JP2014232618A - 電磁操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石の特性が周囲温度の変化等によって変化する影響を少なくして開極速度の安定化を図る。
【解決手段】閉極操作用電磁石７と、開極操作用電磁石８と、一端側が支点２１に回動自在に支持され、他端側に開極側可動鉄心２０が固着され、中間部に操作対象である開閉装置の可動接点２と接続される主駆動軸１０が連結され、支点２１と主駆動軸１０の連結点との間に閉極側可動鉄心１４の駆動軸１３が連結されたレバー９と、開極ばね６とを有し、閉極動作時は、閉極操作用電磁石７への励磁によりレバー９が閉極側に回動されて開極側可動鉄心２０が開極側固定鉄心１７に当接し永久磁石１８の磁力で閉極状態が保持され、開極動作時は、開極操作用電磁石８への励磁により永久磁石１８の磁束が減じられて閉極状態が解かれ、開極ばね６の付勢力で開極状態が保持されるように構成した。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば遮断器等の開閉装置の操作機構に用いる電磁操作装置に関するものである。

従来の電磁操作装置は、例えば、円筒状の電磁コイルと、プランジャ部及び鍔部からなりプランジャ部が電磁コイルの内側に移動可能に設けられた可動鉄心と、電磁コイルの周囲を覆うように配置された固定鉄心と、可動鉄心の鍔部と対向させて固定鉄心の端部に設けられた永久磁石とを有し、電磁コイルが励磁されると可動鉄心が固定鉄心側に吸引されるとともに可動鉄心の鍔部と永久磁石との間にも吸引力が働き、電磁コイルの励磁が終了した後も永久磁石の磁束により可動鉄心の吸引状態が保持され、吸引時と逆方向の電流を電磁コイルに流すことにより可動鉄心が釈放されるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１５１８２６号公報（第４頁、図１）

特許文献１に示すような電磁操作装置では、固定鉄心に備え付けられた永久磁石が可動鉄心に直接対向している。また、可動鉄心の中心部に固着された駆動軸に、駆動対象の開閉装置の可動接点が連結されるようになっている。このような構成の電磁操作装置では、可動鉄心の鍔部と永久磁石との距離に応じて、可動鉄心が固定鉄心に吸引される力が発生している。したがって、永久磁石の特性が周囲温度の変化などによって変化すると、可動鉄心への吸引力が変化し、開閉装置の開極速度が変化する。変化の度合いが大きい場合は、開極速度を所定の仕様範囲内に収めるのが難しくなるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、閉極位置を保持する永久磁石の特性が周囲温度の変化等によって変化する影響を少なくして開極速度を安定化させる電磁操作装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電磁操作装置は、閉極側固定鉄心の内側に移動可能に閉極側可動鉄心が配置され、閉極側可動鉄心の中心部に駆動軸が固着された閉極操作用電磁石と、永久磁石を備えた開極側固定鉄心の端部に接離可能に開極側可動鉄心が配置された開極操作用電磁石と、一端側が支点に回動自在に支持され、他端側に開極側可動鉄心が固着され、中間部に操作対象である開閉装置の可動接点と接続される主駆動軸が連結され、支点と主駆動軸の連結点との間に閉極側可動鉄心の駆動軸が連結されたレバーと、主駆動軸を開閉装置の開極方向に付勢する開極ばねと、を有し、閉極動作時は、閉極操作用電磁石への励磁によりレバーが閉極方向に回動されて開極側可動鉄心が開極側固定鉄心に当接し永久磁石の磁力で閉極状態が保持され、開極動作時は、開極操作用電磁石への励磁により永久磁石の磁束が減じられて閉極状態が解かれ、開放ばねの付勢力で開極状態が保持されるように構成されたものである。

