JP2013098097A - 電磁式断路器 - Google Patents

Abstract

【課題】 閉極状態を維持して外部回路に高周波・大電流を通電している間、その外部回路の通電性能を維持するために必要な、可動電極の固定電極に対する接触圧力を保持しながら、閉極動作時に可動電極と固定電極の接触面に作用する衝撃力を小さくできる電磁式断路器と、その制御方法を提供する。
【解決手段】 固定電極２と、可動電極１と、可動電極１を移動させて固定電極２に接触せしめるための電磁石３と、電磁石３を制御して必要時に可動電極１を固定電極２に接触させる操作回路５１とを備える。可動電極１が固定電極２から離れた状態で電磁石３に第１電圧より低い第２電圧を印加して、可動電極１を固定電極２に向かって移動・接触させる。可動電極１が固定電極２に接触すると、電磁石３に前記第１電圧を印加して可動電極１の固定電極２との圧接状態を保持する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電磁式断路器に関し、さらに言えば、例えば数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの高周波で数千Ａ程度の大電流が流れる回路（高周波・大電流回路）の切換、開閉などの用途に好適に使用できる電磁式断路器に関する。

従来、高周波・大電流回路の切換、開閉などの用途には、電磁式断路器、電動モータ式断路器、空圧式断路器などが用いられている。これら断路器のなかで、電磁式断路器は、開閉速度が数十ｍｓｅｃと短いという利点があるため、高速で回路を切り換えたり開閉したりすることが必要が用途に用いられている。その一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示されている電磁式断路器を、図９〜図１１を参照しながら説明する。図９はこの電磁式断路器の正面図、図１０はその側面図、図１１はその操作回路図である。

図９及び図１０に示すように、特許文献１の電磁式断路器１５０は、水平に配置された矩形のベース板１０６と、ベース板１０６の上方でそれに平行に配置された矩形の電磁石取付板１０５と、ベース板１０６と電磁石取付板１０５の間に配置されてこれらを所定間隔で保持する２本のガイド軸１０４とを備えている。ベース板１０６と電磁石取付板１０５の間には、矩形の押え板１０７が配置されている。２本のガイド軸１０４は、押え板１０７の両端でそれを貫通しており、押え板１０７は両ガイド軸１０４に沿って上下に移動可能である。各ガイド軸１０４には、押え板１０７を上向きに付勢する戻しバネ（圧縮バネ）１１０が嵌め込まれている。

ベース板１０６の上面には、矩形板状で銅製の一対の固定電極１０２が所定間隔をあけて固定されている。各固定電極１０２は、ベース板１０６より垂直下方に延在する帯状の接続導体１１３と一体的に形成されている。各固定電極１０２には、冷却水用ニップル１１２ｂが装着されており、冷却水用ニップル１１２ｂにチューブ（図示せず）を接続することで、冷却水を各固定電極１０２に供給できるようになっている。固定電極１０２と一体となった接続導体１１３には、電磁式断路器１５０によって開閉操作する主回路の外部回路（図示せず）が接続される。

押え板１０７の下方には、板状の可動電極ホルダー１０９によって矩形板状で銅製の可動電極１０１が配置されている。可動電極ホルダー１０９は、押え板１０７に固定されている。このため、ベース板１０６と電磁石取付板１０５の間で、押え板１０７がガイド軸１０４に沿って上下に移動すると、それに伴って可動電極１０１も上下に移動する。可動電極１０１には、両端部に冷却水用ニップル１１２ａがそれぞれ装着されており、冷却水用ニップル１１２ａにチューブ（図示せず）を接続することで、冷却水を可動電極１０１に供給できるようになっている。

各固定電極１０２の可動電極１０１との接触部と、可動電極１０１の各固定電極１０２との接触部には、それぞれ、銀接点が溶接してある。これら接触部の接触抵抗を小さくし、良好な通電性能を得るためである。

可動電極１０１と押え板１０７の間には、可動電極１０１を固定電極１０２に向かって下方に付勢する押圧用バネ１０８が２本、装着されている。押圧用バネ１０８は、可動電極１０１が固定電極１０２に押圧・接触せしめられた際に、両電極１０１、１０２間に所定の接触圧力を与えて接触抵抗を下げるためのものである。

電磁石取付板１０５の上面には、電磁石１０３が装着されている。電磁石１０３は、その要素として、上下に移動可能な継鉄１１１を備えている。継鉄１１１は、電磁石１０３に通電することで、下方に高速移動する。継鉄１１１は、電磁石取付板１０５を貫通して、電磁石取付板１０５の下方に位置する押え板１０７に連結されているため、継鉄１１１の上下移動に伴って押え板１０７が上下に移動する。押え板１０７の下方には可動電極ホルダー１０９によって可動電極１０１が固定されているから、継鉄１１１を上下移動させることによって可動電極１０１を上下に移動させることができる。

継鉄１１１の近傍には、マイクロスイッチ１１４が固定されている。マイクロスイッチ１１４は、継鉄１１１の上下移動によって直接操作され、その接点が切り替わるようになっている。より具体的に言うと、継鉄１１１が上位位置にあるときには、マイクロスイッチ１１４の切替レバーはフリーであり、マイクロスイッチ１１４の接点はＯＦＦ状態にある。電磁石１０３が励磁されると、継鉄１１１は直ちに上位位置を離れて下位位置に向かって移動を開始し、下位位置まで降下すると、継鉄１１１に付帯した棒材がマイクロスイッチ１１４の切替レバーを押すので、マイクロスイッチ１１４の接点がＯＮ状態に切り替わる。このＯＮ状態は、電磁石１０３が消磁されて継鉄１１１が下位位置を離れ、前記切替レバーがフリーになるまで保持される。

