CN117524780B - 一种自感磁力辅助的快分机构及高压开关 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种自感磁力辅助的快分机构及高压开关，快分机构包括壳体以及安装于壳体的分闸机构和辅助机构；分闸机构的输出端与动触杆进行连接，以使得动触杆在分闸机构的驱使下进行分闸；辅助机构在分闸的过程中于自身磁场中产生感应电流，进而通过感应电流产生电磁力，电磁力为动触杆的分闸提供动力。高压开关包括上述的自感磁力辅助的快分机构。本申请的有益效果：相比较传统的分闸机构，本申请通过添加辅助机构可以在分闸的过程中产生感应电流，并通过感应电流来产生电磁力，电磁力可以为动触杆的分闸提供动力，以进一步的加快动触杆的分闸速度。无需添加额外的电源，结构简单且方便实施。

Description

一种自感磁力辅助的快分机构及高压开关

技术领域

本申请涉及电力设备技术领域，尤其是涉及一种自感磁力辅助的快分机构及高压开关。

背景技术

高压开关是指额定电压3kV及以上主要用于开断和关合导电回路的电器。常用的高压开关包括有真空断路器、油断路器和六氟化硫（SF₆）断路器等。

由于高压开关使用在高压电路，所以断路器在进行分闸时，一般要求具有较快的分闸速度。现有的断路器为了实现快速分闸，一般都包括有操动机构、蓄能机构和分闸机构；蓄能机构用于对操动机构的分闸过程进行蓄能，动触头通过分闸机构与操动机构进行连接，操动机构可以操纵分闸机构来进行动触头的分合闸。

为了加快分闸过程，分闸机构一般为弹簧机构增速机构。但随着电力技术的发展，尤其是超高压技术领域，现有的高压开关的分闸速度可能无法继续满足使用要求。所以，现在急需对高压开关的结构进行改进以进一步的加快分闸速度。

发明内容

本申请的其中一个目的在于提供一种能够解决上述背景技术中至少一个缺陷的自感磁力辅助的快分机构。

本申请的另一个目的在于提供一种能够解决上述背景技术中至少一个缺陷的高压开关。

为达到上述的至少一个目的，本申请采用的技术方案为： 一种自感磁力辅助的快分机构，包括壳体以及安装于所述壳体的分闸机构和辅助机构；所述分闸机构的输出端与动触杆进行连接，以使得所述动触杆在所述分闸机构的驱使下进行分闸；所述辅助机构在分闸的过程中于自身磁场中产生感应电流，进而通过感应电流产生为所述动触杆的分闸提供动力的电磁力。

优选的，所述辅助机构包括磁棒、导体件以及电磁线圈；所述磁棒固定安装于所述壳体以用于形成磁场，所述导体件适于随所述动触杆相对于所述磁棒进行位置变化以产生感应电流；所述电磁线圈固定安装于所述壳体并与所述导体件进行电性连接，所述电磁线圈通过流入的感应电流以产生为所述动触杆分闸提供动力的电磁力。

优选的，所述磁棒的延续方向平行于所述动触杆的轴向；所述导体件包括弹簧和连接件；所述连接件的第一端用于配合连接所述动触杆，所述连接件的第二端用于和所述电磁线圈进行磁性吸附；所述弹簧套接于所述磁棒并与所述电磁线圈进行电性连接，所述弹簧的两端分别与所述连接件以及所述壳体进行连接；在分闸的过程中，所述弹簧通过弹力提供分闸动力，同时所述弹簧通过长度变化以产生流向所述电磁线圈的感应电流。

