JP2006294449A - 開閉装置および電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁アクチュエータを用いた長ギャップの開閉器を確実に開閉操作する。
【解決手段】 接離自在の一対の電極１９、２２と、前記一対の電極１９、２２の一方に連結された操作ロッド１０と、前記操作ロッド１０が貫通した磁路を形成するヨーク５と、前記ヨーク５内を移動するとともに、前記操作ロッド１０に固定されたアーマチュア６と、前記アーマチュア６を移動もしくは保持する永久磁石７と、前記永久磁石７の両側にそれぞれ設けられるとともに、前記ヨーク５内の磁力を増減させるための磁束を発生させる第１のコイル８および第２のコイル９とを備え、前記第１のコイル８と第２のコイル９とを励磁し、前記アーマチュア６を移動させることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力系統に用いられる開閉器を駆動させる電磁アクチュエータを用いた開閉装置および電磁アクチュエータに関する。

スイッチギヤなどに収納される開閉器の駆動方式として、部品点数を大幅に削減できる電磁アクチュエータが従来のバネ機構に置き換わろうとしている。このような電磁アクチュエータは、ヨーク内を移動自在に移動するアーマチュア、アーマチュアを移動させる閉路コイルおよび開路コイル、アーマチュアを保持する永久磁石から構成されている。そして、真空バルブからなる接離自在の一対の電極に連結されたアーマチュアを、閉路コイルおよび開路コイルのいずれか一方を励磁して移動させ、電極間を開路もしくは閉路させている（例えば、特許文献１参照。）。

また、開路時においては、閉路時よりも短い動作時間で電極間を開離させるため、開路コイルを励磁するほかに、開路バネを設けたものが知られている。なお、閉路時には、閉路コイルを励磁して電極間を接触させている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００４−２２７９６６号公報 （第３ページ、図２） 特開２００２−２７０４２３号公報 （第４ページ、図１）

上記の従来の電磁アクチュエータにおいては、次のような問題がある。
真空バルブのような突合せの電極では、そのギャップ長が一般的に数ｍｍであり、上述のような電磁アクチュエータにより閉路および開路を確実に行うことができる。

しかしながら、一方の電極が固定され、他方の電極が回動する刃形開閉器のような開閉器では、ギャップ長が数十ｍｍになるものがあり、上述のような電磁アクチュエータでは確実に閉路および開路を行うことが困難であった。これは、アーマチュアが移動する距離をギャップ長に合わせて長くしなければならず、それに伴って、磁気回路での磁束の漏れなどロスが増加し、充分な操作力が得られなくためである。

一方、電磁アクチュエータに開路バネを用いたものでは、開路時にはバネ力が加わり確実に開路ができるものの、閉路時にはアーマチュアを移動させる距離が長くなるので、充分な操作力を得ることが困難であった。なお、大きな操作力を得ようとすると、閉路コイルの容量を必要以上に大きくしなければならない。

このため、真空バルブを用いた開閉器に限らず刃形開閉器のような長ギャップを有する開閉器を駆動でき、確実に閉路および開路することのできる電磁アクチュエータが望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、閉路および開路を確実にし得る電磁アクチュエータを用いた開閉装置およびこの電磁アクチュエータ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、本発明の開閉装置は、接離自在の一対の電極と、前記一対の電極の一方に連結された操作ロッドと、前記操作ロッドが貫通した磁路を形成するヨークと、前記ヨーク内を移動するとともに、前記操作ロッドに固定されたアーマチュアと、前記アーマチュアを移動もしくは保持する永久磁石と、前記永久磁石の両側にそれぞれ設けられるとともに、前記ヨーク内の磁力を増減させるための磁束を発生させる第１のコイルおよび第２のコイルとを備え、前記第１のコイルと第２のコイルとを励磁し、前記アーマチュアを移動させることを特徴とする。

本発明によれば、永久磁石の両側に第１のコイルと第２のコイルを配置し、互いのコイルを励磁してアーマチュアを移動させる電磁アクチュエータを用いているので、アーマチュアの移動する距離を長くすることができ、長ギャップを有する開閉装置においても確実に閉路および開路することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る開閉装置を図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る開閉装置の開路状態を示す断面図、図２は、本発明の実施例１に係る開閉装置の閉路状態を示す断面図、図３は、本発明の実施例１に係る開閉装置に用いられる電磁アクチュエータの動作を説明する図である。

