一种新型磁保持操动机构及真空断路器的制作方法

本实用新型涉及电力设备领域，具体涉及一种磁保持操动机构及真空断路器。

背景技术：

目前，在高压开关领域，尤其在真空断路器方面，存在多种不同结构的永磁体磁保持操动机构，在使用单稳态永磁体磁保持操动机构时，针对真空断路器动作所需的分闸弹簧和超程弹簧，通常具有超程弹簧和分闸弹簧串联、超程弹簧和分闸弹簧并联、超程弹簧外置等几种方式。为了减少断路器整机结构的体积，提高断路器分闸速度、降低分闸时间，达到当前部份电网分闸时间小于5ms的要求，虽然有相应的永磁机构能够实现，但由于现有永磁机构没有设置手动合闸功能，在工程现场不加电的情况下，断路器不能实施合闸，影响工程现场施工调试。

技术实现要素：

针对当前技术的不足，本实用新型提供一种新型磁保持操动机构，在确保磁保持操动机构小型化的基础上，优化结构，合理设置弹簧位置，增加手动操作机构，使安装所述新型磁保持操动机构的断路器具备手动分合闸功能，现场施工调试更方便，并在结构上安排分闸缓冲减速措施，使所述新型磁保持操动机构更加耐用，分闸动力输出更合理。本实用新型还提供一种新型真空断路器，保持较小体积情况下，实现固有分闸时间小于5ms，并具备手动分合闸功能。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种新型磁保持操动机构，包括外磁轭（1）、内磁轭（2）、动铁芯衔铁（3）、第一绝磁板（4）、第二绝磁板（5）、永磁体（6）、励磁线圈（7）和传动轴（9）；还包括固定螺母（8）、第一弹簧（10）、第二弹簧（11）、第一垫圈（15）、第二垫圈（14）、销轴（12）和弹簧预压帽（13）组成；外磁轭（1）厚壁端安装第一绝磁板（4），薄壁端安装第二绝磁板（5），外磁轭（1）厚壁端腔室内依次装入垫圈、励磁线圈（7）和内磁轭（2），内磁轭（2）与外磁轭（1）之间装入永磁体（6），动铁芯衔铁（3）设置在外磁轭（1）薄壁端腔室内；传动轴（9）上设置凸台（91）、长圆孔（92），传动轴（9）的一端穿过内磁轭（2）和第一绝磁板（4）的中心孔安装，另一端通过固定螺母（8）与动铁芯衔铁（3）固定连接，固定螺母（8）穿过第二绝磁板（5）的中心孔限位；动铁芯衔铁（3）、传动轴（9）和内磁轭（2）之间设置第一腔室；内磁轭（2）、传动轴（9）、传动轴凸台（91）和第一绝磁板（4）中心孔之间设置第二腔室；第一腔室内设置第一弹簧（10），第二腔室内设置第二弹簧（11）；弹簧预压帽（13）通过销轴（12）、传动轴长圆孔（92）与传动轴（9）铰连，将第二弹簧（11）预压在传动轴凸台（91）和弹簧预压帽（13）之间；永磁体（6）提供永久磁场源，由控制电路控制励磁线圈（7）电流及方向，产生正、反向瞬时电磁场与永磁场叠加，驱动动铁芯衔铁（3）与外磁轭（1）、内磁轭（2）产生吸合动作、分离动作和保持吸合状态，通过传动轴（9）传递驱动力和保持力；由弹簧预压帽（13）和固定螺母（8）输出动力。

进一步，所述弹簧预压帽（13）设有轴向中心孔，传动轴（9）轴向插入弹簧预压帽（13）的中心孔，由销轴（12）通过弹簧预压帽（13）的横向圆孔和传动轴长圆孔（92）铰连，在传动轴长圆孔（92）范围内，传动轴（9）和弹簧预压帽（13）可以轴向活动。

其中，构成第二腔室的内磁轭（2）呈“凹”形结构，其内壁设置两个台级，第一台级直径大于第二台级直径，第一台级可以限位第二弹簧（11），第二台级与传动轴凸台（91）之间预留轴向间隙，传动轴凸台（91）可以在第二台级与第二弹簧（11）之间轴向活动。

其中，励磁线圈（7）正向电流产生的电磁场和永磁体磁场正向叠加后产生的磁性吸力，驱动动铁芯衔铁（3）向内磁轭（2）运动，至完全吸合，动铁芯衔铁（3）产生的行程定义为总行程；动铁芯衔铁（3）带动固定螺母（8）、传动轴（9）、第二垫圈（14）、第二弹簧（11）、销轴（12）、弹簧预压帽（13）和与其连接的被驱动物体运动，压缩第一弹簧（10）储能，被驱动物体运动到止动位置时，动铁芯衔铁（3）产生的行程定义为第一行程；弹簧预压帽（13）和被驱动物体止动，动铁芯衔铁（3）带动固定螺母（8）、传动轴（9）和第二垫圈（14）继续运动，同时压缩第一弹簧（10）和第二弹簧（11），至动铁芯衔铁（3）与内磁轭（2）、外磁轭（1）完全吸合时，动铁芯衔铁（3）产生的行程定义为第二行程；第一行程加第二行程等于总行程；第一弹簧（10）压缩行程等于第一行程加第二行程，第二弹簧（11）压缩行程等于第二行程；固定螺母（8）输出总行程，弹簧预压帽（13）输出第一行程。

