CN108257800A - 一种机械开关用快速磁力操动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械开关用快速磁力操动机构，涉及中高压输配电技术领域。本发明公开的机械开关用快速磁力操动机构，其包括壳体，壳体内设置的定铁芯与动铁芯的轴线重合；合闸永磁铁呈环状，合闸永磁铁套设在定铁芯外，合闸永磁铁的上表面与第一端盖的内表面相接触；利用该设计使得当需要合闸的时候，动铁芯在运动时即往合闸永磁铁方向运动时，可避免动铁芯直接撞击合闸永磁铁，防止其在长时期的使用中损坏合闸永磁铁，进而确保整个操动机构合闸能力能够长期使用，提高其使用寿命。

Description

一种机械开关用快速磁力操动机构

技术领域

本发明涉及中高压输配电技术领域，具体而言，涉及一种机械开关用快速磁力操动机构。

背景技术

目前，快速机械开关在电力系统中的应用越来越多，可用作快速旁路保护或故障跳闸。

随着应用系统容量的不断增大，断路器所需通流能力将进一步提高，对开关合闸快速性、通流能力、触头保持力、小型化设计等将提出更高的要求。

而现有快速旁路开关技术方案，合闸过程中永磁铁易受到动铁芯的撞击，导致其长期使用后易出现损坏、使用寿命短等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械开关用快速磁力操动机构，该机械开关用快速磁力操动机构，具有合闸速度快、结构稳定、使用寿命长等多个特点，可用于柔性直流输电模块化设备的快速旁路。

本发明是这样实现的：

一种机械开关用快速磁力操动机构，其包括：壳体；

上述壳体具有第一端盖，上述壳体内设置有定铁芯、动铁芯以及合闸永磁铁，上述定铁芯的第一端面贴近上述第一端盖的内表面，上述动铁芯的第一端部设置有第一导柱，上述第一导柱依次贯穿上述定铁芯和上述第一端盖且可相对于上述定铁芯和上述第一端盖作直线运动；

上述定铁芯与上述动铁芯的轴线重合；

上述合闸永磁铁呈环状，上述合闸永磁铁套设在上述定铁芯外，上述合闸永磁铁的上表面与上述第一端盖的内表面相接触。

进一步地，在本发明的一些实施方案中，上述第一端盖的内表面设置有第一凹槽，上述定铁芯嵌入上述第一凹槽中，且上述定铁芯靠近上述第一端盖的外圆周面设置有环形突台，上述环形突台与上述合闸永磁铁的上表面相接触。

进一步地，在本发明的一些实施方案中，上述定铁芯的高度大于上述第一凹槽的深度与上述合闸永磁铁的高度之和。

进一步地，在本发明的一些实施方案中，上述合闸永磁铁由多个呈弧形的永磁铁块构成，多个上述永磁铁块以形成环形结构的方式围绕上述定铁芯。

进一步地，在本发明的一些实施方案中，上述壳体还具有第二端盖，上述第二端盖与上述第一端盖相对设置，上述壳体内部设置分闸永磁铁，上述分闸永磁铁与上述第二端盖的内表面连接；上述动铁芯的第二端部设置有第二导柱，上述第二导柱依次贯穿上述分闸永磁铁和上述第二端盖。

进一步地，在本发明的一些实施方案中，上述动铁芯的第二端部在往上述分闸永磁铁的方向上的截面面积递增。

进一步地，在本发明的一些实施方案中，上述动铁芯的第二端部整体呈锥形，上述动铁芯的第二端部的纵截面呈等腰梯形。

进一步地，在本发明的一些实施方案中，上述动铁芯的第二端部设置呈圆柱体的端帽，上述端帽的截面面积大于第二端部的截面面积。

进一步地，在本发明的一些实施方案中，上述壳体内还设置有电磁线圈，上述电磁线圈设于上述动铁芯的圆周面与上述壳体之间，上述电磁线圈位于上述合闸永磁铁远离上述第一端盖的一侧。

进一步地，在本发明的一些实施方案中，上述壳体内还设置有磁轭，上述磁轭设于上述动铁芯的圆周面与上述壳体之间，上述磁轭位于上述电磁线圈远离上述合闸永磁铁的一侧。

进一步地，在本发明的一些实施方案中，定铁芯和动铁芯采用软磁合金材质制成。

进一步地，在本发明的一些实施方案中，第一端盖由非导磁材料制成，第二端盖由导磁材料制成。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