図１に示すように、開閉装置は、図示中央部の取付板１を境として、操作機構部２ａと主回路部２ｂとに分かれて構成されている。

操作機構部２ａには、箱体３内に電磁アクチュエータ４が固定されている。電磁アクチュエータ４は、磁路を形成するヨーク５と、ヨーク５内を移動するように設けられたアーマチュア６と、アーマチュア６を移動もしくは保持するための永久磁石７と、ヨーク５内の磁力を増減させるための磁束を発生させる第１のコイル８および第２のコイル９と、ヨーク５を貫通し、アーマチュア６に固定された非磁性体からなる第１の操作ロッド１０とから構成されている。

ここで、第１のコイル８、永久磁石７、第２のコイル９は、いずれも主回路部２ｂと対向し、アーマチュア６を包囲するように直線的に配置されている。第１のコイル８は、主回路部２ｂに最も近接した主回路部２ｂ側に配置され、次いで永久磁石７が配置され、そして第２のコイル９が主回路部２ｂと最も離れた反主回路部２ｂ側に配置されている。また、アーマチュア６の軸方向の長さは、第１のコイル８もしくは第２のコイル９の軸方向の長さと永久磁石７の軸方向の長さとを合わせた長さと同様になるようにしている。

ヨーク５外の第１の操作ロッド１０端には、ローラ１１が回転自在に設けられており、箱体３の側壁に設けられた楕円状のガイド溝１２内をローラ１１が滑動するようになっている。また、第１の操作ロッド１０端には、第２の操作ロッド１３が連結されており、保護カバー１４を介して取付板１を移動自在に貫通している。１５は、図示しない接地開閉器の接地導体を収納する接地箱である。

主回路部２ｂには、固定側電極部１６ａと可動側電極部１６ｂとが略平行に離間して配置されている。そして、離間した中間部には、第２の操作ロッド１３端に連結された円弧状の絶縁操作ロッド１７の一方端が可動ピン１８で固定されている。絶縁操作ロッド１７の他方端には、後述する板状の可動側電極１９の中間部に回転自在の可動ピン２０で固定されている。

固定側電極部１６ａには、Ｈ字状の第１の絶縁筒２１が取付板１に固定されている。第１の絶縁筒２１の中間部には、板状の固定側電極２２がボルト２３で固定されている。また、他の電気機器との接続を行う固定側接触子２４も同様に固定されている。なお、固定側電極２２と固定側接触子２４を収納している第１の絶縁筒２１は、可動側電極部１６ｂと対向する側面部が開口しており、可動側電極１９が固定側電極２２に接触できるようになっている。

可動側電極部１６ｂには、第１の絶縁筒２１と同様なＨ字状の第２の絶縁筒２５が取付板１に固定されている。第２の絶縁筒２５の中間部には、可動側固定電極２６がボルト２３で固定されている。また、他の電気機器との接続を行う可動側接触子２７も同様に固定されている。

可動側固定電極２６には、前記可動側電極１９の一方端が固定ピン２８で回動自在に固定されている。この可動側電極１９は、離間した二枚の導体からなり、可動側固定電極２６を挟持するように固定されている。可動側電極１９の他方端には、固定側電極２２との接触時に接触荷重を加える荷重バネ２９が設けられている。なお、可動側固定電極２６、可動側接触子２７、および開路状態に位置する可動側電極１９を収納している第２の絶縁筒２５は、固定側電極部１６ａと対向する側面部が開口しており、可動側電極１９が固定ピン２８を支点として回動できるようになっている。

そして、主回路部２ｂを閉路状態にする場合には、図２に示すように、操作機構部２ａのアーマチュア６を取付板１と離れる方向（図示左方向）に移動させる。すると、ガイド溝１２に沿ってローラ１１が移動し、第１の操作ロッド１０および第２の操作ロッド１３が直線的に移動する。また、絶縁操作ロッド１７も同様に移動する。すると、可動側電極１９が固定ピン２８を支点として略９０度回動し、固定側電極２２と接触する。

