CN105762010A - 一种基于永磁保持机构的快速开关 - Google Patents

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艾绍贵
樊益平
卢文华
孙丽琼
杜玮
丁培
张涛
郭飞
王曙鸿
郝志国
李江涛
焦在滨
马奎
相中华
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Wuhan NARI Ltd
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Wuhan NARI Ltd
Xian Jiaotong University
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    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electromagnet

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Abstract

本发明涉及一种基于永磁保持机构的快速开关。其特点是：在所述下导杆(4)上套装有斥力盘(6)，在该斥力盘(6)上方安装有分闸线圈(5)而在其下方安装有合闸线圈(7)；在所述保持用动铁芯(9)上方安装有上保持用静铁芯，在该上保持用静铁芯中间安装有合闸保持永磁铁(11)，而在该保持用动铁芯(9)下方安装有下保持用静铁芯，在该下保持用静铁芯中间安装有分闸保持永磁铁(14)。本发明提供了一种结果简单、动作速度快、工作环节少、可靠性高的基于永磁保持的快速斥力开关，可以有效提高开关分闸速度，通过故障电流零点检测技术，缩短燃弧时间，减轻触头烧蚀，提高断路器开断能力。

Description

一种基于永磁保持机构的快速开关
技术领域
本发明涉及一种基于永磁保持机构的快速开关。
背景技术
传统的机械开关虽然带负载能力强，导通稳定的优点，但是响应速度慢，一般在5～20ms左右，不能满足一些需要快速动作要求；电力电子开关响应速度较快，但其通态损耗过大，耐压能力低。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较快分闸速度的基于永磁保持机构的快速开关，能够在5ms内完成开断过程。
一种基于永磁保持机构的快速开关，包括依次连接的上导杆、真空灭弧室、中导杆、绝缘子、下导杆和保持用动铁芯，其特别之处在于：在所述下导杆上套装有斥力盘，在该斥力盘上方安装有分闸线圈而在其下方安装有合闸线圈；在所述保持用动铁芯上方安装有上保持用静铁芯，在该上保持用静铁芯中间安装有合闸保持永磁铁，而在该保持用动铁芯下方安装有下保持用静铁芯，在该下保持用静铁芯中间安装有分闸保持永磁铁。
其中合闸保持永磁铁下端比上保持用静铁芯下端短，从而在上保持用静铁芯下端形成凹槽作为上气隙；其中分闸保持永磁铁上端比下保持用静铁芯上端短，从而在下保持用静铁芯上端形成凹槽作为下气隙。
其中在斥力盘上开有若干通孔。
本发明提供了一种结果简单、动作速度快、工作环节少、可靠性高的基于永磁保持的快速斥力开关，可以有效提高开关分闸速度，通过故障电流零点检测技术，缩短燃弧时间，减轻触头烧蚀，提高断路器开断能力。另外在保证机械强度的情况下，通过在斥力盘上打孔减轻运动部分质量，进一步提高了其分断速度。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种基于永磁保持机构的快速开关，包括依次连接的上导杆1、真空灭弧室2、中导杆、绝缘子3、下导杆4和保持用动铁芯9，在所述下导杆4上套装有斥力盘6，在该斥力盘6上方安装有分闸线圈5而在其下方安装有合闸线圈7；在所述保持用动铁芯9上方安装有上保持用静铁芯8，在该上保持用静铁芯8中间安装有合闸保持永磁铁11，而在该保持用动铁芯9下方安装有下保持用静铁芯10，在该下保持用静铁芯10中间安装有分闸保持永磁铁14。
