JP2008166392A - 電磁アクチュエータおよび開閉器 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石による保持力を調整し、開路操作を容易に行う。
【解決手段】磁路を形成するためのヨーク１９と、ヨーク１９内を移動自在に移動するアーマチュア２０と、永久磁石２１と、ソレノイドコイル２２、２３と、アーマチュアに固定された操作ロッド２５とを備え、アーマチュア２０は、円柱部２０ａと、突出した鍔部２０ｂとからなり、ヨーク１９は、円柱部２０ａと接離する第１のヨーク１９ａと、第１のヨーク１９ａに連接された第２のヨーク１９ｂと、第２のヨーク１９ｂに連接された第３のヨーク１９ｃと、鍔部２０ｂと接離する第４のヨーク１９ｄと、開閉器の閉路時に鍔部２０ｂとのギャップ長が短くなるように第２のヨーク１９ｂの内側に設けられた磁気回路分岐ヨーク２４とからなることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、開閉器の開閉操作に必要な操作力が得られる電磁アクチュエータおよびこの電磁アクチュエータを用いた開閉器に関する。

従来のこの種の電磁アクチュエータを用いた開閉器は、ソレノイドコイルを励磁して開路操作と閉路操作とを行い、閉路完了時には、ソレノイドコイルを非励磁とし、永久磁石の保持力で閉路状態が保持されるようになっている。このため、制御回路が停電などで電源が喪失されると、ソレノイドコイルを励磁して永久磁石の保持力を低減させることができず、開路操作を行うことができなかった。

この対応策として、電源喪失時には、可搬式の操作電源装置を制御回路に接続してソレノイドコイルを励磁し、永久磁石の保持力に打ち勝つ磁束を発生させ、強制的に開路操作を行うものが知られている。なお、永久磁石の保持力に打ち勝つ磁束を発生させた後には、開路バネにより開路位置まで移動が行われ、そのバネ力で開路状態が保持される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−８６０９２号公報 （第４〜５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。
永久磁石の保持力に打ち勝つ磁束を発生させるために、操作電源装置の電源容量を大容量としなくてはならなかった。一般的には、電源供給としてコンデンサが用いられ、コンデンサが大型化、重量化していた。

このような操作電源装置は、電源喪失時の非常用であるので、所定の場所に保管され、使用時に当該電磁アクチュエータの設置個所に運搬される。このため、小容量で、軽量化された操作電源装置が望まれていた。なお、ここでは、操作電源装置の性能などを向上させて軽量化などを図ることよりも、永久磁石の保持力を調整し、電源喪失時などにおいて開路操作を容易に行えるようにするものである。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、閉路時の永久磁石の保持力を調整し、開路操作を容易に行える電磁アクチュエータおよび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、本発明の電磁アクチュエータは、磁路を形成するためのヨークと、前記ヨーク内を移動自在に移動するアーマチュアと、前記アーマチュアを移動および閉路保持する永久磁石と、前記ヨーク内の磁束を増減させるソレノイドコイルと、前記アーマチュアに固定されるとともに、開閉器に連結された非磁性体の操作ロッドとを備え、前記アーマチュアは、円柱部と、円柱部に連接されるとともに、半径方向に突出した鍔部とからなり、前記ヨークは、前記開閉器の開閉時に前記円柱部と接離する第１のヨークと、前記第１のヨークに連接された第２のヨークと、前記第２のヨークに連接されるとともに、前記永久磁石を固定する第３のヨークと、前記永久磁石に固定されるとともに、前記開閉器の開閉時に前記鍔部と接離する第４のヨークと、前記開閉器の閉路時に前記鍔部とのギャップ長が短くなるように前記第２のヨークの内側に設けられた磁気回路分岐ヨークとからなることを特徴とする。

本発明によれば、開閉器の閉路状態時に永久磁石による磁気回路が閉路保持に係る回路と、係らない回路とが形成されるようにしているので、閉路時の保持力を調整し制御することができ、開路操作の操作力を低減することができる。

