高壓斷路器動(dòng)繞組式變氣隙永磁直線電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于輸變電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于高壓斷路器動(dòng)繞組式變氣隙永磁直線電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁直線電機(jī)一般用于直線驅(qū)動(dòng)環(huán)境，結(jié)構(gòu)大多采用電樞繞組放置在初級(jí)鐵心，永磁體放置在次級(jí)鐵心的方式，由于電機(jī)的快速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種布設(shè)方式的次級(jí)鐵心與電機(jī)殼體容易產(chǎn)生碰撞，次級(jí)鐵心上的永磁體會(huì)因?yàn)閺?qiáng)烈碰撞而產(chǎn)生退磁，從而影響電機(jī)直線運(yùn)動(dòng)。因此，讓電樞繞組運(yùn)動(dòng)，永磁體靜止方式的直線電機(jī)可解決永磁體因碰撞產(chǎn)生的退磁問(wèn)題。常規(guī)的電機(jī)初級(jí)鐵心與次級(jí)鐵心之間的氣隙均為定值，氣隙磁密也為恒定值，氣隙越大，磁密則越小，氣隙越小，磁密則越大。電機(jī)次級(jí)鐵心的直線運(yùn)動(dòng)速度與電機(jī)的電磁推力有關(guān)，電磁推力與電樞繞組電流和氣隙磁密成正比。當(dāng)氣隙恒定時(shí)，通過(guò)控制電樞繞組電流即可實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)速度，而電樞繞組電流的控制是通過(guò)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)用直線電機(jī)控制高壓斷路器動(dòng)觸頭進(jìn)行分合閘操作時(shí)，由于高壓斷路器動(dòng)觸頭分閘或合閘速度的要求是先慢，然后快，最后慢，這就要求對(duì)電樞繞組電流實(shí)現(xiàn)分段控制。但由于高壓斷路器分閘或合閘速度要求較高，使得電樞繞組電流達(dá)到200-300安培，這時(shí)電流分段控制就很難實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也降低了電樞繞組壽命和控制器的可靠性。因此，恒定氣隙的永磁直線電機(jī)在高壓斷路器分合閘操作過(guò)程中是不可行的，無(wú)法完成高壓斷路器分閘或合閘速度要求。高壓斷路器是電力系統(tǒng)中極其重要的電力設(shè)備，其運(yùn)行好壞直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，而高壓斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)又是其重要的組成部分，它不但要保證斷路器長(zhǎng)期的動(dòng)作可靠性，而且要滿足滅弧特性對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求。傳統(tǒng)斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)主要為電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)、彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)和液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)，這些操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)部件多，故障率較高，而且多在關(guān)鍵部位，容易引起操作失誤等問(wèn)題。復(fù)雜的操動(dòng)機(jī)構(gòu)致使操動(dòng)機(jī)構(gòu)的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、分散性大，其結(jié)構(gòu)不能完全滿足斷路器的運(yùn)動(dòng)特性和操作特性，從而無(wú)法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)對(duì)斷路器操作智能化的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種高壓斷路器動(dòng)繞組式變氣隙永磁直線電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，解決了現(xiàn)有的高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)零部件多，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)構(gòu)可控性和可靠性差的技術(shù)問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案解決以上技術(shù)問(wèn)題的:
[0005]—種高壓斷路器動(dòng)繞組式變氣隙永磁直線電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括永磁直線電機(jī)、電機(jī)控制器，斷路器滅弧室和支撐軸，在斷路器滅弧室中設(shè)置有動(dòng)觸頭和靜觸頭，電機(jī)控制器與永磁直線電機(jī)電連接在一起，V形擺桿的中部鉸接在支撐軸上，V形擺桿的一端與永磁直線電機(jī)的輸出軸鉸接在一起，V形擺桿的另一端與傳動(dòng)連桿的下端鉸接在一起，傳動(dòng)連桿的上端通過(guò)絕緣拉桿連接頭與絕緣拉桿的下端連接在一起，絕緣拉桿的上端通過(guò)斷路器觸頭彈簧接頭與觸頭彈簧的下端連接在一起，觸頭彈簧的上端與斷路器滅弧室中的動(dòng)觸頭連接在一起。
