JP2007179841A - 真空遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁アクチュエータを用いた真空遮断器の開閉特性を向上させる。
【解決手段】 接離自在の一対の接点を開閉させる方向に移動自在に保持された操作ロッド１１と、前記操作ロッド１１に固定されたアーマチュア１４と、前記アーマチュア１４を吸引して移動もしくは閉路保持する永久磁石１５と、前記アーマチュア１４を囲むように設けられた磁路を形成するためのヨーク１３と、前記ヨーク１３内の磁束を増減させ、前記アーマチュア１４を移動させる閉路コイル１６および開路コイル１７と、前記アーマチュア１４が開路方向に移動するように付勢された開路バネと、前記操作ロッド１１に連結された可動部材（１４）が開路状態から閉路状態へ移動するとき、この可動部材の移動開始を一時的に阻止するラッチ機構２１とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、開閉特性を向上し得る操作機構に電磁アクチュエータを用いた真空遮断器に関する。

従来のこの種の真空遮断器は、図５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を開閉操作する操作機構部１ｃが配置され構成されている。なお、図５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接点３、４を有する真空バルブ５が設けられている。真空バルブ５の固定側には、上部導体６が固定されている。また、真空バルブ５の可動側には、下部導体７が設けられ、軸方向に移動自在の絶縁操作ロッド８が連結されている。

ワイプバネ部１ｂには、絶縁操作ロッド８に連結されたワイプバネ９を収納したワイプバネフォルダ１０が設けられている。ワイプバネ９により、一対の接点３、４の接触時に接触荷重が加わるようになっている。また、ワイプバネフォルダ１０には、後述する非磁性体の操作ロッド１１が連結されている。

操作機構部１ｃには、開閉操作時の操作力を発生させる電磁アクチュエータ１２が設けられている。電磁アクチュエータ１２は、磁路を形成するためのヨーク１３、ヨーク１３内を移動するように設けられた磁性体のアーマチュア１４、アーマチュア１４を移動もしくは閉路保持をする永久磁石１５、永久磁石１５の外周に配置された閉路コイル１６および開路コイル１７、アーマチュア１４に固定されヨーク１３を貫いた操作ロッド１１、およびヨーク１３の図示下部の開口部を塞ぐ非磁性体のストッパープレート１８から構成されている。また、電磁アクチュエータ１２は、下部固定部材１９に固定され、この下部固定部材１９内には、操作ロッド１１が開路方向に移動するように付勢された開路バネ２０が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。

次に、このような真空遮断器の開閉動作を説明する。

開路状態において、閉路コイル１６を励磁すると、アーマチュア１４とヨーク１３との間で吸引力が増加し、開路バネ２０とワイプバネ９の開路方向に付勢されたバネ力に抗ってアーマチュア１４が図示上方の閉路方向に移動する。同時に、操作ロッド１１が図示上方の閉路方向に移動し、接点３、４が接触して閉路状態となる。その後、閉路コイル１６が無励磁となり、永久磁石１５の磁力で閉路状態が保持される。

一方、閉路状態において、開路コイル１７を励磁すると、アーマチュア１４とヨーク１３との吸引力が低減し、開路バネ２０とワイプバネ９の開路方向に付勢されたバネ力によりアーマチュア１４が図示下方の開路方向に移動する。同時に、操作ロッド１１が図示下方の開路方向に移動し、接点３、４が開離して開路状態となる。その後、開路コイル１７が無励磁となり開路状態が保持される。

このような開閉動作時における操作力を図６を参照して説明する。

閉路状態にする場合、真空遮断器の負荷特性としては、アーマチュア１４、操作ロッド１１、可動側の接点４などの自重と、開路バネ２０、ワイプバネ９のバネ力に起因し、一点鎖線で示すようなＡ点−Ｂ点−Ｃ点−Ｄ点を通る特性となる。即ち、開路状態のＡ点から接点３、４が接触する投入点のＢ点までは、アーマチュア１４、操作ロッド１１、可動側の接点４などを閉路方向に移動させるため、緩やかに上昇する。Ｂ点からＣ点までは、開路バネ２０とワイプバネ９を圧縮するため、急激に上昇する。Ｃ点からＤ点までは、接点３、４を確実に接触保持させるため、緩やかに上昇する。そして、Ｄ点において、閉路状態が完了する。

