电磁斥力操作机构的控制方法、控制电路及操作机构与流程

1.本发明属于电力控制领域，特别涉及一种电磁斥力操作机构的控制方法、一种电磁斥力操作机构的控制电路、一种电磁斥力操作机构及一种电子设备。


背景技术：

2.基于电磁斥力原理的快速机械开关因其固有动作时间小，分合闸速度快，动作一致性优等特点，被广泛应用于各类需要高速开关的场合，例如直流断路器，交流故障限流器，快速灭弧器等。
3.但是，随着对开关开断及关合电流能力以及分合闸时间要求的不断提高，开关的运动部质量随之不断增加，需要电磁斥力操作机构能够提供更大的出力以保证开关的高速运动。增大储能电容的容值或增加线圈匝数都有助于提高电磁斥力，但同时会导致开关固有动作时间的延长。提高储能电容预充电电压也是一种可行的方案，但对储能和放电回路内部元器件的电气应力和绝缘要求也会更高，增加了实现难度。所以现有储能和放电回路存在一定的技术瓶颈。


技术实现要素：

4.本技术旨在提供一种电磁斥力操作机构的控制方法、一种电磁斥力操作机构的控制电路、一种电磁斥力操作机构及一种电子设备。
5.本技术的一个实施例提供一种电磁斥力操作机构的控制方法，包括：分别断开第一充放电回路与线圈之间的电连接以及第二充放电回路与所述线圈之间的电连接，所述线圈用于驱动电磁斥力操作机构的执行部件，所述第一充放电回路和第二充放电回路并联连接；闭合所述第一充放电回路与所述线圈之间的电连接，利用所述第一充放电回路对所述线圈放电；断开所述第一充放电回路与所述线圈之间的电连接，并闭合所述第二充放电回路与所述线圈之间的电连接，利用所述第二充放电回路对所述线圈放电。
6.本技术的另一实施例还提供了一种电磁斥力操作机构的控制电路，包括：线圈，用来驱动电磁斥力操作机构的执行部件；并联连接的第一充放电回路和第二充放电回路，与所述线圈串联连接；所述第一充放电回路包括串联连接的第一电容和第一半导体开关；所述第二充放电回路包括串联连接的第二电容和第二半导体开关；控制器，与所述半导体开关和所述第二半导体开关连接，执行前述任意一种方法，控制第一充放电回路和所述第二充放电回路，向所述线圈放电。
7.本技术的另一实施例还提供了一种电磁斥力操作机构，包括：前述任意一种控制电路；执行部件，在所述控制电路的线圈驱动下执行分闸或合闸动作。
8.本技术的另一实施例还提供了一种电子设备，包括前述任意一种电磁斥力操作机构。
9.利用上述一种电磁斥力操作机构的控制方法、电磁斥力操作机构的控制电路和电磁斥力操作机构，通过为电磁机构的线圈配置至少两条充放电回路，可以在不改变充放电
回路的时间常数以及不改变充放电回路的充电电压的基础上，提高电磁斥力操作机构的工作电能储备。从而可以在不延长快速开关固有动作时间，不增加储能和放电回路元器件电气应力的前提下，显著提升开关运动速度。增加该电磁斥力操作机构的可靠性。同时，该方案并不会对储能和放电回路内部元器件的电气应力和绝缘有更高的要求。
附图说明
10.图1示出了本技术的一个实施例电磁斥力操作机构的控制方法的流程示意图。
11.图2示出了本技术的另一实施例电磁斥力操作机构的控制电路的原理示意图。
12.图3示出了本技术的另一实施例电磁斥力操作机构的组成示意图。
13.图4示出了本技术的另一实施例电磁斥力操作机构的组成示意图。
具体实施方式
14.以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“一种电磁斥力操作机构的控制方法、一种电磁斥力操作机构的控制电路、一种电磁斥力操作机构及一种电子设备”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
15.本技术旨在提供一种电磁斥力操作机构的控制方法、一种电磁斥力操作机构的控制电路、一种电磁斥力操作机构及一种电子设备。
16.本技术的一个实施例提供一种电磁斥力操作机构的控制方法，包括：分别断开第一充放电回路与线圈之间的电连接以及第二充放电回路与所述线圈之间的电连接，所述线圈用于驱动电磁斥力操作机构的执行部件，所述第一充放电回路和第二充放电回路并联连接；闭合所述第一充放电回路与所述线圈之间的电连接，利用所述第一充放电回路对所述线圈放电；断开所述第一充放电回路与所述线圈之间的电连接，并闭合所述第二充放电回路与所述线圈之间的电连接，利用所述第二充放电回路对所述线圈放电。
