一种快速开关双稳态磁力操动机构的制作方法

本发明涉及一种高速开关分合闸，具体设计一种快速开关双稳态磁力操动机构。

背景技术：

开关是电气线路中最普遍的部件之一。快速开关以其优异的性能在电力系统中的应用越来越多。目前的快速开关大多为机械开关或半机械开关；半机械开关多是通过电磁力与弹簧弹力配合进行分合闸和保持，但是由于弹簧的弹力保持不稳定导致快速开关在分闸状态时真空管内保持力非常弱，而且快速开关在分合闸时，改变原有状态的过程中需要克服弹簧的保持力，因此会使提供的分合闸动力中的一部分被抵消掉，导致分合闸动力减弱，最终造成快速开关的合闸性能相对较差；针对上述不足所设计的快速开关往往难以兼顾高速分合闸和稳定性。

因此需要提供一种结构简单、分合闸速度快、稳定性好、可靠性高并且可以实现电动分合闸的新型高速电磁机构来满足现有技术的需求。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本申请人设计了一种快速开关双稳态磁力操动机构。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明提供了一种快速开关双稳态磁力操动机构，该开关包括动铁芯、电磁线圈、永磁体和外壳，所述外壳为柱状外壳；所述电磁线圈设于所述动铁芯的侧面与所述外壳间；所述永磁体包括分别设于所述动铁芯上、下方且极性反向的上永磁体和下永磁体；所述铁芯设有与其同轴心的导柱。

优选的，所述外壳的两端分别设有端盖；所述端盖设有与其同心的凹槽；所述凹槽截面的大小与所述永磁体的截面相匹配；所述凹槽的深度小于所述永磁体的高度。

优选的，所述上永磁体高出所述上端盖的凹槽的部分外侧套设有环状无磁外衬套，起到聚磁和保护永磁体的作用。

优选的，所述上永磁体与所述电磁线圈间填充软磁合金定铁。

优选的，所述上永磁体下表面设有位于所述动铁芯上方的软磁合金定铁。

优选的，所述下永磁体上表面设有位于所述动铁芯下方的气隙隔板。

优选的，所述气隙隔板与所述电磁线圈间设有磁轭。

优选的，所述动铁芯的高度小于其上方的软磁合金定铁与其下方的气隙隔板之间的距离。

优选的，所述上永磁体、所述下永磁体、所述气隙隔板和位于所述动铁芯上方的软磁合金定铁分别设有供导柱通过的通孔。

优选的，所述端盖设有供导柱通过的通孔。

优选的，所述动铁芯的材质包括下述按质量百分比计的组分：

co：31-35、cu：1.5-2、si：8-12、b：10-15、ti：5-8、sc：1-3、，其余为铁及少量不可避免的杂质。

优选的，所述动铁芯的材质包括铌、钼、钒、锆中一种或多种，其质量百分比为6～8％。

与最接近现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的技术方案，线圈通电之后所产生的的磁场会使动铁芯产生磁性，且其磁性可通过不同方向的电流控制；动铁芯上下两端极性不同，而上永磁体下端和下永磁体上端的极性相同，因此所述动铁芯会受到来自上永磁体和下永磁体两个同方向的力，其中一个为吸力，一个为斥力；开关在分合闸任一状态时均可通过两块永磁体实现双保持、双稳态，克服了常规单稳态永磁机构在合分闸状态时真空灭弧室内保持力弱的缺点，增强了快速开关整体的可靠性和稳定性；且分合闸动作时，只需改变线圈电流方向，则其原状态保持力瞬间消失，同时产生动作力，且为双动力，简化了单稳态永磁机构中的弹簧结构从而免去了提供克服弹簧反力的动力，合闸速度大幅度提升，极大的提高了开关的合闸性能，合闸时间可以达3ms以内，实现了开关高速双稳态的良好性能和电动分合闸功能。

2、本发明提供的技术方案，上永磁体下表面的软磁合金定铁和下永磁体上表面的气隙隔板能够有效防止动铁芯运动过程中与永磁体发生直接碰撞，大大提高了动铁芯使用过程中的质量保证和使用寿命；同时又不影响动铁芯和永磁体之间的吸引力或排斥力，对动铁芯的动作提供了强有力的保障。

3、本发明提供的技术方案，动铁芯的材质能够使其在线圈通电之后瞬间产生强有力的磁性，对保持力和动作力起到了最基础的支持。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1：本发明提供的快速开关双稳态磁力操动机构装置的结构图；

