一種雙穩態永磁機構真空斷路器的製作方法

2023-05-15 00:12:06

專利名稱：一種雙穩態永磁機構真空斷路器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雙穩態永磁機構真空斷路器。
技術背景電力設備開關常要用到真空斷路器，真空斷路器使用的時候要求 分斷速度越快越好、時間越短越好，因為高壓電氣設備的動觸頭和靜 觸頭接近的時候容易產生電弧，分斷速度越快產生電弧的時間越短， 對設備的損害越小。為了得到較快的分、合閘速度，同時避免人工操 作的時候產生不分不合或即分即合的狀態，真空斷路器中常用到雙穩 態永磁機構。雙穩態永磁操作機構的特點是在分、合閘時只要施加一 個初始動力，動觸頭和靜觸頭即可在永磁力作用下徹底完成分、合閘 動作。同時，為了使動觸頭和靜觸頭在合閘狀態下保持良好接觸，通 常在動觸頭與操作連杆之間設置有壓縮彈簧，壓縮彈簧可以在合閘的 時候穩定動觸頭和靜觸頭之間的壓力，同時在分閘過程中壓縮彈簧還 可以起到分閘助力的作用，有助於提高分閘初期的速度。但由於壓縮 彈簧的作用距離很短，在分閘過程的後期，失去壓縮彈簧的作用以後， 分閘速度明顯降低，造成分閘期間的速度變化很大，不利於觸頭滅弧， 也使得設備的設計難度增加。 發明內容本發明的目的是提供一種分閘速度平穩的雙穩態永磁機構斷路器。為達到上述目的，本發明採用如下的技術方案 一種雙穩態永磁機構真空斷路器，包括分斷裝置，分斷裝置的控 制端分別與從動拐臂鉸接，各從動拐臂固定連接到同一個旋轉軸上， 旋轉軸上還固定連接有主動拐臂，主動拐臂與動力機構連接，其特徵 在於所述的動力機構為雙穩態永磁開關機構，該雙穩態永磁開關機 構包括與主動拐臂連接的輸出軸，輸出軸上連接永磁開關操作機構， 該永磁開關操作機構的外殼中設置有輸出軸，輸出軸穿過外殼兩端的 端蓋外伸，其前端與主動拐臂連接，輸出軸上固定有鐵芯，鐵芯的外 側設置有永磁體，永磁體與外殼固定連接，永磁體的兩端各設置一組 脈衝線圈；端蓋上固定連接有與輸出軸平行的支撐板，支撐板分別位於輸出軸的兩側，輸出軸的後端固定連接有端帽，傳動軸可轉動地插 裝在支撐板上，在傳動軸上、輸出軸的兩側各固定安裝一偏心輪，偏 心輪位於端帽與端蓋之間，固定安裝在偏心輪上的彈簧掛柱穿過支撐 板上的開口槽連接在手動分閘彈簧的一端，手動分閘彈簧的另一端掛 在支撐板上的彈簧掛軸上；傳動軸上還固定安裝有從動齒輪，該從動 齒輪與固定安裝在驅動軸上的主動齒輪嚙合，驅動軸與傳動軸平行並 可轉動地插裝在支撐板上，驅動軸上還連接有操作手柄；旋轉軸上還 固定連接有輔助臂，輔助臂上連接有分閘助力彈簧，分閘助力彈簧的 另一連接點和動力機構均固定安裝在真空斷路器外殼中。 輔助臂上還設置有分閘緩衝器。在雙穩態永磁開關機構的一側端蓋的內壁與鐵芯之間安裝有彈 簧片，該端蓋是在分閘狀態下鐵芯吸合的一側。在分閘狀態下鐵芯與端蓋接觸的一側端面上帶有凹凸槽。在分閘狀態下鐵芯與端蓋接觸的一側端面上帶有倒圓臺狀的凹 坑，與之相對應的端蓋的內側帶有倒圓臺狀的凸起。所述的分閘緩衝器為液壓緩衝器，液壓緩衝器的外殼上位於活塞 杆一端固定連接有導向套，導向套上帶有導向杆孔，在導向杆孔中安 裝有導向杆。採用上述技術方案後，分閘助力彈簧可以在分閘過程的中間環節 補充壓縮彈簧的作用，使分閘速度更快更平穩，符合滅弧要求。同時， 分閘緩衝器可以在分閘過程結束時起到緩衝作用，避免高速運動的動 觸頭撞擊斷路器和永磁機構；分閘緩衝器上設置的導向套可以大大提 高液壓分閘緩衝器的使用壽命。


