一种柔性快速断路器驱动机构的制作方法

1.本发明属于断路器技术领域，具体地说是一种柔性快速断路器驱动机构。


背景技术：

2.随着电网结构和负荷特性日益复杂，连接在电力系统的许多敏感性电负荷，极易受到来自电力系统短时扰动的影响，如电压跌落和电压突升现象，因而对电能质量和运行可靠性提出了愈加严格的要求。因此，为保护敏感性的工业负荷以及提高电力系统的电能质量，需要保护性器件高压开关具有很高的分合闸速度。又例如用于无功补偿的并联电容选相投切新技术就要求开关既要快又要合闸无弹跳和长寿命，只有开关的这样的性能方能体现出该技术优良的电能质量指标。
3.目前高压开关普遍采用弹簧操动机构、电磁操动机构、液压操动机构为合闸或分闸提供动力，它们的合闸时间一般为40ms～60ms，分闸时间一般为20ms～40ms。最短的分闸时间也要大于20ms，而故障电流持续的时间越长对电网的冲击和设备的损坏程度就会越强。因此采用上述传统操动机构的高压开关均难以实现快速合、分闸的要求。
4.国内应用过电磁斥力原理的快速开关，多为采用碟簧双稳态结构，分合闸需先克服碟簧的巨大储能，因此需要很高的直流电压，产生巨大的推斥力，造成体积增大，斥力盘断裂，更容易导致严重的合闸弹跳、分闸反弹以及快速开关触头破坏。
5.且现今的断路器超程距离的调整非常麻烦，需要用专用内窥镜伸到固封极柱内部，探测相关部位检测超程是否合格。
6.综合以上情况，现有技术存在一些功能性缺陷，导致产品达不到快速开关的要求；电磁斥力驱动机构固然达到快速指标，但因其存在无法解决的寿命和合闸弹跳等技术指标问题而限制了快速开关的应用范围。这就是现有技术所存在的不足之处。


技术实现要素：

7.为解决上述问题，本发明提供一种柔性快速断路器驱动机构，合闸超程弹簧集成到永磁驱动机构，可以便捷、精准调整触头预紧力以及超程范围，且分闸速度快，有效避免合闸弹跳。
8.本发明是通过下述技术方案来实现的：
9.一种柔性快速断路器驱动机构，包括固封极柱、箱体和永磁驱动机构；
10.固封极柱包括进线端、真空灭弧室、出线端和绝缘拉杆，出线端上连接有软铜排，真空灭弧室内设有与进线端和软铜排分别连接的静触头和动触头；
11.箱体与固封极柱底部连接安装；
12.永磁驱动机构包括动铁芯、合闸超程弹簧、合闸弹簧座、与绝缘拉杆下端连接的顶杆和从上到下依次连接安装的上端盖、套筒和下端盖，上端盖与箱体连接安装；合闸弹簧座滑动插装于上端盖中部，其底部与动铁芯连接安装；合闸超程弹簧设置于合闸弹簧座内部，且其上下两端分别与顶杆底端和动铁芯抵接；套筒内还安装有对动铁芯分别具有上、下电
磁驱动力的合闸线圈和分闸线圈。
13.本发明的进一步改进还有，下端盖上安装有分闸弹簧座，分闸弹簧座内安装有对动铁芯弹性支撑的分闸缓冲弹簧。
14.本发明的进一步改进还有，分闸缓冲弹簧上端设有分闸缓冲块，分闸弹簧座上端向内翻折有对分闸缓冲块向上移动限位的翻边。
15.本发明的进一步改进还有，下端盖下侧安装有对分闸缓冲弹簧下端抵接的固定端盖。
16.本发明的进一步改进还有，还包括缓冲配重块，上端盖上部设有对缓冲配重块竖直滑动导向的导向件；合闸弹簧座上部安装有对缓冲配重块撞击的支撑块。
17.本发明的进一步改进还有，导向件上设有对缓冲配重块向下移动限位的限位件。
18.本发明的进一步改进还有，合闸线圈与分闸线圈之间设有磁瓦，磁瓦内侧设有过渡铁环。
19.本发明的进一步改进还有，合闸线圈包括合闸线圈骨架、缠绕在合闸线圈骨架上的合闸主线圈和分闸辅助线圈，合闸主线圈匝数大于分闸辅助线圈匝数；分闸线圈包括分闸线圈骨架、缠绕在分闸线圈骨架上的分闸主线圈和合闸辅助线圈，分闸主线圈匝数大于合闸辅助线圈匝数。
