專利名稱：一種利用組合磁鐵的雙流體自恢復(fù)斷路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電氣及自動(dòng)控制領(lǐng)域，特別涉及一種利用組合磁鐵的雙流體自恢 復(fù)斷路裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國電力建設(shè)的不斷發(fā)展，用電負(fù)荷不斷增加，發(fā)電廠及發(fā)電機(jī)單機(jī) 容量不斷增大等問題導(dǎo)致目前電力系統(tǒng)短路電流不斷增大，這就對(duì)電力系統(tǒng)中各種電氣保 護(hù)設(shè)備，諸如斷路器、熔斷器等提出了更為苛刻的要求，并已成為我國各大區(qū)電網(wǎng)安全、穩(wěn) 定運(yùn)行的嚴(yán)重隱患，在某些情況下，甚至已成為制約電力建設(shè)的瓶頸。而且，隨著電路保護(hù) 設(shè)備被應(yīng)用到越來越復(fù)雜的環(huán)境之中，普通的限流和斷路設(shè)備在一些特定情況下應(yīng)用受到 限制，因此，希望有一種高效、能遠(yuǎn)程控制的電路保護(hù)設(shè)備，在某些極端的條件下也能正常 工作。這種電路保護(hù)設(shè)備應(yīng)具有的特點(diǎn)是穩(wěn)定性高，具有自動(dòng)控制及遠(yuǎn)程控制功能，能在 危險(xiǎn)性高或不適合人直接操作的環(huán)境中正常工作。斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，肩負(fù)著控制和保護(hù)的雙重任務(wù)，能根據(jù) 電網(wǎng)的需要進(jìn)行電力設(shè)備及線路的投切，以及當(dāng)電力設(shè)備或線路發(fā)生故障時(shí)，能將故障部 分迅速從電網(wǎng)中切除，以保證電網(wǎng)可靠運(yùn)行。目前市場(chǎng)上所應(yīng)用得最為廣泛的四種斷路器 分別是熱斷路器、磁斷路器、真空斷路器及通地漏泄斷路器。其中，熱斷路器采用一個(gè)與電 路串聯(lián)的雙金屬片，電路過載時(shí)，產(chǎn)生的熱量會(huì)使雙金屬片變形從而實(shí)現(xiàn)斷路。它擁有可重 復(fù)操作的優(yōu)點(diǎn)，但是它受溫度的影響比較大，不夠穩(wěn)定。磁斷路器主要是由電磁系統(tǒng)和操動(dòng) 機(jī)構(gòu)組成，通過電路中流經(jīng)的電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)電路短路時(shí)，電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)使得操動(dòng)機(jī)構(gòu) 作用，從而實(shí)現(xiàn)斷路。因此，磁斷路器不受溫度影響，因此具有熱穩(wěn)定性。真空斷路器主要 由主體部分、滅弧室部分、操動(dòng)機(jī)構(gòu)部分組成，它利用高真空中電流流過零點(diǎn)時(shí)，等離子體 迅速擴(kuò)散從而熄滅電弧，完成切斷電流的目的，因此具有高滅弧性能。通地漏泄保護(hù)器的 工作方式與磁斷路器相同，如果經(jīng)過通地漏泄保護(hù)器后，電源流出和返回的電流值之差超 過了漏泄靈敏度的設(shè)定值，則保護(hù)器將跳閘，同時(shí)提示裝置發(fā)出故障報(bào)警，具有智能化的特 點(diǎn)ο然而，這些斷路器主要由機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件和觸點(diǎn)構(gòu)成。這類通過固相聯(lián)系的機(jī)械式 開關(guān)，容易磨損，在固相接觸表面容易發(fā)生侵蝕或熔焊現(xiàn)象，從而致使開關(guān)短路。大量的事 實(shí)證明，由于電線短路導(dǎo)致電氣火災(zāi)事故頻發(fā)的根本原因就在于斷路器的不跳閘。而斷路 器拒動(dòng)的原因就在于觸點(diǎn)被燒蝕粘結(jié)或脫扣機(jī)構(gòu)卡死，使得電路發(fā)生故障時(shí)斷路器無法起 到應(yīng)有的保護(hù)作用。相比于機(jī)械開關(guān)易于發(fā)生的所謂“磨蝕”問題，液態(tài)金屬式自恢復(fù)斷路器有其優(yōu)越 的性能。它的工作原理是在故障電流作用下，液態(tài)金屬吸收熱量氣化，同時(shí)斷開所保護(hù)電 路。經(jīng)過一定時(shí)間，金屬蒸汽冷卻凝結(jié)，電路恢復(fù)。它以液態(tài)金屬與機(jī)械結(jié)構(gòu)的固液接觸 取代了機(jī)械開關(guān)中的固相接觸，達(dá)到了濕潤機(jī)械機(jī)構(gòu)目的，同時(shí)，固液接觸還能減小接觸電 阻。然而，這種液態(tài)金屬斷路器保護(hù)性能不夠穩(wěn)定，其陡的下降保護(hù)特性使其很難和其他裝置配合使用，而且斷路器多次動(dòng)作之后，液態(tài)金屬容易受到電介質(zhì)襯圈的分解物污染，導(dǎo)致 燃弧時(shí)間延長甚至不熄滅。CN101651323公開了一種利用導(dǎo)電流體和磁性流體的自恢復(fù)斷路器，該斷路器由 主體和副體兩部分組成。主體部分包括由封裝外殼與外部固態(tài)電極端子構(gòu)成的密閉腔體， 腔體內(nèi)分層次地充有導(dǎo)電流體和磁性流體。