以上の構成を持つ電磁式断路器１５０を使用する際には、ボルト・ナット等を用いてベース板１０６を所望箇所に固定し、図９及び図１０のように立った状態で、あるいは横向きで設置する。

電磁石１０３が励磁されていない（消磁されている）時は、押え板１０７と連結された継鉄１１１は、ガイド軸１０４に嵌め込まれた戻しバネ１１０によって上方向に付勢されるので、図９及び図１０に示したように、可動電極１０１は固定電極１０２とは離れており、電磁式断路器１５０は開状態にある。このため、外部回路はＯＦＦである。

電磁石１０３が励磁されると、継鉄１１１が吸引されて高速で降下し、それに伴って継鉄１１１と連結された押え板１０７と可動電極１０１が降下して、一対の固定電極１０２に衝突する。この時、押え板１０７が押圧用バネ１０８を押し下げるので、可動電極１０１は固定電極１０２に圧接されることになる。こうして電磁式断路器１５０が閉状態になると、外部回路はＯＮとなる。

可動電極１０１と固定電極１０２に高周波・大電流を通電する際に生じるジュール熱に伴う温度上昇を低減するため、電磁式断路器１５０の運転中は、可動電極１０１と固定電極１０２にそれぞれ冷却水用ニップル１１２ａ及び１１２ｂを通じて冷却水が供給され、可動電極１０１と固定電極１０２が強制冷却される。

電磁石１０３が再び消磁されると、継鉄１１１に対する吸引力がなくなるため、戻しバネ１１０の上向きの付勢力によって押え板１０７と継鉄１１１が上昇する。それに伴って、可動電極１０１が上昇して固定電極１０２から離れ、元の状態（図９及び図１０の状態）に復帰する。こうして電磁式断路器１５０が再び開状態となると、外部回路は再びＯＦＦとなる。

電磁石１０３の上述した動作を制御する操作回路１５１は、図１１に示すような構成を持つ。

電磁石１０３を励磁する際には、ＯＮ指令により操作回路１５１のスイッチ１２３がＯＮとされる。その結果、端子台１１６の所定の端子を介して、外部電源１２１により電磁石１０３に所定電圧が印加される。電磁石１０３の励磁と継鉄１１１の吸引、そして可動電極１０１の固定電極１０２への圧接は、瞬時に（通常、数十ｍｓｅｃで）完了する。

操作回路１５１には、電磁式断路器１５０の開閉状態を外部へ知らしめるためにマイクロスイッチ１１４が設けられている。上述したように、マイクロスイッチ１１４は、継鉄１１１の上下動によって直接操作されるようになっており、継鉄１１１の上下動に応答してマイクロスイッチ１１４の接点が切り替わることで、端子台１１６の所定端子を介して開閉状態信号が出力される。したがって、電磁式断路器１５０の開閉状態を外部へ知らしめる開閉状態信号は、マイクロスイッチ１１４の接点の切換によって外部に出力されることになる。

他の関連する背景技術としては、特許文献２に開示された電磁操作式開閉装置がある。この電磁操作式開閉装置は、電力の送配電又は受電設備等に用いられる真空遮断器などの開閉器を、電磁石を利用して開閉する装置であり、その操作回路２０１は図１２に示す構成を持っている。

特許文献２に開示された電磁操作式開閉装置は、次のように動作する。

図１２の操作回路２０１において、事故等の発生により緊急に開閉器を開極する必要があるとき(緊急時)は、外部から送られるトリップ指令によってトリップスイッチ１８７が閉じられる。すると、コンデンサ１８２に充電されていた電荷が開極操作用コイル１８０に供給される。こうして開極操作用コイル１８０が励磁されると、閉極側に位置していた可動電極が高速移動して開極側に位置する。その結果、開閉器が開極される。こうして開極動作が完了すると、トリップスイッチ１８７は再び開かれる。

通常運転時には、外部から開極指令が入ると開極スイッチ１８５が閉じられる。すると、緊急時と同様に、コンデンサ１８２に充電されていた電荷が抵抗器１８８を介して開極操作用コイル１８０に供給される。こうして開極操作用コイル１８０が励磁され、閉極側に位置していた可動電極が緊急時より低速で移動して開極側に位置する結果、開閉器が開極される。こうして開極動作が完了すると、緊急時と同様に、トリップスイッチ１８７は再び開かれる。

このように、通常運転時には、コンデンサ１８２に充電されていた電荷が、抵抗器１８８を通って開極操作用コイル１８０に供給されるから、開極操作用コイル１８０を流れる電流が制限される。このため、そのような電流制限のない緊急時よりも、可動電極の移動速度が低下し、通常運転時に開閉器に印加される衝撃力を、緊急時のそれよりも低減することができる。その結果、緊急時の開極動作の速度を低下させずに、開閉器の耐久性を向上することが可能となる。

図１２中に示されたフライホイール回路１８６は、スイッチと抵抗器とダイオードを含んでいるが、この回路１８６は、開極動作完了後に開極スイッチ１８５を開く際に開極スイッチ１８５に生じる過電圧から、操作回路２０１を保護するために設けられている。

