用于斷路器的圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種，用于斷路器的圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構，包括圓筒形非晶合金永磁直線同步電機、電機主軸、主軸位移傳感器、連桿及絕緣拉桿。本實用新型克服了傳統操動機構的體積較大、傳動機構復雜、響應時間長及運動過程難以控制等缺點，效率高，可靠性好。
【專利說明】
用于斷路器的圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構
技術領域
[0001]本實用新型屬于電力系統輸配電開關技術領域，主要涉及一種斷路器操動機構，特別是涉及一種用于斷路器的圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構。
【背景技術】
[0002]現有技術下，有很多斷路器操動機構系統，也包括各種直線電機操動機構，但沒有一款效率比較高、體積比較小、開斷速度比較快、開斷精度高、適用于更多電壓等級、高環境要求的斷路器操動機構(尤其是高壓斷路器操動機構部件繁多，容易發生誤動、拒動、機械卡澀等情況)。因此在現有技術下，多數斷路器操動機構的質量及其工作性能的優劣影響著斷路器開斷的精確性和可靠性。
[0003]此外，現有的斷路器操動機構主要包括:液壓操動機構、氣動操動機構、電機操動機構。這些操動機構各具優點但同時存在一些不足之處:
[0004](I)液壓操動機構在尺寸一定的條件下，輸出力的大小與高壓油的壓力有關，這樣可以使機構單位質量的輸出功增加，操作平穩而無噪聲，控制功率小而方便，可實現交流操作。但是液壓油的質量對機構的工作性能影響很大，液壓操動機構本身結構比較復雜，油路系統的工作壓力很高，對零件的加工精度和管路的密封要求很高，裝配、調整和維修難度較大，不利于小型化且成本很高。
[0005](2)氣動操動機構輸出功率容易改變，可適用于不同電壓等級和類型的斷路器及隔離開關。氣動操動機構中壓縮空氣的氣體壓力一般為0.5?2.0Mpa，遠低于液壓操動機構中的油壓。但是氣動操動機構操作噪聲大，需要專門空氣壓縮裝置，應用場合受限。
[0006](3)電機操動機構是利用電動機經減速裝置帶動斷路器分、合閘的操動機構。傳統的電機操動機構有兩種操作方式:一種是直接驅動，由電機通過渦輪、渦桿和齒輪減速，并用機械方法改變運動方式后直接驅動觸頭進行分、合閘操作，此操作方式僅用于126kV及以上電壓等級的隔離開關;另一種是儲能式驅動，先由電機帶動飛輪或離心式飛球儲能，當有合閘命令時通過機械裝置釋放飛輪或飛球中的能量并驅動斷路器合閘，分閘一般仍靠彈簧釋能。傳統電機操動機構雖然結構簡單，但卻存在儲能時間長、合閘功小且不穩定、合閘時間較長等不足，使其已不能滿足現代高壓斷路器的操作要求。傳統電機操動機構除了用來操作對合閘時間沒有嚴格要求、額定電壓較高的隔離開關以外，已很少用于操作斷路器，尤其是高壓斷路器。

【發明內容】

[0007]發明目的
[0008]針對上述問題，本實用新型提供一種響應速度快、動態時間短、體積小、效率高、控制精度高，且能夠滿足高壓斷路器精確分、合閘的圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構。
[0009]技術方案
[0010]—種用于斷路器的圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構，其特征在于:包括圓筒形非晶合金永磁直線同步電機、電機主軸、主軸位移傳感器、連桿及絕緣拉桿;連桿一端和圓筒型非晶合金永磁直線同步電機的電機主軸相連，連桿另一端與絕緣拉桿相連，絕緣拉桿與斷路器滅弧室相連接;主軸位移傳感器安裝在圓筒形非晶合金永磁直線同步電機橫斷面靠近電機主軸處;滅弧室中設有動觸頭和靜觸頭，靜觸頭固定于上支架上，靜觸頭下方的動觸頭連接觸頭彈簧，觸頭彈簧連接絕緣拉桿。
