JP2010092746A - 電磁操作機構の駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルを励磁するときの電力損失を低減できる電磁操作機構の駆動回路を得る。
【解決手段】スイッチ１４を閉じて、充電されたコンデンサ１１にて閉極用のコイル５を励磁して可動鉄心２を駆動し図示しない真空バルブを閉極するとき、スイッチ２４及びスイッチ２８を開いておけば、コイル５からの電磁誘導によりコイル６に電圧が発生しても電流が流れず、電力損失が生じない。また、スイッチ１４の開路時までにスイッチ１８を閉じておけば、スイッチ１４の開路時にコイル５に流れていた電流が、抵抗１７を含む直列回路１９に転流するので、コイル５に発生する電圧を抑制できる。スイッチ２４を閉じて開極用のコイル６をコンデンサ２１にて励磁して可動鉄心２を逆方向に駆動し真空バルブを開極するときは、スイッチ１４及びスイッチ１８を開いておくことにより、コイル６からの電磁誘導によりコイル５に電圧が発生しても電流が流れず、電力損失が生じない。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば真空遮断器の真空バルブ等を開閉操作する電磁操作機構の駆動回路の改良に関する。

従来の真空遮断器の真空バルブを開閉操作する電磁操作機構の駆動回路は、例えば断面が角形で棒状の可動鉄心の両端部に配置された閉極用及び開極用のコイルに通電することにより可動鉄心を往復駆動して可動鉄心に連結された真空バルブの開閉接点を開閉操作している。主開閉接点の閉極は、閉極用のコイルを放電スイッチを介して充電されたコンデンサに接続し、放電スイッチを閉じることにより行い、閉極が完了すれば放電スイッチを開路して閉極用のコイルに流れていた電流を遮断する。このときに発生するサージ電圧を抑制するために、閉極用のコイルに並列にダイオードを接続し、投入完了後すなわち主開閉接点の閉路完了後閉極用のコイルに流れていた電流を遮断するときそれまで閉極用のコイルに流れていた電流を閉極用のコイルとダイオードとによるループ回路に流すようにされている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２１６５９４号公報（段落番号００２０及び図１）

ところで、可動鉄心に対し、閉極用と開極用との２つのコイルを設け、それぞれのコイルに上記のようなダイオードを並列に接続した場合、一方のコイルへ電流を流した際に、もう一方の電流を流していないコイルに誘導電圧が発生する。このため、その誘導電圧によりコイルとダイオードとのループ回路に電流が流れ、閉極時あるいは開極時すなわちコイルを励磁するときにコンデンサからコイルへのエネルギー供給において電力損失が生じる。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、コイルを励磁するときの電力損失を低減できる電磁操作機構の駆動回路を得ることを目的とする。

この発明に係る電磁操作機構の駆動回路は、
駆動対象物に連結される可動鉄心並びに可動鉄心を駆動する第１及び第２のコイルを有する電磁操作機構の駆動回路であって、第１及び第２のコイルをそれぞれ直流電源に接続する第１及び第２の開閉スイッチと、第１の並列接続用スイッチと第１の抵抗とが直列に接続された第１の直列回路が第１のコイルに並列に接続された第１の過電圧抑制回路と、第２の並列接続用スイッチと第２の抵抗とが直列に接続された第２の直列回路が第２のコイルに並列に接続された第２の過電圧抑制回路とを備え、
第１の開閉スイッチを閉路して第１のコイルを励磁することにより可動鉄心を第１の位置に駆動し、第２の開閉スイッチを閉路して第２のコイルを励磁することにより可動鉄心を第２の位置に駆動し、
第１の開閉スイッチが閉路されるとき第２の並列接続用スイッチが開路されており、
第２の開閉スイッチが閉路されるとき第１の並列接続用スイッチが開路されているものである。