この発明の電磁操作装置によれば、一端側が支点に回動自在に支持されたレバーに、支点側から順に閉極側可動鉄心の駆動軸と主駆動軸が連結され、他端側に開極側可動鉄心が固着されており、閉極動作時は、閉極操作用電磁石への励磁によりレバーが閉極方向に回動されて開極側可動鉄心が開極側固定鉄心に当接し永久磁石の磁力で閉極状態が保持され、開極動作時は、開極操作用電磁石への励磁により永久磁石の磁束が減じられて閉極状態が解かれ、開極ばねの付勢力で開極状態が保持されるように構成したので、開極操作用電磁石の開極側可動鉄心は、主駆動軸の移動に比べて移動距離が長くなり、永久磁石の吸引力は開極側固定鉄心から離れるとともに急速に低下するため、開極動作中における永久磁石の吸引力の影響は小さい。したがって、周囲温度の変化が永久磁石の吸引力特性に及ぼす影響は小さくなり、開極速度を安定化させることができる。
また，閉極操作用電磁石の閉極側可動鉄心の移動距離を短くできるため、閉極操作用電磁石に設けた電磁コイルの吸引力の効率が高くなる。したがって、閉極速度を安定化できる。

この発明の実施の形態１による電磁操作装置を用いた開閉装置の、閉極状態を示す側面断面図である。 この発明の実施の形態１による電磁操作装置を用いた開閉装置の、開極状態を示す側面断面図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による電磁操作装置を用いた開閉装置の、閉極状態を示す側面断面図であり、図２は、開極状態を示す側面断面図である。
電磁操作装置は、開閉装置の開閉操作機構として用いられ、開閉器の可動接点に連結されて、可動接点を開閉駆動するものである。ここでは、開閉装置の開閉器本体部として真空バルブを用いた真空遮断器の場合で説明するが、これに限定するものではなく、断路器や接地開閉器等にも適用できる。

先ず、開閉装置の全体構成から説明する。
開閉装置は、固定接点１と可動接点２を有する真空バルブ３と、真空バルブ３の可動接点２を固定接点１に接離する方向へ変位させる電磁操作装置４と、真空バルブ３と電磁操作装置４とを連結する連結部５とを有している。
真空バルブ３は、絶縁容器３ａ内に固定接点１と可動接点２が収容され、可動接点２に固着された可動電極棒３ｂの一端が絶縁容器３ａから外部に導出され、連結部５を介して電磁操作装置４に連結されている。これにより、可動接点２が真空バルブ３の軸線方向に移動し変位する。可動接点２が固定接点１に接することにより閉極となり、離れることにより開極となる。真空バルブ３内は、両接点１、２間の消弧能力の向上のために真空に保たれている。

電磁操作装置４は、閉極操作用電磁石７と、開極操作用電磁石８と、両電磁石の可動鉄心を連結するレバー９と、レバー９に連結されて真空バルブ３の可動接点２を駆動する主駆動軸１０と、主駆動軸１０を開閉装置の開極方向に付勢する開極ばね６と、これらを固定する固定板１１を有している。以下に、各部の詳細について説明する。
閉極操作用電磁石７は、固定板１１に固定された閉極側固定鉄心１２と、中心に駆動軸１３が固着されて閉極側固定鉄心１２の内側に移動可能に配置された閉極側可動鉄心１４と、閉極側固定鉄心１２に設けられ通電により磁界を発生する閉極側電磁コイル１５とを有している。閉極側可動鉄心１４は、閉極側電磁コイル１５の電磁力で駆動されて駆動軸１３を介しレバー９を回動させ、図２の開極位置から図１の閉極位置へ移動させる。

開極操作用電磁石８は、固定板１１に支持部材１６を介して固定された断面コの字状の開極側固定鉄心１７と、開極側固定鉄心１７の一部に設けられた永久磁石１８と、開極側固定鉄心１７に設けられ通電により磁界を発生する開極側電磁コイル１９と、開極側固定鉄心１７の端面と対向し、レバー９の支点２１とは反対側の端部に固着された開極側可動鉄心２０とを有している。開極側可動鉄心２０は開極側固定鉄心１７の端面に接離可能になっている。永久磁石１８は、開極側可動鉄心２０と開極側固定鉄心１７との間で吸引力を発生し、閉極位置に保持する保持用磁束を発生するものである。
両固定鉄心１２，１７及び両可動鉄心１４，２０の材料は、透磁率の高い磁性材料であれば良く、例えば鋼材、電磁軟鉄、珪素鋼、フェライト及びパーマロイ等が挙げられる。

