CN104362050A - 一种斥力操动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种斥力操动机构，包括与开关拉杆传动连接的动铁芯以及供动铁芯往复运动完成分合闸的密封腔体，动铁芯在运动至密封腔体两端时分别处于合闸位置和分闸位置，动铁芯为将密封腔体隔绝为两部分的运动盘，密封腔体的周向腔壁上于分合闸位置或靠近分合闸位置处设有连通密封腔体内外的、用于进出缓冲介质的通孔。该斥力操动机构能够有效的实现开关拉杆的分合闸运动的快速缓冲，缓冲效果较好。

Description

一种斥力操动机构

技术领域

本发明涉及直流断路器用超高速操动机构，尤其涉及一种斥力操动机构。

背景技术

基于柔性直流输电技术的多端直流输电在欧洲、北美、中国等国家和地区得到越来越多的应用，尽管目前世界上已有数个多端直流输电系统投入了运行，但由于缺乏直流断路器，使得多端高压直流输电的可靠性、灵活性、连续性受到很大的限制，对其推广应用造成了严重障碍，也对未来直流电网的构建带来了极大的影响。高压直流断路器的缺乏已经成为影响世界构建未来直流电网的瓶颈问题，其研制工作已迫在眉睫。

由于柔性直流及多端直流输电系统发生故障时，会产生很大的短路电流，并且故障电流上升非常快，需要直流断路器在极短的时间内开断。例如，电压等级为320kV直流电网中（其中允许的最大过电压为百分之十），直流侧会产生100mH的等效电感，发生短路时直流侧电流的上升速度为3.5kA/ms，假定正常运行时线路上的电流值为2kA，2ms之后线路上的短路电流可以达到9kA，即一个能断开9kA电流的高压直流断路器必须在2ms的时间内快速动作，切断电流。然而，现有的弹簧操动机构、液压操动机构分闸时间为几十毫秒，其开断时间较长，无法满足几个毫秒的开断时间。

公告号为CN102214522A的中国发明专利申请公开了一种带空气分闸缓冲装置的高、低压开关用永磁操动机构，该永磁操动机构的动铁芯与空气腔组成空气分闸缓冲装置，动铁芯在空气腔中沿其轴线高速运动时压缩空气腔中的空气，压缩空气对动铁芯具有反作用力，从而形成缓冲，其中该永磁操动机构的动铁芯与空气腔的内孔壁之间存在间隙，被压缩的空气能够从该间隙中溢出，该操动机构同径机构中，动铁芯的下端固定有活塞面板，活塞面板上设有泄气孔，在动铁芯运动压缩空气时，气体能够从泄气孔中排出。这种永磁操动机构在动铁芯分闸运动时，由于动铁芯和气体腔的内壁之间具有间隙，同时，动铁芯下端的活塞面板上设有泄气孔，这样气孔对动铁芯的缓冲有限，不能满足超高速机械开关的缓冲要求，很容因缓冲失效产生机械冲击而造成操动机构损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于超高速机械开关的斥力操动机构，用以解决现有的操动机构不能有效缓冲的问题。

本发明的斥力操动机构采用如下技术方案：

 一种斥力操动机构，包括与开关拉杆传动连接的动铁芯以及供动铁芯往复运动完成分合闸的密封腔体，所述动铁芯在运动至密封腔体两端时分别处于合闸位置和分闸位置，所述动铁芯为将密封腔体隔绝为两部分的运动盘，所述密封腔体的周向腔壁上于分合闸位置或靠近分合闸位置处设有连通密封腔体内外的、用于进出缓冲介质的通孔。

所述密封腔体由两个对接在一起的、对接端面上分别设有凹槽的绝缘块组成，运动盘与绝缘块的凹槽槽壁密封滑动配合，斥力操动机构的用于驱动运动盘的两个线圈分别固设于两个绝缘块的凹槽底部，所述通孔紧挨线圈相互靠近的两个端面设置。

两个绝缘块通过套在绝缘块外周的固定套筒固定对接，两个绝缘块相对远离的两端设有与固定套筒的内孔吻合配合的外凸缘，所述固定套筒的两端分别设有用于挡止夹紧两个绝缘块的挡止面。

