CN204011313U - 一种非对称斥力机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种非对称斥力机构，包括传动杆、主快速斥力单元、次快速斥力单元和缓冲单元。主快速斥力单元由可动斥力线圈和第一固定斥力线圈组成。次快速斥力单元由可动斥力铝盘和第二固定斥力线圈组成。其中，可动斥力线圈和可动斥力铝盘固定在传动杆上，第一固定斥力线圈和第二固定斥力线圈固定在斥力机构线圈安装板上。本实用新型提供的非对称斥力机构充分利用线圈-线圈式斥力结构在大负载下高效率的特点来提高斥力机构驱动效率，通过减少斥力盘与斥力线圈、斥力线圈与斥力线圈间的碰撞来延长斥力机构寿命。可以针对应用场合需求灵活选择分闸单元与合闸单元。该非对称斥力机构结构简单，动作迅速；驱动效率高，使用寿命长，操作灵活。
Description
技术领域
本实用新型属于斥力机构领域，更具体地，涉及一种非对称斥力机构。
背景技术
断路器是电力系统的重要开关电器，因其在电力系统中的控制功能和保护功能无以替代，断路器的可靠运行显得日益重要。鉴于此形势，国际大电网会议(CIGRE)曾在全世界范围内进行了数次调查，调查表明：断路器的大多数故障属机械性质，主要包括其操作机构、监测装置、辅助装置。随着电压等级升高，断路器操作机构的元件数量会增多，因此发生故障的机率将会更高。
传统操作机构由于动作环节多、累计运动公差大使其响应时间分散性大、分合闸时间较长，并且容易受各自特性影响而发生故障。随着电子控制技术的发展，电子操作机构应运而生，特别是新型永磁操作机构出现后，使电子操作理论在电气开关方面有了广泛实践和应用。永磁操作机构有诸多优点，如传动部件简单、运动速度较快、可控性较好等优点，在一定程度上适应了现代电力系统发展新要求。同时，另外一种电子操作机构——电磁斥力机构的研究也在国内外悄然兴起。由于其具有结构简单、机械延迟时间短，初始运动速度快，控制性好的优点，使得它在快速开关研究方面引起了人们极大关注。
现有电磁斥力机构多是线圈-盘式结构，驱动效率较低；同时，频繁的高速运动对于斥力机构各方面的强度都有较高的要求，因此斥力线圈的寿命一般都有限。
实用新型内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型的目的是提供一种非对称斥力机构，能够提高斥力机构的驱动效率，同时能够在一定程度上提高斥力机构的寿命。
本实用新型提供了一种非对称斥力机构，包括传动杆、主快速斥力单元、次快速斥力单元和缓冲单元；所述主快速斥力单元包括反向串联连接的第一固定斥力线圈和可动斥力线圈，所述可动斥力线圈固定在所述传动杆上；所述次快速斥力单元包括可动斥力铝盘和第二固定斥力线圈，所述可动斥力铝盘固定在所述传动杆上；所述缓冲单元包括用于对所述传动杆进行缓冲的缓冲装置和用于对所述传动杆的位置进行限位的限位装置；所述可动斥力线圈的外形尺寸与所述第一固定斥力线圈的外形尺寸一致。
其中，所述可动斥力铝盘的外形尺寸和第二固定斥力线圈的外形尺寸比所述第一固定斥力线圈的外形尺寸小。
其中，所述可动斥力铝盘的外径与所述第二固定斥力线圈的外径保持一致。
其中，当对分闸速度要求较高时，所述主快速斥力单元作为分闸单元，所述次快速斥力单元作为合闸单元；所述主快速斥力单元设置于所述次快速斥力单元的上方。
其中，工作时，当快速开关需要分闸时，供电装置向所述主快速斥力单元中的所述第一固定斥力线圈和所述可动斥力线圈放电，两个线圈内通过的脉冲电流方向相反，由电流产生的高频磁场呈反向关系；两个磁场相互作用产生推斥力，推动所述可动斥力线圈向下运动，进而带动所述传动杆向下运动，此时所述次快速斥力单元中的所述可动斥力铝盘也随着所述传动杆向下运动；当所述传动杆运动到一定开距以后，所述缓冲装置会对所述传动杆进行缓冲；当所述传动杆运动到斥力机构分闸额定开距以后，所述限位装置又对所述传动杆的位置进行限位，减小所述次快速斥力单元中的所述可动斥力铝盘对所述第二固定斥力线圈的碰撞，进而达到保护所述可动斥力铝盘和所述第二固定斥力线圈的目的。
