CN104798166A - 操作机构以及具备该操作机构的电力用开闭装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不需要机械性的导向器，而最大限地发挥了电磁式所具有的维护性的优点的电磁式的操作机构以及具备它的电力用开闭装置。本发明中，具备外侧永久磁铁(31)的列以及内侧永久磁铁(32)的列和被卷装在该列之间的三相线圈(33)的浮动输出环(34)。浮动输出环(34)在线性电动机(3)中不具有与其它部件的机械性的限制关系。取而代之，对向三相线圈(33)注入交流的励磁电流的PWM逆变器进行控制的控制器通过控制励磁电流的d轴电流成分，产生因磁气而产生的相对于浮动输出环(34)的支撑力，使双重圆筒(35)和浮动输出环(34)的中心轴一致。

Description

操作机构以及具备该操作机构的电力用开闭装置

技术领域

本发明的实施方式涉及操作可动触点的电磁驱动方式的操作机构以及具备该操作机构的电力用开闭装置。

背景技术

电力用开闭装置具备一对触点，通过使该触点接触、分离来开闭电路。若检测到事故电流，则向电力用开闭装置输入隔断信号，电力用开闭装置以该隔断信号为起因使应隔断电流的触点离开。

该电力用开闭装置一般还具备一对电弧触点和气吹室或升压室。电弧触点接受因触点的离开而产生的电弧放电。气吹室、升压室由活塞和缸构成，通过使缸以及活塞相对移动，压缩滞留在室内的气体，向电弧触点之间喷吹室内的高压气体。电弧放电因该高压气体的喷吹而完成消弧，电流隔断完结。

操作机构为使该电路开闭用的可动触点、电弧可动触点以及活塞或缸分别相对移动而被具备。因此，要求该操作机构可任意驱动、可动件可高速移动以及可动件的响应性能好。

要求任意驱动的原因是，由于事故电流为交流，其电压周期性地变动以及事故产生时的相位无规则，所以，希望参考从事故电流的产生到消弧的状态的发展，以容易隔断的恰当的时机进行隔断动作。要求可动件高速移动以及响应性能的原因是隔断动作必须在从隔断指令开始到几十msec这样的短时间完结。

再有，在这些驱动性能的基础上，还因电力设备的地下设置化发展以及具有驱动机构，而要求操作机构的尺寸上的制约、维护性这样的性能。

目前，作为操作机构，提供空气式、油压式、弹簧式、电磁驱动式。油压式是使用油压执行器来驱动可动部的方式。弹簧式是使用将压缩的弹簧开放时的能量来驱动可动部的方式，是目前的主流。电磁驱动式是由电磁执行器驱动可动件的方式。

油压式一般能够得到大推力，对高速化有利。若考虑油压机构的每单位驱动能量的大小，则能够期待通过弹簧机构来小型化，但是，由于需要以油压泵、蓄能器为代表的油压系统，所以，作为缺点，存在漏油和温度依存性，并不适合作为寒冷地区等的机构。

弹簧式成为目前的主流，与油压方式相比不存在漏油，也不存在温度依存性，所以，在包括寒冷地区等在内的地域也能够应用。但是，该方式由于包括很多的零件，构造复杂，且包括很多滑动部，所以，多次驱动了时的故障风险高。为此，维护的频度变多，并且，由于零件数量多，构造复杂，所以，需要大量的劳动力。这样，从维护的频度·劳动力的观点来看，不能认为维护性好。再有，由于利用弹簧的力，所以，不能任意驱动。

另一方面，电磁式由于构造简洁，所以，零件数量、滑动部少，维护性优异。相对于电信号的响应速度也非常快。作为电磁驱动式的例子，有直动转换旋转机的动力来驱动可动触点的方式的例如日本国的公开专利公报：特开2009-212372号公报(下面称为专利文献1)，同样的日本国的公开专利公报：特开2008-021599号公报(下面称为专利文献2)。在该方式中，通过控制旋转机的驱动，能够实现任意驱动。

另外，作为将电磁吸引力、电磁斥力直接作为推力使用的例子，能够列举出利用电磁铁以及永久磁铁的吸引力的方式的例如日本国的公开专利公报：特开2003-016888号公报(下面称为专利文献3)或利用作用于空心线圈的电磁吸引力或斥力的方式的例如日本国的公开专利公报：特开平10-040782号公报、特开2002-124158号公报(下面，称为专利文献4、专利文献5)、或利用感应斥力的方式的例如日本国的公开专利公报：特开平11-025817号公报(下面，称为专利文献6)。在使用空心线圈的情况下，有电气回路的时间常数小，在初期动作能够得到高的响应性能这样的特征。

另外，有还提供了使用相互确保一定间隔被配置在内外的圆筒型永久磁铁，通过给予位于内外的圆筒型永久磁铁之间的空心线圈励磁电流来驱动该空心线圈的方式的例如日本国的专利公报：专利第4625032号公报(下面称为专利文献7)或者日本国的公开专利公报：特开2010-154688号公报(下面称为专利文献8)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：特开2009-212372号公报

专利文献2：特开2008-021599号公报

专利文献3：特开2003-016888号公报

专利文献4：特开平10-040782号公报

专利文献5：特开2002-124158号公报

专利文献6：特开平11-025817号公报

专利文献7：专利第4625032号公报

专利文献8：特开2010-154688号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

这样，电磁驱动式的操作机构提出了各种方案，但是，存在与油压式的操作机构、弹簧式的操作机构相比，在对可动触点的高速导通以及高速隔断来说不可欠缺的推力的方面不好这样的指责。

