CN203503580U - 一种高压断路器操动机构 - Google Patents

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CN203503580U CN201320596799.6U CN201320596799U CN203503580U CN 203503580 U CN203503580 U CN 203503580U CN 201320596799 U CN201320596799 U CN 201320596799U CN 203503580 U CN203503580 U CN 203503580U
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张建忠
吴串国
汪仁杰
饶坤
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Jiangsu Rugao High Voltage Electric Apparatus Co Ltd
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Abstract

一种高压断路器操动机构，其特征在于，包括圆筒状永磁直线电机、传动机构，圆筒状永磁直线电机包括初级铁心、壳体、次级和电枢绕组；次级和初级铁心之间具有一个气隙，次级通过气隙磁场与电枢绕组的耦合作用获得沿初级铁心轴向的电磁推拉力；传动机构输入端与次级铁心轴铰接，输出端与断路器灭弧室动触头连接。根据机电能量转换原理次级铁心上产生电磁推力并实现直线运动，并通过传动机构与断路器灭弧室相连接，并利用合理的传动比来增大永磁直线电机的线速度，减小其额定推力。具有结构简单、可靠性高的优点，可通过逆变器有针对性地控制高压断路器的分合闸，实现分合闸过程的速度特性控制，从而提高高压断路器的可控性。

Description

一种高压断路器操动机构
技术领域
本实用新型属于电力工程中电器技术领域，具体涉及一种高压断路器操动机构。
背景技术
高压断路器作为输配电系统中重要的开关电气元件，起着控制和保护的双重作用。传统的高压断路器配置的操作机构主要有弹簧、气动、液压和电磁操作机构，但是它们都存在自身的缺陷，比如弹簧操动机构是依靠弹簧储存的能量释放使断路器合闸的，它的零部件多，制造工艺复杂，容易引起机械故障。气动、液压系统结构复杂，可靠性不够高，液压操作机构加工工艺要求高，如果制造或装配不良易发生渗漏油，它的速度特性易受环境温度的影响，压缩空气的质量对气动操动机构工作的可靠性有着重要的影响，一旦空气受潮会使活塞与汽缸表面锈蚀。电磁操作机构结构存在驱动功率较大，接触力较小且合闸时容易引起触头跳动等问题。弹簧和电磁操作机构也无法满足大功率、长行程的高压断路器操作需求，目前主要用于电压等级较低的断路器中。
目前，随着建设坚强的、高度灵活的智能电网上升为国家战略，提高高压断路器的可靠性、可控性的需求变得更加迫切。因此，革新高压断路器的操动机构，进一步提高永磁直线电机操作机构的性能，推广永磁直线电机操作机构在智能化高压断路器中的应用，是开关行业的一个重要目标。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种高压断路器操动机构，可实现可靠分合闸，并且能够实现对分合闸运动的速度控制，结构简单，同时能够大大提高高压断路器的操作寿命。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种高压断路器操动机构，其创新点在于，包括圆筒状永磁直线电机、传动机构，
圆筒状永磁直线电机包括初级铁心、壳体、次级和电枢绕组；
所述的初级铁心为圆筒形，初级铁心外圈表面设置与其连接固定的壳体，初级铁心内圈表面沿轴向开有若干凹槽，凹槽内放置圆环状电枢绕组；
所述的次级内置于初级铁心内，由次级铁心轭、永磁体和次级铁心轴和轴套组合而成，次级铁心轭外表面均匀贴装若干圆环状永磁体，次级铁心轴内置于次级铁心轭内，并通过轴套与次级铁心轭连接固定；
所述的次级和初级铁心之间具有一个气隙，次级通过气隙磁场与电枢绕组的耦合作用获得沿初级铁心轴向的电磁推拉力；
传动机构包括第一传动杆、第二传动杆和支点，第一传动杆的两端分别与次级铁心轴以及第二传动杆的一端铰接，第二传动杆的另一端与断路器灭弧室动触头连接。
