CN101127281A - 一种双稳态永磁机构真空断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双稳态永磁机构真空断路器。包括分别与各电缆连接的分断装置，分断装置的控制端分别与从动拐臂铰接，各从动拐臂固定连接到同一个旋转轴上，旋转轴上还固定连接有主动拐臂，主动拐臂与双稳态永磁开关机构连接，双稳态永磁开关机构的外壳中设置有输出轴，输出轴穿过外壳两端的端盖外伸，其中一端与主动拐臂铰接，输出轴上位于外壳内部的位置固定安装有铁芯，铁芯的外侧设置有永磁体，永磁体与外壳的内壁固定连接，永磁体的两端与端盖之间各设置一组脉冲线圈；主动拐臂上还连接有分闸助力弹簧。该断路器分闸速度平稳、机械冲击力小。

Description

一种双稳态永磁机构真空断路器

技术领域

本发明涉及一种双稳态永磁机构真空断路器。

背景技术

电力设备开关常要用到真空断路器，真空断路器使用的时候要求分断速度越快越好、时间越短越好，因为高压电气设备的动触头和静触头接近的时候容易产生电弧，分断速度越快产生电弧的时间越短，对设备的损害越小。为了得到较快的分、合闸速度，同时避免人工操作的时候产生不分不合或即分即合的状态，真空断路器中常用到双稳态永磁机构。双稳态永磁操作机构的特点是在分、合闸时只要施加一个初始动力，动触头和静触头即可在永磁力作用下彻底完成分、合闸动作。同时，为了使动触头和静触头在合闸状态下保持良好接触，通常在动触头与操作连杆之间设置有压缩弹簧，压缩弹簧可以在合闸的时候稳定动触头和静触头之间的压力，同时在分闸过程中压缩弹簧还可以起到分闸助力的作用，有助于提高分闸初期的速度。但由于压缩弹簧的作用距离很短，在分闸过程的后期，失去压缩弹簧的作用以后，分闸速度明显降低，造成分闸期间的速度变化很大，不利于触头灭弧，也使得设备的设计难度增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种分闸速度平稳的双稳态永磁机构断路器。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种双稳态永磁机构真空断路器，包括分断装置，分断装置的控制端分别与从动拐臂铰接，各从动拐臂固定连接到同一个旋转轴上，旋转轴上还固定连接有主动拐臂，主动拐臂与动力机构连接，其特征在于：所述的动力机构为双稳态永磁开关机构，该双稳态永磁开关机构包括与主动拐臂连接的输出轴，输出轴上连接永磁开关操作机构，该永磁开关操作机构的外壳中设置有输出轴，输出轴穿过外壳两端的端盖外伸，其前端与主动拐臂连接，输出轴上固定有铁芯，铁芯的外侧设置有永磁体，永磁体与外壳固定连接，永磁体的两端各设置一组脉冲线圈；端盖上固定连接有与输出轴平行的支撑板，支撑板分别位于输出轴的两侧，输出轴的后端固定连接有端帽，传动轴可转动地插装在支撑板上，在传动轴上、输出轴的两侧各固定安装一偏心轮，偏心轮位于端帽与端盖之间，固定安装在偏心轮上的弹簧挂柱穿过支撑板上的开口槽连接在手动分闸弹簧的一端，手动分闸弹簧的另一端挂在支撑板上的弹簧挂轴上；传动轴上还固定安装有从动齿轮，该从动齿轮与固定安装在驱动轴上的主动齿轮啮合，驱动轴与传动轴平行并可转动地插装在支撑板上，驱动轴上还连接有操作手柄；旋转轴上还固定连接有辅助臂，辅助臂上连接有分闸助力弹簧，分闸助力弹簧的另一连接点和动力机构均固定安装在真空断路器外壳中。