即，在使用专利文献1以及2所示的旋转电动机的例子中，提出了为了得到高扭矩，在旋转电动机的绕组使用铁心的方案，但是，由于感应系数变大，电气回路的时间常数也变大，所以，在提高响应性能方面产生界限。为此，成为推力和响应性能的折衷选择。

另外，在专利文献3至6的将电磁吸引力、电磁斥力直接作为推力使用的方式中，由于在整个可动区域进行任意驱动困难，所以，难以在容易隔断的恰当的时机进行隔断动作。

在使用专利文献7所示的配置了圆筒型永久磁铁的执行器的方式中，由于可任意驱动，没有在线圈使用铁心，所以，可将感应系数抑制得比较小。

但是，在该专利文献7中，由于产生更强大的磁通，而且由于为了不对外部带来磁场的影响，而在外圆筒永久磁铁的外侧以及内圆筒永久磁铁的内侧使用包括圆筒状的磁性体的背轭，所以，经常存在导致线圈的感应系数增加这样的问题。再有，在为了使推力增加而使用强大的永久磁铁的情况下，为了避免背轭的磁气饱和而必须使背轭厚。为此，即使使用强大的永久磁铁，也难以使推力/体积比小。

另一方面，在专利文献8的线性执行器中，通过将永久磁铁排布成特殊的阵列，以便使磁化矢量周期性地变化，做成不需要背轭的结构。为此，可以认为是轻型且具有优异的响应性能，可任意驱动的执行器。通过将该执行器作为电力用开闭装置的操作机构使用，大概能够得到优异的隔断性能。

但是，专利文献8的线性执行器虽然轻型且具有优异的响应性能，可任意驱动，但是，线性执行器在构造上需要在驱动轴方向引导可动件的线性导向器。为此，与油压式、弹簧式相比，虽然可以认为维护性好，但是，存在该线性导向器导致维护性低下的可能性。

另外，线性导向器当然也是导致大型化、高成本化的主要原因。进而，由于导致线性执行器的可动部的质量增加，所以，大概会对高速化带来不良影响。

如上所述，在以往的面向电力用开闭装置的电磁式操作机构中，提出了各种方式，虽然包括具有优异的驱动性能的方式，但是，不能认为最大限地发挥了电磁式所具有的维护性的优点。

本发明是为了解决相关的技术问题而做出的发明，其目的是提供一种不需要机械性的导向器，维护性优异的电磁式的操作机构以及具备它的电力用开闭装置为目的。

用于解决技术问题的手段

为了实现上述目的，本发明具备下述结构。即，

用于通过往复驱动可动触点，来使开闭装置在隔断状态和导通状态之间相互转移的电力用开闭装置的操作机构具备第一永久磁铁的列、第二永久磁铁的列、双重圆筒、浮动输出环和励磁构件。

第一永久磁铁的列使该永久磁铁邻接成圆环状或者圆弧状的永久磁铁的磁极在含有其中心轴的截面上每次最大旋转90度而构成。第二永久磁铁的列也使该永久磁铁邻接成圆环状或者圆弧状的永久磁铁的磁极在含有其中心轴的截面上每次最大旋转90度而构成。

双重圆筒使磁化矢量半径方向成分为相同朝向的所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁相向并固定成两列保持一定距离。浮动输出环卷绕有由导体构成的线圈，位于所述第一永久磁铁的列和所述第2永久磁铁的列之间，除与所述可动触点直接或间接地相连以外，不具有与其它部件的机械性的限制关系。

励磁构件生成向所述线圈的励磁电流。该励磁构件具备支撑力控制构件和推力控制构件。支撑力控制构件通过控制所述励磁电流的d轴电流成分，产生因磁气而产生的相对于所述浮动输出环的支撑力，使所述双重圆筒和所述浮动输出环的中心轴一致。推力控制构件通过控制所述励磁电流的q轴电流成分，产生所述双重圆筒和所述浮动输出环之间的轴方向推力。

也可以是所述双重圆筒具备圆板、开口部和低摩擦树脂部，所述圆板将该双重圆筒的各筒连结在端面，固定各筒的距离，所述开口部被设置在所述圆板，由所述浮动输出环贯通，所述低摩擦树脂部被设置在所述开口部的边缘，针对所述浮动输出环。

另外，也可以是所述双重圆筒具备圆板和开口部，所述圆板将该双重圆筒的各筒连结在端面，固定各筒的距离，所述开口部被设置在所述圆板，由所述浮动输出环贯通，所述浮动输出环在通过所述开口部的周面区域具备低摩擦树脂部。

附图说明

图1是表示有关第一实施方式的电力用开闭装置的内部结构图。

图2是表示线性电动机的外观的立体图。

图3是沿线性电动机的轴的A-A’剖视图。

图4是与线性电动机的轴正交的B-B’剖视图。

图5是驱动装置的结构图。

图6是控制器的结构图。

图7是表示传递机构的结构图。

图8是表示使励磁电流的d轴成分为一定的情况下的斥力的模式图。

图9是表示三相线圈周边的磁通的状态的模式图。

图10有关第2实施方式，是从轴方向看线性电动机的示意外观图。

图11有关第3实施方式，是表示浮动输出环的表面的示意外观图。

图12是表示有关第4实施方式的电力用开闭装置的内部结构图。

图13是表示有关第4实施方式的线性电动机的外观的立体图。

具体实施方式

(第1实施方式)