其中合闸保持永磁铁11下端比上保持用静铁芯8下端短(即在垂直方向上合闸保持永磁铁11比上保持用静铁芯8短，由于上合闸保持永磁铁11和上保持用静铁芯8上端平齐，因此上合闸保持永磁铁11下端相对于上保持用静铁芯下端8有下凹形成间隙；分闸保持永磁铁14和下保持用静铁芯10处也采用同样结构)，从而在上保持用静铁芯8下端形成凹槽作为上气隙12；其中分闸保持永磁铁14上端比下保持用静铁芯10上端短，从而在下保持用静铁芯10上端形成凹槽作为下气隙13。另外在斥力盘6上开有若干通孔。
实施例1：
本发明的快速开关主要由永磁保持部分和电磁斥力操动部分组成。
1)本发明的快速开关采用圆柱型，轴对称结构，其中：永磁保持部分用于为断路器中的灭弧室触头提供分闸保持力和合闸保持力，使断路器处于稳定的分闸状态或者合闸状态；电磁斥力操动部分在分、合闸操作过程中提供电磁力，驱动斥力盘6，通过导杆带动真空灭弧室2动触头和保持用动铁芯9运动，使断路器由分闸变为合闸，或者由合闸变为分闸。
2)永磁体嵌入保持用静铁芯中，其中保持用静铁芯中的永磁体上下端开槽，留有气隙；保持用动铁芯9与导杆相连，通过导杆将动触头保持在合闸/分闸位置。永磁保持部分的工作原理如下所述：当断路器处于合闸位置时，保持用动铁芯9上端面与保持用静铁芯下端面接触，嵌入的永磁体通过保持用静铁芯和保持用动铁芯9形成磁路，在保持用动铁芯9上产生一个向上的永磁力，该永磁力通过导杆、斥力盘6将真空灭弧室2的动触头保持在合闸位置；当断路器处于分闸位置时，保持用动铁芯9下端面与保持用静铁芯上端面接触，嵌入的永磁体通过保持用静铁芯和保持用动铁芯9形成磁路，在保持用动铁芯9上产生一个向下的永磁力，该永磁力通过导杆、斥力盘6将真空灭弧室2的动触头保持在分闸位置。
3)电磁斥力操动部分主要包括斥力盘6，分闸线圈5和合闸线圈7。分闸线圈5位于斥力盘6的上方，合闸线圈7位于斥力盘6的下方，斥力盘6与导杆相连，带动真空灭弧室2的动触头运动。电磁斥力操动部分工作原理如下：当断路器需要分闸操作时，相应的分闸线圈5通过脉冲电流，由于电磁感应原理，斥力盘6上经过涡流效应产生在斥力盘6上产生感应涡流，产生的向下的涡流斥力使斥力盘6向下运动，斥力盘6通过导杆带动保持用动铁芯9和真空灭弧室2的动触头一块向下运动，分闸完成后由永磁保持部分将其保持在合闸位置。
当断路器需要合闸操作时，相应的合闸线圈7通过脉冲电流，由于电磁感应原理，斥力盘6上经过涡流效应产生在斥力盘6上产生感应涡流，产生的向上的涡流斥力使斥力盘6向上运动，斥力盘6通过导杆带动保持用动铁芯9和真空灭弧室2的动触头一块向上运动，合闸完成后由永磁保持部分将其保持在分闸位置。
4)因保持用动铁芯9与两个保持用静铁芯之间在接触时有气隙，当保持用动铁芯9一离开保持用静铁芯时，永磁力保持力迅速降低，减少了永磁保持力在斥力机构运动过程中的影响。
为进一步提高分闸速度，在保证机械强度的情况下，考虑到涡流的集肤效应，在斥力盘6沿其轴向上打孔可以减轻运动部分质量但不改变电磁斥力大小，进而提高运动速度。
本发明的使用方法和工作原理是：
