CN1728307A - 电磁操作装置和电磁操作式开关装置及电磁铁控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电磁操作装置和电磁操作式开关装置及电磁铁控制装置，尤其是涉及利用电磁力操作断路器等开关的电磁操作装置和电磁操作式开关装置及控制作为用于驱动开关的驱动源的电磁铁的驱动的电磁铁控制装置。本发明的设计结构可提高作业性。其结构为：将电磁铁(14)配置在外壳(10)的中央下部位置，在该电磁铁(14)的两侧分别配置电容器(16)和控制线路板(18)，在电磁铁(14)的上部配置辅助接点(34)、显示板(36)、计数器(38)，并且将辅助接点(34)、显示板(36)、计数器(38)安装在板(56)上，从而与电磁铁构成一体，因而，电容器(16)、控制线路板(18)可从正面拉出。

Description

电磁操作装置和电磁操作式开关装置及电磁铁控制装置

本申请是申请号为200310103229.2、申请日为2003年10月28日、发明名称为“电磁操作装置和电磁操作式开关装置及电磁铁控制装置”的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及电磁操作装置和电磁操作式开关装置及电磁铁控制装置，尤其是涉及利用电磁力操作断路器等开关的电磁操作装置和电磁操作式开关装置及控制作为用于驱动开关的驱动源的电磁铁的驱动的电磁铁控制装置。

背景技术

在操作断路器等开关时，可以利用由电磁铁产生的电磁力进行操作(参照专利文献日本特开2002-217026号公报第2页-第4页，图1-图3)。

另一方面，在驱动电磁铁时，试验了设置储存用于激励电磁铁的线圈的电能的电容器，响应对开关的闭合指令或断开指令、控制由电容器供给电磁铁线圈的电流的导通方向的控制线路板以使电磁铁稳定地工作。在这种情况下，通过将电磁操作装置和开关予以组合可构成电磁操作式开关装置。

例如，将电磁操作装置和磁锁闩式电磁操作型断路器组合、构成电磁操作式开关装置时，可以使用微机、逻辑IC(CPLD/FPGA)或机械继电器等构成，可以构成闭合指令、断开指令所要求的电流为数十毫安左右的小功率开关装置。

与断路器等相邻设置电磁操作装置时，采用将电磁铁、电容器、控制线路板等都装于外壳内，通过连杆机构将电磁铁和开关连接起来的结构。然而，在电磁铁、电容器及控制线路板装于壳体(外壳)内时，由于不得不在外壳内部的狭窄空间里进行作业，因此，在布置构成部件时必须考虑安装作业、检修保养作业等。

另外，就电磁铁而言，为了降低成本，试图利用由JIS标准等规定的标准尺寸的钢管作为旁轭。但是，在断路器等开关和电磁铁共同设置在外壳内时，虽然通常的结构是将电磁铁装在外壳内比开关更靠壳体的前面一边；但由于外壳的深度尺寸比宽度尺寸小，为了减小所占空间，最好将电磁铁的断面形状做成长方形。因而，所采用的结构是：将薄钢板叠层构成旁轭的同时，采用四方形的断面构成活动铁芯，固定铁芯和线圈。但是，为了以四方形断面构成活动铁芯等，就应当使标准尺寸的圆形钢管形成四方形，因而在增加加工工时和组装工时的同时，在以薄钢板叠层构成旁轭时，不得不增多零部件数量而提高成本。

另外，在使用控制线路板控制电磁铁时，必须根据闭合指令或断开指令来控制对电磁铁线圈的通电方向的同时，为了将控制线路板设置在电磁操作装置上，就必须使实装在控制线路板上的电子零部件、机械零部件小型化。进而，在构成上述电磁操作式开关装置时，由于闭合指令、断开指令所要求的电流为数十毫安左右，作为将断开指令或闭合指令输出给断路器的继电器，可以采用近年来流行的数字式继电器。

但是，作为对断路器输出断开指令的继电器，还存在大量老型号的模拟式继电器，在装有模拟式继电器的配电盘上使用电磁操作式开关装置时，则不能形成必须数安培左右电流的断路指令的路径。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种电磁操作装置，它具有可提高操作性能的布置、结构。

本发明的目的之二在于提供一种电磁铁操作装置，它既可以减少制作所需的工时，也可以构成深度尺寸比宽度尺寸小的电磁铁。

本发明的目的之三在于提供一种电磁铁控制装置，它可以使用于根据闭合指令和断开指令控制对电磁铁线圈的通电方向的控制装置小型化。

本发明的目的之四在于提供一种电磁操作式开关装置，它可以应用于数字式继电器和模拟式继电器两者。

为了实现上述第一个发明目的，本发明的电磁操作装置的特征是：通过连杆机构将与电磁铁的活动铁芯连接的轴连接到开关装置，在构成用于将与电磁铁产生的电磁力一起产生的驱动力传递给开关装置的电磁操作装置时，以电磁铁为中心，分别独立地配置储存用于对电磁铁线圈进行励磁的电能的电容器，和响应对开关装置的闭合指令或断开指令、控制从电容器供给电磁线圈的电流的通电方向的控制线路板。

另外，为了实现上述第二个发明目的，本发明的电磁操作装置的特征是：其结构为，通过连杆机构将与电磁铁的活动铁芯连接的轴连接到开关装置，在构成用于将与电磁铁产生的电磁力一起产生的驱动力传递给开关装置的电磁操作装置时，使用活动铁芯、固定铁芯、线圈和铁制盖板构成上述电磁铁，用外形为长圆形的筒状体构成上述铁制盖板，使上述筒状体的短径一边与上述开关装置的进深方向相一致地配置。

另外，为了实现上述第三个发明目的，本发明的电磁铁控制装置的特征是：其结构为，作为将来自电源的电能予以储存的电容器的电能供给电磁线圈的通电电路，具有在断开指令发生时形成用于使活动铁芯和固定铁芯相互离开的通电电路的断开机构；作为与上述断开机构的通电电路对上述电磁线圈的通电方向相反的通电电路，具有在闭合指令发生时形成用于使上述活动铁芯和固定铁芯相互接触的通电电路的闭合机构；上述断开机构的结构包含响应上述断开指令接入用于使上述活动铁芯和固定铁芯相互离开的通电电路中的切换继电器；上述闭合机构的结构包含响应上述闭合指令接入用于使上述活动铁芯和固定铁芯相互接触的通电电路中的切换继电器。