17.本技术的另一实施例还提供了一种电磁斥力操作机构的控制电路，包括：线圈，用来驱动电磁斥力操作机构的执行部件；并联连接的第一充放电回路和第二充放电回路，与所述线圈串联连接；所述第一充放电回路包括串联连接的第一电容和第一半导体开关；所述第二充放电回路包括串联连接的第二电容和第二半导体开关；控制器，与所述半导体开关和所述第二半导体开关连接，执行前述任意一种方法，控制第一充放电回路和所述第二充放电回路，向所述线圈放电。
18.本技术的另一实施例还提供了一种电磁斥力操作机构，包括：前述任意一种控制电路；执行部件，在所述控制电路的线圈驱动下执行分闸或合闸动作。
19.本技术的另一实施例还提供了一种电子设备，包括前述任意一种电磁斥力操作机构。
20.利用上述一种电磁斥力操作机构的控制方法、电磁斥力操作机构的控制电路和电磁斥力操作机构，通过为电磁机构的线圈配置至少两条充放电回路，可以在不改变充放电
回路的时间常数以及不改变充放电回路的充电电压的基础上，提高电磁斥力操作机构的工作电能储备。从而可以在不延长快速开关固有动作时间，不增加储能和放电回路元器件电气应力的前提下，显著提升开关运动速度。增加该电磁斥力操作机构的可靠性。同时，该方案并不会对储能和放电回路内部元器件的电气应力和绝缘有更高的要求。
21.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.应当理解，本技术的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本技术的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
23.还应当理解，在此本技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本技术。如在本技术说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本技术说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
24.图1示出了本技术的一个实施例电磁斥力操作机构的控制方法的流程示意图。如图1所示，方法1000可以包括s110、s120和s130。
25.在s110中，可以包括断开第一充放电回路与线圈之间的电连接；以及可以包括断开第二充放电回路与线圈之间的电连接。其中线圈可以用于驱动电磁斥力操作机构的执行部件，第一充放电回路和第二充放电回路可以并联连接。可选地，在s110中还可以包括分别为第一充放电回路和第二充放电回路充电。
26.可选地，在第一充放电回路可以包括第一半导体开关，在第二充放电回路可以包括第二半导体开关。在s110中，还可以包括分别向第一半导体开关和第二半导体开关发送关断信号。可选地，该关断信号可以包括电信号、光学信号或者其他形式的信号。关断信号可以包括电压信号或者电流信号。该关断信号可以包括脉冲信号或者直流信号。
27.可选地，在s110中还可以包括分别采集第一充放电回路和第二充放电回路的充电指标，并检测该充电指标是否达到第一预设值。可选地，如果第一充放电回路和第二充放电回路的充电指标均达到第一预设值，则电磁斥力操作机构可以进入就绪状态，并可以执行本方法的后续步骤。可选地，第一充放电回路和第二充放电回路均可以包括储能元件。进一步地，该储能元件可以为电容。可选地，充电指标可以为该电容两端的电压。
28.如图1所示，在s120中可以包括闭合第一充放电回路与线圈之间的电连接，利用第一充放电回路对线圈放电。从而使得线圈通过预设电流，并产生电磁场。该电磁场可以与电磁斥力操作机构中的磁场部件发生过电磁作用，并推动电磁斥力操作机构的执行部件发生预期动作。
29.可选地，在s120中可以包括，接受预设指令。该预设指令可以是电磁斥力操作机构的动作指令，或者也可以是该电磁斥力操作机构发生动作的预设触发条件。
30.可选地在s120中还可以包括向第一半导体开关发送触发信号。该触发信号的存在
形式可以与前述关断信号相似，在此不做赘述。进一步地，在s120中还可以包括向第二半导体发送关断信号，确保第二充放电回路与线圈之间电连接有效断开。该关断信号与s110中的关断信号相似不做赘述。
