CN201156495Y - 一种断路器中的操动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种断路器中的双稳态组合碟簧电磁斥力驱动机构，它包括一电磁斥力机构，电磁斥力机构的正下方连接一双稳态组合碟簧保持机构，电磁斥力机构包括两个上、下对称设置的、中间留有一定间隙的分闸线圈和合闸线圈，分闸线圈结构和合闸线圈结构中间设置有一推斥盘，推斥盘上固定穿设一推斥杆，推斥杆上端滑动穿设过分闸线圈结构，下端滑动穿设过合闸线圈结构，并在推斥杆上端穿露出分闸线圈结构的部位设有一传感器遮光板，在传感器遮光板的旁边固设有一光电传感器；推斥杆下端连接一双稳态组合碟簧保持机构的保持力杆，保持力杆上固设有若干簧挡，另有不少于上、下两片向心布置的碟簧，各对抵于簧挡上，本实用新型适用于各种断路器。

Description

一种断路器中的操动机构

技术领域

本实用新型涉及一种断路器，特别是关于一种断路器中的操动机构。

背景技术

为保护敏感电负荷并改善电能质量，世界各国正在研制各种专用装置，包括UPS、动态电压恢复器、故障限流器、固态切换开关、快速断路器等，其中快速断路器的综合经济效益最佳。快速断路器既可以快速投切线路以提高供电可靠性或实现故障限流；还可以准确控制合、分闸相位实现同步操作，大幅度降低操作过电压和涌流。

操动机构是断路器的设计核心，目前高压断路器普遍采用的弹簧操动机构、电磁操动机构、永磁操动机构或液压操动机构的合闸时间范围一般为40ms～60ms，分闸时间范围一般为20ms～40ms。电磁斥力操动机构依靠预充电电容器对电感线圈放电瞬时与推斥盘中的感应涡流产生脉冲电磁斥力来脱扣和动作，出力十分迅速，呈脉冲特性，可快速驱动电极运动实现断路器的快速合、分闸，采用电磁斥力操动机构的高压断路器动作时间只有常规断路器的十分之一左右，结构简单、可靠性高，是一种很有前景的新型开关设备。在电磁斥力操动机构中，电磁斥力峰值出现时刻的控制是设计的最关键技术，其决定了电磁斥力操动机构的输出特性以及机构的效率。

国外对电磁斥力操动机构的研究以日本比较深入，日本三菱公司研究电磁斥力操动机构最早，他们以有限元法为基础，使用运动复合电磁场解析法进行仿真，开发了快速断路器用电磁斥力操动机构，合、分闸保持力由单片碟簧提供。

国内目前尚处于该领域研究的起步阶段。清华大学对电磁斥力操动机构提出了一种基于等效电路的动态特性仿真策略，以及在此基础上的基于时间和位移双层循环的离散迭代算法，在保持力提供方面有碟簧和弹簧两种方式；大连理工大学也在此领域内开展过一些试验，在保持力提供方面采用永磁保持方式，优点是保持力可以做得很大，机械耐久性优异，但其动铁心运动质量很大，在快速运动中产生巨大的合闸动能，容易导致严重的合闸弹跳。国内目前多以理论研究为主，没有真正应用实际并结合现有高压断路器操动机构技术综合提出一种高性能的操动机构。

发明内容

针对以上问题，本实用新型的目的是提供一种高性能的断路器中的操动机构。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种断路器中的操动机构，其特征在于：它包括一电磁斥力驱动机构，所述电磁斥力驱动机构的下方设置一双稳态组合碟簧保持机构；

所述电磁斥力驱动机构包括两个放电回路，与两所述放电回路分别连接的设置在上、下支撑板上的分闸线圈和合闸线圈，所述分闸线圈与合闸线圈之间通过螺栓留有一间隙，且连接成一体，所述间隙内设置有一推斥盘，在所述推斥盘上固定穿设一推斥杆，所述推斥杆上、下端分别滑动穿设过所述分闸线圈和合闸线圈，在所述推斥杆上端穿露出所述分闸线圈的部位与一光电传感器对应，设置一传感器遮光板；

所述双稳态组合碟簧保持机构包括一保持力杆，其上端与所述推斥杆下端连接，所述保持力杆上固定设置有多个簧挡，在所述簧挡上顶设有至少两片相对设置的碟簧，所述碟簧的周边固定连接在多个长螺柱上，所述长螺柱的顶部固定连接所述下支撑板上。