辅助臂上还设置有分闸缓冲器。

在双稳态永磁开关机构的一侧端盖的内壁与铁芯之间安装有弹簧片，该端盖是在分闸状态下铁芯吸合的一侧。

在分闸状态下铁芯与端盖接触的一侧端面上带有凹凸槽。

在分闸状态下铁芯与端盖接触的一侧端面上带有倒圆台状的凹坑，与之相对应的端盖的内侧带有倒圆台状的凸起。

所述的分闸缓冲器为液压缓冲器，液压缓冲器的外壳上位于活塞杆一端固定连接有导向套，导向套上带有导向杆孔，在导向杆孔中安装有导向杆。

采用上述技术方案后，分闸助力弹簧可以在分闸过程的中间环节补充压缩弹簧的作用，使分闸速度更快更平稳，符合灭弧要求。同时，分闸缓冲器可以在分闸过程结束时起到缓冲作用，避免高速运动的动触头撞击断路器和永磁机构；分闸缓冲器上设置的导向套可以大大提高液压分闸缓冲器的使用寿命。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图；

图2是带有手动分闸装置的双稳态永磁开关机构的剖视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是双稳态永磁开关机构中的铁芯的一个实施例的结构示意图；

图5是铁芯的另一个实施例的结构示意图；

图6是分闸缓冲器结构示意图；

图7是分闸过程中动触头的运动速度曲线图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的一种双稳态永磁机构真空断路器，包括分断装置1、2、3，分断装置1、2、3的控制端分别与从动拐臂4、5、6铰接，各从动拐臂4、5、6固定连接到同一个旋转轴7上，旋转轴7上还固定连接有主动拐臂8和辅助臂19，辅助臂19上连接有分闸助力弹簧10，分闸助力弹簧10的另一连接点和动力机构9均固定安装在真空断路器外壳中，真空断路器外壳在图中没有画出。主动拐臂8与动力机构9连接。所述的动力机构9为双稳态永磁开关机构，该双稳态永磁开关机构包括与主动拐臂8连接的输出轴92，输出轴92上连接永磁开关操作机构，该永磁开关操作机构的外壳91中设置有输出轴92，输出轴92穿过外壳91两端的端盖96外伸，其前端与主动拐臂8连接，后端固定连接有端帽18，外壳91和端盖96的材料都是易导磁的铁质。输出轴92位于外壳91内部的中段固定安装有铁芯93，铁芯93的外侧设置有永磁体94，永磁体94与外壳91固定连接，永磁体94的两端各设置一组脉冲线圈98。

端盖96上固定连接有与输出轴92平行的支撑板14、15，支撑板14、15分别位于输出轴92的两侧，输出轴92的后端固定连接有端帽18，传动轴16可转动地插装在支撑板14、15上，位于输出轴92的一侧、端帽18和端盖96之间。在传动轴16上、输出轴92的两侧各固定安装一偏心轮17，偏心轮17位于端帽18与端盖96之间，固定安装在偏心轮17上的弹簧挂柱19穿过支撑板14、15上的开口槽连接在手动分闸弹簧20的一端，手动分闸弹簧20的另一端挂在支撑板14、15上的弹簧挂轴25上。弹簧挂轴25安装在支撑板14、15的长孔中，这样可以通过调节弹簧挂轴25在长孔中的位置调整手动分闸弹簧20的倾角和松紧。偏心轮17上的弹簧挂柱19和支撑板14、15上的弹簧挂点25应分别位于传动轴16轴心两端，并且在初始位置的时候略微越过手动分闸弹簧20“死点”，而在分闸的时候手动分闸弹簧20的拉力至少要能够使铁芯93越过永磁体94的中心。

传动轴16上还固定安装有从动齿轮81，该从动齿轮81与固定安装在驱动轴72的主动齿轮71啮合，驱动轴72与传动轴16平行并可转动地插装在支撑板14、15上，驱动轴72上还连接有操作手柄73；旋转轴7上还固定连接有辅助臂19，辅助臂19上连接有分闸助力弹簧10。