20.本发明的进一步改进还有，动铁芯下部滑动套装于分闸弹簧座上部。
21.本发明的进一步改进还有，合闸弹簧座为不锈钢非导磁材料。
22.从以上技术方案可以看出，本发明的有益效果是：
23.合闸线圈和分闸线圈分别通电，可实现对动铁芯的上、下吸合，从而通过顶杆、绝缘拉杆实现动、静触头的闭合和分离，实现快速的分合闸动作。在合闸过程中，合闸线圈通电，动铁芯向上吸合，动铁芯带动合闸弹簧座向上移动，并同时对合闸超程弹簧压缩，有效缓冲合闸撞击的动能，降低合闸弹跳，保证触头使用寿命；合闸超程弹簧通过顶杆、绝缘拉杆对动触头具有一定的向上压紧力，保证动、静触头闭合的可靠性，且能提供合理的超程距离，以适用于全寿命周期内的磨损余量；合闸超程弹簧集成到箱体内的永磁驱动机构中，可以直观、便捷、精准的调整触头预紧力以及超程范围，无需使用内窥镜，通过顶杆相对绝缘拉杆螺纹转动实现调节。在合闸状态下，分闸线圈通电，动铁芯向下吸合，合闸超程弹簧具有较大蓄能量，提供初始的分闸动力，保证较快的分闸速度，缩短分闸时间。整体结构简单，实现容易，实用性好。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明具体实施方式的立体结构示意图。
26.图2为本发明具体实施方式的主视结构示意图。
27.图3为图2中a-a的剖面结构示意图。
28.图4为本发明具体实施方式的合闸状态示意图。
29.图5为本发明具体实施方式的分闸状态示意图。
30.图6为本发明具体实施方式的合闸线圈结构示意图。
31.图7为本发明具体实施方式的分闸线圈结构示意图。
32.附图中：100、固封极柱，200、箱体，300、永磁驱动机构，1、进线端，2、固封树脂，3、真空灭弧室，4、出线端，5、软铜排，6、绝缘拉杆，7、缓冲配重块，8、支撑块，9、连接板，10、合闸超程弹簧，11、合闸线圈，12、磁瓦，13、过渡铁环，14、分闸缓冲块，15、下端盖，16、顶杆，17、导向定位螺柱，18、合闸弹簧座，19、上端盖，20、动铁芯，21、套筒，22、分闸缓冲弹簧，23、分闸线圈，24、分闸弹簧座，25、固定端盖，1101、合闸线圈骨架，1102、分闸辅助线圈，1103、合闸主线圈，2301、分闸线圈骨架，2302、合闸辅助线圈，2303、分闸主线圈。
具体实施方式
33.为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
34.如图1-5所示，本发明公开一种柔性快速断路器驱动机构，包括固封极柱100、箱体200和永磁驱动机构300；
35.固封极柱100包括绝缘拉杆6、从上到下依次设置的进线端1、真空灭弧室3和出线端4，上述部件外侧固封有固封树脂2，出线端4上连接有软铜排5，真空灭弧室3内设有与进线端1和软铜排5分别连接的静触头和动触头；
36.箱体200与固封极柱100底部通过螺栓固定连接安装；
37.永磁驱动机构300安装于箱体200内，包括动铁芯20、合闸超程弹簧10、圆筒结构的合闸弹簧座18、与绝缘拉杆6下端螺纹连接的顶杆16和从上到下依次连接安装的上端盖19、套筒21和下端盖15，上端盖19左右两侧分别通过连接板9与箱体200侧壁连接安装；合闸弹簧座18滑动插装于上端盖19中部，合闸弹簧座18底部与动铁芯20连接安装；合闸超程弹簧10设置于合闸弹簧座18内部，且其上下两端分别与顶杆16底端和动铁芯20抵接；套筒21内还安装有对动铁芯20分别具有上、下电磁驱动力的合闸线圈11和分闸线圈23，合闸线圈11和分闸线圈23呈上下设置。
