CN101847528A - 断路器的永磁操作机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于中高压配电线路断路器的操作机构，属于电气设备。该断路器的永磁操作机构包括有可动轴、线圈和永磁体，可动轴位于线圈的轴线位置；永磁体为环状，固定在可动轴上，永磁体外径小于线圈内径；线圈至少分为两个，同轴置于环状缸体中。在以上结构的基础上，本发明还可以是：缸体是导磁的，其轴向截面呈中空“H”型，缸体两端设有导磁的上盖板和下底板。本发明加强了磁场间的相互作用、提高了磁场利用率，实现了断路器操作机构分合闸状态的无功保持，优化了断路器操作机构的分合闸特性，提升了断路器的可控性，结构简单，造价低廉，提高了整个断路器的可靠性。

Description

断路器的永磁操作机构

所属技术领域

本发明涉及一种用于中高压配电线路断路器的操作机构，属于电气设备。

背景技术

目前，在国内外的电力行业中，用于配电线路的真空断路器操作机构主要是利用电磁场吸引铁磁材料的原理，即通过分别给靠近可动轴上端或下端的线圈通电来吸引固定在可动轴上的衔铁，从而驱动可动部件往上或往下运动，实现断路器的合闸或分闸。由于这种操作机构是利用电磁铁对铁磁材料的吸力来驱使运动部件运动，故运动部件在运动的过程中只能加速、不能减速，操作机构的分合闸性能不够理想，且不能实现分合闸状态的无功保持(即需在线圈中通电、消耗功率来保持分闸或合闸状态)。随着技术的不断发展，科技人员对其进行了重大改进：在两个线圈之间加装永磁体，当断路器处于合闸状态时，永磁体产生的磁场与运动到上方的可动轴上的衔铁相互作用，在线圈无需通电的情况下即可保持衔铁位置不动，实现合闸状态的无功保持；当断路器处于分闸状态时，同样，永磁体产生的磁场与运动到下方的可动轴上的衔铁相互作用，实现分闸状态的无功保持。这种改进后的断路器操作机构，通过专门加装用于无功保持的永磁体，解决了分合闸状态的无功保持问题(即实现了双稳态)，但同时也使得整个断路器操作机构的结构更加复杂、造价更高、可靠性更差，且断路器的合闸过程还是只能加速、不能减速，合闸性能不够理想，可控性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是给真空断路器设计一种可控性好、可靠性高、结构简单、造价低廉，同时可实现双稳态的操作机构。

本发明所提出的断路器的永磁操作机构包括有可动轴、线圈和永磁体，可动轴位于线圈的轴线位置；永磁体为环状，固定在可动轴上，永磁体外径小于线圈内径；线圈至少分为两个，同轴置于环状缸体中。

在以上结构的基础上，本发明还可以是：其中的缸体是导磁的，其轴向截面呈中空“H”型；缸体两端设有导磁的上盖板和下底板。

本发明由于将永磁体固定在可动轴上，替代衔铁充当了分合闸的驱动元件，大大提高了磁场利用率，简化机构的结构，降低了生产成本，提高了整个断路器的可靠性；通电线圈对永磁体既有吸力又有斥力，使得操作机构分合闸过程中既能加速又能减速，具有更好的分合闸特性；同时，利用永磁体对机构上下两端铁磁材料的吸力还可实现断路器操作机构分合闸状态的无功保持。

附图说明

图1是本发明实施例的结构原理图；

图2是本发明应用于真空断路器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述，但本发明的技术方案不限于此。在实际应用中，真空断路器通常为竖立放置，并且真空室位于操作机构上方；当然也可以根据实际需要反向竖立放置、水平放置或倾斜放置。

