JP2005079009A

JP2005079009A - 開閉器

Info

Publication number: JP2005079009A
Application number: JP2003310043A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kato; 健二加藤; Nobutaka Kubota; 信孝久保田; Tomio Go; 冨夫郷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】開閉器の機械的強度を低減し得る開閉器を提供する。
【解決手段】固定部材３０に固定側が固定された接離自在の一対の電極３、４を有する三相分の真空バルブ５と、前記三相分の真空バルブ５の可動側を連結する連絡梁３１と、この連絡梁３１に連結されて前記真空バルブ５を開閉する永久磁石２１、この永久磁石２１に固定されたコア２２、および前記コア２２と接離するアーマチュア２０から構成される電磁アクチュエータ１８からなる操作機構とを備え、前記固定部材３０および前記連絡梁３１を、前記操作機構の閉路時の操作力よりも低い荷重で撓むようにしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、開閉器の開閉に伴う機械的強度のうち、閉路時の機械的強度を改善し得る開閉器に関する。

従来の真空遮断器および真空開閉器などの開閉器の操作機構においては、開路、閉路操作を行うために、必要な力を発生させる電磁アクチュエータを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この種の開閉器は、図３に示すように、図示上段から電流を遮断する遮断部１ａ、遮断部１ａの閉路時に接触荷重を加えるワイプバネ部１ｂ、および図示最下段に遮断部１ａを開閉する操作機構部１ｃが配置され構成されている。なお、図３において、図示右に閉路状態、図示左に開路状態を示している。

遮断部１ａには、真空絶縁容器２内に接離自在の一対の電極３、４を有する三相分の真空バルブ５が設けられている。この真空絶縁容器２外の固定側は、一方の電路となる上部導体６が支持碍子７を介して上部固定部材８にそれぞれ固定されている。また、真空絶縁容器２外の可動側には、軸方向に移動自在の可動通電軸９が他方の電路となる下部導体１０を貫通して設けられている。この可動通電軸９の軸方向には、絶縁操作ロッド１１の一方端が連結されている。

ワイプバネ部１ｂには、絶縁操作ロッド１１の他方端に連結された第１の可動軸１２とこの第１の可動軸１２の軸方向に配置された第２の可動軸１３とを連結するワイプバネフォルダ１４が設けられている。このワイプバネフォルダ１４内には、一対の電極３、４間に接触荷重を加えるワイプバネ１５、および開閉時の衝撃力を吸収する緩衝部材１６が設けられている。この第１の可動軸１２は、ワイプバネフォルダ１４の一側面を移動自在に貫通し、また、第２の可動軸１３は、ワイプバネフォルダ１４に固定されている。

操作機構部１ｃには、三相分の第２の可動軸１３を連結する剛体の連絡梁１７、および電磁アクチュエータ１８が設けられている。電磁アクチュエータ１８は、磁路を形成するヨーク１９、ヨーク１９内を移動するように設けられた磁性体のアーマチュア２０、アーマチュア２０を移動もしくは閉路保持をする永久磁石２１、永久磁石２１に固定されアーマチュア２０と接離する磁性体のコア２２、ヨーク１９内の磁束を増減させる閉路、開路コイル２３、２４、およびアーマチュア２０を挟持して永久磁石２１、コア２２、ヨーク１９を貫き、連絡梁１７に連結された非磁性体の操作ロッド２５から構成されている。

電磁アクチュエータ１８の両側には、アーマチュア２０を連絡梁１７を介して永久磁石２１から離す方向に常時付勢する弾性部材の開路バネ２６が、連絡梁１７と下部固定部材２７間に設けられている。また、下部固定部材２７と前記上部固定部材８間は、絶縁支柱２８で強固に固定されている。

そして、閉路状態にする場合には、永久磁石２１の磁束と同方向の磁束が生じる閉路コイル２３を励磁して、アーマチュア２０を永久磁石２１の方向に吸引させる。この吸引力は閉路時の操作力となって、アーマチュア２０とともに操作ロッド２５、そして連絡梁１７、ワイプバネフォルダ１４、絶縁操作ロッド１１が図示上方の閉路方向に移動し、電極３、４間を接触させる。閉路後には、閉路コイル２３を無励磁にして、永久磁石２１の吸引力によりアーマチュア２０を常時吸引している。

