JP2012150899A - Operating device of switching device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、開閉装置の磁気による操作装置に関する。 The present invention relates to a magnetic operating device for an opening / closing device.
開閉装置の磁気による操作装置は、一つの可動鉄心がヨーク内で往復駆動され、この可動鉄心に連結された開閉装置の可動接触子を開閉している。可動接触子の開路位置又は閉路位置を維持するために、磁性体の可動鉄心を永久磁石の磁束によって開路側又は閉路側の固定鉄心に吸引保持する。真空遮断器のような開閉装置では、閉路位置にて可動・固定接触子間の安定した通電能力が必要なため、可動・固定接触子の接触中に接触荷重が作用するように、可動接触子に連結された接圧ばね装置が設けられ、永久磁石によりこの接圧ばね装置のばね荷重に抗して吸引されて閉路位置が保持される。 In the operation device using magnetism of the switchgear, one movable iron core is reciprocated within the yoke, and the movable contact of the switchgear connected to the moveable iron core is opened and closed. In order to maintain the open position or the closed position of the movable contact, the movable iron core of the magnetic material is attracted and held by the magnetic flux of the permanent magnet to the open core or the closed core. A switchgear such as a vacuum circuit breaker requires a stable current-carrying capacity between the movable and fixed contacts in the closed position, so that the movable contact is applied so that a contact load acts during the contact between the movable and fixed contacts. The contact pressure spring device coupled to the contact pressure spring device is provided, and the permanent magnet is attracted against the spring load of the contact pressure spring device to maintain the closed position.
開路操作時は、開路方向の上記ばね荷重に加えて、操作装置の開路用駆動コイルによって開路方向に吸引力を作用させるとともに、永久磁石による磁束に逆の磁束を与えて永久磁石の閉路方向の吸引力を減じる。 During the opening operation, in addition to the spring load in the opening direction, an attractive force is applied in the opening direction by the opening drive coil of the operating device, and a reverse magnetic flux is applied to the magnetic flux generated by the permanent magnet, thereby closing the permanent magnet in the closing direction. Reduce suction.
開路位置で開路状態を保持する保持力は上記ばね荷重などが作用しないため、永久磁石の吸引力は可動・固定接触子の接触時の吸引力に比べて小さくてよい。そのため、従来は開路状態における永久磁石による磁気回路内に空隙や非磁性材料介在による磁気的空隙を設けて吸引力を調整している。 Since the spring load or the like does not act on the holding force for holding the open state at the open position, the attractive force of the permanent magnet may be smaller than the attractive force at the time of contact with the movable / fixed contact. Therefore, conventionally, an attractive force is adjusted by providing an air gap or a magnetic air gap intervening with a non-magnetic material in a magnetic circuit of a permanent magnet in an open circuit state.
閉路操作時は、操作装置の閉路用駆動コイルによって閉路方向に吸引力を作用させるとともに、永久磁石による磁束に逆の磁束を与えて永久磁石の開路方向の吸引力を減じる。 During the closing operation, an attractive force is applied in the closing direction by the closing drive coil of the operating device, and a reverse magnetic flux is applied to the magnetic flux generated by the permanent magnet to reduce the attractive force in the opening direction of the permanent magnet.
従来の開閉装置の磁気操作装置は、以上のように構成され、永久磁石による磁気回路内に空隙や非磁性材料介在による磁気的空隙を設けて吸引力を調整するなどの改善はなされる。しかし、閉路位置での衝突による機械的な跳ね返りや、手動操作におけるゆっくり操作などを念頭におくと、可動・固定接触子の接触中において、常に永久磁石の吸引力が上記接圧ばね装置のばね荷重を上回って確実に閉路する必要があるが、従来の開閉装置では、このような開閉装置の機能に沿った永久磁石の極小化は考慮されていない。 A conventional magnetic operating device of a switchgear is configured as described above, and improvements such as adjusting a suction force by providing a magnetic gap by a permanent magnet or a magnetic gap by interposition of a nonmagnetic material are made. However, in consideration of mechanical rebound due to a collision at a closed position or slow operation in manual operation, the permanent magnet's attractive force is always applied to the spring of the contact pressure spring device during the contact of the movable / fixed contact. Although it is necessary to close the circuit reliably exceeding the load, the conventional switchgear does not consider minimization of the permanent magnet in accordance with the function of the switchgear.
開路途中でも閉路途中でも、動作につれて、永久磁石の磁気回路の磁気抵抗が大きくなり、駆動コイルの磁束が内部磁気抵抗の小さい永久磁石自体に逆磁束として流れるようになるため、永久磁石の起磁力の劣化が心配される。特に、永久磁石を薄くして内部磁気抵抗を小さく設計するほど、永久磁石自体に大きな逆磁束が流れてしまう。 The magnetoresistance of the permanent magnet's magnetic circuit increases with operation both during opening and closing, and the magnetic flux of the drive coil flows as a reverse magnetic flux to the permanent magnet itself with a small internal magnetic resistance. I am worried about the deterioration. In particular, the thinner the permanent magnet is designed to reduce the internal magnetic resistance, the larger the reverse magnetic flux flows through the permanent magnet itself.
