阅读说明：本技术 一种弹簧组保持的快速斥力操动机构 (Quick repulsion operating mechanism maintained by spring group ) 是由 刘晓明 李建兵 李培源 姜文涛 陈海 于 2020-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种弹簧组保持的快速斥力操动机构,属于断路器快速操动机构领域。该操动机构包括弹簧组保持缓冲单元、绝缘拉杆、电磁斥力推动单元。其中,绝缘拉杆在电磁斥力推动单元驱动下快速上下运动,绝缘拉杆向上或向下运动到一定位移时,弹簧组保持缓冲单元对所述绝缘拉杆的上、下固定位置状态施加保持力,电磁斥力推动单元与弹簧组保持缓冲单元通过绝缘拉杆连接。本发明可实现断路器快速分断和闭合,能在几毫秒内完成分断与闭合过程。同时独特的弹簧缓冲保持结构可提供足够的分合闸保持力和缓冲反力,保证了断路器操动机构的高可靠性。(The invention discloses a quick repulsion force operating mechanism kept by a spring set, and belongs to the field of quick operating mechanisms of circuit breakers. The operating mechanism comprises a spring group maintaining and buffering unit, an insulating pull rod and an electromagnetic repulsion pushing unit. The insulating pull rod moves up and down rapidly under the driving of the electromagnetic repulsion pushing unit, when the insulating pull rod moves up or down to a certain displacement, the spring group keeps the buffer unit to apply a holding force to the upper and lower fixed position states of the insulating pull rod, and the electromagnetic repulsion pushing unit is connected with the spring group keeping buffer unit through the insulating pull rod. The invention can realize the quick breaking and closing of the breaker and can complete the breaking and closing process within a few milliseconds. Meanwhile, the unique spring buffering and retaining structure can provide enough opening and closing retaining force and buffering counter force, and the high reliability of the circuit breaker operating mechanism is guaranteed.)

一种弹簧组保持的快速斥力操动机构

技术领域

本发明涉及操动机构技术领域，尤其涉及一种弹簧组保持的快速斥力操动机构。

背景技术

近年来，随着分布式电源和储能装置的大规模接入、电力电子技术的快速发展以及直流负荷的增长，直流配电越来越受到关注。特别是某些特定场合，如大型船舶供电系统、光伏直流微网系统、城市轨道交通供电系统等直流系统得到了长足发展。随着直流系统容量的持续增长和电压等级的不断提高，系统发生网侧大电流并联短路故障时，较长的固有分闸时间极易造成系统因电流过高而烧毁，在几ms内，必须快速切除并隔离故障。这对机械开关的操动机构提出了极高的要求。传统操动机构难以满足速度要求，研究具有超快速动作能力的新型操动机构成为目前的研究热点。基于涡流原理的电磁斥力机构良好匹配直流断路器的速度需求，在快速机械开关领域具有良好的应用前景。受限于高速与缓冲这一矛盾，以往研制快速开关电压等级一般为10-35kV，该类开关行程较长，缓冲问题并不突出，即使不施加任何缓冲也不影响快速开关的正常工作。而针对小行程大开断容量快速机械开关，若不施加缓冲，则运动部件到达终点位置会发生强烈机械撞击而反弹回初始位置，造成分合闸操作失败。缓冲问题已然成为研制小行程大开断容量快速机械开关的瓶颈问题之一。

例如申请号为CN201620362749.5的中国专利公开的一种基于永磁保持机构的快速开关，包括斥力机构和永磁机构，包括依次连接的上导杆、真空灭弧室、中导杆、绝缘子、下导杆和保持用动铁芯，其特别之处在于：在所述下导杆上套装有斥力盘，在该斥力盘上方安装有分闸线圈盘而在其下方安装有合闸线圈盘；在所述保持用动铁芯上方安装有上保持用静铁芯，在该上保持用静铁芯中间安装有合闸保持永磁铁，而在该保持用动铁芯下方安装有下保持用静铁芯，在该下保持用静铁芯中间安装有分闸保持永磁铁。其中合闸保持永磁铁下端比上保持用静铁芯下端短，从而在上保持用静铁芯下端形成凹槽作为上气隙；其中分闸保持永磁铁上端比下保持用静铁芯上端短，从而在下保持用静铁芯上端形成凹槽作为下气隙。永磁保持部分用于为断路器中的灭弧室触头提供分闸保持力和合闸保持力，使断路器处于稳定的分闸状态或者合闸状态；电磁斥力操动部分在分、合闸操作过程中提供电磁力，使断路器由分闸变为合闸，或者由合闸变为分闸。