所述固定套筒的筒壁上设有贯通筒壁的孔。

所述固定套筒的一端设有弹簧保持机构，所述弹簧保持机构包括两个对称设于固定套筒轴线两侧的限位弹簧，在分合闸位置时，开关拉杆的端部分别位于限位弹簧的轴线两侧，所述开关拉杆的端部分别铰接有按压在限位弹簧靠近固定套筒轴线的一端的连接块，所述限位弹簧的另一端设有用于调节限位弹簧预压缩量的调节装置。

两个限位弹簧分别设于两个限位套筒内，所述连接块滑动装配于限位套筒中，所述调节装置包括旋装在限位套筒的底部的调节螺栓，所述调节螺栓伸进限位套筒底部的一端连接顶压在限位弹簧端部的调节压板，旋拧调节螺栓可以调节对限位弹簧的预压缩。

所述弹簧保持结构的两侧分别相对间隔设有用于挡止限位开关拉杆运动行程的挡止块。

本发明的斥力操动机构包括与开关拉杆传动连接的动铁芯以及供动铁芯往复运动完成分合闸的密封腔体，动铁芯在运动至密封腔体两端时分别处于合闸位置和分闸位置，动铁芯为将密封腔体隔绝为两部分的运动盘，密封腔体的周向腔壁上于分合闸位置或靠近分合闸位置处设有连通密封腔体内外的、用于进出缓冲介质的通孔。动铁芯初始运动时位于密封腔体的一端，动铁芯对其移动方向一侧的密封腔体内的缓冲介质进行挤压时，缓冲介质会通孔中排出，减小了缓冲介质对动铁芯的反作用力，使动铁芯能够保持较高的运动速度，当动铁芯移动至通孔时，随着动铁芯的移动，通孔的供缓冲介质排出部分逐渐减小，缓冲介质的排出量减小，缓冲介质对动铁芯的反作用力越来越大，实现对动铁芯的缓冲制动，由于通孔设于分合闸位置或靠近分合闸位置处，密封腔体能够在动铁芯的运动快到分合闸位置时实现快速制动，这样能够使传动拉杆上连接的开关拉杆在动铁芯的带动下高速的离开合闸位置，并在移动到分闸位置时速度降到最低，缓冲效果较好，有效避免了动铁芯碰撞损坏，通过数据计算来调整通孔的数量，甚至可以实现在动铁芯带动开关拉杆运动到分闸位置时速度几乎为零，此时，开关拉杆的开断距离即为密封腔体的轴向长度。这种通过密封腔体内充设缓冲介质对动铁芯缓冲的方式能够实现在极短的开短距离内实现开关拉杆的有效缓冲、制动。

进一步地，密封腔体通过两个绝缘块槽口相对组合而成，线圈分别设于绝缘块凹槽的底部，有效地避免了线圈中的电流对外部金属部件产生电磁影响，提高了电能和动能的转换效率。

进一步地，固定套筒的一端连接有弹簧保持机构，有效地保持了开关拉杆在分合闸运动完成之后稳定的处于分合闸位置，弹簧保持机构结构简单，代替了常规的磁力保持机构的设计，使结构更加简单，保持更加可靠。同时，分合闸保持机构的限位套筒底部设有调节螺栓，通过旋拧调节螺栓可以调节限位弹簧的预压缩量，从而调节限位弹簧对开关拉杆的保持大小。