副體部分包括磁場(chǎng)發(fā)生裝置、溫度調(diào)節(jié)裝置。將 裝置主體部分接入受控電路，當(dāng)受控電路發(fā)生故障時(shí)，磁場(chǎng)發(fā)生裝置會(huì)因相應(yīng)的觸發(fā)而產(chǎn) 生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)對(duì)密閉腔體中的磁性流體產(chǎn)生吸引作用，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電流體發(fā)生形變，從而使 導(dǎo)電流體與固態(tài)電極端子分離，達(dá)到斷路的目的。然而上述專利中磁場(chǎng)發(fā)生裝置采用的是以軟鐵為鐵芯的電磁鐵，為使該電磁鐵產(chǎn) 生的足夠大的磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)磁性流體，進(jìn)而使導(dǎo)電流體與固態(tài)電極端子分離，從而分?jǐn)嚯?路的目的。此種電磁鐵的鐵芯需采用較大的體積，同時(shí)線圈中需要通以較大的電流，不論在 材料和能量方面都有不小的損失，而且此時(shí)產(chǎn)生的噪音也很明顯，電磁鐵發(fā)熱現(xiàn)象也比較嚴(yán)重。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型對(duì)目前已有的利用磁性流體與導(dǎo)電流體的斷路 裝置進(jìn)行了改進(jìn)。具體改進(jìn)之處在于磁場(chǎng)發(fā)生裝置采用一種在電磁鐵鐵芯中內(nèi)嵌永磁鐵 形成的組合磁鐵，以此代替單純采用的永磁鐵或電磁鐵。本實(shí)用新型包括三種結(jié)構(gòu)方式第一種結(jié)構(gòu)方式包括主體部分、副體部分和受控電路主體部分包括封裝外殼、磁性流體、導(dǎo)電流 體和固態(tài)電極端子；固態(tài)電極端子包括外部固態(tài)電極端子和內(nèi)部固態(tài)電極端子；副體部分 包括溫度調(diào)節(jié)裝置和磁場(chǎng)發(fā)生裝置；受控電路包括負(fù)載、電源和開關(guān)；所述的封裝外殼與固態(tài)電極端子組成至少一個(gè)密閉腔體；所述的密閉腔體為一個(gè)，由封裝外殼與外部固態(tài)電極端子組成；所述的密閉腔體為至少兩個(gè)，由封裝外殼與外部固態(tài)電極端子和內(nèi)部固態(tài)電極端 子組成；所述的封裝外殼采用絕緣性材料；其所構(gòu)成的密閉腔體的厚度需達(dá)到實(shí)際的機(jī)械 性能和傳熱效果的要求；所述的溫度調(diào)節(jié)裝置可選用任何可以使導(dǎo)電流體及磁性流體維持正常工作狀態(tài) 的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備。所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置采用的是一種在電磁鐵的鐵芯中內(nèi)嵌永磁鐵而形成的組合 磁鐵。在組合磁鐵中，其內(nèi)嵌的永磁鐵的磁極方向與鐵芯磁化方向是一致的，所述永磁鐵在 鐵芯內(nèi)部存在一個(gè)或者多個(gè)，該永磁鐵的外圍被鐵芯包圍著，包圍著永磁鐵的鐵芯可減少 永磁鐵磁通的磁漏；所述的組合磁鐵，其內(nèi)嵌的永磁鐵可以組裝在鐵芯磁化方向的一端部和/或另一 端部，或?qū)⒂来盆F貫通整個(gè)鐵芯內(nèi)部。所述的負(fù)載為斷路器需要保護(hù)的電氣設(shè)備。所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的永磁鐵可以采用釹鐵硼、釤鈷或鋁鎳鈷等材料。[0021]本裝置的密閉腔體內(nèi)充有磁性流體和導(dǎo)電流體，其中磁性流體位于導(dǎo)電流體的上 層；外部固態(tài)電極端子的一端浸入導(dǎo)電流體內(nèi)；外部固態(tài)電極端子的另一端連接受控電路 的負(fù)載；溫度調(diào)節(jié)裝置位于密閉腔體下方或密閉腔體側(cè)面；磁場(chǎng)發(fā)生裝置安裝在密閉腔體 側(cè)面或密閉腔體下方，直接接入受控電路中；依靠受控電路的電流變化時(shí)產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的 磁場(chǎng)作用于磁性流體，使其驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電流體與固態(tài)電極端子分離，實(shí)現(xiàn)斷路，起到對(duì)電路的過 載或短路保護(hù)。第二種結(jié)構(gòu)方式包括主體部分、副體部分和受控電路主體部分包括封裝外殼、磁性流體、導(dǎo)電流 體、固態(tài)電極端子；固態(tài)電極端子包括外部固態(tài)電極端子和內(nèi)部固態(tài)電極端子；副體部分 包括溫度調(diào)節(jié)裝置和磁場(chǎng)發(fā)生裝置；受控電路包括負(fù)載、開關(guān)、電源和變壓器；附加回路包 括整流器和電位器；所述的封裝外殼與固態(tài)電極端子組成至少一個(gè)密閉腔體；所述的密閉腔體為一個(gè)，由封裝外殼與外部固態(tài)電極端子組成；所述的密閉腔體為至少兩個(gè)，由封裝外殼與外部固態(tài)電極端子和內(nèi)部固態(tài)電極端 子組成；所述的封裝外殼采用絕緣性材料；其所構(gòu)成的腔體的厚度需達(dá)到實(shí)際的機(jī)械性能 和傳熱效果的要求；所述的溫度調(diào)節(jié)裝置可選用任何可以使導(dǎo)電流體及磁性流體維持正常工作狀態(tài) 的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備。