但是上述快速开关使用上下结构的永磁铁提供保持力，该结构存在安全隐患，因为在铁芯快速运动过程中会产生很大的冲击力，很容易导致永磁铁破碎，另外机构的快速运动会产生很大的弹跳，不利于断路器免维护性和可靠性。另外该机构的分合闸保持力通过永磁体与金属外壳之间引力提供，结构较复杂，不利于产业化。

发明内容

本发明实施例提供了一种弹簧组保持的快速斥力机构，能实现断路器快速分断和快速闭合，能在几毫秒内完成开断与闭合过程。同时独特的弹簧组缓冲保持结构可提供足够的分合闸保持力和缓冲反力，保证了断路器操动机构的高可靠性。

技术方案

第一方面，本发明实施例提供了一种弹簧组保持的快速斥力机构，包括弹簧组保持缓冲单元、绝缘拉杆、电磁斥力推动单元；

其中，所述绝缘拉杆在电磁斥力推动单元驱动下快速上下运动；所述绝缘拉杆向上或向下运动到一定位移时，所述弹簧组保持缓冲单元对所述绝缘拉杆的上、下固定位置状态施加保持力；所述电磁斥力推动单元与所述弹簧组保持缓冲单元通过所述绝缘拉杆连接。

进一步而言，所述电磁斥力推动单元包括分闸线圈盘、金属斥力盘、支撑件、紧固件及合闸线圈盘；

其中，所述分闸线圈盘与所述合闸线圈盘通过所述支撑件连接，所述分闸线圈盘与所述合闸线圈盘间隔第一距离；所述金属斥力盘通过所述紧固件固定于所述绝缘拉杆上；所述分闸线圈盘、所述合闸线圈盘与所述金属斥力盘三者同轴。

进一步而言，所述弹簧组保持缓冲单元包括弹簧组保持缓冲组件、弹簧组保持缓冲组件外壳；

其中，所述弹簧组保持缓冲组件包括一个或多个弹簧和挂簧轴杆；一个或多个所述弹簧串在所述挂簧轴杆上；所述挂簧轴杆的一端与所述弹簧组保持缓冲组件外壳的金属横梁相连；所述弹簧组保持缓冲组件外壳的金属横梁与所述弹簧组保持缓冲组件外壳垂直固定；所述挂簧轴杆的另一端与所述绝缘拉杆的金属横梁连接在一起；所述绝缘拉杆的金属横梁与所述绝缘拉杆垂直固定。

进一步而言，所述分闸线圈盘为方形结构，所述合闸线圈盘为方形结构；所述分闸线圈盘外壳为绝缘材料制成；所述合闸线圈盘外壳为绝缘材料制成；所述分闸线圈盘内部放置至少一个方形的导线圈；所述合闸线圈盘内部放置至少一个方形的导线圈；每两圈所述导线圈间填充有绝缘胶；所述分闸线圈盘的引线通过所述分闸线圈盘的出线槽与外部电路连接；所述合闸线圈盘的引线通过所述合闸线圈盘的出线槽与外部电路连接。

进一步而言，所述弹簧组保持缓冲组件的个数是一个或多个。

进一步而言，所述弹簧组保持缓冲组件外壳由金属材料组成，所述弹簧组保持缓冲组件外壳相对的两个侧面有至少一对对应的弹簧组开孔和一个对应的绝缘拉杆开孔，所述弹簧组保持缓冲组件外壳的金属横梁穿过所述弹簧组开孔；所述绝缘拉杆的金属横梁穿过所述绝缘拉杆开孔。

本发明实施例中弹簧组保持缓冲单元、绝缘拉杆、电磁斥力推动单元三者有效结合，可以提高开关分合闸速度，缩短燃弧时间，减轻触头烧蚀，提高断路器开断能力。另外弹簧组保持缓冲单元通过弹簧组产生足够大的分合闸保持力及缓冲力可保证操动机构的可靠性，成为实现断路器免维护的关键一步。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种弹簧组保持的快速斥力机构结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种弹簧组保持的快速斥力机构具体结构示意图；

