JP2009212372A - Electromagnetic actuator and power switchgear using the same - Google Patents

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JP2009212372A
JP2009212372A JP2008055143A JP2008055143A JP2009212372A JP 2009212372 A JP2009212372 A JP 2009212372A JP 2008055143 A JP2008055143 A JP 2008055143A JP 2008055143 A JP2008055143 A JP 2008055143A JP 2009212372 A JP2009212372 A JP 2009212372A
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Mitsuru Tsukima
満 月間
Kazuki Takahashi
和希 高橋
Takafumi Nakagawa
隆文 中川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an electromagnetic actuator which can generate a large driving torque and can be miniaturized. <P>SOLUTION: The electromagnetic actuator is provided with: a fixed iron core 14 having a plurality of magnetic poles inside; a rotation shaft 16 supported by the fixed iron core 14; a movable iron core 18 that is arranged inside the fixed iron core 14, coupled to a ring-like member 12, and supported by the rotation shaft 16 to rotate about the rotation shaft 16; and at least one or more driving coils 20 to 22 for generating the magnetic flux driving the movable iron core 18. The driving coils 20 to 22 are arranged in such a manner that the movable iron core 18 penetrates the driving coils 20 to 22. By energizing the driving coils 20 to 22, the movable iron core 18 is rotated and displaced inside the driving coils 20 to 22. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、電磁アクチュエータ及びこれを用いた電力用開閉装置に関するものである。   The present invention relates to an electromagnetic actuator and a power switchgear using the same.

真空遮断器の操作機構では、電磁アクチュエータが適用される。これは、真空遮断器の接点が、他の遮断器と比較して開離距離が短く且つ直線的に動作するといった特徴があるためであり、短ギャップで強い電磁吸引力を発生する直動双安定形電磁アクチュエータが適しているためであった。この直動双安定形の電磁アクチュエータの構造や動作説明は、例えば図15(特許文献1)に記載されている。   In the operation mechanism of the vacuum circuit breaker, an electromagnetic actuator is applied. This is because the contact of the vacuum circuit breaker has a feature that the opening distance is shorter and linearly operated compared to other circuit breakers, and a linear motion twin that generates a strong electromagnetic attraction force with a short gap. This is because a stable electromagnetic actuator is suitable. For example, FIG. 15 (Patent Document 1) describes the structure and operation of the linear bistable electromagnetic actuator.

しかしながら、真空遮断器以外の遮断器や、他の開閉機器では、ストロークが長く、かつ、接点が往復回動運動(揺動運動)する場合が多い。また、「入り」、「切り」の2点動作だけでなく、開閉機器の一部では、「入り」、「切り」、「入り」の3点動作をさせる場合もある。これは、2つの固定接点A,Bと、1つの可動接点Mから構成され、この可動接点が3点の間を往復回動運動することで、接点A入り、切り、接点B入りの3状態を実現する接点となる。   However, in a circuit breaker other than a vacuum circuit breaker and other switchgear, the stroke is long and the contact often reciprocates (oscillates). In addition to the two-point operation of “ON” and “OFF”, a part of the opening / closing device may perform a three-point operation of “ON”, “OFF”, and “ON”. This is composed of two fixed contacts A and B and one movable contact M, and this movable contact reciprocates between three points, so that three states including contact A, cut, and contact B are included. It becomes a contact point that realizes.

例えば図16(特許文献2)は、揺動双安定形電磁アクチュエータを示したものであり、特許文献1を回動タイプに変形した構造となっている。動作後半は磁束が略接線方向に流れるため高トルクが期待できるが、動作初期は径方向に流れてしまうためトルクが小さい。低圧ブレーカのように接点が揺動運動することで開閉するような場合、このように揺動双安定形電磁アクチュエータを適用してもよいし、前述の直動双安定形の電磁アクチュエータにおいても回動リンク機構を介せば往復揺動運動を取り出すことができる。しかし、3点動作することはできない。   For example, FIG. 16 (Patent Document 2) shows an oscillating bistable electromagnetic actuator, which has a structure obtained by transforming Patent Document 1 into a rotating type. In the latter half of the operation, a high torque can be expected because the magnetic flux flows in a substantially tangential direction, but the torque is small in the initial operation because it flows in the radial direction. In the case where the contact is opened and closed by swinging movement like a low pressure breaker, the swing bistable electromagnetic actuator may be applied in this way, and also in the above-described linear bistable electromagnetic actuator. A reciprocating rocking motion can be taken out via the dynamic link mechanism. However, it cannot operate at three points.

