CN113628932A - 一种相控接触器及其永磁机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于电气设备技术领域，公开了一种相控接触器及其永磁机构。永磁机构包括：机架，具有连接板；静铁芯，设置在连接板上；动铁芯，在静铁芯的轴向上，与静铁芯相对设置；励磁线圈，设置于静铁芯和动铁芯之间，用于使静铁芯和动铁芯励磁或消磁；连杆，设置在动铁芯上，沿与静铁芯的轴向一致的方向与动铁芯联动；静铁芯和动铁芯的材质均为永磁材料。相控接触器包括：绝缘拉杆；上述的永磁机构，连杆的上部与绝缘拉杆连接。本方案使得当励磁线圈将静铁芯和动铁芯励磁，两个铁芯会产生磁性相互吸引，实现两个铁芯吸附在一起，由于两个永磁铁的吸力远远大于一个磁铁和一个铁芯中间的吸力，所以在应用上的执行精准度高，性能稳定。

Description

一种相控接触器及其永磁机构

技术领域

本发明属于电气设备技术领域，特别涉及一种相控接触器及其永磁机构。

背景技术

现有技术中的永磁机构是利用永磁铁作为磁极，铁芯作为动作部件，在励磁线圈的作用下，铁芯脱离一个永磁铁磁极的吸引，移动到另一个永磁体磁极处，完成永磁机构从一个稳态到另一个稳态，铁芯输出直线运动。反向运动时，励磁线圈通过反向电流励磁，磁场发生变化，铁芯从一个磁极位置移动到另一个磁极位置。在此过程中两个永磁铁的内在磁特性是不变的，只是在励磁线圈磁场叠加的作用下，一个磁场减小另一个磁场增大，铁芯从一个位置被吸引的另一个位置。励磁结束后，铁芯与近磁铁的吸力远远大于远磁铁的吸力，铁芯在近磁铁吸附下就会保持在稳定的状态，理论上如此，但实际的铁芯与永磁铁磁保持力并不是很大，在相控接触器上的应用有些力不从心，相控精准度不高，影响了产品的实际应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明一方面提供了一种永磁机构，用于相控接触器，其包括：

机架，具有连接板；

静铁芯，设置在所述连接板上；

动铁芯，在所述静铁芯的轴向上，与所述静铁芯相对设置；

励磁线圈，设置于所述静铁芯和所述动铁芯之间，用于使所述静铁芯和所述动铁芯励磁或消磁；

连杆，设置在所述动铁芯上，沿与所述静铁芯的轴向一致的方向与所述动铁芯联动；

其中，所述静铁芯和所述动铁芯的材质均为永磁材料。

在如上所述的永磁机构中，可选地，所述连杆的上部和下部分别设置有第一挡块和第二挡块，所述第一挡块抵接于所述连接板的上表面，所述第二挡块抵接于所述动铁芯的下表面，所述连杆的中部贯穿于所述静铁芯、所述动铁芯和所述连接板；

所述永磁机构还包括：分闸弹簧，所述分闸弹簧位于所述静铁芯和所述动铁芯内，并套设于所述连杆外侧，所述合分弹簧的两端分别与所述静铁芯和所述动铁芯连接。

在如上所述的永磁机构中，可选地，所述连杆的中部具有中上部和中下部，所述中下部的直径小余所述中上部的直径；

所述永磁机构还包括：合闸弹簧，所述合闸弹簧套设于所述连杆的中下部和所述分闸弹簧之间，所述合闸弹簧的两端分别与所述连杆的中上部和所述动铁芯连接；

所述合闸弹簧在所述连杆的中上部和所述动铁芯之间的长度小于所述合闸弹簧的自由长度。

在如上所述的永磁机构中，可选地，所述合闸弹簧、所述分闸弹簧、所述静铁芯、所述动铁芯和所述连杆同轴设置。

在如上所述的永磁机构中，可选地，所述静铁芯的下表面设置有第一凹槽，所述动铁芯的上表面设置有与所述第一凹槽相对的第二凹槽，所述励磁线圈设置于所述第一凹槽和所述第二凹槽内，所述动铁芯设置有与所述第二凹槽贯通的通气孔。

