CN107706010A - 一种高速开关用保持机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速开关用保持机构，包括固定组件部分、水平运动组件部分和竖直运动组件部分；固定组件部分包括绝缘板、固定板、导向件和第二线圈，绝缘板内固定设置有第一线圈，固定板的下端面上并排设置有多个导向块；水平运动组件部分包括运动轴、短轴、第一斥力盘、连接件和弹簧，运动轴和短轴穿过导向块上开设的导向圆孔；竖直运动组件部分包括连接杆、第二斥力盘和卡钩，卡钩上开设有与短轴配合使用的卡槽；本发明结构紧凑，动作可靠，分闸不存在机械惯性作用产生的动作滞后，合闸依靠巨大电磁斥力同样急速动作，从分闸状态至合闸状态以及从合闸状态至分闸状态均能实现毫秒级的快速转换，极其适用于超高速、高压的开关电器设备，尤其是对合闸时间同样有苛刻要求的场合。

Description

一种高速开关用保持机构

技术领域

本发明属于电气技术领域，具体涉及一种高速开关用保持机构，其具备高速的动作特性，可广泛应用于各种开关电器设备，尤其是适用于对分闸速度和合闸速度均有快速性要求的场合。

背景技术

随着我国电力系统的不断发展，直流输电等级的不断提升，对其中起保护作用的各类开关设备也就提出了更高的要求。为了将故障快速切除，将事故停电范围尽量缩小，要求开关设备具有极短的分闸动作时间，同时基于快速重合闸及保护设备中的某些大功率半导体器件的要求考虑，在某些场合还要求断路器具有极短的合闸动作时间。

“高速”需要驱动电源在更短的时间内提供更多的能量，也就意味着对机构、设备巨大的冲击。机构惯性的存在造成动作时间的延迟又与“高速性”要求存在矛盾，显著增加了保持机构的设计难度。保证保持机构在高速下可靠分闸，又能高速可靠的合闸，是该类机构设计的核心之所在。就具体的某一次分合闸操作而言，决定着开关电器分合闸的成功与否，对产品设计而言，也决定着开关电器产品的使用寿命。

传统的保持机构可以很好的适应低速开关，能够可靠的执行分合动作。但是由于自身机械惯性的存在所造成的动作时间延迟，难于实现高速动作下开关的可靠分合，也难于满足高速开关分合的时间要求。

随着我国电力系统的不断发展，对高速开关电器设备的需求也将愈加显现。保持机构的快速性、可靠性成为制约该类开关发展的瓶颈之一。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足，设计一种高速开关用保持机构，克服了高速动作下机构自身惯性带来的动作滞后，具有高度的分闸可靠性；同时，采取直动方案，具有很高的合闸快速性，可用于分闸与合闸均为毫秒级的高速开关。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高速开关用保持机构，包括固定组件部分和运动组件部分，所述的运动组件部分包括相对固定组件部分左右直线运动的水平运动组件部分和相对固定组件部分上下直线运动的竖直运动组件部分；

所述的固定组件部分包括固定设置在基础件上的绝缘板、固定板和导向件，所述的绝缘板内固定设置有第一线圈，所述的固定板的下端面上左右并排固定设置有多个导向块，每一个所述的导向块上前后并排开设有多个圆孔，所述的导向件上开设有导向孔，所述的固定组件部分还包括固定设置在基础件上位于导向件下方的第二线圈；

所述的水平运动组件部分包括前后并排设置的运动轴和短轴，所述的运动轴穿过所有导向块上的相应圆孔并与其间隙配合，所述的运动轴靠近绝缘板的一端固定设置有第一斥力盘，其另一端固定设置有固定连接件，所述的短轴穿过部分导向块上的相应圆孔并与其间隙配合，其一端固定连接在固定连接件上，所述的水平运动组件部分还包括使运动轴回到初始位置的复位装置；

所述的竖直运动组件部分包括穿过导向件上导向孔并与其间隙配合的连接杆，所述的连接杆的下端固定设置有位于第二线圈上方的第二斥力盘，其上端活动设置有能相对连接杆转动的卡钩，所述的卡钩上开设有与短轴配合使用的卡槽，所述的竖直运动组件部分还包括使卡钩处于竖立状态的限位装置。

所述的卡钩连接端的两侧设置有角度不同的顺时针旋转斜面和逆时针旋转斜面，所述的逆时针旋转斜面的角度大于顺时针旋转斜面的角度，所述的卡槽为设置有斜向上梯形开口的钩形长条孔，所述的梯形开口位于逆时针旋转斜面和顺时针旋转斜面的连接面上且下开口边的斜度小于上开口边的斜度，所述的钩形长条孔为上下端均为圆弧的直条孔，所述的固定板的相应位置上设置有与卡钩间隙配合使用的通孔。

