一种永磁体与弹簧双向保持机构
阅读说明：本技术 一种永磁体与弹簧双向保持机构 (Permanent magnet and spring bidirectional retaining mechanism ) 是由 姜文涛 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种永磁体和弹簧双向保持机构,属于断路器操动机构领域,包括永磁保持单元、弹簧保持单元、连接杆、电磁斥力推动单元四部分。连接杆在电磁斥力推动单元驱动下实现上下运动,连接杆向上运动到合闸位置时,永磁保持单元与弹簧保持单元共同提供合闸保持力,连接杆向下运动到分闸位置时,弹簧保持单元提供分闸保持力,本发明专利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；另外在永磁体保持部分的基础上增加了弹簧保持的应用设计,在合闸过程中减少了合闸弹跳,使整体机构在合闸过程中可靠性得到提高,成为实现断路器免维护的关键一步。(The invention relates to a permanent magnet and spring bidirectional retaining mechanism, which belongs to the field of circuit breaker operating mechanisms and comprises a permanent magnet retaining unit, a spring retaining unit, a connecting rod and an electromagnetic repulsion pushing unit. The connecting rod is driven by the electromagnetic repulsion force pushing unit to move up and down, when the connecting rod moves upwards to a switching-on position, the permanent magnet retaining unit and the spring retaining unit provide switching-on retaining force together, and when the connecting rod moves downwards to a switching-off position, the spring retaining unit provides switching-off retaining force; in addition, the application design of spring holding is added on the basis of the permanent magnet holding part, and the closing bounce is reduced in the closing process, so that the reliability of the whole mechanism is improved in the closing process, and the maintenance-free application of the circuit breaker is realized.)
技术领域
本发明涉及一种永磁体与弹簧双向保持机构，属于断路器快速操动机构领域。
背景技术
近年来随着智能电网快速发展和电力系统的发展，特别是大型船舶供电系统、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，直流配电越来越受到关注。随着直流系统容量的持续增长和电压等级的不断提高，开断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，一般在几十ms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，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。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永磁体与弹簧双向保持的机构，即在合闸过程中由永磁体和弹簧共同提供向上的合闸保持力，在分闸过程中仅由弹簧提供保持力，该机构实现了断路器在分合闸位置保持力大小可独立的调节，进一步提高了快速直流断路器分合闸的可靠性。
技术方案
第一方面，本发明实施例提供了一种永磁体与弹簧双向保持机构，包括电磁斥力推动单元、永磁保持单元、弹簧保持单元、连接杆四部分；
其中，所述电磁斥力推动单元、所述永磁保持单元与所述弹簧保持单元通过连接杆连接，其中所述电磁斥力推动单元在上方位置，所述永磁保持单元在中间位置，所述弹簧保持单元在下方位置；所述连接杆在所述的电磁斥力推动单元驱动下实现上下运动；所述的连接杆向下运动到一定位置时，所述弹簧保持单元对所述连接杆施加向下的保持力；所述连接杆向上运动到一定位置时，所述永磁保持单元和所述弹簧保持单元共同对所述连接杆施加向上的保持力。
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、支撑件和合闸线圈盘；
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，所述永磁保持单元包括动铁芯、保持单元外壳、永磁体、导磁环和底座；
其中，所述动铁芯固定于所述连接杆上；所述底座置于所述保持单元外壳内底面上；所述永磁体放置于所述保持单元外壳内部，并吸附于保持单元外壳内侧面；所述导磁环吸附于所述永磁体内侧面；所述保持单元外壳、所述永磁体与所述导磁环三者同轴。
进一步而言，所述弹簧保持单元包括弹簧、固定底座与固定件；
其中，所述固定件与所述连接杆二者同心；所述弹簧的上端通过所述固定件与所述连接杆固定在一起；所述弹簧的下端与所述固定底座固定在一起。
进一步而言，所述底座由非金属材料制成。
进一步而言，所述弹簧保持单元其中弹簧的个数是二个或多个；所述弹簧围绕连接杆呈圆周阵列排布。
