專利名稱：一種高壓斷路器脈沖功率型永磁直線電機(jī)操動機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于輸變電設(shè)備中關(guān)于高壓斷路器操動機(jī)構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種高壓斷 路器脈沖功率型永磁直線電機(jī)操動機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
高壓斷路器是電力系統(tǒng)中極其重要的開關(guān)設(shè)備，其運(yùn)行好壞直接關(guān)乎整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、 可靠性；而高壓斷路器操動機(jī)構(gòu)又是其重要的組成部分，它不但要保證斷路器長期的動作可 靠性，而且要滿足滅弧特性對操動機(jī)構(gòu)的要求，因此高壓斷路器操動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否合理對 整個電網(wǎng)起著至關(guān)重要的作用。
電力系統(tǒng)不斷向高電壓、遠(yuǎn)距離、大容量方向發(fā)展，在提高經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，安全可靠的 問題也突出起來；定量評定和改善電力系統(tǒng)的可靠性越來越受到人們的重視。因此有必要研 制一種新型的操動機(jī)構(gòu)來滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠方向的要求。
傳統(tǒng)操動機(jī)構(gòu)主要包括彈簧操動機(jī)構(gòu)、液壓操動機(jī)構(gòu)、液壓彈簧操動機(jī)構(gòu)等，這些操動 機(jī)構(gòu)由于存在零部件多、可控性較差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等多方面的缺點(diǎn)，導(dǎo)致其在運(yùn)行過程中出現(xiàn) 故障的頻率比較高，所以新型操動機(jī)構(gòu)的研制與開發(fā)就顯得尤為緊迫和重要。
實(shí)用新型內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有操動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可控性差等缺陷和不足，本實(shí)用新型提供了一種高壓 斷路器脈沖功率型永磁直線電機(jī)操動機(jī)構(gòu)。
對于脈沖功率型直線電機(jī)來說，該類型的電機(jī)主要用于工作時(shí)間較短的場合，屬于短時(shí) 工作制，其供電采用大電容供電，電流呈現(xiàn)脈沖波形式，且變化較快，因此瞬間產(chǎn)生一個較 大的電磁推力，其功率也是呈現(xiàn)該趨勢，因此該類型電機(jī)特別適用于高壓斷路器的分合閘場
合o
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是包括初級鐵心、次級鐵心、電機(jī)主軸和電樞繞組，初級 鐵心中設(shè)有兩塊對稱的次級鐵心，兩塊次級鐵心之間設(shè)有隔磁材料，每塊次級鐵心一端接有 一個電機(jī)主軸，次級鐵心中嵌入電樞繞組；初級鐵心和次級鐵心端面之間設(shè)有隔磁材料，每 塊次級鐵心側(cè)面和初級鐵心之間設(shè)有永磁體。所述的永磁體放置在初級鐵心上，永磁體之間 設(shè)有隔磁材料。
本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方式每個次級鐵心上下側(cè)面各設(shè)有一個永磁體。次級鐵心上側(cè)
3面永磁體的磁感線沿垂直水平方向90° ;次級鐵心下側(cè)面永磁體的磁感線沿垂直水平方向-90
所述的永磁體厚度在6 10mm范圍之間。每塊次級鐵心上下側(cè)面各設(shè)有一個永磁體。次級 鐵心上側(cè)面永磁體都是為垂直90。方向(即由N極指向S的方向?yàn)?(T ,);次級鐵心下側(cè)面 永磁體均為-90°方向。永磁體厚度大約在6 10mm范rt之間，寬度和長度與設(shè)計(jì)所要求的負(fù) 載側(cè)特性要求有關(guān)。