如图1所示，此时操作机构处于合闸状态，由合闸保持永磁铁11提供的磁力将保持用动铁芯9保持在合闸位置。合闸保持永磁体部分与保持用动铁芯9之间有气隙，保持用永磁体通过保持用静铁芯和保持用动铁芯9形成闭合的磁路，使保持用动铁芯9产生向上的永磁保持力，通过导杆和斥力盘6，使真空灭弧室2的动触头可靠保持在合闸位置。当需要进行分闸操作时，给分闸线圈5通脉冲电流，则在斥力盘6上会产生涡流，斥力盘6在涡流效应的作用下往下运动，通过导杆，带动保持用动铁芯9和真空灭弧室2的动触头一块向下运动，当保持用动铁芯9与保持用静铁芯之间的气隙大于上气隙12的宽度时，根据磁力线总是通过磁阻小的地方，永磁体将通过保持用静铁芯及上气隙12形成磁路，保持用动铁芯9上所受的磁力迅速降低。通过减少永磁保持力对运动过程的影响，可以提高分闸速度。当达到分闸位置时，永磁体产生的磁力将保持用动铁芯9稳定保持在分闸位置。
当机构处于分闸状态时，由分闸保持永磁铁14提供的磁力将保持用动铁芯9保持在分闸位置。分闸保持永磁体部分与保持用动铁芯9之间有下气隙13，保持用永磁体通过保持用静铁芯和保持用动铁芯9形成闭合的磁路，使保持用动铁芯9产生向下的永磁保持力，通过导杆和斥力盘6，使真空灭弧室2的动触头可靠保持在分闸位置。当需要进行合闸操作时，给合闸线圈7通脉冲电流，则在斥力盘6上会产生涡流，斥力盘6在涡流效应的作用下往上运动，通过导杆，带动保持用动铁芯9和真空灭弧室2的动触头一块向上运动，当保持用动铁芯9与保持用静铁芯之间的气隙大于下气隙13的宽度时，根据磁力线总是通过磁阻小的地方，永磁体将通过保持用静铁芯及下气隙13形成磁路，保持用动铁芯9上所受的磁力迅速降低。当达到合闸位置时，永磁体产生的磁力将保持用动铁芯9稳定保持在合闸位置。
为进一步提高分闸速度，在保证机械强度的情况下，考虑到涡流的集肤效应，在斥力盘6沿径向方向上打孔可以减轻运动部分质量但不改变电磁斥力大小，进而提高运动速度。
本发明提供了一种基于永磁保持的快速斥力开关，由于采用了电磁斥力机构和永磁保持部分相结合，兼具两者优势：斥力机构其具有励磁时间短，可以达到1ms，结构简单，能够在极短的时间内进行分/合闸操作；永磁保持部分将分闸保持和合闸保持分开，缩短磁路，在很小体积下即能达到很大保持力，同时省去了机构在分合闸位置时脱扣和锁扣系统带来的不良影响。永磁部分仅保留保持部分，去除传统永磁机构线圈驱动部分，保持动铁芯经过导杆与斥力盘6相连，由电磁斥力机构带动其运动到合/分闸位置。为减少永磁体产生永磁力对电磁斥力机构运动的影响，在永磁体与保持动铁芯接触面设置气隙，当保持动铁芯离开分/合闸位置时，永磁力迅速降低，减少其对快速开关运动特性的影响。
在保证机械强度的情况下，因涡流集肤效应，通过沿斥力盘6轴向方向打孔减轻了运动部分质量，但不影响涡流效应产生的斥力，进一步提高了分闸速度。本发明通过采用故障电流零点检测技术，控制机构动作时间，有效缩短燃弧时间，减轻触头烧蚀，提高断路器开断能力。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (3)

1.一种基于永磁保持机构的快速开关，包括依次连接的上导杆(1)、真空灭弧室(2)、中导杆、绝缘子(3)、下导杆(4)和保持用动铁芯(9)，其特征在于：在所述下导杆(4)上套装有斥力盘(6)，在该斥力盘(6)上方安装有分闸线圈(5)而在其下方安装有合闸线圈(7)；在所述保持用动铁芯(9)上方安装有上保持用静铁芯，在该上保持用静铁芯中间安装有合闸保持永磁铁(11)，而在该保持用动铁芯(9)下方安装有下保持用静铁芯，在该下保持用静铁芯中间安装有分闸保持永磁铁(14)。
2.如权利要求1所述的一种基于永磁保持机构的快速开关，其特征在于：其中合闸保持永磁铁(11)下端比上保持用静铁芯下端短，从而在上保持用静铁芯下端形成凹槽作为上气隙(12)；其中分闸保持永磁铁(14)上端比下保持用静铁芯上端短，从而在下保持用静铁芯上端形成凹槽作为下气隙(13)。
3.如权利要求1所述的一种基于永磁保持机构的快速开关，其特征在于：其中在斥力盘(6)上开有若干通孔。
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