31.如图1所示，在s130中，可以断开第一充放电回路与线圈之间的电连接，并闭合第二充放电回路与线圈之间的电连接。利用第二充放电回路接替第一充放电回路，继续对线圈放电。继续维持线圈通过预设电流，以及继续维持线圈产生的电磁场和维持电磁斥力操作机构的执行部件的预期动作。可选地，在s130中还可以包括向第一充放电回路充电。
32.可选地，在s130中可以包括向第一半导体开关发送关断信号，并向第二半导体开关发送触发信号。其中该关断信号和触发信号与前述同名信号相似，在此不做赘述。
33.可选地，在s130中可以包括：当第一充放电回路的放电指标第一阈值时，断开第一充放电回路与线圈之间的电连接，并闭合第二充放电回路与线圈之间的电连接。其中放电指标为衡量第充放电回路继续放电能力的量化指标。
34.可选地，放电指标可以包括电容两端的电压以及第一充放电回路的放电电流。此时，在s130中可以包括：当第一充放电回路的放电电流小于第二阈值时，断开所述第一充放电回路与所述线圈之间的电连接，并闭合第二充放电回路与所述线圈之间的电连接，利用第二充放电回路对所圈放电。
35.或者在s130可以包括：当第一充放电回路的放电时间大于第三阈值时，断开第一充放电回路与线圈之间的电连接，并闭合第二充放电回路与线圈之间的电连接，利用第二充放电回路对线圈放电。
36.可选地，可以通过判断执行部件的行程是否大于第四阈值，来判断第一充放电回路的放电指标是否低于第一阈值。即在s130中可以包括：当执行部件的行程大于第四阈值时，断开第一充放电回路与线圈之间的电连接，并闭合第二充放电回路与线圈之间的电连接，利用第二充放电回路对线圈放电。
37.可选地，在s130之后还可以包括：断开第n-1充放电回路与线圈之间的电连接，并闭合第n充放电回路与线圈之间的电连接。其中n为大于等于3的整数，第n充放电回路和第n-1充放电回路均与第一充放电回路并联连接。进一步地，在s130之后还可以包括：当第n-1充放电回路的放电指标小于第一阈值时，断开第n-1充放电回路与线圈之间的电连接，并闭合第n充放电回路与线圈之间的电连接。
38.图2示出了本技术的另一实施例电磁斥力操作机构的控制电路的原理示意图。
39.如图2所示，控制电路2000可以包括：线圈21、充放电回路221、充放电回路222以及控制器23。
40.其中，线圈21可以与电磁斥力操作机构(未示出)的固定部件(未示出)固定连接。线圈21及前述固定部件可以与操作机构的执行部件(未示出)配合。其中，该执行部件可以包括磁性组件。该磁性组件可以与线圈21磁力配合。可选地，线圈21也可以与操作机构的执行部件固定连接，该操作机构的固定部件可以包括磁性组件，线圈21可以与操作机构的固定部件中的磁性组件配合。
41.当线圈21通过预设电流时，在线圈21可以产生磁场。该磁场可以与电磁斥力操作机构的固定部件中的磁力组件发生磁力作用。从而可以使得执行部件可以产生相对于固定部件的机械运动。可选地，上述磁力作用可以是吸引力作用也可以是斥力作用。可选地，该
电磁斥力操作机构可以包含于一类电子设备中，该电子设备可以包括断路器、限流器和灭弧器中的任意一项。进一步地，该电子设备可以包括直流断路器、交流故障限流器和快速灭弧器中的任意一项。
42.进一步地，线圈21产生磁力可以用于产生合闸动作或者分闸动作。可选地，线圈21可以包括合闸线圈和分闸线圈。其中，合闸线圈可以用于产生合闸动作，分闸线圈可以用于产生分闸动作。
43.如图2所示，充放电回路221和充放电回路222可以相互并联连接，并联后的充放电回路221和充放电回路222可以与线圈21连接。可选地，充放电回路221和充放电回路222可以分别独立地为线圈21提供预设电能激励。该电能激励可以作用于线圈21中而产生预设电流。该预设电流可以因此产生预设磁场。该预设磁场可以与电磁斥力操作机构中的磁性元件发生磁性作用，该磁性作用可以推动电磁斥力操作机构的执行部件发生预期的动作。其中该磁性作用可以表现为电磁引力或者电磁斥力。预期动作可以包括分闸动作和合闸动作。可选地，控制电路2000可以作为分闸电路单元，可以驱动线圈21发生分闸动作，此时线圈21可以称为分闸线圈。可选地，控制电路2000也可以作为合闸电路单元，可以驱动线圈21发生合闸动作，此时线圈21可以成为合闸线圈。