图2：合闸动作示意图；

其中：1-上端盖、2-壳体、3-下端盖、4-上永磁体、5-下永磁体、6-动铁芯、7-导柱、8-线圈、9-无磁外衬套、10-软磁合金定铁、11-磁轭、12-气隙隔板、13-气隙。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明提供了一种快速开关双稳态磁力操动机构，该装置包括柱状外壳2、分别设置在外壳2两端的上端盖1和下端盖3、分别固定连接于上端盖1和下端盖3内壁的上永磁体4和下永磁体5，贴合外壳中部内壁的电磁线圈8、设在电磁线圈轴线的动铁芯6、分别设于所述动铁芯6的上端和下端的且与其轴心的导柱7；所述导柱7分别贯通上端盖1和下端盖3。

所述上永磁体4与所述下永磁体5的磁极反向。

线圈8通电之后所产生的的磁场会使动铁芯6产生磁性，且其磁性可通过不同方向的电流控制；动铁芯6上下两端极性不同，而上永磁体4下端和下永磁体5上端的极性相同，因此所述动铁芯6会受到来自上永磁体4和下永磁体5两个同方向的力，其中一个为吸力，一个为斥力；开关在分合闸任一状态时均可通过两块永磁体实现双保持、双稳态，克服了常规单稳态永磁机构在合分闸状态时真空灭弧室内保持力弱的缺点，增强了快速开关整体的可靠性和稳定性；且分合闸动作时，只需改变线圈8电流方向，则其原状态保持力瞬间消失，同时产生动作力，且为双动力，简化了单稳态永磁机构中的弹簧结构从而免去了提供克服弹簧反力的动力，合闸速度大幅度提升，极大的提高了开关的合闸性能，合闸时间可以达3ms以内，实现了开关高速双稳态的良好性能和电动分合闸功能。

所述上端盖1和所述下端盖3分别设有与其同心的凹槽；所述凹槽的直径分别等于所述上永磁体4和所述下永磁体5的直径；所述凹槽的深度分别小于所述上永磁体4和所述下永磁体5的高度。

所述上永磁体4高出所述上端盖1的凹槽的部分外侧套设有环状无磁外衬套9。

所述上永磁体4与所述电磁线圈8间填充软磁合金定铁10。

所述上永磁体4下表面设有位于所述动铁芯6上方的软磁合金定铁10。

所述下永磁体5上表面设有位于所述动铁芯6下方的气隙隔板12。

所述气隙隔板12与所述电磁线圈8间设有磁轭11。

上永磁体4下表面的软磁合金定铁10和下永磁体5上表面的气隙隔板12能够有效防止动铁芯6运动过程中与永磁体发生直接碰撞，大大提高了动铁芯使用过程中的质量保证和使用寿命；同时又不影响动铁芯6和永磁体之间的吸引力或排斥力，对动铁芯的动作提供了强有力的保障。

所述动铁芯6的高度小于其上方的软磁合金定铁10与其下方的气隙隔板12之间的距离，动铁芯上方或下方存在气隙13。

所述上端盖1、所述下端盖3、所述上永磁体4、所述下永磁体5、所述软磁合金定铁10和所述气隙隔板12的中心位置分别设有供导柱7通过通孔。

所述动铁芯6的材质包括下述按质量百分比计的组分：

co：31-35、cu：1.5-2、si：8-12、b：10-15、ti：5-8、sc：1-3、，其余为铁及少量不可避免的杂质。

所述动铁芯6的材质包括铌、钼、钒、锆中一种或多种，其质量百分比为6～8％。

动铁芯的材质能够使其在线圈通电之后瞬间产生强有力的磁性，对保持力和动作力起到了最基础的支持。

如图2所示，当线圈8通电之后，根据右手定则和其绕线放线，动铁芯6下端为n极，上端为s极，所述上永磁体4下端和所述下永磁体5的上端都为n极，因此通电之后下永磁体5与动铁芯6下端之间同极相斥，动铁芯6受到方向向上的斥力；上永磁体4与动铁芯6上端异极相吸，动铁芯6受到方向向上的吸力，两个方向相同的力相互叠加，动铁芯6向上运动且，并且只要电流方向不变，就会被上述两个力一直保持在合闸状态。

最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。