CN215731484U - 电磁操作机构以及真空开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电磁操作机构以及真空开关，在电磁操作机构推杆上固定设置一磁性件，通过永磁体对磁性件的磁吸作用对抗真空开关分闸时由于大气压和真空灭弧室内波纹管作用而受到的合闸自闭力，将动触头保持在分闸位置，而且在合闸时，磁性件与永磁体之间的磁吸力大幅减小，使电磁操作机构提供较小的动能即可满足合闸需求，缓解了触头系统的震荡，保证了触头分合闸的稳定性。进一步地，还将永磁体设为可活动的，通过调整永磁体与磁性件的相对磁面的面积，以调整永磁体对磁性件磁吸力。对于不同规格的真空开关，可以适应性地调节永磁体对磁性件的磁吸力，使磁吸力能刚好满足分闸保持力需求，还能抵消真空灭弧室客观存在的自闭力公差。

Description

电磁操作机构以及真空开关

技术领域

本实用新型涉及开关设备领域，尤其涉及真空开关，具体涉及其中电磁操作机构的改进。

背景技术

真空开关普遍采用电磁式操作机构实现触头系统中动触头的驱动。例如，图1示意出了一种常见的真空开关的电磁操作机构，包括电磁致动机构1、推杆2和反力弹簧3，电磁致动机构1通常包括电磁铁和动铁芯，对电磁铁通电以产生磁场，使动铁芯在磁场作用下移动，动铁芯和推杆2固定连接，推杆2通过连杆传动于动触头4，实现动触头4向静触头5相接近的合闸运动。反力弹簧3用于驱动动触头4复位，该反力弹簧3作用于连杆，在动触头4合闸过程中，使反力弹簧3形变蓄能，从而反力弹簧3产生令动触头4分闸的驱动力。

与一般的开关不同的是，真空开关的灭弧室内部是真空状态，由于受到外部大气压的作用以及灭弧室内波纹管的作用，在分闸时，动触头4将受到向合闸方向的自闭力(即自动闭合力)，因此为了让产品保持在分闸状态，分闸时反力弹簧3要具有更大的形变量，以更大的弹性力抵抗该合闸自闭力，形成对动触头4的分闸保持力。例如，在图1的分闸状态下，反力弹簧3(拉弹簧为例)处于拉伸状态。

从而，在分闸状态下启动合闸时，电磁致动机构1需要克服更大的反力弹簧3的弹性力，并且，随着反力弹簧3形变量的逐渐增加，其弹性力是线性地越来越大，所以电磁致动机构1需要具备很大的动能，才能保证动触头4的合闸运动。例如，发明人在研发一种应用于应用于数据中心供电系统的PCB板载真空断路器时(额定电压：12kV；额定电流：40A)，发现电磁线圈的驱动功率较大，功耗较高。

而且，由于电磁致动机构1增加了动能，在行程一定的情况下增加了系统的能量，电磁致动机构1的动能除转化为反力弹簧3的弹性势能(由于合闸行程是一定的，也即反力弹簧3的形变行程是一定的，因此反力弹簧3在合闸过程中储存的弹性势能也是一定的)以及运动部件的动能之外，将产生多余的能量，多余能量被整个系统所吸收，造成系统产生震荡，影响动触头4在分、合闸时的稳定性。

实用新型内容

因此，针对上述问题，本实用新型提出一种结构优化的电磁操作机构以及真空开关。

本实用新型采用如下技术方案实现：

本实用新型提出电磁操作机构，包括固定设置的线圈、轭铁和可活动设置的动铁芯、推杆，所述线圈配合轭铁、动铁芯以及复位弹件驱动所述推杆伸出或缩回以实现开关的合闸或分闸，还包括磁性件和永磁体，所述磁性件固定设置在所述推杆上，所述永磁体设置在所述推杆外侧并具有与所述磁性件相对的磁面，所述推杆缩回时，通过所述永磁体的磁吸力吸引所述磁性件，从而将所述推杆保持在缩回状态；所述推杆伸出时，所述磁性件与永磁体之间的磁气隙增大从而大幅减小所述永磁体对所述磁性件的磁吸力。