具体实施方式

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下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例一中的一种弹簧组保持的快速斥力机构结构示意图，如图1所示，该弹簧组保持的快速斥力机构包括绝缘拉杆100、电磁斥力推动单元200、弹簧组保持缓冲单元300；其中，电磁斥力推动单元200与弹簧组保持缓冲单元300中间开有圆孔，二者通过绝缘拉杆100连接；电磁斥力推动单元200与弹簧组保持缓冲单元300位置是上下布置，优选是电磁斥力推动单元200在上面，弹簧组保持缓冲单元300在下面，本申请对二者相对位置不做限定；绝缘拉杆100在电磁斥力推动单元200驱动下快速上下运动；绝缘拉杆100向上或向下运动到一定位移时，弹簧组保持缓冲单元300对绝缘拉杆100的上、下固定位置状态施加保持力。

该方案的优点是操动机构整体质量较轻，弹簧组保持缓冲单元在断路器分合闸位置可提供足够的保持力，不会由于受到振动或短路电流电动力作用使触头分离，避免了断路器耐受短路电流时触头的烧蚀。

进一步地，图2是本发明实施例一中的一种弹簧组保持的快速斥力机构具体结构示意图，如图2所示，电磁斥力推动单元200包括分闸线圈盘201、金属斥力盘202、合闸线圈盘203、支撑件204及紧固件205；其中，分闸线圈盘201与合闸线圈盘203通过支撑件204连接；分闸线圈盘201与合闸线圈盘203间隔第一距离，第一距离需要根据断路器灭弧室开距要求确定，例如断路器是10kV，则该距离为19mm，本申请对第一距离的大小不做限定；金属斥力盘202通过紧固件205固定于绝缘拉杆100上，紧固件205是金属螺母，本申请对紧固件的材料和形状不做限定，只要能将金属斥力盘202固定在绝缘拉杆100上即可；分闸线圈盘201、合闸线圈盘203与金属斥力盘202三者同轴，其中，金属斥力盘为密度小、电导率高的金属材料，如铝合金，本申请对金属斥力盘的材料和形状不做限定，另外三者同轴可以减小摩擦力使断路器运动过程中受力均匀；断路器分闸时，通过对分闸线圈盘201通电，分闸线圈盘201与金属斥力盘202之间产生涡流效应，二者之间产生向下斥力，绝缘拉杆100与金属斥力盘202受到向下的作用力，绝缘拉杆带动斥力盘向下运动，直至达到断路器分闸位置，以保证断路器成功分闸；断路器合闸时，通过对合闸线圈盘203通电，合闸线圈盘203与金属斥力盘202之间产生涡流效应，二者之间产生向上斥力，绝缘拉杆100与金属斥力盘202受到向上的作用力，绝缘拉杆带动斥力盘向上运动，直至达到断路器合闸位置，以保证断路器成功合闸。

进一步地，继续参见图2，弹簧组保持缓冲单元300包括弹簧组保持缓冲组件301、弹簧组保持缓冲组件外壳302；其中，弹簧组保持缓冲组件301包括一个或多个弹簧311和挂簧轴杆312，一个或多个弹簧311串在挂簧轴杆312上，其中，弹簧311能够提供上下位置保持力作用即可，例如可以是普通弹簧，优选为碟簧，本申请对弹簧类型不做限定，弹簧的数量可以在实际应用时根据断路器的分合闸保持力确定，本申请对弹簧数量不做限定；挂簧轴杆312的一端与弹簧组保持缓冲组件外壳302的金属横梁313相连，弹簧组保持缓冲组件外壳的金属横梁313与弹簧组保持缓冲组件外壳302垂直固定；挂簧轴杆312的另一端与绝缘拉杆100的金属横梁101连接在一起；绝缘拉杆的金属横梁101与绝缘拉杆100垂直固定；弹簧组保持缓冲组件外壳302由金属材料组成，其中，弹簧组保持缓冲组件外壳302相对的两个侧面有至少一对对应的弹簧组开孔和一个对应的绝缘拉杆100的金属横梁101开孔；弹簧组保持缓冲组件外壳302的金属横梁313穿过弹簧组开孔；绝缘拉杆100的金属横梁101穿过绝缘拉杆金属横梁开孔。

