JP2015146421A - 電磁石装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、閉極状態の保持機構として、ラッチ機構を用いずに永久磁石を用いる技術も知られている(例えば、特許文献2参照)。
また、特許文献2のような、ラッチ機構を無くして閉極状態を永久磁石の吸引力で保持する電磁石装置では、可動鉄心の可動軸を支持する軸受けは、電磁石装置を取り付ける筐体に取り付けられており、また、軸受支持が一点であるため、固定鉄心と可動鉄心の対向面の傾きを制御するのが難しく、閉極完了時に固定鉄心と可動鉄心の傾きのばらつきにより、閉極保持のための吸引力にばらつきが生じる場合があり、これを回避するためには閉極保持状態を保持する永久磁石が大形化するという問題点があった。
さらに、永久磁石の近傍に永久磁石の保持力を調整する保持力調整部材が配置されているので、電磁石装置の保持力調整を容易に実現でき、操作対象の開閉器の定格に適応した保持力を有する電磁石装置を容易に提供できる。
図1は、この発明の基礎となる電磁石装置を用いた開閉装置を示す正面断面図で、開閉器の接点が開いた開極状態を示しており、図2は、図1の開閉装置の開閉器の接点が閉じた閉極状態を示す正面断面図である。また、図3は、電磁石装置部の正面図、図4はその側面図である。なお、開閉器本体部として、真空バルブを用いた真空遮断器を例に説明するが、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、図1,2により、電磁石装置を用いた開閉装置の全体構成から説明する。
更に、駆動軸9が開極側プレート13及び閉極側プレート14を貫通する部分には、駆動軸9の軸受15a,15bが、それぞれ固定されている。
固定鉄心7及び可動鉄心8は、薄板を積層して構成されている。図1に示すように、固定鉄心7の形状は、軸線方向に対して直交方向に延びる横鉄心部7aと、横鉄心部7aの両端部から軸線方向に延びる縦鉄心部7bと、縦鉄心部7bから軸線に向かって延びる永久磁石固定部7cとを有しており、横鉄心部7aの中央には、駆動軸9が隙間を有して貫通可能な開口穴7dが形成されている(図5参照)。
固定鉄心7の縦鉄心部7bは、その板面の両側、すなわち積層方向の両面から支柱12で挟まれて支柱12に締め付けて固定されている。詳細は後述するが、縦鉄心部7bには支柱12に高精度で位置決めされたピン穴が加工されており、ピン17で固定され、更に、積層方向へ通された複数のボルト穴にボルト18を挿通し、ナット(図示せず)によって締結されて支柱12と一体となっている。
なお、固定鉄心7、可動鉄心8の材料としては、透磁率の高い磁性材料であればよく、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。
また、駆動軸9の材料としては、透磁率の低い材料(低磁性材料)、例えばステンレス等が用いられている。
電磁石装置4は、板状の支持部材19に取付支柱20を介して支持されている。通常、真空バルブ3は、周辺部の絶縁耐圧を確保するための絶縁ガス(例えばSF6ガス、ドライエアなど)を封じた容器(図示せず)に収容されている。このため、上記の支持部材19は、例えば、その容器の蓋体であり、この蓋体からなる支持部材19に取付支柱20を立設し、取付支柱20に電磁石装置4の閉極側プレート14がボルト締め等で固定されている。但し、支持部材19はこれに限定するものではなく、例えば配電盤の支持板であっても良い。
なお、図1,図2では、電磁石装置4の軸線と、真空バルブの軸線とを一直線に合わせたものを示しているが、連結装置5部にレバー等を介在させて方向を変換した構成でも良い。
固定鉄心7の縦鉄心部7bは、先に説明したように、その両面から支柱12で挟まれて支柱12に締め付けて固定されている。この固定は、縦鉄心部7bと支柱12に高精度で位置決めされたピン穴が加工されており、ピン17で固定することで、固定鉄心7と支柱12の位置関係は高精度に維持され、更に、積層方向へ通された複数のボルト穴にボルト18を挿通し、ナット(図示せず)によって締結されている。
一方、図5(b)に示すように、閉極側プレート14には、中央部に駆動軸9の軸受け15bが取り付けられる軸受取付穴14aと、周辺部に支柱12を取り付けるための複数の(ここでは4個の)支柱取付穴が形成されている。
支柱取付穴のうち、固定鉄心7の積層方向の一方の面に取り付けられる支柱12の支柱取付穴14bは、軸受取付穴14aを基準に所定の寸法で位置決めされて高精度に加工されて形成されている。これに対し、他方の面に取り付けられる支柱12の支柱取付穴14cは、固定鉄心7の積層方向の厚みの寸法公差内で取付位置が変動しても取付可能な大きさに形成されている。
