一种分离磁路型双稳态永磁操动机构的制作方法

1.本发明涉及永磁操动机构电气设计技术领域，特别涉及一种分离磁路型双稳态永磁操动机构。


背景技术：

2.随着真空开断技术的成熟，真空断路器已经在中压配电网领域得到了广泛的应用，目前真空断路器所使用的的操动机构主要以弹簧操动机构为主，其次还有单稳态永磁操动机构和双稳态永磁操动机构。传统双稳态永磁操动机构如图2所示。
3.当永磁机构处于合闸位置时，在分闸线圈（4）中通以直流电流，该电流所产生的磁场使动铁心所受的吸力减小，当此电流增大到一定值时，动铁心（2）所受的吸力之和小于动铁心（1）上的机械负载，此时动铁心向下运动。动铁心向下运动过程中，上端的磁阻增大，下端的磁阻减小。静铁心的上磁极对动铁心的吸力减小，下磁极对动铁心（1）的吸力增大。动铁心（1）向下的合力增大，使动铁心加速向下运动。这一过程一直持续到分闸动作结束为止。此时，永磁机构在永磁体（5、6）磁力的作用下，一直保持在分闸位置。合闸过程与分闸过程正好相反：在合闸线圈（3）中通电，线圈电流在下部间隙中产生反磁场，动铁心上受到的总吸力减小，当吸力小于动铁心上的机构负荷时，动铁心向上运动，最后达到合闸位置，合闸过程结束。在永磁体磁力的作用下，永磁机构保持在合闸位置。
4.传统双稳态永磁操动机构的结构主要是永磁体、电磁线圈、以及动铁芯等零件均安装在外磁轭（静铁芯）内部，其永磁磁通量与电磁磁通量共用磁路，在电磁驱动过程中，其铁芯会携带较大磁通穿过非工作电磁线圈，从而降低线圈工作效率，此外，两个电磁线圈布置在同一个腔体内，还会产生耦合效应，进一步降低了电磁线圈的工作效率，从而降低机构的出力特性，使断路器刚分速度、刚合速度难以提高。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种分离磁路型双稳态永磁操动机构，克服现有技术的不足，简化保持机构结构，提高可靠性，使出力特性更稳定，提高各功能部分的磁路分离后断路器的刚分速度和刚合速度，避免电磁线圈产生耦合影响工作效率，进一步优化双稳态永磁操动机构的性能。
6.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种分离磁路型双稳态永磁操动机构，包括保持机构、合闸驱动机构和分闸驱动机构，各部分机构之间通过驱动杆实现连接，其特征在于，所述合闸驱动机构设置在保持机构的上方，所述分闸驱动机构设置在保持机构的下方，所述保持机构设置于由上隔磁板、下隔磁板和立柱、螺栓组成的隔磁框架中。
7.所述保持机构，包括：水平设置在上隔磁板下方的上端板；水平设置在下隔磁板上方的下端板；设置在所述上端板与下端板之间的外磁轭；均匀环形分布在所述外磁轭内侧的永磁体，永磁体的磁极方向沿径向分布；设置在所述永磁体内侧的集磁环；设置在集磁环
内部的保持铁芯，保持铁芯与驱动杆固定连接；分别设置在永磁体上侧和下侧的导向环。
8.所述合闸驱动机构，包括：与所述上隔磁板的顶部固定连接的合闸静铁芯；设置在所述合闸静铁芯上方的合闸动铁芯，合闸动铁芯与驱动杆固定连接；镶嵌在所述合闸静铁芯内的合闸线圈，当合闸动铁芯和合闸静铁芯耦合后，形成磁闭合回路。
9.所述分闸驱动机构，包括：与所述下隔磁板的底侧固定连接的分闸静铁芯；设置在所述分闸静铁芯下部的分闸动铁芯，分闸动铁芯与驱动杆固定连接；镶嵌在所述分闸静铁芯内的分闸线圈，当分闸动铁芯和分闸静铁芯耦合后，形成磁闭合回路。
10.所述合闸线圈的上侧、下侧和内侧设置有连续的磁屏蔽层，合闸驱动机构在合闸驱动过程中，由合闸线圈产生的磁通量仅作用于所述合闸动铁芯与所述合闸静铁芯之间形成的工作气隙。
11.所述分闸线圈的上侧、下侧和内侧设置有连续的磁屏蔽层，分闸驱动机构在分闸驱动过程中，由分闸线圈产生的磁通量仅作用于所述分闸动铁芯与所述分闸静铁芯之间形成的工作气隙。
12.所述磁屏蔽层为0.5-3mm的6系铝合金。