一方、図17(特許文献3)は、3つの安定点間を回動する電磁アクチュエータである。以下に、構成と動作原理を説明する。磁性体にて構成され2つの磁極(1a、1b)を有する回転子1は、シャフト7にて回動可能な状態に支持され、磁性体で構成され3つの磁極(2a、2b、2c)を有する固定子2とは空隙3を介して配置される。固定子磁極2a、2b、2cを励磁するための巻き線4a、4b、4cが巻回される。固定子2に固定された永久磁石(図示せず)よって、空隙3には径方向放射線状に直流磁束が作用する。巻き線4a、4b、4cに図示した向きに通電すると、回転子1は時計回りに回動して第2の安定位置(回転子1と磁極2cが向き合う位置)に変位し、通電終了後も永久磁石トルクにて保持される。他位置へも同様に、巻き線4a、4b、4cの通電方向を選択することで、動作させることができる。しかし、図17の従来例では、一般的なステッピング・モータと同様、径方向の磁束を制御することで回動させているため、高速駆動、高トルク出力は困難である。また、通常の変電所や受電室には、バッテリなどの直流電源しかないため、このようなモータを動作させるためには、パルス出力用の電源やコントローラを別途用意する必要があり、経済的ではない。   On the other hand, FIG. 17 (Patent Document 3) is an electromagnetic actuator that rotates between three stable points. The configuration and operating principle will be described below. A rotor 1 made of a magnetic material and having two magnetic poles (1a, 1b) is supported in a rotatable state by a shaft 7, and is made of a magnetic material and has three magnetic poles (2a, 2b, 2c). The stator 2 is disposed with a gap 3 interposed therebetween. Windings 4a, 4b, 4c for exciting the stator magnetic poles 2a, 2b, 2c are wound. The permanent magnet (not shown) fixed to the stator 2 causes a direct current magnetic flux to act on the gap 3 in a radial direction. When energization is performed in the direction shown in the windings 4a, 4b, and 4c, the rotor 1 rotates clockwise and is displaced to the second stable position (position where the rotor 1 and the magnetic pole 2c face each other). It is held by permanent magnet torque. Similarly, the operation can be performed by selecting the energizing direction of the windings 4a, 4b, and 4c to other positions. However, since the conventional example of FIG. 17 is rotated by controlling the magnetic flux in the radial direction, as in a general stepping motor, it is difficult to achieve high speed driving and high torque output. In addition, since ordinary substations and receiving rooms have only a direct current power source such as a battery, it is necessary to prepare a power source and controller for pulse output separately in order to operate such a motor. Absent.

国際公開第95/07542号パンフレット(図1)International Publication No. 95/07542 Pamphlet (Figure 1) 特開2001−297912号公報(図1)JP 2001-297912 A (FIG. 1) 特開昭61−16504号公報(図1)Japanese Patent Laid-Open No. 61-16504 (FIG. 1)

例えば、ガス絶縁開閉装置のような、高電圧・大型の電力用開閉装置へ適用する場合、高速・高トルクな運動が要求される。鉄心間に作用する電磁(吸引)力Fは、
F=φ2/(2μS)・φ/|φ|
で表される。ここに、φは鉄心間に流れる磁束、μは真空の透磁率、Sは面積である。ただし、Fはベクトル量であり、ベクトルφと平行な向きである。つまり、特許文献3に示すように、磁束φのほとんどが径方向(放射方向)に流れる構成であると、電磁トルク(荷重は接線方向)の利用効率が悪いのは言うまでもなく、駆動に必要なトルクを発生するには、本体が大型化してしまう課題がある。
For example, when applied to a high-voltage and large-sized power switchgear such as a gas insulated switchgear, a high-speed and high-torque motion is required. The electromagnetic (suction) force F acting between the iron cores is
F = φ 2 / (2 μS) · φ / | φ |
It is represented by Where φ is the magnetic flux flowing between the iron cores, μ is the vacuum permeability, and S is the area. However, F is a vector quantity and is parallel to the vector φ. That is, as shown in Patent Document 3, if the configuration in which most of the magnetic flux φ flows in the radial direction (radial direction), it is needless to say that the use efficiency of electromagnetic torque (load is tangential direction) is poor, and it is necessary for driving. In order to generate a torque, there exists a subject which a main body enlarges.

また、従来のモータでも複数のギヤ機構を介すれば、高いトルク出力を得ることは可能であるが、効率が悪化し、装置が複雑になるだけでなく、低速駆動となる課題があった。
また、従来の直動形アクチュエータを揺動形アクチュエータに変形した特許文献2に示す構成例だと、高トルク出力が得られる可能性があるが、ストロークが小さく、また、3点で動作させることはできない。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、大きな駆動トルクを発生させることができ、操作装置自体を小型化できる電磁アクチュエータおよびこれを用いた開閉機器を搭載した電力用開閉装置を得ることを目的とする。
Further, even with a conventional motor, it is possible to obtain a high torque output through a plurality of gear mechanisms, but there is a problem that not only the efficiency is deteriorated and the apparatus is complicated, but also low speed driving is performed.
In addition, in the configuration example shown in Patent Document 2 in which a conventional direct acting actuator is transformed into a swinging actuator, a high torque output may be obtained, but the stroke is small and the actuator is operated at three points. I can't.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and can generate a large driving torque and can reduce the size of the operation device itself, and an electric power equipped with an opening / closing device using the electromagnetic actuator. An object is to obtain a switchgear for a vehicle.

この発明に係わる電磁アクチュエータは、内側に複数の磁極を有する固定鉄心と、前記固定鉄心に支承される回転軸と、前記固定鉄心の内側に配置され、リング状部材と連結され、前記回転軸に支持されて前記回転軸を中心に回動し得る可動鉄心と、前記可動鉄心を駆動する磁束を発生させる少なくとも1つ以上の駆動コイルとを備え、前記駆動コイルは前記可動鉄心の位置で円周の略接線方向の向きを有する磁束を発生させるように前記固定鉄心に配置され、前記駆動コイルを付勢することにより、前記可動鉄心を前記駆動コイルの内側で回動させて変位させるものである。   An electromagnetic actuator according to the present invention includes a fixed iron core having a plurality of magnetic poles on the inside, a rotating shaft supported by the fixed iron core, an inner side of the fixed iron core, connected to a ring-shaped member, and connected to the rotating shaft. A movable iron core supported and capable of rotating about the rotation axis; and at least one drive coil for generating a magnetic flux for driving the movable iron core, the drive coil being circumferential at the position of the movable iron core Are arranged on the fixed iron core so as to generate a magnetic flux having a substantially tangential direction, and by urging the drive coil, the movable iron core is rotated and displaced inside the drive coil. .

