JP2006040665A

JP2006040665A - 回路遮断器のリモート操作装置

Info

Publication number: JP2006040665A
Application number: JP2004217190A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Watanabe; 克己渡辺
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】リモート操作装置に与える操作指令のタイミングに関係なく、常に安定した動作,操作機能が発揮できるよう改良して信頼性向上を図る。
【解決手段】遠隔操作指令により回路遮断器のハンドルをＯＮ，ＯＦＦ位置に駆動するリモート操作装置で、前記ハンドルに連結した電磁式リニアアクチュエータ，および駆動制御部を装備し、かつ交流を全波整流して得た直流を電源として、操作指令に基づきリニアアクチュエータの操作コイルに通電する励磁電流の向きを正逆反転してハンドルをＯＮ，ＯＦＦ位置に駆動するようにしたものにおいて、その駆動制御部に、電源の整流波形の零点(ゼロクロス)を検出する位相検出手段、および操作指令を受けて操作コイルに通電する励磁の開始タイミングを遅らせる遅延処理手段を備え、ＯＮ,ＯＦＦ操作時には前記位相検出回路で検出したゼロクロス信号を基に、電源の整流波形が零点から立ち上がって電圧値が増大した位相にタイミングを合わせ操作コイルの励磁を開始するよう制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線用遮断器，漏電遮断器などの回路遮断器に適用して遮断器のハンドルを遠隔操作でＯＮ，ＯＦＦ位置に駆動する電磁リニアアクチュエータ方式のリモート操作装置に関する。

低圧配電設備のコンポーネントとして使用する頭記の回路遮断器は配電盤，制御盤に装備して集中監視システムを構築する例が多く、この回路遮断器の外部付属装置（オプション品）として、外部からの指令（電気信号）により回路遮断器のロッカー式ハンドルをＯＮ，ＯＦＦに切り換え操作するようにしたリモート操作装置があり、このリモート操作装置のアクチュエータとして、在来のモータ駆動方式からリニアモータの原理を応用した二位置動作形の電磁リニアアクチュエータを採用した方式のリモート操作装置が開発，製品化されて公知である（例えば、特許文献１参照）。
次に、特許文献１に開示されている電磁式リモート操作装置の構成を図３（ａ）〜（ｃ）に示す。図において、１は回路遮断器、２は回路遮断器１に装着したリモート操作装置であり、該リモート操作装置２は、ケース３の内部にガイドレール４、該ガイドレール４に案内支持した可動子（永久磁石と組合せた可動子鉄心），およびＥ形コア６ａに励磁コイル６ｂを巻装して可動子５の両側に配した固定子６からなる電磁式リニアアクチュエータ７、および図４に示すリニアアクチュエータの駆動制御回路を装備した構成になる。なお、５ａは前記可動子５に設けた手動操作用のハンドル、８は本体ケース３の頂面に設けた補助開閉蓋である。そして、このリモート操作装置２を回路遮断器１に装着した状態では、回路遮断器１の本体ケースから突出したロッカー式ハンドル１ａに前記可動子５の裏面中央に形成した凹所を嵌合して連結している。

上記の構成で、リモート操作装置２に与えたＯＮ，ＯＦＦの遠隔操作指令に基づき、電磁式リニアアクチュエータ７の操作コイル６ｂに励磁電流を通電すると、その励磁電流の向きに対応して可動子５との間に発生する磁気推力を受けて可動子５がガイドレール４に沿って移動し、回路遮断器１のロッカー式ハンドル１ａをＯＮ，ＯＦＦ位置に切り換える。また、可動子２の移動経路のストロークエンドにはＯＮ，ＯＦＦ位置検知スイッチ（リミットスイッチ）９，１０を配し、回路遮断器１のＯＮ，ＯＦＦ操作時にハンドル１ａに連結したリモート操作装置２の可動子５がＯＮ，ＯＦＦ位置のストロークエンドに到達すると、前記ＯＮ，ＯＦＦ位置検知スイッチ９，１０の動作信号を基に操作コイル６ｂの励磁通電を停止するようにしている。
一方、回路遮断器１のハンドル１ａは、周知のようにトグル式リンクと開閉ばねを組合せた開閉機構を介して可動接触子に連繋し、また開閉機構はラッチ機構を介して過電流引外し装置に連繋されている。そして、回路遮断器１のハンドル１ａをＯＦＦからＯＮ，ＯＮからＯＦＦの位置に移動すると、これに従動する開閉機構部の動作により主回路接点が閉極，開極する。なお、回路遮断器１のトリップ動作後に再投入するには、ハンドル１ａを停止位置から一旦ＯＦＦ位置に移動してリセット（ラッチ機構を係合させる）させた後、改めてＯＮ位置に投入することにより主回路接点が閉極してＯＮとなる。

