JP4223657B2 - 開閉器の回転型操作機構 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遮断器や断路器等の開閉器の回転型操作機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、真空遮断器などの開閉器を開閉する操作機構としては、予めモータによってばねにエネルギを蓄積しておき、機械式キャッチを外してばねのエネルギを解放して動作を開始させる、いわゆる機械式が主流であった。これに対し、近年、永久磁石と電磁コイルを併用した電磁アクチュエータ方式が遮断器の開閉操作機構として採用されつつある。
【０００３】
真空遮断器に適用された代表的な電磁アクチュエータ方式の操作機構の構成と動作を図１４を用いて説明する。同図では１相分の真空バルブを駆動する構成を描いてあるが、３相分を一括して操作する場合も同様である。なお、以下では永久磁石の作る磁路を破線で示し、電磁コイルの作る磁路を実線で示す。図１４（ａ）に示したように、固定鉄心８３の中心部に可動鉄心８４がその軸方向に直線運動可能に配設され、固定鉄心８３と可動鉄心８４の間に半径方向に着磁された永久磁石８５があり、可動鉄心８４を取り囲むように２個の電磁コイル８６ａ，８６ｂが配置されている。可動鉄心８４は可動軸８８を経由して図示しない真空遮断器の真空バルブに連結されており、その可動鉄心８４と真空バルブ接点の間には、閉状態で接点に一定の圧縮力を作用させるためにワイプばね８９が配設されている。
【０００４】
図１４（ａ）は遮断器の遮断状態（電流ゼロ）であり、破線で示した磁路が形成されて可動鉄心８４が下部吸着面８７ａに吸着され、真空遮断器の接点の開状態を維持している。投入電磁コイル８６ｂが励磁されると、図１４（ｂ）に示したように、実線の磁路が形成され、破線の磁路に加算される結果、下部吸着面８７ａでの吸引力が低下し、上部吸着面８７ｂでの吸引力が増す。その結果、可動鉄心８４は上方に吸引され、接点の投入動作を開始する。図１４（ｃ）は投入直前の状態であり、この状態では永久磁石８５の磁路が切り替わり、投入電磁コイル８６ｂの磁路と磁束が強め合うようになるため、上方への吸引力が永久磁石８５単体の場合よりも大きくなり、ワイプばね８９を圧縮しながら投入動作が完了する。投入後は永久磁石８５の吸引力がばね力以上になるように設計されており、可動鉄心８４が上部吸着面８７ｂで吸着して電流ゼロの閉状態を維持する。
【０００５】
図１５は、上述の投入動作における可動鉄心８４に作用する吸引力（上方への吸引力を正と表示）とストローク（ギャップ）との関係を示したもので、破線は永久磁石８５のみでの吸引力、実線は投入電磁コイル８６ｂを投入方向に励磁した場合の吸引力の合計である。また一点鎖線はワイプばね８９のばね力で、下方に反発する力を符号を反転して描いたものである。遮断状態はＡ点で示され、可動鉄心８４は下方に吸引されている。投入電磁コイル８６ｂの励磁によって可動鉄心８４には合力として上方への吸引力が作用し、ワイプばね８９の圧縮力以上の吸引力で投入動作が完了し（Ｂ点）、電流ゼロの投入状態ではＣ点で示す永久磁石８５の吸引力のみで、Ｄ点で示すばね力に打ち勝って真空バルブの閉状態を維持している。
【０００６】
遮断動作における磁路の変化は上述した投入動作の磁路の逆であるが、予め圧縮されたばね力によって可動鉄心８４が下方に加速されるために、高速な遮断動作が可能となる。図１４では、２個の電磁コイル８６ａ，８６ｂを遮断用と投入用に使い分ける例で説明したが、２個を直列接続として、遮断と投入とで励磁方向を逆転しても同じ動作が可能である。
【０００７】
この電磁アクチュエータ方式の優れた点は２点あり、第１の点は「双安定型」と呼ばれる特性で、上述のように、遮断器の「開位置」「閉位置」を永久磁石の吸引力で維持するため特別の固定機構が不要であり、また部品点数が少ないため、機械式に比べて安価で長寿命であるなど大きな長所を持っている。第２の点は、永久磁石の吸引力を減じる方向に電磁コイルを励磁して運動を開始した後、運動終点では永久磁石の吸引力を強める方向に磁路が切り替わる点である。この特性のために運動終点近傍にてばねを変形させることができるのである。以下では第２の特性を「吸引力の減増切り替え」と呼ぶ。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電磁アクチュエータ方式の操作機構では、永久磁石や電磁石の吸引力は磁極間のギャップが大きくなると急激に低下する傾向があり、このため、電磁アクチュエータ方式の操作機構は適用範囲が小さく、開閉するギャップ距離で２０ｍｍ程度が限界であり、長ストローク化が難しいという問題があった。また、図１４の構成例では可動鉄心は直線運動を基本としているが、遮断器全体の構成としては、必ずしも操作機構の駆動軸と真空バルブ軸とが直結される場合のみではない。スイッチギヤのレイアウト上、例えば、電磁アクチュエータの操作軸と遮断器の操作軸とを回転レバーで結合して電磁アクチュエータの直線運動を一度回転運動に変換した後、真空バルブを開閉する場合もあり、また接点を回転運動で入り切りする断路器もあり、回転運動が可能な操作機構が望まれていた。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、コンパクトで単純な構成で、回転運動により接点の開、閉を行うことが可能な広い応用範囲、双安定型特性、永久磁石の吸引力減増切り替え特性、長ストロークの開、閉操作性、高信頼性、省電力性、高速応答性及び大きな保持力を持つ開閉器の回転型操作機構を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、固定鉄心と、この固定鉄心に対し開閉器の開、閉に対応した両端位置間の一定範囲のみに回転が制限された回転鉄心と、この回転鉄心の前記両端位置への回転でばね力が蓄積される各ばね手段と、前記回転鉄心が前記両端の各位置まで回転したとき前記固定鉄心及び回転鉄心を通る閉磁路を形成し前記ばね手段のばね力を超える吸引力により前記回転鉄心を前記両端の各位置に保持する永久磁石と、励磁により前記回転鉄心が前記両端のうちの何れか一端位置に保持されているときには前記永久磁石の磁路と逆方向の磁路を形成して前記永久磁石による吸引力を前記ばね手段のばね力以下に弱め、前記回転鉄心が他端位置に回転したときには前記永久磁石の磁路と同方向の磁路を形成する電磁コイルとを有することを要旨とする。この構成により、回転鉄心の両端位置への回転を開閉器の開、閉に対応させることで、回転運動で接点の開、閉を行う断路器等にも適用することが可能となる。また、この両端位置では、永久磁石の吸引力のみで開位置あるいは閉位置が保持される双安定型特性が得られる。ばね手段には、回転鉄心の回転エネルギがばね力に変換されて蓄積される。これにより、動作終端での回転鉄心と固定鉄心との衝突を避けることが可能となり、かつ蓄積されたばね力は次の回転起動時の駆動力として利用される。即ち、動作開始時点で電磁コイルを励磁することで、その磁束が永久磁石の磁力を弱める方向に作用し、ばね力で回転鉄心の回転が起動する。電磁コイルの磁束は、回転鉄心の動作終端近くでは逆に永久磁石の磁力を強める方向に作用してばね手段の圧縮を助ける。この電磁コイルによる永久磁石の吸引力減増特性と回転鉄心のフライホイール効果とで長ストロークの開、閉操作が可能となる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記固定鉄心は、各頂点部に前記永久磁石により相隣る同士間で極性が反転する磁極が形成された偶数個の腕部と前記電磁コイルが巻回された偶数個の腕部とを交互に放射状に形成し、前記回転鉄心は、前記固定鉄心の外周部に略環状に形成してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項１記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに回転角が小さく大容量の回転トルクが必要な開閉器に好適な操作機構が得られる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記固定鉄心は略十字型に形成し、前記回転鉄心は前記固定鉄心の外周部に略環状に形成し、前記略十字型の固定鉄心における対向する腕部の各頂点部に前記永久磁石による磁極をそれぞれ反対称に形成し、他の対向する各腕部周りに前記電磁コイルをそれぞれ配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項１記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに全体としてコンパクトで単純な構成の操作機構を実現することが可能となる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記回転鉄心は略十字型に形成し、前記固定鉄心は前記回転鉄心の外周部に略環状に形成し、前記略十字型の回転鉄心における対向する腕部の各頂点部に対応した前記固定鉄心側に前記永久磁石による磁極をそれぞれ反対称に形成し、他の対向する各腕部の周囲部に前記電磁コイルをそれぞれ配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項３記載の発明の作用と略同様な作用が得られる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、上記請求項３又は４記載の開閉器の回転型操作機構において、前記電磁コイルは、前記開閉器の開路用と閉路用とに対応した各別の電磁コイルとしてなることを要旨とする。この構成により、投入直後の遮断動作に対応することができ、高速動作の必要な遮断器に適した操作機構を実現することが可能となる。
【００１５】