(1.结构)

(1-1.整体结构)

图1是表示有关第1实施方式的电力用开闭装置的内部结构图。电力用开闭装置100是开闭负荷开闭器、断路器、隔断器等的电路的装置，具备操作机构1、开闭机构5，操作机构1具有驱动装置2、线性电动机3和传递机构4。

驱动装置2通过将从电源200送出的电力作为励磁电流赋予线性电动机3来使线性电动机3驱动。线性电动机3从驱动装置2接收励磁电流，通过磁力的相互作用以及磁界和电流的相互作用，产生直线方向的推力。传递机构4具有可在轴方向进退的操作杆41，通过该操作杆41被推拉，将线性电动机3产生的推力向开闭机构5传递。

开闭机构5在充填了消弧性气体的密闭空间51内配设可动触点52和固定触点53，另外，可动触点52被固定在操作杆41，可动触点52与操作杆41的推拉相应地相对于固定触点53远离或接触，据此，开闭机构5对电路进行开闭。

(1-2.线性电动机)

图2至4是表示线性电动机3的详细结构的图，图2是表示线性电动机3的外观的立体图，图3是沿线性电动机3的轴的A-A’剖视图，图4是与线性电动机3的轴正交的B-B’剖视图。

线性电动机3如图2所示，若大致划分，具备浮动输出环34和双重圆筒35。通过被配置在双重圆筒35的内部的浮动输出环34相对于不可移动地固定在被固定设置在地面等地板上的罩上的双重圆筒35在轴方向移动，给予固定在浮动输出环34上的操作杆41直线方向的推力。

双重圆筒35具有同心的双重壳。浮动输出环34由非磁性材料形成，具有一对长的圆弧板34a、34b使圆弧中心一致地面对面的形状，换言之，具有圆筒的周壁一部分的对面部位沿轴被切掉的形状。

双重圆筒35的外壳经支撑部件固定在被固定设置在地面等地板上的罩。双重圆筒35的设置朝向是纵置，也可以是横置，未被特别限定。浮动输出环34的外径比双重圆筒35的外壳径小，比内壳径大。该浮动输出环34夹在双重圆筒35的外壳和内壳之间，被延伸设置在双重圆筒35的内部。

该浮动输出环34除与可动触点52直接相连或经操作杆41间接地相连以外，在线性电动机3中，不受与双重圆筒35、其它的构成部件的机械性的限制，像后述那样，通过磁气斥力被浮动支撑。换言之，浮动输出环34没有受到构造力学上的支撑力，没有例如像限制双重圆筒35的半径方向的位置的导向杆那样的存在。

双重圆筒35的两端部被由非磁性材料形成的圆板35a封盖。该圆板35a作为将双重圆筒35的外壳以及内壳保持着一定余隙以及一定姿势连接的连结部件发挥功能，双重圆筒35的外壳以及内壳的端部分别被固定在圆板35a。另外，就浮动输出环34的一对圆弧板34a、34b而言，也通过被固定在两端部的圆板34c保持一定余隙以及一定姿势相连。

再有，浮动输出环34的轴方向的长度比双重圆筒35的轴方向的长度长。即，在对双重圆筒35的两端进行封盖的圆板35a与圆弧板34a、34b的形状相匹配地形成由浮动输出环34贯通的开口部35b。

具有这样的壳构造的线性电动机3如图3以及4所示，通过由保持了大致相等的磁化能量的外侧永久磁铁31的列以及内侧永久磁铁32的列产生的磁场和三相线圈33的励磁，使缠绕了三相线圈33的浮动输出环34在轴方向进退，它成为直线方向的推力。

即，在线性电动机3的内部，三相线圈33被卷装在浮动输出环34。在卷装了三相线圈33的浮动输出环34的部位没有贯通，而是能够维持足够的强度程度地被深挖一级，三相线圈33与浮动输出环34的外周面齐平面或者掩埋。相对于三相线圈33的励磁电流的供给线33a在浮动输出环34的周壁内部穿过，从圆板34c被拉出。

外侧永久磁铁31的列以及内侧永久磁铁32的列隔着形成浮动输出环34的壳壁沿轴方向被铺设。在浮动输出环34的壳壁和外侧永久磁铁31的列以及内侧永久磁铁32的列之间设置一定余隙。

内侧永久磁铁32是圆弧状或圆环形状，被固定在内侧管38。该内侧管38是位置被固定设置在浮动输出环34的内部的双重圆筒35的内壳。内侧永久磁铁32被嵌入该内侧管38的外周面，在内侧管38的轴方向排列多个，据此，与浮动输出环34的内周面相向。

外侧永久磁铁31也是圆弧状或圆环形状，被固定在外侧管39。该外侧管39是位置被固定设置成在内部收容浮动输出环34的双重圆筒35的外壳。外侧永久磁铁31被嵌入该外侧管39的内周面，在外侧管39的轴方向排列多个，据此，与浮动输出环34的外周面相向。

内侧永久磁铁32以及外侧永久磁铁31分别以一点点改变磁化的方向地被排列哈尔巴赫阵列排列。在本实施方式中，永久磁铁被配置成在含有浮动输出环34的中心轴的截面上，邻接的永久磁铁的磁化的朝向每次最大旋转90度。

另外，在内侧永久磁铁32的列和外侧永久磁铁31的列，旋转的磁化的朝向相反。即，例如，沿外侧永久磁铁31的列依次看到的磁化的朝向为顺时针，沿内侧永久磁铁32的列依次看到的磁化的朝向为逆时针。