次に、前記したリモート操作装置２における従来の駆動制御回路を図４に示す。なお、図中には図３と対応する部分に同じ符号で表している。図４において、１１はリモート操作装置２に給電する外部の交流電源、１２，１３はリモート操作装置に遠隔操作指令を与えるＯＮおよびＯＦＦ操作スイッチ（押ボタンスイッチ）、１４は交流を直流に変換する全波整流回路、１５は装置内のＣＰＵ，操作リレーなどに給電する電源回路、１６，１７はリニアアクチュエータの固定子コイル６ｂを通電制御するＯＮ操作リレー，およびＯＦＦ操作リレー、１８は前記リレーのドライブ素子、１９は操作コイル６ｂの通電回路に接続したスイッチング素子としてのＦＥＴ、２０はＯＮ，ＯＦＦ操作指令により所定のプログラムを実行してリニアアクチュエータを制御する演算処理手段としてのＣＰＵ（マイクロコンピユータ）、２１は回路遮断器１のトリップ動作を検知する警報スイッチ（回路遮断器の付属スイッチ）である。なお、前記したＯＮ操作リレー１６，ＯＦＦ操作リレー１７はそれぞれ２個のリレー接点を有し、リニアアクチュエータの操作コイル６ｂは図示のようにＯＮ操作リレー１６，ＯＦＦ操作リレー１７の各リレー接点を介してＯＮ方向（＋），ないしＯＦＦ方向（−）の励磁電流を通電するようにしている。

上記の回路において、ＯＮ操作スイッチ１２を押してＯＮ操作指令を与えると、ＣＰＵ２０からの指令でＯＮ操作リレー１６が作動し、交流電源１１から全波整流回路１４を経て直流に変換した電流がリニアアクチュエータ７の操作コイル６ｂに対しＯＮ方向（＋）に通電して励磁する。これにより、リニアアクチュエータの可動子５がＯＦＦ位置からＯＮ位置に推進移動して回路遮断器１のハンドル１ａ（図３参照）をＯＮに切り換える。また、前記とは逆に回路遮断器のＯＮ状態でＯＦＦ操作スイッチ１３を投入してＯＦＦ操作指令を与えると、ＯＦＦ操作リレー１７が動作して操作コイル６ｂにＯＦＦ方向（−）の励磁電流を通電し、これによりリニアアクチュエータ７の可動子５がＯＮ位置からＯＦＦ位置に移動して回路遮断器のハンドルをＯＦＦに切り換える。そして、このリモート操作の動作過程でリニアアクチュエータ７の可動子５がガイドレール上を走行してＯＮ，ＯＦＦ位置のストロークエンドに移動すると、ＯＮ位置検知スイッチ９，ないしＯＦＦ位置検知スイッチ１０が応動し、その動作信号を基にＣＰＵ２０の指令で操作コイル６ｂの励磁回路に接続したＦＥＴ１９をＯＦＦにトリガして操作コイル６ｂの通電を停止し、これでリモート操作装置の動作が終了する。

