永磁斷路器的快速操動機構的製作方法

2023-05-30 21:51:41

專利名稱：永磁斷路器的快速操動機構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種數位化智能供電設備，特別涉及用於快速切除故障的永磁斷
路器的快速操動機構。
背景技術：
斷路器是電力系統必不可少的基本工業產品和關鍵元件，其任務是關、合負荷電 流及開斷短路故障電流，保護電網及迴路上電器設備免受損壞，因此斷路器的可靠性和快 速性至關重要。對於斷路器產品，從理論上講要求斷路器動作越快越好，這樣可以迅速切除 故障，防止事故在電網蔓延。另外，為了提高配電網供電可靠性，故障發生後不僅要求最快 的動作速度，還要求最小的切除故障範圍。 目前在配電網，真空斷路器已經佔據了絕對的主導地位。現有的真空斷路器其操 動機構分為彈簧操作機構和永磁操作機構，由於受技術、設計、結構上的限制，這兩種操作 機構的固有分閘時間一般都在20ms左右，保護動作出口時間一般都大於30ms，因此導致速 斷故障發生後保護整組動作時間(包含斷路器動作時間) 一般在50 80ms，即3-4個周 波。而且，由於目前的斷路器速斷保護動作時間沒有相應的級差配合，導致停電範圍大。 隨著數位化變電站的發展，現有的斷路器的動作速度和停電範圍大的缺陷凸顯， 成為了重要的限制因素。

實用新型內容為了克服上述缺陷，本實用新型提供了一種永磁斷路器的快速操動機構。該斷路
器既滿足了快速分斷的要求，可以在一個周波內斷開，又有較高的智能化水平，可適用於級
差配合以將故障切除範圍縮至更小。 本實用新型所採用的技術方案是 —種永磁斷路器的快速操動機構，包括用於驅動分閘的電磁斥力機構和用於驅動 合閘以及分、合閘保持的永磁機構。 所述永磁機構包括動鐵芯和用於驅動滅弧裝置動作的輸出軸，所述動鐵芯和所述 輸出軸固定連接，所述電磁斥力機構包括固定的斥力線圈和受所述斥力線圈磁場作用的斥 力金屬盤，所述斥力金屬盤與所述輸出軸固定連接。 所述永磁機構還可以包括固定的中空柱狀的磁軛，所述動鐵芯位於所述磁軛的柱 狀空間內，所述動鐵芯與所述磁軛之間的環形空間的下部設有用於產生合閘驅動力的合閘 線圈，所述電磁斥力機構位於所述永磁機構的上方或下方。 所述動鐵芯與所述磁軛之間的環形空間還可以設有永磁導磁機構，所述永磁導磁 機構呈環形，並環繞在所述動鐵芯的外部，所述永磁導磁機構包括永久磁鐵和導磁體，所述 永磁導磁機構直接連接所述磁軛的內壁，且其內徑大於所述動鐵芯的外徑，所述永久磁鐵 可以位於所述導磁體的內側或外側，或嵌入所述導磁體的中部。 所述磁軛可以為分體結構，包括兩端敞開的中空柱狀的磁軛本體以及固定連接在所述磁軛本體上、下兩端的設有中心通孔的分閘擋板和合閘擋板。 所述斥力金屬盤可以為斥力銅盤，所述輸出軸與所述斥力銅盤之間可以直接固定
連接或通過其他單個或多個零件組成的機械結構件間接固定連接。 所述機械結構件可以為固定連接在一起的連杆和所述動鐵芯。 所述動鐵芯的一端可以設有中心螺紋孔，並通過該螺紋孔與所述輸出軸螺紋連
接，所述動鐵芯的另一端可以設有中心螺紋孔，並通過該螺紋孔與所述連杆螺紋連接，所述
連杆的另一端通過螺紋聯接件與所述斥力銅盤固定連接。 所述動鐵芯的兩端的所述中心螺紋孔可以相通。 所述磁軛上的中心通孔直逕可以小於所述動鐵芯的直徑。 本實用新型的有益效果是 本實用新型主要利用電磁斥力機構的快速動作特性實現斷路器的速斷，使整組動 作時間小於一個周波(20ms)，並結合採用永磁機構提高了可靠性，而且降低了成本，特別適 宜於有快速分斷要求的場合下使用。

