CN114639572B - 一种集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构，包括传动杆，传动杆的中部连接有套筒，膜片弹簧的小端分离指的上下侧分别通过分闸侧和合闸侧弧形压垫压紧定位，分闸侧、合闸侧弧形压垫的两侧通过分闸斥力盘、合闸斥力盘压紧定位，分闸斥力盘、合闸斥力盘分别通过分闸斥力盘紧固螺母、合闸斥力盘紧固螺母旋紧定位；膜片弹簧的大端外沿通过分闸线圈绝缘体、合闸线圈绝缘体压紧连接，分闸、合闸线圈绝缘体通过紧固螺栓连接在一起。本发明实现膜片弹簧与电磁斥力机构的一体化集成，实现了紧凑化设计，通过膜片弹簧实现电磁斥力机构的合分闸保持，并在电磁斥力机构运动至合分闸位置时间，提供合分闸缓冲力，提高电磁斥力机构操动的机械可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及机械式高压开关操动机构技术领域，尤其涉及一种集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构。
背景技术
随着交直流电力系统规模的不断扩大，高比例新能源新型电力系统快速发展，电力系统对安全可靠运行水平的要求越来越高，同时对高供电电压质量的要求日趋迫切。现阶段西北大型能源基地与东南沿海负荷密集区域，系统短路电流超标隐患突显，系统在运变压器抗短路能力不足问题渐趋突出，同时随着高必新能源系统和高比例电力电子设备的接入，系统供电电压质量逐渐难以满足标准要求。现阶段，以电磁斥力机构为驱动部件的快速开关，以期分合闸时间短、分散性低等特征，已逐渐成为新型电力系统下开关型先进电力装备发展的核心单元，在系统超标短路电流的治理、供电电压质量的改善、直流断路器等技术领域具有不可替代的重大意义。快速开关电磁斥力机构的小型化、集成化发展，对降低开关型先进电力设备的体积、经济成本等具有重要意义。
当电磁斥力机构进行合闸操作时，灭弧室触头表面流过电流，触头间会产生斥力，需要保持装置提供合闸保持力；当电磁斥力机构进行分闸操作时，真空灭弧室受真空作用，触头间会产生吸力，需要保持装置提供分闸保持力。目前应用较多的保持装置有传统弹簧装置和永磁保持装置，该保持装置一般设置在斥力装置的外部，且一般体积较大。专利202021271743.X公开了一种弹簧组保持的快速斥力操动机构，可实现断路器快速分断和闭合。专利201820089373.4公开了一种永磁力保持式电磁涡流斥力型快速开关，利用分合闸磁铁实现分合闸保持。专利202010480972.0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，利用充满油的压紧的双稳弹簧单元提供分合闸保持力。但是，上述三种专利的保持装置均设置在斥力装置的上方或下方，电磁斥力机构整机体积较大，严重制约快速开关在安装体积要求较高场景下(如中高压气体开关柜、环网柜等)的推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构，实现快速开关用电磁斥力机构的紧凑化设计，克服上述现有技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构，包括传动杆、分闸斥力盘、合闸斥力盘、膜片弹簧、分闸线圈、分闸线圈绝缘体、合闸线圈、合闸线圈绝缘体；所述传动杆位于圆形中心处且中部连接有支撑与限位用的套筒，所述膜片弹簧的分离指置于所述套筒上，膜片弹簧的小端分离指的上下侧分别通过分闸侧弧形压垫、合闸侧弧形压垫压紧定位，所述分闸侧弧形压垫、合闸侧弧形压垫的两侧通过分闸斥力盘、合闸斥力盘压紧定位，所述分闸斥力盘、合闸斥力盘分别通过分闸斥力盘紧固螺母、合闸斥力盘紧固螺母旋紧在所述传动杆的两端进行定位；所述膜片弹簧的大端外沿通过分闸线圈绝缘体、合闸线圈绝缘体压紧连接，所述分闸线圈绝缘体内部设置有分闸线圈，所述合闸线圈绝缘体内部设置有合闸线圈，所述分闸线圈绝缘体和所述合闸线圈绝缘体通过紧固螺栓连接在一起。