また、過電流により回路遮断器１がトリップ動作して警報スイッチ２１がＯＮ動作した場合には、回路遮断器のハンドルをトリップ動作直後の停止位置から一旦ＯＮ位置に戻した上で、改めてＯＮ位置からＯＦＦ位置に向けて推進させるようにリニアアクチュエータ７を駆動制御して回路遮断器をＲＥＳＥＴ操作するようにしている。
なお、電磁リニアアクチュエータ７でドライブする上記方式のリモート操作装置２は、電磁推力で加速する可動子５に働く慣性力を有効に生かして回路遮断器のハンドルを一気にＯＮ／ＯＦＦ位置に駆動するのが有利であることから、その切り換え動作時間を１０ｍｓ程度として、この短い動作時間の間にリニアアクチュエータ７の可動子５をＯＮ／ＯＦＦ位置に駆動して回路遮断器のハンドルを切り換えるように設計している。したがって、リニアアクチュエータ７で所要の操作力を得るには固定子６の操作コイル６ｂに大きな励磁電流を通電する必要があり、この大きな励磁電流を交流電源１１から直流に変換して操作コイル６ｂに給電するために、実際の製品では交流を直流に変換する整流手段として図４のように全波整流回路１４を採用した上で、平滑回路素子などを使わずに操作コイル６ｂの給電回路をできるだけ低インピーダスに抑えるようにしている。
特開２００３−２２３８３８号公報

ところで、前記したリニアモータドライブ方式のリモート操作装置について、図４に示した従来の駆動制御回路では、動作，機能面で次記のような解決すべき課題がある。
すなわち、リモート操作装置にＯＦＦ操作指令を与えて回路遮断器をＯＮからＯＦＦに切り換える際に、図４のＯＦＦ操作スイッチ１３を押すタイミングによっては、リニアアクチュエータ７の始動時における操作力が不足し、可動子５がＯＮ位置からＯＦＦ位置へ移行する行程の途中で停止してしまって動作不能となることがある。そこで、発明者等はその原因を究明したところ、原因が次の点にあることが判明した。
まず、先述のリモート操作装置を回路遮断器に装着して行った実機テストで実測したリニアアクチュエータの操作特性を図５に示す。なお、図５の特性図で横軸はリニアアクチュエータのＯＮ位置を起点としたＯＦＦ位置との間の行程距離（distance(mm)），縦軸は力(force(N))で（＋）はＯＮ方向，（−）はＯＦＦ方向に働く力を表している。また、図中の特性線Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ回路遮断器をＯＮ操作，ＯＦＦ操作，ＲＥＳＥＴ操作する際の動作行程で回路遮断器１のハンドルからリモート操作装置２のリニアアクチュエータ７に負荷として作用する負荷荷重を表し、特性線Ｄ，Ｅはリモート操作装置を定常の励磁（リニアアクチュエータの操作コイルに所定の電流（直流）をＯＮ，ＯＦＦ方向に通電した励磁状態）で、ＯＮ，ＯＦＦ操作時にリニアアクチュエータに発生するＯＮ，ＯＦＦ操作力（電磁推力）を表している。なお、特性線Ｆについは後記する。

ここで、force＝０の横軸線と各特性線Ａ〜Ｅとで囲まれた面積（force×distance）がそれぞれの仕事量を表し、リニアアクチュエータの操作で回路遮断器のハンドルをＯＮ,ＯＦＦ，ＲＥＳＥＴ位置に切り換えるには、リニアアクチュエータの操作力（特性線Ｄ，Ｅ）が回路遮断器のハンドルから加わる負荷荷重（特性線Ａ〜Ｃに打ち勝つことが必要である。なお、図５に例示した操作特性では、回路遮断器のハンドルをＯＮからＯＦＦに切り換えるＯＦＦ操作行程でリニアアクチュエータに加わる負荷荷重は、特性線Ｂで表すようにdistance＝０mmの位置から急勾配に増大（（−）方向）してピーク点Ｐに達した後、緩やかに減少してdistance＝１０mm付近では殆ど０となる。これに対して特性線Eで表すリニアアクチュエータの操作力は、distance＝０mmの位置で操作コイルの励磁を開始すると行程の前半で増大し、前記した負荷荷重のピーク点Pでは負荷荷重の方が僅かに操作力を上回るようになるが、実際の動作ではリニアアクチュエータの始動（distance＝０mmからのスタート）から電磁推力を受けて加速する可動子の慣性力（運動エネルギー）が加わるため、可動子は負荷荷重のピーク点Ｐを乗り越えてＯＦＦ位置まで一気に移動して回路遮断器のハンドルをＯＦＦに切り換えることができる。また、回路遮断器のトリップ動作後にハンドルをその停止位置からＯＮ位置に戻し、ここからＯＦＦ位置に移動してＲＥＳＥＴ操作する場合でも、ＯＦＦ行程の終端付近で負荷荷重の特性線Ｃが操作力の特性線Ｅを上回る範囲があるが、前記動作と同様に電磁推力によりこの位置まで走行してきた可動子の慣性力が加わって負荷荷重のピーク点を乗り越え、ＯＦＦ位置に移動する。