この発明は、駆動対象物に連結される可動鉄心並びに可動鉄心を駆動する第１及び第２のコイルを有する電磁操作機構の駆動回路であって、第１及び第２のコイルをそれぞれ直流電源に接続する第１及び第２の開閉スイッチと、第１の並列接続用スイッチと第１の抵抗とが直列に接続された第１の直列回路が第１のコイルに並列に接続された第１の過電圧抑制回路と、第２の並列接続用スイッチと第２の抵抗とが直列に接続された第２の直列回路が第２のコイルに並列に接続された第２の過電圧抑制回路とを備え、
第１の開閉スイッチを閉路して第１のコイルを励磁することにより可動鉄心を第１の位置に駆動し、第２の開閉スイッチを閉路して第２のコイルを励磁することにより可動鉄心を第２の位置に駆動し、
第１の開閉スイッチが閉路されるとき第２の並列接続用スイッチが開路されており、
第２の開閉スイッチが閉路されるとき第１の並列接続用スイッチが開路されているものであるので、
コイルを励磁するときの電力損失を低減できる。

実施の形態１．
図１及び図２は、この発明の実施の形態１を示す電磁操作機構の駆動回路を示すものであり、図１は電磁操作機構の駆動回路の構成を示す回路図、図２は動作を説明するためのタイミングチャートである。図１において、電磁操作機構は、可動鉄心と第１及び第２のコイルとしての閉極用及び開極用のコイル５，６を有している。可動鉄心２は、詳細は図示していないが、例えば板状の電磁鋼板が積層されて形成された断面が矩形の棒状のものであり、当該可動鉄心２の両端部に矩形環状の上記コイル５，６が配設されている。そして、コイル５あるいはコイル６に通電することにより可動鉄心２を駆動して図示しない固定鉄心に吸引させることにより、第１の位置と第２の位置との間を往復移動させ、可動鉄心２に連結された操作対象物を駆動する。操作対象物は、例えば真空遮断器の真空バルブの可動導体に固着された可動接点であり、可動導体を往復駆動することにより真空バルブを開閉する。なお、閉極用及び開極用のコイル５，６間には、かなり大きな相互インダクタンスが存在する。

閉極用のコイル５は、ダイオード１３及び第１の開閉スイッチとしてのスイッチ１４を介して、直流電源としてのコンデンサ１１に接続されている。ダイオード１３は、スイッチ１４をオン状態としたときにコイル５を流れる電流の方向が逆方向になることがないようするためのものである。ダイオード１６と抵抗１７とスイッチ１８とが直列に接続された直列回路１９が、閉極用のコイル５と並列に接続されている。なお、ダイオード１６がこの発明における第１の一方向導通装置であり、抵抗１７が第１の抵抗であり、スイッチ１８が第１の並列接続用スイッチであり、直列回路１９が第１の直列回路及び第１の過電圧抑制回路である。以上のコンデンサ１１、ダイオード１３、スイッチ１４、及び直列回路１９により、閉極側の駆動回路が構成されている。なお、スイッチ１４とスイッチ１８には電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）が用いられている。

開極用のコイル６は、ダイオード２３及び第２の開閉スイッチとしてのスイッチ２４を介して、直流電源としてのコンデンサ２１に接続されている。ダイオード２３は、スイッチ２４をオン状態としたときにコイル６を流れる電流の方向が逆方向になることがないようするためのものである。ダイオード２６と抵抗２７とスイッチ２８とが直列に接続された直列回路２９が開極用のコイル６と並列に接続されている。なお、ダイオード２６がこの発明における第２の一方向導通装置であり、抵抗２７が第２の抵抗であり、スイッチ２８が第２の並列接続用スイッチであり、直列回路２９が第２の直列回路及び第２の過電圧抑制回路である。以上のコンデンサ２１、ダイオード２３、スイッチ２４、及び直列回路２９により、開極側の駆動回路が構成されている。スイッチ２４とスイッチ２８には電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）が用いられている。なお、コンデンサ１１，２１は、図示していない直流の電源から電力の供給を受け、充電される。

