CN111415830B - 一种电磁斥力操动机构及使用该电磁斥力操动机构的开关 - Google Patents

Abstract

本发明属于电开关、继电器、紧急保护装置领域，具体涉及一种电磁斥力操动机构及使用该电磁斥力操动机构的开关。所述电磁斥力操动机构采用多个加速线圈通电产生的磁场，对斥力盘产生电磁斥力的作用，从而斥力盘开始加速运动同时带动与斥力盘固定连接的开关动触头传动连接的传动拉杆。这样使斥力盘和传动拉杆始终处于加速状态，从而提高了斥力盘的运动速度，带动了传动拉杆的运动，进而提高快速机械开关的分合闸速度。

Description

一种电磁斥力操动机构及使用该电磁斥力操动机构的开关

技术领域

本发明属于电开关、继电器、紧急保护装置领域，具体涉及一种电磁斥力操动机构及使用该电磁斥力操动机构的开关。

背景技术

由于传统的机械式高压直流断路器的开断速度较慢，无法满足高电压高电流输电工程对短路故障快速开断的需要。电力电子开关响应速度较快，但其通态损耗过大，耐压能力低。为提升断路器的开断速度，发明了各种快速开关，例如授权公告号为CN205723330U、授权公告日期为2016.11.23的中国实用新型专利公开了一种基于永磁机构的保持的快速开关。这种快速开关主要由永磁保持部分和电磁斥力操动部分组成，永磁部分提供分合闸保持力，电磁操动部分提供电电磁斥力驱动斥力盘运动从而达到分合闸的目的。这种电磁斥力操动部分依靠分合闸线圈驱动斥力盘，当斥力盘远离分合闸线圈时，斥力盘所受到的电磁斥力减小，不能够使斥力盘速度更快的到达分合闸位置，无法满足高电压高电流输电工程对短路故障快速开断的需要。当通过增大分合闸线圈中的电流以提高斥力盘的运动速度时，其损耗太大，并且容易发生安全事故，不适于实用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁斥力操动机构，用于解决目前快速开关无法满足高电压高电流输电工程对短路故障快速开断的问题。本发明的目的还在于提供一种使用该电磁斥力传动机构的开关。

为实现上述目的，本发明电磁斥力操动机构的技术方案是：一种电磁斥力操动机构包括用于与开关动触头传动连接的传动拉杆，传动拉杆上固定设置有斥力盘，电磁斥力操动机构还包括设置在斥力盘轴向两侧的分闸线圈和合闸线圈，所述电磁斥力操动机构还包括至少一个加速线圈，所述加速线圈位于分、合闸线圈之间，加速线圈通入电流能够对斥力盘提供轴向电磁斥力。

有益效果：这样斥力盘受到电磁斥力作用做加速运动，提高了斥力盘的运动速度，带动了传动拉杆的运动，进而提高快速机械开关的分合闸速度。

在设置加速线圈时，为了能够让加速线圈所产生的磁场的磁感线更多的穿过斥力盘，将加速线圈包围在斥力盘外侧而在其内部形成供斥力盘轴向动作的移动通道。这样能够最大化的受到电磁斥力作用，斥力盘受到的电磁斥力最大并且能够提高电磁斥力作用力效率。

那么当斥力盘在加速线圈内移动时，还可以进一步得到优化的方案，即加速线圈有多个，且在斥力盘的轴向并排设置而在斥力盘运动到不同轴向位置时依次对斥力盘提供轴向电磁斥力。这样通过多个加速线圈提供的电磁斥力作用，使斥力盘处于多级加速的状态，这样能够加快斥力盘运动速度，从而电磁斥力操动机构能够提高分合闸的速度。

为了进一步提高斥力盘的运动速度，那么将相邻两个加速线圈贴合设置这样能够设置更多的加速线圈，使斥力盘在任何不同的轴向位置上受到电磁斥力作用。这样当斥力盘在通道内运动时，一直受到电磁斥力的作用，一直处于最大加速度的加速状态。从而能够提高电磁斥力操动机构分合闸速度。

为了斥力盘在加速线圈形成的移动通道内能够顺利的运动，同时保证斥力盘受到最大的电磁斥力作用，尽可能的加大斥力盘的直径，使加速线圈形成的移动通道的内直径略大于斥力盘的直径，使斥力盘和加速线圈之间留有缝隙。这样能够避免不必要的故障，还能高效的利用电磁斥力。