所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置采用的是一種在電磁鐵的鐵芯中內(nèi)嵌永磁鐵而形成的組合 磁鐵。在組合磁鐵中，其內(nèi)嵌的永磁鐵的磁極方向與鐵芯磁化方向是一致的，所述永磁鐵在 鐵芯內(nèi)部存在一個(gè)或者多個(gè)，該永磁鐵的外圍被鐵芯包圍著，包圍著永磁鐵的鐵芯可減少 永磁鐵磁通的磁漏；所述的組合磁鐵，其內(nèi)嵌的永磁鐵可以組裝在鐵芯磁化方向的一端部和/或另一 端部，或?qū)⒂来盆F貫通整個(gè)鐵芯內(nèi)部。所述的負(fù)載為斷路器需要保護(hù)的電氣設(shè)備。所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的永磁鐵可以采用釹鐵硼、釤鈷或鋁鎳鈷等材料。本裝置中由封裝外殼與固態(tài)電極端子構(gòu)成的密閉腔體內(nèi)充有磁性流體和導(dǎo)電流 體，其中磁性流體位于導(dǎo)電流體的上層；外部固態(tài)電極端子的一端浸入導(dǎo)電流體內(nèi)；外部 固態(tài)電極端子的另一端連接受控電路的負(fù)載；溫度調(diào)節(jié)裝置位于密閉腔體下方或密閉腔體 側(cè)面；磁場(chǎng)發(fā)生裝置安裝在密閉腔體的側(cè)面或密閉腔體的下方；受控電路中變壓器的原線 圈與開關(guān)、負(fù)載和電源相串聯(lián)，變壓器的副線圈經(jīng)過整流器整流之后與磁場(chǎng)發(fā)生裝置和電 位器相串聯(lián)；通過控制原、副線圈的匝數(shù)來實(shí)現(xiàn)原、副線圈中電路參數(shù)成比例變化。即當(dāng)受 控電路中的電流增大時(shí)，副線圈中的電流也增大，磁場(chǎng)發(fā)生裝置所產(chǎn)生的磁場(chǎng)也隨之增強(qiáng)。 當(dāng)受控電路中的電流達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，磁場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的磁場(chǎng)，作用于磁性流體， 從而驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電流體與固態(tài)電極端子分離，實(shí)現(xiàn)斷路，起到對(duì)電路的過載或短路保護(hù)。第三種結(jié)構(gòu)方式包括主體部分、副體部分和受控電路主體部分包括封裝外殼、磁性流體、導(dǎo)電流 體、固態(tài)電極端子；固態(tài)電極端子包括外部固態(tài)電極端子和內(nèi)部固態(tài)電極端子；副體部分包括溫度調(diào)節(jié)裝置和磁場(chǎng)發(fā)生裝置；受控電路包括負(fù)載、電源和變壓器；附加回路包括整 流器、定值電阻、電位器和晶閘管；所述的溫度調(diào)節(jié)裝置可選用任何可以使導(dǎo)電流體及磁性流體維持正常工作狀態(tài) 的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備。所述的封裝外殼與固態(tài)電極端子組成至少一個(gè)密閉腔體；所述的密閉腔體為一個(gè)，由封裝外殼與外部固態(tài)電極端子組成；所述的密閉腔體為至少兩個(gè)，由封裝外殼與外部固態(tài)電極端子和內(nèi)部固態(tài)電極端 子組成；所述的封裝外殼采用絕緣性材料；其所構(gòu)成的腔體的厚度需達(dá)到實(shí)際的機(jī)械性能 和傳熱效果的要求；所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置采用的是一種在電磁鐵的鐵芯中內(nèi)嵌永磁鐵而形成的組合 磁鐵。在組合磁鐵中，其內(nèi)嵌的永磁鐵的磁極方向與鐵芯磁化方向是一致的，所述永磁鐵在 鐵芯內(nèi)部存在一個(gè)或者多個(gè)，該永磁鐵的外圍被鐵芯包圍著，包圍著永磁鐵的鐵芯可減少 永磁鐵磁通的磁漏；所述的組合磁鐵，其內(nèi)嵌的永磁鐵可以組裝在鐵芯磁化方向的一端部和/或另一 端部，或?qū)⒂来盆F貫通整個(gè)鐵芯內(nèi)部。所述的負(fù)載為斷路器需要保護(hù)的電氣設(shè)備。所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的永磁鐵可以采用釹鐵硼、釤鈷或鋁鎳鈷等材料。本裝置中由封裝外殼與固態(tài)電極端子構(gòu)成的密閉腔體內(nèi)充有磁性流體和導(dǎo)電流 體，其中磁性流體位于導(dǎo)電流體的上層，外部固態(tài)電極端子的一端浸入導(dǎo)電流體內(nèi)；外部固 態(tài)電極端子的另一端連接受控電路的負(fù)載；溫度調(diào)節(jié)裝置位于密閉腔體下方或密閉腔體側(cè) 面；磁場(chǎng)發(fā)生裝置安裝在密閉腔體的側(cè)面或密閉腔體的下方；受控電路中變壓器的原線圈 與開關(guān)、負(fù)載和電源相串聯(lián)，變壓器的副線圈經(jīng)過整流器整流之后連接磁場(chǎng)發(fā)生裝置，磁場(chǎng) 發(fā)生裝置與晶閘管陽極相連，定值電阻與電位器相連，晶閘管的門極與陰極連接在定值電 阻兩端；通過控制晶閘管的導(dǎo)通來控制磁場(chǎng)發(fā)生裝置的觸發(fā)；電路正常工作時(shí)，副線圈所 在回路中定值電阻兩端電壓還不足以使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，因此磁場(chǎng)發(fā)生裝置未作用。