优选的，所述电磁线圈与所述磁棒轴向间隔设置，所述连接件的第二端于所述电磁线圈和所述磁棒的端部之间设置有磁吸块，所述磁吸块与所述电磁线圈的电磁力进行磁性吸附。

优选的，所述磁吸块为铁性材质，且所述磁吸块与所述磁棒的端部间隔设置。

优选的，所述磁吸块为磁性材质，所述磁吸块适于和所述电磁线圈进行磁性吸附，同时所述磁吸块适于和所述磁棒的端部产生磁性斥力。

优选的，所述连接件包括铁质的套筒，所述套筒套接于所述磁棒以形成磁性恒力弹簧；所述磁性恒力弹簧适于对所述连接件施加向分闸方向的恒定推力，所述套筒的长度小于所述磁棒的长度；所述套筒的第一端适于和所述动触杆配合连接，所述套筒的第二端通过非导体材质的连接杆与所述磁吸块进行连接。

优选的，所述连接件的第一端通过连接板与所述动触杆直接进行连接；以使得所述动触杆在所述分闸机构的驱使下进行竖直移动时，所述连接件适于随所述动触杆一同进行竖直移动。

优选的，所述分闸机构包括分闸板，所述分闸板转动安装于所述壳体上固定的转轴；所述分闸板的第一端与操动机构进行配合连接，所述分闸板的第二端与所述动触杆进行连接，所述分闸板适于在所述操动机构的驱使下带动所述动触杆进行竖直移动；所述分闸板的第一端至所述转轴的距离大于所述分闸板的第二端至所述转轴的距离；所述连接件的第一端与所述分闸板进行配合连接，且所述连接件的连接位置靠近所述分闸板的第一端。

一种高压开关，包括上述的自感磁力辅助的快分机构。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

相比较传统的分闸机构，本申请通过添加辅助机构可以在分闸的过程中产生感应电流，并通过感应电流来产生为动触杆的分闸提供动力的电磁力，以进一步的加快动触杆的分闸速度。无需添加额外的电源，结构简单且方便实施。

附图说明

图1为本发明中断路装置的整体结构示意图。

图2为本发明中安装架的整体结构示意图。

图3为本发明中触头组件安装于灭弧室内的剖视结构示意图。

图4为本发明中第一蓄能机构的分解状态示意图。

图5为本发明中第一蓄能机构进行蓄能的状态示意图。

图6为本发明中第一驱动板与操作杆的配合结构示意图。

图中：壳体1、转轴101、支撑座11、隔板110、第一穿孔111、第二穿孔112、操动机构2、操纵杆21、分闸机构3、驱动板31、连杆32、分闸板33、牵引槽330、辅助机构4、磁棒41、第一固定板411、弹簧42、套筒43、连接板431、牵引杆4310、连接杆432、磁吸块433、电磁线圈44、第二固定板441、动触杆500、绝缘件510、导线600。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、 “横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请的一个方面公开了一种自感磁力辅助的快分机构，如图1至图6所示，其中一个优选的实施例包括壳体1、分闸机构3和辅助机构4。壳体1进行固定设置以用于动触杆500、静触杆（未展示）、分闸机构3以及辅助机构4的安装。分闸机构3的输出端与动触杆500进行连接，以使得动触杆500在分闸机构3的驱使下于真空灭弧室内与静触杆进行分闸。辅助机构4用于对动触杆500的分闸过程提供额外的动力以加速分闸过程。

具体的，在动触杆500进行分闸的过程中，辅助机构4可以随动触杆500的分闸动作对自身携带的磁场进行磁感线的切割或磁通量的变化以产生感应电流。产生的感应电流可以对辅助机构4的部分结构进行通电以产生电磁力，产生的电磁力可以为动触杆500的分闸提供动力。

可以理解的是，辅助机构4形成磁场的方式有多种；对于磁场的磁感线切割或磁通量的变化，可以是辅助机构4的位置发生变化，也可以是辅助机构4的形状尺寸发生变化；具体可以根据实际的需要自行进行选择。

应当知道的是，现有的分闸机构3一般都通过机械结构对动触杆500进行推拉以实现分合闸。当然，为了加快动触杆500的分闸速度，现有的分闸机构3还可能会添加增速结构；例如磁性吸合结构。对于磁性吸合结构，就是将分闸机构3的输出端采用磁性材质，然后在壳体1上设置磁吸件，在进行分闸时，利用磁吸件对磁性材料的磁性吸附为动触杆500的分闸提供额外的动力。