また、この発明に係わる電磁アクチュエータは、固定鉄心の内側に配置され、リング状部材と連結される可動鉄心が、前記固定鉄心の一部を切り欠いた切欠き部で前記固定鉄心に至るアームを介して回転軸に支持されるようにしたものである。   Further, the electromagnetic actuator according to the present invention has an arm that is arranged inside the fixed iron core and connected to the ring-shaped member, and has an arm that reaches the fixed iron core at a notch part of the fixed iron core. It is made to be supported by a rotating shaft via

この発明の電磁アクチュエータによれば、駆動コイルは可動鉄心の位置で円周の略接線方向の向きを有する磁束を発生させるように固定鉄心に配置され、前記駆動コイルを付勢することにより、前記可動鉄心を前記駆動コイルの内側で回動させて変位させるので、大きな駆動トルクを発生させることができ、その結果、電磁アクチュエータ自体を小型化できる。   According to the electromagnetic actuator of the present invention, the drive coil is disposed on the fixed iron core so as to generate a magnetic flux having a substantially tangential direction of the circumference at the position of the movable iron core, and by energizing the drive coil, Since the movable iron core is rotated and displaced inside the drive coil, a large drive torque can be generated, and as a result, the electromagnetic actuator itself can be miniaturized.

また、この発明の電磁アクチュエータによれば、固定鉄心の内側に配置され、リング状部材と連結される可動鉄心は、前記固定鉄心の一部を切り欠いた切欠き部で前記固定鉄心に至るアームを介して回転軸に支持されるようにしたので、前記可動鉄心の回動(ストローク)に対して駆動コイルと前記アームが衝突しないので、より長い回動(ストローク)を確保できる。   According to the electromagnetic actuator of the present invention, the movable iron core disposed inside the fixed iron core and connected to the ring-shaped member is an arm that reaches the fixed iron core at a notch part of the fixed iron core. Since the drive coil and the arm do not collide with the rotation (stroke) of the movable iron core, a longer rotation (stroke) can be secured.

実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による電磁アクチュエータを示す模式図である。絶縁性ガスを満たしたタンク100の内部に固定接触子101,102と、可動接触子103が
配置され、可動接触子103が往復回動運動することで、電気回路を切り替えるものであり、可動接触子103から、可動ロッド104を介して、タンク100の外に配置される
電磁アクチュエータ10と接続される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an electromagnetic actuator according to Embodiment 1 of the present invention. The fixed contacts 101 and 102 and the movable contact 103 are disposed inside the tank 100 filled with the insulating gas, and the movable contact 103 reciprocally rotates to switch the electric circuit. The child 103 is connected to the electromagnetic actuator 10 disposed outside the tank 100 through the movable rod 104.

図2及び図3は実施の形態1による電磁アクチュエータ10の正面図および側面図である。電磁アクチュエータ10は、両側に配置された固定ヨーク13を有し主として鉄にて構成された固定鉄心(固定コア)14と、固定鉄心14の内側に配置され、リング状部材12と連結され、回転軸16を中心に回動運動可能な可動鉄心(可動子)18と、リング状部材12と連結された可動鉄心18を回転軸16に支持させるアーム15と、可動鉄心18を電磁力にて吸引動作させる駆動コイル20,21,22とから構成される。回転軸16は固定鉄心14に支承されている。   2 and 3 are a front view and a side view of the electromagnetic actuator 10 according to the first embodiment. The electromagnetic actuator 10 has a fixed iron core (fixed core) 14 mainly composed of iron having fixed yokes 13 arranged on both sides, and is arranged inside the fixed iron core 14, connected to the ring-shaped member 12, and rotated. A movable iron core (movable element) 18 capable of rotating around the shaft 16, an arm 15 for supporting the movable iron core 18 connected to the ring-shaped member 12 on the rotating shaft 16, and the movable iron core 18 are attracted by electromagnetic force. It comprises drive coils 20, 21 and 22 to be operated. The rotating shaft 16 is supported on the fixed iron core 14.

