CN201032616Y - 双稳态永磁开合装置 - Google Patents
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Abstract
一种双稳态永磁开合装置，由软铁动铁心、非磁性导轴、开合操作线圈架、开合操作线圈、瓦片形永磁体、导磁衬圈、导磁挡圈、端板、导磁轭铁筒、销钉组成。用一根非磁性导轴穿过动铁心的中孔并焊接之，线圈绕制在线圈架上，在轭铁筒中依次装入开(或合)线圈、导磁衬圈、瓦片形永磁体、导磁挡圈、合(或开)线圈，然后将端板与轭铁筒通过它们的螺纹联接，并用销钉固定。本实用新型是一种磁路优化、同轴度高、刚性大、可靠性高且工艺性良好的双稳态永磁开合装置，为电力高压开关、电力接触器及其它二工位设备提供一种可靠的操作机构，用途广泛。
Description
技术领域
本实用新型属于开关开合控制技术领域，尤其涉及电力高压开关的开合驱动装置，即双稳态永磁机构。
背景技术
电力高压开关设备中传统的操动机构是用电动机驱动一套齿轮装置，齿轮装置又使弹簧拉伸储能，分合闸靠脱扣使被拉伸后的弹簧释放能量来实现。这种机构零件多，结构复杂，制造成本高，可靠性差，使用寿命短，分、合闸速度慢，不能适应电力自动化的要求。传统的电磁操动机构，虽然简单但由于合闸状态需要由电磁力来保持，所以耗电大，且长时间通电会使线圈发热，故可靠性低，使用寿命短。永磁机构的出现，并用作操动机构，极大地提高了电力高压开关设备的可靠性，延长了使用寿命，降低了制造成本。永磁机构使分、合闸速度可控，完全能满足电力自动化的要求。
永磁机构按照在分闸操作时的不同，有两种形式。即：依电磁操动的和主要依靠拉力弹簧恢复力操作的，前一种叫双稳态，后一种叫单稳态。两种形式的永磁机构合闸时都用电磁操作，分合闸状态保持都靠永磁力实现。现有单稳态及双稳态永磁机构大都用于电力高压开关及接触器。
现有双稳态永磁机构有许多种，结构都相似，图1为其典型结构示意图，图中：1—圆柱形动铁心，2—下端板，3—瓦片形永磁体，4—上线圈架，5—上线圈，6—导轴，7—上端板，8—联接螺栓，9—下线圈架，10—下线圈，11—圆形软铁筒。
这种结构有以下缺陷：
一、软铁筒11与上端板7及下端板2靠螺栓8联接，由于在软铁筒11、上端板7及下端板2上打孔，减少了导磁面积，因而不利于磁力线的导通，即增加了磁阻。而且在软铁筒11上加工螺孔，在上端板7及下端板2上加工过孔及窝，装配时要拧许多螺栓8，因此工艺不够简捷，整个机构刚性不够好；其次，普通的螺栓联接总存在间隙，不能实现定位联接，用有联接和定位功能的螺栓，还得在其联接件上精密加工联接孔，这无疑使工艺复杂化；用普通螺栓8联接，受到冲击振动容易松动，难以保证软铁筒11与动铁心1、上端板7及下端板2的同轴度要求。
二、现今，整体圆环形磁体径向充磁的技术难度极大，以至于还没有可行的技术，因此得用多块沿其厚度方向充磁的瓦片形永磁体3拼凑成一个近似于径向充磁的圆磁环，每个瓦片形永磁体与其相邻之间必有周向间隙，此间隙不能太小，否则难以装配，而且每个瓦片形永磁体与其相邻之间存在很大的斥力，所以拼凑成的圆磁环不太稳定，永磁机构被操动时，会产生较大的冲击力，圆磁环总存在分离的危险，因而有可能抱住动铁心导致整个机构卡死。
三、典型结构中导轴6与上端板7及下端板2的中孔配成滑动配合，为了保证同轴度，配合间隙很小，但导轴6、上端板7及下端板2采用一般的表面处理工艺，镀层耐腐蚀耐磨性不够强，所述的滑动配合间隙难免被磨大，从而危及机构的同轴度。
发明内容
本实用新型目的是克服现有双稳态永磁机构的上述缺陷，设计一种磁路优化、同轴度高、刚性大、可靠性高且工艺性良好的双稳态永磁开合装置，为电力高压开关、电力接触器及其它二工位设备提供一种可靠的操作机构。