附图说明

图1为本发明斥力操动机构实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明的一种斥力操动机构实施例：如图1所示，包括左右延伸的传动拉杆19，传动拉杆19的右端连接有开关拉杆，传动拉杆19上固定有动铁芯90，动铁芯90所在平面与传动拉杆19垂直，动铁芯90的左右两侧分别相对设有两个绝缘块61、62，绝缘块61、62结构相同，绝缘块61、62上分别设有开口相对且开口均朝向动铁芯90的凹槽，绝缘块61、62上的凹槽与动铁芯90的外周吻合且凹槽的槽底分别固设有第一线圈91和第二线圈92，第一、第二线圈91、92的外径与动铁芯90的外径相同且与凹槽的槽径吻合，第一、第二线圈91、92均与动铁芯90平行且位于动铁芯90的两侧，绝缘块61、62的凹槽的靠近槽底的槽壁上周向均布有径向延伸的通孔610，所有的通孔位于垂直于轴线的同一圆周面内，其中，通孔的数量可以根据实际需要布置。传动拉杆19的左右两端分别穿过第一、第二线圈91、92以及绝缘块61、62，传动拉杆19与第一、第二线圈91、92以及绝缘块61、62滑动配合，绝缘块61、62的与传动拉杆19滑动配合的孔中设有用于密封的密封圈600，绝缘块61、62开口相对并固定安装在金属固定套筒21中，绝缘块61、62的相对远离的两端的外周面上分别设有外凸沿，这两个外凸沿直径相等且等于固定套筒21的内孔直径，在绝缘块61、62的两个外凸沿之间，绝缘块61、62的外周面和固定套筒21的内壁面之间具有一定的供缓冲介质流通的流动通道，两个绝缘块的凹槽组成一个绝缘空腔，固定套筒21右端具有挡止绝缘块61的筒底，左侧开口处具有用于连接的外法兰，固定套筒21的左侧开口端连接有金属固定座4，固定座4为左右延伸的筒状，且其两端分别设有连接法兰41、42，连接法兰41通过螺钉与固定套筒21的外法兰连接且连接法兰41的法兰面顶压在绝缘块62的左端面，连接法兰41与固定套筒21的右侧筒底相互配合将绝缘块61、62压紧固定在一起，第一、第二线圈91、92和绝缘块61、62的侧壁共同围合形成密封腔体7，传动拉杆19的左右两端分别伸出固定座4的法兰面和固定套筒21的筒底且与法兰面和筒底的中心孔密封滑动配合，传动拉杆19上固定的动铁芯90能够在绝缘块61、62对合成的密封腔体7内左右往复滑动实现分合闸，固定套筒21的圆周筒壁上均匀设有长条孔211且呈格栅状，需要说明的是，在使用时固定套筒21设于一个密封的充满高压气体的空间内，高压气体能够通过长条孔211充满密封腔体体，即缓冲介质为高压气体，同时长条孔211还可以使密封腔体7内的气体在动铁芯运动时由通孔排出后能够排到固定套筒的外部密封空间内，当然，在其他实施例中，固定套筒的筒壁上可以开设其他形状或其他排列方式的孔，或者固定套筒的筒壁不开孔，此时，动铁芯运动方向一侧的通孔排出的气体可以通过流动通道从背向动铁芯运动方向一侧的通孔中进入密封腔体。在其他实施例中，缓冲介质也可以采用其他介质，如液压油等，此时通孔需要连通液压油舱。固定套筒21的右侧筒底上绕传动拉杆19均匀设有长孔212，且筒底上还设有供与第一、第二线圈91、92连接的导线101出线的出线孔，通过设置长孔212降低了整个装置的重量。

传动拉杆19伸出固定座4的连接法兰41的端部设有顶块18，顶块18垂直于传动拉杆19且对称与传动拉杆19上下延伸，固定座4侧壁上设有分合闸保持结构5，直接将分合闸保持机构固定在固定座上使得结构更简单，分合闸保持机构5包括上下对称设于固定座4的侧壁上的两个限位套筒50，两个限位套筒50的筒心与顶块18位于同一平面，两个限位套筒50的开口端与筒状固定座4的内壁面平齐，两个限位套筒50中分别套装有限位弹簧51，限位弹簧51的外周与限位套筒50的内孔吻合配合，避免了限位弹簧在套筒内径向偏移，限位套筒50内还滑动装配有滑块52，限位弹簧位于滑块52和限位套筒50的筒底之间，两个滑块52的一端面顶压在限位弹簧51的一端，另一端分别通过连接块17与顶块18的上下两端铰接，在传动拉杆19左右水平移动时上下两个滑块52分别上下滑动并挤压和放松上下两个限位套筒50中的限位弹簧51，限位套筒50的筒底还装有调节螺栓53，调节螺栓53与调节套筒50筒底的螺纹孔螺纹配合，调节螺栓53伸入筒底的一端连接有调节压板54，调节压板54顶压在限位弹簧51的端部，调整调节螺栓53伸入筒底的长度可以实现对限位弹簧51长度的调节。

