專利名稱：一種開關(guān)電器操動機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種開關(guān)電器的電磁操動機構(gòu)，特別是涉及一種依靠永久 磁鐵作為合閘、分閘、接地三個工作位置中， 一個、兩個或三個工作位置的保 持裝置的電磁操動機構(gòu)。
背景技術(shù)：
為了安全可靠地操動開關(guān)電器，長時期以來，人們研發(fā)了各式各樣的動鐵 心做直線運動的電磁操動機構(gòu)。高強磁性的永久磁鐵(如釹鐵硼型)的問世， 大大加速了用電磁操動，永磁保持合閘、分閘位置的電磁操動機構(gòu)的研制，使 開關(guān)電器在合閘、分閘操作后的位置保持裝置大為簡化，這類電磁操動機構(gòu)取 消了脫、鎖扣裝置，而采用永久磁鐵使操動機構(gòu)穩(wěn)定地保持在分、合閘位置，動作的零部件數(shù)目明顯減少，因而可靠性大大提高。中國專利CN2423643Y提 出的一種"免維護(hù)對稱式永磁機構(gòu)"，見
圖1-a，由靜鐵心l、動鐵心2、永磁 體5、合閘線圈4、分閘線圈6組成，靜鐵心1是雙E型對稱結(jié)構(gòu)，磁路中兩 個永磁體5對稱放置，動鐵心2放置在靜鐵心1的中部，可上、下做直線運動。 未作分、合閘操作時，由永磁體5在靜鐵心1和動鐵心2組成的磁路中產(chǎn)生磁 通，使動鐵心2穩(wěn)定地保持在操動機構(gòu)的分閘或合閘位置.當(dāng)操動機構(gòu)接到分 閘指令時，分閘線圈6中的勵磁電流快速增長，使磁路重組，動鐵心2在線圈 勵磁電流所產(chǎn)生的磁場力的作用下，使動鐵心2向上運動，完成操動機構(gòu)的分 閘操作，并切除勵磁電流，動鐵心2在永磁體5產(chǎn)生的磁通的作用下，可靠地 維持在分閘位置，合閘與分閘過程相反。中國專利CN2423651Y提出的一種"新 型永磁真空斷路器"，見圖-lb，配用的機構(gòu)就是上述直動式永磁機構(gòu)，為了 操作真空斷路器左邊的真空滅弧室3，增加了四連桿機構(gòu)包括斷路器大軸7， 大軸7右側(cè)的主拐臂8，大軸7左側(cè)操作三個動觸頭用的拐臂，動觸頭的三個 絕緣拉桿等；中國專利CN2532575Y提出的一種"高壓開關(guān)永磁操動機構(gòu)"，由 傳動固定機構(gòu)和永磁機構(gòu)兩部分組成，見圖2 ，永磁機構(gòu)包括靜鐵心9，動鐵 心10，永磁體11/12、分閘線圈13、合閘線圈14，動鐵心的動作原理與上述 的CN2423643Y專利相似，為了將動鐵心的直線運動轉(zhuǎn)換為主軸15的旋轉(zhuǎn)運動， 用了一套至二套四連桿機構(gòu)。真空斷路器配用動鐵心做直線運動的永磁操動機構(gòu)時，斷路器在分、合閘 位置可均用永久磁鐵保持，機械零部件的數(shù)量大大降低，總數(shù)不到10個，運 動部件減少到一件，在機械壽命(可達(dá)10萬次)和可靠性方面，優(yōu)于當(dāng)前通用的電磁機構(gòu)和彈簧機構(gòu)，又將電磁操動機構(gòu)的操作壽命和產(chǎn)品的可靠性提升 到更高的水平。開關(guān)電器在配用上述鐵心做直線運動的電磁操動機構(gòu)時，也有一些不足之處1) 如果開關(guān)電器中的主軸是以旋轉(zhuǎn)運動方式操作動觸頭，如圖10所示，配用這種做直線運動鐵心的電磁機構(gòu)時，要增加1 2組四連桿機構(gòu)，如圖2 所示，才能將機構(gòu)輸出的直線運動，轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，這不僅使傳動機構(gòu)的結(jié) 構(gòu)復(fù)雜化，總的傳動效率也有明顯的降低；2) —般情況下， 一臺電磁操動機構(gòu)要操作一臺開關(guān)電器的三個極，即使 是開關(guān)電器的動觸頭以直線運動進(jìn)行合閘和分閘，配用鐵心做直線運動的電磁 機構(gòu)時， 一般情況下，同樣需要增加四連桿機構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；3) 做直線運動的永磁機構(gòu)的另一個不足之處是，機構(gòu)的力矩N對轉(zhuǎn)角e 的特性N二f ( 6 )很難配置及調(diào)整；4) 做直線運動的永磁機構(gòu)也很難做成能進(jìn)行三個工作位置(合閘、分閘 及接地)操作的電磁操動機構(gòu)。實用新型內(nèi)容為了克服直動式電磁操動機構(gòu)的上述一些不足之處，本實用新型提出了一 種能直接輸出轉(zhuǎn)動力矩；能對轉(zhuǎn)動力矩特性N-f ( 9 )進(jìn)行調(diào)整；能完成三個 工作位置(合閘、分閘及接地)操作的電磁操動機構(gòu)方案。為實現(xiàn)上述實用新型目的，設(shè)計如下兩個技術(shù)方案其一， 一種開關(guān)電器的操動機構(gòu)，包括磁性材料制備的環(huán)狀靜鐵心、勵磁 線圈、祛磁線圈、永久磁鐵、磁性材料制備的動鐵心。