一种磁性可控结构件及开关操作机构及制造方法技术

本发明专利技术公开了一种磁性可控结构件，包括上铁芯罐、下铁芯罐、线圈骨架以及线圈，上铁芯罐和下铁芯罐的材料为铬12合金钢。本磁性可控结构件使用一种新型复合金属合金结构钢材料，替代原有的采用硬磁材料永磁铁或半硬磁材料的磁性可控结构件，具有较高的居里温度，较原有永磁铁高温点参数提升；同时，铬12合金钢材料的低温效应，又具有硬磁材料原有的良好的负温工作性能，使本结构件的温度综合特性大大提升；其磁化和消磁变化属于材料本身的属性互逆控制运动，不属于两种物体间的互斥控制运动，克服了原有结构件采用硬磁材料的退磁缺陷；其分闸速度基本不受无关阻力影响，提升了结构件的分离速度，提高工作的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性可控结构件及开关操作机构及制造方法
本专利技术涉及磁性可控结构件，尤其涉及一种磁性可控结构件及开关操作机构及制造方法。
技术介绍
永磁材料(包括半硬磁化)在工业内应用广泛，以电力开关操作机构为主要应用对象。现有的永磁材料电力开关操作机构基本结构为一上下分离的动罐体和静罐体，其侧壁附着有永磁铁，内部设有励磁线圈；该机构能够以一定的行程径向开合，以带动开关做合、分闸操作。当需要其闭合动作时，对励磁线圈通电，励磁线圈会产生磁化力与原有永磁铁力方向一致的力，带动动罐体向静罐体方向运动，上下罐体闭合，同时给内部分离弹簧压缩储能，磁化线圈断电后，上下罐体靠原有永磁铁磁力(或磁化剩余力)吸住达到保持的目的；当开关操作机构需要分离动作时，对励磁线圈反向通电，励磁线圈产生的磁化力与原有永磁铁力(磁化剩余保持力)方向相反，在开关操作机构通电电磁磁化过程中，开关操作机构整体的磁力正负达到过零分界时，上下罐体被内部分离弹簧顶开，上下罐体体分离至预设位置。永磁体材料包括半硬磁材料和硬磁材料，由于半硬磁材料基本属于铁氧基磁铁，工作温度-20摄氏度至80摄氏度，既有高温退磁也有低温退磁特性，受温度参数影响大，磁力造成的控制力不稳定，因此开关机构普遍使用的永磁铁为硬磁材料，如钕铁硼等，其性能佳，但材料居里温度低，工作温度性能不佳，高温下使用磁损失较大；并且，其最高温度较低，一般为80摄氏度，即使经过特殊处理的磁铁，其最高温度也处于200摄氏度以下。线圈每次运动的反向磁化对原有磁铁的磁性有退磁作用，降低了系统控制的可靠性，将磁性材料放入一反复变化的磁场中，其H场的强度超过材料的矫顽力，然后再慢慢的将材料移出磁场，或慢慢的将磁场强度降到零。若磁铁放在磁场强度大于矫顽力的反向磁场中，磁铁可能会部份退磁。例如，锤打和撞击：力学上的扰动会打乱其磁畴，也会减少其部份磁性。断路器开关的分合机构，其合闸运动相当于机构磁力加强正向磁化控制，分闸运动相当于整体机构磁力反向磁化，导致的磁力得到衰减，对硬磁材料的永磁体，开合机构频繁控制运动其实是对其的一个反复反向磁化过程，随着次数以及时间的增多，结构体原有的设计磁力势必会逐渐减小，造成系统控制的可靠性降低。结构件分闸速度技术指标受到原有永磁力的影响，在刚起步一定时间内，机构运动的速度受限，无法快速提升，影响整体机构的控制指标，其运动受力分析如下：FCB：永磁铁磁保持力、FHC：合闸电磁力、FFZH：分离弹簧力、FH：合闸动作力、FF：分闸动作力。机构合闸运动：FH＝FCB(电磁力)+FHC(永磁力)-FFZH(压缩分离弹簧储能)；机构分闸运动：FF＝FCB(电磁力)-FHC(永磁力)+FFZH(压缩分离弹簧储能)；由上述机构分闸运动力公式可知，采用永磁铁设计的开合机构，电磁力+永磁力+正向电磁力做合闸操作，永磁力+反向电磁力+分离弹簧释放力做分闸操作；该永磁力为磁铁吸引力的大小与磁铁所产生的磁场强度和磁极强度成正比：F＝mH，其中m为磁极强度，H为磁场强度，而磁极所产生的磁场强度与距离r的3次方成反比；因此机构分闸运动时，永磁铁吸力不是一下由1到0的过程，而是随着距离的增加吸力会逐渐减小直至为零，尤其是机构刚开始分闸运动时，永磁铁的吸力对机构运动起到阻尼作用，使结构体分闸的速度难以在开始时快速提升，而开关断路器分合机构的刚分速度越大越好，刚分速度大，才利于开关快速运动使燃弧熄灭，以快速隔离故障从而提高供电的可靠性。
技术实现思路
