一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构的制作方法
专利名称：一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及中压真空断路器永磁机构领域，尤其是一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构。
背景技术：
操动机构是中压真空断路器的一个关键组成部分，目前被广泛采用的有弹簧操作机构和永磁操动机构两种。弹簧操动机构结构复杂，机械故障概率高，易产生维修和维护的工作量，给用户单位带来诸多不便。本发明所述的双稳态永磁机构是永磁操作机构的一种，因其结构简单、机械性能稳定的特点而被广泛使用，且逐渐有取代弹簧操动机构的发展趋势。双稳态永磁机构的主要工作原理是电磁驱动，永磁保持；具体的讲，就是在进行合、分闸操作过程中，给相应的合、分闸线圈通以合适的电流，由该电流产生一个可以克服永磁保持力的电磁力，驱动动铁芯上下运动产生合、分闸需要的能量位移输出。合、分闸到位无需 机械锁扣装置，完全利用永磁体提供永久磁力，将动铁芯稳定的吸合在静铁芯特定位置上，从而可靠的保持真空断路器合、分闸状态。传统的双稳态永磁机构在进行合、分闸操作时，由于通过合、分闸线圈的电流产生的电磁力，需要在克服永磁体保持力和动静铁芯摩擦力以及磁屏蔽密封结构中压缩空气阻力的基础上用剩余能量做功，在剩余能量不足时，导致中压真空断路器分闸速度较低造成电弧重燃，分闸失败，影响电力系统正常运行。目前，传统的产品解决这个问题，多采用以下几种方法(1)在真空断路器机构箱内增加多根分闸弹簧提高分闸速度；(2)采用提高合、分闸电流的有效值来提升合、分闸电磁力增加速度；(3)将永磁、电磁回路分成磁路不干涉的两部分结构布置提高初始速度。另外，传统永磁机构产品，其设计动铁芯运动的定位和导向，是利用输出轴延伸出永磁机构顶盖和底盖，依赖顶底盖中间开定位孔来实现定位和导向功能。这些设计方案的实施，存在的问题是(I)机械传动部件多，故障点增加，传动损耗大，分闸速度提升不明显；(2)采用提高分闸电流值提升分闸速度的后果是增加了直流电源系统的成本，也提高电气故障的风险。(3)利用传统的永磁机构动铁芯定位和导向设计方案，使得永磁机构结构复杂，体积增大；因此，在简化传统产品结构的背景下，设计一种能明显提高分闸速度的永磁机构具有较为现实的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，在简化了现有产品结构的基础上明显的提升永磁机构分闸速度。一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，包括输出轴，在该输出轴外套装有动铁芯，在该动铁芯外还套装有自润滑导向套、缓冲、分闸线圈、静铁芯、合闸线圈和外磁轭，以及安装在输出轴两端旁的顶盖和底盖，另外在外磁轭中部和静铁芯之间安装有瓦型磁铁，其特别之处在于所述外磁轭为空心圆柱体，在其内腔中设有磁短路环，该磁短路环与静铁芯之间设置有磁短路气隙。其中动铁芯为空心圆柱体，在其外表面设有轴向的泄压槽，在该泄压槽上还设有泄压孔，从而共同将动铁芯在封闭结构中运动时产生的压缩空气阻力释放；另外动铁芯上端为圆锥台，而下端为凹形端面。其中输出轴的一端伸出底盖外，而该输出轴的另一端从自润滑导向套、缓冲和动铁芯的内腔中穿过并且与动铁芯为过盈配合，输出轴末端固定在顶盖内的动铁芯上的凹槽中。其中磁短路环、瓦型磁铁和静铁芯将外磁轭的内腔分为上下两个隔室，在上隔室内安装有分闸线圈，而在下隔室内安装有合闸线圈。其中自润滑导向套为镶嵌石墨的铜质空心圆柱体，并且该自润滑导向套安装在缓冲的下方。 其中在分闸线圈和动铁芯之间安装有自润滑导向环，该自润滑导向环的材质为聚四氟乙烯，并且该自润滑导向环与分闸线圈高度相等。本发明针对上述问题，提供一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，采用有别于传统机构的内嵌式自适应定位和导向结构、非等距运动磁路、压缩气体泄压通道、磁短路气隙、缓冲、自润滑部件等方案，在简化了传统产品结构的基础上明显的提升永磁机构分闸速度。本发明的有益效果是提供一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，采用了有别于传统机构的内嵌式自适应定位和导向结构、非等距运动磁路、压缩气体泄压通道、磁短路气隙、缓冲、自润滑部件等方案，在简化了传统产品结构的基础上明显的提升永磁机构分闸速度，提高了永磁机构真空断路器的稳定性和实用性。
