CN116313580B - 一种永磁机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种永磁机构，用于驱动永磁开关的极柱，包括永磁保持组件、电磁线圈、动铁芯，其中：所述永磁保持组件包括依次搭接的内磁轭、永磁铁和外磁轭；所述动铁芯与所述极柱固定连接；所述永磁机构处于第一状态时，所述永磁保持组件与所述动铁芯的上表面搭接，形成两个活动搭接面，所述永磁保持组件与所述动铁芯在两个所述活动搭接面之间形成一个空腔，所述电磁线圈设置在所述空腔内并与所述永磁保持组件固定连接，用于提供使动铁芯产生朝向或远离所述永磁保持组件的力；所述永磁机构处于第二状态时，所述动铁芯的上表面与所述永磁保持组件分离。本发明的永磁机构尺寸小，能够直接安装在传统VS1开关的极柱下方。

Description

一种永磁机构

技术领域

本发明涉及电力中压开关设备领域，尤其涉及一种永磁机构。

背景技术

中压开关是电力领域中重要的设备，在中压开关领域，VS1型开关是中压配电领域主流的开关设备，VS1型开关的操动机构目前主要以弹簧机构为主，近十年，以永磁机构作为操动机构的VS1永磁开关产品开始逐渐增多，此两类开关均为拐臂杠杆式（弹簧操动机构或永磁机构与极柱前后水平布置，通过拐臂杠杆的结构形式来驱动极柱，该设计的初衷也是为了开关产品的小型化）。

随着电网系统对开关控制的要求越来越高，特别是在相控技术领域，普通弹簧操作机构驱动的开关已经不能满足精准控制的要求，即使是拐臂杠杆结构形式的永磁开关，因为布局仍然是拐臂杠杆式，拥有拐臂杠杆结构的诸多缺陷，目前效果并不理想，为了解决开关精准控制的难题，业内均采用直驱结构形式，摒弃拐臂杠杆式的布局，直驱式永磁开关是将永磁机构安装于极柱正下方，永磁机构直接连着绝缘拉杆，中间省去拐臂杠杆，此布局极大提高了开关控制精度，由于永磁机构高度太高，标准VS1外形无法做到将永磁机构直接安装于极柱正下方，现有技术中，部分方案将开关尺寸加高，采用非标尺寸，增加极柱下方高度空间，将常规永磁机构安装于极柱下方；部分方案在标准VS1开关外形尺寸的基础上，采用特制的灭弧室（该灭弧室对触头压力要求很小，是常规灭弧室触头压力的约1/3），因此永磁机构所需克服的负载极大的降低，永磁机构的体积也随之负载降低而设计得更小，即使如此，该永磁机构的高度仍超过了极柱底下空间的高度，所以该方案不仅采用特制灭弧室，仍需定制化的固封极柱和定制化的绝缘拉杆，将永磁机构超出高度的部分空间塞入极柱内部（借用了极柱下部空间）。

综上所述，现有技术中的方案需要采用非标尺寸或定制部件，大大提升了制作成本以及结构的复杂程度，无法将永磁机构直接设置在标准VS1开关的极柱正下方。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明提出了一种永磁机构，解决了当前直驱式永磁机构高度太高，无法安装于传统极柱正下方的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种永磁机构，用于驱动永磁开关的极柱，包括永磁保持组件、电磁线圈、动铁芯，其中：

所述永磁保持组件包括内磁轭、沿着径向远离所述内磁轭方向设置的永磁铁和外磁轭，所述内磁轭、永磁铁、外磁轭间依次搭接；

所述动铁芯与所述极柱固定连接；

所述永磁机构处于第一状态时，所述永磁保持组件与所述动铁芯的上表面搭接，形成两个活动搭接面，所述永磁保持组件与所述动铁芯在两个所述活动搭接面之间形成一个空腔，所述电磁线圈设置在所述空腔内并与所述永磁保持组件固定连接，用于提供使动铁芯产生朝向或远离所述永磁保持组件的力；此时，所述内磁轭、永磁铁、外磁轭、动铁芯形成闭合磁路，使所述动铁芯保持在当前位置；

所述永磁机构处于第二状态时，所述动铁芯的上表面与所述永磁保持组件分离；

所述空腔的尺寸与所述电磁线圈的尺寸适应，使得所述空腔刚好能够设置所述电磁线圈。

在一些实施例中，本发明还具有以下技术特征：

所述动铁芯的直径大于所述动铁芯的最大厚度。

还包括底板，所述底板设置在所述动铁芯下方，与所述永磁保持组件固定连接。

还包括斥力组件，所述斥力组件包括平行设置的斥力线圈和斥力盘，所述斥力线圈通电时，驱动所述斥力盘远离所述斥力线圈，其中，所述斥力盘设置在所述动铁芯的上表面和/或所述动铁芯的下表面，所述斥力线圈设置在所述内磁轭的下表面和/或所述底板的上表面。

