CN107068505B - 一种用于油阻尼液压电磁式脱扣机构的电流线圈 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于油阻尼液压电磁式脱扣机构的电流线圈，属于低压断路器技术领域。本发明包括依次上下层叠的第一U型铜模块、第二铜模块和第三U型铜模块，其中第一U型铜模块和第三U型铜模块均为U型开口结构，两个U型开口相对设置，第二铜模块设置在第一U型铜模块和第三U型铜模块的之间，第一U型铜模块、第二铜模块和第三U型铜模块用铜螺栓连接，第一U型铜模块和第三U型铜模块的U型开口之间用于设置油阻尼液压电磁式脱扣机构的油阻尼器桶。本发明使得大电流线圈能在低压大电流塑壳断路器中实现，线圈结构均为几何规则体，加工简单、装配方便，降低了加工的成本。

Description

一种用于油阻尼液压电磁式脱扣机构的电流线圈
技术领域
本发明属于低压断路器技术领域，主要涉及一种用于断路器中油阻尼液压电磁式脱扣机构的电流线圈。
背景技术
断路器是指能接通、承载以及分断外部电路工作在正常电路条件下的电流，也能在所规定的非正常电路条件下(典型有过载和短路这两种形式)下接通、承载一定时间和瞬间分断电流的一种物理机械开关的电器。
低压断路器是断路器的一种，其整个系统一般包括主电路单元、脱扣机构、操作机构等。其中，主电路单元与外部电路相连，操作机构用于接通或断开主电路单元，脱扣机构则负责在非正常电路条件出现时，通过操作机构断开主电路单元。因此，脱扣机构对低压断路器的分断性能有着至关重要的影响，特别是在低压断路器遇到过载或者短路电流时，必须能够确保断开主电路单元(即令断路器脱扣)，从而保证断路器和负载端设备的安全。
常用的断路器脱扣机构，主要包括热磁式脱扣机构和电子式脱扣机构。但是，这两种脱扣机构经常会出现很多问题。例如，在比较炎热的工作环境中，热磁脱扣机构会频繁跳闸，到了工作温度较低的环境又容易不跳闸，这样就容易造成整个配电支路系统瘫痪和设备及人员的生命财产安全损失。而电子式脱扣机构不能屏蔽电磁波的干扰，经常会因此产生误跳闸现象，同时该类型的机构也不能适用于直流电领域的保护和温度变化大的场合。
目前，油阻尼液压电磁式脱扣机构在断路器上也在使用。油阻尼液压电磁式脱扣机构主要由电流线圈、油阻尼器桶、铁芯、磁轭、衔铁、极靴、阻尼弹簧(内反力弹簧)、阻尼液等等组成。该机构具有过载延时和短路瞬时的特点。但是，当前油阻尼液压电磁式脱扣机构仍主要应用在于小型塑壳断路器如额定小电流100A以下，而100A以上是没有的。这主要是由于油阻尼液压电磁式脱扣机构本身的脱扣力较小，大电流的脱扣系统的脱扣力相对较大，无法直接适用于具有较大的额定电流低压塑壳断路器中。而这与油阻尼液压电磁式脱扣机构的电流线圈的设计具有密切关系。
电流线圈之所以在油阻尼液压电磁式脱扣机构中起着举足轻重的作用，乃是因为当电流线圈中通过电流时电流线圈产生磁场，故电流线圈的结构设计直接关系到所产生磁场的大小，而电磁磁场的大小直接影响着油阻尼液压电磁式脱扣机构的(脱扣特性)性能。传统的电流线圈设计采用螺旋线直绕式的方法，但这种螺旋线直绕式的电流线圈只能用于小电流低压断路器油阻尼液压电磁式脱扣机构中，无法使用在额定电流较大的电流断路器油阻尼液压电磁式脱扣机构中，其原因是在低压断路器的脱扣系统空间里要满足它的主回路的电流导电母排平方，如400A以上的大电流按照1mm2通过3.5A的电流计算的话，假设现在低压断路器的额定电流为630A，导电母排的横截面积就需要180mm2。从工艺的角度来说，这么大的导电回路的母排完成这么小的线圈直径是无法采用直接绕制的方式实现的。