勵磁線圈和祛磁線圈沿 著靜鐵心的環(huán)形方向分別繞置在靜鐵心上。該操動機構(gòu)還包括用于分閘或者合 閘的彈簧。由非磁性材料制備的支架的一端同動鐵心固定連接，其另一端固定 于可旋轉(zhuǎn)的輸出軸上。靜鐵心沿著自身環(huán)形方向設(shè)置有一段開口。動鐵心沿輸 出軸徑向的位置介于靜鐵心開口處的兩個磁極之間。永久磁鐵安裝在兩個磁極 之一上。彈簧用以輸出旋轉(zhuǎn)扭矩的外端同支架固定連接。較好地，前述開關(guān)電器的第一種操動機構(gòu)，其彈簧為扭簧，其靜鐵心開口 的橫向尺寸沿著動鐵心擺動路線從一端到相對端逐漸收縮。較優(yōu)地，前述開關(guān)電器的第一種操動機構(gòu)，其靜鐵心開口沿著動鐵心擺動 路線橫向尺寸最小的一端于相對于永久磁鐵所在的磁極上設(shè)置有止動階梯，其 動鐵心對應(yīng)于止動階梯的部位設(shè)置有同止動階梯可活動嚙合的相應(yīng)止動臺階。較佳地，前述開關(guān)電器的第一種操動機構(gòu)，其靜鐵心、勵磁線圈、祛磁線 圈、永久磁鐵、動鐵心的數(shù)量分別為兩個。支架沿長邊方向的兩個端部分別同 一個動鐵心固定連接而中央部位固定于可旋轉(zhuǎn)的輸出軸上。兩個靜鐵心的方位 對稱于輸出軸。兩個勵磁線圈的方位對稱于輸出軸。兩個祛磁線圈的方位對稱 于輸出軸。兩個永久磁鐵的方位對稱于輸出軸。擇優(yōu)地，前述開關(guān)電器的第一種操動機構(gòu)，其靜鐵心、勵磁線圈、祛磁線 圈、永久磁鐵、彈簧的數(shù)量分別為兩個。兩個靜鐵心的方位對稱于經(jīng)過輸出軸 的第一虛擬平面。兩個勵磁線圈的方位對稱于第一虛擬平面。兩個祛磁線圈的 方位對稱于第一虛擬平面。兩個永久磁鐵的方位對稱于第一虛擬平面。兩個彈 簧的方位對稱于第一虛擬平面。其二， 一種開關(guān)電器的操動機構(gòu)，包括磁性材料制備的環(huán)狀靜鐵心、勵磁 線圈、祛磁線圈、永久磁鐵、磁性材料制備的動鐵心。勵磁線圈和祛磁線圈沿 著靜鐵心的環(huán)形方向分別繞置在靜鐵心上。靜鐵心沿著自身環(huán)形方向設(shè)置有一 段開口。動鐵心沿輸出軸徑向的位置介于靜鐵心開口處的兩個磁極之間。永久 磁鐵安裝在兩個磁極之一上。動鐵心的數(shù)量為兩個。由非磁性材料制備的支架 的第一端和第二端分別同兩個動鐵心之一固定連接，而其第三端固定于可旋轉(zhuǎn) 的輸出軸上。靜鐵心、勵磁線圈、祛磁線圈、永久磁鐵的數(shù)量分別為兩個。兩 個靜鐵心的方位對稱于經(jīng)過輸出軸的第二虛擬平面。兩個勵磁線圈的方位對稱 于第二虛擬平面。兩個祛磁線圈的方位對稱于第二虛擬平面。兩個永久磁鐵的 方位對稱于第二虛擬平面。較佳地，前述開關(guān)電器的第二種操動機構(gòu)，其靜鐵心開口的橫向尺寸沿著 動鐵心擺動路線從一端到相對端逐漸收縮。較好地，前述開關(guān)電器的第二種操動機構(gòu)，其靜鐵心開口沿著動鐵心擺動 路線橫向尺寸最小的一端于相對于永久磁鐵所在的磁極上設(shè)置有止動階梯。動 鐵心對應(yīng)于止動階梯的部位設(shè)置有同止動階梯可活動嚙合的相應(yīng)止動臺階。較優(yōu)地，前述開關(guān)電器的第二種操動機構(gòu)，其支架第一端和支架第二端同 支架第三端之間的連線呈相交狀態(tài)。擇優(yōu)地，前述開關(guān)電器的第一種操動機構(gòu)，其支架第一端和支架第二端同支架 第三端之間的連線呈直線狀態(tài)。本實用新型電磁操動機構(gòu)具有如下有益效果 1)采用本實用新型方案電磁操動機構(gòu)，操作主軸做旋轉(zhuǎn)運動的幵關(guān)電器 時，即主軸是以旋轉(zhuǎn)運動方式操作動觸頭時，可使操動機構(gòu)的主軸與上述開關(guān)電器中主軸布置在同一軸線上，用連軸器直接相連，這種方案既簡單可靠，又 提高了傳動效率(例如圖10所示，采用本實用新型方案操動機構(gòu)操作一臺SF6 負(fù)荷開關(guān)，操作時中間的絕緣主軸同時帶動三個極的動觸頭進(jìn)行合閘、分閘， 在傳動系統(tǒng)中，至少可以省去一套四連桿機構(gòu))。2) 若開關(guān)電器的動觸頭以直線運動進(jìn)行合閘和分閘，需要用一臺電磁操動機構(gòu)操作開關(guān)電器的三個極，也可將本實用新型電磁操動機構(gòu)的主軸，直接 和開關(guān)電器主軸對接相接，和配用鐵心做直線運動的電磁機構(gòu)相比，同樣可減 少轉(zhuǎn)換的四連桿機構(gòu)。3) 本實用新型方案操動機構(gòu)的另一個顯著的優(yōu)點是操動機構(gòu)的輸出力 矩N對轉(zhuǎn)角9的變化^f( e )，可根據(jù)開關(guān)電器對合閘和分閘特性的具體要求， 用改變靜鐵心中成對的長條形磁極的截面形狀，及改變長條形磁極之間的空氣間隙(見圖6)的方法，比較容易地進(jìn)行配置和調(diào)整。4) 若本實用新型操動機構(gòu)采用圖9所示的方案，能比較方便地做成能操 作三個工作位置(合閘、分閘及接地)的電磁操動機構(gòu)。5) 由于本實用新型操動機構(gòu)直接輸出轉(zhuǎn)動力矩， 一方面容易轉(zhuǎn)化為大尺寸 的直線運動，而在操作小開矩的觸頭時，合閘或分閘的保持力小。圖面說明圖1是一種現(xiàn)有技術(shù)方案圖； 圖2是另一種現(xiàn)有技術(shù)方案圖；圖3是本實用新型"一種開關(guān)電器的操動機構(gòu)"具體實施方式
