CN102737905A - 具备永磁和弹簧机构特性的真空断路器自适应操动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明的技术方案是这样实现的：具备永磁和弹簧机构特性的真空断路器自适应操动机构，其主要由弹簧操作装置、柔性连接器和永磁机构通过可连接的驱动杆和主轴联接构成，弹簧操作装置中的凸轮通过凸轮驱动杆连杆端通过转轴与柔性连接器一端联接，柔性连接器另外一端通过主轴与永磁机构连接。本发明当外界失去电源或者永磁控制器故障时，通过手动为弹簧机构进行储能，弹簧储能部分通过与柔性连接器连接驱动主轴进行合闸操作。柔性连接器吸收了弹簧部分的过盈部分能量。完成与永磁机构的连接。正常情况永磁机构通过永磁控制器完成正常合分闸过程。
Description
技术领域
本发明属于电力系统断路器中使用的操动机构，具有永磁和弹簧机构特性的自适应操动机构。
背景技术
目前真空断路器的操动机构主要有电磁操动机构、弹簧操动机构和永磁操动机构等。
电磁操动机构在真空断路器发展初期得到了比较广泛的应用，但是电磁操动机构结构笨重，动作时间较长。在没有电源情况下无法进行合闸操作。
弹簧操动机构是真空断路器最常用的一类操动机构，它的优点是不需要大功率的直流电源，只需要一个小功率的交直流两用的储能电动机，并且在没有电源情况下进行合分闸操作。其缺点是结构比较复杂，零件数量多，且要求加工精度高，故障率较高。并且弹簧操动机构的出力特性与真空断路器的负载特性不相匹配，要在轮廓曲线和连杆结构上进行合理设计。
永磁操动机构是一种发展时间较短的操动机构，它使用永磁体取代了传统的锁扣装置实现真空断路器分、合闸位置的保持(有时只用永磁体作合闸保持而不作分闸保持)，永磁操动机构工作时主要运动部件只有一个，分、合闸电流小，对操作电源的要求较低，其噪音也低。永磁操动机构结构比较简单，动作可靠性高，机械寿命长，体积小，重量轻。但在目前条件下，传统原理永磁操动机构也无法达到非常高的动作速度。并且在没有电源情况下无法进行合闸操作。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种具有永磁机构特点又有弹簧机构特性的自适应操动机构，该机构结构合理，运行可靠性高，使用寿命长。
本发明的技术方案是这样实现的：具备永磁和弹簧机构特性的真空断路器自适应操动机构，其主要由弹簧操作装置、柔性连接器和永磁机构通过可连接的驱动杆和主轴联接构成，弹簧操作装置中的凸轮通过凸轮驱动杆连杆端通过转轴与柔性连接器一端联接，柔性连接器另外一端通过主轴与永磁机构连接。
所述弹簧操作装置由单向省力齿轮；凸轮、凸轮驱动杆和主弹簧构成，单向省力齿轮与凸轮啮合并且通过连杆机构与主弹簧下端连接，同时主弹簧上端安装在凸轮上，凸轮驱动杆中的齿轮端与凸轮（2）啮合。
本发明包括永磁机构部分，弹簧储能部分和柔性连接器部分组成。当外界失去电源或者永磁控制器故障时，通过手动为弹簧机构进行储能，弹簧储能部分通过与柔性连接器连接驱动主轴进行合闸操作。柔性连接器吸收了弹簧部分的过盈部分能量。完成与永磁机构的连接。正常情况永磁机构通过永磁控制器完成正常合分闸过程。
本发明的效果体现在：
1)本发明采用了最简单的弹簧操作装置（弹簧储能机构），相对传统弹簧储能机构而言，在保持出力能力的同时，减少了原有的储能保持；预备合闸等环节很大程度地减少了操动机构运动部件和运动部件质量，能够较大地提高操动机构的驱动负载的能力。