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に係る電磁アクチュエータを図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を用いた開閉器の構成を示す断面図、図２は、本発明の実施例１に係る電磁アクチュエータの磁気回路を説明する断面図、図３は、本発明の実施例１に係る電磁アクチュエータを機械的に開路操作する説明図である。

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。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側通電軸９が他方の電路となる下部導体１０を摺動接触し設けられている。可動側通電軸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。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。

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、磁路を形成するためのヨーク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する永久磁石２１、ヨーク１９内の磁束を増減させるソレノイドコイルの閉路、開路コイル２２、２３、永久磁石２１側に突出して磁気回路を形成する突出ヨーク２４、およびアーマチュア２０を挟持してヨーク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。突出ヨーク２４は、後述するがヨーク１９の一部となる。

また、電磁アクチュエータ１８の両側には、アーマチュア２０を永久磁石２１から離す方向に常時付勢された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。

そして、閉路状態にする場合には、常時電源が供給されている図示しない制御回路を操作して、永久磁石２１の磁束と同方向の磁束が生じる閉路コイル２２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２２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を常時吸引する。

一方、開路状態にする場合には、常時電源が供給されている図示しない制御回路を操作して、永久磁石２１の磁束と逆方向の磁束が生じる開路コイル２３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、開路バネ２６により、電極３、４間を最終の位置まで移動させる。

次に、閉路状態時における永久磁石２１により形成される磁気回路を図２を参照して説明する。また、アーマチュア２０とヨーク１９の詳細を説明する。

アーマチュア２０は、円柱部２０ａと、円柱部２０ａに連接され半径方向に突出した鍔部２０ｂとで構成されている。また、ヨーク１９は、操作ロッド２５の外周で開閉時にアーマチュア２０が接離する第１のヨーク１９ａ、アーマチュア２０を囲むように設けられるとともに、第１のヨーク１９ａに連接された断面Ｌ字状の筒状の第２のヨーク１９ｂ、第２のヨーク１９ｂの内面で円柱部２０ａ側に突出して設けられるとともに、永久磁石２１を固定する第３のヨーク１９ｃ、永久磁石２１に固定されるとともに、開閉時に鍔部２０ｂが接離する第４のヨーク１９ｄ、第２のヨーク１９ｂに連接されるとともに、閉路時にアーマチュア２０の鍔部２０ｂと対向する位置に設けられて鍔部２０ｂとのギャップ長を短くする環状の前記突出ヨーク２４から構成されている。

そして、閉路時における保持力Ｆ１は、永久磁石２１により形成される第１の磁気回路ｍ１で発生される。即ち、第１の磁気回路ｍ１は、第１のヨーク１９ａ→第２のヨーク１９ｂ→第３のヨーク１９ｃ→永久磁石２１→第４のヨーク１９ｄ→鍔部２０ｂ→円柱部２０ａを通り形成される。同時に、永久磁石２１→第３のヨーク１９ｃ→第２のヨーク１９ｂ→突出ヨーク２４→鍔部２０ｂ→第４のヨーク１９ｄを通る第２の磁気回路ｍ２が形成される。しかしながら、第２の磁気回路ｍ２の磁力Ｆ２は、閉路状態を保持するものとはならない。

ここで、負荷力となる開路バネ２６のバネ力をＦ３とすると、保持力Ｆ１＞バネ力Ｆ３、保持力Ｆ１＞磁力Ｆ２の関係とし、保持力Ｆ１−磁力Ｆ２＞バネ力Ｆ３の関係とする。即ち、永久磁石２１による磁気回路は、閉路保持に係る保持力Ｆ１を発生させる第１の磁気回路ｍ１と、閉路保持に係らない第２の磁気回路ｍ２との二回路が形成され、第１の磁気回路ｍ１で閉路保持が行われる。