次に、このように構成された駆動回路の動作を、図１及び図２によって説明する。閉極側のコンデンサ１１から閉極用のコイル５に電流を流し図示しない真空バルブを閉極する場合、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、閉極側のスイッチ１４、スイッチ１８、開極側のスイッチ２４及びスイッチ２８はオフ状態にされている。そして、スイッチ１４をオン状態にすると（図２（ａ））、閉極用のコイル５に電流が流れ励磁される。このとき、スイッチ２４及びスイッチ２８がオフ状態であるため（図２（ｄ））、開極用のコイル６に誘導電圧が発生しても、流れる経路が存在しないため、コイル６による電力損失は生じない。スイッチ１８は、スイッチ１４がオン状態になった後すこし遅れて所定時間ｔ１後にオン状態になる（図２（ｂ））。スイッチ１８がスイッチ１４より所定時間ｔ１遅れてオン状態になるのは、スイッチ１８を含む回路の方がスイッチ１４を含む回路よりも時定数が大きいためである。

そして、スイッチ１８がオン状態になってから所定時間ｔ２後にスイッチ１４がオフ状態となる（図２（ｂ））。スイッチ１４がオフ状態となるときに発生する開閉サージは、ダイオード１３、ダイオード１６、抵抗１７、スイッチ１８、閉極用のコイル５のループ回路により吸収される。ループ回路を流れる電流が減衰して小さくなった時点、すなわちスイッチ１４がオフ状態となったときから所定時間ｔ３後にスイッチ１８がオフ状態になる（図２（ｂ））。

同様に、開極側のコンデンサ２１から開極用のコイル６に電流を流し図示しない真空バルブを開極する場合、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、スイッチ１４及びスイッチ１８はオフ状態にされている。そして、スイッチ２４をオン状態とすると（図２（ｃ））、開極用のコイル６に電流が流れ励磁される。このとき、スイッチ１４及びスイッチ１８がオフ状態であるため（図２（ｂ））、閉極用のコイル５に誘導電圧が発生したとしても、流れる経路が存在しないため、コイル５による電力損失は生じない。スイッチ２８は、スイッチ２４がオン状態になった後すこし遅れて所定時間ｔ４後にオン状態になる（図２（ｄ））。スイッチ２８がスイッチ２４より所定時間ｔ４遅れてオン状態になるのは、スイッチ２８を含む回路の方がスイッチ２４を含む回路よりも時定数が大きいためである。

そして、スイッチ２８がオン状態になってから所定時間ｔ５後にスイッチ２４がオフ状態となる（図２（ｃ））。スイッチ２４がオフ状態となるときに発生する開閉サージは、ダイオード２３、ダイオード２６、抵抗２７、スイッチ２８、閉極用のコイル６のループ回路により吸収される。ループ回路を流れる電流が減衰して小さくなった時点、すなわちスイッチ２４がオフ状態となったときから所定時間ｔ６後にスイッチ２８がオフ状態になる（図２（ｄ））。

なお、時間ｔ１〜ｔ６について、一例をあげれば次の通りである。この値は、可動鉄心２が駆動する真空バルブの大きさ等により異なる。
ｔ１：数ｍｓ程度（この発明における第１の所定時間）
ｔ２：５０ｍｓ程度
ｔ３：５０ｍｓ程度（この発明における第２の所定時間）
ｔ４：数ｍｓ程度（この発明における第３の所定時間）
ｔ５：５０ｍｓ程度
ｔ６：１００ｍｓ程度（この発明における第４の所定時間）

この実施の形態における電磁操作機構の駆動回路は、以上のように構成されているので、相互インダクタンスを有する２つのコイルを駆動する駆動回路において、一方のコイルを励磁する場合に、励磁しない方のコイルを循環する電流回路がないので、コイルを励磁するときの電力損失を低減できる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２である電磁操作機構の駆動回路の構成を示す回路図である。この実施の形態は、図１の電磁操作機構の駆動回路において、部品を削減して構成を簡易化したものである。すなわち、図１におけるダイオード１３，１６，２３，２６を省いたものである。第１の過電圧抑制回路としての第１の直列回路５９は、抵抗１７とスイッチ１８とが直列に接続されて構成されている。第２の過電圧抑制回路としての第２の直列回路６９は、抵抗２７とスイッチ２８とが直列に接続されて構成されている。このように、ダイオード１３，１６，２３，２６を省いた場合でも、スイッチ１４とスイッチ１８との開閉タイミング及びスイッチ２４とスイッチ２８との開閉タイミングを適切に制御すれば、電力損失の増加を抑制できる。例えば、スイッチ１８がオン状態となるタイミングをスイッチ１４がオフ状態になる直前に設定することにより、第１の直列回路５９すなわち抵抗１７における電力損失を最小限に抑制でき、かつ回路を簡略化できる。スイッチ２４とスイッチ２８との開閉タイミングについても同様である。