其中，传动轴凸台（91）与第二弹簧（11）之间设置不同厚度的第二垫圈（14）调节第二弹簧的预置弹力；传动轴（9）与动铁芯衔铁（3）之间设置不同厚度的第一垫圈（15）调节总行程及第二行程。

一种新型真空断路器，包括气箱体、箱内机架和箱外机架，以及均设置在箱内机架（26）上的第一操动杆（23）、绝缘拉杆（27）、真空灭弧室（28）和引出线（29）；设置在箱外机架（34）上的第二操动杆（30）；还包括所述新型磁保持操动机构，设置于箱内机架（26）的磁保持操动机构（25）一端通过绝缘拉杆（27）与真空灭弧室（28）的动端连接；另一端铰连操动摆臂（24）后与第一操动杆（23）连接，第一操动杆（23）通过动配合（22）与设置于箱外机架（34）的第二操动杆（30）连接，第二操动杆（30）上设置联动摆臂（31）、辅开摆臂（33）和分合指示牌（32），并设置六方端头用于手动操作。

所述新型磁保持操动机构及真空断路器的有益效果为：

所述新型磁保持操动机构，传动轴（9）通过固定螺母（8）与动铁芯衔铁（3）固定连接，固定螺母（8）穿过第二绝磁板（5）传递动力，外部正向手动力可以通过固定螺母（8）驱动动铁芯衔铁（3）运动，克服第一弹簧（10）、第二弹簧（11）的压缩弹力，至吸合位置，完成吸合动作；依靠永磁体（6）的永磁场吸力保持动铁芯衔铁（3）吸合状态；或者外部反向手动力克服永磁场吸力，依靠第一弹簧（10）、第二弹簧（11）压缩弹力，完成分离动作；即在没有电控的情况下，通过外部机械施力，所述新型磁保持操动机构可以达到吸合和份离的目的。

所述新型磁保持操动机构分离动作过程中，动铁芯衔铁（3）、传动轴（9）、第二垫圈（14）、第二弹簧（11）、弹簧预压帽（13）和相连接的外部被驱动物体组成的运动体，在第一弹簧（10）和第二弹簧（11）的压缩弹力作用下，加速分离运动，第二弹簧（11）的压缩弹力首先释放完成，第一弹簧（10）的压缩弹力释放完成时，第二垫圈（14）与内磁轭（2）的第一台级接触，并止动，而运动体惯性作用使传动轴（9）带动弹簧预压帽（13）继续运动，使第二弹簧（11）在第二垫圈（14）与弹簧预压帽（13）之间再次压缩，因此，第二弹簧（11）具有缓冲止动作用，可以避免通过限位体硬拍止动，可以提高所述新型磁保持操动机构及断路器真空灭弧室的使用寿命。

所述新型真空断路器采用所述新型磁保持操动机构，有利于缩小真空断路器的体积，并具备手动分合闸功能，可以方便应用；且第二操动杆（30）可以反映所述新型真空断路器合闸过程、分闸过程及状态；在第二操动杆（30）上设置摆臂，可用于隔离、接地等闭锁功能，辅助开关位置信号输出，分合闸状态显示，及所述新型真空断路器的行程、开距和分合速度等性能测试。

