JP2012199276A - Electromagnetic actuator and switchgear - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁アクチュエータおよび電磁アクチュエータを操作機構に用いた開閉装置に関する。 The present invention relates to an electromagnetic actuator and an opening / closing device using the electromagnetic actuator for an operation mechanism.
遮断器や開閉器等の開閉装置における操作機構には、油圧操作機構、ばね操作機構、電磁操作機構が知られている。特に、電磁操作機構は、油圧操作機構やばね操作機構に比べて、部品点数が少なく機構を簡素化でき、製造コストを低減できるので、例えば、真空遮断器の操作機構として利用される。
電磁操作機構は、コイルを備えた固定鉄心と固定鉄心に対して相対的に移動可能な可動鉄心とから構成された電磁アクチュエータを利用した操作機構である。
As an operation mechanism in a switching device such as a circuit breaker or a switch, a hydraulic operation mechanism, a spring operation mechanism, and an electromagnetic operation mechanism are known. In particular, the electromagnetic operation mechanism is used as, for example, an operation mechanism of a vacuum circuit breaker because the number of components is small and the mechanism can be simplified and the manufacturing cost can be reduced as compared with a hydraulic operation mechanism and a spring operation mechanism.
The electromagnetic operation mechanism is an operation mechanism using an electromagnetic actuator composed of a fixed iron core provided with a coil and a movable iron core movable relative to the fixed iron core.
開閉装置の操作機構に用いられる電磁アクチュエータには、大きく2種類のタイプがある。
第1のタイプの電磁アクチュエータは、円筒状の固定鉄心の内周側に円筒状のコイルを設置し、コイルの内側に上下方向に移動可能な可動鉄心が挿入されたソレノイド型の電磁アクチュエータである(例えば、特許文献1参照)。
しかし、この電磁アクチュエータは、可動鉄心と固定鉄心との、各々が一体の鋼鉄材料で形成されているため、電磁アクチュエータ動作時に可動鉄心と固定鉄心とに渦電流が発生し起磁力損失が大きく、可動鉄心の動作性が低下するとの問題があった。また、可動鉄心の動作向上には、固定鉄心とコイルおよび駆動電源を大型化する必要があるとの問題があった。
There are roughly two types of electromagnetic actuators used in the operating mechanism of the switchgear.
The first type of electromagnetic actuator is a solenoid type electromagnetic actuator in which a cylindrical coil is installed on the inner peripheral side of a cylindrical fixed iron core, and a movable iron core that is movable in the vertical direction is inserted inside the coil. (For example, refer to Patent Document 1).
However, since this electromagnetic actuator is made of an integral steel material, each of the movable iron core and the fixed iron core, eddy currents are generated in the movable iron core and the fixed iron core during operation of the electromagnetic actuator, resulting in a large magnetomotive force loss. There was a problem that the operability of the movable iron core deteriorated. In addition, there has been a problem that it is necessary to increase the size of the fixed iron core, the coil, and the drive power supply in order to improve the operation of the movable iron core.
上記問題を解決するソレノイド型の電磁アクチュエータとして、アーマチュア(可動鉄心)を、中心に設けられた鋼材の円柱体と、この円柱体の外周側にわずかな隙間を設けて同心円状に配設された鋼材の第1の円筒体と、第1の円筒体の外周側にわずかな隙間を設けて同心円状に配設された鋼材の第2の円筒体とで形成したものがある。
このソレノイド型の電磁アクチュエータは、アーマチュアが複数に分割され、磁気回路が複数になっているので、渦電流による損失が抑制される(例えば、特許文献2参照)。
As a solenoid-type electromagnetic actuator that solves the above problems, an armature (movable iron core) is arranged concentrically with a steel cylinder provided at the center and a slight gap on the outer periphery of the cylinder. There is one formed by a first cylindrical body of steel and a second cylindrical body of steel disposed concentrically with a slight gap on the outer periphery of the first cylindrical body.
In this solenoid type electromagnetic actuator, since the armature is divided into a plurality of parts and the magnetic circuit is provided in a plurality, loss due to eddy current is suppressed (for example, see Patent Document 2).
また、上記問題を解決するソレノイド型の電磁アクチュエータとして、固定鉄心であるヨークを、多数の同形のヨーク素片をヨークの軸心に対して放射状に配列して形成しており、可動鉄心を、珪素鋼板で形成された複数枚の鉄心素片を可動鉄心の軸心を中心に放射状に並ぶように重ねて形成したものがある。
このソレノイド型の電磁アクチュエータは、固定鉄心と可動鉄心とが、ともに複数の素片で形成されているので、固定鉄心と可動鉄心との渦電流損失を小さくすることができる(例えば、特許文献3参照)。
Further, as a solenoid type electromagnetic actuator that solves the above problem, a yoke that is a fixed iron core is formed by arranging a large number of identically shaped yoke elements radially with respect to the axis of the yoke, There is one in which a plurality of core pieces made of silicon steel plates are overlapped so as to be radially arranged around the axis of the movable core.
In this solenoid-type electromagnetic actuator, both the fixed iron core and the movable iron core are formed of a plurality of pieces, so that eddy current loss between the fixed iron core and the movable iron core can be reduced (for example, Patent Document 3). reference).
