專利名稱：一種高壓斷路器脈沖功率型永磁直線電機操動機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于輸變電設(shè)備中關(guān)于高壓斷路器操動機構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種高壓斷 路器脈沖功率型永磁直線電機操動機構(gòu)。
背景技術(shù)：
高壓斷路器是電力系統(tǒng)中極其重要的開關(guān)設(shè)備，其運行好壞直接關(guān)乎整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、 可靠性；而高壓斷路器操動機構(gòu)又是其重要的組成部分，它不但要保證斷路器長期的動作可 靠性，而且要滿足滅弧特性對操動機構(gòu)的要求，因此高壓斷路器操動機構(gòu)的設(shè)計是否合理對 整個電網(wǎng)起著至關(guān)重要的作用。
電力系統(tǒng)不斷向高電壓、遠距離、大容量方向發(fā)展，在提高經(jīng)濟性的同時，安全可靠的 問題也突出起來；定量評定和改善電力系統(tǒng)的可靠性越來越受到人們的重視。因此有必要研 制一種新型的操動機構(gòu)來滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠方向的要求。
傳統(tǒng)操動機構(gòu)主要包括彈簧操動機構(gòu)、液壓操動機構(gòu)、液壓彈簧操動機構(gòu)等，這些操動 機構(gòu)由于存在零部件多、可控性較差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等多方面的缺點，導(dǎo)致其在運行過程中出現(xiàn) 故障的頻率比較高，所以新型操動機構(gòu)的研制與開發(fā)就顯得尤為緊迫和重要。
實用新型內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有操動機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可控性差等缺陷和不足，本實用新型提供了一種高壓 斷路器脈沖功率型永磁直線電機操動機構(gòu)。
對于脈沖功率型直線電機來說，該類型的電機主要用于工作時間較短的場合，屬于短時 工作制，其供電采用大電容供電，電流呈現(xiàn)脈沖波形式，且變化較快，因此瞬間產(chǎn)生一個較 大的電磁推力，其功率也是呈現(xiàn)該趨勢，因此該類型電機特別適用于高壓斷路器的分合閘場
合o
本實用新型采用的技術(shù)方案是包括初級鐵心、次級鐵心、電機主軸和電樞繞組，初級 鐵心中設(shè)有兩塊對稱的次級鐵心，兩塊次級鐵心之間設(shè)有隔磁材料，每塊次級鐵心一端接有 一個電機主軸，次級鐵心中嵌入電樞繞組；初級鐵心和次級鐵心端面之間設(shè)有隔磁材料，每 塊次級鐵心側(cè)面和初級鐵心之間設(shè)有永磁體。所述的永磁體放置在初級鐵心上，永磁體之間 設(shè)有隔磁材料。
本實用新型的一種優(yōu)選方式每個次級鐵心上下側(cè)面各設(shè)有一個永磁體。次級鐵心上側(cè)
3面永磁體的磁感線沿垂直水平方向90° ;次級鐵心下側(cè)面永磁體的磁感線沿垂直水平方向-90
所述的永磁體厚度在6 10mm范圍之間。每塊次級鐵心上下側(cè)面各設(shè)有一個永磁體。次級 鐵心上側(cè)面永磁體都是為垂直90。方向(即由N極指向S的方向為9(T ,);次級鐵心下側(cè)面 永磁體均為-90°方向。永磁體厚度大約在6 10mm范rt之間，寬度和長度與設(shè)計所要求的負 載側(cè)特性要求有關(guān)。
