CN1040886A - 双稳态磁力操作机构和断路器 - Google Patents

Abstract

一断路器，它包括：连接在两外部端子之间的断流器；具有保持其状态用的永久磁铁的双稳态磁力操作机构，它通过机械联动装置的连接来操纵断流器；向操作机构供电的容性电荷储存器；是荷储存器充电装置和根据流经所述两端子之间的电流来控制操作机构的操作的电子控制装置。一种双稳态磁力操作机构，其衔铁上装有一轴向极化的磁铁，该操作机构包括两个互连的磁轭，磁轭的外臂构成磁极靴，磁轭的内臂以机械方式连接起来。

Description

本发明涉及一种双稳态磁力操作机构和一种电路断路器。

在一个电路断路器中，无论它是个开关、隔离器、自动开关或其它装置，都需要有一个使接点打开和闭合的机构，以便使电路断开或接通。

一般高压电路断路器都有一个复杂的机械系统供闭合开关接点和使开关接点跳闸之用，同时需要另一种在收到电脉冲时能使开关接点打开或闭合且在开关处于稳定状态下使其接点牢牢地保持在其给定的位置的机构。

根据本发明的第一方面，本发明提供这样一种电路断路器，该断路器包括一断流器、一双稳态磁力操作机构、一容性电荷储存器、电荷储存器充电装置和电子控制装置，断流器连接在两个外端子之间，双稳态磁力操作机构有一个永久磁铁供维持其状态之用，操作机构本身则经由机械联动装置连接，来操纵断流器，容性电荷储存器通过连接给操作机构提供电源，电子控制装置则通过连接以根据流经所述两端子之间的电流来控制操作机构的操作，其中，至少该操作机构、电荷储存器和控制装置系装在公用的一个外壳中。这样，断路器的操作机构可以完全装在一个壳体里，甚至可与断流器共同装在同一个充气的外壳中，该断流器最好是个真空断流器。断流器的状态由永久磁铁加以维持，而电荷储存器的容量最好能维持相当长的一段时间，以便给磁力操作机构提供电源，供改变其状态之用;它所维持的电荷量最好足以使状态改变若干次。

电荷储存器可以用使用寿命长的电池进行充电，这就需要隔一段时间更换电池，因而最好是用流经各端子之间的电流（例如通过一个连接到其中一个端子上的变压器）进行充电。

根据本发明的第二方面，一双稳态磁力操作机构包括一外壳、一衔铁、一轴向极化磁铁和一瞬变磁场产生装置。外壳以两个互连的磁轭限定，磁轭的外臂构成磁极靴，磁轭的内臂用机械方法连接起来。衔铁可在外壳内在极靴之间并通过两磁轭的内臂在通过二磁轭的内外臂的轴线上在两个稳定位置之间作轴向往复运动，在该两稳定位置的各位置上，它与相应的各磁极靴形成一磁路，并与另一个磁极靴将相应的磁路断开。轴向极化的磁铁装在衔铁上，用以在所述各磁路中产生磁通，使衔铁保持在一个或另一个稳定位置上。瞬变磁场产生装置是根据操作信号产生瞬变磁场的，同时用以减少所述磁路的磁通而不致显著减少永久磁铁内的磁通，从而使衔铁不稳定但并不促进对永久磁铁的去磁铁的去磁作用，同时增加衔铁与另一极靴之间的磁通，以便将衔铁吸到另一个极靴。

这时瞬变磁场就可以使连接到衔铁的操作构件改变位置。该瞬变磁场可以由磁耦合到衔铁和各极靴的静止电磁铁以衔铁往复运动的方向在衔铁内产生，该静止电磁铁则最好由一操作信号所触发的电容放电电路激发。

操作构件的动作可通过任何适当形式的机械连接传给要被操纵的构件，例如断路器的活动触头。

本发明在这方面的一些值得推荐的形式举例说明如下：

现在参照附图通过举例说明根据本发明的第一方面的断路器，它包括实施本发明第二方面的磁力操作机构。附图中：

图1是操作机构的端视图;

图2是沿图1的A-A线截取的操作机构的剖视图;