第2のタイプの電磁アクチュエータは、少なくとも、薄板片を積層して形成された固定鉄心を用いた電磁アクチュエータである。
例えば、第2のタイプの電磁アクチュエータとして、内周側の対向する一対の辺の中心部に突出部が形成されたフレーム形状のヨーク片(固定鉄心片)を、積層して形成したヨーク(固定鉄心)と、2個のヨークの内周側における、天井部と突出部の間に設置された第1のコイルおよび底面部と突出部との間に設置された第2のコイルと、第1のコイルおよび第2のコイルの内周側に挿入されたアーマチュア(可動鉄心)とを備えた電磁アクチュエータがある。
この電磁アクチュエータは、固定鉄心が固定鉄心片を積層した構造であるので、固定鉄心の渦電流損失が抑制できる(例えば、特許文献4参照)。
The second type of electromagnetic actuator is an electromagnetic actuator using a fixed iron core formed by laminating at least thin plate pieces.
For example, as a second type electromagnetic actuator, a yoke (fixed core piece) formed by laminating frame-shaped yoke pieces (fixed core pieces) formed with protrusions at the center of a pair of opposing sides on the inner peripheral side An iron core), a first coil installed between the ceiling portion and the protruding portion, and a second coil installed between the bottom surface portion and the protruding portion, on the inner peripheral side of the two yokes, And an armature (movable iron core) inserted on the inner peripheral side of the second coil.
Since this electromagnetic actuator has a structure in which the fixed iron core is formed by laminating the fixed iron core pieces, eddy current loss of the fixed iron core can be suppressed (for example, see Patent Document 4).
また、第2のタイプの電磁アクチュエータとして、複数の鋼板を積層して形成した中央脚部とその両側に設けられた側脚部と中央脚部と側脚部との間を連絡するヨーク部を有する固定鉄心と、中央脚部に巻回されたコイルと、複数の鋼板を積層して形成され、且つ固定鉄心の側脚部間に配置された可動鉄心とを備えた電磁アクチュエータがある。
この電磁アクチュエータは、固定鉄心と可動鉄心とが、ともに複数の鋼板を積層した構造であるので、固定鉄心および可動鉄心の渦電流損失を減少できる(例えば、特許文献5参照)。
Further, as a second type of electromagnetic actuator, a central leg portion formed by laminating a plurality of steel plates, a side leg portion provided on both sides thereof, and a yoke portion that communicates between the central leg portion and the side leg portion. There is an electromagnetic actuator including a fixed iron core, a coil wound around a central leg, and a movable iron core formed by laminating a plurality of steel plates and disposed between side legs of the fixed iron core.
Since this electromagnetic actuator has a structure in which a fixed iron core and a movable iron core are both laminated with a plurality of steel plates, eddy current loss in the fixed iron core and the movable iron core can be reduced (see, for example, Patent Document 5).
特許文献2に記載のソレノイド型の電磁アクチュエータは、可動鉄心が、分割されており、且つ隙間を設けて同心円状に配置される複数の部品で形成されているので、可動鉄心の、部品点数が増大するとともに、各部品の形状が複雑化し、可動鉄心の製造コストが増大するとの問題があった。
また、特許文献3に記載のソレノイド型の電磁アクチュエータは、固定鉄心と可動鉄心との各々が、複数の素片で形成され、且つ複数の素片が、各鉄心の軸心に対して放射状に配置されているので、やはり、各鉄心の部品点数が増大し、各鉄心の組立て工程が複雑となるとともに、高い組立て精度も要求され、各鉄心の製造コストが増大するとの問題があった。
In the solenoid-type electromagnetic actuator described in
Further, in the solenoid-type electromagnetic actuator described in
また、特許文献4に記載の電磁アクチュエータは、所定の間隔を設けて対向させて配置した2個の積層体の固定鉄心に、矩形状に巻回されたコイルが設置され、コイルの内周側に可動鉄心が挿入されたものであるので、可動鉄心の軸中心と固定鉄心の軸中心を一致させる調芯作業が不可欠であり、電磁アクチュエータの、組立て工程が長くなり、組立てコストが増大するとの問題があった。
Moreover, the electromagnetic actuator described in
また、特許文献5に記載の電磁アクチュエータは、積層体の固定鉄心の側脚部間に、積層体の可動鉄心を配置したものであり、やはり、可動鉄心の軸中心と固定鉄心の軸中心を一致させる調芯作業が不可欠であり、電磁アクチュエータの、組立て工程が長くなり、組立てコストが増大するとの問題があった。
Moreover, the electromagnetic actuator described in
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、少なくとも固定鉄心の渦電流損失を減少でき、且つ固定鉄心および可動鉄心の組立てが容易であるとともに、電磁アクチュエータの組立て時の調芯作業が不要であり、高性能で製造コストの増大が抑制された電磁アクチュエータと、この電磁アクチュエータを用いた開閉装置を得ることである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce at least the eddy current loss of the fixed iron core, to facilitate the assembly of the fixed iron core and the movable iron core, and to It is an object of the present invention to obtain an electromagnetic actuator that does not require alignment work during assembly of the actuator, has high performance, and suppresses an increase in manufacturing cost, and a switchgear using the electromagnetic actuator.