請求項６記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記固定鉄心は、中央部に前記永久磁石による磁極を持ち、その両側部に前記電磁コイルを設けた鉄心単位を円周状に配置して構成し、前記回転鉄心は、前記固定鉄心の内側に配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項１記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに固定鉄心の両側部に設けた電磁コイルを開閉器の遮断用と投入用とに使い分けることで、投入直後の遮断動作に対応することができ、高速動作の必要な遮断器に適した操作機構を実現することが可能となる。
【００１６】
請求項７記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記回転鉄心は、その一端部と他端部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に２面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における一端部及び他端部の各回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記回転鉄心周りに配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項１記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに開閉器の開、閉に対応した回転鉄心の回転両端位置において、その回転鉄心が固定鉄心に２面で吸着されることで吸着力が倍になり、大きな保持力が得られる。
【００１７】
請求項８記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記回転鉄心は、その一端部と他端部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に２面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における一端部及び他端部の各回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記各永久磁石が配置された各固定鉄心側部分以外の各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項７記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに電磁コイルの配置スペースの自由度を大きくすることが可能となる。
【００１８】
請求項９記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記回転鉄心は、その一端部と他端部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に２面で吸着され、前記電磁コイルは前記回転鉄心における一端部及び他端部の各回動範囲に対応した各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置し、前記永久磁石は前記各電磁コイルが配置された各固定鉄心部分以外の各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項７記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに電磁コイルに比べて一般に小形な永久磁石を、回転鉄心の回動範囲以外の固定鉄心側部分に配置することで回転角度の大きな操作機構を実現することが可能となる。
【００１９】
請求項１０記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記回転鉄心は偶数個の腕部を有し、この各腕部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に偶数個の面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記回転鉄心における各腕部周りに配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項７記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに回転角が小さく大容量の回転トルクが必要な開閉器に好適な操作機構が得られる。
【００２０】
請求項１１記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記回転鉄心は偶数個の腕部を有し、この各腕部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に偶数個の面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記各永久磁石が配置された各固定鉄心側部分以外の各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項１０記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに電磁コイルの配置スペースの自由度を大きくすることが可能となる。
【００２１】
請求項１２記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記回転鉄心は偶数個の腕部を有し、この各腕部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に偶数個の面で吸着され、前記電磁コイルは前記回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置し、前記永久磁石は前記各電磁コイルが配置された各固定鉄心部分以外の各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項１０記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに電磁コイルに比べて一般に小形な永久磁石を、回転鉄心の回動範囲以外の固定鉄心側部分に配置することで回転角度の大きな操作機構を実現することが可能となる。
【００２２】
請求項１３記載の発明は、上記請求項１乃至１２の何れかに記載の開閉器の回転型操作機構において、前記永久磁石及び電磁コイルによる各磁路は、前記回転鉄心の回転平面上に形成することを要旨とする。この構成により、操作機構全体として薄型に設計することが可能となり、全体構成の省スペース化が可能となる。
【００２３】
請求項１４記載の発明は、上記請求項１乃至１３の何れかに記載の開閉器の回転型操作機構において、前記回転鉄心と一体で回転する可動体を設けてなることを要旨とする。この構成により、回転鉄心は最適の磁路構成となることを優先して設計するのが基本であるため、それだけではフライホイール効果を発揮させるための慣性モーメントが不足する場合がある。このような場合に、回転鉄心と一体で回転する可動体による十分な慣性モーメントで確実に摩擦力に打ち勝つフライホイール効果が得られて長ストロークの開、閉操作が可能となる。
【００２４】
請求項１５記載の発明は、上記請求項１乃至１４の何れかに記載の開閉器の回転型操作機構において、前記固定鉄心あるいは回転鉄心の少なくとも何れか一方は、珪素鋼板を当該回転鉄心の回転軸方向に積層して構成してなることを要旨とする。この構成により、渦電流が低減して、永久磁石や電磁コイルによる吸引力が増加する。
【００２５】
請求項１６記載の発明は、上記請求項１乃至１５の何れかに記載の開閉器の回転型操作機構において、珪素鋼板を前記回転鉄心の回転軸方向に積層して構成した前記固定鉄心あるいは回転鉄心と前記電磁コイルとを一体に樹脂モールドして構成してなることを要旨とする。この構成により、製造工程が短縮されるとともに、電磁コイル自体が回転する構成にしても損傷のおそれがなく、高信頼性でコンパクトな操作機構が実現される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１乃至図３は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。図１の（ａ），（ｂ），（ｃ）は磁気回路の構成を説明するためのものでケーシングを取り外した状態の回転型操作機構の側面図、図２はケーシングを含めた図１（ａ）のＸ1 −Ｘ1 線相当の断面図、図３は本回転型操作機構を遮断器に適用する場合の回転型操作機構と遮断器の可動軸との係合形態を示すもので、図２のＹ1 矢印方向からみた図である。
【００２８】
まず、回転型操作機構１０Ａの構成を説明する。図１（ａ）に示すように、外周部分に固定鉄心１が配置され、その内側に２箇所の切り欠き部２ａを持つ回転鉄心２が、シャフト３に取り付けられて配置されている。固定鉄心１は円周方向２箇所に突起部分１ａが内側に対向して形成されており、この各突起部分１ａの周りに電磁コイル４が配置されている。回転鉄心２は、固定鉄心１の突起部分１ａと回転鉄心２の切り欠き部２ａとの係合により一定角度範囲のみに回転が制限されている。また、両突起部分１ａを結ぶ線に対し略直交する方向の（図では上下位置）固定鉄心１側に回転鉄心２との間に僅かな空隙を設けられて永久磁石５が２個配置され、固定鉄心１側に磁極を形成している。この磁極は図示のように、回転型操作機構１０Ａの回転中心に対して（図では上下で）反対称な構成になっている。図２に示すように、回転鉄心２はシャフト３に固定されており、固定鉄心１は非磁性体製のケーシング８により保持され、このケーシング８部分にシャフト３が回転可能に保持されている。シャフト３の先端部分にはレバー９が固定されており、このレバー９を介して回転力を開閉装置に伝達する。図３に示すように、レバー９と遮断器の可動軸１３は連結ピン１４で連結されている。遮断器の可動軸１３は上下方向に図中に示した可動範囲内で運動が可能で、可動軸１３側のフランジ部分１３ａとケーシング８に固定された台座１５との間にばね（ばね手段）１６が設けられており、遮断動作の終点近くでフランジ部分１３ａがばね１６を圧縮する構成になっている。この可動軸１３の上方には図示しない真空バルブが連結され、投入状態では図示しないワイプばね（ばね手段）を圧縮して遮断器接点の投入状態を維持する。