为了给处于斥力盘径向对应位置的加速线圈通电，还可以在电磁斥力操动机构中设置用于检测斥力盘轴向位置的位置传感器以及与所述的位置传感器通讯连接的控制器，所述控制器还与各个加速线圈控制连接以在位置传感器检测到斥力盘运动到相应加速线圈时，控制对应的加速线圈通电并提供给斥力盘轴向电磁斥力。位置传感器确定斥力盘的位置然后通过控制器控制加速线圈的通电。这样能够简单有效地传递信号，能够方便的控制加速线圈的通电。

将位置传感器设置在分闸线圈背向合闸线圈的轴向一侧或合闸线圈背向分闸线圈的轴向一侧。这样相对于布置在分合闸线圈轴向垂直两侧能够减少位置传感器的使用数目降低安装难度和生产成本，同时能够简单的实现对控制器的信号输送。

为了给处于斥力盘径向对应位置的加速线圈通电，还可以在电磁斥力操动机构中设置用于检测斥力盘轴向位置的时间测量仪以及与所述的时间测量仪通讯连接的控制器，所述控制器还与各个加速线圈控制连接以在时间测量仪检测到斥力盘运动到相应加速线圈时，控制对应的加速线圈通电并提供给斥力盘轴向磁力。时间测量仪通过每个时间点斥力盘所在的位置，确定斥力盘的位置然后通过控制器控制对应的加速线圈通电。这样能够简单有效地传递信号，能够方便的控制加速线圈的通电。

本发明的一种开关的技术方案是：一种开关，包括断口结构和驱动断口结构的动触头动作的电磁斥力操动机构，所述电磁斥力操动机构包括用于与开关动触头传动连接的传动拉杆，传动拉杆上固定设置有斥力盘，电磁斥力操动机构还包括设置在斥力盘轴向两侧的分闸线圈和合闸线圈，所述电磁斥力操动机构还包括至少一个加速线圈，所述加速线圈位于分、合闸线圈之间，加速线圈通入电流能够对斥力盘提供轴向电磁斥力。这样斥力盘受到电磁斥力作用做加速运动，提高了斥力盘的运动速度，带动了传动拉杆的运动，进而提高快速机械开关的分合闸速度。

在设置加速线圈时，为了能够让加速线圈所产生的磁场的磁感线更多的穿过斥力盘，将加速线圈包围在斥力盘外侧而在其内部形成供斥力盘轴向动作的移动通道。这样能够最大化的受到电磁斥力作用，斥力盘受到的电磁斥力最大并且能够提高电磁斥力作用力效率。

那么当斥力盘在加速线圈内移动时，还可以进一步得到优化的方案，即加速线圈有多个，且在斥力盘的轴向并排设置而在斥力盘运动到不同轴向位置时依次对斥力盘提供轴向电磁斥力。这样通过多个加速线圈提供的电磁斥力作用，使斥力盘处于多级加速的状态，这样能够加快斥力盘运动速度，从而电磁斥力操动机构能够提高分合闸的速度。

为了进一步提高斥力盘的运动速度，那么将相邻两个加速线圈贴合设置这样能够设置更多的加速线圈，使斥力盘在任何不同的轴向位置上受到电磁斥力作用。这样当斥力盘在通道内运动时，一直受到电磁斥力的作用，始终处于最大加速度的加速状态。从而能够提高电磁斥力操动机构分合闸速度。

为了斥力盘在加速线圈形成的移动通道内能够顺利的运动，同时保证斥力盘受到最大的电磁斥力作用，尽可能的加大斥力盘的直径，使加速线圈形成的移动通道的内直径略大于斥力盘的直径，使斥力盘和加速线圈之间留有缝隙。这样能够避免不必要的故障，还能高效的利用电磁斥力。

为了给处于斥力盘径向对应位置的加速线圈通电，还可以在电磁斥力操动机构中设置用于检测斥力盘轴向位置的位置传感器以及与所述的位置传感器通讯连接的控制器，所述控制器还与各个加速线圈控制连接以在位置传感器检测到斥力盘运动到相应加速线圈时，控制对应的加速线圈通电并提供给斥力盘轴向电磁斥力。位置传感器确定斥力盘的位置然后通过控制器控制加速线圈的通电。这样能够简单有效地传递信号，能够方便的控制加速线圈的通电。

将位置传感器设置在分闸线圈背向合闸线圈的轴向一侧或合闸线圈背向分闸线圈的轴向一侧。这样相对于布置在分合闸线圈轴向垂直两侧能够减少位置传感器的使用数目降低安装难度和生产成本，同时能够简单的实现对控制器的信号输送。

为了给处于斥力盘径向对应位置的加速线圈通电，还可以在电磁斥力操动机构中设置用于检测斥力盘轴向位置的时间测量仪以及与所述的时间测量仪通讯连接的控制器，所述控制器还与各个加速线圈控制连接以在时间测量仪检测到斥力盘运动到相应加速线圈时，控制对应的加速线圈通电并提供给斥力盘轴向磁力。时间测量仪通过每个时间点斥力盘所在的位置，确定斥力盘的位置然后通过控制器控制加速线圈的通电。这样能够简单有效地传递信号，能够方便的控制加速线圈的通电。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明；

