CN105304402B - 一种组合式长行程高压单稳态永磁操动机构及分闸合闸方法 - Google Patents
一种组合式长行程高压单稳态永磁操动机构及分闸合闸方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种组合式长行程高压单稳态永磁操动机构及分闸合闸方法，属于高压真空断路器领域。包括非导磁外壳(14)、置于该非导磁外壳(14)内的上部电磁驱动机构(2)、与上部电磁驱动机构(2)连接且位于其下部的下部电磁驱动机构(3)、贯穿上部电磁驱动机构(2)和下部电磁驱动机构(3)的导杆(1)、以及设在上部电磁驱动机构(2)的分闸弹簧(13)，所述上部电磁驱动机构(2)包括上部静铁心(4)、永磁体(5)、上部线圈(6)、上部动铁心(7)；所述上部动铁心(7)与上部静铁心(4)上下相对设置。本发明通过增加一级电磁驱动机构以缩短合闸反应时间和动作时间，并在行程末段有减速效果，有效防止合闸弹跳。
Description
技术领域
本发明涉及一种快速分闸的单稳态永磁操动机构，属于高压真空断路器制造的技术领域。
背景技术
真空断路器以其体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，迅速占领了中压断路器市场，并进一步向高压领域发展。永磁式操动机构凭借其高可靠、低能耗、免维护，以及可实现同步操作等诸多优点，日益引起人们的关注。高压真空断路器对开距的要求较大，这就要求操动机构有更高的分合闸速度。而且，由于动铁心行程较大，造成动铁心起动时气隙磁阻很大，这就需要激磁线圈通入较大的激磁电流，从而导致开关管参数选择过大、控制难度加大等一系列问题。这些问题限制了永磁机构在高压真空断路器领域的应用。由于双稳态永磁机构本身结构的问题，会产生似合非合的中间状态，影响系统稳定，而高压单稳态机构分闸弹簧的反力较大，合闸保持力比双稳态机构大很多。同时，由于传统永磁机构结构的问题，在分合闸行程末段，动铁心会加速运动，在结束运动时会有很大的冲击力，在合闸时会造成触头弹跳，并且缩减触头寿命。
发明内容：
技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种组合式长行程高压单稳态永磁操动机构，解决现有永磁机构分合闸反应时间过长、合闸末段冲击速度大的问题。
发明内容：为解决上述技术问题，本发明提供了一种组合式长行程高压单稳态永磁操动机构，包括非导磁外壳、置于该非导磁外壳内的上部电磁驱动机构、与上部电磁驱动机构连接且位于其下部的下部电磁驱动机构、贯穿上部电磁驱动机构和下部电磁驱动机构的导杆、以及设在上部电磁驱动机构的分闸弹簧，其特征在于：
所述上部电磁驱动机构包括上部静铁心、永磁体、上部线圈、上部动铁心，所述上部动铁心与上部静铁心上下相对设置，上部动铁心与上部静铁心滑动连接，且所述上部动铁心和上部静铁心中间设有用于固定导杆的中心孔；所述永磁体嵌入在上部静铁心中，上部线圈放置在上部静铁心和上部动铁心之间；所述上部静铁心内部设置有线圈槽，且所述线圈槽的开口均朝向上部动铁心一侧；所述上部动铁心和下部动铁心中间设有用于固定导杆的中心孔；所述上部动铁心设置有凹槽、通孔；
所述下部电磁驱动机构包括下部静铁心、下部动铁心、下部线圈、非导磁固定装置；所述下部动铁心设置于下部静铁心内，且所述下部动铁心与下部静铁心之间滑动连接；所述下部静铁心内部设置有线圈槽，且所述线圈槽的开口均朝向下部动铁心一侧；所述非导磁固定装置设置于下部静铁心并与下部静铁心固定连接；
所述上部电磁驱动机构与下部电磁驱动机构之间设有非磁性材料垫片；所述导杆由上到下依次穿过上部静铁心、非磁性材料垫片、下部静铁心以及非导磁固定装置，且与上部静铁心、非磁性材料垫片、下部静铁心以及非导磁固定装置滑动连接，同时所述导杆分别与上部动铁心的中心孔、下部动铁心固定连接；
