一种双向旋转式双稳态永磁操动机构制造技术

本发明专利技术提出一种双向旋转式双稳态永磁操动机构，操动机构包括环形的动铁心和环形动铁心中央位置处的十字形静铁心；十字形静铁心两侧的合闸端部设有合闸永磁体，分闸端部设有分闸永磁体，合闸端部永磁体经合闸磁路产生切向磁力F

【技术实现步骤摘要】
一种双向旋转式双稳态永磁操动机构


[0001]本专利技术涉及开关设备
，尤其是一种双向旋转式双稳态永磁操动机构。

技术介绍

[0002]操动机构是断路器、接触器等开关电器工作的核心部件，操动机构的输出动作特性直接影响着整个开关电器的分合闸性能与寿命。随着电力行业的快速发展，尤其是直流输电的蓬勃发展，开关电器对操动机构的分断能力及可靠性要求越来越高。传统操动机构有分合闸时间较长、结构复杂、保持耗能等缺点，难以满足故障下快速开断、低功耗可靠保持及灵活操控的要求。
[0003]永磁操动机构是一种由永磁保持、电磁驱动的电器机构，相比于纯电磁及弹簧机构，它采用了新的原理和思路，将电磁铁和永磁铁优势组合，具有结构简单、零部件少、可靠性高、动作速度快、保持耗能低等诸多优点，因此成为近年来的研究热点。传统的直动式双稳态永磁机构在工作过程中，通过电磁场与永磁场的配合能够产生分闸方向的磁力，加快分闸速度，提高分闸能力。但直动式双稳态永磁机构由于分合闸线圈共用磁路，导致其在第三个不平衡稳态处存在工作“死区”，动铁心只有在越过死区位置后，方能尽量加大激磁电流来提高分闸速度，在此之前，如若盲目加大激磁电流，反而会引起动铁心速度的降低，甚至可能重新合闸，制约着分闸速度的进一步提升及工作的可靠性。
[0004]另外，在中高压领域基于电磁斥力技术的操作机构相比于传统的电磁及永磁操动机构，其分闸速度明显提升，但存在驱动效率低、瞬态电流大、缓冲控制困难等缺陷，难以小型化及精确控制，制约着其在低压领域的应用。