該操動機構(gòu)的主軸和高壓斷路器的動觸頭通過傳動機構(gòu)連接為一個整體作為運動體系的 動子部分。脈沖功率型永磁直線電機操動機構(gòu)概括起來包括動子和靜子兩大部分；其中動子 部分由兩塊開槽的對稱鐵心和一個中間絕緣部分組成；靜子部分包括導(dǎo)磁部分、永磁塊、分 合閘保持力對應(yīng)的絕緣；另外還有動子和靜子鐵心所連接部分——軸承。動子鐵心開槽，里 面鑲嵌繞組；主磁場通過永磁體而建立，在動子鐵心中的電樞繞組中通入直流電，這樣通電 導(dǎo)體在磁場中受到力的作用就驅(qū)動整個動子部分發(fā)生運動，從而通過連桿機構(gòu)帶動斷路器動 觸頭運動實現(xiàn)分合閘操作。
本實用新型實現(xiàn)過程操動機構(gòu)的主軸和高壓斷J^器的動觸頭通過連桿連接，當(dāng)操動機 構(gòu)側(cè)上下運動時直接帶動斷路器的運動，所以時間上不存在滯后性。在分合閘位置，該操動 機構(gòu)在設(shè)計時特別添加了左右隔磁材料，目的是通過調(diào)節(jié)其厚度來滿足其所需要的分合閘保 持力，使之維持在分合閘位置；電源采用電容來供電，使電樞繞組內(nèi)產(chǎn)生較大瞬態(tài)電流，由 于永磁體的存在，兩個磁場的相互作用根據(jù)安培定則而產(chǎn)生瞬間較大的電磁推力從而來實現(xiàn) 分合閘操作。
本實用新型的優(yōu)點本實用新型的操動機構(gòu)結(jié)構(gòu)屬于針對高壓領(lǐng)域斷路器的設(shè)計，所以 在設(shè)計時充分考慮分合閘位置的特殊性，特別設(shè)計了隔磁材料，包括分閘隔磁材料(用于調(diào) 整分閘保持力而添加)和合閘隔磁材料(用于調(diào)整合閘保持力而添加)，如附圖2中所示，而 且考慮到失磁危險的可能性，永磁塊放置在靜止的初級鐵心之上，同時為了產(chǎn)生較大的電磁 推力，電樞繞組中通入的為電容提供的直流電，并聯(lián)支路數(shù)為4，目的是保證足夠大的電流， 其中三個槽中繞組串聯(lián)組成一個支路，電阻為0.198Q，把導(dǎo)體并聯(lián)起來之后，電阻阻值變小， 這樣有利于減少電容供電電壓，動態(tài)反應(yīng)較快，從而使整個的設(shè)計建立在簡單而且功能齊全 之上。本實用新型克服了傳統(tǒng)操動機構(gòu)傳動機構(gòu)復(fù)雜、零部件多、動態(tài)響應(yīng)較慢、占用空間 大、且不可控等缺點，直接利用電流在磁場中受到的安培力作用來實現(xiàn)分合閘，工作原理簡 單可靠；機構(gòu)上下兩部分繞組的設(shè)計，增大了起動電磁推力，而且能在較短時間內(nèi)產(chǎn)生非常 的加速度，實現(xiàn)斷路器的快速動作；在分合閘位置根據(jù)馬氏公式直接利用永磁體產(chǎn)生的磁吸力來使斷路器維持在分合閘位置，簡化了機構(gòu)；電機采用電容供電，瞬間功率大；動作高度 可靠，運動行程大且可控；起動時間小，能達到較高的動態(tài)特性要求，很好的配合斷路器特 性要求。
由于具有以上的特點，使得脈沖功率型永磁直線電機操動機構(gòu)除了工作可靠穩(wěn)定外還能 夠提供較大的起動推力；而且減少了復(fù)雜的傳動機構(gòu)，使機構(gòu)的質(zhì)量大為減小，能量損耗小， 提高了效率；同時也提高了整個裝置的精度和可靠性，具有高響應(yīng)和高精度的特點并且運動 過程可控，滿足當(dāng)前電力系統(tǒng)中的智能化要求。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖2是本實用新型一種實施例中脈沖功率型永磁直線電機操動機構(gòu)的示意圖3是本實用新型的磁通路徑和電流走向圖4是本實用新型的繞組分配電路圖5是本實用新型一種實施例的等效電路圖，