附图I为本发明的双稳态永磁机构在分闸状态的示意图；附图2为本发明的双稳态永磁机构在合闸状态的示意图；附图3为本发明的双稳态永磁机构在分闸过程初始状态的示意图；附图4为本发明的双稳态永磁机构中动铁芯(11)的结构示意图。
具体实施例方式如图1、2、3所不,本发明是一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，包括输出轴12，在该输出轴12外套装有动铁芯11，在该动铁芯11外还套装有自润滑导向套7、缓冲9、分闸线圈2、静铁芯3、合闸线圈6和外磁轭5，以及安装在输出轴12两端旁的顶盖I和底盖8，另外在外磁轭5中部和静铁芯3之间安装有瓦型磁铁4，所述外磁轭5为空心圆柱体，在其内腔中设有磁短路环13，该磁短路环13与静铁芯3之间设置有磁短路气隙18。如图4所示，其中动铁芯11为空心圆柱体，在其外表面设有轴向的泄压槽14，在该泄压槽14上还设有泄压孔15，从而共同将动铁芯11在封闭结构中运动时产生的压缩空气阻力释放；另外动铁芯11上端为圆锥台17，而下端为平面。输出轴12的一端伸出底盖8夕卜，而该输出轴12的另一端从自润滑导向套7、缓冲9和动铁芯11的内腔中穿过并且与动铁芯11为过盈配合，并且其末端固定在顶盖I内的动铁芯11上的凹槽20中。磁短路环13、瓦型磁铁4和静铁芯3将外磁轭5的内腔分为上下两个隔室，在上隔室内安装有分闸线圈2，而在下隔室内安装有合闸线圈6。另外自润滑导向套7为镶嵌石墨的铜质空心圆柱体，并且该自润滑导向套7安装在缓冲9的下方。而在分闸线圈2和动铁芯11之间安装有自润滑导向环10，该自润滑导向环10的材质为聚四氟乙烯，并且该自润滑导向环10与分闸线圈2高度相等。本发明的工作原理如下在磁短路环13和静铁芯3之间设置有磁短路气隙18，该短路气隙18的磁阻随动铁芯11的向上运动，逐渐小于动铁芯11与底盖8间的磁阻，近似将瓦型磁铁4磁短路，使缓冲9的反力叠加在分闸线圈2的电磁力上，共同作用于动铁芯11向上运动，获得有效分闸的加速度；在动铁芯11上端还具有圆锥台17的特征，其优越性在于当动铁芯11处于中间状 态下，上端的圆锥台17与顶盖I中部的锥形凹槽磁保持面19的气隙垂直距离，比下端的凹形端面16与底盖8中部的圆环凸台之间的气隙垂直距离缩小了 20%左右，形成了一种上下非等距的磁路结构，可使动铁芯11向上运动时的磁阻小于向下运动的磁阻，获得有效的分闸加速度；与现有永磁机构不同，本发明无需在顶盖I中心开孔来实现导向功能，且本发明利用具有润滑功能的聚四氟乙烯、石墨等材料进行自适应的运动导向，效果比传统机构采用润滑油更佳。
权利要求
1.一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，包括输出轴(12)，在该输出轴(12)外套装有动铁芯(11)，在该动铁芯(11)外还套装有自润滑导向套(7)、缓冲(9)、分闸线圈(2)、静铁芯(3)、合闸线圈(6)和外磁轭(5)，以及安装在输出轴(12)两端旁的顶盖(I)和底盖(8)，另外在外磁轭(5)中部和静铁芯(3)之间安装有瓦型磁铁(4)，其特征在于所述外磁轭(5)为空心圆柱体，在其内腔中设有磁短路环(13)，该磁短路环(13)与静铁芯(3)之间设置有磁短路气隙(18)。
2.如权利要求I所述的一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，其特征在于其中动铁芯(11)为空心圆柱体，在其外表面设有轴向的泄压槽(14)，在该泄压槽(14)上还设有泄压孔(15)，从而共同将动铁芯(11)在封闭结构中运动时产生的压缩空气阻力释放；另外动铁芯(11)上端为圆锥台(17)，而下端为凹形端面(16)。
3.如权利要求I所述的一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，其特征在于其中输出轴(12)的一端伸出底盖⑶外，而该输出轴(12)的另一端从自润滑导向套(7)、缓冲(9)和动铁芯(11)的内腔中穿过并且与动铁芯(11)为过盈配合，输出轴(12)末端固定在顶盖(I)内的动铁芯(11)上的凹槽(20)中。
