CN106409598A - 触点开关电器无线取能操动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种触点开关电器无线取能操动机构。包括高频电源、优化板、发射线圈、导磁体、接收线圈、连杆机构、灭弧室、动触头、静触头、驱动线圈、电容器；其中，动触头与无线取能操动机构相连接，并同步动作；该机构通过发射线圈与接收线圈完成无线电能的传输从而控制开关的关合，同时，左右两处优化板对高频电源在发射线圈中激发的电磁场和接收线圈接收到的电磁场进行优化。本发明可实现操动机构中电源部分与动力部分、动力部分与动作部分、动作部分与电气连接部分的多重隔离，降低了人员触电的可能性与危险程度，使得触点开关电器更方便、更安全。该机构尤其适用于高绝缘性能要求、布线空间受限、有特殊电气隔离要求等场所。
Description
技术领域
本发明涉及涉及一种触点开关电器无线取能操动机构，可实现开关电器无线取能分合闸操作及电气隔离，降低了人员触电的可能性和危险性，使触点开关的使用更安全、方便，属于开关电器领域。
背景技术
触点开关是电力***中最为重要的设备之一，其控制与保护作用是电力***安全稳定运行的保障。触点开关种类繁多，其操动机构亦多种多样，有传统的弹簧机构、电磁机构、永磁机构等。弹簧操作机构由弹簧储能、合闸、保持合闸和分闸等几个部分组成。其优点是不需要大功率的电源，缺点是结构复杂，制造工艺复杂，成本高，可靠性较难保证，且其控制性能远低于电磁机构和永磁机构。
电磁机构是构成电磁式电器的主要部件之一，它主要由吸引线圈和铁芯两部分组成。吸引线圈的作用是在电压或电流的作用下产生磁场，使衔铁在电磁吸力的作用下产生机械位移动作而使铁芯吸合，从而带动触头动作，以实现触头的闭合和断开。它的主要作用是将电能转换成磁能，从而通过吸力变化带动触头动作，以实现对电路或非电对象的保护和控制等功能。电磁操作机构结构较简单，但结构笨重，合闸线圈消耗功率很大。
永磁操作机构采用一种全新的智能选相真空开关结构。这种结构工作时主要运动部件只有一个，无需机械脱、锁扣装置，故障源少，可靠性较高，且使用寿命长，一般达十万次以上，同时控制分合闸相位，实现同步控制，从而减少过电压和涌流对***的冲击，减少***保护的投入，提高***整体寿命。
上述电磁及永磁机构所构造的电器产品无一例外都需要对螺线管线圈进行直接供电，如电磁机构的交流电流、永磁机构的电容脉冲放电等都需要实际的布线***。但随着智能电网及智能电器的发展，高绝缘性能要求、布线空间受限、有特殊电气隔离要求的情况越来越普遍，这就对目前所存在的操动机构提出新的要求，而本专利所设计的触点开关电器无线取能操动机构能弥补其不足，从而很好的解决了上述问题。
更进一步的，传统电器产品大部分故障出现在操动机构部分，一旦机构出现故障，由于操动机构部分与动静触头带电部分距离较近，出于安全考虑，必须要先停电才能人工进行检修，任务流程复杂且操作不方便。而基于无线取能的操动机构较好的避免这一缺陷，当操动机构检修时，可对较远处的能量无线传输部分进行检修校正，不必在开关本体上作业，从而避免了检修人员触电的可能性，
另一方面，电器连接着操作人员与线路电压，在高压的发输配送与低压的家庭用电等场合，人员触电时有发生。由于开关电器绝缘发生破坏、操作人员操作失误，没有做好安全保障、家庭用电安全意识的缺乏，使用开关电器时没有确保手的干燥等问题都有可能导致电流泄漏，发生人员触电安全事故。目前，尽管对于设备绝缘的不断完善，安全性能地不断提高，还是无法从根本上解决操作人员可能受到高电压触电的危险。而如果通过改造电器操动机构，进行无线取能，使得电器本体远离人体，如满足一定的安全距离，或是对电器本体进行绝缘密封等。
