CN2672826Y - 永磁式转换开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种永磁式转换开关，用于机车中牵引电动机组的方向转换和工况转换。它具有一个主轴，主轴通过轴承安装在开关支架上，在主轴上绝缘固联有多个动触头，并在每个动触头相对的位置上装有静触头，在主轴的一端联有主轴的驱动机构，在主轴的另一端装有辅助触点结构，其改进点是主轴的驱动机构采用永磁驱动机构，该机构由与主轴一端固联或间接联结的动铁芯、装在该动铁芯上的静铁芯、绕在静铁芯上线圈，装在动铁芯或静铁芯中的永磁铁、与线圈电连接的储能驱动电路构成。该永磁驱动机构具有结构简洁、控制简单、工作可靠性高、节能、体积小等优点，它的这些优点是现有气动驱动机构和任何一种现有电磁驱动机构所无法比拟的。

Description

永磁式转换开关

技术领域

本实用新型涉及一种低压电器，具体地说，它是一种永磁式转换开关，主要用于机车中牵引电动机组的方向转换和工况转换。

技术背景

在已有技术中，多回路大电流位置转换开关是铁路机车中牵引电动机组用于改变旋转方向和工作状况的必备电器部件。它具有多组开关触头，每组开关触头均由一对动触头和与动触头对应的两个静触头组成，其中动触头安装在一根主轴上，通过主轴的左、右转动来带动动触头动作，从而实现开关的转换。在实现开关转换的过程中，由主轴的驱动机构为主轴提供转动驱动力和转换位置的保持力。传统主轴的驱动机构是一种气动驱动机构，它采用压缩空气作为动力源，通过控制气路上的电磁阀来控制压缩空气产生转换驱动力和保持力。气动驱动机构的优点是可以用较小的电磁力控制较大机械驱动力和保持力，其缺点是气路易受环境影响(如出现冰冻、泄漏、堵塞等)，使整个机构的工作可靠性降低，而且气路结构繁琐、不易维护维修。所以人们力致在此方面进行改进。为此，中国专利02240610提供了一种“电磁式位置转换开关”，它在主轴的一端设置了电磁式驱动机构，用电磁力提供对主轴的转动驱动力和转换位置保持力。该专利技术与气动控制机构相比，结构简洁，但因该转换开关的触头多、所需的保持力大，保持时，既使采用节能方式供电，也会有很大的能耗和发热，而且电路持续通电，必然会导致***不安全因素的增加，因此，该技术目前没能实际应用。为了保持该专利结构简洁的优点，克服其保持时持续通电的不安全因素，提高***的可靠性和出于节能的考虑，在该电磁式驱动机构的基础上，又有人提出用机械锁闭结构来提供保持力，也就是说，用电磁力驱动主轴转动，当到达转换位置后，机械锁扣将其锁定在该位置上，这样，就可做到保持时断电。这种方式较好地克服了上述专利技术的缺点，它比前述的气动驱动机构和纯电磁驱动机构从安全可靠性和节能上要优越得多，但由于它增加了机械锁闭机构和电磁解锁机构，使得整体结构和控制电路显得复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对已有技术中的不足，提供一种工作更加安全可靠和节电、且结构更加简洁、控制更加简单的永磁式转换开关，其次是在该永磁式转换开关结构的基础上改进其辅助触点等结构，使其工作更加可靠、整体结构更加简洁、体积小巧、外形美观。

为实现上述目的，本实用新型的解决方案如下：

它具有一个主轴，该主轴通过轴承安装在开关支架上，在该主轴上绝缘固联有多个动触头，并在每个动触头相对的位置上设有静触头，在主轴的一端联有带动主轴转动的驱动机构，在主轴的另一端装有辅助触点结构，在主轴上还固联一个手动转换操作手柄，其特殊之处是：所述的主轴驱动机构采用摆动式永磁驱动机构或直动式永磁驱动机构，所述的摆动式永磁驱动机构包括一个与主轴一端固联的动铁芯、设在动铁芯两侧的静铁芯、绕在两个静铁芯上的线圈、设在动铁芯或静铁芯中的永磁铁、与线圈电连接的储能驱动电路构成；所述的直动式永磁驱动机构由一个与主轴一端间接联结的动铁芯、套设在动铁芯上的静铁芯、绕在静铁芯上的两个线圈和设在动铁芯或静铁芯中的永磁铁、与线圈电连接的储能驱动电路构成。