所述的限位装置包括设置在卡钩上的限位槽和固定设置在连接杆上的弹性件，所述的弹性件的弹性端延伸进限位槽内。

所述的弹性件为片簧或扭簧。

所述的卡钩通过与短轴竖向并排设置的连接销组件轴接在连接杆上。

所述的复位装置包括套设在运动轴上位于第一斥力盘与左侧导向块之间的压缩弹簧，所述的第一斥力盘和左侧导向块面向弹簧的端面上均设置有与弹簧紧配使用且与运动轴同轴的圆柱形凸起。

每一个所述的导向块上的导向圆孔均设置有倒圆角，所述的导向圆孔内部、运动轴和短轴上均涂抹有润滑脂。

所述的固定连接件包括两块上下对称设置的连接件，每一块所述的连接件的连接面上均设置有与运动轴和短轴过盈配合使用的半圆孔。

所述的运动轴螺纹连接在第一斥力盘上，其连接端还设置有锁紧螺母；每一个所述的导向块通过螺钉组件固定连接在固定板上，每一个所述的导向块与固定板之间还设置有多个定位销；两块所述的连接件通过螺栓组件固定连接在一起；所述的片簧通过螺钉固定设置在连接杆上。

所述的绝缘板和第一线圈均采取真空压力浸漆处理。

本发明的有益效果是：

本发明结构紧凑，动作可靠，分闸不存在机械惯性作用产生的动作滞后，合闸依靠巨大电磁斥力同样急速动作，从分闸状态至合闸状态以及从合闸状态至分闸状态均能实现毫秒级的快速转换，极其适用于超高速、高压的开关电器设备，尤其是对合闸时间同样有苛刻要求的场合。

附图说明

图1是本发明处于释放状态时的主视图；

图2是本发明处于释放状态时的侧视图；

图3是本发明处于释放状态时的俯视图；

图4是本发明处于保持状态时的主视图；

图5是本发明处于保持状态时的侧视图。

各附图标记为：1—绝缘板，2—第一线圈，3—第一斥力盘，4—锁紧螺母，5—弹簧，6—运动轴，7—导向块，8—固定板，9—螺钉组件，10—连接件，11—螺栓组件，12—卡钩，13—导向件，14—连接杆，15—连接销组件，16—片簧，17—螺钉，18—短轴，19—定位销，20—负载，21—第二斥力盘，22—第二线圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

参照图1至图5所示，本发明公开了一种高速开关用保持机构，包括固定组件部分和运动组件部分，所述的运动组件部分包括能相对固定组件部分左右直线运动的水平运动组件部分和能相对固定组件部分上下直线运动的竖直运动组件部分。

所述的固定组件部分包括固定设置在基础件上的绝缘板1、固定板8和导向件13，所述的绝缘板1内固定设置有第一线圈2，所述的绝缘板1和第一线圈2均采取真空压力浸漆处理，保证了第一线圈2足够的绝缘强度，同时还可以将第一线圈2完全固定于绝缘板1内。所述的固定板8的下端面上通过螺钉组件9左右并排固定设置有3个导向块7，所述的中间导向块7和右侧导向块7之间的距离应小于水平运动组件部分向右移动的距离，导向块7的数量不宜过多，以免因摩擦而影响快速性。为了防止导向块7与固定板8在水平运动组件部分长期反复运动过程作用下产生相对移动，每一个所述的导向块7与固定板8之间还设置有2个定位销19，所述的导向块7与固定板8通过定位销19实现定位。每一个所述的导向块7上前后并排开设有2个导向圆孔，所述的导向件13上开设有导向孔，所述的固定组件部分还包括固定设置在基础件上位于导向件13下方的第二线圈22。

所述的水平运动组件部分包括前后并排设置的运动轴6和短轴18，所述的运动轴6穿过3个导向块7上的相应导向圆孔并与其间隙配合。所述的运动轴6靠近绝缘板1的一端螺纹连接有第一斥力盘3，其连接端还设置有锁紧螺母4进行固定防松，必要时可以灌以螺纹胶永久防松，所述的运动轴6的另一端固定设置有固定连接件。所述的短轴18穿过中间和右侧两个导向块7上的相应导向圆孔并与其间隙配合，其一端固定连接在固定连接件上。每一个所述的导向块7上的导向圆孔均设置有倒圆角，且这些导向圆孔内部、运动轴6和短轴18必须打磨光滑，必要时应涂抹润滑脂。所述的固定连接件包括两块上下对称设置并通过螺栓组件11固定连接在一起的连接件10，每一块所述的连接件10的连接面上均设置有与运动轴6和短轴18过盈配合使用的半圆孔。

