CN108400056B - 一种基于双线圈单稳态永磁机构的直流断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压器件的技术领域，公开了一种基于双线圈单稳态永磁机构的直流断路器，包括真空灭弧室，该真空灭弧室的内部自上而下设置有静触头、动触头，该动触头的底面与动导电杆相连，动导电杆通过弹簧助力机构与双线圈斥力机构相连，双线圈斥力机构通过分闸保持弹簧与永磁机构相连，永磁机构的下方设置有分闸缓冲器；分闸保持弹簧用于提供分闸保持力，永磁机构用于提供合闸保持力，弹簧助力机构用于合闸时提供合闸辅助力，增加动触头和静触头的接触压力，双线圈斥力机构用于通过电磁感应，提供分闸的起始作用力和合闸的起始作用力，分闸缓冲器用于吸收分闸过程中多余的动能。本发明的直流断路器，简单可靠、便于应用，具有良好的市场推广价值。

Description

一种基于双线圈单稳态永磁机构的直流断路器

技术领域

本发明涉及高压器件的技术领域，尤其涉及一种基于双线圈单稳态永磁机构的直流断路器。

背景技术

真空灭弧室式的直流断路器一般采用碟簧保持和双稳态弹簧保持结构，在直流断路器快速分合的工况下，弹簧做功比较多，会造成动静触头变形大，从而导致真空灭弧室的动触头及电磁斥力机构的合闸位置发生变动，一毫米的合闸位置变动会导致电磁斥力约有10％的差异，对单台直流断路器的一致性和多台直流断路器的同期性造成较大影响，同时还会对分合闸缓冲器提供较高的要求。具体表现如下：

碟簧保持机构的制造工艺难以保证，机械寿命不高，高速翻转形态不确定，合闸保持作用力在合闸过程中所作无用功偏多，合闸引起刚合点速度偏高，动静触头墩粗严重，合闸弹跳偏大，触头烧蚀严重，而双稳态弹簧保持机构的合闸保持作用力也存在同样的问题。

因此，必须综合考虑多种因素来解决直流断路器的真空灭弧室在合闸过程中的触头变形问题。

发明内容

本发明提供一种基于双线圈单稳态永磁机构的直流断路器，解决了采用碟簧保持和双稳态弹簧保持结构的直流断路器，其合闸引起刚合点速度偏高，动静触头墩粗严重，合闸弹跳偏大，触头烧蚀严重等问题。

本发明可以通过以下技术方案实现：

一种基于双线圈单稳态永磁机构的直流断路器，包括真空灭弧室，所述真空灭弧室的内部自上而下设置有静触头、动触头，所述动触头的底面与动导电杆相连，所述动导电杆通过弹簧助力机构与双线圈斥力机构相连，所述双线圈斥力机构通过分闸保持弹簧与永磁机构相连，所述永磁机构的下方设置有分闸缓冲器；所述分闸保持弹簧用于提供分闸保持力，所述永磁机构用于提供合闸保持力，所述弹簧助力机构用于合闸时提供合闸辅助力，增加动触头和静触头的接触压力，所述双线圈斥力机构用于通过电磁感应，提供分闸的起始作用力和合闸的起始作用力，所述分闸缓冲器用于吸收分闸过程中多余的动能。

进一步，所述双线圈斥力机构包括自上而下依次固定设置的上导向板、分闸线圈、合闸线圈和下导向板，所述分闸线圈、合闸线圈之间设置有斥力盘，所述斥力盘的中心贯穿设置有长连杆，所述长连杆的上端依次穿过分闸线圈、上导向板的中心与弹簧助力机构相连，下端依次穿过合闸线圈、下导向板的中心，通过分闸保持弹簧与永磁机构相连，所述长连杆与斥力盘固定连接，且能够沿上导向板、分闸线圈、合闸线圈、下导向板的中心线滑动。

进一步，所述永磁机构包括自上而下设置的静铁心和动铁心，所述静铁心固定设置，所述长连杆贯穿所述静铁心、动铁心的中心，且与所述动铁心固定连接，能够带动所述动铁心相对静铁心运动，所述长连杆的底端下方设置有分闸缓冲器。

