CN111627749A - 用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置及方法 - Google Patents

用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置，装置设置内部充满油的双稳弹簧单元，其中弹簧单元内有处于压缩状态的弹簧，用于在分合闸位置提供分合闸保持力；弹簧单元内壁前端四周穿有数排出油孔，用于在活塞左右运动时油穿过孔形成阻力，分合闸过程的末期，油形成较大阻力，起到缓冲作用避免电磁斥力的冲击；弹簧单元内壁后端的内直径大于活塞直径，用于机构在中位点附近时，使油阻力变小，机构能顺利通过中位点，实现断路器的快速分合闸。

Description

用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置及方法
技术领域
本发明涉及快速真空开关技术领域，特别涉及一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置及方法。
背景技术
近年来随着国民经济的快速发展，我国电网规模不断扩大，电力系统对运行暂态稳定性提出了更高的要求。电力系统短路故障的快速切除或隔离，可降低短路电流对系统和设备动热稳定冲击，提高系统运行安全稳定运行水平。高压断路器是电力系统短路故障切除的唯一执行设备，现阶段以永磁、弹簧、液压等传统操动机构为驱动元件的断路器，其短路开断电流≤63kA和故障切除时间≥60ms，已逐渐难以满足系统对短路故障快速切除的要求。基于涡流斥力机构的快速真空开关，具备短燃弧开断电流水平高、短路故障切除快的优势，可为系统故障的快速、可靠切除提供有效解决方案，具有广阔的应用前景。
虽然，电磁斥力机构用作开关的操动机构可以很大程度的减少切除故障的时间，提升电力系统的稳定性，但电磁斥力机构仍然有两个问题一直制约着其进一步推广使用。第一个问题是：电磁斥力机构产生的斥力极大，需要合理的缓冲来避免分合闸末期的强烈碰撞造成机械损伤；第二个问题是：开关处在分合闸位时需要位置保持，一方面防止电流通过触头产生的电动力将触头斥开，一方面防止分合闸末期冲力过大，造成回弹。
目前，应用于电磁斥力机构的位置保持装置主要有普通双稳弹簧保持与永磁体保持。对于普通双稳弹簧保持，其出力特性是在分合闸末期的出力最大，会造成分合闸的后半段，机构速度持续增长，最终机械碰撞强度极大；对于永磁保持装置，其存在会提高电磁斥力机构的分闸时间，降低了电磁斥力机构的固有优势。目前，应用于电磁斥力机构的缓冲装置主要有普通油缓冲器、聚氨酯缓冲缓冲器和电磁缓冲器等方式。这些缓冲方式都属于额外附加至电磁斥力机构上，增加了机构的复杂程度，其中，普通油缓冲器存在反弹的问题，聚氨酯缓冲其存在寿命不过关的问题，而电磁缓冲器的结构、控制十分复杂，很难实际应用到现场环境。
总的来说，电磁斥力机构的缓冲与位置保持问题目前尚未有很好的解决方式。
发明内容
为了解决电磁斥力机构的缓冲与位置保持问题，本发明提出了一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置及方法，该装置既可以在不增加分闸时间的基础上解决电磁斥力机构的在分合位的保持问题，又可以在不产生反弹的基础上解决电磁斥力机构的缓冲问题。整个装置紧凑、简单，可以与电磁斥力机构紧密配合。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置，包括弹簧连接头101、传动销杆102、销子103以及由弹簧单元外壁201、弹簧单内壁202、弹簧单元底座203、密封环204、活塞302、弹簧303和缓冲油304组成的弹簧单元；所述弹簧连接头101底部与电磁斥力驱动单元的斥力盘601的上端连接，弹簧连接头101左右两侧通过销子103连接传动销杆102的一端，两个传动销杆102的另一端分别连接一个弹簧单元的活塞302的活塞杆，两个弹簧单元的结构相同，活塞302的头部置于弹簧单元内壁202中，能够在其中左右运动，弹簧303置于弹簧单元内壁202中，弹簧303的一侧与活塞302的头部相接触，另一侧与弹簧单元内壁202的底座相接触，弹簧单元内壁202被弹簧单元外壁201包围，缓冲油304充满弹簧单元外壁201包围的空间，密封环204紧固定于弹簧单元内壁202的内侧前端，并与活塞302的活塞杆紧密贴合，防止缓冲油304泄露，弹簧单元外壁201与弹簧单元底座203连接，弹簧单元底座203对称固定在电磁斥力驱动单元的上盖板401上；所述弹簧单元内壁202前端的内直径与活塞302的头部的直径相同，且四周开有数排出油孔301，弹簧单元内壁202后端的内直径大于活塞头直径。