再有，为了实现上述第四个发明目的，本发明的电磁操作式开关装置的特征是，具有：有电磁铁和电容器及控制线路板电磁操作装置，和通过连杆机构与上述电磁操作装置连接的开关装置(断路器)；并设置通过电阻将上述断开指令的一部分对上述电源旁路的旁路电路。

附图说明

图1是电磁操作装置的正视图。

图2是电磁操作式开关装置的侧视图。

图3是用于说明状态检测机构闭合时的动作的说明图。

图4是用于说明状态检测机构断开时的动作的说明图。

图5(a)是用于说明联锁杆上升前的状态的侧视图。

图5(b)是其主要部分的正视图。

图6(a)是用于说明联锁杆上升后的状态的侧视图。

图6(b)是其主要部分的正视图。

图7(a)是用于说明联锁杆已处于不能上升时的状态的侧视图。

图7(b)是其主要部分的正视图。

图8(a)是用于说明带有正面盖时的手工切换操作的侧视图。

图8(b)是其主要部分的正视图。

图9(a)是用于说明卸掉正面盖时手工接入操作的侧视图。

图9(b)是其主要部分的正视图。

图9(c)是手工接入操作所使用的手柄的俯视图。

图10是用于说明电磁铁控制装置的电路构成的方框结构图。

图11是充电电路的电路结构图。

图12是用于说明充电结束后检测电路的滞后特性的说明图。

图13是用于说明断路器的CO动作的特性图。

图14是用于说明断路器的O动作和CO动作的特性图。

图15是用于说明电容器充电电压和电容器充电能量的关系的特性图。

图16是用于说明控制逻辑部的电路结构的方框图。

图17是用于说明闭合动作时的控制逻辑部的动作的定时图。

图18是用于说明断开动作时的控制逻辑部的动作的定时图。

图19是表示电磁铁控制装置的其它实施例的方框结构图。

图20(a)，(b)是用于说明过电流继电器的动作原理的电路结构图。

图21是表示在电磁操作式开关装置中配置旁路用的电阻时的实施例的方框结构图。

图22是在电磁操作式开关装置中设置中继盒时的立体图。

图23是在电磁操作式开关装置中连接了中继盒时的线路结构图。

图24是电磁铁的纵剖面图。

图25是沿图24所示的A-A线的纵剖面图。

图26是沿图24所示的B-B线的纵剖面图。

图27是沿图24所示的C-C线的纵剖面图。

图28是用于说明铁制盖板的压制方法的说明图。

图29是电磁铁的分解立体图。

具体实施方式

下面，根据附图说明本发明的一个实施例。图1是本发明的电磁操作装置的正视图，图2是包含电磁操作装置和断路器的电磁操作式开关装置的侧视图。在图1和图2中，电磁操作装置具有做成箱型的外壳10，外壳10在正面具有开口12，在外壳10的正面可装拆自如地固定有正面盖板(图中省略)。在该外壳10内，以电磁铁14为中心分别独立地配置有电容器16和控制线路板18，电磁铁14用螺栓、螺母固定在外壳底部的中央位置，电容器16和控制线路板18分别固定在外壳的相对的两个侧面上。即，电容器16用螺栓、螺母固定在外壳10的左侧面上，而控制线路板18用螺栓、螺母并经衬垫20固定在外壳10的右侧面上。

再有，在外壳10内装有二级插头22、电缆24、26、28、30的同时，还装有检测作为开关的真空断路器(真空管)32状态的状态检测机构的辅助接点34、显示板36、计数器38。二级插头22用螺栓、螺母固定在外壳10的上部，在二级插头22上连接有电源用电缆、来自数字继电器或模拟继电器的信号电缆等。电缆24连接在电容器16的正极和负极上，电缆26连接在辅助接点34上，电缆28通过插接件40连接在控制线路板18上。电缆28和电缆30在安装作业时压接在端子43的部位。极限开关42通过五金件44固定在外壳10的底部。该极限开关42根据配置在外壳10中可沿铅直方向升降自如的联锁杆46的位置来开关接点，显示接点的开关状态的信号供给控制线路板18。

控制线路板18由二级插头22得到供给的电能，同时由数字继电器或模拟继电器等接受闭合指令或断开指令的信号，其上还实装有用于控制电磁铁14的驱动的、进行逻辑运算的逻辑部、用于对电容器16进行充放电的充电电路，用于控制线圈(电磁铁线圈)48的通电方向的继电器及继电器接点(图中省略)。再有，在控制线路板18上还实装有显示电容器16充电结束的发光二极管50，同时，还实装有用于通过手工操作对真空断路器32发出闭合指令的“接入”用按钮(按钮开关)52，用于通过手工操作对真空断路器32输出断开指令(断路指令)的“切断”按钮(按钮开关)54。

辅助接点34、显示板36、计数器38作为真空断路器32的状态检测机构分别配置在电磁铁14的上部并与板56连接，而且与电磁铁14构成一体。电磁铁14的结构是具有活动铁芯58、固定铁芯60、线圈48、轴62、两个活动平板64、66，永久磁铁68、做成筒状的铁制盖板70、72，铁制的支撑板74、76，固定杆78等。线圈(电磁线圈)48装在配置在支撑板74和支撑板76之间的线圈骨架48a内，固定杆78用螺栓、螺母固定在外壳10底部的同时，固定在底座80上。