可動鉄心18は径方向に配置された駆動コイル20,21,22を貫通し、駆動コイル20,21,22の付勢方向により往復回動運動する。駆動コイルの一部ないしは全部の巻回面が、回転軸を含むようにすると、駆動コイル20,21,22が付勢されたときの磁束経路は、可動鉄心18の位置では可動鉄心18の略接線方向(円周方向の接線方向)になり、より高い駆動トルクが得られる。固定ヨーク13を有する固定鉄心14には、アーム15が総ストローク(可動鉄心18の回動範囲)で移動可能なように、切欠き部17を備えている。つまり、固定鉄心14の内側に配置され、リング状部材12と連結される可動鉄心18は、固定鉄心14の一部を切り欠いた切欠き部17で固定鉄心14の外側に至るアーム15を介して回転軸16に支持されるようにしている。固定鉄心14の切欠き部17の円周方向の角度幅θ14は、可動鉄心18の円周方向の回動角度幅以上である。なお、固定鉄心14の内側に配置され、リング状部材12と連結される可動鉄心18は、固定鉄心14の一部を切り欠いた切欠き部17で固定鉄心14の内側に至るアーム15を介して回転軸16に支持されるようにしてもよい。つまりアーム15が固定鉄心14の内側で回転軸16に至り回転軸16に支持されるようにしてもよい。 The movable iron core 18 passes through the drive coils 20, 21, and 22 arranged in the radial direction, and reciprocally rotates according to the biasing direction of the drive coils 20, 21, and 22. When a part or all of the winding surface of the drive coil includes the rotating shaft, the magnetic flux path when the drive coils 20, 21 and 22 are energized is substantially the position of the movable core 18 at the position of the movable core 18. It becomes a tangential direction (circumferential tangential direction), and a higher driving torque is obtained. The fixed iron core 14 having the fixed yoke 13 is provided with a notch portion 17 so that the arm 15 can move in the full stroke (the rotation range of the movable iron core 18). In other words, the movable iron core 18 disposed inside the fixed iron core 14 and coupled to the ring-shaped member 12 is connected via the arm 15 reaching the outside of the fixed iron core 14 at the notch 17 in which a part of the fixed iron core 14 is cut out. Thus, the rotary shaft 16 is supported. An angular width θ 14 in the circumferential direction of the notch 17 of the fixed iron core 14 is equal to or greater than a rotational angle width in the circumferential direction of the movable iron core 18. The movable iron core 18 disposed inside the fixed iron core 14 and connected to the ring-shaped member 12 is connected via an arm 15 reaching the inside of the fixed iron core 14 at a notch 17 in which a part of the fixed iron core 14 is cut out. Thus, the rotary shaft 16 may be supported. That is, the arm 15 may reach the rotating shaft 16 inside the fixed iron core 14 and be supported by the rotating shaft 16.

次に、実施の形態1による電磁アクチュエータ10の断面図である図4〜図7を用いて動作を説明する。図4は、可動鉄心18が中立位置(第1安定点)にある場合を示した断面図である。駆動コイル20に通電すると、図4に矢印にて示すように、磁束は固定鉄心14ないしは固定ヨークから可動鉄心18を通り、可動鉄心18は駆動コイル20の方向に(反時計回りに)吸引駆動される。可動鉄心18は、所定の角度ストローク動作後、可動鉄心18の段差18cが固定鉄心14から張り出した磁極に当たって停止し、駆動コイル20への通電を終了する。可動鉄心18が回動動作すると、これと連結したリング材12およびアーム15が回動することにより、駆動される回転軸16へトルクないしは回動運動が伝達される。動作完了後を図5に示す(第2安定点)。従って、回転軸16と連結した可動接触子103(図1)は、回動運動して閉極し、固定接触子102と電気的に接続される。   Next, operation | movement is demonstrated using FIGS. 4-7 which are sectional drawings of the electromagnetic actuator 10 by Embodiment 1. FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a case where the movable iron core 18 is in a neutral position (first stable point). When the drive coil 20 is energized, as indicated by an arrow in FIG. 4, the magnetic flux passes from the fixed iron core 14 or the fixed yoke to the movable iron core 18, and the movable iron core 18 is attracted and driven in the direction of the drive coil 20 (counterclockwise). Is done. After a predetermined angular stroke operation, the movable iron core 18 stops when the step 18c of the movable iron core 18 hits the magnetic pole protruding from the fixed iron core 14, and the energization to the drive coil 20 is terminated. When the movable iron core 18 is rotated, the ring material 12 and the arm 15 connected to the movable core 18 are rotated, whereby torque or rotating motion is transmitted to the driven rotating shaft 16. FIG. 5 shows the state after the operation is completed (second stable point). Accordingly, the movable contact 103 (FIG. 1) connected to the rotating shaft 16 is rotated and closed to be electrically connected to the fixed contact 102.

逆に開極動作させる場合は、駆動コイル21a、21bに通電することで、図5に矢印
にて示したような磁束が発生し、可動鉄心18は駆動コイル21に向かって(時計回りに)吸引駆動される。可動鉄心が中立点を過ぎようとすると、逆方向に吸引電磁トルクが作用するので、最終的には、図4に示す中立位置で停止し、駆動コイル21a、21bの通
電を終了する。したがって、回転軸16と連結した可動接触子103は、図1に示すように、固定接触子102と断路される。
On the contrary, when the opening operation is performed, by energizing the drive coils 21a and 21b, a magnetic flux as indicated by an arrow in FIG. 5 is generated, and the movable iron core 18 moves toward the drive coil 21 (clockwise). Driven by suction. When the movable iron core tries to pass the neutral point, the attracting electromagnetic torque acts in the opposite direction, so that it finally stops at the neutral position shown in FIG. 4 and ends energization of the drive coils 21a and 21b. Therefore, the movable contact 103 connected to the rotating shaft 16 is disconnected from the fixed contact 102 as shown in FIG.

図6は、中立位置にて停止することを説明する部分拡大断面図である。可動鉄心18には段差18a〜18dが設けられ、固定鉄心14に中立位置(第1安定点)のために磁極14a〜14dが設けられている。可動鉄心の円周方向断面績は中央部で大きく両先端部で小さくなっており、中央部と先端部間に段差18a〜18dが設けられている。ここで、可動鉄心の中央部を回転軸より見込む角度θは、回転軸16から固定鉄心14の磁極14a〜14dを見込む角度θと概ね等しいか、少し小さくなるように構成される。 FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining stopping at the neutral position. The movable iron core 18 is provided with steps 18a to 18d, and the fixed iron core 14 is provided with magnetic poles 14a to 14d for a neutral position (first stable point). The circumferential cross section of the movable iron core is large at the center and small at both ends, and steps 18a to 18d are provided between the center and the ends. Here, the angle theta 2 looking into the central portion of the movable iron core from the axis of rotation, or approximately equal to the angle theta 1 which allow for pole 14a~14d of the fixed iron core 14 from the rotary shaft 16, configured to be slightly smaller.