所述保持力杆上滑动设置有一径向限位板。

所述推斥杆为连接成一体的上、下两部分。

所述两部分推斥杆通过螺纹连接后，在所述连接处穿设一胀销。

所述分闸线圈和合闸线圈分别绝缘固封在一模具中。

所述分闸线圈和合闸线圈表面敷有聚酰亚胺膜层，并在匝间填充混合有固化剂的环氧胶，所述分闸线圈和合闸线圈与固封模具的空隙间浇注有混合有固化剂的环氧胶。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于采用本实用新型，使断路器具有极快的运动速度：分闸速度为2.8m/s～3.0m/s，合闸速度为1.6m/s～2.0m/s。2、本实用新型由于采用电磁斥力驱动机构和双稳态组合碟簧保持机构的组合，既避免了斥力峰值出现过早导致速度下降，又避免了斥力峰值出现过晚导致启动时间延长，使得全行程速度接近线性、运动平稳。3、本实用新型结构简单，双稳态组合碟簧保持机构运动质量和冲击动能小，出力特性设计简单、灵活。4、本实用新型采用环氧浇注固体封装线圈结构，不仅保证了绝缘性能，而且加强了机械强度。5、本实用新型采用光电传感器，固有响应时间小于0.1ms，实测位置回报时间为0.7ms，实现了位置的快速回报，充分保证下一个操作的及时性。6、本实用新型的推斥盘采用高电导率材料，推斥杆采用高强度的、低磁导率和低电导率的材料，既有利于设计驱动力，又增强了抗冲击强度。7、本实用新型的电磁斥力驱动机构和双稳态组合碟簧保持机构的组合结构，既为系统提供了强劲的驱动力，又为系统提供了持续的保持力，可广泛应用于断路器设计中。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图

图2是本实用新型电磁斥力驱动机构的运动示意图

图3是本实用新型传感器遮光板和光电传感器位置关系图

图4是图3的俯视示意图

图5是本实用新型推斥盘和推斥杆的一个实施例示意图

图6是本实用新型线圈示意图

图7是本实用新型线圈模具示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细地说明。

如图1所示，本实用新型是为断路器的合、分闸提供力的部分，设置在断路器箱体(图中未示出)中，主要由电磁斥力驱动机构1和双稳态组合碟簧保持机构2两部分组成。电磁斥力驱动机构1在上方，为断路器提供合闸或分闸瞬时驱动力；双稳态组合碟簧保持机构2在电磁斥力驱动机构1的下方，中间通过各自的传动杆连接，周边通过若干根长螺柱3进行连接，双稳态组合碟簧保持机构2为断路器合、分闸位置提供持续的保持力。

如图1、图2所示，电磁斥力驱动机构1包括两个原理相同的高频放电回路11、12，两高频放电回路11、12分别连接一分闸线圈13和合闸线圈14，分闸线圈13和合闸线圈14之间留有一间隙，并分别固定在一上、下支撑板15、16上，两支撑板15和16都为绝缘材料制成，通过若干螺栓17连接成一体。在分闸线圈13和合闸线圈14的间隙内设置有一推斥盘18，推斥盘18中心固定穿接一推斥杆19，推斥杆19的两端分别穿过分闸线圈13和合闸线圈14的中心。

如图3、图4所示，推斥杆19的上端穿设出分闸线圈13的部位，镶嵌或焊接有一传感器遮光板4，另有一光电传感器5吊设在遮光板4旁边，当推斥杆19上下运动时，遮光板4能使光电传感器5遮光或入光。当遮光板4挡住光电传感器5时为遮光，此时光电传感器5就会发出合闸位置信号，反之，就会发出分闸位置信号。光电传感器5通过反馈系统将信号传给智能脉冲电源。

如图1所示，双稳态组合碟簧保持机构2位于电磁斥力驱动机构1的下方，中间通过一保持力杆21与电磁斥力机构1上的推斥杆19相连。保持力杆21的下方滑动穿设过一限位板22，限位板22对保持力杆21有导向作用，限制保持力杆21的左右摆动，而只允许其上下滑动，限位板22的周边固定穿设在如前所述的多个长螺栓3上；在保持力杆21上还固定设置有多个簧挡23。另有多片碟簧24沿保持力杆21上、下向心布置，每片碟簧24中心部位各贴附于一片簧挡23上，上方的碟簧24附于簧挡23的下方，下方的碟簧24附于簧挡23的上方，并且在初始安装时都设置一预压力，多片碟簧24中至少有两片向心对称设置；碟簧24的周边固定穿设在如前所述的多个长螺栓3上，各长螺栓3的上部与电磁斥力驱动机构1的下支撑板16固定连接成一体，各长螺栓3下端再与断路器箱体(图中未示出)固定连接。

如图2、图3所示，本实用新型使用时，假设初始光电传感器4发出分闸位置的信号，智能脉冲电源就可以命令高频放电回路12对合闸线圈14放电，产生高频脉冲电流及磁场，此时，推斥盘16还处于分闸工作的停止状态(即在合闸线圈14的上端)，因此在脉冲磁场的作用下，处于合闸线圈14上端的推斥盘16就会快速感应出涡流，涡流在磁场的作用下产生电动力，从而带动推斥杆19向上运动，为合闸提供驱动力。当推斥杆19向上运动后，遮光板18就会脱离光电传感器19而不再遮光，光电传感器19也就不再发出分闸位置信号。反之，当光电传感器19为入光状态时，就会发出合闸位置信号，智能脉冲电源就可以命令高频放电回路11对分闸线圈13放电，在脉冲磁场的作用下，处于分闸线圈13下端的推斥盘16就会向下运动作功，从而带动推斥杆19向下运动，为分闸提供驱动力。而因为在初始安装时，每片碟簧24都有一预压力，所以遇电磁斥力驱动机构1合闸时，随着保持力杆21的向上运动，碟簧24在合闸到位后能提供持续的合闸保持力；遇电磁斥力驱动机构1分闸时，随着保持力杆21的向下运动，碟簧24在分闸到位后能提供持续的分闸保持力。