當(dāng)原 線圈中的電流增大到預(yù)設(shè)值時(shí)，副線圈中電流也隨之增加，定值電阻兩端的電壓達(dá)到晶閘 管的觸發(fā)值，晶閘管導(dǎo)通，磁場(chǎng)發(fā)生裝置作用，吸引磁性流體，使磁性流體驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電流體與 固態(tài)電極端子分離，實(shí)現(xiàn)斷路，起到對(duì)電路的過載或短路保護(hù)。上述三種連接方式，可根據(jù)斷路情況的實(shí)際需要進(jìn)行擇優(yōu)選擇。若希望維持持 久的斷路狀態(tài)，可以再加入失壓保護(hù)裝置與之共同作用，將本裝置的主體部分和失壓保護(hù) 裝置組配后接入受控電路，當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)，本裝置立即實(shí)現(xiàn)斷路，同時(shí)失壓保護(hù)裝置作 用，再次斷開電路，從而保持電路的斷路狀態(tài)。直至排除電路故障之后，再將失壓保護(hù)裝置 閉合，便可以恢復(fù)電路的正常導(dǎo)通。工作過程分為兩種情況，分別為一個(gè)密閉腔體和一個(gè)以上密閉腔體；當(dāng)密閉腔體的數(shù)量是一個(gè)時(shí)，電路正常狀態(tài)下，外部固態(tài)電極端子與導(dǎo)電流體連 通，此時(shí)磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的線圈里沒有通過電流或者只是通過較小的電流，雖然鐵芯中內(nèi) 嵌的永磁鐵對(duì)密閉腔體中的磁性流體具有吸引作用，但是還不足以實(shí)現(xiàn)斷路。當(dāng)電路發(fā)生 故障時(shí)，線圈中會(huì)因相應(yīng)的觸發(fā)而通過足夠大的電流，通電的線圈會(huì)產(chǎn)生與永磁鐵磁場(chǎng)方向相同的磁場(chǎng)，兩者的磁場(chǎng)相互疊加，疊加后的磁場(chǎng)作用于磁性流體，使磁性流體驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電 流體，使導(dǎo)電流體與外部固態(tài)電極端子分離，實(shí)現(xiàn)斷路。當(dāng)密閉腔體的數(shù)量是一個(gè)以上時(shí)，本實(shí)用新型的至少兩個(gè)腔體通過內(nèi)部固態(tài)電極 端子連接。在電路正常狀態(tài)下，內(nèi)部固態(tài)電極端子與外部固態(tài)電極端子之間通過導(dǎo)電流體 連接，磁場(chǎng)發(fā)生裝置的線圈中沒有電流或者只是通過較小的電流，而永磁鐵對(duì)磁性流體的 吸引作用還不足以實(shí)現(xiàn)斷路。當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)，線圈中會(huì)因相應(yīng)的觸發(fā)而通過足夠大的 電流，通電的線圈產(chǎn)生與永磁鐵方向相同的磁場(chǎng)，疊加的磁場(chǎng)作用于磁性流體，使磁性流體 驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電流體，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電流體與固態(tài)電極端子分離，從而實(shí)現(xiàn)斷路。因?yàn)榇艌?chǎng)發(fā)生裝置實(shí)現(xiàn) 內(nèi)部固態(tài)電極端子兩端同時(shí)斷開，從而將電弧分為數(shù)段串聯(lián)的短弧，再加上磁性流體具有 絕緣性，因此能夠有效地實(shí)現(xiàn)滅弧。本裝置的密閉空腔中可以充入保護(hù)性氣體如二氧化碳、氮?dú)?、氦氣、氬氣等氣體， 也可以將密閉腔體中抽成真空。本裝置中使用的導(dǎo)電流體可以是鎵、鎵銦錫、汞等液態(tài)金屬、或是導(dǎo)電鹽溶液、導(dǎo) 電等離子體。導(dǎo)電鹽溶液可以是硫酸鹽、硝酸鹽等在通電時(shí)物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的鹽溶液； 磁性流體可以選擇水基、油基、有機(jī)基等絕緣性好的磁性流體。本裝置中充入密閉腔體的磁性流體與導(dǎo)電流體的體積可視所需的斷路效果以及 固態(tài)電極端子實(shí)際位置來決定。磁性流體與導(dǎo)電流體的總體積與密閉腔體體積之比可在 10%至100%的范圍選擇，磁性流體與導(dǎo)電流體的體積比可在1/10至10的范圍內(nèi)選擇。本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)能產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁力，提高了斷路效率；所需的鐵芯體積減小， 所需的線圈匝數(shù)減少，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)能經(jīng)濟(jì)；永磁鐵的安裝、組配方便；磁性流體不僅對(duì)電 極磨損小，并且還能對(duì)固態(tài)電極進(jìn)行有效浸潤，減小了接觸電阻，并且有助于滅弧；裝置具 有自恢復(fù)功能，可重復(fù)使用。