ところで、図４のように全波整流回路１４で整流した直流をリニアアクチュエータの操作コイル６ｂに通電して励磁するようにした回路構成において、ＯＦＦ操作スイッチ１３を押してＯＦＦ操作指令を与え、この操作指令を受けてＯＦＦ操作リレー１７のリレー接点が閉じるタイミングが図６のタイムチャートの（イ）に表した整流波形（電圧波形）の０Ｖ（ゼロクロス）付近であったとすると、操作コイル６ｂの励磁電流は殆ど零からスタートすることになるため、リニアアクチュエータの始動時における操作力（電磁推力）が低下して図５の特性線Ｆのようになる。なお、図６の（ロ）はＯＦＦ操作スイッチ，（ハ）はコイル励磁のタイムチャートを表し、また（イ）の整流波形に付した斜線部Ｅはコイル励磁の開始時点から整流波形の半波（Ｔ／２周期で、交流電源５０Hzで時間に換算すると１０ｍｓ）に相当する範囲の面積（電磁エネルギー）を表している。

そして、上記のようなタイミングでリニアアクチュエータを始動すると、特性線Ｆで表すスタート直後の操作力がＯＦＦ操作の負荷荷重（特性線Ｂ）を大幅に下回り、しかも始動開始から負荷荷重のピーク点Ｐまでのエネルギー（符号Ｗで表した斜線部分の面積）も小さいために可動子が十分に加速されずに負荷荷重のピーク点Ｐを乗り越えることができず、その結果として可動子はこの位置に停止して先に進むことができず、操作コイルには励磁電流が流れ続けたままとなって回路遮断器のＯＦＦ操作が正常に行えなくなる。これに対して、ＯＦＦ操作スイッチ１３に操作指令を与えて操作コイル６ｂに励磁電流が通電開始するタイミングが、図６（イ）の整流波形上でゼロクロスから立ち上がった点の位相（例えば実効値以上）であれば、リニアアクチュエータには図５の特性線Ｅのような操作力が発生するので、この操作力で加速推進される可動子は負荷荷重のピーク点Ｐを乗り越えてＯＦＦ位置に移動し、回路遮断器を正常にＯＦＦ操作できる。

本発明は上記の考察を基に従来装置の課題を解決し、リモート操作装置に与える操作指令のタイミングに関係なく、リニアアクチュエータの操作コイルに通電する励磁電流を全波整流回路で整流した電源波形に対して常に適正な位相で通電開始するようにして安定した切り換え動作，操作機能が発揮できるように改良した信頼性の高い回路遮断器のリモート操作装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、ロッカー式ハンドルを備えた回路遮断器に装着し、遠隔操作指令により前記ハンドルをＯＮ，ＯＦＦ位置に駆動するリモート操作装置であり、回路遮断器のハンドルに連結した二位置動作形の電磁式リニアアクチュエータ，およびその駆動制御部を装備し、かつ交流を全波整流して得た直流を電源として、ＯＮ，ＯＦＦのリモート操作指令に基づき前記電源からリニアアクチュエータの操作コイルに通電する励磁電流の向きを正逆反転して回路遮断器のハンドルをＯＮ，ＯＦＦ位置に駆動するようにしたものにおいて、
前記駆動制御部に、電源電圧の整流波形上における零点を検出するゼロクロス検出手段、およびリモート操作指令を受けて操作コイルに通電する励磁の開始タイミングを遅らせる遅延処理手段を備え、前記ゼロクロス検出手段の検出信号を基に、ＯＮ，ＯＦＦ操作時には電源電圧が零点から立ち上がって増大した位相にタイミングを合わせ操作コイルの励磁通電を通電開始するようにし（請求項１）、具体的には前記のゼロクロス検出手段，遅延処理手段を次記のような態様で実施するものとする。
（１）ゼロクロス検出手段として全波整流回路の出力側に位相検出回路を接続し、該位相回路により整流波形の零点を検出する（請求項２）。
（２）操作コイルに対する励磁開始の遅延処理を、駆動制御部に備えた演算処理手段（マイクロコンピユータのＣＰＵ）で実行する制御プログラム上のサブルーチンで行う（請求項３）。