開路状態では可動鉄心と閉路側の固定鉄心との空隙が大きく、可動鉄心と開路側の固定鉄心にも磁気的空隙などが介在し、可動鉄心を閉路側に吸引する閉路用駆動コイルの磁気回路の磁気抵抗が大きいため、閉路操作時に大きな操作力を得るには、大きな起磁力の閉路用駆動コイルが必要である。 In the open circuit state, there is a large gap between the movable core and the stationary core on the closing side, and there is a magnetic gap between the movable core and the stationary core on the opening side, and the magnetic circuit of the drive coil for closing that attracts the movable core to the closing side Therefore, in order to obtain a large operating force during the closing operation, a closing drive coil having a large magnetomotive force is required.
開路操作時は、開路用駆動コイルの磁気回路の磁気抵抗が同様に大きいため、大きな操作力を得るには、大きな起磁力の開路用駆動コイルが必要である。 At the time of the opening operation, the magnetic resistance of the magnetic circuit of the opening drive coil is similarly large, and thus a large magnetomotive force opening drive coil is required to obtain a large operating force.
従来の操作装置は、駆動コイルの通電、励磁方向を切り替えて、開路用、又は閉路用の一つの駆動コイルで開閉動作させることは、一方の操作には有効な磁気回路を構成できても、他方の操作では、駆動コイルの磁束が、内部磁気抵抗の小さい永久磁石自体へ逆磁束として流れて永久磁石の吸引力は減じるが、磁気抵抗が大きい操作側へはあまり流れず、動作に足りる駆動コイルの吸引力を得ることが困難であった。 The conventional operating device switches the energization and excitation direction of the drive coil and opens and closes with one drive coil for open circuit or close circuit, even though it can constitute an effective magnetic circuit for one operation, In the other operation, the magnetic flux of the drive coil flows as a reverse magnetic flux to the permanent magnet itself with a small internal magnetic resistance and the attractive force of the permanent magnet is reduced, but it does not flow so much to the operating side with a large magnetic resistance, and the drive is sufficient for operation. It was difficult to obtain the attractive force of the coil.
開閉装置の機能を考慮して永久磁石の質量を極小化し、永久磁石自体に与えられる逆磁束を極力少なくして起磁力の安定化を図り、閉路用駆動コイルの起磁力を極力小さくした安価な操作装置が要請される。駆動コイルは一つだけにして、より安価とすることが望まれる。本発明は、このような要請に応えるためになされたもので、永久磁石の質量を極小化し、操作時には永久磁石に逆磁束を極力与えないで永久磁石の起磁力を安定させ、開路用と閉路用とを兼用した起磁力の小さい一つの駆動コイルで構成できる安価で品質安定性のある操作装置を提供することを目的とする。 Considering the function of the switchgear, the mass of the permanent magnet is minimized, the reverse magnetic flux applied to the permanent magnet itself is minimized, the magnetomotive force is stabilized, and the magnetomotive force of the closing drive coil is minimized. An operating device is required. It is desirable to use only one drive coil and to make it cheaper. The present invention has been made to meet such demands, minimizing the mass of the permanent magnet, stabilizing the magnetomotive force of the permanent magnet without applying a reverse magnetic flux to the permanent magnet as much as possible during operation, and opening and closing the circuit. It is an object of the present invention to provide an inexpensive and quality-stable operating device that can be configured by a single drive coil having a small magnetomotive force that is also used for both.
本発明に係る操作装置においては、二つの可動鉄心と永久磁石が往復運動する構造であるので、永久磁石を固定した従来例と異なった構造によって課題を解決している。 In the operating device according to the present invention, since the two movable iron cores and the permanent magnet are reciprocated, the problem is solved by a structure different from the conventional example in which the permanent magnet is fixed.
本発明に係る操作装置の構造は、以下のとおりである。永久磁石の一方の磁極面に突出部を有する第一の可動鉄心を設け、他方の磁極面に突出部を有する第二の可動鉄心を設ける。開閉装置の可動接触子などの駆動対象体と機械的に連結した往復運動する駆動軸と、第一の可動鉄心、第二の可動鉄心、上記永久磁石を一体とする。 The structure of the operating device according to the present invention is as follows. A first movable iron core having a protrusion is provided on one magnetic pole surface of the permanent magnet, and a second movable iron core having a protrusion is provided on the other magnetic pole surface. A reciprocating drive shaft mechanically connected to a drive object such as a movable contact of an opening / closing device, a first movable iron core, a second movable iron core, and the permanent magnet are integrated.
それぞれが磁気的に連結された第一の固定鉄心部と第二の固定鉄心部と第三の固定鉄心部からなる固定鉄心とし、駆動コイルを第一の固定鉄心部、又は第三の固定鉄心部の外周側に配置する。第一の固定鉄心部を第一の可動鉄心に対向させ、第二の固定鉄心部を上記対向方向と同方向に第二の可動鉄心の突出部に対向させ、第三の固定鉄心部を上記対向方向と逆方向に第一の可動鉄心の突出部に対向させる。 The first fixed core part, the second fixed core part, and the third fixed core part, each of which is magnetically coupled, are used as the fixed core, and the drive coil is the first fixed core part or the third fixed core. It arranges on the outer peripheral side of the part. The first fixed core is opposed to the first movable core, the second fixed core is opposed to the protruding portion of the second movable core in the same direction as the facing direction, and the third fixed core is It is made to oppose the protrusion part of a 1st movable iron core in the opposite direction to an opposing direction.