目前，根据专利《可快速动作、有效缓冲、稳定保持或具磁悬浮效应的装置》，申请号：CN201510966119.9所述，可以通过驱动线圈电磁能量的变化来控制开关操动机构的动作，改变了原有通过机械联动操作开关的模式，为操动机构的无线取能奠定了技术基础。
发明内容
本发明的目的在于提供一种触点开关电器无线取能操动机构，能大幅度提高触点开关电器的安全性问题，为今后触点开关电器的远距离控制提供可能。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种触点开关电器无线取能操动机构，包括高频电源、两块优化板、发射线圈、导磁体、接收线圈、连杆机构、灭弧室、动触头、静触头；所述高频电源与发射线圈相连接，发射线圈与接收线圈各自构成RLC振荡电路，且发射线圈与接收线圈相对设置，其中一块优化板置于发射线圈后侧，另一块优化板置于接收线圈的后侧，导磁体置于接收线圈中轴位置处，并通过连杆机构与动触头相连接，所述动触头、静触头相对设置且包裹于真空灭弧室中。
在本发明一实施例中，所述高频电源不仅能够提供足够的驱动能力还具有相应的输出频率，即其输出频率与谐振线圈频率一致，使无线电能传输开关操动***工作在谐振状态，从而实现电能的高效传输。
在本发明一实施例中，所述两块优化板均为圆盘状，并由导磁性能良好的软磁材料构成，且置于发射线圈后侧的优化板开有孔槽，便于高频电源与发射线圈相连接的导线穿过；置于接收线圈后侧的优化板中心开有孔洞，孔洞嵌有导套，便于连杆机构动作；所述两块优化板能合理的优化谐振线圈之间的电磁场分布，提高能量传输效率。
在本发明一实施例中，所述动触头与静触头的触头结构，可为刀型触头、对接型触头、楔入型触头、***式触头。
在本发明一实施例中，所述导磁体为圆柱形导磁体，当接收线圈接收到发射线圈传输过来的电能后，圆柱形导磁体朝接收线圈中心运动，带动连杆机构及动触头进行分、合闸操作。
本发明还提供了另一种触点开关电器无线取能操动机构，包括高频电源、两块优化板、发射线圈、导磁体、接收线圈、连杆机构、灭弧室、动触头、静触头、驱动线圈及电容器；所述高频电源与发射线圈相连接，发射线圈与接收线圈各自构成RLC振荡电路，且发射线圈与接收线圈相对设置，其中一块优化板置于发射线圈后侧，另一块优化板置于接收线圈的后侧，所述接收线圈与电容器连接，电容器经一控制开关连接至驱动线圈，为驱动线圈供给脉冲强电流，导磁体置于驱动线圈中轴位置处，并通过连杆机构与动触头相连接，所述动触头、静触头相对设置且包裹于真空灭弧室中。
在本发明一实施例中，所述高频电源不仅能够提供足够的驱动能力还具有相应的输出频率，即其输出频率与谐振线圈频率一致，使无线电能传输开关操动***工作在谐振状态，从而实现电能的高效传输。
在本发明一实施例中，所述两块优化板均为圆盘状，并由导磁性能良好的软磁材料构成，且置于发射线圈后侧的优化板开有孔槽，便于高频电源与发射线圈相连接的导线穿过；置于接收线圈后侧的优化板开有孔槽，便于接收线圈与电容器相连接的导线穿过；所述优化板能合理的优化谐振线圈之间的电磁场分布，提高能量传输效率。
在本发明一实施例中，所述动触头与静触头的触头结构，可为刀型触头、对接型触头、楔入型触头、***式触头。