4.如权利要求I所述的一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，其特征在于其中磁短路环(13)、瓦型磁铁(4)和静铁芯(3)将外磁轭(5)的内腔分为上下两个隔室，在上隔室内安装有分闸线圈(2)，而在下隔室内安装有合闸线圈(6)。
5.如权利要求I所述的一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，其特征在于其中自润滑导向套(7)为镶嵌石墨的铜质空心圆柱体，并且该自润滑导向套(7)安装在缓冲(9)的下方。
6.如权利要求I所述的一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，其特征在于其中在分闸线圈(2)和动铁芯(11)之间安装有自润滑导向环(10)，该自润滑导向环(10)的材质为聚四氟乙烯，并且该自润滑导向环(10)与分闸线圈(2)高度相等。
全文摘要
本发明涉及中压真空断路器永磁机构领域，尤其是一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，包括输出轴(12)，在该输出轴(12)外套装有动铁芯(11)，在该动铁芯(11)外还套装有自润滑导向套(7)、缓冲(9)、分闸线圈(2)、静铁芯(3)、合闸线圈(6)和外磁轭(5)，其特点是所述外磁轭(5)为空心圆柱体，在其内腔中设有磁短路环(13)，该磁短路环(13)与静铁芯(3)之间设置有磁短路气隙(18)。本发明的有益效果是提供一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，在简化了传统产品结构的基础上明显的提升永磁机构分闸速度，提高了永磁机构真空断路器的稳定性和实用性。
文档编号H01H33/666GK102969195SQ20121045387
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者牛广军, 徐志, 姬涛, 李发红 申请人:宁夏力成电气集团有限公司
技术领域：
本发明涉及中压真空断路器永磁机构领域，尤其是一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构。
背景技术：
操动机构是中压真空断路器的一个关键组成部分，目前被广泛采用的有弹簧操作机构和永磁操动机构两种。弹簧操动机构结构复杂，机械故障概率高，易产生维修和维护的工作量，给用户单位带来诸多不便。本发明所述的双稳态永磁机构是永磁操作机构的一种，因其结构简单、机械性能稳定的特点而被广泛使用，且逐渐有取代弹簧操动机构的发展趋势。双稳态永磁机构的主要工作原理是电磁驱动，永磁保持；具体的讲，就是在进行合、分闸操作过程中，给相应的合、分闸线圈通以合适的电流，由该电流产生一个可以克服永磁保持力的电磁力，驱动动铁芯上下运动产生合、分闸需要的能量位移输出。合、分闸到位无需 机械锁扣装置，完全利用永磁体提供永久磁力，将动铁芯稳定的吸合在静铁芯特定位置上，从而可靠的保持真空断路器合、分闸状态。传统的双稳态永磁机构在进行合、分闸操作时，由于通过合、分闸线圈的电流产生的电磁力，需要在克服永磁体保持力和动静铁芯摩擦力以及磁屏蔽密封结构中压缩空气阻力的基础上用剩余能量做功，在剩余能量不足时，导致中压真空断路器分闸速度较低造成电弧重燃，分闸失败，影响电力系统正常运行。目前，传统的产品解决这个问题，多采用以下几种方法(1)在真空断路器机构箱内增加多根分闸弹簧提高分闸速度；(2)采用提高合、分闸电流的有效值来提升合、分闸电磁力增加速度；(3)将永磁、电磁回路分成磁路不干涉的两部分结构布置提高初始速度。另外，传统永磁机构产品，其设计动铁芯运动的定位和导向，是利用输出轴延伸出永磁机构顶盖和底盖，依赖顶底盖中间开定位孔来实现定位和导向功能。这些设计方案的实施，存在的问题是(I)机械传动部件多，故障点增加，传动损耗大，分闸速度提升不明显；(2)采用提高分闸电流值提升分闸速度的后果是增加了直流电源系统的成本，也提高电气故障的风险。