13.所述导向环的材质为聚四氟乙烯环。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）合闸驱动机构与保持机构通过设置在两部分机构之间的上隔磁板实现磁路完全分离，分闸驱动机构与保持机构通过设置在两部分机构之间的下隔磁板实现磁路完全分离，在合闸或分闸驱动过程中，合闸或分闸驱动机构的工作磁路与保持机构的工作磁路完全隔离，可有效避免工作过程中因磁路耦合问题而降低合闸或分闸驱动线圈工作效率；2）合闸驱动机构在合闸驱动过程中，由合闸线圈产生的磁通量仅作用于合闸动铁芯与合闸静铁芯之间形成的工作气隙；分闸驱动机构在分闸驱动过程中，由分闸线圈产生的磁通量仅作用于分闸动铁芯与分闸静铁芯之间形成的工作气隙，当合闸或分闸驱动机构的工作磁路与保持机构的工作磁路解耦后，可有效降低合闸或分闸线圈的始动安匝数，进而降低合闸或分闸操作功率，有效提高机构工作效率及断路器的刚分速度及刚合速度。
附图说明
15.图1是本发明实施例结构示意图；图2是传统双稳态永磁操动机构结构示意图。
16.图中：1-静铁心；2-动铁心；3-合闸线圈；4-分闸线圈；5-永磁铁；6-永磁铁；7-驱动杆；8-合闸驱动机构；9-保持机构；10-分闸驱动机构；11-隔磁框架；12-驱动杆；21-导向环；22-永磁体；23-保持铁芯；24-集磁环；25-外磁轭；26-上端板；27-下端板；101-上隔磁板、102-下隔磁板；103-立柱、104-螺栓；201-合闸静铁芯；202-合闸动铁芯，203-合闸线圈；301-分闸静铁芯；302-分闸动铁芯，303-分闸线圈。
具体实施方式
17.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体
实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
20.见图1，是本发明一种分离磁路型双稳态永磁操动机构实施例结构示意图，包括保持机构9、合闸驱动机构8和分闸驱动机构10，各部分机构之间通过驱动杆12实现连接，合闸驱动机构8设置在保持机构9的上方，分闸驱动机构10设置在保持机构9的下方，保持机构9设置于由上隔磁板101、下隔磁板102和立柱103、螺栓104组成的隔磁框架11中。隔磁框架11使合闸或分闸驱动机构的工作磁路与保持机构的工作磁路完全隔离，可有效避免工作过程中因磁路耦合问题而降低合闸或分闸驱动线圈工作效率。
21.保持机构9包括水平设置在上隔磁板101下方的上端板26；水平设置在下隔磁板102上方的下端板27；设置在上端板26与下端板27之间的外磁轭25；均匀环形分布在外磁轭25内侧的永磁体22，永磁体22的磁极方向沿径向分布；设置在永磁体22内侧的集磁环24；设置在集磁环24内部的保持铁芯23，保持铁芯23与驱动杆12固定连接；分别设置在永磁体22上侧和下侧的导向环21，导向环21的材质为聚四氟乙烯环。
22.合闸驱动机构8包括与上隔磁板101的顶部固定连接的合闸静铁芯201；设置在合闸静铁芯201上方的合闸动铁芯202，合闸动铁芯202与驱动杆12固定连接；镶嵌在合闸静铁芯201内的合闸线圈203，当合闸动铁芯202和合闸静铁芯201耦合后，形成磁闭合回路。合闸静铁芯201与上隔磁板101用螺丝固定连接。
23.分闸驱动机构10，包括：与下隔磁板102的底侧固定连接的分闸静铁芯301；设置在分闸静铁芯301下部的分闸动铁芯302，分闸动铁芯302与驱动杆12固定连接；镶嵌在分闸静铁芯301内的分闸线圈303，当分闸动铁芯302和分闸静铁芯301耦合后，形成磁闭合回路。分闸静铁芯301与下隔磁板102用螺丝固定连接。
24.当驱动杆12沿轴线方向上下运动时，保持铁芯23、分闸动铁芯302和合闸动铁芯202可随驱动杆12同步移动，完成分闸或合闸操作。
25.合闸线圈203的上侧、下侧和内侧设置有连续的磁屏蔽层13，合闸驱动机构8在合闸驱动过程中，由合闸线圈203产生的磁通量仅作用于合闸动铁芯202与合闸静铁芯201之间形成的工作气隙。分闸线圈303的上侧、下侧和内侧设置有连续的磁屏蔽层13，分闸驱动机构10在分闸驱动过程中，由分闸线圈303产生的磁通量仅作用于分闸动铁芯302与分闸静铁芯301之间形成的工作气隙。磁屏蔽层13为2mm的6系铝合金制成。
26.结合图1，本发明实施例的合闸操作时：合闸线圈203得电，合闸线圈203得电后产生磁力，使驱动杆12带动合闸动铁芯202、分闸动铁芯302和保持铁芯23向下运动。当保持铁芯23运动到下端板27位置时，由永磁体22、外磁轭25、下端板27、保持铁芯23和集磁环24形成闭合磁路，使保持铁芯23保持在合闸位置。