次に、アーマチュア６を移動させる方法を図３を参照して説明する。

図３（ａ）に示すように、主回路部２ｂが開路状態のときには、点線で示すような永久磁石７による磁束でアーマチュア６が第１のコイル８側に保持されている。

そして、図示しない制御回路からの信号で、第１のコイル８および第２のコイル９を同時に励磁する。この励磁においては、図３（ｂ）に示すように、第１のコイル８では、永久磁石７の磁束を打ち消すような実線で示す磁束を発生させ、第２のコイル９では、ヨーク５内の磁束が第１のコイル８のものと同一方向になるような磁束を発生させる。これにより、第１のコイル８では、永久磁石７とアーマチュア６間に反発力が発生し、また、第２のコイル９では、アーマチュア６を吸引する吸引力が発生し、アーマチュア６が移動を開始する。

ここで、第１のコイル８と第２のコイル９は同時に励磁してもよいが、先に第１のコイル８を励磁し、後から第２のコイル９を励磁すれば、停止しているアーマチュア６の移動の開始を滑らかにすることができるので好ましい。一般的には、第１のコイル８よりも第２のコイル９の励磁を０．数ｍｓ〜数ｍｓ遅延させるとよい。

すると、図３（ｃ）に示すように、アーマチュア６は、第２のコイル９側に移動を開始する。そして、図３（ｄ）に示すように、アーマチュア６が第２のコイル９側に移動して停止する。これにより、主回路部２ｂが閉路状態となり、点線で示すような永久磁石７による磁束が加わる。

アーマチュア６の移動が停止すると、図３（ｅ）に示すように、図示しない制御回路からの信号を切り、第１のコイル８および第２のコイル９を同時に非励磁とする。アーマチュア６は、点線で示すような永久磁石７による磁束で第２のコイル９側に保持される。

なお、閉路状態から開路状態にする場合には、図３（ｅ）で示す永久磁石７の磁束の向きと逆向きの磁束が発生するように、第１のコイル８および第２のコイル９の互いを励磁すればよい。

これらのように、アーマチュア６は、第１のコイル８側から永久磁石７を介して第２のコイル９側までの間を移動するので、このアーマチュア６に連結された絶縁操作ロッド１７の移動距離を長くすることができる。即ち、可動側電極１９が回動して固定側電極２２に接離するような数十ｍｍの長ギャップを有するものにおいても、可動側電極１９を移動させる操作力を充分に発生させることができる。

上記実施例１の開閉装置によれば、回動して固定側電極２２と接離する可動側電極１９を、第１のコイル８、永久磁石７および第２のコイル９を直線的に配置してアーマチュア６を移動させる電磁アクチュエータ４に連結しているので、可動側電極１９を移動させる距離を長くすることができ、長ギャップを有する開閉器においても確実に閉路および開路することができる。

次に、本発明の実施例２に係る開閉装置を図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施例２に係る開閉装置に用いられる電磁アクチュエータの構成を示す断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、ヨークとアーマチュア間に弾性部材を設けたことである。図４において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図４に示すように、第１の操作ロッド１０に固定されたアーマチュア６には、その両端に凹部６ａ、６ｂがそれぞれ設けられている。凹部６ａ、６ｂ内とヨーク５間には、それぞれ弾性部材の第１のバネ３０が主回路部２ｂ側、また、第２のバネ３１が反主回路部２ｂ側に設けられている。第１のバネ３０は、第１の操作ロッド１０が図示右方向に移動し、主回路部２ｂが開路状態のとき圧縮されるようになっている。また、第２のバネ３１は、第１の操作ロッド１０が図示左方向に移動し、主回路部２ｂが閉路状態のとき圧縮されるようになっている。

これにより、第１のコイル８および第２のコイル９の互いを励磁してアーマチュア６を移動させるとき、開路状態では第１のバネ３０のバネ力、また、閉路状態では第２のバネ３１のバネ力がアーマチュア６に加わり、アーマチュア６の移動を容易にすることができる。また、第１のコイル８および第２のコイル９の操作力を低減でき、小容量とすることができる。