レバー９は、一端が固定板１１に設けた支点２１に回動自在に取り付けられ、他端側は上述したように、開極側可動鉄心２０が固着され、中間部に主駆動軸１０が連結され、更に、主駆動軸１０の連結点と支点２１との間に閉極操作用電磁石７の駆動軸１３が連結されている。すなわち、レバー９には、支点２１側から順に、駆動軸１３，主駆動軸１０が連結され、先端部に開極側可動鉄心２０が固定されている。
主駆動軸１０の、連結部５側の反対側は、固定板１１から突出して、端部にばね受け２２が固着されており、固定板１１とばね受け２２との間の軸部に、先に説明した開極ばね６が挿入されている。開極ばね６は、例えば圧縮されたコイルばねであり、固定板１１とばね受け２２との間で弾性反発力を発生している。

主駆動軸１０が開極ばね６によって必要以上に変位しないように、主駆動軸１０に位置決め用のストッパ１０ａが設けられている。
また、電磁操作装置４の固定板１１は、支持板２３に支柱２４を介して支持されている。支持板２３は、例えば、真空バルブ３が収容される容器やフレームの一部である。なお、支持の構成は一例を示すものであり、図に限定するものではない。

次に、電磁操作装置４と真空バルブ３との連結部５について説明する。
真空バルブ３の可動接点２に固定された可動電極棒３ｂと電磁操作装置４の主駆動軸１０とを連結する連結部５は、可動電極棒３ｂに連結された絶縁ロッド２５と、その絶縁ロッド２５と主駆動軸１０との間に介在させた接圧装置２６とを有している。
なお、絶縁ロッド２５が接圧装置２６に繋がる部分で、支持板２３を貫通する箇所には、ガス容器の一部である支持板２３に対して気密を保って移動可能なように、ベローズ２７を設けているが、ベローズ２７は、支持板２３の構成によっては不要である。

接圧装置２６は、ばね枠２８と、絶縁ロッド２５の一端とばね枠２８とを連結する第２の駆動軸３１と、主駆動軸１０の先端部に固定されてばね枠２８内に配置された外れ止め板２９と、ばね枠２８と外れ止め板２９との間に圧縮した状態で挿入された接圧ばね３０とを有している。接圧ばね３０は、主駆動軸１０を絶縁ロッド２５から離れる方向へ付勢している。主駆動軸１０は、外れ止め板２９とともに、軸方向へ変位可能になっており、その変位は、外れ止め板２９のばね枠２８に対する係合により規制されている。

次に、開閉装置の動作について説明する。
可動接点２が固定接点１から離れた図２のような開極状態では、閉極操作用電磁石７の閉極側可動鉄心１４は開極ばね６の付勢力で開極位置にある。制御部（図示せず）からの閉極指令により閉極操作用電磁石７の閉極側電磁コイル１５に通電されると、閉極側可動鉄心１４が閉極側固定鉄心１２に吸引され、開極ばね６の荷重に逆らって、駆動軸１３を押し下げる方向に変位する。この変位がレバー９，連結部５を介して可動接点２に伝達され、可動接点２は、固定接点１に向かって移動する。

この後、可動接点２が固定接点１に接すると、可動接点２の移動は停止する。しかし、閉極側可動鉄心１４は更に変位し、レバー９の先端側にある開極側可動鉄心２０が開極側固定鉄心１７の端部に当接して変位が止まり、閉極位置に達する。これにより、接圧ばね３０が縮められ、可動接点２が固定接点１に所定の押圧力で押し付けられて閉極動作が完了し図１のようになる。この状態で、永久磁石１８の保持用磁束によって開極側可動鉄心２０が開極側固定鉄心１７に吸引保持されて閉極状態が保持される。このとき、開極側可動鉄心２０と開極側固定鉄心１７の密着を確実にするため、閉極操作用電磁石７の閉極側可動鉄心１４の移動方向の端部と閉極側固定鉄心１２の対向面の間には、図１に矢印Ａで指し示すように、隙間が設けられている。

