[發明專利]一種高壓斷路器的直線永磁電機操作機構

有效

• 申請號: 201110099051.0
• 申請日: 2011-04-20
• 公開（公告）號: CN102157310A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 張建忠;程明;王敏希
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01H71/10
• 分類號: H01H71/10;H01H3/26
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于電器工程中開關設備技術領域，具體涉及一種高壓斷路器的直線永磁電機操作機構。

背景技術

傳統的高壓斷路器配置的操作機構主要有液壓機構、氣動機構、彈簧機構和電磁機構。液壓操作機構具有能量強度大、反應速度快、噪音低、動作可靠等一系列優勢，氣動操動機構利用壓縮空氣作為能源產生推力，不需要大功率的直流電源，也不需要敷設控制電纜。氣動、液壓系統能滿足長行程、大功率的操作需求，主要用于電壓等級較高的高壓斷路器中，但是系統復雜，可靠性不夠高，液壓操作機構加工工藝要求高，如果制造或裝配不良易發生滲漏油，它的速度特性易受環境溫度的影響，壓縮空氣的質量對氣動操動機構工作的可靠性有著重要的影響，一旦空氣受潮會使活塞與汽缸表面銹蝕。彈簧操動機構是依靠彈簧儲存的能量釋放使斷路器合閘的，它的動作時間不受天氣變化和電壓變化的影響，保證了合閘性能的可靠性，工作穩定且合閘速度較快，但是輸出力特性與斷路器負載特性配合較差，零部件多，制造工藝復雜，容易引起機械故障。電磁操作機構結構簡單，響應速度快，但存在驅動功率較大，接觸力較小且合閘時容易引起觸頭跳動等問題。彈簧和電磁操作機構也無法滿足大功率、長行程的高壓斷路器操作需求，目前主要用于中低壓斷路器中。

近年來研制的永磁操作機構，是由電子控制的電磁線圈提供合閘或分閘所需的能量完成操作，并利用性能優異的永磁體磁力使開關保持在合閘或分閘位置。由于結構簡單、零部件數量少、可靠性高、操作壽命長、動作分散性小、出力特性與真空滅弧室的負載特性相匹配等，近年來永磁機構真空斷路器技術得到了飛速的發展，現已被廣泛地應用于12kV、24kV和40.5kV電壓等級的真空斷路器上。雖然永磁操動機構已在中低電壓等級的真空斷路器中得到了推廣，但國內外生產的72.5kV及以上的高壓真空斷路器均配用傳統操作機構，國內外尚未見到有關高電壓等級永磁操作機構的應用報導。高壓真空滅弧室觸頭開距大，動觸頭運動行程長，需要較高的分閘和合閘速度。對永磁操作機構而言，如果銜鐵的運動行程過長，則需要較大的操作功，這需要更大容量的儲能電容器和更大功率的電力電子器件。從結構上看，永磁操作機構的分閘和合閘線圈分別被安放在分閘和合閘工作氣隙附近。分閘過程中，動鐵心最初位于合閘位置，分閘側氣隙磁阻大，分閘線圈不能有效地發揮作用。當動鐵心運動到分閘位置時，分閘線圈的作用效果最強，動鐵心閉合時的碰撞沖擊大。合閘過程亦如此。運動行程越長，這種勵磁方式所帶來的觸動電流增大、觸動時間增長及動鐵心閉合時的碰撞沖擊大等弊端愈加突出。

目前，隨著建設堅強的、高度靈活的智能電網上升為國家戰略，提高真空斷路器的可靠性、可控性的需求變得更加迫切。因此，革新真空斷路器的操動機構，進一步提高永磁操作機構的性能，推廣永磁操作機構在智能化真空斷路器中的應用，是開關行業的一個重要目標。

發明內容

技術問題：本發明針對傳統電磁、彈簧和永磁機構行程較短，難以滿足高壓斷路器的長行程分合閘操作要求，可靠的分合閘操作難以保證的問題，提供一種長行程的直線永磁電機操作機構，在輸出一定的電磁操動力的條件下，滿足長行程高壓斷路器的分合閘操作要求。

技術方案：本發明的直線永磁電機操作機構，包括定子鐵心、動子鐵心、驅動桿，永磁體，所述定子鐵心為箱體，所述動子鐵心置于定子鐵心中，設置于動子鐵心兩端的驅動桿穿過定子鐵心上下兩端殼體并可上下運動，定子鐵心側壁上設置有永磁體，上下兩相鄰永磁體的極性相對，箱體左右兩邊的永磁體極性布置方向相同；在定子鐵心的內側壁上，兩相鄰永磁體之間設置有數量為相位數的整數倍的定子凸極，所述定子凸極上設置有電樞線圈；動子鐵心外側壁設有動子凸極，當動子鐵心處于最高位時，定子鐵心最上端的定子凸極與動子凸極正對，當動子鐵心處于最低位時，定子鐵心最下端的定子凸極與動子凸極正對。

本發明通過電樞線圈產生的電磁力來實現動子鐵心的運動，當動子鐵心處于最高位或最低位時，通過永磁體產生的定位力矩實現動子鐵心的定位和限位。

本發明的電樞線圈為集中式電樞線圈。所述的電樞線圈串聯組成多相電樞繞組，具體為左右兩正對的電樞線圈串聯為一組，當相位數為三時，每一組串聯的電樞線圈與相隔兩個定子凸極的另一組線圈串聯，當相位數為四時，每一組串聯的電樞線圈與相隔三個定子凸極的另一組線圈串聯。

所述的電樞線圈可以與逆變器電連接，通過逆變器調節線圈電流，從而控制分合閘速度。

所述的定子鐵心、動子鐵心采用導磁材料制成，驅動桿采用非導磁材料制成。