なお、閉路状態から開路状態にするときには、接触荷重が加わっている可動側電極を固定側電極から開離させなければならないので、第１のバネ３０よりも第２のバネ３１のバネ力を大きくすると、アーマチュア６の移動を更に容易にすることができる。また、第１のコイル８よりも第２のコイル９の通電電流を大きくするなど大きな磁束を発生させて操作力を大きくすれば、同様にアーマチュア６の移動を容易にすることができる。

上記実施例２の開閉装置によれば、実施例１による効果のほかに、アーマチュア６の移動を容易にすることができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。上記実施例では、可動側電極１９が回動して固定側電極２２と接離する刃形開閉器ついて説明したが、真空バルブのような比較的にギャップ長の短い突合せの電極の開閉器にもアーマチュア６が移動する距離を調整して用いることができる。

本発明の実施例１に係る開閉装置の開路状態を示す断面図。 本発明の実施例１に係る開閉装置の閉路状態を示す断面図。 本発明の実施例１に係る開閉装置に用いられる電磁アクチュエータの動作を説明する図。 本発明の実施例２に係る開閉装置に用いられる電磁アクチュエータの構成を示す断面図。

符号の説明

１ 取付板
２ａ 操作機構部
２ｂ 主回路部
３ 箱体
４ 電磁アクチュエータ
５ ヨーク
６ アーマチュア
６ａ、６ｂ 凹部
７ 永久磁石
８ 第１のコイル
９ 第２のコイル
１０ 第１の操作ロッド
１１ ローラ
１２ ガイド溝
１３ 第２の操作ロッド
１４ 保護カバー
１５ 接地箱
１６ａ 固定側電極部
１６ｂ 可動側電極部
１７ 絶縁操作ロッド
１８、２０ 可動ピン
１９ 可動側電極
２１ 第１の絶縁筒
２２ 固定側電極
２３ ボルト
２４ 固定側接触子
２５ 第２の絶縁筒
２６ 可動側固定電極
２７ 可動側接触子
２８ 固定ピン
２９ 荷重バネ
３０ 第１のバネ
３１ 第２のバネ

Claims (7)

1. 接離自在の一対の電極と、
   前記一対の電極の一方に連結された操作ロッドと、
   前記操作ロッドが貫通した磁路を形成するヨークと、
   前記ヨーク内を移動するとともに、前記操作ロッドに固定されたアーマチュアと、
   前記アーマチュアを移動もしくは保持する永久磁石と、
   前記永久磁石の両側にそれぞれ設けられるとともに、前記ヨーク内の磁力を増減させるための磁束を発生させる第１のコイルおよび第２のコイルとを備え、
   前記第１のコイルと第２のコイルとを励磁し、前記アーマチュアを移動させることを特徴とする開閉装置。
2. 前記アーマチュアが前記永久磁石に保持されているとき、前記アーマチュア側に位置するコイルと、前記アーマチュア側に位置していないコイルとを同時に励磁し、前記永久磁石による磁束を打ち消すような磁束を発生させることを特徴とする請求項１に記載の開閉装置。
3. 前記アーマチュアが前記永久磁石に保持されているとき、前記アーマチュア側に位置するコイルよりも前記アーマチュア側に位置していないコイルを遅延させて励磁し、前記永久磁石による磁束を打ち消すような磁束を発生させることを特徴とする請求項１に記載の開閉装置。
4. 前記アーマチュアの一方端と前記ヨーク間に第１の弾性部材を設け、
   前記アーマチュアの他方端と前記ヨーク間に第２の弾性部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の開閉装置。
5. 前記弾性部材は、前記一対の電極が閉路するときよりも開路するときの方のバネ力を大きくしたことを特徴とする請求項４に記載の開閉装置。
6. 前記一対の電極は、一方端を支点として回動する可動側電極と、前記可動側電極の他方端が接離する固定側電極とからなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の開閉装置。
7. 磁路を形成するヨークと、
   前記ヨーク内を移動するアーマチュアと、
   前記アーマチュアを移動もしくは保持する永久磁石と、
   前記永久磁石の両側にそれぞれ設けられるとともに、互いが励磁され、前記ヨーク内の磁束を同一方向に発生させる第１のコイルおよび第２のコイルとを備えたことを特徴とする電磁アクチュエータ。

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