例えば、可動鉄心18が僅かに左にずれている場合、図6に矢印にて示すような磁束が発生する。左側の磁束はほぼ半径方向に向いているため、これによる電磁力はトルクに寄与しない。しかし、右側の磁束は、接線方向成分を有するため、これによる電磁吸引力はトルクに寄与し、可動鉄心18を時計方向に移動させ、可動鉄心18のずれが修正されて中立位置で停止する。中立位置は固定鉄心14の磁極14a〜14dの円周方向の中心と可動鉄心8の中央部の円周方向の中心が一致する位置である。   For example, when the movable iron core 18 is slightly shifted to the left, a magnetic flux as indicated by an arrow in FIG. 6 is generated. Since the magnetic flux on the left side is directed almost in the radial direction, the electromagnetic force caused thereby does not contribute to the torque. However, since the magnetic flux on the right side has a tangential component, the electromagnetic attraction force thereby contributes to the torque, moves the movable iron core 18 in the clockwise direction, corrects the deviation of the movable iron core 18, and stops at the neutral position. The neutral position is a position where the center in the circumferential direction of the magnetic poles 14 a to 14 d of the fixed core 14 coincides with the center in the circumferential direction of the central portion of the movable core 8.

つまり、可動鉄心18には時計方向のトルクが発生することがわかる。さらに、中立位置からのずれ角が大きくなると、磁束の接線方向成分が大きくなるため。時計方向の電磁トルクは大きくなる。構造的対称性により、可動鉄心18の位置が右へずれたときは、反時計方向の電磁トルクが発生する。また、可動鉄心18が中立位置にあるときは、左右の磁束がほぼ径方向成分のみである(あるいは、その接線成分が打ち消しあっている)ため、トルクは発生しない。つまり、中立位置を中心として復元トルクが作用していることがわかる。   That is, it can be seen that clockwise torque is generated in the movable iron core 18. Furthermore, if the deviation angle from the neutral position increases, the tangential component of the magnetic flux increases. The electromagnetic torque in the clockwise direction increases. Due to the structural symmetry, when the position of the movable core 18 is shifted to the right, a counterclockwise electromagnetic torque is generated. In addition, when the movable iron core 18 is in the neutral position, the right and left magnetic fluxes have almost only radial components (or their tangential components cancel each other), so that no torque is generated. That is, it can be seen that the restoring torque is acting around the neutral position.

図4に示す中立位置で、駆動コイル22に通電することにより、可動鉄心18が吸引され、図7に示す位置(第3安定点)にくることは、構造上の対称性から明らかである。また、図7に示す状態から駆動コイル21に通電することにより、可動鉄心18を図4に示すような中立位置へ駆動させることも、前述と同様である。   It is clear from the structural symmetry that the movable iron core 18 is attracted by energizing the drive coil 22 at the neutral position shown in FIG. 4 and reaches the position (third stable point) shown in FIG. In addition, driving the movable iron core 18 to the neutral position as shown in FIG. 4 by energizing the drive coil 21 from the state shown in FIG. 7 is the same as described above.

従って、このように構成によれば、駆動コイル20,21,22を回転軸16から見て略半径方向に配置しているため、可動鉄心18の位置で磁束が接線方向に発生することにより、可動鉄心18に強い電磁力を発生させることができる。これは電源を小型化したり、電磁石自体を小型化できるメリットがある。また、リング材12を介して回転軸16と接続することにより、回動駆動トルクを外部に伝達することができ、電力用開閉器や電力用開閉装置を操作することができる。   Therefore, according to such a configuration, since the drive coils 20, 21, and 22 are arranged in the substantially radial direction when viewed from the rotary shaft 16, magnetic flux is generated in the tangential direction at the position of the movable core 18, A strong electromagnetic force can be generated in the movable iron core 18. This has the merit that the power source can be downsized or the electromagnet itself can be downsized. Moreover, by connecting with the rotating shaft 16 via the ring material 12, a rotational drive torque can be transmitted to the exterior and a power switch and a power switch can be operated.

ここでは、開極動作用コイル21を2つの駆動コイル21a,21bにて構成したが、図8の実施の形態1による電磁アクチュエータ10の断面図に示すように、1つの駆動コイル21にて構成することも可能である。具体的な動作は、前述と同様につき省略する。また、固定ヨークがなくても、あるいは非磁性体であっても、同様の機能を発生させることができることは明らかである。実施の形態1では、3安定位置について示したが、固定鉄心14形状を変更することで、容易に双安定型電磁アクチュエータとすることができる。   Here, the opening operation coil 21 is constituted by the two drive coils 21a and 21b. However, as shown in the sectional view of the electromagnetic actuator 10 according to the first embodiment in FIG. It is also possible to do. The specific operation will be omitted since it is the same as described above. It is clear that the same function can be generated without a fixed yoke or a non-magnetic material. Although the three stable positions are shown in the first embodiment, a bistable electromagnetic actuator can be easily obtained by changing the shape of the fixed iron core 14.