在图1所示的本发明的实施例中，包括有可动轴2、上线圈4、下线圈6和永磁体3。可动轴2位于上线圈4和下线圈6的轴线位置。上线圈4和下线圈6同轴放置于环状缸体5中。每个线圈内径为50mm、外径为98mm、高度为28mm，两线圈同轴排列于缸体的上、下部。缸体作为上下线圈的支撑骨架，起到安装和固定线圈的作用，缸体壁厚为10mm，从而保证足够的机械强度。在上线圈4的上方还可以设置有上盖板1，在下线圈6的下方还可以设置有下底板7，上盖板1和下底板7分别与缸体5上、下端相连，将两个线圈包围，线圈位于缸体5、上盖板1和下底板7三者构成的内腔中。永磁体3与可动轴2位于缸体5的中空处。永磁体3为环状，高度为40mm，其外径为45mm，小于线圈内径，固定在直径为12mm的可动轴2上(可以通过螺纹件固定，也可以采用焊接、铆接等方式固定)，可带动可动轴2一起上、下运动。当下线圈6通入反向电流(使线圈在永磁体3处产生磁场的方向与永磁体3磁场的方向相反的电流)时，永磁体3受到线圈6推其向上的斥力；反之，当上线圈4通入反向电流、在永磁体3处产生与永磁场方向相反的磁场时，永磁体3受到线圈4推其向下的斥力；而当线圈中通入正向电流(使线圈在永磁体3处产生磁场的方向与永磁体3磁场的方向相同的电流)时，线圈与永磁体3之间就会产生吸力相互吸引。因此，通过改变通入线圈中的电流，就可使永磁体3受到向上或向下的作用力，从而使永磁体3带动可动轴2一起往上或往下运动。永磁体3在本发明中充当了分合闸的驱动元件，既可以直接整体加工成所需的形状，又可以是通过相同直径的多块拼装而成。可动轴2为非导磁材料(例如不锈钢、铝合金等)，以免对永磁体3与线圈之间的磁场产生影响。

本发明中，放置上线圈4和下线圈6的缸体5还可以是导磁的(例如DT4C、20号钢等)，缸体5上方的上盖板1和下方的下底板7也可以是导磁的(例如DT4C、20号钢等)，缸体5、上盖板1和下底板7三者构成了自身闭合的通畅的磁回路。亦即两个线圈的外端分别被铁磁材料包裹，永磁体在线圈和铁磁材料所行成的内腔中运动，从而大大约束磁力线的走向、减小磁阻。铁磁材料的厚度要保证其磁场不饱和。环状缸体5还可以设计为轴向截面呈中空“H”型的形式，即缸体中部有一环状“横梁”，两线圈分别位于缸体“H”型“横梁”的上、下部，被分别包围于缸体5、上盖板1和下底板7三者构成的上、下两个内腔中，这样不仅大大减少了漏磁，也使得两个线圈之间不会形成互感现象、通断电流时不会相互干扰，响应速度和操控性能将得到提高。上盖板1和下底板7还可以与永磁体3相互作用，从而实现断路器的双稳态：当可动轴2向上运动到合适位置，永磁体3与上盖板1相互吸引，实现无功保持；当可动轴3向下运动到合适位置，永磁体3与下底板7相互吸引，实现无功保持。同时，在断路器处于合闸状态时，利用上盖板1对永磁体3产生的很大吸力，可以明显提高断路器动静触头的接触压力，降低其电阻。

在本发明中，采用上线圈4和下线圈6对内置永磁体3进行驱动可显著提高整个断路器分合闸的性能。当断路器处于分闸位置时，永磁体3与下线圈6处于距离最近位置，此时若给下线圈6通入反向电流，则下线圈6对永磁体3所产生的向上斥力为最大值，运动部件在此斥力作用下往上运动进行加速驱动的合闸操作且合闸速度迅速提高。当合闸进行到末段时，为使断路器的合闸末速度在合理的范围内(避免在合闸瞬间产生过大的冲撞力)，可断开下线圈6中的反向电流并给上线圈4通入反向电流，此时永磁体3距离上线圈4较近，上线圈4对永磁体3产生的向下斥力较大，从而使断路器的合闸速度迅速降到理想的范围内、进行减速驱动的合闸操作。分闸过程中的加速与减速阶段与此类似。