再有，该内侧永久磁铁32以及外侧永久磁铁31被配置成隔着浮动输出环34的壳壁一对一地相向。具有磁化矢量为相同朝向的半径方向成分的内侧永久磁铁32以及外侧永久磁铁31相向，具有磁化矢量为相反朝向的轴方向成分的内侧永久磁铁32以及外侧永久磁铁31相向。该半径方向以及轴方向是以圆弧状或圆环状的外侧永久磁铁31以及内侧永久磁铁32为基准的方向。

另外，在这样的线性电动机3中，三相线圈33的相对于外侧永久磁铁31的列的相对位置由位置传感器21检测。位置传感器21包括线性标尺21a和光学式拾取器21b。

光学式拾取器21b在浮动输出环34的外周面被安装在竖立设置于从双重圆筒35突出的部分的连接部件37，与浮动输出环34一起移动。线性标尺21a被安装在双重圆筒35的外侧管39的外周面，与光学式拾取器21b对面。光学式拾取器21b通过使受光发光的指向方向朝向线性标尺21a，检测线性标尺21a的刻度。

(1-3.驱动装置)

图5是驱动装置2的结构图。驱动装置2具备经母线22进行电力的送出、接收的电力转换器23以及电源电力转换器24。在母线22还作为电力贮存构件连接着平滑电容器25以及蓄电装置26。

平滑电容器25以及蓄电装置26被并联连接，作为平滑回路发挥功能，在电力在三相线圈33消耗以及电力从三相线圈33再生时，也将母线22的电压变动抑制得小。平滑电容器25、蓄电装置26在母线22的恰当的部位配置多个也没有问题。

在蓄电装置26配置电瓶26a、电阻器26b以及二极管26c。电阻器26b以及二极管26c被连接在电瓶26a的正极侧，另外，电阻器26b和二极管26c被并联连接。即，被构成为，在为抑制电瓶26a过充电而从电瓶26a供给电力时，电力没有在电阻器26b消耗，在向电瓶26a充电时，充电电力的一部分在电阻器26b被消耗。

电源电力转换器24具备逆变器24a和电再生接收控制器24b。电再生接收控制器24b根据来自外部的电再生接收指令信号，为使储存在平滑电容器25以及电瓶26a的电力向电源200再生，且贮存来自电源200的电力而控制逆变器24a的点弧角。

电力转换器23是生成向三相线圈33的励磁电流的励磁构件的一例。该电力转换器23具备生成向三相线圈33的交流的励磁电流并经供给线33a向三相线圈33供给的PWM(Pulse Width Modulation)逆变器23a。另外，该电力转换器23具备控制由PWM逆变器23a生成以及供给的励磁电流的控制器23b。

PWM逆变器23a具备电力转换元件群，控制器23b控制该电力转换元件群的点弧角。此时，控制器23b控制PWM逆变器23a，以便在三相线圈33产生与从驱动装置2的外部输入的推力指令值iq-ref以及支撑力指令值id-ref相等的推力以及支撑力。驱动装置2的外部例如是通过信号线可电气通信地与电力用开闭装置100连接的外部终端。

另外，推力是浮动输出环34的轴方向的移动力。支撑力是浮动输出环34的半径方向的浮动力，产生使浮动输出环34的中心轴效仿双重圆筒35的中心轴而一致，对浮动输出环34的姿势进行引导的作用。

(1-4.控制器)

图6是控制器23b的结构图。控制器23b与检测三相线圈33的U、V以及W相中的至少U相和W相的励磁电流的U相电流传感器27以及W相电流传感器28(参见图5)连接，另外，通过信号线可接收信号地与检测三相线圈33的相对于外侧永久磁铁31的列的相对位置的位置传感器21连接。控制器23b参考来自U相电流传感器27以及W相电流传感器28和位置传感器21的信号，进行推力控制以及支撑力控制。

该控制器23b作为一例，具备3相/2相转换器61、推力控制器62、支撑力控制器63和2相/3相转换器64。3相/2相转换器61、推力控制器62、支撑力控制器63以及2相/3相转换器64包括DSP(Digital Signal Processor)、RISC(Reduced Instruction SetComputer)等演算器。

3相/2相转换器61将三相线圈33的U相电流、V相电流及W相电流以及三相线圈33的移动距离作为输入，按顺序演算克拉克转换以及派克转换，算出被注入三相线圈33的励磁电流的d轴电流成分id和q轴电流成分iq。

d轴电流成分id是有助于三相线圈33的激磁的电流成分，q轴电流成分iq是有助于三相线圈33的推力的电流成分。V相电流也可以使用提前以及延迟120度相位的U相电流和W相电流来推定。即，3相/2相转换器61至少经信号线可接收信号地与U相电流传感器27、W相电流传感器28以及位置传感器21连接。

推力控制器62将来自外部的推力指令值iq-ref和来自3相/2相转换器61的q轴电流成分iq作为输入，算出从q轴电流成分iq推定的推力或q轴电流成分iq与推力指令值iq-ref表示的目标推力或产生该目标推力的励磁电流的q轴电流成分相等的控制输入q轴成分。该控制输入q轴成分在PWM逆变器23a进行电流控制的情况下是电流值，在PWM逆变器23a进行电压控制的情况下是电压值。

由推力控制器62进行的控制输入q轴成分的算出例如由PI控制(proportional Integral Control)或PID控制(proportional IntegralDerivative Control)进行。即，推力控制器62算出与推力指令值iq-ref和q轴电流成分iq的偏差、偏差的积分或偏差的微分或它们的组合之和成比例的控制输入q轴成分。