在本发明一实施例中，所述电容器由电解电容组成，其工作于可控模式下，即当电容储存能量不足时，通过无线电能传输机构为其充电，当机构需要动作时，通过控制开关触发接通电容放电回路对驱动线圈进行放电，使得操动机构进行分合闸操作；该种工作模式能够很好的提高无线取能操动机构工作的可靠性与稳定性。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明触点开关电器无线取能操动机构，结构简易，操动方便，可实现操动机构中电源部分与动力部分、动力部分与动作部分、动作部分与电气连接部分的多重隔离，降低了人员触电的可能性与危险程度，使得触点开关电器更方便、更安全。该机构尤其适用于高绝缘性能要求、布线空间受限、有特殊电气隔离要求等场所。
附图说明
图1为本发明一种触点开关电器无线取能操动机构整体结构示意图。
图2为本发明另一种触点开关电器无线取能操动机构整体结构示意图。
图中：1—高频电源，2—优化板，3—发射线圈，4—导磁体，5—接收线圈，6—连杆机构，7—真空灭弧室，8—动触头，9—静触头，10—导套，11—驱动线圈，12—电容器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明的一种触点开关电器无线取能操动机构，包括高频电源、两块优化板、发射线圈、导磁体、接收线圈、连杆机构、灭弧室、动触头、静触头；所述高频电源与发射线圈相连接，发射线圈与接收线圈各自构成RLC振荡电路，且发射线圈与接收线圈相对设置，其中一块优化板置于发射线圈后侧，另一块优化板置于接收线圈的后侧，导磁体置于接收线圈中轴位置处，并通过连杆机构与动触头相连接，所述动触头、静触头相对设置且包裹于真空灭弧室中。
所述两块优化板均为圆盘状，并由导磁性能良好的软磁材料构成，且置于发射线圈后侧的优化板开有孔槽，便于高频电源与发射线圈相连接的导线穿过；置于接收线圈后侧的优化板中心开有孔洞，孔洞嵌有导套，便于连杆机构动作；所述两块优化板能合理的优化谐振线圈之间的电磁场分布，提高能量传输效率。
进一步的，所述高频电源不仅能够提供足够的驱动能力还具有相应的输出频率，即其输出频率与谐振线圈频率一致，使无线电能传输开关操动***工作在谐振状态，从而实现电能的高效传输。
进一步的，所述动触头与静触头的触头结构，可为刀型触头、对接型触头、楔入型触头、***式触头。
进一步的，所述导磁体为圆柱形导磁体，当接收线圈接收到发射线圈传输过来的电能后，圆柱形导磁体朝接收线圈中心运动，带动连杆机构及动触头进行分、合闸操作。
本发明还提供了另一种触点开关电器无线取能操动机构，包括高频电源、两块优化板、发射线圈、导磁体、接收线圈、连杆机构、灭弧室、动触头、静触头、驱动线圈及电容器；所述高频电源与发射线圈相连接，发射线圈与接收线圈各自构成RLC振荡电路，且发射线圈与接收线圈相对设置，其中一块优化板置于发射线圈后侧，另一块优化板置于接收线圈的后侧，所述接收线圈与电容器连接，电容器经一控制开关连接至驱动线圈，为驱动线圈供给脉冲强电流，导磁体置于驱动线圈中轴位置处，并通过连杆机构与动触头相连接，所述动触头、静触头相对设置且包裹于真空灭弧室中。
所述两块优化板均为圆盘状，并由导磁性能良好的软磁材料构成，且置于发射线圈后侧的优化板开有孔槽，便于高频电源与发射线圈相连接的导线穿过；置于接收线圈后侧的优化板开有孔槽，便于接收线圈与电容器相连接的导线穿过；所述优化板能合理的优化谐振线圈之间的电磁场分布，提高能量传输效率。
进一步的，所述高频电源不仅能够提供足够的驱动能力还具有相应的输出频率，即其输出频率与谐振线圈频率一致，使无线电能传输开关操动***工作在谐振状态，从而实现电能的高效传输。