(3)利用传统的永磁机构动铁芯定位和导向设计方案，使得永磁机构结构复杂，体积增大；因此，在简化传统产品结构的背景下，设计一种能明显提高分闸速度的永磁机构具有较为现实的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，在简化了现有产品结构的基础上明显的提升永磁机构分闸速度。一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，包括输出轴，在该输出轴外套装有动铁芯，在该动铁芯外还套装有自润滑导向套、缓冲、分闸线圈、静铁芯、合闸线圈和外磁轭，以及安装在输出轴两端旁的顶盖和底盖，另外在外磁轭中部和静铁芯之间安装有瓦型磁铁，其特别之处在于所述外磁轭为空心圆柱体，在其内腔中设有磁短路环，该磁短路环与静铁芯之间设置有磁短路气隙。其中动铁芯为空心圆柱体，在其外表面设有轴向的泄压槽，在该泄压槽上还设有泄压孔，从而共同将动铁芯在封闭结构中运动时产生的压缩空气阻力释放；另外动铁芯上端为圆锥台，而下端为凹形端面。其中输出轴的一端伸出底盖外，而该输出轴的另一端从自润滑导向套、缓冲和动铁芯的内腔中穿过并且与动铁芯为过盈配合，输出轴末端固定在顶盖内的动铁芯上的凹槽中。其中磁短路环、瓦型磁铁和静铁芯将外磁轭的内腔分为上下两个隔室，在上隔室内安装有分闸线圈，而在下隔室内安装有合闸线圈。其中自润滑导向套为镶嵌石墨的铜质空心圆柱体，并且该自润滑导向套安装在缓冲的下方。 其中在分闸线圈和动铁芯之间安装有自润滑导向环，该自润滑导向环的材质为聚四氟乙烯，并且该自润滑导向环与分闸线圈高度相等。本发明针对上述问题，提供一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，采用有别于传统机构的内嵌式自适应定位和导向结构、非等距运动磁路、压缩气体泄压通道、磁短路气隙、缓冲、自润滑部件等方案，在简化了传统产品结构的基础上明显的提升永磁机构分闸速度。本发明的有益效果是提供一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，采用了有别于传统机构的内嵌式自适应定位和导向结构、非等距运动磁路、压缩气体泄压通道、磁短路气隙、缓冲、自润滑部件等方案，在简化了传统产品结构的基础上明显的提升永磁机构分闸速度，提高了永磁机构真空断路器的稳定性和实用性。
附图I为本发明的双稳态永磁机构在分闸状态的示意图；附图2为本发明的双稳态永磁机构在合闸状态的示意图；附图3为本发明的双稳态永磁机构在分闸过程初始状态的示意图；附图4为本发明的双稳态永磁机构中动铁芯(11)的结构示意图。
具体实施例方式如图1、2、3所不,本发明是一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，包括输出轴12，在该输出轴12外套装有动铁芯11，在该动铁芯11外还套装有自润滑导向套7、缓冲9、分闸线圈2、静铁芯3、合闸线圈6和外磁轭5，以及安装在输出轴12两端旁的顶盖I和底盖8，另外在外磁轭5中部和静铁芯3之间安装有瓦型磁铁4，所述外磁轭5为空心圆柱体，在其内腔中设有磁短路环13，该磁短路环13与静铁芯3之间设置有磁短路气隙18。如图4所示，其中动铁芯11为空心圆柱体，在其外表面设有轴向的泄压槽14，在该泄压槽14上还设有泄压孔15，从而共同将动铁芯11在封闭结构中运动时产生的压缩空气阻力释放；另外动铁芯11上端为圆锥台17，而下端为平面。输出轴12的一端伸出底盖8夕卜，而该输出轴12的另一端从自润滑导向套7、缓冲9和动铁芯11的内腔中穿过并且与动铁芯11为过盈配合，并且其末端固定在顶盖I内的动铁芯11上的凹槽20中。磁短路环13、瓦型磁铁4和静铁芯3将外磁轭5的内腔分为上下两个隔室，在上隔室内安装有分闸线圈2，而在下隔室内安装有合闸线圈6。另外自润滑导向套7为镶嵌石墨的铜质空心圆柱体，并且该自润滑导向套7安装在缓冲9的下方。而在分闸线圈2和动铁芯11之间安装有自润滑导向环10，该自润滑导向环10的材质为聚四氟乙烯，并且该自润滑导向环10与分闸线圈2高度相等。本发明的工作原理如下在磁短路环13和静铁芯3之间设置有磁短路气隙18，该短路气隙18的磁阻随动铁芯11的向上运动，逐渐小于动铁芯11与底盖8间的磁阻，近似将瓦型磁铁4磁短路，使缓冲9的反力叠加在分闸线圈2的电磁力上，共同作用于动铁芯11向上运动，获得有效分闸的加速度；在动铁芯11上端还具有圆锥台17的特征，其优越性在于当动铁芯11处于中间状 态下，上端的圆锥台17与顶盖I中部的锥形凹槽磁保持面19的气隙垂直距离，比下端的凹形端面16与底盖8中部的圆环凸台之间的气隙垂直距离缩小了 20%左右，形成了一种上下非等距的磁路结构，可使动铁芯11向上运动时的磁阻小于向下运动的磁阻，获得有效的分闸加速度；与现有永磁机构不同，本发明无需在顶盖I中心开孔来实现导向功能，且本发明利用具有润滑功能的聚四氟乙烯、石墨等材料进行自适应的运动导向，效果比传统机构采用润滑油更佳。