为克服现有技术的缺点，本专利技术目的在于提供一种稳定性强、工作性能佳、可靠性强的的磁性可控结构件及开关操作机构及制造方法。本专利技术通过以下技术措施实现的，包括上铁芯罐、下铁芯罐、线圈骨架以及线圈，所述上铁芯罐和所述下铁芯罐的材料为铬12合金钢。作为一种优选方式，制成所述上铁芯罐和所述下铁芯罐的材料包括以下原料配比的材料：铁73％～85％、碳2.00％～2.30％、硅≤0.4％、锰≤0.4％、氘0.02％、琉≤0.03％、铬11.5％～13.00％、铜≤0.30％。作为一种优选方式，所述上铁芯罐和所述下铁芯罐的材料包括以下原料配比的材料：碳2.12％、硅0.21％、锰0.23％、氘0.02％、琉0.004％、铬12.15％、钼0.02％、钛0.08％、铝0.02％、镍0.11％、铜0.05％。作为一种优选方式，所述上铁芯罐和所述下铁芯罐为一圆柱体，所述上铁芯罐和所述下铁芯罐的中部开设有通孔且内侧开设有环形槽。本专利技术提供的一种磁性可控结构件，使用一种新型复合金属合金结构钢材料，替代原有的采用硬磁材料永磁铁或半硬磁材料设计的磁性可控结构件，具有较高的居里温度，较原有永磁铁高温点参数提升，避免了原有结构件高温运行性能不佳的局限性；同时，铬12合金钢材料的低温效应，又具有硬磁材料原有的良好的负温工作性能，使本结构件的温度综合特性大大提升；并且，使用铬12合金钢材料，其磁化和消磁变化属于材料本身的属性互逆控制运动，不属于两种物体间的互斥控制运动，克服了原有结构件采用硬磁材料的退磁缺陷；本结构件做分离运动时，磁化保持力瞬间消失，其分闸速度基本不受无关阻力影响，极大的提升了结构件的分离速度，提高工作的稳定性和可靠性。一种制造上述任一磁性可控结构件的制造方法，包括以下步骤：(1)机加工：使用铬12合金钢棒料对所述上铁芯罐和所述下铁芯罐加工成型；(2)机加件热处理：对加工完成的所述上铁芯罐和所述下铁芯罐进行第一次淬火，加热温度1150℃～1200℃，冷却剂采用油；进行第二次淬火，加热温度950℃～1100℃；回火，加热温度800℃～850℃；热处理后的所述上铁芯罐和所述下铁芯罐抗拉强度不低于980σb/MPa，屈服点不低于785σs/MPa；(3)平面研磨处理：对采用磨光机对热处理后的所述上铁芯罐和所述下铁芯罐的上表面及下表面研磨处理，研磨后的所述上铁芯罐和所述下铁芯罐的内侧面平整粗糙度不低于Ra1.6；(4)氧化处理：对所述上铁芯罐和所述下铁芯罐做防锈、防腐氧化发黑处理；(5)线圈及骨架设计：依据参数计算选择适配的线圈并设计相适配的线圈骨架。一种开关操作机构，包括上述任一磁性可控结构件、行程间隔柱、连接件以及分离弹簧。作为一种优选方式，所述连接件包括包括动法兰和静法兰，所述行程间隔柱设于所述动法兰和所述静法兰之间。作为一种优选方式，所述动法兰包括一固定盘和一活动盘，所述固定盘通过所述行程间隔柱与所述静法兰连接，所述活动盘活动连接于所述固定盘的下方，所述活动盘用于与所述上铁芯罐连接。本专利技术提供的一种开关操作机构，使用一种新型复合金属合金结构钢材料，替代原有的采用硬磁材料永磁铁或半硬磁材料设计的磁性可控结构件，具有较高的居里温度，较原有永磁铁高温点参数提升，避免了原有机构高温运行性能不佳的局限性；同时，铬12合金钢材料的低温效应，又具有硬磁材料原有的良好的负温工作性能，使本机构的温度综合特性大大提升；并且，使用铬12合金钢材料，其磁化和消磁变化属于材料本身的属性互逆控制运动，不属于两种物体间的互斥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性可控结构件，其特征在于，包括上铁芯罐、下铁芯罐、线圈骨架以及线圈，所述上铁芯罐和所述下铁芯罐的材料为铬12合金钢。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁性可控结构件，其特征在于，包括上铁芯罐、下铁芯罐、线圈骨架以及线圈，所述上铁芯罐和所述下铁芯罐的材料为铬12合金钢。


2.根据权利要求1所述的一种磁性可控结构件，其特征在于，制成所述上铁芯罐和所述下铁芯罐的材料包括以下原料配比的材料：铁73％～85％、碳2.00％～2.30％、硅≤0.4％、锰≤0.4％、氘0.02％、琉≤0.03％、铬11.5％～13.00％、铜≤0.30％。


3.根据权利要求2所述的一种磁性可控结构件，其特征在于，所述上铁芯罐和所述下铁芯罐的材料包括以下原料配比的材料：碳2.12％、硅0.21％、锰0.23％、氘0.02％、琉0.004％、铬12.15％、钼0.02％、钛0.08％、铝0.02％、镍0.11％、铜0.05％。


4.根据权利要求1所述的一种磁性可控结构件，其特征在于，所述上铁芯罐和所述下铁芯罐为一圆柱体，所述上铁芯罐和所述下铁芯罐的中部开设有通孔且内侧开设有环形槽。


5.一种制造权利要求1-4任一所述磁性可控结构件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)机加工：使用铬12合金钢棒料对所述上铁芯罐和所述下铁芯罐加工成型；(2)机加件热处理：对加工完成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彦武，
申请(专利权)人：深圳市粤能电气有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44