CN110853946B - 一种双磁路直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构 - Google Patents
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Abstract
一种双磁路直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构，包括导磁回路部分、电磁驱动部分、传动部分、稳态保持部分和供电部分；导磁回路部分包括由铁磁材料制成的轭铁上盖板、轭铁主体和导磁衬套；电磁驱动部分包括电磁线圈、非导磁材料制成的线圈骨架和导磁材料制成的动铁芯；传动部分包括机构内十字连杆及其底部紧固件；稳态保持部分包括分闸弹簧和分闸助力永磁体组合；供电部分包括电磁线圈引出线和供电双电源；本发明首先通过双电源供电减小电磁机构在合闸保持位置的功率损耗；其次通过双励磁回路设计，在铁芯底部施加永磁体助力，利用永磁体吸力随气隙增大急速衰减的原理，使得在合闸阶段不增大电磁机构负担的同时在分闸阶段增大电磁机构分闸速度。
Description
技术领域
本发明涉及开关电器领域，具体涉及一种双磁路直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构。
背景技术
开关电器是电网安全稳定运行的重要保护装置，承担着确保电能传输的通断、转换等任务，当电网系统出现故障时自动实现故障与电网的分离减小故障危及范围。而电磁机构则是承担和实现开关电器通断的重要装置，电磁机构故名思意即为一种由电磁力作为主要驱动力的合分闸装置，电磁机构一般为单稳态，即分闸稳态。在电磁线圈未通电的情况下电磁机构处于分闸状态使得开关处于断开状态；当电磁线圈通电后在电磁吸力作用下，电磁机构处于合闸状态使得开关处于闭合状态。
然而传统的电磁机构往往体积较大，且在吸合位置时电磁吸力很大裕量很多，因此对于电能有很大程度的浪费；而且为了减少线圈负担，对于分闸反力和吸力的配合往往因不同的开关选择刚刚配合好的数值组合，对于不同的开关以及不同的安装方式下容易出现无法保持分闸稳态的情况，且分闸速度较慢，以上这些情况对于开关电器来说十分不利。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，结合前期大量的研究和试验积累，本发明的目的在于提出一种双磁路直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构，通过双磁路的设计，实现了合闸和分闸过程的磁路分离，在永磁体作用下极大地减小了电磁机构在合闸稳态时的电能消耗，并且提高了电磁机构的分闸速度。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种双磁路直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构，包括导磁回路部分、电磁驱动部分、传动部分、稳态保持部分和供电部分；
所述导磁回路部分包括由铁磁材料制成的轭铁上盖板2、轭铁主体6以及导磁衬套8，所述轭铁上盖板2位于轭铁主体6之上与轭铁主体6通过紧固件或者焊接相连，所述导磁衬套8位于轭铁主体6下方内部与轭铁主体6通过紧固件或者焊接相连接；所述电磁驱动部分包括电磁线圈5、非导磁材料制成的线圈骨架3和导磁材料制成的动铁芯7，所述线圈骨架3位于电磁线圈5和导磁衬套8之间，动铁芯7位于线圈骨架3内；所述电磁线圈5通电后所产生磁场通过导磁衬套8、轭铁主体6、轭铁上盖板2、空气及动铁芯7产生电磁吸力吸引动铁芯7运动；所述传动部分包括位于动铁芯7内的十字连杆1及其底部紧固件9，所述十字连杆1与动铁芯7由紧固件9相紧固连接为一个运动整体；所述稳态保持部分包括套接在十字连杆1上的分闸弹簧4、位于轭铁主体6底部的非导磁框架10和位于非导磁框架10中心的分闸助力永磁体11，所述分闸助力永磁体11嵌入非导磁框架10中，分闸助力永磁体11沿动铁芯7运动方向充磁；所述供电部分包括电磁线圈引出线12和供电双电源13；所述供电双电源13通过电磁线圈引出线12与电磁线圈5连接。
通过对导磁材料制成的动铁芯7与轭铁上盖板2、轭铁主体6以及导磁衬套8的相对位置配合设计，在合闸运动和合闸保持以及分闸运动和保持阶段，分别形成了电磁线圈磁力线回路和永磁体磁力线回路。
当电磁机构向上进行合闸运动时，电磁线圈磁力线回路产生主要作用，由供电双电源13中的高电压等级电源供电使得电磁线圈5通电产生的电磁吸力克服分闸助力永磁体11和分闸弹簧4的反力实现动铁芯7和十字连杆1的合闸运动；当电磁机构达到吸合状态，此时气隙很小电磁吸力很大，切换供电双电源13中的小电压等级电源给电磁线圈5供电，在较低功耗下提供合闸保持力；当电磁机构向下进行分闸运动时电磁线圈5断电，永磁体磁力线回路产生作用，在分闸弹簧4和分闸助力永磁体11的共同作用下使得动铁芯7和十字连杆1向下运动，实现分闸操作，并有效提升分闸速度。