圖1是本發明一個實施例的結構示意圖；圖2是帶有手動分閘裝置的雙穩態永磁開關機構的剖視圖；圖3是圖2的A-A剖視圖；圖4是雙穩態永磁開關機構中的鐵芯的一個實施例的結構示意圖；圖5是鐵芯的另一個實施例的結構示意圖； 圖6是分閘緩衝器結構示意圖； 圖7是分閘過程中動觸頭的運動速度曲線圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發明所述的一種雙穩態永磁機構真空斷路器，包
括分斷裝置1、 2、 3，分斷裝置1、 2、 3的控制端分別與從動拐臂4、 5、 6鉸接，各從動拐臂4、 5、 6固定連接到同一個旋轉軸7上，旋 轉軸7上還固定連接有主動拐臂8和輔助臂19，輔助臂19上連接有 分閘助力彈簧10，分閘助力彈簧10的另一連接點和動力機構9均固 定安裝在真空斷路器外殼中，真空斷路器外殼在圖中沒有畫出。主動 拐臂8與動力機構9連接。所述的動力機構9為雙穩態永磁開關機構， 該雙穩態永磁開關機構包括與主動拐臂8連接的輸出軸92，輸出軸 92上連接永磁開關操作機構，該永磁開關操作機構的外殼91中設置 有輸出軸92,輸出軸92穿過外殼91兩端的端蓋96外伸，其前端與 主動拐臂8連接，後端固定連接有端帽18，外殼91和端蓋96的材 料都是易導磁的鐵質。輸出軸92位於外殼91內部的中段固定安裝有 鐵芯93，鐵芯93的外側設置有永磁體94，永磁體94與外殼91固定 連接，永磁體94的兩端各設置一組脈衝線圈98。端蓋96上固定連接有與輸出軸92平行的支撐板14、 15，支撐 板14、 15分別位於輸出軸92的兩側，輸出軸92的後端固定連接有 端帽18，傳動軸16可轉動地插裝在支撐板14、 15上，位於輸出軸 92的一側、端帽18和端蓋96之間。在傳動軸16上、輸出軸92的 兩側各固定安裝一偏心輪17，偏心輪17位於端帽18與端蓋96之間， 固定安裝在偏心輪17上的彈簧掛柱19穿過支撐板14、 15上的開口 槽連接在手動分閘彈簧20的一端，手動分閘彈簧20的另一端掛在支 撐板14、 15上的彈簧掛軸25上。彈簧掛軸25安裝在支撐板14、 15 的長孔中，這樣可以通過調節彈簧掛軸25在長孔中的位置調整手動 分閘彈簧20的傾角和鬆緊。偏心輪17上的彈簧掛柱19和支撐板14、 15上的彈簧掛點25應分別位於傳動軸16軸心兩端，並且在初始位 置的時候略微越過手動分閘彈簧20 "死點"，而在分閘的時候手動 分閘彈簧20的拉力至少要能夠使鐵芯93越過永磁體94的中心。傳動軸16上還固定安裝有從動齒輪81，該從動齒輪81與固定 安裝在驅動軸72的主動齒輪71嚙合，驅動軸72與傳動軸16平行並 可轉動地插裝在支撐板14、 15上，驅動軸72上還連接有操作手柄 73;旋轉軸7上還固定連接有輔助臂19，輔助臂19上連接有分閘助 力彈簧IO。雙穩態永磁開關機構的工作原理如下給兩脈衝線圈98加入脈 衝電流，脈衝電流在脈衝線圈98中產生感應磁場，該感應磁場一部 分用以抵消永磁體94產生的磁場，另一部分作用於鐵芯93，產生吸 力，使鐵芯93移動，並最終在電磁力和永磁體吸引力雙重作用下吸 附在一側端蓋96上。鐵芯93移動時，帶動連接在輸出軸92上的主