開路用と閉路用とを兼用した一つの駆動コイルとし、閉路操作時には、開路用に使用した駆動コイルに逆に電流を流して逆に励磁する。 One drive coil is used for both open circuit and closed circuit. When the circuit is closed, a current is applied to the drive coil used for the open circuit to reversely excite it.
本発明では、開閉装置の機能として従来考慮されていなかった、可動・固定接触子の接触時において、上記接圧ばね装置のばね荷重を上回る永久磁石の吸引力を与えることに鑑み、この時の永久磁石の吸引力の簡易計算式を数学的に微分することによって、吸引力を極小の永久磁石の質量で得られる条件を導き出した。可動・固定接触子の接触時に、永久磁石の磁気回路に可動鉄心、固定鉄心からなる間隙を直列に二か所設け、それぞれの間隙と間隙を通過する磁気磁路の断面積、永久磁石厚さと磁極面積の関係を最適化する。 In the present invention, in view of providing the attractive force of the permanent magnet exceeding the spring load of the contact pressure spring device at the time of contact of the movable / fixed contact, which has not been conventionally considered as a function of the opening / closing device, By mathematically differentiating a simple calculation formula for the attractive force of the permanent magnet, the condition for obtaining the attractive force by the mass of the minimal permanent magnet was derived. When the movable / fixed contact is in contact, the magnetic circuit of the permanent magnet is provided with two gaps consisting of a movable iron core and a fixed iron core in series, and the cross-sectional area of the magnetic magnetic path passing through each gap and the permanent magnet thickness Optimize the pole area relationship.
すなわち、第一の可動鉄心と第一の固定鉄心部との第一の間隙と、第二の固定鉄心部と第二の可動鉄心突出部の第二の間隙をほぼ等しくし、第一の間隙とその間隙を通過する磁気磁路の断面積との比率と、第二の間隙とその間隙を通過する磁気磁路の断面積との比率の合計を、永久磁石の厚みと磁極面積との比率にほぼ等しくする。 That is, the first gap between the first movable iron core and the first fixed iron core portion and the second gap between the second fixed iron core portion and the second movable iron core protruding portion are substantially equal to each other, And the ratio of the cross-sectional area of the magnetic magnetic path passing through the gap and the ratio of the cross-sectional area of the second magnetic gap and the magnetic magnetic path passing through the gap to the ratio of the thickness of the permanent magnet and the magnetic pole area. Almost equal to
また、閉路位置で永久磁石の過大な吸引力を小さくし、開路操作時に駆動コイルの起磁力が小さくても動作できるようにするため、固定鉄心、又は第一の可動鉄心、又は第二の可動鉄心の一部に狭小部を設ける。可動・固定接触子の接触時では狭小部の磁性体が飽和磁束密度を超えないようにし、閉路位置では狭小部の磁性体が飽和飽磁束密度を超えるようにする。閉路位置では狭小部の磁気抵抗が大きくなって永久磁石の閉路方向に働く吸引力が少なくなり、開路方向に働く接圧ばねの荷重に近づくので、小さい起磁力の駆動コイルで開路動作ができる。永久磁石への駆動コイルの逆励磁磁束も少なくなる。 In addition, in order to reduce the excessive attractive force of the permanent magnet at the closed position and enable operation even when the magnetomotive force of the drive coil is small during the opening operation, the fixed iron core, the first movable iron core, or the second movable iron core A narrow part is provided in a part of the iron core. The magnetic material in the narrow portion does not exceed the saturation magnetic flux density when the movable / fixed contact is in contact, and the magnetic material in the narrow portion exceeds the saturation saturation magnetic flux density at the closed position. At the closed position, the magnetic resistance of the narrow portion is increased, the attractive force acting in the closing direction of the permanent magnet is reduced, and the load of the contact pressure spring acting in the opening direction is approached, so that the opening operation can be performed with a drive coil having a small magnetomotive force. The reverse excitation magnetic flux of the drive coil to the permanent magnet is also reduced.
この発明に係る操作装置においては、閉路操作時には、開路用に使用した駆動コイルに逆に電流を流して逆に励磁することによって、駆動コイルの起磁力により閉路方向に吸引力が得られ、開路用と閉路用とを兼用した一つの駆動コイルで操作装置が構成できる。また、操作時に駆動コイルの磁束が永久磁石自体を極力逆励磁せず、永久磁石の起磁力の安定化が図れる。 In the operating device according to the present invention, at the time of the closing operation, by attracting the drive coil used for opening the circuit by flowing a current in reverse, an attractive force is obtained in the closing direction by the magnetomotive force of the driving coil, and the opening circuit is opened. The operating device can be constituted by a single drive coil that is used both for use and for closing. Further, the magnetic flux of the drive coil does not reversely excite the permanent magnet itself as much as possible during operation, and the magnetomotive force of the permanent magnet can be stabilized.