在如上所述的永磁机构中，可选地，所述通气孔的轴向与所述第二凹槽的轴向平行。

在如上所述的永磁机构中，可选地，所述相控接触器还包括：

分闸缓冲机构，设置在所述连接板的上方，所述分闸缓冲机构的上表面与所述第一挡块的下表面抵接。

在如上所述的永磁机构中，可选地，所述分闸缓冲机构包括：

分闸缓冲器，设置于所述连接板的上方；

盖板，设置于所述连接板的上方，所述盖板的中部与所述分闸缓冲器之间设置缓冲垫，所述盖板的边缘与所述分闸缓冲器之间有间隙。

在如上所述的永磁机构中，可选地，所述为一个所述静铁芯配置一个所述动铁芯。

本发明另一方面提供了一种相控接触器，其包括：

绝缘拉杆；

永磁机构，为上述的永磁机构，所述连杆的上部与所述绝缘拉杆连接。

在如上所述的相控接触器中，可选地，为每相配置一个所述永磁机构；

所述相控接触器还包括：控制器，所述控制器根据母线电压和负载线路电流对三相单独控制，合闸控制时电压过零，分闸控制时电流过零。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过设置机架、静铁芯、动铁芯、励磁线圈和连杆，为一个静铁芯配置一个动铁芯，动铁芯与连杆联动，并将励磁线圈设置于静铁芯和动铁芯之间，当励磁线圈将静铁芯和动铁芯励磁，静铁芯和动铁芯会产生磁性相互吸引，动铁芯向静铁芯移动，实现两个铁芯吸附在一起，同时连杆因与动铁芯联动，连杆的上部会带动与其连接的相控接触器的绝缘拉杆移动，实现相控接触器的闭合。在静铁芯和动铁芯励磁结束后各铁芯保持磁性不消失，所以两个永磁铁的吸力远远大于现有技术中的一个作为磁极的永磁铁和一个作为动作部件的铁芯中间的吸力，使得在应用上的执行精准度高，性能稳定。当励磁线圈将静铁芯和动铁芯励磁，静铁芯和动铁芯的磁性消失，两个铁芯会发生分离，即动铁芯向远离静铁芯的方向移动，在分离状态下，两个铁芯是没有磁性的，同时连杆因与动铁芯联动，连杆的上部会带动与其连接的相控接触器的绝缘拉杆移动，实现相控接触器的断开。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的一种相控接触器的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种永磁机构的结构示意图(处于合闸状态)。

图3为本发明实施例提供的一种永磁机构的结构示意图(处于分闸状态)。

图中符号说明如下：

1绝缘极柱、2真空开关、3绝缘拉杆、4连杆、41第一挡块、42第二挡块、43连杆的中部的中上部、44连杆的中部的中下部、45导向块、5分闸缓冲机构、51分闸缓冲器、52缓冲垫、53盖板、54间隙、6连接板7永磁机构、71静铁芯、72动铁芯、73分闸弹簧、74合闸弹簧、75励磁线圈、76第一凹槽、77第二凹槽、78间隔、8机架、9通气孔。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参见图1～3，本发明实施例提供了一种用于相控接触器的永磁机构，其包括：机架8、静铁芯71、动铁芯72、励磁线圈75和连杆4。

机架8用于提供支撑，具有连接板6。静铁芯71固定设置于机架8的连接板6上，例如，可以是在静铁芯71上开设第一螺纹孔，在连接板6上也开设第二螺纹孔，两个螺纹孔相对，通过螺栓与两个螺纹孔的螺纹连接，将静铁芯71安装于机架8的连接板6上，还可以是其他设置方式，本实施对此不进行限定。动铁芯72与静铁芯71在静铁芯71的轴向(即图1中的竖直方向)上相对移动设置，即静铁芯71固定不动，动铁芯72相对静铁芯71移动，一个动铁芯72配置一个静铁芯71，动铁芯72位于静铁芯71的下方，此时，动铁芯72的上表面与静铁芯71的下表面相对。为了便于操作，动铁芯72和静铁芯71同轴设置。励磁线圈75设置于静铁芯71和动铁芯72之间，用于在励磁脉冲的作用下使静铁芯71和动铁芯72同时励磁或者同时消磁。动铁芯72和静铁芯71的材质均为永磁材料，例如永磁合金，即动铁芯72和静铁芯71由永磁合金制成。应用时，外部的激励电源会向励磁线圈75所形成的接线端子输入励磁脉冲，当输入第一方向励磁脉冲时，静铁芯71和动铁芯72励磁，产生磁性；当输入第二方向励磁脉冲时，静铁芯71和动铁芯72消磁，第二方向和第一方向的方向相反，如第二方向为反方向，第一方向为正方向。连杆4设置在动铁芯72上，与动铁芯72联动，即动铁芯72的移动会带动连杆4的移动，连杆4的移动会带动动铁芯72的移动，且两者移动的方向一样，均是与静铁芯71的轴向一致的方向，该方向可以是与静铁芯71的轴向相同，还可以是与静铁芯71的轴向平行的方向。

