磁力操动机构的制作方法与工艺

本发明涉及一种操动机构，特别涉及断路器或者高速换向开关的磁力操动机构。

背景技术：
操动机构是断路器和高速换向开关的重要部件。现有弹簧操动机构、电磁操动机构和永磁操动机构等。弹簧操作机构的优点为不需要大功率的直流电源，缺点是结构比较复杂零件多，可靠性差。电磁操动机构结构笨重，开闸、合闸时间较长。永磁操动机构使用永磁体作为保持开闸、合闸位置的部件。永磁操动机构工作时的主要运动部件只有一个，开闸、合闸电流小，机械寿命长，但是其开闸时运动部件的运动惯量比较大,无法达到较高的动作速度。中国专利CN101315836A(公开日为2008年2月13日)公开了一种典型的真空断路器的操动机构，该操动机构主要包括涡流盘、开闸线圈、合闸线圈和充电电路。当充电电路被激发时，快速增大的电流会流过开闸或合闸线圈，开闸或合闸线圈会在涡流盘中感应出涡流。这样较大的电磁斥力会驱动涡流盘离开相应的线圈。该操动机构还包括用来维持开闸和合闸状态的弹簧机构。虽然该操动机构能够借助电磁斥力实现快速地开闸，但是该操动机构能耗大，可控性差。

技术实现要素：
本发明的目的是简化操动机构，缩小其尺寸，降低其能耗，并提高其稳定性。本发明的一种实施方式提出一种磁力操动机构，该操动机构包括：运动单元，其能够在第一位置和第二位置之间移动，该运动单元包括形成一体的涡流部件和第一磁轭部件；第二磁轭部件，其与所述第一磁轭部件形成磁路；电磁线圈，其可在通电时产生激发磁场，并且所述电磁线圈通电时产生的磁力线穿过所述第二磁轭部件与所述第一磁轭部件形成的磁路；涡流线圈，其与所述涡流部件相对设置，可使所述涡流部件中产生涡流，从而对所述运动单元产生电磁斥力；和永磁保持部件，其用于使所述运动单元保持在第一位置或第二位置处。优选，所述第一磁轭部件具有凹槽，所述涡流部件位于所述凹槽内。优选，所述涡流部件和第一磁轭部件一起形成圆锥或者圆台形。优选，所述电磁线圈和涡流线圈均位于所述涡流部件和第一磁轭部件形成的框架内。优选，所述电磁线圈和涡流线圈共用一个电源或者供电电容，或分别使用不同的电源或供电电容。优选，其中所述操动机构用于断路器，该操动机构还包括驱动杆，所述驱动杆与所述运动单元连接，并且驱动杆的一端与断路器的触头连接。优选，其中所述驱动杆的另外一端连接有弹簧，该弹簧用于使所述运动单元保持在断路器的开闸位置或合闸位置，所述永磁保持部件用于使断路器保持在开闸和合闸的另外一个位置。优选，两组所述操动机构相对于所述驱动杆对称设置。本发明的实施方式通过一体化设计涡流部件和第一磁轭部件，使得该操动机构和现有的操动机构相比，体积小，结构紧凑；同时部件少，进而操动机构的可靠性更好，控制方式更加灵活。紧凑的结构还使得能够在高压应用中串联使用多个带有这种操动机构的断路器。例如如果一个带有上述操动机构的断路器的额定电压为20KV，而一个输电线路的额定电压为50KV，则可以串联三个这种断路器来保护该输电线路。另外，在优选的实施方式中可以采用组合使用电磁线圈和涡流线圈的方式来实现开、关操作，这样能够大大减小在运动单元和第二磁轭距离一定间隙时需要加载在涡流线圈上的电流值，从而能够实现节省能耗。附图说明图1为本发明的结构示意图，其用于说明本发明的基本工作原理；图2为本发明包括电气控制电路部分的结构示意图；图3为本发明一种实施方式的结构示意图；图4和图5为本发明另外一种实施方式的结构示意图，该实施方式可以用于断路器，其包括两组操动机构。图4示出的为断路器的一种状态，图5示出的为断路器的另外一种状态。具体实施方式为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以阐述性说明本发明，并不用于限定本发明的保护范围。本发明实施方式中的磁力操动机构包括：运动单元，其能够在第一位置和第二位置之间移动。运动单元包括形成一体的涡流部件和第一磁轭部件；第二磁轭部件，其与第一磁轭部件形成磁路；电磁线圈，其可在通电时产生磁场，并且该电磁线圈通电时产生的磁力线穿过上述第一磁轭部件和第二磁轭部件形成的磁路；涡流线圈，其与涡流部件相对设置，可使涡流部件中产生涡流，从而对所述运动单元产生电磁斥力；永磁保持部件，其用于使运动单元保持在第一位置或第二位置处。