[發(fā)明專利]一種提高線圈磁場(chǎng)對(duì)動(dòng)鐵芯動(dòng)態(tài)反應(yīng)能力的方法及裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810106052.1
• 申請(qǐng)日: 2008-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101345167A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓篩根;張重樂(lè);王德文;何葉青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電力科學(xué)研究院;北京電研華源電力技術(shù)有限公司;北京中科三環(huán)高技術(shù)股份有限公司
• 主分類號(hào): H01H71/32
• 分類號(hào): H01H71/32;H01H71/66;H01H3/22;H01H33/666
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 徐寧;關(guān)暢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種永磁機(jī)構(gòu)，特別是關(guān)于一種提高線圈磁場(chǎng)對(duì)動(dòng)鐵芯動(dòng)態(tài)反應(yīng)能力的方法及裝置。

背景技術(shù)

目前具有軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)功能的機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于電力開(kāi)關(guān)設(shè)備、機(jī)械制造、醫(yī)療器械、工程機(jī)械、紡織機(jī)械等眾多領(lǐng)域。這樣的機(jī)構(gòu)通常是利用驅(qū)動(dòng)元件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的驅(qū)動(dòng)元件一般采用彈簧機(jī)構(gòu)、液壓機(jī)構(gòu)、伺服機(jī)構(gòu)等。但是其存在以下問(wèn)題：1、彈簧機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、零部件數(shù)量多、故障率高、可靠性低等缺點(diǎn)，這是因?yàn)槊總€(gè)彈簧機(jī)構(gòu)除去標(biāo)準(zhǔn)件還需要高達(dá)120件以上的零部件，并且還有許多相互關(guān)聯(lián)的機(jī)械鎖扣裝置。2、液壓機(jī)構(gòu)不僅有眾多的管路和控制閥，而且液體泄漏是限制機(jī)構(gòu)可靠性提高的難題，極其難以完美解決。3、伺服機(jī)構(gòu)需要有復(fù)雜的控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制，成本高昂，難以普及。因此，近年來(lái)隨著新型高性能永磁材料的出現(xiàn)，人們開(kāi)發(fā)了以永磁體來(lái)提供保持力的機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)稱永磁機(jī)構(gòu)，已公開(kāi)的專利有：中國(guó)專利CN?1202714A、CN?2337668Y、CN1416151A等。

如圖1所示，是永磁機(jī)構(gòu)和彈簧機(jī)構(gòu)的操動(dòng)力與行程關(guān)系的比較圖，其中a表示真空滅弧室要求的合閘特性曲線，b表示彈簧操作機(jī)構(gòu)合閘時(shí)提供的特性曲線，c表示永磁機(jī)構(gòu)合閘時(shí)提供的特性曲線。由此可見(jiàn)，與彈簧機(jī)構(gòu)相比，永磁機(jī)構(gòu)有著優(yōu)異的機(jī)械特性、電氣特性、適當(dāng)?shù)暮祥l速度和分閘速度、較長(zhǎng)的使用壽命以及較高的可靠性。因此，永磁機(jī)構(gòu)更能符合當(dāng)今社會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備的高可靠性、免維護(hù)、智能化、小型化的整體發(fā)展趨勢(shì)和要求，目前永磁機(jī)構(gòu)正廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的中壓真空斷路器中。同時(shí)國(guó)家電網(wǎng)公司也已經(jīng)明確將永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)、小型化、免維護(hù)的真空技術(shù)，列為配電與用電的新技術(shù)應(yīng)用方向。

