專利名稱：一種斷路器中的操動機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種斷路器，特別是關(guān)于一種斷路器中的操動機構(gòu)。
背景技術(shù)：
為保護(hù)敏感電負(fù)荷并改善電能質(zhì)量，世界各國正在研制各種專用裝置，包括
UPS、動態(tài)電壓恢復(fù)器、故障限流器、固態(tài)切換開關(guān)、快速斷路器等，其中快速斷
路器的綜合經(jīng)濟(jì)效益最佳?？焖贁嗦菲骷瓤梢钥焖偻肚芯€路以提高供電可靠性或?qū)?br> 現(xiàn)故障限流；還可以準(zhǔn)確控制合、分閘相位實現(xiàn)同步操作，大幅度降低操作過電壓 和涌流。
操動機構(gòu)是斷路器的設(shè)計核心，目前高壓斷路器普遍采用的彈簧操動機構(gòu)、電 磁操動機構(gòu)、永磁操動機構(gòu)或液壓操動機構(gòu)的合閘時間范圍一般為40ms 60ms，分 閘時間范圍一般為20ms 40ms。電磁斥力操動機構(gòu)依靠預(yù)充電電容器對電感線圈放 電瞬時與推斥盤中的感應(yīng)渦流產(chǎn)生脈沖電磁斥力來脫扣和動作，出力十分迅速，呈 脈沖特性，可快速驅(qū)動電極運動實現(xiàn)斷路器的快速合、分閘，采用電磁斥力操動機 構(gòu)的高壓斷路器動作時間只有常規(guī)斷路器的十分之一左右，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高， 是一種很有前景的新型開關(guān)設(shè)備。在電磁斥力操動機構(gòu)中，電磁斥力峰值出現(xiàn)時刻 的控制是設(shè)計的最關(guān)鍵技術(shù)，其決定了電磁斥力操動機構(gòu)的輸出特性以及機構(gòu)的效 率。
國外對電磁斥力操動機構(gòu)的研究以日本比較深入，日本三菱公司研究電磁斥力 操動機構(gòu)最早，他們以有限元法為基礎(chǔ)，使用運動復(fù)合電磁場解析法進(jìn)行仿真，開 發(fā)了快速斷路器用電磁斥力操動機構(gòu)，合、分閘保持力由單片碟簧提供。
國內(nèi)目前尚處于該領(lǐng)域研究的起步階段。清華大學(xué)對電磁斥力操動機構(gòu)提出了 一種基于等效電路的動態(tài)特性仿真策略，以及在此基礎(chǔ)上的基于時間和位移雙層循 環(huán)的離散迭代算法，在保持力提供方面有碟簧和彈簧兩種方式；大連理工大學(xué)也在 此領(lǐng)域內(nèi)開展過一些試驗，在保持力提供方面采用永磁保持方式，優(yōu)點是保持力可 以做得很大，機械耐久性優(yōu)異，但其動鐵心運動質(zhì)量很大，在快速運動中產(chǎn)生巨大 的合閘動能，容易導(dǎo)致嚴(yán)重的合閘彈跳。國內(nèi)目前多以理論研究為主，沒有真正應(yīng) 用實際并結(jié)合現(xiàn)有高壓斷路器操動機構(gòu)技術(shù)綜合提出一種高性能的操動機構(gòu)。 發(fā)明內(nèi)容針對以上問題，本實用新型的目的是提供一種高性能的斷路器中的操動機構(gòu)。 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術(shù)方案 一種斷路器中的操動機構(gòu)， 其特征在于它包括一電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)，所述電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)的下方設(shè)置一雙 穩(wěn)態(tài)組合碟簧保持機構(gòu)；
所述電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)包括兩個放電回路，與兩所述放電回路分別連接的設(shè)置 在上、下支撐板上的分閘線圈和合閘線圈，所述分閘線圈與合閘線圈之間通過螺栓 留有一間隙，且連接成一體，所述間隙內(nèi)設(shè)置有一推斥盤，在所述推斥盤上固定穿 設(shè)一推斥桿，所述推斥桿上、下端分別滑動穿設(shè)過所述分閘線圈和合閘線圈，在所 述推斥桿上端穿露出所述分閘線圈的部位與一光電傳感器對應(yīng)，設(shè)置一傳感器遮光 板；
所述雙穩(wěn)態(tài)組合碟簧保持機構(gòu)包括一保持力桿，其上端與所述推斥桿下端連 接，所述保持力桿上固定設(shè)置有多個簧擋，在所述簧擋上頂設(shè)有至少兩片相對設(shè)置 的碟簧，所述碟簧的周邊固定連接在多個長螺柱上，所述長螺柱的頂部固定連接所 述下支撐板上。
所述保持力桿上滑動設(shè)置有一徑向限位板。
所述推斥桿為連接成一體的上、下兩部分。