进一步的，所述动触头与静触头的触头结构，可为刀型触头、对接型触头、楔入型触头、***式触头。
进一步的，所述电容器由电解电容组成，其工作于可控模式下，即当电容储存能量不足时，通过无线电能传输机构为其充电，当机构需要动作时，通过控制开关触发接通电容放电回路对驱动线圈进行放电，使得操动机构进行分合闸操作；该种工作模式能够很好的提高无线取能操动机构工作的可靠性与稳定性。
以下为本发明的具体实现过程。
实施例一：
参考图1，一种触点开关电器无线取能操动机构，该机构包括高频电源1、两处优化板2、发射线圈3、导磁体4、接收线圈5、连杆机构6、灭弧室7、动触头8、静触头9以及导套10等结构部分。其中，高频电源1与发射线圈3相连接，发射线圈3与接收线圈5各自构成RLC振荡电路，两块优化板2分别置于发射线圈3和接收线圈5的外侧，导磁体4置于接收线圈5中轴适当位置，并通过连杆6与动触头8相连接，动触头8、静触头9包裹于真空灭弧室7中。
所述高频电源1不仅能够提供足够的驱动能力还要具有相应的输出频率，即与谐振线圈3、5频率一致，使无线电能传输开关操动***工作在谐振状态，从而实现电能的高效传输。
所述高品质因数的谐振器线圈（发射3与接受线圈5）对***传输性能有着至关重要的影响，它的参数与***的传输效率、功率、传输距离等有着直接关系。该线圈自身的匝数、绕制方法、匝间距设计、材料选择等方面的设计均朝着有利于优化提高无线电能传输操动机构效率的方向设计。
所述优化板2为圆盘状，由导磁性能良好的软磁材料如电工纯铁、硅钢板、非晶材料等构成。置于发射线圈3外侧的优化板2开有孔槽，便于导线穿过；置于接收线圈5后侧的优化板2中心开有孔洞，孔洞嵌有的导套10，便于连杆机构6动作。所述优化板2能合理的优化谐振线圈3、5之间的电磁场分布，提高能量传输效率。
发射线圈3与接收线圈5之间的距离可以调节，确保传输的电磁能能保证开关可靠动作。
电接触部分不限于真空灭弧室7动静触头结构，存在明显断点的动静触头结构都可以适用，如刀型触头、对接型触头、楔入型触头、***式触头等。
所述圆柱形导磁体4置于接收线圈5中心，当接收线圈5接收到发射线圈3传输过来的电能后，导磁体4朝线圈5中心运动，带动连杆6及动触头8进行分、合闸操作。
实施例二：
参考图2，本发明另一种触点开关电器无线取能操动机构，该机构包括高频电源1、两处优化板2、发射线圈3、导磁体4、接收线圈5、连杆机构6、灭弧室7、动触头8、静触头9、导套10、驱动线圈11及电容器（组）12等结构部分。其中，高频电源1与发射线圈3相连接，接收线圈5与电容器（组）12连接，发射线圈3与接收线圈5各自构成RLC振荡电路，两块优化板2分别置于发射线圈3和接收线圈5的外侧，电容器（组）12经控制开关连接到驱动线圈11，为驱动线圈11供给脉冲强电流，导磁体4置于驱动线圈11中轴适当位置，并通过连杆6与动触头8相连接，动触头8、静触头9包裹于真空灭弧室7中。
所述高频电源1不仅能够提供足够的驱动能力还要具有相应的输出频率，即与谐振线圈3、5频率一致，使无线电能传输开关操动***工作在谐振状态，从而实现电能的高效传输。
所述高品质因数的谐振器线圈（发射3与接受线圈5）对***传输性能有着至关重要的影响，它的参数与***的传输效率、功率、传输距离等有着直接关系。该线圈自身的匝数、绕制方法、匝间距设计、材料选择等方面的设计均朝着有利于优化提高无线电能传输操动机构效率的方向设计。
所述优化板2为圆盘状，由导磁性能良好的软磁材料如电工纯铁、硅钢板、非晶材料等构成。置于发射线圈3外侧的优化板2开有孔槽，便于导线穿过。所述优化板2能合理的优化谐振线圈3、5之间的电磁场分布，提高能量传输效率。
