用于高壓斷路器操動機構(gòu)的無刷線圈激磁直流電的制造方法
【專利摘要】一種用于高壓斷路器操動機構(gòu)的無刷線圈激磁直流電機，屬于高壓斷路器操動機構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】。本實用新型能最大限度地提高電機輸出轉(zhuǎn)矩、擴大速度范圍。本實用新型包括機殼，在機殼內(nèi)設置有電機主軸和兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置，兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置平行排列且完全對稱于電機主軸的中間垂直平面；所述定、轉(zhuǎn)子凸極裝置由定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心組成，所述電機主軸與機殼同軸設置，所述定子鐵心固定在機殼的內(nèi)側(cè)壁上，轉(zhuǎn)子鐵心固定在電機主軸上，所述定子鐵心與轉(zhuǎn)子鐵心之間留有氣隙；在所述兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置之間的電機主軸上固定設置有卷筒，在卷筒內(nèi)纏繞有激磁線圈；在所述定子鐵心上設置有槽，在槽內(nèi)纏繞有電樞繞組，所述機殼和電機主軸采用導磁材料。
【專利說明】 用于高壓斷路器操動機構(gòu)的無刷線圈激磁直流電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于高壓斷路器操動機構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種用于高壓斷路器操動機構(gòu)的無刷線圈激磁直流電機；該直流電機主要應用于高壓及超、特高壓的操動機構(gòu)，適應開關(guān)設備智能化的操作。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓斷路器是電力系統(tǒng)中重要的開關(guān)設備，具有控制和保護雙重功能，對電力系統(tǒng)的安全運行具有重要意義。操動機構(gòu)是斷路器的主要運動部件，直接影響著斷路器工作的可靠性和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)斷路器操動機構(gòu)主要為電磁操動機構(gòu)、彈簧操動機構(gòu)、氣動操動機構(gòu)和液壓操動機構(gòu)，這些操動機構(gòu)結(jié)構(gòu)復雜，運動部件多，可控性和可靠性不佳。電機操動機構(gòu)用一臺電機直接驅(qū)動斷路器運動，很好的解決了上述問題，且具有結(jié)構(gòu)簡單、電磁力較大、調(diào)節(jié)靈活的特點，這為實現(xiàn)斷路器操作的快速性和可控性奠定了基礎(chǔ)。目前，現(xiàn)有的電機操動機構(gòu)的驅(qū)動電機多采用永磁直流電機，即采用永磁體勵磁的電機，采用永磁體勵磁的電機有以下缺點:電機成本上升；永磁磁通無法控制導致有限的功率范圍和有限的調(diào)速范圍；永磁體可被大的反向磁動勢和高溫退磁以及轉(zhuǎn)子磁軛與永磁體之間裝配的機械強度導致的高速性能下降等。這些缺點限制了其在強機械振動、瞬時啟動與制動、電機隨動控制等智能操動機構(gòu)等方面的應用，直接影響了斷路器操動機構(gòu)的性能。
實用新型內(nèi)容
[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型提供一種用于高壓斷路器操動機構(gòu)的無刷線圈激磁直流電機。該電機能最大限度地利用電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子凸極性磁阻轉(zhuǎn)矩效果以提高電機輸出轉(zhuǎn)矩、擴大速度范圍，并可提高電機的可控性和工作可靠性；另外，本實用新型用激磁線圈代替永磁體也有效消除了因高溫、機械沖擊等因素導致的永磁體退磁和消磁的危險，同時通過對激磁線圈的控制能有效實現(xiàn)對永磁磁通的調(diào)控，便于實現(xiàn)電機大范圍內(nèi)調(diào)速。。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案，一種用于高壓斷路器操動機構(gòu)的無刷線圈激磁直流電機，包括機殼，在機殼內(nèi)設置有電機主軸和兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置，兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置平行排列且完全對稱于電機主軸的中間垂直平面；所述定、轉(zhuǎn)子凸極裝置由定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心組成，所述電機主軸與機殼同軸設置，所述定子鐵心固定在機殼的內(nèi)側(cè)壁上，轉(zhuǎn)子鐵心固定在電機主軸上，所述定子鐵心與轉(zhuǎn)子鐵心之間留有氣隙；在所述兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置之間的電機主軸上固定設置有卷筒，在卷筒內(nèi)纏繞有激磁線圈；在所述定子鐵心上設置有槽，在槽內(nèi)纏繞有電樞繞組，所述機殼和電機主軸采用導磁材料。