上記の構成において、リニアアクチュエータの駆動制御回路に設けた位相検出回路は、全波整流した電源の整流波形のサイクルごとに、そのゼロクロス（零点）を検出して信号を演算処理手段（ＣＰＵ）に入力する。そして、任意なタイミングでリモート操作装置にＯＮもしくはＯＦＦ操作指令を与えると、その操作指令を受けてＣＰＵが遅延処理開始し、前記のゼロクロス検出信号を起点としてここから整流波形が零点から立ち上がって電圧の瞬時値が増大した所定の位相でリニアアクチュエータの操作コイルに励磁電流を通電開始する。
つまり、リモート操作装置に与える遠隔操作指令のタイミングに関係なくリニアアクチュエータの始動開始時には常に操作コイルを高い励磁電流値でスタートさせることかでき、これによりリニアアクチュエータの始動直後から可動子を大きな操作力で加速して、回路遮断器のハンドルを安定した動作で切り換えることができる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図４，図６に対応する部分には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
先ず、図２に本発明の実施例によるリモート操作装置の駆動制御回路を示す。すなわち、図４に示した従来回路と比べて、全波整流回路１４の出力側には位相検出回路２２が追加装備されている。この位相検出回路２２は、抵抗とトランジスタ（またはＦＥＴ）からなり、全波整流回路１４の出力波形についてその各サイクルで整流波形が零点（ゼロクロス点）となるタイミングで検出信号をＣＰＵ（演算処理手段）２０に入力する。
一方、ＣＰＵ２０には、リモート操作装置にＯＮ，ＯＦＦ操作指令を与えた際に、前記位相検出回路２２の検出信号を基に、電源の整流波形が零点から立ち上がって増大した位相にタイミングを合わせ操作コイルの励磁通電を通電開始するための遅延処理手段として、図１（ａ），（ｂ）のフローチャートで表す制御プログラム上でサブルーチンを実行するようにしている。

次に、前記駆動制御回路によるリニアアクチュエータの駆動動作を図１（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。すなわち、図３のように回路遮断器１にリモート操作装置２を装着した上で、図２の回路を交流電源１１に接続した使用状態では、全波整流回路１４から出力する電源電圧の整流波形（図１（ｃ）の（イ）参照）に対して、位相検出回路２２がサイクルごと整流波形のゼロクロス（零点）を検出し、その検出信号をＣＰＵ２０に入力する。一方、図１（ａ），（ｂ）に示す制御プログラムのフローチャートで、図２のＯＮ操作スイッチ１２あるいはＯＦＦ操作スイッチ１３を任意のタイミングで押し、リモート操作装置にＯＮあるいはＯＦＦ操作指令を与えると、図１（ａ）のフローチャートで表す制御プログラムのメインルーチンから図１（ｂ）に示すサブルーチンに移行し、操作コイル６ｂの励磁開始について次記のような遅延処理を行う。

