專利名稱：電磁斥力系統(tǒng)和永磁系統(tǒng)相耦合的自適應(yīng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)斷路器中使用的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，特別涉及電磁斥力系統(tǒng) 和永磁系統(tǒng)相耦合的自適應(yīng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前真空斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)、彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)和永磁 操動(dòng)機(jī)構(gòu)等。
電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)在真空斷路器發(fā)展初期得到了比較廣泛的應(yīng)用，但是電磁 操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)笨重，動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)。
彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是真空斷路器最常用的一類操動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的優(yōu)點(diǎn)是不需要 大功率的直流電源，只需要一個(gè)小功率的交直流兩用的儲(chǔ)能電動(dòng)機(jī)，其缺點(diǎn) 是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，零件數(shù)量多，且要求加工精度高，故障率較高。并且彈簧 操動(dòng)機(jī)構(gòu)的出力特性與真空斷路器的負(fù)載特性不相匹配，要在輪廓曲線和連 桿結(jié)構(gòu)上進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。
永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種發(fā)展時(shí)間較短的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，它使用永磁體取代了傳 統(tǒng)的鎖扣裝置實(shí)現(xiàn)真空斷路器分、合閘位置的保持(有時(shí)只用永磁體作合閘 保持而不作分閘保持)，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)工作時(shí)主要運(yùn)動(dòng)部件只有一個(gè)，分、合 閘電流小，對(duì)操作電源的要求較低，其噪音也低。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn) 單，動(dòng)作可靠性高，機(jī)械壽命長(zhǎng)，體積小，重量輕。但在目前條件下，永磁 操動(dòng)機(jī)構(gòu)也無(wú)法達(dá)到非常高的動(dòng)作速度。
文獻(xiàn)《快速電磁推力致動(dòng)機(jī)構(gòu)》中介紹了一種快速電磁推力致動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征是設(shè)置在沿其移動(dòng)方向上受到疊加的電磁力和碟簧推力的致動(dòng)桿，該 機(jī)構(gòu)設(shè)置疊加的電磁力和碟簧推力使致動(dòng)桿實(shí)現(xiàn)致動(dòng)操作，其體積小且能產(chǎn) 生較大的操作功和操作速度，實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)作。該裝置利用"人"字型碟簧筒 內(nèi)可調(diào)節(jié)的具有一定壓力的碟簧實(shí)現(xiàn)鎖扣。
文獻(xiàn)《A DC Hybrid Circuit Breaker With Ultra-Fast Contact Opening and Integrated Gate-Commutated Thyristors (IGCTs)》中提出了結(jié)合電磁斥力裝置 (Thomson drive)和永磁機(jī)構(gòu)的快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)，該裝置使用電磁斥力裝置作為 分閘動(dòng)力，利用永磁機(jī)構(gòu)進(jìn)行分、合閘位置保持，該裝置無(wú)需機(jī)械鎖扣，應(yīng) 用于文中提出的斷路器中時(shí)的平均動(dòng)作速度達(dá)到10m/s。
上述快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)中使用的電磁斥力裝置都采用了圓餅狀的渦流盤，當(dāng) 快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)需要帶動(dòng)的負(fù)載較大時(shí)，需要電磁斥力裝置提供非常大的電磁 斥力才能達(dá)到較快的動(dòng)作速度，此時(shí)為了提高電磁斥力機(jī)構(gòu)渦流盤的機(jī)械強(qiáng) 度，必然需要增加渦流盤的厚度，從而導(dǎo)致渦流盤質(zhì)量的大幅增加，使操動(dòng) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)慣量明顯增大，不利于操動(dòng)機(jī)構(gòu)在大負(fù)載情況下進(jìn)行快 速操動(dòng)；同時(shí)上述快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)只提供了唯一的分閘動(dòng)作方案，即利用電磁 斥力裝置實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)作分閘，當(dāng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行斷路器的短路分閘時(shí)，快速動(dòng) 作是非常必要的，但在斷路器的使用過(guò)程中，短路分閘并不常見，而額定電 流下和空載時(shí)的分閘則較為頻繁，頻繁的高速動(dòng)作將對(duì)斷路器各方面的強(qiáng)度 提出很高的要求，不利于保證斷路器較長(zhǎng)的使用壽命。 