双稳态永磁开关机构的工作原理如下：给两脉冲线圈98加入脉冲电流，脉冲电流在脉冲线圈98中产生感应磁场，该感应磁场一部分用以抵消永磁体94产生的磁场，另一部分作用于铁芯93，产生吸力，使铁芯93移动，并最终在电磁力和永磁体吸引力双重作用下吸附在一侧端盖96上。铁芯93移动时，带动连接在输出轴92上的主动拐臂8完成分、合闸动作。脉冲线圈98中的电流消失后，脉冲电流产生的磁场也随之消失，在永磁体94产生的磁场作用下，铁芯93仍然被吸附在端盖96上，开关保持原有的工作状态。当需要改变工作状态时，即当需要执行分闸或合闸的动作时，只需要在脉冲线圈98中加入相反方向的脉冲电流，即可使输出轴92反向移动，铁芯93吸附在另一侧端盖96上，实现工作状态的转变，并保持稳定。

手动分闸装置的作用是在电磁线圈98发生故障时可以手动将工作状态切换为分闸状态。

偏心轮17使手动分闸时动力臂与阻力臂之比随偏心轮17的旋转角度而变化。手动分闸开始时，力臂之比很大，施加较小的动力就能克服永磁体吸力，使输出轴92及铁芯93向分闸方向运动，随着铁芯93与端盖96间隙的增加，永磁吸力随之快速减小。随着偏心轮17旋转角度的加大，阻力臂长度迅速增加，输出轴92运动速度不断加快，从而达到快速分闸的目的。

在正常工作的时候，手动分闸装置不起作用，手动分闸弹簧20利用偏心轮17过“死点”后的稳定角将传动轴16锁定，使其不能任意转动，此时开关的操作机构依靠电磁线圈98中的磁力实现分、合闸动作。当电磁线圈或操作回路发生故障，不能实现分闸的时候，只要搬动手柄73，通过主动齿轮71和从动齿轮81构成的减速装置传递力量，使传动轴16在增大的扭力作用下向分闸方向转过一定角度，与手动分闸弹簧20连接的弹簧挂柱19越过“死点”(弹簧挂轴25与传动轴16的轴心连线的延长线)以后，在手动分闸弹簧20的拉力和手柄73动力的共同作用下，偏心轮17快速转动，并推动端帽18，再由端帽18带动输出轴92向分闸方向快速移动。铁芯93迅速越过永磁体94的中心并进而在永磁力作用下被紧紧吸在手动分闸装置一侧的端盖96上，达到快速分闸的目的。由于手动分闸手柄转过一定角度后，主要依靠手动分闸弹簧20的拉力进行分闸，从而避免了人为因素的不稳定性对分闸速度的影响。当电磁线圈98故障排除后，下次电动合闸时，在合闸电磁力的作用下，铁芯93带动输出轴92、端帽18向合闸方向运动，偏心轮17在端帽18的压力作用下克服手动分闸弹簧20的拉力向反方向转动，当偏心轮17上的弹簧挂柱19越过“死点”时，偏心轮17在弹簧拉力作用下转过一个稳定角，到达稳定点并实现弹簧储能，为下次手动分闸做好准备。合闸后由于稳定角的作用，手动分闸弹簧20不会对永磁吸力形成反作用力，能保证开关触头压力不减少。偏心轮17到达稳定点后，由于稳定角的作用，正常电动分、合闸时手动分闸装置不动作。从而能大大提高操作机构的使用周期。