所述分闸弹簧采用碟簧，且分闸弹簧底端嵌入上部动铁心的凹槽中。
优选的，所述上部电磁驱动机构包括反向的U型上部静铁心和U型上部动铁心，上部静铁心的内侧比外侧要短且宽，上部动铁心的内侧比外侧要长且宽；所述上部动铁心为外径与上部静铁心外径相等的实心圆盘。
优选的，所述非磁性材料垫片下端面设置有一凹槽，凹槽的外径大于下部动铁心的外径；所述下部静铁心的下端面在分闸位置时要低于下部动铁心的上端面；所述下部静铁心的上端面在合闸位置时要低于下部动铁心的上端面；所述下部静铁心的高度要大于下部动铁心的高度。
优选的，所述通孔外径小于凹槽的外径，所述通孔内径大于凹槽的内径；所述凹槽的外径略大于分闸弹簧的外径，所述凹槽的内径略小于分闸弹簧的内径。
优选的，所述上部电磁驱动机构、下部电磁驱动机构的形状是圆柱形的或者是长方体形的。
本发明还提供了一种用于组合式长行程高压单稳态永磁操动机构的分闸方法，当上部电磁驱动机构收到分闸信号时，向上部线圈中通入一脉冲电流，上部线圈产生的电磁场与永磁体产生的永磁磁场方向相反，使上部动铁心受到的保持力迅速减小；随着电流增加，保持力迅速减小，分闸弹簧对上部动铁心的反力和运动部件的重力之和大于永磁体对上部动铁心的保持力，此时上部动铁心和下部动铁心向下运动；当下部动铁心运动到与下部静铁心接触时，上部动铁心和下部动铁心在分闸弹簧的作用下保持在分闸位置。
本发明还提供了一种用于组合式长行程高压单稳态永磁操动机构的合闸方法，当上部电磁驱动机构和下部电磁驱动机构收到合闸信号时，上部线圈和下部线圈通入电流，产生磁动势；上部线圈产生的磁场作用于上部动铁心；下部线圈产生的磁场作用于下部动铁心；随着电流增加，上部线圈和下部线圈产生的电磁力大于分闸弹簧在分闸位置的反力和运动部件重力之和，上部动铁心和下部动铁心向上运动；当下部动铁心到达下部静铁心的中间位置时，下部动铁心处于平衡状态；当下部动铁心高于平衡位置时，下部线圈电流产生的磁场开始阻碍下部动铁心向上运动，从而实现对下部动铁心的减速缓冲作用；当上部动铁心达到上端极限时，上部线圈和下部线圈停止通电，上部动铁心和下部动铁心在永磁体的作用下保持在合闸位置。
有益效果：本发明对组合式长行程高压单稳态永磁操动机构增加了一级电磁驱动机构，减小了合闸时间，降低了线圈电流。上部动铁心采用了U型结构，增大了合闸保持力。下部电磁驱动机构在行程末段有减速效果，减小了合闸速度过快产生的合闸弹跳。向上部线圈中通入反向脉冲电流，对永磁磁场进行弱磁，在分闸弹簧的作用下，实现快速分闸。上部动铁心开有梨形通孔，减小了上部动铁心运动过程中的阻力，并减小了运动部件的质量，提高分闸速度。在分闸末段，向下部线圈中通入脉冲电流，减小分闸末段速度，有效减小分闸弹跳。
附图说明
图1为本发明在合闸位置的结构示意图；
图2为本发明上部动铁心的侧视图；
图3为本发明上部动铁心的俯视图；
图4a为本发明在合闸位置的磁通路径图；
图4b为本发明分闸过程启动时的磁通路径图；
图4c为本发明分闸位置的磁通路径图；
图4d为本发明合闸过程启动时的磁通路径图；
图4e为本发明合闸过程平衡位置时的磁通路径图；
图中：1导杆、2上部电磁驱动机构、3下部电磁驱动机构、4上部静铁心、5永磁体、6上部线圈、7上部动铁心、8非磁性材料垫片、9下部静铁心、10下部线圈、11下部动铁心、12非导磁固定装置、13分闸弹簧、14非导磁外壳；虚线为线圈产生的磁力线，实线为永磁体产生的磁力线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1-4e，组合式长行程高压单稳态永磁操动机构，包括非导磁外壳14、置于该非导磁外壳14内的上部电磁驱动机构2、与上部电磁驱动机构2连接且位于其下部的下部电磁驱动机构3、贯穿上部电磁驱动机构2和下部电磁驱动机构3的导杆1、以及设在上部电磁驱动机构2的分闸弹簧13。