【００２９】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ａの作用を説明する。図１（ａ）は、回転鉄心２が回転可能範囲の一端に吸引されている状態であり、これを遮断器の投入状態とする。この状態での磁気回路状態は図に破線で示すようになっており、上部の磁極からの磁路は、左側のギャップ７ａによる磁気抵抗が大きいため、図示したように右側に回り、下側の磁極からの磁路は右側のギャップ７ｂの磁気抵抗が大きいため、図示したように左側に回り、それぞれ閉じた磁気回路を構成して回転鉄心２を吸着面６ｂで時計回りに吸引し、前述のワイプばねをシャフト３を介して圧縮している。
【００３０】
図１（ｂ）は、遮断動作開始時の状態であり、固定鉄心１の突起部分１ａが図示した磁極となる方向に電磁コイル４を励磁する。すると、図の左側の電磁コイル４による磁路は、磁気抵抗の小さい下方に実線で記した方向に回り込む磁気回路を形成し、右側の電磁コイル４による磁路は、磁気抵抗の小さい上方に実線で記した方向に回り込む磁気回路を形成する結果、永久磁石５の磁束を弱める方向に作用する。この結果、吸着面６ｂでの回転鉄心２に作用する吸引トルクが低下し、ワイプばねの反力によるトルク以下になると、回転鉄心２は反時計回りに回転を始め、遮断動作を開始する。回転途中では磁気による吸引トルクは低下するが、回転鉄心２のフライホイール効果により、途中の摩擦力に打ち勝って回転範囲の終端に向かって回転運動が継続される。
【００３１】
図１（ｃ）は、遮断動作完了直前の状態であり、この状態では回転鉄心２の回転により永久磁石５の作る磁気回路は、図１（ａ）で示したものから切り替わっている。電磁コイル４の作る磁気回路も同様に切り替わるが、図１（ｃ）の状態では破線の磁束と実線の磁束が強め合う方向に作用し合い、その結果、回転範囲の終端では反時計回りの回転トルクが増加する。そして、回転鉄心２の回転エネルギが加わる結果、レバー９上方に設けられたばね１６を圧縮して、遮断動作が完了する。この状態では永久磁石５単独での反時計回りの回転トルクがばね１６の反力によるトルクを上回るように設計してあり、永久磁石５単独での吸引力で回転鉄心２が吸着面６ａで吸着され、遮断状態が維持される。なお、投入動作の場合は、電磁コイル４への励磁方向を逆転させることにより、上記の逆の動作として実現される。
【００３２】
本実施の形態の効果を説明する。上述した動作における回転鉄心２に作用する回転トルクと回転角の関係は、図１５に示したものと同様であり、回転範囲の両側では永久磁石５のみの磁力で開位置あるいは閉位置が保持される双安定型になっている。また、動作開始時点で永久磁石５の磁力を弱める方向に励磁された電磁コイル４の磁束は、動作の終点近くでは逆に永久磁石５の磁力を強める方向に作用する吸引力減増特性を持ち、終点近くでのばね１６の圧縮を助ける作用をする。非常に簡単な構成ながら、この磁気特性と回転鉄心２のフライホイール効果とで、長ストロークの駆動が可能であり、また、終点近くでは、ばね１６を変形させて運動エネルギの一部を次の動作用に蓄積するとともに、固定鉄心１と回転鉄心２の吸着面での衝突を緩和する。これにより、励磁電流を小さく抑制することができるとともに、固定鉄心１と回転鉄心２との衝突による部品の損傷を軽減して信頼性の高い回転型操作機構を実現することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態では全ての磁路を回転平面上に構成してあるため機構全体を薄型に設計することが可能であるとともに、図２に示したように、回転鉄心２あるいは固定鉄心１を珪素鋼板１７を回転軸方向に積層して構成すれば、渦電流による影響が低減されてより高速応答が可能な操作機構が実現できる。また、本実施の形態では、ケーシング８の外側にばね１６を配置する構成で説明したが、渦巻きばねのような形態で、ケーシング８の内部に配置する構成も可能である。
【００３４】
図４の（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明の第２の実施の形態を示す。なお、回転型操作機構全体の基本構成は前記第１の実施の形態と略同様であるので、本実施の形態以降第５の実施の形態では、固定鉄心、回転鉄心、永久磁石及び電磁コイルのみの構成で、磁気回路とその作用、効果を説明する。
【００３５】
まず、回転型操作機構１０Ｂの構成を説明する。図４（ａ）において、略十字型の固定鉄心１１が回転型操作機構１０Ｂの中心部に配置され、外周部に２箇所の切り欠き部１２ａを持つ回転鉄心１２が配置されている。固定鉄心１１における４頂点のうち、相対する２頂点部分に永久磁石５による磁極を有しており、それらは図示したように、回転中心に対して反対称に構成されている。また磁極部分と外側の回転鉄心１２部分とは微少な空隙が設けられている。回転鉄心１２は切り欠き部１２ａで固定鉄心１１と係合し、一定角度範囲で回転可能に運動が制限されている。また固定鉄心１１の磁極を持たない側の２本の腕部１１ａ周りには電磁コイル４が配置されている。
【００３６】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ｂの作用を説明する。図４（ａ）を投入状態とすると、切り欠き部１２ａの磁気抵抗が大きいため、図に破線で示す永久磁石５の磁気回路が形成され、回転鉄心１２は時計回りに吸引されている。次に、図４（ｂ）に示すように、固定鉄心１１の腕部１１ａ部分を図示した磁極となる方向に電磁コイル４を励磁すると、電磁コイル４による磁路は、磁気抵抗の小さい側に、実線で記した方向に回り込む磁気回路を形成し、永久磁石５の磁束を弱める方向に作用する。この結果、吸着面６ｂでの回転鉄心１２に作用する吸引トルクが低下し、ワイプばねの反力によるトルク以下になると、回転鉄心１２は反時計回りに回転を始め、遮断動作を開始する。回転途中では磁気による吸引トルクは低下するが、回転鉄心１２のフライホイール効果により、途中の摩擦力に打ち勝って回転範囲の終端に向かって回転運動が継続される。
【００３７】
図４（ｃ）は、遮断動作完了直前の状態であり、この状態では回転鉄心１２の回転により永久磁石５の作る磁気回路は、図４（ａ）で示したものから切り替わっている。電磁コイル４の作る磁気回路も同様に切り替わるが、図４（ｃ）の状態では破線の磁束と実線の磁束が強め合う方向に作用し合い、その結果、回転範囲の終端では反時計回りの回転トルクが増加する。そして、回転鉄心１２の持つ回転エネルギが加わる結果、操作機構外部に設けられたばねを圧縮して、遮断動作が完了する。この状態では永久磁石５単独での反時計回りの回転トルクがばねの反力によるトルクを上回るように設計してあり、永久磁石５単独の吸引力で回転鉄心１２が吸着面６ａで吸着され、遮断状態が維持される。なお、投入動作の場合は、電磁コイル４への励磁方向を逆転させることにより、上記の逆の動作として実現される。
【００３８】
本実施の形態の効果を説明する。本実施の形態は、基本的には前記第１の実施の形態の固定鉄心と回転鉄心の配置を内外で逆にした構成であり、非常に簡単な構成ながら、双安定型で、吸引力減増特性を持つ長ストロークの操作機構を実現する作用と効果は基本的には第１の実施の形態と変わらない。ただし、電磁コイル４の配置スペースを大きくとれる利点があるため、全体をコンパクトに設計することができる。本実施の形態では、電磁コイル４をそれぞれ１個ずつ設ける構成を説明したが、固定鉄心１１の１本の腕部１１ａの周りに電磁コイルを２個ずつ合計４個配置し、遮断用と投入用とに電磁コイルを使い分けることも可能である。遮断用と投入用とで別々の電磁コイルを用いると、投入直後の遮断動作（いわゆるＣ−Ｏ動作）を実現するための制御が容易になるため、高速応答の必要な遮断器に適した、安価で信頼性の高い操作機構を実現することができる。
【００３９】
図５の（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明の第３の実施の形態を示す。まず、回転型操作機構１０Ｃの構成を説明する。図５（ａ）において、略十字型の回転鉄心２２が回転型操作機構１０Ｃの中心部に配置され、外周部に２箇所の切り欠き部２１ａを持つ固定鉄心２１が配置されている。回転鉄心２２における４頂点のうち、相対する２頂点部分の固定鉄心２１には永久磁石５による磁極を有しており、それらは図示したように、回転中心に対して反対称に構成されている。回転鉄心２２の磁極を持たない側の２本の腕部２２ａは固定鉄心２１の切り欠き部２１ａの端部と係合し、一定角度範囲で回転可能に運動が制限されている。また、回転鉄心２２の磁極を持たない側の２本の腕部２２ａ周りには電磁コイル４が配置されている。ここで、電磁コイル４は回転鉄心２２が回転できる範囲分の空隙を設けて図示しないケーシングに固定されている。
【００４０】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ｃの作用を説明する。本実施の形態の構成は上記第２の実施の形態を基に、内側の略十字型鉄心を回転鉄心２２としたものであり、磁気回路構成とその作用は第２の実施の形態と略同様である。
【００４１】