動拐臂8完成分、合閘動作。脈衝線圈98中的電流消失後，脈衝電 流產生的磁場也隨之消失，在永磁體94產生的磁場作用下，鐵芯93 仍然被吸附在端蓋96上，開關保持原有的工作狀態。當需要改變工 作狀態時，即當需要執行分閘或合閘的動作時，只需要在脈衝線圈 98中加入相反方向的脈衝電流，即可使輸出軸92反向移動，鐵芯93 吸附在另一側端蓋96上，實現工作狀態的轉變，並保持穩定。手動分閘裝置的作用是在電磁線圈98發生故障時可以手動將工 作狀態切換為分閘狀態。偏心輪17使手動分閘時動力臂與阻力臂之比隨偏心輪17的旋轉 角度而變化。手動分閘開始時，力臂之比很大，施加較小的動力就能 克服永磁體吸力，使輸出軸92及鐵芯93向分閘方向運動，隨著鐵芯 93與端蓋96間隙的增加，永磁吸力隨之快速減小。隨著偏心輪17 旋轉角度的加大，阻力臂長度迅速增加，輸出軸92運動速度不斷加 快，從而達到快速分閘的目的。在正常工作的時候，手動分閘裝置不起作用，手動分閘彈簧20 利用偏心輪17過"死點"後的穩定角將傳動軸16鎖定，使其不能任 意轉動，此時開關的操作機構依靠電磁線圈98中的磁力實現分、合 閘動作。當電磁線圈或操作迴路發生故障，不能實現分閘的時候，只 要搬動手柄73，通過主動齒輪71和從動齒輪81構成的減速裝置傳 遞力量，使傳動軸16在增大的扭力作用下向分閘方向轉過一定角度， 與手動分閘彈簧20連接的彈簧掛柱19越過"死點"(彈簧掛軸25與 傳動軸16的軸心連線的延長線)以後，在手動分閘彈簧20的拉力和 手柄73動力的共同作用下，偏心輪17快速轉動，並推動端帽18， 再由端帽18帶動輸出軸92向分閘方向快速移動。鐵芯93迅速越過 永磁體94的中心並進而在永磁力作用下被緊緊吸在手動分閘裝置一 側的端蓋96上，達到快速分閘的目的。由於手動分閘手柄轉過一定 角度後，主要依靠手動分閘彈簧20的拉力進行分閘，從而避免了人 為因素的不穩定性對分閘速度的影響。當電磁線圈98故障排除後， 下次電動合閘時，在合閘電磁力的作用下，鐵芯93帶動輸出軸92、 端帽18向合閘方向運動，偏心輪17在端帽18的壓力作用下克服手 動分閘彈簧20的拉力向反方向轉動，當偏心輪17上的彈簧掛柱19 越過"死點"時，偏心輪17在彈簧拉力作用下轉過一個穩定角，到 達穩定點並實現彈簧儲能，為下次手動分閘做好準備。合閘後由於穩 定角的作用，手動分閘彈簧20不會對永磁吸力形成反作用力，能保 證開關觸頭壓力不減少。偏心輪17到達穩定點後，由於穩定角的作 用，正常電動分、合閘時手動分閘裝置不動作。從而能大大提高操作
機構的使用周期。
如圖7所示是在分閘過程中動觸頭的運動速度曲線圖。縱軸S 代表動觸頭的運動速度，橫軸T代表時間，曲線S1是無分閘助力彈 簧10的情況下動觸頭的運動速度曲線圖，從圖中可以看出，在分閘 開始初期的t0^tl時間段，由於動觸頭中壓縮彈簧的助力作用，動觸 頭的運動速度迅速達到第一個高峰；但在隨後的tl—t2時間段，由於 壓縮彈簧的作用力消失，動觸頭的運動速度跌入低谷；隨後，在t2 一t3時間段，又由於雙穩態永磁開關機構中的鐵芯越過中點位置的磁 力平衡點以後，在永磁力的助力作用下再次迅速達到第2個速度高 峰。這樣大起大落的運動速度不利於觸頭滅弧。曲線S2是理想狀態 下動觸頭的運動速度曲線，在t0^t3時間段都應該是一個均勻的加速 度運動過程。曲線S3是增加了分閘助力彈簧10以後的動觸頭的運動 速度曲線圖，從圖中可以看出，在tl—t2時間段，壓縮彈簧的作用力 消失以後，分閘助力彈簧IO代替壓縮彈簧起到助力作用，動觸頭的 運動仍然是加速度，直到順利進入t2""t3時間段。