所述弹簧单元内壁202的底部中心连接一根导向柱205，导向柱205穿过弹簧303的中心圆孔，防止弹簧303上下运动。
弹簧303一直处于压缩状态，在分闸位置时，两侧对称的弹簧303产生的反力作用于活塞302，经传动销杆102传递至弹簧连接头101上，两边的弹簧303反力合并，产生一个向下的合力，使得电磁斥力机构一直保持在分闸位置上；在合闸位置时，与分闸位置类似，两侧的弹簧反力产生一个向上的合力，使得电磁斥力机构一直保持在合闸位置上。
所述弹簧单元外壁201穿过弹簧单元底座203上的圆孔，与弹簧单元底座203连接，或者弹簧单元外壁201与弹簧单元底座203焊接连接。
所述的一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置的工作方法，在分闸过程中，电磁斥力驱动单元的分闸线圈501通电后与斥力盘601之间产生电磁斥力，电磁斥力推动斥力盘601向下运动，由斥力盘601带动弹簧连接头101向下运动；弹簧连接头101通过传动销杆102推动两个活塞302压缩弹簧303；在电磁斥力机构通过中位点之前，活塞302的头部一直在弹簧单元内壁202的前端部分向两侧运动，挤压缓冲油304从出油孔301流出，产生缓冲力，避免电磁斥力机构因分闸初期产生的较大斥力而损坏；在电磁斥力机构通过中位点前后，活塞302的头部运动到了弹簧单元内壁202的后端部分，缓冲油304能够在活塞302头两侧自由流动，此时缓冲力很小，使电磁斥力机构能顺利通过中位点；在电磁斥力机构通过中位点之后，活塞302开始向中间运动，活塞302头又进入弹簧单元内壁202的前端部分，挤压缓冲油304从出油孔301流出，随着活塞302运动方向上的出油孔301逐渐被活塞堵上，产生缓冲力也逐渐增大，缓冲力抵消弹簧303对活塞302的推力，避免运动速度过快对机构造成损坏；在合闸过程中，电磁斥力驱动单元的合闸线圈502通电后与斥力盘601之间产生电磁斥力，电磁斥力推动斥力盘601向上运动，由斥力盘601带动弹簧连接头101向上运动；弹簧连接头101通过传动销杆102推动两个活塞302压缩弹簧303；在电磁斥力机构通过中位点之前，活塞302的头部一直在弹簧单元内壁202的前端部分向两侧运动，挤压缓冲油304从出油孔301流出，产生缓冲力，避免电磁斥力机构因合闸初期产生的较大斥力而损坏；在电磁斥力机构通过中位点前后，活塞302的头部运动到了弹簧单元内壁202的后端部分，缓冲油304能够在活塞302头两侧自由流动，此时缓冲力很小，使电磁斥力机构能顺利通过中位点；在电磁斥力机构通过中位点之后，活塞302开始向中间运动，活塞302头又进入弹簧单元内壁202的前端部分，挤压缓冲油304从出油孔301流出，随着活塞302运动方向上的出油孔301逐渐被活塞堵上，产生缓冲力也逐渐增大，缓冲力抵消弹簧303对活塞302的推力，避免运动速度过快对机构造成损坏。
本发明的有益效果为：
与现有技术相比，本发明将用于电磁斥力机构的位置保持装置与缓冲器的功能相结合，既可以实现对电磁斥力机构分合闸位置的保持，又可以对分合闸末期进行无反弹的有效缓冲。不仅为电磁斥力机构的紧凑化设计提供的一个新的方向，有利于电磁斥力机构在开关领域的进一步推广。
附图说明
图1为本发明所述的一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置(分闸位)图。
图2为本发明所述的一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置(分闸位)局部放大图。