[0006]在永磁直線電機(jī)中的初級(jí)鐵心上，沿從左向右的水平方向依次設(shè)置有第一永磁體環(huán)、第二永磁體環(huán)和第三永磁體環(huán)，在第一永磁體環(huán)與第二永磁體環(huán)之間設(shè)置有第一非導(dǎo)磁間隔環(huán)，在第二永磁體環(huán)與第三永磁體環(huán)之間設(shè)置有第二非導(dǎo)磁間隔環(huán)，第一永磁體環(huán)與次級(jí)鐵心上的電樞繞組之間的間隙為3.5毫米，第二永磁體環(huán)與次級(jí)鐵心上的電樞繞組之間的間隙為0.5毫米，第三永磁體環(huán)與次級(jí)鐵心上的電樞繞組之間的間隙為2毫米，在初級(jí)鐵心的左外側(cè)面上設(shè)置有左輔助永磁體環(huán)，在初級(jí)鐵心的右外側(cè)面上設(shè)置有右輔助永磁體環(huán)；在永磁直線電機(jī)的輸出主軸的左端套接有霍爾位置傳感器。
[0007]本發(fā)明所提出的高壓斷路器動(dòng)繞組式變氣隙永磁直線電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，將傳統(tǒng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件簡(jiǎn)化為唯一的部件旋轉(zhuǎn)的電機(jī)軸，極大地減少了操動(dòng)機(jī)構(gòu)零部件，提高了操動(dòng)機(jī)構(gòu)的可靠性。采用直線電機(jī)對(duì)斷路器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，速度響應(yīng)快，運(yùn)動(dòng)過(guò)程可控性好。本發(fā)明提出的永磁直線電機(jī)根據(jù)高壓斷路器的速度特性要求，采用動(dòng)繞組式變氣隙結(jié)構(gòu)，使永磁直線電機(jī)在運(yùn)動(dòng)性能上與高壓斷路器的速度特性相匹配。這種結(jié)構(gòu)一方面提高了永磁直線電機(jī)的起動(dòng)電磁推力，產(chǎn)生較大的加速度，能實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)作并且迅速實(shí)現(xiàn)制動(dòng)；另一方面減小了對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械沖擊，增加了高壓斷路器和操動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械壽命。本發(fā)明提出的在分合閘位置直接利用輔助永磁體產(chǎn)生的電磁吸力來(lái)使高壓斷路器維持在分合閘位置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠，有效避免了斷路器的合閘彈跳，提高了操動(dòng)機(jī)構(gòu)和斷路器關(guān)合操作的可靠性。由于高壓斷路器的運(yùn)動(dòng)時(shí)間短速度快，為防止永磁體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中碰撞導(dǎo)致失磁，本發(fā)明提出了動(dòng)繞組式變氣隙永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，即將繞組放置在移動(dòng)的次級(jí)鐵芯上，永磁體放置在靜止的初級(jí)鐵芯上。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2是本發(fā)明的永磁直線電機(jī)1的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0011]—種高壓斷路器動(dòng)繞組式變氣隙永磁直線電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括永磁直線電機(jī)1、電機(jī)控制器2，斷路器滅弧室11和支撐軸5，在斷路器滅弧室11中設(shè)置有動(dòng)觸頭12和靜觸頭13，電機(jī)控制器2與永磁直線電機(jī)1電連接在一起，其特征在于，V形擺桿4的中部鉸接在支撐軸5上，V形擺桿4的一端與永磁直線電機(jī)1的輸出軸3鉸接在一起，V形擺桿4的另一端與傳動(dòng)連桿6的下端鉸接在一起，傳動(dòng)連桿6的上端通過(guò)絕緣拉桿連接頭7與絕緣拉桿8的下端連接在一起，絕緣拉桿8的上端通過(guò)斷路器觸頭彈簧接頭9與觸頭彈簧10的下端連接在一起，觸頭彈簧10的上端與斷路器滅弧室11中的動(dòng)觸頭12連接在一起。
[0012]在永磁直線電機(jī)1中的初級(jí)鐵心14上，沿從左向右的水平方向依次設(shè)置有第一永磁體環(huán)17、第二永磁體環(huán)18和第三永磁體環(huán)19，在第一永磁體環(huán)17與第二永磁體環(huán)18之間設(shè)置有第一非導(dǎo)磁間隔環(huán)20，在第二永磁體環(huán)18與第三永磁體環(huán)19之間設(shè)置有第二非導(dǎo)磁間隔環(huán)21，第一永磁體環(huán)17與次級(jí)鐵心15上的電樞繞組16之間的間隙δ 3.5毫米，第二永磁體環(huán)18與次級(jí)鐵心15上的電樞繞組16之間的間隙δ 2為0.5毫米，第三永磁體環(huán)19與次級(jí)鐵心15上的電樞繞組16之間的間隙δ 3為2毫米，在初級(jí)鐵心14的左外側(cè)面上設(shè)置有左輔助永磁體環(huán)22，在初級(jí)鐵心14的右外側(cè)面上設(shè)置有右輔助永磁體環(huán)23 ;在永磁直線電機(jī)1的輸出主軸的左端套接有霍爾位置傳感器24。
[0013]初級(jí)鐵心14和次級(jí)鐵心15由DW470型硅鋼片疊成，電機(jī)的輸出軸3選用10號(hào)鋼鍛造，第一永磁體環(huán)17、第二永磁體環(huán)18和第三永磁體環(huán)19的型號(hào)均為Ν38型釹鐵硼永磁體。當(dāng)次級(jí)鐵心15運(yùn)動(dòng)至斷路器合閘或分閘位置時(shí)，即位移到最左側(cè)或最右側(cè)時(shí)，利用磁通最短路徑原則，通過(guò)左輔助永磁體環(huán)22和右輔助永磁體環(huán)23產(chǎn)生的永磁吸力使次級(jí)鐵心15與初級(jí)鐵心14吸合在一起，確保了斷路器在規(guī)定的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)并在分合閘位置實(shí)現(xiàn)保持。
