[发明专利]高压断路器永磁摆角电机操动机构

说明书

技术领域

本发明属于输变电设备技术领域，特别涉及一种高压断路器永磁摆角电机操动机构，适用于断路器的智能化操作。

背景技术

高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，担负着控制和保护电路的双重任务。其性能好坏是决定电力系统能否安全运行的重要因素之一。而高压断路器的全部功能都体现在触头的分合动作上，而触头的分合动作要通过操动机构来实现。操动机构是断路器的重要组成部分，是决定断路器性能的关键部件之一，其性能的好坏将直接影响到断路器的技术性能。因此，断路器的工作可靠性在很大程度上依赖于操动机构的动作可靠性。数十年的断路器发展历史表明，操动机构对断路器的发展有着极大的影响，断路器的性能与所采用的操动机构有很大关系，操动机构按工作原理可分为液压式、电磁式、弹簧式及永磁式等几种，一直以来所应用的传统操作机构的设计上都具有一个共同点——机械结构复杂性和加工精度高要求。由于断路器本身工作性质的要求使得其操作机构要求在毫秒级内完成其操作过程，而这一套完全由机械零部件组成的体系去实现其要求是很高的。从国际、国内断路器的故障统计数字来看，机械故障占大多数，高达总故障的70％。因此，在断路器向高电压、大容量、高可靠性发展的今天，为了满足电力系统对高可靠性的要求，在致力于提高传统操动机构性能、质量和可靠性的同时，有必要研究一种体积小、零部件少、结构简单可靠、且运动过程可控的操动机构。

发明内容

为解决以上传统断路器操动机构的不足和满足断路器目前和未来的需要，本发明提供一种高压断路器永磁摆角电机操动机构，它大大减少了传统操动机构的传动机构部分，利用电机的主轴通过四连杆机构来驱动高压断路器动触头的分/合闸。

该装置包括高压断路器、四连杆传动机构、三脚架和永磁摆角电机，永磁摆角电机的主轴连接四连杆传动机构的一端，四连杆传动机构的另一端与高压断路器的动触头通过三脚架连接，永磁摆角电机自身产生的电磁转矩摆动的角度带动高压动断路器的动触头分/合闸运动，永磁摆角电机定子铁心的槽转矩使高压动断路器的动触头分/合闸的位置保持固定。

永磁摆角电机包括定子铁心、转子铁心、永磁体和主轴，沿径向由内到外依次装配主轴、转子铁心、永磁体、电枢绕组、定子铁心和外壳，转子铁心上依次嵌放有极性相反的永磁体，相邻两磁极之间设置有非导磁材料，位置传感器置于定子上，速度传感器置于主轴上，定子铁心沿外圆周均匀分布至少4个槽，定子铁心的槽中设有电枢绕组，电枢绕组采用单层集中整距，电枢绕组为单相的形式。

针对永磁摆角电机自身产生的电磁转矩摆动的角度带动高压动断路器的动触头分/合闸运动，永磁摆角电机定子铁心的槽转矩使高压动断路器的动触头分/合闸的位置保持固定，实现上述功能的原理为当电枢绕组中通入电流时，在永磁体产生的磁场中受到电磁力的作用产生电磁转矩，驱动转子铁心进行摆动，不同磁极下的电枢绕组通入方向相反的电流，使同一时刻产生峰值推力，转子铁心和主轴为一体，四连杆传动机构连接主轴，四连杆传动机构使高压断路器的动触头分/合闸运动，永磁摆角电机定子铁心的槽转矩使高压断路器在分合闸位置保持固定。

本发明的优点为突破了传统意义上机构运动的原理，利用永磁摆角电机自身产生的电磁转矩摆动一定的角度从而带动高压断路器动触头的分/合闸，利用永磁摆角电机定子铁心的槽转矩实现了断路器在分合闸位置的保持功能。另外永磁摆角直线电机它还具有运动部件质量小，运动惯量小，响应速度快，能量损耗小，提高了效率；其可靠性较好，具有较的高精度并且运动过程可控。

附图说明

图1是本发明中高压断路器永磁摆角电机操动机构的结构示意图；

图2是本发明中永磁摆角电机的剖面图；

图3是本发明中永磁摆角电机的结构示意图；

图4是永磁同步电机定子铁心结构示意图；

图5是本发明中永磁摆角电机定子铁心示意图。

图1中：1永磁摆角电机，2主轴，3法兰，4四连杆传动机构，5触头弹簧，6三脚架，7高压断路器的动触头，8高压断路器的静触头，9灭弧室；

图2中：10永磁体，11非导磁材料，12电枢绕组，13槽；

图3中：14端盖，15外壳，16转子铁心，17定子铁心。

具体实施方式

本发明以40.5kV户内真空断路器为例，根据灭弧室对操动机构的要求，设计了一种高压断路器永磁摆角电机操动机构，高压断路器要求永磁摆角电机操动机构提供的电磁转矩达到300～500N.m，运动速度达到500～700r/min，运行时间要小于40ms。