所述上部电磁驱动机构2包括上部静铁心4、永磁体5、上部线圈6、上部动铁心7，所述上部动铁心7与上部静铁心4上下相对设置，上部动铁心7与上部静铁心4滑动连接，且所述上部动铁心7和上部静铁心4中间设有用于固定导杆1的中心孔；所述永磁体5嵌入在上部静铁心4中，上部线圈6放置在上部静铁心4和上部动铁心7之间；所述上部静铁心4内部设置有线圈槽，且所述线圈槽的开口均朝向上部动铁心7一侧；所述上部动铁心7和下部动铁心11中间设有用于固定导杆1的中心孔；所述上部动铁心7设置有凹槽15、通孔16。
所述下部电磁驱动机构3包括下部静铁心9、下部动铁心11、下部线圈10、非导磁固定装置12；所述下部动铁心11设置于下部静铁心9内，且所述下部动铁心11与下部静铁心9之间滑动连接；所述下部静铁心9内部设置有线圈槽，且所述线圈槽的开口均朝向下部动铁心11一侧；所述非导磁固定装置12设置于下部静铁心9并与下部静铁心9固定连接。
所述上部电磁驱动机构2与下部电磁驱动机构3之间设有非磁性材料垫片8；所述导杆1由上到下依次穿过上部静铁心4、非磁性材料垫片8、下部静铁心9以及非导磁固定装置12，且与上部静铁心4、非磁性材料垫片8、下部静铁心9以及非导磁固定装置12滑动连接，同时所述导杆1分别与上部动铁心7的中心孔、下部动铁心11固定连接。
所述分闸弹簧13采用碟簧，且分闸弹簧13底端嵌入上部动铁心7的凹槽15中。
所述上部电磁驱动机构2包括反向的U型上部静铁心4和U型上部动铁心7，上部静铁心4的内侧比外侧要短且宽，上部动铁心7的内侧比外侧要长且宽；所述上部动铁心7为外径与上部静铁心4外径相等的实心圆盘。
所述非磁性材料垫片8下端面设置有一凹槽，凹槽的外径大于下部动铁心11的外径；所述下部静铁心9的下端面在分闸位置时要低于下部动铁心11的上端面；所述下部静铁心9的上端面在合闸位置时要低于下部动铁心11的上端面；所述下部静铁心9的高度要大于下部动铁心11的高度。
所述通孔16外径小于凹槽15的外径，所述通孔16内径大于凹槽15的内径；所述凹槽15的外径略大于分闸弹簧13的外径，所述凹槽15的内径略小于分闸弹簧13的内径。
所述上部电磁驱动机构2、下部电磁驱动机构3的形状是圆柱形的或者是长方体形的。
本发明还提供了一种用于组合式长行程高压单稳态永磁操动机构的分闸方法，当上部电磁驱动机构2收到分闸信号时，向上部线圈6中通入一脉冲电流，上部线圈6产生的电磁场与永磁体5产生的永磁磁场方向相反，使上部动铁心7受到的保持力迅速减小；随着电流增加，保持力迅速减小，分闸弹簧13对上部动铁心7的反力和运动部件的重力之和大于永磁体5对上部动铁心7的保持力，此时上部动铁心7和下部动铁心11向下运动；当下部动铁心11运动到与下部静铁心9接触时，上部动铁心7和下部动铁心11在分闸弹簧13的作用下保持在分闸位置。
本发明还提供了一种用于组合式长行程高压单稳态永磁操动机构的合闸方法，当上部电磁驱动机构2和下部电磁驱动机构3收到合闸信号时，上部线圈6和下部线圈10通入电流，产生磁动势；上部线圈6产生的磁场作用于上部动铁心7；下部线圈10产生的磁场作用于下部动铁心11；随着电流增加，上部线圈6和下部线圈10产生的电磁力大于分闸弹簧13在分闸位置的反力和运动部件重力之和，上部动铁心7和下部动铁心11向上运动；当下部动铁心11到达下部静铁心9的中间位置时，下部动铁心11处于平衡状态；当下部动铁心11高于平衡位置时，下部线圈10电流产生的磁场开始阻碍下部动铁心11向上运动，从而实现对下部动铁心11的减速缓冲作用；当上部动铁心7达到上端极限时，上部线圈6和下部线圈10停止通电，上部动铁心7和下部动铁心11在永磁体5的作用下保持在合闸位置。