なお、突出ヨーク２４は、永久磁石２１による磁気回路を分岐させ、第１の磁気回路ｍ１のほかに、第２の磁気回路ｍ２を形成するものであり、磁気回路分岐ヨークと定義する。

このため、制御回路の電源喪失時に図示しない操作電源装置を用いて開路コイル２３を励磁し、電気的に開路させる場合、閉路状態の保持力が保持力Ｆ１−磁力Ｆ２となっているので、小さな電源容量で済むことになる。保持力Ｆ１−磁力Ｆ２に勝る磁力を発生させれば、鍔部２０ｂと第４のヨーク１９ｄとが開離し、その後、開路バネ２６のバネ力Ｆ３で開路させることができる。また、開路コイル２３を小容量で小型化することができる。なお、第２の磁気回路ｍ２による磁力Ｆ２は、突出ヨーク２４と鍔部２０ｂ間のギャップ長を調整すれば容易に制御することができる。

次に、機械的に開路させる場合を図３を参照して説明する。

図３に示すように、操作ロッド２５に固定されたピン２８を設け、端部に回転するピン２９を設けた開路操作ロッド３０を図示矢印の時計方向に操作することにより、小さな操作力で容易に開路させることができる。ピン２９は、図示しない開閉器の固定部材に固定される。

上記実施例１の電磁アクチュエータによれば、開閉器の閉路状態時に、閉路保持に係る保持力Ｆ１を発生させる第１の磁気回路ｍ１と、閉路保持に係らない磁力Ｆ２を発生させる第２の磁気回路ｍ２が形成されるようにしているので、閉路保持力が保持力Ｆ１−磁力Ｆ２と低減され、電気的や機械的などにより強制的に開路させるときの操作力を低減させることができる。

次に、本発明の実施例２に係る電磁アクチュエータを図４および図５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、図５は、本発明の実施例２に係る電磁アクチュエータの移動ヨークを示す上面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、移動ヨークを設けたことである。各図において、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２のヨーク１９ｂの内側には、開閉器が閉路状態にあるときアーマチュア２０の鍔部２０ｂに対向するとともに、内径方向に移動可能な移動ヨーク３１が設けられている。移動ヨーク３１には、図示しない操作装置に連結された操作ロッド３２が固定されている。移動ヨーク３１は、図５に示すように、円周方向が複数分割され、移動時には、実線で示す位置から点線で示す位置に移動するようになっている。即ち、鍔部２０ｂとのギャップ長が短くなるように移動するものである。移動ヨーク３１は、後述するがヨーク１９の一部となる。

次に、閉路状態からの開路操作を説明する。

閉路状態における保持力Ｆ１は、実施例１と同様に、永久磁石２１による第１の磁気回路ｍ１で形成される。そして、開路する場合には、操作ロッド３２を操作し、移動ヨーク３１を内径方向に移動させ、永久磁石２１→第３のヨーク１９ｃ→第２のヨーク１９ｂ→移動ヨーク３１→鍔部２０ｂ→第４のヨーク１９ｄを通る第３の磁気回路ｍ３を形成させる。第３の磁気回路ｍ３では、磁力Ｆ４が発生するが、閉路状態を保持するものではない。

なお、移動ヨーク３１は、永久磁石２１による磁気回路を分岐させ、第１の磁気回路ｍ１のほかに、第３の磁気回路ｍ３を形成するものであり、実施例１と同様に、磁気回路分岐ヨークと定義する。

ここで、負荷力となる開路バネ２６のバネ力をＦ３とすると、保持力Ｆ１＞バネ力Ｆ３、保持力Ｆ１＞磁力Ｆ４の関係にあり、保持力Ｆ１−磁力Ｆ４＞バネ力Ｆ３の関係となっている。これは、移動ヨーク３１と鍔部２０ｂとのギャップ長を調整することにより制御することができる。保持力Ｆ１、バネ力Ｆ３、磁力Ｆ４がこのような関係にあるときには、実施例１と同様の電気的、機械的によって開路させることができる。

更には、移動ヨーク３１と鍔部２０ｂとのギャップ長を更に短くし、磁力Ｆ４を増大させることができる。そして、保持力Ｆ１−磁力Ｆ４＜バネ力Ｆ３とする。このような関係にすると、移動ヨーク３１を内径方向に移動させることで、バネ力Ｆ３が勝り開路させることができる。

