CN103854888B - 一种有涡流缓速功能的双稳态方形永磁操动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有涡流缓速功能的双稳态永磁操动机构。其特征在于：该操纵机构包括静铁心、动铁心、合闸线圈、分闸线圈、永磁体、驱动杆、涡流缓速装置，静铁心采用硅钢片叠压制成，动铁心设计为叠片结构，叠压方向为垂直于两永磁体连线的方向；动铁心最外侧较厚的两片为电工纯铁制成，其他的都为硅钢片制成；涡流缓速装置包括电枢铁心和电枢绕组，在电枢铁心上开有4个矩形槽，3个电枢绕组分别绕制于3个凸起的电枢上，其中相邻的绕组线圈的绕向相反，涡流缓速装置放置于紧挨着永磁体的上下两侧，使之能在涡流缓速装置工作时和永磁体磁极构成闭合磁路。本发明的目的在于解决分合闸电流大、涡流损耗大、合闸弹跳和分闸反弹的问题。

Description

一种有涡流缓速功能的双稳态方形永磁操动机构

技术领域

本发明涉及一种方形双稳态永磁操动机构，尤其是具有涡流缓速功能的双稳态永磁操动机构。

背景技术

断路器是能关合、承载和开断正常回路下的电流，并能在规定时间内关合、承载及开断异常回路下的电流的开关装置。其作为电力系统控制、保护的重要设备，其可靠性、小型化、智能化一直是重点关注的科研课题。操动机构是断路器的重要组成部分，被称为断路器的神经中枢，是决定断路器性能的关键部件之一，其性能的好坏直接影响断路器的工作性能和质量的优劣。断路器的操动机构有电磁操动机构、弹簧操动机构和永磁操动机构。近年来，随着永磁材料性能的不断提高和先进的二次开发技术在开关领域中的应用，永磁操动机构逐渐引起了开关行业的关注。永磁机构采用一种全新的工作原理和结构，它是一种用于中压真空断路器的永磁保持、电子控制的电磁操动机构，无需机械脱、锁扣装置，依靠永久磁铁的保持力即可实现合闸、分闸终端位置的保持。其机械零件少、具有非常高的可靠性、所需的操作电能少并可在一定程度上实现智能化，并克服了传统的电磁操动机构、弹簧操动机构通常由较多的机械零件组成而容易发生故障的缺点，正是由于其具有这些传统的断路器所没有的优点，因而具有广泛的应用前景。但目前永磁机构存在的主要问题是分合闸电流较大，在机构的动作过程中涡流损耗很大。同时在动作过程中，机构具有较大的速度，较高的速度会造成断路器的合闸弹跳和分闸反弹。这直接影响到断路器的电寿命、机械寿命、触头熔焊及其工作可靠性，必须对其加以抑制。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种有涡流缓速功能的双稳态方形永磁操动机构，能很好的解决分合闸电流大、涡流损耗大、合闸弹跳和分闸反弹的问题。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种有涡流缓速功能的双稳态方形永磁操动机构，其特征在于：该操纵机构包括静铁心、动铁心、合闸线圈、分闸线圈、永磁体、驱动杆、涡流缓速装置，静铁心采用硅钢片叠压制成，动铁心设计为叠片结构，叠压方向为垂直于两永磁体连线的方向；其中动铁心最外侧较厚的两片为电工纯铁制成，其他的都为硅钢片制成；涡流缓速装置包括电枢铁心和电枢绕组，在电枢铁心上开有4个矩形槽，3个电枢绕组分别绕制于3个凸起的电枢上，其中相邻的绕组线圈的绕向相反，涡流缓速装置放置于紧挨着永磁体的上下两侧，使之能在涡流缓速装置工作时和永磁体磁极构成闭合磁路。

本发明的优点：零部件少，机构简单，可靠性高，耗能少，成本低，操作方便。将动铁芯和静铁心设计为硅钢片叠片结构时，能大大降低动作过程中的涡流损耗，提高电磁吸力，进而使分合闸激励电流减小。通过控制涡流缓速装置中线圈电流的大小和延时时间，能有效的减少合闸弹跳和分闸反弹，使断路器的电寿命、机械寿命及工作可靠性得到很大的提高。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为配本发明的高压断路器合闸时的状态图；