[0011]所述圓筒形非晶合金永磁直線同步電機包括初級部分和次級部分;初級部分由初級繞組和初級鐵心兩部分組成;次級部分由導磁材料、次級鐵心和永磁體組成，不同極性的永磁體通過導磁材料隔開，永磁體嵌于次級鐵心中，次級鐵心由硅鋼片疊壓而成。
[0012]初級鐵心為鐵基非晶合金材料。
[0013]初級鐵心無開槽。
[0014]永磁體為釹鐵硼永磁材料，且為圓環形狀。
[0015]永磁體陣列為Halbach陣列。
[0016]連桿為不銹鋼材料制成，連桿與絕緣拉桿直徑相同，其軸心與電機軸心在一條直線上。
[0017]圓筒型非晶合金永磁直線同步電機為短初級、長次級形式。
[0018]優點及效果
[0019]本實用新型能夠滿足高壓斷路器需要響應速度快，動態時間短的要求，控制精度尚、效率尚、可廣泛應用于室內外、尚低溫等各種場合。
[0020]具體地說有以下有益效果:
[0021]1.圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構只有一個運動部件，簡單可靠，體積小，利于在狹小空間內使用。
[0022]2.圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構系統具有優化的預定行程曲線，可以精確控制。
[0023]3.圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構觸頭行程和老化與環境溫度變化無關。
[0024]4.圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構結構簡單、體積小、重量輕、高速、尚效、快速響應和尚精度、能耗低、可靠性尚、抗振以及受外界環境影響小的優點。
[0025]5.圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構具有更大的驅動力，通過對驅動電源的調節，其控制性能和位置精度更好。
[0026]6.使用圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構與利于構建狀態監測功能，不需附加傳感器，只需電機主軸位置傳感器。
[0027]7.使用圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構為先進在線檢測搭建平臺。
[0028]8.使用圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構可以省去一系列傳動機構(連桿機構，凸輪機構等)。
[0029]9.使用圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構能量需求低，無高瞬態負荷。
[0030]10.圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構結構簡單，各自系統分工明確，易于實施，易實現斷路器智能化操動。
[0031 ] 11.圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構質量小，運動慣量小，動能大大減小，能量損耗減小，使得大部分能量都用到了斷路器動觸頭動能上，提高了能量的利用率。
【附圖說明】
[0032]圖1為圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構和斷路器整體結構圖。
[0033]圖2為圓筒形非晶合金永磁同步直線電機縱向截面圖。
[0034]圖3為圓筒形非晶合金永磁同步直線電機橫向截面圖。
[0035]附圖標記說明:
[0036]1、圓筒形非晶合金永磁直線同步電機;2、電機主軸；3、主軸位移傳感器;4、連桿；
5、絕緣拉桿;6、觸頭彈簧;7、動觸頭;8、靜觸頭;9、滅弧室；10、導磁材料；11、次級鐵心；12、初級繞組;13、初級鐵心；14、釹鐵硼永磁體;15、電機外殼;16、氣隙；17、電機軸心。
【具體實施方式】