また、実施の形態1では、固定鉄心14の内側に配置され、リング状部材12と連結される可動鉄心18は、固定鉄心14の一部を切り欠いた切欠き部17で固定鉄心14の外側に至るアーム15を介して回転軸16に支持されるように構成した。可動鉄心と回転軸を直接接続すると、接続部とコイルとが回動時に衝突するので、長いストロークを確保するのが困難であるが、前述のように構成することにより、可動鉄心の回動(ストローク)に対して駆動コイルとアームが衝突しないので、より長い回動(ストローク)を確保できる。この電磁アクチュエータは開閉機器の接点の開閉を操作するために利用することができ、この開閉機器を搭載することで電力用開閉装置として利用することができる。このときの電力用開閉装置は実施の形態で述べた電磁アクチュエータの有する特徴、効果をそのまま具備することとなる。   Further, in the first embodiment, the movable iron core 18 disposed inside the fixed iron core 14 and connected to the ring-shaped member 12 has a notch 17 in which a part of the fixed iron core 14 is cut out, and is outside the fixed iron core 14. It was configured to be supported by the rotating shaft 16 via the arm 15 extending to When the movable iron core and the rotating shaft are directly connected, the connecting portion and the coil collide during rotation, so it is difficult to ensure a long stroke. However, by configuring as described above, the movable iron core can be turned ( Since the drive coil and the arm do not collide with each other (stroke), longer rotation (stroke) can be ensured. This electromagnetic actuator can be used to operate opening and closing of the contacts of the switchgear, and can be used as a power switchgear by mounting this switchgear. The power switch at this time has the features and effects of the electromagnetic actuator described in the embodiment.

実施の形態2.
図9は実施の形態2による電磁アクチュエータを示す断面図である。実施の形態1と同一又は相当部分には同一符号を付してその説明を省略する。実施の形態2では、開極駆動
コイル21a,21bは接線方向(円周方向の接線方向)に配置される。駆動コイル21aと21bを逆向きに励磁することで、両駆動コイルで発生する磁束の向きは互いに逆向きとなるため、図9に矢印にて示すように、接線方向の磁束が形成される。従って、実施の形態1と同様の効果が得られることがわかる。また、図10に示すように、2組(21a,21b),(21c,21d)に分割しても同様の効果が得られるのは明らかである。また、中立位置での停止性を考慮すれば、図11に示すように、固定鉄心14の磁極を可動鉄心18の中央部を見込む角と略同一に構成してもよいことは明らかである。この電磁アクチュエータは開閉機器の接点の開閉を操作するために利用することができ、この開閉機器を搭載することで電力用開閉装置として利用することができる。このときの電力用開閉装置は実施の形態で述べた電磁アクチュエータの有する特徴、効果をそのまま具備することとなる。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the electromagnetic actuator according to the second embodiment. The same or corresponding parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. In the second embodiment, the opening drive coils 21a and 21b are arranged in the tangential direction (circumferential tangential direction). By exciting the drive coils 21a and 21b in opposite directions, the directions of the magnetic fluxes generated in both drive coils are opposite to each other, so that a tangential magnetic flux is formed as shown by arrows in FIG. Therefore, it can be seen that the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, as shown in FIG. 10, it is obvious that the same effect can be obtained even if the two sets (21a, 21b) and (21c, 21d) are divided. Further, considering the stopping property at the neutral position, it is obvious that the magnetic poles of the fixed iron core 14 may be configured substantially the same as the angle at which the central portion of the movable iron core 18 is viewed, as shown in FIG. This electromagnetic actuator can be used to operate opening and closing of the contacts of the switchgear, and can be used as a power switchgear by mounting this switchgear. The power switch at this time has the features and effects of the electromagnetic actuator described in the embodiment.

実施の形態3.
実施の形態1ないしは実施の形態2においては、電流を通電しない場合の位置保持の機能を有していない。ラッチやバネなどの機構によって実現することは可能であるが、永久磁石を用いることでも可能である。たとえば、図12は、固定鉄心14の磁極に永久磁石23を取り付けた例を示す。図12に示すように、各永久磁石23は径方向に着磁されているので、ストローク端の位置では可動鉄心18が固定鉄心14と吸着するので、駆動コイル21に通電しなくても吸着保持される。また、図13に示すように、中立位置においても、永久磁石の着磁方向を逆転しておけば、保持トルクを得ることができる。
Embodiment 3 FIG.
The first and second embodiments do not have a function of maintaining the position when no current is supplied. It can be realized by a mechanism such as a latch or a spring, but can also be realized by using a permanent magnet. For example, FIG. 12 shows an example in which a permanent magnet 23 is attached to the magnetic pole of the fixed iron core 14. As shown in FIG. 12, since each permanent magnet 23 is magnetized in the radial direction, the movable iron core 18 is attracted to the fixed iron core 14 at the stroke end position, so that even if the drive coil 21 is not energized, it is attracted and held. Is done. Further, as shown in FIG. 13, even in the neutral position, holding torque can be obtained by reversing the magnetization direction of the permanent magnet.