圖1為本裝置的整體示意圖，此時(shí)電路正常導(dǎo)通，本裝置處于正常狀態(tài)；圖2為磁場(chǎng)發(fā)生裝置的第一種連接形式示意圖；圖3為磁場(chǎng)發(fā)生裝置的第二種連接形式示意圖；圖4為磁場(chǎng)發(fā)生裝置的第三種連接形式示意圖；圖5為本裝置發(fā)生動(dòng)作開斷受控電路時(shí)的狀態(tài)示意圖；圖6是在鐵芯一端部嵌入永磁鐵的組合磁鐵示意圖；圖7是在鐵芯兩端部均嵌入永磁鐵的組合磁鐵示意圖；圖8是永磁鐵貫通鐵芯內(nèi)部的組合磁鐵示意圖；圖9為本實(shí)用新型裝置與失壓保護(hù)裝置組配形式示意圖；圖中1封裝外殼，2磁性流體，3導(dǎo)電流體，4負(fù)載，5磁場(chǎng)發(fā)生裝置，6溫度調(diào)節(jié)裝 置，7電源，8外部固態(tài)電極端子，9鐵芯，10線圈，11永磁鐵，12變壓器，13整流器，14晶閘 管，15內(nèi)部隔板，16內(nèi)部固態(tài)電極端子，17失壓保護(hù)裝置基座，18靜觸頭，19動(dòng)觸頭，20觸 頭彈簧，21開關(guān)，22電位器。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型利用組合磁鐵的雙流體自恢復(fù)斷路裝置結(jié)合實(shí)施例和附圖加以說明。實(shí)施例1本實(shí)施例采用第一種結(jié)構(gòu)方式如圖一和圖二所示，本裝置包括主體部分、副體部分和受控電路主體部分包括封 裝外殼1、磁性流體2、導(dǎo)電流體3、外部固態(tài)電極端子8 ；副體部分包括溫度調(diào)節(jié)裝置6和磁 場(chǎng)發(fā)生裝置5 ；受控電路包括負(fù)載4、電源7和開關(guān)21。本實(shí)施例中封裝外殼1采用的是玻璃材料，其厚度為3mm，其與外部固態(tài)電極端子 8形成一個(gè)密閉腔體，密閉腔體的尺寸為(長X高X寬)為15mmX IOmmX 8mm。采用北京市神 然技術(shù)有限公司生產(chǎn)的MF03型磁性流體2，其密度為1320kg/m ，飽和磁化強(qiáng)度為450GS。 導(dǎo)電流體3采用液態(tài)金屬汞，其密度為13600kg/m 。將液態(tài)金屬汞與磁性流體2以2 3的 體積比注入到密閉腔體中，磁性流體和液態(tài)金屬汞的總體積占腔體體積的100%。外部固態(tài) 電極端子8是長度為6cm，直徑為5mm的鐵電極。負(fù)載4選用額定工作電壓為220V、額定工 作功率為40W的燈泡；溫度調(diào)節(jié)裝置6選用500W的電加熱器，其數(shù)量為一個(gè)；磁場(chǎng)發(fā)生裝置 5為組合磁鐵，其內(nèi)嵌的兩個(gè)永磁鐵11采用釹鐵硼材料，兩個(gè)永磁鐵11分別組裝在鐵芯磁 化方向的兩端，本試驗(yàn)在室溫下進(jìn)行。該裝置外部固態(tài)電極端子8的一端浸入液態(tài)金屬汞的內(nèi)；外部固態(tài)電極端子8的 另一端連接受控電路的燈泡；電加熱器位于密閉腔體的下方；磁場(chǎng)發(fā)生裝置5安裝在密閉 腔體的側(cè)面，直接接入受控電路中，依靠受控電路的電流變化時(shí)產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的磁場(chǎng)作用 于磁性流體2，使其驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電流體3與固態(tài)電極端子分離，實(shí)現(xiàn)斷路。如圖五、圖七，所示，作為過載和短路保護(hù)裝置使用時(shí)將受控電路的電流調(diào)至 100A作為正常工作電流，將受控電路的電流調(diào)至150A作為過電流，磁場(chǎng)發(fā)生裝置5作用，控 制磁性流體2和液態(tài)金屬汞動(dòng)作，在15ms時(shí)，受控電路被切斷，磁場(chǎng)發(fā)生裝置5作用消失， 磁性流體2和液態(tài)金屬汞又恢復(fù)原來狀態(tài)，電路被重新導(dǎo)通，如此重復(fù)關(guān)斷和導(dǎo)通狀態(tài)。實(shí)施例2本實(shí)施例采用第二種結(jié)構(gòu)方式如圖一和圖三所示，本裝置包括主體部分、副體部分和受控電路主體部分包括封 裝外殼1、磁性流體2、導(dǎo)電流體3、外部固態(tài)電極端子8、內(nèi)部固態(tài)電極端子16 ；副體部分包 括溫度調(diào)節(jié)裝置6和磁場(chǎng)發(fā)生裝置5 ；受控電路包括負(fù)載4、開關(guān)21、電源7和變壓器12 ；附 加回路包括整流器13和電位器22。本實(shí)施例中密閉封裝外殼1采用的是環(huán)氧樹脂材料，其厚度為2mm，其與外部固態(tài) 電極端子8、內(nèi)部隔板15和內(nèi)部固態(tài)電極端子16構(gòu)成等體積的兩個(gè)密閉腔體。每個(gè)密閉 腔體的尺寸為(長X高X寬)為20mmX 15mmX 15mm,采用北京市神然技術(shù)有限公司生產(chǎn) 的MF03型磁性流體2，其密度為1320kg/m ，飽和磁化強(qiáng)度為450GS。