支撑力控制器63将来自外部的支撑力指令值id-ref和来自3相/2相转换器61的d轴电流成分id作为输入，算出从d轴电流成分id推定的支撑力或d轴电流成分id与推力指令值id-ref表示的目标支撑力或产生该目标支撑力的励磁电流的d轴电流成分相等的控制输入d轴成分。控制输入d轴成分在PWM逆变器23a进行电流控制的情况下是电流值，在PWM逆变器23a进行电压控制的情况下是电压值。目标支撑力是三相线圈33为使浮动输出环34的中心轴效仿双重圆筒35的中心轴而一致所产生的磁气斥力。

由支撑力控制器63进行的控制输入d轴成分的算出例如通过PI控制或PID控制进行。即，支撑力控制器63算出与支撑力指令值id-ref和d轴电流成分id的偏差、偏差的积分或偏差的微分或它们的组合之和成比例的控制输入d轴成分。

2相/3相转换器64将从推力控制器62以及支撑力控制器63输出的dq轴系的控制输入d轴成分以及控制输入q轴成分作为输入，按照顺序演算反派克转换以及反克拉克转换，据此，算出U相、V相以及W相的各控制输入。而且，2相/3相转换器64将U相、V相以及W相的各控制输入向PWM逆变器23a输送，生成向三相线圈33注入的励磁电流。该励磁电流成为产生遵从推力指令值iq-ref以及支撑力指令值id-ref的推力以及支撑力的力。

这里，推力指令值iq-ref由浮动输出环34的下个目标轴方向速度以及目标轴方向位置决定，以表示位置传感器21所输出的三相线圈33的移动距离的信息为基础产生。另一方面，支撑力指令值id-ref是没有必要传感浮动输出环34的径方向相对位移以及相对姿势角并进行反馈控制的被动稳定，是一定值。

即，浮动输出环34由控制器23b在轴方向通过单自由度控制系统控制轴方向移动以及姿势稳定。为此，也可以针对作为一定值的支撑力指令值id-ref，使支撑力控制器63具备存储器等存储区域，使该存储区域存储。

(1-5.传递机构)

图7是表示传递机构4的结构图，左半图表示隔断状态，右半图表示导通状态。另外，在该实施方式中，使用保持导通状态的例子进行了说明，但是，也能够使用同样的机构来保持隔断状态。

首先，在传递机构4的操作杆41和浮动输出环34之间连接另外的中间杆42。该中间杆42的一端和输出环34的一端由共用的销可旋转地轴支承。另外，中间杆42的另一端和操作杆41的一端由共用的销可旋转地轴支承。轴支承中间杆42和输出环34的销和轴支承操作杆41和中间杆42的销正交。

另外，传递机构4具有磁气单元43和标靶44，通过磁气吸引力维持可动触点52和固定触点53的接触状态。标靶44是由强磁性体形成的板状部件，被竖立设置在中间杆42的周面。另一方面，中间杆42插通于被固定在地面上的框架45，包括由强磁性体形成的轭铁43a和永久磁铁43b的磁铁单元43与标靶44相向地被固定在框架45的由中间杆42穿过的孔的附近。

磁铁单元43和标靶44的位置关系为，磁铁单元43是开闭机构5侧，标靶44是浮动输出环34侧。总之，两者被配置成在操作杆41在使可动触点52与固定触点53接触的方向移动时，标靶44挨近磁铁单元43。另外，即使使磁铁单元43和标靶44的位置关系相反，也能够得到同样的效果。

(2.作用)

(2-1.三相线圈的引导以及姿势)

说明这样的电力用开闭装置100的动作以及作用。首先，对向三相线圈33注入了具有零以外(id≠0)的d轴电流成分的励磁电流的情况下的三相线圈33的姿势进行说明。

图8表示使励磁电流的d轴成分为一定的情况下的斥力，以规定运转时的励磁电流的相对于q轴成分的比表示励磁电流的d轴成分的值。图9表示三相线圈33周边的磁通的状态，在本说明的情况下，线性电动机3被横置配置。

首先，励磁电流的d轴电流成分给三相线圈33带来激磁作用。因该激磁作用而由三相线圈33产生的磁通相对于由外侧永久磁铁31的列以及内侧永久磁铁32的列形成的磁通相斥。相互的磁通线彼此的距离越短，其斥力越大。

这样的复原力由图8所示的解析结果证实。如图8所示，复原力与浮动输出环34的相对于双重圆筒35的在径方向相对位移成比例地变大。另外，通过使励磁电流的d轴电流成分变化，其比例常数变化。因此，通过控制励磁电流的d轴电流成分，能够得到期望的支撑力以及浮动输出环34的相对于双重圆筒35的相对姿势。

为此，如图9的(a)所示，若浮动输出环34的上半圆偏向外侧管39的顶侧而上浮，则在线性电动机3的上半圆，三相线圈33挨近外侧永久磁铁31的列，作用于外侧永久磁铁31的列和三相线圈33之间的斥力比作用于内侧永久磁铁32的列和三相线圈33之间的力大。

反之，在线性电动机3的下半圆，三相线圈33挨近内侧永久磁铁32的列，作用于内侧永久磁铁32的列和三相线圈33之间的斥力比作用于外侧永久磁铁31的列和三相线圈33之间的力大。