图3为本发明所述的一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置(中点位)图。
图4为本发明所述的一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置(中点位)局部放大图。
图5为本发明所述的一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置(合闸位)图。
图6为本发明所述的一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置(合闸位)局部放大图。
图7为本发明所述的一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置在分闸位时的出力分析图。
图8为本发明所述的一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置在分闸过程中的行程—出力图。
其中，101为弹簧连接头，102为传动销杆，103为销子，201为弹簧单元外壁，202为弹簧单元内壁，203为弹簧单元底座，204为密封环，205为导向柱，301为出油孔，302为活塞，303为弹簧，304为缓冲油，401为上盖板，402为支撑外壁，403为下盖板，501为分闸线圈，502为合闸线圈，601为斥力盘。
具体实施方式
下面结合附图1—图8对本发明做进一步详细说明：
如图1—图6所示，本发明一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置，包括：弹簧连接头101、传动销杆102、销子103、弹簧单元外壁201、弹簧单元内壁202、弹簧单元底座203、密封环204、活塞302、弹簧303和缓冲油304。
弹簧连接头101底部与电磁斥力驱动单元的斥力盘601的上端连接，左右两侧通过销子103连接传动销杆102，再与两个活塞302杆相连；
优选地，弹簧连接头101底部加工成外螺纹状，电磁斥力驱动单元的斥力盘601的上端加工成内螺纹状，两者通过螺纹连接；
活塞302的头部置于弹簧单元内壁202中，可以在其中左右运动，弹簧303置于弹簧单元内壁202中，弹簧303的一侧与活塞302的头部相接触，另一侧与弹簧单元内壁202的底座相接触；
可选地，弹簧303采用螺旋弹簧或多片蝶形弹簧对合；
弹簧单元内壁202被弹簧单元外壁201包围，缓冲油304充满弹簧单元外壁201包围的空间，密封环204紧固定于弹簧单元内壁202的内侧前端，并与活塞302的活塞杆紧密贴合，防止缓冲油304泄露；
优选地，缓冲油304采用51#航空液压油；
优选地，密封环204采用黄铜材料，同时兼具滑动导向作用；
两个弹簧单元外壁201穿过弹簧单元底座203上的圆孔，与弹簧单元底座203连接，弹簧单元底座203对称固定在电磁斥力驱动单元的上盖板401上；
优选地，弹簧单元外壁201与弹簧单元底座203焊接相连；
优选地，弹簧单元底座203底面与上盖板401均加工有通孔，两者以螺栓相连固定；
弹簧单元内壁202前端的内直径与活塞302的头部的直径相同，且四周开有数排出油孔301，弹簧单元内壁20后端的内直径大于活塞头直径；所述弹簧单元内壁202的底部中心连接一根导向柱205，导向柱204穿过弹簧303中心圆孔，防止弹簧303上下运动；
优选地，导向柱205与弹簧单元内壁202底座焊接相连；
弹簧303一直处于压缩状态，如图7所示，当装置处于如图1所示的分闸位置时，两侧对称的弹簧303产生的反力作用于活塞302，经传动销杆102传递至弹簧连接头101上，两边的弹簧反力合并，产生一个向下的合力，使得电磁斥力机构一直保持在分闸位置上；当装置处于如图5所示的合闸位置时，与分闸位置类似，两侧的弹簧反力产生一个向上的合力，使得电磁斥力机构一直保持在合闸位置上。