的平面圖； 圖4是本實用新型具體實施方式
的平面圖； 圖5是本實用新型具體實施方式
的立方圖；圖6是本實用新型具體實施方式
中長條形磁極和動鐵心的結(jié)構(gòu)方案的平面圖和 立方圖；圖7本實用新型具體實施方式
中提高性能和輸出力矩的平面圖；圖8是本實用新型具體實施方式
中同時用電磁力進(jìn)行合閘、分閘操作時的平面圖；圖9是本實用新型具體實施方式
中操作三工位開關(guān)電器時的平面圖；圖10;是本實用新型的有益效果的一個舉例；具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型。為便于說明，在描述技術(shù)方案時采用 具有以下含義的常用符號-N--操動機構(gòu)主軸的輸出力矩； Nt--分閘彈簧的返回力矩；4> --靜鐵心與動鐵心組成的磁回路中的磁通量； cK一由永久磁鐵在靜鐵心與動鐵心組成的磁回路中的磁通量； e --操動機構(gòu)主軸的轉(zhuǎn)動角度及長條形磁極的角度分度； e ,—操動機構(gòu)主軸在進(jìn)行合閘和分閘操作時的轉(zhuǎn)角；e 2—操動機構(gòu)主軸在進(jìn)行接地和分閘操作時的轉(zhuǎn)角；0' R。一自操動機構(gòu)主軸支架的中心線向外引出的起始徑向射線； 0' R—自操動機構(gòu)主軸支架的中心線向外引出的徑向射線。 為了達(dá)到上述目標(biāo)，本實用新型的電磁操動機構(gòu)第一方案是采用圖3， 4， 5， 6所示的技術(shù)方案，用電磁力合閘，而用彈簧力分閘。并假設(shè)圖3是電磁操 動機構(gòu)在分鬧位置時零部件的狀態(tài)圖，圖4所示的是操動機構(gòu)在合閘位置時零 部件的狀態(tài)圖(當(dāng)然也可以假設(shè)定圖3是操動機構(gòu)在合閘位置時零部件的狀 態(tài)圖，而圖4是電磁操動機構(gòu)分閘位置時零部件的狀態(tài)圖)。電磁操動機構(gòu)由磁性材料環(huán)形靜鐵心301、在環(huán)形靜鐵心301的磁路上繞 置的勵磁線圈302、祛磁線圈310，永久磁鐵309、磁性材料動鐵心304、分閘 或者合閘彈簧307組成；磁性材料動鐵心304放置在磁性材料靜鐵心301開口 處的磁極303和磁極308之間，保持磁性材料動鐵心304在分閘或合閘位置上 的永久磁鐵309安裝在靜鐵心301的磁極上;靠近磁性材料環(huán)形靜鐵心301有 開口的一段磁路，用作內(nèi)側(cè)長條形磁極303;在磁性材料環(huán)形靜鐵心301有開 口的磁路的另一端，添加一條與內(nèi)側(cè)長條形磁極303并列的外側(cè)長條形磁極 308;固裝在輸出軸306 —側(cè)的非磁性材料支架305上的動鐵心304能在內(nèi)、外 側(cè)兩條長條形磁極303、 308之間運動，帶動輸出軸306往復(fù)轉(zhuǎn)動20-90° ，并 將分閘或合閘彈簧307儲能；保持磁性材料動鐵心304在合閘或者分閘位置的 永久磁鐵309，安裝在磁性材料環(huán)形靜鐵心301的長條形磁極303、 308靠近磁 路開口處與磁性材料動鐵心304直接相對的側(cè)面上。長條形磁極與動鐵心的作用有兩個其一是長條形磁極與動鐵心配合，在 合閘(或分閘)勵磁線圈302勵磁時，動鐵心304在長條形磁極303、 308與 自身相互作用的電磁力的拉動下，以輸出軸306的軸心線為中心逆時針方向旋 轉(zhuǎn)，完成合閘(或分閘)操作；其二是動鐵心304的左端與靜鐵心301上的內(nèi)、 外側(cè)長條形磁極303、 308及內(nèi)側(cè)長條形磁極303端面上的永久磁鐵309相配 合，通過永久磁鐵309產(chǎn)生磁通4)。的磁力，使動鐵心可靠地保持在合閘(或 分閘)位置。只有當(dāng)動鐵心304在內(nèi)側(cè)長條形磁極303和并列的外側(cè)長條形磁極308之 間的位置發(fā)生變化時，才能引起長條形磁極303、 308之間的磁導(dǎo)發(fā)生變化， 才會產(chǎn)生使磁性材料動鐵心304運動的磁場力。為此，最要緊是設(shè)置好兩個長 條形磁極的直接面對動鐵心柱形曲面的形狀及兩個長條形磁極的相對位置。