該操動機(jī)構(gòu)的主軸和高壓斷路器的動觸頭通過傳動機(jī)構(gòu)連接為一個整體作為運(yùn)動體系的 動子部分。脈沖功率型永磁直線電機(jī)操動機(jī)構(gòu)概括起來包括動子和靜子兩大部分；其中動子 部分由兩塊開槽的對稱鐵心和一個中間絕緣部分組成；靜子部分包括導(dǎo)磁部分、永磁塊、分 合閘保持力對應(yīng)的絕緣；另外還有動子和靜子鐵心所連接部分——軸承。動子鐵心開槽，里 面鑲嵌繞組；主磁場通過永磁體而建立，在動子鐵心中的電樞繞組中通入直流電，這樣通電 導(dǎo)體在磁場中受到力的作用就驅(qū)動整個動子部分發(fā)生運(yùn)動，從而通過連桿機(jī)構(gòu)帶動斷路器動 觸頭運(yùn)動實(shí)現(xiàn)分合閘操作。
本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)過程操動機(jī)構(gòu)的主軸和高壓斷J^器的動觸頭通過連桿連接，當(dāng)操動機(jī) 構(gòu)側(cè)上下運(yùn)動時(shí)直接帶動斷路器的運(yùn)動，所以時(shí)間上不存在滯后性。在分合閘位置，該操動 機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)特別添加了左右隔磁材料，目的是通過調(diào)節(jié)其厚度來滿足其所需要的分合閘保 持力，使之維持在分合閘位置；電源采用電容來供電，使電樞繞組內(nèi)產(chǎn)生較大瞬態(tài)電流，由 于永磁體的存在，兩個磁場的相互作用根據(jù)安培定則而產(chǎn)生瞬間較大的電磁推力從而來實(shí)現(xiàn) 分合閘操作。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型的操動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)屬于針對高壓領(lǐng)域斷路器的設(shè)計(jì)，所以 在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮分合閘位置的特殊性，特別設(shè)計(jì)了隔磁材料，包括分閘隔磁材料(用于調(diào) 整分閘保持力而添加)和合閘隔磁材料(用于調(diào)整合閘保持力而添加)，如附圖2中所示，而 且考慮到失磁危險(xiǎn)的可能性，永磁塊放置在靜止的初級鐵心之上，同時(shí)為了產(chǎn)生較大的電磁 推力，電樞繞組中通入的為電容提供的直流電，并聯(lián)支路數(shù)為4，目的是保證足夠大的電流， 其中三個槽中繞組串聯(lián)組成一個支路，電阻為0.198Q，把導(dǎo)體并聯(lián)起來之后，電阻阻值變小， 這樣有利于減少電容供電電壓，動態(tài)反應(yīng)較快，從而使整個的設(shè)計(jì)建立在簡單而且功能齊全 之上。本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)操動機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)復(fù)雜、零部件多、動態(tài)響應(yīng)較慢、占用空間 大、且不可控等缺點(diǎn)，直接利用電流在磁場中受到的安培力作用來實(shí)現(xiàn)分合閘，工作原理簡 單可靠；機(jī)構(gòu)上下兩部分繞組的設(shè)計(jì)，增大了起動電磁推力，而且能在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生非常 的加速度，實(shí)現(xiàn)斷路器的快速動作；在分合閘位置根據(jù)馬氏公式直接利用永磁體產(chǎn)生的磁吸力來使斷路器維持在分合閘位置，簡化了機(jī)構(gòu)；電機(jī)采用電容供電，瞬間功率大；動作高度 可靠，運(yùn)動行程大且可控；起動時(shí)間小，能達(dá)到較高的動態(tài)特性要求，很好的配合斷路器特 性要求。