所述的电枢绕组为分数槽绕组，一个极距下初级槽数量不为整数且槽极比大于0小于1,每个槽内放置两组不同相的绕组，
通过绕组引出线并按照电源端－A1X1－A2X2－A3X3－A4X4－A5X5－A6X6－A7X7－A8X8－A9X9－A10X10－电源另一端的规律连接组成A相绕组；
通过绕组引出线并按照电源端－B1Y1－B2Y2－B3Y3－B4Y4－B5Y5－B6Y6－B7Y7－B8Y8－B9Y9－B10Y10－电源另一端的规律连接组成B相绕组；
通过绕组引出线并按照电源端－C1Z1－C2Z2－C3Z3－C4Z4－C5Z5－C6Z6－C7Z7－C8Z8－C9Z9－C10Z10－电源另一端的规律连接组成C相绕组。
所述的次级铁心轭与轴套固定连接，所述的轴套与次级铁心轴通过螺纹连接。
其创新点在于，所述的轴套采用梯形圆台状结构。
其创新点在于，所述的初级铁心短于次级铁心轭，初级铁心的两端齿宽与中间齿宽不等，所述的次级位于两端的永磁体与中间永磁体尺寸不等；具体为：
所述的初级铁心初始有效长度为L s ，中间齿宽为wt，两端齿宽改为w1=wt/2+wta ，                                                
Figure 2013205967996100002DEST_PATH_IMAGE001
为初级铁心端部增加的齿宽宽度；
所述的次级初始长度L m ，在原有长度基础上，即对应初级有效长度L s 与行程需要的次级长度，同等增加次级两端的长度
Figure 2013205967996100002DEST_PATH_IMAGE002
，同时增加了两端永磁体的长度
Figure 2013205967996100002DEST_PATH_IMAGE003
，＜
Figure 574836DEST_PATH_IMAGE002
。
其创新点在于，所述
Figure 354574DEST_PATH_IMAGE001
=0.3*
Figure 2013205967996100002DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 123684DEST_PATH_IMAGE003
=0.5*
Figure 938056DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 822836DEST_PATH_IMAGE004
为极距。
其创新点在于，所述的次级铁心轭与初级铁心的长度之差等于断路器合闸行程乘以传动机构的传动比。
其创新点在于，所述的初级铁心、次级铁心轭和轴套采用导磁材料制成，壳体、次级铁心轴采用非导磁材料制成，永磁体采用稀土永磁材料制成，相邻永磁体充磁方向相反。
本实用新型的有益效果：
本实用新型永磁直线电机在次级铁心表面安放永磁体、初级安放电枢绕组，电枢绕组通入交流电流，根据机电能量转换原理次级铁心上产生电磁推力并实现直线运动。并通过传动机构与断路器灭弧室相连接，并利用合理的传动比来增大永磁直线电机的线速度，减小其额定推力。本实用新型的永磁直线电机操作机构具有结构简单、可靠性高的优点，可通过逆变器有针对性地控制高压断路器的分合闸，实现分合闸过程的速度特性控制，从而提高高压断路器的可控性。
本实用新型永磁直线电机采用分数槽极组合，不仅削弱了反电势的谐波含量；同时采用短初级铁心长次级铁心，为抑制次级在运动过程中的推力波动，采用初级铁心的两端齿宽与中间齿宽不等的结构，同时使次级位于两端的永磁体与中间永磁体尺寸不等，可以在两个终端位置有效减小次级铁心的棘爪力，减小了电机整个动作行程间的推力波动。
本实用新型的轴套还可以采用梯形圆台状结构，从而减小次级铁心的质量，从而提高了次级的控制响应速度，有利于实现断路器机构的快速操动。
附图说明
图1为本实用新型高压断路器操动机构的构造示意图。
图2为本实用新型中圆筒状永磁直线电机轴向截面示意图。
图3为本实用新型的绕组排列布置示意图。
图4为本实用新型的绕组接线图。
图5为本实用新型的初级铁心平面结构图。
图6为本实用新型的次级铁心轭与永磁体的平面结构图。
图7为本实用新型的改进轴套结构示意图。
图中有：次级1、壳体2、初级铁心3、绕组4、永磁体5、次级铁心轭6、次级铁心轴7、轴套8、传动杆一 9、传动杆二 10、断路器灭弧室11、动触头12、静触头13、直线电机操动机构14。