所述斥力盘以嵌入的方式与所述动铁芯连接，所述斥力线圈以嵌入的方式与所述内磁轭和/或所述底板连接。

还包括安装板和支撑杆，其中，所述安装板的下表面与所述永磁保持组件的上表面固定连接，所述安装板与所述底板通过所述支撑杆固定连接。

还包括弹簧，所述弹簧设置在所述动铁芯与所述安装板之间，在由所述第二状态切换为所述第一状态时储能，由所述第一状态切换为第二状态时释能。

所述支撑杆穿过所述动铁芯，所述弹簧套设在所述支撑杆外部。

所述弹簧设置在所述动铁芯与所述永磁保持组件之间，所述弹簧位于所述动铁芯中心。

还包括缓冲组件，所述缓冲组件包括设置在底板上表面的缓冲器与设置在所述动铁芯上，与所述缓冲器配合的缓冲器压板，所述缓冲组件用于在所述第一状态切换为所述第二状态时为所述动铁芯提供缓冲。

还包括顶针，所述顶针的一端与所述底板固定连接，另一端与所述电磁线圈接触，用于支撑所述电磁线圈，所述动铁芯上开设有供所述顶针通过的孔。

还包括连接杆，所述连接杆设置在所述动铁芯中心，从上至下依次穿过所述永磁保持组件和所述动铁芯，所述连接杆与所述动铁芯固定连接，所述动铁芯通过所述连接杆与所述极柱固定连接。

所述永磁保持组件上表面面积与所述动铁芯下表面面积之比小于或等于1，所述永磁保持组件最厚处的厚度与所述动铁芯最薄处的厚度之和与所述永磁保持组件最薄处的厚度与所述动铁芯最厚处的厚度之和相同，且所述永磁保持组件最薄处与所述动铁芯最薄处形成所述空腔，所述空腔纵向尺寸与所述电磁线圈纵向尺寸相当。

所述外磁轭设置于所述电磁线圈的外侧，所述内磁轭设置于所述电磁线圈的上方，所述永磁铁设置于所述内磁轭和所述外磁轭之间；所述动铁芯的最大径向尺寸与所述永磁保持组件的最大径向尺寸一致，所述永磁保持组件的最大轴向尺寸略大于所述内磁轭的轴向尺寸与所述电磁线圈的轴向尺寸之和；通过控制所述电磁线圈的通电方向驱动所述第一状态和所述第二状态之间的切换。

两个所述活动搭接面为第一活动搭接面和第二活动搭接面；所述永磁保持组件的上表面至第二活动搭接面的纵向尺寸大于所述永磁保持组件的上表面至第一活动搭接面的纵向尺寸，且大于第一活动搭接面至第二活动搭接面的纵向尺寸；所述永磁保持组件位于第一活动搭接面处的横向直径大于所述动铁芯位于第一活动搭接面处的横向直径，且小于所述动铁芯位于第二活动搭接面处的横向直径和所述永磁保持组件的横向直径；所述动铁芯的下表面至第一活动搭接面的纵向尺寸大于所述动铁芯的下表面至第二活动搭接面的纵向尺寸，且大于第一活动搭接面至第二活动搭接面的纵向尺寸；所述动铁芯位于第一活动搭接面处的横向直径小于动铁芯位于第二活动搭接面处的横向直径；所述第一活动搭接面至第二活动搭接面的纵向尺寸等于所述永磁保持组件的上表面至第二活动搭接面的纵向尺寸减去所述永磁保持组件的上表面至第一活动搭接面的纵向尺寸，且等于所述动铁芯的下表面至第一活动搭接面的纵向尺寸减去所述动铁芯的下表面至第二活动搭接面的纵向尺寸。

所述电磁线圈用于切换所述第一状态和所述第二状态；在所述第一状态或所述第二状态之间切换时，所述永磁机构的纵向高度均小于70mm，所述外磁轭远离所述极柱的表面与所述极柱纵向中轴线之间的横向距离保持不变。

本发明的有益效果是：

本发明提出一种永磁机构，通过合理布置内磁轭、永磁铁、外磁轭和动铁芯，使其共享部分纵向空间，使永磁机构高度仅由电磁线圈占用的高度影响，从而实现永磁机构纵向尺寸的缩减，并在缩减尺寸的同时，采用内磁轭、永磁铁、外磁轭、动铁芯直接形成闭合磁路的设计，使闭合磁路长度减小，降低磁阻，提供满足使用要求的保持力。