如图7所示是在分闸过程中动触头的运动速度曲线图。纵轴S代表动触头的运动速度，横轴T代表时间，曲线S1是无分闸助力弹簧10的情况下动触头的运动速度曲线图，从图中可以看出，在分闸开始初期的t0-t1时间段，由于动触头中压缩弹簧的助力作用，动触头的运动速度迅速达到第一个高峰；但在随后的t1-t2时间段，由于压缩弹簧的作用力消失，动触头的运动速度跌入低谷；随后，在t2-t3时间段，又由于双稳态永磁开关机构中的铁芯越过中点位置的磁力平衡点以后，在永磁力的助力作用下再次迅速达到第2个速度高峰。这样大起大落的运动速度不利于触头灭弧。曲线S2是理想状态下动触头的运动速度曲线，在t0-t3时间段都应该是一个均匀的加速度运动过程。曲线S3是增加了分闸助力弹簧10以后的动触头的运动速度曲线图，从图中可以看出，在t1-t2时间段，压缩弹簧的作用力消失以后，分闸助力弹簧10代替压缩弹簧起到助力作用，动触头的运动仍然是加速度，直到顺利进入t2-t3时间段。

普通双稳态永磁开关机构两端的结构是对称的，在分闸位置和合闸位置上输出轴92的保持力是相等的。但是用在断路器中的时候，要求合闸的时候有较大的合闸保持力保证触头接触良好，而在分闸的时候则要求相对较小的分闸保持力，太大的分闸保持力反而会在合闸开始时产生较大的阻力，影响合闸的速度。为了减小双稳态永磁开关机构的分闸保持力，在双稳态永磁开关机构的一侧端盖96的内壁与铁芯93之间安装有弹簧片99，该端盖96是在分闸状态下铁芯93吸合的一侧。这样，实际上是在加大了端盖96与铁芯93之间间隙，从而使其吸合的保持力减小，降低合闸操作功。另一方面，在分闸的时候弹簧片99还能缓解铁芯93对端盖96的撞击，在合闸开始的时候又推动铁芯93运动，有助于提高合闸速度。

如图4、图5所示，在分闸状态下铁芯93与端盖96接触的一侧端面上带有凹凸槽93A、93B。其作用与弹簧片99类似，也可以起到减小分闸保持力的作用。

另外，还可以在铁芯93与端盖96接触的一侧端面上设置倒圆台状的凹坑，与之相对应的端盖96的内侧设置倒圆台状的凸起。输出轴92穿过倒圆台状的凹坑和凸起的中心。倒圆台状的凹坑和凸起有利于在减小分闸保持力的同时，延长合闸过程中阻尼力的作用时间，减小触头刚合时的冲击力，减少弹跳、降低电弧烧坏触头的程度，大大延长使用寿命。

分闸缓冲器11安装在辅助臂19与断路器外壳的固定点之间，其作用是缓解分闸后期机械零件之间的碰撞。本实施例采用的是液压缓冲器。液压缓冲器是一种利用设置在液压缸中的活塞对冲击力产生阻尼作用的机械装置，当强大的冲击力作用在活塞杆上的时候，活塞杆会缓慢地缩进液压缸中，当外力消失以后活塞杆又会复原。本发明主动拐臂8的运动是曲线运动，作用于活塞杆的力量的方向会产生偏差，频繁的运动会在侧向力作用下加快液压缓冲器油封和活塞的磨损，为了延长液压缓冲器的使用寿命，在液压缓冲器的外壳上位于活塞杆一端固定连接有导向套12，导向套12上带有导向杆孔，在导向杆孔中安装有导向杆13。这样，主动拐臂8的冲击力直接作用在导向杆上，通过导向杆再作用于活塞杆上的力就是平行于活塞杆轴线方向，可以避免侧向力对油封和活塞的过度损害。

当然，分闸缓冲器11也可以设置在主动臂8上。

当然，上述动力机构9、分闸助力弹簧10、分闸缓冲器11的末端都要固定连接在一个牢固的位置。本实施例是安装在断路器外壳中的隔板上，图中未画出。

在该双稳态永磁机构断路器的分、合闸动作通过动力机构9中的电磁线圈产生推动输出轴92移动的动力，再通过与输出轴92连接的主动拐臂8带动旋转轴7旋转，推动从动拐臂4、5、6摆动，实现分断装置1、2、3的动作。分闸动作时，分闸助力弹簧10可以起到助力的作用，使分闸速度更平稳，在分闸动作的后期，分闸缓冲器11和弹簧片99先后起到缓冲的作用，减小了机械冲击力、降低噪音。在合闸时，被压缩的弹簧片99首先起到助力的作用，提高合闸的初始速度，特殊设置在铁芯93上的凹凸又降低了分闸保持力，延长了合闸阻尼力的作用时间，有利于合闸速度更平稳。