本実施の形態の効果を説明する。本実施の形態は、前記第２の実施の形態と同様に、非常に簡単な構成ながら、双安定型で、吸引力減増特性を持つ長ストロークの操作機構を実現できる。電磁コイル４の配置スペースを大きくとれる利点があるため、全体をコンパクトに設計することができる。本実施の形態では、電磁コイル４が固定側に配置されているため、回転動作の衝撃による劣化が生じ難い利点があり、信頼性の高い操作機構を実現することができる。なお、回転速度が低速の仕様であれば、上述のように回転鉄心２２と電磁コイル４の間に空隙を設けず、回転鉄心２２に電磁コイル４を固定して一体に回転できる構成とすることができる。回転鉄心２２を珪素鋼板を積層して構成する場合は、積層体の一体性を高めるため樹脂モールドを行うが、このとき電磁コイル４も回転鉄心２２と一体に樹脂モールドすることが可能である。この構成とすれば、製造工程が短縮されるとともに、かつ一体成形であるから、電磁コイル４自体が回転することにより損傷が全く無い、非常に信頼性の高い、コンパクトな操作機構を実現することができる。
【００４２】
図６の（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明の第４の実施の形態を示す。本実施の形態は、前記第２の実施の形態において固定鉄心の磁極数を増加させたものである。
【００４３】
まず、回転型操作機構１０Ｄの構成を説明する。図６（ａ）において、８本の腕部３１ａを持つ固定鉄心３１が回転型操作機構１０Ｄの中心部に配置され、外周部には４箇所の切り欠き部３２ａを持つ回転鉄心３２が配置されている。固定鉄心３１における８頂点のうち、相対する４頂点部分に永久磁石５による磁極を有しており、それらは図示したように、回転中心に対して１個毎に極性が反転する構成になっている。回転鉄心３２は切り欠き部３２ａの端部と固定鉄心３１の４本の腕部３１ａで係合し、一定角度範囲で回転可能に運動が制限されている。また固定鉄心３１の磁極を持たない側の４本の腕部３１ａ周りには電磁コイル４が配置されている。
【００４４】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ｄの作用を説明する。図６（ａ）を投入状態とすると、切り欠き部３２ａの磁気抵抗が大きいため、図に破線で示す永久磁石５の磁気回路が形成され、回転鉄心３２は時計回りに吸引されている。次に、図６（ｂ）に示すように、固定鉄心３１の腕部３１ａ部分が図示した磁極となる方向に電磁コイル４を励磁すると、電磁コイル４による磁路は、磁気抵抗の小さい側に、実線で記した方向に回り込む磁気回路を形成し、永久磁石５の磁束を弱める方向に作用する。この結果、吸着面での回転鉄心３２に作用する吸引トルクが低下し、ワイプばねの反力によるトルク以下になると、回転鉄心３２は反時計回りに回転を始め、遮断動作を開始する。回転途中では磁気による吸引トルクは低下するが、回転鉄心３２のフライホイール効果により、途中の摩擦力に打ち勝って回転範囲の終端に向かって回転運動が継続される。
【００４５】
図６（ｃ）は、遮断動作完了直前の状態であり、この状態では回転鉄心３２の回転により永久磁石５の作る磁気回路は、図６（ａ）で示したものから切り替わっている。電磁コイル４の作る磁気回路も同様に切り替わるが、図６（ｃ）の状態では破線の磁束と実線の磁束が強め合う方向に作用し合い、その結、回転範囲の終端では反時計回りの回転トルクが増加する。そして、回転鉄心３２の持つ回転エネルギが加わる結果、操作機構外部に設けられたばねを圧縮して、遮断動作が完了する。この状態では永久磁石５単独での反時計回りの回転トルクがばねの反力によるトルクを上回るように設計してあり、電磁コイル４への励磁を中止しても遮断状態が維持される。なお、投入動作の場合は、電磁コイル４への励磁方向を逆転させることにより、上記の逆の動作として実現される。
【００４６】
本実施の形態の効果を説明する。本実施の形態は、基本的には前記第２の実施の形態の固定鉄心と回転鉄心の極数を４にした構成であり、より一般的には磁極数が偶数個で、１個ずつ、回転中心に対して磁極構成を反転する構成とすることにより、双安定型で、吸引力減増特性を持つ長ストロークの操作機構を実現することができる。本実施の形態の磁極数を増加する構成は、回転角が小さく大容量の回転トルクが必要な場合に適しており、安価な小容量の永久磁石を多数配置して製造できるために、回転型操作機構全体を安価に製造できる。なお、第１の実施の形態を基本にして、回転鉄心を内側に配置して、偶数個の磁極を反転させながら円周方向に配置しても同様な効果が得られる。
【００４７】
図７の（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明の第５の実施の形態を示す。まず、回転型操作機構１０Ｅの構成を説明する。図７（ａ）において、中心部に永久磁石５による磁極を有し、その両側に投入用と遮断用の電磁コイル４ａ，４ｂを配置した鉄心単位４１Ａ，４１Ｂが２個、外周部に配置されて固定鉄心４１が構成されている。その内側に２箇所の突起部４２ａを持つ回転鉄心４２が配置され、固定鉄心単位４１Ａ，４１Ｂの端部と突起部４２ａとが係合して、一定角度範囲で回転可能に運動が制限されている。回転鉄心４２は２箇所の突起部４２ａの略中心位置を通るように回転軸方向に深い溝４２ｂを有している。本実施の形態では磁極数は任意に構成できるが、以下では図示したように、左右対称な２磁極構成として説明する。
【００４８】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ｅの作用を説明する。図７（ａ）を投入状態とする。回転鉄心４２に設けられた溝４２ｂの磁気抵抗により、図に破線で示す相互に干渉しない永久磁石５の磁路が形成され、回転鉄心４２は吸着面６ｂで時計回りに吸引されている。次に、図７（ｂ）に示すように、固定鉄心４１を図示した磁極となる方向に遮断用電磁コイル４ａを励磁すると、遮断用電磁コイル４ａによる磁路は、磁気抵抗の小さい側に、実線で記した方向に回り込む磁気回路を形成し、永久磁石５による吸着面６ｂでの磁束を弱め、反吸引側での磁束を強める方向に作用する。この結果、回転鉄心４２には反時計回りの回転トルクが作用し、吸引トルクは低下する。吸引トルクがワイプばねの反力による反時計回りのトルク以下になると、回転鉄心４２は反時計回りに回転を始め、遮断動作を開始する。回転途中では磁気による吸引トルクは低下するが、回転鉄心４２のフライホイール効果により、途中の摩擦力に打ち勝って回転範囲の終端に向かって回転運動が継続される。
【００４９】
図７（ｃ）は、遮断動作完了直前の状態であり、この状態では回転鉄心４２の回転により永久磁石５の作る磁気回路は、図７（ａ）で示したものから切り替わっている。電磁コイル４ａの作る磁気回路も同様に切り替わるが、図７（ｃ）の状態では破線の磁束と実線の磁束が強め合う方向に作用し合い、その結果、回転範囲の終端では反時計回りの回転トルクが増加する。そして、回転鉄心４２の持つ回転エネルギが加わる結果、操作機構外部に設けられたばねを圧縮して、遮断動作が完了する。この状態では永久磁石５単独での反時計回りの回転トルクがばねの反力によるトルクを上回るように設計してあり、永久磁石５単独の吸引力のみで吸着面６ａを吸着し、遮断状態が維持される。なお、投入動作の場合は、投入用電磁コイル４ｂを励磁することにより、上記の逆の動作として実現される。
【００５０】
本実施の形態の効果を説明する。本実施の形態においても、双安定型、吸引力減増切り替え特性を持つ長ストロークの操作機構を実現することができる。回転鉄心４２が溝４２ｂで分断されているため、それぞれの磁路が独立し相互干渉しないため、磁極数を任意の構成できる特性を持っている。なお、本実施の形態では、遮断用と投入用とに電磁コイルを使い分ける励磁方法で説明した。この場合は、投入直後の遮断動作（いわゆるＣ−Ｏ動作）を実現するための制御が容易になり、高速応答の操作機構を実現することができる。また、断路器のように、高速での動作切り替えが必要でない場合には、２個のコイルを直列に接続して遮断と投入で励磁方向を逆転させる構成も可能である。
【００５１】
図８乃至図１０には、本発明の第６の実施の形態を示す。本実施の形態以降の各実施の形態は、回転鉄心が固定鉄心に２面又は４面以上の偶数個の面で吸着して吸着力が増大するようになっている。図８の（ａ），（ｂ），（ｃ）は磁気回路の構成を説明するための回転型操作機構の側面図、図９は図８の（ａ）のＸ2 −Ｘ2 線相当の断面図、図１０は本回転型操作機構を遮断器に適用する場合の回転型操作機構と遮断器の可動軸との係合形態を示すもので、図９のＹ2 矢印方向からみた図である。
【００５２】
まず、回転型操作機構１０Ｆの構成を説明する。図８（ａ）に示すように、固定鉄心５１は、下部鉄心５１ｂと上部鉄心５１ａとの間に２個の永久磁石５を互いに磁極が反発する向きに挟み込んで、スタッド２３で締結して構成されている。その内側に回転鉄心５２が固定鉄心５１と２面２６ａ，２６ｃで吸着されるように配置されている。回転鉄心５２のシャフト３は固定鉄心５１に固定された非磁性体製のフレーム２４により支持されている。そして回転鉄心５２を取り囲むように遮断用及び投入用の電磁コイル４ａ，４ｂが回転鉄心５１側に固定されている。回転鉄心５２は固定鉄心５１により一定角度範囲のみに回転が制限されている。図９に示すように、回転鉄心５２とシャフト３は一体に固定されており、固定鉄心５１に固定されたフレーム２４により保持されて回転可能に係合している。シャフト３の先端部分には可動体としての回転円板２５が固定されており、この回転円板２５を介して回転力を開閉装置に伝達する。図１０に示すように、回転円板２５と遮断器の可動軸１３は連結ピン１４で連結されている。遮断器の可動軸１３は上下方向に図中に示した範囲内で運動が可能で、可動軸１３側のフランジ部分１３ａと回転型操作機構側に固定された台座１５との間にばね１６が設けられており、遮断動作の終点近くでフランジ部分１３ａがばね１６を圧縮する構成になっている。この可動軸１３の上方には図示しない真空バルブが連結され、投入状態では図示しないワイプばねを圧縮して遮断器接点の投入状態を維持する。