なお、開極側プレート13と支柱12の関係も同様の構成となっている。
これにより、組立時の積層方向の薄板の板厚のばらつきによって固定鉄心7,可動鉄心8の寸法が変化した場合でも精度良く組み付けられる。
固定鉄心7の開口穴7dは、閉極側プレート14の軸受取付穴14aに対して裕度をもった大きさで開口しているため、駆動軸9が開口穴7dと干渉することはない。
更に、支柱12は機械加工によって両端の加工面とねじ穴12a及び側面のピン穴とボルト穴の位置を高精度に加工できるため、支柱12の両端に開極側プレート13及び閉極側プレート14を精度良く配置できる。
図示のように、固定鉄心7と可動鉄心8は積層方向に対して中心が合っていない場合でも、所定の公差内であれば上述のように電磁石装置を精度良く組み立てることができる。
ここで、固定鉄心7と可動鉄心8の積層方向の幅寸法は、同方向に見た永久磁石11の幅より大きくしている。そして、積層方向の幅寸法は、大きい順に、固定鉄心7、可動鉄心8、永久磁石11としている。
これにより、永久磁石11と固定鉄心7と可動鉄心8の間に積層方向の位置ずれが発生した場合においても、図6に示すとおり、永久磁石11の固定鉄心7側の面および可動鉄心8側の面それぞれが全面で対向できるようになっており、永久磁石11で発生する磁束が効率よく固定鉄心7と可動鉄心8を通過できるようになっている。
図1に示すように、可動接点2が固定接点1から離れた開極状態にあるときは、可動鉄心8は開極ばね6の付勢力で後退位置にある。電磁コイル10へ通電されると、可動鉄心8が固定鉄心7に吸引され、開極ばね6の荷重に逆らって、後退位置から前進位置に向かって変位する。これにより、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、可動鉄心8は、さらに変位して基幹部8aが固定鉄心7の横鉄心部7aに当接し、前進位置に達する。これにより、接圧ばね26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2に示すような状態となる。
可動鉄心8の前進位置の保持を解除するときには、閉極動作時と逆方向へ電磁コイル10への通電が行われる。これにより可動鉄心8と固定鉄心7の間の吸引力が低下し、開極ばね6及び接圧ばね26の各荷重によって、可動鉄心8は後退位置へ移動する。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。
この後、可動鉄心8の後退位置に向かう変位が進むと、外れ止め板25がばね枠24に係合される。これにより、可動接点2は固定接点1から離れる方向に変位する。可動鉄心8が更に変位して開極側プレート13に当接して密着し、後退位置に達すると、開極動作が完了し、図1に示す状態となる。
開閉装置の定格電圧によって、真空バルブ3の開極時の可動接点2と固定接点1の間の距離が異なる。一般的に、定格電圧が低くなれば接点間距離が短くなる。可動接点の操作力も小さくて済むことになる。
このような電磁石装置4であれば、支柱12の長さを短くするだけで、可動鉄心8の変位量、すなわち可動鉄心8の前進位置から後退位置までの距離を容易に短縮できる。また、可動鉄心8及び固定鉄心7の積層枚数を少なくするだけで、電磁石装置4で発生する操作力を小さくできる。各鉄心を構成する薄板の形状は同じでよいので、容易に電磁力の調整が可能である。
図9は、この発明の実施の形態1による電磁石装置の正面断面図であり、図10はその側面図である。また、図11は、図9の要部斜視図である。電磁石装置を用いた開閉装置の構成は、図1、図2と同様なので図示及び説明は省略し、以下では、相違点を中心に説明する。
電磁石装置は定格によって、永久磁石で発生する吸引保持力の調整を固定鉄心部で行う場合がある。初期投資を抑制するために、固定鉄心については、上述したように、複数定格において固定鉄心を構成する薄板の形状を統一することが望ましい。
薄板形状を統一した状態で、吸引保持力の調整を行う構成として、例えば、固定鉄心に直接、定格に応じた大きさの磁性部材を取り付ける方法がある。しかしながら、積層した固定鉄心の一部に磁性部材を取り付ける構成では、固定鉄心の薄板に取付穴を設けて固定する等の措置が必要となり、固定方法が煩雑になるという問題があった。
図12(a)は、保持力調整部材29周辺部の拡大図であり、図12(b)は同じ部分の保持力調整部材29が無い場合を比較例として示したものである。