下面结合图1和图2说明本发明的基本工作原理。图1为用于说明本发明的基本工作原理的结构示意图；图2为本发明包括电气控制电路部分的结构示意图。如图1所示，操动机构包括运动单元1，顾名思义该运动单元1能够移动，其是在两个位置，例如断路器的开闸和合闸位置之间移动，以实现断路器或者高速换向开关的开、关操作。运动单元1包括形成一体的涡流部件2和第一磁轭部件3。涡流部件2为由铜等金属制成的盘状部件。需要注意的是，这里涡流部件2和第一磁轭部件3“形成一体”并不表示涡流部件2和第一磁轭部件3必须要做成一个部件，只要二者在空间上不是分隔开的，在力的作用下不经过其它部件的传动就能够相互作用一起移动即可。例如涡流部件2和第一磁轭部件3可以为上下叠放在一起的条状或者板状部件，二者可以用类似螺栓这样的部件或者粘性材料固定在一起。或者再如图1所示，第一磁轭部件3可以为“凵”状，涡流部件2可以为能够嵌入在第一磁轭部件3的凹槽中的条状。涡流部件2和第一磁轭部件3二者一起可以形成圆台状或者圆锥状，这样能够在保持运动单元1机械强度的同时，降低运动单元1的质量，并减小运动单元1在移动时受到的空气阻力。通过将涡流部件2和第一磁轭部件3做成一体，使得该操动机构和现有的操动机构相比，体积小、结构紧凑；同时部件少，进而操动机构的可靠性更好。图1中示出的操动机构还包括与上述涡流部件2相对设置的涡流线圈5。该涡流线圈5一端与供电电容或电源相连。供电电容或者电源可以与控制装置连接，使控制装置控制供电电容或电源对涡流线圈5放电，涡流线圈5中会产生高频电流和磁场，在高频磁场的作用下，涡流部件2中感应出与涡流线圈5中电流反向的涡流，涡流线圈5中的电流和涡流部件2中的涡流各自产生的磁场方向相反，二者相互作用产生互斥的电磁力，该电磁斥力使运动单元1快速移动，执行开或关作业。由于涡流线圈5具有较小的电感，通电后通过涡流线圈5的电流能够快速增大，所以涡流线圈5在通电后能够迅速在涡流部件2上激发涡流，产生电磁斥力从而使运动单元1离开第二磁轭部件7快速地实现开、关操作。如图1所示，操动机构还包括第二磁轭部件7，该第二磁轭部件7和上述第一磁轭部件3形成磁路。如图1所示，第一磁轭部件3和第二磁轭部件7可形成“口”字形的框架。另外，这里需要说明的是，第一磁轭部件3和第二磁轭部件7是指由磁轭材料形成的部件。磁轭材料是指本身不生产磁场、在磁路中只起传输磁力线的软磁材料。磁轭普遍采用导磁率比较高的软铁、A3钢以及软磁合金等来制造。操动机构还包括永磁保持部件6，保持部件的作用是使运动单元1保持在第一位置(例如断路器的开闸位置)或第二位置(例如断路器的合闸位置)处。保持部件可以为图1中示出的永磁体，永磁保持部件6在第一位置和第二位置均提供保持力，也就是说当运动单元1的位置要发生改变时，永磁保持部件6都会对其施加阻力。操动机构还包括电磁线圈4。电磁线圈4可与供电电容或者电源连接，在励磁电流的作用下电磁线圈4会激发磁场，该磁场的磁力线穿过上述第一磁轭部件3和第二磁轭部件7形成的磁路。通过选择控制流过电磁线圈4的电流的方向使其激发磁场的磁力线的方向和永磁保持部件6产生的磁力线方向相反，这样电磁线圈4激发磁场产生的磁力能够抵消永磁保持部件6的磁场，从而辅助运动单元1实现开闸(或者合闸)作业。电磁线圈4中可以通直线电流，如图1中示出的一个电磁线圈4，该电磁线圈4左侧部分可以加载，例如，垂直于纸面向里的直线电流，电磁线圈4右侧部分的直线电流方向可以为垂直于纸面向外。在此种情况下，电磁线圈4优选设置在第一磁轭部件3和第二磁轭部件7形成的“口”字形框架内的区域中(如图1所示)，这样直线电流产生的磁力线就可以穿过“口”字形的磁路。另外，电磁线圈4中也可以通入环形电流，在此种情况下，图1中示出的可以为两个独立的电磁线圈4，而不是一个电磁线圈的左、右两部分。