图3为配本发明的高压断路器分闸时的状态图；

图中标注： 1硅钢片静铁心，2合闸线圈，3分闸线圈，4永磁体，5动铁心，6驱动杆，7电枢铁心，8动铁心电工纯铁叠片，9动铁心硅钢片叠片，10电枢绕组，11导磁块，12动触头，13静触头，14灭弧室。

具体实施方式：

本发明的总体思路是：该永磁机构包括：静铁心、动铁心、合闸线圈、分闸线圈、永磁体、驱动杆、涡流缓速装置。

作为本发明的改进， 静铁心使用硅钢片叠压制成，较以前的永磁机构相比，这样即能提高磁路的磁导率，使电磁吸力变大，又能很好的解决永磁机构工作过程中产生的涡流对其特性的影响，降低涡流损耗，提高效率，降低分合闸电流，进而达到断路器快速开断的目的。

作为本发明的改进，动铁心设计为叠片结构，叠压方向为垂直于两永磁体连线的方向。其中动铁心最外侧较厚的两片为电工纯铁制成，其他的都为硅钢片制成。这种结构与以前的永磁机构相比，能大大的降低机构动作过程中动铁芯产生的涡流损耗，进而能使得分合闸电流降低，同时其最外侧的两片叠片可为涡流缓速装置的工作提供反应板和闭合磁路。

本发明还设计了涡流缓速装置，包括电枢铁心和电枢绕组。在电枢铁心上开有4个矩形槽，3个电枢绕组分别绕制于3个凸起的电枢上，其中相邻的绕组线圈的绕向相反。涡流缓速装置放置于紧挨着永磁体的上下两侧，使之能在涡流缓速装置工作时和永磁体磁极构成闭合磁路。当进行合闸操作时，首先给合闸线圈通入电流，动铁心逐渐开始运动，当动铁心达到较高速度时，即经过一定的延时时间，给涡流缓速装置中的线圈通入电流，从而使各个线圈分别形成一对磁极，最终沿着动铁心运动方向形成相邻2个磁极均为N、S相间的磁极。由于此时动铁芯的快速运动，动铁心与磁极相邻的面积内磁通量发生变化，从而在这些地方产生涡流，一旦涡流产生，磁场就会对动铁心产生阻止其发生相对运动的阻力，使动铁芯的合闸时速度降低，从而能达到有效的减小合闸弹跳的目的。同理，当进行分闸操作时，首先给分闸线圈通入电流，动铁心逐渐开始运动，当动铁心达到较高速度时，即经过一定的延时时间，给涡流缓速装置中的线圈通入电流，从而各个线圈分别形成一对磁极，最终沿着动铁心运动方向形成相邻2个磁极均为N、S相间的磁极。由于此时动铁心的快速运动，动铁心与磁极相邻的面积内磁通量发生变化，从而在这些地方产生涡流，一旦涡流产生，磁场就会对动铁芯产生阻止其发生相对运动的阻力，使动铁心的分闸速度降低，从而能达到有效的减小分闸反弹的目的。

下面结合附图对本发明加以详细的说明。

本发明内部结构如图1所示，包括由硅钢片叠压制成的静铁心1，驱动杆6，合闸线圈2，分闸线圈3，其中两线圈的纵向切面并非矩形，而是在其一端附近有一矩形凹陷。电枢铁芯7放置在此矩形凹陷内，其中电枢铁心7内有4个凹槽，3个电枢绕组10分别绕制于电枢铁心7的3个凸起的电枢上，其中相邻的绕组线圈的绕向相反。导磁块11位于合闸线圈2和分闸线圈3之间，紧挨着静铁心1放置。永磁体4则紧挨着导磁块11放置，也位于合闸线圈2和分闸线圈3之间。动铁心5则由较厚的电工纯铁叠片8和硅钢片叠片9叠压制成，叠压方向为垂直于两永磁体连线的方向，且2片较厚的电工纯铁叠片8位于动铁心5的最外侧。