ここで、電磁アクチュエータ１８の閉路時の吸引力は、図４の特性Ａに示すように、開路位置から閉路位置に近づくにつれて、永久磁石２１に固定されたコア２２とアーマチュア２０間のギャップが狭くなり、磁気抵抗が低下するとともに加速度が加わって、数次曲線的に上昇する。そして、最終の閉路位置において、最大の吸引力となって電極３、４間が接触する。

一方、開路状態にする場合には、永久磁石２１の磁束と逆方向の磁束が生じる開路コイル２４を励磁して、アーマチュア２０と永久磁石２１との吸引力を減少させる。それに伴って吸引状態は、開路バネ２６のバネ力が勝ることでアーマチュア２０とともに操作ロッド２５を図示下方の開路方向に移動させる。更に、この開路バネ２６により、電極３、４間を最終の位置まで開離する。
特開２００２−２７０４２３号公報（第４〜５ページ、第１図）

上記の従来の開閉器においては、以下のような問題があった。

開閉器を閉路状態にする場合、電磁アクチュエータ１８を動作させて真空バルブ５内の電極３、４間を接触させるが、真空バルブ５から電磁アクチュエータ１８までには、絶縁操作ロッド１１、第１の可動軸１２、ワイプバネフォルダ１４、第２の可動軸１３および連絡梁１７などの複数の部材が連結されている。

特に、連絡梁１７で連結されている絶縁操作ロッド１１、第１の可動軸１２、ワイプバネフォルダ１４、第２の可動軸１３などの連結部では、各相で連結した長さが同一になるように寸法調整をしながら組立作業をしなくてはならず、多大の時間を要していた。

また、各相で連結した長さが異なった場合、電極３、４間の接触時には連絡梁１７が剛体のため、上部固定部材８に偏荷重が加わる。更に、電極３、４間が接触する直前では、永久磁石２１とアーマチュア２０との吸引力が最大となって、その衝撃力も加わる。

このため、上部固定部材８、下部固定部材２７および上部固定部材８と下部固定部材２７とを固定している絶縁支柱２８は、偏荷重による機械的強度に耐え得るように板厚などの外形形状を大きくしなくてはならず、開閉器の全体形状が大型化していた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、閉路時の各相での偏荷重による機械的強度を低減し得る開閉器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の開閉器は、固定部材に固定側が固定された接離自在の一対の電極を有する三相分の真空バルブと、前記三相分の真空バルブの可動側を連結する連絡梁と、この連絡梁に連結されて前記真空バルブを開閉する永久磁石、この永久磁石に固定されたコア、および前記コアと接離するアーマチュアから構成される電磁アクチュエータからなる操作機構とを備え、前記固定部材および前記連絡梁を、前記操作機構の閉路時の操作力よりも低い荷重で撓むようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、三相分の真空バルブを固定している固定部材およびこれらの真空バルブを一括して連結する連絡梁を、真空バルブを閉路させる操作機構部の操作力よりも低い荷重で撓むようにしているので、各相で真空バルブから連絡梁までの連結された長さが異なることにより生じる偏荷重を固定部材と連絡梁とで吸収することができる。このため、開閉器を固定している固定部材の機械的強度を低減させることができる。

また、本発明によれば、各相の真空バルブから連絡梁までの寸法調整などの組立作業を容易にすることができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る開閉器を図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る開閉器の構成を示す断面図である。図１において、従来と同様の構成部分については、同一符号を付した。

図１に示すように、開閉器は、図示上段から電流を遮断する遮断部１ａ、遮断部１ａの閉路時に接触荷重を加えるワイプバネ部１ｂ、および図示最下段に遮断部１ａを開閉する操作機構部１ｃが配置され構成されている。なお、図１において、図示右に閉路状態、図示左に開路状態を示している。

遮断部１ａには、真空絶縁容器２内に接離自在の一対の電極３、４を有する三相分の真空バルブ５が設けられている。この真空絶縁容器２外の固定側は、一方の電路となる上部導体６が支持碍子７を介して鋼鈑からなる板状の上部固定部材３０の長手方向に所定の間隔を保ってそれぞれ固定されている。この上部固定部材３０は、操作機構部１ｃの操作力を例えば１００００Ｎとすると、８０００Ｎｆ以上から中間部が弾性を持って撓むようになっている。このため、上部固定部材３０は、この荷重で撓むように板厚が調整されており、更には、この荷重で撓む板バネのような弾性部材を用いてもよい。