L s ：初级初始长度，L m ：次级初始长度，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
：初级齿宽，
Figure 965235DEST_PATH_IMAGE001
：端部增加齿宽，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
：端部齿宽，
Figure 478650DEST_PATH_IMAGE002
：次级一端增加的长度，
Figure 147528DEST_PATH_IMAGE003
：次级永磁体一端增加的长度，：极距。
具体实施方式
请参阅图1，本实用新型揭示了一种高压断路器操动机构，其包括圆筒状永磁直线电机、传动机构。
其中，圆筒状永磁直线电机如图2所示，其包括初级铁心、壳体、次级和电枢绕组；所述的初级铁心3为圆筒形，初级铁心3外圈表面设置与其连接固定的壳体2，初级铁心3内圈表面沿轴向开有若干凹槽，凹槽内放置圆环状电枢绕组4；所述的次级1内置于初级铁心3内，由次级铁心轭6、永磁体5和次级铁心轴7和轴套8组合而成，次级铁心轭6外表面均匀贴装若干圆环状永磁体5，次级铁心轴7内置于次级铁心轭6内，并通过轴套8与次级铁心轭6连接固定；所述的次级1和初级铁心3之间具有一个气隙，次级1通过气隙磁场与电枢绕组4的耦合作用获得沿初级铁心轴向的电磁推拉力。
作为本实用新型更具体的实施方案：所述的次级铁心轭6与轴套8固定连接，轴套8与次级铁心轴7通过螺纹连接。
传动机构包括第一传动杆9、第二传动杆10和支点，第一传动杆9的两端分别与次级铁心轴7以及第二传动杆10的一端铰接，第二传动杆10的另一端与断路器灭弧室11内的动触头12连接。
通过上述圆筒状永磁直线电机的次级铁心轴7驱动第一传动杆9绕支点转动，进而推动与第二传动杆10连接的动触头12远离或靠近经出头13，实现断路器分合闸。具体的：永磁直线电机的次级铁心轴7向下运动，驱动第一传动杠杆9和第二传动杆10，使动触头12与静触头13接触，实现合闸，反之，永磁直线电机的次级铁心轴7向上运动，驱动第一传动杠杆9和第二传动杆10，使动触头12与静触头13脱离，实现分闸。可通过合理设计传动机构的传动比来增大永磁直线电机的线速度，减小其额定推力。
图3示出了本实用新型的绕组排列布置示意图，电枢绕组4采用圆环状绕组嵌入初级铁心3凹槽中，并按照如图所示的绕线方式，在初级铁心凹槽中安放绕组形成采用分数槽绕组布置，一个极距下初级槽数量不为整数且槽极比小于1大于0，每个槽内放置两组不同相的绕组，能够有效抑制反电势谐波以及减小齿槽定位力。
由图4可见，一种高压断路器操动机构的绕组接线方式。通过绕组引出线并按照电源端－A1X1－A2X2－A3X3－A4X4－A5X5－A6X6－A7X7－A8X8－A9X9－A10X10－电源另一端的规律连接组成A相绕组；
通过绕组引出线并按照电源端－B1Y1－B2Y2－B3Y3－B4Y4－B5Y5－B6Y6－B7Y7－B8Y8－B9Y9－B10Y10－电源另一端的规律连接组成B相绕组；
通过绕组引出线并按照电源端－C1Z1－C2Z2－C3Z3－C4Z4－C5Z5－C6Z6－C7Z7－C8Z8－C9Z9－C10Z10－电源另一端的规律连接组成C相绕组。
由图5可见，一种高压断路器操动机构的初级铁心，初级铁心短于次级铁心轭，初级铁心的两端齿宽与中间齿宽不等。
传统的结构中，初级初始有效长度为L s ，中间齿宽为
Figure 770588DEST_PATH_IMAGE005
，两端齿宽为W1=
Figure 507600DEST_PATH_IMAGE005
/2；
本实用新型结构中，初级初始有效长度为L s ，中间齿宽为wt，两端齿宽改为W1=wt/2+wta ，优选方案为：当
Figure 93302DEST_PATH_IMAGE001
=0.3*
Figure 834731DEST_PATH_IMAGE004
时，可以获得最小的推力波动。
注释：为极距；
由图6可见，一种高压断路器操动机构次级，位于两端的永磁体与中间永磁体尺寸不等，在次级初始长度L m 既定的条件下，即对应初级有效长度L s 与行程需要的次级长度，同等增加次级两端的长度
Figure 413796DEST_PATH_IMAGE002
，同时增加了两端永磁体的长度
Figure 870317DEST_PATH_IMAGE003
，当次级一端增加的永磁体长度