【００５３】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ｆの作用を説明する。図８（ａ）は、回転鉄心５２が回転可能範囲の一端に吸引されている状態であり、これを遮断器の投入状態とする。この状態での磁気回路状態は図に破線で示すようになっており、左右の永久磁石５の磁極から発した磁路は、回転鉄心５２を通って２つのループを描きそれぞれの永久磁石５に帰還するようになり、２つの吸着面２６ａ，２６ｃで回転鉄心５２を時計回りに吸引し、前述のワイプばねをシャフト３を介して圧縮している。
【００５４】
図８（ｂ）は、遮断動作開始時の状態であり、永久磁石５の磁束を打ち消す方向に遮断用電磁コイル４ａを励磁する。この結果、永久磁石５による磁束が弱められて、回転鉄心５２に作用する吸引トルクが低下し、ワイプばねの反力によるトルク以下になると、回転鉄心５２は反時計回りに回転し始め、遮断動作を開始する。回転途中では磁気による吸引トルクは低下するが、回転鉄心５２と回転円板２５のフライホイール効果により、途中の摩擦力に打ち勝って回転範囲の終端に向かって回転運動が継続される。
【００５５】
図８（ｃ）は、遮断動作完了直前の状態であり、この状態では回転鉄心５２の回転により永久磁石５の作る磁気回路は、図８（ａ）で示したものから切り替わり、回転鉄心５２内を通過する磁束の方向が逆転する。一方、電磁コイル４ａが回転鉄心５２に作る磁束の方向は変わらない。その結果、図８（ｃ）の状態では破線の磁束と実線の磁束が強め合う方向に作用し合い、回転範囲の終端では反時計回りの回転トルクが増加する。そして、回転鉄心５２の回転エネルギが加わる結果、シャフト３と回転円板２５を介してばね１６を圧縮して、遮断動作が完了する。この状態では永久磁石５単独での反時計回りの回転トルクがばね１６の反力によるトルクを上回るように設計してあり、永久磁石５単独での吸引力で回転鉄心５２が吸着面２６ｂ，２６ｄで吸着され、遮断状態が維持される。なお、投入動作は、投入電磁コイル４ｂを遮断時と逆方向に励磁することにより、上記の逆の動作として実現される。
【００５６】
本実施の形態における上述の作用は、図８において固定鉄心５１を吸着部位２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄで仮想的に４個に分割した場合、２つの永久磁石５を回転鉄心５２両端部の各回動範囲に対応した回転側部位２６ｂ−２６ｃ間と２６ｄ−２６ａ間に配置すれば成立する。
【００５７】
本実施の形態の効果を説明する。上述した動作における回転鉄心５２に作用する回転トルクの回転角の関係は、図１５に示したものと同様であり、回転範囲の両側では永久磁石５のみの磁力で開位置あるいは閉位置が保持される双安定型になっており、かつ開位置と閉位置において１磁路当たり２面で吸着される構成であるため、従来例の場合に比べて吸着力は２倍になる。また、動作開始時点で永久磁石５の磁力を弱める方向に励磁された電磁コイル４ａの磁束は、動作の終点近くでは逆に永久磁石５の磁力を強める方向に作用する吸引力減増特性を持ち、終点近くでのばね１６の圧縮を助ける作用をする。非常に簡単な構成ながら、この磁気特性と回転鉄心５２と回転円板２５のフライホイール効果とで、長ストロークの駆動が可能であり、また、動作終点近くでは、ばね１６を変形させて運動エネルギの一部を次の動作用に蓄積するとともに、固定鉄心５１と回転鉄心５２の吸着面での衝突を緩和する。これにより、励磁電流を小さく抑制することができるとともに、固定鉄心５１と回転鉄心５２との衝突による部品の損傷を軽減して信頼性の高い回転型操作機構を実現することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態では全ての磁路を回転平面上に構成してあるため機構全体を薄型に設計することが可能である。また図９に示したように、回転鉄心５２あるいは固定鉄心５１を珪素鋼板１７を回転軸方向に積層して構成すれば、渦電流による影響が低減されてより高速応答が可能な操作機構が実現できる。また本実施の形態では電磁コイル４ａ，４ｂを回転鉄心５２を取り囲むように固定鉄心５１側に配置したが、回転速度が緩やかな回転型操作機構では、回転鉄心５２に固定して回転させることも可能である。また回転鉄心５２の慣性モーメントが十分な大きさの場合は回転円板２５を単純な形状のレバーとすることも可能である。
【００５９】
図１１の（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明の第７の実施の形態を示す。なお、回転型操作機構全体の基本構成は前記第６の実施の形態と略同様であるので、本実施の形態以降では、固定鉄心、回転鉄心、永久磁石及び電磁コイルのみの構成で、磁気回路とその作用、効果を説明する。
【００６０】
まず、回転型操作機構１０Ｇの構成を説明する。図１１（ａ）において、２個の永久磁石５を磁極が互いに反発する向きに挟み込んだ固定鉄心６１が外側に配置され、内側に回転鉄心６２が２面２６ａ，２６ｃで吸着されるように配置されている。また固定鉄心６１の上部と下部には、それぞれ電磁コイル４が配置されている。
【００６１】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ｇの作用を説明する。図１１（ａ）を投入状態とする。この状態での磁気回路状態は図に破線で示すようになっており、左右の永久磁石５から発した磁路は、回転鉄心６２を通って２つのループを描きそれぞれの磁極に帰還するようになり、２つの吸着面２６ａ，２６ｃで回転鉄心６２を時計回りに吸引し、図示しないワイプばねをシャフト３を介して圧縮している。
【００６２】
図１１（ｂ）は、遮断動作開始時の状態であり、２つの永久磁石５の磁束を打ち消す方向に電磁コイル４を励磁する。この結果、２つの永久磁石５の作る磁束が弱められて、吸着面２６ａ，２６ｃでの回転鉄心６２に作用する吸引トルクが低下し、ワイプばねの反力によるトルク以下になると、回転鉄心６２は反時計回りに回転し始め、遮断動作を開始する。回転途中では磁気による吸引トルクは低下するが、回転鉄心６２と回転円板２５のフライホイール効果により、途中の摩擦力に打ち勝って回転範囲の終端に向かって回転運動が継続される。
【００６３】
図１１（ｃ）は、遮断動作完了直前の状態であり、この状態では回転鉄心６２の回転により永久磁石５の作る磁気回路は、図１１（ａ）で示したものから切り替わり、回転鉄心６２内を通過する磁束の方向が逆転している。電磁コイル４の作る磁路も回転鉄心６２の回転により切り替わるが、回転鉄心６２内を通る磁束の方向は変わらない。その結果、図１１（ｃ）の状態では破線の磁束と実線の磁束が強め合う方向に作用し合い、その結果回転範囲の終端では反時計回りの回転トルクが増加する。そして、回転鉄心６２の回転エネルギが加わる結果、操作機構外部に設けられたばねを圧縮して、遮断動作が完了する。この状態では永久磁石５単独での反時計回りの回転トルクがばねの反力によるトルクを上回るように設計してあり、永久磁石５単独での吸引力で回転鉄心６２が吸着面２６ｂ，２６ｄで吸着され、遮断状態が維持される。なお、投入動作は、電磁コイル４に、遮断時と逆方向に励磁することにより、上記の逆の動作として実現される。
【００６４】
本実施の形態における上述の作用は、図１１において固定鉄心６１を吸着部位２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄで仮想的に４個に分割した場合、２つの永久磁石５を回転鉄心６２両端部の各回動範囲に対応した回転側部位２６ｂ−２６ｃ間と２６ｄ−２６ａ間に配置し、２つの電磁コイル４を永久磁石５が配置された各固定鉄心側部分以外の反回転側部位２６ａ−２６ｂ間と２６ｃ−２６ｄ間に配置することにより成立する。
【００６５】
本実施の形態の効果を説明する。本実施の形態は、基本的には前記第６の実施の形態において２つの電磁コイル４を固定鉄心６１周りに配置した構成であり、非常に簡単な構成ながら、１磁路当たり２面吸着で双安定型、かつ吸引力減増特性を有する長ストロークの操作機構を実現する作用と効果は基本的には第６の実施の形態と同じである。ただし、第６の実施の形態にに比べて電磁コイル４を配置するスペースの自由度が大きいという利点がある。
【００６６】
なお、本実施の形態は、電磁コイルを投入用と遮断用とで別々に設け、使い分けることも可能である。遮断用と投入用とで別々の電磁コイルを用いると、投入直後の遮断動作（いわゆるＣ−Ｏ動作）を実現するための制御が容易になるため、高速応答の必要な遮断器に適した、安価で信頼性の高い操作機構を実現することができる。
【００６７】
図１２の（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明の第８の実施の形態を示す。本実施の形態は、基本的には上記第７の実施の形態の永久磁石５と電磁コイル４の配置位置を交換したものである。まず、回転型操作機構１０Ｈの構成を説明する。図１２（ａ）において、２個の永久磁石５を磁極が互いに反発する向きに上下位置に挟み込んだ固定鉄心７１が外側に配置され、内側に回転鉄心７２が２面２６ａ，２６ｃで吸着されるように配置されている。また左右の固定鉄心７１周りに電磁コイル４が配置されている。
【００６８】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ｈの作用を説明する。図１２（ａ）を投入状態とする。この状態での磁気回路状態は図に破線で示すようになっており、上下の永久磁石５から発した磁路は、回転鉄心７２を通って２つのループを描きそれぞれの磁極に帰還するようになり、吸着面２６ａ，２６ｃで回転鉄心７２を時計回りに吸引し、図示しないワイプばねをシャフト３を介して圧縮している。