なお、特許文献２の電磁操作式開閉装置が適用される真空遮断器などの開閉器では、開極時あるいは投入（閉極）時の短時間のみ、それぞれ開極用の電磁操作式開閉装置、あるいは、投入（閉極）用の電磁操作式開閉装置が動作すればよく、開極状態または閉極状態を保持する期間中は、その開極状態または閉極状態が機械的にロックされるようになっている。つまり、開極状態または閉極状態を保持するために電磁力を印加し続ける（可動電極に外力を印加し続ける）必要がない。この点で、そのようなロック機構が装備されていない特許文献１の電磁式断路器１５０とは異なっている。

特開２００２−１２３５９８ 特開２００９−１７６５２７

上述した従来の電磁式断路器１５０では、電磁式断路器１５０が開閉する外部回路に高周波・大電流を小さな接触抵抗で安定して通電するためには、電磁石１０３として、可動電極１０１を押圧用バネ１０８を介して固定電極１０２に圧接するために必要十分な吸引力を持つものを使用する必要がある。しかし、このような強い吸引力を持つ電磁石１０３を励磁した時に、可動電極１０１が固定電極１０２に高速で衝突して発生する衝撃力は、決して小さいものではないから、開閉動作が繰り返されることによって可動電極１０１と固定電極１０２の接触面に溶接された銀接点が、徐々に損傷する。

このため、開閉動作の繰り返しが増えるにつれて、可動電極１０１と固定電極１０２の接触性能が劣化していき、比較的少ない開閉回数で、前記外部回路に高周波・大電流を小さな接触抵抗で安定して通電することができなくなる。つまり、電磁式断路器１５０が寿命に達してしまうという問題がある。この寿命は、例えば、開閉回数で約１０万回程度の短いものとなっている。

また、上述した従来の電磁式断路器１５０では、可動電極１０１が強制冷却できる構造を持っているため、開閉動作時に繰返し印加される衝撃荷重により、寿命とされる開閉回数に達する前に、可動電極１０１に固定した冷却水用ニップル１１２ｂの溶接部にヒビが入るという問題もある。

本発明は、上述した従来の電磁式断路器１５０の問題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、閉極状態を維持して外部回路に高周波・大電流を通電している間、その外部回路の通電性能を維持するために必要な、可動電極の固定電極に対する押圧力（接触圧力）を保持しながら、電磁石の励磁（すなわち閉極動作）時に可動電極と固定電極の接触面に作用する衝撃力を小さくすることができる高周波・大電流（例えば数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ、数千Ａ程度）用の電磁式断路器と、その制御方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、寿命とされる開閉回数に達する前に、可動電極の冷却水用ニップルの溶接部にヒビが入るといった問題が生じない高周波・大電流（例えば数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ、数千Ａ程度）用の電磁式断路器と、その制御方法を提供することにある。

ここに明記しない本発明のさらに他の目的は、以下の説明及び添付図面から明らかである。

（１） 本発明の第１の観点によれば、高周波・大電流用の電磁式断路器が提供される。この電磁式断路器は、
固定電極と、
前記固定電極に対向して配置され且つ前記固定電極に接触可能な可動電極と、
前記可動電極を移動させて前記固定電極に接触せしめるための電磁石と、
閉極指令に応答して前記電磁石を励磁して、前記可動電極を前記固定電極に接触させると共に、前記可動電極と前記固定電極との圧接状態を保持する操作回路と、
前記可動電極が前記固定電極に接触したことを検出して報知信号を出力する検出手段（例えばマイクロスイッチ）と、
前記報知信号によって動作する第１スイッチ手段（例えばリレー）とを備え、
前記操作回路は、前記電磁石に直列に接続された、第１接点（例えばリレー第１接点）とインピーダンス要素（例えば抵抗器）の並列回路を有しており、
前記第１接点の開閉は、前記第１スイッチ手段によって行われ、
前記可動電極が前記固定電極から離れた状態で前記電磁石を励磁する際には、前記第１接点は開いていて、励磁電圧は前記インピーダンス要素を介して前記電磁石に印加され、
前記電磁石の励磁により前記可動電極が前記固定電極に接触すると、前記報知信号によって前記第１スイッチ手段が動作して前記第１接点が閉じられ、前記励磁電圧は前記インピーダンス要素を介することなく前記第１接点を介して印加されることを特徴とするものである。

本発明の第１の観点による電磁式断路器では、以上の構成を有しているので、前記可動電極が前記固定電極から離れた状態で前記電磁石を励磁する際には、前記励磁電圧は前記インピーダンス要素を介して前記電磁石に印加される。その結果、前記電磁石は、前記インピーダンス要素により生じる電圧降下分だけ前記励磁電圧よりも低い電圧で励磁されることになる。

前記励磁電圧よりも低い電圧で前記電磁石が励磁されることにより、前記可動電極が前記固定電極に接触すると、前記検出手段から出力される前記報知信号によって前記第１スイッチ手段が動作し、前記第１接点が閉じられる。このため、前記励磁電圧は、前記インピーダンス要素を介することなく、前記第１接点を介して前記電磁石に印加されるから、前記可動電極の前記固定電極との圧接状態の保持は、前記励磁電圧で行われる。

このように、本発明の第１の観点による電磁式断路器では、当該電磁式断路器を閉状態にする時に、前記可動電極が前記固定電極に接触するまでの間は、前記励磁電圧よりも低い電圧で前記電磁石を励磁してその吸引力を低下させるため、前記電磁石の励磁（すなわち閉極動作）時に前記可動電極と前記固定電極の接触面に作用する衝撃力を小さくすることができる。この時、前記電磁石を励磁してから前記可動電極が前記固定電極に接触して当該電磁式断路器が閉極する（ＯＮとなる）までの時間（動作時間）は、前記第１電圧を印加した場合のそれより長くなるが、支障が生じない程度に、つまり当該電磁式断路器に要求される動作時間内に抑えることができる。