如圖6-b所示，為了使動鐵心能帶動輸出軸逆時針方向轉(zhuǎn)動，總的趨向是 兩個長條形磁極之間的空氣間隙，由外向內(nèi)(由右向左)逐步變小；靜鐵心301 開口處的上側(cè)長條形磁極303與動鐵心304柱形面ab直接相對的面efg，以及 下側(cè)長條形磁極308與動鐵心304柱形面cd直接相對的面i j，可以是柱形圓 弧形面，也可以是柱形折線形面，或者是柱形圓弧形面和柱面折線形兩者的結(jié) 合；內(nèi)、外側(cè)兩條長條形磁極303、 308之間的空氣間隙，由環(huán)形靜鐵心301 有開口的一端向另一端逐漸加大，它們和動鐵心側(cè)面柱形面之間的空氣間隙， 要按照操動機構(gòu)的負(fù)載特性N二f ( e )的要求，用計算或試驗的方法確定。由于操動機構(gòu)在合閘位置時，已經(jīng)將分閘(或合閘)彈簧完全儲能，需要 有很大的合閘(或分閘)保持力，才能將動鐵心保持在合閘(或分閘)位置。 大容量的真空斷路器，在合閘位置時，產(chǎn)品三個觸頭的合閘保持力共為 9000-12000N，甚至更高，可用圖6-b， 6-c或圖6-d， 6-e這一類結(jié)構(gòu)完成合 閘保持任務(wù)。長條形磁極303、 308與動鐵心304，在合閘(或分閘)位置時的 形狀配合，有不同的結(jié)構(gòu)方案，如圖6所示。在靠近環(huán)形靜鐵心301開口處一端的一條長條形磁極303的端頭，面對動 鐵心304柱形面的一側(cè)，安裝了永久磁鐵309;動鐵心304在右側(cè)這一段的形 狀diim可以是圓柱形臺階，臺階的高度為3-7mm，在操動機構(gòu)的合閘(或分閘) 位置，動鐵心圓柱形臺階的dnm面與一個外側(cè)長條形磁極308的圓柱形面ih 接觸，兩個臺階嚙合在一起，由永久磁鐵309產(chǎn)生的磁通cK的磁力保持操動 機構(gòu)在合閘(或分閘)位置；動鐵心304在這一段形狀還可以是圓柱形斜面折 線st，在操動機構(gòu)的合閘(或分閘)位置，動鐵心304的圓柱形斜面折線st 與外側(cè)長條形磁極308圓柱形斜面uv接觸，由永久磁鐵309產(chǎn)生的磁通(K的 磁力，使動鐵心304穩(wěn)定地保持在合閘(或分閘)位置上。因用此類結(jié)構(gòu)方案的操動機構(gòu)處在合閘位置時，動鐵心304若要沿順時針 方向，向分閘(或合閘)位置轉(zhuǎn)動，上磁極303和下磁極308端面上的永久磁 鐵309之間的磁導(dǎo)的很快地降低，會產(chǎn)生很大的電磁阻力，因而合閘(或分閘) 保持力大；電磁操動機構(gòu)的工作過程如下1) 合閘操作如圖3所示，設(shè)操動機構(gòu)處于分閘位置，當(dāng)合閘勵磁線圈302被勵磁時，動鐵心304、靜鐵心301所組成的磁路中的磁通小不斷快速上 升，動鐵心304在電磁力作用下，產(chǎn)生逆時針方向旋轉(zhuǎn)的合閘力矩(在動鐵心 上產(chǎn)生逆時針方向的拉力)，使操動機構(gòu)進(jìn)行合閘操作而到達(dá)合閘位置，如圖4 所示，合閘勵磁電流被切除后，動鐵心依靠永久磁鐵309產(chǎn)生的磁通cK的磁 力，穩(wěn)定地保持在合閘位置；2) 分閘操作設(shè)圖4所示的位置，操動機構(gòu)處于合閘狀態(tài)，當(dāng)靜鐵心301 上的祛磁線圈310祛磁時，由永久磁鐵309產(chǎn)生的磁通cK下降，內(nèi)側(cè)長條形 磁極303和外側(cè)長條形磁極308對動鐵心304產(chǎn)生的合閘保持力矩也就相應(yīng)快 速下降，當(dāng)對動鐵心304產(chǎn)生的保持力矩小于分閘彈簧307的力矩時，分閘彈 簧307帶動動鐵心304連同機構(gòu)輸出軸306順時針方向轉(zhuǎn)動，使操動機構(gòu)分閘， 操動機構(gòu)在分閘彈簧307的初始力的作用下，保持在分閘位置。II、圖3所示方案的不足之處是:動鐵心及其支架的質(zhì)量都集中在輸出軸 的軸心的一側(cè)，在機構(gòu)進(jìn)行分閘、合閘操作時的動平衡比較差，為了克服這一 缺點，按照環(huán)形陣列法以輸出軸306的軸心線為中心，在輸出軸306的兩側(cè)， 在非磁性材料支架305兩端固裝兩個磁性材料動鐵心304;與兩個磁性材料動 鐵心304相配合，對應(yīng)地裝設(shè)兩組相同的靜鐵心301,靜鐵心301兩側(cè)的內(nèi)側(cè) 長條形磁極303和并列的外側(cè)磁性材料長條形磁極308;裝設(shè)在兩個內(nèi)側(cè)長條 形磁極303端面上的兩個永久磁鐵309，兩對勵磁線圈302，兩對祛磁線圈310， 分閘(或合閘)彈簧307;兩個動鐵心304可在兩對長條形磁極303、 308之間 運動，以輸出軸306的軸心線為中心轉(zhuǎn)動20-90° ，形成一個動平衡好，輸出 力矩大的電磁操動機構(gòu)。