第一の可動鉄心と第一の固定鉄心部との第一の間隙と、第二の固定鉄心部と第二の可動鉄心の突出部との第二の間隙をほぼ等しくし、第一の間隙と第一の間隙における磁気磁路の断面積との比率と、第二の間隙と第二の間隙における磁気磁路の断面積との比率の合計を、永久磁石の厚みと磁極面積との比率にほぼ等しくすることにより、可動・固定接触子接触時における吸引力を極小の永久磁石の体積・質量で得られる。 The first gap between the first movable iron core and the first fixed iron core and the second gap between the second fixed iron core and the projecting portion of the second movable iron core are substantially equal to each other, and the first gap And the ratio of the cross-sectional area of the magnetic magnetic path in the first gap and the ratio of the cross-sectional area of the magnetic magnetic path in the second gap and the second gap to the ratio of the thickness of the permanent magnet to the magnetic pole area. Therefore, the attraction force at the time of contact with the movable / fixed contact can be obtained by the volume / mass of the minimal permanent magnet.
また、固定鉄心、又は第一の可動鉄心、又は第二の可動鉄心に狭小部を設けることによって、閉路位置では永久磁石による過大な吸引力を低下できるので、開路操作時には、駆動コイルからの少ない磁束で操作でき、駆動コイルの起磁力を小さくできる。 Further, by providing a narrow portion in the fixed iron core, the first movable iron core, or the second movable iron core, the excessive attractive force by the permanent magnet can be reduced at the closed position, so that there is less from the drive coil during the opening operation. It can be operated with magnetic flux, and the magnetomotive force of the drive coil can be reduced.
本発明は、以上のような構造としたことにより、永久磁石の質量を極小化でき、開路用と閉路用とを兼用した一つの駆動コイルで構成でき、駆動コイルの起磁力を小さくでき、操作時には永久磁石に駆動コイルによる逆磁束を極力与えないで永久磁石の起磁力を安定させることができるので、安価で、品質安定性のある操作装置を提供できる。 By adopting the structure as described above, the present invention can minimize the mass of the permanent magnet, can be constituted by one drive coil that is used for both open circuit and closed circuit, can reduce the magnetomotive force of the drive coil, and can be operated. In some cases, the magnetomotive force of the permanent magnet can be stabilized without applying the reverse magnetic flux generated by the drive coil to the permanent magnet as much as possible. Therefore, an inexpensive and stable operation device can be provided.
図1、図2、図3において、操作装置の可動部は、永久磁石1、永久磁石1の一方の磁極面に接触し、突出部2aを有する磁性体の第一の可動鉄心2、永久磁石1の他方の磁極面に接触し、突出部3aを有する磁性体の第二の可動鉄心3、ステンレスや銅合金などの非磁性の駆動軸4、第一の可動鉄心2に接触した非磁性体のストッパ8、駆動軸4とストッパ8を固定するロールピンなどの固定部材8a、第二の可動鉄心3に連接した皿ばね、ゴムなどのばね10、ワッシャ9を介して操作装置の可動部を駆動軸4から抜け防止するロールピンなどの固定部材9a、開閉装置の駆動対象体と連結するロッドエンド19などからなる。駆動軸4の図下方先端は、図示していない補助スイッチや開閉表示装置などが連結される。
1, 2, and 3, the movable portion of the operating device is in contact with one of the magnetic pole surfaces of the
なお、永久磁石1は複数個の永久磁石を並列配置しても効果は同じである。また、永久磁石1の形状は円板状、矩形板状など種々考えられる。ばね10は永久磁石1のガタ付きを防止するとともに、開閉動作時の衝撃を緩和するものである。可動鉄心2、3は薄板を重ねて構成してもよい。また、永久磁石1の駆動軸4の貫通部に局所的な応力が加わって損傷しないように、駆動軸4にテープが巻かれている。閉路動作時に永久磁石に直接衝撃を与えないため、ストッパ8と第一の固定鉄心部5との接触位置では、第一の可動鉄心2とその突出部2aが、第一の固定鉄心部5と第二の固定鉄心部6に接触しないように、この間に微小な隙間を設けている。
The effect of the