通过设置机架8、静铁芯71、动铁芯72、励磁线圈75和连杆4，为一个静铁芯71配置一个动铁芯72，动铁芯72与连杆4联动，并将励磁线圈75设置于静铁芯71和动铁芯72之间，当励磁线圈75将静铁芯71和动铁芯72励磁，静铁芯71和动铁芯72会产生磁性相互吸引，动铁芯72向静铁芯71移动，实现两个铁芯吸附在一起，同时连杆4因与动铁芯72联动，连杆4的上部会带动与其连接的相控接触器的绝缘拉杆3向上移动，实现相控接触器的闭合，此时称永磁机构处于合闸状态。在静铁芯71和动铁芯72励磁结束后各铁芯保持磁性不消失，所以两个永磁铁(即静铁芯71和动铁芯72)的吸力远远大于现有技术中的一个作为磁极的永磁铁和一个作为动作部件的铁芯中间的吸力，即磁力大，使得在应用上的执行精准度高，性能稳定，而且速度快，内部摩擦力小，电控力精准，相比现有技术中的永磁机构7分合闸的时间更为精确。当励磁线圈75将静铁芯71和动铁芯72消磁，静铁芯71和动铁芯72的磁性消失，两个铁芯会发生分离，即动铁芯72向远离静铁芯71的方向移动，在分离状态下，两个铁芯是没有磁性的，同时连杆4因与动铁芯72联动，连杆4的上部会带动与其连接的相控接触器的绝缘拉杆3向下移动，实现相控接触器的断开，此时称永磁机构处于分闸状态。

为了使结构简单，易操作，稳定性强，连杆4以贯穿静铁芯71、动铁芯72和连接板6的方式安装。在连杆4的上部设置有第一挡块41，第一挡块41的形式可以是连杆4的轴肩，即与连杆4为一体式机构，还可以是独立于连杆4的零件，即第一挡块41与连杆4为分体式结构，本实施例对此不进行限定。在连杆4的下部设置有第二挡块42，第二挡块42的形式可以是螺母，如此利于连杆4的安装和固定。第一挡块41设置于连接板6的上方，其下表面与连接板6的上表面接触，在第一挡块41和第二挡块42的作用下，实现了动铁芯72与静铁芯71的相对设置，此时，永磁机构处于分闸状态。在图1中，沿竖直方向依次为第一挡块41、连接板6、静铁芯71、动铁芯72和第二挡块42。连杆4的中部贯穿于静铁芯71和动铁芯72，此时需在静铁芯71上设置第一连杆孔，在动铁芯72上设置第二连杆孔，连杆4穿过第一连杆孔、第二连杆孔实现设置于静铁芯71和动铁芯72内。

当分闸时，需要动铁芯72和静铁芯71分离，为此，永磁机构还包括：分闸弹簧73，其在合闸时受压缩，产生形变，进而可以储存因形变产生的能量，在分闸时，该能量得以释放，使得动铁芯72向远离静铁芯71的方向移动，从而实现分闸。分闸弹簧73位于静铁芯71和动铁芯72内，并套设于连杆4外侧，分闸弹簧73的两端分别与静铁芯71和动铁芯72连接，例如分闸弹簧73的上部位于第一连杆孔内，第一连杆孔呈台阶状，形成有第一台阶面，并且靠近动铁芯72内的一侧内径大，分闸弹簧73的顶端与第一台阶面连接；分闸弹簧73的下部位于第二连杆孔内，第二连杆孔呈台阶状，形成有第二台阶面，并且靠近静铁芯71内的一侧内径大，分闸弹簧73的底端与第二台阶面连接，从而在动铁芯72向上移动时，可以使分闸弹簧73压缩，当分闸弹簧73释放能量时，可以驱动动铁芯72向下移动。需要说明的是，本实施例中所说的弹簧的连接可以是接触连接，还可以是焊接连接等连接方式，本实施例对此不进行限定。