轴62配置在电磁铁14的中央并沿铅直方向配置。另外，轴62的结构是：其上部插入板66的通孔82内，其下部插入支撑板76的通孔84内并可升降和自由滑动。在该轴62的外周面上用螺母固定着活动铁芯58、活动平板64、66，在轴62的下部通过销轴86连接着轴88。在轴62上虽安装有大小两个活动平板(钢板)64、66，但这是为了增加上部活动平板64和铁制盖板70的相对距离以减小向铁制盖板70的漏磁通。进而，在轴62的下部连接着支撑板90，在支撑板90和底座80之间装有以轴62的轴心为中心画圆的环状的断路弹簧92。该断路弹簧92做成使其可通过支撑板90对轴62施加用于使活动铁芯58离开固定铁芯60的弹性力。另外，在活动铁芯58的周围配置有永久磁铁68，永久磁铁68固定在安装板74上。固定铁芯60用螺栓固定在安装板76上。

另外，轴88的下部通过销轴94与一对杠杆96连接。杠杆96构成为变换驱动力的传递方向的连杆机构的一个要素，并通过轴98与杆100连接；而该驱动力与电磁铁14产生的电磁力一起产生。杆100通过销轴102与连接板104连接。另外，在杠杆96的端部固定着止动销106；该止动销106在真空断路器32断开时与固定在底座80上的止动用螺栓108接触，以阻止杠杆96向底座80一侧移动。

连接板104可上下自由移动(往复运动)地插入固定在底座80上的绝缘支架110内，在连接板104的上部一边形成承压弹簧压板112。在承压弹簧压板112上开有通孔，绝缘杆114的轴向的端部插入该通孔内，在该端部通孔垫圈116固定有螺栓118。进而，在承压弹簧压板112和绝缘杆114的底部之间装有承压弹簧120。绝缘杆114的上部通过挠性导体121与活动馈线122连接的同时，与真空断路器32的活动导体124连接。活动导体124与活动接点(图中省略)连接，与活动接点相对地配置有固定接点(图中省略)。该固定接点与固定导体126连接，与活动接点一起装在绝缘筒128内。在该绝缘筒128内保持真空状态。固定导体126与固定馈线129连接，固定馈线129固定在绝缘支架110上。上导体130与固定馈线129连接，下导体132与活动馈线122连接，在各导体130、132上连接有配电电线等电力电缆。

因此，当对控制线路板18输入闭合指令时，由于来自控制线路板18的信号的作用使电磁铁14的线圈(电磁线圈)48通电，在线圈48的周围，在连接活动铁芯58→固定铁芯60→安装板76→盖板72→安装板74→活动铁芯58的路径中形成磁场，从而对活动铁芯58的底部一侧的端面作用向下的吸引力，使活动铁芯58移动到固定铁芯60一侧，并将活动铁芯58吸持在固定铁芯60上。这时，由于由永久磁铁68形成的磁场的方向也与伴随着线圈48的励磁产生的磁场的方向相同，从而以吸引力增强的状态使活动铁芯58移动到固定铁芯60一侧。

当由电磁铁14进行闭合动作(吸引动作)时，轴62克服断路弹簧92的弹力向下移动，与电磁铁14产生的电磁力一起产生的驱动力传递给杠杆96。该驱动力经轴98、杆100传递给连接板104，从而使活动导体124移动上升，活动接点与固定接点接触，执行真空断路器32的闭合动作。在真空断路器32的闭合动作中，承压弹簧120在固定接点与活动接点接触前虽未被压缩，但固定接点和活动接点一接触则被压缩，然后，一直被压缩到闭合动作结束。另一方面，断路弹簧92在真空断路器32的闭合动作中一直处于被压缩的状态。

随后，对控制线路板18输入断开指令(断路指令)，当与断开指令相应的信号由控制线路板18输出到线圈48时，在线圈48中流过与闭合时方向相反的电流，在线圈48的周围形成与闭合动作时方向相反的磁场。这时，由线圈48产生的磁通与永久磁铁68产生的磁通相互抵消，由于活动铁芯58的轴方向端面(下表面)的吸引力比断路弹簧92和承压弹簧120产生的弹性力更弱，活动铁芯58就离开固定铁芯60而向上移动。当轴62随着活动铁芯58的移动而移动到上方时，与杠杆96向上方移动联动，连接板104移动到下方，真空断路器32的活动接点离开固定接点，固定接点和活动接点的接触被解除，实现真空断路器32的断开动作(断路动作)。这时，当解除电磁铁14所保持的闭合状态时，开始被压缩的承压弹簧120伸长，承压弹簧压板112与垫板116接触时，则真空断路器32的固定接点和活动接点的接触被解除，同时实现真空断路器32的断路动作和电磁铁14的断开(释放)动作。

在执行真空断路器32的闭合动作或断开动作(断路动作)的过程中，真空断路器32的闭合或断开状态由辅助接点34、显示板36、计数器38进行检测。

具体的如图2所示，在与活动铁芯58连接的轴62的上部连接着杆134。在该杆134的上部形成通孔(图中省略)，在该通孔内插入销轴136。销轴136插入杠杆138、140的长孔中，杆134通过销轴136与杠杆138和杠杆140连接。杠杆138经轴142与轴助接点34连接。该辅助接点34具有a接点和b接点，并做成使各接点的开闭与轴62的上下移动相一致。即，辅助接点34的构造为：轴142在一个方向旋转时a接点进入，在反方向旋转时b接点进入。这时，在杠杆138上形成长孔，由于销轴136插入该长孔中，因而与轴62的上下移动相一致可使轴142旋转，从而与轴142的旋转动作吻合可使a接点和b接点交替进入。

杠杆140经销轴144与固定板146连接，固定板146的底部固定在板56上。该杠杆140的构成为：与轴62的上下移动相吻合能以销轴144为中心旋转。另外，杠杆140的前端与显示板36做成一体，在显示板36的前面一侧的上部标有“接入”的文字，而在其下部标有“切断”的文字。当显示板36处于图2所示的位置时，做成使“切断”的文字可由外壳10的正面一侧看见；而当显示板36处于从图2所示的位置移动到上方时，“接入”的文字可由外壳10的正面一侧看见。即，其结构为：与轴62的上下移动相吻合，可由外壳10的正面一侧看见“接入”或“切断”的文字。

