阅读说明：本技术 一种双向永磁保持机构 (Bidirectional permanent magnet retaining mechanism ) 是由 刘晓明 姜文涛 邹积岩 于 2019-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种双向永磁保持机构,属于断路器快速操动机构领域,由双向永磁保持单元、连接杆和电磁斥力推动单元组成。双向永磁保持单元包括动铁芯、环形磁轭、导磁环、永磁体、保持单元底座和保持单元上端盖,动铁芯固定于连接杆上,连接杆向上运动到保持单元上端盖位置,永磁体保持动铁芯与上端盖吸附在一起,连接杆向下运动到保持单元底座位置,永磁体保持动铁芯与保持单元底座吸附在一起,所以双向永磁保持单元可为断路器灭弧室提供一定的分合闸保持力。本发明可以实现断路器操动机构的小型化和集约化,可以有效提高开关分闸速度,缩短燃弧时间,减轻触头烧蚀,提高断路器开断能力。(The invention relates to a bidirectional permanent magnet retaining mechanism, which belongs to the field of quick operating mechanisms of circuit breakers and comprises a bidirectional permanent magnet retaining unit, a connecting rod and an electromagnetic repulsion pushing unit. The bidirectional permanent magnet holding unit comprises a movable iron core, an annular magnetic yoke, a magnetic conduction ring, a permanent magnet, a holding unit base and a holding unit upper end cover, wherein the movable iron core is fixed on the connecting rod, the connecting rod moves upwards to the position of the holding unit upper end cover, the permanent magnet holds the movable iron core and the upper end cover to be adsorbed together, the connecting rod moves downwards to the position of the holding unit base, the permanent magnet holds the movable iron core and the holding unit base to be adsorbed together, and therefore the bidirectional permanent magnet holding unit can provide certain opening and closing holding force for the arc extinguish chamber of the. The invention can realize the miniaturization and the intensification of the circuit breaker operating mechanism, can effectively improve the switch opening speed, shorten the arcing time, reduce the ablation of the contact and improve the breaking capacity of the circuit breaker.)

一种双向永磁保持机构

技术领域

本发明涉及一种双向永磁保持机构，属于断路器快速操动机构领域。

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，直流断路器的短路电流峰值和开断时间的指标也在不断提高。传统的机械开关虽然具有带负载能力强，导通稳定的优点，但是响应速度慢，一般在5～20ms左右，不能满足一些需要快速开断动作场合的要求；电力电子开关响应速度快，但其通态损耗过大，耐压能力低。

混合式直流断路器要求快速机械开关能够实现触点高速分离，便于电流向转移支路转移，同时要求快速机械开关能够获得尽量大的初始速度尽快形成绝缘间隙，抵抗之后机械断路器断口间出现的一个很高的瞬态恢复电压。现阶段快速机械开关大多使用永磁机构，机构和驱动回路体积较大，成本高，不利于断路器小型化、集约化。目前现阶段的电磁斥力快速机械开关多处于理论研究和原理样机阶段，尚无可靠的工程应用案例，严重影响了混合式直流断路器的发展和使用。

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而在其下方安装有合闸线圈；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，因为在动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，不利于断路器免维护性和可靠性。

发明内容

发明目的

本发明的目的是提供一种双向永磁保持机构，能实现断路器快速分断和快速闭合，能够在3ms内完成开断过程。同时独特的环形双向保持方案设计，保证了断路器操动机构的高可靠性。

技术方案

一种双向永磁保持机构，包括保持单元底座(1)、紧固螺栓(2)、磁轭(3)、永磁体(4)、动铁芯(5)保持单元上端盖(6)、合闸斥力线圈盘(7)、六棱柱金属支撑件(8)、斥力盘紧固件(9)、连接杆(10)、分闸斥力线圈盘(11)、斥力盘(12)和导磁环(13)，其特征在于：包括双向永磁保持单元、连接杆、电磁斥力推动单元；所述的连接杆在电磁斥力推动单元驱动下运动，使所述连接杆快速上下运动；在连接杆向上或向下运动到一定位移时，所述双向永磁保持单元对连接杆的上、下固定位置状态施加保持力。

进一步而言，所述的电磁斥力推动单元包括分闸斥力线圈盘、合闸斥力线圈盘和斥力盘，所述斥力盘通过金属紧固件固定于连接杆上，通过分别对分闸斥力线圈盘和合闸斥力线圈盘通电，实现对斥力盘施加向下和向上的斥力，驱动连接杆快速上下运动。

进一步而言，所述的双向永磁保持单元包括动铁芯、环形磁轭、永磁体、保持单元底座和保持单元上端盖，所述动铁芯固定于连接杆上，连接杆向上运动到保持单元上端盖位置，永磁体保持动铁芯与上端盖吸附在一起，连接杆向下运动到保持单元底座位置，永磁体保持动铁芯与保持单元底座吸附在一起。

进一步而言，所述的分闸斥力线圈盘、合闸斥力线圈盘分别位于斥力盘上下两侧，三者同轴；分闸斥力线圈盘、合闸斥力线圈盘通过六棱柱金属支撑件隔离紧固并保持一定间距；分闸斥力线圈盘与合闸斥力线圈盘为方形结构，内部放置有包括至少一个方形设置的铜扁线圈，每层线圈间填充有绝缘胶，线圈引线通过线圈盘出线槽与外部电路连接。