2)本发明采用了新型永磁机构（已申请发明专利）方案，传统永磁机构在外力作用下，磁场发生变化会产生反力无法保持。新型永磁机构解决此问题。
3)本发明采用了自适应型的动作方案，弹簧机构与永磁机构之间采用柔性连接装置（已申请发明专利）避免了弹簧机构与永磁机构之间配合问题。减轻了断路器的机械强度要求，能有效地延长断路器的动作寿命。
附图说明
图1为本发明在合闸保持状态下的结构示意图（弹簧操作端）。
图2为本发明在合闸保持状态下的结构示意图（永磁机构操作端）。
图3为本发明在分闸保持状态下的结构示意图（弹簧操作端）。
图4为本发明在分闸保持状态下的结构示意图（永磁机构操作端）。
图5为本发明柔性连接器结构示意图。
图6为传统原理的双稳态永磁机构（合闸状态）。
图7为传统原理的单稳态永磁机构（合闸状态）。
图8为本发明中永磁机构（合闸状态）。
图9为传统原理的双稳态永磁机构（分闸状态）。
图10为传统原理的单稳态永磁机构（分闸状态）。
图11为本发明永磁机构（分闸状态）。
图12、13分别为为本发明的永磁机构合、分闸过程磁回路图。
图14为本发明永磁机构保持磁回路图。
下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。
具体实施方式
参见图1-4所示，本发明主要由弹簧操作装置；柔性连接器和永磁机构通过可连接的驱动杆与主轴联接构成。弹簧操作装置由元件1单向省力齿轮；元件2凸轮；元件3凸轮驱动杆组成和元件7主弹簧。通过元件4柔性连接器与元件5主轴连接。永磁机构6与元件5主轴连接。弹簧操作装置中的凸轮2通过凸轮驱动杆3连杆端通过转轴与柔性连接器4一端联接，柔性连接器4另外一端通过主轴5与永磁机构6连接。所述弹簧操作装置由单向省力齿轮1；凸轮2、凸轮驱动杆3和主弹簧7构成，单向省力齿轮1与凸轮2啮合并且通过连杆机构与主弹簧7下端连接，同时主弹簧7上端安装在凸轮2上，凸轮驱动杆3中的齿轮端与凸轮2啮合。
所述柔性连接器如图5所示，包括连接头4-1、弹簧4-2、调节螺母4-3和压缩杆4-4，弹簧4-2安装于弹簧管内，弹簧管一端与连接头4-1固定，弹簧管另外一端通过调节螺母4-3安装有压缩杆4-4。调节螺母4-3通过螺纹与弹簧管连接，压缩杆4-4顶部制有凸沿并套在调节螺母4-3内。柔性连接器工作原理：弹簧机构通过压缩杆4-4将过冲能量压缩给弹簧吸收过冲，使永磁机构的保持在合理位置。弹簧的预压力(调节螺母4-3调整)保障了力的传递。通过连接头1传递给主轴。弹簧机构通过压缩杆4-4，将能量传递给压缩弹簧4-2.传递力小于弹簧初压力时；弹簧为刚性特性。直接传递给连接头1.驱动主轴。传递力大于弹簧初压力时；多余能量由弹簧吸收，其余力驱动连接头4-1驱动主轴。完成动作。
所述永磁机构（6）如图8.图11-13所示，由电磁回路和磁保持回路构成，电磁回路由主轴6-1、轭铁6-2、合闸线圈6-3、分闸线圈6-5和动铁芯6-7组成；磁保持回路由永久磁铁6-4和极靴6-6组成。动铁芯6-7安装在主轴6-1上，轭铁6-2安装在主轴6-1上位于动铁芯6-7两端，合闸线圈6-3和分闸线圈6-5装在动铁芯6-7周围，极靴6-6套在主轴6-1上位于动铁芯6-7上端，永久磁铁6-4极靴6-6位于周围,动铁芯6-7下端为主轴6-1与断路器主轴连接的空气隙6-8。
本发明中永磁机构主要特点是在合闸端建立独立磁保持回路。
永磁机构合分动作通过电磁回路进行。机构的保持在则由磁回路完成。两个回路独立运行互不影响。本发明设计出的新型永磁机构。即保持了现有永磁机构的特点又解决了永磁机构退磁和回路励磁电流增加问题；同时有效地解决了现有永磁机构分闸速度低的问题。为永磁机构在大容量开关上应用开创出一种新方法。该机构结构合理，运行可靠性高，使用寿命长。