图3则是沿电路断路器的竖轴截取的剖视图。

首先参看图1和图2，操作机构装有一衔铁AR，衔铁AR包括两个圆柱形软铁制成的衔铁件1、2，衔铁件1与2之间夹有一盘形的永久衔铁3，衔铁AR与驱动杆4同轴地装在驱动杆4的一端。驱动杆4具有一带螺纹的端部，用以将衔铁的各元件1、2和3固定在一起。衔铁AR装在由两个彼此成直角配置成矩形框架形式的互连着的轭5、6构成的一外壳中，轭5、6的两个内臂或连接着的臂IL被孔口O贯通，孔口O形成移动着的衔铁AR的承载座。非磁性材料制成的管7在轭的两内臂之间围绕衔铁的中心区延伸，且用以将各轭固定在一起。轭5和6系配置得使磁铁3无论是处于其一个或另一个终端位置上时都是处在轭的连接着的内臂IL之间，同时使软铁极靴1或2与相应轭的相应的外臂OL相接触。

磁铁3系由磁的作用，在平行于衔铁在由外臂OL所形成的止动件之间作往复运动的纵方向上进行极化的。

衔铁AR在图示位置的情况下，轭5和衔铁形成低磁阻的磁路，从而使磁铁3会产生使衔铁件1保持靠在由轭5的外臂OL所形成的一个固定墩台面或端部止动件上的强大磁通。由于气隙使该磁通路径具有极高的磁阻，因而实际上并没有吸引力会使衔铁件2移向另一轭6的外臂OL所形成的固定墩台面。

线圈8和9共轴地配置在衔铁AR相应的端部的四周围，如当线圈9被激励到这样一个程度，使其产生足以跨越在衔铁件2与轭6的外臂OL之间的间隙的磁通，且其方向对永久磁铁3起辅助作用时，则轭5的外臂OL会缺乏磁通，且插棒式铁心P会从左往右移而不会使永久磁铁3产生磁损坏，从而在线圈去励磁之后会有一个强大的保持力将插棒式铁心固定在操作机构右端。

适当励线圈8可以使上述过程逆转进行，且无限止地反复进行下去。

令较短的电流脉冲以合适的方向通过合适当的线圈8或9（这视具体情况而定），会足以促使插棒式铁心从一个位置移到另一个位置。

该短电流脉冲系由一个一般设计的电容器放电电路提供，该电路由来自外部控制电路的一电启动信号触发。

驱动臂4可以连接到断路器的操作机构，以便根据插棒式铁心的运动方向例如使断路器的触头打开或闭合。但上述操作机构还可用于其它各种各样的用途。

参看图3，主要用于室外也可用于室内的自动开关式电路断路器的三相个个都包括有一装在EPDM（乙烯-丙烯-二烯单体）橡胶外壳17中的真空断流器22。上述那种双稳态磁力操作机构10装在单个小间11中，通过横梁25操纵着所有三个真空断流器22。在另一个实施例（图中未示出）中，取消了横梁25，而各相都有一个磁力操作机构10。

小间可以落地安装或装在一个底座上或甚至装在一个柱子上。

磁力操作机构使断流器的触头保持在闭合或打开的位置。定触头连接到与支撑外壳成一个整体的上线路端子24上，动触头则连接到可轴向往复运动的转换触头18上，转换触头在环形定触头181中滑动，定触头181则连接到一装在侧面的端子20上。侧面端子20有一个杆从橡胶壳体17一部分的绝缘套管21横向伸出。壳体17的外表面上模塑有许多挡雨裙171，其作用是增加穿过断流器和从断流器22至支撑小间11的外部漏电和飞弧距离，小间11则处于地电位。EPDM橡胶壳体17的内表面衬有增强塑料管172，该塑料管使壳体17具有机械强度，且将EPDM橡与电介质液体或气体绝缘介质16隔离开来。各内部部件即浸渍在绝缘介质16中。在本实例中，介质16为SF₆气体，它通过充气阀13供应。