そして、真空絶縁容器２外の可動側には、軸方向に移動自在の可動通電軸９が他方の電路となる下部導体１０を貫通して設けられている。また、可動通電軸９の軸方向には、絶縁操作ロッド１１の一方端が連結されている。

操作機構部１ｃには、三相分の第２の可動軸１３を連結する鋼鈑からなる板状の連絡梁３１、および電磁アクチュエータ１８が設けられている。

連絡梁３１は、前記上部固定部材３０と同様に、操作機構部１ｃの操作力を例えば１００００Ｎとすると、８０００Ｎ以上から両端部が弾性を持って撓むようになっている。このため、この荷重に合わせて撓むように連絡梁３１の板厚が調整されており、更には、この荷重で撓む板バネのような弾性部材を用いてもよい。

電磁アクチュエータ１８は、磁路を形成するヨーク１９、ヨーク１９内を移動するように設けられた磁性体のアーマチュア２０、アーマチュア２０を移動もしくは閉路保持をする永久磁石２１、永久磁石２１に固定されアーマチュア２０と接離する磁性体のコア２２、ヨーク１９内の磁束を増減させる閉路、開路コイル２３、２４、およびアーマチュア２０を挟持して永久磁石２１、コア２２、ヨーク１９を貫き、前記連絡梁３１の中間部に連結された非磁性体の操作ロッド２５から構成されている。

ここで、コア２２とアーマチュア２０とが接離する互いの面は、磁気抵抗を下げるため平滑な面を有している。

操作ロッド２５端には、止め板３２が固定され、この止め板３２と電磁アクチュエータ１８の底面板３３間に、アーマチュア２０を連絡梁３１を介して永久磁石２１から離す方向に常時付勢する弾性部材の開路バネ３４が設けられている。また、下部固定部材２７の両端と上部固定部材３０の両端間は、絶縁支柱２８で強固に固定されている。

これら上部固定部材３０、下部固定部材２７、および上部固定部材３０と下部固定部材２７とを固定する絶縁支柱２８で開閉器を強固に支持固定する固定部材が構成されている。

そして、閉路状態にする場合には、永久磁石２１の磁束と同方向の磁束が生じる閉路コイル２３を励磁して、アーマチュア２０を永久磁石２１の方向に吸引させる。この吸引力は閉路時の操作力となって、アーマチュア２０とともに操作ロッド２５が図示上方の閉路方向に移動する。また、操作ロッド２５に固定されている連絡梁３１、ワイプバネフォルダ１４、絶縁操作ロッド１１が図示上方に移動し、電極３、４間を接触させる。閉路後には、閉路コイル２３を無励磁にして、永久磁石２１の吸引力によりアーマチュア２０を常時吸引している。

ここで、各相のワイプバネフォルダ１４や絶縁操作ロッド１１を連結した長さが異なる場合、閉路位置では、各相のバラツキによる偏荷重が上部固定部材３０や絶縁支柱２８などの固定部材に加わる。この荷重は、電磁アクチュエータ１８の吸引力から生じるもので、閉路位置に近づくにつれて永久磁石２１に固定されたコア２２とアーマチュア２０間のギャップが狭くなり、磁気抵抗が低下するとともに加速度が加わって、数次曲線的に上昇する。しかしながら、最も早く接触する相において、この荷重を上部固定部材３０および連絡梁３１の少なくとも一方が撓んで吸収し、その後、各相の荷重がほぼ均一となって最終の閉路位置に達する。

一方、開路状態にする場合には、永久磁石２１の磁束と逆方向の磁束が生じる開路コイル２４を励磁して、アーマチュア２０と永久磁石２１との吸引力を減少させる。それに伴って吸引状態は、開路バネ３４のバネ力が勝ることでアーマチュア２０とともに操作ロッド２５を図示下方の開路方向に移動させる。更に、開路バネ３４により、電極３、４間を最終の位置まで開離する。