所述的水平运动组件部分还包括使运动轴6回到初始位置的复位装置。所述的复位装置包括套设在运动轴6上位于第一斥力盘3与左侧导向块7之间的压缩弹簧5，所述的第一斥力盘3和左侧导向块7面向弹簧5的端面上均设置有与弹簧5紧配使用且与运动轴6同轴的圆柱形凸起。第一斥力盘3上的圆柱形凸起不仅增加了第一斥力盘3与运动轴6之间螺纹连接的长度，同时该圆柱形凸起与弹簧5紧配使用，还对弹簧5起到导向作用，防止弹簧5压缩时轴线产生弯曲变形。基于同样的考虑，故左侧导向块7上面向弹簧5的端面也设置有与弹簧5紧配使用的圆柱形凸起。所述的弹簧5一端挤压在第一斥力盘3上，另一端挤压在左侧导向块7上，具有一定的初始压力。所述的第一斥力盘3的圆柱形凸起上同轴设置有与运动轴6上外螺纹配合使用的内螺纹。

所述的竖直运动组件部分包括穿过导向件13上导向孔并与其间隙配合的连接杆14，所述的导向件13上的导向孔既是发挥导向作用，则配合间隙应足够小。所述的导向件13对连接杆14进行轴向固定，只保留连接杆14轴向的自由度。所述的连接杆14的下端固定设置有位于第二线圈22上方的第二斥力盘21，其上端通过与短轴18竖向并排设置的连接销组件15轴接有能相对连接杆14转动的卡钩12，所述的卡钩12上开设有与短轴18配合使用的卡槽。所述的第二斥力盘21上还固定设置有负载20。所述的卡钩12连接端的两侧设置有角度不同的顺时针旋转斜面和逆时针旋转斜面，所述的逆时针旋转斜面的角度大于顺时针旋转斜面的角度，保证卡钩12可以逆时针或者顺时针旋转，且逆时针旋转角度较大。所述的卡槽为设置有斜向上梯形开口的钩形长条孔，所述的梯形开口位于逆时针旋转斜面和顺时针旋转斜面的连接面上且下开口边的斜度小于上开口边的斜度，所述的钩形长条孔为上下端均为圆弧的直条孔。

所述的固定板8的相应位置上设置有与卡钩12间隙配合使用的通孔。所述的通孔为矩形通孔且位于中间导向块7和右侧导向块7之间，该矩形通孔的宽度大于卡钩12的厚度，该矩形通孔的长度要确保卡钩12向上运动且进行逆时针旋转或顺时针旋转时不受任何运动干涉。

所述的竖直运动组件部分还包括使卡钩12处于竖立状态的限位装置。所述的限位装置包括设置在卡钩12上的限位槽和通过螺钉17固定设置在连接杆14上的弹性件，所述的弹性件为片簧16或扭簧，本实施例的弹性件采用片簧16，所述的片簧16的弹性端延伸进限位槽内，所述的片簧16确保卡钩12在释放状态下保持在竖立位置。

本发明公开的保持机构其分合过程如下：

图1、图2、图3为本保持机构处于释放状态时的主视图、侧视图和俯视图，当第二线圈22通以脉冲电流以后，第二斥力盘21将因为感应涡流而产生巨大斥力，当连接杆14受到瞬时巨大的脉冲力克服了作用在其上向下的较大阻力（固定连接在第二斥力盘21上的负载20的重力），而通过导向件13上的导向孔向上快速运动时，卡钩12外轮廓开口侧的斜边将撞击到短轴18而产生绕连接销组件15的逆时针方向旋转，同时卡钩12会继续向上运动。当卡钩12外轮廓开口的下开口边撞击到短轴18后，卡钩12将会快速顺时针方向旋转，同时继续向上运动微小距离。随后，卡钩12在固定连接在连接杆14上的负载20的重力作用下而向下运动，卡钩12通过卡槽的钩形长条孔悬挂在短轴18上。由于短轴18、连接销组件15和卡钩12卡槽的顶端圆弧三者的轴线在同一竖直面内，这由设计和初始的装配决定，因此，卡钩12悬挂在短轴18上后只承受共线、反向、等值的两个力的作用，不会受到力矩作用而转动，因此能够可靠的锁住，完成分闸。此时，保持机构即进入图4、图5所示的保持状态。当卡钩12处于释放状态时，第一线圈2并不与第一斥力盘3对齐轴心线。但当卡钩12处于保持状态时，第一线圈2的轴心线应与第一斥力盘3的轴心线保持对齐。当第一线圈2通以脉冲电流后，第一斥力盘3将受到巨大电磁斥力作用而带动运动轴6、短轴18和连接件10一起向右快速运动，卡钩12将被释放并在负载20的重力作用作用下而迅速向下运动合闸，同时，第一斥力盘3在弹簧5的弹力作用下带动运动轴6、短轴18、连接件10等运动组件向第一线圈2侧运动而复位，最终又回到图1、图2所示状态，完成合闸。