また、前記可動電極に冷却水用ニップルが装着されている場合でも、前記電磁石の励磁時に前記可動電極と前記固定電極の接触面に作用する衝撃力を小さくできるため、寿命とされる開閉回数に達する前に、前記可動電極の冷却水用ニップルの溶接部にヒビが入るといった問題が生じることもない。

前記可動電極が前記固定電極に接触した後には、前記励磁電圧を前記電磁石に印加するため、前記電磁石による吸引力が増加し、その結果、当該電磁式断路器の閉極状態（ＯＮ状態）を維持して外部回路に高周波・大電流を通電している間、前記可動電極の前記固定電極に対する押圧力（接触圧力）を、前記外部回路の通電性能を維持するために必要な値（設計圧力）に保持することが可能である。

（２） 本発明の第１の観点による電磁式断路器の好ましい例では、前記可動電極が前記固定電極に接触したことを検出して報知信号を出力する検出手段が、前記電磁石の継鉄によって駆動されるスイッチ（例えばマイクロスイッチ）とされる。

本発明の第１の観点による電磁式断路器の他の好ましい例では、前記第１スイッチ手段が、前記第１接点を有するリレーから構成される。

本発明の第１の観点による電磁式断路器のさらに他の好ましい例では、前記第１スイッチ手段が、前記第１接点を有すると共に、開閉状態信号を出力するための第２接点を有するリレーから構成される。前記第１接点と前記第２接点は、同期して開閉されるのが好ましい。

前記インピーダンス要素としては、好ましくは抵抗器またはリアクトルが使用される。

（３） 本発明の第２の観点によれば、高周波・大電流用の電磁式断路器の制御方法が提供される。この電磁式断路器の制御方法は、
固定電極と、
前記固定電極に対向して配置され且つ前記固定電極に接触可能な可動電極と、
前記可動電極を移動させて前記固定電極に接触せしめるための電磁石と、
前記電磁石を制御して、必要時に前記可動電極を前記固定電極に接触させる操作回路とを備えてなる電磁式断路器の制御方法であって、
前記可動電極が前記固定電極から離れた状態で前記電磁石に第１電圧（例えば設計電圧）より低い第２電圧を印加して、前記可動電極を前記固定電極に向かって移動・接触させ、
前記可動電極が前記固定電極に接触したことを検出手段で検出して報知信号を生成し、
前記報知信号を検出すると、前記電磁石に前記第１電圧を印加して前記可動電極の前記固定電極との圧接状態を保持することを特徴とするものである。

本発明の第２の観点による電磁式断路器の制御方法では、前記可動電極が前記固定電極から離れた状態で前記電磁石を励磁して、前記可動電極を前記固定電極に向かって移動・接触させる際に、前記第１電圧より低い前記第２電圧を前記電磁石に印加するので、前記電磁石による吸引力が低下し、その結果、前記電磁石の励磁（すなわち閉極動作）時に前記可動電極と前記固定電極の接触面に作用する衝撃力を小さくすることができる。この時、前記電磁石を励磁してから前記可動電極が前記固定電極に接触して当該電磁式断路器が閉極する（ＯＮとなる）までの時間（動作時間）は、前記第１電圧を印加した場合のそれより長くなるが、支障が生じない程度に、つまり当該電磁式断路器に要求される動作時間内に抑えることができる。

また、前記可動電極に冷却水用ニップルが装着されている場合でも、前記電磁石の励磁時に前記可動電極と前記固定電極の接触面に作用する衝撃力を小さくできるため、寿命とされる開閉回数に達する前に、前記可動電極の冷却水用ニップルの溶接部にヒビが入るといった問題が生じることもない。

さらに、前記可動電極が前記固定電極に接触した後には、前記第２電圧より高い前記第１電圧を前記電磁石に印加するため、前記電磁石による吸引力が増加し、その結果、当該電磁式断路器の閉極状態（ＯＮ状態）を維持して外部回路に高周波・大電流を通電している間、前記可動電極の前記固定電極に対する押圧力（接触圧力）を、前記外部回路の通電性能を維持するために必要な値に保持することが可能である。

（４） 本発明の第２の観点による電磁式断路器の制御方法の好ましい例では、前記操作回路が、前記電磁石に直列に接続された、第１接点（例えばリレー第１接点）とインピーダンス要素（例えば抵抗器）の並列回路を有しており、
前記第２電圧を前記電磁石に印加する際には、前記第１接点が開いた状態で前記第１電圧が前記インピーダンス要素を介して前記電磁石に印加され、
前記第１電圧を前記電磁石に印加する際には、前記第１接点が閉じた状態で前記第１電圧が前記電磁石に印加されるようにする。

本発明の第２の観点による電磁式断路器の制御方法の他の好ましい例では、前記検出手段が、前記電磁石の継鉄によって駆動されるスイッチ（例えばマイクロスイッチ）とされる。

前記インピーダンス要素としては、好ましくは抵抗器またはリアクトルが利用される。

本発明の第１の観点による電磁式断路器と第２の観点による電磁式断路器の制御方法によれば、（ａ）閉極状態を維持して外部回路に高周波・大電流を通電している間、その外部回路の通電性能を維持するために必要な、可動電極の固定電極に対する押圧力（接触圧力）を保持しながら、電磁石の励磁（すなわち閉極動作）時に可動電極と固定電極の接触点に作用する衝撃力を小さくすることができる、という効果がある。