其中，工作时，当快速开关需要合闸时，供电装置对所述次快速斥力单元中的第二固定斥力线圈进行放电，第二固定斥力线圈中产生高频电流和高频磁场；在高频磁场的作用下，次快速斥力单元中的所述可动斥力铝盘感应出与所述第二固定斥力线圈中反向的涡流，第二固定斥力线圈中的电流和可动斥力铝盘中的涡流各自产生的磁场呈反向关系，两个磁场相互作用产生推斥力；推斥力推动所述次快速斥力单元中的所述可动斥力铝盘向上运动，所述可动斥力铝盘带动所述传动杆向上运动，所述传动杆带动所述主快速斥力单元中的所述可动斥力线圈也向上运动。
其中，当对合闸速度要求较高时，所述主快速斥力单元作为合闸单元，所述次快速斥力单元作为分闸单元；所述次快速斥力单元设置于所述主快速斥力单元的上方。
其中，工作时，当快速开关需要分闸时，供电装置向所述次快速斥力单元中的所述第二固定斥力线圈放电，第二固定斥力线圈中产生高频电流和高频磁场；在高频磁场的作用下，所述次快速斥力单元中的可动斥力铝盘感应出与所述第二固定斥力线圈中反向的涡流，第二固定斥力线圈中的线圈电流和可动斥力铝盘中的涡流各自产生的磁场呈反向关系，磁场相互作用产生推斥力；推斥力推动所述次快速斥力单元中的所述可动斥力铝盘向下运动，所述可动斥力铝盘带动所述传动杆向下运动，所述传动杆带动所述主快速斥力单元中的所述可动斥力线圈也向下运动；当所述传动杆运动到一定开距后，所述缓冲装置对所述传动杆进行缓冲；当所述传动杆运动到斥力机构分闸额定开距后，所述限位装置对所述传动杆的位置进行限位，减小所述主快速斥力单元中的所述可动斥力线圈对所述第一固定斥力线圈的碰撞，进而达到保护所述可动斥力线圈和所述第一固定斥力线圈的目的。
其中，工作时，当快速开关需要合闸时，向所述主快速斥力单元中的所述第一固定斥力线圈和所述可动斥力线圈放电，两个线圈内通过的脉冲电流方向相反，由电流产生的高频磁场呈反向关系；两个磁场相互作用产生推斥力，推动所述可动斥力线圈向上运动，带动所述传动杆向上运动，所述次快速斥力单元中的所述可动斥力铝盘也随着传动杆向上运动，最后顺利合闸。
本实用新型充分利用线圈-线圈式斥力结构在大负载下优良的驱动效率来提高斥力机构的驱动效率。同时减小所述次快速斥力单元的驱动组件尺寸和驱动速度以保护斥力机构的部件，延长斥力机构寿命。本实用新型采用非对称结构，在提高驱动效率的同时能够延长斥力机构的寿命。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的对分闸速度要求较高的非对称斥力机构处于合闸位的示意图；
图2为本实用新型实施例提供的对分闸速度要求较高的非对称斥力机构处于分闸位的示意图；
图3为本实用新型实施例提供的对合闸速度要求较高的非对称斥力机构处于合闸位的示意图；
图4为本实用新型实施例提供的对合闸速度要求较高的非对称斥力机构处于分闸位的示意图。
图中1为传动杆；2为主快速斥力单元，3为次快速斥力单元，4为缓冲单元，21为第一固定斥力线圈，22为可动斥力线圈，31为可动斥力铝盘，32为第二固定斥力线圈，41为缓冲装置，42为限位装置。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图1示出了本实用新型实施例提供的对分闸速度要求较高的非对称斥力机构处于合闸位的示意图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：
非对称斥力机构包括传动杆1、主快速斥力单元2、次快速斥力单元3、缓冲单元4。主快速斥力单元2包括可动斥力线圈22和第一固定斥力线圈21；次快速斥力单元3包括可动斥力铝盘31和第二固定斥力线圈32；缓冲单元4包括缓冲装置41和限位装置42。可动斥力线圈22和可动斥力铝盘31固定在传动杆1上，第一固定斥力线圈21和第二固定斥力线圈32固定在斥力机构线圈安装板上。主快速斥力单元2和次快速斥力单元3用于承担快速合闸和快速分闸的任务，如对分闸速度有较高要求，则选择主快速斥力单元2作为分闸单元，选择次快速斥力单元3作为合闸单元；如对合闸速度有较高要求，则选择主快速斥力单元2作为合闸单元，选择次快速斥力单元3作为分闸单元。缓冲单元4主要在机构分闸时起缓冲和限位作用。该非对称斥力机构充分利用线圈-线圈式斥力结构在大负载下高效率的特点来提高斥力机构驱动效率，同时通过减少斥力盘与斥力线圈、斥力线圈与斥力线圈间的碰撞来延长斥力机构寿命。用户可以针对应用场合需求灵活选择分闸单元与合闸单元。该非对称斥力机构结构简单，动作迅速；驱动效率高，使用寿命长，操作灵活。