なお、以上の各実施の形態においては、電磁操作機構は真空遮断器の真空バルブの開閉操作に用いる場合について説明したが、これに限られるものではなく、扉の開閉、バルブの開閉その他の操作のためのアクチュエータとして用いられるものであっても、同様の効果を奏する。また、直流電源として充電されたコンデンサを用いるものを示したが、蓄電池や交流を整流して得た直流電源であっても、同様の効果を奏する。

この発明の実施の形態１である電磁操作機構の駆動回路の構成を示す回路図である。 図１の電磁操作機構の駆動回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 この発明の他の実施の形態である電磁操作機構の駆動回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

２ 可動鉄心、５ 開極用のコイル、６ 閉極用のコイル、
１１，２１ コンデンサ、１４，２４ スイッチ、１６，２６ ダイオード、
１７，２７ 抵抗、１８，２８ スイッチ、１９，２９，５９，６９ 直列回路。

Claims (4)

1. 駆動対象物に連結される可動鉄心並びに上記可動鉄心を駆動する第１及び第２のコイルを有する電磁操作機構の駆動回路であって、上記第１及び第２のコイルをそれぞれ直流電源に接続する第１及び第２の開閉スイッチと、第１の並列接続用スイッチと第１の抵抗とが直列に接続された第１の直列回路が上記第１のコイルに並列に接続された第１の過電圧抑制回路と、第２の並列接続用スイッチと第２の抵抗とが直列に接続された第２の直列回路が上記第２のコイルに並列に接続された第２の過電圧抑制回路とを備え、
   上記第１の開閉スイッチを閉路して上記第１のコイルを励磁することにより上記可動鉄心を第１の位置に駆動し、上記第２の開閉スイッチを閉路して上記第２のコイルを励磁することにより上記可動鉄心を第２の位置に駆動し、
   上記第１の開閉スイッチが閉路されるとき上記第２の並列接続用スイッチが開路されており、
   上記第２の開閉スイッチが閉路されるとき上記第１の並列接続用スイッチが開路されているものである
   電磁操作機構の駆動回路。
2. 上記第１の直列回路は、第１の一方向導通装置を有し、上記第１の一方向導通装置と上記第１の並列接続用スイッチと上記第１の抵抗とが直列に接続されたものであって、上記第１の一方向導通装置の極性が上記直流電源の極性と逆極性になるようにして上記第１のコイルに並列に接続されたものであり、
   上記第２の直列回路は、第２の一方向導通装置を有し、上記第２の一方向導通装置と上記第２の並列接続用スイッチと上記第２の抵抗とが直列に接続されたものであって、上記第２の一方向導通装置の極性が上記直流電源の極性と逆極性になるようにして上記第２のコイルに並列に接続されたものであることを特徴とする請求項１に記載の電磁操作機構の駆動回路。
3. 上記第１の並列接続用スイッチは、上記第１の開閉スイッチの閉路後第１の所定時間後に閉路するとともに上記第１の開閉スイッチの開路後第２の所定時間後に開路し、
   上記第２の並列接続用スイッチは、上記第２の開閉スイッチの閉路後第３の所定時間後に閉路するとともに上記第２の開閉スイッチの開路後第４の所定時間後に開路するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁操作機構の駆動回路。
4. 上記直流電源は、それぞれ充電された第１及び第２のコンデンサであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電磁操作機構の駆動回路。

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