还应当知道的是，磁可以生电，电也可以生磁；则本实施例可以在传统磁性吸合结构的基础上，利用动触杆500的分闸动作于磁吸件的磁场中产生感应电流；然后将感应电流作为电磁组件的电源来产生电磁力，电磁力可以作为动触杆500进行分闸的额外动力，以进一步的加快动触杆500的分闸速度。

本实施例中，辅助机构4的具体结构有多种，其中一种结构如图2、图4和图5所示，辅助机构4包括磁棒41、导体件以及电磁线圈44。磁棒41固定安装于壳体1以用于形成磁场；导体件可以随动触杆500相对于磁棒41进行位置变化以产生感应电流。电磁线圈44固定安装于壳体1并与导体件进行电性连接，进而电磁线圈44可以通过导体件流入的感应电流以产生电磁力；电磁力可以对动触杆500进行磁力吸附以提供动触杆500进行分闸的额外动力。

可以理解的是，导体件通过相对于磁棒41的位置变化以产生感应电流的方式有两种。第一种，导体件在随动触杆500进行分闸移动的过程中，可以对磁棒41所产生的磁场进行磁感线的切割以产生感应电流。第二种，导体件可以呈螺旋结构，则导体件在随动触杆500进行分闸移动的过程中，可以改变经过导体件的磁通量，进而产生感应电流。上述的两种方式均可以满足本实施例的需求，本实施例可以采用其中任一种方式，或将两种方式进行结合亦可。

本实施例中，如图4和图5所示，分闸机构3包括分闸板33，分闸板33转动安装于壳体1上固定的转轴101。分闸板33的第一端与操动机构2进行配合连接，分闸板33的第二端与动触杆500进行连接，分闸板33可以在操动机构2的驱使下带着动触杆500进行竖直移动，进而实现动触杆500的分合闸。

可以理解的是，基于分闸机构3的结构，辅助机构4对动触杆500提供额外动力以加速分闸过程的具体连接结构有多种，包括但不限于下述的两种实施例。

实施例一。

导体件与动触杆500直接进行连接；具体的，如图2、图4和图5所示，磁棒41的延续方向与动触杆500的轴向重合，且位于动触杆500进行分闸的下方。导体件包括弹簧42和连接件；作为连接件第一端的上端与动触杆500的端部直接进行连接；作为连接件第二端的下端用于电磁线圈44的磁力吸附。弹簧42套接于磁棒41并与电磁线圈44进行电性连接，弹簧42的两端分别与连接件以及壳体1进行连接。从而在合闸时，弹簧42处于拉伸状态以进行蓄能。在分闸的过程中，弹簧42可以通过复位的弹力为动触杆500的分闸动作提供分闸动力，以加快动触杆500的分闸速度；同时弹簧42在复位的过程发生长度变化，进而可以在磁棒41的磁场中产生流入电磁线圈44的感应电流。感应电流作为电磁线圈44的电源可以使电磁线圈44产生电磁力，电磁力对连接件下端的磁力吸附可以为动触杆500的分闸再提供额外的动力，进而可以进一步的加快动触杆500的分闸速度。

应当知道的是，感生电流是感应电流的一种产生形式，是指在闭合回路中原磁场内产生的磁场阻碍原磁场磁通量发生变化的电流叫做感生电流。常见的感生电流的产生结构为磁体穿过形成闭合回路的导体线圈；感生电动势的计算公式为：

；式中，N为导体线圈的匝数，/>为磁通量，t表示时间。

由上述的公式可知，导体线圈的匝数可以增加感应电流的大小；同时磁通量的变化速度越过所产生的感应电流越大。

则在本实施例中，弹簧42在作为蓄能件对动触杆500的分闸过程进行加速外，其螺旋结构以及与电磁线圈44进行电性连接导通可以形成多匝的导体线圈结构。进而在分闸的过程中，磁棒41的位置不变，弹簧42进行收缩，相当于磁棒41和弹簧42之间发生了位置变化，且弹簧42为蓄能释放过程，长度变化过程较快，进而通过上述公式，弹簧42可以在复位的过程中产生一定的感应电流。该感应电流可以作为电磁线圈44的电源以使得电磁线圈44通电产生电磁力，进而对连接件进行磁吸吸附以加快动触杆500的分闸过程。