进一步，所述静铁心或者动铁心采用永磁铁。

进一步，所述弹簧助力机构包括短连杆，所述短连杆的下端与长连杆固定连接，上端套设在动导电杆下端的外侧，所述短连杆上端的侧壁设置有通孔，所述动导电杆的下端设置有长腰孔，所述短连杆与动导电杆通过圆柱销贯穿通孔和长腰孔进行连接，所述动导电杆下端套装有触头弹簧，所述触头弹簧卡在短连杆的顶部和动导电杆的内缩台阶之间，且始终处于压缩状态。

进一步，所述触头弹簧采用碟簧或圆柱螺旋弹簧或波簧。

进一步，所述分闸保持弹簧的一端抵在下导向板的底面，另一端抵在长连杆的外延台阶上，且始终处于压缩状态。

进一步，所述斥力盘的外径小于等于分闸线圈、合闸线圈的外径。

进一步，所述分闸保持弹簧采用碟簧或圆柱螺旋弹簧或波簧。

本发明有益的技术效果如下：

通过双线圈斥力机构提供合闸的起始作用力，而此时永磁机构并没有开始起作用，也不会产生多余的功，在合闸的起始作用力消失后，永磁机构才会提供合闸保持力，并借助在与动触头相连的动导电杆下端设置弹簧助力机构和分闸保持弹簧的弹力，降低了动触头向上运动的速度，在一定程度上有效抑制了动静触头的墩粗，减小了合闸弹跳，避免了触头的烧蚀，同时，借助弹簧助力机构中的圆柱销和长腰孔的配合，进一步增加了触头弹簧的压缩量，保障了静触头和动触头的接触压力，提供了安全可靠的合闸性能，提高了直流断路器的使用寿命，从而节约生产成本，提高经济效益。另外，整个装置的结构简单，加工方便，便于大规模的生产制造。

附图说明

图1为本发明的分闸时的轴向剖视图；

图2为本发明的合闸时的轴向剖视图；

图3为本发明的短连杆的轴向剖视图；

图4为本发明的动导电杆的轴向剖视图；

其中，1-真空灭弧室，101-静触头，102-动触头，2-动导电杆，201-内缩台阶，202-长腰孔，3-分闸保持弹簧，4-分闸缓冲器，5-上导向板，6-分闸线圈，7-合闸线圈，8-下导向板，9-斥力盘，10-长连杆，1001-外延台阶，11-静铁心，12-动铁心，13-短连杆，1301-通孔，14-圆柱销，15-触头弹簧。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1和2所示，本发明提供了一种基于双线圈单稳态永磁机构的直流断路器，包括真空灭弧室1，该真空灭弧室的内部自上而下设置有静触头101、动触头102，该动触头102的底面与动导电杆2相连，该动导电杆2通过弹簧助力机构与双线圈斥力机构相连，该双线圈斥力机构通过分闸保持弹簧3与永磁机构相连，该永磁机构的下方设置有分闸缓冲器4；该分闸保持弹簧3用于提供分闸保持力，该永磁机构用于提供合闸保持力，该弹簧助力机构用于合闸时提供合闸辅助力，增加动触头102和静触头101的接触压力，该双线圈斥力机构用于通过电磁感应，提供分闸的起始作用力和合闸的起始作用力，该分闸缓冲器4用于吸收分闸过程中多余的动能。

该双线圈斥力机构包括自上而下依次固定设置的上导向板5、分闸线圈6、合闸线圈7和下导向板8，该分闸线圈6、合闸线圈7之间设置有斥力盘9，该斥力盘9的中心贯穿设置有长连杆10，该长连杆10的上端依次穿过分闸线圈6、上导向板5的中心与弹簧助力机构相连，下端依次穿过合闸线圈7、下导向板8的中心，通过分闸保持弹簧3与永磁机构相连，该长连杆10与斥力盘9固定连接，且能够沿上导向板5、分闸线圈6、合闸线圈7、下导向板8的中心线滑动。

