一种基于海尔贝克永磁体纵向磁场的真空灭弧室制造技术

本发明专利技术公开了一种基于海尔贝克永磁体纵向磁场的真空灭弧室，包括环形海尔贝克永磁体结构；所述环形海尔贝克永磁体结构为多个永磁体按照直线型海尔贝克阵列环绕一周形成；多个所述环形海尔贝克永磁体结构沿竖直方向套设在真空灭弧室的灭弧室外壳上形成多层海尔贝克永磁体结构，多个所述环形海尔贝克永磁体结构作用于静端电极触头和动端电极触头之间的电弧产生位置，用于给真空灭弧室提供纵向强磁场。能够在灭弧室中心区域提供超过100mT的纵向磁场。磁体套装在灭弧室外部，不会影响其内部的真空环境，还可以根据动触头动作情况上下滑动，跟随电弧中心位置，提供最有效的磁场分布。布。布。

【技术实现步骤摘要】
一种基于海尔贝克永磁体纵向磁场的真空灭弧室


[0001]本专利技术属于真空灭弧室领域，具体属于一种基于海尔贝克永磁体纵向磁场的真空灭弧室。

技术介绍

[0002]外施磁场在现代真空开关中非常常见，对于真空电弧熄灭有着重要的意义。磁场约束电弧形态、推动电弧运动、维持触头间隙中等离子体的平衡，可以显著提高真空灭弧室的短路电流开断能力。上世纪70年代，日本东芝公司成功研制了可以产生纵向磁场的触头结构，可开断电流100kA以上。然而产生纵向磁场的触头结构较复杂，机械强度问题不易解决，对触头材料和力学设计要求高。
[0003]在短路电流水平和纵磁触头设计的限制下，目前短路电流激发的纵向磁场普遍在数十mT量级。要想施加更高强度的磁场，探究强纵向磁场下真空电弧形态演变和真空灭弧室开断能力，只有电磁铁和永磁体两种方案。电磁铁需要加装大直径的铜线圈甚至超导线圈以及相应的大功率电源，结构复杂，成本较高；普通永磁体结构磁场并不更强且磁力线对外发散，高场强区域局限于磁铁表面，难以满足真空开断对空间单向强磁场的要求。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于海尔贝克永磁体纵向磁场的真空灭弧室，能够在灭弧室中心区域提供超过100mT的纵向磁场。磁体套装在灭弧室外部，不会影响其内部的真空环境，还可以根据动触头动作情况上下滑动，跟随电弧中心位置，提供最有效的磁场分布。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于海尔贝克永磁体纵向磁场的真空灭弧室，包括环形海尔贝克永磁体结构；
[0007]所述环形海尔贝克永磁体结构包括多个永磁体，多个永磁体按照直线型海尔贝克阵列环绕一周设置；
[0008]多个所述环形海尔贝克永磁体结构沿竖直方向套设在真空灭弧室的灭弧室外壳上形成多层海尔贝克永磁体结构，多个所述环形海尔贝克永磁体结构作用于静端电极触头和动端电极触头之间的电弧产生位置，用于给真空灭弧室提供纵向强磁场。
[0009]优选的，所述多层海尔贝克永磁体结构的层数为三层、四层、五层或六层。
[0010]优选的，多个所述环形海尔贝克永磁体结构之间紧密贴合，相邻两层的环形海尔贝克永磁体结构中的永磁体进行错位设置。
[0011]进一步的，错位设置的层间旋转角度在0～90
°
之间，包括0
°
和90
°
。
[0012]优选的，所述环形海尔贝克永磁体结构由多个形状、体积相同的永磁体拼接形成。
[0013]优选的，所述环形海尔贝克永磁体结构外侧设置有外壳，环形海尔贝克永磁体结构通过外壳固定在真空灭弧室的灭弧室外壳上。
[0014]进一步的，所述外壳采用黄铜、不锈钢或铁钴镍合金材料制成。
[0015]优选的，环形海尔贝克永磁体结构的内径大于灭弧室外壳的外径1mm以上。
[0016]优选的，环形海尔贝克永磁体结构的外侧设置有套箍进行固定，相邻永磁体的接触面采用粘接的连接方式。
[0017]优选的，所述环形海尔贝克永磁体结构的表面设置有镀层。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0019]本专利技术提供了一种基于强永磁体提供纵向磁场的灭弧室结构，通过将海尔贝克磁体阵列引入真空开断，使用若干永磁体组成多层环形海尔贝克阵列，通过充磁方向与磁路设计使绝大多数磁力线竖直进入环形磁体的中心区域。将其套装在灭弧室外侧，可为灭弧室中心电弧产生位置提供强纵向磁场。本专利技术的灭弧室结构无需使用大电流和线圈来维持磁场，因此不需要外部供电系统，结构简单，使用方便，性能稳定。本结构产生的纵向磁场超过100mT，远高于传统灭弧室内部磁场强度，磁场在灭弧室中心区域为均匀分布，方向性良好，有望提高灭弧室开断性能。相比已经广泛应用的排布在灭弧室两侧或十字对称的永磁体阵列，环形海尔贝克永磁体阵列的体积更小、磁场更强、分布更合理，适合为灭弧室提供磁场。
