CN211654625U - 一种三稳态操动机构 - Google Patents

Abstract

一种三稳态操动机构，包括设置于机构中间的分隔部，分隔部的两侧对称设置有磁缸、励磁线圈、导磁块及永磁体，在励磁线圈的中间空间位置设置有动铁心，动铁心的轴向位置设置有穿过端盖的导杆，导杆的一端设置有用于与触头系统连接的连接部，动铁心靠近分隔部的一侧表面设置有限位导向杆和限位导向孔，分隔部上设置有导向通孔，通过限位导向杆和限位导向孔实现两侧动铁心互锁，连接部与端盖间的导杆上设置有提供分闸力的储能弹簧。本实用新型结构简单，安装简便。另外，由于分隔部两侧的动铁心为对称设置的两个结构相同的动铁心，因此两侧动铁心在运动时的动作特性一致，消除了两侧动作特性不同的技术问题。

Description

一种三稳态操动机构

技术领域

本实用新型涉及电力系统配电设备技术领域，具体涉及一种用于双电源转换开关的三稳态操动机构。

背景技术

在电力系统配电设备技术领域，双电源转换开关在主电源和备用电源的切换中扮演着重要角色，当主电源发生故障时，转换开关将负载从主电源切换至备用电源。要想保证转换开关稳定可靠的运行，转换开关的动力装置，即操动机构发挥着至关重要的作用。

申请号为201010566455.1的中国发明专利公开了一种用于双电源转换开关的三稳态差动式永磁操动机构，该机构由一个动铁心同时带动主电源和备用电源两路触头，采用两侧的三稳态维持弹簧将动铁心稳定在中间位置形成中间稳态即第三稳态。但该机构在从主电源侧或备用电源侧进行分闸操作时，由于采用的是三稳态维持弹簧实现的第三稳态，因此当动铁心运动至中间位置后并不能立刻达到稳定，动铁心在惯性的作用下继续向另一侧运动同时压缩该侧的弹簧，然后以中间位置为中心震荡数次后才能达到真正的稳定，因此中间的第三稳态并不是真正的稳态。如果将该机构用于开关电器，分闸时产生的震荡会对触头的分断过程产生不利影响，因此需要外加复杂的控制系统来消除操动机构分闸时存在的震荡现象，会造成整个双电源转换系统的复杂程度的增加。

申请号为201620325049.9的中国实用新型专利公开了一种三稳态永磁机构，该机构在前述申请号为201010566455.1发明专利技术方案的基础上进行了改进，通过在两个驱动杆上分别设置收口的凹槽和能卡在凹槽内的连接部来实现两个驱动杆不能同时伸出的目的并实现了三个稳态，并且在分闸时不存在震荡的现象。但是该实用新型的技术方案中，卡在凹槽内的连接部与凹槽需要特定安装步骤才能实现连接，存在安装不便的技术问题。另外，在此实用新型的技术方案中，两个驱动杆上分别设置收口的凹槽和卡接在凹槽内的连接部，在生产制造时需要分别制造带有凹槽和连接部的驱动杆，因此生产过程相对繁琐，而且结构不同的两个驱动杆的质量难以保持一致，由此会导致两侧驱动杆运动特性不同，进而造成两侧触头系统的分断特性存在差异。

发明内容

为了解决现有三稳态操动机构制造安装不便及两侧驱动杆由于质量不同造成运动特性不同的技术问题，本实用新型提出了一种三稳态操动机构。

本实用新型的具体技术方案如下：

一种三稳态操动机构，包括设置于整个机构中间位置的分隔部，分隔部的两侧对称设置有第一磁缸和第二磁缸，在两侧磁缸远离分隔部的一端设置有中心位置带有通孔的第一端盖和第二端盖，两侧磁缸内部位于分隔部的两侧对称设置有至少一个环形的第一励磁线圈和至少一个环形的第二励磁线圈，在第一励磁线圈和第二励磁线圈与各自对应侧的端盖间设置有环形的第一导磁块和第二导磁块，在第一导磁块、第二导磁块与磁缸内壁间设置有环形的第一永磁体和第二永磁体，在励磁线圈的环形中间位置设置有第一动铁心和第二动铁心，第一动铁心和第二动铁心的轴向位置分别固定连接有穿过端盖上通孔的并且可以沿着该通孔轴向移动的第一导杆和第二导杆，第一导杆和第二导杆置于磁缸外部的一端分别设置有用于与对应侧触头系统连接的第一连接部和第二连接部。第一动铁心的下端表面设置有第一限位导向杆和第二限位导向杆，第二动铁心的上端表面设置有第二限位导向孔和第二限位导向孔，在分隔部上设置有与第一动铁心和第二动铁心上设置的限位导向杆相对应的导向通孔，位于分隔部一侧的动铁心上的限位导向杆可以穿过通孔插入设置于分隔部另一侧动铁心上的限位导向孔中，连接部与端盖间的导杆上设置有第一储能弹簧和第二储能弹簧。