另外，在显示板36上配置有弹簧148，弹簧148的一端与杠杆140的轴向端部连接，其另一端与计数器38的计数器杠杆150连接。弹簧148随着杠杆140的旋转相应伸缩，并使计数器杠杆150以销轴152为中心旋转(在约45°的范围内旋转)，计数器杠杆150每旋转一次，就对真空断路器32的开关动作次数进行机械地计数。

下面，对状态检测机构的具体动作进行说明。首先，当进行真空断路32的闭合动作时，如图3所示，轴62移动到下方，与轴62的移动相一致，杠杆138以轴142为中心绕顺时针方向旋转，由于杠杆138的旋转，辅助接点34的b接点断开，然后a接点接通。这时，显示板36由于杠杆140以销轴144为中心在反时间方向旋转，如图4所示，则移动到“接入”的文字可从正面一侧看到的位置。进而，弹簧148被压缩，计数器杠杆150以销轴152为中心旋转约45°。由此，计数器38对真空断路器32完成一次闭合动作进行计数。

随后，当真空断路器32开始断路动作时，轴62从图4所示位置移动到上方。与该轴62的移动上升联动，杠杆138以轴142为中心绕反时针方向旋转，辅助接点34的轴142旋转，辅助接点34的a接点断开，然后b接点接通。进而，与轴62的移动上升联动，杠杆140以销轴144为中心绕顺时针方向旋转，如图4所示，显示板36移动到可从正面看到“切断”的文字的位置。这时，随着杠杆140的旋转，弹簧148伸长，计数器杠杆150以销轴152为中心旋转约45°。另外，弹簧148的安装最好以可从正面见到显示板36的“接入”的文字的状态使其处于有些松驰的状态。

这样，每当真空断路器32进行闭合动作或断开动作(断路动作)时，都可以利用辅助接点34、显示板36、计数器38检测真空断路器32的闭合或断开状态。

另一方面，在底座80的两侧连接有4个车轮154，使其可在安装台156上移动。即，包含装有电磁铁14的外壳10和装有真空断路器32的绝缘支架110的电磁操作式开关装置可在固定于底座80上的状态下通过车轮154的移动由外壳10的正面取出。

但是，在本实施例中，真空断路器32在显示板的“切断”位置处于断路状态，以联锁杆46提升为条件，由于可将真空断路器32取出(拉出)，如图5所示，在安装台156上固定着规定运行位置158和断路位置160的卡板162的同时，联锁柄164固定在联锁杆46的上部侧面，联锁柄164插入安装在外壳10的底面的安装部件165的操作用孔168中。另外，锁销170固定在联锁杆46的底部侧面，联锁杆46的结构为：当联锁柄164位于下方时，联锁杆46的底部插入规定运行位置158和断开位置160的凹部内，由于与卡板162的接触，真空断路器32不能拉出。

即，真空断路器32在“切断”的位置处于断路状态，而联锁杆46未提升时，真空断路器32不可能取出(拉出)。

这时，作为联锁开关的极限开关42处于接通状态，作为输入控制线路板18的闭合指令的信号处于不会被极限开关42断开的状态。

随后，当断路器32处于断路状态，并操作联锁柄164使其移动到上方时，如图6所示，伴随着联锁柄164的上升移动，联锁杆46移动到上方，则可将真空断路器32拉出。

即，电磁操作式开关装置做成可将其拉出到前面并移动到断开位置160。但是，这时，随着联锁杆46的移动上升，极限开关42变成断开，对控制线路板18的闭合指令的输入被强制性地断开，从而不可能对真空断路器32实现闭合动作。

另一方面，当断路器32在“接入”的位置、处于闭合状态时，如图7所示，止动销106和锁销170接触，从而使其阻止了联锁杆46的上升移动。即，即使操作联锁柄164，由于止动销106和锁销170接触，从而阻止了联锁杆46的上升移动，使真空断路器32不能拉出。

另外，在本实施例中，为了在外壳10上即使装有正面盖板166的状态下也能通过手工操作实现对真空断路器32的断路操作，如图8所示，在底座80上由正面盖板166卸下的位置，形成用于插入断路用手柄172的槽174。由于使用手柄172的断开操作需要操作速度，因而做成使其可用于必须断开操作的所有情况。即，手柄172不管有无正面盖板166都可以经常插入槽174中；当真空断路器32处于闭合状态时，手柄172的前端插入槽174内，手柄172的前端与止动销106的下侧接触，以槽174的底部为支点向下方推压手柄172时，杠杆96以轴98为中心绕反时针方向旋转，从而可以对断路器32实现断开操作。这时，仅仅在开始由手柄172施加一个超过永久磁铁68支承力的力，然后便可由断路弹簧92和承压弹簧120的弹力使断路器32完成断开动作。

另一方面，由手工操作对真空断路器32进行闭合操作时，为了做成仅能在卸下正面盖板166时实现，在本实施例中，在底座80上紧临槽174形成闭合用手柄176的前端可插入的槽178。

使用闭合用手柄176的闭合操作由于不需要操作速度，其结构做成仅在工厂中进行组装(或拆卸)作业时，在进行保养、检修(定期检修)时，仅在将断路器32从配电盘中取出时才能闭合，因而仅仅在卸下正面盖板166时才使槽178露出。在通过使用手柄176的手工操作使真空断路器32完成闭合动作时，在卸下正面盖板166之后再将闭合用手柄176的前端插入底座80的槽178中。这时，将手柄176插入槽178中，从而使手柄176的前端与止动销106的上部接触。

其后，手柄176的前端插入杠杆96的外侧并与止动销106的上部接触，在这种状态下，当以槽178的上部一侧为支点使手柄176移动到上方时，杠杆96以轴98为中心绕顺时针方向旋转，进行断路器32的闭合动作。

在本实施例中，为了使利用手工操作的闭合动作做成必须卸下正面盖板，同时，利用手工操作的断开动作则做成无需卸下正面盖板166也能完成，在底座80上卸下正面盖板166的区域并面向止动销106的区域形成可插入断开操作用手柄172的槽174，在底座80上装着正面盖板166的区域内并面向止动销106的区域形成可插入闭合操作用手柄176的槽178。