附图说明

图1一种新型磁保持操动机构结构图。

图2一种新型真空断路器结构图。

具体实施方式

对照图1，一种新型磁保持操动机构，包括管形外磁轭（1）、圆柱形内磁轭（2）、圆柱形动铁芯衔铁（3）、第一绝磁板（4）、第二绝磁板（5）、永磁体（6）、励磁线圈（7）和传动轴（9）组成；还包括固定螺母（8）、第一弹簧（10）、第二弹簧（11）、第一垫圈（15）、第二垫圈（14）、销轴（12）和弹簧预压帽（13）等；管形外磁轭（1）厚壁端安装第一绝磁板（4），薄壁端安装第二绝磁板（5），管形外磁轭（1）厚壁端腔室内依次装入垫圈、励磁线圈（7）和圆柱形内磁轭（2），圆柱形内磁轭（2）与管形外磁轭（1）之间装入永磁体（6），圆柱形动铁芯衔铁（3）设置在管形外磁轭（1）薄壁端腔室内；传动轴（9）上设置凸台（91）、长圆孔（92），传动轴（9）的一端穿过圆柱形内磁轭（2）和第一绝磁板（4）的中心孔安装，另一端通过固定螺母（8）与圆柱形动铁芯衔铁（3）固定连接，固定螺母（8）穿过第二绝磁板（5）的中心孔限位；圆柱形动铁芯衔铁（3）、传动轴（9）和圆柱形内磁轭（2）之间设置第一腔室，圆柱形内磁轭（2）、传动轴（9）、传动轴凸台（91）和第一绝磁板（4）中心孔之间设置第二腔室；第一腔室内设置第一弹簧（10），第二腔室内设置第二弹簧（11）；弹簧预压帽（13）通过销轴（12）、传动轴长圆孔（92）与传动轴（9）铰连，将第二弹簧（11）预压在传动轴凸台（91）和弹簧预压帽（13）之间；永磁体（6）提供永久磁场源，由控制电路控制励磁线圈（7）电流及方向，产生正、反向瞬时电磁场与永磁场叠加，驱动圆柱形动铁芯衔铁（3）与管形外磁轭（1）、圆柱形内磁轭（2）产生吸合动作、分离动作和保持吸合状态，通过传动轴（9）传递驱动力和保持力；由弹簧预压帽（13）和固定螺母（8）输出。

进一步，弹簧预压帽（13）设有轴向中心孔，传动轴（9）轴向插入弹簧预压帽（13）的中心孔，由销轴（12）通过弹簧预压帽（13）的横向圆孔和传动轴长圆孔（92）铰连，在传动轴长圆孔（92）范围内，传动轴（9）和弹簧预压帽（13）可以轴向活动。

其中，构成第二腔室的圆柱形内磁轭（2）呈“凹”形结构，其内壁设置两个台级，第一台级直径大于第二台级直径，第一台级可以限位第二弹簧（11），第二台级与传动轴凸台（91）之间预留轴向间隙，传动轴凸台（91）可以在第二台级与第二弹簧（11）之间轴向活动。

励磁线圈（7）正向电流产生的电磁场和永磁体磁场正向叠加后产生的磁性吸力，驱动圆柱形动铁芯衔铁（3）向圆柱形内磁轭（2）运动，至完全吸合，圆柱形动铁芯衔铁（3）产生的行程定义为总行程；圆柱形动铁芯衔铁（3）带动固定螺母（8）、传动轴（9）、第二垫圈（14）、第二弹簧（11）、销轴（12）、弹簧预压帽（13）和与其连接的被驱动物体运动，压缩第一弹簧（10）储能，被驱动物体运动到止动位时，圆柱形动铁芯衔铁（3）产生的行程定义为第一行程；弹簧预压帽（13）和被驱动物体止动，动铁芯衔铁（3）带动固定螺母（8）、传动轴（9）和第二垫圈（14）继续运动，同时压缩第一弹簧（10）和第二弹簧（11），至圆柱形动铁芯衔铁（3）与圆柱形内磁轭（2）、管形外磁轭（1）完全吸合时，圆柱形动铁芯衔铁（3）产生的行程定义为第二行程；第一行程加第二行程等于总行程；第一弹簧（10）压缩行程等于第一行程加第二行程，第二弹簧（11）压缩行程等于第二行程；固定螺母（8）输出总行程，弹簧预压帽（13）输出第一行程。

传动轴凸台（91）与第二弹簧（11）之间设置不同厚度的第二垫圈（14）可以调节第二弹簧（11）的预置弹力；传动轴（9）与圆柱形动铁芯衔铁（3）之间设置不同厚度的第一垫圈（15）调节总行程及第二行程。

设定第一弹簧（10）的预置弹力小于第二弹簧（11）的预置弹力，所述新型磁保持操动机构分离状态时，传动轴凸台（91）与第二垫圈（14）接触，弹簧预压帽（13）与销轴（12）在第二弹簧（11）预置弹力的作用下，移至传动轴长圆孔（92）的远端；第二垫圈（14）与圆柱形内磁轭（2）第一台级接触限位，第一弹簧（10）的预置弹力将圆柱形动铁芯衔铁（3）保持在分离状态；传动轴凸台（91）与圆柱形内磁轭（2）第二台级之间预留轴向间隙的作用在于：所述新型磁保持操动机构从吸合状态至分离状态的分离运动过程中，第二垫圈（14）与圆柱形内磁轭（2）接触时，传动轴凸台（91）可以在间隙（16）中运动，通过第二垫圈（14）再次压缩第二弹簧（11），吸收运动体的动能，具有缓冲止动作用，避免通过硬拍合止动，提高所述新型磁保持操动机构的耐用性和动力输出的性能。