本発明に係わる電磁アクチュエータは、固定子と、固定子に対して相対的に往復動作可能な状態で設置された可動鉄心と、可動鉄心に固定された出力シャフトとを備えた電磁アクチュエータであって、固定子は、鋼板を積層して形成した積層体であり、且つ2個の側脚部と、各側脚部の一方の端部間を連結する継鉄部と、各側脚部の他方の端部から内側に突出した突出部を有する略C字形状である固定鉄心と、固定鉄心の内周側に設置されたコイルと、突出部間に設置され、且つ支持孔を有する支持部材と、突出部の外周側に設置された永久磁石とで形成されており、可動鉄心が、磁性体の、板状部と円柱状部とで形成されており、出力シャフトが上記円柱状部側に延在しており、板状部を永久磁石に対向させ、円柱状部が支持部材の支持孔で支持されて、可動鉄心が固定子に配設されたものである。 An electromagnetic actuator according to the present invention is an electromagnetic actuator that includes a stator, a movable iron core that is installed in a state in which it can reciprocate relative to the stator, and an output shaft fixed to the movable iron core. The stator is a laminated body formed by laminating steel plates, and has two side legs, a yoke part connecting one end of each side leg, and the other of each side leg. A fixed iron core having a substantially C-shape with a protrusion protruding inward from the end of the coil, a coil installed on the inner peripheral side of the fixed iron core, and a support member provided between the protrusions and having a support hole A permanent magnet installed on the outer peripheral side of the projecting portion, a movable iron core is formed of a plate-like portion and a cylindrical portion of the magnetic body, and the output shaft is on the cylindrical portion side. It extends, the plate-shaped part faces the permanent magnet, and the columnar part is a support hole of the support member It is supported, in which the movable iron core disposed in the stator.
本発明に係わる電磁アクチュエータは、固定子と、固定子に対して相対的に往復動作可能な状態で設置された可動鉄心と、可動鉄心に固定された出力シャフトとを備えた電磁アクチュエータであって、固定子は、鋼板を積層して形成した積層体であり、且つ2個の側脚部と、各側脚部の一方の端部間を連結する継鉄部と、各側脚部の他方の端部から内側に突出した突出部を有する略C字形状である固定鉄心と、固定鉄心の内周側に設置されたコイルと、突出部間に設置され、且つ支持孔を有する支持部材と、突出部の外周側に設置された永久磁石とで形成されており、可動鉄心が、磁性体の、板状部と円柱状部とで形成されており、出力シャフトが上記円柱状部側に延在しており、板状部を永久磁石に対向させ、円柱状部が支持部材の支持孔で支持されて、可動鉄心が固定子に配設されたものであり、動作効率が高いとともに、操作電源の小型化が図れ、且つ製造コストを低減できるものである。 An electromagnetic actuator according to the present invention is an electromagnetic actuator that includes a stator, a movable iron core that is installed in a state in which it can reciprocate relative to the stator, and an output shaft fixed to the movable iron core. The stator is a laminated body formed by laminating steel plates, and has two side legs, a yoke part connecting one end of each side leg, and the other of each side leg. A fixed iron core having a substantially C-shape with a protrusion protruding inward from the end of the coil, a coil installed on the inner peripheral side of the fixed iron core, and a support member provided between the protrusions and having a support hole A permanent magnet installed on the outer peripheral side of the projecting portion, a movable iron core is formed of a plate-like portion and a cylindrical portion of the magnetic body, and the output shaft is on the cylindrical portion side. It extends, the plate-shaped part faces the permanent magnet, and the columnar part is a support hole of the support member It is supported, which is movable iron core disposed in the stator, with high operating efficiency, downsizing of the operation power, in which and the manufacturing cost can be reduced.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係わる電磁アクチュエータの外観を示す斜視模式図である。
図2は、本発明の実施の形態1に係わる電磁アクチュエータにおいて固定子と可動鉄心とが分離した状態を示す斜視模式図である。
図3は、図1に示す電磁アクチュエータのA−A断面を示す模式図である。
図1から図3に示すように、本実施の形態の電磁アクチュエータ100は、固定子1と、固定子1に対して相対的に往復動作が可能な状態で設置された可動鉄心2と、可動鉄心2に固定された出力シャフト6とを備えている。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the appearance of an electromagnetic actuator according to
FIG. 2 is a schematic perspective view showing a state where the stator and the movable iron core are separated from each other in the electromagnetic actuator according to
FIG. 3 is a schematic diagram showing an AA cross section of the electromagnetic actuator shown in FIG. 1.