该分闸保持弹簧4可采用碟簧或圆柱螺旋弹簧或波簧，其一端抵在下导向板8的底面，另一端抵在长连杆10的外延台阶1001上，且始终处于压缩状态。

该斥力盘9的外径小于等于分闸线圈6、合闸线圈7的外径，优选三者的外径相等，从而可以更充分地利用通电后分闸线圈6或合闸线圈7与斥力盘9的磁场作用，推动斥力盘9连带长连杆10快速完成分合闸操作。

该永磁机构包括自上而下设置的静铁心11和动铁心12，其中之一为永磁铁，该静铁心11固定设置，该长连杆10贯穿所述静铁心11、动铁心12的中心，且与动铁心12固定连接，能够带动动铁心12相对静铁心11运动，该长连杆10的底端下方设置有分闸缓冲器4。

该弹簧助力机构包括短连杆13，如图3所示，该短连杆13的下端与长连杆10固定连接，可以采用螺纹配合固定，上端套设在动导电杆2下端的外侧，该短连杆13上端的侧壁设置有通孔1301，该动导电杆2的下端设置有长腰孔202，如图4所示，该短连杆13与动导电杆2通过圆柱销14贯穿通孔和长腰孔进行连接，该动导电杆2下端套装有触头弹簧15，该触头弹簧15卡在短连杆13的顶部和动导电杆2的内缩台阶201之间，且始终处于压缩状态。

该触头弹簧15也可采用碟簧或圆柱螺旋弹簧或波簧。

本发明的工作原理如下：

分闸时，分闸线圈6通以脉冲电流，在斥力盘9中感应出与分闸线圈6中的电流方向相反的涡流，从而产生斥力即分闸的起始作用力，推动斥力盘9向下运动，带动与之固定连接的长连杆10向下运动，进而带动动触头102向远离静触头101的方向运动，带动动铁心12也向远离静铁心11的方向运动，两者之间不会产生吸力，直至长连杆10的底端接触到分闸缓冲器4，达到有效开距，但是由于惯性，长连杆10会进行向下运动，这样，多余的动能就会被分闸缓冲器4吸收掉，然后，由于分闸保持弹簧4和弹簧助力机构中的触头弹簧15始终处于压缩状态，产生持续向下的弹力，直至与分闸缓冲器4对长连杆10向上的作用力达到平衡，从而使长连杆10带动动触头102保持在固定位置，完成分闸操作。

合闸时，合闸线圈7通以脉冲电流，在斥力盘9中感应出与合闸线圈7中的电流方向相反的涡流，从而产生斥力即合闸的起始作用力，推动斥力盘9向上运动，带动与之固定连接的长连杆10向上运动，进而带动动触头102向靠近静触头101的方向运动，带动动铁心12也向靠近静铁心11的方向运动，直至动触头102与静触头101接触，而此时动铁心12也与静铁心11足够靠近，两者之间产生向上的吸力，促使与动铁心12固定连接的长连杆10带动动触头102继续向静触头101运动，为了保证静触头101和动触头102之间足够的接触压力，长连杆10带动与之固定连接的短连杆13继续向上运动，直至与之相连的圆柱销14接近抵达动导电杆的长腰孔的顶端，完成对触头弹簧15的进一步压缩，从而触头弹簧15产生较大的向下弹力，此时，分闸保持弹簧3也会被进一步压缩，产生较大的向下弹力，这样，动铁心12与静铁心11之间需要产生更大的向上吸力来和分闸保持弹簧3的向下弹力、触头弹簧15的向下弹力相平衡，从而也使动触头102更加靠近静触头101，保障了两者之间的接触压力，完成合闸操作，同时，由于分闸保持弹簧3和触头弹簧15在整个合闸过程中始终处于压缩状态，始终有向下弹力，一定程度上减小了动触头102向上运动的速度，有效抑制触头弹跳和变形。