導(dǎo)電流體3采用液 態(tài)金屬鎵銦錫，根據(jù)配比，其密度為64^kg/m 。先將占腔體35%的液態(tài)金屬鎵銦錫注入 密閉腔體中，然后將占密閉腔體50%的磁性流體注入密閉腔體，其余的空間抽成真空。外 部固態(tài)電極端子8采用的是長度為5cm，直徑為4mm的銅電極。內(nèi)部固態(tài)電極端子16采用 長度為5mm，直徑為3mm的銅電極，兩個(gè)等體積的密閉腔體通過內(nèi)部固態(tài)電極端子16相連 接。溫度調(diào)節(jié)裝置6選用風(fēng)扇，其數(shù)量為兩個(gè)。負(fù)載4選為電熱爐；磁場(chǎng)發(fā)生裝置5為組合磁鐵，其內(nèi)嵌的一個(gè)永磁鐵11采用的是釤鈷材料，永磁鐵11組裝在鐵芯磁化方向的一端， 本實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行。該裝置外部固態(tài)電極端子8的一端浸入液態(tài)金屬鎵銦錫內(nèi)；外部固態(tài)電極端子8 的另一端連接受控電路的電熱爐；兩個(gè)風(fēng)扇分別位于密閉腔體的前、后兩側(cè)面；磁場(chǎng)發(fā)生 裝置5安裝在密閉腔體的下方；受控電路中變壓器12的原線圈與開關(guān)21、負(fù)載4和電源7 相串聯(lián)，變壓器12的副線圈經(jīng)過整流器13整流之后與磁場(chǎng)發(fā)生裝置5和電位器22相串聯(lián)； 通過控制原、副線圈的匝數(shù)來實(shí)現(xiàn)原、副線圈中電路參數(shù)成比例變化。即當(dāng)受控電路的電流 增大時(shí)，副線圈中的電流也增大，磁場(chǎng)發(fā)生裝置5所產(chǎn)生的磁場(chǎng)也隨之增強(qiáng)，當(dāng)受控電路中 的電流達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，磁場(chǎng)發(fā)生裝置5產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的磁場(chǎng)，作用于磁性流體2，從而驅(qū)動(dòng) 液態(tài)金屬鎵銦錫與外部固態(tài)電極端子8或內(nèi)部固態(tài)電極端子16分離，實(shí)現(xiàn)斷路。如圖五，圖六，圖九所示，作為過載和短路保護(hù)裝置使用時(shí)將受控電路的電壓調(diào) 至380V作為正常負(fù)荷電壓，將受控電路的電壓調(diào)至550V作為過電壓，此時(shí)磁場(chǎng)發(fā)生裝置5 所在的次級(jí)線圈回路中的電壓增大，當(dāng)電壓增大到預(yù)設(shè)值時(shí)，磁場(chǎng)發(fā)生裝置5作用，在6ms 時(shí)，受控電路被切斷。對(duì)于有兩個(gè)密閉腔體的本裝置，共有兩個(gè)端子同時(shí)分?jǐn)?，?shí)驗(yàn)中無燃 弧現(xiàn)象，斷路效果優(yōu)良。觸頭彈簧20的彈力使動(dòng)觸頭19與靜觸頭18迅速分離，再次斷開 受控電路，提供持久的斷路狀態(tài)，直到故障排除后，通過機(jī)械力將失壓保護(hù)裝置的動(dòng)觸頭19 與靜觸頭18閉合，使受控電路恢復(fù)導(dǎo)通。實(shí)施例3本實(shí)施例采用第三種結(jié)構(gòu)方式如圖一和圖四所示，包括主體部分、副體部分和受控電路主體部分包括封裝外殼 1、磁性流體2、導(dǎo)電流體3、外部固態(tài)電極端子8和內(nèi)部固態(tài)電極端子16 ；副體部分包括溫 度調(diào)節(jié)裝置6和磁場(chǎng)發(fā)生裝置5 ；受控電路包括負(fù)載4、電源7和變壓器12 ；附合回路包括 整流器13、定值電阻、電位器22和晶閘管14。本實(shí)施例中密閉封裝外殼1采用的是玻璃材料，其厚度為5mm，其與外部固態(tài)電極 端子8、內(nèi)部隔板15和內(nèi)部固態(tài)電極端子16構(gòu)成等體積的三個(gè)密閉腔體。密閉腔體的尺寸 為(長X高X寬)為20mmX20mmX10mm，采用北京市神然技術(shù)有限公司生產(chǎn)的MF03型磁 性流體2，其密度為1320kg/m ，飽和磁化強(qiáng)度為450GS。導(dǎo)電流體3采用液態(tài)金屬鎵，其 密度為5907kg/m 。將磁性流體2與液態(tài)金屬鎵以3:2的體積比注入到密閉腔體中，磁性 流體2和液態(tài)金屬鎵的總體積占腔體體積的83%，其余的空間為氮?dú)?。外部固態(tài)電極端子 8是長度為3cm，直徑為3mm的銅電極。溫度調(diào)節(jié)裝置選用空冷換熱器，其數(shù)量為三個(gè)，負(fù) 載4選為鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)；所采用的晶閘管其型號(hào)為BT151 ；磁場(chǎng)發(fā)生裝置為組合磁鐵， 其內(nèi)嵌的一個(gè)永磁鐵采用的是鋁鎳鈷材料，永磁鐵貫通整個(gè)鐵芯，本實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行。