38.合闸线圈11和分闸线圈23分别通电，可实现对动铁芯20的上、下吸合，从而通过顶杆16、绝缘拉杆6实现动、静触头的闭合和分离，实现快速的分合闸动作。在合闸过程中，合闸线圈11通电，动铁芯20向上吸合，动铁芯20带动合闸弹簧座18向上移动，并同时对合闸超程弹簧10压缩，有效缓冲合闸撞击的动能，降低合闸弹跳，保证触头使用寿命；合闸超程弹簧10通过顶杆16、绝缘拉杆6对动触头具有一定的向上压紧力，保证动、静触头闭合的可靠性，且能提供合理的超程距离，以适用于全寿命周期内的磨损余量；合闸超程弹簧10集成到箱体200内的永磁驱动机构300中，可以直观、便捷、精准的调整触头预紧力以及超程范围，无需使用内窥镜，通过顶杆16相对绝缘拉杆6螺纹转动实现调节。在合闸状态下，分闸线圈23通电，动铁芯20向下吸合，合闸超程弹簧10具有较大蓄能量，提供初始的分闸动力，保证较快的分闸速度，缩短分闸时间。整体结构简单，实现容易，实用性好。
39.如图4-5所示，下端盖15中部安装有圆筒结构的分闸弹簧座24，分闸弹簧座24内安装有对动铁芯20弹性支撑的分闸缓冲弹簧22。在分闸过程中，动铁芯20向下移动，通过分闸
缓冲弹簧22对动铁芯20弹性支撑，可以有效降低动铁芯20下端面与下端盖15接触时的速度，消耗分闸动能，避免强烈撞击和损坏部件，防止反弹，保证使用寿命；且在合闸初始状态，分闸缓冲弹簧22具有较高的蓄能量，可提供初始的合闸动力，大大提高合闸速度，缩短合闸时间。
40.如图4-5所示，分闸缓冲弹簧22上端设有阶梯凸台状的分闸缓冲块14，分闸弹簧座24上端向内翻折有对分闸缓冲块14向上移动限位的翻边。通过分闸缓冲块14传递动铁芯20对分闸缓冲弹簧22的压力，且通过翻边对阶梯凸台状的分闸缓冲块14进行向上方向限位，防止分闸缓冲块14向上滑脱出，保证可靠的缓冲和蓄能。在分闸状态下，翻边下表面与分闸缓冲块14下部凸台上表面间距为e，即e为分闸缓冲块14的可运行距离(分闸缓冲弹簧22的伸缩距离)。
41.如图4-5所示，下端盖15下侧通过螺栓安装有对分闸缓冲弹簧22下端支撑的固定端盖25。固定端盖25上侧中部插装于分闸弹簧座24底部，起到定位安装作用，且各个部件分体式设计，加工制造容易，拆装便捷，检修方便。
42.如图4-5所示，本机构还包括滑动套设于顶杆16上部的缓冲配重块7，上端盖19上部环形阵列设有若干个对缓冲配重块7竖直滑动导向的导向件；合闸弹簧座18上部安装有用于对缓冲配重块7支撑的支撑块8，支撑块8旋装于合闸弹簧座18上部内圈，且支撑块8滑动套装于顶杆16外侧，顶杆16下端设有凸台。在合闸状态时，支撑块8底面与顶杆16下部凸台的上表面距离为d，d即为超程距离，用于为触头提供安全可靠的压力和全寿命周期内的磨损余量。当合闸过程中，在动、静触头接触前，支撑块8对缓冲配重块7产生撞击，对动铁芯20、合闸弹簧座18、顶杆16、绝缘拉杆6和动触头实现一定量的降速，在动、静触头接触的瞬间，速度降到真空灭弧室3允许的范围值以内，既能提高整体使用寿命，又能有效消除合闸弹跳。缓冲配重块7下侧开设有与导向件滑动配合的导向孔，通过导向件与导向孔滑动配合，可实现缓冲配重块7上下移动的顺畅性和精确性；在合闸状态，导向孔顶面与导向件顶部距离为b，为预留空间。
43.其中，如图4-5所示，导向件上设有对缓冲配重块7向下移动限位的限位件。通过限位件对缓冲配重块7向下移动的位置进行限位，在分闸状态时，支撑块8与缓冲配重块7间距为f，保证在动、静触头即将接触前，支撑块8才与缓冲配重块7撞击，既能保证撞击前较快的合闸速度，又能大大降低临近合闸状态时的瞬时速度。