本发明提供的机械开关用快速磁力操动机构，其包括壳体，其壳体内设置的定铁芯与动铁芯的轴线重合，合闸永磁铁呈环状，合闸永磁铁套设在定铁芯外，合闸永磁铁的上表面与第一端盖的内表面相接触；利用该设计使得当需要合闸的时候，动铁芯在运动时即往合闸永磁铁方向运动时，可避免动铁芯直接撞击合闸永磁铁，防止其在长时期的使用中损坏合闸永磁铁，进而确保整个操动机构合闸能力能够长期的使用，提高其使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的机械开关用快速磁力操动机构的内部结构示意图；

图2为本发明实施例提供的机械开关用快速磁力操动机构处于静态分闸位置下的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的机械开关用快速磁力操动机构在电磁线圈通电状态下动态合闸过程的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的机械开关用快速磁力操动机构处于静态合闸位置下的结构示意图；

图5为本发明实施例中机械开关用快速磁力操动机构的多-多块合闸永磁铁围绕定铁芯的结构示意图。

图标：100-机械开关用快速磁力操动机构；110-壳体；111-第一端盖；112-第二端盖；113-定铁芯；114-动铁芯；115-第一端部；116-第二端部；117-电磁线圈；118-磁轭；119-合闸永磁铁；120-分闸永磁铁；121-第一凹槽；122-环形凸台；123-第二凹槽；124-第一导柱；125-第二导柱；126-喇叭口；127-运动气隙；128-永磁铁块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

如图1所示，本实施例提供的机械开关用快速磁力操动机构100，可用于柔性直流输电模块化设备的快速旁路，其包括：壳体110；

壳体110整体呈空心圆柱体结构，壳体110的两端具有开口，且壳体110两端分别具有第一端盖111和第二端盖112。第一端盖111和第二端盖112相对设置。

壳体110内设置有定铁芯113、动铁芯114、电磁线圈117、磁轭118、合闸永磁铁119以及分闸永磁铁120。

定铁芯113具有第一端面和第二端面。第一端盖111的内表面设置有第一凹槽121，定铁芯113靠近第一端盖111的端部嵌入第一凹槽121中。第一端面与第一凹槽121的底壁接触。

合闸永磁铁119呈环状，合闸永磁铁119套设在定铁芯113外，合闸永磁铁119的上表面与第一端盖111的内表面相接触。合闸永磁铁119的外圆周面与壳体110的内表面连接。

其中，合闸永磁铁119的磁场方向为径向向内，其N极靠近内圈即内侧，位于定磁铁方向，S极位于外侧，即靠近壳体110方向。

定铁芯113的靠近第一端盖111的端部的外圆周面设置有环形凸台122，环形凸台122与合闸永磁铁119伸入第一凹槽121部分的表面相接触。

通过环形凸台122与合闸永磁铁119上表面相接触的设计结构使得定铁芯113能够被稳定固定在第一端盖111，合闸永磁铁119可以起到固定的作用，将定铁芯113限定在靠近第一端盖111的位置。

分闸永磁铁120与第二端盖112的内表面连接。第一端盖111的内表面设置有第二凹槽123，分闸永磁铁120容置于第二凹槽123内。本实施例中，分闸永磁铁120呈圆饼状。

本实施例中，分闸永磁铁120的N极靠近动铁芯114，其S极靠近第二端盖112。

动铁芯114具有第一端部115和第二端部116，动铁芯114的第一端部115设置有第一导柱124，第一导柱124依次贯穿定铁芯113和第一端盖111且可相对于定铁芯113和第一端盖111作直线运动。

在实际的应用中，第一导柱124的上端可连接真空灭弧室动触头。

动铁芯114的第二端部116设置有第二导柱125，第二导柱125依次贯穿分闸永磁铁120和第二端盖112。

通过第一导柱124和第二导柱125的限位导向作用，可以使得动铁芯114在合闸的过程保持直线运动。

电磁线圈117设于动铁芯114的圆周面与壳体110之间，电磁线圈117位于合闸永磁铁119远离第一端盖111的一侧。

当电磁线圈117通电后，根据右手安培定则，线圈上下两端可形成磁场，进而将动铁芯114磁化。磁化后的动铁芯114根据其两端的磁极性质，可受到合闸永磁铁119和分闸永磁铁120的磁力作用(相吸或相斥)，进而发生相对于壳体110的运动。