操動機構(gòu)動作原理如下-1) 合閘操作設(shè)圖7所示的操動機構(gòu)處于分閘狀態(tài)，當(dāng)同時對上部靜鐵 心301的合閘勵磁線圈302，及下部靜鐵心301的合閘勵磁線圈302勵磁，在 靜鐵心301、動鐵心304所形成的磁回路中，產(chǎn)生磁通4>,1;在靜鐵心301、動 鐵心304所形成的磁回路中，產(chǎn)生磁通4>12，上部動鐵心304及下部動鐵心304 在電磁力作用下，同時對兩個動鐵心產(chǎn)生逆時針方向的拉力，使兩個動鐵心同 時逆時針方向旋轉(zhuǎn)，操動機構(gòu)使開關(guān)電器合閘，依靠永久磁鐵309產(chǎn)生的磁通 4>01及4>。2，使兩個動鐵心304可靠地保持在左邊的合閘位置上。2) 分閘操作當(dāng)操動機構(gòu)處于合閘狀態(tài)時，當(dāng)上部靜鐵心301左邊的祛磁 線圈310及下部靜鐵心301右邊的祛磁線圈310同時祛磁時，上部靜鐵心301及下部靜鐵心301中，由兩個永久磁鐵309產(chǎn)生的磁通*()1及* 2下降，上部靜 鐵心301和下部靜鐵心301中，各個磁極對兩個動鐵心304所產(chǎn)生的合閘保持 力也就相應(yīng)快速下降，當(dāng)對兩個動鐵心304受到的保持力矩小于分閘彈簧307 的力矩時，分閘彈簧307帶動二個動鐵心304，支架305及機構(gòu)輸出軸306向 順時針方向轉(zhuǎn)動，使操動機構(gòu)分閘，操動機構(gòu)在分閘彈簧307的初始力的作用 下，保持在分閘位置。在這個方案中，由于是按照環(huán)形陣列法，將動鐵心304固定在支架305的 兩端，兩個動鐵心304及其支架305兩端的兩個臂對輸出軸306的軸心的轉(zhuǎn)動 慣量相同，因而機構(gòu)在做合閘、分閘操作時，動平衡好，動作平穩(wěn)，而且在機 構(gòu)只增加25-30%的體積的情況下，輸出功卻能增加了一倍。III、合閘和分閘均用電磁力操作的電磁操動機構(gòu)，還可做成如圖8所示的 雙鐵心型結(jié)構(gòu)，輸出軸306上"v"形支架305兩臂的中心線通過輸出軸306的軸心的夾角為e " e ,大于或等于輸出軸的輸出角e n，小于或等于180° ;兩個動鐵心304分別安裝在"v"形支架305的左臂和右臂的頂端；處于分閘 位置的左側(cè)磁性材料動鐵心304位于左側(cè)磁性材料靜鐵心301的左內(nèi)側(cè)長條形 磁極303和左外側(cè)長條形磁極308之間的外端空氣間隙最大的位置，以左側(cè)動 鐵心304在此位置與左側(cè)靜鐵心301上的左內(nèi)側(cè)長條形磁極303和左外側(cè)長條 形磁極308的配合關(guān)系，安排左側(cè)靜鐵心301的位置；處于合閘位置的右側(cè)磁 性材料動鐵心304處在右側(cè)磁性材料靜鐵心301的右內(nèi)側(cè)長條形磁極303和右 外側(cè)長條形磁極308之間的內(nèi)端空氣間隙最小的位置，以右側(cè)動鐵心304在此 位置與右側(cè)靜鐵心301的右內(nèi)側(cè)長條形磁極303和右外側(cè)長條形磁極308的配 合關(guān)系，安排右側(cè)靜鐵心301的位置；兩個靜鐵心301的磁路上分別繞置了左 側(cè)勵磁線圈302、左側(cè)祛磁線圈310及右側(cè)勵磁線圈302、右側(cè)祛磁線圈310; 左側(cè)勵磁線圈302與右側(cè)祛磁線圈310串連；右側(cè)勵磁線圈302與左側(cè)祛磁 線圈310串連；左側(cè)動鐵心304或右側(cè)動鐵心304均能按操作順序帶動輸出軸 306、支架305，以輸出軸306的軸線為中心，順時針方向或逆時針方向轉(zhuǎn)動 20-90° ，完成操動機構(gòu)的合閘和分閘操作；保持左側(cè)動鐵心304在合閘位置 的左側(cè)永久磁鐵309，安裝在左側(cè)靜鐵心301左內(nèi)側(cè)長條形磁極303靠近磁路 的開口處，與動鐵心直接相對的一側(cè)；保持右側(cè)動鐵心304在分閘位置的右側(cè) 永久磁鐵309，安裝在靜鐵心301右側(cè)長條形磁極308靠近磁路開口處與動鐵 心直接相對的側(cè)面上；組成一個用電磁力進(jìn)行合閘、分閘操作的操動機構(gòu)。 操動機構(gòu)的分閘、合閘操作過程如下當(dāng)操動機構(gòu)處于如圖8-a所示的分閘位置，對串連的勵磁線圈302、祛磁 線圈310施加規(guī)定的電流時，祛磁線圈310對動鐵心304、靜鐵心301所組成 的右側(cè)環(huán)形磁回路的磁通4)。2去磁，使永磁鐵309在動鐵心上產(chǎn)生的分閘保持 力下降，甚至消失；靜鐵心301的左側(cè)磁路則被勵磁，動鐵心304受靜鐵心301 中左側(cè)磁路中的磁通4),產(chǎn)生的電磁拉力的作用，沿逆時針方向轉(zhuǎn)動一個機構(gòu) 的輸出角度e。