JP2006286356A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 ヨークが設けられていず開放された側面を磁性材料で囲むことで磁気回路の開放部を無くし、電磁アクチュエータの吸引力を向上させ、電磁アクチュエータの効率を向上させることができる電磁アクチュエータを提供する。
【解決手段】 この電磁アクチュエータ２０は、移動可能に設けられた角形のアーマチュア２と、前記アーマチュアの近傍に設けられ前記アーマチュアを移動もしくは閉路保持する永久磁石１と、前記アーマチュアの外周に設けられ前記アーマチュアにかかる磁力を増減させるために磁束を発生させるソレノイドコイル４ａ，４ｂと、前記アーマチュア、前記永久磁石、前記ソレノイドを挟む位置に、磁路を構成すべく設けられた一対の厚板構造になされたヨーク３ａ，３ｂとを備えた角型の電磁アクチュエータにおいて、前記アーマチュア、前記永久磁石、前記ソレノイドの外周で、前記一対のヨーク側壁が設けられていない位置に、磁性材からなる一対のカバー１０を設けている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、開閉装置の開閉操作を行う電磁アクチュエータに関する。

従来の電磁アクチュエータは、図６に示すように、永久磁石１、ヨーク３、アーマチュア２、ヨーク内の磁束を増減させるソレノイドコイル４ａ，４ｂと、非磁性材料からできている操作ロッド６から構成されている。

この操作ロッド６には、閉路時に真空バルブの固定側接触子と可動側接触子とを押付けるために設けられたワイプばね１６が取付けられており、その先端は真空バルブの可動軸と連結されている。また、真空バルブの可動接触子１３ａを開極した時に開路状態を保持するための力が開路ばね１１により加えられている。

次に、この従来の電磁アクチュエータの開閉動作について説明する。開路状態で、ソレノイドコイルが励磁されると、吸引力が発生し、これによりアーマチュア２とともに真空バルブ１３の可動軸と連結されている操作ロッド６が押上げられ、閉路状態となる。閉路状態では、ソレノイドコイル４ａ，４ｂは無励磁であり、閉路保持は永久磁石１による磁力のみである。

一方、閉路状態でソレノイドコイル４ａ，４ｂが開路側に励磁されると、アクチュエータの吸引力が低減し、ワイプばね１６および開路ばね１１による開路方向の荷重の作用から、アーマチュア２が開路方向に移動する。これにより、アーマチュア２とともに操作ロッド６が引き下げられ、開路状態になる。

このような構造により、アーマチュア２の動きと真空バルブの可動側接触子１３ａの動きが連動し、真空遮断器および真空開閉器などの開閉動作がなされる。このような動作は例えば、後述する特許文献１にも記載されている。

しかしながら、この従来の電磁アクチュエータは、円筒型のＢＭＡに比べてスペース効率が良い点、また、磁性体材料の磁気飽和を緩和するために磁性体を積層構造にしやすいという点で角型を採用する場合がある。従来の角型構造では、永久磁石１の両側に一対のヨーク３が設けられているが、ヨーク３が設けられていない側面が開放された状態となるため、永久磁石１およびソレノイドコイル４によって形成される磁束が磁気回路を通らず漏れてしまい、磁石およびコイルによって発生する吸引力が低下するという問題点があった。
特開２００２−２７０４２３

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ヨーク３が設けられていず開放された側面を磁性材料で囲むことで磁気回路の開放部を無くし、電磁アクチュエータの吸引力を向上させ、電磁アクチュエータの効率を上げることを目的とする。

本発明は、移動可能に設けられた角形のアーマチュアと、前記アーマチュアの近傍に設けられ前記アーマチュアを移動もしくは閉路保持する永久磁石と、前記アーマチュアの外周に設けられ前記アーマチュアにかかる磁力を増減させるために磁束を発生させるソレノイドコイルと、前記アーマチュア、前記永久磁石、前記ソレノイドを挟む位置に、磁路を構成すべく設けられた一対の厚板構造になされたヨークとを備えた角型の電磁アクチュエータにおいて、前記アーマチュア、前記永久磁石、前記ソレノイドの外周で、前記一対のヨーク側壁が設けられていない位置に、磁性材からなる一対のカバーを設けたことを特徴とする。