前記可動電極に冷却水用ニップルが装着されている場合は、（ｂ）寿命とされる開閉回数に達する前に、可動電極の冷却水用ニップルの溶接部にヒビが入るといった問題が生じない、という効果もある。

本発明の第１実施形態に係る電磁式断路器の構成を示す正面図である。 本発明の第１実施形態に係る電磁式断路器の構成を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る電磁式断路器の操作回路を示す回路図である。 本発明の第１実施形態に係る電磁式断路器の操作回路に使用されたリレーの各接点の詳細を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る電磁式断路器の操作回路を示す回路図である。 本発明の第１実施形態に係る電磁式断路器について行った試験で得られた、操作回路に使用された抵抗器の抵抗値に対する動作時間と可動電極の測定加速度を示す表である。 本発明の第１実施形態に係る電磁式断路器において、一対の固定電極の接触面を示す正面図である。 本発明の第１実施形態に係る電磁式断路器において、可動電極の接触面を示す正面図である。 従来の電磁式断路器の構成を示す正面図である。 図１０の電磁式断路器の構成を示す側面図である。 図１０の電磁式断路器の操作回路を示す回路図である。 従来の電磁式開閉装置の操作回路を示す回路図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１及び図２に、本発明の第１実勢形態に係る電磁式断路器５０を示す。

図１及び図２に示すように、本発明の第１実勢形態に係る電磁式断路器５０は、水平に配置された矩形のベース板６と、ベース板６に下方においてそれに平行に配置された矩形の電磁石取付板５と、ベース板６及び電磁石取付板５の間に配置されてこれらを所定間隔で保持する２本のガイド軸４とを備えている。ベース板６及び電磁石取付板５の間には、矩形の押え板７が配置されている。２本のガイド軸４は、押え板７の両端でそれを貫通しているので、押え板７はガイド軸４に沿って上下に移動可能である。各ガイド軸４には、押え板７を上向きに付勢する戻しバネ（圧縮バネ）１０が嵌め込まれている。

ベース板６の上面には、矩形板状で銅製の一対の固定電極２が所定間隔をあけて固定されている。各固定電極２は、ベース板６より垂直下方に延在する矩形板状の接続導体１３と一体的に形成されている。各固定電極２には、冷却水用ニップル１２ｂが装着されており、冷却水用ニップル１２ｂにチューブ（図示せず）を接続することで、冷却水を各固定電極２に供給できるようになっている。固定電極２と一体となった接続導体１３には、開閉操作する主回路の外部回路（図示せず）が接続される。

押え板７の下方には、板状の可動電極ホルダー９によって矩形板状で銅製の可動電極１が固定されている。ベース板６と電磁石取付板５の間で、押え板７がガイド軸４に沿って上下に移動すると、それに伴って可動電極１も上下に移動する。可動電極１には、２本の冷却水用ニップル１２ａが装着されており、冷却水用ニップル１２ａにチューブ（図示せず）を接続することで、冷却水を可動電極１に供給できるようになっている。

図７に示すように、各固定電極２の可動電極１との接触面（接触箇所）には、それぞれ、銀接点２ａが溶接してある。図８に示すように、可動電極１の各固定電極２との接触面（接触箇所）には、それぞれ、銀接点１ａが溶接してある。

可動電極１と押え板７の間には、可動電極１を固定電極２に向かって下方に付勢する押圧用バネ８が設けられている。押圧用バネ８は、可動電極１が固定電極２に押圧・接触せしめられた状態で、両電極１、２間に所定の接触圧力を与えるためのものである。

電磁石取付板５の上面には、電磁石３が装着されている。電磁石３は、その要素として、上下に移動可能な継鉄１１を備えている。継鉄１１は、電磁石３のコイルに通電することで、下方に高速移動する。継鉄１１は、電磁石取付板５を貫通して、電磁石取付板５の下方に位置する押え板７に連結されているため、継鉄１１の上下移動に伴って押え板７が上下に移動する。押え板７の下方には可動電極ホルダー９によって可動電極１が固定されているから、継鉄１１を上下移動させることによって可動電極１を上下に移動させることができる。

継鉄１１の近傍には、マイクロスイッチ１４が固定されている。マイクロスイッチ１４は、継鉄１１の上下移動によって直接操作され、その接点が切り替わるようになっている。より具体的に言うと、継鉄１１が上位位置にあるときには、マイクロスイッチ１４の切替レバーはフリーであり、マイクロスイッチ１４の接点はＯＦＦ状態にある。電磁石３が励磁されると、継鉄１１は直ちに上位位置を離れて下位位置に向かって移動を開始し、下位位置まで降下すると、継鉄１１に付帯した棒材がマイクロスイッチ１４の切替レバーを押すので、マイクロスイッチ１４の接点がＯＮ状態に切り替わる。このＯＮ状態は、電磁石３が消磁されて継鉄１１が下位位置を離れ、前記切替レバーがフリーになるまで保持される。

以上の構成を持つ電磁式断路器５０を使用する際には、ボルト・ナットを用いてベース板６を所望箇所に固定し、図１及び図２のように立った状態で、あるいは横向きで設置する。

電磁石３が励磁されていない（消磁されている）時は、押え板７と一体となった継鉄１１は、ガイド軸４に嵌め込まれた戻しバネ１０によって上方向に付勢されるので、図１及び図２に示したように、可動電極１は固定電極２とは離れている。この時、電磁式断路器５０が開状態にあるため、外部回路はＯＦＦである。