As shown in FIGS. 1 to 3, the
固定子1は、固定鉄心8と、巻枠(ボビンと記す)4aに電線が巻回されたコイル4と、可動鉄心2を支持する支持部材5と、可動鉄心2を吸引する板状の永久磁石3とを備えている。
可動鉄心2は、永久磁石3と対向し、且つ永久磁石3で吸引される部分である板状部2aと、支持部材5で支持される部分である円柱状部2bとで形成されている。
出力シャフト6は、板状部2aと円柱状部2bとの略中心部を貫通し、板状部2aと円柱状部2bとに固定されているとともに、円柱状部2b側に延在している。すなわち、可動鉄心2を形成する板状部2aと円柱状部2b、および、出力シャフト6は一体化している。
The
The
The
そして、固定鉄心8は、鋼板を積層して形成した積層体であり、且つ2個の側脚部8aと、各側脚部8aの一方の端部側間を連結する継鉄部8bと、各側脚部8の他方の端部側から内側に突出した突出部8cとを有する略C字形状である。そして、継鉄部8bには、出力シャフト挿通孔が設けられている。
また、コイル4は、略C字形状の固定鉄心8の内周側に設置されており、ボビン4aの孔部(ボビン孔と記す)には、可動鉄心2の円柱状部2bが挿入されている。ボビン孔のサイズは、円柱状部2bをスムーズに挿入できる大きさである。
And the fixed
The
また、支持部材5は、固定鉄心8の突出部8c間に設置されており、且つその中心部に可動鉄心2を往復動作が可能な状態で支持する支持孔5aが設けられており、支持孔5aには、可動鉄心2の円柱状部2bが挿通されている。
また、板状の永久磁石3は、固定鉄心8の突出部8cの外周側である、可動鉄心2の板状部2aと対向する部分に貼着されている。そして、板状の永久磁石3の表面はカバー(図示せず)で覆われている。
The
In addition, the plate-like
また、可動鉄心2は、板状部2aと円柱状部2bとがともに塊状の磁性体であり、一体のものであっても良く、別体のものを接合したものであっても良い。
また、板状部2aの固定子1と対向する面は、略矩形の形状である。
図4は、本発明の実施の形態1に係わる電磁アクチュエータにおいて、可動鉄心が回転した場合の可動鉄心の板状部と永久磁石との関係を示す図である。
図4に示すように、本実施の形態の電磁アクチュエータ100は、開閉装置に用いた場合に生じる、可動鉄心2における出力シャフト6方向の軸を中心にした回転角が10度までの回転では、板状部2aの固定子1と対向する面が永久磁石3の吸引面を覆うことができる大きさの可動鉄心が用いられている。
Further, the
Further, the surface of the plate-
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the plate-shaped portion of the movable iron core and the permanent magnet when the movable iron core rotates in the electromagnetic actuator according to
As shown in FIG. 4, the
本実施の形態の電磁アクチュエータ100は、可動鉄心2が、円柱状部2bを、支持孔5aを挿通し支持されるとともに、ボビン孔に挿入された状態で、固定子1に配設され、出力シャフト6が、出力シャフト挿通孔を挿通した状態で、固定子1に配設されている。
また、本実施の形態の電磁アクチュエータ100は、可動鉄心2の円柱状部2bが固定鉄心8の継鉄部8bに接触するまで、可動鉄心2を移動しても、可動鉄心2の板状部2aと永久磁石3との間に、わずかな空隙ができるようにしてある。
In the
Further, the
本実施の形態では、支持部材5は、摺動性や機械強度に優れた樹脂で形成されている。用いられる樹脂材料は、例えば、フッ素樹脂やPOM(ポリアセタール)樹脂、PA(ポリアミド)樹脂、PBT(ポリブチレンテレフタレート)樹脂、ポリエステル樹脂などが挙げられる。樹脂材料は支持部材5を成形加工で形成できるので、製造コストを低減でき、好ましい。
また、本実施の形態では、コイル4には電線を巻回するボビン4aが用いられている。ボビン4aは、樹脂材料で形成し、支持部材5と一体成型した構造であっても良く、この場合は、部品点数が削減でき、部品コストや組立てコストを低減できる。
In the present embodiment, the
In the present embodiment, the
本実施の形態の電磁アクチュエータ100は、電磁アクチュエータの磁気回路のうち、大半を占める固定鉄心8が鋼板の積層体で形成され、渦電流が抑制されるので、動作効率が高いとともに、コイルに大電流を流さなくても、固定子が可動鉄心を吸引でき、操作電源を小型化できる。
また、本実施の形態の電磁アクチュエータ100は、開閉装置に用いた場合に生じる範囲の可動鉄心2の回転変位がおきても、可動鉄心2における板状部2aの固定子1と対向する面が、永久磁石3の吸引面を覆うようになっているので、固定子が可動鉄心を吸引する時の漏れ磁束を最小限に抑制でき、固定子が安定した吸引力を発現する。
In the
Further, the
また、本実施の形態の電磁アクチュエータ100では、可動鉄心2の円柱状部2bが固定鉄心8の継鉄部8bに接触するまで、可動鉄心2が移動しても、可動鉄心2の板状部2aと永久磁石3との間に、わずかな空隙ができるようにしてあるので、固定子で可動鉄心を吸引した場合でも、可動鉄心の板状部が永久磁石に衝突することが防止でき、永久磁石の破損が回避できる。
In the
また、従来の電磁アクチュエータでは、径の細い出力シャフトが軸受けで支持される構造であるので、操作対象機器からの影響で出力シャフトが傾き、軸芯がずれた場合、可動鉄心と固定子の可動鉄心が挿入された部分、例えば、可動鉄心と固定子に設けられたコイルボビンの内壁とが接触し、あるいは、可動鉄心と固定鉄心とが接触し、可動鉄心が駆動される場合の摺動摩擦抵抗が増大したり、接触部が磨耗する可能性があった。 In addition, the conventional electromagnetic actuator has a structure in which an output shaft with a small diameter is supported by a bearing. Therefore, when the output shaft is tilted due to the influence of the operation target device and the axis is displaced, the movable iron core and the stator are movable. The sliding friction resistance when the core is inserted, for example, when the movable core is in contact with the inner wall of the coil bobbin provided on the stator or the movable core is in contact with the movable core is driven. There was a possibility that the contact area would increase or wear.