其中，可动斥力线圈和第一固定斥力线圈使用驱动效率较高的线圈。在此我们定义两个线圈外形比例参量来表征斥力线圈的驱动效率，α为线圈高度与线圈平均直径的比；β为线圈径向厚度与线圈平均直径的比。经过仿真和实验验证，线圈的外形比例系数α越小、β越大，斥力机构的驱动效率越高。因此主快速斥力单元的可动斥力线圈和第一固定斥力线圈选取在满足做工条件下外形比例参数α尽可能小，β尽可能大的线圈规格。为了驱动效率的最大化，可动斥力线圈的外形尺寸与第一固定斥力线圈保持一致。
其中，可动斥力铝盘和第二固定斥力线圈比主快速斥力单元中第一固定斥力线圈的尺寸规格小。次快速斥力单元的驱动效率主要由第二固定斥力线圈决定，次快速斥力单元的目的是为了能以相对较低的速度可靠完成正常的分合闸。因此第二固定斥力线圈选取外径比第一固定斥力线圈小，驱动效率比第一固定斥力线圈低的规格的线圈，这样可以一定程度上简化斥力机构的结构。可动斥力盘选取铝盘，铝盘的动质量较小且驱动效率也能满足要求，为了在此条件下的驱动效率最大化，可动斥力铝盘的外径与第二固定斥力线圈保持一致。
本实用新型充分利用线圈-线圈式斥力结构在大负载下优良的驱动效率来提高斥力机构的驱动效率。同时减小次快速斥力单元的驱动组件尺寸和驱动速度以保护斥力机构的部件，延长斥力机构寿命。本实用新型采用非对称结构，在提高驱动效率的同时能够延长斥力机构的寿命。
在本实用新型实施例中，主快速斥力单元的驱动部件采用驱动效率较高和尺寸较大的线圈，其在大负载条件下的驱动速度和驱动效率较优，故称其为主快速斥力单元；次快速斥力单元的驱动部件采用驱动效率较主快速斥力单元低和尺寸较主快速斥力单元小的驱动线圈和斥力盘，其驱动速度和效率能达到正常的分合闸要求，故称其为次快速斥力单元。
其中，如图1所示，本实用新型实施例提供的对分闸速度要求较高的非对称斥力机构处于合闸位的示意图。当对分闸速度要求较高时，选择主快速斥力单元作为分闸单元，选择次快速斥力单元作为合闸单元。其中，1为传动杆，2为用于快速分闸的主快速斥力单元，3为用于正常合闸的次快速斥力单元，4为缓冲单元。此时，主快速斥力单元2处于次快速斥力单元3上方，即分闸单元处于合闸单元上方。当快速开关需要分闸时，预充电电容器组向主快速斥力单元2中的第一固定斥力线圈21和可动斥力线圈22放电，由于此两线圈反向串联连接，两个线圈内通过的脉冲电流方向相反，进而由电流产生的高频磁场呈反向关系。两个磁场相互作用产生推斥力，推动可动斥力线圈向下运动，进而带动传动杆向下运动，此时次快速斥力单元3的可动斥力铝盘31也随着传动杆1向下运动。当传动杆1运动到一定开距以后，缓冲装置41会对传动杆1进行缓冲。当传动杆1运动到斥力机构分闸额定开距以后，限位装置42又对传动杆1的位置进行限位，此举能减小次快速斥力单元3的可动斥力铝盘31与第二固定斥力线圈32的碰撞，进而保护可动斥力铝盘31和第二固定斥力线圈32，延长斥力机构寿命。
其中，如图2所示，本实用新型实施例提供的对分闸速度要求较高的非对称斥力机构处于分闸位的示意图。当快速开关需要合闸时，预充电电容器组对次快速斥力单元3中的第二固定斥力线圈32进行放电，进而产生高频电流和高频磁场。在高频磁场的作用下，次快速斥力单元3中的可动斥力铝盘31感应出与第二固定斥力线圈32中反向的涡流，线圈电流和涡流各自产生的磁场呈反向关系，两个磁场相互作用产生推斥力。推力推动次快速斥力单元中的可动斥力铝盘向上运动，可动斥力铝盘31带动传动杆1向上运动，传动杆1带动主快速斥力单元2中的可动斥力线圈22也向上运动。由于对合闸的速度没有较高要求，因此次快速斥力单元3的可动斥力铝盘31的运动速度只要能保证正常合闸即可。