図12(a)において、永久磁石11から出た磁束は、図中に破線で示すような経路を通る。この時、保持力調整部材29が有る場合には、保持力調整部材29が磁性体のため、その分だけ磁束の経路の幅d1が大きくなる。一方、図12(b)に示すように、保持力調整部材29が無い場合には、磁束の経路がd2の幅となり、図12(a)に示すd1より狭くなっている。
但し、設計条件が異なる場合は、別の現象が発生する。磁束を通過する経路の幅が、磁束が非飽和の領域で使用している場合、永久磁石で発生する磁束φは略一定であり、φ=B・S(B:磁束密度、S:磁束が通過する面積)となる。永久磁石の磁力によって発生する荷重Fは、B2・SのBをφで置き換えると、φ2/Sとなる。すなわち、磁束が通過する面積が増加すると荷重Fが減少し保持力が弱くなることになる。
以上のように、設計条件によって、保持力調整部材29の効果が変わる。
また、形状の違う保持力調整部材を複数個用意しておき形状を変化させることで、保持力の微調整が容易に可能となる。
図13は、この発明の実施の形態2である電磁石装置の側面図である。電磁石装置を用いた開閉装置の構成は、図1、図2と同様である。なお、実施の形態1と同等部分は、説明を省略し、以下では相違点部分を中心に説明する。
開閉装置の操作装置には、定期点検時等において、閉極防止手段や開極防止手段が必要となる。そこで、この実施の形態2の電磁石装置は、その防止手段を備えたものである。
3a:絶縁容器、 3b:可動電極棒、 4:電磁石装置、 5:連結装置、
6:開極ばね(付勢体)、 7:固定鉄心、 7a:横鉄心部、
7b:縦鉄心部、 7c:永久磁石固定部、 7d:開口穴、 8:可動鉄心、
8a:基幹部、 8b:分岐部、 9:駆動軸、 10:電磁コイル、
11,27:永久磁石、 12:支柱、 12a:ねじ穴、
13:開極側プレート、 14:閉極側プレート、 14a:軸受取付穴、
14b,14c:支柱取付穴、 15a,15b:軸受け、 16:ばね受け、
17,32:ピン、 18,31,33:ボルト、 19:支持部材、
20:取付支柱、 21:絶縁ロッド、 21a:連結ロッド、
22:接圧装置、 23:ベローズ、 24:ばね枠、
25:外れ止め板、 26:接圧ばね、 28:渡り鉄心、
29:保持力調整部材、 30:支持部材、 34a:閉極防止ピン、
34b,35:開極防止ピン、 36:補助接点、 37:連結機構
Claims (4)
- 固定鉄心と、中央部に駆動軸が固着されて前記固定鉄心に対向配置され、前記固定鉄心から離れた後退位置と前記固定鉄心に接近した前進位置との間で前記駆動軸の軸線方向に変位可能な可動鉄心と、前記固定鉄心に設けられた電磁コイルと、前記可動鉄心を前記前進位置で保持する永久磁石と、前記固定鉄心の両側面に、前記軸線方向に並行に設けられて前記固定鉄心を支持する複数の支柱と、前記支柱の長手方向の前記可動鉄心側の一端部に設けられ、前記駆動軸が貫通支持された開極側プレートと、前記支柱の長手方向の他端部に設けられ、前記駆動軸が貫通支持された閉極側プレートと、を有し、
前記可動鉄心の前記前進位置は前記固定鉄心で規制され、前記後退位置は前記開極側プレートで規制されるとともに、
前記永久磁石の近傍に前記永久磁石の保持力を調整する保持力調整部材を配置したことを特徴とする電磁石装置。 - 請求項1記載の電磁石装置において、
前記保持力調整部材は、支持部材を介して前記支柱に取付けられていることを特徴とする電磁石装置。 - 請求項1または請求項2記載の電磁石装置において、
前記開極側プレート及び前記閉極側プレートは、貫通する前記駆動軸の軸受が取り付けられる軸受取付穴と前記支柱が取り付けられる支柱取付穴とを有し、
前記固定鉄心は薄板を積層して構成され、
前記固定鉄心を支持する前記複数の支柱のうち、前記固定鉄心の積層方向の一方の面に取り付けられる支柱の前記支柱取付穴は、前記軸受取付穴を基準に所定の寸法で位置決めされて形成され、他方の面に取り付けられる支柱の前記支柱取付穴は、前記固定鉄心の積層方向の厚みの寸法公差内で取付位置が変動しても取付可能な大きさに形成されていることを特徴とする電磁石装置。 - 請求項3に記載の電磁石装置において、
前記固定鉄心と前記可動鉄心と前記永久磁石のそれぞれの、前記積層方向と同方向の幅寸法は、前記永久磁石,前記可動鉄心,前記固定鉄心の順に大きく形成されていることを特徴とする電磁石装置。
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