本实用新型由下述技术方案实现。
制作一导磁圆形轭铁筒，导磁圆形轭铁筒有一带中孔的下底，导磁圆形轭铁筒内侧有轴向引线槽及上端有缺口，在轭铁筒的外圆制与内圆同轴的联接螺纹；在轭铁筒内装入下操作非磁性线圈架，线圈缠绕在非磁性线圈架的外腔，非磁性线圈架的最大外圆与轭铁筒内圆接触，非磁性线圈架的下端面与轭铁筒的内底面接触；在轭铁筒内装入导磁衬圈，导磁衬圈的外圆与轭铁筒内圆接触，导磁衬圈的下端面与非磁性线圈架的上端面接触；圆环形永磁体由若干片沿厚度(径向)方向充磁的瓦片形永磁体组成，将圆环形永磁体放入导磁衬圈内，且使其外圆与导磁衬圈的内圆接触；将圆环形导磁挡圈放入圆环形永磁体内，且使其外圆与圆环形永磁体的内圆接触，圆环形永磁体的上下端面及圆环形导磁挡圈的上下端面均与导磁衬圈的上下端面齐平；在轭铁筒内装入上操作非磁性线圈架，线圈缠绕在非磁性线圈架的外腔，非磁性线圈架的最大外圆与轭铁筒内圆接触，非磁性线圈架的下端面与导磁衬圈的上端面、圆环形永磁体的上端面及导磁挡圈的上端面接触，非磁性线圈架的上端面与轭铁筒的上端面齐平；非磁性线圈架的内圆、导磁挡圈的内圆及非磁性线圈架的内圆的大小相同，线圈的线头及线圈的的线头从轭铁筒内侧轴向引线槽及上缺口引出；圆柱形软铁动铁心有一中孔，中孔与外圆同轴，软铁动铁心的外径尺寸比非磁性线圈架的内圆、导磁挡圈的内圆及非磁性线圈架的内圆的内径尺寸小，非磁性导轴插入软铁动铁心的中孔成过盈配合，非磁性导轴上的台阶卡住软铁动铁心的上端面，在软铁动铁心下端面与非磁性导轴交界处进行焊接，焊盘为，然后将软铁动铁心及非磁性导轴放入到由非磁性线圈架的内圆、导磁挡圈的内圆及非磁性线圈架的内圆组成的圆柱状内腔，软铁动铁心的外圆离开非磁性线圈架的内圆、导磁挡圈的内圆及非磁性线圈架的内圆一间隙，非磁性导轴下部插入轭铁筒的下底中孔配成滑动合，当软铁动铁心的下端面与轭铁筒的下底接触时，软铁动铁心的上端面与轭铁筒的上端面沿轴向相差一尺寸L(气隙)；导磁端板分上下两部分，上部分为圆形或方形，下部分为有与轭铁筒的上部外圆螺纹配合联接的内螺纹的圆环，导磁端板有一中孔，内螺纹与导磁端板的中孔同轴；将导磁端板的中孔套在非磁性导轴上部的外圆，使导磁端板的中孔与非磁性导轴上部的外圆成滑动配合，然后将导磁端板与轭铁筒拧紧，并使轭铁筒的上端面与导磁端板圆环内的端面接触；最后用导磁销将导磁端板与轭铁筒固定，使二者不能相对转动；所述轭铁筒、非磁性线圈架和、导磁衬圈、圆环形永磁体、导磁挡圈、软铁动铁心制作要求内外圆同轴，制作非磁性导轴要求其大小外圆同轴，这样就能保证装配后的机构的同轴度。
本实用新型与现有的双稳态永磁机构相比，其优点是：
1、本实用新型用轭铁筒取代所述典型结构中下端板2和软铁筒11，不但免除典型结构中用多个螺钉联接的麻烦、简化了装配工艺、提高了装置的整体刚性，而且优化了磁路、保证了同轴度；
2、本实用新型用导磁挡圈挡住瓦片形永磁体，避免抱死动铁心，消除隐患；
3、本实用新型用一根非磁性导轴穿过动铁心的中孔并焊接之，比典型结构中在动铁心的两个端面分别焊接一根非磁性导轴的工艺性优，更易保证同轴度，而且可靠性更高；
4、本实用新型的零件均采用特殊的表面处理技术涂镀耐腐蚀及耐磨性很强的镀层，不但抗腐蚀极强，而且更重要的是保证了动铁心与相关零部件的同轴度。
附图说明
图1为现有的双稳态永磁机构典型结构示意图；
图2为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式作进一步说明。