在一些实施例中，本发明还设置有斥力组件，通过斥力组件与电磁线圈配合作用，使永磁机构在切换状态时，能够使用较低的初速度进行，从而降低冲击碰撞的力，提升永磁机构驱动的开关寿命。

在一些实施例中，本发明的斥力组件与其他组件嵌入式连接，进一步缩减了整体结构的尺寸。

附图说明

图1是本发明实施例中第一实施例示意图；

图2是本发明实施例中第二实施例示意图；

图3是本发明实施例中第三实施例示意图；

图4是本发明实施例中第四实施例示意图；

图5是本发明实施例中第五实施例示意图；

图6是本发明实施例中第六实施例示意图；

图7是本发明实施例中第七实施例示意图；

图8是本发明实施例中第八实施例爆炸图；

图9是本发明实施例中第八实施例第一状态示意图；

图10是本发明实施例中第八实施例中间状态示意图；

图11是本发明实施例中第八实施例第二状态示意图；

图12是本发明实施例中合闸过程第二状态示意图；

图13是本发明实施例中合闸过程中间状态示意图；

图14是本发明实施例中分闸过程初始状态示意图；

图中：1-永磁机构，2-电磁线圈，3-动铁芯，4-内磁轭，5-永磁铁，6-外磁轭，7-连接杆，8-底板，9-安装板，10-支撑杆，11-螺套，12-法兰衬套，13-锁紧螺母，14-弹簧，15-顶针，16-缓冲器，17-缓冲器压板，18-合闸斥力线圈，19-合闸斥力盘，20-分闸斥力线圈，21-分闸斥力盘。

具体实施方式

为使本发明技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图对本发明实施例的技术方案进行完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，第一状态为合闸状态，第二状态为分闸状态，由第一状态转变为第二状态的过程成为分闸，由第二状态转变为第一状态的过程成为合闸。

第一实施例

如图1，本发明提供一种永磁机构1，用于驱动永磁开关的极柱，包括永磁保持组件、电磁线圈2、动铁芯3，永磁保持组件包括内磁轭4、沿着径向远离所述内磁轭4方向设置的永磁铁5和外磁轭6，所述内磁轭4、所述外磁轭6、所述永磁铁5间依次搭接形成固定搭接面，分别为内磁轭4与永磁铁5之间的固定搭接面，以及永磁铁5与外磁轭6之间的固定搭接面；所述动铁芯3与极柱固定连接。

所述永磁机构处于第一状态时，所述永磁保持组件与所述动铁芯3的上表面搭接，形成两个活动搭接面，所述永磁保持组件与所述动铁芯3在两个所述活动搭接面之间形成一个空腔，所述电磁线圈2设置在所述空腔内并与所述永磁保持组件固定连接，用于提供使动铁芯3产生朝向或远离所述永磁保持组件的力；此时，所述内磁轭4、所述永磁铁5、所述外磁轭6、所述动铁芯3形成闭合磁路，使所述动铁芯3保持在当前位置。

当所述永磁机构处于第二状态时，所述动铁芯3的上表面与所述永磁保持组件分离，动铁芯3带动极柱向下运动，使其驱动的开关断开。

所述空腔的尺寸与所述电磁线圈2的尺寸适应，使得所述空腔刚好能够设置所述电磁线圈2，从而降低所述永磁保持组件与所述动铁芯3的厚度，并使所述闭合磁路的长度减小，降低磁阻。

如图1所示，所述动铁芯3的直径大于所述动铁芯3的最大厚度。

永磁机构还包括连接杆7、底板8、安装板9、支撑杆10、螺套11、法兰衬套12和锁紧螺母13，底板8设置在所述动铁芯3下方，与所述永磁保持组件固定连接，安装板9的下表面固定连接于永磁保持组件的上表面，底板8与安装板9之间通过支撑杆10固定连接，所述连接杆7设置在所述动铁芯3中心，从上至下依次穿过所述永磁保持组件和所述动铁芯3，所述连接杆7通过螺套11和法兰衬套12与安装板9连接，所述动铁芯3通过设置在连接杆7底部的锁紧螺母13与连接杆7固定连接；所述动铁芯3通过连接杆7与极柱固定连接。