可以将每个电磁线圈4设置为“口”字形框架的一段(即电磁线圈4为磁路的一部分)，这样两个电磁线圈4中产生的磁力线就会分别穿过图1左侧和右侧的第一磁轭3和第二磁轭7。上面说明的电磁线圈4的形式和通入的电流的方向都是示例性的，技术人员根据右手螺旋定则可以设计出适合本发明的电流和电磁线圈4的形式，这里不再一一列举。优选，一个操动机构的电磁线圈4和涡流线圈5均设置在第一磁轭部件3和第二磁轭部件7形成的框架内(如图1所示)，这使得操动机构的体积更小，结构更紧凑。如图2所示，当电磁线圈4和涡流线圈5均设置在第一磁轭部件3和第二磁轭部件7的框架内时，二者共用一个外壳(即第一磁轭部件3和第二磁轭部件7形成的框架)，这使得电磁线圈4和涡流线圈5可以共用一个电源或供电电容10。从而使操动机构的结构更加紧凑。当然，电磁线圈4和涡流线圈5也可以分别使用独立的电源或者供电电容10。上面说明了本发明操动机构的工作原理。下面结合图3--5说明本发明的操动机构在断路器上的两种具体应用方式。图3示出本发明的一种实施方式的结构。该实施方式包括一组图1中示出的上述操动机构，其用于实现断路器快速地开闸(或者快速地合闸操作)。该实施方式还包括一个驱动杆8，该驱动杆8与运动单元1连接，例如驱动杆8可以和第一磁轭3连接，从而驱动杆8能够跟随运动单元1一起移动。驱动杆8的一端与断路器的触头连接，驱动杆8带动触头移动就能实现断路器的开闸和合闸操作。驱动杆8的另外一端还连接有弹簧9，弹簧9能够为运动单元1向下运动提供动力，用于实现上述操动机构不能执行的另外一个操作，如果与上面的说明对应的话为开闸动作。涡流线圈5的电感较小，通电后通过其中的电流能够快速增大，所以涡流线圈5在通电后能迅速产生电磁斥力使运动单元1移动，而弹簧9的动作速度要比上述操动机构慢很多，因此，图3示出的实施方式仅仅适用于开闸和合闸操作中的一个动作需要快速的场合。当需要开闸时，电源或者供电电容10给涡流线圈5通瞬时脉冲电流并产生磁场，该磁场对涡流部件2产生电磁斥力，从而使运动单元1快速离开第二磁轭部件7。同时，还可以为电磁线圈4供电，使电磁线圈4产生磁场，磁场的磁力线通过第一磁轭部件3和第二磁轭部件7形成的磁路，从而抵消永磁保持部件6的磁力线，减小涡流线圈5需要产生的斥力，辅助涡流线圈5实施开闸操作。当运动单元1离开第二磁轭7一定间隙时，需要增大涡流线圈5中的脉冲电流，使其产生足够大的电磁斥力继续推动运动单元1向下移动到达开闸的位置。弹簧9则产生保持力使运动单元1维持在开闸的状态。当需要合闸时，控制电源或者供电电容10对电磁线圈4放电，放电产生的磁场会对运动单元1产生足够大的吸力，该吸力能够克服开闸弹簧9产生的保持力，使运动单元1移动至合闸的位置。图4和图5为本发明另外一种实施方式的结构示意图，该实施方式包括两组图3中示出的操动机构，这两组操动机构是相对于驱动杆8对称设置的。图4示出了该实施方式的一种状态，图5示出了该实施方式的另外一种状态。下面假定图4示出的为断路器的合闸状态，而图5示出的为该断路器的开闸状态(实际上也可以反过来，即图4示出的为开闸状态，而图5示出的为合闸状态)，来说明该实施方式的开闸、合闸过程。在需要开闸时，如图5所示，为上面的涡流线圈5通电，使其对涡流部件2产生向下的电磁斥力。同时为上面的电磁线圈4通电，使其产生磁场，磁场的磁力线的方向和作为保持部件6的永磁体的磁力线的方向相反，以抵消永磁保持部件6的磁力线。另外，还可以为下面的电磁线圈4加载适当方向的电流，使该下面的电磁线圈4对运动单元1产生吸力，辅助涡流线圈2使运动单元1向下移动到达开闸的位置。或者可以在涡流部件2离开第二磁轭部件7一定的间隙后，为图4、5中位于下面的电磁线圈4加载适当方向和大小的电流，而控制电源停止对涡流线圈5放电，使下面的电磁线圈4对运动单元1产生足够大的吸力，驱使运动单元1继续向下移动到达开闸的位置。当运动单元1(包括涡流部件2)离开第二磁轭部件7一定间隙后，如果涡流线圈5中仍然加载和实施开闸操作之初同样大小的电流，则由于第一磁轭部件3和第二磁轭部件7之间的间隙的存在，涡流部件2中产生的涡流会大大减小，也就是说此时涡流线圈5对运动单元1施加的电磁斥力会大大减小。