磁轭118设于动铁芯114的圆周面与壳体110之间，磁轭118位于电磁线圈117远离合闸永磁铁119的一侧。磁轭118固定在壳体110的内侧壁上。第二导柱125依次贯穿分闸永磁铁120和第二端盖112。

定铁芯113以及动铁芯114的轴线重合。定铁芯113的高度大于第一凹槽121的深度与合闸永磁铁119的高度之和。

这样的结构设计可以使得，当动铁芯114往第一端盖111方向运动时，即合闸时，动铁芯114的端部可直接撞击在定铁芯113上，而不会与合闸永磁铁119发生碰撞。避免直接撞击导致合闸永磁铁119的破损，进而确保整个操动机构合闸能力能够长期的使用，提高其使用寿命。

如图5所示，合闸永磁铁119由多个呈弧形的永磁铁块128构成，多个永磁铁块128以形成环形结构的方式围绕定铁芯113。本实施例中，合闸永磁铁119由4个呈弧形的永磁铁块128构成。

当动铁芯114与分闸永磁铁120相贴近时，动铁芯114的第一端部115表面与定铁芯113之间具有合适的距离即运动气隙127。

以下对本实施例的机械开关用快速磁力操动机构100的工作过程作简要说明，如下。

如图2-图4所示，当电磁线圈117通电后，根据右手安培定则，电磁线圈117上下两端形成磁场，动铁芯114被磁化。当磁化的动铁芯114的第一端部115即相对图中的上端磁场与合闸永磁铁119极性相异时产生吸力(此时，动铁芯114的第二端部116的极性与分闸永磁铁120上表面的极性相同，产生斥力)，上下同时产生吸力和斥力。此时动铁芯114带动导柱，高速向上运动至上行程末端即动铁芯114的第一端部115的表面与定铁芯113的下表面相接触，完成合闸动作。当电磁线圈117通过反向电流时，同样根据安培右手定则，铁芯的运动方向与合闸动作相反，进而带动导柱向下快速运动至下行程末端即动铁芯114的第二端部116的表面与分闸永磁铁120的上表面相接触，完成分闸动作。

当本装置在合闸的状态下时，通过合闸永磁铁119对动铁芯114的吸力实现合闸位置保持，此时，由于合闸永磁铁119和电磁线圈117产生的磁场对动铁芯114的磁化作用，使动铁芯114的第二端部116的表面磁场与分闸永磁铁120相斥，确保了合闸位置的可靠性。当本装置在分闸状态下时，原理同上。

本装置在合、分闸位置时，依靠上、下两部分永磁铁保持，其特点是双保持、双稳态，合闸速度也得到大幅度提升。本实施例的机械开关用快速磁力操动机构100通过合理的设计永磁铁位置及磁场方向、动铁芯114及磁轭118形状，能够大大减小操动机构体积，增大灭弧室合闸位置触头压力，降低触头表面接触电阻，减少触头发热，同时能够保证机械开关动作的快速性。

为了增大动铁芯114与分闸永磁铁120之间的磁力作用，在一些实施例中，可将动铁芯114的第二端部116设计成在往分闸永磁铁120的方向上的截面面积递增的结构形式。

例如，在本实施例中，将动铁芯114的第二端部116设计成锥形结构，即动铁芯114的第二端部116的纵截面呈等腰梯形。

这样的结构设计可最大程度的增大合闸位置永磁铁的磁路面积，进而能够有效增大在动铁芯114在合闸位置时的保持力。

相应的，磁轭118靠近第二端部116的位置设置成喇叭口126，与第二端部116的形状相匹配，为动铁芯114的上行提供空间。当合闸时，磁轭118与动铁芯114的第二端部116的锥形表面相贴合。