該裝置外部固態(tài)電極端子8的一端浸入液態(tài)金屬鎵內(nèi)；外部固態(tài)電極端子8的另 一端連接受控電路的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)；溫度調(diào)節(jié)裝置位于每個(gè)密閉腔體的下方；磁場(chǎng)發(fā) 生裝置5安裝在密閉腔體的側(cè)面，受控電路中變壓器12的原線圈與開關(guān)、鼠籠式異步電動(dòng) 機(jī)和電源7相串聯(lián)，變壓器12的副線圈經(jīng)過整流器13整流之后連接磁場(chǎng)發(fā)生裝置5，通過 晶閘管14觸發(fā)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，通過控制晶間管的導(dǎo)通來控制磁場(chǎng)發(fā)生裝置的觸發(fā)。電路正 常工作時(shí)，副線圈所在回路中定值電阻兩端電壓還不足以使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，因此磁場(chǎng)發(fā) 生裝置未作用。當(dāng)原線圈中的電流增大到預(yù)設(shè)值時(shí)，副線圈中電流也隨之增加，定值電阻兩端的電壓達(dá)到晶閘管14的觸發(fā)值，晶閘管14導(dǎo)通，磁場(chǎng)發(fā)生裝置5作用，吸引磁性流體2， 使磁性流體2驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬鎵與固態(tài)電極端子分離，實(shí)現(xiàn)斷路。 如圖四，圖八、圖九所示，作為過載和短路保護(hù)裝置使用時(shí)將受控電路的電壓調(diào) 至220V作為正常負(fù)荷電壓，將受控電路的電壓調(diào)至480V作為過電壓，R兩端的電壓值超過 晶閘管14的觸發(fā)值時(shí)，晶閘管14被觸發(fā)導(dǎo)通，磁場(chǎng)發(fā)生裝置5作用，在2ms時(shí)，受控電路被 切斷。觸頭彈簧20的彈力使動(dòng)觸頭19與靜觸頭18迅速分離，再次斷開受控電路，提供持 久的斷路狀態(tài)。直到故障排除后，通過機(jī)械力將失壓保護(hù)裝置的動(dòng)觸頭19與靜觸頭18閉 合，使受控電路恢復(fù)導(dǎo)通。
權(quán)利要求1.一種利用組合磁鐵的雙流體自恢復(fù)斷路裝置，其特征在于該裝置包括主體部分、 副體部分和受控電路主體部分包括封裝外殼、磁性流體、導(dǎo)電流體和固態(tài)電極端子；固態(tài) 電極端子包括外部固態(tài)電極端子和內(nèi)部固態(tài)電極端子；副體部分包括溫度調(diào)節(jié)裝置和磁場(chǎng) 發(fā)生裝置；受控電路包括負(fù)載、電源和開關(guān)；所述的封裝外殼與固態(tài)電極端子組成至少一個(gè)密閉腔體；本裝置的密閉腔體內(nèi)充有磁性流體和導(dǎo)電流體，其中磁性流體位于導(dǎo)電流體的上層； 外部固態(tài)電極端子的一端浸入導(dǎo)電流體內(nèi)；外部固態(tài)電極端子的另一端連接受控電路的負(fù) 載；溫度調(diào)節(jié)裝置位于密閉腔體下方或密閉腔體側(cè)面；磁場(chǎng)發(fā)生裝置安裝在密閉腔體側(cè)面 或密閉腔體下方，直接接入受控電路中。
2.按權(quán)利要求1所述的利用組合磁鐵的雙流體自恢復(fù)斷路裝置，其特征在于 所述的密閉腔體為一個(gè)，由封裝外殼與外部固態(tài)電極端子組成；所述的密閉腔體為至少兩個(gè)，由封裝外殼與外部固態(tài)電極端子和內(nèi)部固態(tài)電極端子組成；所述的封裝外殼采用絕緣性材料；所述的溫度調(diào)節(jié)裝置可選用任何可以使導(dǎo)電流體及磁性流體維持正常工作狀態(tài)的溫 度調(diào)節(jié)設(shè)備；所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置采用的是一種在電磁鐵的鐵芯中內(nèi)嵌永磁鐵而形成的組合磁鐵， 在組合磁鐵中，其內(nèi)嵌的永磁鐵的磁極方向與鐵芯磁化方向是一致的，所述永磁鐵在鐵芯 內(nèi)部存在一個(gè)或者多個(gè)，該永磁鐵的外圍被鐵芯包圍著；所述的組合磁鐵，其內(nèi)嵌的永磁鐵可以組裝在鐵芯磁化方向的一端部和/或另一端 部，或?qū)⒂来盆F貫通整個(gè)鐵芯內(nèi)部；所述的負(fù)載為斷路器需要保護(hù)的電氣設(shè)備。
3.一種利用組合磁鐵的雙流體自恢復(fù)斷路裝置，其特征在于該裝置包括主體部分、 副體部分和受控電路主體部分包括封裝外殼、磁性流體、導(dǎo)電流體、固態(tài)電極端子；固態(tài) 電極端子包括外部固態(tài)電極端子和內(nèi)部固態(tài)電極端子；副體部分包括溫度調(diào)節(jié)裝置和磁場(chǎng) 發(fā)生裝置；受控電路包括負(fù)載、開關(guān)、電源和變壓器；附加回路包括整流器和電位器；所述的封裝外殼與固態(tài)電極端子組成至少一個(gè)密閉腔體；其中由封裝外殼與固態(tài)電極端子構(gòu)成的密閉腔體內(nèi)充有磁性流體和導(dǎo)電流體，其中磁 性流體位于導(dǎo)電流體的上層；外部固態(tài)電極端子的一端浸入導(dǎo)電流體內(nèi)；外部固態(tài)電極端 子的另一端連接受控電路的負(fù)載；溫度調(diào)節(jié)裝置位于密閉腔體下方或密閉腔體側(cè)面；磁場(chǎng) 發(fā)生裝置安裝在密閉腔體的側(cè)面或密閉腔體的下方；受控電路中變壓器的原線圈與開關(guān)、 負(fù)載和電源相串聯(lián)，變壓器的副線圈經(jīng)過整流器整流之后與磁場(chǎng)發(fā)生裝置和電位器相串 聯(lián)。