本实用新型进一步的改进方案是：

上述的辅助触点结构由与主轴固联的多个凸轮和装在凸轮周向对应位置上的速动触点开关模块构成。

在上述的永磁驱动机构上设有防护罩。

上述的手动转换操作手柄通过一个连接件固联在主轴上，手柄与连接件铰联，并在连接件中设有折叠定位机构。

通过上述解决方案可以看出，本实用新型采用了摆动式或直动式永磁驱动机构，它用储能驱动电路产生电脉冲而使静铁芯产生瞬间电磁力来提供转换驱动力，使动铁芯向转换侧摆动或移动，当动铁芯摆动或移动过中间位并靠近转换侧时，装在动铁芯或静铁芯上的永磁铁产生一个较大吸合力，将动铁芯迅速吸合到转换侧，并由永磁铁提供保持力。这种永磁驱动机构与气动驱动机构相比，它保持了其以较小电磁力控制较大机械力的优点，又克服了其气路结构繁琐、难以维修的缺点；而与带机械锁闭结构的电磁式驱动机构相比，可靠性更高、结构更加简洁，体积更加小巧；从能耗的角度上来看，它的驱动是用短时脉冲来实现的，这个时间大约小于1秒，因此其功率消耗极小，线圈发热的问题几乎不用考虑，因此线圈可以做的很小，既减小了体积又降低了制造成本。因此，该永磁驱动机构具有结构简洁、控制简单、工作可靠性高、节能、体积小等优点，它的这些优点是气动驱动机构和任何一种电磁驱动机构所无法比拟的。再者，本实用新型对辅助触点结构的改进，主要是采用了一种专利产品——速动开关模块，该速动开关模块具有可靠性高、触点速动、自净、大容量等特点，从而进一步提高了辅助触点动作的安全可靠性，使整体结构简洁、美观。本实用新型采用的防护罩可使永磁铁得到有效的保护，防止铁磁性物质的粘附。而所采用的折叠手柄可使转换开关的安装体积更紧凑、使用更加安全和人性化。

附图说明

图1、本实用新型的整体结构图。

图2、图1的A-A面剖视图。

图3、摆动式永磁驱动机构结构示意图(图1去掉防护罩19的B向结构示意图)。

图4、图1的俯视图。

图5、储能驱动电路原理图之一

图6、储能驱动电路原理图之二。

图7、直动式永磁驱动机构结构示意图。

图8、折叠手柄示意图。

图9、图8的C-C面部分剖视图。

图10、辅助触点结构示意图。

具体实施方式

下面根据实施例详细说明本实用新型的结构和工作原理

参见图1、2，它具有一根主轴1，该主轴通过其两端的轴承2安装在上盖板3和下底板4(其中上盖板和下底板及它们之间的横梁构成所述的开关支架)上，在主轴上通过绝缘鼓5联结动触头6，该动触头由联结在绝缘鼓5两端的角型架6.1、通过长螺栓联结在角型架上的导电板6.2，安装在导电板两端的一对触头6.3和装在角型架及导电板之间的触头压紧弹簧6.4构成，所述的一对动触头6.3通过软线与其引出端脚6.5电连接；在与一对动触头6.3对应的位置上设有一对静触头7，该静触头与其引出端脚7.1相接。从上述结构可以看出，当主轴左、右转动时，轴上的动触头6也随之左、右摆动，并分别与其对应的静触头断开或闭合，从而实现开关的转换。在主轴上还固联一个手动转换操作手柄8，通过往复拉动该手柄可使主轴转动，从而使触头被强制断开或闭合。