[0037]本實用新型所涉及的斷路器系統的操動部分一圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構，用來帶動斷路器動觸頭完成斷路器的分、合閘動作。
[0038]本實用新型克服了傳統操動機構的體積龐大、傳動機構復雜、響應時間長及運動過程難以控制等缺點，對于圓筒形非晶合金永磁直線同步電機操動機構具有機構的質量小，運動慣量小，動能小，能量損耗小等優點，提高了效率，可靠性較好，具有高響應和高精度的特點并且運動過程可控。
[0039]所述用于斷路器的圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構，包括圓筒形非晶合金永磁直線同步電機1、電機主軸2、主軸位移傳感器3、連桿4及絕緣拉桿5 ；連桿4一端和圓筒型非晶合金永磁直線同步電機I的電機主軸2相連，連桿4另一端與絕緣拉桿5相連，絕緣拉桿5與斷路器滅弧室9相連接;主軸位移傳感器3安裝在圓筒形非晶合金永磁直線同步電機I橫斷面靠近電機主軸2處，用來檢測斷路器動觸頭7的行程，保證斷路器能夠有效分、合閘；滅弧室9中設有動觸頭7和靜觸頭8，靜觸頭8固定于上支架上，靜觸頭8下方的動觸頭7連接觸頭彈簧6，觸頭彈簧6連接絕緣拉桿5。
[0040]觸頭彈簧6的一端與斷路器的動觸頭7相連，觸頭彈簧6能夠保證動觸頭7和靜觸頭8具有一定的接觸壓力，同時在斷路器的分合閘過程中起到一定的緩沖作用。
[0041 ]動觸頭7和靜觸頭8中心線在同一軸線上，當斷路器接收到分合閘信號時，動觸頭7在電機主軸2的帶動下，完成斷路器的分、合閘動作。
[0042]滅弧室9密封性能必須良好，其內部可以為真空也可以SF6氣體。
[0043]連桿4為不銹鋼材料，連桿4與絕緣拉桿5直徑相同，其軸心與電機軸心17在一條直線上。
[0044]絕緣拉桿5為石英材料制成，一端與拉桿4連接，另一端與觸頭彈簧6相連，絕緣拉桿5起絕緣作用。
[0045]所述圓筒形非晶合金永磁直線同步電機I包括初級部分和次級部分;初級部分由初級繞組12和初級鐵心13兩部分組成;初級鐵心13上沒有齒和槽，初級繞組12為聚酯漆包銅導線，絕緣等級為B級，由環氧樹脂澆鑄固定封裝，互不搭接。圓筒形非晶合金永磁直線同步電機I的初級繞組12由三相繞組組成，每相由若干個集中繞組線圈組成。
[0046]次級部分由導磁材料10、次級鐵心11和永磁體14組成，不同極性的永磁體14通過導磁材料10隔開，永磁體14嵌于次級鐵心11中，次級鐵心11由硅鋼片疊壓而成。
[0047]圓筒型非晶合金永磁直線同步電機I為短初級、長次級形式，此結構可抑制橫向效應，受外界環境影響小。
[0048]電機主軸2外套次級鐵心11，二者固定在一起，且電機主軸2與連桿4直徑相同，采用無縫焊接技術連接在一起。
[0049]初級鐵心13采用具有優異特性的鐵基非晶合金材料。其具有優異的導磁性、耐腐蝕性、耐磨性、尚的強度和硬度，尚的電阻率和機電親合性能，能夠有效縮小體積、提尚效率、降低損耗和溫升，節能效果顯著。
[0050]初級鐵心13無開槽，這樣設置的好處是繞組嵌放簡單、槽滿率高、溫度系數低、端部繞組減少、無磁阻阻力、推力脈動小、噪聲低、磁飽和較低、制造工藝簡單。
[0051 ]永磁體14為釹鐵硼永磁材料，且為圓環形狀，能夠更好地嵌于次級鐵心11上。
[0052]永磁體陣列為Halbach陣列，其由軸向環和輻射環組成，可將不同磁化方向的磁環按順序排列，使陣列一邊的磁場顯著增強而另一邊顯著減弱，且容易到在空間較理想正弦分布的磁場。
[0053]圓筒形非晶合金永磁直線同步電機I的電機外殼15用來保護釹鐵硼永磁體14、初級鐵心13、初級繞組12，次級鐵心11、導磁材料10和電機主軸2免受外界環境影響。
[0054]氣隙16位于初級與次級之間，用來保證圓筒形非晶合金永磁同步直線電機I的性能及運行可靠性。
[0055]本實用新型這種圓筒形非晶合金永磁直線同步電機操動機構可應用各種電壓等級的斷路器，126kV以上電壓等級斷路器效果愈為明顯。
[0056]本實用新型通過圓筒形非晶合金永磁直線同步電機操動機構主軸的直線運動產生的推力使得高壓斷路器能夠在確定的時刻實現精確的開斷，從而保證高壓斷路器的工作性能和可靠性。