技术实现思路
<br/>[0005]本专利技术提出一种双向旋转式双稳态永磁操动机构，利用“磁阻转矩”原理产生双向可控电磁力，配合永磁体，实现分合闸动作特性的灵活、快速控制。分合闸保持状态均无需对线圈通电，仅靠永磁体实现分合闸状态的可靠保持，符合节能低碳的发展方向。具有独立的分合闸磁路，因此不存在分合闸磁路的相互耦合及工作死区；本专利技术的分合闸过程可以通过线圈和永磁体配合，控制其合成矢量磁力，灵活控制分合闸速度，调节机构动作特性。
[0006]本专利技术采用以下技术方案。
[0007]一种双向旋转式双稳态永磁操动机构，用于电磁开关的分合闸操作，所述操动机构包括环形的动铁心和环形动铁心中央位置处的十字形静铁心；十字形静铁心两侧的合闸端部设有合闸永磁体，分闸端部设有分闸永磁体，合闸端部永磁体经合闸磁路产生切向磁力F
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，分闸端部永磁体经分闸磁路产生切向磁力F
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；F
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和F
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的方向相反；操动机构的分闸线圈缠绕于十字形静铁心的竖向臂处，合闸线圈缠绕于十字形静铁心的横向臂处；动铁心的两个合闸齿部与静铁心横向臂的两端部紧邻，动铁心的两个分闸齿部与静铁心竖向臂的两端部紧邻；所述电磁开关的动触头设于绝缘非导磁转盘处；电磁开关的动触头与电磁开关的
静触头紧邻，动铁心与绝缘非导磁转盘固定连接，动铁心旋转时驱动绝缘非导磁转盘同步转动，使电磁开关的动触头与静触头接合或分离；所述电磁开关包括绝缘非导磁固定框架，绝缘非导磁转盘的栓形件滑置于绝缘非导磁固定框架的弧形限位槽中，用以固定及限位；所述操动机构的合闸状态以合闸永磁体磁力维持，分闸状态以分闸永磁体磁力维持。
[0008]当静铁心的合闸线圈通电时，其磁力线驱动动铁心旋转以执行分闸或合闸操作，动铁心通过旋转动作使静铁心上侧与右侧间的总磁阻、静铁心下侧与左侧间的总磁阻均保持不变，以避免分闸线圈、合闸线圈间磁路的耦合，避免在工作过程形成工作死区。
[0009]F
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方向为沿逆时针切向方向；F
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方向为沿顺时针切向方向；当进行合闸操作时，动铁心沿逆时针方向旋转；合闸操作时合闸线圈、分闸线圈均得电但电流方向相反；合闸磁路中，合闸线圈产生的电磁场与合闸端部永磁体产生的永磁场方向相同，对永磁体磁场起增磁作用，加快合闸磁路磁链的增加；在分闸磁路中，分闸线圈产生的电磁场与分闸端部永磁体产生的永磁场方向相反，对永磁场起去磁作用，加快分闸磁路磁链的衰减以迅速削弱分闸保持力；当F
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+F
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大于F
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+F
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时，动铁心被驱动并开始沿逆时针方向旋转，带动动触头实现合闸操作；当执行分闸操作时，动铁心沿顺时针方向旋转，分闸操作时合闸线圈、分闸线圈均得电但电流方向相反；在合闸磁路中，合闸线圈产生的电磁场与合闸端部永磁体产生的永磁场方向相反，对永磁场起去磁作用，加快合闸磁路磁链的衰减，迅速削弱合闸保持力；当F
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+F
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大于F
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+F
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时，动铁心被驱动并沿顺时针方向旋转，带动动触头实现分闸操作。
[0010]执行合闸操作时，给合闸线圈通正向电流，给分闸线圈通反向电流；执行分闸操作时，给分闸线圈通正向电流，给合闸线圈通反向电流。
[0011]在电磁开关保持分闸状态时，分闸线圈、合闸线圈均不通电，分闸气隙近似为零且远小于合闸气隙，分闸磁路的磁阻远小于合闸磁路的磁阻，磁场主要分布于分闸磁路，使F
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和F
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的合成矢量磁力沿顺时针方向作用于动铁心，所述弧形限位槽对动铁心限位使其可靠保持在分闸位置。
[0012]在电磁开关保持合闸状态时，分闸线圈、合闸线圈均不通电，动铁心合闸齿部和十字静铁心合闸端部接触，合闸气隙近乎为零远小于分闸气隙，磁场主要分布于合闸磁路，使F
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大于F
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+F
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，合力沿逆时针切向方向作用于动铁心，所述弧形限位槽对动铁心限位使其可靠保持在合闸位置。
[0013]所述电磁开关的内部运动组件包括通过绝缘非导磁框架的弧形限位槽与两片绝缘非导磁转盘的栓形件相连并固定的环形动铁心，还包括以支架固定在两片绝缘非导磁转盘之间的动触头；所述十字形静铁心的合闸端部绕制线圈构成合闸线圈，十字形静铁心的分闸端部绕制线圈构成分闸线圈，十字形静铁心、内部运动组件通过紧固件固定在两片绝缘非导磁框架处；静触头通过支架固定在两片绝缘非导磁框架之间；动触头与静触头配合形成旋转双断点触头系统。
[0014]本专利技术的优点在于：该操动机构分合闸保持均靠永磁体实现，不需要对线圈进行通电，符合节能低碳的发展方向。在分合闸过程中，可通过灵活控制分合闸线圈的激磁状
态，配合永磁体，实现对分合闸磁路的合成矢量磁链和磁力的控制，进而控制动铁心的分合闸速度，调节机构的动作特性。对比传统的直动式双稳态永磁操动机构，其分合闸磁路相互独立，不存在磁路工作死区。
附图说明
[0015]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步详细的说明：附图1a是本专利技术所述电磁开关的操动机构（内部运动组件）的立体示意图；附图1b是本专利技术所述电磁开关的操动部件（内部运动组件）的爆炸示意图；附图2a是本专利技术所述电磁开关的立体示意图；附图2b是本专利技术所述电磁开关的爆炸示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向旋转式双稳态永磁操动机构，用于电磁开关的分合闸操作，其特征在于：所述操动机构包括环形的动铁心和环形动铁心中央位置处的十字形静铁心；十字形静铁心两侧的合闸端部设有合闸永磁体，分闸端部设有分闸永磁体，合闸端部永磁体经合闸磁路产生切向磁力F
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，分闸端部永磁体经分闸磁路产生切向磁力F
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；F
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和F
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的方向相反；操动机构的分闸线圈缠绕于十字形静铁心的竖向臂处，合闸线圈缠绕于十字形静铁心的横向臂处；动铁心的两个合闸齿部与静铁心横向臂的两端部紧邻，动铁心的两个分闸齿部与静铁心竖向臂的两端部紧邻；所述电磁开关的动触头设于绝缘非导磁转盘处；电磁开关的动触头与电磁开关的静触头紧邻，动铁心与绝缘非导磁转盘固定连接，动铁心旋转时驱动绝缘非导磁转盘同步转动，使电磁开关的动触头与静触头接合或分离；所述电磁开关包括绝缘非导磁固定框架，绝缘非导磁转盘的栓形件滑置于绝缘非导磁固定框架的弧形限位槽中，用以固定及限位；所述操动机构的合闸状态以合闸永磁体磁力维持，分闸状态以分闸永磁体磁力维持。2.根据权利要求1所述的一种双向旋转式双稳态永磁操动机构，其特征在于：当静铁心的合闸线圈通电时，其磁力线驱动动铁心旋转以执行分闸或合闸操作，动铁心通过旋转动作使静铁心上侧与右侧间的总磁阻、静铁心下侧与左侧间的总磁阻均保持不变，以避免分闸线圈、合闸线圈间磁路的耦合，避免在工作过程形成工作死区。3.根据权利要求1所述的一种双向旋转式双稳态永磁操动机构，其特征在于：F
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方向为沿逆时针切向方向；F
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方向为沿顺时针切向方向；当进行合闸操作时，动铁心沿逆时针方向旋转；合闸操作时合闸线圈、分闸线圈均得电但电流方向相反；合闸磁路中，合闸线圈产生的电磁场与合闸端部永磁体产生的永磁场方向相同，对永磁体磁场起增磁作用，加快合闸磁路磁链的增加；在分闸磁路中，分闸线圈产生的电磁场与分闸端部永磁体产生的永磁场方向相反，对永磁场起去磁作用，加快分闸磁路磁链的衰减以迅速削弱分闸保持力；当F
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时，动铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤龙飞，姚林睿，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：