專利名稱：可降低合分閘電流的雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)的雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)，屬于電器工程中開關(guān)設(shè)備制造 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的適用于真空斷路器的操動機(jī)構(gòu)可分為電磁操動機(jī)構(gòu)和彈簧操動機(jī)構(gòu)兩種。 電磁操動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，但是電磁操動機(jī)構(gòu)合閘操作需直流電源短時(shí)間內(nèi)提 供很大的工作電流，并且電磁操動機(jī)構(gòu)需要保持合閘位置的鎖扣。彈簧操動機(jī)構(gòu)以交/直 流小功率電機(jī)儲能，小功率脫扣線圈進(jìn)行分合閘操作，對電源的容量要求很小，基本沒有沖 擊電流，但是彈簧機(jī)構(gòu)零件數(shù)量較多，存在不可靠因素。隨著真空斷路器在中壓領(lǐng)域的不斷發(fā)展，并且永磁材料性能的日益提高，永磁操 動機(jī)構(gòu)越來越引起了人們的注意。永磁操動機(jī)構(gòu)是一種依靠電磁線圈吸力分、合閘，永磁磁 力保持的一種新型機(jī)構(gòu)，由于永磁操動機(jī)構(gòu)零件少，結(jié)構(gòu)簡單，在推出10多年來發(fā)展迅速。 但是，永磁機(jī)構(gòu)的合分閘操作，特別是合閘操作所需要的操作電流仍較大，這使得變電站建 設(shè)中在直流電源設(shè)備上的投資額大為增加，而且永磁機(jī)構(gòu)大電流的合分閘操作也降低了直 流電源系統(tǒng)的可靠性，這可能是永磁機(jī)構(gòu)大面積推廣使用遭遇到困難的主要原因。目前，隨著建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的、高度靈活的智能電網(wǎng)上升為國家戰(zhàn)略，提高真空斷路器的 可靠性、可控性的需求變得更加迫切。因此，革新真空斷路器的操動機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步提高永磁 機(jī)構(gòu)的性能，推廣永磁機(jī)構(gòu)在智能化真空斷路器中的應(yīng)用，是開關(guān)行業(yè)的一個(gè)重要目標(biāo)。目前常見的雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)如圖1所示，它由靜鐵芯1、動鐵芯3、合閘線圈2、分閘 線圈5和位于中部的永磁體4組成。這種雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)的合閘(或分閘)線圈和永磁體 形成串聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)，由于在合閘(或分閘)線圈的磁路中串聯(lián)有永磁體，而永磁體的磁導(dǎo)率 很低，其磁導(dǎo)率接近于真空磁導(dǎo)率，因此，合閘(或分閘)線圈所產(chǎn)生的磁勢主要降落在工 作氣隙和永磁體上?？梢?，串聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)的永磁機(jī)構(gòu)的合閘(或分閘)操作需要較大的磁 勢，以克服磁路經(jīng)過永磁體所產(chǎn)生的磁勢降。由于傳統(tǒng)永磁機(jī)構(gòu)合分閘操作需要較大的磁 勢，若永磁機(jī)構(gòu)的線圈匝數(shù)固定，則直流電源需要提供較大的短時(shí)工作電流，導(dǎo)致直流系統(tǒng) 投資增加，可靠性降低。因此，設(shè)計(jì)一種合分間電流小、動態(tài)響應(yīng)快的永磁操動機(jī)構(gòu)具有及 其現(xiàn)實(shí)的重要意義。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于針對傳統(tǒng)串聯(lián)磁路的雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)合分閘電流 大，可靠的合分間操作難以保證的情況，提供一種可降低合分間電流的雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)，在 輸出同等電磁力的條件下，能夠顯著降低合分閘電流。技術(shù)方案本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的該永磁機(jī)構(gòu)包括靜鐵芯、動鐵芯、合閘線 圈、分閘線圈、環(huán)形永磁體、導(dǎo)磁套和驅(qū)動桿；在靜鐵芯中部的內(nèi)側(cè)設(shè)有導(dǎo)磁筋將靜鐵芯分 成兩個(gè)間隔，兩個(gè)間隔中分別設(shè)置合閘線圈和分閘線圈，在所述靜鐵芯兩端端面內(nèi)側(cè)各設(shè)置一環(huán)形永磁體，在所述環(huán)形永磁體內(nèi)側(cè)設(shè)置導(dǎo)磁套，導(dǎo)磁套的內(nèi)孔中設(shè)置與所述導(dǎo)磁套 相滑動連接的驅(qū)動桿，在所述驅(qū)動桿的外側(cè)固定動鐵芯，動鐵芯與靜鐵芯端蓋之間留有動 鐵芯移動的空間。