所述兩部分推斥桿通過螺紋連接后，在所述連接處穿設(shè)一脹銷。 所述分閘線圈和合閘線圈分別絕緣固封在一模具中。
所述分閘線圈和合閘線圈表面敷有聚酰亞胺膜層，并在匝間填充混合有固化劑 的環(huán)氧膠，所述分閘線圈和合閘線圈與固封模具的空隙間澆注有混合有固化劑的環(huán) 氧膠。
本實用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、由于采用本實用新 型，使斷路器具有極快的運動速度分閘速度為2.8m/s 3.0m/s，合閘速度為 1.6m/s 2.0m/s。 2、本實用新型由于采用電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)和雙穩(wěn)態(tài)組合碟簧保 持機構(gòu)的組合，既避免了斥力峰值出現(xiàn)過早導(dǎo)致速度下降，又避免了斥力峰值出現(xiàn) 過晚導(dǎo)致啟動時間延長，使得全行程速度接近線性、運動平穩(wěn)。3、本實用新型結(jié) 構(gòu)簡單，雙穩(wěn)態(tài)組合碟簧保持機構(gòu)運動質(zhì)量和沖擊動能小，出力特性設(shè)計簡單、靈 活。4、本實用新型采用環(huán)氧澆注固體封裝線圈結(jié)構(gòu)，不僅保證了絕緣性能，而且 加強了機械強度。5、本實用新型采用光電傳感器，固有響應(yīng)時間小于O. lras，實測 位置回報時間為0. 7ms，實現(xiàn)了位置的快速回報，充分保證下一個操作的及時性。6、 本實用新型的推斥盤采用高電導(dǎo)率材料，推斥桿采用高強度的、低磁導(dǎo)率和低電導(dǎo) 率的材料，既有利于設(shè)計驅(qū)動力，又增強了抗沖擊強度。7、本實用新型的電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)和雙穩(wěn)態(tài)組合碟簧保持機構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)，既為系統(tǒng)提供了強勁的驅(qū)動
力，又為系統(tǒng)提供了持續(xù)的保持力，可廣泛應(yīng)用于斷路器設(shè)計中。


圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本實用新型電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)的運動示意圖
圖3是本實用新型傳感器遮光板和光電傳感器位置關(guān)系圖
圖4是圖3的俯視示意圖
圖5是本實用新型推斥盤和推斥桿的一個實施例示意圖 圖6是本實用新型線圈示意圖 圖7是本實用新型線圈模具示意圖具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)地說明。
如圖1所示，本實用新型是為斷路器的合、分閘提供力的部分，設(shè)置在斷路器 箱體(圖中未示出)中，主要由電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)1和雙穩(wěn)態(tài)組合碟簧保持機構(gòu)2 兩部分組成。電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)l在上方，為斷路器提供合閘或分閘瞬時驅(qū)動力； 雙穩(wěn)態(tài)組合碟簧保持機構(gòu)2在電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)1的下方，中間通過各自的傳動桿 連接，周邊通過若干根長螺柱3進(jìn)行連接，雙穩(wěn)態(tài)組合碟簧保持機構(gòu)2為斷路器合、 分閘位置提供持續(xù)的保持力。
如圖1、圖2所示，電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)1包括兩個原理相同的高頻放電回路11、 12，兩高頻放電回路11、 12分別連接一分閘線圈13和合閘線圈14，分閘線圈13 和合閘線圈14之間留有一間隙，并分別固定在一上、下支撐板15、 16上，兩支撐 板15和16都為絕緣材料制成，通過若干螺栓17連接成一體。在分閘線圈13和合 閘線圈14的間隙內(nèi)設(shè)置有一推斥盤18，推斥盤18中心固定穿接一推斥桿19，推 斥桿19的兩端分別穿過分閘線圈13和合閘線圈14的中心。
如圖3、圖4所示，推斥桿19的上端穿設(shè)出分閘線圈13的部位，鑲嵌或焊接 有一傳感器遮光板4，另有一光電傳感器5吊設(shè)在遮光板4旁邊，當(dāng)推斥桿19上下 運動時，遮光板4能使光電傳感器5遮光或入光。當(dāng)遮光板4擋住光電傳感器5時 為遮光，此時光電傳感器5就會發(fā)出合閘位置信號，反之，就會發(fā)出分閘位置信號。 光電傳感器5通過反饋系統(tǒng)將信號傳給智能脈沖電源。