发射线圈3与接收线圈5之间的距离可以调节，确保传输的电磁能能保证开关可靠动作。
电接触部分不限于真空灭弧室7动静触头8、9结构，存在明显断点的动静触头结构都可以适用，如刀型触头、对接型触头、楔入型触头、***式触头等。
所述电容器（组）12由电解电容组成，电容器数量、耐压等级、电容容量等数据可由实际使用场所确定；其工作于可控模式下，即当电容储存能量不足时，通过无线电能传输机构为其充电到合理范围，当机构需要动作时，通过可控开关触发接通电容12放电回路对驱动线圈11进行放电，使得操动机构进行分合闸操作。该种工作模式可以很好的提高无线取能操动机构工作的可靠性与稳定性。
所述圆柱形导磁体4置于驱动线圈11中心，根据专利《可快速动作、有效缓冲、稳定保持或具磁悬浮效应的装置》，申请号：CN201510966119.9所述的操动机构的动作原理，当接收线圈5接收到发射线圈3传输过来的电能后，导磁体4朝驱动线圈11中心运动，带动连杆6及动触头8进行分、合闸操作。
本发明实施例一的触点开关电器无线取能操动机构工作原理如下：结合图1，假定该触点开关电器无线取能操动机构通高频电流前，开关处于分闸状态，导磁体4位于接收线圈5的中心偏左位置，接通高频电源1后，发射线圈3流经一定频率的电流，并向外辐射出电磁波，具备谐振参数的接收线圈5接收到这部分电磁波，在接收线圈5内感应出电流，电流在接收线圈5中产生磁场，根据最小磁阻原理，导磁体4向接收线圈5中心位置运动，导磁体4越过接收线圈5中心位置后，适当时机切断高频电源1，使导磁体4利用惯性继续推动连杆机构6及动触头8动作，完成合闸操动。闭合后，若再一次接通高频电源1，将以相同原理完成开关的分闸操作，即导磁体4始终朝向通电线圈5中心移动，实现开关分合闸操作。
本发明实施例二的触点开关电器无线取能操动机构工作原理如下：结合图2，假定该触点开关电器无线取能操动机构通高频电源1之前，开关处于分闸状态，导磁体4位于接收线圈5的中心偏左位置，当开关需要合闸时，接通电容器（组）12与驱动线圈11所构成的放电回路，驱动操动机构动作，具体过程为：电流在驱动线圈11中产生磁场，根据最小磁阻原理，导磁体4向驱动线圈11中心位置运动，导磁体4越过驱动线圈11中心位置后，适当时机切断电容12放电回路，使导磁体4利用惯性继续推动连杆机构6及动触头8动作，完成合闸操动；闭合后，若再一次接通放电回路，将以相同原理完成开关的分闸操作，即导磁体4始终朝向通驱动电线圈11中心移动，实现开关分合闸操作。此模式下，无线电能传输主要完成电容器（组）12的充电，当检测到电容器（组）12电压不足时，控制接通高频电源1，发射线圈3流经一定频率的电流，并向外辐射出电磁波，具备谐振参数的接收线圈5接收到这部分电磁波，在接收线圈5内感应出电流，接收线圈5给电容12充电回路提供充电电源，当电容器（组）12电压上升并达到要求时，切断高频电源1无线电能传输过程，以此反复使得电容器（组）12维持所需的放电电压水平。
上述叙述是作为本发明的较佳实施例。此领域的研究者应得以领会其是用以说明本发明而非用以限定本发明所主张的专利权利范围。其专利保护范围当视后附的申请范围及其等同领域而定。凡熟悉此领域的研究者，在不脱离本专利精神或范围内，所做的更动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成的等效改变或设计，且应包含在上述的申请专利范围内。
Claims (10)
