一种配永磁同步电机操动机构的高压断路器的制作方法

本实用新型涉及高压断路器技术领域，更具体地，涉及一种配永磁同步电机操动机构的高压断路器。

背景技术：

高压断路器是电力系统中重要的保护和控制设备，操动机构是断路器的重要组成部分之一，其运动性能直接影响灭弧单元开断电流的能力。传统的操动机构采用弹簧、液压或气动等机构，主要由连杆、锁扣以及能量供应系统等几部分组成，其零部件较多、机械结构复杂、累计运动公差大且无法实现对操动过程的调节和控制。目前，采用电容器代替弹簧或压缩空气来存储控制操动机构能量的新型电机操动机构成为高压断路器新的发展方向。

现有技术高压断路器的操动机构大多采用弹簧、液压或气动等机构。现有技术操动机构的零部件过多，对于驱动机的输出扭矩过长，设置复杂。

因此，需要一种技术，以实现用于同步触发的高压断路器。

技术实现要素：

本发明提供了一种配永磁同步电机操动机构的高压断路器，以解决如何同步触发高压断路器的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种配永磁同步电机操动机构的高压断路器高压断路器，所述高压断路器包括灭弧单元、传动系统和驱动装置，其特征在于:

所述灭弧单元包括A相瓷套、B相瓷套以及C相瓷套，所述A相瓷套、所述B相瓷套以及所述C相瓷套都包括上瓷套、下瓷套、静触头、动触头，所述上瓷套和所述下瓷套构成绝缘腔室，用于为所述静触头、所述动触头开断及绝缘；

所述驱动装置包括电源模块、电机及连接装置，所述电源模块为所述电机提供电源，所述电机带动所述连接装置，并驱动所述传动系统的转轮；

所述传动系统包括传动箱、转轮、输出拉杆、多个连杆、绝缘拉杆，通过所述转轮的转动驱动所述输出拉杆，所述输出拉杆带动所述传动系统的所述多个连杆，实现所述多个连杆的水平位移，通过所述多个连杆进行水平位移驱动所述多个绝缘拉杆，驱动所述A相瓷套、B相瓷套以及C相瓷套的所述动触头的竖直方向的机械连动，实现分闸或合闸。

优选地，所述驱动单元通过驱动转轮转动的角度，与所述动触头位移关系为：

x表示所述动触头位移，H表示动触头行程，δ为电机输出轴转动角度。

优选地，所述传动系统包括A相外拐臂、B相外拐臂、C相外拐臂、 A相传动轴、B相传动轴、C相传动轴、A相内拐臂、B相内拐臂、C相内拐臂、第一相间连杆、第二相间连杆、第三相间连杆、第四相间连杆、以及转轮。

优选地，所述A相外拐臂与所述第一相间连杆第一端、所述第二相间连杆第一端相连接；

所述B相外拐臂与所述第一相间连杆第二端、所述第二相间连杆第二端、第三相间连杆第一端、所述第四相间连杆第一端相连接；

所述C相外拐臂与所述第三相间连杆第二端、所述第四相间连杆第二端相连接。

优选地，所述A相外拐臂、所述A相内拐臂第一端与所述A相传动轴相连接；

所述B相外拐臂、所述B相内拐臂第一端、所述输出拉杆与所述B相传动轴相连接；

所述C相外拐臂、所述C相内拐臂第一端与所述C相传动轴相连接。

优选地，所述A相内拐臂第二端与A相绝缘拉杆相连接；

所述B相内拐臂第二端与B相绝缘拉杆相连接；

所述C相内拐臂第二端与C相绝缘拉杆相连接；

优选地，所述驱动装置设置于所述传动系统的正下方中部位置。

优选地，所述转轮驱动合闸过程中转动角度为不超过100°，所述转轮驱动分闸过程中转动角度为不超过90°

优选地，所述电机为永磁同步电机。

通过数字控制单元将伺服驱动电机良好的调控特性与先进的控制算法相结合，实现对断路器运动过程的高效动态控制。本申请提供的高压断路器，结合六氟化硫断路器的机械特性指标，提出了一种采用三相永磁同步电机直接驱动断路器的操动机构，控制动触头按照理想分合闸曲线运动，不仅可以实现断路器负载反力与机构出力的匹配，也可提高断路器的分、合闸能力。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的一种配永磁同步电机操动机构的高压断路器结构图；

图2-a为根据本发明实施方式的一种配永磁同步电机操动机构的高压断路器分闸状态的传动示意图；

图2-b为根据本发明实施方式的一种配永磁同步电机操动机构的高压断路器合闸状态传动示意图；

图3-a为根据本发明实施方式的驱动电机结构示意图；

图3-b为根据本发明实施方式的驱动电机结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的一种配永磁同步电机操动机构的高压断路器结构图。高压断路器电机触发机构结构如图1所示，主要由灭弧单元、驱动装置和传动系统组成。本申请采用连接方案将电机的旋转动作通过传动机构转化为动触头的直线动作，进而驱动断路器完成分/合闸操作。如图 1所示，一种配永磁同步电机操动机构的高压断路器100，包括灭弧单元、传动系统和驱动装置，其特征在于:

灭弧单元包括A相瓷套A相瓷套、B相瓷套以及C相瓷套，A相瓷套、 B相瓷套以及C相瓷套都包括上瓷套、下瓷套、静触头1、动触头2，上瓷套和下瓷套构成绝缘腔室，用于为静触头1、动触头2开断及绝缘。