駆動コイル7が第一の固定鉄心部5の外周側に配置され、第一の固定鉄心部5は磁性体の端板12にボルト等にて固定されている。駆動コイル7は、第一の固定鉄心部5と端板12の間に挟み込んで固定しているが、過度な応力が与えられないように、図示していないゴムシート、皿ばね、波型ばね、板ばねなどの弾性部材を介している。第二の固定鉄心部6と第三の固定鉄心部11は、継鉄である端板12に固定されている。磁性体の端板12は複数の薄板を重ねてもよく、継鉄として他の磁性体の構造体と兼用してもよい。端板12と端板14は枠体13を挟んで、ねじ棒等で固定され、異物が内部に入らないように操作装置の可動鉄心、固定鉄心、永久磁石、駆動コイルなどの主要部を包囲している。枠体13、端板14は磁性体として外部の磁性体等の影響を防止しているが、非磁性とすることもできる。枠体13や端板14に寸法精度が要求されて高価となるが、磁性体の枠体13、磁性体の端板14に第二の固定鉄心部6と第三の固定鉄心部11を固定することもできる。枠体13を方形として、可動鉄心の突出部2a、3aを方形の枠体13の隅部に向けて配置して、枠体13との距離をとって、その間の漏れ磁束の影響を低減している。軸受15は駆動軸4をガイドするものであり、磁性体の微小異物が永久磁石1などの磁力により吸引されて軸受15内に噛みこまないように非磁性としている。駆動軸4の一部を円形とし、微小異物が軸受15内にさらに噛みこまないようにシール部材15aを設けている。異物が少ない場合等では、端板14を軸受に兼用して軸受15を無くしてもよく、シール部材15aも必要ない。
The
第一の固定鉄心部5が第一の可動鉄心2に対向し、第二の固定鉄心部6がこの対向方向と同方向に第二の可動鉄心2の突出部2aに対向し、第三の固定鉄心部11がこの対向方向と逆方向に第一の可動鉄心2の突出部2aに対向して配設されている。
The first fixed
第一の可動鉄心2の突出部2aが第二の固定鉄心部6と、第二の可動鉄心3の突出部3aが第三の固定鉄心部11と、往復運動時に機械的に干渉しないように、第一の可動鉄心2の突出部2aと第二の可動鉄心3の突出部3aの突出の方向をずらせている。本発明の例では、ほぼ直角に交差させている。図2では、可動鉄心2、3の突出部2a、3aは両側の二か所に振り分けており、対向する第二の固定鉄心部6、第三の固定鉄心部11も二か所に振り分けているが、往復運動時に機械的に干渉しなければ、分ける箇所数は何か所でもかまわず、一か所として分けないこともある。
The protruding
図2に示すように、駆動軸4は図示していないリンク機構を介して接圧ばね装置16、可動接触子17に連結されている。接圧ばね装置16には圧縮コイルばねからなる接圧ばね16aが設けられており、可動接触子17の固定接触子18への接触位置から閉路完了位置まで、接圧ばね16aの初荷重から終荷重まで大きなばね力が作用する。
As shown in FIG. 2, the
図4aの閉路位置では、永久磁石1の起磁力により、第一の可動鉄心2が第一の固定鉄心部5に吸引されるとともに、第二の可動鉄心の突出部3aが第二の固定鉄心部6に吸引され、接圧ばね16aの終荷重に抗して閉路位置に吸引保持されている。図5aに、永久磁石1による磁束の流れを実線太線の矢印の方向に示す。
4a, the first
図5aに、開路操作時の駆動コイル7による磁束の流れを破線太線の矢印の方向に示す。駆動コイル7を励磁して、永久磁石1による磁束を相殺する方向に流して磁束を少なくし、第一の可動鉄心2と第一の固定鉄心部5の吸引力と、第二の可動鉄心の突出部3aと第二の固定鉄心部6の閉路方向の吸引力を低下させる。第一の可動鉄心2の突出部2aから第三の固定鉄心部11への駆動コイル7からの磁束により、第一の可動鉄心の突出部2aに開路方向の吸引力が働き、その吸引力と接圧ばねのばね荷重により開路動作する。
FIG. 5a shows the flow of magnetic flux by the
図4bの開路位置では、永久磁石1の起磁力により、第一の可動鉄心の突出部2aが第三の固定鉄心部11へ吸引され、開路位置に吸引保持されている。図5bに、永久磁石1による磁束の流れを実線太線の矢印の方向に示す。第二の可動鉄心の突出部3aが第二の固定鉄心部6に永久磁石1の磁束により閉路方向に吸引されるが、第二の可動鉄心3の突出部3aと第二の固定鉄心部6との距離が大きいので、その吸引力は小さい。端板14から第二の可動鉄心3へも磁束が流れるが、その間の距離が大きいので、その開路方向の吸引力は小さい。
In the open position in FIG. 4b, the projecting
図5bに、閉路操作時の駆動コイル7による磁束の流れを破線太線の矢印の方向に示す。駆動コイル7を開路操作の逆方向に励磁して、永久磁石1による第一の可動鉄心の突出部2aと第三の固定鉄心部11に流れる磁束を相殺する方向に流して磁束を少なくし、その開路方向の吸引力を低下させるとともに、駆動コイル7の起磁力による磁束を第一の可動鉄心2から第一の固定鉄心部5へと流し、可動鉄心2が閉路方向に吸引されて閉路動作する。駆動コイル7による磁束は、閉路操作の最初から最後まで永久磁石1自体を消磁する方向には流れないため、永久磁石1自体を逆励磁して永久磁石1を劣化させない。
FIG. 5b shows the flow of magnetic flux by the
閉路操作において、第一の可動鉄心2と第一の固定鉄心部5の間隙の磁路の断面積が大きいほど磁気抵抗が小さくなり、駆動コイル7からの磁束も大きくなるので、駆動コイル7の起磁力を小さくできる。
In the closing operation, the larger the cross-sectional area of the magnetic path in the gap between the first
開路位置において、端板14と第二の可動鉄心3との間隙が大きいほど、その間の磁気抵抗が大きくなり、第一の可動鉄心の突出部2aから第三の固定鉄心部11へ流れる永久磁石1からの磁束が少なくなる。閉路操作において、永久磁石1から第一の可動鉄心の突出部2aと第三の固定鉄心部11へ流れる磁束が小さくなれば、それを相殺する方向に流す駆動コイル7からの磁束も小さくてよい。すなわち、駆動コイル7の起磁力を小さくできる。第一の可動鉄心の突出部2aから第三の固定鉄心部11へ流れる磁束が少なくなるが、その間の磁路の断面積を小さくすれば、永久磁石1による充分な開路保持力が得られる。したがって、端板14と第二の可動鉄心3との間隙を大きくすることが望ましい。端板14を非磁性体とすることも一つの方法であるが、端板14の下方近傍に磁性体等を配置しない配慮が必要である。
At the open position, the larger the gap between the
通常の閉路動作では、開閉装置の可動接触子など駆動対象体の慣性力により、図4cの可動・固定接触子の接触位置に留まることはない。しかし、閉路動作における閉路位置での衝突と機械的反発により開路方向に逆戻りすることも考えられ、手動投入操作にてゆっくり閉路することも考えられるので、この位置で静止していても永久磁石1の磁束のみで完全閉路位置まで確実に動作させる必要がある。補助スイッチが切状態のため、駆動コイル7は通電されていないので、駆動コイル7による第一の可動鉄心2と第二の可動鉄心の突出部3aの閉路方向への吸引力は期待できない。