进一步的，所述分闸侧弧形压垫位于所述套筒的上方并压紧所述膜片弹簧的大端外沿，所述合闸侧弧形压垫位于所述套筒的下方并压紧在所述膜片弹簧的分离指上。
进一步的，所述分闸线圈与所述分闸线圈绝缘体通过环氧树脂或SMC浇注一体成型，所述合闸线圈与所述合闸线圈绝缘体通过环氧树脂或SMC浇注一体成型。
进一步的，所述传动杆两侧的外周上设置有与所述分闸斥力盘紧固螺母、合闸斥力盘紧固螺母匹配的螺纹结构；所述传动杆两端的中心设置有安装用的内螺纹孔。
进一步的，所述分闸斥力盘紧固螺母和所述分闸斥力盘之间设置有分闸斥力盘紧固螺母垫片，所述合闸斥力盘紧固螺母与所述合闸斥力盘之间设置有合闸斥力盘紧固螺母垫片。
进一步的，所述紧固螺栓设置有多个且从所述膜片弹簧外周的通孔内穿过，所述紧固螺栓的外周上设置有小套筒，所述小套筒位于所述膜片弹簧201外周的通孔内。
进一步的，所述膜片弹簧的材质选用50CrVA或60Si2MnA弹簧钢。
进一步的，所述传动杆、分闸斥力盘、合闸斥力盘、分闸斥力盘紧固螺母、合闸斥力盘紧固螺母、套筒、分闸侧弧形压垫和合闸侧弧形压垫的材质均采用高强度铝合金。
进一步的，当处于合闸位置时，所述分闸斥力盘与分闸线圈绝缘体之间保持1毫米间隙距离；当处于分闸位置时，合闸斥力盘与合闸线圈绝缘体之间保持1毫米间隙距离；该间隙距离下的膜片弹簧处于非压缩自由状态。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明提出了一种集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构，采用分闸斥力盘和合闸斥力盘替代传统电磁斥力机构的单斥力盘结构，在分闸斥力盘与合闸斥力盘之间固定压紧膜片弹簧的分离指，在合闸线圈绝缘体和分闸线圈绝缘体之间固定压紧膜片弹簧的大端外沿，实现膜片弹簧与电磁斥力机构的一体化集成，使得该结构整体实现了紧凑化设计，通过膜片弹簧实现电磁斥力机构的合分闸保持，并在电磁斥力机构运动至合分闸位置时间，提供合分闸缓冲力，提高电磁斥力机构操动的机械可靠性。
与现有技术相比，本发明设置分闸斥力盘与合闸斥力盘，并集成膜片弹簧于电磁斥力机构内部，在应用电磁斥力机构的快速开关传动结构上，取消了分离式缓冲器结构设计，改善了合分闸保持装置的结构布置，实现电磁斥力机构的紧凑化设计，简化快速开关合分闸传动系统连接，大大降低快速开关整机传动结构体积。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构示意图；(剖视)
图2为本发明膜片弹簧结构俯视图；
图3为本发明膜片弹簧结构主视图；
附图标记说明：101、传动杆；102、分闸斥力盘；103、合闸斥力盘；104、套筒；105、分闸斥力盘紧固螺母；106、合闸斥力盘紧固螺母；107、分闸斥力盘紧固螺母垫片；108、合闸斥力盘紧固螺母垫片；201、膜片弹簧；202、分闸侧弧形压垫；203、合闸侧弧形压垫；204、小套筒；301、分闸线圈；302、分闸线圈绝缘体；303、合闸线圈；304、合闸线圈绝缘体；305、紧固螺栓。
具体实施方式
如图1-3所示，一种集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构，包括传动杆101、分闸斥力盘102、合闸斥力盘103、膜片弹簧201、分闸线圈301、分闸线圈绝缘体302、合闸线圈303、合闸线圈绝缘体304；