Figure 205483DEST_PATH_IMAGE003
=0.5*
Figure 996722DEST_PATH_IMAGE004
时，可以有效减小起始位置时初级铁心对次级铁心的棘爪力吸引力。为保持长次级铁心运动行程不变，相应增加壳体长度。
由图7可见，一种高压断路器操动机构，轴套8可采用梯形圆台状结构，即轴套8的一段采用圆台形，余下的部分仍采用圆筒结构，在不降低轴套8与次级铁心轴7有效连接部分长度的同时，减小了次级1的整体质量，从而提高了次级1的控制响应速度。

Claims (6)

1.一种高压断路器操动机构，其特征在于，包括圆筒状永磁直线电机、传动机构，
圆筒状永磁直线电机包括初级铁心、壳体、次级和电枢绕组；
所述的初级铁心为圆筒形，初级铁心外圈表面设置与其连接固定的壳体，初级铁心内圈表面沿轴向开有若干凹槽，凹槽内放置圆环状电枢绕组；
所述的次级内置于初级铁心内，由次级铁心轭、永磁体和次级铁心轴和轴套组合而成，次级铁心轭外表面均匀贴装若干圆环状永磁体，次级铁心轴内置于次级铁心轭内，并通过轴套与次级铁心轭连接固定；
所述的次级和初级铁心之间具有一个气隙，次级通过气隙磁场与电枢绕组的耦合作用获得沿初级铁心轴向的电磁推拉力；
传动机构包括第一传动杆、第二传动杆和支点，第一传动杆的两端分别与次级铁心轴以及第二传动杆的一端铰接，第二传动杆的另一端与断路器灭弧室动触头连接；
所述的电枢绕组为分数槽绕组，一个极距下初级槽数量不为整数且槽极比大于0小于1,每个槽内放置两组不同相的绕组，
通过绕组引出线并按照电源端－A1X1－A2X2－A3X3－A4X4－A5X5－A6X6－A7X7－A8X8－A9X9－A10X10－电源另一端的规律连接组成A相绕组；
通过绕组引出线并按照电源端－B1Y1－B2Y2－B3Y3－B4Y4－B5Y5－B6Y6－B7Y7－B8Y8－B9Y9－B10Y10－电源另一端的规律连接组成B相绕组；
通过绕组引出线并按照电源端－C1Z1－C2Z2－C3Z3－C4Z4－C5Z5－C6Z6－C7Z7－C8Z8－C9Z9－C10Z10－电源另一端的规律连接组成C相绕组；
所述的次级铁心轭与轴套固定连接，所述的轴套与次级铁心轴通过螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的高压断路器操动机构，其特征在于，所述的轴套采用梯形圆台状结构。
3.根据权利要求1所述的高压断路器操动机构，其特征在于，所述的初级铁心短于次级铁心轭，初级铁心的两端齿宽与中间齿宽不等，所述的次级位于两端的永磁体与中间永磁体尺寸不等；具体为：
所述的初级铁心初始有效长度为L s ，中间齿宽为wt，两端齿宽改为w1=wt/2+wta ， 
Figure DEST_PATH_IMAGE001
为初级铁心端部增加的齿宽宽度；
所述的次级初始长度L m ，在原有长度基础上，即对应初级有效长度L s 与行程需要的次级长度，同等增加次级两端的长度
Figure 2013205967996100001DEST_PATH_IMAGE002
，同时增加了两端永磁体的长度
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 15935DEST_PATH_IMAGE003
＜
Figure 513913DEST_PATH_IMAGE002
。
4.根据权利要求3所述的高压断路器操动机构，其特征在于，所述
Figure 347876DEST_PATH_IMAGE001
=0.3*
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，=0.5*
Figure 56386DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 408870DEST_PATH_IMAGE004
为极距。
5.根据权利要求3所述的高压断路器操动机构，其特征在于，所述的次级铁心轭与初级铁心的长度之差等于断路器合闸行程乘以传动机构的传动比。
6.根据权利要求1所述的高压断路器操动机构，其特征在于，所述的初级铁心、次级铁心轭和轴套采用导磁材料制成，壳体、次级铁心轴采用非导磁材料制成，永磁体采用稀土永磁材料制成，相邻永磁体充磁方向相反。
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