如图8所示，为一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置在分闸过程中的出力特性，在电磁斥力机构的分闸过程中，电磁斥力机构先如图5所示，处于合闸位，当电磁斥力驱动单元的分闸线圈501通电后与斥力盘601之间产生电磁斥力，电磁斥力推动斥力盘601向下运动，由斥力盘601带动弹簧连接头101向下运动；弹簧连接头101通过传动销杆102推动两个活塞302压缩弹簧303；在电磁斥力机构通过中位点之前，活塞302的头部一直在弹簧单元内壁202的前端部分向两侧运动，挤压缓冲油304从出油孔301流出，产生缓冲力，避免电磁斥力机构因分闸初期产生的较大斥力而损坏；如图3所示，在电磁斥力机构通过中位点前后，活塞302的头部运动到了弹簧单元内壁202的后端部分，缓冲油304能够在活塞302头两侧自由流动，此时缓冲力很小，使电磁斥力机构能顺利通过中位点；在电磁斥力机构通过中位点之后，活塞302开始向中间运动，活塞302头又进入弹簧单元内壁202的前端部分，挤压缓冲油304从出油孔301流出，随着活塞302运动方向上的出油孔301逐渐被活塞堵上，产生缓冲力也逐渐增大，缓冲力抵消弹簧303对活塞302的推力，避免运动速度过快对机构造成损坏，最终如图1所示到达分闸位；在合闸过程中，电磁机构先如图1所示，处于分闸位，当电磁斥力驱动单元的合闸线圈502通电后与斥力盘601之间产生电磁斥力，电磁斥力推动斥力盘601向上运动，由斥力盘601带动弹簧连接头101向上运动；弹簧连接头101通过传动销杆102推动两个活塞302压缩弹簧303；如图5所示，在电磁斥力机构通过中位点之前，活塞302的头部一直在弹簧单元内壁202的前端部分向两侧运动，挤压缓冲油304从出油孔301流出，产生缓冲力，避免电磁斥力机构因合闸初期产生的较大斥力而损坏；在电磁斥力机构通过中位点前后，活塞302的头部运动到了弹簧单元内壁202的后端部分，缓冲油304能够在活塞302头两侧自由流动，此时缓冲力很小，使电磁斥力机构能顺利通过中位点；在电磁斥力机构通过中位点之后，活塞302开始向中间运动，活塞302头又进入弹簧单元内壁202的前端部分，挤压缓冲油304从出油孔301流出，随着活塞302运动方向上的出油孔301逐渐被活塞堵上，产生缓冲力也逐渐增大，缓冲力抵消弹簧303对活塞302的推力，避免运动速度过快对机构造成损坏，最终如图5所示到达合闸位。

Claims (8)

1.一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置，其特征在于，包括弹簧连接头(101)、传动销杆(102)、销子(103)以及由弹簧单元外壁(201)、弹簧单内壁(202)、弹簧单元底座(203)、密封环(204)、活塞(302)、弹簧(303)和缓冲油(304)组成的弹簧单元；所述弹簧连接头(101)底部与电磁斥力驱动单元的斥力盘(601)的上端连接，弹簧连接头(101)左右两侧通过销子(103)连接传动销杆(102)的一端，两个传动销杆(102)的另一端分别连接一个弹簧单元的活塞(302)的活塞杆，两个弹簧单元的结构相同，活塞(302)的头部置于弹簧单元内壁(202)中，能够在其中左右运动，弹簧(303)置于弹簧单元内壁(202)中，弹簧(303)的一侧与活塞(302)的头部相接触，另一侧与弹簧单元内壁(202)的底座相接触，弹簧单元内壁(202)被弹簧单元外壁(201)包围，缓冲油(304)充满弹簧单元外壁(201)包围的空间，密封环(204)紧固定于弹簧单元内壁(202)的内侧前端，并与活塞(302)的活塞杆紧密贴合，防止缓冲油(304)泄露，弹簧单元外壁(201)与弹簧单元底座(203)连接，弹簧单元底座(203)对称固定在电磁斥力驱动单元的上盖板(401)上；所述弹簧单元内壁(202)前端的内直径与活塞(302)的头部的直径相同，且四周开有数排出油孔(301)，弹簧单元内壁(202)后端的内直径大于活塞头直径。
2.根据权利要求1所述的一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置，其特征在于，所述弹簧单元内壁(202)的底部中心连接一根导向柱(205)，导向柱(205)穿过弹簧(303)的中心圆孔，防止弹簧(303)上下运动。