これに対して、電磁アクチュエータ１２の吸引力（操作力）は、開路状態のＡ点から閉路状態のＤ１点まで加速的に上昇する実線で示すような特性となる。これは、アーマチュア１４が閉路方向に移動していくと、ヨーク１３とのギャップ長が短くなり、操作力が加速的に上昇するためである。このため、投入点では、Ｂ点よりも大きいＢ１点の操作力となる。また、Ｃ１点で接点３、４を確実に接触保持させるための操作力となり、Ｄ点より大きいＤ１点において閉路状態が完了する。なお、Ｃ点からＣ１点までにおいては、アーマチュア１４の移動が減速される。

このため、Ａ点−Ｂ点−Ｂ１点で囲まれた面積（エネルギーＥ１）がＢ１点−Ｃ１点−Ｃ点で囲まれた面積（エネルギーＥ２）よりも大きいことが閉路状態を完了させる必要条件となる。エネルギーＥ１がエネルギーＥ２よりも大きいほど、可動側の接点４の速度（投入点速度）が速くなり、閉路時における接点３、４間の溶着を抑制することができる。

開路時の操作力は、二点鎖線で示すような特性となり、Ｄ１点−Ｃ０点−Ｂ０点で囲まれた面積のエネルギーで可動側の接点４が固定側の接点３から開離する。このエネルギーが大きいほど、固定側の接点３から可動側の接点４が開離する速度（初開離速度）が速くなり、遮断特性を向上させることができる。
特開２００２−２７０４２３号公報 （第４ページ、図１）

上記の従来の真空遮断器においては、次のような問題がある。

真空遮断器の遮断特性は、絶縁回復特性を向上させる初開離速度によって大きく左右される。また、投入点速度によってプレアーク特性や通電容量特性などの投入特性が大きく左右される。そして、真空遮断器は、多様の仕様性能が要求され、その都度、負荷特性に合わせた電磁アクチュエータ１２の開発が必要であった。これらは、いずれも投入点速度や初開離速度の速いものが要求され、多様な負荷特性に対応する電磁アクチュエータ１２の開発に困難を生じていた。

このため、容易な構成で投入点速度や初開離速度を速くでき、その結果、遮断特性や投入特性などの開閉特性を向上し得る電磁アクチュエータ１２を用いた真空遮断器が望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、開閉特性を向上し得る電磁アクチュエータを用いた真空遮断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、本発明の真空遮断器は、接離自在の一対の接点を開閉させる方向に移動自在に保持された操作ロッドと、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吸引して移動もしくは閉路保持する永久磁石と、前記アーマチュアを囲むように設けられた磁路を形成するためのヨークと、前記ヨーク内の磁束を増減させ、前記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と、前記アーマチュアが開路方向に移動するように付勢された開路バネと、前記操作ロッドに連結された可動部材が開路状態から閉路状態へ移動するとき、この可動部材の移動開始を一時的に阻止するラッチ機構とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、閉路方向に移動しようとするアーマチュアに、その移動を一時的に阻止するラッチ機構を設けているので、電磁アクチュエータの吸引力にラッチ機構の操作力が加算されてアーマチュアが移動を開始し、接点間の投入点速度や初開離速度などの開閉特性を向上させた真空遮断器を提供することができる。

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に係る真空遮断器を図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に係る電磁アクチュエータの構成を示す断面図、図２は、本発明の実施例１に係る真空遮断器の閉路時における電磁アクチュエータの吸引力特性と真空遮断器の負荷特性とを説明する図、図３は、本発明の実施例１に係る真空遮断器の開路時における電磁アクチュエータの吸引力特性と真空遮断器の負荷特性とを説明する図である。なお、各図において、従来と同様の構成部分については、同一符号を付した。また、真空遮断器の構成は、従来と同様の構成であるので、その説明を省略する。

図１に示すように、真空遮断器には、開閉操作時の操作力を発生させる電磁アクチュエータ１２が設けられている。電磁アクチュエータ１２は、磁路を形成するためのヨーク１３、ヨーク１３内を移動するように設けられた磁性体のアーマチュア１４、アーマチュア１４を移動もしくは閉路保持をする永久磁石１５、永久磁石１５の外周に配置されヨーク１３内の磁束を増減させる閉路コイル１６および開路コイル１７、アーマチュア１４に固定されヨーク１３を貫いた非磁性体の操作ロッド１１、およびヨーク１３の図示下部の開口部を塞ぐ非磁性体のストッパープレート１８から構成されている。