本实用新型结构的示意图如图2示，导磁圆形轭铁筒15有一带中孔的下底，导磁圆形轭铁筒15内侧有轴向引线槽及上端有缺口，在轭铁筒15的外圆制与内圆同轴的联接螺纹；在轭铁筒15内装入下操作非磁性线圈架24，线圈23缠绕在非磁性线圈架24的外腔，非磁性线圈架24的最大外圆与轭铁筒15内圆接触，非磁性线圈架24的下端面与轭铁筒15的内底面接触；在轭铁筒15内装入导磁衬圈22，导磁衬圈22的外圆与轭铁筒15内圆接触，导磁衬圈22的下端面与非磁性线圈架24的上端面接触；圆环形永磁体17由若干片沿厚度(径向)方向充磁的瓦片形永磁体组成，将圆环形永磁体17放入导磁衬圈22内，且使其外圆与导磁衬圈22的内圆接触；将圆环形导磁挡圈16放入圆环形永磁体17内，且使其外圆与圆环形永磁体17的内圆接触，圆环形永磁体17的上下端面及圆环形导磁挡圈16的上下端面均与导磁衬圈22的上下端面齐平；在轭铁筒15内装入上操作非磁性线圈架20，线圈21缠绕在非磁性线圈架20的外腔，非磁性线圈架20的最大外圆与轭铁筒15内圆接触，非磁性线圈架20的下端面与导磁衬圈22的上端面、圆环形永磁体17的上端面及导磁挡圈16的上端面接触，非磁性线圈架20的上端面与轭铁筒15的上端面齐平；非磁性线圈架20的内圆、导磁挡圈16的内圆及非磁性线圈架24的内圆的大小相同，线圈21的线头及线圈23的的线头从轭铁筒15内侧轴向引线槽及上缺口引出；圆柱形软铁动铁心12有一中孔，中孔与外圆同轴，软铁动铁心12的外径尺寸比非磁性线圈架20的内圆、导磁挡圈16的内圆及非磁性线圈架24的内圆的内径尺寸小，非磁性导轴14插入软铁动铁心12的中孔成过盈配合，非磁性导轴14上的台阶卡住软铁动铁心12的上端面，在软铁动铁心12下端面与非磁性导轴14交界处进行焊接，焊盘为13，然后将软铁动铁心12及非磁性导轴14放入到由非磁性线圈架20的内圆、导磁挡圈16的内圆及非磁性线圈架24的内圆组成的圆柱状内腔，软铁动铁心12的外圆离开非磁性线圈架20的内圆、导磁挡圈16的内圆及非磁性线圈架24的内圆一间隙，非磁性导轴14下部插入轭铁筒15的下底中孔配成滑动合，当软铁动铁心12的下端面与轭铁筒15的下底接触时，软铁动铁心12的上端面与轭铁筒15的上端面沿轴向相差一尺寸L(气隙)；导磁端板19分上下两部分，上部分为圆形或方形，下部分为有与轭铁筒15的上部外圆螺纹配合联接的内螺纹的圆环，导磁端板19有一中孔，内螺纹与导磁端板19的中孔同轴；将导磁端板19的中孔套在非磁性导轴14上部的外圆，使导磁端板19的中孔与非磁性导轴14上部的外圆成滑动配合，然后将导磁端板19与轭铁筒15拧紧，并使轭铁筒15的上端面与导磁端板19圆环内的端面接触；最后用导磁销18将导磁端板19与轭铁筒15固定，使二者不能相对转动；所述轭铁筒15、非磁性线圈架24和20、导磁衬圈22、圆环形永磁体17、导磁挡圈16、软铁动铁心12制作要求内外圆同轴，制作非磁性导轴14要求其大小外圆同轴，这样就能保证装配后的机构的同轴度。
除非磁性线圈架20和24，其它零部件均采用抗腐蚀及耐磨性高的镍磷非晶镀的表面处理技术处理其表面。导磁轭铁筒15可以用钢管及钢板加工后焊接而成，也可以精密铸造后车制螺纹而成，两种工艺都简单，分别适用于不同批量的生产。
在图2中，动铁心12被永磁体17的磁力保持在导磁轭铁筒15的底板上，I为其永磁力线回路；若给上操作线圈21加正向电流，产生的电磁磁力线回路为II，显然，II与I的方向相反，电磁力克服永磁力，当上操作线圈21中的电流达到一定值，动铁心12将向上运动，当其上端面到达气隙L的中点后，绝大部分永磁力线方向与电磁力线的方向相同，永磁力与电磁力相叠加，使动铁心12加速运动到导磁端板19下底面，随即断开上操作线圈21中的电流，这时，动铁心12被永磁体17的磁力保持在导磁端板19下底面，至此，实现了合闸(或分闸)；同理，若给下操作线圈23加以反向电流，就能实现分闸(或合闸)。