しかし、本実施の形態の電磁アクチュエータ100は、可動鉄心2の円柱状部2b、すなわち可動鉄心自体を、固定子1に設けられた支持部材5の支持孔5aで支持しているので、軸受けの精度を高くできるとともに、可動鉄心のスムーズな動作が可能である。
また、可動鉄心と出力シャフトとの軸心を合わせる調芯作業が不要であり、組立てが容易になり、組立てコストを削減できる。
However, the
In addition, alignment work for aligning the axis of the movable iron core and the output shaft is not necessary, and assembling becomes easy and the assembling cost can be reduced.
また、本実施の形態の電磁アクチュエータ100は、固定子1の固定鉄心8が、略C字形状の鋼板を積層して形成されるので、固定鉄心の製造が容易であり、その製造コストを低減できる。
また、可動鉄心2が、板状部2aと円柱状部2bとを一体ものとして形成できるので、製造コストを低減できる。可動鉄心2の板状部2aと円柱状部2bとが別体であっても、板状部2aと円柱状部2bとが出力シャフトで結合されるので、可動鉄心の製造は容易であり、製造コストを低減できる。
Further, in the
Moreover, since the
本実施の形態の電磁アクチュエータ100では、可動鉄心2の板状部2aは、塊状の磁性体であるが、円柱状部2bと別体とし、鋼板を積層したものであっても良く、この場合、渦電流がさらに抑制される。積層された鋼板は、例えばカシメ接合やボルト・ナット締結等で一体化される。
また、可動鉄心2における板状部2aの永久磁石3と対向する面は、略矩形の形状であるが、永久磁石3の吸引面を覆うことができれば、この形状に限定されない。例えば、円板形状とすれば、回転変位の影響を無くすことができる。
支持部材5に樹脂の成形品が用いられているが、一般的なベアリング部品(玉軸受けや油浸金属、無給油ブッシュなど)を用いても良い。
In the
Moreover, although the surface facing the
A resin molded product is used for the
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2に係わる電磁アクチュエータの断面模式図である。
図5に示すように、本実施の形態の電磁アクチュエータ200は、可動鉄心22の円柱状部22bが、板状部22aとは別体であり、且つ出力シャフト6の挿通孔を有する鋼板を積層して形成した積層体である以外、実施の形態1の電磁アクチュエータ100と同様である。
円柱状部22bを形成する積層体は、円柱状部22bを挿通した出力シャフト6とナット6aで強固に固定されている。また、積層体の鋼板間にダボを設けたり、積層体にピンを圧入することで、積層された鋼板をさらに強固に固定することが可能である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an electromagnetic actuator according to
As shown in FIG. 5, the
The laminated body forming the
本実施の形態の電磁アクチュエータ200は、実施の形態1の電磁アクチュエータ100と同様な効果を有するとともに、可動鉄心22が、円板状鋼板を積層して形成された積層体であり、動作時の渦電流をさらに抑制できるので、いっそうの動作効率の向上と操作電源の小型化とが図れる。
The
実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態3に係わる電磁アクチュエータの断面模式図である。
図6では、固定子31と可動鉄心32とを分離した状態を示している。
図6に示すように、本実施の形態の電磁アクチュエータ300は、円柱状の鋼板の積層体を積層面で2分割した、一方の鋼板積層体を可動鉄心32の円柱状部32bとし、他方の鋼板積層体32dを固定鉄心8の継鉄部8bにおける内周側に配置するとともに、可動鉄心32の円柱状部32bが、固定鉄心8の継鉄部8bに配置した鋼板積層体32dと接触するまで、可動鉄心32を移動しても、可動鉄心32の板状部32aと永久磁石3との間に、わずかな空隙ができるようにした以外、実施の形態2の電磁アクチュエータ200と同様である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an electromagnetic actuator according to
FIG. 6 shows a state where the
As shown in FIG. 6, the
本実施の形態の電磁アクチュエータ300は、実施の形態2の電磁アクチュエータ200と同様な効果を有するとともに、2分割された鋼板の積層体における、一方の積層体を円柱状部32bとしており、可動鉄心32の質量が軽減されているので、可動鉄心の往復動作を高速化することができる。
The
実施の形態4.
図7は、本発明の実施の形態4に係わる電磁アクチュエータの断面模式図である。
図7に示すように、本実施の形態の電磁アクチュエータ400は、可動鉄心42の円柱状部42bである一方の鋼板積層体と、固定鉄心8の継鉄部8bにおける内周側に配置された他方の鋼板積層体42dとの間にばね42eを設け、一方の鋼板積層体と他方の鋼板積層体42dとの合計の厚さを、ばね42eの設置する幅の分だけ薄くするとともに、固定子41の可動鉄心42を吸引する力と釣り合うまで、ばね42eが圧縮された状態でも、可動鉄心42の板状部42aと永久磁石3との間に、わずかな空隙ができるようにした以外、実施の形態3の電磁アクチュエータ300と同様である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of an electromagnetic actuator according to
As shown in FIG. 7, the
本実施の形態の電磁アクチュエータ400は、実施の形態3の電磁アクチュエータ300と同様な効果を有するとともに、可動鉄心の円柱状部42bと他方の鋼板積層体42dとの間に、ばね42eが設けられており、ばね42eが、円柱状部42bと他方の鋼板積層体42dとが離間する方向に荷重が作用するので、他方の鋼板積層体42dを固定鉄心8の継鉄部8bに固定する工程が不要であり、製造コストを低減できる。
The
実施の形態5.