本发明通过增加一级电磁驱动机构以缩短合闸反应时间和动作时间，并在行程末段有减速效果，有效防止合闸弹跳。通过分闸弹簧与上部线圈相结合，使永磁机构在动作时能快速消去永磁体对上部动铁心的保持力，从而使永磁机构快速分闸。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种组合式长行程高压单稳态永磁操动机构，包括非导磁外壳(14)、置于该非导磁外壳(14)内的上部电磁驱动机构(2)、与上部电磁驱动机构(2)连接且位于其下部的下部电磁驱动机构(3)、贯穿上部电磁驱动机构(2)和下部电磁驱动机构(3)的导杆(1)、以及设在上部电磁驱动机构(2)的分闸弹簧(13)，其特征在于：
所述上部电磁驱动机构(2)包括上部静铁心(4)、永磁体(5)、上部线圈(6)、上部动铁心(7)；所述上部动铁心(7)与上部静铁心(4)上下相对设置，上部动铁心(7)与上部静铁心(4)滑动连接，且所述上部动铁心(7)和上部静铁心(4)中间分别设有用于固定导杆(1)的中心孔；所述永磁体(5)嵌入在上部静铁心(4)中，上部线圈(6)放置在上部静铁心(4)和上部动铁心(7)之间；所述上部静铁心(4)内部设置有线圈槽，且所述线圈槽设有一凹形开口并且开口朝向上部动铁心(7)一侧；所述上部动铁心(7)和下部动铁心(11)中间设有用于固定导杆(1)的中心孔；所述上部动铁心(7)设置有凹槽(15)、通孔(16)；
所述下部电磁驱动机构(3)包括下部静铁心(9)、下部动铁心(11)、下部线圈(10)、非导磁固定装置(12)；所述下部动铁心(11)设置于下部静铁心(9)内，且所述下部动铁心(11)与下部静铁心(9)之间滑动连接；所述下部静铁心(9)内部设置有线圈槽，且所述线圈槽设有一凹形开口并且开口朝向下部动铁心(11)一侧；所述非导磁固定装置(12)设置于下部静铁心(9)之下，并与下部静铁心(9)固定连接；
所述上部电磁驱动机构(2)与下部电磁驱动机构(3)之间设有非磁性材料垫片(8)；所述导杆(1)由上到下依次穿过上部静铁心(4)、非磁性材料垫片(8)、下部静铁心(9)以及非导磁固定装置(12)，且与上部静铁心(4)、非磁性材料垫片(8)、下部静铁心(9)以及非导磁固定装置(12)滑动连接，同时所述导杆(1)分别与上部动铁心(7)的中心孔、下部动铁心(11)固定连接；
所述分闸弹簧(13)采用碟簧，且分闸弹簧(13)底端嵌入上部动铁心(7)的凹槽(15)中，顶端与非导磁外壳(14)相抵；分闸弹簧(13)嵌套于导杆(1)与上部铁心之间并留有一定间隙。
2.根据权利要求1所述的组合式长行程高压单稳态永磁操动机构，其特征在于：所述上部电磁驱动机构(2)包括反向的U型上部静铁心(4)和U型上部动铁心(7)，上部静铁心(4)的内侧比外侧要短且宽，上部动铁心(7)的内侧比外侧要长且宽；所述上部动铁心(7)为外径与上部静铁心(4)外径相等的实心圆盘。
3.根据权利要求1所述的组合式长行程高压单稳态永磁操动机构，其特征在于：所述非磁性材料垫片(8)下端面设置有一凹槽，凹槽的外径大于下部动铁心(11)的外径；所述下部静铁心(9)的下端面在分闸位置时要低于下部动铁心(11)的上端面；所述下部静铁心(9)的上端面在合闸位置时要低于下部动铁心(11)的上端面；所述下部静铁心(9)的高度要大于下部动铁心(11)的高度。
4.根据权利要求1所述的组合式长行程高压单稳态永磁操动机构，其特征在于：所述通孔(16)外径小于凹槽(15)的外径，所述通孔(16)内径大于凹槽(15)的内径；所述凹槽(15)的外径略大于分闸弹簧(13)的外径，所述凹槽(15)的内径略小于分闸弹簧(13)的内径。