電磁石３が励磁されると、継鉄１１が吸引されて降下し、それに伴って、継鉄１１と一体となった押え板７と可動電極１が降下して一対の固定電極２に接触する。この時、押え板７が押圧用バネ８を圧縮するので、可動電極１が固定電極２に圧接されることができる。こうして電磁式断路器５０が閉状態となると、外部回路はＯＮとなる。

可動電極１と固定電極２に高周波・大電流を通電する際に生じるジュール発熱に伴う温度上昇を低減するため、可動電極１と固定電極２には、それぞれ、冷却水用ニップル１２ａ及び１２ｂを通じて冷却水が供給され、可動電極１と固定電極２が強制冷却される。

電磁石３が消磁されると、継鉄１１に対する吸引力がなくなるので、戻しバネ８の上向きの付勢力によって押え板７が上昇する。それに伴って、継鉄１１と可動電極１が上昇し、可動電極１が固定電極２から離れた元の状態（図１及び図２の状態）に復帰する。こうして電磁式断路器５０が開状態となると、外部回路は再びＯＦＦとなる。

電磁式断路器５０は、電磁石３の動作を制御する手段として、図３のような構成を持つ操作回路５１を有している。

操作回路５１は、端子台１６によって形成された五つの端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５を有している。二つの端子Ｔ１、Ｔ２は、外部電源２１との接続用の端子である。残り三つの端子Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５は、開閉状態信号の送出用の端子である。

端子Ｔ１とＴ２には、回路Ｃ１及び回路Ｃ２が並列に接続されている。回路Ｃ１には、電磁石３（のコイル）と、リレー１８の第１接点１９ａ及び抵抗器１７の並列回路とが接続されている。この並列回路は、電磁石３に直列に接続されている。リレー１８の第１接点１９ａは、電磁式断路器５０が開状態にあるときは開状態にあり、電磁式断路器５０が閉状態になったことをマイクロスイッチ１４が検出すると、それによって閉状態になるように動作する。抵抗器１７は、所望の電圧降下を引き起こすためのインピーダンス要素として使用されている。

回路Ｃ２には、リレー１８のコイル２０と、電磁式断路器５０の開閉を検知するマイクロスイッチ１４とが接続されている。マイクロスイッチ１４は、継鉄１１の上下移動によって直接操作され、その接点が切り替わるようになっている。このため、継鉄１１が上方位置（図１及び図２を参照）にあるとき、つまり電磁式断路器５０が開状態にあるときは、マイクロスイッチ１４はＯＦＦ状態（図３を参照）にあり、したがって、リレー１８のコイル２０には外部電源２１の電圧が印加されない。この時、開閉状態信号としては、「開」信号が端子台１６の端子Ｔ３、Ｔ４から出力される。

継鉄１１が下方位置に来ると、つまり電磁式断路器５０が閉状態になると、マイクロスイッチ１４はＯＮ状態になり、したがって、リレー１８のコイル２０に外部電源２１の電圧が印加される。その結果、リレー第１接点１９ａとリレー第２接点１９ｂが同時に閉状態に切り替わり、抵抗器１７は短絡されて外部電源２１の電圧がそのまま電磁石３に印加されるようになる。同時に、開閉状態信号として「閉」信号が端子台１６の端子Ｔ４、Ｔ５から出力される。

操作回路５１では、電磁式断路器５０の開閉状態を外部へ知らしめるための接点としては、マイクロスイッチ１４の接点ではなく、リレー１８の第２接点１９ｂが使用されており、その第２接点１９ｂが端子台１１６を介して外部へ提供されている。したがって、電磁式断路器５０の開閉状態を外部へ知らしめるための開閉状態信号は、マイクロスイッチ１４の接点ではなく、リレー１８の第２接点１９ｂから導出される。

操作回路５１のスイッチ２３がＯＮとされると、端子Ｔ１及びＴ２の間には、外部電源２１により所定の設計電圧（定格電圧Ｖｒ）が印加され、回路Ｃ１に電流が流れるが、その電流は電磁石３と抵抗器１７を通って流れる。すると、外部電源２１による定格電圧Ｖｒは、電磁石３と抵抗器１７によって分圧されるので、電磁石３に実際に印加される電圧Ｖは、定格電圧Ｖｒよりも低くなる、つまり、Ｖ＜Ｖｒである。したがって、電磁石３は、定格電圧Ｖｒよりも低い電圧Ｖで駆動されることになる。その結果、電磁石３が本来の定格電圧より低減された電圧で励磁されることにより、可動電極１の駆動開始時の吸引力が小さくなり、接点閉までの時間（動作時間）が数倍長くなり、接点閉の際の衝撃力が極めて小さくなる。なお、この時の動作時間は、支障が生じない程度に、つまり電磁式断路器５０に要求される範囲内に抑えられることは言うまでもない。

電磁式断路器５０が閉状態になると、マイクロスイッチ１４がＯＮ（導通状態）に切り替わるので、リレー１８のコイル２０に定格電圧Ｖｒが印加される。すると、リレー１８の第１接点１９ａと第２接点１９ｂは、同時にＯＮ（導通状態）に切り替わり、抵抗器１７が第１接点１９ａで短絡される。その結果、電磁石３は定格電圧Ｖｒで駆動されるようになる。その結果、継鉄１１の吸引力が設計値まで復帰し、継鉄１１と一体となった押え板７が押圧用バネ８を圧縮することにより、可動電極１が固定電極２に設計圧力で圧接される。