發(fā)朋內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種電磁斥力系統(tǒng)和永 磁系統(tǒng)相耦合的自適應(yīng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)行可靠性高，使用壽命長(zhǎng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明包括驅(qū)動(dòng)桿，驅(qū)動(dòng)桿通過(guò)電磁斥力裝置線圈安裝板中間的孔與電 磁斥力裝置金屬渦流盤相連，電磁斥力裝置金屬渦流盤與單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)相 連接，單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)的另一端與分閘彈簧相連接，分閘彈簧的另一端連接 在固定框架上，電磁斥力裝置線圈固定于電磁斥力裝置線圈安裝板上，電磁 斥力裝置線圈的一端與電磁斥力裝置線圈供電電容的一端相連接，電磁斥力 裝置線圈的另一端、電磁斥力裝置線圈供電電容的另一端分別與電子監(jiān)控模 塊連接，電子監(jiān)控模塊與單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)的線圈的一端相連，單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī) 構(gòu)的線圈的另一端與單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)線圈分閘供電電容和單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)線 圈合閘供電電容并聯(lián)，單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)線圈分閘供電電容和單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu) 線圈合閘供電電容分別連接在電子監(jiān)控模塊上。
所述的固定框架上還固定有緩沖器。 本發(fā)明的效果體現(xiàn)在
1) 本發(fā)明采用了圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的電磁斥力裝置渦流盤，相對(duì)于圓餅狀的渦流 盤而言，在保持渦流盤機(jī)械強(qiáng)度和出力能力的同時(shí)，很大程度地減小 了操動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量的增加，能夠較大地提高操動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)負(fù) 載的能力。
2) 本發(fā)明采用了自適應(yīng)型的動(dòng)作方案，避免了斷路器頻繁的高速動(dòng)作， 減輕了斷路器的機(jī)械強(qiáng)度要求，能有效地延長(zhǎng)斷路器的動(dòng)作壽命。


圖1為本發(fā)明在合閘保持狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明在分閘保持狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
參見圖l、圖2所示，本發(fā)明主要由電磁斥力裝置和單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)通過(guò) 可軸向移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)桿聯(lián)接構(gòu)成。
電磁斥力裝置具有固定設(shè)置在驅(qū)動(dòng)桿1上的電磁斥力裝置金屬渦流盤4 和電磁斥力裝置線圈安裝板2上的電磁斥力裝置線圈3，電磁斥力裝置線圈 安裝板2可固定于本發(fā)明所應(yīng)用的斷路器框架上，電子監(jiān)控模塊14控制電磁 斥力裝置線圈供電電容11對(duì)電磁斥力裝置線圈3進(jìn)行供電。
單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)具有固定設(shè)置在驅(qū)動(dòng)桿上的單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)動(dòng)鐵芯8，固 定于本發(fā)明所應(yīng)用斷路器框架上的單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)靜鐵芯6，與單穩(wěn)態(tài)永磁 機(jī)構(gòu)靜鐵芯6固聯(lián)的單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)永磁體5和單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)線圈7，以 及一端與驅(qū)動(dòng)桿固聯(lián)、另一端與固定框架16固聯(lián)的分閘彈簧9，電子監(jiān)控模 塊14控制預(yù)充電的單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)線圈分閘供電電容12和單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu) 線圈合閘供電電容13，針對(duì)不同的工作狀態(tài)對(duì)單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)線圈7進(jìn)行供 電。
相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)置還包括固聯(lián)于固定框架16上的緩沖裝置IO，緩沖裝置10 的緩沖帽與驅(qū)動(dòng)桿1位于同一軸線上。
整個(gè)機(jī)構(gòu)為圓形結(jié)構(gòu)，所有部件關(guān)于驅(qū)動(dòng)桿軸向?qū)ΨQ。 該機(jī)構(gòu)的工作原理如下