圖1為電磁斥力機構的原理圖； 圖2為本實用新型斷路器的操動機構的一個實施例的結構示意圖(分閘位置)； 圖3為本實用新型斷路器的操動機構的又一實施例的結構示意圖(分閘位置)； 圖4為本實用新型的斷路器的操動機構的一個實施例的結構圖(分閘位置)。
具體實施方式目前配電網斷路器的用於驅動合閘、分閘的操動機構一般為彈操機構或永磁機 構，因為結構上的原因，一般固分時間在20ms以上，不能滿足快速分閘的需要。為了能夠實 現機構快速動作的目的，本實用新型的永磁斷路器的快速操動機構採用電磁斥力機構實現 快速分閘。如圖l所示，所述電磁斥力機構包括固定的斥力線圈l和受所述斥力線圈磁場 作用的斥力金屬盤，如斥力銅盤2 (該金屬盤可以是銅盤)，所述斥力銅盤與用於驅動滅弧 裝置動作的輸出軸固定連接。所述斥力線圈的供電迴路上串聯有向所述斥力線圈放電的預 充電電容C4以及控制該迴路電流通、斷的開關控制器K3。當開關控制器3使該環路閉合 時，預充電電容4向斥力線圈l放電，並產生較大的脈衝電流，此時斥力銅盤2因感應渦流 而受到電磁推力F的作用向上運動，從而帶動所述操動機構的輸出軸向上運動。該電磁斥 力機構是利用渦流斥力原理製作的開關操動機構，在短時間內即可以驅動負載快速動作， 因此實現了快速分閘。申請人經過樣機試驗，與同類功能的永磁操動機構進行了實驗對比 分析，該電磁斥力機構動作快速，反應時間為3ms左右，遠低於同類功能的永磁操動機構。 預充電電容4同時連接於一充電電路的輸出端，用以在下一次放電前向預充電電 容充電。 為了與電磁斥力機構所要求的大的脈衝控制電流等相適應，本實用新型的用於斥 力線圈通、斷控制的開關控制器採用大功率晶閘管開關。 為保證斷路器合閘可靠，同時兼顧成本和可靠性等方面，本實用新型的操動機構 採用電磁斥力機構和永磁機構相結合的技術方案，具體是利用電磁斥力機構驅動分閘，永磁機構實現分閘保持，保證快速分閘的同時減小過衝和反彈；利用永磁機構驅動合閘及實 現合閘保持，既保證了合閘的可靠，又降低了對控制的要求，減小了斷路器的體積和成本。 所述永磁機構包括相互間固定連接的動鐵芯和所述輸出軸，由於斥力銅盤與輸出 軸固定連接，因此斥力銅盤在電磁推力F的作用下也帶動了動鐵芯運動到分閘位置。 通過設置任意形式的合閘線圈，使其能夠與動鐵芯相作用，在合閘線圈通電時吸 引動鐵芯進行合閘動作，帶動斥力銅盤和輸出軸進行合閘動作，使輸出軸達到合閘位置，實 現合閘的目的。所述合閘線圈的結構和安裝位置可以依據現有技術和其他任意可能的技 術。 如圖2、3所示，所述永磁機構還可以包括固定的中空柱狀的磁軛17，所述動鐵芯8 位於所述磁軛的柱狀空間內，所述動鐵芯與所述磁軛之間的環形空間的下部設有用於產生 合閘驅動力的合閘線圈9。 所述電磁斥力機構位於所述永磁機構的上方或下方，通過適當的設置所述合閘線
圈、動鐵芯、斥力銅盤以及斥力線圈之間的相對位置，使得合閘線圈通電時帶動動鐵芯的運
動方向(合閘方向)與斥力線圈通電時帶動斥力銅盤的運行方向(分閘方向)相反，就可
以實現由斥力機構帶動輸出軸分閘而由永磁機構帶動輸出軸合閘的目的。 所述動鐵芯與所述磁軛之間的環形空間還可以設有用於分、合閘保持的永磁導磁
機構，所述永磁導磁機構呈環形(所述環形既包括一體結構所呈的環形也包括分體結構沿
圓周方向間隔均布所呈的環形；既包括圓環形也包括非正圓的環形)，並環繞在所述動鐵
芯的外部，所述永磁導磁機構包括永久磁鐵和導磁體，所述永磁導磁機構直接連接所述磁
軛的內壁，且其內徑大於所述動鐵芯的外徑，以不影響動鐵芯的上下往復運動，所述永久磁
鐵位於所述導磁體的內側或外側，或嵌入所述導磁體的中部，永磁導磁機構與磁軛、動鐵芯