操作回路５１に設けられた抵抗器１７とリレー１８は、電磁石取付板５に固定された抵抗器・リレー収納箱１５に内蔵されている。

リレー１８の詳細構造を図４に示す。前述のように、リレー１８の第１及び第２の接点１９ａ、１９ｂが閉じる時点では、電磁石３の継鉄１１の吸引開始時に比べ、電磁石３のインピーダンスが少なくとも数倍（通常は１０〜２０倍）に大きくなっていることから、第１及び第２の接点１９ａ、１９ｂの電流容量は小さいものでよい。しかし、図４に示すように、例えば４つの接点を使用する場合は、三つの接点を並列に接続して第１接点１９ａし、残りの一つの接点を開閉状態信号用の接点１９ｂとすることで、接点１９ａ、１９ｂの容量のさらなる低減、コンパクト化が可能である。

電磁式断路器５１に設けられたリレー１８としては、４接点を有するＯＭＲＯＮ製のＭＹ４Ｎが使用可能である。このリレーの外形寸法は、２０ｍｍ×２５ｍｍ×３５ｍｍであり、コンパクトである。抵抗器１７としては、空冷式のメタルクラッド抵抗器が使用可能である。

操作回路５１は、従来の操作回路１５１に、インピーダンス要素としての抵抗器１７と、接点電流容量の小さな第１及び第２の接点１９ａ、１９ｂ接点とを追加するだけで、ほかに制御回路等も必要としないため、極めて単純な構成になる。

本発明の第１実施形態に係る電磁式断路器５０は、以上述べたような構成を有しているので、可動電極１が固定電極２から離れた状態で電磁石３を励磁する際には、励磁電圧（定格電圧Ｖｒ）は抵抗器１７を介して電磁石３に印加される。その結果、電磁石３は、抵抗器１７により生じる電圧降下分だけ定格電圧Ｖｒよりも低い電圧Ｖで励磁されることになる。

定格電圧Ｖｒよりも低い電圧Ｖで電磁石３が励磁されることにより、可動電極１が固定電極２に接触すると、マイクロスイッチ１４から出力される報知信号によってリレー１８が動作し、リレー第１接点１９ａが閉じられる。このため、定格電圧Ｖｒは、抵抗器１７を介することなく、リレー第１接点１９ａを介して電磁石３に印加されるから、可動電極１の固定電極２との圧接状態の保持は、定格電圧Ｖｒで行われる。

このように、電磁式断路器５０では、当該電磁式断路器５０を閉状態にする時に、可動電極１が固定電極２に接触するまでの間は、定格電圧Ｖｒよりも低い電圧Ｖで電磁石３を励磁してその吸引力を低下させるため、電磁石３の励磁（すなわち閉極動作）時に可動電極１と固定電極２の接触面に作用する衝撃力を小さくすることができる。この時、電磁石３を励磁してから可動電極１が固定電極２に接触して当該電磁式断路器５０が閉極する（ＯＮとなる）までの時間（動作時間）は、前記第１電圧を印加した場合のそれより長くなるが、支障が生じない程度に、つまり当該電磁式断路器に要求される動作時間内に抑えることができる。

また、電磁石３の励磁時に可動電極１と固定電極２の接触面に作用する衝撃力を小さくできるため、寿命とされる開閉回数に達する前に、可動電極１の冷却水用ニップル１２ａの溶接部にヒビが入るといった問題が生じることもない。

可動電極１が固定電極２に接触した後には、定格電圧Ｖｒを電磁石３に印加するため、電磁石３による吸引力が増加し、その結果、当該電磁式断路器５０の閉極状態（ＯＮ状態）を維持して外部回路に高周波・大電流を通電している間、可動電極１の固定電極２に対する押圧力（接触圧力）を、前記外部回路の通電性能を維持するために必要な値（設計圧力）に保持することが可能である。

（効果確認試験）
図６に、本発明の第１実施形態の電磁式断路器５０における衝撃力緩和効果の一例を示す。この例では、従来の電磁式断路器１５０では、可動電極１０１に取り付けた加速度センサーの測定値が、４１９８Ｇという加速度を示したが、本実施形態の電磁式断路器５０では、抵抗器１７の抵抗値が３０Ωの時は１４２１Ｇと約３分の１になり、抵抗値が５０Ωの時は６７８Ｇと約６分の１に低減された。動作時間は、抵抗値が０Ωの時の４０ｍｓｅｃから、抵抗値５０Ωの時に１２３ｍｓｅｃまで長くなったが、通常要求される動作時間は５００ｍｓｅｃ以内であるから、実用の点では全く問題は生じなかった。

図１及び図２に示した構成の電磁式断路器５０では、２組の接触する固定電極２の大きさがそれぞれ１５ｍｍ×５０ｍｍの場合において、周波数５ｋＨｚで１８００Ａ、周波数２０ｋＨｚで１３００Ａ、また周波数１００ｋＨｚで８００Ａの高周波電流を連続通電することが可能であった。さらに高い周波数でも、通電可能電流は低下するが、連続通電可能であった。

本実施形態の電磁式断路器５０によれば、高周波・大電流の通電が可能である電磁式断路器の長寿命化を制約していた、閉鎖動作時の衝撃力を大幅に低減することが可能となった。具体的には、衝撃力が例えば６分の１に低減され、その結果、開閉回数による寿命を、従来の１０万回からその１０倍の１００万回に延ばすことができた。

（第２実施形態）
次に、図５を参照しながら、本発明の第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態の電磁式断路器の操作回路５１ａを示す。