需要说明的是，动铁芯114的第一端部115表面与定铁芯113底部之间的距离即运动气隙127高度，可根据实际使用需求进行设计。只要该距离满足如下要求即可：合闸到位时，动铁芯114的上端面与定铁芯113的底部接触，此时动铁芯114的第二端部116的锥面与磁轭118贴合。

当然，在其他的实施例中，也可以在动铁芯114的第二端部116设置呈圆柱体的端帽，端帽的截面面积大于第二端部116的截面面积。即动铁芯114整体呈倒T型。该结构设计也可增大合闸位置永磁铁的磁路面积，进而能够有效增大在动铁芯114在合闸位置时的保持力。

本实施例中，定铁芯113和动铁芯114采用软磁合金材质制成，第一端盖111采用非导磁材料制成，避免合闸永磁铁119磁短路，提高本实施例的操动机构出力效率。壳体110与第二端盖112采用电工纯铁制成。

另外，本实施例提供的机械开关用快速磁力操动机构还具有如下优点：

具有体积小、重量轻的特点，利于真空开关的小型化设计。

具有合闸速度快(<3ms)，合闸弹跳小的优点，特别适用于故障快速旁路的应用场合。

合闸位置保持力大(>2000N)，灭弧室触头压力大，能够保证在大电流通流情况下(>2500A)，灭弧室触头温升低于40℃。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机械开关用快速磁力操动机构，其特征在于，其包括：壳体；

所述壳体具有第一端盖，所述壳体内设置有定铁芯、动铁芯以及合闸永磁铁，所述定铁芯的第一端面贴近所述第一端盖的内表面，所述动铁芯的第一端部设置有第一导柱，所述第一导柱依次贯穿所述定铁芯和所述第一端盖且可相对于所述定铁芯和所述第一端盖作直线运动；

所述定铁芯与所述动铁芯的轴线重合；

所述合闸永磁铁呈环状，所述合闸永磁铁套设在所述定铁芯外，所述合闸永磁铁的上表面与所述第一端盖的内表面相接触。

2.根据权利要求1所述的机械开关用快速磁力操动机构，其特征在于，所述第一端盖的内表面设置有第一凹槽，所述定铁芯嵌入所述第一凹槽中，且所述定铁芯靠近所述第一端盖的外圆周面设置有环形突台，所述环形突台与所述合闸永磁铁的上表面相接触。

3.根据权利要求2所述的机械开关用快速磁力操动机构，其特征在于，所述定铁芯的高度大于所述第一凹槽的深度与所述合闸永磁铁的高度之和。

4.根据权利要求1-3任一项所述的机械开关用快速磁力操动机构，其特征在于，所述合闸永磁铁由多个呈弧形的永磁铁块构成，多个所述永磁铁块以形成环形结构的方式围绕所述定铁芯。

5.根据权利要求1-3任一项所述的机械开关用快速磁力操动机构，其特征在于，所述壳体还具有第二端盖，所述第二端盖与所述第一端盖相对设置，所述壳体内部设置分闸永磁铁，所述分闸永磁铁与所述第二端盖的内表面连接；所述动铁芯的第二端部设置有第二导柱，所述第二导柱依次贯穿所述分闸永磁铁和所述第二端盖。

6.根据权利要求5所述的机械开关用快速磁力操动机构，其特征在于，所述动铁芯的第二端部在往所述分闸永磁铁的方向上的截面面积递增。

7.根据权利要求6所述的机械开关用快速磁力操动机构，其特征在于，所述动铁芯的第二端部整体呈锥形，所述动铁芯的第二端部的纵截面呈等腰梯形。

8.根据权利要求5所述的机械开关用快速磁力操动机构，其特征在于，所述动铁芯的第二端部设置呈圆柱体的端帽，所述端帽的截面面积大于第二端部的截面面积。

9.根据权利要求1-3任一项所述的机械开关用快速磁力操动机构，其特征在于，所述壳体内还设置有电磁线圈，所述电磁线圈设于所述动铁芯的圆周面与所述壳体之间，所述电磁线圈位于所述合闸永磁铁远离所述第一端盖的一侧。

10.根据权利要求9所述的机械开关用快速磁力操动机构，其特征在于，所述壳体内还设置有磁轭，所述磁轭设于所述动铁芯的圆周面与所述壳体之间，所述磁轭位于所述电磁线圈远离所述合闸永磁铁的一侧。