44.其中，导向件为导向定位螺柱17，限位件为螺母，导向定位螺柱17旋接安装于上端盖19上侧，螺母旋接安装于导向定位螺柱17上，可便于拆装和上下调节。在合闸状态，螺母上表面与缓冲配重块7下表面距离为a，a为合闸撞击开始距离，a小于b。其中，h＝a+d+(2～4mm)＝a+f。
45.其中，箱体200上壁下侧设有对缓冲配重块7撞击进行缓震的橡胶垫圈。在合闸过程中，支撑块8对缓冲配重块7撞击时，通过橡胶垫圈对缓冲配重块7缓震，避免缓冲配重块7直接与箱体200上壁碰撞，保证使用的安全性和可靠性。
46.如图4-5所示，合闸线圈11与分闸线圈23之间设有紧贴套筒21内壁的磁瓦12，磁瓦12内侧设有过渡铁环13。磁瓦12为永久磁铁，合闸弹簧座18为不锈钢非导磁材料，有效避免与合闸部位串磁。磁瓦12与过渡铁环13、动铁芯20、上端盖19、套筒21共同组成合闸磁路，在合闸线圈11得电时，动铁芯20上表面与上端盖19下表面形成强大的磁吸力，此时合闸超程
弹簧10具有一个向下的推力，此时的磁吸力减去合闸超程弹簧10的推力即为合闸净保持力。磁瓦12与过渡铁环13、动铁芯20、下端盖15、套筒21共同组成分闸磁路，在分闸线圈23得电时，动铁芯20下表面与下端盖15上表面形成强大的磁吸力，此时分闸缓冲弹簧22具有一个向上的推力，还有动触头反力(复原弹力)，此时的磁吸力减去分闸缓冲弹簧22的推力和动触头反力，即为分闸净保持力。
47.如图6-7所示，合闸线圈11包括合闸线圈骨架1101、缠绕在合闸线圈骨架1101上的合闸主线圈1103和分闸辅助线圈1102，合闸主线圈1103匝数远大于分闸辅助线圈1102匝数；分闸线圈23包括分闸线圈骨架2301、缠绕在分闸线圈骨架2301上的分闸主线圈2303和合闸辅助线圈2302，分闸主线圈2303匝数远大于合闸辅助线圈2302匝数。合闸主线圈1103a+b-和分闸主线圈2303c+d-匝数多，合闸辅助线圈2302c+d-和分闸辅助线圈1102a+b-匝数少。为实现快速开关的高速分合闸特性，在主线圈内侧设置辅助线圈，即在一个线圈骨架内安排两个线圈，一个为主线圈，一个为辅助线圈。主线圈需要很大的驱动力，线圈匝数多，电阻和电感大，在同样的驱动电流下，得电后的反应速度慢；辅助线圈仅需克服分合闸保持力，无需很大的驱动力，可以做到线圈匝数最少，电阻电感小，在同样的驱动电流下，得电后的反应速度非常快。在分合闸时配合使用，会得到非常高的分合闸速度，有效缩短分合闸时间。
48.如图4-5所示，动铁芯20下部滑动套装于分闸弹簧座24上部；动铁芯20结构为筒状结构，且其内部中间设有横向的隔板，动铁芯20质量轻，导磁合理；动铁芯20上部与合闸弹簧座18下部固定套装，隔板对合闸超程弹簧10底部进行支撑。在动铁芯20合分闸移动过程中，通过上端盖19对合闸弹簧座18竖直滑动导向和通过分闸弹簧座24对动铁芯20竖直滑动导向，保证动铁芯20上下移动的精确性和稳定性。在合闸状态下，分闸缓冲块14上表面与动铁芯20隔板的间距为c。
49.其中，动铁芯20内部的隔板中部、分闸缓冲块14中部、固定端盖25中部分别设有对应的通孔。保证内部空间与外界连通，避免内部产生高压，保证使用的可靠性、稳定性、精确性和安全性。
50.本柔性快速断路器驱动机构具体动作如下：