连杆4的中部具有中上部43和中下部44，该中上部位于第一连杆孔内，中下部位于第二连杆孔内，中下部的直径小余中上部的直径，从而使得连杆4的中部呈台阶状，形成有第三台阶面。为了使得绝缘拉杆3与真空开关2的紧密接触，永磁机构还包括：合闸弹簧74，其套设于连杆4的中下部的外侧，并位于分闸弹簧73内，换言之，合闸弹簧74位于连杆4的中下部和分闸弹簧73之间，可以是合闸弹簧74的顶端与第三台阶面连接，合闸弹簧74的底端与动铁芯72连接，合闸弹簧74在连杆4的中上部和动铁芯72之间的长度小于合闸弹簧74的自由长度，即合闸弹簧74始终处于压缩状态，当处于分闸状态时，合闸弹簧74仍处于压缩状态，从而在动铁芯72向上移动直至与静铁芯71吸引在一起后，释放能量，能给予连杆4一个向上的作用力，进而依次传递给绝缘连杆4、真空开关2，提高了真空开关2闭合的牢靠性。合闸弹簧74的底端与动铁芯72连接的位置可以是动铁芯72的第二台阶面，在其他的实施例中，还可以是第四台阶面，该台阶面由第二台阶面的中部下凹形成，如此能提高两个弹簧的稳定性。连杆4的中上部的下端面可以外露于静铁芯71和动铁芯72在分离时所形成的空间，例如在竖直方向上该下端面高于静铁芯71的下端面，或低于静铁芯71的下端面且高于动铁芯72的上端面。

当处于分闸状态时，动铁芯72和静铁芯71之间形成有空间，当处于合闸状态时，动铁芯72和静铁芯71吸引在一起，两者之间的空间被压缩至几乎没有，为了提高动铁芯72动作的流畅性，在静铁芯71的下表面设置有呈环形的第一凹槽76，在动铁芯72的上表面设置有呈环形的第二凹槽77，该第二凹槽77与第一凹槽76相对设置，励磁线圈75套设于第一凹槽76和第二凹槽77内，可以是固定在第一凹槽76内，还可以是固定在第二凹槽77内，本实施例对此不进行限定。励磁线圈75的周向外表面与第二凹槽77的壁面之间有间隔78。动铁芯72上设置有通气孔9(或称排气孔)，其与第二凹槽77贯通，即通气孔9、第二凹槽77、前述间隔78和空间形成了连通的通道，利于气流的流通，从而避免动铁芯72移动时，因空气流动产生阻碍，使得内部摩擦力小。为了进一步提到动铁芯72移动时的流畅性，通气孔9设置于动铁芯72的下表面。通气孔9的轴向与第二凹槽77的轴向平行，其相对第二凹槽77的轴向远离拉杆。通气孔9完全与第二凹槽77贯通。通气孔9呈环形设置，可以是一个环形孔，利于提高移动流畅性的同时提高移动稳定性，还可以是多个通气孔间隔设置排列成环形。

动铁芯72向下移动时，与连杆4的上部连接的第一挡块41会与连接板6碰撞接触，为了减轻第一挡块41对连接板6的碰撞损伤，本永磁机构还包括：分闸缓冲机构5，其设置在连接板6和第一挡块41之间，也就是说，其下表面与连接板6的上表面连接，上表面与第一挡块41的下表面抵接。

具体地，分闸缓冲机构5包括：分闸缓冲器51、盖板53和缓冲垫52。分闸缓冲器51设置于连接板6的上方，其可以呈板状，还可以呈凹槽状。缓冲垫52设置于盖板53和分闸缓冲器51之间。盖板53设置于缓冲垫52的上方。优选地，分闸缓冲器51呈凹槽状，其容纳有缓冲垫52，即分闸缓冲器51的中部相对分闸缓冲器51的边缘部下凹，形成凹槽，缓冲垫52填充于该凹槽内，缓冲垫52的上表面低于分闸缓冲器51的边缘部的上表面。盖板53包括平板部和凸起部，在图2中，凸起部相对平板部向下凸起，且位于平板部的中间位置。凸起部与缓冲垫52连接，可以是接触连接，凸起部的下表面可以位于前述凹槽内。平板部的边缘位置与分闸缓冲器51的边缘部相对，且两者之间形成有间隙54，如此可以为碰撞接触提供缓冲空间。

在静铁芯71的上表面设置的第一螺纹孔可以与第一凹槽76贯通，励磁线圈75的周向边缘与第一凹槽76的壁面之间也有间隔78，如此可以进一步提高动铁芯72移动的流畅性。第一螺纹孔的轴向相对第一凹槽76的轴向靠近连杆4的轴向。

在连杆4的中部的中下部的底端设置有导向块45，相应地，在动铁芯72的下表面开设有导向槽，其内嵌入有导向块45，在动铁芯72移动以及合闸弹簧74释放能量时，能提高连杆4移动的稳定性。

为了提高稳定性，机架8包括顶板、侧板和底板，三者相互连接形成容纳空间，其内设置有连接板6，连接板6与顶板和底板在竖直方向上有间距，即连接板6悬空设置于顶板和底板之间，顶板上设置有绝缘极柱1，如此避免合闸或分闸时对下述绝缘极柱1的直接冲击。静铁芯71固定设置于连接板6的下方。