普通雙穩態永磁開關機構兩端的結構是對稱的，在分閘位置和合 閘位置上輸出軸92的保持力是相等的。但是用在斷路器中的時候， 要求合閘的時候有較大的合閘保持力保證觸頭接觸良好，而在分閘的 時候則要求相對較小的分閘保持力，太大的分閘保持力反而會在合閘 開始時產生較大的阻力，影響合閘的速度。為了減小雙穩態永磁開關 機構的分閘保持力，在雙穩態永磁開關機構的一側端蓋96的內壁與 鐵芯93之間安裝有彈簧片99，該端蓋96是在分閘狀態下鐵芯93吸 合的一側。這樣，實際上是在加大了端蓋96與鐵芯93之間間隙，從 而使其吸合的保持力減小，降低合閘操作功。另一方面，在分閘的時 候彈簧片99還能緩解鐵芯93對端蓋96的撞擊，在合閘開始的時候 又推動鐵芯93運動，有助於提高合閘速度。
如圖4、圖5所示，在分閘狀態下鐵芯93與端蓋96接觸的一側 端面上帶有凹凸槽93A、 93B。其作用與彈簧片99類似，也可以起到 減小分閘保持力的作用。
另外，還可以在鐵芯93與端蓋96接觸的一側端面上設置倒圓臺 狀的凹坑，與之相對應的端蓋96的內側設置倒圓臺狀的凸起。輸出 軸92穿過倒圓臺狀的凹坑和凸起的中心。倒圓臺狀的凹坑和凸起有 利於在減小分閘保持力的同時，延長合閘過程中阻尼力的作用時間， 減小觸頭剛合時的衝擊力，減少彈跳、降低電弧燒壞觸頭的程度，大 大延長使用壽命。
分閘緩衝器11安裝在輔助臂19與斷路器外殼的固定點之間，其
作用是緩解分閘後期機械零件之間的碰撞。本實施例採用的是液壓緩 衝器。液壓緩衝器是一種利用設置在液壓缸中的活塞對衝擊力產生阻 尼作用的機械裝置，當強大的衝擊力作用在活塞杆上的時候，活塞杆 會緩慢地縮進液壓缸中，當外力消失以後活塞杆又會復原。本發明主
動拐臂8的運動是曲線運動，作用於活塞杆的力量的方向會產生偏 差，頻繁的運動會在側向力作用下加快液壓緩衝器油封和活塞的磨 損，為了延長液壓緩衝器的使用壽命，在液壓緩衝器的外殼上位於活 塞杆一端固定連接有導向套12，導向套12上帶有導向杆孔，在導向 杆孔中安裝有導向杆13。這樣，主動拐臂8的衝擊力直接作用在導 向杆上，通過導向杆再作用於活塞杆上的力就是平行於活塞杆軸線方 向，可以避免側向力對油封和活塞的過度損害。
當然，分閘緩衝器11也可以設置在主動臂8上。 當然，上述動力機構9、分閘助力彈簧IO、分閘緩衝器ll的末 端都要固定連接在一個牢固的位置。本實施例是安裝在斷路器外殼中 的隔板上，圖中未畫出。
在該雙穩態永磁機構斷路器的分、合閘動作通過動力機構9中 的電磁線圈產生推動輸出軸92移動的動力，再通過與輸出軸92連接 的主動拐臂8帶動旋轉軸7旋轉，推動從動拐臂4、 5、 6擺動，實現 分斷裝置l、 2、 3的動作。分閘動作時，分閘助力彈簧10可以起到 助力的作用，使分閘速度更平穩，在分閘動作的後期，分閘緩衝器 11和彈簧片99先後起到緩衝的作用，減小了機械衝擊力、降低噪音。 在合閘時，被壓縮的彈簧片99首先起到助力的作用，提高合閘的初 始速度，特殊設置在鐵芯93上的凹凸又降低了分閘保持力，延長了 合閘阻尼力的作用時間，有利於合閘速度更平穩。
權利要求