参见图3，所述摆动式永磁驱动机构包括一个与主轴1相联的动铁芯9、装在该动铁芯9两侧的静铁芯10、11、绕在静铁芯10、11上的线圈13、14，所述的静铁芯10、11固定在下底板4上，在动铁芯9上装有一块永磁铁12，或者根据磁路设计要求永磁铁可分别镶在静铁芯10、11中，所述的动铁芯和静铁心均为导磁材料。当动铁心9停在左侧的静铁心10上时，动铁芯9与静铁芯10之间的气隙几乎为零，磁路近乎于短路，其气隙中的磁通很大；而动铁芯9与右侧静铁心11之间的气隙很大，磁路为开路，其气隙中的磁通很小，这时，该永磁驱动机构的磁场产生一个很大的向左的吸引力，使动铁芯9停留在左侧静铁芯10上，这就是我们需要的开关保持力。当开关需要向右侧转换时，可以采用两种控制方式：一种是使右侧电磁铁11得电励磁，使该励磁产生的新磁场减少左侧气隙的磁通而增大右侧气隙的磁通，当该新磁场大到一定程度时，左右气隙中磁通发生变化，导致作用在动铁芯9上的磁力改变方向，指向右侧，这时动铁心9向右侧移动，在运动过程中，左右气隙不断变化，磁通跟随气隙的变化也不断变化，越靠近右侧，右侧气隙越小，磁通越强；而左侧气隙变大，磁通减少；当动铁心通过两气隙中点时，外加励磁可取消，动铁心依靠永磁体的磁场就可以吸合在右侧静铁心上，这样就完成了一次转换；当要进行二次向左侧转换时，只需对左侧静铁芯上的线圈13进行通电励磁就可完成。第二种控制方式是：向左、右静铁芯的线圈13、14中同时通入脉冲电流，使它们同时得电励磁，右侧静铁芯11产生的磁场增强右侧气隙的磁通，而左侧静铁芯10产生的磁场减少左侧气隙的磁通，后面的过程与第一种控制方式相同，当需要由右侧向左侧转动时，只需要改变左、右静铁芯上的线圈13、14的通电方向，即可完成。

参见图5、6，图5示出第一种控制方式的储能驱动电路的结构。图6示出第二种控制方式的储能驱动电路的结构。下面以图6为例说明永磁式驱动机构的转换控制原理。控制电路主要由储能电容C、转换开关K1～K5和开关控制器构成。当动铁芯停在左侧位置时，机车上的110V直流电源为该控制电路供电，开关控制器控制K5闭合而向电容C充电，使其储存足够的励磁电量后再断开K5，当司机控制器发出转换信号时，控制端X1由低电平变为高电平，开关控制器控制开关K1、K2闭合，则电容C放电，其放电电流通过Y1、Y2端进入线圈13、14，然后流向地，使静铁芯10、11同时得电励磁，驱动动铁芯向右侧转换；与此同时，开关控制器经过短时间的放电延时后将转换开关K1、K2断开，从而使放电回路断开，这时，再控制开关K5闭合而向电容C充电，为下一次转换储能；当需要动铁芯从右侧向左侧再次转换时，司机控制器通过控制端X2发出转换信号，即控制端X2从低电平变为高电平，这时，开关控制器将转换开关K3、K4接通，反方向为线圈13、14通电，则使静铁芯10、11同时得反向电励磁，从而完成向左侧的再次转换。

参见图7，所述的直动式永磁驱动机构具有一个柱状动铁芯21，在柱状动铁芯上套装一个的静铁芯22，在静铁芯22的两端分别设有线圈13、14，在静铁芯22的中部镶有对称的永磁铁23；也可以在动铁芯的两端分别套装一个静铁芯，并在这两个静铁芯中设置线圈13、14，永磁铁23装在两个静铁芯之间；所述的永磁铁可以装在静铁芯上，也可以装在动铁芯21上，均可满足磁路设计要求。在所述动铁芯的一端设有动铁芯的直动导向机构24，在动铁芯21的中部设有一个拨钮25，在主轴1与拨钮之间设有一个拨叉26，拨叉的上端与主轴1固联，拨叉的下端与拨钮25配合接触；所述的动铁芯和静铁心及动铁芯的导向机构均为导磁材料。该直动式永磁驱动机构的动作原理与上述摆动式的相同，通过通入线圈13、14中的脉冲电流，驱动动铁芯21进行左、右直动式的移动，并通过拨钮25带动拨叉26摆动，从而带动主轴转动；同时通过动铁芯两端磁路的开路与闭路，提供转动位置的保持力。