[0005]所述電機主軸通過端蓋設置在機殼內(nèi)，在電機主軸與端蓋之間設置有軸承。
[0006]所述電樞繞組采用單層集中整距的排布方式。
[0007]本實用新型的有益效果:[0008](I)本實用新型的直流電機采用激磁線圈，可通過控制激磁線圈中通過的直流電流來調(diào)節(jié)電機的工作氣隙磁密；相比普通永磁直流電機而言，這種結(jié)構(gòu)使電機的運行區(qū)間變大，調(diào)速的范圍和功率范圍更寬，進而使得操動機構(gòu)應用的電壓等級更高，可滿足126kV以上至超高壓等級斷路器的峰值分閘速度(6?lOm/s)要求和操作功(> 4kJ)要求；
[0009](2)本實用新型采用通電激磁線圈代替永磁直流電機中的永磁體進行勵磁，定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心采用凸極式結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)激磁電流來控制氣隙磁通，最終提高輸出轉(zhuǎn)矩，拓寬調(diào)速范圍；同時，可以避免永磁體被大的反向磁動勢和高溫退磁以及轉(zhuǎn)子磁軛與永磁體之間裝配的機械強度導致的高速性能下降、永磁體在高溫和機械沖擊下的損傷，提高了操動機構(gòu)的可靠性；無旋轉(zhuǎn)式繞組和無永磁體的轉(zhuǎn)子鐵心凸極式結(jié)構(gòu)可使其工作于高轉(zhuǎn)速范圍和高溫場合、消除永磁材料特性的制約、無永磁體退磁風險，且電機成本降低；
[0010](3)本實用新型的直流電機不僅能夠產(chǎn)生與提供有刷直流系列電機特性的磁場電流近似成正比的電磁轉(zhuǎn)矩，而且可產(chǎn)生與提供開關(guān)磁阻電機特性的相電流近似成正比的磁阻轉(zhuǎn)矩；同時，減輕了轉(zhuǎn)子鐵心的質(zhì)量，具有轉(zhuǎn)動慣量小、啟動時間短和輸出轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)勢，滿足斷路器分合閘操作時間要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型應用于高壓斷路器操動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本實用新型的高壓斷路器操動機構(gòu)的無刷線圈激磁直流電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為圖2的A-A剖視圖；
[0014]圖4為本實用新型的高壓斷路器操動機構(gòu)的無刷線圈激磁直流電機的磁通路徑示意圖；
[0015]圖中，I一角位移傳感器，2—位置彳目號傳感器，3—槽，4一扭矩傳感器，5—法蘭盤，6—轉(zhuǎn)軸，7—拐臂，8—拉桿，9一動觸頭，10—滅弧室，11 一靜觸頭，12—無刷線圈激磁直流電機，13—電機主軸，14一定子鐵心，15—轉(zhuǎn)子鐵心，16—卷筒,17—激磁線圈，18—端蓋，19一機殼，20—電樞繞組，21—定、轉(zhuǎn)子凸極裝置。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0017]如圖2、圖3所示，一種用于高壓斷路器操動機構(gòu)的無刷線圈激磁直流電機，包括機殼19,在機殼19內(nèi)設置有電機主軸13和兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置21,兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置21平行排列且完全對稱于電機主軸13的中間垂直平面；所述定、轉(zhuǎn)子凸極裝置21由定子鐵心14和轉(zhuǎn)子鐵心15組成，所述定子鐵心14和轉(zhuǎn)子鐵心15采用凸極式結(jié)構(gòu)，定子鐵心14的凸極數(shù)為九個，轉(zhuǎn)子鐵心15的凸極數(shù)為六個；所述電機主軸13與機殼19同軸設置，所述定子鐵心14固定在機殼19的內(nèi)側(cè)壁上,轉(zhuǎn)子鐵心15固定在電機主軸13上,所述定子鐵心14與轉(zhuǎn)子鐵心15之間留有2mm的氣隙；在所述兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置21之間的電機主軸13上固定設置有卷筒16，在卷筒16內(nèi)纏繞有激磁線圈17 ;在所述定子鐵心14上沿圓周均勻設置有九個槽3，在槽3內(nèi)纏繞有電樞繞組20，所述機殼19和電機主軸13采用導磁材料。[0018]所述電機主軸13通過端蓋18設置在機殼19內(nèi)，在電機主軸13與端蓋18之間設
置有軸承。
[0019]所述電樞繞組20采用單層集中整距的排布方式。
[0020]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本實用新型的一次使用過程。
