JP2015509259A - 永久磁石を有する電磁アクチュエータおよびこのアクチュエータによって作動する機械的負荷遮断器 - Google Patents
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Abstract
Description
・駆動電流の出現に応答して、通常は、2000ニュートン−メートル(Nm)のレベルの大きな駆動トルクを生成する。
・数マイクロ秒のレベルの極めて短い立ち上がり時間によって、この駆動トルクを生成する。
・可能な最低限の慣性を有する。
・機械的スイッチ断路器の可動部品の数ミリメートルのレベルの相対的に小さな運動を生成する。
・通常は、その運用寿命における10000回のレベルの開放および閉鎖動作に対応した、同日付けで出願された本出願人の名義の上述の特許出願において記述および権利請求されているハイブリッド回路遮断器装置の高度な使用に対応する力および衝撃に耐える機械的強度を有する。
・その少なくとも一部分が、ディスクに直交する対称軸を規定するディスクを形成する少なくとも1つの平面を伴う回転対称性を有する第1基板内に形成され、かつ、前記第1基板の少なくとも前記ディスク上において可視状態にあるとともに一定の角度ピッチを伴ってその表面上において均一に分散した第1の一連の永久磁石を有する第1固定子部分であって、前記永久磁石のそれぞれは、その平面に対して直交する少なくとも1つの対称面を有する形状および前記ディスクに対して平行である平行な北および南磁極を有し、前記ディスクとの間の前記永久磁石の接触表面は、前記ディスクと同心状にある2つの同心円の間において内接しており、それぞれの磁石の前記対称面は、これらの同心円の半径に沿って方向付けられ、前記第1の一連の永久磁石のうちの2つの隣接する永久磁石は、反対の磁化方向を有する、第1固定子部分と、
・その少なくとも一部分が、ディスクに直交する対称軸を規定するディスクを形成する少なくとも1つの平面を伴う回転対称性を有する第2基板内に形成され、かつ、前記第2基板の少なくとも前記ディスク上において可視状態にあるとともに一定の角度ピッチを伴ってその表面上において均一に分散された第2の一連の永久磁石を有する第2固定子部分であって、前記永久磁石のそれぞれは、その平面に対して直交する少なくとも1つの対称面を有する形状および前記ディスクに対して平行である平行な北および南磁極を有し、前記ディスクとの間の前記永久磁石の接触表面は、前記ディスクと同心状にある2つの同心円の間において内接しており、それぞれの磁石の前記対称面は、これらの同心円の半径に沿って方向付けられ、前記第2の一連の永久磁石のうちの2つの隣接する永久磁石は、反対の磁化方向を有し、前記第2固定子部分は、前記第1固定子部分に対して平行に配設され、これにより、これらのディスクの前記対称軸が一致し、かつ、前記第1および第2固定子部分の間においてこのように構成される空隙内に強力な磁界を生成するように、前記第2の一連の永久磁石のうちの1つの磁石の1つの磁極が前記第1の一連の永久磁石のうちの1つの磁石の反対磁極と対向している、第2固定子部分と、
・前記第1および第2固定子部分の間の空隙内の重畳された回転子部分の少なくとも1つのペアであって、それぞれの回転子部分は、前記基板の前記平面に対して平行な平面内に配設された少なくとも1つの導電性材料層の少なくとも1つのトラックを有する電気絶縁性材料基板から形成され、前記トラックは、半径方向において、かつ、前記第1および第2固定子部分の間の空隙の厚さの方向に対して垂直に、前記永久磁石のもの以下である単位幅の駆動トラック部分と呼ばれる半径方向のトラック部分を有し、前記駆動トラック部分は、前記第1および第2の一連の永久磁石と同一の角度ピッチによって規則的に離隔しており、前記駆動トラック部分の数は、前記第1および第2固定子部分の前記磁石の数と等しい、重畳された回転子部分の少なくとも1つのペアと、
を備える。
・同一の回転子部分内の同一平面内の2つの隣接する駆動トラック部分は、相互の関係において反対方向に流れる電流が供給されるように適合されており、
