传动连杆7通过铰链连接，传动连杆7的两端分别与传动拐臂5和绝缘拉杆连接头8通过铰链连接，绝缘拉杆9的上下两端分别通过螺纹与断路器触头弹簧连接头10和绝缘拉杆连接头8固定，断路器触头弹簧接头10经过触头弹簧11与断路器灭弧室12相连。电机控制器2通过引出的屏蔽通信线与驱动电机1端部连接。当高压断路器进行操作时，电机控制器2首先通过霍尔位置传感器19检测电机转子17的位置，然后根据检测到的位置信号驱动驱动电机1旋转，驱动电机1旋转时，通过传动主轴6带动传动拐臂5、传动连杆7绕传动主轴6传动，进而驱动绝缘拉杆9沿竖直方向运动，最终带动灭弧室12中的动触头运动，实现断路器的操动。
驱动电机1的结构如图2所示。主要包括电枢绕组13、电机永磁体14、电机主轴15、非导磁间隔材料16、电机转子17、永磁限位保持装置18、霍尔位置传感器19和电机定子20。驱动电机1沿径向方向由内到外依次装配电机主轴15、电机转子17、电机永磁体14、电机电枢绕组13和电机定子20。4块永磁体14嵌在电机转子17表面，相邻永磁体间设置有非导磁间隔材料16。永磁限位保持装置18同轴键连接在电机转子17上，霍尔位置传感器19置于电机主轴15端部。电机定子20由DW470型硅钢片叠成，电机转子17和电机主轴15选用10号钢锻造，电机永磁体14的型号为N40型钕铁硼永磁体。
电机定子与永磁体间为变气隙结构如图3所示，每一块永磁体采用分段结构，分别由3小段同一极性的永磁体组成，每一小段所对应的气隙长度分别为δ1、δ2和δ3。针对126kV真空断路器，每一小段所对应的气隙长度依次为5mm、1mm和3mm。这种变气隙结构对应于断路器分闸运动过程，在接触行程阶段，在接触行程阶段，气隙长度较小(1～5mm之间，本实施方式中取气隙长度为3mm)，气隙磁密较大，使得驱动电机提供的电磁转矩较大，从而能使断路器得到较大的刚分速度；在刚分后3/4开距阶段，气隙长度最小，为1mm，这个气隙长度下驱动电机提供的电磁转矩最大，可达到获得最快的平均分闸转速以满足断路器的速度特性要求；在分闸位置前1/4开距，气隙长度最大，为5mm，使得电机输出转矩减小，有利于减小对电机及断路器的机械冲击。变气隙结构从结构上保证了驱动电机与断路器的速度特性相匹配。
驱动电机永磁限位保持装置18结构如图4所示，包括限位器转子12，限位器永磁材料22和限位器挡铁23。限位转子12与电机主轴15通过平键连接，限位永磁材料22内嵌于挡铁23内。当限位转子21转到分闸或合闸位置时，利用永磁体14产生的永磁吸力使得限位转子12与限位挡铁23吸合在一起，从而此保证了驱动电机在有限角度内转动，确保了断路器在规定的范围内运动并在分合闸位置实现保持。
操动机构死点防弹跳限位结构原理如图5所示，OA1为拐臂，A1B1为传动连杆，OO’为传动主轴，B1(A1)、B3(A4)分别为合闸初始时刻(分闸终止时刻)与合闸终止时刻(分闸初始时刻)传动连杆的端部位置。传动机构在运动到断路器合闸位置时，传动机构刚好运动到超过死点位置2°，这样可以利用机构死点有效防止因限位转子与限位挡铁的撞击产生的机械弹跳。与此同时，利用机构死点可以有效避克服路器触头弹簧的反弹力，实现可靠地合闸保持。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域内的熟练的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构，其特征在于：主要由驱动电机(1)、电机控制器(2)和传动机构(3)组成，由一台驱动电机(1)直接驱动传动机构(3)进行断路器三相机械联动，所述的电机控制器(2)通过屏蔽线与驱动电机(1)端部连接；
所述的传动机构(3)为一套曲柄连杆机构，主要由三个传动曲柄组成，每个传动曲柄主要由传动主轴(6)、传动拐臂(5)、传动连杆(7)和绝缘拉杆(9)组成，驱动电机(1)的输出主轴通过对接法兰盘与转动主轴(6)连接，三个传动曲柄等距分布并通过传动柺臂(5)一端与传动主轴(6)键连接，实现同轴旋转；传动柺臂(5)另一端连接传动连杆(7)一端，传动连杆(7)另一端连接绝缘拉杆(9)的一端，绝缘拉杆(9)的另一端经触头弹簧连接至断路器灭弧室；