此外，在合闸过程中，也可采用两个线圈同时通入电流对永磁体3进行加速驱动和减速驱动，从而将整个合闸过程中的电磁驱动力线性化，提高机构的可控性。即当需要对永磁体3进行加速驱动时，给下线圈6通入反向电流让其对永磁体3产生向上的斥力，同时给上线圈4通入正向电流让其对永磁体3产生向上的吸力。若需要对永磁体3进行减速驱动时，给下线圈6通入正向电流让其对永磁体3产生向下的吸力，同时给上线圈4通入反向电流让其对永磁体3产生向下的斥力。这样永磁体3在合闸加速过程中所受的向上的总电磁力、合闸减速过程中所受的向下的总电磁力与其运动位移近似成线性关系，机构的合闸可控性明显提高。分闸过程中的加速与减速阶段与此类似。

在图2所示的本发明应用于真空断路器的实施例中，操作机构10中的可动轴2与从真空室8中伸出的真空室动触头9通过螺纹固结在一起，这样可动轴2就可以驱动断路器动触头10一起上下运动，从而实现断路器的合闸和分闸。

例如：在断路器进行合闸操作时，给下线圈6通入反向电流，下线圈6对永磁体3产生向上的电磁斥力，此时电磁力与真空室8的拉力及上盖板1对永磁体3的吸力之和大于下底板7对永磁体3的吸力与可动部件的重力之和，永磁体3在合外力的作用下驱动可动轴2和动触头9一起往上运动，实施合闸操作，当合闸进行到末段时，断开下线圈6中的反向电流并给上线圈4通入反向电流，故上线圈4对永磁体3产生向下的电磁斥力，此时上盖板1对永磁体3的吸力与真空室8的拉力之和小于电磁力、下底板7对永磁体3的吸力与可动部件的重力之和，运动部件开始减速，实现理想合闸。完成合闸以后，断开通入线圈中的电流，此时永磁体3距离上盖板1要近于下底板7，上盖板1对永磁体3的吸力与真空室拉力之和要远大于下底板7对永磁体3的吸力与可动部件的重力之和，从而保证动静触头的额定闭合压力，实现合闸状态的可靠无功保持。同理，先后在上线圈4、下线圈6中通入反向电流就可以实现断路器的有效分闸，改变通入线圈的电流就可对分闸过程进行有效控制。分闸完成后，上盖板1对永磁体3的吸力与真空室拉力之和要远小于下底板7对永磁体3的吸力与可动部件的重力之和，利用下底板7对永磁体3的吸力与可动部件的重力之和就可以实现分闸状态的可靠无功保持。以上是按照断路器竖直放置的方式进行解释的，但本发明的技术方案不限于此。

纵观整个发明，由于将永磁体固定在可动轴上，替代衔铁充当了分合闸的驱动元件，同时也充当无功保持的动力源，即通过吸引上盖板1和下底板7来实现双稳态，大大提高了磁场利用率，简化机构的结构，降低了生产成本，提高了整个断路器的可靠性；采用通电线圈对内置永磁体进行驱动，通电线圈对永磁体既有吸力又有斥力，使得操作机构分合闸过程中既能加速又能减速，还可通过改变通入线圈中电流的大小和方向实时控制操作机构的分合闸速度、明显提升整个断路器的分合闸性能；对上下线圈同时通电还可将永磁体运动区域的磁场线性化，进一步显著提高断路器的可控性；轴向截面呈中空H型的导磁缸体5，还可显著改善磁场的磁路，并有效抑制上线圈4和下线圈6之间的互感，从而大大加快了线圈中通断电流的响应速度，提高了整个操作机构的控制性能。本发明有效提升了断路器的稳定性和可靠性，明显提高断路器的综合性能，满足行业标准和使用要求，可用于中高压配电线路。

Claims (3)

1.一种断路器的永磁操作机构，包括有可动轴、线圈和永磁体，可动轴位于线圈的轴线位置，其特征是：永磁体为环状，固定在可动轴上，永磁体外径小于线圈内径；线圈至少分为两个，同轴置于环状缸体中。

2.根据权利要求1所述的断路器的永磁操作机构，其特征是：所述的缸体是导磁的，其轴向截面呈中空“H”型。

3.根据权利要求1所述的断路器的永磁操作机构，其特征是：所述的缸体两端设有导磁的上盖板和下底板。

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