再参见图1，在永磁驱动机构上设有一个防护罩19，它可防止铁磁性物质对永磁机构的粘附，从而提高永磁机构的使用寿命。

参见图4、10，所述的辅助触点结构由固联在主轴1上的多个凸轮15和对应安装在凸轮周向相应位置上的速动开关模块16构成，速动开关模块16采用的是ZL98251773专利提供的产品，该产品通常带有一个常开触点和一个常闭触点，这两个触点的动作都是通过动作执行触头16.1来驱动的。为了使凸轮更好地触及执行触头16.1，在凸轮15与速动开关模块之间接有一个压杆17，压杆17的一端与速动开关模块16铰联，另一端装有一个滑轮18，并在凸轮15的周边设有滑轨，滑轮18在凸轮15的滑轨中滑动。当主轴转动时，带动多个凸轮15转动，到达转换位置后，凸轮的突出部位通过压杆17与执行触头16.1相接触，则速动开关模块16上的常开触点闭合，常闭触点断开；当主轴又带动凸轮转动达到另一个转换位置后，凸轮的凹陷部位释放压杆，使执行触头16.1释放，则速动开关模块16上的常开触点断开，常闭触点闭合。该辅助触点结构可以并排安装多组，容量大，体积小，结构简洁，外形美观。

参见图8，手动转换操作手柄可以做成折叠式的，因为手动手柄在正常情况下是不使用的，将手柄折叠起来，可以减少该转换开关正常使用时的体积，也可以减少因手柄摆动而误伤司乘人员的几率。所述的手柄8可以通过一个连接件27固联在主轴1上，手柄8与连接件27之间为铰联，在连接件27中设有弹簧折叠定位机构28。使用时，扳到直立位，可进行手动操作，不用时，扳到折叠位，即虚线所示的位置，并通过弹簧折叠定位机构28来进行两个位置的定位。

Claims (4)

1、一种永磁式转换开关，它具有一个主轴(1)，该主轴通过轴承(2)安装在开关支架上，在该主轴上绝缘固联有多个动触头(6)，并在每个动触头相对的位置上设有静触头(7)，在主轴的一端联有带动主轴转动的驱动机构，在主轴的另一端装有辅助触点结构，在主轴上还固联一个手动转换操作手柄(8)，其特征是：所述的主轴驱动机构采用摆动式永磁驱动机构或直动式永磁驱动机构，所述的摆动式永磁驱动机构包括一个与主轴一端固联的动铁芯(9)、设在动铁芯两侧的静铁芯(10)、(11)、绕在两个静铁芯上的线圈(13)、(14)、设在动铁芯或静铁芯中的永磁铁(12)、与线圈(13)、(14)电连接的储能驱动电路构成；所述的直动式永磁驱动机构由一个与主轴一端间接联结的动铁芯(21)、套设在动铁芯上的静铁芯(22)、绕在静铁芯上的两个线圈(13)、(14)和设在动铁芯或静铁芯中的永磁铁(23)、与线圈(13)、(14)电连接的储能驱动电路构成。

2、根据权利要求1所述的永磁式转换开关，其特征是：所述的辅助触点结构由与主轴固联的多个凸轮(15)和装在凸轮周向对应位置上的速动触点开关模块(16)构成。

3、根据权利要求1或2所述的永磁式转换开关，其特征是：在所述的永磁驱动机构上设有防护罩(19)。

4、根据权利要求1或2所述的永磁式转换开关，其特征是：所述的手动转换操作手柄(8)通过一个连接件(27)固联在主轴(1)上，手柄(8)与连接件(27)铰联，并在连接件(27)中设有折叠定位机构(28)。

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