进一步而言，所述的斥力盘为密度小、电导率高的金属材料，如铝合金。

进一步而言，所述的圆柱体动铁芯与连接杆固定在一起；永磁体与导磁环并排放置，导磁环与动铁芯有一定间距；保持单元底座和保持单元上端盖通过六棱柱金属支撑件隔离紧固并保持一定间距，环形磁轭置于保持单元底座与上端盖中间；动铁芯、连接杆、导磁环与永磁体置于环形磁轭内部；保持单元底座和保持单元上端为方形，二者同轴，中间留有圆形孔。

进一步而言，所述的永磁体是具有一定磁吸附力的材料组成，形状为整体环形，或者为一定数量的一定角度的弧形永磁体拼接组成。

进一步而言，所述的保持单元底座由金属材料组成，形状为方形，中间留有圆形孔，中间存在一定宽度的环形凸台。

进一步而言，所述的导磁环由磁导率高的金属材料组成，形状为环形。

优点及效果

与现有技术相比，本发明的优点与积极效果为：

本发明提供了一种结构简单、动作速度快、可靠性高的一种断路器用的双向永磁保持机构，可以有效提高开关分闸速度，缩短燃弧时间，减轻触头烧蚀，提高断路器开断能力。另外独特的非接触式的环形永磁体保持部分设计，进一步保证了操动机构的可靠性，成为实现断路器免维护的关键一步。

附图说明

图1为一种双向永磁保持机构基本结构。

附图标记说明：

1.保持单元底座 2.紧固螺栓 3.磁轭 4.永磁体 5.动铁芯 6.保持单元上端盖7.合闸斥力线圈盘 8.六棱柱金属支撑件 9.斥力盘紧固件 10.连接杆 11.分闸斥力线圈盘 12.斥力盘 13.导磁环

具体实施方式

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下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，本发明提供了一种断路器用的双向永磁保持机构，包括双向永磁保持单元、连接杆、电磁斥力推动单元三部分。双向永磁保持单元中保持单元底座和保持单元上端盖通过六棱柱金属支撑件隔离紧固并保持一定间距，环形磁轭置于保持单元底座与上端盖间，连接杆、动铁芯、导磁环与永磁体置于环形磁轭内部；保持单元底座和保持单元上端盖为方形，二者同轴，中间留有圆形孔。保持单元上部为电磁斥力推动单元，具体包括分闸斥力线圈盘、合闸斥力线圈盘和斥力盘，三者同轴并中间开有圆孔，分闸斥力线圈盘和合闸斥力线圈盘通过六棱柱金属支撑件隔离紧固并保持一定间距，斥力盘位于二者之间，斥力盘通过紧固件固定于连接杆上，斥力盘可上下运动，驱动连接杆快速上下运动。本发明实施例相关的部分，详述如下：

与本机构相连接的断路器执行分闸操作时，此时斥力盘与分闸斥力线圈盘紧紧挨在一起，动铁芯与保持单元上端盖紧紧挨在一起。外部放电单元对分闸斥力线圈盘进行通电，分闸线圈开始放电，放电电流在空间中产生快速变化的磁场。由电磁感应原理，磁场的轴向分量在斥力盘中产生感应电动势，磁场的径向分量与斥力盘中的感应涡流相作用产生电磁斥力。斥力盘开始快速向下运动，从而带动动铁芯、连接杆与断路器动触头向下运动，向下运动到保持单元底座凸台位置时，受到底座凸台的阻力而停止运动，此时底座凸台、动铁芯、导磁环与永磁体形成磁路，底座与动铁芯吸附在一起，实现断路器的分闸操作，并且永磁体为断路器提供了一定的分闸保持力。由于斥力盘采用高强度材料，有效减小了斥力盘的变形与震动，另外环形非接触式的保持部分设计，进一步保证了永磁体的寿命，提高了动作时的可靠性与双向保持机构的寿命，

与本机构相连接的断路器执行合闸操作时，此时斥力盘与合闸斥力线圈盘紧紧挨在一起，动铁芯与保持单元底座紧紧挨在一起。外部放电单元对合闸斥力线圈盘进行通电，合闸线圈开始放电，放电电流在空间中产生快速变化的磁场。由电磁感应原理，磁场的轴向分量在斥力盘中产生感应电动势，磁场的径向分量与斥力盘中的感应涡流相作用产生电磁斥力。斥力盘开始快速向上运动，从而带动动铁芯、连接杆与断路器动触头向上运动，向上运动到保持单元上端盖位置时，受到上端盖的阻力而停止运动，此时上端盖、动铁芯、导磁环与永磁体形成磁路，上端盖与动铁芯吸附在一起，实现断路器的合闸操作，并且永磁体为断路器提供了一定的合闸保持力。由于斥力盘采用高强度材料，有效减小了斥力盘的变形与震动，另外环形非接触式的保持部分设计，进一步保证了永磁体的寿命，提高了动作时的可靠性与双向保持机构的寿命。