发明内容
本发明目的是：为了将油阻尼液压电磁式脱扣机构适用于具有较大的额定电流低压塑壳断路器中，提供一种用于油阻尼液压电磁式脱扣机构的电流线圈。
具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的：一种用于油阻尼液压电磁式脱扣机构的电流线圈，所述线圈包括依次上下层叠的第一U型铜模块、第二铜模块和第三U型铜模块，其中第一U型铜模块和第三U型铜模块均为U型开口结构，两个U型开口相对设置，第二铜模块设置在第一U型铜模块和第三U型铜模块的之间，第一U型铜模块和第三U型铜模块的U型开口之间用于设置油阻尼液压电磁式脱扣机构的油阻尼器桶。
通过三个依次上下层叠铜模块构成电流线圈，即电流线圈整体上采用层叠式结构，从而无需通过传统绕制的方式制作线圈。U型开口的设计，使得电流线圈中间具有一个线圈的内径，在这个线圈的内径中插入油阻尼液压电磁式脱扣机构的油阻尼器桶，从而可为油阻尼液压电磁式脱扣机构提供脱扣力的来源。第二铜模块的设置，则能够调节线圈的高度大小，能够适用于不同电流规格产生的不同大小的电磁场的各种场合，如在同一个电流壳架内，互换高矮不同的第二铜模块可让不同的规格电流完成断路器精准脱扣跳闸，同时还可以实现不同电流规格线圈时母排的平方大小的可互换。
上述技术方案的进一步特征在于，所述第二铜模块为长方体结构。
上述技术方案的进一步特征在于，所述第一U型铜模块和第三U型铜模块的U型开口均由一长一短两个侧边构成，所述第二铜模块设置于第一U型铜模块的短侧边和第三U型铜模块的短侧边之间。
上述技术方案的进一步特征在于，第一U型铜模块、第二铜模块和第三U型铜模块用铜螺栓连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明电流线圈结构简单，易于加工和装配，从工艺角度来说，打破了在额定电流较大的低压断路器的使用环境下油阻尼液压电磁式脱扣系统中的电流线圈无法采用传统的直接绕制方法的技术瓶颈，从而为将油阻尼液压电磁式脱扣机构适用于具有较大的额定电流低压塑壳断路器中提供了技术支持。
2、本发明电流线圈所产生的磁场大于螺旋线直绕式电流线圈，这样在油阻尼液压电磁式脱扣机构中，油阻尼液压电磁式脱扣机构中的铁芯在最下端时受到的电磁力较大，便于油阻尼液压电磁式脱扣系统在大电流断路器中得以实现。
附图说明
图1是本发明电流线圈的主示意图。
图2是本发明电流线圈的侧视图。
图3是本发明电流线圈的三个模块的示意图。
图中的标号：1为第一U型铜模块，2为第二铜模块，3为第三U型铜模块，5为断路器的静导电桥，9为油阻尼液压电磁式脱扣机构的油阻尼器桶，4、6、7、8均为铜螺栓，41为断路器的负载端。
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本发明的一个实施例，为一种用于油阻尼液压电磁式脱扣机构的电流线圈，其结构如图1、图2所示。该线圈由第一U型铜模块1、第二铜模块2、第三U型铜模块3组成，三个模块依次上下层叠。
第一U型铜模块1和第三U型铜模3块均为U型开口结构，两个U型开口在组装时必须相对。第一U型铜模块1的U型开口为半个圆，构成半匝线圈，同样第三U型模块3的U型开口也为半个圆，所以将两个U型口相对，正好组成了一匝线圈。