圖6本實用新型一種實施例的位移隨時間變化的仿真結(jié)果圖
圖7本實用新型一種實施例的速度隨時間變化的仿真結(jié)果圖8本實用新型一種實施例的脈沖功率曲線圖。
圖中l(wèi)一靜觸頭、2—動觸頭、3—連桿、4一脈沖功率型永磁直線電機5—電機主軸、6 一合閘隔磁材料、7—初級鐵心、8—電樞繞組、9一永磁體一、IO—次級鐵心、ll一次級鐵心 隔磁材料、12—永磁體間隔磁材料、13—永磁體二、 14—分閘隔磁材料、15—永磁體三、16 —永磁體四、17—電流流通路徑、18—磁通路徑。
具體實施方式

結(jié)合附圖對本實用新型做進一步描述
圖l為結(jié)構(gòu)示意圖，以126kVSFe斷路器為例進行設(shè)計，滅弧室要求脈沖功率型永磁直線 電機操動機構(gòu)提供分閘電磁推力為21000N，分閘速度為4.6m/s;而合閘時其電磁推力為 15000N，合閘速度為1.4~1.7m/s;依據(jù)本型號SF6斷路器側(cè)的要求，本實用新型設(shè)計了這種 脈沖功率型永磁直線電機操動機構(gòu)。
本實用新型SF6高壓斷路器脈沖功率型永磁直線電機操動機構(gòu)，其中1為靜觸頭，2為 動觸頭，3為連桿，4為脈沖功率型永磁直線電機，電機所產(chǎn)生的電磁推力通過電機主軸和連 桿與斷路器的動觸頭連接一起實現(xiàn)斷路器的分合閘操作。
本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)永磁直線電機采用扁平型結(jié)構(gòu)，其沿中心線的剖面圖如圖2所示5為電機主軸，通過它來和斷路器連接在一起，脈沖功率型永磁直線電機操動機構(gòu)的結(jié) 構(gòu)圖如圖2所示整個裝置采用扁平型結(jié)構(gòu)，初級鐵心7和次級鐵心10以及永磁體構(gòu)成整個 磁通成一個閉合回路，初級鐵心由硅鋼片疊壓成框形，初級鐵心7的框形之中設(shè)有兩塊對稱
的次級鐵心IO，兩塊次級鐵心10之間設(shè)有隔磁材料11，每塊次級鐵心10—端接有一個電機 主軸5，次級鐵心10中嵌入電樞繞組8;初級鐵心7和次級鐵心10端面之間設(shè)有隔磁材料， 其中第一塊次級鐵心端面和初級鐵心端面之間設(shè)有合閘隔磁材料6，第二塊次級鐵心端面和 初級鐵心端面之間設(shè)有分閘隔磁材料14。每塊次級鐵心側(cè)面和初級鐵心之間設(shè)有永磁體。所 述的永磁體放置在初級鐵心上。其中第一塊次級鐵心上側(cè)面與初級鐵心之間設(shè)有永磁體一 9， 下側(cè)面與初級鐵心之間設(shè)有永磁體四16;第二塊次級鐵心上側(cè)面與初級鐵心之間設(shè)有永磁體
二 13，下側(cè)面與初級鐵心之間設(shè)有永磁體三15;永磁體之間設(shè)有隔磁材料，即永磁體一和永
磁體二之間設(shè)有永磁體間隔磁材料12。
本實用新型的磁通路徑如附圖3 (垂直截面圖)，當(dāng)電樞繞組通電時，由于永磁體磁場的 存在，根據(jù)安培定則，繞組受到水平方向脈沖電磁推力的作用，由于繞組鑲嵌在次級鐵心10 的槽中，因此帶動整個次級產(chǎn)生水平運動，這樣電機主軸5通過連桿3和斷路器動觸頭連接 在一起實現(xiàn)斷路器的分合閘操作。電流流通路徑17，磁通路徑18。當(dāng)斷路器到達合閘或者分 閘位置時，電樞繞組電流為零，其保持力是通過永磁體對鐵心的吸力而產(chǎn)生，通過計算找到 合適的絕緣使之達到要求的吸力。