本发明结构紧凑，动作可靠，分闸不存在机械惯性作用产生的动作滞后，合闸依靠巨大电磁斥力同样急速动作，从分闸状态至合闸状态以及从合闸状态至分闸状态均能实现毫秒级的快速转换，极其适用于超高速、高压的开关电器设备，尤其是对合闸时间同样有苛刻要求的场合。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高速开关用保持机构，其特征在于：包括固定组件部分和运动组件部分，所述的运动组件部分包括相对固定组件部分做左右直线运动的水平运动组件部分和相对固定组件部分做上下直线运动的竖直运动组件部分；

所述的固定组件部分包括绝缘板（1）、固定板（8）和导向件（13），所述的绝缘板（1）内固定设置有第一线圈（2），所述的固定板（8）的下端面上左右并排固定设置有多个导向块（7），每一个所述的导向块（7）上前后并排开设有多个导向圆孔，所述的导向件（13）上开设有导向孔，所述的固定组件部分还包括固定位于导向件（13）下方的第二线圈（22）；

所述的水平运动组件部分包括前后并排设置的运动轴（6）和短轴（18），所述的运动轴（6）穿过所有导向块（7）上的相应导向圆孔并与其间隙配合，所述的运动轴（6）靠近绝缘板（1）的一端固定设置有第一斥力盘（3），其另一端固定设置有固定连接件，所述的短轴（18）穿过部分导向块（7）上的相应导向圆孔并与其间隙配合，其一端固定连接在固定连接件上，所述的水平运动组件部分还包括使运动轴（6）回到初始位置的复位装置；

所述的竖直运动组件部分包括穿过导向件（13）上导向孔并与其间隙配合的连接杆（14），所述的连接杆（14）的下端固定设置有位于第二线圈（22）上方的第二斥力盘（21），其上端活动设置有能相对连接杆（14）转动的卡钩（12），所述的卡钩（12）上开设有与短轴（18）配合使用的卡槽，所述的竖直运动组件部分还包括使卡钩（12）处于竖立状态的限位装置。

2.根据权利要求1所述的一种高速开关用保持机构，其特征在于，所述的卡钩（12）连接端的两侧设置有角度不同的顺时针旋转斜面和逆时针旋转斜面，所述的逆时针旋转斜面的角度大于顺时针旋转斜面的角度，所述的卡槽为设置有斜向上梯形开口的钩形长条孔，所述的梯形开口位于逆时针旋转斜面和顺时针旋转斜面的连接面上且下开口边的斜度小于上开口边的斜度，所述的钩形长条孔为上下端均为圆弧的直条孔，所述的固定板（8）的相应位置上设置有与卡钩（12）间隙配合使用的通孔。

3.根据权利要求2所述的一种高速开关用保持机构，其特征在于，所述的限位装置包括设置在卡钩（12）上的限位槽和固定设置在连接杆（14）上的弹性件，所述的弹性件的弹性端延伸进限位槽内。

4.根据权利要求3所述的一种高速开关用保持机构，其特征在于，所述的弹性件为片簧（16）或扭簧。

5.根据权利要求4所述的一种高速开关用保持机构，其特征在于，所述的卡钩（12）通过与短轴（18）竖向并排设置的连接销组件（15）轴接在连接杆（14）上。

6.根据权利要求1—5任一项所述的一种高速开关用保持机构，其特征在于，所述的复位装置包括套设在运动轴（6）上位于第一斥力盘（3）与左侧导向块（7）之间的压缩弹簧（5），所述的第一斥力盘（3）和左侧导向块（7）面向弹簧（5）的端面上均设置有与弹簧（5）紧配使用且与运动轴（6）同轴的圆柱形凸起。

7.根据权利要求6所述的一种高速开关用保持机构，其特征在于，每一个所述的导向块（7）上的导向圆孔均设置有倒圆角，所述的导向圆孔内部、运动轴（6）和短轴（18）上均涂抹有润滑脂。

8.根据权利要求7所述的一种高速开关用保持机构，其特征在于，所述的固定连接件包括两块上下对称设置的连接件（10），每一块所述的连接件（10）的连接面上均设置有与运动轴（6）和短轴（18）过盈配合使用的半圆孔。

9.根据权利要求8所述的一种高速开关用保持机构，其特征在于，所述的运动轴（6）螺纹连接在第一斥力盘（3）上，其连接端还设置有锁紧螺母（4）；每一个所述的导向块（7）通过螺钉组件（9）固定连接在固定板（8）上，每一个所述的导向块（7）与固定板（8）之间还设置有多个定位销（19）；两块所述的连接件（10）通过螺栓组件（11）固定连接在一起；所述的片簧（16）通过螺钉（17）固定设置在连接杆（14）上。

10.根据权利要求9所述的一种高速开关用保持机构，其特征在于，所述的绝缘板（1）和第一线圈（2）均采取真空压力浸漆处理。