Claims (1)
1.一种双稳态永磁开合装置，其特征是：导磁圆形轭铁筒(15)有一带中孔的下底，导磁圆形轭铁筒(15)内侧有轴向引线槽及上端有缺口，在轭铁筒(15)的外圆制与内圆同轴的联接螺纹；在轭铁筒(15)内装入下操作非磁性线圈架(24)，线圈(23)缠绕在非磁性线圈架(24)的外腔，非磁性线圈架(24)的最大外圆与轭铁筒(15)内圆接触，非磁性线圈架(24)的下端面与轭铁筒(15)的内底面接触；在轭铁筒(15)内装入导磁衬圈(22)，导磁衬圈(22)的外圆与轭铁筒(15)内圆接触，导磁衬圈(22)的下端面与非磁性线圈架(24)的上端面接触；圆环形永磁体(17)由若干片沿厚度方向充磁的瓦片形永磁体组成，将圆环形永磁体(17)放入导磁衬圈(22)内，且使其外圆与导磁衬圈(22)的内圆接触；将圆环形导磁挡圈(16)放入圆环形永磁体(17)内，且使其外圆与圆环形永磁体(17)的内圆接触，圆环形永磁体(17)的上下端面及圆环形导磁挡圈(16)的上下端面均与导磁衬圈(22)的上下端面齐平；在轭铁筒(15)内装入上操作非磁性线圈架(20)，线圈(21)缠绕在非磁性线圈架(20)的外腔，非磁性线圈架(20)的最大外圆与轭铁筒(15)内圆接触，非磁性线圈架(20)的下端面与导磁衬圈(22)的上端面、圆环形永磁体(17)的上端面及导磁挡圈(16)的上端面接触，非磁性线圈架(20)的上端面与轭铁筒(15)的上端面齐平；非磁性线圈架(20)的内圆、导磁挡圈(16)的内圆及非磁性线圈架(24)的内圆的大小相同，线圈(21)的线头及线圈(23)的的线头从轭铁筒(15)内侧轴向引线槽及上缺口引出；圆柱形软铁动铁心(12)有一中孔，中孔与外圆同轴，软铁动铁心(12)的外径尺寸比非磁性线圈架(20)的内圆、导磁挡圈(16)的内圆及非磁性线圈架(24)的内圆的内径尺寸小，非磁性导轴(14)插入软铁动铁心(12)的中孔成过盈配合，非磁性导轴(14)上的台阶卡住软铁动铁心(12)的上端面，在软铁动铁心(12)下端面与非磁性导轴(14)交界处进行焊接，焊盘为(13)，然后将软铁动铁心(12)及非磁性导轴(14)放入到由非磁性线圈架(20)的内圆、导磁挡圈(16)的内圆及非磁性线圈架(24)的内圆组成的圆柱状内腔，软铁动铁心(12)的外圆离开非磁性线圈架(20)的内圆、导磁挡圈(16)的内圆及非磁性线圈架(24)的内圆一间隙，非磁性导轴(14)下部插入轭铁筒(15)的下底中孔配成滑动合，当软铁动铁心(12)的下端面与轭铁筒(15)的下底接触时，软铁动铁心(12)的上端面与轭铁筒(15)的上端面沿轴向相差一尺寸L气隙；导磁端板(19)分上下两部分，上部分为圆形或方形，下部分为有与轭铁筒(15)的上部外圆螺纹配合联接的内螺纹的圆环，导磁端板(19)有一中孔，内螺纹与导磁端板(19)的中孔同轴；将导磁端板(19)的中孔套在非磁性导轴(14)上部的外圆，使导磁端板(19)的中孔与非磁性导轴(14)上部的外圆成滑动配合，然后将导磁端板(19)与轭铁筒(15)拧紧，并使轭铁筒(15)的上端面与导磁端板(19)圆环内的端面接触；最后用导磁销(18)将导磁端板(19)与轭铁筒(15)固定，使二者不能相对转动；所述轭铁筒(15)、非磁性线圈架(24)和(20)、导磁衬圈(22)、圆环形永磁体(17)、导磁挡圈(16)、软铁动铁心(12)制作要求内外圆同轴，制作非磁性导轴(14)要求其大小外圆同轴，这样就能保证装配后的机构的同轴度。
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