第二铜模块2设置在第一U型铜模块1和第三U型铜模块3的之间，起到接通电流的作用。此铜模块可互换为高矮不同的模块，在不同的电流场合，起到调节线圈高矮的效果，从而使得线圈能够适用于不同电流规格产生的不同大小的电磁场的各种场合，如在同一个电流壳架内，互换高矮不同的第二铜模块可让不同的规格电流完成断路器精准脱扣跳闸，同时还可以实现不同电流规格线圈时母排的平方大小的可互换。
第一U型铜模块1、第二铜模块2和第三U型铜模块3需用铜螺栓连接。与断路器连接时，断路器的静导电桥5与第一U型铜模块1通过铜螺栓8连接，铜螺栓6和铜螺栓7连接着第一U型铜模块1、第二铜模块2和第三U型铜模块3，第三U型铜模块3与断路器的负载端41通过铜螺栓4连接。断路器中油阻尼液压电磁式脱扣机构的油阻尼器桶9置于第一U型铜模块1和第三U型铜模块3的U型开口之间
如图3所示，第一U型铜模块1和第三U型铜模块3的U型开口均由一长一短两个侧边构成，第二铜模块2设置于第一U型铜模块1的短侧边和第三U型铜模块3的短侧边之间。三大铜模块的结构均非常简单，尤其是第二铜模块2，就是一个长方体，在长方体上开有两个孔(连接铜螺栓用)而已，结构简单，易于加工和装配，节约了成本。
根据电磁理论知识，通电线圈在其周围将产生磁场，根据电磁学中的比奥-萨伐尔定律可求得通电线圈周围产生的磁场。可采用有限元技术对线圈进行电磁有限元计算，根据有限元理论和原理，将电流线圈简化成有限元计算模型。为了比较在同等条件下两种电流线圈所产生的磁场的大小，可在两个电流线圈的同样位置设计有同样的铁芯来比较在两个线圈中所受到的电磁力的大小。
一般而言，断路器中油阻尼液压电磁式脱扣机构的油阻尼器桶9中的铁芯的材料为DT4E，它在磁场中被磁化，在两个不同线圈中受的电磁力为表1所示：
表1同样的铁芯在两个不同线圈中所受电磁力的大小
线圈 电磁力的大小
本实施例的电流线圈 0.44264N
螺旋式的电流线圈 0.3442N
可见，本实施例的电流线圈确实能够达到以下三点益处：(1)该电流线圈创造性的设计能够成功应用于额定电流较大的电流低压断路器油阻尼脱扣系统中，从工艺角度来说打破了在额定电流较大的低压断路器油阻尼脱扣系统中的电流线圈无法采用传统的直接绕制方法的技术瓶颈；(2)如表1所示，在同等条件下该电流线圈所产生的磁场大于螺旋线直绕式电流线圈；(3)该电流线圈加工工艺简单，节约成本。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (4)

1.一种用于油阻尼液压电磁式脱扣机构的电流线圈，其特征在于：包括依次上下层叠的第一U型铜模块、第二铜模块和第三U型铜模块，其中第一U型铜模块和第三U型铜模块均为U型开口结构，两个U型开口相对设置，第二铜模块设置在第一U型铜模块和第三U型铜模块之间，第一U型铜模块和第三U型铜模块的U型开口之间用于设置油阻尼液压电磁式脱扣机构的油阻尼器桶。
2.根据权利要求1所述的用于油阻尼液压电磁式脱扣机构的电流线圈，其特征在于：所述第二铜模块为长方体结构。
3.根据权利要求2所述的用于油阻尼液压电磁式脱扣机构的电流线圈，其特征在于，所述第一U型铜模块和第三U型铜模块的U型开口均由一长一短两个侧边构成，所述第二铜模块设置于第一U型铜模块的短侧边和第三U型铜模块的短侧边之间。
4.根据权利要求1~3任意所述的用于油阻尼液压电磁式脱扣机构的电流线圈，其特征在于，第一U型铜模块、第二铜模块和第三U型铜模块用铜螺栓连接。
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