所述動鐵芯與靜鐵芯接觸面的橫截面為相吻合的錐臺形狀；靜鐵芯端為凸臺狀， 與此相對的動鐵芯端為凹陷狀。所述合閘線圈和分閘線圈的磁路與永磁體的磁路并聯(lián)。所 述的動鐵芯與靜鐵芯端面的接觸面在分閘線圈端和合閘線圈端可以采用不同高度的斜臺 形狀。所述的靜鐵芯、動鐵芯和導(dǎo)磁套采用導(dǎo)磁材料制成，驅(qū)動桿采用非導(dǎo)磁材料。有益效果本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于環(huán)形永磁體固定于靜鐵芯的端面內(nèi)側(cè)，合閘線圈或分閘線圈激勵所產(chǎn)生的磁場路徑中不存在永磁體，永磁磁路和線圈的磁路相并聯(lián)，由于 永磁體的磁導(dǎo)率接近于空氣的磁導(dǎo)率，因此線圈磁路并聯(lián)于永磁磁路，使得線圈磁路上的 磁阻大為減小，進(jìn)而降低合閘線圈或者分閘線圈所需的激勵磁勢，在相同線圈匝數(shù)的情況 下，可以有效減小永磁機(jī)構(gòu)的工作電流，降低永磁機(jī)構(gòu)對直流電源在容量和輸出短時(shí)電流 方面的要求，保證永磁機(jī)構(gòu)能夠可靠工作，并可適當(dāng)減少變電站在直流電源方面的投資。靜 鐵芯和動鐵芯端部采用斜臺形狀的接觸面，可在靜鐵芯壁厚一定的情況下有效增大永磁體 的截面積，從而使永磁磁場得到增強(qiáng)，增大永磁體在合間或者分間位置的保持力，并可根據(jù) 永磁機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要，合理調(diào)整合閘端或者分閘端斜臺形狀的高度，分別獲得合適的合閘 位置永磁保持力和分閘位置永磁保持力。線圈磁路主要通過動鐵芯和靜鐵芯斜臺形接觸面 的斜面，在動鐵芯和靜鐵芯相對滑動距離不變的情況下，線圈磁路中的氣隙長度有所減小， 氣隙截面積得到增大，根據(jù)電磁學(xué)原理可知，線圈磁路中動鐵芯和靜鐵芯斜形接觸面可在 獲得相同合閘力或者分閘力的前提下，進(jìn)一步降低合分閘電流，也可在不降低合分閘電流 的前提下，提高合分閘操作的初始速度，提高永磁機(jī)構(gòu)的動態(tài)性能，從而提高真空斷路器的 綜合性能。

圖1為串聯(lián)磁路雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)截面圖；圖2為并聯(lián)磁路雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)截面圖；圖3為并聯(lián)磁路雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)的磁路示意圖；圖4為動鐵芯和靜鐵芯斜形接觸面示意圖，其中圖4(a)為接觸面磁力線；圖4(b) 為接觸面的尺寸。圖中有靜鐵芯1、合閘線圈2、動鐵芯3、永磁體4、分閘線圈5、驅(qū)動桿6、導(dǎo)磁套7、 導(dǎo)磁筋8、永磁磁路9、合閘線圈磁路10、氣隙11、磁力線12。a為動鐵芯相對靜鐵芯斜面的 磁路最短路徑長度，χ為鐵芯寬度。
具體實(shí)施方式
附圖非限制性地公開了本發(fā)明實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)，
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一 步說明。由圖2可見，可降低合分閘電流的雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)，包括動鐵芯、靜鐵芯、線圈和 永磁體，靜鐵芯中部的導(dǎo)磁筋將靜鐵芯分成兩個(gè)間隔，兩個(gè)間隔中分別設(shè)置合閘線圈和分閘線圈，在靜鐵芯端面內(nèi)側(cè)設(shè)置環(huán)形永磁體，在環(huán)形永磁體內(nèi)側(cè)設(shè)置導(dǎo)磁套，導(dǎo)磁套的內(nèi)孔 中設(shè)置與導(dǎo)磁套相滑動連接的驅(qū)動桿，在驅(qū)動桿上固定動鐵芯，動鐵芯和靜鐵芯端蓋之間 留有動鐵芯移動的空間。動鐵芯與靜鐵芯端面的接觸面設(shè)置為斜臺形狀，靜鐵芯端為凸臺 形，與此相對的動鐵芯端為凹陷形，永磁體安裝在靜鐵芯凸臺的平面上，永磁體兩端和靜鐵 芯凸臺的內(nèi)外表面平齊。由圖3可見，永磁磁路與合閘線圈磁路并聯(lián)，在氣隙處線圈磁路主要穿過斜臺的 斜面。在線圈磁路中無永磁體，在靜鐵芯和動鐵芯之間的移動空間一定的條件下，可以有效 降低線圈磁路所需要的總磁勢從而降低永磁機(jī)構(gòu)的合分閘電流。由圖4(a)可見，當(dāng)靜鐵芯 和動鐵芯以45斜面為接觸面時(shí)，磁力線在氣隙處以垂直于斜面的最短路徑通過氣隙，在氣 隙兩端由于邊緣效應(yīng)磁路會有所延長。由圖4(b)可見，當(dāng)動鐵芯相對靜鐵芯可移動距離為 V^amm時(shí)，斜面的磁路最短路徑長度為amm，當(dāng)動鐵芯與靜鐵芯為如虛線所示的直平面接 觸時(shí)鐵芯可移動距離等于氣隙磁路長度，假設(shè)保持動鐵芯方向的電磁吸力不變，則存在如 下關(guān)系式 式中F為沿動鐵芯移動方向的電磁吸力分量；B'和S'分別為斜面氣隙磁感應(yīng)強(qiáng) 度和接觸面積；B和S分別為直面氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度和接觸面積。由圖4(b)可得