図8は、本発明の実施の形態5に係わる電磁アクチュエータに用いられる可動鉄心の断面模式図である。
本実施の形態の電磁アクチュエータは、図8に示す、板状部2aに板状部用ストッパ2cが設けられた可動鉄心52を用いた以外、実施の形態1の電磁アクチュエータ100と同様である。
板状部用ストッパ2cは、板状部2aにおける固定子1と対向する面の4つの角部に設けられており、且つ可動鉄心52が固定子1に吸引された場合に、固定鉄心8の突出部8cと当たるようになっている。
FIG. 8 is a schematic sectional view of a movable iron core used in an electromagnetic actuator according to
The electromagnetic actuator according to the present embodiment is the same as the
The plate-
本実施の形態の電磁アクチュエータは、実施の形態1の電磁アクチュエータ100と同様な効果を有するとともに、可動鉄心52の板状部2aに板状部用ストッパ2cが設けられているので、なんらかの不測の原因で可動鉄心52が一時的に傾いたとしても、板状部用ストッパ2cが固定鉄心8と接触するので、可動鉄心52と永久磁石3との衝突が回避でき、永久磁石3の破損が防止できる。
特に、可動鉄心52の板状部2aを鋼板の積層体で形成した場合は、積層体の締結にボルトを用い、この締結ボルトを板状部用ストッパ2cとしても良く、製造コストを低減できる。
本実施の形態の板状部用ストッパは、実施の形態2から実施の形態4の、いずれの電磁アクチュエータにも適用でき、同様な効果が得られる。
The electromagnetic actuator according to the present embodiment has the same effect as the
In particular, when the plate-
The plate-like portion stopper of the present embodiment can be applied to any electromagnetic actuator of the second to fourth embodiments, and the same effect can be obtained.
実施の形態6.
図9は、本発明の実施の形態6に係わる開閉装置の側面模式図である。
図9では、本実施の形態の開閉装置600の構造がわかるように、開閉装置600の側面部分を除いた状態を示している。
図9に示すように、本実施の形態の開閉装置600は、実施の形態1の電磁アクチュエータ100と、開閉部である真空遮断部610と、電磁アクチュエータ100の動作を真空遮断部610に伝達する伝達機構であるレバー630とを備えた真空遮断器である。
FIG. 9 is a schematic side view of a switchgear according to
FIG. 9 shows a state in which the side portion of the
As shown in FIG. 9, the opening /
真空遮断部610は、絶縁体611と、絶縁体611に固定され、且つ主回路を形成する、真空バルブ612と上部導体613と下部導体614とを備えている。
真空バルブ612には、固定側電極615と可動側電極616とが、接離可能に配設されている。
固定側電極615には固定側電極導体615aの一端が接続され、固定側電極導体615aの他端には上部導体613が電気的に接続されている。
可動側電極616には可動側電極導体616aの一端が接続され、可動側電極導体616aはベローズ617を貫通して真空バルブ612の外部に導出され、可動側電極導体616aの導出部には、フレキシブル導体618を介して下部導体614が電気的に接続されている。
The
In the vacuum valve 612, a fixed
One end of a fixed
One end of a movable
また、可動側電極導体616aの導出部は、接圧ばね632を介して、レバー630の一端に上面側から機械的に連結されている。
可動側電極導体616aの導出部に連結されるレバー630は、真空遮断部610の主回路と電磁アクチュエータ100とを電気的に絶縁するため、樹脂材料等の絶縁材で形成される。レバー630が金属等の非絶縁材料の場合は、可動側電極導体616aの導出部における、フレキシブル導体618の接続部とレバー630の連結部との間に絶縁部(図示せず)が設けられる。
The lead-out portion of the
The
また、レバー630は、その回転中心にある回転軸631を、軸受け等により回転可能な状態で支持されており、電磁アクチュエータ100の出力シャフト6が、レバー630の他端に上面側から連結している。
また、レバー630の出力シャフト6が連結された部分の面の反対側に開放ばね633が設置されている。
In addition, the
An
次に、本実施の形態の開閉装置600の動作について説明する。
図9は、真空遮断部610の固定側電極615と可動側電極616とが接している状態である。
図10は、本発明の実施の形態6に係わる開閉装置における、真空遮断部の固定側電極と可動側電極とが開離した状態を示す側面模式図である。
Next, the operation of the opening /
FIG. 9 shows a state where the fixed-
FIG. 10 is a schematic side view showing a state where the fixed side electrode and the movable side electrode of the vacuum interrupter are separated in the switchgear according to
図9に示す、真空遮断部610の固定側電極615と可動側電極616とが接している状態では、電磁アクチュエータ100の可動鉄心2は固定子1に吸着保持された状態である。
すなわち、板状の永久磁石3は、板厚方向に着磁されており、永久磁石3から発生する磁束が可動鉄心2の通り、可動鉄心2の円柱状部2bの底面から固定鉄心8へと流れる低リラクタンスの磁気回路が形成されて磁束量が大きくなり、可動鉄心2が固定子1に吸着保持されている。
この時、接圧ばね632と開放ばね633とは圧縮状態となっている。
In a state where the fixed
That is, the plate-like
At this time, the
次に、図9に示された状態の開閉装置600において、電磁アクチュエータ100のコイル4に、コイル4で形成する磁束が、永久磁石3の磁束とは逆向きになるように、電流を流す。
