CN102610407A - 三工位双稳态永磁机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种三工位双稳态永磁机构，包括输出轴、外磁轭、与输出轴紧固连接的动铁芯、第一组线圈、第二组线圈和与输出轴空套的动铁芯；与输出轴紧固连接的动铁芯上安装有第一组永磁体，与输出轴空套的动铁芯上安装有第二组永磁体；外磁轭中间设有相互连通的第一容置腔和第二容置腔；第一组线圈安装于第一容置腔内并套设于与输出轴紧固连接的动铁芯的外周；第二组线圈固定于第二容置腔内并套设于与输出轴空套的动铁芯的外周。本发明提供一种能够输出三个稳定地、静止地工作位置的三工位双稳态永磁机构；其可在三个工作位置间进行往复运动，并可控制在不同工作位置间的运动速度，满足具有三个工作位置的开关设备对永磁驱动机构的性能需求。
Description
技术领域
本发明涉及电磁技术领域，特别涉及一种开关设备用三工位双稳态永磁操动机构。
背景技术
在开关设备领域，永磁操动机构因其结构简单、可靠性高、寿命长等特点，被广泛使用。传统双稳态永磁机构具有两个工作保持位置，被开关设备用作合闸位置和分闸位置。随着开关设备的发展，三个工作位置的开关设备因较高的集成度和连锁装置的简化而获得逐步应用，如具有合闸位置、分闸位置、隔离位置的开关设备。但是传统的双稳态永磁机构无法满足功能要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够输出三个稳定地、静止地工作位置的三工位双稳态永磁机构。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种三工位双稳态永磁机构，包括输出轴、外磁轭、与输出轴紧固连接的动铁芯、第一组线圈、第二组线圈和与输出轴空套的动铁芯；与输出轴紧固连接的动铁芯上安装有第一组永磁体，与输出轴空套的动铁芯上安装有第二组永磁体；外磁轭中间设有相互连通的第一容置腔和第二容置腔；第一组线圈安装于第一容置腔内并套设于与输出轴紧固连接的动铁芯的外周；第二组线圈固定于第二容置腔内并套设于与输出轴空套的动铁芯的外周。
本发明进一步的改进在于：第一容置腔和第二容置腔之间设有安装凸台；安装凸台的内径大于与输出轴紧固连接的动铁芯的外径，安装凸台的内径小于与输出轴空套的动铁芯的外径。
本发明进一步的改进在于：第一容置腔的高度大于与输出轴紧固连接的动铁芯的高度；第二容置腔的高度大于与输出轴空套的动铁芯的高度。
本发明进一步的改进在于：第一组永磁体安装于与输出轴紧固连接的动铁芯上部；第二组永磁体安装于与输出轴空套的动铁芯上部。
本发明进一步的改进在于：与输出轴紧固连接的动铁芯上的第一组永磁体吸引外磁轭的顶部，将与输出轴紧固连接的动铁芯保持在第一稳定工作位置。
本发明进一步的改进在于：与输出轴紧固连接的动铁芯在第一个稳定工作位置时，第一组线圈通电，使与输出轴紧固连接的动铁芯带动输出轴向下运动至接触与输出轴空套的动铁芯；第一组永磁体吸引与输出轴空套的动铁芯，第二组永磁体吸引安装凸台，使与输出轴紧固连接的动铁芯保持在第二稳定工作位置。
本发明进一步的改进在于：与输出轴紧固连接的动铁芯在第二个稳定工作位置时，第二组线圈通电，使与输出轴空套的动铁芯向下运动至外磁轭底部，与输出轴空套的动铁芯运动时通过第一组永磁体的吸引力带动与输出轴紧固连接的动铁芯一起运动；与输出轴空套的动铁芯向下运动至外磁轭底部时，第二组永磁体吸引外磁轭底部，使与输出轴紧固连接的动铁芯保持在第三稳定工作位置。
本发明进一步的改进在于：从第三稳定工作位置回复第二稳定工作位置时，第二组线圈通电，使与输出轴空套的动铁芯向上运动至接触外磁轭的安装凸台，与输出轴空套的动铁芯运动时通过第一组永磁体的吸引力带动与输出轴紧固连接的动铁芯一起运动；与输出轴空套的动铁芯向上运动至安装凸台时，第二组永磁体吸引安装凸台，使与输出轴紧固连接的动铁芯保持在第二稳定工作位置。
本发明进一步的改进在于：从第二稳定工作位置回复第一稳定工作位置时，第一组线圈通电，使与输出轴紧固连接的动铁芯克服第一组永磁体吸引动铁芯的吸引力，向上运动至外磁轭顶部，第一组永磁体吸引磁轭顶部，使与输出轴紧固连接的动铁芯保持在第一稳定工作位置。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：本发明提供一种能够输出三个稳定地、静止地工作位置的三工位双稳态永磁机构；该三工位永磁机构可在三个工作位置间进行往复运动，并可控制在不同工作位置间的运动速度，满足具有三个工作位置的开关设备对永磁驱动机构的性能需求。
本发明三工位双稳态永磁机构，机构内部具有两个独立的运动铁芯，共用一个输出轴和一个外磁轭；每个工作位置的稳定保持依靠机构内部的永磁体产生的磁力；两个独立的运动铁芯之间能够通过永磁力吸合成一个整体，也能够在驱动线圈的作用下和外磁轭的位置限定下实现分离；本发明所述机构的三个稳定工作位置中，两端的个两个工作位置由两个铁芯分别和外磁轭间的磁力保持，由外磁轭限定工作位置；中间的工作位置由一个动铁芯与外磁轭间的磁力以及与另一个动铁芯间的磁力保持，由外磁轭限定工作位置。