所述的驱动电机(1)主要由电机转子(17)、电枢绕组(13)、电机主轴(15)、电机定子(20)、永磁限位保持装置(18)和霍尔位置传感器(19)组成，所述的电机转子(17)、永磁限位保持装置(18)和霍尔电流传感器(19)依次装配在电机主轴(15)上，并与电机主轴(15)同轴键连接；电枢绕组(13)绕置于电机定子(17)的梨形槽内，采用集中单层整距的排布方式；在所述的电机转子(17)上还设置有永磁体(14)，永磁体(14)依次嵌置于电机转子(17)上，相邻两永磁体之间设置有非导磁间隔材料；电机定子(20)与永磁体(14)间为变气隙结构，每个永磁体(14)采用分段结构，电机定子(20)与永磁体(14)间具有不同的气隙长度δ1、δ2和δ3，且有δ1>δ3>δ2，这种气隙结构使得对应于断路器分闸运动过程，在接触行程阶段，气隙长度较小，从而得到较大的刚分速度；在刚分后3/4开距阶段，气隙长度最小，获得最快的平均分闸转速，达到断路器的速度特性要求；在分闸位置前1/4开距，气隙长度最大，使得电机输出转矩减小，降低了电机转速，从而减小对电机及断路器的机械冲击。
2.根据权利要求1所述的高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构，其特征在于；永磁限位保持装置(18)主要由永磁材料(22)、限位转子(21)和挡铁(23)组成，所述的限位转子(21)与电机主轴(15)通过平键连接，永磁材料(22)内嵌于挡铁(23)内，限位转子(21)在档铁(23)的开槽内进行有限转角运动，通过挡铁(23)进行限位。
3.根据权利要求1所述的高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构，其特征在于：在所述的传动连杆(7)与绝缘拉杆(9)之间还连接有绝缘拉杆连接头(8)，传动拉杆(7)和绝缘拉杆(9)均与绝缘拉杆连接头(8)铰链连接。
4.根据权利要求1所述的高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构，其特征在于：在所述的绝缘拉杆(9)和触头弹簧(11)之间还连接有断路器触头弹簧连接头(10)，所述的绝缘拉杆(9)和触头弹簧(11)与断路器触头弹簧连接头(10)螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构，其特征在于：所述的电机定子(20)由DW470型硅钢片叠成，电机转子(17)采用10号钢锻造。
6.根据权利要求1所述的高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构，其特征在于：当所述的限位转子(21)转到分闸或合闸位置时，利用永磁体(14)产生的永磁吸力使得限位转子(21)与挡铁(23)吸合在一起，使断路器在分合闸位置的保持；传动机构(3)在运动到断路器合闸位置时，传动机构刚好运动到超过死点位置，且死点位置与合闸位置所成的角度应小于3°，免动触头在触头弹簧(11)的作用下的回弹，实现有效限位。
7.根据权利要求1所述的高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构，其特征在于：所述的电机转子(17)选用N40型钕铁硼永磁体。
CN201310578281.4A 2013-11-16 2013-11-16 一种高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构 Active CN103560055B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310578281.4A CN103560055B (zh) 2013-11-16 2013-11-16 一种高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310578281.4A CN103560055B (zh) 2013-11-16 2013-11-16 一种高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103560055A true CN103560055A (zh) 2014-02-05
CN103560055B CN103560055B (zh) 2015-08-26