所述动铁芯7沿十字连杆1轴向方向进行分合闸运动。
所述分闸助力永磁体11直径小于等于动铁芯7直径。
所述导磁回路部分包括由铁磁材料制成的轭铁上盖板2、轭铁主体6以及导磁衬套8为一体化制作或为分体化制作。
所述供电双电源13为直流电源和交流电源的任意组合。
所述分闸弹簧4为具有类似弹簧特性的机械结构。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明通过双电源供电方式，极大地减小了电磁机构在合闸稳态时的电能消耗；
2.本发明通过导磁材料零件的结构配合设计，在双磁路的设计中，实现了合闸和分闸过程的磁路分离，避免了永磁体在机构合闸位置的阻碍作用。
3.本发明通过增设分闸助力永磁体，确保了电磁机构断电后保持分闸，并且提高了电磁机构的分闸速度。
附图说明
图1为本发明的一种双磁路直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构结构剖视图；
图2为本发明的导磁回路部分剖视图；
图3为本发明的电磁部分剖视图；
图4为本发明的传动部分剖视图；
图5为本发明的稳态保持部分及其连接部件的剖视图；
图6为本发明电磁机构稳态合闸位置剖视图；
图7为本发明的双电源供电电磁线圈电路示意图；
图8为本发明在未通电时分闸助力永磁体在分闸位置磁力线示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
图1为本发明的一种双磁路直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构结构剖视图。一种双磁路直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构，该直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构包括导磁回路部分(2、6、8)、电磁驱动部分(3、5、7)、传动部分(1、9)、稳态保持部分(4、10、11)和供电部分(12、13)。
图2为本发明的导磁回路部分剖视图，磁回路部分包括由铁磁材料制成的轭铁上盖板2、轭铁主体6以及导磁衬套8；所述轭铁上盖板2位于轭铁主体6之上与轭铁主体6通过紧固件或者焊接相连；所述导磁衬套8位于轭铁主体6下方内部与轭铁主体6通过紧固件或者焊接相连接。
图3为本发明电磁部分剖视图，所述电磁驱动部分包括电磁线圈5、非导磁材料制成的线圈骨架3和导磁材料制成的动铁芯7；所述线圈骨架3位于电磁线圈5和导磁衬套8之间，动铁芯7位于线圈骨架3内；所述电磁线圈5通电后所产生磁场通过导磁衬套8、轭铁主体6、轭铁上盖板2、空气及动铁芯7产生电磁吸力吸引动铁芯7运动。
图4为本发明传动部分剖视图，所述传动部分包括机构内十字连杆1及其底部紧固件9；所述十字连杆1与动铁芯7由紧固件9相紧固连接为一个运动整体；所述稳态保持部分包括套接在十字连杆1上的分闸弹簧4、位于轭铁主体6底部的非导磁框架10和位于非导磁框架10中心的分闸助力永磁体11。
图5为本发明稳态保持部分结构剖视图，所述分闸助力永磁体11嵌入非导磁框架10中，分闸助力永磁体11沿动动铁芯7运动方向充磁；所述供电部分包括电磁线圈引出线12和供电双电源13；所述供电双电源13通过电磁线圈引出线12与电磁线圈5连接。
图6为本发明电磁机构稳态合闸位置剖视图，所述合闸位置具体表现为动铁芯7与轭铁上盖板2紧密贴合，且分闸簧4处于压缩状态。在此种状态下，电磁线圈磁力线回路中的气隙较小，在运动中起主导作用。
图7为本发明的双电源供电电磁线圈电路示意图，由高电压电源和低电压电源并联而成，合闸初期由高电压电源供电实现快速合闸，当完成合闸操作即处于合闸状态时，转而由低电压电源持续供电实现合闸保持低损耗。
图8为本发明在未通电时分闸助力永磁体在分闸位置磁力线示意图。在此种状态下，电磁线圈磁力线回路中的气隙较小，分闸助力永磁体11起主要作用，在与分闸簧4的一起作用下，实现分闸，有效提升分闸速度。
作为本发明的优选实施方式，所述动铁芯7沿十字连杆1轴向方向进行分合闸运动；所述分闸助力永磁体11直径小于等于动铁芯7直径，实现永磁体磁力线回路作用范围的有效控制；所述导磁回路部分包括由铁磁材料制成的轭铁上盖板2、轭铁主体6以及导磁衬套8可以为一体化制作也可以为分体化制作；所述供电双电源13可以为直流电源和交流电源的任意组合；所述分闸弹簧4可以为任意具有类似弹簧特性的机械结构等。
当电磁机构向上合闸运动时由供电双电源13中的高电压等级电源供电使得电磁线圈5通电产生的电磁吸力克服分闸助力永磁体11和分闸弹簧4的反力实现动铁芯7和十字连杆1的合闸运动，此时动铁芯7与轭铁上盖板2紧密贴合，且分闸簧4处于压缩状态；当电磁机构吸合，此时气隙很小电磁吸力很大，切换供电双电源13中的小电压等级电源给电磁线圈5供电提供合闸保持力以减小合闸保持时的电能消耗；当电磁机构向下分闸运动时电磁线圈5断电，在分闸弹簧4和分闸助力永磁体11的共同作用下实现快速稳定分闸；本发明利用永磁体吸力随气隙增大快速衰减的原理，在很少增加电磁机构本身的合闸负担前提下实现稳定快速分闸。