本发明另一实施例还提供了一种相控接触器(或称相控真空接触器)，其包括：三个接触器单元，每个接触器单元具有绝缘拉杆3和永磁机构7，还具有真空开关2、绝缘极柱1，绝缘拉杆3与真空开关2连接。永磁机构为上述的永磁机构7，连杆4的上部与绝缘拉杆3连接。

为每相配置一个永磁机构7、一个绝缘拉杆3和一个真空开关2。相控接触器还包括：电气控制单元(或称控制器)，控制器根据母线电压和负载线路电流对三相(即为每相配置的永磁机构)单独控制，即分相控制的接触器，合闸控制时电压过零，分闸控制时电流过零。也就是说：采样是采母线电压和负载线路电流，合闸策略是电压过零，分闸策略是电流过零。本控制器还有自适应功能，通过分析电压电流采样判断分合闸投切相位是否正确和存在的误差，在下一次分合闸投切时予以纠正。可以按分合闸理论时间和实际分合闸采样时间的差值，进行补偿。经试验，本相控接触器的合闸精度在0.3ms，分闸精度在0.1ms内，也就是说，本相控接触器的时间精度可控制在合闸±0.3mS、分闸±0.1mS。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种永磁机构，用于相控接触器，其特征在于，所述永磁机构包括：

机架，具有连接板；

静铁芯，固定设置在所述连接板上；

动铁芯，在所述静铁芯的轴向上，与所述静铁芯相对移动设置；

励磁线圈，设置于所述静铁芯和所述动铁芯之间，用于使所述静铁芯和所述动铁芯励磁或消磁；

连杆，设置在所述动铁芯上，沿与所述静铁芯的轴向一致的方向与所述动铁芯联动；其中，所述静铁芯和所述动铁芯的材质均为永磁材料。

2.根据权利要求1所述的永磁机构，其特征在于，所述连杆的上部和下部分别设置有第一挡块和第二挡块，所述第一挡块抵接于所述连接板的上表面，所述第二挡块抵接于所述动铁芯的下表面，所述连杆的中部贯穿于所述静铁芯、所述动铁芯和所述连接板；

所述永磁机构还包括：分闸弹簧，所述分闸弹簧位于所述静铁芯和所述动铁芯内，并套设于所述连杆外侧，所述分闸弹簧的两端分别与所述静铁芯和所述动铁芯连接。

3.根据权利要求2所述的永磁机构，其特征在于，所述连杆的中部具有中上部和中下部，所述中下部的直径小余所述中上部的直径；

所述永磁机构还包括：合闸弹簧，所述合闸弹簧套设于所述连杆的中下部和所述分闸弹簧之间，所述合闸弹簧的两端分别与所述连杆的中上部和所述动铁芯连接；

所述合闸弹簧在所述连杆的中上部和所述动铁芯之间的长度小于所述合闸弹簧的自由长度。

4.根据权利要求3所述的永磁机构，其特征在于，所述合闸弹簧、所述分闸弹簧、所述静铁芯、所述动铁芯和所述连杆同轴设置。

5.根据权利要求1所述的永磁机构，其特征在于，所述静铁芯的下表面设置有第一凹槽，所述动铁芯的上表面设置有与所述第一凹槽相对的第二凹槽，所述励磁线圈设置于所述第一凹槽和所述第二凹槽内，所述动铁芯设置有与所述第二凹槽贯通的通气孔。

6.根据权利要求2所述的永磁机构，其特征在于，所述永磁机构还包括：

分闸缓冲机构，设置在所述连接板的上方，所述分闸缓冲机构的上表面与所述第一挡块的下表面抵接。

7.根据权利要求6所述的永磁机构，其特征在于，所述分闸缓冲机构包括：

分闸缓冲器，设置于所述连接板的上方；

盖板，设置于所述连接板的上方，所述盖板的中部与所述分闸缓冲器之间设置缓冲垫，所述盖板的边缘与所述分闸缓冲器之间有间隙。

8.根据权利要求1所述的永磁机构，其特征在于，为一个所述静铁芯配置一个所述动铁芯。

9.一种相控接触器，其特征在于，所述相控接触器包括：

绝缘拉杆；

永磁机构，为权利要求1～8中任一项所述的永磁机构，所述连杆的上部与所述绝缘拉杆连接。

10.根据权利要求9所述的相控接触器，其特征在于，为每相配置一个所述永磁机构；

所述相控接触器还包括：控制器，所述控制器根据母线电压和负载线路电流对三相单独控制，合闸控制时电压过零，分闸控制时电流过零。

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