・また、同一ペアの回転子部分の前記第1および第2回転子部分にそれぞれ属するとともに同一の磁石のペアによって生成された磁界が印加されるように重畳されている2つの駆動トラック部分は、反対方向に流れる電流が同時に供給されるように適合されており、この結果、すべての駆動トラックに電流が供給された際に、前記第1および第2固定子部分の間の空隙内において、前記第1および第2の一連の永久磁石によって生成された磁界内において前記電流によって生成されるローレンツ駆動力が、一方の回転子部分を同一のペアの他方の回転子部分とは反対の方向において空隙の厚さに対して垂直の軸に沿って運動させる。
・×は、平面XYに対して直交する到来電流の方向を示しており、
・点は、平面XYに対して直交する送出電流の方向を示しており、
・矢印は、回転子部分の運動の方向を示しており、かつ、
・破線は、永久磁石によって生成される磁束線を示している。
8.1,8.2 機械的要素
9 真空遮断器
10 第1基板
20 第2基板
74.1,74.2 リンク
90 可動接点
100,110,200,210 永久磁石
120,220 遮蔽体
300.1,300.2,300.3,300.4,301.1,301.2,301.3,301.4 導電性材料層
302 仕上げ層
A1,A2 永久磁石アクチュエータ
Claims (26)
- 永久磁石タイプの電磁アクチュエータ(A)であって、
・その少なくとも一部分が、ディスクに直交する対称軸を規定する前記ディスクを形成する少なくとも1つの平面を伴う回転対称性を有する第1基板(10)内に形成され、かつ、前記第1基板の少なくとも前記ディスク上において可視状態にあるとともに一定の角度ピッチによってその表面にわたって均一に分散した第1の一連の永久磁石(100、110)を有する第1固定子部分(1)であって、前記永久磁石のそれぞれは、その平面に対して直交する少なくとも1つの対称面を有する形状および前記ディスクに対して平行である平行な北および南磁極を有し、前記ディスクとの間の前記永久磁石の接触表面は、前記ディスクと同心状態にある2つの同心円の間において内接しており、それぞれの磁石の前記対称面は、これらの同心円の半径に沿って方向付けられており、前記第1の一連の永久磁石のうちの2つの隣接する永久磁石は、反対の磁化方向(100、110)を有する、第1固定子部分と、
・その少なくとも一部分が、ディスクに直交する対称軸を規定する前記ディスクを形成する少なくとも1つの平面を伴う回転対称性を有する第2基板(20)内に形成され、かつ、前記第2基板の少なくとも前記ディスク上において可視状態にあるとともに一定の角度ピッチによってその表面にわたって均一に分布した第2の一連の永久磁石(200、210)を有する第2固定子部分(2)であって、前記永久磁石のそれぞれは、その平面に対して直交する少なくとも1つの対称面を有する形状および前記ディスクに対して平行である平行な北および南磁極を有し、前記ディスクとの間の前記永久磁石の接触表面は、前記ディスクと同心状態にある2つの同心円の間において内接しており、それぞれの磁石の前記対称面は、これらの同心円の半径に沿って方向付けされており、前記第2の一連の永久磁石のうちの2つの隣接する永久磁石は、反対の磁化方向(210、200)を有し、前記第2固定子部分は、それらのディスクの前記対称軸が一致しており、かつ、前記第2の一連の永久磁石(210、200)のうちの1つの磁石の1つの磁極(SまたはN)が、前記第1の一連の永久磁石(100、110)のうちの1つの磁石の反対の磁極と対向するように、前記第1固定子部分と平行に配設されており、前記第1および第2固定子部分の間にこのように構成された空隙内に強力な磁界を生成する、第2固定子部分と、
・前記第1および第2固定子部分の間の前記空隙内の重畳された回転子部分(30i、31i)の少なくとも1つのペア(3i)であって、それぞれの回転子部分(30i、31i)は、前記基板の前記平面に対して平行な平面内に配設された少なくとも1つの導電性材料層(300.1、300.2、300.3、300.4、301.1、301.2、301.3、301.4)の少なくとも1つのトラック(4)を有する電気絶縁性材料基板から形成されており、前記トラックは、半径方向において、かつ、前記第1および第2固定子部分の間の前記空隙の厚さの方向に対して垂直に、前記永久磁石の幅以下である単位幅の駆動トラック部分と呼ばれる半径方向のトラック部分(300、301、311、310)を有し、前記駆動トラック部分は、前記第1および第2の一連の永久磁石と同一の角度ピッチによって規則的に離隔しており、前記駆動トラック部分の数は、前記第1および第2固定子部分の磁石の数と等しい、重畳された回転子部分の少なくとも1つのペアと、