本发明涉及的三工位双稳态永磁机构，使用单一的一台机构，能够满具有三个工作位置的开关设备的功能要求，提高机构本身和开关设备的集成程度。
本发明专利涉及的三工位永磁机构中间工作位置由外磁轭提供位置限定，能够实现准确的定位和稳定的位置保持，解决了具有三工位需求的开关设备对中间位置稳定性的应用需求。
本发明专利涉及的三工位双稳态永磁机构，三个工作位置间的切换具有一定的顺序，从两端的工作位置中任意一端切换到另一端的过程中，必须经过中间的工作位置；从中间的工作位置能够向两端的工作位置中任意一端切换。本发明专利涉及的三工位双稳态永磁机构，配用在具有三个工作位置的开关设备中，能够满足工作位置间的联锁顺序要求，联锁设计并能提供机械联锁，简化开关设备的联锁设计。
本发明专利涉及的三工位双稳态永磁机构，拓展了双稳态永磁机构的使用范围。
附图说明
图1为本发明永磁结构在第一稳定工作位置的结构示意图；
图2为本发明永磁结构在第二稳定工作位置的结构示意图；
图3为本发明永磁结构在第三稳定工作位置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案。
请参阅图1至图3所示，本发明三工位双稳态永磁机构，包括一个外磁轭2，两个运动铁芯(4、8)，一根输出轴1和两组线圈(5、6)。一个运动铁芯与输出轴1紧固连接，下面称为与输出轴1紧固连接的动铁芯4；一个运动铁芯与输出轴1空套连接，下面称为与输出轴1空套的动铁芯8。与输出轴1紧固连接的动铁芯4上安装有第一组永磁体3，与输出轴1空套的动铁芯8上安装有第二组永磁体7。外磁轭2中间设有相互连通的第一容置腔21和第二容置腔22；第一容置腔21和第二容置腔22之间设有安装凸台23，第一组线圈5安装于安装凸台23上部，且固定于第一容置腔21内并套设于与输出轴1紧固连接的动铁芯4的外周，第二组线圈6固定于第二容置腔22内并套设于与输出轴1空套的动铁芯8的外周。
请参阅图1所示，与输出轴1紧固连接的动铁芯4的第一个稳定工作位置由外磁轭2保持，第一组永磁体3吸引外磁轭2将与输出轴1紧固连接的动铁芯4保持在第一稳定工作位置。
请参阅图2所示，与输出轴1紧固连接的动铁芯4的第二个稳定工作位置由第一组永磁体3与输出轴1空套的动铁芯8提供；与输出轴1紧固连接的动铁芯4在第一个稳定工作位置时，第一组线圈5通电，使与输出轴1紧固连接的动铁芯4带动输出轴1向下运动至中间的第二稳定工作位置，第一组永磁体3吸引与输出轴1空套的动铁芯8，第二组永磁体7吸引安装凸台23，使与输出轴1紧固连接的动铁芯4保持在第二稳定工作位置。
请参阅图3所示，与输出轴1紧固连接的动铁芯4在第二个稳定工作位置时，第二组线圈6通电，使与输出轴1空套的动铁芯8向下运动至外磁轭2底部，与输出轴1空套的动铁芯8运动时通过第一组永磁体3的吸引力带动与输出轴1紧固连接的动铁芯4一起运动；与输出轴1空套的动铁芯8向下运动至外磁轭2底部时，第二组永磁体7吸引外磁轭2底部，使与输出轴1紧固连接的动铁芯4保持在第三稳定工作位置。
从第三稳定工作位置回复第二稳定工作位置时，第二组线圈6通电，使与输出轴1空套的动铁芯8向上运动至接触外磁轭2的安装凸台23，与输出轴1空套的动铁芯8运动时通过第一组永磁体3的吸引力带动与输出轴1紧固连接的动铁芯4一起运动；与输出轴1空套的动铁芯8向上运动至安装凸台23时，第二组永磁体7吸引安装凸台23，使与输出轴1紧固连接的动铁芯4保持在第二稳定工作位置。
从第二稳定工作位置回复第一稳定工作位置时，第一组线圈5通电，使与与输出轴1紧固连接的动铁芯4克服第一组永磁体3吸引动铁芯8的吸引力，向上运动至外磁轭2顶部，第一组永磁体3吸引磁轭2顶部，使与输出轴1紧固连接的动铁芯4保持在第一稳定工作位置。
动铁芯在各个工作位置间的转换由机构线圈通过电流来驱动，并在转换过程中输出一定的运动速度，运动速度受到永磁机构负载和机构线圈通流的影响，通过电流的调整使机构满足开关设备对速度的要求。
本发明具有以下技术特点：
A.机构对外输出具有三个稳定工作位置；
B.机构按设定位置进行往复运动；
C.机构使用永磁体产生的磁力作为位置保持力量；
D.机构内部一个动铁芯为独立运动；
E.机构内部一个动铁芯必须与另一个结合后一同运动，满足动作顺序要求；
F.机构可以使用外部其他力量作为驱动，发生运动，由机构内部元件限定位置停止并保持。
Claims (9)