このようにすれば、外部からの機械的衝撃や振動を受けても、電磁アクチュエータ、または、この電磁アクチュエータにより操作できるようにした開閉機器を搭載した電力用開閉装置は同じ状態が保持される利点がある。
また、図14に示すように、可動鉄心18に永久磁石23を取り付けても同じ効果があることはいうまでもない。また、電磁アクチュエータ10出力とタンク100の間、あるいは、電磁アクチュエータ10の可動鉄心18と固定鉄心14の間、あるいは、アーム15と固定鉄心14の間にバネ(コイルバネやひねりバネ)を設けても良い。バネエネルギーにて可動接触子103の動作速度(開極速度ないしは閉極速度)を高めることができ、また、永久磁石の吸着保持力をバネ力以上に設計することで、静止状態保持が可能となる。この電磁アクチュエータは開閉機器の接点の開閉を操作するために利用することができ、この開閉機器を搭載することで電力用開閉装置として利用することができる。このときの電力用開閉装置は実施の形態で述べた電磁アクチュエータの有する特徴をそのまま具備することとなる。
In this way, the power switchgear equipped with the electromagnetic actuator or the switchgear that can be operated by the electromagnetic actuator is maintained in the same state even when subjected to mechanical shock or vibration from the outside. There is.
Further, as shown in FIG. 14, it goes without saying that the same effect can be obtained even if a permanent magnet 23 is attached to the movable iron core 18. Further, a spring (coil spring or twist spring) may be provided between the output of the electromagnetic actuator 10 and the tank 100, between the movable iron core 18 and the fixed iron core 14 of the electromagnetic actuator 10, or between the arm 15 and the fixed iron core 14. good. The operating speed (opening speed or closing speed) of the movable contact 103 can be increased by spring energy, and the stationary magnet can be held in a stationary state by designing the attracting and holding force of the permanent magnet to be greater than the spring force. Become. This electromagnetic actuator can be used to operate opening and closing of the contacts of the switchgear, and can be used as a power switchgear by mounting this switchgear. The power switch at this time has the characteristics of the electromagnetic actuator described in the embodiment as it is.

この発明の実施の形態1による電磁アクチュエータを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the electromagnetic actuator by Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1による電磁アクチュエータを示す正面図である。FIG. 3 is a front view showing the electromagnetic actuator according to the first embodiment. 実施の形態1による電磁アクチュエータを示す側面図である。FIG. 3 is a side view showing the electromagnetic actuator according to the first embodiment. 実施の形態1による電磁アクチュエータを示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an electromagnetic actuator according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1による電磁アクチュエータを示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an electromagnetic actuator according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1による電磁アクチュエータにおける中立位置で停止することを説明する部分拡大断面図である。FIG. 5 is a partial enlarged cross-sectional view illustrating stopping at a neutral position in the electromagnetic actuator according to the first embodiment.

実施の形態1による電磁アクチュエータを示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an electromagnetic actuator according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1による電磁アクチュエータを示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an electromagnetic actuator according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態2による電磁アクチュエータを示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing an electromagnetic actuator according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2による電磁アクチュエータを示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing an electromagnetic actuator according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2による電磁アクチュエータを示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing an electromagnetic actuator according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態3による電磁アクチュエータを示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing an electromagnetic actuator according to Embodiment 3. FIG.

実施の形態3による電磁アクチュエータを示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing an electromagnetic actuator according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態3による電磁アクチュエータを示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing an electromagnetic actuator according to Embodiment 3. FIG. 従来の直動双安定形の電磁アクチュエータを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the conventional linear motion bistable type electromagnetic actuator. 従来の揺動双安定形の電磁アクチュエータを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional rocking | fluctuation bistable type electromagnetic actuator. 従来の3安定点を有する電磁アクチュエータを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional electromagnetic actuator which has 3 stable points.

符号の説明Explanation of symbols

10 電磁アクチュエータ 12 リング状部材
13 固定ヨーク 14 固定鉄心
15 アーム 16 回転軸
17 切欠き部 18 可動鉄心
20 駆動コイル 21 駆動コイル
22 駆動コイル 23 永久磁石
100 タンク 101 固定接触子
102 固定接触子 103 可動接触子
104 可動ロッド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electromagnetic actuator 12 Ring-shaped member 13 Fixed yoke 14 Fixed iron core 15 Arm 16 Rotating shaft 17 Notch part 18 Movable iron core 20 Drive coil 21 Drive coil 22 Drive coil 23 Permanent magnet 100 Tank 101 Fixed contact 102 Fixed contact 103 Mobile contact Child 104 Movable rod

Claims (12)