之后，受限位裝置的作用，停靠在合閘位置，勵磁電流切斷后， 由永磁鐵309產(chǎn)生的磁通4)。i的磁場力將動鐵心304保持在合閘位置，操動機 構(gòu)完成合閘操作。當(dāng)操動機構(gòu)處于如圖8-a中的合閘位置時，對串連的勵磁線圈302、祛磁 線圈310施加規(guī)定的電流時，對動鐵心304、靜鐵心301所組成的左側(cè)環(huán)形磁 回路的磁通4> ("去磁，使永久磁鐵309在動鐵心304上產(chǎn)生分閘保持力下降， 甚至消失；動鐵心304受靜鐵心301中右側(cè)磁路中的磁通的拉力的作用，沿順 時針方向轉(zhuǎn)動一個機構(gòu)的輸出角度ei之后，受限位裝置的作用，?？吭诜珠l 位置，勵磁電流切斷后，由永磁鐵309產(chǎn)生的磁通4)。2的磁場力的作用，將動 鐵心304保持在分閘位置，操動機構(gòu)完成分閘操作。IV、若要求用電磁力合閘，用彈簧力分閘；或者是用彈簧力合閘，用電磁 力分閘的電磁操動機構(gòu)能夠操作有三個工作位置(合閘、分閘及接地)的電器 開關(guān)，就需要在圖3所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展成圖9所示的操動機構(gòu)方案(操動機構(gòu)處于分閘狀態(tài))。輸出軸306非磁性材料支架305頂端上的磁性材料動鐵心304處于分閘位 置時，以與合閘操作用的左側(cè)長條形磁極303、 308配合關(guān)系，確定合閘操作 用的左側(cè)磁性材料靜鐵心301的位置；以輸出軸306支架305頂端上的動鐵心 304處于同一分閘位置時，與接地操作用右側(cè)長條形磁極303、 308配合關(guān)系， 確定接地操作用右側(cè)磁材料靜鐵心301的位置；兩個靜鐵心301的磁路上分別 繞置了左側(cè)勵磁線圈302、左側(cè)祛磁線圈310及右側(cè)勵磁線圈302、右側(cè)祛磁 線圈310;動鐵心304能帶動輸出軸306、支架305，以輸出軸306的軸心線為 中心，在左側(cè)逆時針方向或順時針方向轉(zhuǎn)動20-90° ，完成操動機構(gòu)的合閘和 分閘操作；動鐵心304能帶動輸出軸306、支架305，以輸出軸306的軸心線 為中心，在右側(cè)順時針方向或逆時針方向轉(zhuǎn)動20-90° ，完成操動機構(gòu)的接地 和分閘操作；用于自合閘位置及接地位置返回分閘位置兩個分閘彈簧3071、 3072的一端固定在動鐵心304上，另一端固定在靜止的支架上，彈簧可以是圓 柱形，也可以是盤形。保持動鐵心304在合閘或者接地位置的永久磁鐵309安裝在靜鐵心301的長條形磁極303靠近磁路開口處與動鐵心直接相對的側(cè)面 上，組成一個能進(jìn)行合閘、分閘和接地操作的三工位的電磁操動機構(gòu)。如圖9所示，能進(jìn)行合閘、分閘及接地三個工作位置操作的電磁操操動機 構(gòu)的工作過程如下當(dāng)操動機構(gòu)處于如圖9所示的分閘狀態(tài)時，對勵磁線圈302 施加規(guī)定的電流時，動鐵心304受長條形磁極303、 308中的磁通(t),的拉力的 作用，沿逆時針方向轉(zhuǎn)動一個機構(gòu)的輸出角度e。之后，上緊了分閘彈簧3071， 受限位裝置的作用，輸出軸306的支架305停置于長條形磁極303、 308和永 久磁鐵309之間的開口處，操動機構(gòu)完成合閘操作。由永久磁鐵309產(chǎn)生的磁 通4>( 的磁場力將動鐵心304保持在合閘位置。當(dāng)祛磁線圈310施加規(guī)定的電流時，對永久磁鐵309在動鐵心304、靜鐵 心301所組成的環(huán)形磁回路產(chǎn)生的磁通(K去磁，動鐵心304在儲能的分閘彈 簧3072作用下，從合閘位置順時針轉(zhuǎn)動，回復(fù)到分閘位置，完成分閘操作；當(dāng)操動機構(gòu)處于分閘狀態(tài)，對勵磁線圈302施加規(guī)定的電流時，動鐵心304 受右部靜鐵心301長條形磁極303、 308中的磁通^的拉力的作用，順時針轉(zhuǎn) 動一個機構(gòu)的輸出角度92之后，上緊了分閘彈簧3072，動鐵心304受限位裝 置的作用，停置于長條形磁極303、 308和永久磁鐵309之間的開口處，由永 久磁鐵309產(chǎn)生的磁通4)。2的磁場力將動鐵心304保持在接地位置；當(dāng)祛磁線 圈310施加規(guī)定的電流時，對永久磁鐵309在動鐵心304、靜鐵心301所組成 的環(huán)形磁回路產(chǎn)生的磁通小。2去磁，動鐵心304在儲能的分閘彈簧3072的作用 下，從接地位置逆時針轉(zhuǎn)動一個輸出角度62后，又回復(fù)到分閘位置，操動機 構(gòu)完成三工位的接地操作。補充說明在敘述本實用新型的方案時，在一般情況下，我們假設(shè)操作主軸逆時針方向轉(zhuǎn)動時，是進(jìn)行合閘操作；操作主軸順時針方向轉(zhuǎn)動時，是進(jìn)行 分閘操作。