快速短路分閘電子監(jiān)控模塊14控制預(yù)充電的電磁斥力裝置線圈供電電 容11對(duì)電磁斥力裝置線圈3放電產(chǎn)生高頻電流和磁場(chǎng),在高頻磁場(chǎng)的作用下，電磁斥力裝置金屬渦流盤4中感應(yīng)出與電磁斥力裝置線圈3中電流反向的渦 流，線圈電流和渦流各自產(chǎn)生的磁場(chǎng)呈反向關(guān)系，二者相互作用產(chǎn)生互斥電 動(dòng)力，渦流盤帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿沿軸向運(yùn)動(dòng)，使驅(qū)動(dòng)桿到達(dá)分閘保持位置(圖2)， 由處于拉伸狀態(tài)的分閘彈簧9使驅(qū)動(dòng)桿1維持在分閘保持位置。額定電流下、空載時(shí)的常速分閘動(dòng)作電子監(jiān)控模塊14控制預(yù)充電的單 穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)線圈分閘供電電容12對(duì)單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)線圈7放電，該電流在 動(dòng)鐵芯上端產(chǎn)生與永磁體磁場(chǎng)相反的磁場(chǎng)，使動(dòng)鐵芯受到的向上的合力小于 向下的合力，動(dòng)鐵芯帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿沿軸向向下運(yùn)動(dòng)到達(dá)分閘保持位置，如圖2， 處于拉伸狀態(tài)的分閘彈簧9使驅(qū)動(dòng)桿1維持在分閘保持位置。合閘電子監(jiān)控模塊14控制與單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)分閘供電電容12預(yù)充電電 壓相反的單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)合閘供電電容13對(duì)單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)線圈7放電，該 電流在靜鐵芯內(nèi)部產(chǎn)生與永磁體磁場(chǎng)方向相同的磁場(chǎng)，使動(dòng)鐵芯上端受到的 磁吸力增大，向上的合力大于向下的合力，動(dòng)鐵芯帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿沿軸向向上運(yùn) 動(dòng)到達(dá)合閘保持位置，如圖1，由單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)永磁體5產(chǎn)生磁吸力使驅(qū) 動(dòng)桿維持在合閘保持位置。
權(quán)利要求
1、電磁斥力系統(tǒng)和永磁系統(tǒng)相耦合的自適應(yīng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)桿(1)，其特征在于，驅(qū)動(dòng)桿(1)通過(guò)電磁斥力裝置線圈安裝板(2)中間的孔與電磁斥力裝置金屬渦流盤(4)相連，電磁斥力裝置金屬渦流盤(4)與單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)(15)相連接，單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)(15)的另一端與分閘彈簧(9)相連接，分閘彈簧(9)的另一端連接在固定框架(16)上，電磁斥力裝置線圈(3)固定于電磁斥力裝置線圈安裝板(2)上，電磁斥力裝置線圈(3)的一端與電磁斥力裝置線圈供電電容(11)的一端相連接，電磁斥力裝置線圈(3)的另一端、電磁斥力裝置線圈供電電容(11)的另一端分別與電子監(jiān)控模塊(14)連接，電子監(jiān)控模塊(14)與單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)(15)的線圈的一端相連，單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)(15)的線圈的另一端與單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)線圈分閘供電電容(12)和單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)線圈合閘供電電容(13)并聯(lián)，單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)線圈分閘供電電容(12)和單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)線圈合閘供電電容(13)分別連接在電子監(jiān)控模塊(14)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁斥力系統(tǒng)和永磁系統(tǒng)相耦合的自適應(yīng)操動(dòng) 機(jī)構(gòu)，其特征在于，緩沖器(10)固定在固定框架(16)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了電磁斥力系統(tǒng)和永磁系統(tǒng)相耦合的自適應(yīng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，本發(fā)明采用了圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的電磁斥力裝置渦流盤，相對(duì)于圓餅狀的渦流盤而言，在保持渦流盤機(jī)械強(qiáng)度和出力能力的同時(shí)，很大程度地減小了操動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量的增加，能夠較大地提高操動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力。本發(fā)明采用了自適應(yīng)型的動(dòng)作方案，避免了斷路器頻繁的高速動(dòng)作，減輕了斷路器的機(jī)械強(qiáng)度要求，能有效地延長(zhǎng)斷路器的動(dòng)作壽命。
文檔編號(hào)H01H3/28GK101315836SQ20081015006
公開日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者史宗謙, 宋曉川, 朱天勝, 王立軍, 賈申利 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)