其中，为对不同规格的真空开关适应性地调节永磁体对磁性件的磁吸力，使磁吸力能刚好满足分闸保持力需求，以及为了抵消不同真空灭弧室客观存在的自闭力公差，在一个实施例中，优选所述永磁体是可活动设置的，并具有数个不同位置上的活动档位，通过活动所述永磁体以调整其与所述磁性件的相对磁面的面积。

其中，基于安装和制造考虑，在一个实施例中，优选电磁操作机构还包括安装板和永磁体支架，所述安装板被固定设置，所述永磁体支架可摆动或可移动地与所述安装板活动连接，所述永磁体固定连接在所述永磁体支架上。

其中，为能在更小的摆动角度上细分出多个永磁体的活动档位，使得永磁体的磁吸力的调整更加精确，在一个实施例中，优选所述安装板上开设有锯齿状的卡槽，所述永磁体支架包括配合在所述卡槽内的尖锥状的卡销，通过所述卡销卡接在所述卡槽内不同位置的锯齿上以实现所述永磁体的所述活动档位。

其中，为提高结构紧凑性，缩小电磁操作机构的外形体积，在一个实施例中，优选所述推杆穿设过所述轭铁，所述磁性件是插套固定连接在所述推杆上的套管状结构，所述永磁体在所述推杆两侧共设有两个，套管状的所述磁性件相对远离所述轭铁的一端外翻边形成与所述永磁体相对的磁吸部，两个所述永磁体之间形成供所述磁性件相对靠近所述轭铁的一端插入的空间。

其中，为提高对磁性件的吸附效果从而提升分闸保持力，在一个实施例中，优选所述永磁体贴合在所述轭铁上，所述推杆缩回时，所述磁性件相对靠近所述轭铁的一端也贴靠在所述轭铁上。

其中，为避免磁性件与永磁体吸合在一起而难以分离，在一个实施例中，优选所述推杆缩回时，所述磁吸部与所述永磁体保有一定的磁间隙。

其中，在一个实施例中，优选电磁操作机构还包括用于支承所述永磁体的永磁体支架，所述永磁体支架呈空心框架状架构，所述永磁体嵌设固定在所述永磁体支架中，使得所述永磁体能够一面贴合在所述轭铁上，另一面与所述磁吸部相对。

基于上述的电磁操作机构，本实施例还提出真空开关，该真空开关包括了上述的电磁操作机构。

其中，为减小真空开关的高度尺寸，节省安装空间，真空开关还包括触头系统，所述触头系统包括动触头和静触头，所述电磁操作机构驱动所述动触头使之相对所述静触头具有实现分、合闸的运动行程，以及还包括用于传动连接所述动触头和电磁操作机构的传动杠杆，以所述动触头的运动行程方向为水平方向，所述电磁操作机构和触头系统均为水平布置，所述传动杠杆设置在所述电磁操作机构和触头系统的同一侧，所述传动杠杆两端分别与所述电磁操作机构和动触头传动连接，使所述电磁操作机构、传动杠杆和触头系统呈“[”字型衔接布置。

本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型的电磁操作机构通过永磁体和磁性件的磁吸作用对抗分闸状态下动触头受到的自闭力(包括气压作用力和波纹管的作用力)，将动触头保持在分闸位置，而且在合闸时，磁性件与永磁体之间的磁吸力大幅减小，而不是像现有技术中反力弹簧在合闸过程中弹性力越来越大，所以电磁操作机构不用提供太大的合闸动能，只需能满足合闸启动需求即可，在电磁操作机构所提供动能减小的情况下，缓解了触头系统的震荡，保证了触头分合闸的稳定性；

2.本实用新型的永磁体是可活动的，通过调整永磁体与磁性件的相对磁面的面积，以调整永磁体对磁性件磁吸力。对于不同规格的真空开关，可以适应性地调节永磁体对磁性件的磁吸力，使磁吸力能刚好满足分闸保持力需求，以符合不同的实际产品需要，同时还能抵消不同真空灭弧室客观存在的自闭力公差。