【００６９】
図１２（ｂ）は、遮断動作開始時の状態であり、永久磁石５の磁束を打ち消す方向に左右の電磁コイル４を励磁する。この結果、永久磁石５の作る磁束が弱められて、吸着面２６ａ，２６ｃでの回転鉄心７２に作用する吸引トルクが低下し、ワイプばねの反力によるトルク以下になると、回転鉄心７２は反時計回りに回転し始め、遮断動作を開始する。回転途中では磁気による吸引トルクは低下するが、回転鉄心７２と回転円板２５のフライホイール効果により、途中の摩擦力に打ち勝って回転範囲の終端に向かって回転運動が継続される。
【００７０】
図１２（ｃ）は、遮断動作完了直前の状態であり、この状態では回転鉄心７２の回転により磁気回路は、図１２（ａ）で示したものから切り替わるが、回転鉄心７２内を通過する永久磁石５の作る磁束の方向は変わらない。一方、電磁コイル４の作る磁路は回転鉄心７２の回転により切り替わり、回転鉄心７２内を通る磁束の方向は逆転する。その結果、図１２（ｃ）の状態では破線の磁束と実線の磁束が強め合う方向に作用し合い、回転範囲の終端では反時計回りの回転トルクが増加する。そして、回転鉄心７２の回転エネルギが加わる結果、操作機構外部に設けられたばねを圧縮して、遮断動作が完了する。この状態では永久磁石５単独での反時計回りの回転トルクがばねの反力によるトルクを上回るように設計してあり、永久磁石５単独での吸引力で回転鉄心７２が吸着面２６ｂ，２６ｄで吸着され、遮断状態が維持される。なお、投入動作は、電磁コイル４に、遮断時と逆方向に励磁することにより、上記の逆の動作として実現される。
【００７１】
本実施の形態における上述の作用は、図１２において、固定鉄心７１を吸着部位２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄで仮想的に４個に分割した場合、２つの電磁コイル４を回転鉄心７２両端部の各回動範囲に対応した回転側部位２６ｂ−２６ｃ間と２６ｄ−２６ａ間に配置し、２つの永久磁石５を電磁コイル４が配置された各固定鉄心側部分以外の反回転側部位２６ａ−２６ｂ間と２６ｃ−２６ｄ間に配置することにより成立する。
【００７２】
本実施の形態の効果を説明する。本実施の形態は、前述したように基本的には前記第７の実施の形態の永久磁石５と電磁コイル４の配置位置を交換した構成であり、非常に簡単な構成ながら、２面吸着で双安定型、かつ吸引力減増特性を有する長ストロークの操作機構を実現する作用と効果は基本的には第７の実施の形態と同じであるが、本実施の形態は回転角度の大きな場合に適している。回転鉄心７２の回転範囲が大きくなると、反回転側の距離２６ａ−２６ｂ，２６ｃ−２６ｄ間が小さくなり、この部分に電磁コイル４を配置することが困難になる。一般に永久磁石の厚さは１０〜２０ｍｍ程度であるため、本実施の形態では反回転側に永久磁石５を配置し、回転側に電磁コイル４を配置する構成であるため、回転角度の大きい操作機構を提供できる。
【００７３】
図１３の（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明の第９の実施の形態を示す。本実施の形態は、前記第６の実施の形態の磁極数を増加させたものである。まず、回転型操作機構１０Ｉの構成を説明する。図１３（ａ）において、４本の腕部を持つ回転鉄心８２が回転型操作機構１０Ｉの中心部に配置され、その外側には４箇所の突起部８１ａを有する円環状の固定鉄心８１が配置されている。回転鉄心８２は回転範囲の両端のそれぞれにおいて固定鉄心８１に４面２６ｂ，２６ｄ，２６ｆ，２６ｈで吸着される配置になっている。いま、図示のように、合計８箇所の吸着部位をそれぞれ２６ａ〜２６ｈとし、固定鉄心８１を２６ａ〜２６ｈで仮想的に８個に分割すると、回転鉄心８２の各腕部の回動範囲に対応した回転側部位２６ａ−２６ｂ，２６ｃ−２６ｄ，２６ｅ−２６ｆ，２６ｇ−２６ｈ間に永久磁石５がそれぞれ磁極が反発する向きに配置されている。また回転鉄心８２の４本の腕部の周りには遮断用電磁コイル４ａと投入用電磁コイル４ｂが２個ずつそれぞれ対向して取付けられている。
【００７４】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ｉの作用を説明する。図１３（ａ）を投入状態とすると、回転鉄心８１に配置された永久磁石５の磁極が互いに反発するように配置されているため、永久磁石５の作る磁路は、図示したように回転鉄心８２の腕部を通って帰還する４個のループを形成し、回転鉄心８２は４面２６ｂ，２６ｄ，２６ｆ，２６ｈで時計回りに吸引されている。次に図１３（ｂ）に示すように、回転鉄心８２の腕部分を図示した磁極となる方向に遮断用電磁コイル４ａを対向するように励磁すると、遮断用電磁コイル４ａによる磁路は、実線で記した方向に回る磁気回路を構成し、回転鉄心８２の４本の腕部分の永久磁石５の磁束を弱める方向に作用する。この結果、吸着面での回転鉄心８２に作用する吸引トルクが低下し、ワイプばねの反力によるトルク以下になると、回転鉄心８２は反時計回りに回転し始め、遮断動作を開始する。回転途中では磁気による吸引トルクは低下するが、回転鉄心８２のフライホイール効果により、途中の摩擦力に打ち勝って回転範囲の終端に向かって回転運動が継続される。
【００７５】
図１３（ｃ）は、遮断動作完了直前の状態であり、この状態では回転鉄心８２の回転により永久磁石５の作る磁気回路は、図１３（ａ）で示したものから切り替わり、回転鉄心８２の腕を通る磁束の方向が逆転する。一方、回転鉄心８２の腕部分の遮断用電磁コイル４ａの作る磁気回路の方向は回転により不変であるから、図１３（ｃ）の状態では破線の磁束と実線の磁束が強め合う方向に作用し合う。その結果、回転範囲の終端では反時計回りの回転トルクが増加する。そして、回転鉄心８２の持つ回転エネルギが加わる結果、操作機構外部に設けられたばねを圧縮して、遮断動作が完了する。この状態では永久磁石５単独での反時計回りの回転トルクがばねの反力によるトルクを上回るように設計してあり、回転鉄心８２は吸着面２６ａ，２６ｃ，２６ｅ，２６ｇで反時計回りに吸引され、遮断用電磁コイル４ａへの励磁を中断しても遮断状態が維持される。なお、投入動作は、投入用電磁コイル４ｂに励磁することにより、上記の逆の動作として実現される。
【００７６】
本実施の形態の効果を説明する。本実施の形態は、基本的には前記第６の実施の形態の磁極数を４とした構成であり、より一般的には磁極数が偶数個であれば成立し、１磁路当たり２面吸着で、双安定型、吸引力減増特性を有する長ストロークの操作機構を実現することができる。本実施の形態のように磁極数を４以上とする構成は、回転角が小さく大容量の回転トルクが必要な場合に適しており、小容量の安価な永久磁石を多数配置して製造できるために、操作機構全体を安価に製造できる。なお、本実施の形態と構成を逆にして、内側を固定し、外側を回転させても同様な効果が得られる。
【００７７】
なお、本実施の形態は、磁極数を偶数個とした構成において、永久磁石５は回転鉄心８２の各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心側部分にそれぞれ配置し、電磁コイル４は回転鉄心８２の各腕部周りにそれぞれ配置したが、磁極数を偶数個とした構成においても、永久磁石と電磁コイルの配置態様は、前記第７の実施の形態又は第８の実施の形態に相当する構成をとることもできる。即ち、永久磁石は回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心側部分にそれぞれ配置し、電磁コイルは各永久磁石が配置された各固定鉄心側部分以外の各固定鉄心部分周りにそれぞれ配置する（第７の実施の形態に対応）。電磁コイルは回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置し、永久磁石は各電磁コイルが配置された各固定鉄心部分以外の各固定鉄心側部分にそれぞれ配置する（第８の実施の形態に対応）。そして、このような各構成をとることで、上述した本実施の形態の作用、効果にさらに、第７の実施の形態又は第８の実施の形態の作用、効果を付加させることができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、固定鉄心と、この固定鉄心に対し開閉器の開、閉に対応した両端位置間の一定範囲のみに回転が制限された回転鉄心と、この回転鉄心の前記両端位置への回転でばね力が蓄積される各ばね手段と、前記回転鉄心が前記両端の各位置まで回転したとき前記固定鉄心及び回転鉄心を通る閉磁路を形成し前記ばね手段のばね力を超える吸引力により前記回転鉄心を前記両端の各位置に保持する永久磁石と、励磁により前記回転鉄心が前記両端のうちの何れか一端位置に保持されているときには前記永久磁石の磁路と逆方向の磁路を形成して前記永久磁石による吸引力を前記ばね手段のばね力以下に弱め、前記回転鉄心が他端位置に回転したときには前記永久磁石の磁路と同方向の磁路を形成する電磁コイルとを具備させたため、回転鉄心の両端位置への回転を開閉器の開、閉に対応させることで、回転運動で接点の開、閉を行う断路器等にも適用可能で応用範囲の広い操作機構となる。この両端位置では、永久磁石の吸引力のみで開位置あるいは閉位置が保持されて双安定型特性を得ることができる。ばね手段により、動作終端での回転鉄心と固定鉄心との衝突を避けることができて信頼性を高めることができる。ばね手段に蓄積されたばね力が次の回転起動時の駆動力として利用され、電磁コイルは永久磁石による吸引力をばね手段のばね力以下に弱めればよいので、励磁電流が小さくて済み省電力型の操作機構となる。この電磁コイルによる永久磁石の吸引力減増特性と回転鉄心のフライホイール効果とで長ストロークの開、閉操作を行うことができる操作機構を実現することができる。