同樣可以做成這樣的方案操作主軸順時針方向轉(zhuǎn)動時，是進(jìn)行合 閘操作，逆時針方向轉(zhuǎn)動時，是進(jìn)行分閘操作。參見圖10，給出一種動觸頭為雙斷口轉(zhuǎn)動式SF6負(fù)荷開關(guān)，配用本實用新 型機構(gòu)方案時的示意圖。其中包括SF6負(fù)荷幵關(guān)的絕緣旋轉(zhuǎn)主軸404，上部進(jìn) 出線套管、靜觸頭裝配402; SF6負(fù)荷開關(guān)的下部進(jìn)出線套管、靜觸頭裝配407， 負(fù)荷開關(guān)三對動觸頭405固定旋轉(zhuǎn)絕緣主軸404上，主軸404右端的金屬連接 軸，通過軸承定位在SF6貯氣室右面的支架上；絕緣主軸左端的金屬連接軸， 經(jīng)由負(fù)荷開關(guān)絕緣殼體403左端中部的轉(zhuǎn)動密封處穿出，與外部的直接輸出轉(zhuǎn) 動力矩的電磁操動機構(gòu)的輸出軸306相連；三個接地觸頭401用金屬板條連接 在一起并接地；下部進(jìn)出線套管、靜觸頭裝配407的靜觸頭上，裝設(shè)有接地用圓弧形金屬條406，負(fù)荷開關(guān)絕緣殼體內(nèi)約充有0. 05Mpa表壓的SF6氣體。本實用新型機構(gòu)裝置采用圖9所示的有三個工作位置的永磁機構(gòu)，安裝在 負(fù)荷開關(guān)殼體403左端的金屬固定支架上，其中有機構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)軸306，動鐵 心支架305，動鐵心304，兩個靜鐵心301，兩個左側(cè)長條形磁極303、 308， 兩個右側(cè)長條形磁極303、 308，兩個永久磁鐵309，合閘勵磁線圈302,分閘 祛磁線圈310，機構(gòu)的分閘彈簧3071、 3072。有三個工作位置的永磁機構(gòu)的工作過程如下如圖10-a所示，有三個工作位置永磁機構(gòu)由永久磁鐵309產(chǎn)生的磁場力 保持在合閘位置，分閘彈簧3072已經(jīng)儲能，需要進(jìn)行分閘操作時，將分閘用 祛磁線圈310勵磁，永久磁鐵309在靜鐵心301、動鐵心304所組成的磁回中 的磁通量小(u逐漸減少，磁場保持力不斷降低，當(dāng)磁場保持力小于分閘彈簧3072 的返回力時，動鐵心304在彈簧3072返回力的拉動下，連同支架305順時針 方向旋轉(zhuǎn)，并帶動安裝在旋轉(zhuǎn)絕緣主軸306上的動觸頭304順時針方向旋轉(zhuǎn)， 使負(fù)荷開關(guān)分閘；需要進(jìn)行合閘操作時，將合閘線圈302勵磁，左側(cè)靜鐵心301磁回中的磁 通量逐漸增加，在電磁力的拉動下，動鐵心304連同支架302帶動旋轉(zhuǎn)絕緣主 軸306上的動觸頭304，沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)并合閘，并將分閘彈簧3072儲能；在負(fù)荷開關(guān)分閘位置，需要進(jìn)行接地操作時，將接地勵磁線圈302勵磁， 右側(cè)靜鐵心301磁回中的磁通量逐漸增加，在電磁力的拉動下，動鐵心304連 同支架305，帶動旋轉(zhuǎn)絕緣主軸301上的動觸頭405，沿順時針方向旋轉(zhuǎn)并將 下部三個進(jìn)出線套管、下觸頭裝配406接地，并將另一個分閘彈簧3071貯能， 由永久磁鐵309產(chǎn)生的磁場力將動觸頭405保持在接地位置；若要負(fù)荷開關(guān)由接地位置再返回到分閘位置，只需要將另一個分閘用祛磁 線圈310勵磁，永久磁鐵309在靜鐵心301、動鐵心304所組成的磁回中的磁 通量小(12逐漸減少，磁場保持力不斷降低，當(dāng)磁場保持力小于分閘彈簧3071的 返回力時，動鐵心304連同支架305，在彈簧3071返回力的拉動下，逆時針方 向旋轉(zhuǎn)，并帶動安裝在旋轉(zhuǎn)絕緣主軸306上的動觸頭405順時針方向旋轉(zhuǎn)，使 負(fù)荷開關(guān)分閘，這樣就全部完成了三個工作位置的操作。若只需要對圖10中右側(cè)的SF6負(fù)荷開關(guān)進(jìn)行合閘和分閘的操作，可將圖3 ， 7， 8所示的任意一個二個工作位置的永磁機構(gòu)，安裝在負(fù)荷開關(guān)殼體403左端 的金屬固定支架上，按照SF6負(fù)荷開關(guān)的合閘和分閘的操作步驟進(jìn)行操作即可。
權(quán)利要求1. 一種開關(guān)電器的操動機構(gòu)，包括磁性材料制備的環(huán)狀靜鐵心、勵磁線圈、祛磁線圈、永久磁鐵、磁性材料制備的動鐵心，所述勵磁線圈和所述祛磁線圈沿著所述靜鐵心的環(huán)形方向分別繞置在所述靜鐵心上，其特征在于還包括用于分閘或者合閘的彈簧，由非磁性材料制備的支架的一端同所述動鐵心固定連接而另一端固定于可旋轉(zhuǎn)的輸出軸上，所述靜鐵心沿著自身環(huán)形方向設(shè)置有一段開口，所述動鐵心沿所述輸出軸徑向的位置介于所述靜鐵心開口處的兩個磁極之間，所述永久磁鐵安裝在所述兩個磁極之一上，所述彈簧用以輸出旋轉(zhuǎn)扭矩的外端同所述支架固定連接。