1.一种触点开关电器无线取能操动机构，其特征在于：包括高频电源、两块优化板、发射线圈、导磁体、接收线圈、连杆机构、灭弧室、动触头、静触头；所述高频电源与发射线圈相连接，发射线圈与接收线圈各自构成RLC振荡电路，且发射线圈与接收线圈相对设置，其中一块优化板置于发射线圈后侧，另一块优化板置于接收线圈的后侧，导磁体置于接收线圈中轴位置处，并通过连杆机构与动触头相连接，所述动触头、静触头相对设置且包裹于真空灭弧室中。
2.根据权利要求1所述的触点开关电器无线取能操动机构，其特征在于：所述高频电源不仅能够提供足够的驱动能力还具有相应的输出频率，即其输出频率与谐振线圈频率一致，使无线电能传输开关操动***工作在谐振状态，从而实现电能的高效传输。
3.根据权利要求1所述的触点开关电器无线取能操动机构，其特征在于：所述两块优化板均为圆盘状，并由导磁性能良好的软磁材料构成，且置于发射线圈后侧的优化板开有孔槽，便于高频电源与发射线圈相连接的导线穿过；置于接收线圈后侧的优化板中心开有孔洞，孔洞嵌有导套，便于连杆机构动作；所述两块优化板能合理的优化谐振线圈之间的电磁场分布，提高能量传输效率。
4.根据权利要求1所述的触点开关电器无线取能操动机构，其特征在于：所述动触头与静触头的触头结构，可为刀型触头、对接型触头、楔入型触头、***式触头。
5.根据权利要求1所述的触点开关电器无线取能操动机构，其特征在于：所述导磁体为圆柱形导磁体，当接收线圈接收到发射线圈传输过来的电能后，圆柱形导磁体朝接收线圈中心运动，带动连杆机构及动触头进行分、合闸操作。
6.一种触点开关电器无线取能操动机构，其特征在于：包括高频电源、两块优化板、发射线圈、导磁体、接收线圈、连杆机构、灭弧室、动触头、静触头、驱动线圈及电容器；所述高频电源与发射线圈相连接，发射线圈与接收线圈各自构成RLC振荡电路，且发射线圈与接收线圈相对设置，其中一块优化板置于发射线圈后侧，另一块优化板置于接收线圈的后侧，所述接收线圈与电容器连接，电容器经一控制开关连接至驱动线圈，为驱动线圈供给脉冲强电流，导磁体置于驱动线圈中轴位置处，并通过连杆机构与动触头相连接，所述动触头、静触头相对设置且包裹于真空灭弧室中。
7.根据权利要求6所述的触点开关电器无线取能操动机构，其特征在于：所述高频电源不仅能够提供足够的驱动能力还具有相应的输出频率，即其输出频率与谐振线圈频率一致，使无线电能传输开关操动***工作在谐振状态，从而实现电能的高效传输。
8.根据权利要求6所述的触点开关电器无线取能操动机构，其特征在于：所述两块优化板均为圆盘状，并由导磁性能良好的软磁材料构成，且置于发射线圈后侧的优化板开有孔槽，便于高频电源与发射线圈相连接的导线穿过；置于接收线圈后侧的优化板开有孔槽，便于接收线圈与电容器相连接的导线穿过；所述优化板能合理的优化谐振线圈之间的电磁场分布，提高能量传输效率。
9.根据权利要求6所述的触点开关电器无线取能操动机构，其特征在于：所述动触头与静触头的触头结构，可为刀型触头、对接型触头、楔入型触头、***式触头。
10.根据权利要求6所述的触点开关电器无线取能操动机构，其特征在于：所述电容器由电解电容组成，其工作于可控模式下，即当电容储存能量不足时，通过无线电能传输机构为其充电，当机构需要动作时，通过控制开关触发接通电容放电回路对驱动线圈进行放电，使得操动机构进行分合闸操作；该种工作模式能够很好的提高无线取能操动机构工作的可靠性与稳定性。
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