图1是本发明电磁斥力操动机构斥力盘位于合闸位置的结构示意图；

图2是本发明电磁斥力操动机构斥力盘位于分闸位置的结构示意图；

图3是本发明电磁斥力操动机构的拉杆、斥力盘以及加速线圈相对位置的示意图；

图中：1、斥力盘；3、拉杆；4、分闸线圈；5、加速线圈；8、合闸线圈；9、位置传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明电磁斥力操动机构的具体实施例，如图1至图3所示，包括斥力盘1、加速线圈5、分闸线圈4以及合闸线圈8，所述斥力盘和与开关动触头传动连接的传动拉杆3固定连接。

分闸线圈4和合闸线圈8整体为近似盘形，且相对间隔布置，且均在中部设有贯通孔，以分别供拉杆3的两端穿过。斥力盘1处于分闸线圈4和合闸线圈8之间。

加速线圈5有多个且为环形，多个加速线圈5同心轴向叠放而成筒形，多个加速线圈5处于分闸线圈4和合闸线圈8之间，且与分合闸线圈同心布置，并与分合闸线圈共同形成两端封口的中空腔室，斥力盘1正是处于该中空腔室内。为了保证斥力盘的正常稳定移动，斥力盘与其径向外侧的加速线圈5之间具有一定间隙。

在如图1所示的状态下，操动机构连接的动触头处于合闸状态，为了方便说明，我们称之为斥力盘处于合闸位置；同样的，在如图2所示的状态下，操动机构连接的动触头处于分闸状态，为了方便说明，我们称之为斥力盘处于分闸位置。

在斥力盘1由合闸位置向分闸位置运动时，首先分闸线圈4首先供电，并提供给斥力盘1磁性斥力，以驱使其动作。在斥力盘1由合闸位置向分闸位置移动的行程中，通过配套设置的控制器（图中未显示）分别控制与斥力盘1在径向上位置相对应的加速线圈5通电，当加速线圈5通电时产生磁场，磁感线穿过斥力盘1给斥力盘1提供电磁斥力，斥力盘1开始加速运动带动拉杆3运动到合闸线圈8的位置，从而达到分闸的目的。

同理，在斥力盘由分闸位置向合闸位置运动时，首先合闸线圈8首先供电，并提供给斥力盘1磁性斥力，以驱使其动作。在斥力盘1由分闸位置向合闸位置移动的行程中，通过配套设置的控制器（图中未显示）分别控制与斥力盘1在径向上位置相对应的加速线圈5通电，当加速线圈5通电时产生磁场，磁感线穿过斥力盘1给斥力盘1提供电磁斥力，斥力盘1开始加速运动带动拉杆3运动到分闸线圈4的位置，从而达到合闸的目的。

也就是说，在斥力盘的分合闸运动行程中，在斥力盘在径向上对应的不同加速线圈能够连续对斥力盘提供磁性力，以在其运动过程中促使其加速。

当然，这个过程中，需要通过检测斥力盘在运动行程中的位置，来控制与其径向对应的一个或附近的两个以上加速线圈通电，用以提供给斥力盘电磁驱动力。具体在检测斥力盘的位置时，可以通过位置传感器，位置传感器与控制器之间建立通讯连接，以传递斥力盘的位置信号给控制器。如图1-2所示，位置传感器9可以设置在合闸线圈背向分闸线圈的轴向一侧，当然，在其他实施方式中，位置传感器9也可以设置在分闸线圈背向合闸线圈的轴向一侧，或也可以设置在分合闸线圈轴向垂直两侧。其中，将位置传感器9设置在合闸线圈背向分闸线圈的轴向一侧或分闸线圈背向合闸线圈的轴向一侧，相对于设置在设置在分合闸线圈轴向垂直两侧，能够减少位置传感器的使用数目，降低安装难度和生产成本，同时能够简单的实现对控制器的信号输送。当然，在其他实施方式中，位置传感器也可以嵌在斥力盘的盘面中，具体为红外传感器，通过检测斥力盘相对于分闸线圈或合闸线圈之间的距离，来确定其位置。

这样，在斥力盘开始运动后，根据位置传感器9检测到的斥力盘1的位置，通过位置传感器9和控制器的信号互通，控制器对下一个与斥力盘1径向对应布置的环状加速线圈5放电，这样依次对加速线圈5进行放电操作，并通过不同加速线圈依次对斥力盘进行加速。

