[发明专利]高压真空断路器用旋动式永磁驱动机构

说明书

技术领域

本发明涉及高压真空断路器配套设备，特别是电力配电系统中高压真空断路器实现分、合闸操作的一种旋动式永磁驱动机构。

背景技术

高压真空断路器驱动装置的工作原理是把电能或弹簧势能转化为动能的过程。目的是通过机械动作来驱使断路器的动触头按照一定的速度与静触头闭合或分离，从而实现高压真空断路器的合闸与分闸操作。

高压真空断路器驱动装置按照驱动模式可以分为弹簧操动机构和电磁操动机构两大类。这两种驱动装置的共同点是开关合闸后的动触头超行程压力保持靠机械锁扣形式实现，这种结构形式的不足之处是相关零部件较多，元件之间衔接精度要求较高，常因为某一元件的因素而影响整台操动机构不能正常工作。

永磁操动机构是近年来高压智能开关设备较多采用的另一种操动机构，它的最大优势是结构简单，利用永磁铁的吸合力来实现断路器的合闸保持，取消了弹簧机构复杂的机械锁扣系统，大大减少了零部件的使用量，降低了单个元件因素引起的故障率。

永磁操动机构按照不同的标准可以划分为不同的类型，主要有单稳态和双稳态、单线圈和双线圈、圆形和方形之分，它们之间没有明显的优劣之分，各自有各自的优势。

以最常用的单稳态和双稳态永磁机构为例说说二者的区别：

所谓双稳态永磁机构，是指断路器在合闸位置和分闸位置均采用永久磁铁的吸合力来保持定位，分、合闸动作是分别通过两个通电励磁线圈产生的电磁力驱动动铁心来完成的一种机构。

所谓单稳态永磁机构，是指断路器在合闸位置采用永久磁铁的吸合力来保持定位，在分闸位置则采用弹簧力来保持定位，合闸动作是通过励磁线圈产生的电磁力来驱动动铁心完成，同时在合闸的过程中对分闸保持弹簧储能，分闸动作是靠释放分闸保持弹簧的势能来完成的一种机构。

永磁操动机构的工作原理是把电能转化为动能的过程，通过对能量转化的管控来实现真空断路器的合闸与分闸功能。下面以单稳态永磁操动机构为例说明其详细的工作原理。当机构励磁线圈通电后产生的磁场与磁铁固有磁场方向一致时，两个磁场叠加后形成磁合力，随着线圈驱动电流的不断增大，磁场产生的驱动力也逐渐变大，当驱动力大于断路器的分闸保持力时，动铁芯向合闸方向运动，同时带动断路器真空灭弧室的动触头与静触头闭合，此时永磁铁与铁芯形成铁磁闭合回路，磁阻非常小，形成的磁场吸合力已足以克服断路器的合闸保持力，控制器自动切断励磁线圈电源，无须线圈电流的磁场而完成合闸的锁扣过程，最终完成断路器的合闸功能；当向励磁线圈产生的磁场与永磁铁固有磁场产方向相反时，两个磁场力量相持，永磁铁与铁芯形成铁磁闭合回路被打破，断路器失去合闸保持力，动铁芯在分闸弹簧力的作用下迅速返回并定位在分闸位置，最终完成断路器的分闸功能。

以上结构型式的永磁操动机构在工作过程中的运动轨迹都是往复直线运动形式。在实际应用中，大部分真空断路器的分、合闸过程是依靠驱动轴的往复旋转来实现，这时直线运动形式的永磁操动机构(简称直动式永磁机构)与之配合应用中会存在直线运动变弧线运动的问题，此过程需要增多机械联动元件来实现，既占用永磁机构的安装空间又浪费材料，重要的是增大了元件因素引起的断路器故障率。另外，以上直动式永磁机构的磁铁与铁芯形成闭合磁回路中都含有励磁线圈，这样的结构使闭合磁回路途径较长，磁回路磁阻也相应较大，较大的磁路磁阻不仅影响永磁铁磁能的有效使用，而且使用的铁磁材料也较多。因此，其改进和创新势在必行。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种高压真空断路器用旋动式永磁驱动机构，有效解决永磁操动机构动力传动结构复杂，故障率高，磁铁磁能的有效使用得不到有效利用和浪费铁磁材料的问题。

本发明解决的技术方案是，包括与高压真空断路器三相驱动轴相连的主轴，以主轴的中心线为旋转轴线，选择绕轴半径，在以半径外端点的绕轴弧线为中心线建立一个永磁场和一个电磁场，永磁场用来实现高压真空断路器的合闸保持，电磁场与永磁场叠加后用来实现高压真空断路器的分、合闸操作。