其结果为，在缠绕有三相线圈33的浮动输出环34作用有其轴芯向与双重圆筒35的轴芯一致的方向返回的向下的力。

另外，如图9(b)所示，在三相线圈33顺时针旋转的情况下，在三相线圈33上浮的一侧作用向下的力，在三相线圈33沉入的一侧作用向上的力，据此，在缠绕有三相线圈33的浮动输出环34产生其轴芯向与双重圆筒35的轴芯一致的方向返回的逆时针的转矩。

该作用发挥将浮动输出环34的运动作为在轴方向单自由度地引导的导向器的效果。由于该作用利用磁气斥力，所以，就浮动输出环34的轴方向以外的自由度而言，成为被动稳定，没有必要传感浮动输出环34的径方向相对位移以及相对姿势角并进行反馈控制。

即，就进行励磁电流的d轴成分的控制而言，仅所必要的U相电流传感器27以及W相电流传感器28和位置传感器21就足够。另外，就浮动输出环34的轴方向的运动而言，虽然不是被动稳定，但是，由于由推力控制器62控制，所以，没有任何问题。

(2-2.隔断过程)

在像上面那样控制相对于浮动输出环34的支撑力的电力用开闭装置100中，若系统产生事故电流，则从外部输入推力指令值iq-ref以及支撑力指令值id-ref。在支撑力指令值id-ref被存储在电力用开闭装置100的情况下，仅输入推力指令值iq-ref。

推力控制器62向PWM逆变器23a指示生成相对于三相线圈33的励磁电流，相对于三相线圈33注入具有与推力指令值iq-ref相等的q轴电流成分iq的励磁电流。

此时，外侧永久磁铁31列和内侧永久磁铁32列如图9所示，形成由环将外侧永久磁铁31的列和内侧永久磁铁32的列连结的磁气回路。更具体地说，磁气回路将在外侧永久磁铁31的列和内侧永久磁铁32的列的内部通过的轴方向的磁通和在外侧永久磁铁31和内侧永久磁铁32之间的间隙部穿过的半径方向的磁通连结而形成。而且，基本没有从外侧永久磁铁31的列的外侧面出来的磁通，另外，基本没有从内侧永久磁铁32的列的内侧面出来的磁通。

因此，在外侧永久磁铁31和内侧永久磁铁32之间的间隙部极多地分布半径方向的磁通，很多半径方向的磁通相对于被励磁的三相线圈33直角交链。

为此，缠绕有三相线圈33的浮动输出环34通过磁力的相互作用以及磁界和电流的相互作用，产生与在外侧永久磁铁31的列和内侧永久磁铁32的列之间向轴方向移动的推力指令值iq-ref成比例的推力。

另一方面，支撑力控制器63向PWM逆变器23a指示生成相对于三相线圈33的励磁电流，相对于三相线圈33注入具有与作为一定值的支撑力指令值id-ref相等的d轴电流成分id的励磁电流。

为此，通过与由外侧永久磁铁31列和内侧永久磁铁32列产生的磁通的相互作用，在三相线圈33产生浮动输出环34的中心轴与双重圆筒35的中心轴一致那样的磁通，通过这些磁通的斥力，即使在浮动输出环34向轴方向的移动中，径方向的位置和姿势也被保持为一定。

据此，缠绕有三相线圈33的浮动输出环34一面使径方向的位置和姿势稳定，一面在轴方向移动，拉拽操作杆41。与操作杆41连结的可动触点52开始从固定触点53离开，电弧放电在经过电流零点后消弧，电流隔断完成。

若在电流隔断完成的时机，即，由位置传感器21的检测值达到希望值，则控制器23b使励磁电流的相对于三相线圈33的注入停止。另外，希望在励磁电流的注入即将停止前，即，浮动输出环34即将停止前，使q轴电流成分iq渐渐挨近零，降低浮动输出环34的移动速度，抑制标靶44和磁气单元43的接触冲击。

电力用开闭装置100的导通动作与该隔断动作相同，若向电力用开闭装置100输入导通指令，则赋予三相线圈33交流电流，以与将可动触点52和固定触点53连接的隔断动作相反的朝向进行与隔断动作相同的导通动作。

(导通状态)

在线性电动机3处于停止状态时，在可动触点52与固定触点53侧接触的期间，也不向开闭机构5的可动触点52输出任何推力。在该电流导通状态下，如图7的右半图所示，标靶44相对于磁铁单元43接触。为此，磁铁单元43的磁气吸引力强力地作用于标靶44，标靶44被固定在磁铁单元43。

若标靶44被固定在磁铁单元43，则中间杆42和操作杆41的驱动被阻止，因此，可动触点52也被维持在导通位置。为此，在使线性电动机3停止的状态下，即使重力等外力作用于可动触点52，也不会使线性电动机3的运转继续，能够保持导通状态。因此，基于本实施方式的传递机构4不依靠机械式，另外，维持导通状态，因此，不需要电力。

另外，标靶44相对于磁铁单元43的接触是指磁气吸引力发挥作用至将标靶44固定在磁铁单元43的程度，以便维持可动触点52的位置的状态，即，也包括虽然没有严密地接触，但极其接近的状态。

(3.效果)

在像上面那样，用于通过往复驱动电力用开闭装置100的可动触点52来使开闭装置在隔断状态和导通状态之间相互转移的线性电动机3中，在本实施方式中，具备外侧永久磁铁31的列以及内侧永久磁铁32的列和卷装了三相线圈33的浮动输出环34。