进一步地，第一励磁线圈设置为两个，分别为第一分闸励磁线圈和第一合闸励磁线圈。

进一步地，第二励磁线圈设置为两个，分别为第二分闸励磁线圈和第二合闸励磁线圈。

进一步地，第一分闸励磁线圈的匝数小于第一合闸励磁线圈的匝数，第二分闸励磁线圈的匝数小于第二合闸励磁线圈的匝数。

进一步地，第一储能弹簧和第二储能弹簧在操动机构处于分闸状态时具有一定的预压缩量。

进一步地，两个动铁心上的限位导向杆的长度L和限位导向孔的深度H可按下式确定：

其中：δ为动铁心行程，单位为mm，由于操动机构以分隔部对称设置，因此两侧动铁心的行程相同；W为分隔部的厚度，单位为mm；h为两侧电源处于分闸状态时限位导向杆预插入另一侧限位导向孔的深度，单位为mm；Δh为动铁心运动至中间位置与磁钢分隔部接触时，限位导向杆端部与限位导向孔底部的距离余量，单位为mm，该余量可以设置为2mm至4mm之间。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型结构简单，通过在两侧动铁心上设置限位导向孔和限位导向杆，在分隔部上设置能够使两个动铁心的限位导向杆穿过的导向通孔，可以使两侧动铁心形成互锁不能同时执行合闸操作。并且由于两侧动铁心在合闸时与分隔部接触形成限位，分闸时与端盖接触形成限位，不存在依靠两侧弹簧使两侧动铁心均处于分闸状态的第三稳态，因此在实现三个稳态的同时消除了分闸时由于弹簧结构造成的震荡现象。

2、由于分隔部两侧的动铁心为对称设置的两个结构相同的动铁心，因此整个操动机构的加工过程及安装变得简单。并且，由于结构对称，两侧动铁心在运动时的动作特性也会保持一致，消除了两侧机构动作特性不同造成触头分断特性不同的技术问题。

附图说明

图1为三稳态操动机构结构示意图；

图2为上方电源合闸时操动机构状态示意图；

图3为第一动铁心示意图；

图4为第二动铁心示意图；

图5为分隔部示意图；

图6为第一线圈示意图；

图7为第二线圈示意图。

图中，1、分隔部；1a、导向通孔；2a、第一磁缸；2b、第二磁缸；3a、第一励磁线圈；3b、第二励磁线圈；3a1、第一分闸励磁线圈；3b1、第一合闸励磁线圈；3a2、第二分闸励磁线圈；3b2、第二合闸励磁线圈；4a、第一导磁块；4b、第二导磁块；5a、第一永磁体；5b、第二永磁体；6a、第一动铁心；6b、第二动铁心；6a1、第一限位导向杆；6b1、第二限位导向杆；6a2、第一限位导向孔； 6b2、第二限位孔导向孔；7a、第一导杆；7b、第二导杆；8a、第一连接部；8b、第二连接部；9a、第一端盖；9b、第二端盖；10a、第一储能弹簧；10b、第二储能弹簧。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行具体描述。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系。

本实用新型的具体实施例如下：

在本实用新型的技术方案中，整个操动机构以设置在中间的分隔部1对称设置，即位于分隔部1上下两侧的各元件结构、大小和连接关系均相同，因此在具体实施方式的描述中，以设置于分隔部上方的机构为例进行描述。

图1所示的一种三稳态操动机构，包括设置于中间的分隔部1，在分隔部1 的两侧对称设置有第一磁缸2a和第二磁缸2b，在第一磁缸2a远离分隔部的一端设置有第一端盖9a，第一磁缸2a的内部贴近分隔部设置有至少一个环形的第一励磁线圈3a，第一励磁线圈可以根据需要设置为一个或者两个，当第一励磁线圈设置为两个时，此时的第一励磁线圈由第一分闸励磁线圈3a1和第一合闸励磁线圈3a2组成，由于机构对称设置，因此设置于另一侧的第二励磁线圈3b也可以设置为一个或者两个，当第二励磁线圈设置为两个时，此时的第二励磁线圈由第二分闸励磁线圈3b1和合闸励磁线圈3b2组成。在第一励磁线圈3a与第一端盖9a间设置有环形的第一导磁块4a，第一导磁块与第一磁缸内壁间设置有环形的第一永磁体5a。其中，第一导磁块4a、第一磁缸2a内壁及第一永磁体5a 相对面之间的距离设置的尽量小，以保证非工作气隙足够小来降低磁路的磁阻。在第一励磁线圈3a的中间轴向位置设置有第一动铁心6a，即第一励磁线圈围绕第一动铁心设置。在第一端盖9a的中心位置设置有通孔，第一动铁心6a的轴向位置固定连接有穿过该通孔并可以沿着该通孔往复运动的用于输出力和与外部触头系统相连的第一导杆7a，第一导杆置于第一磁缸2a外部的一端设置有用于与触头系统连接的第一连接部8a，第一连接部与第一端盖之间的第一导杆上设置有提供分闸力的第一储能弹簧10a。为了与外部触头系统形成更加有效的连接，在第一连接部上设置有连接孔。