1.一种三工位双稳态永磁机构，其特征在于，包括输出轴(1)、外磁轭(2)、与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)、第一组线圈(5)、第二组线圈(6)和与输出轴(1)空套的动铁芯(8)；与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)上安装有第一组永磁体(3)，与输出轴(1)空套的动铁芯(8)上安装有第二组永磁体(7)；外磁轭(2)中间设有相互连通的第一容置腔(21)和第二容置腔(22)；第一组线圈(5)安装于第一容置腔(21)内并套设于与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)的外周；第二组线圈(6)固定于第二容置腔(22)内并套设于与输出轴(1)空套的动铁芯(8)的外周。
2.根据权利要求1所述的一种三工位双稳态永磁机构，其特征在于，第一容置腔(21)和第二容置腔(22)之间设有安装凸台(23)；安装凸台(23)的内径大于与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)的外径，安装凸台(23)的内径小于与输出轴(1)空套的动铁芯(8)的外径。
3.根据权利要求2所述的一种三工位双稳态永磁机构，其特征在于，第一容置腔(21)的高度大于与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)的高度；第二容置腔(22)的高度大于与输出轴(1)空套的动铁芯(8)的高度。
4.根据权利要求2所述的一种三工位双稳态永磁机构，其特征在于，第一组永磁体(3)安装于与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)上部；第二组永磁体(7)安装于与输出轴(1)空套的动铁芯(8)上部。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的一种三工位双稳态永磁机构，其特征在于，与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)上的第一组永磁体(3)吸引外磁轭(2)的顶部，将与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)保持在第一稳定工作位置。
6.根据权利要求5所述的一种三工位双稳态永磁机构，其特征在于，与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)在第一个稳定工作位置时，第一组线圈(5)通电，使与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)带动输出轴(1)向下运动至接触与输出轴(1)空套的动铁芯(8)；第一组永磁体(3)吸引与输出轴(1)空套的动铁芯(8)，第二组永磁体(7)吸引安装凸台(23)，使与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)保持在第二稳定工作位置。
7.根据权利要求6所述的一种三工位双稳态永磁机构，其特征在于，与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)在第二个稳定工作位置时，第二组线圈(6)通电，使与输出轴(1)空套的动铁芯(8)向下运动至外磁轭(2)底部，与输出轴(1)空套的动铁芯(8)运动时通过第一组永磁体(3)的吸引力带动与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)一起运动；与输出轴(1)空套的动铁芯(8)向下运动至外磁轭(2)底部时，第二组永磁体(7)吸引外磁轭(2)底部，使与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)保持在第三稳定工作位置。
8.根据权利要求7所述的一种三工位双稳态永磁机构，其特征在于，从第三稳定工作位置回复第二稳定工作位置时，第二组线圈(6)通电，使与输出轴(1)空套的动铁芯(8)向上运动至接触外磁轭(2)的安装凸台(23)，与输出轴(1)空套的动铁芯(8)运动时通过第一组永磁体(3)的吸引力带动与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)一起运动；与输出轴(1)空套的动铁芯(8)向上运动至安装凸台(23)时，第二组永磁体(7)吸引安装凸台(23)，使与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)保持在第二稳定工作位置。
9.根据权利要求6所述的一种三工位双稳态永磁机构，其特征在于，从第二稳定工作位置回复第一稳定工作位置时，第一组线圈(5)通电，使与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)克服第一组永磁体(3)吸引动铁芯(8)的吸引力，向上运动至外磁轭(2)顶部，第一组永磁体(3)吸引磁轭(2)顶部，使与输出轴(1)紧固连接的动铁芯(4)保持在第一稳定工作位置。
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