对照图2，一种新型真空断路器，包括气箱体、箱内机架和箱外机架；以及均设置在箱内机架（26）上的第一操动杆（23）、绝缘拉杆（27）、真空灭弧室（28）和引出线（29）；设置在箱外机架（34）上的第二操动杆（30）；还包括所述新型磁保持操动机构，设置于箱内机架（26）的磁保持操动机构（25）一端通过绝缘拉杆（27）与真空灭弧室（28）的动端连接；另一端铰连操动摆臂（24）后与第一操动杆（23）连接，第一操动杆（23）通过动配合（22）与设置于箱外机架的第二操动杆（30）连接，第二操动杆（30）上设置联动摆臂（31）、辅开摆臂（33）和分合指示牌（32），并设置六方端头用于手动操作。

所述新型磁保持操动机构及真空断路器的工作原理如下：

所述新型真空断路器分闸状态下，所述新型磁保持操动机构在分离状态，智能控制系统控制电流正向通过励磁线圈（7），正向电流产生的电磁场和永磁体磁场正向叠加后产生的磁性吸力，驱动圆柱形动铁芯衔铁（3）向圆柱形内磁轭（2）运动，直至完全吸合，完成合闸动作，并由永磁体磁场产生的磁性吸力，圆柱形动铁芯衔铁（3）保持在吸合状态，真空断路器保持在合闸位置；在吸合运动过程的第一行程，圆柱形动铁芯衔铁（3）及相连接的固定螺母（8）、传动轴（9）、第二垫圈（14）、第二弹簧（11）、销轴（12）、弹簧预压帽（13）和绝缘拉杆（27）、真空灭弧室（28）的动端一起运动，至直空灭弧室（28）的动端与静端接触，第一弹簧（10）在第一腔室内被压缩，第二弹簧在第二腔室内以预置状态轴向移动；进入第二行程，弹簧预压帽（13）、销轴（12）、绝缘拉杆（27）和真空灭弧室（28）的动端停止运动，圆柱形动铁芯衔铁（3）及相连接的传动轴（9）、固定螺母（8）和第二垫圈（14）继续运动，传动轴（9）在弹簧预压帽（13）轴向中心孔内滑动，销轴（12）在传动轴长圆孔（92）内滑动，传动轴（9）通过传动轴凸台（91）推动第二垫圈（14）将第二弹簧（11）压缩，第一弹簧（10）在第一腔室内继续压缩，第二弹簧（11）产生的弹力加载到真空灭弧室（28）的动端和静端之间，确保断路器正常接触。

所述新型真空断路器合闸状态下，所述新型磁保持操动机构在吸合状态，智能控制系统控制电流反向通过励磁线圈（7），反向电流产生的电磁场反向抵消永磁体磁场，随之下降的磁性吸力小于第一弹簧（10）和第二弹簧（11）弹力之和时，圆柱形动铁芯衔铁（3）与圆柱形内磁轭（2）分离，在弹力的作用下进入加速分离运动，首先释放第一弹簧（10）和第二弹簧（11）共有的压缩行程，即吸合运动的第二行程，然后释放第一弹簧（10）的单独的压缩行程，即吸合运动的第一行程；第一弹簧（10）全程释放后，圆柱形动铁芯衔铁（3）及相连接的固定螺母（8）、传动轴（9）、第二垫圈（14）、第二弹簧（11）、销轴（12）、弹簧预压帽（13）和绝缘拉杆（27）、真空灭弧室（28）动端产生的分离运动速度达到最高；此时，第二垫圈（14）与圆柱形内磁轭（2）第一台级接触，不能继续运动；传动轴凸台（91）与圆柱形内磁轭（2）第二台级之间预留轴向间隙，在惯性动能的作用下，传动轴（9）还可带动销轴（12）、弹簧预压帽（13）继续运动，第二弹簧（11）在第二垫圈（14）和弹簧预压帽（13）之间再次压缩，使分离运动降速，直至停止，完成分闸动作；第二弹簧（11）在分离运动末端起到缓冲减振的作用。

第二操动杆（30）通过铰连的动配合（22）、第一操动杆（23）、操动摆臂（24）和固定螺母（8）与所述新型磁保持操动机构直接联动，第二操动杆（30）的动作过程及状态可以反映所述新型真空断路器合闸过程、分闸过程及状态；第二操动杆（30）上设置摆臂，可用于所述新型真空断路器柜的隔离、接地等闭锁功能，辅助开关位置信号输出，分合闸状态显示，及所述新型真空断路器的行程、开距和分合速度等性能测试。

在所述新型真空断路器的安装调试阶段，通过第二操动杆（3）六方端头，还可以进行手动分合闸操作，加扛杆的手动力抵消弹簧的压缩弹力，或者抵消永磁体磁性吸力，使相连接的圆柱形动铁芯衔铁（3）产生吸合运动和分离运动，实现所述新型真空断路器的手动分合闸功能。