また、本発明は、前記カバーの前記アーマチュアの移動方向に交わる方向の断面積は、前記ヨークの前記アーマチュアの移動方向に交わる方向の断面積より小さくなされていることを特徴とする。

また、本発明は、前記カバーと前記アーマチュアとのギャップが、前記ヨークの内側に設けられたヨーク突部と前記アーマチュアのギャップより小さくなされていることを特徴とする。

本発明は、前記アーマチュア、前記永久磁石、前記ソレノイドの外周で、前記一対のヨーク側壁が設けられていない位置に、磁性材からなる一対のカバーを設けているから、磁気回路の漏れ磁束を減少させるとともに、外周のすべてにわたって磁気回路を連続的に接続させることによって、電磁アクチュエータの効率を向上させることができる。

図１ないし図３は本発明の第１の実施の形態を示す図である。図１は、真空遮断器および開閉器等の開閉装置の操作機構部である電磁アクチュエータ２０の構成例を示す全体斜視図である。図２は本実施の形態による電磁アクチュエータ２０を示す一部切欠き斜視断面図、図３（ａ）は図２中Ａ−Ａ線に沿う断面図、図３（ｂ）は図２中Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。

この電磁アクチュエータ２０の全体形状は角型であり、それに合わせるように構成部品は厚板の角型形状としている。

図１ないし図３に示すように、電磁アクチュエータ２０は上下方向に配設された操作ロッド６を有している。この操作ロッド６は非磁性体からなり、その下方にはアーマチュア２が設けられている。このアーマチュア２は、磁性体からなりその下部には外方に突出したフランジ部２ａが設けられている。そして、このアーマチュア２は操作ロッド６とともに上下方向に移動可能になされている。

このアーマチュア２の外周にはソレノイドコイルからなる閉路コイル４ａと開路コイル４ｂが設けられている。この閉路コイル４ａは開路コイル４ｂより大きくなされ、閉路時には閉路コイル４ａによって大きな吸引力を発生させ、開路時には自己インダクタンスの小さな開路コイル４ｂによって動作時間を短縮できるようになっている。

アーマチュア２の上側で操作ロッド６の周りには、コア９に挟まれた永久磁石１が設けられており、閉路時にアーマチュア２を保持できるようになっている。

また、アーマチュア２、閉路コイル４ａの上側にはヨーク天板３ｂが設けれている。また、アーマチュア２、閉路コイル４ａ、開路コイル４ｂの外周側には、操作ロッド６を挟む両側に一対のヨーク側板３ａが設けられている。このヨーク側板３ａの内側面には、開路コイル４ｂを支持するためのヨーク突部３ｃが形成されている。さらに、アーマチュア２の下側には非磁性体からなるストッパープレート５が配設されている。

そして、ヨーク３ａ、ヨーク３ｂ、アーマチュア２、フランジ部２ａは磁路を構成し、永久磁石１、閉路コイル４ａ、開路コイル４ｂは磁束を発生させる。

このような構成において、アーマチュア２、閉路コイル４ａ、開路コイル４ｂの外周側うち、一対のヨーク側板３ａが設けられていない開口部に一対の磁性材料からなるカバー１０が設けられている。このカバー１０は、電磁アクチュエータ２０の側面の開放部を閉鎖して、アーマチュア２、コア９、永久磁石１、閉路コイル４ａ、開路コイル４ｂの外周を完全に取り囲むことによって、磁気回路の漏れ磁束を減少させるとともに、外周のすべてにわたって磁気回路を連続的に接続させることによって、電磁アクチュエータの効率を向上させることができる。

また、図３（ａ），（ｂ）に示すように、カバー１０は、その断面積ｓ２がヨーク突部３ｃより上部のヨーク側板３ａの断面積ｓ１より小さくなるように構成されている（ｓ２＜ｓ１）。このように、カバー１０の断面積ｓ２をヨーク側板３ａの断面積ｓ１より小さくすることによって、カバー１０を通る磁気回路をヨーク側板３ａを通る磁気回路より先に飽和させることができる。カバー１０側の磁気回路を先に飽和させることで、カバー１０側を通る磁束を制限でき、ヨーク側板４ａ側に十分な磁束を通すことができ、電磁アクチュエータの発生する力を最適化することができる。これによって、電磁アクチュエータの効率を向上させることができる。