本实施例中，如图2、图4和图4所示，电磁线圈44与磁棒41的下端轴向间隔设置，作为连接件下端的第二端位于电磁线圈44和磁棒41的下端之间并设置有磁吸块433；电磁线圈44通电所产生的电磁力可以和磁吸块433进行磁性吸合以提供额外动力用于加速动触杆500的分闸过程。

本实施例中，磁吸块433与电磁线圈44的吸附方式有多种，包括但不限于下述的两种方式。

方式一：磁吸块433为铁性材质；进而电磁线圈44通电所产生的电磁力可以对铁性的磁吸块433进行吸附。

应当知道的是，为了避免磁棒41的下端对磁吸块433进行磁力吸附以阻碍动触杆500的分闸过程，可以将磁吸块433与磁棒41的端部进行间隔设置，以隔绝磁棒41的端部与磁吸块433的吸附。或者，将磁吸块433靠近磁棒41的一侧采用不导磁材质，如陶瓷等，以削弱或隔绝磁棒41对磁吸块433的吸附。

方式二：磁吸块433为磁性材质，磁吸块433靠近电磁线圈44的一侧可以和电磁线圈44通电所产生的电磁力进行磁性吸附，同时磁吸块433靠近磁棒41的一侧可以和磁棒41的端部形成磁性斥力，该磁性斥力还可以更进一步的增加动触杆500的分闸速度。

应当知道的是，对于磁吸块433两侧分别与电磁线圈44以及磁棒41所形成的吸力和斥力。可以是磁棒41与电磁线圈44对磁吸块433的磁极相同，而磁吸块433的两侧的相反；例如，磁棒41与电磁线圈44对磁吸块433的磁极均为N极，磁吸块433的上下侧分别为N极和S极；则磁吸块433的下侧可以和电磁线圈44进行NS极吸合，而磁吸块433的上侧和磁棒41进行NN极相斥。也可以是磁棒41与电磁线圈44对磁吸块433的磁极相反，而磁吸块433的两侧磁极相同；例如磁棒41对磁吸块433的磁极为N极，电磁线圈44对磁吸块433的磁极为S极，磁吸块433的上下侧均为N极；则磁吸块433的下侧可以和电磁线圈44进行NS极吸合，而磁吸块433的上侧和磁棒41进行NN极相斥。

本实施例中，如图2、图4和图5所示，连接件还包括铁质的套筒43，套筒43套接于磁棒41可以形成磁性恒力弹簧。磁性恒力弹簧可以对连接件施加向分闸方向的恒定推力；进而可以更进一步的加快动触杆500的分闸速度。

可以理解的是，磁棒41与铁质的套筒43进行配合以形成磁性恒力弹簧的具体原理为本领域技术人员所公知，故不在此进行详细的阐述。

同时，由于磁棒41还需要为弹簧42提供磁通量，故套筒43不能将磁棒41全部进行覆盖；即套筒43的长度需要小于磁棒41的长度，从而磁棒41未被套筒43遮盖的部分可以为弹簧42提供所需的磁通量。

应当知道的是，套筒43套接于磁棒41的上部；由于组成磁性恒力弹簧所需的磁场结构与产生感生电流的磁场结构可能不同。所以磁棒41的上下部根据所需的磁场结构进行相应的具体结构设置。

具体的，如图2、图4和图5所示，作为套筒43第一端的上端固定有连接板431，连接件可以通过连接板431与动触杆500直接进行连接。作为套筒43第二端的下端可以通过非导体材质的连接杆432与磁吸块433进行连接。非导体材质的连接杆432在进行连接的同时，还可以避免或降低对磁棒41所产生磁场的干涉。