永磁机构还包括弹簧14，所述弹簧14设置在所述动铁芯3与所述安装板9之间，在由所述第二状态切换为所述第一状态时储能，由所述第一状态切换为第二状态时释能。

永磁机构还包括顶针15，所述顶针15的一端与所述底板8固定连接，另一端与所述电磁线圈2接触，用于支撑所述电磁线圈2，所述动铁芯3上开设有供所述顶针15通过的孔。

永磁机构还包括缓冲组件，所述缓冲组件包括设置在底板8上表面的缓冲器16与设置在所述动铁芯3上，与所述缓冲器16配合的缓冲器压板17，所述缓冲组件用于在所述第一状态切换为所述第二状态时为所述动铁芯3提供缓冲。

在该实施例中，所述支撑杆10穿过所述动铁芯3，所述弹簧14套设在所述支撑杆10外部。

在一些实施例中，所述永磁保持组件上表面面积与所述动铁芯3下表面面积之比小于或等于1，所述永磁保持组件最厚处的厚度与所述动铁芯3最薄处的厚度之和与所述永磁保持组件最薄处的厚度与所述动铁芯3最厚处的厚度之和相同（永磁保持组件和动铁芯结构互补，这样不会占用多余的空间），且所述永磁保持组件最薄处与所述动铁芯3最薄处形成所述空腔，所述空腔纵向尺寸与所述电磁线圈2纵向尺寸相当。

在一些实施例中，所述外磁轭6设置于所述电磁线圈2的外侧，所述内磁轭4设置于所述电磁线圈2的上方，所述永磁铁5设置于所述内磁轭4和所述外磁轭6之间；所述动铁芯3的最大径向尺寸与所述永磁保持组件的最大径向尺寸一致，所述永磁保持组件的最大轴向尺寸略大于所述内磁轭4的轴向尺寸与所述电磁线圈2的轴向尺寸之和，按照该尺寸所形成的空腔刚好能够设置所述电磁线圈；通过控制所述电磁线圈2的通电方向驱动所述第一状态和所述第二状态之间的切换。

在一些实施例中，两个所述活动搭接面为第一活动搭接面和第二活动搭接面，第一活动搭接面是指内磁轭4与动铁芯3的上表面搭接形成的活动搭接面，第二活动搭接面是指外磁轭6与动铁芯3的上表面搭接形成的活动搭接面；所述永磁保持组件的上表面至第二活动搭接面的纵向尺寸大于所述永磁保持组件的上表面至第一活动搭接面的纵向尺寸，且大于第一活动搭接面至第二活动搭接面的纵向尺寸；所述永磁保持组件位于第一活动搭接面处的横向直径大于所述动铁芯3位于第一活动搭接面处的横向直径，且小于所述动铁芯3位于第二活动搭接面处的横向直径和所述永磁保持组件的横向直径；所述动铁芯3的下表面至第一活动搭接面的纵向尺寸大于所述动铁芯3的下表面至第二活动搭接面的纵向尺寸，且大于第一活动搭接面至第二活动搭接面的纵向尺寸；所述动铁芯3位于第一活动搭接面处的横向直径小于动铁芯3位于第二活动搭接面处的横向直径；所述第一活动搭接面至第二活动搭接面的纵向尺寸等于所述永磁保持组件的上表面至第二活动搭接面的纵向尺寸减去所述永磁保持组件的上表面至第一活动搭接面的纵向尺寸，且等于所述动铁芯3的下表面至第一活动搭接面的纵向尺寸减去所述动铁芯3的下表面至第二活动搭接面的纵向尺寸。

在一些实施例中，所述电磁线圈2用于切换所述第一状态和所述第二状态；在所述第一状态或所述第二状态之间切换时，所述永磁机构的纵向高度均小于70mm，所述外磁轭6远离所述极柱的表面与所述极柱纵向中轴线之间的横向距离保持不变。

第一实施例可应用于非快速开关领域，使用电磁线圈2，作为永磁机构应用。

第二实施例

如图2所示，本实施例与第一实施例的区别在于，本实施例中，弹簧14设置在所述动铁芯3与所述永磁保持组件之间，所述弹簧14位于所述动铁芯3中心，其套设于连接杆7外围，一端与动铁芯3接触，一端设置在内磁轭4用于配合弹簧14固定的凹槽中。