固定座4的连接法兰41的法兰面上于传动拉杆19伸出的一侧设有第一挡止块122，第一挡止块122有两个且对称设于传动拉杆19的上下两侧并位于顶块18的右侧，上下两个第一挡止块122分别对应于顶块18的上下两端，在传动拉杆19向右运动时第一挡止块122用于限制挡止顶块18向右移动的最远位置，即合闸行程；固定座4的内孔中心处还设有第二挡止块121，第二挡止块121位于顶块18的左侧，在传动拉杆19向左移动时第二挡止块121用于挡止限位顶块18向左移动的最远距离，即分闸行程。固定座4的连接法兰42连接有金属盖板3，盖板3上通过螺钉连接有接线端子110，接线端子110中注塑包裹有与脉冲电源10连接的导线100，脉冲电源10固定设在接线端子110的左侧，将脉冲电源10设于金属固定座4的一端有利于减小线路感抗，提高电能转换效率，同时使整个机构结构更紧凑，导线100直接与两个第一、第二线圈91、92连接，这样可以使得通电线路最短，避免因导线过长而产生的电阻和电感对脉冲电流产生影响。

本发明的斥力操动机构的实施方式如下：在分闸时，传动拉杆19处于合闸位置，即传动拉杆上的顶块18位于运动行程的最右端，动铁芯位于封闭绝缘腔体的最右端，脉冲电源10对第一线圈91通电，动铁芯90产生感应涡流，感应涡流与第一线圈91的电流方向相反，动铁芯90和第一线圈91之间产生斥力，从而动铁芯90带动传动拉杆19向左运动，其中，传动拉杆的运动过程分为两个阶段：第一阶段，由于通孔610的存在，在动铁芯90的运动初期，动铁芯90运动方向一侧的高压气体能够从通孔中排出，高压气体对动铁芯的方作用力不大且不变，保证传动拉杆的高速分合闸运动，在使用时不会影响开关的分合闸时间，；第二阶段，动铁芯90向左运动到通孔处，随着动铁芯的继续运动，动铁芯的外圆周会逐渐封堵通孔直至完全封堵通孔，这段过程中，通孔的供高压气体排出的孔径越来越小，高压缓冲气体的排出量越来越少，气体对动铁芯90的反作用力越来越大，对动铁芯的缓冲制动力越来越大，使动铁芯的速度逐渐减小，直至传动拉杆的顶块18与第二挡止块121接触停止运动，即完成分闸过程，通过这样的气体缓冲实现了该斥力操动机构在应用在快速开关中时，能够快速分闸，并在分闸完成之后的极短距离和时间内实现制动，避免动铁芯与第一、第二线圈的碰撞。在整个分闸过程中，分合闸保持机构中的限位弹簧在动铁芯的运动前期，顶块18向限位套筒靠近，限位弹簧被压缩，在开关拉杆带动顶块向左运动过限位套筒时，限位弹簧伸长，在开关拉杆运动到顶块与限位挡止快121接触时，限位弹簧会对顶块施加一个保持力，保持开关拉杆处于分闸位置；合闸时，脉冲电源10对第二线圈92通电，第二线圈92和动铁芯90之间产生斥力，开关拉杆的运动过程相反。

上述实施例中，斥力操动机构包括两个分别用于驱动运动盘分闸和合闸的线圈，在其他实施例中，斥力操动机构可采用一个线圈和永磁体配合使用的永磁机构。

上述实施例中，密封腔体由两个对接在一起、且对接端面上设有凹槽的绝缘块组成，在其他实施例中，密封腔体可以通过桶状绝缘块和挡止在桶状绝缘块开口处的挡止密封板组成，此时，第一、第二线圈分别设于绝缘块的桶底和挡止密封板上。

上述实施例中，两个绝缘块通过固定套筒固定对合在一起并由第一、第二线圈围合形成一个供动铁芯左右往复移动的密封腔体，在其他实施例中，两个绝缘块还可以通过设于两个绝缘块左右两侧的夹紧板实现夹紧固定。