In a normal closing operation, the movable / fixed contact shown in FIG. 4c does not stay at the contact position due to the inertial force of the driven object such as the movable contact of the switchgear. However, it may be possible to return to the opening direction due to a collision at the closing position and mechanical repulsion in the closing operation, and it may be possible to close the circuit slowly by a manual closing operation. It is necessary to reliably operate to the fully closed position with only the magnetic flux. Since the
図5cに、接触位置での永久磁石1による磁束の流れを実線太線の矢印の方向に示す。永久磁石1の起磁力により、第一の可動鉄心2から第一の固定鉄心部5へと磁束が流れ、その間が吸引されるとともに、第二の固定鉄心部6から第二の可動鉄心の突出部3aへと磁束が流れ、その間が吸引される。接圧ばね16aの開路方向の初荷重以上の吸引力で閉路方向に吸引されなければならない。
In FIG. 5c, the flow of magnetic flux by the
図5cにおいて、永久磁石1の磁極面積をAmとし、その厚みをLmとする。第一の可動鉄心2と第一の固定鉄心部5との間隙をLwとし、その間隙Lwで対向する磁路の断面積をA1する。第二の固定鉄心部6と第二の可動鉄心の突出部3aとの間隙をLwとし、その間隙Lwで対向する磁路の断面積をA2とする。第二の固定鉄心部6、第二の可動鉄心の突出部3aの対向箇所が数か所に並列して分割されている場合はその合計の面積とする。本発明例では二か所に並列して分割されているので、二か所の合計の面積である。なお、第一の可動鉄心2と第一の固定鉄心5部との間隙と、第二の固定鉄心部6と第二の可動鉄心の突出部3aとの間隙は、吸引力を最大とするため、ほぼ同一とするのが一般的である。
In FIG. 5c, the magnetic pole area of the
鉄心の飽和、漏れ磁束を無視し、鉄心の磁界を零と近似する。永久磁石1の透磁率を空隙の透磁率と等しくμ0とする。永久磁石1の残留磁束密度をBrとする。永久磁石1の起磁力Vmは、Lm・Br/μ0となる。永久磁石1の内部磁気抵抗Rmは、Lm/(μ0・Am)となり、第一の可動鉄心2と第一の固定鉄心部5との間隙の磁気抵抗R1は、Lw /(μ0・A1)、第二の固定鉄心部6と第二の可動鉄心の突出部3aとの間隙の磁気抵抗R2は、Lw /(μ0・A2)となる。この時の磁束φは次のようになる。
永久磁石1の吸引力Fは、次式の数2のようになり、Fを(Lw /A1+Lw /A2)で微分して零とおくと、Fが極大となる数3の条件式が求まる。
この条件に設定すると、吸引力Fは次のようになる。
すなわち、Lw /A1+Lw /A2=Lm/Amとなるように設計すると、吸引力Fが最大となり、Lwの間隙の時の吸引力Fは、永久磁石1の残留磁束密度Brと体積Lm・Am、すなわち質量で決まることになる。
That is, when the design is such that Lw / A 1 + Lw / A 2 = Lm / Am, the attractive force F is maximized, and the attractive force F at the gap of Lw is the residual magnetic flux density Br and volume Lm of the
前述のように、第一の可動鉄心2と第一の固定鉄心部5の間隙の磁路の断面積A1が大きいほど、閉路操作時に駆動コイル6の起磁力を小さくできる。図5cの位置で、磁路の断面積A2を極力小さくし、A1を大きくすることが望ましい。
As described above, the larger the first
完全閉路位置まで閉路すると、永久磁石1による磁束が可動・固定接触子の接触位置の二倍になり、吸引力が四倍になる。その磁気磁路の固定鉄心、又は第一の可動鉄心2、又は第二の可動鉄心3に、閉路位置でその材料の飽和磁束密度を超える狭小部を設け、狭小部の長さを調整すると、閉路位置の永久磁石1による磁束を少なくできる。閉路位置で過大な永久磁石1の吸引力にならないよう、閉路位置の接圧ばね16aの終荷重に抗する必要最小限の永久磁石1の吸引力にして、閉路保持力を確保できる。開路操作時には、駆動コイルからの少ない磁束で操作でき、駆動コイルの起磁力を小さくできるだけでなく、永久磁石への逆励磁磁束が少なくなり、永久磁石1自体の劣化に対し影響も与え難い。
When the circuit is closed to the fully closed position, the magnetic flux generated by the
図1に示すように、第二の固定鉄心部6に狭小部6aを設け、接触位置では飽和磁束密度を超えないが、閉路位置では狭小部6aで飽和磁束密度を超えるようにし、この部分の磁気抵抗を大きくして永久磁石1の吸引力を低下させ、開路操作での駆動コイル7から永久磁石1への逆励磁磁束を少なくしている。
As shown in FIG. 1, a
図6に本発明による他の例を示す。駆動コイル7が、図1のように第一の固定鉄心部の外周側ではなく、第三の固定鉄心部の外周側に配設されている。永久磁石1の磁束による吸引、駆動コイル7の磁束による吸引と永久磁石1の吸引力の低減の原理は同様で、目的、手段、効果は同じである。開路操作時には、駆動コイル7により、突出部3aの閉路方向の永久磁石1による吸引力は低下できないが、第一の可動鉄心部2の永久磁石1による閉路方向の吸引力が小さくなり、突出部2aの開路方向の吸引力と接圧ばね16aの荷重により開路動作する。閉路位置では駆動コイル7による磁束が永久磁石1自体には流れない。閉路操作時には、駆動コイル7により、永久磁石1による突出部2aの開路方向の吸引力が小さくなり、第一の可動鉄心部2に閉路方向の吸引力が作用して閉路動作する。なお、閉路操作時には、駆動コイル7による磁束は、第一の可動鉄心2、永久磁石1、第二の可動鉄心3、第二の固定鉄心部6を介した磁気回路にも流れ、永久磁石1を少し逆励磁する。
FIG. 6 shows another example according to the present invention. The
また、図7のように、第一の可動鉄心2の突出部2aと第二の可動鉄心3の突出部3aとの距離を大きくし、その間に第二の固定鉄心部6と第三の固定鉄心部11を設けて、第一の可動鉄心2の突出部2aが第二の固定鉄心部6と、第二の可動鉄心3の突出部3aが第三の固定鉄心部11と、往復運動時に機械的に干渉しないようにしている。また、第二の固定鉄心部6と第三の固定鉄心部11を表裏に一体化している。構造は少し異なるが、動作原理、目的、手段、効果は図1と同じである。
Further, as shown in FIG. 7, the distance between the protruding