如圖1所示，雙穩(wěn)態(tài)組合碟簧保持機構(gòu)2位于電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)1的下方，中 間通過一保持力桿21與電磁斥力機構(gòu)1上的推斥桿19相連。保持力桿21的下方 滑動穿設(shè)過一限位板22，限位板22對保持力桿21有導(dǎo)向作用，限制保持力桿21的左右擺動，而只允許其上下滑動，限位板22的周邊固定穿設(shè)在如前所述的多個
長螺栓3上；在保持力桿21上還固定設(shè)置有多個簧擋23。另有多片碟簧24沿保持 力桿21上、下向心布置，每片碟簧24中心部位各貼附于一片簧擋23上，上方的 碟簧24附于簧擋23的下方，下方的碟簧24附于簧擋23的上方，并且在初始安裝 時都設(shè)置一預(yù)壓力，多片碟簧24中至少有兩片向心對稱設(shè)置；碟簧24的周邊固定 穿設(shè)在如前所述的多個長螺栓3上，各長螺栓3的上部與電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)1的下 支撐板16固定連接成一體，各長螺栓3下端再與斷路器箱體(圖中未示出)固定 連接。
如圖2、圖3所示，本實用新型使用時，假設(shè)初始光電傳感器4發(fā)出分閘位置 的信號，智能脈沖電源就可以命令高頻放電回路12對合閘線圈14放電，產(chǎn)生高頻 脈沖電流及磁場，此時，推斥盤16還處于分閘工作的停止?fàn)顟B(tài)(即在合閘線圈14 的上端)，因此在脈沖磁場的作用下，處于合閘線圈14上端的推斥盤16就會快速 感應(yīng)出渦流，渦流在磁場的作用下產(chǎn)生電動力，從而帶動推斥桿19向上運動，為 合閘提供驅(qū)動力。當(dāng)推斥桿19向上運動后，遮光板18就會脫離光電傳感器19而 不再遮光，光電傳感器19也就不再發(fā)出分閘位置信號。反之，當(dāng)光電傳感器19為 入光狀態(tài)時，就會發(fā)出合閘位置信號，智能脈沖電源就可以命令高頻放電回路11 對分閘線圈13放電，在脈沖磁場的作用下，處于分閘線圈13下端的推斥盤16就 會向下運動作功，從而帶動推斥桿19向下運動，為分閘提供驅(qū)動力。而因為在初 始安裝時，每片碟簧24都有一預(yù)壓力，所以遇電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)1合閘時，隨著 保持力桿21的向上運動，碟簧24在合閘到位后能提供持續(xù)的合閘保持力；遇電磁 斥力驅(qū)動機構(gòu)1分閘時，隨著保持力桿21的向下運動，碟簧24在分閘到位后能提 供持續(xù)的分間保持力。
由電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)1的工作原理可知，本實用新型中因為推斥盤16要求高 電導(dǎo)率的諸如銅材料，而推斥桿19既要求抗沖擊高強度的，又要求低磁導(dǎo)率和低 電導(dǎo)率的諸如不銹鋼材料，所以，推斥盤16和推斥桿19很難一體聯(lián)設(shè)，通常采用 的辦法是如圖5所示，將推斥桿19設(shè)計為一帶有內(nèi)螺紋的上推斥桿19a和一帶 有外螺紋的下推斥桿19b，分別在推斥盤16的上方和下方相互旋緊，而使推斥盤 16、上推斥桿19a和下推斥桿19b三者之間緊固。為使推斥盤16、上推斥桿19a和 下推斥桿1%三者之間緊固，通常在上推斥桿19a和下推斥桿1%旋套部位橫穿設(shè) 一脹銷19c。
上述實施例中，推斥桿19也可以設(shè)計為一帶有外螺紋的上推斥桿19a和一帶 有內(nèi)螺紋的下推斥桿19b。上述實施例中，電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)1中產(chǎn)生的驅(qū)動力取決于線圈電流的大小， 常規(guī)技術(shù)中線圈一般采用銅質(zhì)材料，而銅質(zhì)材料機械強度較差，高速驅(qū)動機構(gòu)每次 驅(qū)動推斥盤都會對線圈產(chǎn)生劇烈的撞擊，導(dǎo)致其變形、損壞至無法使用；另外為保 證線圈的電氣參數(shù)及尺寸，匝間距離應(yīng)盡可能縮小，這就必然為匝間絕緣帶來了隱
患。因此，本實用新型的分閘線圈13和合閘線圈14均設(shè)計為環(huán)氧澆注固體封裝的 線圈結(jié)構(gòu)，以分閘線圈13為例，如圖6、圖7所示，在線圈13a的表面敷著0. lmm 厚的聚酰亞胺膜層并在匝間填充混合有固化劑的環(huán)氧膠，之后放入環(huán)氧樹脂封裝模 具13b中，并在空隙中澆注環(huán)氧膠，使線圈13a與封裝模具13b固化為一個整體即 分閘線圈結(jié)構(gòu)13。