第二实施例可应用在非快速开关与小电流开关场合，由于弹簧14设置在中部，其能够进一步缩减机构的径向尺寸，实现进一步小型化。

第三实施例

如图3所示，本实施例与第二实施例的区别在于，本实施例中，动铁芯3为平板式，内磁轭4与该平板式动铁芯3配合，设置为内侧厚度大于外侧厚度的形状。

为了保证中压配电系统中重要负载运行的可靠性，在电网电源异常的情况下主电源和备用电源间必须实现无扰动快速切换，而过去电网建设中使用的普通VS1开关设备动作时间无法满足无扰动快速切换需求。为了解决这一难题，斥力开关应运而生，斥力开关的操动机构被称为斥力机构，目前的斥力机构均采用双斥力线圈（合闸斥力线圈和分闸斥力线圈），合分闸的动力均由斥力产生，根据斥力机构的原理，斥力盘与斥力线圈距离越远斥力越小，所以现有的斥力机构在合闸过程中，斥力提供的加速度是逐渐减小的，在末端几乎为0，而合闸过程遇到的最大阻力却出现在合闸过程的末端，合闸末端需要克服绝缘拉杆反力，而此时斥力机构却提供不了动力，主要依靠初始斥力，将运动速度提到非常快，通过惯性来克服绝缘拉杆反力，因此它有一个明显的缺陷，即动作速度太快，合闸动作末端对灭弧室触头机械冲击大，大大缩短了开关的使用寿命。同时，根据斥力机构的构成（斥力机构目前主要由永磁保持机构+斥力驱动机构组成），斥力机构尺寸不比现有市场上永磁机构小，因此斥力开关也同样面临背景技术中提到的VS1外形尺寸下无法做到直驱结构形式，目前业内也主要采用加高开关尺寸做成非标尺寸和做成拐臂杠杆式（非标直驱式斥力开关相比拐臂杠杆式斥力开关在合分闸时间上更有优势）。

在一些实施例中，本发明将斥力机构与永磁机构集成在一起，并采用合理布置减小尺寸，使得采用本发明技术方案的永磁斥力机构能够满足需求，直接安装在传统VS1开关的极柱下方，具体实施例详述如下。

第四实施例

如图4所示，本实施例与第二实施例的区别在于，还包括斥力组件，所述斥力组件包括平行设置的斥力线圈和斥力盘，所述斥力线圈通电时，驱动所述斥力盘远离所述斥力线圈，在本实施例中，斥力盘和斥力线圈为合闸斥力盘19和合闸斥力线圈18，其中，所述合闸斥力盘19设置在所述动铁芯3的下表面，所述合闸斥力线圈18设置在所述底板8的上表面，在合闸时，首先由所述合闸斥力线圈18与所述合闸斥力盘19相互作用，提供合闸初始斥力，驱动动铁芯3由第二状态位置向第一状态位置运动，在所述动铁芯3接近第一状态的位置时，由电磁线圈2提供接续合闸力，克服合闸过程末端时的阻力，驱动动铁芯3继续向第一状态的位置运动，直至达到第一状态。

在本实施例中，合闸斥力线圈18嵌入所述底板8，进一步缩减纵向尺寸。

第四实施例可以应用于对分闸时间要求一般，对合闸时间要求较高的快速开关领域。由于本实施例不需要分闸斥力盘和分闸斥力线圈，所以可以使内磁轭直径更小，从而整个机构外径也可以相应减小；因此，与有分闸斥力盘和分闸斥力线圈的实施例相比，本实施例机构外径更小，可以应用在小电流开关领域（小电流开关由于相间距更小，要求机构外径更小才能安装）。

第五实施例

如图5所示，本实施例与第四实施例的区别在于，本实施例中，动铁芯3为平板式，内磁轭4与该平板式动铁芯3配合，设置为内侧厚度大于外侧厚度的形状。

第六实施例

如图6所示，本实施例与第一实施例的区别在于，还包括斥力组件，所述斥力组件包括平行设置的斥力线圈和斥力盘，所述斥力线圈通电时，驱动所述斥力盘远离所述斥力线圈，在本实施例中，斥力盘和斥力线圈为合闸斥力盘19和合闸斥力线圈18，其中，所述合闸斥力盘19设置在所述动铁芯3的下表面，所述合闸斥力线圈18设置在所述底板8的上表面，在合闸时，首先由所述合闸斥力线圈18与所述合闸斥力盘19相互作用，提供合闸初始斥力，驱动动铁芯3由第二状态位置向第一状态位置运动，在所述动铁芯3接近第一状态的位置时，由电磁线圈2提供接续合闸力，克服合闸过程末端时的阻力，驱动动铁芯3继续向第一状态的位置运动，直至达到第一状态。

在本实施例中，合闸斥力线圈18嵌入底板8，合闸斥力盘19嵌入动铁芯3，进一步缩减纵向尺寸。

第六实施例可以应用于对分闸时间要求一般，对合闸时间要求较高的快速开关领域。

第七实施例

如图7所示，本实施例与第一实施例的区别在于，还包括斥力组件，所述斥力组件包括平行设置的斥力线圈和斥力盘，所述斥力线圈通电时，驱动所述斥力盘远离所述斥力线圈，在本实施例中，斥力盘和斥力线圈为分闸斥力盘21和分闸斥力线圈20，其中，所述分闸斥力盘21设置在所述动铁芯3的上表面，所述分闸斥力线圈20设置在所述内磁轭4的下表面，在分闸时，使用分闸斥力线圈20提供动力，能够缩短分闸时间。