如圖2所示，是已有技術(shù)中永磁機(jī)構(gòu)示意圖，它的工作過(guò)程是：當(dāng)合閘線圈10啟動(dòng)時(shí)，動(dòng)鐵芯11在合閘線圈10的作用下帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿12一起向左運(yùn)動(dòng)，直至動(dòng)鐵芯11與合閘端蓋13相接觸為止；此時(shí)合閘線圈10中的電流終止，動(dòng)鐵芯11與合閘端蓋13相接觸的狀態(tài)由永磁體14與外導(dǎo)磁套15、合閘端蓋13、以及內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)16所形成的靜磁回路來(lái)保持，從而形成合閘狀態(tài)。類似地，當(dāng)分閘線圈17啟動(dòng)時(shí)，動(dòng)鐵芯11在分閘線圈17的作用下，克服合閘靜態(tài)定位保持力帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿12一起向右運(yùn)動(dòng)，直至動(dòng)鐵芯11與分閘端蓋18相接觸為止；此時(shí)分閘線圈17中的電流終止，動(dòng)鐵芯11與分閘端蓋18相接觸的狀態(tài)由永磁體14與外導(dǎo)磁套15、分閘端蓋18、以及內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)16所形成的靜磁回路來(lái)保持，從而形成分閘狀態(tài)。通過(guò)上述對(duì)永磁機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程描述可知，動(dòng)鐵芯的動(dòng)態(tài)反應(yīng)能力是通過(guò)關(guān)系式：F₀＝F_z-F_g表現(xiàn)出來(lái)的，其中F_z表示線圈磁場(chǎng)對(duì)動(dòng)鐵芯的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)_g表示動(dòng)鐵芯的靜態(tài)定位保持力，F(xiàn)₀表示線圈對(duì)動(dòng)鐵芯的凈作用力。也就是說(shuō)，F(xiàn)₀決定著動(dòng)鐵芯的動(dòng)態(tài)反應(yīng)能力，F(xiàn)₀越大，動(dòng)態(tài)反應(yīng)能力就越大，反之就越小。

然而，眾所周知，特別是在電力行業(yè)的輸、變電領(lǐng)域比如電力開(kāi)關(guān)中，作為軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的永磁機(jī)構(gòu)，不僅要求具有很高的靜態(tài)保持力，還要求具有足夠快的動(dòng)態(tài)反應(yīng)能力，也就是說(shuō)，F(xiàn)_g和F₀都要大。因此可行的辦法就是提高線圈磁場(chǎng)對(duì)動(dòng)鐵芯的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)力F_z，而現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法在這方面提供滿足，在現(xiàn)有技術(shù)中，如果動(dòng)鐵芯的靜態(tài)定位保持力越高，則線圈對(duì)動(dòng)鐵芯的凈作用力就越差，動(dòng)鐵芯的動(dòng)態(tài)反應(yīng)能力就越差；相反，為保證動(dòng)鐵芯有足夠高的動(dòng)態(tài)反應(yīng)能力，就不得不犧牲動(dòng)鐵芯的靜態(tài)定位保持力。因此，設(shè)計(jì)一種既具有高的靜態(tài)定位保持力，又具有快的動(dòng)態(tài)反應(yīng)能力的軸向高梯度磁場(chǎng)永磁機(jī)構(gòu)是一項(xiàng)新的研究課題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種在動(dòng)鐵芯的材質(zhì)、體積以及線圈磁場(chǎng)強(qiáng)度不變的情況下，能夠顯著提高線圈磁場(chǎng)對(duì)動(dòng)鐵芯動(dòng)態(tài)反應(yīng)能力的方法及裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種提高線圈磁場(chǎng)對(duì)動(dòng)鐵芯動(dòng)態(tài)反應(yīng)能力的方法，其是在常規(guī)永磁機(jī)構(gòu)中，將動(dòng)鐵芯與一側(cè)或兩側(cè)端蓋的接觸面設(shè)置為非平面曲面的方式，通過(guò)提高永磁機(jī)構(gòu)的軸向磁場(chǎng)梯度，提高線圈磁場(chǎng)對(duì)動(dòng)鐵芯動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)而提高永磁機(jī)構(gòu)中動(dòng)鐵芯單側(cè)或雙側(cè)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)反應(yīng)速度。

將所述動(dòng)鐵芯與一側(cè)端蓋的接觸面設(shè)置成平面，與另一側(cè)端蓋的接觸面設(shè)置成非平面曲面，從而加大線圈對(duì)動(dòng)鐵芯向非平面曲面一側(cè)的動(dòng)態(tài)反應(yīng)速度，該側(cè)的動(dòng)態(tài)反應(yīng)速度高于平面一側(cè)的動(dòng)態(tài)反應(yīng)速度。