以上のように、この発明に係る操作装置においては、永久磁石の一方の磁極面に突出部を有する第一の可動鉄心を設け、他方の磁極面に突出部を有する第二の可動鉄心を設けた。開閉装置の可動接触子などの駆動対象体と機械的に連結した駆動軸と、第一の可動鉄心、第二の可動鉄心、上記永久磁石を一体とした。第一の固定鉄心部を第一の可動鉄心に対向させ、第二の固定鉄心部をその対向方向と同方向に第二の可動鉄心の突出部に対向させ、第三の固定鉄心部をその対向方向と逆方向に第一の可動鉄心の突出部に対向させた構造にすることによって、開路用に使用した駆動コイルを逆に励磁することにより閉路操作ができ、駆動コイルを一つとできる。 As described above, in the operating device according to the present invention, the first movable iron core having the protrusion is provided on one magnetic pole surface of the permanent magnet, and the second movable iron core having the protrusion is provided on the other magnetic pole surface. It was. A drive shaft mechanically coupled to a drive object such as a movable contact of the switchgear, a first movable iron core, a second movable iron core, and the permanent magnet are integrated. The first fixed core is opposed to the first movable core, the second fixed core is opposed to the protruding portion of the second movable core in the same direction as the opposite direction, and the third fixed core is By making the structure opposed to the projecting portion of the first movable iron core in the opposite direction to the facing direction, the closing operation can be performed by exciting the driving coil used for opening the circuit in reverse, so that one driving coil can be obtained.
第一の可動鉄心と第一の固定鉄心部との第一の間隙と、第二の固定鉄心部と第二の可動鉄心の突出部の第二の間隙をほぼ等しくし、第一の間隙と第一の間隙における磁気磁路の断面積との比率と、第二の間隙と第二の間隙における磁気磁路の断面積との比率の合計を、永久磁石の厚みと磁極面積との比率にほぼ等しくすることによって、可動・固定接触子の接触時に必要な永久磁石の吸引力を、極小の永久磁石の体積・質量で得られる。 The first gap between the first movable iron core and the first fixed iron core and the second gap between the second fixed iron core and the projecting portion of the second movable iron core are substantially equal, and the first gap The sum of the ratio of the cross-sectional area of the magnetic magnetic path in the first gap and the cross-sectional area of the magnetic magnetic path in the second gap and the second gap is the ratio of the thickness of the permanent magnet to the magnetic pole area. By making them substantially equal, the attractive force of the permanent magnet required when the movable / fixed contact is brought into contact can be obtained with the volume and mass of the extremely small permanent magnet.
また、固定鉄心、又は第一の可動鉄心、又は第二の可動鉄心に狭小部を設けることによって、閉路位置の永久磁石による過大な吸引力を低下できるので、開路操作時の駆動コイルの起磁力を小さくでき、永久磁石への逆励磁磁束も少なくできる。 In addition, by providing a narrow portion in the fixed iron core, the first movable iron core, or the second movable iron core, the excessive attractive force by the permanent magnet at the closed position can be reduced, so the magnetomotive force of the drive coil during the open circuit operation The reverse excitation magnetic flux to the permanent magnet can be reduced.
また、操作装置の主要部を方形で磁性体の枠体内に収容することによって、スペースを有効に活用するとともに、異物や外部磁性体の影響を排除して品質安定性を高める方策も示した。 In addition, by accommodating the main part of the operating device in a rectangular frame in the magnetic body, the space is effectively utilized, and a measure for improving the quality stability by eliminating the influence of foreign substances and external magnetic bodies is also shown.