本发明提出的一种双磁路直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构，相比传统电磁机构具有两方面的优势：一方面，本发明通过双电源供电方式，极大地减小了电磁机构在合闸稳态时的电能消耗；另一方面，本发明通过双磁路设计，增设分闸助力永磁体，确保了电磁机构断电后保持稳定分闸，并且提高了电磁机构的分闸速度；此外，本发明结构简单，易于装配。
本发明不局限于上述优选实施方式，本领域的技术人员可以根据本发明的教导对本发明的一种双磁路直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构做出修改和变化。所有这些修改和变化均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种双磁路直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构，其特征在于：包括导磁回路部分、电磁驱动部分、传动部分、稳态保持部分和供电部分；
所述导磁回路部分包括由铁磁材料制成的轭铁上盖板(2)、轭铁主体(6)以及导磁衬套(8)，所述轭铁上盖板(2)位于轭铁主体(6)之上与轭铁主体(6)通过紧固件或者焊接相连，所述导磁衬套(8)位于轭铁主体(6)下方内部与轭铁主体(6)通过紧固件或者焊接相连接；所述电磁驱动部分包括电磁线圈(5)、非导磁材料制成的线圈骨架(3)和导磁材料制成的动铁芯(7)，所述线圈骨架(3)位于电磁线圈(5)和导磁衬套(8)之间，动铁芯(7)位于线圈骨架(3)内；所述电磁线圈(5)通电后所产生磁场通过导磁衬套(8)、轭铁主体(6)、轭铁上盖板(2)、空气及动铁芯(7)产生电磁吸力吸引动铁芯(7)运动；所述传动部分包括位于动铁芯(7)内的十字连杆(1)及其底部紧固件(9)，所述十字连杆(1)与动铁芯(7)由紧固件(9)相紧固连接为一个运动整体；所述稳态保持部分包括套接在十字连杆(1)上的分闸弹簧(4)、位于轭铁主体(6)底部的非导磁框架(10)和位于非导磁框架(10)中心的分闸助力永磁体(11)，所述分闸助力永磁体(11)嵌入非导磁框架(10)中，分闸助力永磁体(11)沿动铁芯(7)运动方向充磁；所述供电部分包括电磁线圈引出线(12)和供电双电源(13)；所述供电双电源(13)通过电磁线圈引出线(12)与电磁线圈(5)连接；
通过对导磁材料制成的动铁芯(7)与轭铁上盖板(2)、轭铁主体(6)以及导磁衬套(8)的相对位置配合设计，在合闸运动和合闸保持以及分闸运动和保持阶段，分别形成了电磁线圈磁力线回路和永磁体磁力线回路；
当电磁机构向上进行合闸运动时，电磁线圈磁力线回路产生主要作用，由供电双电源(13)中的高电压等级电源供电使得电磁线圈(5)通电产生的电磁吸力克服分闸助力永磁体(11)和分闸弹簧(4)的反力实现动铁芯(7)和十字连杆(1)的合闸运动；当电磁机构达到吸合状态，此时气隙很小电磁吸力很大，切换供电双电源(13)中的小电压等级电源给电磁线圈(5)供电，在较低功耗下提供合闸保持力；当电磁机构向下进行分闸运动时，电磁线圈(5)断电，永磁体磁力线回路产生作用，在分闸弹簧(4)和分闸助力永磁体(11)的共同作用下使得动铁芯(7)和十字连杆(1)向下运动，实现分闸操作，并有效提升分闸速度。
2.根据权利要求1所述的一种双磁路直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构，其特征在于：所述动铁芯(7)沿十字连杆(1)轴向方向进行分合闸运动。
3.根据权利要求1所述的一种双磁路直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构，其特征在于：所述分闸助力永磁体(11)直径小于等于动铁芯(7)直径。
4.根据权利要求1所述的一种双磁路直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构，其特征在于：所述导磁回路部分包括由铁磁材料制成的轭铁上盖板(2)、轭铁主体(6)以及导磁衬套(8)为一体化制作或为分体化制作。
5.根据权利要求1所述的一种双磁路直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构，其特征在于：所述供电双电源(13)为直流电源和交流电源的任意组合。
6.根据权利要求1所述的一种双磁路直动式低功耗永磁体分闸助力电磁机构，其特征在于：所述分闸弹簧(4)为具有类似弹簧特性的机械结构。
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