【００７９】
請求項２記載の発明によれば、前記固定鉄心は、各頂点部に前記永久磁石により相隣る同士間で極性が反転する磁極が形成された偶数個の腕部と前記電磁コイルが巻回された偶数個の腕部とを交互に放射状に形成し、前記回転鉄心は、前記固定鉄心の外周部に略環状に形成したため、上記請求項１記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに回転角が小さく大容量の回転トルクが必要な開閉器に好適な操作機構を得ることができる。
【００８０】
請求項３記載の発明によれば、前記固定鉄心は略十字型に形成し、前記回転鉄心は前記固定鉄心の外周部に略環状に形成し、前記略十字型の固定鉄心における対向する腕部の各頂点部に前記永久磁石による磁極をそれぞれ反対称に形成し、他の対向する各腕部周りに前記電磁コイルをそれぞれ配置したため、上記請求項１記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに全体としてコンパクトで単純な構成の操作機構を実現することができる。
【００８１】
請求項４記載の発明によれば、前記回転鉄心は略十字型に形成し、前記固定鉄心は前記回転鉄心の外周部に略環状に形成し、前記略十字型の回転鉄心における対向する腕部の各頂点部に対応した前記固定鉄心側に前記永久磁石による磁極をそれぞれ反対称に形成し、他の対向する各腕部の周囲部に前記電磁コイルをそれぞれ配置したため、上記請求項３記載の発明と略同様な効果がある。
【００８２】
請求項５記載の発明によれば、前記電磁コイルは、前記開閉器の開路用と閉路用とに対応した各別の電磁コイルとしたため、高速応答が可能な操作機構を実現することができる。
【００８３】
請求項６記載の発明によれば、前記固定鉄心は、中央部に前記永久磁石による磁極を持ち、その両側部に前記電磁コイルを設けた鉄心単位を円周状に配置して構成し、前記回転鉄心は、前記固定鉄心の内側に配置したため、上記請求項１記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに固定鉄心の両側部に設けた電磁コイルを開閉器の遮断用と投入用との使い分けることで、高速応答が可能な操作機構を実現することができる。
【００８４】
請求項７記載の発明によれば、前記回転鉄心は、その一端部と他端部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に２面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における一端部及び他端部の各回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記回転鉄心周りに配置したため、上記請求項１記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに回転鉄心が、その回転両端位置において固定鉄心に２面で吸着されることで吸着力が倍になり、大きな保持力が得られて大容量の操作機構を実現することができる。
【００８５】
請求項８記載の発明によれば、前記回転鉄心は、その一端部と他端部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に２面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における一端部及び他端部の各回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記各永久磁石が配置された各固定鉄心側部分以外の各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置したため、上記請求項７記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに電磁コイルの配置スペースの自由度を大きくすることができる。
【００８６】
請求項９記載の発明によれば、前記回転鉄心は、その一端部と他端部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に２面で吸着され、前記電磁コイルは前記回転鉄心における一端部及び他端部の各回動範囲に対応した各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置し、前記永久磁石は前記各電磁コイルが配置された各固定鉄心部分以外の各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置したため、上記請求項７記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに一般に小形な永久磁石を、回転鉄心の回動範囲以外の固定鉄心側部分に配置することで回転角度の大きな操作機構を実現することができる。
【００８７】
請求項１０記載の発明によれば、前記回転鉄心は偶数個の腕部を有し、この各腕部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に偶数個の面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記回転鉄心における各腕部周りに配置したため、上記請求項７記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに回転角が小さく大容量の回転トルクが必要な開閉器に好適な操作機構を得ることができる。
【００８８】
請求項１１記載の発明によれば、前記回転鉄心は偶数個の腕部を有し、この各腕部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に偶数個の面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記各永久磁石が配置された各固定鉄心側部分以外の各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置したため、上記請求項１０記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに電磁コイルの配置スペースの自由度を大きくすることができる。
【００８９】
請求項１２記載の発明によれば、前記回転鉄心は偶数個の腕部を有し、この各腕部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に偶数個の面で吸着され、前記電磁コイルは前記回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置し、前記永久磁石は前記各電磁コイルが配置された各固定鉄心部分以外の各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置したため、上記請求項１０記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに一般に小形な永久磁石を、回転鉄心の回動範囲以外の固定鉄心側部分に配置することで回転角度の大きな操作機構を実現することができる。
【００９０】
請求項１３記載の発明によれば、前記永久磁石及び電磁コイルによる各磁路は、前記回転鉄心の回転平面上に形成したため、操作機構全体として薄型に設計することができる。
【００９１】
請求項１４記載の発明によれば、前記回転鉄心と一体で回転する可動体を設けたため、最適の磁路構成となることを優先して設計される回転鉄心だけでは慣性モーメントが不足する場合でも、十分な慣性モーメントで摩擦力に打ち勝つフライホイール効果が得られて長ストロークの開、閉操作を行うことができる操作機構を確実に実現することができる。
【００９２】
請求項１５記載の発明によれば、前記固定鉄心あるいは回転鉄心の少なくとも何れか一方は、珪素鋼板を当該回転鉄心の回転軸方向に積層して構成したため、渦電流による影響が低減して、より高速応答が可能となる。
【００９３】
請求項１６記載の発明によれば、珪素鋼板を前記回転鉄心の回転軸方向に積層して構成した前記固定鉄心あるいは回転鉄心と前記電磁コイルとを一体に樹脂モールドして構成したため、電磁コイル自体が回転する構成にしても損傷のおそれがなく、高信頼性でコンパクトな操作機構を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である開閉器の回転型操作機構のケーシングを取り外した状態の側面図である。
【図２】ケーシングを含めた図１（ａ）のＸ1 −Ｘ1 線相当の断面図である。
【図３】上記第１の実施の形態を遮断器に適用する場合の遮断器の可動軸との係合形態を示すもので図２のＹ1 矢印方向からみた図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態のケーシングを取り外した状態の側面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態のケーシングを取り外した状態の側面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態のケーシングを取り外した状態の側面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態のケーシングを取り外した状態の側面図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態の構成を示す側面図である。
【図９】図８（ａ）のＸ2 −Ｘ2 線相当の断面図である。
【図１０】上記第６の実施の形態を遮断器に適用する場合の遮断器の可動軸との係合形態を示すもので図２のＹ2 矢印方向からみた図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態の構成を示す側面図である。