圖4為繞組分配圖，其中(1)、 (2)、 (3)、 (4)、 (5)、 (6)為一個串聯(lián)支路；(7)、 (8)、 (9)、 (10)、 (11)、 (12)為一個串聯(lián)支路；(13)、 (14)、 (15)、 (16)、 (17)、 (18)為一個 串聯(lián)支路；(19)、 (20)、 (21)、 (22)、 (23)、 (24)為一個串聯(lián)支路。圖5即為等效電路圖， 從圖中可以看出，整個繞組回路被分成四個支路，這樣有助于減小電阻和電感，在實現(xiàn)較好 的動態(tài)特性前提下，電容電壓較小，而且電流比較大。
圖6是本實用新型一種實施例的位移隨時間變化的仿真結(jié)果圖，從圖中可以看出，分間 過程在40ms內(nèi)已經(jīng)結(jié)束，滿足設(shè)計要求；
圖7為本實用新型一種實施例的速度特性曲線仿真結(jié)果圖，從圖中可以看出速度曲線比 較理想，較合理的滿足了斷路器分合閘速度特性的要求；
圖8為本實用新型一種實施例的脈沖功率曲線圖，從圖中可以看出，該脈沖功率有一個明 顯的上升到下降的變化過程。
權(quán)利要求1、一種高壓斷路器脈沖功率型永磁直線電機操動機構(gòu)，包括初級鐵心、次級鐵心、電機主軸和電樞繞組，其特征是初級鐵心中設(shè)有兩塊對稱放置的次級鐵心，兩塊次級鐵心之間設(shè)有隔磁材料，每塊次級鐵心一端接有一個電機主軸，次級鐵心中嵌入電樞繞組；初級鐵心和次級鐵心端面之間設(shè)有隔磁材料，每塊次級鐵心側(cè)面和初級鐵心之間設(shè)有永磁體，永磁體放置在初級鐵心上。
2、 按照權(quán)利要求1所述的高壓斷路器脈沖功率型永磁直線電機操動機構(gòu)，其特征在于所述的 永磁體厚度在6~10mm范圍之間。
3、 按照權(quán)利要求1所述的高壓斷路器脈沖功率型永磁直線電機操動機構(gòu)，其特征在于所述的 永磁體之間設(shè)有隔磁材料。
4、 按照權(quán)利要求1所述的高壓斷路器脈沖功率型永磁直線電機操動機構(gòu)，其特征在于每塊次 級鐵心上下側(cè)面各設(shè)有一個永磁體。
5、 按照權(quán)利要求4所述的高壓斷路器脈沖功率型永磁直線電機操動機構(gòu)，其特征在于次級鐵 心上側(cè)面永磁體的磁感線沿垂直水平方向90° ;次級鐵心下側(cè)面永磁體的磁感線沿垂直 水平方向-90° 。
專利摘要一種高壓斷路器脈沖功率型永磁直線電機操動機構(gòu)，屬于輸變電設(shè)備中關(guān)于高壓斷路器操動機構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域，包括初級鐵心、次級鐵心、電機主軸和電樞繞組，初級鐵心中設(shè)有兩塊對稱的次級鐵心，兩塊次級鐵心之間設(shè)有隔磁材料，每塊次級鐵心一端接有一個電機主軸，次級鐵心中嵌入電樞繞組；初級鐵心和次級鐵心端面之間設(shè)有隔磁材料，每塊次級鐵心側(cè)面和初級鐵心之間設(shè)有永磁體。本實用新型的優(yōu)點本實用新型的操動機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計時充分考慮分合閘位置的特殊性，特別設(shè)計了隔磁材料，永磁塊放置在靜止的初級鐵心之上，同時為了產(chǎn)生較大的電磁推力，起動時間小，能達到較高的動態(tài)特性要求，很好的配合斷路器特性要求。
文檔編號H01H33/36GK201408698SQ20092001401
公開日2010年2月17日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者徐建源, 李永祥, 川 楊, 莘 林 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)