与现有技术相比，本发明实施例提供了一种可靠性高的一种断路器用的永磁体与弹簧双向保持机构，可以有效缩短燃弧时间，减轻触头烧蚀，提高断路器开断能力。另外在永磁体保持部分的基础上增加了弹簧保持结构的应用设计，可实现断路器分合闸保持力的独立调节，在合闸过程中减少了合闸弹跳，使整体机构在合闸过程中可靠性得到提高，成为实现断路器免维护的关键一步。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种永磁体与弹簧双向保持机构结构示意图。
图2为本发明实施例提供的一种永磁体与弹簧双向保持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永磁体与弹簧双向保持机构结构示意图，如图1所示，该永磁体与弹簧双向保持机构包括连接杆100、电磁斥力推动单元200、永磁体保持单元300、弹簧保持单元400；其中，电磁斥力推动单元200与永磁体保持单元300中间开有圆孔，二者通过连接杆100连接，弹簧保持单元400通过固定件403与连接杆100连接；电磁斥力推动单元200与永磁体保持单元300位置是上下布置，电磁斥力推动单元200在上面，永磁体保持单元300在下面，弹簧保持单元400在永磁体保持单元300的下面；连接杆100在电磁斥力推动单元200驱动下实现上下运动，其中，连接杆100向下运动到一定位置时，弹簧保持单元400对连接杆100施加向下的保持力；连接杆100向上运动到一定位置时，永磁保持单元300和弹簧保持单元400共同对连接杆100施加向上的保持力。
该方案的优点是操动机构整体质量较轻，永磁体保持单元和弹簧保持单元在断路器分合闸位置可提供足够的保持力，另可实现断路器分合闸保持力的独立调节，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为本发明实施例提供的一种永磁体与弹簧双向保持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、支撑件203和合闸线圈盘204；其中，分闸线圈盘201与合闸线圈盘204通过支撑件203连接；分闸线圈盘201与合闸线圈盘204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9mm，本申请对第一距离的大小不做限定；金属斥力盘202固定于连接杆100上；分闸线圈盘201、合闸线圈盘204与金属斥力盘202三者同轴，呈上中下结构放置；与本机构相连接的断路器分闸时，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，连接杆100与金属斥力盘202受到向下的作用力，连接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；与本机构相连接的断路器合闸时，通过对合闸线圈盘204通电，合闸线圈盘204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，连接杆100与金属斥力盘202受到向上的作用力，连接杆带动金属斥力盘向上运动，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，永磁保持单元300包括动铁芯301、保持单元外壳302、永磁体303、导磁环304和底座305；其中，动铁芯301固定于连接杆100上；底座305置于保持单元外壳302内底面上方；永磁体303放置于保持单元外壳302内部，并吸附于保持单元外壳302内侧面；导磁环304吸附于永磁体303内侧面；保持单元外壳302、永磁体303与导磁环304三者同轴；底座305由非金属材料制成；与本机构相连接的断路器处于合闸位置时，保持单元外壳302、永磁体303与导磁环304三者形成磁路，为断路器提供合闸保持力；与本机构相连接的断路器处于分闸位置时，由于底座305为不能导磁的材料，所以保持单元外壳302、永磁体303与导磁环304三者形成的磁路被底座305隔断，因此该位置处永磁保持单元300不能为断路器提供分闸保持力。
进一步地，继续参见图2，弹簧保持单元400包括弹簧401、固定底座402与固定件403；固定件403与连接杆100二者同心；弹簧401的上端通过固定件403与连接杆100固定在一起；弹簧401的下端与固定底座402固定在一起；其中，弹簧401的个数是2个或多个，这些弹簧围绕连接杆100呈圆周阵列排布。
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401呈向上的三角形状态，与永磁保持单元300共同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，连接杆100与金属斥力盘202受到向下的斥力大于弹簧401与永磁保持单元300向上的合力时，连接杆100与金属斥力盘202向下运动，带动断路器动触头向下运动，当运动到中间位置时弹簧401的力方向变为向下，连接杆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401呈向下的三角形状态，对连接杆100与金属斥力盘202施加向下的作用力使连接杆100与金属斥力盘202保持在分闸位，实现断路器的分闸操作。
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204紧挨在一起，弹簧401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204通电，合闸线圈盘204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，连接杆100与金属斥力盘202受到向上的斥力大于弹簧401向下的力时，连接杆100与金属斥力盘202向上运动，带动断路器动触头向上运动，当运动到中间位置时弹簧401的力方向变为向上，连接杆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401呈向上的三角形状态，与永磁保持单元300共同对连接杆100与金属斥力盘202施加向上的作用力使连接杆100与金属斥力盘202保持在合闸位，实现断路器的合闸操作。
本发明实施例中连接杆、电磁斥力推动单元、永磁体保持单元、弹簧保持单元四者有效结合，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。另外弹簧保持单元通过多个弹簧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。
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