電磁操作装置４の閉極状態を解除して開極するときには、制御部からの開極指令により、開極操作用電磁石８の開極側電磁コイル１９に対し、永久磁石１８の磁束をキャンセルする方向の通電が行われる。これにより開極側固定鉄心１７と開極側可動鉄心２０との間の吸引力が低下して密着が離れ、開極ばね６及び接圧ばね３０の各荷重によって、開極側可動鉄心２０は図でレバー９を押し上げる方向に変位する。
この変位により、レバー９に連結された主駆動軸１０と連結部５を介して真空バルブ３の可動接点２が固定接点１から離れる方向に力が働くが、変位の初期段階では、可動接点２は、固定接点１に押し付けられたままとなっている。変位が進み、接圧装置２６の外れ止め板２９がばね枠２８に係合されると、可動接点２は固定接点１から離れる方向に変位する。開極側可動鉄心２０が更に変位して主駆動軸１０のストッパ１０ａが固定板１１に当接すると、開極位置に達して開極動作が完了する。この状態が図２である。

本願発明の構成によれば、図２に示すように、開極操作用電磁石８の開極側可動鉄心２０は、開極側固定鉄心１７から離れる方向に移動する移動距離が大きい。永久磁石１８の吸引力は開極側可動鉄心２０と開極側固定鉄心１７の距離が開くに従い急速に低下するため、開極動作中の永久磁石１８の吸引力の影響は、例えば背景技術で説明した特許文献１に示す電磁操作装置と比較して非常に小さくなる。したがって、周囲温度の変化による吸引力特性が開極速度へ及ぼす影響も非常に小さくなり、真空バルブ３の開極速度が安定化する。

また、閉極操作用電磁石７の閉極側可動鉄心１４は移動距離が短いので、開極位置においても閉極側可動鉄心１４と閉極側固定鉄心１２の間の距離が近いため、閉極側電磁コイル１５の吸引力の効率が高くなる。小さい電力で必要な吸引力を発生できるため、本電磁操作装置を駆動する電源の負担を低減でき低コスト化できるという利点がある。また、安定した吸引力を発生できるため、閉極速度を安定化できる。

また、閉極操作用電磁石７と開極操作用電磁石８を分離して設置したため、各電磁コイル１５，１９は磁気的に結合しておらず、一方の電磁コイルに電圧を加えたときに他方に発生する誘導起電圧を大幅に抑制できるため、本電磁操作装置を駆動する回路に誘導起電圧対策を実施する必要なく、低コスト化できるという利点がある。
また、主駆動軸１０に開極位置を所定の位置で位置決めするストッパ１０ａを設けたので、レバー９のたわみの影響がなくなるため、電磁操作装置４のストローク量を精度良く決めることができる。
更に、閉極操作用電磁石７の閉極側可動鉄心１４と閉極側固定鉄心１２は、図１のような閉極位置でも密着させずに矢印Ａに示すような隙間を設けているので、開極操作用電磁石８の開極側可動鉄心２０と開極側固定鉄心１７とが確実に密着し、永久磁石１８の吸引力により確実に閉極状態を保持できる。

以上のように、実施の形態１の電磁操作装置によれば、閉極側固定鉄心の内側に移動可能に閉極側可動鉄心が配置され、閉極側可動鉄心の中心部に駆動軸が固着された閉極操作用電磁石と、永久磁石を備えた開極側固定鉄心の端部に接離可能に開極側可動鉄心が配置された開極操作用電磁石と、一端側が支点に回動自在に支持され、他端側に開極側可動鉄心が固着され、中間部に操作対象である開閉装置の可動接点と接続される主駆動軸が連結され、支点と主駆動軸の連結点との間に閉極側可動鉄心の駆動軸が連結されたレバーと、主駆動軸を開閉装置の開極方向に付勢する開極ばねと、を有し、閉極動作時は、閉極操作用電磁石への励磁によりレバーが閉極方向に回動されて開極側可動鉄心が開極側固定鉄心に当接し永久磁石の磁力で閉極状態が保持され、開極動作時は、開極操作用電磁石への励磁により永久磁石の磁束が減じられて閉極状態が解かれ、開放ばねの付勢力で開極状態が保持されるように構成したので、開極操作用電磁石の開極側可動鉄心は、主駆動軸に対して移動距離が長くなり、永久磁石の吸引力は開極側固定鉄心から離れるとともに急速に低下するため、開極動作中における永久磁石の吸引力の影響は小さい。したがって、周囲温度の変化が永久磁石の吸引力特性に及ぼす影響は小さくなり、開極速度を安定化させることができる。
また，閉極操作用電磁石の閉極側可動鉄心の移動距離を短くできるため、閉極操作用電磁石に設ける電磁コイルの吸引力の効率が高くなる。したがって、閉極速度を安定化できる。