すなわち、図１（ｃ）のタイムチャートで、ＯＦＦ操作スイッチ１３を任意のタイミングで押してリモート操作装置にＯＦＦ操作指令を与えると、図４に示した従来回路では図６で述べたようにＯＦＦ操作リレー１７を同じタイミングで瞬時作動させて操作コイル６ｂにＯＦＦ方向（−）の励磁電流を通電し、リニアアクチュエータを始動させる。これに対して、図示実施例の駆動制御回路では、前記の遅延処理により、位相検出回路２２で検出したゼロクロス点を起点として所定の遅延時間ｔの経過後に、ＯＦＦ操作リレー１７を作動して操作コイル６ｂの励磁を開始する。したがって、外部から操作指令を与えたタイミングに関係なく、電源の整流波形（イ）に対して常に電源電圧（瞬時値）がゼロクロス点（零点）から立ち上がって例えば実効値に増大した位相角で操作コイル６ｂの励磁が開始され、これにより操作コイル６ｂの励磁電流は電流値の高い電流値からスタートし、この励磁電流に相応した電磁推力で可動子５が始動，加速するようになる。なお、前記の遅延時間ｔは、ＣＰＵ２０でのアルゴリズム設定により最適に変更可能である。

上記の駆動制御により、ＯＦＦ操作指令を受けて始動するリニアアクチュエータの操作特性は図５の特性線Ｅのようになるので、ＯＮ位置からＯＦＦ位置に向けての始動開始直後に通過する負荷荷重特性線Ｂのピーク点Ｐを乗り越えて回路遮断器のハンドルをＯＦＦ位置へ確実に切り換えることができる。なお、上記は回路遮断器のＯＦＦ操作について述べたが、ＯＮ操作，ＲＥＳＥＴ操作でも同様な駆動制御により安定した動作，操作機能を発揮させることができる。

本発明実施例のリモート操作装置によるＯＮ，ＯＦＦ操作の動作説明図で、（ａ）はメインルーチンのフローチャート，（ｂ）はサブルーチンのフローチャート，（ｃ）はＯＦＦ操作時のタイムチャートを表す図本発明実施例のリモート操作装置の駆動制御回路図電磁リニアアクチュエータ式のリモート操作装置を回路遮断器に装着した状態の構造図で、（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ側面図，正面図，および平面図図３に示したリモート操作装置における従来の駆動制御回路図図３のリモート操作装置に搭載したリニアアクチュエータの操作特性図図４の回路によるＯＦＦ操作時のタイムチャートを表す図

符号の説明

１回路遮断器
１ａハンドル
２リモート操作装置
５可動子
６固定子
６ｂ操作コイル
７電磁式リニアアクチュエータ
９ＯＮ位置検知スイッチ
１０ＯＦＦ位置検知スイッチ
１１交流電源
１２ＯＮ操作スイッチ
１３ＯＦＦ操作スイッチ
１４全波整流回路
２０ＣＰＵ（演算処理手段）
２２位相検出回路

Claims

ロッカー式ハンドルを備えた回路遮断器に装着し、遠隔操作指令により前記ハンドルをＯＮ，ＯＦＦ位置に駆動するリモート操作装置であり、回路遮断器のハンドルに連結した二位置動作形の電磁式リニアアクチュエータ，およびその駆動制御部を装備し、かつ交流を全波整流して得た直流を電源として、ＯＮ，ＯＦＦのリモート操作指令に基づき前記電源からリニアアクチュエータの操作コイルに通電する励磁電流の向きを正逆反転して回路遮断器のハンドルをＯＮ，ＯＦＦ位置に駆動するようにしたものにおいて、
前記駆動制御部に、電源電圧の整流波形上における零点を検出するゼロクロス検出手段、およびリモート操作指令を受けて操作コイルに通電する励磁の開始タイミングを遅らせる遅延処理手段を備え、前記ゼロクロス検出手段の検出信号を基に、ＯＮ，ＯＦＦ操作時には電源電圧が零点から立ち上がって増大した位相にタイミングを合わせ操作コイルの励磁通電を通電開始するようにしたことを特徴とする回路遮断器のリモート操作装置。
請求項１記載のリモート操作装置において、ゼロクロス検出手段が、全波整流回路の出力側に接続して整流波形の零点を検出する位相検出回路であることを特徴とする回路遮断器のリモート操作装置。
請求項１記載のリモート操作装置において、操作コイルに対する励磁開始の遅延処理を、駆動制御部に備えた演算処理手段で実行する制御プログラムのサブルーチンで行うことを特徴とする回路遮断器のリモート操作装置。