所述传动杆101位于圆形中心处且中部连接有支撑与限位用的套筒104，所述膜片弹簧201的分离指置于所述套筒104上，膜片弹簧201的小端分离指的上下侧分别通过分闸侧弧形压垫202、合闸侧弧形压垫203压紧定位，所述分闸侧弧形压垫202、合闸侧弧形压垫203的两侧通过分闸斥力盘102、合闸斥力盘103压紧定位，所述分闸斥力盘102、合闸斥力盘103分别通过分闸斥力盘紧固螺母105、合闸斥力盘紧固螺母106旋紧在所述传动杆101的两端进行定位；所述膜片弹簧201的大端外沿通过分闸线圈绝缘体302、合闸线圈绝缘体304压紧连接，所述分闸线圈绝缘体302内部设置有分闸线圈301，所述合闸线圈绝缘体304内部设置有合闸线圈303，所述分闸线圈绝缘体302和所述合闸线圈绝缘体304通过紧固螺栓305连接在一起。具体的，分闸线圈301和分闸线圈301的中心预留出通孔，便于分闸斥力盘紧固螺母105、合闸斥力盘紧固螺母106的组装定位。
所述分闸侧弧形压垫202位于所述套筒104的上方并压紧所述膜片弹簧201的大端外沿，所述合闸侧弧形压垫203位于所述套筒104的下方并压紧在所述膜片弹簧的分离指上。
所述分闸线圈301与所述分闸线圈绝缘体302通过环氧树脂或SMC浇注一体成型，所述合闸线圈303与所述合闸线圈绝缘体304通过环氧树脂或SMC浇注一体成型。具体的，SMC是Sheet molding compound的缩写，即片状模塑料，为已知现有材料。主要原料由SMC专用纱、不饱和树脂、低收缩添加剂，填料及各种助剂组成。具体的，环氧树脂、SMC与线圈结合牢固，结构致密，具有良好的耐磨、耐腐蚀和电绝缘等特性，保障线圈匝间绝缘和线圈机械可靠性，降低线圈匝间间距、增加线圈匝数，提升机构的出力特性。
所述传动杆101两侧的外周上设置有与所述分闸斥力盘紧固螺母105、合闸斥力盘紧固螺母106匹配的螺纹结构；所述传动杆101两端的中心设置有安装用的内螺纹孔。
所述分闸斥力盘紧固螺母105和所述分闸斥力盘102之间设置有分闸斥力盘紧固螺母垫片107，所述合闸斥力盘紧固螺母106与所述合闸斥力盘103之间设置有合闸斥力盘紧固螺母垫片108。
所述紧固螺栓305设置有多个且从所述膜片弹簧201外周的通孔内穿过，所述紧固螺栓305的外周上设置有小套筒204，所述小套筒204位于所述膜片弹簧201外周的通孔内。具体的小套筒204卡接在所述膜片弹簧201外周的通孔内，小套筒的内径与紧固螺栓305的外径相配合，主要起到定位到导向的作用。
所述膜片弹簧201的材质选用50CrVA或60Si2MnA弹簧钢，具体可采用汽车离合器常用膜片弹簧。
所述传动杆101、分闸斥力盘102、合闸斥力盘103、分闸斥力盘紧固螺母105、合闸斥力盘紧固螺母106、套筒104、分闸侧弧形压垫202和合闸侧弧形压垫203的材质均采用高强度铝合金，以降低电磁斥力机构的运动质量。
本发明的使用过程：
以12kV快速真空开关为应用对象，机构的输出总行程设为10mm。
当处于合闸位置时，所述分闸斥力盘102与分闸线圈绝缘体302之间保持1毫米间隙距离；当处于分闸位置时，合闸斥力盘103与合闸线圈绝缘体304之间保持1毫米间隙距离；在该间隙距离下膜片弹簧201处于非压缩自由状态。
当电磁斥力机构执行分闸或合闸操动时，膜片弹簧201开始压缩起阻碍运动的作用；当电磁斥力机构分闸或合闸运动至输出行程的一半时，膜片弹簧201压缩量达到最大；随着电磁斥力机构继续分闸或合闸运动，膜片弹簧201开始翻转，助力电磁斥力机构的分闸或合闸操动。当电磁斥力机构运动至分闸或合闸位置时，膜片弹簧201处于自由非压缩状态；当电磁斥力机构运动因惯性运动超越合闸或分闸位置时，膜片弹簧201由自由非压缩状态转变至拉伸状态，阻碍电磁斥力机构的超行程运动，并起到分闸或合闸操动的缓冲与限位作用。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构，其特征在于：包括传动杆(101)、分闸斥力盘(102)、合闸斥力盘(103)、膜片弹簧(201)、分闸线圈(301)、分闸线圈绝缘体(302)、合闸线圈(303)、合闸线圈绝缘体(304)；