そうすると、コイル電流でつくる磁束が、永久磁石3でつくる磁束を弱めるため、永久磁石3の可動鉄心2を吸引する力が低下する。永久磁石3の吸引力が、接圧ばね632と開放ばね633との圧縮荷重より小さくなると、各ばねに蓄積されたエネルギーが開放され、レバー630が回転中心631を軸として、時計回り方向に回転し、可動側電極616が下方向に移動し、固定側電極615と可動側電極616とが開離する。
その後、ストッパ(図示せず)によって停止するまで、固定側電極615と可動側電極616との距離が離れて、図10に示すような状態になる。
Next, in the
Then, since the magnetic flux generated by the coil current weakens the magnetic flux generated by the
Thereafter, the distance between the fixed
図10に示すように、固定側電極615と可動側電極616とが、ストッパで停止するまで開離した状態では、可動鉄心2と固定子1との間の距離(磁気空隙)が大きく、永久磁石3による吸引力が急激に低下する。
この状態で、コイル4に流す電流を止めたとしても、可動側電極616の開方向に働く開放ばね633の力により、固定側電極615と可動側電極616とが開離した状態は維持される。
上記、コイル4に電流を流す電源は直流電源でも良いし、コンデンサの充放電回路を利用しても良い。
As shown in FIG. 10, in the state where the fixed
In this state, even if the current flowing through the
The power source for supplying current to the
次に、図10に示した状態の開閉装置600において、コイル4に、コイル4で形成する磁束が、永久磁石3の磁束と同じ向きになるように、電流を流す。
そうすると、固定子1から可動鉄心2に電磁吸引力が作用し、固定子1が可動鉄心2を吸引し、可動鉄心2に連結された出力シャフト6がレバー630を反時計回りに回転させる。そして、レバー630が反時計回りに回転すると、可動側電極導体616aを押し上げ、可動側電極616が固定側電極615に接近していき、最後に、可動側電極616と固定側電極615とが接触し、図9に示すような状態になる。
Next, in the
Then, an electromagnetic attraction force acts on the
図9に示すように、電磁アクチュエータ100において、可動鉄心2が固定子1に吸着保持されると、コイル4へ流す電流を止めても、永久磁石3の発生する磁束により可動鉄心2は固定子1に吸着保持され、真空遮断部610の、固定側電極615と可動側電極616との接触状態(入り状態)が維持される。
また、電磁アクチュエータ100における、コイル4の巻数やコイル4に流す電流は、接圧ばね632と開放ばね633とのばね荷重を上回る電磁吸引力が発生するよう設定されている。
As shown in FIG. 9, in the
Further, the number of turns of the
本実施の形態の開閉装置600には、実施の形態1の電磁アクチュエータ100が用いられており、動作効率が高く、用いられる電源を小型化できるとともに、可動鉄心の動作がスムーズであり、固定側電極615と可動側電極616との接離をスムーズに行える。
また、本実施の形態の開閉装置600は、出力シャフト6とレバー630との連結は、通常ピンにて行われており、ピンの直径と連結部の孔径のクリアランスに起因するアソビがある。そのため、可動鉄心2は、出力シャフト6を中心に、僅かに(10度以下)回転変位する可能性がある。
The
Further, in the opening /
本実施の形態の開閉装置600に用いられた実施の形態1の電磁アクチュエータ100は、板状部2aの永久磁石3と対向する面の大きさが、可動鉄心2が回転しても回転角が10度以下であれば、永久磁石3の吸引面を覆うことができる大きさであるので、吸引時の漏れ磁束を最小限にでき、安定な吸引力を発現し、確実な固定側電極615と可動側電極616との接離を実現できる。
The
本実施の形態の開閉装置600には、実施の形態2から実施の形態5のいずれの電磁アクチュエータも用いることがで、実施の形態1の電磁アクチュエータを用いた場合と同様な効果がある。
特に、実施の形態3の電磁アクチュエータを用いたものは、電磁アクチュエータの可動鉄心が軽量化され、その往復動作が高速化しているので、真空遮断部の遮断性能を向上することができるとともに、接圧ばねと開放ばねとのばね荷重を低減することができる。
The
Particularly, in the case of using the electromagnetic actuator of the third embodiment, the movable core of the electromagnetic actuator is reduced in weight, and the reciprocating operation thereof is speeded up. The spring load of the pressure spring and the open spring can be reduced.
また、実施の形態4の電磁アクチュエータを用いたものは、電磁アクチュエータにおける、可動鉄心の円柱状部と固定鉄心の継鉄部に設置した積層体との間に、ばねが設けられており、このばねが開放ばねと同様な方向に力が作用するので、開放ばねを小型化できる。
本実施の形態の開閉装置は、真空遮断器であるが、ガス遮断器や大気中に固定側電極と可動側電極とを備えた遮断器、あるいは開閉器であっても良い。
In the electromagnetic actuator according to the fourth embodiment, a spring is provided between the cylindrical part of the movable iron core and the laminated body installed in the yoke part of the fixed iron core in the electromagnetic actuator. Since the spring acts in the same direction as the open spring, the open spring can be reduced in size.
The switchgear according to the present embodiment is a vacuum circuit breaker, but may be a gas circuit breaker, a circuit breaker including a fixed electrode and a movable electrode in the atmosphere, or a switch.