如图1至图5所示，第一动铁心6a靠近分隔部1的一侧表面，即第一动铁心的下端面设置有第一限位导向杆6a1和第一限位导向孔6a2，第二动铁心6b 靠近分隔部1的一侧表面，即第二动铁心的上端面设置有第二限位导向杆6b1 和第二限位导向孔6b2。在分隔部与第一动铁心和第二动铁心相对应的面上设置有导向通孔1a，第一动铁心6a上的第一限位导向杆6a1能够穿过该导向通孔插入设置于分隔部另外一侧的第二动铁心6b上的第二限位导向孔6b2中。同理，由于结构对称，设置于分隔部另外一侧的第二动铁心6b上的第二限位导向杆6b1 能够穿过设置于分隔部上的另一个导向通孔1a进而插入设置于分隔部另外一侧的第一动铁心6a上的第一限位导向孔6a2中。

通过对外部触头系统的设置，可以使机构置于图1所示状态时，上下两侧的触头系统均处于分闸状态。由于机构以分隔部对称设置，因此仍以设置于分隔部上方机构为例对整个操动机构的工作方式进行描述，具体如下：

当第一励磁线圈3a为单个线圈时，此时对分隔部上方的机构执行合闸操作，通过控制系统对第一励磁线圈3a通入电流产生磁场，此时通入电流产生的磁场与永磁体的磁场方向相同，因此总磁场强度增大，第一动铁心6a在磁场的作用下向下运动，同时第一储能弹簧10a压缩，当第一动铁心6a与分隔部1接触后，位于分隔部上方的机构合闸操作结束。当第一动铁心6a与分隔部接触时，位于第一动铁心上的第一限位导向杆6a1穿过导向通孔1a插入另一侧第二动铁心6b上的第二限位导向孔6b2中，此时即使发生误操作，对下方机构的第二励磁线圈通电，下方的第二动铁心6b在第一限位导向杆6a1的限制下也不会向上运动执行合闸操作，以保证两侧电源不能同时接通。而需要执行分闸操作时，控制系统对第一励磁线圈3a通入与合闸时相反方向的电流，此时便会产生与合闸时相反的磁场，该磁场与永磁体的磁场方向相反互相削弱，第一动铁心6a与分隔部间的磁场吸力变小，在第一储能弹簧10a的反力作用下，第一动铁心6a克服磁场力的作用向上运动，当第一动铁心6a与第一端盖9a接触吸合后，分闸操作结束。当上方机构执行分闸操作时，第一动铁心带动第一限位导向杆向上运动，此时第一限位导向杆便会解除对第二动铁心运动的限制，此时如果对下方的第二励磁线圈3b通电，则第二动铁心6b在磁场力的作用下按相同的原理执行与第一动铁心6a相同的合闸操作。

当第一励磁线圈3a为两个，即第一励磁线圈由第一分闸励磁线圈3a1和第一合闸励磁线圈3a2组成时，此时如果执行合闸操作，则对第一合闸励磁线圈 3a2通电，第一动铁心6a在磁场的作用下执行合闸操作。而需要进行分闸操作时，则对第一分闸励磁线圈3a1通电。励磁线圈设置为两个时，控制系统可以分别对合闸和分闸线圈进行控制，而励磁线圈设置为1个时，由于分闸、合闸操作励磁线圈中的电流方向不同，因此控制系统需要对同一个线圈进行电流方向的控制，对线圈电流的控制属于较为成熟的现有技术，所以此处不做描述。