在本实施例中，分闸斥力线圈20嵌入内磁轭4，分闸斥力盘21嵌入动铁芯3，进一步缩减纵向尺寸。

第七实施例可应用于对合闸时间要求一般，对分闸时间要求较高的快速开关领域。

第八实施例

如图8所示，本实施例结合第六实施例与第七实施例，其斥力组件同时包括分闸斥力线圈20、分闸斥力盘21、合闸斥力线圈18、合闸斥力盘19，从而能够满足对合闸和分闸时间要求都较高的快速开关领域。

如图9、图10、图11所示，由第一状态切换为第二状态时，动铁芯3带动连接杆7向分闸位置移动。

以第八实施例为例说明分闸和合闸过程原理：

合闸过程：如图12所示，永磁机构处于第二状态，即分闸状态时，电磁线圈2和合闸斥力线圈18同时通电，合闸斥力线圈18通流后产生磁场，靠近合闸斥力线圈18的合闸斥力盘19感应到合闸斥力线圈18磁场后产生涡流，涡流的作用使合闸斥力盘19又产生一个反向的感应磁场，该磁场与合闸斥力线圈18的磁场方向相反，从而产生排斥力，根据涡流排斥力的原理，只有斥力盘与斥力线圈靠得很近时才能产生较大排斥力，随着斥力盘与斥力线圈的距离增加排斥力迅速降低，同时由于合闸斥力线圈18是有电容放电，斥力线圈匝数比较少，电流也会迅速降低直至为0，合闸斥力盘19与动铁芯3固定，合闸斥力线圈18产生磁场的同时，电磁线圈2也产生磁场，电磁线圈2产生的磁场比较慢但是持续时间够长，产生的电磁力慢慢增加，如图13所示，当合闸斥力线圈18的排斥力减弱后，电磁线圈2的磁场已经增加到足够将动铁芯3等运动部件驱动，然后克服合闸过程末端的反作用力（如绝缘拉杆的力），直至完全合闸。

分闸过程：永磁机构处于第一状态，即合闸位置时，永磁铁5、内磁轭4、动铁芯3、外磁轭6形成的闭合磁路保证动铁芯3紧紧的吸附在内磁轭4上，提供保持力使永磁机构一直处于合闸状态；如图14所示，分闸斥力线圈20通电后，分闸斥力线圈20和分闸斥力盘21产生的作用力与合闸斥力线圈18与合闸斥力盘19的作用力原理相似，分闸斥力盘21受到向下的斥力作用，连同合闸过程末端的反作用力（如绝缘拉杆的力）一起克服机构保持力，然后通过分闸弹簧14继续驱动动铁芯3向分闸状态位置运动，直至完全分闸。

在一些实施例中，本发明的永磁机构只使用内磁轭4、外磁轭6、永磁铁5、动铁芯3四个部件组成闭环磁路，外磁轭6只用于导磁作用，机构的底板8采用四根支撑柱安装，若有需要机构封闭可以使用一个薄壁盒体来作为机构的封闭外盒。

在一些实施例中，本发明的永磁机构通过各部件的合理布置，通过减少影响纵向尺寸的元件以及降低结构中的元件对纵向尺寸的影响，成倍的缩减机构纵向尺寸，本发明通过磁路设计，省去了传统机构中的导磁环，节省了因为导磁环的存在而占用的纵向空间，并进而缩短了磁路闭环的路径，减少了磁路中的搭接面，减小了磁阻，使得机构在相同的体积情况下能爆发出更大的保持力及电磁力。

在一些实施例中，本发明的永磁机构电磁线圈2使用顶针15固定方式，更好的节省了纵向固定线圈的空间，顶针15安装在底板8上，在铁芯3上开避让孔，使顶针15能穿过动铁芯3而顶住线圈，使之固定，在实际应用中，其他连接方式（如粘接）会使电磁线圈2占用的空间增大，不利于纵向尺寸的减小，使用顶针15固定，可以在保证可靠性的同时，最大程度缩减电磁线圈2占用的尺寸。

在一些实施例中，本发明的永磁机构将斥力组件设计在机构的中心位置，并采用嵌入式安装，使得斥力组件安装后完全不占用整个机构的纵向空间，本发明使用电磁线圈2加斥力模块的双驱动模式合闸，合闸过程前期启动运动靠斥力，合闸过程后期运动靠电磁线圈2提供电磁力，该策略克服了单斥力合闸末端无动力的弊端，同时也可以大大降低斥力模块的动力需求，从而使得斥力线圈匝数可以相对减少，实现斥力盘的外径缩小，这也是斥力模块可以集成到机构中间的原因之一。