其中，如图3所示，本实用新型实施例提供的对合闸速度要求较高的非对称斥力机构处于合闸位的示意图。当对合闸速度要求较高时，选择主快速斥力单元2作为合闸单元，选择次快速斥力单元3作为分闸单元。其中，1为传动杆，2为用于快速合闸的主快速斥力单元，3为用于正常分闸的次快速斥力单元，4为缓冲单元。此时，次快速斥力单元3处于主快速斥力单元2上方，即分闸单元处于合闸单元上方。当快速开关需要合闸时，预充电电容器组向次快速斥力单元3中的第二固定斥力线圈32放电，进而产生高频电流和高频磁场。在高频磁场的作用下，次快速斥力单元3中的可动斥力铝盘31感应出与第二固定斥力线圈32中反向的涡流，线圈电流和涡流各自产生的磁场呈反向关系，磁场相互作用产生推斥力。推力推动次快速斥力单元中的可动斥力铝盘向下运动，可动斥力铝盘31带动传动杆1向下运动，传动杆1带动主快速斥力单元2中的可动斥力线圈22也向下运动。当传动杆1运动到一定开距以后，缓冲装置41会对传动杆1进行缓冲。当传动杆1运动到斥力机构分闸额定开距以后，限位装置42又对传动杆1的位置进行限位，此举能减小主快速斥力单元2的可动斥力线圈22与第一固定斥力线圈21的碰撞，进而保护可动斥力线圈22和第一固定斥力线圈21，延长斥力机构寿命。
其中，如图4所示，本实用新型实施例提供的对合闸速度要求较高的非对称斥力机构处于分闸位的示意图。当快速开关需要合闸时，预充电电容器组向主快速斥力单元2中的第一固定斥力线圈21和可动斥力线圈22放电，由于此两线圈反向串联连接，两个线圈内通过的脉冲电流方向相反，进而由电流产生的高频磁场呈反向关系。两个磁场相互作用产生推斥力，推动可动斥力线圈22向上运动，进而带动传动杆1向上运动，此时次快速斥力单元3中的可动斥力铝盘31也随着传动杆1向上运动。由于合闸单元采用的是驱动效率较高的主快速斥力单元2，可以实现快速合闸。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种非对称斥力机构，其特征在于，包括传动杆(1)、主快速斥力单元(2)、次快速斥力单元(3)和缓冲单元(4)；
所述主快速斥力单元(2)包括反向串联连接的第一固定斥力线圈(21)和可动斥力线圈(22)，所述可动斥力线圈(22)固定在所述传动杆(1)上；所述次快速斥力单元(3)包括可动斥力铝盘(31)和第二固定斥力线圈(32)，所述可动斥力铝盘(31)固定在所述传动杆(1)上；
所述缓冲单元(4)包括对所述传动杆(1)进行缓冲的缓冲装置(41)和对所述传动杆(1)的位置进行限位的限位装置(42)；
所述可动斥力线圈(22)的外形尺寸与所述第一固定斥力线圈(21)的外形尺寸一致。
2.如权利要求1所述的非对称斥力机构，其特征在于，所述可动斥力铝盘(31)的外形尺寸和第二固定斥力线圈(32)的外形尺寸比所述第一固定斥力线圈(21)的外形尺寸小。
3.如权利要求1或2所述的非对称斥力机构，其特征在于，所述可动斥力铝盘(31)的外径与所述第二固定斥力线圈(32)的外径相等。
4.如权利要求1所述的非对称斥力机构，其特征在于，当对分闸速度要求较高时，所述主快速斥力单元(2)作为分闸单元，所述次快速斥力单元(3)作为合闸单元；所述主快速斥力单元(2)设置于所述次快速斥力单元(3)的上方。
5.如权利要求1所述的非对称斥力机构，其特征在于，当对合闸速度要求较高时，所述主快速斥力单元(2)作为合闸单元，所述次快速斥力单元(3)作为分闸单元；所述次快速斥力单元(3)设置于所述主快速斥力单元(2)的上方。
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| CN104124110B (zh) * | 2014-07-17 | 2016-05-25 | 华中科技大学 | 一种非对称斥力机构 |
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