44.可选地，充放电回路221可以包括串联连接的电容c21和半导体开关s21；充放电回路222则可以包括串联连接的电容c22和半导体开关s22。其中，电容c21可以作为充放电回路221的蓄能器件，电容c22可以作为充放电回路222的蓄能器件。在电磁斥力操作机构发生预期动作之前，可以先分别断开半导体开关s21和半导体开关s22。进一步地，在断开半导体开关s21和半导体开关s22后，可以分别为电容c21和电容c22充电。在电磁斥力操作机构需要动作时，可以依次闭合半导体开关s21和半导体开关s22，同时依次分别利用充满电的电容c21和电容c22独立为线圈21供电，推动电磁斥力操作机构发生预期动作。
45.可选地，电容c21和电容c22均可以是单一电容器，也均可以是两个或者两个以上电容器通过串并联组合形成的电容阵列。可选地，电容c21和电容c22也可以由其他容性器件组成。
46.可选地，半导体开关s21、s22均可以为晶闸管。可选地，半导体开关s21、s22均可以为全控型半导体开关单元。进一步地，该全控型半导体开关单元为反向二极管与下述任意一项元件的并联，所述元件包括gto、gtr、mosfet、igbt、iegt和igct。
47.可选地，控制电路2000还可以包括续流二极管d1与充放电回路221和充放电回路222反并联。
48.可选地，控制电路2000还可以包括：第三充放电回路、
……
、第n充放电回路，其中n为大于等于3的整数。其中，第三充放电回路、
……
、第n充放电回路的电路拓扑结构与充放电回路221相似，不做赘述。
49.可选地，控制器23可以与半导体开关s1和s2连接。可选地，控制器23可以通过控制半导体开关s1和s2，分别控制充放电回路221和充放电回路222向线圈放电。可选地，控制器23可以接收预设指令。该预设指令可以是电磁斥力操作机构的动作指令，或者也可以是该电磁斥力操作机构发生动作的预设触发条件。
50.图3示出了本技术的另一实施例电磁斥力操作机构的组成示意图。
51.如图3所示，电磁斥力操作机构3000可以包括：执行部件31和控制电路32。
52.执行部件31可以在控制电路32中的线圈323的作用下执行预期动作。可选地，该预期动作可以包括分闸动作或者合闸动作。可选地，操作机构3000还可以包括固定部件(未示出)。执行部件31可以在线圈323的驱动下与固定部件发生预期相对运动，从而可以实现前述预期动作。
53.如示例实施例所示，执行部件31可以包括：杆311和盘312。其中，杆311和盘312可以相互固定连接。盘312可以包括磁性组件(未示出)。可选地，执行机构也可以不以此为限。
54.控制电路32可以包括：充放电回路321、充放电回路322、线圈323以及控制器324。其中，线圈323与电磁斥力操作机构中的磁性组件配合连接。当线圈323通过预设电流时，产生磁场。该磁场可以与电磁斥力操作机构中的磁性组件发生电磁作用，进而推动执行部件31发生预期动作。可选地，该预期动作可以包括合闸动作和分闸动作。线圈323可以是分闸线圈，也可以是合闸线圈。
55.控制电路32中的线圈323可以与电磁斥力操作机构3000的固定部件固定连接。如示例实施例所示，线圈323可以为环状，并套在杆311上，并与杆311滑动配合。执行部件31可以沿杆311的轴线oo’方向，相对于线圈323及固定部件作机械运动。可选地，线圈323以及固定部件也可以通过其他方式与执行部件31配合，在此不做赘述。线圈323可以与盘312的磁性组件磁性配合。当线圈323内通过预设电流时，线圈323内可以产生预设电磁场。该预设电磁场可以与盘312内的磁性组件发生电磁作用，推动执行部件31实施相对于固定部件的预设运动，即操作机构3000可以实施预设动作。如示例实施例所示，该预设运动可以为沿直线oo’的直线运动。可选地，该预设运动也可以不以此为限。该预设运动可以导致执行部件31发生前述预期动作。
56.可选地，线圈323也可以与执行部件31固定连接，而电磁斥力操作机构的固定部件也可以包括磁性组件，该磁性组件可以与线圈323磁性配合。
57.充放电回路321与充放电回路322可以并联连接，并与线圈323电连接。充放电回路321可以包括串联连接的电容c321和半导体开关s321；充放电回路322可以包括串联连接的电容c322和半导体开关c322。电容c321和c322可以作为储能部件存储电能，并在需要时向线圈323放电，推动执行部件31发生预期动作。