[0057]本實用新型中圓筒形非晶合金永磁直線同步電機操動機構永磁體為釹鐵硼，其剩余磁感應強度Br(可高達1.47T)、磁感應矯頑力Hc(可達992kA/m)以及最大磁能積BHmax(可達397.9kJ/m3)都很高，能夠很好地滿足圓筒形非晶合金永磁直線同步電機操動機構準確無誤地分合斷路器的性能要求。
[0058]本實用新型克服了傳統操動機構的體積較大、傳動機構復雜、響應時間長及運動過程難以控制等缺點，對于圓筒形非晶合金永磁直線同步電機操動機構具有機構的質量小，運動慣量小，動能大大減小，使能量損耗小，提高了效率，其可靠性較好，具有高響應和高精度的特點并且運動過程可控。
【主權項】
1.一種用于斷路器的圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構，其特征在于:包括圓筒形非晶合金永磁直線同步電機(I)、電機主軸(2)、主軸位移傳感器(3)、連桿(4)及絕緣拉桿(5);連桿(4)一端和圓筒型非晶合金永磁直線同步電機(I)的電機主軸(2)相連，連桿(4)另一端與絕緣拉桿(5)相連，絕緣拉桿(5)與斷路器滅弧室(9)相連接;主軸位移傳感器(3)安裝在圓筒形非晶合金永磁直線同步電機(I)橫斷面靠近電機主軸(2)處;滅弧室(9)中設有動觸頭(7)和靜觸頭(8)，靜觸頭(8)固定于上支架上，靜觸頭(8)下方的動觸頭(7)連接觸頭彈簧(6)，觸頭彈簧(6)連接絕緣拉桿(5)。2.根據權利要求1所述的用于斷路器的圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構，其特征在于:所述圓筒形非晶合金永磁直線同步電機(I)包括初級部分和次級部分;初級部分由初級繞組(12)和初級鐵心(13)兩部分組成;次級部分由導磁材料(10)、次級鐵心(11)和永磁體(14)組成，不同極性的永磁體(14)通過導磁材料(10)隔開，永磁體(14)嵌于次級鐵心(11)中，次級鐵心(11)由硅鋼片疊壓而成。3.根據權利要求2所述的用于斷路器的圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構，其特征在于:初級鐵心(13)為鐵基非晶合金材料。4.根據權利要求2或3所述的用于斷路器的圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構，其特征在于:初級鐵心(13)無開槽。5.根據權利要求2所述的用于斷路器的圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構，其特征在于:永磁體(14)為釹鐵硼永磁材料，且為圓環形狀。6.根據權利要求2所述的用于斷路器的圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構，其特征在于:永磁體陣列為Halbach陣列。7.根據權利要求1所述的用于斷路器的圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構，其特征在于:連桿(4)為不銹鋼材料，連桿(4)與絕緣拉桿(5)直徑相同，其軸心與電機軸心(17)在一條直線上。8.根據權利要求1或2所述的用于斷路器的圓筒形非晶合金永磁同步直線電機操動機構，其特征在于:圓筒形非晶合金永磁直線同步電機(I)為短初級、長次級形式。
【文檔編號】H01H3/26GK205656975SQ201620452956
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年5月18日 公開號201620452956.X, CN 201620452956, CN 205656975 U, CN 205656975U, CN-U-205656975, CN201620452956, CN201620452956.X, CN205656975 U, CN205656975U
【發明人】張迎康, 郭福柱, 郭宗宇, 唐巖
【申請人】沈陽工業大學