を有し、
・前記同一の回転子部分(30iまたは31i)内の同一の平面内の2つの隣接する駆動トラック部分(300、301、311、310)は、反対方向に流れる電流が供給されるように適合されており、
・前記回転子部分の同一のペア(3i)の前記第1および第2回転子部分にそれぞれ属し、かつ、同一の磁石のペアによって生成される磁界が印加されるように重畳された2つの駆動トラック部分(300、311、301、310)もまた、反対方向に流れる電流が同時に供給されるように適合されており、すべての前記駆動トラック部分に電流が供給された際に、前記第1および第2固定子部分の間の前記空隙内において、前記第1および第2の一連の永久磁石によって生成される前記磁界内において前記電流によって生成されるローレンツ駆動力が、前記同一のペアの一方の回転子部分を前記空隙の厚さに垂直である軸に沿って他方の回転子部分とは反対の方向に運動させる、電磁アクチュエータ。 - 前記永久磁石は、前記永久磁石を支持している前記第1および第2基板上に直接的に配置されている、請求項1に記載の永久磁石アクチュエータ。
- 前記永久磁石は、前記第1および第2固定子部分の前記第1および第2基板内に生成された溝(1000、2000)にさらに挿入される、請求項2に記載の永久磁石アクチュエータ。
- 前記同一の固定子部分の2つの隣接する磁石(100、110、または210、200)の間に、非強磁性材料の遮蔽体(120、220))が挿入され、当該遮蔽体の厚さは、前記磁石の露出した表面と前記磁石に最も近接した前記回転子部分との間の機械的接触を防止するために十分なものになっている、請求項1から3のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
- 前記遮蔽体(120、220)は、接触状態にある前記固定子部分(10、20)に固定された単一の機械的部分の一部である、請求項4に記載の永久磁石アクチュエータ。
- 前記遮蔽体(120、220)は、電気絶縁性材料からなる、請求項4または5に記載の永久磁石アクチュエータ。
- 前記遮蔽体は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフルオロポリマーから製造される、請求項4から6のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
- それぞれの回転子部分(30i、31i、301、311、302、312、303、313、304、および314)は、単一のトラック(4)を有し、前記駆動トラックの半径方向部分(300、301)は、前記回転子部分が正面から観察された際に凹凸を形成する接線方向部分(3010)によって相互に接続されている、請求項1から7のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
- 回転子部分は、多層印刷回路から製造され、トラック(4)は、同一の方向に流れる電流が供給されるように適合された偶数の重畳された導電性材料層(300.1、300.2、300.3、300.4、または301.1、301.2、301.3、301.4)によって構成されている、請求項1から8のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
- 前記重畳された導電性材料層の数は、4に等しい、請求項9に記載の永久磁石アクチュエータ。
- 回転子部分(30i)の前記基板は、プリプレグ材(pre-impregnated)であり、前記1つまたは複数の導電性材料層(300.1、300.2、300.3、300.4、または301.1、301.2、301.3、301.4)は、銅からなり、かつ、電気絶縁性材料の仕上げ層(302)によってカバーされている、請求項1から10のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