在一些实施例中，本发明的永磁机构由于中心位置安装斥力零部件，因此原本可以安装于中间位置的分闸弹簧14必须安装在机构外侧的支撑杆10上（在一些实施例中，支撑杆10为四根，配合安装的弹簧14也为四根），若中间不安装分闸斥力组件，则可将弹簧14安装在中心位置，使径向尺寸能够进一步缩小；

在一些实施例中，分闸斥力线圈20安装在内磁轭4凹槽内形成组件（通过环氧树脂胶固定），合闸斥力盘19和分闸斥力盘21安装在动铁芯3上下表面凹槽内形成组件（沉头螺丝安装），合闸线圈安装在底板8凹槽内形成组件（通过环氧树脂胶固定），缓冲器16安装在底板8外侧。电磁线圈2通过四根或多根圆形顶针15托住，顶针15安装在底板8上，动铁芯3上开有避让顶针15的孔；

在一些实施例中，机构可以有分闸斥力线圈20、合闸斥力线圈18、电磁线圈2共三个线圈，若不应用于快速开关，可以不安装斥力线圈，只安装电磁线圈2，此时可以当成纯永磁机构 ，合分闸动力由电磁线圈2提供；若三个线圈都安装，则是永磁斥力机构，分闸由斥力线圈驱动，合闸由合闸斥力线圈18+电磁线圈2驱动，电磁线圈2主要用于克服合闸末端绝缘拉杆反力，做到可靠合闸而无需将斥力机构的初始斥力提高得很大。

本发明实施例具有如下有益效果：

（1）本发明的结构能够实现总高度低于70mm，从而能够直接安装在传统极柱下方，而不需要进行定制和改装。

（2）作为快速开关使用不仅合分闸时间短，而且合闸速度可以做到很小（和常规开关合闸速度相当），因此开关动、静触头及机械传动环节撞击动能小，有效保护开关灭弧室及零部件，是斥力开关中合闸速度最小的（目前斥力开关合闸速度均超过灭弧室允许的标准合闸速度范围，现有的主流灭弧室在3万次寿命允许的标准合闸速度范围为0.7±0.2（m/s），现有的快速开关合闸速度为2.5±0.5（m/s），而本发明永磁机构的合闸速度为1.0±0.3（m/s））。

（3）本发明永磁机构体积小、磁保持力大，电磁效率高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例” 和“示例”等述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相对的实施例或示例中以合适的方式结合。

必须指出，以上实施例的说明不用于限制而只是用于帮助理解本发明的核心思想，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明进行的任何改进以及与本产品等同的替代方案，也属于本发明权利要求的保护范围内。

Claims (14)

1.一种永磁机构，用于驱动永磁开关的极柱，其特征在于，包括永磁

保持组件、电磁线圈、动铁芯，其中：

所述永磁保持组件包括内磁轭、沿着径向远离所述内磁轭方向设置的

永磁铁和外磁轭，所述内磁轭、永磁铁、外磁轭间依次搭接；

所述动铁芯与所述极柱固定连接；

还包括底板，所述底板设置在所述动铁芯下方，与所述永磁保持组件固定连接；

还包括顶针，所述顶针的一端与所述底板固定连接，另一端与所述电磁线圈接触，用于支撑所述电磁线圈，所述动铁芯上开设有供所述顶针通过的孔；

所述永磁机构处于第一状态时，所述永磁保持组件与所述动铁芯的上

表面搭接，形成两个活动搭接面，所述永磁保持组件与所述动铁芯在两个所述活动搭接面之间形成一个空腔，所述电磁线圈设置在所述空腔内并与所述永磁保持组件固定连接，用于提供使动铁芯产生朝向或远离所述永磁保持组件的力；此时，所述内磁轭、永磁铁、外磁轭、动铁芯形成闭合磁路，使所述动铁芯保持在当前位置；

所述永磁机构处于第二状态时，所述动铁芯的上表面与所述永磁保持

组件分离；

所述空腔的尺寸与所述电磁线圈的尺寸适应，使得所述空腔刚好能够

设置所述电磁线圈。

2.根据权利要求1所述的永磁机构，其特征在于，所述动铁芯的直径大于所述动铁芯的最大厚度。

3.根据权利要求2所述的永磁机构，其特征在于，还包括斥力组件，所述斥力组件包括平行设置的斥力线圈和斥力盘，所述斥力线圈通电时，驱动所述斥力盘远离所述斥力线圈，其中，所述斥力盘设置在所述动铁芯的上表面和/或所述动铁芯的下表面，所述斥力线圈设置在所述内磁轭的下表面和/或所述底板的上表面。