共同構成磁迴路。 (1)如圖2所示，所述電磁斥力機構位於所述磁軛的外側上部，所述磁軛的上、下 兩端各自設有中心通孔，所述斥力銅盤2通過連杆13與所述動鐵芯固定連接，所述連杆穿 過所述磁軛的上端的中心通孔，所述動鐵芯與所述輸出軸15固定連接，所述輸出軸穿過所 述磁軛的下端的中心通孔向下伸出。實踐中，所述連杆與所述輸出軸可以是同一個軸，穿過 所述動鐵芯的中央通孔並於所述動鐵芯固定在一起，也可以是兩個相互獨立的同心軸，分 別固定連接與所述動鐵芯的上下兩端。 (2)如圖3所示，所述電磁斥力機構位於所述磁軛的外側下部，所述磁軛的下端設 有中心通孔，所述輸出軸15穿過所述磁軛的下端的中心通孔直接與所述斥力銅盤2固定連 接。 此外，所述磁軛也可以是分體結構，如在圖2所示的永磁機構與電磁斥力機構的 相對安裝例中採用分體的磁軛，如圖4所示，包括兩端敞開的中空柱狀的磁軛本體5以及固 定連接在所述磁軛本體上、下兩端的設有中心通孔的分閘擋板6和合閘擋板7，並形成了一 個相對封閉的柱狀空間，動鐵芯8位於該柱狀空間內並可在分閘擋板6和合閘擋板7之間 往復運動。合閘線圈9位於動鐵芯8與磁軛本體5之間的環形空間的下部，即靠近合閘擋 板一側，用於產生合閘驅動力。導磁體10和永久磁鐵11由內至外依次設置在合閘線圈9 的上方，用於實現分、合閘保持。導磁體10和合閘線圈9與動鐵芯8之間存在微小空隙，以 不影響動鐵芯上下往復運動。[0035] 所述輸出軸與所述銅盤之間可以直接固連(如圖3)，也可以通過其他單個或多個 零件組成的機械結構件間接固連(如圖2、4)，固連的方式可以是整體式，分體焊接式，也可 以是螺紋聯接等現有技術下各種連接方式。 當為螺紋聯接時，所述動鐵芯的一端可以設有中心螺紋孔，所述輸出軸15的一端 設有外螺紋，並通過旋入上述中心螺紋孔與所述動鐵芯固定連接。 在圖4所示的結構例中，電磁斥力機構位於磁軛外側的上部，而輸出軸自磁軛下 部伸出，斥力銅盤2可以依次藉助連杆13和動鐵芯8與輸出軸固定連接。當採用螺紋聯接 時，所述動鐵芯的另一端也可以設有中心螺紋孔，連杆的一端設有外螺紋，通過將連杆旋入 該中心螺紋孔的方式實現連杆與動鐵芯的固定連接，所述連杆的另一端則可以通過螺紋聯 接件如螺釘14與所述斥力銅盤固定連接。此外，動鐵芯也可以採用圖中所示的中心螺紋通 孔結構，輸出軸通過該中心螺紋通孔與動鐵芯固定連接，伸出的一端再直接與斥力銅盤固 定連接。 斥力線圈與磁軛是相對固定的，圖4中所述斥力線圈1通過固定螺杆12、安裝板 16固定連接在分閘擋板6上。 所述磁軛兩端上的中心通孔直逕可以小於所述動鐵芯的直徑，起到一定的限位作 用。 所述輸出軸外伸的一端通過機械傳動機構驅動滅弧裝置，該端可以設有外螺紋。 本實用新型的快速操動機構的動作過程為 ①合閘 當接到合閘命令後，合閘線圈所在電迴路閉合，合閘線圈通電並產生磁場，磁力線 經動鐵芯、合閘擋板、磁軛本體、永久磁鐵和導磁體又回到動鐵芯，從而構成了完整的磁力 線傳遞迴路。在磁力作用下動鐵芯克服永久磁鐵磁場對其上部向上的保持力而向下運動， 同時帶動輸出軸向下運動到合閘位置，斷路器觸頭閉合，完成了電路的接通。同時，在輸出 軸的帶動下，斥力銅盤也同步地向下運動，相應運動到分閘的預備位置。此後，合閘命令撤 銷，動鐵芯依靠永久磁鐵的吸引力保持在該合閘位置。
②分閘 當接到分閘命令後，開關控制器接通，斥力線圈供電迴路閉合，預充電電容向斥力 線圈放電，並產生較大的脈衝電流，斥力銅盤因感應渦流而受到向上的電磁推力作用，在克 服了永久磁鐵磁場對動鐵芯下部向下的保持力的情況下向上運動，同時通過連杆和動鐵芯 帶動輸出軸迅速地向上運動到分閘位置，斷路器通過其他機械傳動機構的驅動使滅弧裝置 內兩觸頭分離並在其間產生電弧，直至電流自然過零時電弧熄滅，完成了電路的開斷。此 後，分閘命令撤銷，動鐵芯依靠永久磁鐵的吸引力保持在該分閘位置。 本實用新型的永磁斷路器的快速操動機構具備自動快速保護功能，其速斷動作時 間相比傳統的永磁操動機構大大縮短，可以更快的速度將停電範圍縮減到更小，因此提高 了配電網的供電可靠性，更大限度地保護迴路上的電器設備免受損壞，適應了電力系統的 可靠性、快速性發展要求。 為了便於解釋說明，本說明書所稱的"上"、"下"概念都是相對說明書附圖中圖示 方位而言的，不構成對本實用新型處於實際使用狀態時上、下方位的限制。