附图说明

图1是现有技术中真空开关的电磁操作机构的示意图；

图2是实施例中真空开关的结构分解图；

图3是实施例中真空开关的电磁操作机构、传动杠杆和触头系统的立体示意图；

图4是实施例中电磁操作机构的立体示意图；

图5是实施例中电磁操作机构的结构爆炸图；

图6是实施例中电磁操作机构的正视图；

图7是图6中A-A处的剖视图；

图8是图6中B-B处的剖视图；

图9是图7中M处的局部放大图；

图10是实施例中永磁体、永磁体支架和安装板的示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

参阅图2-3所示，作为本实用新型的优选实施例，提供一种真空开关，该真空开关包括壳体、线路板、电磁操作机构1、传动杠杆2和触头系统3，触头系统3包括静触头、动触头和真空灭弧室，传动杠杆2的中段位置被铰接限位，传动杠杆2两端分别与电磁操作机构1和触头系统3中的动触头铰接，电磁操作机构1产生动力并通过传动杠杆2传动于动触头，使得动触头在T₁—T₂方向上具有一运动行程以实现与静触头的接触或分离，完成触头系统3中动、静触头的分、合闸。其中，定义T₁—T₂方向为水平方向，在一般的真空开关结构中，通常是触头系统呈水平布置，而电磁操作机构呈竖直布置，电磁操作机构和触头系统之间以连杆机构进行传动连接，本实施例中电磁操作机构1和触头系统3均为水平布置，以传动杠杆2传动连接电磁操作机构1和触头系统3，使电磁操作机构1、传动杠杆2和触头系统3呈“[”字型衔接布置，能够使真空开关结构紧凑，特别是在电磁操作机构1和触头系统3以重力方向一上一下布置的应用场合中，能够减小真空开关的高度尺寸，节省了安装空间。

其中，如图4-5，电磁操作机构1具体包括支承板10、线圈11、轭铁13、动铁芯19等，线圈11和轭铁13固定安装在支承板10上，动铁芯19穿设在线圈内，线圈11、轭铁13和动铁芯19组成电磁致动机构，对线圈11通电产生磁场，通过轭铁13将磁路封闭以提高磁吸力，吸引动铁芯19移动。配合参阅图7和图3-4，推杆18穿过轭铁13从而可滑动地设置在动铁芯19的一端，该推杆18伸出轭铁13的端部与传动杠杆2铰接，当动铁芯19朝轭铁13移动时，推动推杆18向外伸出(伸出方向为T₁方向)，进而通过传动杠杆2的传动使得触头系统3内的动触头与静触头相接近并最终合闸。电磁操作机构1还包括压弹簧12，压弹簧12两端分别作用在推杆18和轭铁13上，推杆18向外伸出以进行其合闸行程时，压弹簧12受力压缩以产生弹性力，线圈11断电之后，压弹簧12释能，以其弹性力驱动推杆18缩回(缩回方向为图中T₂方向)，推杆18复又推抵动铁芯19复位，推杆18缩回时，通过传动杠杆2的传动使得触头系统3内的动触头与静触头相分离并最终分闸。

特别的，为了抵抗真空开关分闸时，在大气压作用和真空灭弧室内波纹管作用下动触头受到的向合闸方向的自闭力，电磁操作机构1还包括分闸保持单元，如图5以及图7-9所示，分闸保持单元包括永磁体15和磁性件17，该磁性件17是由能够被永磁体的磁力所吸引的材料制成，例如由铁、镍、钴等亲磁的金属制成或复合而成。磁性件17是一套管状结构，磁性件17插套连接固定在推杆18上，永磁体15设置在推杆18外侧，并具有部分磁面与磁性件17相对，那么当推杆18缩回时，通过永磁体15的磁吸力吸引磁性件17，从而将推杆18保持在缩回状态；并且推杆18伸出合闸时，由于磁性件17与永磁体15之间的磁气隙增大从而大幅减小了永磁体15对磁性件17的磁吸力。通过本方案，不仅在分闸时，通过磁吸作用对抗合闸自闭力，将动触头保持在分闸位置，而且在合闸时，磁性件17与永磁体15之间的磁吸力大幅减小，而不是像现有技术中反力弹簧在合闸过程中弹性力越来越大，所以本方案中的电磁操作机构1不用提供太大的合闸动能，只需能满足合闸启动需求即可，在电磁操作机构1所提供动能减小的情况下，缓解了触头系统的震荡，保证了触头分合闸的稳定性。