浮动输出环34除与可动触点52直接或间接地相连以外，不具有与其它部件的机械性的限制关系。取而代之，对向三相线圈33注入交流的励磁电流的PWM逆变器23a进行控制的控制器23b通过控制励磁电流的d轴电流成分，产生因磁气而产生的相对于浮动输出环34的支撑力，使双重圆筒35和浮动输出环34的中心轴一致。为此，线性电动机3完全不具有浮动输出环34的机械性导向器，能够实现高的维护性。

另外，外侧永久磁铁31的列使该永久磁铁31邻接成圆环状或者圆弧状的永久磁铁的磁极在含有其中心轴的截面上每次最大旋转90度而构成。内侧永久磁铁32的列的圆环状或者圆弧状的永久磁铁的磁极具有与外侧永久磁铁31的列相同朝向的磁化矢量半径方向成分，且具有与外侧永久磁铁31的列为相反的朝向的磁化矢量轴方向成分。而且，使这些外侧永久磁铁31的列和内侧永久磁铁32的列相向地固定成各自的磁极的磁化矢量半径方向成分成为相同的朝向。

据此，通过由外侧永久磁铁31的列和内侧永久磁铁32的列产生的磁气回路和被励磁的三相线圈33的作用，产生用于往复驱动可动触点52的推力。此时，基本没有从外侧永久磁铁31的列的外侧面和内侧永久磁铁32的列的内侧面出来的磁通，在外侧永久磁铁31的列的外侧面和内侧永久磁铁32的列的内侧面之间，大多数磁通构成磁气回路。为此，不需要背轭。

此外，外侧永久磁铁31的列和内侧永久磁铁32的列保持大致相等的磁化能量，据此，外侧永久磁铁31的列和内侧永久磁铁32的列的空隙中极其多地分布半径方向的磁通。再有，因为在极其多地分布半径方向的磁通的空隙中配置三相线圈33，所以，磁通的大部分与三相线圈33直角地交链，能够以更少的电流产生大的推力。为此，可高速化。

另外，由于在线性电动机3处于运转状态时，铁心、轭铁没有存在于由外侧永久磁铁31的列以及内侧永久磁铁32的列产生的主磁通内、三相线圈33附近，所以，三相线圈33本身的感应系数变小。因此，即使浮动输出环34高速运动，将规定的励磁电流向三相线圈33通电所必要的电压也被降低。

另外，由于浮动输出环34不需要铁心、轭铁，所以，能够实现轻型化，且三相线圈33的大部分与由外侧永久磁铁31以及内侧永久磁铁32的列产生的主磁通交链，因此，推力/重量比提高。为此，响应性能也提高。

(第2实施方式)

图10是在有关第2实施方式的电力用开闭装置中，从轴方向看线性电动机3的示意外观图。另外，在本实施方式中，除双重圆筒35所具有的两端的圆板35a的结构以外，与第1实施方式相比，没有结构上的区别，因此，省略其它的部分的说明。

如图10所示，在第2实施方式中，在由浮动输出环34贯通的开口部35b沿内缘附设低摩擦树脂材35c。低摩擦树脂材35c例如是氟树脂。低摩擦树脂材35c的厚度虽然具有一定的余隙，以便使开口部35b和将该开口部35b贯通的浮动输出环34的圆弧板34a、34b不会接触，但是，是不会将该余隙破坏而能够维持空隙的存在的程度。

该低摩擦树脂材35c具有防止浮动输出环34和双重圆筒35的圆板35a直接接触，即使存在运转时的未予期的接触，也将相对于浮动输出环34的滑动摩擦抑制得低的作用。

为此，即使在浮动输出环34的中心轴和双重圆筒35的中心轴错开那样的未予期的过大的力作用于浮动输出环34，浮动输出环34和双重圆筒35的圆板35a接触的情况下，其滑动摩擦也被降低，线性电动机3难以破损。因此，维持高的维护性，且在运转停止时、非常时也可以进行稳定的运用。

(第3实施方式)

图11是在有关第3实施方式的电力用开闭装置中，表示浮动输出环34的表面的示意外观图。另外，在本实施方式中，除浮动输出环34的表面结构外，与第1或第2实施方式相比，没有结构上的差别，因此，省略其它的部分的说明。

如图11所示，在第3实施方式中，在浮动输出环34的表面附设低摩擦树脂材35c。低摩擦树脂材35c附设在存在与双重圆筒35的圆板35a接触的可能性的范围。低摩擦树脂材35c的厚度虽然具有一定的余隙，以便使浮动输出环34和双重圆筒35、圆板35a不接触，但是，是不将该余隙破坏，而能够维持空隙的存在的程度。

在该低摩擦树脂材35c中，也具有防止浮动输出环34和双重圆筒35的圆板35a、外侧管39的内周面直接接触，即使存在运转时的未予期的接触，也将相对于浮动输出环34的滑动摩擦抑制得低的作用。为此，与第2实施方式同样，线性电动机3难以破损，维持高的维护性，且在运转停止时、非常时也可以进行稳定的运用。

(第4实施方式)

在第1实施方式中，双重圆筒35作为固定件发挥功能，浮动输出环34作为可动件发挥功能。但是，只要双重圆筒35和浮动输出环34相对移动，则产生轴方向的推力，如图12以及13所示，也可以使双重圆筒35作为可动件发挥功能，使浮动输出环34作为固定件发挥功能，将传递机构4连接在双重圆筒35。