また、閉極状態が解かれたとき、レバーが開極位置側に回動されて所定の位置で位置決めされるストッパが主駆動軸に設けられているので、両電磁石装置を連結するレバーのたわみの影響がなくなるため、電磁操作装置のストローク量を精度良く決めることができる。

また、閉極状態になったとき、閉極側可動鉄心の移動方向の端部と、端部に対向する閉極側固定鉄心の対向面との間に隙間が設けられているので、開極操作用電磁石の可動鉄心と固定鉄心とが確実に密着し、永久磁石の吸引力により確実に閉極状態を保持できる。

なお、本願発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変更、省略することが可能である。

１ 固定接点、２ 可動接点、３ 真空バルブ、３ａ 絶縁容器、３ｂ 可動電極棒、４ 電磁操作装置、５ 連結部、６ 開極ばね、７ 閉極操作用電磁石、８ 開極操作用電磁石、９ レバー、１０ 主駆動軸、１０ａ ストッパ、１１ 固定板、１２ 閉極側固定鉄心、１３ 駆動軸、１４ 閉極側可動鉄心、１５ 閉極側電磁コイル、１６ 支持部材、１７ 開極側固定鉄心、１８ 永久磁石、１９ 開極側電磁コイル、２０ 開極側可動鉄心、２１ 支点、２２ ばね受け、２３ 支持板、２４ 支柱、２５ 絶縁ロッド、２６ 接圧装置、２７ ベローズ、２８ ばね枠、２９ 外れ止め板、３０ 接圧ばね、３１ 第２の駆動軸。

Claims (3)

1. 閉極側固定鉄心の内側に移動可能に閉極側可動鉄心が配置され、前記閉極側可動鉄心の中心部に駆動軸が固着された閉極操作用電磁石と、
   永久磁石を備えた開極側固定鉄心の端部に接離可能に開極側可動鉄心が配置された開極操作用電磁石と、
   一端側が支点に回動自在に支持され、他端側に前記開極側可動鉄心が固着され、中間部に操作対象である開閉装置の可動接点と接続される主駆動軸が連結され、前記支点と前記主駆動軸の連結点との間に前記閉極側可動鉄心の前記駆動軸が連結されたレバーと、
   前記主駆動軸を前記開閉装置の開極方向に付勢する開極ばねと、を有し、
   閉極動作時は、前記閉極操作用電磁石への励磁により前記レバーが閉極方向に回動されて前記開極側可動鉄心が前記開極側固定鉄心に当接し前記永久磁石の磁力で閉極状態が保持され、開極動作時は、前記開極操作用電磁石への励磁により前記永久磁石の磁束が減じられて前記閉極状態が解かれ、前記開放ばねの付勢力で開極状態が保持されるように構成されたことを特徴とする電磁操作装置。
2. 請求項１記載の電磁操作装置において、
   前記閉極状態が解かれたとき、前記レバーが開極位置側に回動されて所定の位置で位置決めされるストッパが前記主駆動軸に設けられていることを特徴とする電磁操作装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電磁操作装置において、
   前記閉極状態になったとき、前記閉極側可動鉄心の移動方向の端部と、前記端部に対向する前記閉極側固定鉄心の対向面との間に隙間が設けられていることを特徴とする電磁操作装置。