上述实施例中，固定套筒的内孔避免与绝缘块两端的外凸缘接触，在其他实施例中，绝缘块的两端可以不设外凸缘，绝缘块的外周可以与固定套筒的内孔吻合配合，此时，固定套筒的筒壁上的孔需要与绝缘块上的通孔相通，以使绝缘块组成的密封腔体内的气体能够通过通孔以及固定套筒上的孔排出和进入。

上述实施例中，限位弹簧装在限位套筒中，限位套筒的底部旋装有调节螺栓，在其他实施例中，限位弹簧可以套在空心圆柱的外周，传动拉杆的端部铰接一个外周具有挡止沿的圆管，圆管套在空心圆柱上，挡止沿挡止在限位弹簧的端部，传动拉杆运动会带动圆管在空心圆柱上滑动，从而压缩或放松限位弹簧，空心圆柱的另一端内孔可以开设螺纹，螺旋连接一个螺杆，螺杆的外周设置用于挡止限位弹簧端部的挡板，旋拧螺杆可以调节限位弹簧的预压缩量。

上述实施例中，固定座上设有分合闸保持机构，且该分合闸保持机构采用弹簧保持，在其他实施例中，可以不设置分合闸保持机构，只需对分合闸线圈持续通电即可，也可以设置其他类型的分合闸保持机构，如电磁保持机构。

上述实施例中，固定座上设有用于挡止限位开关拉杆分合闸运动行程的第一、第二挡止块，在其他实施例中，可以不设置挡止块，而为了避免动铁芯高速运动撞坏第一、第二线圈，可以再第一、第二线圈上设置加固件，或者将第一第二挡止块设于其他与固定套筒相对固定的固定结构上。

Claims (7)

1. 一种斥力操动机构，包括与开关拉杆传动连接的动铁芯以及供动铁芯往复运动完成分合闸的密封腔体，所述动铁芯在运动至密封腔体两端时分别处于合闸位置和分闸位置，其特征在于，所述动铁芯为将密封腔体隔绝为两部分的运动盘，所述密封腔体的周向腔壁上于分合闸位置或靠近分合闸位置处设有连通密封腔体内外的、用于进出缓冲介质的通孔。

2. 根据权利要求1所述的斥力操动机构，其特征在于，所述密封腔体由两个对接在一起的、对接端面上分别设有凹槽的绝缘块组成，运动盘与绝缘块的凹槽槽壁密封滑动配合，斥力操动机构的用于驱动运动盘的两个线圈分别固设于两个绝缘块的凹槽底部，所述通孔紧挨线圈相互靠近的两个端面设置。

3. 根据权利要求2所述的斥力操动机构，其特征在于，两个绝缘块通过套在绝缘块外周的固定套筒固定对接，两个绝缘块相对远离的两端设有与固定套筒的内孔吻合配合的外凸缘，所述固定套筒的两端分别设有用于挡止夹紧两个绝缘块的挡止面。

4. 根据权利要求1-3任意一项所述的斥力操动机构，其特征在于，所述固定套筒的筒壁上设有贯通筒壁的孔。

5. 根据权利要求1所述的斥力操动机构，其特征在于，所述固定套筒的一端设有弹簧保持机构，所述弹簧保持机构包括两个对称设于固定套筒轴线两侧的限位弹簧，在分合闸位置时，开关拉杆的端部分别位于限位弹簧的轴线两侧，所述开关拉杆的端部分别铰接有按压在限位弹簧靠近固定套筒轴线的一端的连接块，所述限位弹簧的另一端设有用于调节限位弹簧预压缩量的调节装置。

6. 根据权利要求5所述的斥力操动机构，其特征在于，两个限位弹簧分别设于两个限位套筒内，所述连接块滑动装配于限位套筒中，所述调节装置包括旋装在限位套筒的底部的调节螺栓，所述调节螺栓伸进限位套筒底部的一端连接顶压在限位弹簧端部的调节压板，旋拧调节螺栓可以调节对限位弹簧的预压缩。

7. 根据权利要求5或6所述的斥力操动机构，其特征在于，所述弹簧保持结构的两侧分别相对间隔设有用于挡止限位开关拉杆运动行程的挡止块。