また、アーマチュア１４とストッパープレート１８間には、ストッパープレート１８側に固定されたラッチ機構２１が設けられている。ラッチ機構２１は、ラッチ用永久磁石２２と、この永久磁石２２のＳ極とＮ極に設けられた磁路を形成するためのラッチ用ヨーク２３ａ、２３ｂから構成されている。そして、ラッチ用ヨーク２３ａ、２３ｂの一側面は、開路状態にあるときのアーマチュア１４が吸着されるようになっている。

次に、このような電磁アクチュエータ１２の開閉動作を説明する。

開路状態において、閉路コイル１６を励磁すると、アーマチュア１４とヨーク１３との間で吸引力が増加し、アーマチュア１４が図示上方の閉路方向に移動する。同時に、操作ロッド１１が図示上方の閉路方向に移動し、図示しない接点間が接触して閉路状態となる。その後、閉路コイル１６が無励磁となり、永久磁石１５の磁力で閉路状態が保持される。

一方、閉路状態において、開路コイル１７を励磁すると、アーマチュア１４とヨーク１３との吸引力が低減し、図示しない開路バネのバネ力などによってアーマチュア１４が図示下方の開路方向に移動する。同時に、操作ロッド１１が図示下方の開路方向に移動し、図示しない接点間が開離して開路状態となる。その後、開路コイル１７が無励磁となり開路状態が保持される。

このような開閉動作時における閉路時の操作力を図２を参照して説明する。

真空遮断器の負荷特性としては、従来と同様に、アーマチュア１４、操作ロッド１１などの自重と、開路バネ、ワイプバネのバネ力に起因し、一点鎖線で示すようなＡ点−Ｂ点−Ｃ点−Ｄ点を通る特性となる。そして、Ｄ点において、閉路状態が完了する。

これに対して、電磁アクチュエータ１２の吸引力（操作力）は、ラッチ機構２１でアーマチュア１４が吸引されているため、従来のＡ点から動作を開始できず、ラッチ機構２１の吸引力に打ち勝つＡ２点からアーマチュア１４が移動を開始する。即ち、アーマチュア１４の移動開始がラッチ機構２１で一時的に阻止されることになる。

そして、Ｂ２点、Ｃ２点を通って閉路状態のＤ２点まで加速的に上昇する実線で示すような特性となる。これは、点線で示す従来の特性にラッチ機構２１の吸引力を加算し、平行移動させたようなものとなる。また、Ｃ２点で接点を確実に接触保持させるための操作力となり、Ｄ２点において閉路状態が完了する。なお、Ｃ点からＣ２点までにおいては、アーマチュア１４の移動が減速される。

このため、Ａ点−Ａ２点−Ｂ２点−Ｂ点で囲まれた面積（エネルギーＥ３）は、Ｂ２点−Ｃ２点−Ｃ点で囲まれた面積（エネルギーＥ４）よりも格段に大きくなり、閉路状態を確実に完了させることができる。エネルギーＥ３がエネルギーＥ４よりも大きくなることで、可動側の接点の速度（投入点速度）が従来よりも格段に速くなり、接点間の溶着を抑制することができる。

なお、ラッチ機構２１の吸引力は、電磁アクチュエータ１２の吸引力よりも小さいものである。また、真空遮断器の性能仕様によって、ラッチ機構２１の吸引力を選定すれば、所定の投入点速度を容易に得ることができる。更に、通電電流容量を増すため、ワイプバネのバネ力を増しＢ点からＣ点までの特性を大きくしたものにおいても、ラッチ機構２１の吸引力を選定することにより容易に対応することができる。

次に、開路時の操作力を図３を参照して説明する。

開路時の操作力は、閉路状態のＤ２点からＢ０１点を通って開路状態のＡ０点まで急激に低下する二点鎖線で示すような特性となる。そして、Ｄ２点−Ｃ０１点−Ｂ０１点で囲まれた面積（エネルギーＥ５）で可動側の接点が開離する。Ｄ２点は従来のＤ１点よりも大きく、その結果、可動側の接点が固定側から開離する速度（初開離速度）が速くなり、遮断特性を向上させることができる。

上記実施例１の真空遮断器によれば、閉路方向に移動しようとするアーマチュア１４に、ラッチ用永久磁石２２の吸引力によってアーマチュア１４が移動するのを一時的に阻止するラッチ機構２１を設けているので、電磁アクチュエータ１２の吸引力にラッチ機構２１の吸引力が加算されてアーマチュア１４が移動を開始し、投入点速度および初開離速度などの開閉特性を向上させることができる。