51.图5为分闸状态示意图，e为分闸缓冲块14可运行距离，此时分闸缓冲弹簧22处于最大储能状态，合闸超程弹簧10处于初始储能位置。合闸时，对合闸主线圈1103a+b-和合闸辅助线圈2302c+d-同时通直流电，由于合闸辅助线圈2302c+d-电阻电感小，反应速度快，驱动力瞬间提升至最大，克服分闸保持力，在刚刚脱落分闸接触面的时候，分闸缓冲弹簧22储能瞬间释放，通过分闸缓冲块14向动铁芯20提供非常大的推力，这两个力(驱动力和推力)叠加，将动铁芯20、绝缘拉杆6等运动部件提前动作并加速。此时合闸主线圈1103a+b-的驱动力也将达到峰值，为已经加速的运动部件提供强大持续的推力。在分闸状态下，缓冲配重块7与支撑块8之间设定距离为f，f小于触头开距，触头开距为a+(2～4mm)，行程h等于触头开距+超程距离d。在开关动触头与静触头即将接触时(间距为2～4mm)，支撑块8和缓冲配重块7接触撞击减速，在动、静触头接触后，合闸超程弹簧10又起到缓冲和储能作用。这样可达到开关允许的速度，在实现高速合闸的前提下，既大大提高了开关寿命，又消除了合闸弹跳。
52.图4为合闸状态示意图，此时合闸超程弹簧10处于最大储能状态，分闸缓冲弹簧22
处于初始储能位置；c为分闸缓冲起始距离。分闸时，对分闸主线圈2303c+d-和分闸辅助线圈1102a+b-同时通直流电，由于分闸辅助线圈1102a+b-电阻电感小，反应速度快，驱动力瞬间提升至最大，克服合闸保持力，在刚刚脱落接触面的时候，合闸超程弹簧10储能瞬间释放，向动铁芯20提供非常大的推力，这两个力(驱动力和推力)叠加，将动铁芯20、绝缘拉杆6等运动部件提前动作并加速。此时分闸主线圈2303c+d-的驱动力也将达到峰值，为已经加速的运动部件提供强大持续的推力。当合闸状态时，分闸缓冲块14与动铁芯20之间距离为c，分闸缓冲块14在合闸到分闸状态的运行距离e设置为3-4mm，既不影响分闸速度，又有实质缓冲作用。在动铁芯20与分闸缓冲块14接触后，分闸缓冲弹簧22起到缓冲和储能作用。在实现高速分闸的前提下，既大大提高了永磁驱动机构的寿命，又消除了分闸反弹。
53.本柔性快速断路器驱动机构，整体结构简单，实现容易，实用性好。合闸线圈和分闸线圈分别通电，可实现对动铁芯的上、下吸合，从而通过顶杆、绝缘拉杆实现动、静触头的闭合和分离，实现快速的分合闸动作。在合闸过程中，合闸线圈通电，动铁芯向上吸合，动铁芯带动合闸弹簧座向上移动，并同时对合闸超程弹簧压缩，有效缓冲合闸撞击的动能，降低合闸弹跳，保证触头使用寿命；合闸超程弹簧通过顶杆、绝缘拉杆对动触头具有一定的向上压紧力，保证动、静触头闭合的可靠性，且能提供合理的超程距离，以适用于全寿命周期内的磨损余量；合闸超程弹簧集成到箱体内的永磁驱动机构中，可以直观、便捷、精准的调整触头预紧力以及超程范围，无需使用内窥镜，通过顶杆相对绝缘拉杆螺纹转动实现调节。在合闸状态下，分闸线圈通电，动铁芯向下吸合，合闸超程弹簧具有较大蓄能量，提供初始的分闸动力，保证较快的分闸速度，缩短分闸时间。
54.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同、相似部分互相参见即可。
55.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“上”、“下”、“外侧”“内侧”等如果存在是用于区别位置上的相对关系，而不必给予定性。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
56.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。