权利要求
1.一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，包括输出轴(12)，在该输出轴(12)外套装有动铁芯(11)，在该动铁芯(11)外还套装有自润滑导向套(7)、缓冲(9)、分闸线圈(2)、静铁芯(3)、合闸线圈(6)和外磁轭(5)，以及安装在输出轴(12)两端旁的顶盖(I)和底盖(8)，另外在外磁轭(5)中部和静铁芯(3)之间安装有瓦型磁铁(4)，其特征在于所述外磁轭(5)为空心圆柱体，在其内腔中设有磁短路环(13)，该磁短路环(13)与静铁芯(3)之间设置有磁短路气隙(18)。
2.如权利要求I所述的一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，其特征在于其中动铁芯(11)为空心圆柱体，在其外表面设有轴向的泄压槽(14)，在该泄压槽(14)上还设有泄压孔(15)，从而共同将动铁芯(11)在封闭结构中运动时产生的压缩空气阻力释放；另外动铁芯(11)上端为圆锥台(17)，而下端为凹形端面(16)。
3.如权利要求I所述的一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，其特征在于其中输出轴(12)的一端伸出底盖⑶外，而该输出轴(12)的另一端从自润滑导向套(7)、缓冲(9)和动铁芯(11)的内腔中穿过并且与动铁芯(11)为过盈配合，输出轴(12)末端固定在顶盖(I)内的动铁芯(11)上的凹槽(20)中。
4.如权利要求I所述的一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，其特征在于其中磁短路环(13)、瓦型磁铁(4)和静铁芯(3)将外磁轭(5)的内腔分为上下两个隔室，在上隔室内安装有分闸线圈(2)，而在下隔室内安装有合闸线圈(6)。
5.如权利要求I所述的一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，其特征在于其中自润滑导向套(7)为镶嵌石墨的铜质空心圆柱体，并且该自润滑导向套(7)安装在缓冲(9)的下方。
6.如权利要求I所述的一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，其特征在于其中在分闸线圈(2)和动铁芯(11)之间安装有自润滑导向环(10)，该自润滑导向环(10)的材质为聚四氟乙烯，并且该自润滑导向环(10)与分闸线圈(2)高度相等。
全文摘要
本发明涉及中压真空断路器永磁机构领域，尤其是一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，包括输出轴(12)，在该输出轴(12)外套装有动铁芯(11)，在该动铁芯(11)外还套装有自润滑导向套(7)、缓冲(9)、分闸线圈(2)、静铁芯(3)、合闸线圈(6)和外磁轭(5)，其特点是所述外磁轭(5)为空心圆柱体，在其内腔中设有磁短路环(13)，该磁短路环(13)与静铁芯(3)之间设置有磁短路气隙(18)。本发明的有益效果是提供一种具有分闸加速度的轴向自适应双稳态永磁机构，在简化了传统产品结构的基础上明显的提升永磁机构分闸速度，提高了永磁机构真空断路器的稳定性和实用性。
文档编号H01H33/666GK102969195SQ20121045387
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者牛广军, 徐志, 姬涛, 李发红 申请人:宁夏力成电气集团有限公司
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