27.分闸操作时：分闸线圈303得电，分闸线圈303得电后产生磁力，使驱动杆12带动合闸动铁芯202、分闸动铁芯302和保持铁芯23向上运动。当保持铁芯23运动到上端板26位置时，由永磁体22、外磁轭25、上端板26、保持铁芯23和集磁环24形成闭合磁路，使保持铁芯23
保持在分闸位置。
28.在分闸驱动过程中，分闸驱动机构10的工作磁路与保持机构9的工作磁路完全隔离，可有效避免工作过程中因磁路耦合问题而降低分闸线圈工作效率。而且分闸驱动机构10的工作磁路与保持机构9的工作磁路解耦后，可有效降低分闸线圈的始动安匝数，进而降低分闸操作功率，提高机构效率。合闸驱动过程同理，不再缀述。
29.本发明分离磁路型双稳态永磁操动机构设计合理，结构简单，可靠性高，出力特性稳定，各功能部分的磁路分离后可有效提高断路器的刚分速度和刚合速度，避免电磁线圈产生耦合影响工作效率。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
33.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种分离磁路型双稳态永磁操动机构，包括保持机构、合闸驱动机构和分闸驱动机构，各部分机构之间通过驱动杆实现连接，其特征在于，所述合闸驱动机构设置在保持机构的上方，所述分闸驱动机构设置在保持机构的下方，所述保持机构设置于由上隔磁板、下隔磁板和立柱、螺栓组成的隔磁框架中。2.根据权利要求1所述的一种分离磁路型双稳态永磁操动机构，其特征在于，所述保持机构，包括：水平设置在上隔磁板下方的上端板；水平设置在下隔磁板上方的下端板；设置在所述上端板与下端板之间的外磁轭；均匀环形分布在所述外磁轭内侧的永磁体，永磁体的磁极方向沿径向分布；设置在所述永磁体内侧的集磁环；设置在集磁环内部的保持铁芯，保持铁芯与驱动杆固定连接；分别设置在永磁体上侧和下侧的导向环。3.根据权利要求1所述的一种分离磁路型双稳态永磁操动机构，其特征在于，所述合闸驱动机构，包括：与所述上隔磁板的顶部固定连接的合闸静铁芯；设置在所述合闸静铁芯上方的合闸动铁芯，合闸动铁芯与驱动杆固定连接；镶嵌在所述合闸静铁芯内的合闸线圈，当合闸动铁芯和合闸静铁芯耦合后，形成磁闭合回路。4.根据权利要求1所述的一种分离磁路型双稳态永磁操动机构，其特征在于，所述分闸驱动机构，包括：与所述下隔磁板的底侧固定连接的分闸静铁芯；设置在所述分闸静铁芯下部的分闸动铁芯，分闸动铁芯与驱动杆固定连接；镶嵌在所述分闸静铁芯内的分闸线圈，当分闸动铁芯和分闸静铁芯耦合后，形成磁闭合回路。5.根据权利要求3所述的一种分离磁路型双稳态永磁操动机构，其特征在于，所述合闸线圈的上侧、下侧和内侧设置有连续的磁屏蔽层，合闸驱动机构在合闸驱动过程中，由合闸线圈产生的磁通量仅作用于所述合闸动铁芯与所述合闸静铁芯之间形成的工作气隙。6.根据权利要求4所述的一种分离磁路型双稳态永磁操动机构，其特征在于，所述分闸线圈的上侧、下侧和内侧设置有连续的磁屏蔽层，分闸驱动机构在分闸驱动过程中，由分闸线圈产生的磁通量仅作用于所述分闸动铁芯与所述分闸静铁芯之间形成的工作气隙。7.根据权利要求3或4所述的一种分离磁路型双稳态永磁操动机构，其特征在于，所述磁屏蔽层为0.5-3mm的6系铝合金。8.根据权利要求1所述的一种分离磁路型双稳态永磁操动机构，其特征在于，所述导向环的材质为聚四氟乙烯环。

技术总结
本发明涉及永磁操动机构电气设计技术领域，特别涉及一种分离磁路型双稳态永磁操动机构，包括保持机构、合闸驱动机构和分闸驱动机构，各部分机构之间通过驱动杆实现连接，其特征在于，所述合闸驱动机构设置在保持机构的上方，所述分闸驱动机构设置在保持机构的下方，所述保持机构设置于由上隔磁板、下隔磁板和立柱、螺栓组成的隔磁框架中。与现有技术相比，本发明的有益效果是：分闸电磁驱动磁路以及合闸电磁驱动磁路进行了隔离，有效避免各部分磁路在工作过程中相互的干扰，同时，本发明具有结构简单，可靠性高，出力特性稳定等特点。出力特性稳定等特点。出力特性稳定等特点。


技术研发人员：金凤阳 孙铁山 郭伟 刘贺 娄明 张秩瑞
受保护的技术使用者：正勤电气（沈阳）有限公司
技术研发日：2021.12.15
技术公布日：2022/3/8