Family

ID=50014273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310578281.4A Active CN103560055B (zh) 2013-11-16 2013-11-16 一种高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103560055B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105244198A (zh) * 2015-10-29 2016-01-13 国网山西省电力公司电力科学研究院 高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构
CN106057559A (zh) * 2016-07-21 2016-10-26 国网山西省电力公司电力科学研究院 可降低快速暂态过电压的gis隔离开关
CN106783353A (zh) * 2016-11-28 2017-05-31 唐恩(厦门)电气有限公司 一种隔离开关的操作机构
CN111354580A (zh) * 2018-12-20 2020-06-30 Abb瑞士股份有限公司 用于中压断路器的致动器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5041749A (en) * 1989-10-30 1991-08-20 Iskra Electromorji High speed, high power, single phase brushless DC motor
CN1659768A (zh) * 2002-06-04 2005-08-24 波峰实验室责任有限公司 具有在邻接的定子和转子元件之间的变化气隙的旋转式永磁体电动机
CN102497039A (zh) * 2011-12-19 2012-06-13 周智庆 一种新型定子内置永磁型变磁阻电机
CN203674117U (zh) * 2013-11-16 2014-06-25 沈阳工业大学 一种高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5041749A (en) * 1989-10-30 1991-08-20 Iskra Electromorji High speed, high power, single phase brushless DC motor
CN1659768A (zh) * 2002-06-04 2005-08-24 波峰实验室责任有限公司 具有在邻接的定子和转子元件之间的变化气隙的旋转式永磁体电动机
CN102497039A (zh) * 2011-12-19 2012-06-13 周智庆 一种新型定子内置永磁型变磁阻电机
CN203674117U (zh) * 2013-11-16 2014-06-25 沈阳工业大学 一种高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李永祥等: "高压断路器有限转角永磁电机操动机构两种定子结构", 《电工技术学报》, vol. 25, no. 5, 31 May 2010 (2010-05-31), pages 61 - 67 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105244198A (zh) * 2015-10-29 2016-01-13 国网山西省电力公司电力科学研究院 高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构
CN106057559A (zh) * 2016-07-21 2016-10-26 国网山西省电力公司电力科学研究院 可降低快速暂态过电压的gis隔离开关
CN106783353A (zh) * 2016-11-28 2017-05-31 唐恩(厦门)电气有限公司 一种隔离开关的操作机构
CN111354580A (zh) * 2018-12-20 2020-06-30 Abb瑞士股份有限公司 用于中压断路器的致动器
CN111354580B (zh) * 2018-12-20 2022-07-15 Abb瑞士股份有限公司 用于中压断路器的致动器

Also Published As

Publication number Publication date
CN103560055B (zh) 2015-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201788887U (zh) 配双稳态永磁操动机构的直动式真空断路器
CN103560055B (zh) 一种高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构
CN201112159Y (zh) 一种采用永磁操作机构的自动转换开关
CN102426975A (zh) 一种永磁操动机构
CN101901718A (zh) 配双稳态永磁操动机构的直动式真空断路器
CN204303716U (zh) 一种双动触头断路器
CN203674117U (zh) 一种高压断路器永磁变气隙有限转角电机操动机构
CN105244198A (zh) 高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构
CN201294199Y (zh) 高压交流真空断路器手动分闸装置
CN103065878A (zh) 永磁螺管式接触器
CN205656975U (zh) 用于断路器的圆筒形非晶合金永磁同步直线电机操动机构
CN202339884U (zh) 一种永磁操动机构
CN205122408U (zh) 高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构
CN101236856B (zh) 高压断路器圆筒型永磁直线电机操动机构
CN103560056B (zh) 高压断路器无刷线圈激磁直流电机操动机构
CN203644579U (zh) 一种单稳态永磁机构的手动分闸装置
CN201387838Y (zh) 一种基于脉冲驱动直线电机式磁力机构的高压断路器
CN201725698U (zh) 永磁操动机构
CN201845710U (zh) 一种交流继电器的灭弧电路
CN101447362A (zh) 高压断路器永磁摆角电机操动机构
CN201956873U (zh) 具有嵌位功能的永磁直线电机
CN201188392Y (zh) 一种高压断路器圆筒型永磁直线电机操动机构
CN106229232B (zh) 长行程永磁机构的分合闸线圈控制电路
CN113936934B (zh) 一种旋转式双稳态永磁操动机构及其工作方法
CN206040508U (zh) 一种高压断路器非对称绕组电机操动机构

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant