CN105513880B - 真空断路器、永磁操动机构及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种真空断路器，以及真空断路器的永磁操动机构及其操作方法，永磁操动机构包括：控制装置、电容器、设置有驱动轴的永磁式驱动机构和传动装置，控制装置控制电容器进行充放电，电容器向永磁式驱动机构供电,永磁式驱动机构带动驱动轴往复移动，其中，传动装置包括：齿条，齿条设置在驱动轴上；传动齿轮，传动齿轮与齿条啮合；传动轴，传动齿轮套在传动轴外并与传动轴固定连接；第一连动杆，第一连动杆的第一端与传动轴连接；转轴，转轴与第一连动杆的第二端连接，转轴的轴向端面上设置有开关。本发明的永磁操动机构结构简单，减少传动零部件以及提高开关分合闸的速度，并且提高了机械可靠性和稳定性。

Description

真空断路器、永磁操动机构及其操作方法

技术领域

本发明涉及用电配电技术领域，尤其涉及一种中压交流配电环网柜的真空断路器，以及真空断路器的永磁操动机构及其操作方法。

背景技术

电力系统中由于其合闸与分闸过程中均会产生高压放电的现象，为了解决此问题，目前一般选用弹簧操动机构进行控制开关的迅速合闸和分闸，以解决电弧问题。

弹簧操动机构原理是通过外力(手动转动摇把或用交直流两用电动机)使操动机构中的合闸簧压缩到储能状态，这个时候，合闸弹簧储存了足够的能量，并且被机构挂扣机构锁住在这个储能状态。需要合闸时，用手按动合闸按钮或者用电信号使合闸线圈动作使得机构挂扣机构脱扣，机构释放合闸弹簧储存的力从而使开关在一瞬间合闸，在合闸过程中，分闸弹簧也同时被拉伸储备了足够的力量以准备需要的时候分闸。这个时候为防止开关一合闸立即又分闸，也需要挂扣机构使机构在合闸位置时扣住机构，不要使分闸弹簧释放能量，开关就一直处于合闸状态。需要分闸时，用手按动分闸按钮或者用电信号使分闸线圈动作使得开关操动机构脱扣，机构释放分闸弹簧储存的力从而使开关在一瞬间分闸。 这种弹簧操动机构其利用交直流两用电动机对弹簧进行预储能，利用弹簧能进行分合闸操作，从而对电源要求低，交直流均可操作，对电源无冲击，因此在近些年得到广泛应用。

但是，弹簧操动机构的结构复杂，故障率较高，传动零部件较多，制造工艺要求较高。在长期运行过程中，这些传动零部件的磨损、锈蚀、润滑剂的流失以及固化等因素都会导致操作失误，任何一个传动零部件发生故障都会导致开关拒动，危及到用电的安全。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一目的是提供一种传动零部件少、开关分合闸的速度快以及结构简单的永磁操动机构。

本发明的第二目的是提供一种传动零部件少、开关分合闸的速度快以及操作方便的永磁操动机构操作方法。

本发明的第三目的是提供一种传动零部件少、开关分合闸的速度快以及结构简单的真空断路器。

为了实现上述的第一目的，本发明提供一种永磁操动机构，包括：控制装置、电容器、设置有驱动轴的永磁式驱动机构和传动装置，控制装置控制电容器进行充放电，电容器向永磁式驱动机构供电,永磁式驱动机构带动驱动轴往复移动；传动装置包括：齿条，齿条设置在驱动轴上；传动齿轮，传动齿轮与齿条啮合；传动轴，传动齿轮套在传动轴外并与传动轴固定连接；第一连动杆，第一连动杆的第一端与传动轴连接；转轴，转轴与第一连动杆的第二端连接，转轴的轴向端面上设置有开关。

由上述方案可见，永磁操动机构利用永磁式驱动机构为传动装置提供动能，永磁式驱动机构与传统的机构的最大区别在于无须脱锁扣装置即可实现传动装置终端位置的保持功能。并且，传动装置利用齿条和传动齿轮的啮合传递驱动力，零部件数目大大减少，结构简单并大大提高了传动装置的机械可靠性和稳定性。

一个优选的方案是，传动轴与传动齿轮共轴地设置，传动轴上固定连接有第一悬臂组件，第一悬臂组件位于传动齿轮的一侧并与第一连动杆的第一端连接。

由此可见，传动轴与传动齿轮共轴地设置，传动轴上还固定有第一悬臂组件，传动齿轮接收齿条的驱动力通过传动轴带动第一悬臂组件往复移动，伴随着第一连动杆往复移动。该结构简单，并且连接牢靠，也提高驱动力传递的可靠性。

进一步的方案是，转轴上固定连接有第二悬臂组件，第二悬臂组件连接第一连动杆的第二端。

可见，第一连动杆的第二端连接至转轴上的第二悬臂组件，第一连动杆的往复移动通过第二悬臂组件带动转轴转动，从而转轴顶端的开关控制分合闸动作。传动结构连接紧凑，结构简单，工作可靠。

更进一步的方案是，传动轴上还固定连接有第三悬臂组件，第三悬臂组件和第一悬臂组件分别设置在传动齿轮的两侧。

由此可见，相对于传动齿轮，传动轴上的第三悬臂组件和第一悬臂组件分别设置在传动齿轮的两侧，提高了传动轴转动的稳定性和精度，传动性能可靠。

更进一步的方案是，传动装置还包括：第二连动杆，第二连动杆的第一端与第三悬臂组件连接；辅助分闸弹簧，辅助分闸弹簧套在第二连动杆外；凸块，辅助分闸弹簧抵接在第二连动杆和凸块之间。

可见，传动装置还包括有辅助分闸弹簧，当永磁操动机构处于合闸状态时，辅助分闸弹簧处于储能状态；当永磁操动机构进行分闸动作时，辅助分闸弹簧释放储存的力从而使辅助开关在一瞬间分闸。有利于机构控制的准确性，机构操作的可靠性。

更进一步的方案是，凸块设有圆柱凸起部，圆柱凸起部的轴心与第二连动杆的轴心同在一轴线上。

可见，圆柱凸起部的轴心与第二连动杆的轴心同在一轴线上，保证了辅助分闸弹簧移动的位置，有利于机构运动的准确性和可靠性。

更进一步的方案是，永磁操动机构还包括信号输送装置，信号输送装置包括辅助开关、手柄及第三连动杆，辅助开关与手柄的第一端连接，手柄的第二端与第三连动杆的第一端连接，第三连动杆的第二端与第一连动杆连接。

可见，永磁操动机构还包括具有辅助开关和手柄的信号输送装置，第一连动杆的往复移动带动手柄控制辅助开关进行分合闸信号的输送，有利于机构执行状态信号的实时传输，保证机构执行命令的准确性。

为了实现上述的第二目的，本发明提供一种永磁操动机构的操作方法,该永磁操动机构的操作方法使用上述永磁操动机构进行开关分合闸，该方法包括：控制装置控制电容器进行充放电，电容器向永磁式驱动机构供电,永磁式驱动机构带动驱动轴，驱动轴带动齿条远离永磁式驱动机构移动，与齿条啮合的传动齿轮转动，伴随着传动轴转动并且带动第一连动杆移动，通过第一连动杆带动转轴转动，伴随着开关进行合闸动作；该方法还包括，开关进行分闸动作。

由上述方案可见，永磁操动机构的操作方法步骤紧凑，永磁操动机构结构简单，提高开关分合闸的可靠性。

为了实现上述的第三目的，本发明提供一种使用上述永磁操动机构的真空断路器，真空断路器包括真空管及与真空管连接的永磁操动机构，永磁操动机构包括：控制装置、电容器、设置有驱动轴的永磁式驱动机构和传动装置，控制装置控制电容器进行充放电，电容器向永磁式驱动机构供电,永磁式驱动机构带动驱动轴往复移动；传动装置包括：齿条，齿条设置在驱动轴上；传动齿轮，传动齿轮与齿条啮合；传动轴，传动齿轮套在传动轴外并与传动轴固定连接；第一连动杆，第一连动杆的第一端与传动轴连接；转轴，转轴与第一连动杆的第二端连接，转轴的轴向端面上设置有开关。

由上述方案可见，使用上述永磁操动机构的真空断路器结构简单，减少传动零部件的数量，可以提供产品的结构刚性，有助于减少触头弹跳，提高刚合速度，提高开关分合闸的可靠性。

附图说明

图1是本发明永磁操动机构实施例的立体结构图。

图2是本发明永磁操动机构实施例省略部分零件后的第一工作状态下的第一结构图。

图3是本发明永磁操动机构实施例省略部分零件后的第一工作状态下的第二结构图。

图4是本发明永磁操动机构实施例省略部分零件后的第二工作状态下的第一结构图。

图5是本发明永磁操动机构实施例省略部分零件后的第二工作状态下的第二结构图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

永磁操动机构实施例：

参见图1，本实施例的永磁操动机构100包括：控制装置、电容器、设置有驱动轴172的永磁式驱动机构171和传动装置，控制装置控制电容器进行充放电，电容器向永磁式驱动机构171供电，永磁式驱动机构171带动驱动轴172沿轴向往复移动，驱动轴172的往复移动为传动装置提供驱动力，永磁操动机构100还设置有上基座110和下基座160。

传动装置包括：齿条170、传动齿轮142、传动轴141、第一连动杆140及转轴121，齿条170设置在驱动轴172上，传动齿轮142与齿条170啮合，传动齿轮142套在传动轴141外并与传动轴141固定连接，转轴121的轴向端面上设置有开关120。永磁操动机构100还包括固定于两个支撑柱170、180上的信号输送装置，信号输送装置包括辅助开关152、手柄151及第三连动杆150，辅助开关152与手柄151的第一端连接，手柄151的第二端与第三连动杆150的第一端连接，第三连动杆150的第二端与第一连动杆140连接。

参见图2和图3，图2是永磁操动机构100省略部分零件后的第一工作状态下的第一结构图，图3是永磁操动机构100省略部分零件后的第一工作状态下的第二结构图。传动轴141与传动齿轮142共轴地设置，传动轴141上固定连接有第一悬臂组件，第一悬臂组件位于传动齿轮142的一侧并与第一连动杆140的第一端连接。第一悬臂组件包括第一悬臂143和第二悬臂144，第一悬臂143和第二悬臂144可通过销钉147与第一连动杆140的第一端相连接。

转轴121上固定连接有第二悬臂组件，第二悬臂组件连接第一连动杆140的第二端。第二悬臂组件包括第三悬臂122和第四悬臂124，第三悬臂122和第四悬臂124可通过销钉123与第一连动杆140的第二端相连接。

传动轴141上还固定连接有第三悬臂组件，第三悬臂组件和第一悬臂组件分别设置在传动齿轮142的两侧。另外，传动装置还包括：第二连动杆134，辅助分闸弹簧132和凸块131。第三悬臂组件与第二连动杆134的第一端与连接，第三悬臂组件包括第五悬臂145和第六悬臂146，第五悬臂145和第六悬臂146可通过销钉149与第二连动杆134的第一端相连接。辅助分闸弹簧132套在第二连动杆134外，并且抵接在第二连动杆134和凸块131之间。凸块131设有圆柱凸起部133，圆柱凸起部133的轴心与第二连动杆134的轴心同在一轴线上。

手柄151的第二端可通过销钉153与第三连动杆150的第一端相连接，第三连动杆150的第二端连接至第一连动杆140的连接部148。当控制装置发出合闸信号，电容器向永磁式驱动机构171供电，永磁式驱动机构171改变磁场方向控制驱动轴172，驱动轴172带动齿条170远离永磁式驱动机构171移动，齿条170的移动带动与之啮合的传动齿轮142转动，传动轴141同步于传动齿轮142转动并带动第一悬臂143、第二悬臂144、第五悬臂145以及第六悬臂146转动，从而联动第一连动杆140和第二连动杆134移动。第一连动杆140的移动驱动第三悬臂122和第四悬臂124转动从而带动了转轴121转动，转轴121转动从而控制开关120进行合闸动作。同时，第一连动杆140的移动带动第三连动杆150的移动，继而第三连动杆150带动手柄151旋转，从而控制辅助开关152发出系统合闸的信号。此时，第五悬臂145和第六悬臂146也带动第二连动杆134移动，贯穿套在第二连动杆134上的辅助分闸弹簧132沿着轴线移动至凸块131，圆柱凸起部133穿入辅助分闸弹簧132，辅助分闸弹簧132处于压缩储能状态。

参见图4和图5，图4是永磁操动机构100省略部分零件后的第二工作状态下的第一结构图，图5是永磁操动机构100省略部分零件后的第二工作状态下的第二结构图。当控制装置发出分闸信号，电容器向永磁式驱动机构171供电，永磁式驱动机构171改变磁场方向控制驱动轴172，驱动轴172带动齿条170靠近永磁式驱动机构171移动，齿条170的移动带动与之啮合的传动齿轮142反向转动，传动轴141同步于传动齿轮142转动并带动第一悬臂143、第二悬臂144、第五悬臂145以及第六悬臂146反向移动，从而联动第一连动杆140和第二连动杆134移动。第一连动杆140的移动驱动第三悬臂122和第四悬臂124转动从而带动了转轴121反向旋转，转轴121旋转从而控制开关120进行分闸动作。

同时，第五悬臂145和第六悬臂146也带动第二连动杆134反向移动，贯穿套在第二连动杆134上的辅助分闸弹簧132沿着轴线反向移动远离凸块131，辅助分闸弹簧132释放储存的力从而辅助开关120在一瞬间分闸。

此时，第一连动杆140的移动通过第三连动杆150带动手柄151反向旋转从而控制辅助开关152发出系统分闸的信号。

永磁操动机构的操作方法实施例：

当控制装置发出合闸信号，电容器向永磁式驱动机构171供电，永磁式驱动机构171改变磁场方向控制驱动轴172，驱动轴172带动齿条170远离永磁式驱动机构171移动，齿条170的移动带动与之啮合的传动齿轮142转动，传动轴141同步于传动齿轮142转动并带动第一悬臂143、第二悬臂144、第五悬臂145以及第六悬臂146转动，从而联动第一连动杆140和第二连动杆134移动。第一连动杆140的移动驱动第三悬臂122和第四悬臂124转动从而带动了转轴121转动，转轴121转动从而控制开关120进行合闸动作。同时，第一连动杆140的移动带动第三连动杆150的移动，继而第三连动杆150带动手柄151旋转，从而控制辅助开关152发出系统合闸的信号。此时，第五悬臂145和第六悬臂146也带动第二连动杆134移动，贯穿套在第二连动杆134上的辅助分闸弹簧132沿着轴线移动至凸块131，圆柱凸起部133穿入辅助分闸弹簧132，辅助分闸弹簧132处于压缩储能状态。

当控制装置发出分闸信号，电容器向永磁式驱动机构171供电，永磁式驱动机构171改变磁场方向控制驱动轴172，驱动轴172带动齿条170靠近永磁式驱动机构171移动，齿条170的移动带动与之啮合的传动齿轮142反向转动，传动轴141同步于传动齿轮142转动并带动第一悬臂143、第二悬臂144、第五悬臂145以及第六悬臂146反向移动，从而联动第一连动杆140和第二连动杆134移动。第一连动杆140的移动驱动第三悬臂122和第四悬臂124转动从而带动了转轴121反向旋转，转轴121旋转从而控制开关120进行分闸动作。同时，第五悬臂145和第六悬臂146也带动第二连动杆134反向移动，贯穿套在第二连动杆134上的辅助分闸弹簧132沿着轴线反向移动远离凸块131，辅助分闸弹簧132释放储存的力从而辅助开关120在一瞬间分闸。此时，第一连动杆140的移动通过第三连动杆150带动手柄151反向旋转从而控制辅助开关152发出系统分闸的信号。

真空断路器实施例：

真空断路器包括真空管，及与真空管连接的永磁操动机构100，该永磁操动机构100，包括控制装置、电容器、设置有驱动轴172的永磁式驱动机构171和传动装置，控制装置控制电容器进行充放电，电容器向永磁式驱动机构171供电,永磁式驱动机构171带动驱动轴172往复移动。传动装置包括：齿条170，传动齿轮142，传动轴141，第一连动杆140和转轴121。

齿条170设置在驱动轴172上，传动齿轮142与齿条170啮合，传动齿轮142套在传动轴141外并与传动轴141固定连接。第一连动杆140的第一端与传动轴141连接，转轴121与第一连动杆141的第二端连接，转轴121的轴向端面上设置有开关120。

由上可见，本发明的永磁操动机构结构简单，减少传动零部件以及提高开关分合闸的速度，并且提高了机械可靠性和稳定性。

现有的操动机构均安装在电力系统开关柜气箱的内部，结构复杂，传动零部件较多。在长期运行过程中，这些传动零部件的磨损、锈蚀、润滑剂的流失以及固化等因素都会导致传动零部件发生故障，危及到用电的安全。由于操动机构安装在气箱的内部，一旦出现故障将需要打开气箱内部进行维修，维修操作困难。本发明的永磁操动机构安装在电力系统开关柜气箱的外部，结构简单、传动零部件少以及操作方便。永磁操动机构一旦出现问题不需要打开气箱便可以进行现场维修或更换，维修操作简单方便。

本发明不限于上述实施方式，如悬臂和连动杆连接方式的改变、齿条和传动齿轮安装位置和固定方式的改变、辅助分闸弹簧位置的改变等变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.永磁操动机构，包括控制装置、电容器、设置有驱动轴的永磁式驱动机构和传动装置，所述控制装置控制所述电容器进行充放电，所述电容器向所述永磁式驱动机构供电,所述永磁式驱动机构驱动所述驱动轴往复移动；

其特征在于：

所述传动装置包括：

齿条，所述齿条设置在所述驱动轴上；

传动齿轮，所述传动齿轮与所述齿条啮合；

传动轴，所述传动齿轮套在所述传动轴外并与所述传动轴固定连接；

第一连动杆，所述第一连动杆的第一端与所述传动轴连接；

转轴，所述转轴与所述第一连动杆的第二端连接，所述转轴的轴向端面上设置有开关。

2.根据权利要求1所述的永磁操动机构，其特征在于：

所述传动轴与所述传动齿轮共轴地设置，所述传动轴上固定连接有第一悬臂组件，所述第一悬臂组件位于所述传动齿轮的一侧并与所述第一连动杆的第一端连接。

3.根据权利要求2所述的永磁操动机构，其特征在于：

所述转轴上固定连接有第二悬臂组件，所述第二悬臂组件连接所述第一连动杆的第二端。

4.根据权利要求3所述的永磁操动机构，其特征在于：

所述传动轴上还固定连接有第三悬臂组件，所述第三悬臂组件和所述第一悬臂组件分别设置在所述传动齿轮的两侧。

5.根据权利要求4所述的永磁操动机构，其特征在于：

所述传动装置还包括：

第二连动杆，所述第二连动杆的第一端与所述第三悬臂组件连接；

辅助分闸弹簧，所述辅助分闸弹簧套在所述第二连动杆外；

凸块，所述辅助分闸弹簧抵接在所述第二连动杆和所述凸块之间。

6.根据权利要求5所述的永磁操动机构，其特征在于：

所述凸块设有圆柱凸起部，所述圆柱凸起部的轴心与所述第二连动杆的轴心同在一轴线上。

7.根据权利要求1至6任一项所述的永磁操动机构，其特征在于：

所述永磁操动机构还包括信号输送装置，所述信号输送装置包括辅助开关、手柄及第三连动杆，所述辅助开关与所述手柄的第一端连接，所述手柄的第二端与所述第三连动杆的第一端连接，所述第三连动杆的第二端与所述第一连动杆连接。

8.永磁操动机构的操作方法，该永磁操动机构包括控制装置、电容器、设置有驱动轴的永磁式驱动机构和传动装置，所述控制装置控制所述电容器进行充放电，所述电容器向所述永磁式驱动机构供电,所述永磁式驱动机构驱动所述驱动轴往复移动；所述传动装置包括：

齿条，所述齿条设置在所述驱动轴上；

传动齿轮，所述传动齿轮与所述齿条啮合；

传动轴，所述传动齿轮套在所述传动轴外并与所述传动轴固定连接；

第一连动杆，所述第一连动杆的第一端与所述传动轴连接；

转轴，所述转轴与所述第一连动杆的第二端连接，所述转轴的轴向端面上设置有开关；

其特征在于，该方法包括：

所述控制装置控制所述电容器进行充放电，所述电容器向所述永磁式驱动机构供电,所述永磁式驱动机构驱动所述驱动轴，所述驱动轴带动所述齿条远离所述永磁式驱动机构移动，与所述齿条啮合的所述传动齿轮转动，伴随着所述传动轴转动并且带动所述第一连动杆移动，通过所述第一连动杆带动所述转轴转动，所述转轴驱动所述开关进行合闸动作。

9.真空断路器，包括真空管和与所述真空管连接的永磁操动机构，其特征在于：

所述永磁操动机构，包括控制装置、电容器、设置有驱动轴的永磁式驱动机构和传动装置，所述控制装置控制所述电容器进行充放电，所述电容器向所述永磁式驱动机构供电,所述永磁式驱动机构驱动所述驱动轴往复移动；所述传动装置包括：

齿条，所述齿条设置在所述驱动轴上；

传动齿轮，所述传动齿轮与所述齿条啮合；

传动轴，所述传动齿轮套在所述传动轴外并与所述传动轴固定连接；

第一连动杆，所述第一连动杆的第一端与所述传动轴连接；

转轴，所述转轴与所述第一连动杆的第二端连接，所述转轴的轴向端面上设置有开关。

10.根据权利要求9所述的真空断路器，其特征在于：

所述传动装置还包括：

第二连动杆，所述第二连动杆的第一端与所述传动轴连接；

辅助分闸弹簧，所述辅助分闸弹簧套在所述第二连动杆外；

凸块，所述辅助分闸弹簧抵接在所述第二连动杆和所述凸块之间。