[0020]与短路电流流经纵磁触头激发磁场相比，本专利技术采用的多层环形海尔贝克永磁体阵列将灭弧室内部纵向磁场强度提高了一个数量级，中心区域可以达到400mT，边缘区域可以更高。与电磁铁相比，本灭弧室结构无需使用大电流和线圈来维持磁场，因此不需要外部供电系统，结构简单，使用方便，性能稳定。相比已经广泛应用的排布在灭弧室两侧或十字对称的永磁体阵列，海尔贝克永磁体阵列通过充磁方向和磁路设计使绝大多数磁力线竖直进入环形磁体的中心区域，提高了对磁场的约束和磁铁性能的利用。
[0021]进一步的，永磁体层与层之间可以紧密贴合，相邻两层的环形海尔贝克永磁体结构中的永磁体进行错位设置，可旋转一定角度安装，提高结构稳定性。
[0022]进一步的，外壳采用黄铜、不锈钢或铁钴镍合金材料制成，可以获得更好的磁场分布效果。
[0023]进一步的，环形海尔贝克磁铁内径超过真空灭弧室外径1mm以上，保证磁铁可以套在灭弧室外侧。
[0024]进一步的，相邻永磁体的接触面采用粘接的连接方式，能够减小接触面应力，获得更好的紧固效果。
[0025]进一步的，海尔贝克永磁体表面有镀层，增强永磁体的抗腐蚀性能。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的基于海尔贝克永磁体纵向磁场的真空灭弧室剖面示意图，采用三层磁体结构。
[0027]图2为安装四层环形海尔贝克永磁体的真空灭弧室剖面示意图。
[0028]图3为安装五层环形海尔贝克永磁体的真空灭弧室剖面示意图。
[0029]图4为三层海尔贝克永磁体阵列充磁方向剖面图。
[0030]图5为三层海尔贝克永磁体阵列充磁方向俯视图。
[0031]图6为四层海尔贝克永磁体阵列充磁方向剖面图。
[0032]图7为五层海尔贝克永磁体阵列充磁方向剖面图。
[0033]图8为海尔贝克永磁体阵列和外壳的组装示意图。
[0034]图9为海尔贝克永磁体阵列各层之间的粘接和错位示意图。
[0035]图10为实施例中磁铁和灭弧室区域轴向切面的磁场分布仿真计算结果。
[0036]图11为实施例中磁铁周围空间轴向切面的磁场分布仿真计算结果。
[0037]附图中：环形海尔贝克永磁体结构1、外壳2、静端端盖3、灭弧室外壳4、静端导电杆5、屏蔽罩6、静端电极触头7、静端电极触头片8、动端电极触头片9、动端电极触头10、动端导电杆11、波纹管12、动端端盖13。
具体实施方式
[0038]下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0039]本专利技术提出一种基于海尔贝克永磁体纵向磁场的真空灭弧室，其整体结构如图1所示，包括真空灭弧室和外置的多层环形海尔贝克永磁体结构1。
[0040]真空灭弧室包括静端端盖3、灭弧室外壳4、静端导电杆5、屏蔽罩6、静端电极触头7、静端电极触头片8、动端电极触头片9、动端电极触头10、动端导电杆11、波纹管12和动端端盖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于海尔贝克永磁体纵向磁场的真空灭弧室，其特征在于，包括环形海尔贝克永磁体结构(1)；所述环形海尔贝克永磁体结构(1)包括多个永磁体，多个永磁体按照直线型海尔贝克阵列环绕一周设置；多个所述环形海尔贝克永磁体结构(1)沿竖直方向套设在真空灭弧室的灭弧室外壳(4)上形成多层海尔贝克永磁体结构，多个所述环形海尔贝克永磁体结构(1)作用于静端电极触头(7)和动端电极触头(10)之间的电弧产生位置，用于给真空灭弧室提供纵向强磁场。2.根据权利要求1所述的一种基于海尔贝克永磁体纵向磁场的真空灭弧室，其特征在于，所述多层海尔贝克永磁体结构的层数为三层、四层、五层或六层。3.根据权利要求1所述的一种基于海尔贝克永磁体纵向磁场的真空灭弧室，其特征在于，多个所述环形海尔贝克永磁体结构(1)之间紧密贴合，相邻两层的环形海尔贝克永磁体结构(1)中的永磁体进行错位设置。4.根据权利要求3所述的一种基于海尔贝克永磁体纵向磁场的真空灭弧室，其特征在于，错位设置的层间旋转角度在0～90
°
之间，包括0
°
和90
°

【专利技术属性】
技术研发人员：刘思远，金敬勇，陈金超，沈靖宇，刘志远，耿英三，王建华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：