4.按權(quán)利要求3所述的利用組合磁鐵的雙流體自恢復(fù)斷路裝置，其特征在于 所述的密閉腔體為一個(gè)，由封裝外殼與外部固態(tài)電極端子組成；所述的密閉腔體為至少兩個(gè)，由封裝外殼與外部固態(tài)電極端子和內(nèi)部固態(tài)電極端子組成；所述的封裝外殼采用絕緣性材料；所述的溫度調(diào)節(jié)裝置可選用任何可以使導(dǎo)電流體及磁性流體維持正常工作狀態(tài)的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備；所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置采用的是一種在電磁鐵的鐵芯中內(nèi)嵌永磁鐵而形成的組合磁鐵， 在組合磁鐵中，其內(nèi)嵌的永磁鐵的磁極方向與鐵芯磁化方向是一致的，所述永磁鐵在鐵芯 內(nèi)部存在一個(gè)或者多個(gè)，該永磁鐵的外圍被鐵芯包圍著；所述的組合磁鐵，其內(nèi)嵌的永磁鐵可以組裝在鐵芯磁化方向的一端部和/或另一端 部，或?qū)⒂来盆F貫通整個(gè)鐵芯內(nèi)部；所述的負(fù)載為斷路器需要保護(hù)的電氣設(shè)備。
5.一種利用組合磁鐵的雙流體自恢復(fù)斷路裝置，其特征在于該裝置包括主體部分、 副體部分和受控電路主體部分包括封裝外殼、磁性流體、導(dǎo)電流體、固態(tài)電極端子；固態(tài) 電極端子包括外部固態(tài)電極端子和內(nèi)部固態(tài)電極端子；副體部分包括溫度調(diào)節(jié)裝置和磁場(chǎng) 發(fā)生裝置；受控電路包括負(fù)載、電源和變壓器；附加回路包括整流器、定值電阻、電位器和晶閘管；所述的封裝外殼與固態(tài)電極端子組成至少一個(gè)密閉腔體；本裝置中由封裝外殼與固態(tài)電極端子構(gòu)成的密閉腔體內(nèi)充有磁性流體和導(dǎo)電流體，其 中磁性流體位于導(dǎo)電流體的上層，外部固態(tài)電極端子的一端浸入導(dǎo)電流體內(nèi)；外部固態(tài)電 極端子的另一端連接受控電路的負(fù)載；溫度調(diào)節(jié)裝置位于密閉腔體下方或密閉腔體側(cè)面； 磁場(chǎng)發(fā)生裝置安裝在密閉腔體的側(cè)面或密閉腔體的下方；受控電路中變壓器的原線圈與開 關(guān)、負(fù)載和電源相串聯(lián)，變壓器的副線圈經(jīng)過整流器整流之后連接磁場(chǎng)發(fā)生裝置，磁場(chǎng)發(fā)生 裝置與晶閘管陽極相連，定值電阻與電位器相連，晶閘管的門極與陰極連接在定值電阻兩 端。
6.按權(quán)利要求5所述的利用組合磁鐵的雙流體自恢復(fù)斷路裝置，其特征在于 所述的密閉腔體為一個(gè)，由封裝外殼與外部固態(tài)電極端子組成；所述的密閉腔體為至少兩個(gè)，由封裝外殼與外部固態(tài)電極端子和內(nèi)部固態(tài)電極端子組成；所述的封裝外殼采用絕緣性材料；所述的溫度調(diào)節(jié)裝置可選用任何可以使導(dǎo)電流體及磁性流體維持正常工作狀態(tài)的溫 度調(diào)節(jié)設(shè)備；所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置采用的是一種在電磁鐵的鐵芯中內(nèi)嵌永磁鐵而形成的組合磁鐵， 在組合磁鐵中，其內(nèi)嵌的永磁鐵的磁極方向與鐵芯磁化方向是一致的，所述永磁鐵在鐵芯 內(nèi)部存在一個(gè)或者多個(gè)，該永磁鐵的外圍被鐵芯包圍著；所述的組合磁鐵，其內(nèi)嵌的永磁鐵可以組裝在鐵芯磁化方向的一端部和/或另一端 部，或?qū)⒂来盆F貫通整個(gè)鐵芯內(nèi)部；所述的負(fù)載為斷路器需要保護(hù)的電氣設(shè)備。
專利摘要一種利用組合磁鐵的雙流體自恢復(fù)斷路裝置，屬于電氣及自動(dòng)控制領(lǐng)域。該裝置包括三種結(jié)構(gòu)方式，包括主體部分、副體部分和受控電路主體部分包括封裝外殼、磁性流體、導(dǎo)電流體和固態(tài)電極端子；固態(tài)電極端子包括外部固態(tài)電極端子和內(nèi)部固態(tài)電極端子；副體部分包括溫度調(diào)節(jié)裝置和磁場(chǎng)發(fā)生裝置；受控電路包括負(fù)載、電源和開關(guān)；本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)能產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁力，提高了斷路效率；所需的鐵芯體積減小，所需的線圈匝數(shù)減少，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)能經(jīng)濟(jì)；永磁鐵的安裝、組配方便；磁性流體不僅對(duì)電極磨損小，并且還能對(duì)固態(tài)電極進(jìn)行有效浸潤，減小了接觸電阻，并且有助于滅??；本裝置具有自恢復(fù)功能，可重復(fù)使用。
文檔編號(hào)H02H3/08GK201868836SQ201020567688
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者庫銳, 張海濤, 毛俊, 王強(qiáng), 赫冀成, 趙立佳, 趙胤淇 申請(qǐng)人:東北大學(xué)