保护电流互感器的铁心和螺旋形绕制的次级绕组19围绕着装在侧面的线路端子20，且系封装在与橡胶壳体17形成一个整体的套管21中。电流互感器的输出端由封装在橡胶壳体17中的线路191连接到操作机构组件10上。线路端子20与地之间连接有一个单相电压变压器（图中未示出），电压变压器的输出用以供电给在形成磁力操作机构组件10的一部分的脉冲装置（图中未示出）中的一些电荷储存电容器，和供电给操作机构的电子控制装置以及也是包含在磁力操作机构组件10中的脉冲装置用的一个电子控制装置。但控制装置可由使用寿命长的电池供电。整个操作机构可以浸渍在绝缘气体中以保护它免受腐蚀性气体的侵蚀。

操作机构10可与真空断流器共轴线，它通过纯粹的直接机械联动装置驱动着真空断流器。联动装置包括一轴向绝缘杆15，绝缘杆15的上端连接到滑动触头18上，下端经由空动装置12连接到操作机构的轴上。绝缘杆通过橡胶壳体17和通过小间11的顶轴向延伸，该顶密封靠着橡胶壳体17底座的底侧。密封膜盒14在橡胶壳体17中环绕包围着杆15的下部，但若操作机构系浸渍在绝缘气体中的话则不需用膜盒14。

在驱动杆15是用气体与断流器22绝缘的场合下，小间内的空间可与橡胶壳体17内的空间连通，因而无需使用有可能漏气的气体机械密封。

控制装置响应来自电流互感器19的表示过电流情况、短路或接地故障的信号，以便发送适当的短脉冲来启动操作机构。控制装置包括一程序计时器，供自动重闭合之用，即在电路断开后的一预定时间间隔之后使断流器的触头再闭合。若故障没有解除，且电路第二次断开，则电路要经过更长的预定的时间间隔才重新闭合，如此类推，每次的时间间隔逐步增加。

Claims (8)

1、一种电路断路器，它包括一连接在两个外部端子(20，24)之间的断流器(22)，该断路器的特征在于还包括：一双稳态磁力操作机构(10)，它具有一永久磁铁(3)供保持其状态之用，操作机构经由一机械联动装置(15)连接，以操纵断流器；一通过连接向该操作机构供电的容性电荷储存器，电荷储存器充电装置；和通过连接以根据在端子(20，24)之间流动的电流来控制操作机构(10)的操作的电子控制装置，至少该操作机构、电荷储存器和控制装置系装在一公用的外壳中。

2、根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述断流器是个真空断流器。

3、根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述机械联动装置包括一与断流器（22）一起装在一绝缘外壳（17）中的驱动杆（15）。

4、一种双稳态磁力操作机构（10），其特征在于它包括：一由两个互连着的磁轭（5，6）限定的外壳，磁轭的外臂（OL）构成各磁极靴，磁轭的内臂（IL）以机械方式连接;一衔铁（AR），它可在外壳内在极靴之间并通过两磁轭的内臂，在通过二磁轭的内外臂的轴线上在两个稳定位置之间作轴向往复运动，在该两稳定位置上，它与相应的磁极靴形成一磁路，并与另一个磁极靴将相应的磁路断开;一装在衔铁上的轴向极化的磁铁（3），用以在所述磁路中产生磁通，将衔铁保持在一个或另一个稳定位置上;瞬变磁场产生装置（8，9），用以根据操作信号产生瞬变磁场，同时用以减少所述磁路中的磁通而不致显著减少在永久磁铁内的磁通，从而在不促进对永久磁铁的去磁作用的情况下使衔铁不稳定，同时增加衔铁与另一极靴之间的磁通，以便将衔铁吸引到该另一个极靴。

5、根据权利要求4所述的操作机构，其特征在于，所述产生瞬变磁场的装置包括至少一与衔铁（AR）和极靴磁耦合的静止电磁铁（8）。

6、根据权利要求4或5所述的操作机构，其特征在于，所述永久磁铁（3）是盘形的。

7、根据权利要求6所述的操作机构，其特征在于，所述瞬变磁场是以衔铁往复运动的方向在衔铁内产生的，与衔铁的位置无关。

8、一种电子电路断路器，其特征在于，其中操作机构包括如权利要求4所述的双稳态磁力操作机构。

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