(2)把式(2)代入式(1)，可得B = B' (3)若忽略鐵芯磁勢降，則并聯(lián)磁路永磁機(jī)構(gòu)的合閘或者分閘線圈激勵磁勢全部降落 在氣隙上，那么直面接觸面的磁路滿足
(4)
Mo式中N為線圈匝數(shù)；I為直面接觸面情況下線圈激磁電流；H為直面氣隙磁場強(qiáng) 度；μ ^為真空磁導(dǎo)率。斜面接觸面的磁路滿足NI' = Hka = —ka(5)
"O式中I'為斜面接觸面情況下線圈激磁電流；H'為斜面氣隙磁場強(qiáng)度；k為考慮 到邊緣效應(yīng)斜面磁路路徑的延長系數(shù)，取延長系數(shù)k為1. 1，那么由式(3)并比較式(4)和 式(5)可得
(6)由此可見，并聯(lián)磁路雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)采用斜臺形接觸面后，可進(jìn)一步降低合閘線 圈或分閘線圈的電流，也可在相同電流下，獲得更大的電磁吸力，從而增大永磁機(jī)構(gòu)初始運(yùn) 動速度，提高永磁機(jī)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)性能。
權(quán)利要求一種可降低合分閘電流的雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)，其特征在于該永磁機(jī)構(gòu)包括靜鐵芯(1)、動鐵芯(3)、合閘線圈(2)、分閘線圈(5)、環(huán)形永磁體(4)、導(dǎo)磁套(7)和驅(qū)動桿(6)；在靜鐵芯(1)中部的內(nèi)側(cè)設(shè)有導(dǎo)磁筋(8)將靜鐵芯(1)分成兩個(gè)間隔，兩個(gè)間隔中分別設(shè)置合閘線圈(2)和分閘線圈(5)，在所述靜鐵芯(1)兩端端面內(nèi)側(cè)各設(shè)置一環(huán)形永磁體(4)，在所述環(huán)形永磁體(4)內(nèi)側(cè)設(shè)置導(dǎo)磁套(7)，導(dǎo)磁套(7)的內(nèi)孔中設(shè)置與所述導(dǎo)磁套相滑動連接的驅(qū)動桿(6)，在所述驅(qū)動桿(6)的外側(cè)固定動鐵芯(3)，動鐵芯(3)與靜鐵芯(1)端蓋之間留有動鐵芯移動的空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可降低合分閘電流的雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)，其特征在于所述動鐵 芯⑶與靜鐵芯⑴接觸面的橫截面為相吻合的錐臺形狀瀞鐵芯⑴端為凸臺狀，與此相 對的動鐵芯(3)端為凹陷狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可降低合分閘電流的雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)，其特征在于所述 合閘線圈⑵和分閘線圈(5)的磁路與永磁體⑷的磁路并聯(lián)。
專利摘要本發(fā)明是一種可降低合分閘電流的雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)，該永磁機(jī)構(gòu)包括靜鐵芯(1)、動鐵芯(3)、合閘線圈(2)、分閘線圈(5)、環(huán)形永磁體(4)、導(dǎo)磁套(7)和驅(qū)動桿(6)；在靜鐵芯(1)中部的內(nèi)側(cè)設(shè)有導(dǎo)磁筋(8)將靜鐵芯(1)分成兩個(gè)間隔，兩個(gè)間隔中分別設(shè)置合閘線圈(2)和分閘線圈(5)，在所述靜鐵芯(1)兩端端面內(nèi)側(cè)各設(shè)置一環(huán)形永磁體(4)，在所述環(huán)形永磁體(4)內(nèi)側(cè)設(shè)置導(dǎo)磁套(7)，導(dǎo)磁套(7)的內(nèi)孔中設(shè)置與所述導(dǎo)磁套相滑動連接的驅(qū)動桿(6)，在所述驅(qū)動桿(6)的外側(cè)固定動鐵芯(3)，動鐵芯(3)與靜鐵芯(1)端蓋之間留有動鐵芯移動的空間。在輸出同等電磁力的條件下，能夠顯著降低合分閘電流。
文檔編號H01H33/666GK201594495SQ20102904403
公開日2010年9月29日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者張建忠, 程明 申請人:東南大學(xué)