3.根据权利要求1所述的一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置，其特征在于，弹簧(303)一直处于压缩状态，在分闸位置时，两侧对称的弹簧(303)产生的反力作用于活塞(302)，经传动销杆(102)传递至弹簧连接头(101)上，两边的弹簧(303)反力合并，产生一个向下的合力，使得电磁斥力机构一直保持在分闸位置上；在合闸位置时，与分闸位置类似，两侧的弹簧反力产生一个向上的合力，使得电磁斥力机构一直保持在合闸位置上。
4.根据权利要求1所述的一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置，其特征在于，所述弹簧单元外壁(201)穿过弹簧单元底座(203)上的圆孔，与弹簧单元底座(203)连接，或者弹簧单元外壁(201)与弹簧单元底座(203)焊接连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置，其特征在于，所述弹簧连接头(101)底部加工成外螺纹状，电磁斥力驱动单元的斥力盘(601)的上端加工成内螺纹状，两者通过螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置，其特征在于，所述弹簧单元底座(203)底面与上盖板(401)均加工有通孔，两者以螺栓相连固定。
7.根据权利要求1所述的一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置，其特征在于，所述弹簧(303)采用螺旋弹簧或多片蝶形弹簧对合；缓冲油(304)采用51#航空液压油；密封环(204)采用黄铜材料，同时兼具滑动导向作用。
8.权利要求1至7任一项所述的一种用于电磁斥力机构具有缓冲功能的双稳弹簧保持装置的工作方法，其特征在于，在分闸过程中，电磁斥力驱动单元的分闸线圈(501)通电后与斥力盘(601)之间产生电磁斥力，电磁斥力推动斥力盘(601)向下运动，由斥力盘(601)带动弹簧连接头(101)向下运动；弹簧连接头(101)通过传动销杆(102)推动两个活塞(302)压缩弹簧(303)；在电磁斥力机构通过中位点之前，活塞(302)的头部一直在弹簧单元内壁(202)的前端部分向两侧运动，挤压缓冲油(304)从出油孔(301)流出，产生缓冲力，避免电磁斥力机构因分闸初期产生的较大斥力而损坏；在电磁斥力机构通过中位点前后，活塞(302)的头部运动到了弹簧单元内壁(202)的后端部分，缓冲油(304)能够在活塞(302)头两侧自由流动，此时缓冲力很小，使电磁斥力机构能顺利通过中位点；在电磁斥力机构通过中位点之后，活塞(302)开始向中间运动，活塞(302)头又进入弹簧单元内壁(202)的前端部分，挤压缓冲油(304)从出油孔(301)流出，随着活塞(302)运动方向上的出油孔(301)逐渐被活塞堵上，产生缓冲力也逐渐增大，缓冲力抵消弹簧(303)对活塞(302)的推力，避免运动速度过快对机构造成损坏；在合闸过程中，电磁斥力驱动单元的合闸线圈(502)通电后与斥力盘(601)之间产生电磁斥力，电磁斥力推动斥力盘(601)向上运动，由斥力盘(601)带动弹簧连接头(101)向上运动；弹簧连接头(101)通过传动销杆(102)推动两个活塞(302)压缩弹簧(303)；在电磁斥力机构通过中位点之前，活塞(302)的头部一直在弹簧单元内壁(202)的前端部分向两侧运动，挤压缓冲油(304)从出油孔(301)流出，产生缓冲力，避免电磁斥力机构因合闸初期产生的较大斥力而损坏；在电磁斥力机构通过中位点前后，活塞(302)的头部运动到了弹簧单元内壁(202)的后端部分，缓冲油(304)能够在活塞(302)头两侧自由流动，此时缓冲力很小，使电磁斥力机构能顺利通过中位点；在电磁斥力机构通过中位点之后，活塞(302)开始向中间运动，活塞(302)头又进入弹簧单元内壁(202)的前端部分，挤压缓冲油(304)从出油孔(301)流出，随着活塞(302)运动方向上的出油孔(301)逐渐被活塞堵上，产生缓冲力也逐渐增大，缓冲力抵消弹簧(303)对活塞(302)的推力，避免运动速度过快对机构造成损坏。
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