图12是表示有关第4实施方式的电力用开闭装置的内部结构图。如图12所示，浮动输出环34的圆弧板34a以及34b不可移动地固定在被固定设置在地面等地板上的罩。作为一例，将圆弧板34a以及34b连接的圆板34c被固定在从罩的内周面突出的支撑部件。另一方面，双重圆筒35没有与罩在构造上的固定关系。

另外，图13是表示有关第4实施方式的线性电动机3的外观的立体图。如图13所示，双重圆筒35固定在朝向筒的外侧被竖立设置在圆板35a上的第2杆46。该第2杆46与传递机构4的中间杆42连接。另外，为了防止该第2杆46和浮动输出环34的圆板34c的物理性的妨碍，在圆板34c形成有第2杆46松动地贯通的开口34d。

本实施方式在作为绝对坐标考虑时，仅与第1实施方式相比移动的可动件相反，轴移动机构以及作用、基于磁气排斥的半径方向的位置以及姿势的保持机构以及作用与第1实施方式相同。因此，在本实施方式中，线性电动机3由于也完全不需要机械性的导向器，所以，能够实现高的维护性。

(其它的实施方式)

在本说明书中，说明了有关本发明的多个实施方式，但是，这些实施方式是作为例子提出的实施方式，无意限定发明的范围。具体地说，也包括将第1至第4实施方式全部或者任意组合的实施方式。上面那样的实施方式可以以其它的各种方式实施，在不脱离发明的范围的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形也与包括在发明的范围、主旨的情况同样，是包括在权利要求书的范围记载的发明和其均等的范围的实施方式、其变形。

符号说明

1：操作机构；2：驱动装置；21：位置传感器；21a：线性标尺；21b：光学式拾取器；22：母线；23：电力转换器；23a：PWM逆变器；23b：控制器；24：电源电力转换器；24a：逆变器；24b：电再生接收控制器；25：平滑电容器；26：蓄电装置；26a：电瓶；26b：电阻器；26c：二极管；27：U相电流传感器；28：W相电流传感器；3：线性电动机；31：外侧永久磁铁；32：内侧永久磁铁；33：三相线圈；33a：供给线；34：浮动输出环；34a：圆弧板；34b：圆弧板；34c：圆板；34d：开口；35：双重圆筒；35a：圆板；35b：开口部；35c：低摩擦树脂材；37：连接部件；38：内侧管；39：外侧管；4：传递机构；41：操作杆；42：中间杆；43：磁气单元；43a：轭铁；43b：永久磁铁；44：标靶；45：框架；46：第2杆；5：开闭机构；51：密闭空间；52：可动触点；53：固定触点；61：3相/2相转换器；62：推力控制器；63：支撑力控制器；64：2相/3相转换器；100：电力用开闭装置；200：电源。

Claims (5)

1.一种电力用开闭装置的操作机构，是用于通过往复驱动电力用开闭装置的可动触点，来使该电力用开闭装置在隔断状态和导通状态之间相互转移的操作机构，

其特征在于，

具备第一永久磁铁的列、第二永久磁铁的列、双重圆筒、浮动输出环和励磁构件，

所述第一永久磁铁的列使该永久磁铁邻接成圆环状或者圆弧状的永久磁铁的磁极在含有其中心轴的截面上每次最大旋转90度而构成，

所述第二永久磁铁的列使该永久磁铁邻接成圆环状或者圆弧状的永久磁铁的磁极在含有其中心轴的截面上每次最大旋转90度而构成，

所述双重圆筒使磁化矢量半径方向成分为相同朝向的所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁相向，并固定成两列保持一定距离，

所述浮动输出环卷绕有由导体构成的线圈，位于所述第一永久磁铁的列和所述第2永久磁铁的列之间，除与所述可动触点直接或间接地相连以外，不具有与其它部件的机械性的限制关系，

所述励磁构件生成向所述线圈的励磁电流，

所述励磁构件

具备支撑力控制构件和推力控制构件，

所述支撑力控制构件通过控制所述励磁电流的d轴电流成分，产生因磁气而产生的相对于所述浮动输出环的支撑力，使所述双重圆筒和所述浮动输出环的中心轴一致，

所述推力控制构件通过控制所述励磁电流的q轴电流成分，产生所述双重圆筒和所述浮动输出环之间的轴方向推力。

2.如权利要求1所述的电力用开闭装置的操作机构，其特征在于，

所述双重圆筒

具备圆板、开口部和低摩擦树脂部，

所述圆板将该双重圆筒的各筒连结在端面，固定各筒的距离，

所述开口部被设置在所述圆板，由所述浮动输出环贯通，

所述低摩擦树脂部被设置在所述开口部的边缘，针对所述浮动输出环。

3.如权利要求1所述的电力用开闭装置的操作机构，其特征在于，

所述双重圆筒

具备圆板和开口部，

所述圆板将该双重圆筒的各筒连结在端面，固定各筒的距离，

所述开口部被设置在所述圆板，由所述浮动输出环贯通，

所述浮动输出环

在通过所述开口部的周面区域具备低摩擦树脂部。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的电力用开闭装置的操作机构，其特征在于，

所述双重圆筒

还使磁化矢量轴方向成分为相反朝向的所述第一永久磁铁和第二永久磁铁相向。

5.一种电力用开闭装置，是具有可往复运动的可动触点和驱动所述可动触点的操作机构，且能够通过所述可动触点的移动在隔断状态和导通状态之间相互移动的开闭装置，

其特征在于，

所述操作机构

是权利要求1至3中的任一项所述的操作机构。