なお、本発明の応用例を図8に示す。図4a、図4c、図5a、図5cに示した閉路位置、接触位置の原理をそのままに、開路位置にて第三の固定鉄心部11を第二の固定鉄心部6に相当するものとし、周囲に閉路用駆動コイル20を有する第四の固定鉄心部21を設け、第二の可動鉄心と対向するようにすれば、そのまま開路位置でも閉路位置と同様の機能が得られる。開路、閉路の距離が大きい場合、すなわち可動鉄心の往復距離が大きい場合には、開路操作では第一の可動鉄心の突起部2aと第三の固定鉄心部11との吸引力が小さいので、開路のための操作力は十分得られないが、第一の可動鉄心2と第一の固定鉄心部5と、第二の固定鉄心部6と第二の可動鉄心の突出部3aとの永久磁石1による吸引力を駆動コイル7により低下させれば、接圧ばねの荷重によるエネルギが主として与えられて開路できる。同様に、閉路位置でも、接圧ばね16aに相当するばね22を設けて、閉路用駆動コイル20により永久磁石1の開路方向の吸引力を低下させれば、接圧ばねに相当するばね22の荷重にて、閉路操作でき、駆動体の慣性力にて閉路近くまで動作し、永久磁石1の閉路方向の吸引力にて閉路動作する。開路用駆動コイル7と閉路用駆動コイル20の2つのコイルが必要で、開路位置にて接圧ばねに相当するばね22が必要となるが、開路、閉路の距離が大きい場合でも、接圧ばね16a又は接圧ばねに相当するばね22が主として作用することにより、動作途中は駆動体の慣性力で開閉動作し、開路位置と閉路位置近くになると永久磁石1の吸引力により完全な開路位置、閉路位置まで吸引され、開路位置と閉路位置の保持力を得ることができる。
An application example of the present invention is shown in FIG. 4a, 4c, 5a, 5c, and the principle of the closed position and the contact position, the third
例えば、断路器などのように閉路位置で開路方向に作用する接圧ばねを有しないものでも、接圧ばねに相当するばねを付設し、開路位置でも接圧ばねに相当するばねを付設すれば、動作途中は可動接触子の通電のための接触摩擦などの負荷は小さくできるので、接圧ばねに相当するばねにより動作した駆動体の慣性力で動作でき、開路位置と閉路位置では永久磁石の吸引力により保持力を得られる。本発明を応用すれば、開路、閉路の操作に、開路用駆動コイルと閉路用駆動コイルの二つの駆動コイルが必要となるものの、二つの小さな起磁力の駆動コイルと、一つの質量の小さな起磁力の永久磁石で操作でき、安価な断路器の操作装置を提供できる。 For example, even if there is no contact pressure spring that acts in the opening direction at the closed position, such as a disconnector, if a spring corresponding to the contact pressure spring is attached and a spring corresponding to the contact pressure spring is attached even at the open position During the operation, the load such as contact friction for energizing the movable contact can be reduced, so that it can be operated by the inertial force of the driving body operated by the spring corresponding to the contact pressure spring. Holding force can be obtained by suction force. If the present invention is applied, two drive coils, that is, an open-circuit drive coil and a close-circuit drive coil are required for opening and closing operations, but two small magnetomotive force drive coils and one small mass start-up coil are required. It is possible to provide an inexpensive operation device for a disconnector that can be operated with a permanent magnet.
本発明の開閉装置の操作装置は、電力用の開閉装置の開閉に用いる例を示したが、開閉装置の接圧ばねに相当するばねがあれば、又は付設すれば、他の機器の操作に広く適用できる。 Although the operation device of the switchgear according to the present invention has been shown as an example used for opening and closing a power switchgear, if there is a spring corresponding to the contact pressure spring of the switchgear or if it is attached, it can be used for the operation of other devices. Widely applicable.
1 永久磁石
2 第一の可動鉄心
2a 第一の可動鉄心の突出部
3 第二の可動鉄心
3a 第二の可動鉄心の突出部
4 駆動軸
5 第一の固定鉄心部
6 第二の固定鉄心部
6a 狭小部
7 駆動コイル
11 第三の固定鉄心部
16 接圧ばね装置
17 可動接触子
18 固定接触子
1 Permanent magnet
2 First movable iron core
3a Projection part of second movable iron core
4 Drive shaft
5 First fixed iron core
6 Second fixed core
6a
11 Third fixed
17 Movable contact
18 Fixed contact
Claims (3)
From the permanent magnet, the first movable iron core, the first gap between the first movable iron core and the first fixed iron core, the first fixed iron core, the second fixed iron core, the above The second gap between the second fixed iron core and the projecting portion of the second movable iron core, the second movable iron core, the magnetic flux generated by the permanent magnet in the magnetic circuit up to the permanent magnet, and the first gap. 2. The operating device according to claim 1, wherein the attraction force and the attraction force in the second gap obtain the attraction force of the permanent magnet necessary for the operation of the drive target body of the opening / closing device. Alternatively, an operating device for a switchgear characterized in that a narrow portion exceeding a saturation magnetic flux density is provided in a part of the first movable iron core or the second movable iron core at a closed position of the switchgear.
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