由电磁斥力驱动机构1的工作原理可知，本实用新型中因为推斥盘16要求高电导率的诸如铜材料，而推斥杆19既要求抗冲击高强度的，又要求低磁导率和低电导率的诸如不锈钢材料，所以，推斥盘16和推斥杆19很难一体联设，通常采用的办法是：如图5所示，将推斥杆19设计为一带有内螺纹的上推斥杆19a和一带有外螺纹的下推斥杆19b，分别在推斥盘16的上方和下方相互旋紧，而使推斥盘16、上推斥杆19a和下推斥杆19b三者之间紧固。为使推斥盘16、上推斥杆19a和下推斥杆19b三者之间紧固，通常在上推斥杆19a和下推斥杆19b旋套部位横穿设一胀销19c。

上述实施例中，推斥杆19也可以设计为一带有外螺纹的上推斥杆19a和一带有内螺纹的下推斥杆19b。

上述实施例中，电磁斥力驱动机构1中产生的驱动力取决于线圈电流的大小，常规技术中线圈一般采用铜质材料，而铜质材料机械强度较差，高速驱动机构每次驱动推斥盘都会对线圈产生剧烈的撞击，导致其变形、损坏至无法使用；另外为保证线圈的电气参数及尺寸，匝间距离应尽可能缩小，这就必然为匝间绝缘带来了隐患。因此，本实用新型的分闸线圈13和合闸线圈14均设计为环氧浇注固体封装的线圈结构，以分闸线圈13为例，如图6、图7所示，在线圈13a的表面敷着0.1mm厚的聚酰亚胺膜层并在匝间填充混合有固化剂的环氧胶，之后放入环氧树脂封装模具13b中，并在空隙中浇注环氧胶，使线圈13a与封装模具13b固化为一个整体即分闸线圈结构13。

上述实施例中，正反两方向碟簧可根据设计需要在不少于上、下各一片设置的情况下通过多种组合方式来调整出力及作用行程。

Claims (9)

1、一种断路器中的操动机构，其特征在于：它包括一电磁斥力驱动机构和一双稳态组合碟簧保持机构；

所述电磁斥力驱动机构包括两个放电回路，与两所述放电回路分别连接的设置在上、下支撑板上的分闸线圈和合闸线圈，所述分闸线圈与合闸线圈之间通过螺栓留有一间隙，且连接成一体，所述间隙内设置有一推斥盘，在所述推斥盘上固定穿设一推斥杆，所述推斥杆上、下端分别滑动穿设过所述分闸线圈和合闸线圈，在所述推斥杆上端穿露出所述分闸线圈的部位与一光电传感器对应，设置一传感器遮光板；

所述双稳态组合碟簧保持机构包括一保持力杆，其上端与所述推斥杆下端连接，所述保持力杆上固定设置有多个簧挡，在所述簧挡上顶设有至少两片相对设置的碟簧，所述碟簧的周边固定连接在多个长螺柱上，所述长螺柱的顶部固定连接所述下支撑板上。

2、如权利要求1所述的一种断路器中的操动机构，其特征在于：在所述保持力杆上滑动设置有一径向限位板。

3、如权利要求1或2所述的一种断路器中的操动机构，其特征在于：所述推斥杆为连接成一体的上、下两部分。

4、如权利要求3所述的一种断路器中的操动机构，其特征在于：所述两部分推斥杆通过螺纹连接后，在所述连接处穿设一胀销。

5、如权利要求1或2或4所述的一种断路器中的操动机构，其特征在于：所述分闸线圈和合闸线圈分别绝缘固封在一模具中。

6、如权利要求3所述的一种断路器中的操动机构，其特征在于：所述分闸线圈和合闸线圈分别绝缘固封在一模具中。

7、如权利要求1或2或4或6所述的一种断路器中的操动机构，其特征在于：在所述分闸线圈和合闸线圈表面敷有聚酰亚胺膜层，并在匝间填充混合有固化剂的环氧胶，所述分闸线圈和合闸线圈与固封模具的空隙间浇注有混合有固化剂的环氧胶。

8、如权利要求3所述的一种断路器中的操动机构，其特征在于：在所述分闸线圈和合闸线圈表面敷有聚酰亚胺膜层，并在匝间填充混合有固化剂的环氧胶，所述分闸线圈和合闸线圈与固封模具的空隙间浇注有混合有固化剂的环氧胶。

9、如权利要求5所述的一种断路器中的操动机构，其特征在于：在所述分闸线圈和合闸线圈表面敷有聚酰亚胺膜层，并在匝间填充混合有固化剂的环氧胶，所述分闸线圈和合闸线圈与固封模具的空隙间浇注有混合有固化剂的环氧胶。

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