5.根据权利要求1所述的组合式长行程高压单稳态永磁操动机构，其特征在于：所述上部电磁驱动机构(2)、下部电磁驱动机构(3)的形状是圆柱形的或者是长方体形的。
6.一种如权利要求1所述的组合式长行程高压单稳态永磁操动机构的分闸方法，其特征在于：当上部电磁驱动机构(2)收到分闸信号时，向上部线圈(6)中通入一脉冲电流，上部线圈(6)产生的电磁场与永磁体(5)产生的永磁磁场方向相反，使上部动铁心(7)受到的保持力迅速减小；随着电流增加，保持力迅速减小，分闸弹簧(13)对上部动铁心(7)的反力和运动部件的重力之和大于永磁体(5)对上部动铁心(7)的保持力，此时上部动铁心(7)和下部动铁心(11)向下运动；当下部动铁心(11)运动到与下部静铁心(9)接触时，上部动铁心(7)和下部动铁心(11)在分闸弹簧(13)的作用下保持在分闸位置。
7.一种如权利要求1所述的组合式长行程高压单稳态永磁操动机构的合闸方法，其特征在于：当上部电磁驱动机构(2)和下部电磁驱动机构(3)收到合闸信号时，上部线圈(6)和下部线圈(10)通入电流，产生磁动势；上部线圈(6)产生的磁场作用于上部动铁心(7)；下部线圈(10)产生的磁场作用于下部动铁心(11)；随着电流增加，上部线圈(6)和下部线圈(10)产生的电磁力大于分闸弹簧(13)在分闸位置的反力和运动部件重力之和，上部动铁心(7)和下部动铁心(11)向上运动；当下部动铁心(11)到达下部静铁心(9)的中间位置时，下部动铁心(11)处于平衡状态；当下部动铁心(11)高于平衡位置时，下部线圈(10)电流产生的磁场开始阻碍下部动铁心(11)向上运动，从而实现对下部动铁心(11)的减速缓冲作用；当上部动铁心(7)达到上端极限时，上部线圈(6)和下部线圈(10)停止通电，上部动铁心(7)和下部动铁心(11)在永磁体(5)的作用下保持在合闸位置。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 210093 Nanjing University Science Park, 22 Hankou Road, Gulou District, Nanjing City, Jiangsu Province Patentee after: SOUTHEAST University Address before: 210033 Xigang office, Qixia District, Nanjing, Jiangsu, No. 8, Qi Min Dong Road, Xingshan City, Patentee before: Southeast University |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20230703 Address after: No.18, Wubian Avenue, Youyi Industrial Zone, Songling Town, Wujiang District, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: WUJIANG TRANSFORMER Co.,Ltd. Address before: 210093 Nanjing University Science Park, 22 Hankou Road, Gulou District, Nanjing City, Jiangsu Province Patentee before: SOUTHEAST University |