在进行电磁操作装置的组装时，将电磁铁14、电容器16、控制线路板18、二级插头22、电缆24-28等从底座80上的外壳10的正面一边送入外壳10内，将电磁铁14固定在外壳10的大致中央位置，将电容器16和控制线路板18分别固定在外壳10的侧面。这时，由于辅助接点34、显示板36、计数器38通过板58与电磁铁14形成一体，因而在固定电磁铁14时，将它们配置在电磁铁14的上部。另外，电缆24-28由于与二级插头22，插接件40，极限开关42连成一体，因而二级插头22在与电缆28等连接的状态下固定在外壳10的上部。而且，当电缆28的各部分定位在外壳10上时，电缆24的前端与电容器16连接，电缆28的前端所带的插接件40与控制线路板18连接。然后，将线圈48的引出线30和电缆28的一部分压接在一起。此后，当轴88通过销轴94与杠杆96连接时，电磁铁14通过连杆机构与真空断路器32连接，从而结束组装作业。

如上所述，当构成作为电磁操作式开关装置的一个重要因素的电磁操作装置时，将电磁铁14配置在外壳10的大致中央位置，由于以电磁铁14为中心将电容器16和控制线路板18分别固定在外壳10的侧面，因而可容易地进行安装作业和保养、检修作业，可提高作业性的同时，还可抑制由电磁铁14产生的冲击及振动传递到电容器16和控制线路板18。

另外，由于辅助接点34、显示板36、计数器38与板56连接，使其与电磁铁14做成一体，因而，可实现结构的简化。

另外，在本实施例中，由于电磁铁14完全用铁制部件覆盖，因而磁场不会泄漏到电磁铁的外部，可以避免控制电路的误动作。再有，通过在电磁铁外部配置磁性体，例如配置外壳10，电磁铁14的特性变化问题也得到解决。

另外，在本实施例中，在构成部件中，在一方的部件与另一方的部件相互滑动的滑动部分，在一方的部件可旋转地支撑另一方的部件的轴承部分或旋转部分上使用了固体润滑材料。

具体的，在板56的通孔82、安装板76的通孔84等的滑动部分，在销轴86、94、102、144，轴98等的旋转部分或轴承部分，使用了固体润滑材料的无油润滑轴承。因此，在轴62可顺利地进行滑动(上下移动)，杠杆96、100、140等可顺利地进行旋转运动以及可顺利地进行对其它部件的支承等，同时可将电磁铁14做成密闭构造。

另外，由于在销轴94等中使用C型圈作为轴档，与使用开口销时相比可提高作业性。

下面，根据图10说明以控制线路板18作为主要构成要素的电磁铁控制装置的具体结构。电磁铁控制装置的结构具有AC/DC变换器200、充电电路202、控制逻辑部204、放电电路206；电容器16和电磁铁线圈48与放电电路206连接。

AC/DC变换器200由二级插头接受直流或交流的控制电源P、N，为直流时直接原状使用，为交流时变换为直流并输出给充电电路202和控制逻辑部204。充电电路在对电容器16进行高速充电后再缓慢充电到最大电压，利用储存在电容器16中的电能以控制电磁线圈48的驱动。

即，在放电电路206中，设置作为主要控制装置的FET(场效应晶体管)208、一对继电器接点210、212，二极管D1，电阻RL。FET208接入从电容器16供给电磁线圈48以电能(电流)的通电电路中，使其根据来自控制逻辑部204的控制信号进行开关控制。也将构成一对机械式切换继电器的继电器接点210、212接入由电容器16供给电磁线圈48以电能的通电电路中，继电器接点210、212将各自的c接点作为共用接点，并具有a接点和b接点。继电器接点210的a接点与电磁线圈48的一端连接，其b接点与电磁线圈48的另一端连接，其c接点与电容器16的正极连接。

另一方面，继电器接点212的b接点与电磁线圈48的一端连接，其a接点与电磁线圈48的另一端连接，c接点与FET208连接，同时，通过电阻RL、二极管D1与继电器接点210的c接点连接。

构成切换继电器的继电器接点210、212在产生断开指令(断路指令)时，c接点和b接点相互连接，作为由电容器16供给电磁线圈48以电能的通电电路，构成为形成用于使活动铁芯58和固定铁芯60相互离开的通电电路的断开装置。再有，继电器接点210、212在产生闭合指令时，接点予以切换，c接点和a接点连接，作为由电容器16供给电磁线圈48的通电电路，是与作为断开装置的通电电路对电磁线圈48的通电方向相反的通电电路，构成为形成用于使活动铁芯58和固定铁芯60相互接触的通电电路，使在产生断开指令时所形成的通电电路断开的闭合装置。而且，在利用继电器接点210、212形成闭合用的通电电路或断开(断路)用的通电电路后，则可由FET208的开关动作来接通、断开电磁线圈48的线圈电流。

即，对于作为切换继电器的继电器接点210、212只要求通电性能，FET208作为主开关通过使用大的开关容量，可以实现小型化并降低成本。

另外，由于继电器接点的b接点用作断开装置，因而即使继电器接点210、212万一动作不良也能可靠地进行断开动作。

另外，当用FET208断开电磁线圈48的线圈电流时，产生与电流变换率成比例的过电压，从而有损伤电磁线圈48的危险。

但是，在本实施例中，由于与电磁线圈48并联有作为能量消耗元件的电阻RL和二极管D₁，在闭合动作时和断开动作时即使由电磁线圈产生过电压，伴随该过电压的能量可以由电阻RL消耗。

如图11所示，充电电路202的结构具有继电器线圈214，继电器接点216，FET218，充电结束检测电路220，多个充电电阻Rb、Rs、二极管D2及多个稳压二极管ZD₁-ZDn，稳压二极管ZD₁-ZDn相互串联连接并连接在电容器16的两端，其构成使得电容器16的充电电压维持在规定值。