上記実施例１の開閉器によれば、三相分の真空バルブ５を固定している上部固定部材３０およびこれらの真空バルブ５を一括して連結する連絡梁３１を、真空バルブ５を閉路させる操作機構部１ｃの操作力よりも低い荷重で弾性を持って撓むようにしているので、各相で真空バルブ５から連絡梁３１までの連結された長さが異なることにより生じる偏荷重を上部固定部材３０と連絡梁３１とで吸収することができる。このため、開閉器を固定している固定部材の機械的強度を低減させることができる。

また、各相の真空バルブ５から連絡梁３１までの寸法調整などの組立作業が容易となる。

次に、本発明の実施例２に係る開閉器を図２および図４を参照して説明する。図２は、本発明の実施例２に係る電磁アクチュエータの構成を示す断面図、図４は、電磁アクチュエータの吸引力を説明する特性図である。この実施例２が実施例１と異なる点は、アーマチュアの形状である。

図２に示すように、電磁アクチュエータ１８は、磁路を形成するヨーク１９、ヨーク１９内を移動するように設けられた磁性体のアーマチュア３５、アーマチュア３５を移動もしくは閉路保持をする永久磁石２１、永久磁石２１に固定されアーマチュア３５と接離する磁性体のコア２２、ヨーク１９内の磁束を増減させる閉路、開路コイル２３、２４、およびアーマチュア３５を挟持して永久磁石２１、コア２２、ヨーク１９を貫き、連絡梁３１の中間部に連結された非磁性体の操作ロッド２５から構成されている。

ここで、アーマチュア３５には、コア２２と接触する面に凹部３６を設け、コア２２とアーマチュア３５とが吸引して接触したときに磁気抵抗が大きくなるようになっている。この凹部３６は、操作ロッド２５を取り囲むような環状でもよく、また、独立した凹部３６が複数点在するようなものでもよい。

これにより、閉路時の操作力となる電磁アクチュエータ１８の吸引力は、図４の特性Ｂに示すように、アーマチュア３５とコア２２間にギャップが形成されて磁気抵抗が大きくなるので、互いが平滑な面で構成される特性Ａよりも抑制される。最終の閉路位置での吸引力は、凹部３６の深さ、および幅を変えることにより制御することができる。

上記実施例２の開閉器によれば、実施例１による効果のほかに、最終の閉路位置における電磁アクチュエータ１８の吸引力が抑制されるので、開閉器の固定部材の機械的強度を更に低減することができる。

なお、実施例２では、凹部３６をアーマチュア３５の面に設けたが、このアーマチュア３５と接するコア２２の面、もしくは互いの面３６、２２に凹部を設けても、閉路位置での磁気抵抗が大きくなり、吸引力を抑制させることができる。

本発明の実施例１に係る開閉器の構成を示す断面図。本発明の実施例２に係る電磁アクチュエータの構成を示す断面図。従来の開閉器の構成を示す断面図。電磁アクチュエータの吸引力を説明する特性図。

符号の説明

１ａ遮断部
１ｂワイプバネ部
１ｃ操作機構部
２真空絶縁容器
３、４極
５真空バルブ
６上部導体
７支持碍子
８、３０上部固定部材
９可動通電軸
１０下部導体
１１絶縁操作ロッド
１２第１の可動軸
１３第２の可動軸
１４ワイプバネフォルダ
１５ワイプバネ
１６緩衝部材
１７、３１連絡梁
１８電磁アクチュエータ
１９ヨーク
２０、３５アーマチュア
２１永久磁石
２２コア
２３閉路コイル
２４開路コイル
２５操作ロッド
２６、３４開路バネ
２７下部固定部材
２８絶縁支柱
３２止め板
３３底面板
３６凹部

Claims

固定部材に固定側が固定された接離自在の一対の電極を有する三相分の真空バルブと、
前記三相分の真空バルブの可動側を連結する連絡梁と、
この連絡梁に連結されて前記真空バルブを開閉する永久磁石、この永久磁石に固定されたコア、および前記コアと接離するアーマチュアから構成される電磁アクチュエータからなる操作機構とを備え、
前記固定部材および前記連絡梁を、前記操作機構の閉路時の操作力よりも低い荷重で撓むようにしたことを特徴とする開閉器。
前記固定部材および前記連絡梁が弾性部材からなることを特徴とする請求項１に記載の開閉器。
前記コアおよび前記アーマチュアの互いが接離する面の少なくとも一方の面に凹部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の開閉器。