永磁操动机构专利技术综述

钱玉萍

【摘要】永磁操动机构因为零部件数量少、高可靠性、出力特性与真空断路器反力特性配合良好等优点，受到了世界各国的普遍关注。本文主要从专利文献的视角对永磁操动机构技术的发展进行简要分析。

【关键词】永磁操动机构 稳态 线圈 发展路线

一、前言

永磁操作机构工作时运动部件少，无需机械脱扣、锁扣装置，故障源少，具有较高可靠性。本文即从专利文献角度对国内外永磁操动机构的发展进行了简要介绍。

二、永磁操动机构概况

永磁操动机构将电磁线圈和永久磁铁合理的结合在一起，由永久磁铁实现机构终端位置的保持，由电磁线圈提供操动能量，与永久磁铁一起实现断路器的分合闸操作，从而实现了传统断路器操动机构的全部功能。

1、永磁操动机构从结构上大体可分为三种：双线圈式永磁机构，单线圈式永磁机构和分离磁路式永磁机构。双线圈式永磁机构是采用永久磁铁使真空断路器分别保持在分闸和合闸的极限位置上，使用一个激励线圈将机构的铁芯从分闸位_置推动到合闸位置，使用另一激励线圈将机构的铁芯从合闸位置推动到分闸位置。单线圈式永磁机构也是采用永久磁铁使真空断路器分别保持在分闸和合闸极限位置上，但分合闸共用一个激励线圈。

2、永磁机构按原理分为单稳态和双稳态两种。双线圈式永磁机构优点：一为在进行合闸时，不需给分闸提供能量；二为在合闸位置时，永久磁铁只需提供克服触头弹簧的力，而不包括分闸弹簧的力。单线圈式永磁机构优点：一为分闸时靠分闸弹簧和触头弹簧释放的能量动作；二为分合闸共用一个操作线圈，结构较简单，体积较小，更适合户外封闭式箱体内安装。分离磁路式永磁机构的优点：一为两个激磁线圈和永磁体有各白的磁路，有利于分别对各个磁路进行结构优化；二为能用较少的永磁材料提供较大的合闸保持力。

三、国内外永磁操动机构发展概况

3.1 永磁操动机构国外发展线路

永磁操动技术在国外真正的兴起于上世纪90年代，它采用新的工作原理，工作时的运动部件只有一个，与弹簧机构比较，零件大幅度减少，是操动机构上的一次革命。1976年MITSUBISHI FJIECTRIC CORP公司申请了第一个通过永磁铁、线圈和弹簧来控制真空断路器的分合闸状态的专利（申请号为JP昭5l-1026A）申请，其提出一种简化的真空断路器操作机构，通过将绝缘杆连接于弹簧，经过连杆机构连接于电磁控制机构，其中通过一个激励线圈将机构的铁芯从合闸位置推动到分闸位置以控制真空断路器的分闸操作，通过另一激励线圈将机构的铁芯从分闸位置推动到合闸位置以控制真空断路器的合闸操作，并通过弹簧提供断路器在分闸位置的保持力，该操作机构应该是永磁操动机构的雏形。事实上，国外永磁操作机构的研究开始于20世纪80年代末，1992年前后，永磁机构技术开始在英国工业应用。1995年Whipp&Bourne公司进一步改进了结构，并于1995年11月提交发明专利申请（申请号为GB9523440），该篇申请其提出了通过永久磁铁组产生的力克服弹簧力以移动柱塞实现合闸操作，而且分合闸共用一个线圈，并通过弹簧力保持，

3.2 永磁操动机构国内发展线路

据统汁最早的是沈阳工业大学于2001年申请了关于永磁操动机构的第一个专利申请（申请号为CN01250948），提出了一种永磁加弹簧的新型结构的操作机构，可实现合闸时永磁保持，不需机械锁扣，分闸时采用弹簧驱动，具有较高初始加速度的特点，并且可实现选相分闸操作。西安交通大学于2003年提出了关于非对称式双线圈永磁式探动机构的专利申请（专利申请号为CN200310105896），解决了真空断路器的永磁机构在分闸、合闸位置的保持力不能与实际要求相匹配的问题。沈阳工业大学于2010年申请了关于三稳态永磁操动机构的专利申请（专利申请号为CN201010566455），属技术的革新。其结构主要由驱动杆、永久磁铁、主电源合闸线圈、备用电源合闸线圈、主电源辅助分闸线圈、备用电源辅助分闸线圈、动铁心、三稳维持弹簧和导磁块组成。

四、结语

本文分析了国内外永磁操动机构的概况，国外该技术领域的技术成熟度要高于国内，就国内发展来说，要绕开国外公司的专利壁垒，开辟新的途径是比较困难的。虽然国内一些企业和科研院校已将永磁操动机构作为研制和开发的重点，但要取得突出的进展还需投入更多精力。