在永磁机构工作过程中，分合闸线圈电流的变化及动铁心5的运动都会在机构的动静铁心中产生涡流，由于静铁心1和动铁心5采用了硅钢片叠压制成的，这样即提高磁路的磁导率，使电磁吸力变大，又大大降低了涡流的损耗，提高了效率，同时使永磁机构的分合闸激励电流大大降低。

当动铁心5达到较高速度时，即经过一定的延时时间，给涡流缓速装置中的电枢绕组10通入电流，从而各个线圈分别形成一对磁极，最终沿着动铁心5运动方向形成相邻2个磁极均为N、S相间的磁极。由于此时动铁心5的快速运动，动铁心5与磁极相邻的区域内磁通量发生变化，从而在这些地方产生涡流，一旦涡流产生，磁场就会对动铁芯5产生阻止其发生相对运动的阻力，使动铁心5的运动速度降低，从而能达到有效的减小合闸弹跳和分闸反弹的目的。

与本发明相配合的高压断路器合闸、分闸时的状态图如图2、3所示。

当给双稳态永磁机构合闸信号时，合闸线圈2通入正向电流，产生磁动势。当电流值达到一定程度时，合闸线圈2产生的向下的电磁吸力大于分闸弹簧15的反向拉力时，动铁心5连同驱动杆6开始向下运动，通过图中的杠杆机构，使得动触头12向上运动。经过一定的延时时间，给涡流缓速装置中的电枢绕组10通入电流，从而各个线圈分别形成一对磁极，最终沿着动铁心5运动方向形成相邻2个磁极均为N、S相间的磁极。由于此时动铁心5的快速运动，动铁心5与磁极相邻的区域内磁通量发生变化，从而在这些地方产生涡流，一旦涡流产生，磁场就会对动铁芯5产生阻止其发生相对运动的阻力，使动铁心5的运动速度降低，从而能达到有效的减小合闸弹跳的目的。当动铁心5运动到下端部时，高压断路器触头处在合闸状态。此后，合闸线圈2将不再有电流通过。其合闸保持力由永磁体4产生的吸力来提供。

当给双稳态永磁机构分闸信号时，分闸线圈3中通入反向电流，产生磁动势。分闸线圈3产生与永磁体4方向相反的磁场，这将使永磁体4的永磁保持力逐渐减弱。当分闸电流达到一定程度时，此时永磁保持力变的很弱。此时电磁吸力大于动铁心5的重力和永磁保持力的合力时，动铁心5连同驱动杆6开始向上运动，通过图中的杠杆机构，使得动触头12向下运动。经过一定的延时时间，给涡流缓速装置中的电枢绕组10通入电流，从而各个线圈分别形成一对磁极，最终沿着动铁心5运动方向形成相邻2个磁极均为N、S相间的磁极。由于此时动铁心5的快速运动，动铁心5与磁极相邻的区域内磁通量发生变化，从而在这些地方产生涡流，一旦涡流产生，磁场就会对动铁芯5产生阻止其发生相对运动的阻力，使动铁心5的运动速度降低，从而能达到有效的减小分闸反弹的目的。当动铁心5运动到上端部时，高压断路器触头处在分闸状态。此后，分闸线圈3将不再有电流通过。其分闸保持力由永磁体4产生的吸力来提供。

Claims (1)

1.一种有涡流缓速功能的双稳态方形永磁操动机构，其特征在于：该双稳态方形永磁操动机构包括静铁心、动铁心、合闸线圈、分闸线圈、永磁体、驱动杆、涡流缓速装置，静铁心采用硅钢片叠压制成，动铁心设计为叠片结构，叠压方向为垂直于两永磁体连线的方向；其中动铁心最外侧较厚的两片为电工纯铁制成，其他的都为硅钢片制成；涡流缓速装置包括电枢铁心和电枢绕组，在电枢铁心上开有4个矩形槽，3个电枢绕组分别绕制于3个凸起的电枢上，其中相邻的绕组线圈的绕向相反，涡流缓速装置放置于紧挨着永磁体的上下两侧，使之能在涡流缓速装置工作时和永磁体磁极构成闭合磁路。