充电电阻Rb、Rs的电阻值不同，并将其关系设定为充电电阻Rb＞Rs。各充电电阻Rb、Rs在连接AC/DC变换器200和电容器16的电路中与二极管D₂一起串连布置。并且，在充电开始的时刻由充电结束检测电路220输出高电平的信号，使FET218接通的同时也使继电器214接通，继电器接点216由b接点切换为a接点一边，将电阻值小的充电电阻Rs接入用于对电容器16进行充电的电路中，可使电容器16快速充电。

另一方面，电容器16的充电电压在达到为驱动电磁铁14足够的电压Vt₁时，由充电结束检测电路220输出低电平的充电结束信号，FET218变成断开的同时继电器214也断开，继电器接点216由a接点复位到b接点一边，电阻值大的充电电阻Rb接入充电电路中，电容器16慢慢充电并达到最大充电电压Vmax。

这样，由于在电容器16达到充电电压Vt₁之后就使充电电阻切换到高电阻一边，直到电容器16的充电电压达到Vmax之后，才降低流入稳压二极管ZD₁-ZDn中的电流，从而可避免稳压二极管ZD₁-ZDn的热损坏。另外，FET218、继电器线圈214、继电器接点216构成充电电阻切换机构。

另外，如图12所示，在充电结束检测电路220中，作为输出充电结束信号的电压范围值，设定了滞后上限值Vt₁和滞后下限值Vt₂，该充电结束检测电路220在电容器16的充电电压达到滞后上限值Vt₁之后，直到电容器16的充电电压变成滞后下限值Vt₂以下之前，作为充电结束信号都使其输出低电平信号。滞后下限值Vt₂设定为：在电容器16的充电电压刚达到滞后上限值Vt₁以上之后，即使进行断开动作，电容器16的剩余电压值也不低于作为输出充电结束信号条件的电压的下限值。再有，电容器16的充电电压的最大值Vmax设定为在作为电磁线圈48的操作对象的真空断路器32的标准中所规定的控制电压变动范围的最小电压的90％以上。

也就是说，断路器的工作状态有以下三种，充电电阻Rs和充电结束检测电路220的滞后特性必须设定为满足下述状态的值。

A种“O”-1分钟-“CO”-3分钟-“CO”

B种“CO”-15秒-“CO”

R种“O”-0.35秒-“CO”-3分钟-“CO”

其中，“O”表示断开动作(开)，“C”表示闭合动作(关)。

上述的工作状态按JEC-2300-1998规定。具体的将各工作时间的时间间隔短的B种，R种设定为基准。

例如，如图13所示，为了使从“CO”动作后的电容器剩余电压起直到达到Vt₁的时间为15秒以下，通过决定充电电阻Rs的电阻值以使其满足种工作状态的要求。另外，如图14所示，通过决定滞后下限值Vt₂可达到R种工作状态，使其即使一旦处于“O”动作的情况下，充电结束检测电路220的输出也能维持低电平。

另外，由稳压二极管ZD₁-ZDn决定的电容器16的充电电压的最大值Vmax必须为断路器标准所规定的控制电压变动范围的最小值(最小电压)以下。而且，如图15所示，由于电容器16的充电能量与充电电压的平方成正比，因而最好将Vmax设定为最小值的90％以上。

例如，按JEC-2300-1998标准规定控制电压变动范围为额定控制电压的75％--125％，当额定控制电压为DC100V时，可将Vmax设定为75V×0.9＝67.5V以上。

另一方面，如图16所示，闭合指令通过作为联锁机构的极限开关42、与继电器214联动的继电器接点222输入到控制逻辑部204中，同时，断开指令也被输入。进而，使接点开闭的辅助接点48a、48b根据真空断路器32的状态与控制逻辑部204连接。控制逻辑部204根据闭合指令、断开指令、真空断路器32的状态进行逻辑运算，从而输出用于控制FET208、继电器214，作为切换继电器的继电器接点210、212等的控制信号。继电器接点222构成闭合指令控制机构以用于在充电结束检测电路220产生充电结束信号之前禁止闭合指令的输入。

下面，按图17对控制逻辑部204的动作进行说明。按照由控制逻辑部204生成的控制信号进行闭合动作时，在本实施例中，仅在满足联锁机构接通、电容器充电结束这两个条件时才接受闭合指令生成控制信号。

也就是说，在产生闭合指令时，以联锁机构变成接通、而继电器接点222变成断开为条件，切换继电器的继电器接点210、212切换为a接点一边，作为对电磁线圈48的通电电路形成用于进行闭合动作的电路，然后，FET208变为接通从而使电磁线圈48励磁。由此，活动铁芯58和固定铁芯60相互接触，从而实现了继电器32的闭合动作。在这个过程中，表示断路器32的断路状态的辅助接点48b由接通切换成断开，其后，在断路器32的活动接点和固定接点接触之后，表示断路器32的闭合状态的辅助接点48a变成接通。

断路器32的闭合动作结束之后，以适当的定时使FET208断开。在FET208断开之后，储存在电磁线圈48中的能量由电阻RL予以消耗，待线圈电流充分衰减之后，切换继电器的继电器接点210、212断开从而完成闭合动作。

另一方面，在进行断开动作时，未设置特别的限制，如图18所示，在产生断开指令之后FET208一接通，由于继电器接点210、212分别位于b接点一边，线圈48由与闭合动作时相反方向的电流励磁，从而使活动铁芯58与固定铁芯60离开而实现断路器32的断开动作。在该断开动作进行的过程中，表示断路器32的闭合状态的辅助接点48a由接通变成断开之后，表示断路器32的断开状态的辅助接点48b则由断开变成接通。

根据本实施例，由于做成用继电器接点210、212进行通电电路的切换，以FET208进行通电电路的接通、断开，因而能以小容量构成继电器接点210、212，以大容量构成FET208，从而可实现低成本、小型化。

另外，通过执行控制逻辑部204规定的序列动作，可以实现断路优先功能，防止抽吸功能。

下面，根据图19对其它实施例进行说明。在本实施例中，代替切换继电器的继电器接点210、212的是设置了按照由控制逻辑部204发出的控制信号工作的切换继电器的继电器接点224-230，其它结构与图10的内容相同。