權利要求一種永磁斷路器的快速操動機構，其特徵在於包括用於驅動分閘的電磁斥力機構和用於驅動合閘以及分、合閘保持的永磁機構。
2. 根據權利要求1所述的永磁斷路器的快速操動機構，其特徵在於所述永磁機構包括 動鐵芯和用於驅動滅弧裝置動作的輸出軸，所述動鐵芯和所述輸出軸固定連接，所述電磁 斥力機構包括固定的斥力線圈和受所述斥力線圈磁場作用的斥力金屬盤，所述斥力金屬盤 與所述輸出軸固定連接。
3. 根據權利要求2所述的永磁斷路器的快速操動機構，其特徵在於所述永磁機構還包 括固定的中空柱狀的磁軛，所述動鐵芯位於所述磁軛的柱狀空間內，所述動鐵芯與所述磁 軛之間的環形空間的下部設有用於產生合閘驅動力的合閘線圈，所述電磁斥力機構位於所 述永磁機構的上方或下方。
4. 根據權利要求3所述的永磁斷路器的快速操動機構，其特徵在於所述動鐵芯與所述 磁軛之間的環形空間還設有永磁導磁機構，所述永磁導磁機構呈環形，並環繞在所述動鐵 芯的外部，所述永磁導磁機構包括永久磁鐵和導磁體，所述永磁導磁機構直接連接所述磁 軛的內壁，且其內徑大於所述動鐵芯的外徑，所述永久磁鐵位於所述導磁體的內側或外側， 或嵌入所述導磁體的中部。
5. 根據權利要求4所述的永磁斷路器的快速操動機構，其特徵在於所述磁軛為分體結 構，包括兩端敞開的中空柱狀的磁軛本體以及固定連接在所述磁軛本體上、下兩端的設有 中心通孔的分閘擋板和合閘擋板。
6. 根據權利要求2、3、4或5所述的永磁斷路器的快速操動機構，其特徵在於所述斥力 金屬盤為斥力銅盤，所述輸出軸與所述斥力銅盤之間直接固定連接或通過其他單個或多個 零件組成的機械結構件間接固定連接。
7. 根據權利要求6所述的永磁斷路器的快速操動機構，其特徵在於所述機械結構件為 固定連接在一起的連杆和所述動鐵芯。
8. 根據權利要求7所述的永磁斷路器的快速操動機構，其特徵在於所述動鐵芯的一端 設有中心螺紋孔，並通過該螺紋孔與所述輸出軸螺紋連接，所述動鐵芯的另一端設有中心 螺紋孔，並通過該螺紋孔與所述連杆螺紋連接，所述連杆的另一端通過螺紋聯接件與所述 斥力銅盤固定連接。
9. 根據權利要求8所述的永磁斷路器的快速操動機構，其特徵在所述動鐵芯的兩端的 所述中心螺紋孔相通。
10. 根據權利要求9所述的永磁斷路器的快速操動機構，其特徵在所述磁軛上的中心 通孔直逕小於所述動鐵芯的直徑。
專利摘要本實用新型涉及一種永磁斷路器的快速操動機構，包括用於驅動分閘的電磁斥力機構和用於驅動合閘以及分、合閘保持的永磁機構，所述永磁機構包括動鐵芯和用於驅動滅弧裝置動作的輸出軸，所述動鐵芯和所述輸出軸固定連接，所述電磁斥力機構包括固定的斥力線圈和受所述斥力線圈磁場作用的斥力金屬盤，所述斥力金屬盤與所述輸出軸固定連接。所述永磁機構還包括固定的中空柱狀的磁軛，所述動鐵芯位於所述磁軛的柱狀空間內，所述動鐵芯與所述磁軛之間的環形空間的下部設有用於產生合閘驅動力的合閘線圈以及用於狀態保持的永磁導磁機構。本實用新型滿足了快速分斷的要求，可更大限度地保護迴路上的電器設備免受損壞，提高了配電網的供電可靠性。
文檔編號H01H71/68GK201478216SQ200920173259
公開日2010年5月19日 申請日期2009年8月25日 優先權日2009年8月25日
發明者孔啟翔, 祝振鵬, 袁增貴 申請人:北京四方華能電氣設備有限公司