所述传动杆(101)位于圆形中心处且中部连接有支撑与限位用的套筒(104)，所述膜片弹簧(201)的分离指置于所述套筒(104)上，膜片弹簧(201)的小端分离指的上下侧分别通过分闸侧弧形压垫(202)、合闸侧弧形压垫(203)压紧定位，所述分闸侧弧形压垫(202)、合闸侧弧形压垫(203)的两侧通过分闸斥力盘(102)、合闸斥力盘(103)压紧定位，所述分闸斥力盘(102)、合闸斥力盘(103)分别通过分闸斥力盘紧固螺母(105)、合闸斥力盘紧固螺母(106)旋紧在所述传动杆(101)的两端进行定位；所述膜片弹簧(201)的大端外沿通过分闸线圈绝缘体(302)、合闸线圈绝缘体(304)压紧连接，所述分闸线圈绝缘体(302)内部设置有分闸线圈(301)，所述合闸线圈绝缘体(304)内部设置有合闸线圈(303)，所述分闸线圈绝缘体(302)和所述合闸线圈绝缘体(304)通过紧固螺栓(305)连接在一起。
2.根据权利要求1所述的集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构，其特征在于：所述分闸侧弧形压垫(202)位于所述套筒(104)的上方并压紧所述膜片弹簧(201)的分离指上，所述合闸侧弧形压垫(203)位于所述套筒(104)的下方并压紧在所述膜片弹簧的分离指上。
3.根据权利要求1所述的集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构，其特征在于：所述分闸线圈(301)与所述分闸线圈绝缘体(302)通过环氧树脂或SMC浇注一体成型，所述合闸线圈(303)与所述合闸线圈绝缘体(304)通过环氧树脂或SMC浇注一体成型。
4.根据权利要求1所述的集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构，其特征在于：所述传动杆(101)两侧的外周上设置有与所述分闸斥力盘紧固螺母(105)、合闸斥力盘紧固螺母(106)匹配的螺纹结构；所述传动杆(101)两端的中心设置有安装用的内螺纹孔。
5.根据权利要求1所述的集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构，其特征在于：所述分闸斥力盘紧固螺母(105)和所述分闸斥力盘(102)之间设置有分闸斥力盘紧固螺母垫片(107)，所述合闸斥力盘紧固螺母(106)与所述合闸斥力盘(103)之间设置有合闸斥力盘紧固螺母垫片(108)。
6.根据权利要求1所述的集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构，其特征在于：所述紧固螺栓(305)设置有多个且从所述膜片弹簧(201)外周的通孔内穿过，所述紧固螺栓(305)的外周上设置有小套筒(204)，所述小套筒(204)位于所述膜片弹簧(201)外周的通孔内。
7.根据权利要求1所述的集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构，其特征在于：所述膜片弹簧(201)的材质选用50CrVA或60Si2MnA弹簧钢。
8.根据权利要求1所述的集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构，其特征在于：所述传动杆(101)、分闸斥力盘(102)、合闸斥力盘(103)、分闸斥力盘紧固螺母(105)、合闸斥力盘紧固螺母(106)、套筒(104)、分闸侧弧形压垫(202)和合闸侧弧形压垫(203)的材质均采用高强度铝合金。
9.根据权利要求1所述的集成膜片弹簧的紧凑型电磁斥力机构，其特征在于：当处于合闸位置时，所述分闸斥力盘(102)与分闸线圈绝缘体(302)之间保持1毫米间隙距离；当处于分闸位置时，合闸斥力盘(103)与合闸线圈绝缘体(304)之间保持1毫米间隙距离；该间隙距离下的膜片弹簧(201)处于非压缩自由状态。
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