本申请中灭弧单元包括三相绝缘瓷套组成，三相绝缘瓷套都分为上瓷套和下瓷套，下瓷套和传动系统的内拐臂相连，通过传动系统的水平相间连杆的水平位移带动内拐臂，进而实现三相机械联动，这种连接方案的采用可以降低对传动主轴扭矩的要求，同时提高三相开关触发的同步性。

驱动装置包括电源模块、电机及连接装置，电源模块为电机提供电源，电机带动连接装置，并驱动传动系统的转轮7，通过转动的转轮7驱动输出拉杆8，输出拉杆8带动传动系统的多个连杆61、62、63、64，实现多个连杆61、62、63、64的水平位移。

传动系统包括传动箱、转轮、输出拉杆、绝缘拉杆、多个连杆61、62、 63、64，通过转轮的转动驱动输出拉杆，输出拉杆带动传动系统的多个连杆，实现多个连杆的水平位移，通过多个连杆61、62、63、64进行水平位移驱动多个绝缘拉杆，如A相瓷套的绝缘拉杆3(B相瓷套的绝缘拉杆和 C相瓷套的绝缘拉杆为与A相瓷套的绝缘拉杆3对应的部位，图1中未示出)，驱动A相瓷套、B相瓷套以及C相瓷套的动触头，如A相瓷套动触头2(B相瓷套的动触头和C相瓷套的动触头为与A相瓷套的动触头2相对应的部位，图1中未示出)的竖直方向的机械连动，实现分闸或合闸。

传动系统为一套曲柄滑块结构，主要包括多个连杆，传动箱、多个内拐臂、多个外拐臂、输出拉杆、转轮等。传动机构通过传动箱的水平相间连杆与断路器本体的绝缘拉杆相连，传动系统通过转轮7和驱动装置转子相连。

优选地，驱动装置通过驱动转轮7转动的角度，与动触头2位移关系为：

x表示动触头2位移，H表示动触头行程，δ为电机输出轴转动角度。

优选地，传动系统包括A相外拐臂4、B相外拐臂、C相外拐臂、A 相传动轴10、B相传动轴、C相传动轴、A相内拐臂、B相内拐臂、C相内拐臂9、第一相间连杆61、第二相间连杆62、第三相间连杆63、第四相间连杆64、以及转轮7。

优选地，A相外拐臂4与第一相间连杆第一端、第二相间连杆第一端相连接；

B相外拐臂与第一相间连杆第二端、第二相间连杆第二端、第三相间连杆第一端、第四相间连杆第一端相连接；

C相外拐臂与第三相间连杆第二端、第四相间连杆第二端相连接。

优选地，A相外拐臂、A相内拐臂第一端与A相传动轴相连接；

B相外拐臂、B相内拐臂第一端、输出拉杆与B相传动轴相连接；

C相外拐臂、C相内拐臂第一端与C相传动轴相连接。

优选地，A相内拐臂第二端与A相绝缘拉杆相连接；

B相内拐臂第二端与B相绝缘拉杆相连接；

C相内拐臂第二端与C相绝缘拉杆相连接；

优选地，驱动装置设置于传动系统的正下方中部位置。

优选地，转轮驱动合闸过程中转动角度为不超过100°，转轮驱动分闸过程中转动角度为不超过90°

优选地，驱动电机为永磁同步电机。

图2-a为高压断路器分闸状态的传动示意图。图2-b为高压断路器合闸状态的传动示意图。如图2-a所示，图中x表示动触头位移。当断路器进行合闸操作时，从分闸位置开始，转轮在电机的驱动下逆时针旋转，通过输出拉杆和内拐臂带动绝缘拉杆沿竖直方向运动，驱动下瓷套的动触头运动到合闸位置。合闸位置时，利用电机驱动力和传动机构死点(E')共同抑制合闸回弹，使断路器最终保持在合闸状态。对于断路器的分闸操作，操动机构的运动过程与合闸操作相反。合闸过程中机构间的夹角如图2-b 中合闸过程所示，通过几何分析，可以得到电机转角与触头位移的近似关系如式2所示，OE为转轮半径；ED表示为输出拉杆，CB表示内拐臂， AB为绝缘拉杆

x表示动触头2位移，H表示动触头行程，δ为电机输出轴转动角度。

为对本申请实施方式的技术效果进行验证，对一台LW30-126户外自能式SF6断路器弹簧操动机构进行简化，设计电机操动机构模拟机如图3-a及3-b 所示。动作过程中动触头行程为H＝150mm，合闸位置时的转角设置为 100°，分闸位置时的转角设置为-90°，整个动作过程电机转角为190°。因此，通过曲柄滑块结构可以减少对输出转矩的要求，同时，最大范围的利用电机转角能够降低对电机转矩的要求。

本申请中，驱动装置的驱动电机位于传动系统下方中部位置，其输出转轴通过传动机构与动触头相连。电机的选型要结合断路器动作过程中的负载特性，以保证电机的出力特性和断路器的反力特性良好配合。本实施方案采用的驱动电机型号为：phase-1340A的4对极永磁同步电机，其外形尺寸如图3-a或3-b所示。

本申请中，操动机构中电机作为唯一的驱动部件，极大地减少传统操动机构的零部件，提高操动机构的可靠性。同时，三相连杆水平传动的连接方案，降低对旋转部件输出扭矩的要求，三相开关同步性好。此外，降低对电机转矩的要求。

从原理上，触发机构动触头的运动仅与电机转角有关，控制电机转角位移等价于控制动触头行程曲线，实现断路器分合闸动作可控。

本申请提出的一种采用三相永磁同步电机直接驱动断路器的触发机构，控制触头按照理想分合闸曲线运动，不仅可以实现断路器负载反力与机构出力的匹配，也可提高断路器的分、合闸能力。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。