- 前記第1固定子部分(10)と前記第2固定子部分(20)との間の前記空隙内の重畳された回転子部分(301、311、302、312、303、313、304、および314)の少なくとも2つの別個のペア(31、32、33、34)を有する、請求項1から11のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
- 2つの別個のペアに属する2つの重畳された回転子部分は、すべての前記トラックに電流が供給された際に同一の方向に運動するように適合されている、請求項12に記載の永久磁石アクチュエータ。
- 2つの別個のペアに属する2つの重畳された回転子部分は、すべての前記トラックに電流が供給された際に相互の関係において反対方向に運動するように適合されている、請求項12に記載の永久磁石アクチュエータ。
- 前記回転子部分の前記トラックのすべてに、電気的に直列で、同一の電流が供給される、請求項1から14のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
- 回転子部分の間の電気接続は、曲がり易い導電性ワイヤによって実現されている、請求項15に記載の永久磁石アクチュエータ。
- 前記永久磁石を支持している前記基板は、強磁性材料からなる、請求項1から16のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
- 一連のそれぞれの固定子部分内に、偶数の永久磁石が存在している、請求項1から17のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
- 請求項1から18のいずれか一項に記載の少なくとも2つの重畳された永久磁石アクチュエータ(A1、A2)を有するアクチュエータの組であって、
前記2つのアクチュエータのうちの一方のアクチュエータの前記第2固定子部分は、中間固定子部分と呼ばれる前記2つのアクチュエータのうちの他方のアクチュエータの前記第1固定子部分をも構成しており、前記中間固定子部分(12)は、前記同一の基板の一面上において可視状態にあるそれぞれの磁極を有する同一の一連の永久磁石を有する、アクチュエータの組。 - 前記回転子部分の前記トラックのすべてに、電気的に直列に、同一の電流Iが供給される、請求項19に記載のアクチュエータの組(A1、A2)。
- 回転子部分の間の電気接続は、曲がり易い導電性ワイヤ(5)によって実現されている、請求項19または20に記載のアクチュエータの組(A1、A2)。
- 前記2つのアクチュエータの前記回転子部分(301、302、303、304、311、312、313、および314)のすべては、同一の回転方向に運動するように適合されており、かつ、それぞれが接続フランジを構成する剛性フランジ(7)により、その周囲において、機械的に接続されている、請求項19から21のいずれか一項に記載のアクチュエータの組(A1、A2)。
- 2つの隣接する剛性フランジ(7d、7g)は、相互の関係において反対の回転方向に運動するように適合された回転子ディスクに結合されており、前記2つのフランジのそれぞれは、少なくとも1つのリンク(74.1、74.2)に機械的に接続されており、前記2つのリンクのそれぞれは、前記同一の機械的要素(8.1、8.2)に機械的に接続されており、反対方向における前記回転子ディスクの回転運動が前記機械的要素(8.1、8.2)の平行運動を生成する、請求項22に記載のアクチュエータの組(A1、A2)。
- 前記2つの隣接するフランジ(7d、7g)のそれぞれは、それ自体がそれぞれ別個の機械的要素(8.1、8.2)に機械的に接続された2つのリンク(74.1、74.2)に機械的に接続されており、反対の回転方向における前記回転子ディスクの回転運動が相互の関係において反対の平行運動方向における前記2つの別個の機械的要素の平行運動を生成する、請求項23に記載のアクチュエータの組(A1、A2)。
- 電流を遮断/停止するように適合された電気スイッチギヤであって、
請求項23または24に記載のアクチュエータの少なくとも1つの組を有し、
機械的要素(8.1、8.2)が真空遮断器(9)の可動接点(90)に固定されている、電気スイッチギヤ。 - 高電圧の直流を遮断するためのメカトロニクス回路遮断器装置の一部としての請求項25に記載の電気スイッチギヤの使用法。
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