内側に複数の磁極を有する固定鉄心と、前記固定鉄心に支承される回転軸と、
前記固定鉄心の内側に配置され、リング状部材と連結され、前記回転軸に支持されて前記回転軸を中心に回動し得る可動鉄心と、
前記可動鉄心を駆動する磁束を発生させる少なくとも1つ以上の駆動コイルとを備え、
前記駆動コイルは前記可動鉄心の位置で円周の略接線方向の向きを有する磁束を発生させるように前記固定鉄心に配置され、
前記駆動コイルを付勢することにより、前記可動鉄心を前記駆動コイルの内側で回動させて変位させることを特徴とする電磁アクチュエータ。
A fixed iron core having a plurality of magnetic poles on the inside, a rotating shaft supported by the fixed iron core,
A movable iron core disposed inside the fixed iron core, connected to a ring-shaped member, supported by the rotary shaft, and rotatable about the rotary shaft;
And at least one drive coil for generating magnetic flux for driving the movable iron core,
The drive coil is disposed on the fixed iron core so as to generate a magnetic flux having a substantially tangential direction of a circumference at a position of the movable iron core;
An electromagnetic actuator characterized in that the movable iron core is rotated and displaced inside the drive coil by urging the drive coil.
前記駆動コイルは前記可動鉄心が前記駆動コイルを貫通するように配置され、
前記駆動コイルを付勢することにより、前記可動鉄心を前記駆動コイルの内側で回動させて変位させることを特徴とする請求項1記載の電磁アクチュエータ。
The drive coil is arranged so that the movable iron core penetrates the drive coil,
The electromagnetic actuator according to claim 1, wherein the movable iron core is rotated and displaced inside the drive coil by energizing the drive coil.
前記固定鉄心の内側に配置され、前記リング状部材と連結される前記可動鉄心は、前記固定鉄心の一部を切り欠いた切欠き部で前記固定鉄心に至るアームを介して前記回転軸に支持されるように構成した請求項1又は請求項2記載の電磁アクチュエータ。   The movable iron core disposed inside the fixed iron core and connected to the ring-shaped member is supported by the rotating shaft through an arm reaching the fixed iron core at a cutout portion obtained by notching a part of the fixed iron core. The electromagnetic actuator according to claim 1 or 2, wherein the electromagnetic actuator is configured as described above. 前記固定鉄心の切欠き部の円周方向の角度幅は、前記可動鉄心の円周方向の回動角度幅以上である請求項3記載の電磁アクチュエータ。   The electromagnetic actuator according to claim 3, wherein an angular width in a circumferential direction of the notch portion of the fixed iron core is equal to or greater than a rotational angle width in the circumferential direction of the movable core. 前記駆動コイルの巻回面が前記回転軸を含むように前記駆動コイルを配置し、前記駆動コイルの作る磁束が、前記可動鉄心の位置では円周の略接線方向であるように構成した請求項2記載の電磁アクチュエータ。   The drive coil is arranged such that a winding surface of the drive coil includes the rotation shaft, and the magnetic flux generated by the drive coil is configured to be in a substantially tangential direction of a circumference at the position of the movable core. 2. The electromagnetic actuator according to 2. 前記駆動コイルは、前記可動鉄心を挟んで半径方向に対向するコイルであり、前記可動鉄心の位置で円周の略接線方向の向きを有する磁束を発生させるように、互いに逆向きの磁束を発生させるものであり、
前記駆動コイルを付勢することにより、前記可動鉄心を前記駆動コイルの内側で回動させて変位させることを特徴とする請求項1記載の電磁アクチュエータ。
The drive coil is a coil opposed in the radial direction across the movable core, and generates magnetic fluxes in opposite directions so as to generate a magnetic flux having a substantially tangential direction of the circumference at the position of the movable core. It is what
The electromagnetic actuator according to claim 1, wherein the movable iron core is rotated and displaced inside the drive coil by energizing the drive coil.
前記固定鉄心の両端部及び中間部にそれぞれ前記駆動コイルを配置して、前記固定鉄心の内側に配置され回動する前記可動鉄心の変位に3つの安定点を有するように構成した請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の電磁アクチュエータ。   The said drive coil is arrange | positioned at the both ends and intermediate part of the said fixed iron core, respectively, It comprised so that it might have three stable points in the displacement of the said movable iron core arrange | positioned inside the said fixed iron core and rotating. The electromagnetic actuator according to claim 6. 前記可動鉄心はその円周方向断面績が中央部で大きく両先端部で小さいものであり、前記可動鉄心の中央部を前記回転軸より見込む角度が、前記固定鉄心の内側を回動する前記可動鉄心の一安定点のための前記固定鉄心の磁極を前記回転軸より見込む角度と略同一ないしは小さいように構成した請求項7記載の電磁アクチュエータ。   The movable core has a circumferential cross-section that is large at the center and small at both ends, and the angle at which the center of the movable core is viewed from the rotating shaft rotates inside the fixed core. The electromagnetic actuator according to claim 7, wherein the magnetic pole of the fixed core for one stable point of the iron core is configured to be substantially the same or smaller than an angle viewed from the rotation axis. 前記固定鉄心の磁極の内側に永久磁石を配置して、前記駆動コイルの無通電時に、前記固定鉄心に対する前記可動鉄心の位置を保持するように構成した請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の電磁アクチュエータ。   The permanent magnet is arrange | positioned inside the magnetic pole of the said fixed iron core, and it has comprised so that the position of the said movable iron core with respect to the said fixed iron core may be hold | maintained at the time of the energization of the said drive coil. The electromagnetic actuator according to item. 前記可動鉄心に永久磁石を配置して、前記駆動コイルの無通電時に、前記固定鉄心に対する前記可動鉄心の位置を保持するように構成した請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の電磁アクチュエータ。   The permanent magnet is arrange | positioned at the said movable iron core, and it has comprised so that the position of the said movable iron core with respect to the said fixed iron core may be hold | maintained at the time of the energization of the said drive coil. Electromagnetic actuator. 前記可動鉄心にバネ力を作用させ、前記固定鉄心に対する前記可動鉄心の回動を補助す
るように構成した請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の電磁アクチュエータ。
The electromagnetic actuator according to any one of claims 1 to 10, wherein a spring force is applied to the movable iron core to assist the rotation of the movable iron core with respect to the fixed iron core.
請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の電磁アクチュエータにより操作できるようにした開閉機器を搭載したことを特徴とする電力用開閉装置。   An electric power switchgear comprising a switchgear that can be operated by the electromagnetic actuator according to any one of claims 1 to 11.
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