Claims (6)

1.一种双稳态永磁机构真空断路器，包括分断装置(1、2、3)，分断装置(1、2、3)的控制端分别与从动拐臂(4、5、6)铰接，各从动拐臂(4、5、6)固定连接到同一个旋转轴(7)上，旋转轴(7)上还固定连接有主动拐臂(8)，主动拐臂(8)与动力机构(9)连接，其特征在于：所述的动力机构(9)为双稳态永磁开关机构，该双稳态永磁开关机构包括与主动拐臂(8)连接的输出轴(92)，输出轴(92)上连接永磁开关操作机构，该永磁开关操作机构的外壳(91)中设置有输出轴(92)，输出轴(92)穿过外壳(91)两端的端盖(96)外伸，其前端与主动拐臂(8)连接，输出轴(92)上固定有铁芯(93)，铁芯(93)的外侧设置有永磁体(94)，永磁体(94)与外壳(91)固定连接，永磁体(94)的两端各设置一组脉冲线圈(98)；端盖(96)上固定连接有与输出轴(92)平行的支撑板(14、15)，支撑板(14、15)分别位于输出轴(92)的两侧，输出轴(92)的后端固定连接有端帽(18)，传动轴(16)可转动地插装在支撑板(14、15)上，在传动轴(16)上、输出轴(92)的两侧各固定安装一偏心轮(17)，偏心轮(17)位于端帽(18)与端盖(96)之间，固定安装在偏心轮(17)上的弹簧挂柱(19)穿过支撑板(14、15)上的开口槽连接在手动分闸弹簧(20)的一端，手动分闸弹簧(20)的另一端挂在支撑板(14、15)上的弹簧挂轴(25)上；传动轴(16)上还固定安装有从动齿轮(81)，该从动齿轮(81)与固定安装在驱动轴(72)上的主动齿轮(71)啮合，驱动轴(72)与传动轴(16)平行并可转动地插装在支撑板(14、15)上，驱动轴(72)上还连接有操作手柄(73)；旋转轴(7)上还固定连接有辅助臂(19)，辅助臂(19)上连接有分闸助力弹簧(10)，分闸助力弹簧(10)的另一连接点和动力机构(9)均固定安装在真空断路器外壳中。

2.根据权利要求1所述的一种双稳态永磁机构真空断路器，其特征在于：辅助臂(19)上还设置有分闸缓冲器(11)。

3.根据权利要求1或2所述的一种双稳态永磁机构真空断路器，其特征在于：在双稳态永磁开关机构的一侧端盖(96)的内壁与铁芯(93)之间安装有弹簧片(99)，该端盖(96)是在分闸状态下铁芯(93)吸合的一侧。

4.根据权利要求1或3所述的一种双稳态永磁机构真空断路器，其特征在于：在分闸状态下铁芯(93)与端盖(96)接触的一侧端面上带有凹凸槽(93A、93B)。

5.根据权利要求1或3所述的一种双稳态永磁机构真空断路器，其特征在于：在分闸状态下铁芯(93)与端盖(96)接触的一侧端面上带有倒圆台状的凹坑，与之相对应的端盖(96)的内侧带有倒圆台状的凸起。

6.根据权利要求2所述的一种双稳态永磁机构真空断路器，其特征在于：所述的分闸缓冲器(11)为液压缓冲器，液压缓冲器的外壳上位于活塞杆一端固定连接有导向套(12)，导向套(12)上带有导向杆孔，在导向杆孔中安装有导向杆(13)。

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