図４は、本発明の第２の実施形態の電磁アクチュエータ２１を示す断面図である。この電磁アクチュエータ２１は、カバー３１を有しており、このカバー３１は、図３（ｂ）において、カバー３０のうち開路コイル４ｂより下側の部分をアーマチュア２の側面近傍にまで絞って形成したものである。そして、図４に示すカバー３１とアーマチュア２下部とのギャップｇ４を、図３（ａ）に示すヨーク突部３ｃとアーマチュア２とのギャップｇ３より小さくした構成としている（ｇ４≦ｇ３）。ギャップｇ４をギャップｇ３より小さくすることによって、開極時のカバー３１を通る磁気回路の磁気抵抗を下げることができ、動作開始時の電磁力を増加させ、電磁アクチュエータの効率を挙げることができる。

なお、図１ないし図３に示す第１の実施の形態、図４に示す第２の実施の形態において、
ヨーク側板３ａの断面積ｓ１およびカバー３０，３１の断面積ｓ２を、最低動作電圧から最高使用電圧の間で磁気飽和するような大きさなるように設定してもよい。このようにすれば、最低動作電圧において磁気回路を磁気飽和させることで、定格操作電圧および操作電圧が変動してもソレノイドコイルに流れる電流は最低動作電圧時と変わらず一定となり、電磁アクチュエータの投入動作に必要な力以上に電磁力が発生することを抑えることができる。それ故、電磁力を必要最低限にすることができ、電磁アクチュエータの大きさを小さくすることができる。また、電圧変動に依存しないため、安定した開閉特性を得ることができ、電磁アクチュエータの効率を上げることができる。

図５は本発明の第３の実施の形態である電磁アクチュエータの一部を示す断面図である。この図５に示す構成は、非磁性材料から成るカバー３２をアーマチュア２とソレノイドコイル４ａ，４ｂとの間に配置している。カバー３２をアーマチュア２ソレノイドコイル４ａ，４ｂとの間に配置することで、アーマチュア２とコア９のギャップｇ１、アーマチュア２とカバーとの間に異物が入ることを防ぐことができ、異物混入時にも動作するようにギャップに必要以上に隙間を取る必要がなくなり、大きさをコンパクトにすることができ、電磁アクチュエータの効率を上げることができる。

本発明の第１の実施の形態である電磁アクチュエータを示す斜視図。 図１に示す電磁アクチュエータを示す一部切り欠き斜視図。 （ａ）は図２中Ａ−Ａ線に示す断面図、（ｂ）は図２中Ｂ−Ｂ線に示す断面図。 本発明の第２の実施の形態である電磁アクチュエータを示す断面図。 本発明の第３の実施の形態である電磁アクチュエータを示す断面図。 従来の電磁アクチュエータを示す断面図。

符号の説明

１ 永久磁石
２ アーマチュア
３ａ ヨーク側板
３ｂ ヨーク天板
３ｃ ヨーク突部
４ａ 閉路コイル
４ｂ 開路コイル
６ 操作ロッド
２０ 電磁アクチュエータ
２１ 電磁アクチュエータ
３０ カバー
３１ カバー

Claims (3)

1. 移動可能に設けられた角形のアーマチュアと、
   前記アーマチュアの近傍に設けられ前記アーマチュアを移動もしくは閉路保持する永久磁石と、
   前記アーマチュアの外周に設けられ前記アーマチュアにかかる磁力を増減させるために磁束を発生させるソレノイドコイルと、
   前記アーマチュア、前記永久磁石、前記ソレノイドを挟む位置に、磁路を構成すべく設けられた一対の厚板構造になされたヨークと、
   を備えた角型の電磁アクチュエータにおいて、
   前記アーマチュア、前記永久磁石、前記ソレノイドの外周で、前記一対のヨーク側壁が設けられていない位置に、磁性材からなる一対のカバーを設けたことを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 前記カバーの前記アーマチュアの移動方向に交わる方向の断面積は、前記ヨークの前記アーマチュアの移動方向に交わる方向の断面積より小さくなされていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
3. 前記カバーと前記アーマチュアとのギャップが、前記ヨークの内側に設けられたヨーク突部と前記アーマチュアのギャップより小さくなされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁アクチュエータ。

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