本实施例中，采用插套连接的方式固定磁性件17，在其他实施例中也可以采用其他固定方式如螺锁、卡固等。

如图7和图9所示，永磁体15在推杆18两侧设有两个，套管状的磁性件17相对远离轭铁13的一端外翻边形成磁吸部171，两个永磁体15之间形成供磁性件17相对靠近轭铁13的一端插入的空间，推杆18缩回时，通过磁吸部171与永磁体15相对实现永磁体15对磁性件17的磁吸，磁性件17相对靠近轭铁13的一端插入到两个永磁体15之间，从而使得永磁体15和磁性件17的配合十分紧凑，有助于缩小电磁操作机构的外形体积。在推杆18两侧设置两个永磁体15也有利于平衡对磁性件17的吸力。

而且，本实施例中的永磁体15是贴合在轭铁13上的，推杆18缩回时，磁性件17相对靠近轭铁13的一端也贴靠在轭铁13上，从而利用轭铁13的导磁作用，进一步将磁性件17吸附在轭铁13上，保证动触头能在合闸自闭力影响下仍然保持在分闸位置。

同时，磁性件17吸附在轭铁13上时，永磁体15和磁性件17保有一定的磁间隙，使得二者不会吸合在一起，如果二者吸合在一起，则需要推杆18具有较大的合闸动能才能推动二者分离。本实施例通过如上的设置方式，既保证了在永磁体15磁力吸引下，对磁性件17形成一定的分闸保持力，又不会使该分闸保持力过大而影响合闸过程。

当然在其他实施例中，也可以采用其他结构的磁性件，只要磁性件是固定在推杆18上，并能够受永磁体15吸引而缩回均是可行的方案，例如采用一在推杆18径向上延伸的片状磁性件。

永磁体15具体采用如下方式安装：参阅图4、5、8、10，一安装板16固定连接在轭铁13上，两个永磁体支架14可摆动地与安装板16活动连接，具体地，永磁体支架14上设有插柱141，而安装板16上设有与插柱141配合的插孔161，以插柱141插入插孔161中实现永磁体支架14与安装板16的可摆动连接。永磁体支架14是一空心框架状结构，矩形体的永磁体15嵌设固定在永磁体支架14内，使得永磁体15能够一侧面贴合于轭铁13，另一侧面正对于磁吸部171。因为永磁体支架14是可摆动的，也即永磁体15是可活动的，通过拨动永磁体支架14以调整永磁体15的位置，进而调整永磁体15与磁性件17的相对磁面的面积，以调整永磁体15对磁性件17磁吸力。明显的，永磁体15对磁性件17磁吸力并不是越大越好，在磁吸力满足一定分闸保持力需求的基础上，磁吸力越大，合闸时需克服的阻力也就越大，所以永磁体15对磁性件17磁吸力能刚好满足分闸保持力需求即可，对于不同规格的真空开关，会具有不同的分闸保持力需求，采用本实施例的电磁驱动机构1，因为永磁体15可调整的特性，可以适应性地调节永磁体15对磁性件17磁吸力，以符合不同的实际产品需求。而且，由于合闸自闭力(包括大气压作用力和波纹管的作用力)客观上存在固有公差±5N，需要通过调整永磁体15对磁性件17磁吸力抵消此公差对产品合分闸过程的影响。从而尽可能消除每个真空灭弧室的合闸自闭力不同导致产品分合闸特性的不一致性。

在其他实施例中，除了采用可摆动的方式将永磁体支架14连接在安装板16，还可以采用其他的活动连接方式，如将永磁体支架14滑动连接在安装板16上。除了采用嵌设固定的方式之外，其他实施例中还可以采用其他的方式固定永磁体15，例如螺锁、粘接等。