需要特别说明的是，如图6和图7所示，当设置于上方的第一励磁线圈3a 分别设置为第一分闸励磁线圈3a1和第一合闸励磁线圈3a2时，虽然合闸操作由第一合闸励磁线圈3a2产生的磁场和第一永磁体产生磁场的方向相同互相增强，但是第一动铁心处于与端盖吸合的位置，即此时气隙较大，而分闸操作是第一分闸励磁线圈3a1产生磁场和第一永磁体产生磁场的方向相反互相削弱，第一动铁心6a在第一储能弹簧10a的反力作用下执行分闸操作，因此在控制系统所提供的分闸、合闸励磁电流相同的情况下，优选的将第一分闸励磁线圈3a1的匝数设置的比第一合闸励磁线圈3a2的匝数小，以节省线圈的铜线的使用量。而设置于下方的第二励磁线圈3b分别设置为第二分闸励磁线圈3b1和第二合闸励磁线圈 3b2的工作过程与设置于上方的第一励磁线圈3a分别设置为第一分闸励磁线圈 3a1和第一合闸励磁线圈3a2的情况相同，此处不做过多描述。

另外需要特别说明的是，限位导向孔不能设置为通孔，为了使限位导向杆和限位导向孔能够有效实现限位作用，位于两个动铁心上的限位导向杆的长度L和限位导向孔的深度H可按下式确定：

其中：δ为动铁心行程，单位为mm，由于操动机构以分隔部对称设置，因此两侧动铁心的行程相同；W为分隔部的厚度，单位为mm；h为两侧电源处于分闸状态时限位导向杆预插入另一侧限位导向孔的深度，单位为mm；Δh为动铁心运动至中间位置与磁钢分隔部接触时，限位导向杆端部与限位导向孔底部的距离余量，单位为mm，该余量可以设置为2mm至4mm之间。

Claims (6)

1.一种三稳态操动机构，包括设置于整个机构中间位置的分隔部(1)，所述分隔部的两侧对称设置有第一磁缸(2a)和第二磁缸(2b)，在第一磁缸的上端和第二磁缸的下端分别设置有中心位置带有通孔的第一端盖(9a)和第二端盖(9b)，两侧磁缸内部贴近分隔部分别设置有至少一个环形的第一励磁线圈(3a)和第二励磁线圈(3b)，在第一励磁线圈和第二励磁线圈与各自侧的端盖间分别设置有环形的第一导磁块(4a)和第二导磁块(4b)，在第一导磁块和第二导磁块与磁缸内壁间分别设置有环形的第一永磁体(5a)和第二永磁体(5b)，

所述第一励磁线圈(3a)和第二励磁线圈(3b)的内部轴向位置分别设置有第一动铁心(6a)和第二动铁心(6b)，第一动铁心和第二动铁心的轴向位置分别固定连接有穿过对应侧端盖通孔的第一导杆(7a)和第二导杆(7b)，所述第一导杆上端和第二导杆下端分别设置有与触头系统连接的第一连接部(8a)和第二连接部(8b)，其特征在于：

所述第一动铁心下端面设置有第一限位导向杆(6a1)和第一限位导向孔(6a2)，第二动铁心上端面设置有第二限位导向杆(6b1)和第二限位导向孔(6b2)，在分隔部上设置有导向通孔(1a)，位于分隔部一侧的动铁心上的限位导向杆可以穿过导向通孔插入另一侧动铁心上的限位导向孔中，所述第一连接部和第二连接部与各自侧端盖间的导杆上分别设置有第一储能弹簧(10a)和第二储能弹簧(10b)。

2.如权利要求1所述的三稳态操动机构，其特征在于：所述第一励磁线圈(3a)设置为两个，分别为第一分闸励磁线圈(3a1)和第一合闸励磁线圈(3a2)。

3.如权利要求2所述的三稳态操动机构，其特征在于：所述第二励磁线圈(3b)设置为两个，分别为第二分闸励磁线圈(3b1)和第二合闸励磁线圈(3b2)。

4.如权利要求3所述的三稳态操动机构，其特征在于：所述第一分闸励磁线圈(3a1)的匝数小于第一合闸励磁线圈(3a2)的匝数，第二分闸励磁线圈(3b1)的匝数小于第二合闸励磁线圈(3b2)的匝数。

5.如权利要求1至4任一权利要求所述的三稳态操动机构，其特征在于：所述第一储能弹簧(10a)和第二储能弹簧(10b)在操动机构处于分闸状态时具有一定的预压缩量。

6.如权利要求5所述的三稳态操动机构，其特征在于：所述限位导向杆的长度L和限位导向孔的深度H按下式确定：

其中：δ为动铁心行程，单位为mm，由于操动机构以分隔部对称设置，因此两侧动铁心的行程相同；W为分隔部的厚度，单位为mm；h为两侧电源处于分闸状态时限位导向杆预插入另一侧限位导向孔的深度，单位为mm；Δh为动铁心运动至中间位置与磁钢分隔部接触时，限位导向杆端部与限位导向孔底部的距离余量，单位为mm，该余量可以设置为2mm至4mm之间。

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