本发明永磁机构在本发明中的效果体现在：合闸时电磁回路产生的励磁电力不通过永磁保持回路，不会因永磁磁路产生的磁阻。相对传统永磁机构而言，在保持出力能力的同时，减少了永磁体的磁阻对励磁电流的阻碍；很大程度地减少了操动机构起动电流，能够较大地提高操动机构的驱动负载的能力。本发明采用新的电磁回路方案，从根本上解决了传统永磁机构在外力作用下，磁场发生变化会产生反力无法保持的问题。为永磁机构应用开辟新方法。本发明采用新的电磁回路方案。分闸时电磁回路产生的励磁电力不通过永磁保持回路不会产生永磁机构退磁问题。
本发明机构的工作原理如下：
手动合闸：外部没有电源或永磁控制器失效的情况下，转动元件1，安装在元件2凸轮上的元件7合闸弹簧储能，达到最高点时弹簧释放能量带动凸轮运动，驱动元件3凸轮驱动杆作用在元件4柔性连接器上驱动主轴。同时主轴带动元件6永磁机构至合闸位置永磁机构保持。弹簧释放能量的多余能量由柔性连接器吸收。凸轮复位，为分闸作准备。
电动合分闸：正常情况下，永磁机构通过永磁控制器进行合分闸操作。
Claims (6)
1.具备永磁和弹簧机构特性的真空断路器自适应操动机构，其特征是主要由弹簧操作装置、柔性连接器（4）和永磁机构（6）通过可连接的驱动杆和主轴（5）联接构成，弹簧操作装置中的凸轮（2）通过凸轮驱动杆（3）连杆端通过转轴与柔性连接器（4）一端联接，柔性连接器（4）另外一端通过主轴（5）与永磁机构（6）连接。
2.根据权利要求1所述的具备永磁和弹簧机构特性的真空断路器自适应操动机构，其特征是所述弹簧操作装置由单向省力齿轮（1）；凸轮（2）、凸轮驱动杆（3）和主弹簧（7）构成，单向省力齿轮（1）与凸轮（2）啮合并且通过连杆机构与主弹簧（7）下端连接，同时主弹簧（7）上端安装在凸轮（2）上，凸轮驱动杆（3）中的齿轮端与凸轮（2）啮合。
3.根据权利要求1所述的具备永磁和弹簧机构特性的真空断路器自适应操动机构，其特征是所述柔性连接器，包括连接头（4-1）、弹簧（4-2）、调节螺母（4-3）和压缩杆（4-4），弹簧（4-2）安装于弹簧管内，弹簧管一端与连接头（4-1）固定，弹簧管另外一端通过调节螺母（4-3）安装有压缩杆（4-4）。
4.根据权利要求3所述的具备永磁和弹簧机构特性的真空断路器自适应操动机构，其特征是调节螺母（4-3）通过螺纹与弹簧管连接，压缩杆（4-4）顶部制有凸沿并套在调节螺母（4-3）内。
5.根据权利要求1所述的具备永磁和弹簧机构特性的真空断路器自适应操动机构，其特征是所述永磁机构（6）由电磁回路和磁保持回路构成，电磁回路由主轴（6-1）、轭铁（6-2）、合闸线圈（6-3）、分闸线圈（6-5）和动铁芯（6-7）组成；磁保持回路由永久磁铁（6-4）和极靴（6-6）组成。
6.根据权利要求1所述的具备永磁和弹簧机构特性的真空断路器自适应操动机构，其特征是动铁芯（6-7）安装在主轴（6-1）上，轭铁（6-2）安装在主轴（6-1）上位于动铁芯（6-7）两端，合闸线圈（6-3）和分闸线圈（6-5）装在动铁芯（6-7）周围，极靴（6-6）套在主轴（6-1）上位于动铁芯（6-7）上端，永久磁铁（6-4）极靴（6-6）位于周围，动铁芯（6-7）下端为主轴（6-1）与断路器主轴连接的空气隙（6-8）。
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