本実施の形態の開閉装置は、電磁アクチュエータの動作を、レバーを介して真空遮断部に伝達し、固定側電極と可動側電極との接離を行っているが、電磁アクチュエータと真空遮断部とを直線上に配置し、電磁アクチュエータの出力シャフトを真空遮断部の可動側電極に連結しても良い、この場合も、出力シャフトと可動側電極との間は電気的に絶縁する。 The switchgear according to the present embodiment transmits the operation of the electromagnetic actuator to the vacuum shut-off unit via the lever, and makes contact and separation between the fixed side electrode and the movable side electrode. May be arranged on a straight line, and the output shaft of the electromagnetic actuator may be connected to the movable side electrode of the vacuum interrupter. In this case, the output shaft and the movable side electrode are electrically insulated.
本発明に係わる電磁アクチュエータは、可動鉄心が、板状部と円柱状部とを備え、固定子が、積層体の固定鉄心とコイルと永久磁石と支持部材とを備え、可動鉄心の円柱状部が固定子の支持部材で保持されたものであり、製造コストが低く、安定した可動鉄心の動作が実現できるので、低コストが要求され、且つ信頼性に優れた開閉装置に用いられる。 In the electromagnetic actuator according to the present invention, the movable iron core includes a plate-like portion and a cylindrical portion, the stator includes a laminated fixed iron core, a coil, a permanent magnet, and a support member, and the cylindrical portion of the movable iron core. Is held by the support member of the stator, the manufacturing cost is low, and stable operation of the movable iron core can be realized. Therefore, low cost is required and the switchgear is excellent in reliability.
1 固定子、2 可動鉄心、2a 板状部、2b 円柱状部、
2c 板状部用ストッパ、3 永久磁石、4 コイル、4a ボビン、5 支持部材、
5a 支持孔、6 出力シャフト、6a ナット、8 固定鉄心、8a 側脚部、
8b 継鉄部、8c 突出部、22 可動鉄心、22a 板状部、22b 円柱状部、
31 固定子、32 可動鉄心、32a 板状部、32b 円柱状部、
32d 鋼板積層体、41 固定子、42 可動鉄心、42a 板状部、
42b 円柱状部、42d 鋼板積層体、42e ばね、52 可動鉄心、
100,200,300,400 電磁アクチュエータ、600 開閉装置、
610 真空遮断部、611 絶縁体、612 真空バルブ、613 上部導体、
614 下部導体、615 固定側電極、615a 固定側電極導体、
616 可動側電極、616a 可動側電極導体、617 ベローズ、
618 フレキシブル導体、630 レバー、631 回転軸、632 接圧ばね、
633 開放ばね。
1 Stator, 2 Movable iron core, 2a Plate-shaped part, 2b Cylindrical part,
2c Stopper for plate-like part, 3 permanent magnet, 4 coil, 4a bobbin, 5 support member,
5a support hole, 6 output shaft, 6a nut, 8 fixed iron core, 8a side leg,
8b yoke part, 8c protruding part, 22 movable iron core, 22a plate-like part, 22b columnar part,
31 Stator, 32 Movable iron core, 32a Plate-shaped part, 32b Columnar part,
32d Steel plate laminate, 41 Stator, 42 Movable iron core, 42a Plate-shaped part,
42b cylindrical part, 42d steel plate laminated body, 42e spring, 52 movable iron core,
100, 200, 300, 400 electromagnetic actuator, 600 switchgear,
610 vacuum shut-off unit, 611 insulator, 612 vacuum valve, 613 upper conductor,
614 Lower conductor, 615 Fixed side electrode, 615a Fixed side electrode conductor,
616 movable electrode, 616a movable electrode conductor, 617 bellows,
618 Flexible conductor, 630 lever, 631 rotating shaft, 632 contact pressure spring,
633 Open spring.
Claims (10)
上記固定子は、鋼板を積層して形成した積層体であり、且つ2個の側脚部と、上記各側脚部の一方の端部間を連結する継鉄部と、上記各側脚部の他方の端部から内側に突出した突出部を有する略C字形状である固定鉄心と、上記固定鉄心の内周側に設置されたコイルと、上記突出部間に設置され、且つ支持孔を有する支持部材と、上記突出部の外周側に設置された永久磁石とで形成されており、
上記可動鉄心が、磁性体の、板状部と円柱状部とで形成されており、上記出力シャフトが上記円柱状部側に延在しており、
上記板状部を上記永久磁石に対向させ、上記円柱状部が上記支持部材の支持孔で支持されて、上記可動鉄心が上記固定子に配設された電磁アクチュエータ。 An electromagnetic actuator comprising a stator, a movable iron core installed in a state where it can reciprocate relative to the stator, and an output shaft fixed to the movable iron core,
The stator is a laminated body formed by laminating steel plates, and has two side legs, a yoke part connecting one end of each side leg, and each side leg. A fixed iron core having a substantially C-shape with a protruding portion protruding inward from the other end of the coil, a coil installed on the inner peripheral side of the fixed iron core, and a support hole provided between the protruding portions. The support member and the permanent magnet installed on the outer peripheral side of the protrusion,
The movable iron core is formed of a plate-like part and a cylindrical part of a magnetic body, and the output shaft extends to the cylindrical part side,
An electromagnetic actuator in which the plate-shaped portion is opposed to the permanent magnet, the columnar portion is supported by a support hole of the support member, and the movable iron core is disposed on the stator.
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