2、 按照權(quán)利要求書1所述操動機構(gòu)，其特征是所述彈簧為扭簧，所述靜 鐵心開口的橫向尺寸沿著所述動鐵心擺動路線從--端到相對端逐漸收縮。
3、 按照權(quán)利要求書2所述的操動機構(gòu)，其特征在于所述靜鐵心開口沿著 所述動鐵心擺動路線橫向尺寸最小的一端于相對于所述永久磁鐵所在的磁極 上設(shè)置有止動階梯，所述動鐵心對應(yīng)于所述止動階梯的郁位設(shè)置有同所述止動 階梯可活動嚙合的相應(yīng)止動臺階。
4、 按照權(quán)利要求書3所述的操動機構(gòu)，其特征在于所述靜鐵心、所述勵 磁線圈、所述袪磁線圈、所述永久磁鐵、所述動鐵心的數(shù)量分別為兩個，所述 支架沿長邊方向的兩個端部分別同一個所述動鐵心固定連接而中央部位固定 于可旋轉(zhuǎn)的所述輸出軸上，兩個所述靜鐵心的方位對稱于所述輸出軸，兩個所 述勵磁線圈的方位對稱于所述輸出軸，兩個所述祛磁線圈的方位對稱于所述輸 出軸，兩個所述永久磁鐵的方位對稱于所述輸出軸。
5、 按照權(quán)利要求書3所述的操動機構(gòu)，其特征在于所述靜鐵心、所述勵 磁線圈、所述祛磁線圈、所述永久磁鐵、所述彈簧的數(shù)量分別為兩個，兩個所 述靜鐵心的方位對稱于經(jīng)過所述輸出軸的第一虛擬平面，兩個所述勵磁線圈的 方位對稱于所述第一虛擬平面，兩個所述祛磁線圈的方位對稱于所述第一虛擬 乎面，兩個所述永久磁鐵的方位對稱于所述第一虛擬平面，兩個所述彈簧的方 位對稱于所述第一虛擬平面。
6、 一種開關(guān)電器的操動機構(gòu)，包括磁性材料制備的環(huán)狀靜鐵心、勵磁線 圈、祛磁線圈、永久磁鐵、磁性材料制備的動鐵心，所述勵磁線圈和所述祛磁 線圈沿著所述靜鐵心的環(huán)形方向分別繞置在所述靜鐵心上，其特征在于所述靜 鐵心沿著自身環(huán)形方向設(shè)置有一段開口，所述動鐵心沿所述輸出軸徑向的位置 介于所述靜鐵心開口處的兩個磁極之間，所述永久磁鐵安裝在所述兩個磁極之 —上，所述動鐵心的數(shù)量為兩個，由非磁性材料制備的支架的第一端和第二端 分別同兩個所述動鐵心之一固定連接而第三端園定于可旋轉(zhuǎn)的輸出軸上，所述靜鐵心、所述勵磁線圈、所述祛磁線圈、所述永久磁鐵的數(shù)量分別為兩個，兩 個所述靜鐵心的方位對稱于經(jīng)過所述輸出軸的第二虛擬平面，兩個所述勵磁線 圈的方位對稱于所述第二虛擬平面，兩個所述祛磁線圈的方位對稱于所述第二 虛擬平面，兩個所述永久磁鐵的方位對稱于所述第二虛擬平面。
7、 按照權(quán)利要求書6所述的操動機構(gòu)，其特征在于所述靜鐵心開口的橫 向尺寸沿著所述動鐵心擺動路線從一端到相對端逐漸收縮。
8、 按照權(quán)利要求書7所述的操動機構(gòu)，其特征在于所述靜鐵心開口沿著所述動鐵心擺動路線橫向尺寸最小的一端于相對于所述永久磁鐵所在的磁極 上設(shè)置有止動階梯，所述動鐵心對應(yīng)于所述止動階梯的部位設(shè)置有同所述止動 階梯可活動嚙合的相應(yīng)止動臺階。
9、 按照權(quán)利要求書8所述的操動機構(gòu)，其特征在于所述支架第一端和所 述支架第二端同所述支架第三端之間的連線呈相交狀態(tài)。
10、 按照權(quán)利要求書8所述的操動機構(gòu)，其特征在于所述支架第一端和所 述支架第二端同所述支架第三端之間的連線呈直線狀態(tài)。
專利摘要本實用新型公開了一種開關(guān)電器的操動機構(gòu)，包括靜鐵心、勵磁線圈、祛磁線圈、永久磁鐵、動鐵心和彈簧。勵磁線圈和祛磁線圈沿著靜鐵心的環(huán)形方向分別繞置在靜鐵心上。支架的一端同動鐵心固定連接，其另一端固定于可旋轉(zhuǎn)的輸出軸上。靜鐵心沿著自身環(huán)形方向設(shè)置有一段開口。動鐵心沿輸出軸徑向的位置介于靜鐵心開口處的兩個磁極之間。永久磁鐵安裝在兩個磁極之一上。彈簧用以輸出旋轉(zhuǎn)扭矩的外端同支架固定連接。該操動機構(gòu)與開關(guān)電器配用時，可減少中間傳動環(huán)節(jié)，提高了產(chǎn)品運行的可靠性，并簡化了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01H33/38GK201112156SQ200620154149
公開日2008年9月10日 申請日期2006年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月5日
發(fā)明者杰 唐, 唐森林, 李松喬, 范華鋒 申請人:珠海方新電氣有限責(zé)任公司