1、一種雙穩態永磁機構真空斷路器，包括分斷裝置(1、2、3)，分斷裝置(1、2、3)的控制端分別與從動拐臂(4、5、6)鉸接，各從動拐臂(4、5、6)固定連接到同一個旋轉軸(7)上，旋轉軸(7)上還固定連接有主動拐臂(8)，主動拐臂(8)與動力機構(9)連接，其特徵在於所述的動力機構(9)為雙穩態永磁開關機構，該雙穩態永磁開關機構包括與主動拐臂(8)連接的輸出軸(92)，輸出軸(92)上連接永磁開關操作機構，該永磁開關操作機構的外殼(91)中設置有輸出軸(92)，輸出軸(92)穿過外殼(91)兩端的端蓋(96)外伸，其前端與主動拐臂(8)連接，輸出軸(92)上固定有鐵芯(93)，鐵芯(93)的外側設置有永磁體(94)，永磁體(94)與外殼(91)固定連接，永磁體(94)的兩端各設置一組脈衝線圈(98)；端蓋(96)上固定連接有與輸出軸(92)平行的支撐板(14、15)，支撐板(14、15)分別位於輸出軸(92)的兩側，輸出軸(92)的後端固定連接有端帽(18)，傳動軸(16)可轉動地插裝在支撐板(14、15)上，在傳動軸(16)上、輸出軸(92)的兩側各固定安裝一偏心輪(17)，偏心輪(17)位於端帽(18)與端蓋(96)之間，固定安裝在偏心輪(17)上的彈簧掛柱(19)穿過支撐板(14、15)上的開口槽連接在手動分閘彈簧(20)的一端，手動分閘彈簧(20)的另一端掛在支撐板(14、15)上的彈簧掛軸(25)上；傳動軸(16)上還固定安裝有從動齒輪(81)，該從動齒輪(81)與固定安裝在驅動軸(72)上的主動齒輪(71)嚙合，驅動軸(72)與傳動軸(16)平行並可轉動地插裝在支撐板(14、15)上，驅動軸(72)上還連接有操作手柄(73)；旋轉軸(7)上還固定連接有輔助臂(19)，輔助臂(19)上連接有分閘助力彈簧(10)，分閘助力彈簧(10)的另一連接點和動力機構(9)均固定安裝在真空斷路器外殼中。
2、 根據權利要求1所述的一種雙穩態永磁機構真空斷路器，其 特徵在於輔助臂(19)上還設置有分閘緩衝器(11)。
3、 根據權利要求1或2所述的一種雙穩態永磁機構真空斷路器， 其特徵在於在雙穩態永磁開關機構的一側端蓋(96)的內壁與鐵芯 (93)之間安裝有彈簧片(99)，該端蓋(96)是在分閘狀態下鐵芯 (93)吸合的一側。
4、 根據權利要求1或3所述的一種雙穩態永磁機構真空斷路器， 其特徵在於在分閘狀態下鐵芯(93)與端蓋(96)接觸的一側端面 上帶有凹凸槽(93A、 93B)。
5、 根據權利要求1或3所述的一種雙穩態永磁機構真空斷路器， 其特徵在於在分閘狀態下鐵芯(93)與端蓋(96)接觸的一側端面 上帶有倒圓臺狀的凹坑，與之相對應的端蓋(96)的內側帶有倒圓臺 狀的凸起。
6、 根據權利要求2所述的一種雙穩態永磁機構真空斷路器，其 特徵在於所述的分閘緩衝器(11)為液壓緩衝器，液壓緩衝器的外 殼上位於活塞杆一端固定連接有導向套(12),導向套(12)上帶有 導向杆孔，在導向杆孔中安裝有導向杆(13)。
全文摘要
本發明涉及一種雙穩態永磁機構真空斷路器。包括分別與各電纜連接的分斷裝置，分斷裝置的控制端分別與從動拐臂鉸接，各從動拐臂固定連接到同一個旋轉軸上，旋轉軸上還固定連接有主動拐臂，主動拐臂與雙穩態永磁開關機構連接，雙穩態永磁開關機構的外殼中設置有輸出軸，輸出軸穿過外殼兩端的端蓋外伸，其中一端與主動拐臂鉸接，輸出軸上位於外殼內部的位置固定安裝有鐵芯，鐵芯的外側設置有永磁體，永磁體與外殼的內壁固定連接，永磁體的兩端與端蓋之間各設置一組脈衝線圈；主動拐臂上還連接有分閘助力彈簧。該斷路器分閘速度平穩、機械衝擊力小。
文檔編號H01H33/28GK101127281SQ200710015378
公開日2008年2月20日 申請日期2007年7月16日 優先權日2007年7月16日
發明者王光順 申請人:王光順