上記実施例２の電磁アクチュエータによれば、実施例１と同様の効果のほかに、移動ヨーク３１を移動させるだけで開路操作を行うことができる。

本発明の実施例１に係る電磁アクチュエータを用いた開閉器の構成を示す断面図。 本発明の実施例１に係る電磁アクチュエータの磁気回路を説明する断面図。 本発明の実施例１に係る電磁アクチュエータを機械的に開路操作する説明図。 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。 本発明の実施例２に係る電磁アクチュエータの移動ヨークを示す上面図。

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 電極
５ 真空バルブ
６ 上部導体
７ 支持碍子
８ 上部固定部材
９ 可動側通電軸
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 衝撃部材
１７ 連絡梁
１８ 電磁アクチュエータ
１９ ヨーク
１９ａ 第１のヨーク
１９ｂ 第２のヨーク
１９ｃ 第３のヨーク
１９ｄ 第４のヨーク
２０ アーマチュア
２０ａ 円柱部
２０ｂ 鍔部
２１ 永久磁石
２２ 閉路コイル
２３ 開路コイル
２４ 突出ヨーク
２５、３２ 操作ロッド
２６ 開路バネ
２７ 下部固定部材
２８、２９ ピン
３０ 開路操作ロッド
３１ 移動ヨーク

Claims (6)

1. 磁路を形成するためのヨークと、
   前記ヨーク内を移動自在に移動するアーマチュアと、
   前記アーマチュアを移動および閉路保持する永久磁石と、
   前記ヨーク内の磁束を増減させるソレノイドコイルと、
   前記アーマチュアに固定されるとともに、開閉器に連結された非磁性体の操作ロッドとを備え、
   前記アーマチュアは、円柱部と、
   円柱部に連接されるとともに、半径方向に突出した鍔部とからなり、
   前記ヨークは、前記開閉器の開閉時に前記円柱部と接離する第１のヨークと、
   前記第１のヨークに連接された第２のヨークと、
   前記第２のヨークに連接されるとともに、前記永久磁石を固定する第３のヨークと、
   前記永久磁石に固定されるとともに、前記開閉器の開閉時に前記鍔部と接離する第４のヨークと、
   前記開閉器の閉路時に前記鍔部とのギャップ長が短くなるように前記第２のヨークの内側に設けられた磁気回路分岐ヨークとからなることを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 前記開閉器の閉路時に、前記永久磁石、前記アーマチュア、および前記第１〜第４のヨークを通る第１の磁気回路と、
   前記永久磁石、前記鍔部、前記第２〜第４のヨーク、および前記磁気回路分岐ヨークを通る第２の磁気回路とが形成され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. 前記操作ロッドにピンを固定し、開路操作ロッドで前記ピンを開路方向に移動させ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。
4. 前記磁気回路分岐ヨークは、内径方向に移動可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータ。
5. 前記磁気回路分岐ヨークは、円周方向が複数分割されていることを特徴とする請求項４に記載の電磁アクチュエータ。
6. 接離自在の一対の電極を有する遮断部と、
   前記一対の電極の接触時に接触荷重を加えるワイプバネ部と、
   前記遮断部を開閉する電磁アクチュエータを備えた操作機構部とを備え、
   前記電磁アクチュエータは、磁路を形成するためのヨークと、
   前記ヨーク内を移動自在に移動するアーマチュアと、
   前記アーマチュアを移動および閉路保持する永久磁石と、
   前記ヨーク内の磁束を増減させるソレノイドコイルと、
   前記アーマチュアに固定されるとともに、前記遮断部に連結された非磁性体の操作ロッドとを有し、
   前記遮断部の閉路時には、前記ヨーク内と前記アーマチュア内に、前記遮断部の閉路保持に係る保持力を発生する磁気回路と、
   前記遮断部の閉路保持に係らない磁気回路とが形成されることを特徴とする開閉器。

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