由于具有以上的特點(diǎn)，使得脈沖功率型永磁直線電機(jī)操動機(jī)構(gòu)除了工作可靠穩(wěn)定外還能 夠提供較大的起動推力；而且減少了復(fù)雜的傳動機(jī)構(gòu)，使機(jī)構(gòu)的質(zhì)量大為減小，能量損耗小， 提高了效率；同時(shí)也提高了整個裝置的精度和可靠性，具有高響應(yīng)和高精度的特點(diǎn)并且運(yùn)動 過程可控，滿足當(dāng)前電力系統(tǒng)中的智能化要求。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖2是本實(shí)用新型一種實(shí)施例中脈沖功率型永磁直線電機(jī)操動機(jī)構(gòu)的示意圖3是本實(shí)用新型的磁通路徑和電流走向圖4是本實(shí)用新型的繞組分配電路圖5是本實(shí)用新型一種實(shí)施例的等效電路圖，
圖6本實(shí)用新型一種實(shí)施例的位移隨時(shí)間變化的仿真結(jié)果圖
圖7本實(shí)用新型一種實(shí)施例的速度隨時(shí)間變化的仿真結(jié)果圖8本實(shí)用新型一種實(shí)施例的脈沖功率曲線圖。
圖中l(wèi)一靜觸頭、2—動觸頭、3—連桿、4一脈沖功率型永磁直線電機(jī)5—電機(jī)主軸、6 一合閘隔磁材料、7—初級鐵心、8—電樞繞組、9一永磁體一、IO—次級鐵心、ll一次級鐵心 隔磁材料、12—永磁體間隔磁材料、13—永磁體二、 14—分閘隔磁材料、15—永磁體三、16 —永磁體四、17—電流流通路徑、18—磁通路徑。
具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述
圖l為結(jié)構(gòu)示意圖，以126kVSFe斷路器為例進(jìn)行設(shè)計(jì)，滅弧室要求脈沖功率型永磁直線 電機(jī)操動機(jī)構(gòu)提供分閘電磁推力為21000N，分閘速度為4.6m/s;而合閘時(shí)其電磁推力為 15000N，合閘速度為1.4~1.7m/s;依據(jù)本型號SF6斷路器側(cè)的要求，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了這種 脈沖功率型永磁直線電機(jī)操動機(jī)構(gòu)。
本實(shí)用新型SF6高壓斷路器脈沖功率型永磁直線電機(jī)操動機(jī)構(gòu)，其中1為靜觸頭，2為 動觸頭，3為連桿，4為脈沖功率型永磁直線電機(jī)，電機(jī)所產(chǎn)生的電磁推力通過電機(jī)主軸和連 桿與斷路器的動觸頭連接一起實(shí)現(xiàn)斷路器的分合閘操作。
本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)永磁直線電機(jī)采用扁平型結(jié)構(gòu)，其沿中心線的剖面圖如圖2所示5為電機(jī)主軸，通過它來和斷路器連接在一起，脈沖功率型永磁直線電機(jī)操動機(jī)構(gòu)的結(jié) 構(gòu)圖如圖2所示整個裝置采用扁平型結(jié)構(gòu)，初級鐵心7和次級鐵心10以及永磁體構(gòu)成整個 磁通成一個閉合回路，初級鐵心由硅鋼片疊壓成框形，初級鐵心7的框形之中設(shè)有兩塊對稱
的次級鐵心IO，兩塊次級鐵心10之間設(shè)有隔磁材料11，每塊次級鐵心10—端接有一個電機(jī) 主軸5，次級鐵心10中嵌入電樞繞組8;初級鐵心7和次級鐵心10端面之間設(shè)有隔磁材料， 其中第一塊次級鐵心端面和初級鐵心端面之間設(shè)有合閘隔磁材料6，第二塊次級鐵心端面和 初級鐵心端面之間設(shè)有分閘隔磁材料14。每塊次級鐵心側(cè)面和初級鐵心之間設(shè)有永磁體。所 述的永磁體放置在初級鐵心上。其中第一塊次級鐵心上側(cè)面與初級鐵心之間設(shè)有永磁體一 9， 下側(cè)面與初級鐵心之間設(shè)有永磁體四16;第二塊次級鐵心上側(cè)面與初級鐵心之間設(shè)有永磁體
二 13，下側(cè)面與初級鐵心之間設(shè)有永磁體三15;永磁體之間設(shè)有隔磁材料，即永磁體一和永
磁體二之間設(shè)有永磁體間隔磁材料12。
本實(shí)用新型的磁通路徑如附圖3 (垂直截面圖)，當(dāng)電樞繞組通電時(shí)，由于永磁體磁場的 存在，根據(jù)安培定則，繞組受到水平方向脈沖電磁推力的作用，由于繞組鑲嵌在次級鐵心10 的槽中，因此帶動整個次級產(chǎn)生水平運(yùn)動，這樣電機(jī)主軸5通過連桿3和斷路器動觸頭連接 在一起實(shí)現(xiàn)斷路器的分合閘操作。電流流通路徑17，磁通路徑18。當(dāng)斷路器到達(dá)合閘或者分 閘位置時(shí)，電樞繞組電流為零，其保持力是通過永磁體對鐵心的吸力而產(chǎn)生，通過計(jì)算找到 合適的絕緣使之達(dá)到要求的吸力。