与本机构相连接的断路器执行分闸操作时，此时金属斥力盘202与分闸线圈盘201紧挨在一起，弹簧组保持缓冲组件301呈向上的三角形状态，提供向上的保持力使断路器的触头闭合，通过对分闸线圈盘201通电，分闸线圈盘201与金属斥力盘202之间产生涡流效应，二者之间产生向下斥力，绝缘拉杆100与金属斥力盘202受到向下的斥力大于弹簧组保持缓冲组件301向上的力时，绝缘拉杆100与金属斥力盘202向下运动，带动断路器动触头向下运动，当运动到第二距离时弹簧组保持缓冲组件301的力方向变为向下，绝缘拉杆100与金属斥力盘202继续向下运动，直到到达断路器分闸位置而停止运动，此时弹簧组保持缓冲组件301呈向下的三角形状态，对绝缘拉杆100与金属斥力盘202施加向下的作用力使绝缘拉杆100与金属斥力盘202保持在分闸位，实现断路器的分闸操作，其中第二距离可以是3-20mm，优选是5-15mm，更优选是7mm。

与本机构相连接的断路器执行合闸操作时，此时金属斥力盘202与合闸线圈盘203紧挨在一起，弹簧组保持缓冲组件301呈向下的三角形状态，提供向下的保持力使断路器的触头断开，通过对合闸线圈盘203通电，合闸线圈盘203与金属斥力盘202之间产生涡流效应，二者之间产生向上斥力，绝缘拉杆100与金属斥力盘202受到向上的斥力大于弹簧组保持缓冲组件301向下的力时，绝缘拉杆100与金属斥力盘202向上运动，带动断路器动触头向上运动，当运动到第三距离时弹簧组保持缓冲组件301的力方向变为向上，绝缘拉杆100与金属斥力盘202继续向上运动，直到到达断路器合闸位置而停止运动，此时弹簧组保持缓冲组件301呈向上的三角形状态，对绝缘拉杆100与金属斥力盘202施加向上的作用力使保持在合闸位，实现断路器的合闸操作，其中第三距离可以是3-20mm，优选是5-15mm，更优选是7mm。

进一步地，继续参见图2所示，分闸线圈盘201为方形结构，合闸线圈盘203为方形结构，线圈盘为方形易与弹簧组保持缓冲单元300固定；其中，分闸线圈盘201外壳为绝缘材料制成，合闸线圈盘203外壳为绝缘材料制成，绝缘材料优选为环氧树脂，本申请对绝缘材料类型不做限定；分闸线圈盘201内部放置至少一个方形的导线圈，导线圈优选的材料为铜扁线，合闸线圈盘203内部放置至少一个方形的导线圈，导线圈优选的材料为铜扁线，本申请对导线圈类型不做限定；其中，每两圈导线圈间填充有绝缘胶，绝缘胶起到相邻导线间绝缘的作用，优选为黄蜡，本申请对绝缘胶类型不做限定；分闸线圈盘201的外圈引线通过分闸线圈盘201的出线槽与外部电路连接；合闸线圈盘203的外圈引线通过合闸线圈盘203的出线槽与外部电路连接；其中，断路器分闸时，通过外部电路对分闸线圈盘201通电；断路器合闸时，通过外部电路对合闸线圈盘203通电。

进一步地，继续参见图2所示，其中弹簧组保持缓冲组件301的个数是一个或多个，具体数量根据断路器需要提供的触头压力确定，如弹簧组保持缓冲组件301的个数是多个时，对称分布，本申请对弹簧组保持缓冲组件301数量和分布方式不做限定。

本发明实施例中弹簧组保持缓冲单元、绝缘拉杆、电磁斥力推动单元三者有效结合，可以提高开关分合闸速度，缩短燃弧时间，减轻触头烧蚀，提高断路器开断能力。另外弹簧组保持缓冲单元通过弹簧组产生足够大的分合闸保持力及缓冲力可保证操动机构的可靠性，成为实现断路器免维护的关键一步。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。