安装板16上还开设有锯齿状的卡槽162，永磁体支架14包括配合在所述卡槽162内的尖锥状的卡销142，通过所述卡销142卡接在卡槽162内不同位置的锯齿上，使永磁体15具有多个活动档位。当然除此之外，还可以采用其他的方式来实现永磁体15的多个活动档位，例如在永磁体支架14上设置一可按压的钢珠，该钢珠由压弹簧张紧，即按下钢珠后，钢珠由压弹簧弹起复位，在安装板16上开设多个钢珠槽，拨动永磁体支架14使钢珠卡入在不同的钢珠槽内实现永磁体15的多个活动档位。本实施例采用锯齿状卡槽和尖锥状卡销的配合，能在更小的摆动角度上细分出多个永磁体15的活动档位，使得永磁体15的磁吸力的调整更加精确。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.电磁操作机构，包括固定设置的线圈、轭铁和可活动设置的动铁芯、推杆，所述线圈配合轭铁、动铁芯以及复位弹件驱动所述推杆伸出或缩回以实现开关的合闸或分闸，其特征在于：还包括磁性件和永磁体，所述磁性件固定设置在所述推杆上，所述永磁体设置在所述推杆外侧并具有与所述磁性件相对的磁面，所述推杆缩回时，通过所述永磁体的磁吸力吸引所述磁性件，从而将所述推杆保持在缩回状态；所述推杆伸出时，所述磁性件与永磁体之间的磁气隙增大从而大幅减小所述永磁体对所述磁性件的磁吸力。

2.根据权利要求1所述的电磁操作机构，其特征在于：所述永磁体是可活动设置的，并具有数个不同位置上的活动档位，通过活动所述永磁体以调整其与所述磁性件的相对磁面的面积。

3.根据权利要求2所述的电磁操作机构，其特征在于：还包括安装板和永磁体支架，所述安装板被固定设置，所述永磁体支架可摆动或可移动地与所述安装板活动连接，所述永磁体固定连接在所述永磁体支架上。

4.根据权利要求3所述的电磁操作机构，其特征在于：所述安装板上开设有锯齿状的卡槽，所述永磁体支架包括配合在所述卡槽内的尖锥状的卡销，通过所述卡销卡接在所述卡槽内不同位置的锯齿上以实现所述永磁体的所述活动档位。

5.根据权利要求1或2所述的电磁操作机构，其特征在于：所述推杆穿设过所述轭铁，所述磁性件是插套固定连接在所述推杆上的套管状结构，所述永磁体在所述推杆两侧共设有两个，套管状的所述磁性件相对远离所述轭铁的一端外翻边形成与所述永磁体相对的磁吸部，两个所述永磁体之间形成供所述磁性件相对靠近所述轭铁的一端插入的空间。

6.根据权利要求5所述的电磁操作机构，其特征在于：所述永磁体贴合在所述轭铁上，所述推杆缩回时，所述磁性件相对靠近所述轭铁的一端也贴靠在所述轭铁上。

7.根据权利要求6所述的电磁操作机构，其特征在于：所述推杆缩回时，所述磁吸部与所述永磁体保有一定的磁间隙。

8.根据权利要求6所述的电磁操作机构，其特征在于：还包括用于支承所述永磁体的永磁体支架，所述永磁体支架呈空心框架状架构，所述永磁体嵌设固定在所述永磁体支架中，使得所述永磁体能够一面贴合在所述轭铁上，另一面与所述磁吸部相对。

9.真空开关，包括用于驱动其分、合闸的电磁操作机构，其特征在于：所述电磁操作机构是如权利要求1-8任一所述的电磁操作机构。

10.根据权利要求9所述的真空开关，其特征在于：还包括触头系统，所述触头系统包括动触头和静触头，所述电磁操作机构驱动所述动触头使之相对所述静触头具有实现分、合闸的运动行程，以及还包括用于传动连接所述动触头和电磁操作机构的传动杠杆，以所述动触头的运动行程方向为水平方向，所述电磁操作机构和触头系统均为水平布置，所述传动杠杆设置在所述电磁操作机构和触头系统的同一侧，所述传动杠杆两端分别与所述电磁操作机构和动触头传动连接，使所述电磁操作机构、传动杠杆和触头系统呈“[”字型衔接布置。

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