为了方便理解，下面可以对辅助机构4的具体安装结构进行说明。

具体的，如图2至图4所示，壳体1的底端于动触杆500的下方固定安装有支撑座11，支撑座11整体可以采用非导体材质，如塑料或陶瓷材质。支撑座11的中部设置有隔板110，隔板110的中部设置有第一穿孔111，支撑座11的底部设置有第二穿孔112。磁棒41的上端通过第一固定板411固定于壳体1的底端，且磁棒41可以向下伸至支撑座11内。弹簧42的上端连接于连接板431，弹簧42的下端位于支撑座11内并连接于隔板110。电磁线圈44在通过导线600与弹簧42进行电性连接后，可以由支撑座11的底部贯穿第二穿孔112伸至支撑座11内；进而电磁线圈44通过底部的第二固定板441与支撑座11的底部进行固定连接以完成电磁线圈44的安装。套筒43套接于磁棒41，套筒43上端的连接板431与动触杆500进行连接，套筒43下端的磁吸块433可以通过连接杆432穿过第一穿孔111以伸至磁棒41与电磁线圈44之间。

应当知道的是，图1、图4和图5所展示的结构只用于实施例一的结构示意说明，在实际的产品中，可以通过扁平化或其他结构优化等方式将整个辅助机构4的结构进行扁平化或小型化于壳体1内，进而避免辅助机构4对整个高压开关的移动过程产生干涉。

实施例二。

相比较实施例一，本实施例的区别点在于：连接件与分闸板33进行配合连接，进而辅助机构4通过对分闸板33进行转动加速来间接的加快动触杆500的分闸过程。

具体的，如图6所示，分闸板33的第一端至转轴101的距离大于分闸板33的第二端至转轴101的距离；连接件的第一端与分闸板33进行配合连接，且连接件的连接位置靠近分闸板33的第一端。

应当知道的是，在实施例一中，由于连接件的第一端直接与动触杆500进行连接，则动触杆500的分闸距离等于弹簧42的变化长度。由前述的感生电动势的计算公式可知，磁通量的变化量越大，所产生的感应电流越大，则电磁线圈44所产生电磁力就越大。若弹簧42的形变长度增加，可以适当的增加磁通量的变化量；所以本实施例中将连接件与分闸板33的配合距离设置的大于分闸板33第二端至转轴101的距离，进而在分闸板33的第二端竖直移动分闸距离时，分闸板33与连接件进行连接的位置的竖直距离将大于分闸距离。

具体的，如图6所示，连接件第一端设置有连接板431，连接板431延伸固定有牵引杆4310。分闸板33靠近第一端的位置设置有牵引槽330，牵引槽330可以和牵引杆4310进行滑动配合；进而在分闸板33进行绕转轴101的转动过程中，通过牵引槽330与牵引杆4310的配合，可以确保连接件进行稳定移动而不会出现干涉。

应当知道的是，分闸板33通过绕转轴101进行顺时针转动来实现分闸，则可以将辅助机构4安装于分闸板33的上方。在本实施例中，辅助机构4的具体结构与实施例一的结构相同，只是安装方向相反。

本申请的另一个方面提供了一种高压开关，如图1、图4和图5所示，其中一个优选的实施例包括上述的自感磁力辅助的快分机构以及操动机构2。操动机构2安装于壳体1，操动机构2可以和分闸机构3进行传动配合，以使得分闸机构3在操动机构2的驱使下带着动触杆500进行分闸。

可以理解的是，操动机构2的具体结构为本领域技术人员所公知，常见的操动机构2包括驱动装置（未展示）、蓄能机构（未展示）和操纵杆21。驱动装置通过蓄能机构与操纵杆21进行连接，进而操纵杆21在驱动装置的驱使下进行转动来带动分闸机构3对动触杆500进行分合闸。蓄能机构可以通过蓄能释放以加速操纵杆21的分闸转动速度。