次に、本発明の実施例２に係る真空遮断器を図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、ラッチ機構の構成である。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。また、真空遮断器の構成は、従来と同様の構成であるので、その説明を省略する。

図４に示すように、アーマチュア１４の側面と対向するヨーク１３には、ボールプランジャー２４が設けられている。ボールプランジャー２４は、移動および回転自在のボール２５と、ボール２５をアーマチュア１４側に押し付けるように付勢されたバネ２６と、ボール２５の先端部分を露出させバネ２６を収納するケース２７から構成されている。また、開路状態時にボール２５が当接するアーマチュア１４側面には、窪み部１４ａが設けられている。

このため、アーマチュア１４を閉路方向に移動させるには、電磁アクチュエータ１２の吸引力のほかに、バネ２６を圧縮してボール２５を窪み部１４ａから外さなければならない。即ち、アーマチュア１４の移動がバネ２６で一時的に阻止され、電磁アクチュエータ１２の吸引力にバネ２６のバネ力が加算されてアーマチュア１４が移動を開始することになる。このバネ力は、電磁アクチュエータ１２の吸引力よりも小さいものである。また、真空遮断器の性能仕様により、バネ力を変えることにより、所定の投入点速度や初開離速度を得ることができる。

ここで、ボールプランジャー２４は、アーマチュア１４の移動開始をバネ２６のバネ力により一時的に阻止するものである。このため、このボールプランジャー２４もアーマチュア１４の移動開始を一時的に阻止する実施例１で用いたラッチ機構と定義する。また、実施例１のラッチ機構の吸引力と、実施例２のボールプランジャー２４のバネ力とをラッチ機構の操作力と定義する。

上記実施例２の真空遮断器によれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。

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、アーマチュア１４にラッチ機構を設けて説明したが、操作ロッド１１に連結された可動部材に、この可動部材が開路状態から閉路状態へ移動する移動開始を一時的に阻止するラッチ機構を設けても開閉特性を向上させることができる。

本発明の実施例１に係る電磁アクチュエータの構成を示す断面図。 本発明の実施例１に係る真空遮断器の閉路時における電磁アクチュエータの吸引力特性と真空遮断器の負荷特性とを説明する図。 本発明の実施例１に係る真空遮断器の開路時における電磁アクチュエータの吸引力特性と真空遮断器の負荷特性とを説明する図。 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。 真空遮断器の構成を示す断面図。 従来の真空遮断器の開閉時における電磁アクチュエータの吸引力特性と真空遮断器の負荷特性とを説明する図。

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 接点
５ 真空バルブ
６ 上部導体
７ 下部導体
８ 絶縁操作ロッド
９ ワイプバネ
１０ ワイプバネフォルダ
１１ 操作ロッド
１２ 電磁アクチュエータ
１３ ヨーク
１４ アーマチュア
１４ａ 窪み部
１５ 永久磁石
１６ 閉路コイル
１７ 開路コイル
１８ ストッパープレート
１９ 下部固定部材
２０ 開路バネ
２１ ラッチ機構
２２ ラッチ用永久磁石
２３ａ、２３ｂ ラッチ用ヨーク
２４ ボールプランジャー
２５ ボール
２６ バネ
２７ ケース

Claims (5)

1. 接離自在の一対の接点を開閉させる方向に移動自在に保持された操作ロッドと、
   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吸引して移動もしくは閉路保持する永久磁石と、
   前記アーマチュアを囲むように設けられた磁路を形成するためのヨークと、
   前記ヨーク内の磁束を増減させ、前記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と、
   前記アーマチュアが開路方向に移動するように付勢された開路バネと、
   前記操作ロッドに連結された可動部材が開路状態から閉路状態へ移動するとき、この可動部材の移動開始を一時的に阻止するラッチ機構とを備えたことを特徴とする真空遮断器。
2. 前記可動部材は、前記アーマチュアであることを特徴とする請求項１に記載の真空遮断器。
3. 前記ラッチ機構の操作力は、前記アーマチュアを吸引するラッチ用永久磁石の吸引力であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空遮断器。
4. 前記ラッチ機構の操作力は、前記アーマチュアに当接するボールプランジャーのバネ力であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空遮断器。
5. 前記ラッチ機構の操作力は、前記永久磁石の吸引力よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空遮断器。

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