[0014]永磁直線電機(jī)1中的第一永磁體環(huán)17與次級(jí)鐵心15上的電樞繞組16之間的間隙S:為3.5毫米，第二永磁體環(huán)18與次級(jí)鐵心15上的電樞繞組16之間的間隙δ 2為0.5毫米，第三永磁體環(huán)19與次級(jí)鐵心15上的電樞繞組16之間的間隙δ 3為2毫米。這種變氣隙結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于斷路器分閘運(yùn)動(dòng)過(guò)程，在接觸行程階段，在接觸行程階段，氣隙長(zhǎng)度較小，本實(shí)施方式中取氣隙長(zhǎng)度為2毫米，使得氣隙磁密較大，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供的電磁轉(zhuǎn)矩較大，從而能使斷路器得到較大的剛分速度；在斷路器剛分后3/4開距階段，氣隙長(zhǎng)度最小，為0.5毫米，這個(gè)氣隙長(zhǎng)度下驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供的電磁轉(zhuǎn)矩最大，可達(dá)到獲得最快的平均分閘轉(zhuǎn)速以滿足斷路器的速度特性要求；在分閘位置前1/4開距，氣隙長(zhǎng)度最大為3.5毫米，使得電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩減小，有利于減小對(duì)電機(jī)及斷路器的機(jī)械沖擊。變氣隙結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上保證了驅(qū)動(dòng)電機(jī)與斷路器的速度特性相匹配。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高壓斷路器動(dòng)繞組式變氣隙永磁直線電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括永磁直線電機(jī)(1)、電機(jī)控制器(2)，斷路器滅弧室(11)和支撐軸(5)，在斷路器滅弧室(11)中設(shè)置有動(dòng)觸頭(12)和靜觸頭(13)，電機(jī)控制器(2)與永磁直線電機(jī)(1)電連接在一起，其特征在于，V形擺桿(4)的中部鉸接在支撐軸(5)上，V形擺桿(4)的一端與永磁直線電機(jī)(1)的輸出軸(3)鉸接在一起，V形擺桿(4)的另一端與傳動(dòng)連桿(6)的下端鉸接在一起，傳動(dòng)連桿(6)的上端通過(guò)絕緣拉桿連接頭(7 )與絕緣拉桿(8 )的下端連接在一起，絕緣拉桿(8 )的上端通過(guò)斷路器觸頭彈簧接頭(9)與觸頭彈簧(10)的下端連接在一起，觸頭彈簧(10)的上端與斷路器滅弧室(11)中的動(dòng)觸頭(12)連接在一起。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓斷路器動(dòng)繞組式變氣隙永磁直線電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于，在永磁直線電機(jī)(1)中的初級(jí)鐵心(14)上，沿從左向右的水平方向依次設(shè)置有第一永磁體環(huán)(17)、第二永磁體環(huán)(18)和第三永磁體環(huán)(19)，在第一永磁體環(huán)(17)與第二永磁體環(huán)(18)之間設(shè)置有第一非導(dǎo)磁間隔環(huán)(20)，在第二永磁體環(huán)(18)與第三永磁體環(huán)(19)之間設(shè)置有第二非導(dǎo)磁間隔環(huán)(21 )，第一永磁體環(huán)(17)與次級(jí)鐵心(15)上的電樞繞組(16)之間的間隙(δ 0為3.5毫米，第二永磁體環(huán)(18)與次級(jí)鐵心(15)上的電樞繞組(16)之間的間隙(δ 2)為0.5毫米，第三永磁體環(huán)(19)與次級(jí)鐵心(15)上的電樞繞組(16)之間的間隙(S 3)為2毫米，在初級(jí)鐵心(14)的左外側(cè)面上設(shè)置有左輔助永磁體環(huán)(22)，在初級(jí)鐵心(14)的右外側(cè)面上設(shè)置有右輔助永磁體環(huán)(23);在永磁直線電機(jī)(1)的輸出主軸的左端套接有霍爾位置傳感器(24 )。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高壓斷路器動(dòng)繞組式變氣隙永磁直線電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，解決了現(xiàn)有的高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)零部件多，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)構(gòu)可控性和可靠性差的問(wèn)題。包括V形擺桿（4）的中部鉸接在支撐軸（5）上，V形擺桿（4）的一端與永磁直線電機(jī)（1）的輸出軸（3）鉸接在一起，V形擺桿（4）的另一端與傳動(dòng)連桿（6）的下端鉸接在一起，傳動(dòng)連桿（6）的上端通過(guò)絕緣拉桿連接頭（7）與絕緣拉桿（8）的下端連接在一起，絕緣拉桿（8）的上端通過(guò)斷路器觸頭彈簧接頭（9）與觸頭彈簧（10）的下端連接在一起，觸頭彈簧（10）的上端與斷路器滅弧室（11）中的動(dòng)觸頭（12）連接在一起。提高了操動(dòng)機(jī)構(gòu)和斷路器關(guān)合操作的可靠性。
【IPC分類】H01H3/26
【公開號(hào)】CN205122408
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520855252
【發(fā)明人】李永祥, 王天正, 晉濤, 王志鵬
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年10月29日