应当知道的是，驱动装置的具体结构和工作原理为本领域技术人员的公知技术，常见的驱动装置有电机、旋转气缸和旋转液压缸等，本实施例中优选采用电机。

具体的，如图4和图5所示，分闸机构3包括驱动板31、连杆32和分闸板33；驱动板31与操纵杆21进行连接，驱动板31通过连杆32与分闸板33的第一端进行连接。当操纵杆21进行转动时，可以通过连杆32来驱使分闸板33绕转轴101进行转动。

应当知道的是，高压开关应用于高压电路中，动触杆500无法直接与分闸板33进行连接。如图4和图5所示，动触杆500的端部可以通过绝缘件510与分闸板33以及连接件进行配合连接。

以上描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请的范围内。本申请要 求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种自感磁力辅助的快分机构，其特征在于，包括壳体以及安装于所述壳体的：

分闸机构；所述分闸机构的输出端与动触杆进行连接，以使得所述动触杆在所述分闸机构的驱使下进行分闸；以及

辅助机构；所述辅助机构在分闸的过程中于自身磁场中产生感应电流，进而通过感应电流产生为所述动触杆的分闸提供动力的电磁力；

所述辅助机构包括：

磁棒；所述磁棒固定安装于所述壳体以用于形成磁场；

导体件；所述导体件适于随所述动触杆相对于所述磁棒进行位置变化以产生感应电流；以及

电磁线圈；所述电磁线圈固定安装于所述壳体并与所述导体件进行电性连接，所述电磁线圈通过流入的感应电流以产生为所述动触杆分闸提供动力的电磁力；

所述磁棒的延续方向平行于所述动触杆的轴向；所述导体件包括：

连接件；所述连接件的第一端用于配合连接所述动触杆，所述连接件的第二端用于和所述电磁线圈进行磁性吸附；以及

弹簧；所述弹簧套接于所述磁棒并与所述电磁线圈进行电性连接，所述弹簧的两端分别与所述连接件以及所述壳体进行连接；

在分闸的过程中，所述弹簧通过弹力提供分闸动力，同时所述弹簧通过长度变化以产生流向所述电磁线圈的感应电流；

所述电磁线圈与所述磁棒轴向间隔设置，所述连接件的第二端于所述电磁线圈和所述磁棒的端部之间设置有磁吸块，所述磁吸块与所述电磁线圈的电磁力进行磁性吸附；

所述分闸机构包括分闸板，所述分闸板转动安装于所述壳体上固定的转轴；所述分闸板的第一端与操动机构进行配合连接，所述分闸板的第二端与所述动触杆进行连接，所述分闸板适于在所述操动机构的驱使下带动所述动触杆进行竖直移动；

所述分闸板的第一端至所述转轴的距离大于所述分闸板的第二端至所述转轴的距离；所述连接件的第一端与所述分闸板进行配合连接，且所述连接件的连接位置靠近所述分闸板的第一端。

2.如权利要求1所述的自感磁力辅助的快分机构，其特征在于：所述磁吸块为铁性材质，且所述磁吸块与所述磁棒的端部间隔设置。

3.如权利要求1所述的自感磁力辅助的快分机构，其特征在于：所述磁吸块为磁性材质，所述磁吸块适于和所述电磁线圈进行磁性吸附，同时所述磁吸块适于和所述磁棒的端部产生磁性斥力。

4.如权利要求1所述的自感磁力辅助的快分机构，其特征在于：所述连接件的上部为铁质的套筒，所述套筒套接于所述磁棒以形成磁性恒力弹簧；所述磁性恒力弹簧适于对所述动触杆施加向分闸方向的恒定推力；所述套筒的长度小于所述磁棒的长度。

5.如权利要求1-4任一项所述的自感磁力辅助的快分机构，其特征在于：所述连接件的第一端通过连接板与所述动触杆直接进行连接；以使得所述动触杆在所述分闸机构的驱使下进行竖直移动时，所述连接件适于随所述动触杆一同进行竖直移动。

6.一种高压开关，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的自感磁力辅助的快分机构。