永磁操動機構專利技術綜述

錢玉萍

【摘要】永磁操動機構因為零部件數量少、高可靠性、出力特性與真空斷路器反力特性配合良好等優點，受到了世界各國的普遍關注。本文主要從專利文獻的視角對永磁操動機構技術的發展進行簡要分析。

【關鍵詞】永磁操動機構 穩態 線圈 發展路線

一、前言

永磁操作機構工作時運動部件少，無需機械脫扣、鎖扣裝置，故障源少，具有較高可靠性。本文即從專利文獻角度對國內外永磁操動機構的發展進行了簡要介紹。

二、永磁操動機構概況

永磁操動機構將電磁線圈和永久磁鐵合理的結合在一起，由永久磁鐵實現機構終端位置的保持，由電磁線圈提供操動能量，與永久磁鐵一起實現斷路器的分合閘操作，從而實現了傳統斷路器操動機構的全部功能。

1、永磁操動機構從結構上大體可分為三種：雙線圈式永磁機構，單線圈式永磁機構和分離磁路式永磁機構。雙線圈式永磁機構是采用永久磁鐵使真空斷路器分別保持在分閘和合閘的極限位置上，使用一個激勵線圈將機構的鐵芯從分閘位_置推動到合閘位置，使用另一激勵線圈將機構的鐵芯從合閘位置推動到分閘位置。單線圈式永磁機構也是采用永久磁鐵使真空斷路器分別保持在分閘和合閘極限位置上，但分合閘共用一個激勵線圈。

2、永磁機構按原理分為單穩態和雙穩態兩種。雙線圈式永磁機構優點：一為在進行合閘時，不需給分閘提供能量；二為在合閘位置時，永久磁鐵只需提供克服觸頭彈簧的力，而不包括分閘彈簧的力。單線圈式永磁機構優點：一為分閘時靠分閘彈簧和觸頭彈簧釋放的能量動作；二為分合閘共用一個操作線圈，結構較簡單，體積較小，更適合戶外封閉式箱體內安裝。分離磁路式永磁機構的優點：一為兩個激磁線圈和永磁體有各白的磁路，有利于分別對各個磁路進行結構優化；二為能用較少的永磁材料提供較大的合閘保持力。

三、國內外永磁操動機構發展概況

3.1 永磁操動機構國外發展線路

永磁操動技術在國外真正的興起于上世紀90年代，它采用新的工作原理，工作時的運動部件只有一個，與彈簧機構比較，零件大幅度減少，是操動機構上的一次革命。1976年MITSUBISHI FJIECTRIC CORP公司申請了第一個通過永磁鐵、線圈和彈簧來控制真空斷路器的分合閘狀態的專利（申請號為JP昭5l-1026A）申請，其提出一種簡化的真空斷路器操作機構，通過將絕緣桿連接于彈簧，經過連桿機構連接于電磁控制機構，其中通過一個激勵線圈將機構的鐵芯從合閘位置推動到分閘位置以控制真空斷路器的分閘操作，通過另一激勵線圈將機構的鐵芯從分閘位置推動到合閘位置以控制真空斷路器的合閘操作，并通過彈簧提供斷路器在分閘位置的保持力，該操作機構應該是永磁操動機構的雛形。事實上，國外永磁操作機構的研究開始于20世紀80年代末，1992年前后，永磁機構技術開始在英國工業應用。1995年Whipp&Bourne公司進一步改進了結構，并于1995年11月提交發明專利申請（申請號為GB9523440），該篇申請其提出了通過永久磁鐵組產生的力克服彈簧力以移動柱塞實現合閘操作，而且分合閘共用一個線圈，并通過彈簧力保持，

3.2 永磁操動機構國內發展線路

據統汁最早的是沈陽工業大學于2001年申請了關于永磁操動機構的第一個專利申請（申請號為CN01250948），提出了一種永磁加彈簧的新型結構的操作機構，可實現合閘時永磁保持，不需機械鎖扣，分閘時采用彈簧驅動，具有較高初始加速度的特點，并且可實現選相分閘操作。西安交通大學于2003年提出了關于非對稱式雙線圈永磁式探動機構的專利申請（專利申請號為CN200310105896），解決了真空斷路器的永磁機構在分閘、合閘位置的保持力不能與實際要求相匹配的問題。沈陽工業大學于2010年申請了關于三穩態永磁操動機構的專利申請（專利申請號為CN201010566455），屬技術的革新。其結構主要由驅動桿、永久磁鐵、主電源合閘線圈、備用電源合閘線圈、主電源輔助分閘線圈、備用電源輔助分閘線圈、動鐵心、三穩維持彈簧和導磁塊組成。

四、結語

本文分析了國內外永磁操動機構的概況，國外該技術領域的技術成熟度要高于國內，就國內發展來說，要繞開國外公司的專利壁壘，開辟新的途徑是比較困難的。雖然國內一些企業和科研院校已將永磁操動機構作為研制和開發的重點，但要取得突出的進展還需投入更多精力。