[0021]本實用新型的高壓斷路器操動機構(gòu)的無刷線圈激磁直流電機的磁通路徑，如圖4所示，激磁線圈17通電后產(chǎn)生的磁通經(jīng)電機主軸13從一端轉(zhuǎn)子鐵心15穿過定子鐵心14，再經(jīng)機殼19穿過另一端定子鐵心14后到轉(zhuǎn)子鐵心15最后形成閉合磁路。與此同時，兩端轉(zhuǎn)子鐵心15分別形成N極和S極，這樣，轉(zhuǎn)子鐵心15感應出磁場；并與定子鐵心14的電樞繞組20通電后產(chǎn)生的磁場相互作用，從而驅(qū)動電機主軸13運轉(zhuǎn)。故在激磁線圈17中施加正向或反向的可調(diào)直流電流，就可產(chǎn)生不同方向與幅值的激磁磁勢；該磁勢作用在轉(zhuǎn)子鐵心15感應出的磁場上能產(chǎn)生增磁或弱磁的效果,不僅可以改變電機氣隙磁密的大小，同時還可配合調(diào)節(jié)電樞繞組20中的電流，從而達到調(diào)磁目的，最終獲得寬泛的氣隙磁通調(diào)整量和速度控制范圍，可大大增加電機的調(diào)速范圍，提高電機的動態(tài)特性。電機主軸13還起到了引導磁場的作用。
[0022]本實施例以126kV真空高壓斷路器為例，根據(jù)該高壓斷路器滅弧室對操動機構(gòu)驅(qū)動電機的要求，選用本實用新型的無刷線圈激磁直流電機。本實用新型的無刷線圈激磁直流電機能滿足126kV真空高壓斷路器要求的峰值電磁轉(zhuǎn)矩(1000Ν.πι-1500Ν.πι)和峰值轉(zhuǎn)速(600r/min-800r/min)，運行時間小于70ms，并且具有良好的動態(tài)特性和寬泛的調(diào)速性倉泛。
[0023]本實用新型應用于該高壓斷路器操動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。本實用新型的無刷線圈激磁直流電機12的電機主軸13通過法蘭盤5與傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸6固定連接，傳動機構(gòu)的拐臂7的一端與轉(zhuǎn)軸6相鉸接，另一端與傳動機構(gòu)的拉桿8的一端相鉸接。在無刷線圈激磁直流電機12電磁力的驅(qū)動下，拐臂7繞轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)，進而驅(qū)動絕緣拉桿8在豎直方向上運動,最終使得滅弧室10內(nèi)的動觸頭9運動,使動觸頭9與靜觸頭11分開或接觸，實現(xiàn)斷路器的分合閘操作。
[0024]為了便于對本實用新型的直流電機性能的檢測和實現(xiàn)控制本實用新型，可在本實用新型上安裝位置信號傳感器2、角位移傳感器I和扭矩傳感器4。所述位置信號傳感器2安裝在機殼19上，角位移傳感器I安裝在電機主軸13上，扭矩傳感器4安裝在電機主軸13與法蘭盤5之間。
[0025]本實用新型的直流電機的結(jié)構(gòu)在某種程度上類似于開關(guān)磁阻電機，但其定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心的極數(shù)組合和它們的布局、相重疊的區(qū)域、能同時激勵的相數(shù)和轉(zhuǎn)換等與開關(guān)磁阻電機完全不同，其電磁特性和調(diào)控特性更好，適合斷路器瞬時啟動、短時工作等要求。
【權(quán)利要求】
1.一種用于高壓斷路器操動機構(gòu)的無刷線圈激磁直流電機，其特征在于包括機殼，在機殼內(nèi)設置有電機主軸和兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置，兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置平行排列且完全對稱于電機主軸的中間垂直平面；所述定、轉(zhuǎn)子凸極裝置由定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心組成，所述電機主軸與機殼同軸設置，所述定子鐵心固定在機殼的內(nèi)側(cè)壁上，轉(zhuǎn)子鐵心固定在電機主軸上，所述定子鐵心與轉(zhuǎn)子鐵心之間留有氣隙；在所述兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置之間的電機主軸上固定設置有卷筒，在卷筒內(nèi)纏繞有激磁線圈；在所述定子鐵心上設置有槽，在槽內(nèi)纏繞有電樞繞組,所述機殼和電機主軸采用導磁材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓斷路器操動機構(gòu)的無刷線圈激磁直流電機，其特征在于所述電機主軸通過端蓋設置在機殼內(nèi)，在電機主軸與端蓋之間設置有軸承。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓斷路器操動機構(gòu)的無刷線圈激磁直流電機，其特征在于所述電樞繞組采用單層集中整距的排布方式。
【文檔編號】H01H71/10GK203562915SQ201320728546
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】劉愛民, 楊艷輝, 吳志恒, 李昊旻, 史可鑒, 呂志榮 申請人:沈陽工業(yè)大學