第２実施形態の電磁式断路器は、インピーダンス要素として第１実施形態で使用した抵抗器１７に代えてリアクトル２２を使用したものであり、それ以外の構成は上述した第１実施形態の電磁式断路器のそれと同じである。したがって、第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様の効果が得られることが明らかである。

（変形例）
上述した第１及び２実施形態は本発明を具体化した例を示すものである。したがって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。

例えば、可動電極１、固定電極２、電磁石３等の構造や、それらを固定あるいは移動可能に支持するベース板６等の構成も、上記実施形態で説明したものに限定されず、任意に変更が可能である。

また、高周波でも、５００Ａ以下の比較的少ない電流が通電されるときは、可動電極１や固定電極２を水冷することなく通電が可能な場合があり、その場合は冷却水用ニップル１２ａ、１２ｂを省略可能である。このように冷却水用ニップル１２ａ、１２ｂが設けられない場合でも、上述した第１及び第２実施形態で述べた、可動電極１と固定電極２の接触面の衝撃緩和による長寿命化という効果が得られる。

１ 可動電極
１ａ 銀接点
２ 固定電極
２ａ 銀接点
３ 電磁石
４ ガイド軸
５ 電磁石取付板
６ ベース板
７ 押え板
８ 押圧用バネ
９ 可動電極ホルダー
１０ 戻しバネ
１１ 継鉄
１２ａ 冷却水用ニップル
１２ｂ 冷却水用ニップル
１３ 接続導体
１４ マイクロスイッチ
１５ 抵抗器・リレー収納箱
１６ 端子台
１７ 抵抗器
１８ リレー
１９ａ リレーの第１接点
１９ｂ リレーの第２接点
２０ リレーのコイル
２１ 外部電源
２２ リアクトル
２３ スイッチ
５０ 電磁式断路器
５１ 操作回路
５１ａ 操作回路
Ｃ１ 回路
Ｃ２ 回路
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５ 端子
Ｖ 電圧
Ｖｒ 定格電圧

Claims (9)

1. 固定電極と、
   前記固定電極に対向して配置され且つ前記固定電極に接触可能な可動電極と、
   前記可動電極を移動させて前記固定電極に接触せしめるための電磁石と、
   閉極指令に応答して前記電磁石を励磁して、前記可動電極を前記固定電極に接触させると共に、前記可動電極と前記固定電極との圧接状態を保持する操作回路と、
   前記可動電極が前記固定電極に接触したことを検出して報知信号を出力する検出手段と、
   前記報知信号によって動作する第１スイッチ手段とを備え、
   前記操作回路は、前記電磁石に直列に接続された、第１接点とインピーダンス要素の並列回路を有しており、
   前記第１接点の開閉は、前記第１スイッチ手段によって行われ、
   前記可動電極が前記固定電極から離れた状態で前記電磁石を励磁する際には、前記第１接点は開いていて、励磁電圧は前記インピーダンス要素を介して前記電磁石に印加され、
   前記電磁石の励磁により前記可動電極が前記固定電極に接触すると、前記報知信号によって前記第１スイッチ手段が動作して前記第１接点が閉じられ、前記励磁電圧は前記インピーダンス要素を介することなく前記第１接点を介して印加されることを特徴とする電磁式断路器。
2. 前記可動電極が前記固定電極に接触したことを検出して報知信号を出力する検出手段が、前記電磁石の継鉄によって駆動されるスイッチとされている請求項１に記載の電磁式断路器。
3. 前記第１スイッチ手段が、前記第１接点を有するリレーから構成されている請求項１または２に記載の電磁式断路器。
4. 前記第１スイッチ手段が、前記第１接点を有すると共に、開閉状態信号を出力するための第２接点を有するリレーから構成されている請求項１または２に記載の電磁式断路器。
5. 前記インピーダンス要素として、抵抗器またはリアクトルが使用されている請求項１〜４のいずれかに記載の電磁式断路器。
6. 固定電極と、
   前記固定電極に対向して配置され且つ前記固定電極に接触可能な可動電極と、
   前記可動電極を移動させて前記固定電極に接触せしめるための電磁石と、
   前記電磁石を制御して、必要時に前記可動電極を前記固定電極に接触させる操作回路とを備えてなる電磁式断路器の制御方法であって、
   前記可動電極が前記固定電極から離れた状態で前記電磁石に第１電圧より低い第２電圧を印加して、前記可動電極を前記固定電極に向かって移動・接触させ、
   前記可動電極が前記固定電極に接触したことを検出手段で検出して報知信号を生成し、
   前記報知信号を検出すると、前記電磁石に前記第１電圧を印加して前記可動電極の前記固定電極との圧接状態を保持することを特徴とする電磁式断路器の制御方法。
7. 前記操作回路が、前記電磁石に直列に接続された、第１接点とインピーダンス要素の並列回路を有しており、
   前記第２電圧を前記電磁石に印加する際には、前記第１接点が開いた状態で前記第１電圧が前記インピーダンス要素を介して前記電磁石に印加され、
   前記第１電圧を前記電磁石に印加する際には、前記第１接点が閉じた状態で前記第１電圧が前記電磁石に印加される請求項６に記載の電磁式断路器の制御方法。
8. 前記検出手段が、前記電磁石の継鉄によって駆動されるスイッチとされている請求項６または７に記載の電磁式断路器の制御方法。
9. 前記インピーダンス要素として、抵抗器またはリアクトルが使用されている請求項６〜８のいずれかに記載の電磁式断路器の制御方法。

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