4.根据权利要求3所述的永磁机构，其特征在于，所述斥力盘以嵌入的方式与所述动铁芯连接，所述斥力线圈以嵌入的方式与所述内磁轭和/或所述底板连接。

5.根据权利要求2所述的永磁机构，其特征在于，还包括安装板和支撑杆，其中，所述安装板的下表面与所述永磁保持组件的上表面固定连接，所述安装板与所述底板通过所述支撑杆固定连接。

6.根据权利要求5所述的永磁机构，其特征在于，还包括弹簧，所述弹簧设置在所述动铁芯与所述安装板之间，在由所述第二状态切换为所述第一状态时储能，由所述第一状态切换为第二状态时释能。

7.根据权利要求6所述的永磁机构，其特征在于，所述支撑杆穿过所述动铁芯，所述弹簧套设在所述支撑杆外部。

8.根据权利要求6所述的永磁机构，其特征在于，所述弹簧设置在所述动铁芯与所述永磁保持组件之间，所述弹簧位于所述动铁芯中心。

9.根据权利要求1所述的永磁机构，其特征在于，还包括缓冲组件，所述缓冲组件包括设置在底板上表面的缓冲器与设置在所述动铁芯上，与所述缓冲器配合的缓冲器压板，所述缓冲组件用于在所述第一状态切换为所述第二状态时为所述动铁芯提供缓冲。

10.根据权利要求1所述的永磁机构，其特征在于，还包括连接杆，所述连接杆设置在所述动铁芯中心，从上至下依次穿过所述永磁保持组件和所述动铁芯，所述连接杆与所述动铁芯固定连接，所述动铁芯通过所述连接杆与所述极柱固定连接。

11.根据权利要求1所述的永磁机构，其特征在于，所述永磁保持组件上表面面积与所述动铁芯下表面面积之比小于或等于1，所述永磁保持组件最厚处的厚度与所述动铁芯最薄处的厚度之和与所述永磁保持组件最薄处的厚度与所述动铁芯最厚处的厚度之和相同，且所述永磁保持组件最薄处与所述动铁芯最薄处形成所述空腔，所述空腔纵向尺寸与所述电磁线圈纵向尺寸相当。

12.根据权利要求1所述的永磁机构，其特征在于，所述外磁轭设置于所述电磁线圈的外侧，所述内磁轭设置于所述电磁线圈的上方，所述永磁铁设置于所述内磁轭和所述外磁轭之间；所述动铁芯的最大径向尺寸与所述永磁保持组件的最大径向尺寸一致，所述永磁保持组件的最大轴向尺寸略大于所述内磁轭的轴向尺寸与所述电磁线圈的轴向尺寸之和；通过控制所述电磁线圈的通电方向驱动所述第一状态和所述第二状态之间的切换。

13.根据权利要求1所述的永磁机构，其特征在于，两个所述活动搭接面为第一活动搭接面和第二活动搭接面；所述永磁保持组件的上表面至第二活动搭接面的纵向尺寸大于所述永磁保持组件的上表面至第一活动搭接面的纵向尺寸，且大于第一活动搭接面至第二活动搭接面的纵向尺寸；所述永磁保持组件位于第一活动搭接面处的横向直径大于所述动铁芯位于第一活动搭接面处的横向直径，且小于所述动铁芯位于第二活动搭接面处的横向直径和所述永磁保持组件的横向直径；所述动铁芯的下表面至第一活动搭接面的纵向尺寸大于所述动铁芯的下表面至第二活动搭接面的纵向尺寸，且大于第一活动搭接面至第二活动搭接面的纵向尺寸；所述动铁芯位于第一活动搭接面处的横向直径小于动铁芯位于第二活动搭接面处的横向直径；所述第一活动搭接面至第二活动搭接面的纵向尺寸等于所述永磁保持组件的上表面至第二活动搭接面的纵向尺寸减去所述永磁保持组件的上表面至第一活动搭接面的纵向尺寸，且等于所述动铁芯的下表面至第一活动搭接面的纵向尺寸减去所述动铁芯的下表面至第二活动搭接面的纵向尺寸。

14.根据权利要求1所述的永磁机构，其特征在于，所述电磁线圈用于切换所述第一状态和所述第二状态；在所述第一状态或所述第二状态之间切换时，所述永磁机构的纵向高度均小于70mm，所述外磁轭远离所述极柱的表面与所述极柱纵向中轴线之间的横向距离保持不变。