继电器接点224的结构为，在通常情况下(断开时)，接点处于打开状态并与电容器16的正极一端连接，仅仅在响应闭合指令时才闭合接点而成为接通状态，并通过继电器接点228与线圈48的一端连接。继电器接点226的结构为，在断开时，接点处于闭合状态并与电容器16的正极一端连接，仅仅在响应闭合指令时才打开接点而成为接通状态。继电器接点228、230的结构使其仅仅在响应断开指令时成为接通状态，继电器接点228在断开时与线圈48的一端连接，在接通时与线圈48的一端和FET208连接，从而形成用于进行断开动作的通电电路。继电器接点在断开时与线圈48的另一端和电阻RL连接，在接通时与线圈48的另一端和电容器16的正极一端连接，从而形成用于进行断开动作的通电电路。

也就是说，在产生闭合指令时，继电器接点228、230处于断开状态，继电器接点224、226变成接通，通过继电器接点224、228、230形成对电磁线圈48的通电电路，从而构成形成用于进行闭合动作的通电电路的闭合机构，另一方面，在产生断开指令时，在继电器接点224、226变成断开的同时，继电器接点228、230变成接通，继电器接点226、228、230接入用于进行断开动作的通电电路中，从而构成用于使断路器32进行断开动作的断开机构。

根据本实施例，由于以继电器接点224-230进行通电电路的切换，以FET208进行通电电路的接通·断开，因而能以小容量构成继电器接点224-230，而以大容量构成FET208，从而能实现小型化并降低成本。

在本实施例中，在产生闭合指令时，以继电器接点224、226变成接通为条件，从而使FET208接通，对电磁线圈48励磁，使断路器32进行闭合动作；在产生断开指令时，以继电器接点228-230变成接通为条件，从而使FET208接通、对电磁线圈48励磁，使断路器32进行断开动作；因此，继电器接点224-230处于断开状态时，电压驱动型的FET208即使因波动噪音等而误动作时，也能防止真空断路器32误动作。

在将上述实施例的电磁操作装置和磁锁闩式的电磁操作型真空断路器32组合构成电磁操作式开关装置的情况下，可以使用微机、逻辑IC(CPLD/FPGA)或机械继电器等构成控制逻辑部204。闭合指令、断开指令所要求的电流为数十毫安左右，可以构成小能量的开关装置。

即，作为对断路器发出断开指令的继电器，近年来数字式继电器已成为主流，可以适合于将能以小电流工作的断路器作为操作对象时。但是，作为对断路器发出断开指令的继电器，老型号的模拟式继电器也大量存在，在装有模拟式继电器的配电盘中使用本发明的电磁操作式开关装置时，在断开指令的电流值这方面产生不匹配的问题。

例如，如图20(a)、(b)所示，当超过规定值的电流流经检测断路器300(相当于断路器32的断路器)的电流的变流器203时，闭合与圆板304连接的主接点306而使辅助接触器308动作。此时，由辅助接触器308对断路器300输出断开指令(跳闸指令)的同时，显示器310动作。即，在断开指令中，不仅使断路器300动作，而且要求有能使显示器310动作的电流，其值为2-5A。因此，在构成电磁操作式开关装置时，必须使模拟继电器·断路器300一起正常地动作。

因此，在本实施例中，在构成电磁操作式开关装置时，如图21所示，使断开指令的一部分通过电阻312构成旁路于作为电源的AC/DC变换器200的阴极(接地)一侧(控制电源N)的旁路电路，在该旁路电路中，接入响应真空断路器32的断开动作断开旁路电路的辅助接点314和响应操作开关接点的跳线开关313，并将电阻312实装在控制线路板18上。

若采用上述结构，控制逻辑部204的输入阻抗提高，在控制逻辑部204中其结构为流经数十毫安左右的电流时，作为继电器使用模拟继电器的情况下，接通跳线开关闭合旁路电路，可以使由模拟继电器输出的数安培左右的断开指令通过电阻312、辅助接点314旁路。

电阻312可以根据额定控制电压设定，例如，在输入为DC100V时可设定为30欧姆左右。这时，由模拟继电器传送的断开指令的电流变成3A左右，从而，可以使显示器310和断路器300一起动作的同时，还可以与断路器300同步使辅助接点310断开，并且即使使用过去的继电器时也可确保互换性。

根据本实施例，作为继电器，即使使用数字继电器及模拟继电器，也能以稳定的状态使继电器和断路器一起动作。

在上述实施例中，虽对在控制线路板18上实装电阻312进行了叙述，但电阻312未必一定要实装在控制线路板18中，例如，如图22和图23所示，仅在使用模拟继电器时，也可以采用将电阻312装在中继盒316内的结构，该中继盒316安装在正面盖板(正面面板)166上并用于中继来自二级插销22的信号并将其传送到控制线路板18等。

若采用上述结构，作为电磁操作式开关装置，当继电器为数字继电器时可以原样使用，当继电器为模拟继电器时，则可以通过安装中继盒316与之相适应，因而，无论对数字继电器和模拟继电器任何一种继电器都可以通用。

另外，作为中继盒316，不必直接安装在开关装置上，只要是在模拟继电器和开关装置之间，可以安装在任何地方。

在上述实施例中，虽对设置单相的断路器32进行了说明，但作为断路器32可以设置三相，通过轴98将各相的断路器连接，从而可以使用一个电磁铁14对各相的断路器实现断开·闭合动作。

另外，通过轴98将多个电磁铁14连接、将各电磁铁14的线圈48串连连接，也可以使断路器32动作。

下面使用图24-图29对电磁铁14的具体结构予以详细说明。图24是电磁铁14的纵剖面图；图25是沿图24的A-A线的横剖面图；图26是沿图24的B-B线的横剖面图；图27是沿图24的C-C线的横剖面图。