本发明通过双线圈斥力机构提供合闸的起始作用力，而此时永磁机构并没有开始起作用，也不会产生多余的功，在合闸的起始作用力消失后，永磁机构才会提供合闸保持力，并借助在与动触头相连的动导电杆下端设置弹簧助力机构和分闸保持弹簧的弹力，降低了动触头向上运动的速度，在一定程度上有效抑制了动静触头的墩粗，减小了合闸弹跳，避免了触头的烧蚀，同时，借助弹簧助力机构中的圆柱销和长腰孔的配合，进一步增加了触头弹簧的压缩量，保障了静触头和动触头的接触压力，提供了安全可靠的合闸性能，提高了直流断路器的使用寿命，从而节约生产成本，提高经济效益。另外，整个装置的结构简单，加工方便，便于大规模的生产制造，具有良好的市场推广价值。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种基于双线圈单稳态永磁机构的直流断路器，包括真空灭弧室，所述真空灭弧室的内部自上而下设置有静触头、动触头，所述动触头的底面与动导电杆相连，其特征在于：所述动导电杆通过弹簧助力机构与双线圈斥力机构相连，所述双线圈斥力机构通过分闸保持弹簧与永磁机构相连，所述永磁机构的下方设置有分闸缓冲器；所述分闸保持弹簧用于提供分闸保持力，所述永磁机构用于提供合闸保持力，所述弹簧助力机构用于合闸时提供合闸辅助力，增加动触头和静触头的接触压力，所述双线圈斥力机构用于通过电磁感应，提供分闸的起始作用力和合闸的起始作用力，所述分闸缓冲器用于吸收分闸过程中多余的动能，

所述双线圈斥力机构包括自上而下依次固定设置的上导向板、分闸线圈、合闸线圈和下导向板，所述分闸线圈、合闸线圈之间设置有斥力盘，所述斥力盘的中心贯穿设置有长连杆，所述长连杆的上端依次穿过分闸线圈、上导向板的中心与弹簧助力机构相连，下端依次穿过合闸线圈、下导向板的中心，通过分闸保持弹簧与永磁机构相连，所述长连杆与斥力盘固定连接，且能够沿上导向板、分闸线圈、合闸线圈、下导向板的中心线滑动，

所述分闸保持弹簧的一端抵在下导向板的底面，另一端抵在长连杆的外延台阶上，且始终处于压缩状态。

2.根据权利要求1所述的基于双线圈单稳态永磁机构的直流断路器，其特征在于：所述永磁机构包括自上而下设置的静铁心和动铁心，所述静铁心固定设置，所述长连杆贯穿所述静铁心、动铁心的中心，且与所述动铁心固定连接，能够带动所述动铁心相对静铁心运动，所述长连杆的底端下方设置有分闸缓冲器。

3.根据权利要求2所述的基于双线圈单稳态永磁机构的直流断路器，其特征在于：所述静铁心或者动铁心采用永磁铁。

4.根据权利要求1所述的基于双线圈单稳态永磁机构的直流断路器，其特征在于：所述弹簧助力机构包括短连杆，所述短连杆的下端与长连杆固定连接，上端套设在动导电杆下端的外侧，所述短连杆上端的侧壁设置有通孔，所述动导电杆的下端设置有长腰孔，所述短连杆与动导电杆通过圆柱销贯穿通孔和长腰孔进行连接，所述动导电杆下端套装有触头弹簧，所述触头弹簧卡在短连杆的顶部和动导电杆的内缩台阶之间，且始终处于压缩状态。

5.根据权利要求4所述的基于双线圈单稳态永磁机构的直流断路器，其特征在于：所述触头弹簧采用碟簧或圆柱螺旋弹簧或波簧。

6.根据权利要求1所述的基于双线圈单稳态永磁机构的直流断路器，其特征在于：所述斥力盘的外径小于等于分闸线圈、合闸线圈的外径。

7.根据权利要求1-6之一所述的基于双线圈单稳态永磁机构的直流断路器，其特征在于：所述分闸保持弹簧采用碟簧或圆柱螺旋弹簧或波簧。

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