加速线圈5包围在斥力盘1外侧而在其内部形成供斥力盘1轴向动作的移动通道，这样设置，能够让加速线圈所产生的磁场的磁感线更多的穿过斥力盘，这样能够使斥力盘最大化的受到电磁斥力作用，具有较大的加速度。当然，在其他实施方式中，也可以围绕斥力盘均匀排列多个加速线圈，处于同一圆周上的多个加速线圈构成一组，在斥力盘的轴向位置上并排设置多组，多组加速线圈排列围绕形成内部移动通道，形成斥力盘轴向运动的移动通道。

在本发明的电磁斥力操动机构中将分闸线圈4、合闸线圈8、加速线圈5设置相同的外径尺寸，这样操动机构外形更加美观，另一方面能够降低加工的安装难度。为了斥力盘1在加速线圈5形成的移动通道内能够顺利的运动，同时保证斥力盘1受到最大的电磁斥力作用，尽可能的加大斥力盘1的直径，使加速线圈5形成的移动通道的内直径略大于斥力盘1的直径，使斥力盘1和加速线圈5之间留有较小缝隙。这样能够避免不必要的故障，还能高效的利用电磁斥力。

本发明的电磁斥力操动机构在原来与斥力盘重叠布置的分合闸线圈的基础上，在分、合闸线圈之间增加若干个环状的加速线圈，当斥力盘在通道内运动时，斥力盘能够一直受到加速线圈的电磁斥力的作用，始终处于较大的加速度的加速状态，从而使电磁斥力操动机构能够带动开关动触头达到快速分合闸的目的。

上述实施例中，多个加速线圈中，相邻的两个加速线圈贴合设置，当然，在其他实施方式中，相邻的两个加速线圈还可以间隔设置。这样，轴向布置的多个加速线圈在斥力盘的运动过程中，对斥力盘提供的加速作用力是间隔的。

作为本发明的另一种实施方式，也可以采用时间测量仪检测斥力盘从分闸位置或合闸位置开始运动的时间，通过计时来计算斥力盘离开合闸线圈或分闸线圈的距离来判断其在不同时间点的具体位置，然后时间测量仪提供给控制器计时信号，并由接控制器来控制对应的加速线圈通电。

本发明使用该电磁斥力操动机构的开关的实施例：包括断口结构，断口结构的动触头与电磁斥力操动机构传动连接，并被电磁斥力操动机构带动进行分合闸动作，其中，电磁斥力操动机构的具体结构与上述电磁斥力操动机构实施例中的各种操动机构结构相同，此处不再赘述。

Claims (7)

1.一种电磁斥力操动机构，包括用于与开关动触头传动连接的传动拉杆，传动拉杆上固定设置有斥力盘，电磁斥力操动机构还包括设置在斥力盘轴向两侧的分闸线圈和合闸线圈，其特征是，所述电磁斥力操动机构还包括至少一个加速线圈，所述加速线圈位于分、合闸线圈之间，加速线圈通入电流能够对斥力盘提供轴向电磁斥力；所述电磁斥力操动机构还包括用于检测斥力盘轴向位置的位置传感器以及与所述的位置传感器通讯连接的控制器，所述控制器还与各个加速线圈控制连接以在位置传感器检测到斥力盘运动到相应加速线圈时，控制对应的加速线圈通电并提供给斥力盘轴向电磁斥力。

2.根据权利要求1所述的电磁斥力操动机构，其特征是，所述加速线圈包围在斥力盘外侧而在其内部形成供斥力盘轴向动作的移动通道。

3.根据权利要求2所述的电磁斥力操动机构，其特征是，所述加速线圈有多个，且在斥力盘的轴向并排设置而在斥力盘运动到不同轴向位置时依次对斥力盘提供轴向电磁斥力。

4.根据权利要求3所述的电磁斥力操动机构，其特征是，相邻两个加速线圈贴合设置。

5.根据权利要求2所述的电磁斥力操动机构，其特征是，所述加速线圈形成的移动通道的内径大于斥力盘的外径，使斥力盘和加速线圈之间留有缝隙。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的电磁斥力操动机构，其特征是，所述电磁斥力操动机构还包括用于检测斥力盘轴向位置的时间测量仪以及与所述的时间测量仪通讯连接的控制器，所述控制器还与各个加速线圈控制连接以在时间测量仪检测到斥力盘运动到相应加速线圈时，控制对应的加速线圈通电并提供给斥力盘轴向磁力。

7.一种开关，包括断口结构和驱动断口结构的动触头动作的电磁斥力操动机构，所述电磁斥力操动机构为如权利要求1-6任意一项所述的电磁斥力操动机构。

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