58.控制器324可以分别与半导体开关s321和s322连接。控制器324可以通过控制半导体开关s321和s322的关断/闭合，来控制充放电回路321与充放电回路322向线圈323的放电过程。可选地，控制器324可以通过执行前述任意一种控制方法控制充放电回路321与充放电回路322向线圈323放电，并推动执行部件31发生预期动作。
59.选地，控制器23可以接收预设指令。该预设指令可以是电磁斥力操作机构的动作指令，或者也可以是该电磁斥力操作机构发生动作的预设触发条件。
60.可选地，控制电路32还可以包括：续流二极管d321与充放电回路321及322反并联。可选地，半导体开关s1和s2可以包括晶闸管或全控型半导体开关单元。其中，全控型半导体开关单元可以包括：反向二极管及与所述反向二极管并联的gto、gtr、mosfet、igbt、iegt和igct中的任一种元件。
61.可选地，电磁斥力操作机构3000可以设置于一类电子设备中，该电子设备可以包括断路器、限流器和灭弧器中的至少一种。进一步地，该电子设备可以包括直流断路器、交流故障限流器和快速灭弧器中的任意一项。
62.可选地，前述预设运动可以包括合闸运动和分闸运动。可选地，线圈323与盘312之间的点此作用可以表现为电磁斥力，也可以表现为电磁引力。
63.图4示出了本技术的另一实施例电磁斥力操作机构的组成示意图。
64.如图4所示，操作机构4000可以包括：执行部件31、控制电路42和控制电路43。其中，执行部件41可以与图3中的执行部件相似，不做赘述。
65.控制电路42和控制电路43均可以为前述任意一种电磁斥力操作机构的控制电路。可选地，控制电路42和控制电路43的电路拓扑结构可以与图2所示的控制电路相似，不做赘述。
66.可选地，控制电路42和控制电路43可以分别驱动执行部件41执行不同的预期动作。比如：控制电路42可以驱动执行部件41执行合闸动作；控制电路43可以驱动执行部件41执行分闸动作。此时，控制电路42的线圈423可以称为合闸线圈；控制电路43中的线圈433可以称为分闸线圈。可选地，线圈423也可以是分闸线圈，控制电路42可以驱动执行部件41实现分闸动作；433可以是合闸线圈，控制电路43可以驱动部件41实现合闸动作。
67.本技术还提供一种电子设备，包括前述任意一种电磁斥力操作机构，或者前述任意一种控制电路。可选地，该电子设备可以包括断路器、限流器和灭弧器中的任意一项。进一步地，该电子设备可以包括直流断路器、交流故障限流器和快速灭弧器中的任意一项。
68.此时，可以利用第二充放电回路中的第二电容代替第一充放电路中的第一电容继续对线圈放电，从而可以维持线圈电流不小于第一阈值。该线圈电流可以继续作用于线圈，而继续产生电磁效应，并驱动与该线圈连接电磁斥力操作机构继续发生预期动作。从而可以实现电磁斥力操作机构执行部件(运动部)运动的二次加速，从而可以提高电磁斥力操作机构分/合闸的动作速度，以及可以提高电磁斥力操作机构的可靠性。
69.利用上述一种电磁斥力操作机构的控制方法、电磁斥力操作机构的控制电路和电磁斥力操作机构，通过为电磁机构的线圈配置至少两条充放电回路，可以在不改变充放电回路的时间常数以及不改变充放电回路的充电电压的基础上，提高电磁斥力操作机构的工作电能储备。从而可以在不延长快速开关固有动作时间，不增加储能和放电回路元器件电气应力的前提下，显著提升开关运动速度。增加该电磁斥力操作机构的可靠性。同时，该方案并不会对储能和放电回路内部元器件的电气应力和绝缘有更高的要求。
70.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
71.以上对本技术实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本技术的思想，基于本技术的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本技术保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。