此时如果要保持电磁斥力大小不变，则需要大幅提高通过涡流线圈5中的电流。例如，如果在运动单元1和第二磁轭部件7相距1mm时在涡流线圈5上加载100安培的电流就能够产生足够大的电磁斥力，在运动单元1和第二磁轭部件7相距3mm时则需要在涡流线圈5上加载1000安培的电流才能够产生同样大小的电磁斥力(该例子只是用来说明运动单元1和第二磁轭部件7之间的间隙和需要加载在涡流线圈5上的电流的大体变化关系。)为了减小运动单元1离开第二磁轭部件7一定间隙后需要加载在涡流线圈5中的电流，如上所述，可以为图4、5中下面的电磁线圈4供电，则该下面的电磁线圈4会对运动单元1产生向下的吸力，进一步使运动单元1向下移动，到达图5中所示的开闸位置。当然，如果无节约能耗的考虑，在运动单元1离开第二磁轭部件7一定间隙后也可以继续对涡流线圈5供电，增大其电流值，使其产生足够大的电磁斥力继续推动运动单元1向下移动，而无需对下面的电磁线圈4加载电流。当需要合闸时，如图4所示，为下面的涡流线圈5通电，下面的涡流线圈5对涡流部件2产生向上的电磁斥力。当运动单元1离开下面的第二磁轭部件7一定的间隙后，可以停止为下面的涡流线圈5供电，而为上面的电磁线圈4加载适当方向的电流，使上面的电磁线圈4对运动单元1产生吸力。同时，还可以为下面的电磁线圈4加载适当方向的电流，使下面的电磁线圈4产生磁场，并确保该磁场的磁力线的方向和永磁保持部件6的磁力线的方向相反，以抵消永磁保持部件6的磁力线。所以上面的电磁线圈4和下面的电磁线圈4可以共同辅助下面的涡流部件6使运动单元1继续向上移动到达合闸的位置。当然，也可以在合闸操作之初就为上面的电磁线圈4和下面的电磁线圈4加载适当方向的电流，辅助涡流线圈5使运动单元1向上移动。或者也可以仅仅为下面的涡流线圈5通电。当运动单元1离开下面的第二磁轭部件7一定的间隙后，增大下面的涡流线圈5中的电流值，使其产生足够大的电磁斥力继续推动运动单元1向上移动，而不对两个电磁线圈4加载电流。由上可见，图4、5中上下两组操动结构分别包含的上面的电磁线圈4和下面的电磁线圈4的作用不同。开闸的时候，上面的电磁线圈4只能产生磁场抵消永磁保持部件6的磁力线，不能对运动单元1产生斥力，而下面的电磁线圈4则可以对运动单元1产生向下的吸力。合闸的时候，下面的电磁线圈4只能产生磁场抵消永磁保持部件6的磁力线，而上面的电磁线圈4则可以对运动单元1产生向上的吸力。当然，如果不考虑节能的因素，无论是开闸还是合闸，都可以只对涡流线圈5通电来实现。图4和图5示出的上述实施方式由于具有两组操动机构既可实现快速开闸，又可实现快速合闸。其开闸和合闸速度均很快，平均动作时间可达到5m/s。在需要快速保护电路和使电路快速恢复工作的场合，可以使用该实施方式。由上可见，本发明的实施方式通过将涡流部件2和第一磁轭部件3做成一体，使得该操动机构和现有的操动机构相比，体积小，结构紧凑；同时部件少，进而操动机构的可靠性更好，控制方式更灵活。另外，紧凑的结构使得能够在高压应用中串联使用多个带有这种操动机构的断路器。例如如果一个带有上述操动机构的断路器的额定电压为20KV，而一个输电线路的额定电压为50KV，则可以串联三个这种断路器来保护该输电线路。另外，使用涡流线圈5可以实现快速地开闸和/或合闸作业。这是由于涡流线圈5具有较小的电感，通电后通过涡流线圈5的电流能够快速增大，所以涡流线圈5在通电后能够迅速在涡流部件2上激发涡流，迅速产生电磁斥力使运动单元1离开第二磁轭部件7。同时，电磁线圈4还可以辅助涡流线圈5完成开闸操作。电磁线圈4中可以通入适当方向的电流，使电磁线圈4激发的磁场和永磁体的磁场方向相反，这样就能够抵消永磁体磁场的磁力线。采用组合使用图4、5中的涡流线圈5和电磁线圈4的方式能够大大减小在运动单元1和第二磁轭7距离一定间隙时需要加载在涡流线圈5上的电流值，从而能够实现大大节省能耗。以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。