圖4為繞組分配圖，其中(1)、 (2)、 (3)、 (4)、 (5)、 (6)為一個串聯(lián)支路；(7)、 (8)、 (9)、 (10)、 (11)、 (12)為一個串聯(lián)支路；(13)、 (14)、 (15)、 (16)、 (17)、 (18)為一個 串聯(lián)支路；(19)、 (20)、 (21)、 (22)、 (23)、 (24)為一個串聯(lián)支路。圖5即為等效電路圖， 從圖中可以看出，整個繞組回路被分成四個支路，這樣有助于減小電阻和電感，在實(shí)現(xiàn)較好 的動態(tài)特性前提下，電容電壓較小，而且電流比較大。
圖6是本實(shí)用新型一種實(shí)施例的位移隨時(shí)間變化的仿真結(jié)果圖，從圖中可以看出，分間 過程在40ms內(nèi)已經(jīng)結(jié)束，滿足設(shè)計(jì)要求；
圖7為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的速度特性曲線仿真結(jié)果圖，從圖中可以看出速度曲線比 較理想，較合理的滿足了斷路器分合閘速度特性的要求；
圖8為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的脈沖功率曲線圖，從圖中可以看出，該脈沖功率有一個明 顯的上升到下降的變化過程。
權(quán)利要求1、一種高壓斷路器脈沖功率型永磁直線電機(jī)操動機(jī)構(gòu)，包括初級鐵心、次級鐵心、電機(jī)主軸和電樞繞組，其特征是初級鐵心中設(shè)有兩塊對稱放置的次級鐵心，兩塊次級鐵心之間設(shè)有隔磁材料，每塊次級鐵心一端接有一個電機(jī)主軸，次級鐵心中嵌入電樞繞組；初級鐵心和次級鐵心端面之間設(shè)有隔磁材料，每塊次級鐵心側(cè)面和初級鐵心之間設(shè)有永磁體，永磁體放置在初級鐵心上。
2、 按照權(quán)利要求1所述的高壓斷路器脈沖功率型永磁直線電機(jī)操動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的 永磁體厚度在6~10mm范圍之間。
3、 按照權(quán)利要求1所述的高壓斷路器脈沖功率型永磁直線電機(jī)操動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的 永磁體之間設(shè)有隔磁材料。
4、 按照權(quán)利要求1所述的高壓斷路器脈沖功率型永磁直線電機(jī)操動機(jī)構(gòu)，其特征在于每塊次 級鐵心上下側(cè)面各設(shè)有一個永磁體。
5、 按照權(quán)利要求4所述的高壓斷路器脈沖功率型永磁直線電機(jī)操動機(jī)構(gòu)，其特征在于次級鐵 心上側(cè)面永磁體的磁感線沿垂直水平方向90° ;次級鐵心下側(cè)面永磁體的磁感線沿垂直 水平方向-90° 。
專利摘要一種高壓斷路器脈沖功率型永磁直線電機(jī)操動機(jī)構(gòu)，屬于輸變電設(shè)備中關(guān)于高壓斷路器操動機(jī)構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域，包括初級鐵心、次級鐵心、電機(jī)主軸和電樞繞組，初級鐵心中設(shè)有兩塊對稱的次級鐵心，兩塊次級鐵心之間設(shè)有隔磁材料，每塊次級鐵心一端接有一個電機(jī)主軸，次級鐵心中嵌入電樞繞組；初級鐵心和次級鐵心端面之間設(shè)有隔磁材料，每塊次級鐵心側(cè)面和初級鐵心之間設(shè)有永磁體。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型的操動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮分合閘位置的特殊性，特別設(shè)計(jì)了隔磁材料，永磁塊放置在靜止的初級鐵心之上，同時(shí)為了產(chǎn)生較大的電磁推力，起動時(shí)間小，能達(dá)到較高的動態(tài)特性要求，很好的配合斷路器特性要求。
文檔編號H01H33/36GK201408698SQ20092001401
公開日2010年2月17日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者徐建源, 李永祥, 川 楊, 莘 林 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)