在图24-图27中，电磁铁14的结构具有：作成圆筒状的线圈48，做成圆柱状的活动铁芯58，做成圆柱状的固定铁芯60，插入活动铁芯58和固定铁芯60的轴心部的轴62，固定在轴62上的长圆形状的活动平板64、64，做成长圆形状并固定在支撑板74上的永久磁铁68，作为旁轭做成长圆形状的铁制盖板70、72，固定在固定杆78上并支承铁制盖板72的支撑板76。

在此，在构成包围轴62和线圈48的周围的铁制盖板70、72时，作为按JIS等标准规定的标准尺寸的钢管，使用用断面为圆形的钢管、通过压制将钢管的一部分压得扁平的钢管。

例如，如图28(a)所示，利用压制将圆形钢管的一部分沿其直径方向压成扁平，然后，如图28(b)所示，通过在轴向压制钢管，以便在铁制盖板70、72中使磁场通过的端面变得平滑。

另外，在按JIS G 3454等标准规定的扁平试验中记载，压扁钢管使其短径H达到钢管外径D的2/3时，应检查是否产生损伤或裂纹。即，无非是说即使将钢管压扁到该尺寸其性能也无问题。

因而，在本实施例中，即使在铁制的盖板70、72中，也希望将其短径尺寸设定在钢管原来外径的2/3以上。

另外，就永久磁铁68和活动手板62、64而言，由于与铁制盖板70、72的形状吻合，并将其外形做成长圆形状，与永久磁铁68，活动平板62、64做成圆形相比，还可增加两者之间相对的面积，从而可增强吸引力。

另外，由于活动平板62、64用薄钢板以冲压方法制成，永久磁铁68用模具以烧结成形制成，将两者都作成长圆形状不会提高成本。

另一方面，就活动铁芯58、固定铁芯60而言，由于用按JIS标准规定的标准尺寸的钢棒制成，通过将活动铁芯58、固定铁芯60做成圆柱形状，与做成四方形或长方形时相比还可降低成本。

在组装上述结构的电磁铁14时，如图29所示，预先用螺栓将固定铁芯60固定在支撑板76上，并预先使固定杆78和轴62穿通支撑板76。在这种状态下，首先将铁制盖板72从上方放置于支撑板72上，其后，按顺序装上线圈48、预先用粘接剂固定了永久磁铁68的支撑板74、活动铁芯58、活动平板66、活动平板64，然后再分别用螺母固定轴62和活动铁芯58、活动平板64、66。其后，将铁制盖板70和平板56装于支撑板74上，再将螺母55固定在固定杆78上之后即完成了电磁铁14的组装。

将组装好的电磁铁14配置在真空断路器32的前面一边时，使形成长圆形状的制铁盖板70、72的短径一边的配置与外壳10和真空断路器32的进深方向一致。

根据本实施例，由于使做成长圆形状的铁制盖板70、72的短径一边与真空断路器32、外壳10的进深方向一致地配置电磁铁14，可以使深度尺寸比宽度尺寸小的电磁铁14的设置空间较狭小，能实现减小电磁操作装置的设置空间的同时，可减小装载有该电磁操作装置的开关设备(断路器32)和具有该开关设备的配电盘的尺寸。

另外，根据本实施例，由于只将可压制成形的铁制盖板70、72，可冲压成形的活动平板64、66和模具成形的永久磁铁68做成长圆形，不会提高成本并可缩小电磁操作装置。进而，通过将电磁铁14的铁制盖板70、72做成长圆形状，尤其是跑道形状，可减少无用空间，提高占有面积的效率。

如上所述，采用本发明的电磁操作装置，其布置结构可提高作业性。既减少了制作所需要的工时，又可构成其深度尺寸比宽度尺寸小的电磁铁，同时还可缩小设置空间。进而，采用本发明的电磁铁控制装置，可以使根据断开指令及闭合指令用于控制对电磁铁线圈的通电方向的控制装置小型化。进而，采用本发明的电磁操作式开关装置，可以既适用于数字继电器也适用于模拟继电器。

Claims (7)

1.一种电磁操作式开关装置，其特征在于，具有：根据驱动力使相对配置的固定接点和活动接点离开或接触的开关装置；通过连杆机构与上述开关装置连接的电磁铁；响应对上述开关装置的闭合指令或断开指令，控制从电容器供给上述电磁铁的线圈的电流的通电方向的控制线路板；通过电阻使上述断开指令的一部分对上述控制线路板的电源旁路的旁路电路。

2.一种电磁操作式开关装置，其特征在于，具有：根据驱动力使相对配置的固定接点和活动接点相互离开或接触的开关装置；具有相对配置的活动铁芯和固定铁芯以及根据电磁力使上述活动铁芯和固定铁芯离开或接触的线圈的电磁铁；接受并储存由电源供给的电能的电容器；响应对上述开关装置的闭合指令或断开指令，控制由上述电容器供给电磁铁线圈的电流的通电方向的控制线路板；与上述活动铁芯连接、通过连杆机构将与上述电磁铁产生的电磁力一起产生的驱动力传递给上述开关装置的轴以及通过电阻将上述断开指令的一部分对上述电源旁路的旁路电路。

3.根据权利要求1所述的电磁操作式开关装置，其特征在于：在上述旁路电路中，为响应上述开关装置的断开动作而接入断开上述旁路电路的辅助接点。

4.根据权利要求1所述的电磁操作式开关装置，其特征在于：在上述旁路电路中，为响应上述开关装置的断开动作，串联接入断开上述旁路电路的辅助接点和响应操作开关接点的跳线开关。

5.根据权利要求1所述的电磁操作式开关装置，其特征在于：上述旁路电路的电阻配置在上述控制线路板上。

6.根据权利要求1所述的电磁操作式开关装置，其特征在于：还具有中继上述断开指令并将其传送至上述控制线路板的中继盒，上述旁路电路的电阻配置于上述中继盒中。

7.根据权利要求1所述的电磁操作式开关装置，其特征在于：还具有中继上述断开指令并将其传送至上述控制线路板的中继盒，上述中继盒配置在将上述断开指令输出到上述中继盒的继电器和上述控制线路板之间，上述旁路电阻配置在上述中继盒中。

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