上述實施例中，正反兩方向碟簧可根據(jù)設(shè)計需要在不少于上、下各一片設(shè)置的 情況下通過多種組合方式來調(diào)整出力及作用行程。
權(quán)利要求1、 一種斷路器中的操動機構(gòu)，其特征在于它包括一電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)和一 雙穩(wěn)態(tài)組合碟簧保持機構(gòu)；所述電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)包括兩個放電回路，與兩所述放電回路分別連接的設(shè)置 在上、下支撐板上的分閘線圈和合閘線圈，所述分閘線圈與合閘線圈之間通過螺栓 留有一間隙，且連接成一體，所述間隙內(nèi)設(shè)置有一推斥盤，在所述推斥盤上固定穿 設(shè)一推斥桿，所述推斥桿上、下端分別滑動穿設(shè)過所述分閘線圈和合閘線圈，在所 述推斥桿上端穿露出所述分閘線圈的部位與一光電傳感器對應(yīng)，設(shè)置一傳感器遮光 板；所述雙穩(wěn)態(tài)組合碟簧保持機構(gòu)包括一保持力桿，其上端與所述推斥桿下端連 接，所述保持力桿上固定設(shè)置有多個簧擋，在所述簧擋上頂設(shè)有至少兩片相對設(shè)置 的碟簧，所述碟簧的周邊固定連接在多個長螺柱上，所述長螺柱的頂部固定連接所 述下支撐板上。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種斷路器中的操動機構(gòu)，其特征在于在所述保持 力桿上滑動設(shè)置有一徑向限位板。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的一種斷路器中的操動機構(gòu)，其特征在于所述推 斥桿為連接成一體的上、下兩部分。
4、 如權(quán)利要求3所述的一種斷路器中的操動機構(gòu)，其特征在于所述兩部分 推斥桿通過螺紋連接后，在所述連接處穿設(shè)一脹銷。
5、 如權(quán)利要求1或2或4所述的一種斷路器中的操動機構(gòu)，其特征在于所述分閘線圈和合閘線圈分別絕緣固封在一模具中。
6、 如權(quán)利要求3所述的一種斷路器中的操動機構(gòu)，其特征在于所述分閘線圈和合閘線圈分別絕緣固封在一模具中。
7、 如權(quán)利要求1或2或4或6所述的一種斷路器中的操動機構(gòu)，其特征在于在所述分閘線圈和合閘線圈表面敷有聚酰亞胺膜層，并在匝間填充混合有固化劑的 環(huán)氧膠，所述分閘線圈和合閘線圈與固封模具的空隙間澆注有混合有固化劑的環(huán)氧 膠。
8、 如權(quán)利要求3所述的一種斷路器中的操動機構(gòu)，其特征在于在所述分閘線圈和合閘線圈表面敷有聚酰亞胺膜層，并在匝間填充混合有固化劑的環(huán)氧膠，所 述分閘線圈和合閘線圈與固封模具的空隙間澆注有混合有固化劑的環(huán)氧膠。
9、 如權(quán)利要求5所述的一種斷路器中的操動機構(gòu)，其特征在于在所述分閘線圈和合閘線圈表面敷有聚酰亞胺膜層，并在匝間填充混合有固化劑的環(huán)氧膠，所 述分閘線圈和合閘線圈與固封模具的空隙間澆注有混合有固化劑的環(huán)氧膠。
專利摘要本實用新型涉及一種斷路器中的雙穩(wěn)態(tài)組合碟簧電磁斥力驅(qū)動機構(gòu)，它包括一電磁斥力機構(gòu)，電磁斥力機構(gòu)的正下方連接一雙穩(wěn)態(tài)組合碟簧保持機構(gòu)，電磁斥力機構(gòu)包括兩個上、下對稱設(shè)置的、中間留有一定間隙的分閘線圈和合閘線圈，分閘線圈結(jié)構(gòu)和合閘線圈結(jié)構(gòu)中間設(shè)置有一推斥盤，推斥盤上固定穿設(shè)一推斥桿，推斥桿上端滑動穿設(shè)過分閘線圈結(jié)構(gòu)，下端滑動穿設(shè)過合閘線圈結(jié)構(gòu)，并在推斥桿上端穿露出分閘線圈結(jié)構(gòu)的部位設(shè)有一傳感器遮光板，在傳感器遮光板的旁邊固設(shè)有一光電傳感器；推斥桿下端連接一雙穩(wěn)態(tài)組合碟簧保持機構(gòu)的保持力桿，保持力桿上固設(shè)有若干簧擋，另有不少于上、下兩片向心布置的碟簧，各對抵于簧擋上，本實用新型適用于各種斷路器。
文檔編號H01H33/38GK201156495SQ20082007877
公開日2008年11月26日 申請日期2008年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月28日
發(fā)明者崔博源, 李志兵, 王承玉, 平 荊, 波 趙, 趙國亮 申請人:中國電力科學(xué)研究院