【図１２】本発明の第８の実施の形態の構成を示す側面図である。
【図１３】本発明の第９の実施の形態の構成を示す側面図である。
【図１４】従来の開閉器の操作機構の動作説明のための縦断面図である。
【図１５】上記従来例におけるストロークと吸引力の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，７１ 固定鉄心
２，１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２ 回転鉄心
４，４ａ，４ｂ 電磁コイル
５ 永久磁石
６ａ，６ｂ，２６ａ〜２６ｈ 吸着面
１１ａ，２２ａ，３１ａ 腕部
１６ ばね（ばね手段）
１７ 珪素鋼板
２５ 回転円板（可動体）
４１Ａ，４１Ｂ 鉄心単位
８９ ワイプばね（ばね手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、遮断器や断路器等の開閉器の回転型操作機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、真空遮断器などの開閉器を開閉する操作機構としては、予めモータによってばねにエネルギを蓄積しておき、機械式キャッチを外してばねのエネルギを解放して動作を開始させる、いわゆる機械式が主流であった。これに対し、近年、永久磁石と電磁コイルを併用した電磁アクチュエータ方式が遮断器の開閉操作機構として採用されつつある。
【０００３】
真空遮断器に適用された代表的な電磁アクチュエータ方式の操作機構の構成と動作を図１４を用いて説明する。同図では１相分の真空バルブを駆動する構成を描いてあるが、３相分を一括して操作する場合も同様である。なお、以下では永久磁石の作る磁路を破線で示し、電磁コイルの作る磁路を実線で示す。図１４（ａ）に示したように、固定鉄心８３の中心部に可動鉄心８４がその軸方向に直線運動可能に配設され、固定鉄心８３と可動鉄心８４の間に半径方向に着磁された永久磁石８５があり、可動鉄心８４を取り囲むように２個の電磁コイル８６ａ，８６ｂが配置されている。可動鉄心８４は可動軸８８を経由して図示しない真空遮断器の真空バルブに連結されており、その可動鉄心８４と真空バルブ接点の間には、閉状態で接点に一定の圧縮力を作用させるためにワイプばね８９が配設されている。
【０００４】
図１４（ａ）は遮断器の遮断状態（電流ゼロ）であり、破線で示した磁路が形成されて可動鉄心８４が下部吸着面８７ａに吸着され、真空遮断器の接点の開状態を維持している。投入電磁コイル８６ｂが励磁されると、図１４（ｂ）に示したように、実線の磁路が形成され、破線の磁路に加算される結果、下部吸着面８７ａでの吸引力が低下し、上部吸着面８７ｂでの吸引力が増す。その結果、可動鉄心８４は上方に吸引され、接点の投入動作を開始する。図１４（ｃ）は投入直前の状態であり、この状態では永久磁石８５の磁路が切り替わり、投入電磁コイル８６ｂの磁路と磁束が強め合うようになるため、上方への吸引力が永久磁石８５単体の場合よりも大きくなり、ワイプばね８９を圧縮しながら投入動作が完了する。投入後は永久磁石８５の吸引力がばね力以上になるように設計されており、可動鉄心８４が上部吸着面８７ｂで吸着して電流ゼロの閉状態を維持する。
【０００５】
図１５は、上述の投入動作における可動鉄心８４に作用する吸引力（上方への吸引力を正と表示）とストローク（ギャップ）との関係を示したもので、破線は永久磁石８５のみでの吸引力、実線は投入電磁コイル８６ｂを投入方向に励磁した場合の吸引力の合計である。また一点鎖線はワイプばね８９のばね力で、下方に反発する力を符号を反転して描いたものである。遮断状態はＡ点で示され、可動鉄心８４は下方に吸引されている。投入電磁コイル８６ｂの励磁によって可動鉄心８４には合力として上方への吸引力が作用し、ワイプばね８９の圧縮力以上の吸引力で投入動作が完了し（Ｂ点）、電流ゼロの投入状態ではＣ点で示す永久磁石８５の吸引力のみで、Ｄ点で示すばね力に打ち勝って真空バルブの閉状態を維持している。
【０００６】
遮断動作における磁路の変化は上述した投入動作の磁路の逆であるが、予め圧縮されたばね力によって可動鉄心８４が下方に加速されるために、高速な遮断動作が可能となる。図１４では、２個の電磁コイル８６ａ，８６ｂを遮断用と投入用に使い分ける例で説明したが、２個を直列接続として、遮断と投入とで励磁方向を逆転しても同じ動作が可能である。
【０００７】
この電磁アクチュエータ方式の優れた点は２点あり、第１の点は「双安定型」と呼ばれる特性で、上述のように、遮断器の「開位置」「閉位置」を永久磁石の吸引力で維持するため特別の固定機構が不要であり、また部品点数が少ないため、機械式に比べて安価で長寿命であるなど大きな長所を持っている。第２の点は、永久磁石の吸引力を減じる方向に電磁コイルを励磁して運動を開始した後、運動終点では永久磁石の吸引力を強める方向に磁路が切り替わる点である。この特性のために運動終点近傍にてばねを変形させることができるのである。以下では第２の特性を「吸引力の減増切り替え」と呼ぶ。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電磁アクチュエータ方式の操作機構では、永久磁石や電磁石の吸引力は磁極間のギャップが大きくなると急激に低下する傾向があり、このため、電磁アクチュエータ方式の操作機構は適用範囲が小さく、開閉するギャップ距離で２０ｍｍ程度が限界であり、長ストローク化が難しいという問題があった。また、図１４の構成例では可動鉄心は直線運動を基本としているが、遮断器全体の構成としては、必ずしも操作機構の駆動軸と真空バルブ軸とが直結される場合のみではない。スイッチギヤのレイアウト上、例えば、電磁アクチュエータの操作軸と遮断器の操作軸とを回転レバーで結合して電磁アクチュエータの直線運動を一度回転運動に変換した後、真空バルブを開閉する場合もあり、また接点を回転運動で入り切りする断路器もあり、回転運動が可能な操作機構が望まれていた。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、コンパクトで単純な構成で、回転運動により接点の開、閉を行うことが可能な広い応用範囲、双安定型特性、永久磁石の吸引力減増切り替え特性、長ストロークの開、閉操作性、高信頼性、省電力性、高速応答性及び大きな保持力を持つ開閉器の回転型操作機構を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、固定鉄心と、この固定鉄心に対し開閉器の開、閉に対応した両端位置間の一定範囲のみに回転が制限された回転鉄心と、この回転鉄心の前記両端位置への回転でばね力が蓄積される各ばね手段と、前記回転鉄心が前記両端の各位置まで回転したとき前記固定鉄心及び回転鉄心を通る閉磁路を形成し前記ばね手段のばね力を超える吸引力により前記回転鉄心を前記両端の各位置に保持する永久磁石と、励磁により前記回転鉄心が前記両端のうちの何れか一端位置に保持されているときには前記永久磁石の磁路と逆方向の磁路を形成して前記永久磁石による吸引力を前記ばね手段のばね力以下に弱め、前記回転鉄心が他端位置に回転したときには前記永久磁石の磁路と同方向の磁路を形成する電磁コイルとを有することを要旨とする。この構成により、回転鉄心の両端位置への回転を開閉器の開、閉に対応させることで、回転運動で接点の開、閉を行う断路器等にも適用することが可能となる。また、この両端位置では、永久磁石の吸引力のみで開位置あるいは閉位置が保持される双安定型特性が得られる。ばね手段には、回転鉄心の回転エネルギがばね力に変換されて蓄積される。これにより、動作終端での回転鉄心と固定鉄心との衝突を避けることが可能となり、かつ蓄積されたばね力は次の回転起動時の駆動力として利用される。即ち、動作開始時点で電磁コイルを励磁することで、その磁束が永久磁石の磁力を弱める方向に作用し、ばね力で回転鉄心の回転が起動する。電磁コイルの磁束は、回転鉄心の動作終端近くでは逆に永久磁石の磁力を強める方向に作用してばね手段の圧縮を助ける。この電磁コイルによる永久磁石の吸引力減増特性と回転鉄心のフライホイール効果とで長ストロークの開、閉操作が可能となる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記固定鉄心は、各頂点部に前記永久磁石により相隣る同士間で極性が反転する磁極が形成された偶数個の腕部と前記電磁コイルが巻回された偶数個の腕部とを交互に放射状に形成し、前記回転鉄心は、前記固定鉄心の外周部に略環状に形成してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項１記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに回転角が小さく大容量の回転トルクが必要な開閉器に好適な操作機構が得られる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記固定鉄心は略十字型に形成し、前記回転鉄心は前記固定鉄心の外周部に略環状に形成し、前記略十字型の固定鉄心における対向する腕部の各頂点部に前記永久磁石による磁極をそれぞれ反対称に形成し、他の対向する各腕部周りに前記電磁コイルをそれぞれ配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項１記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに全体としてコンパクトで単純な構成の操作機構を実現することが可能となる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記回転鉄心は略十字型に形成し、前記固定鉄心は前記回転鉄心の外周部に略環状に形成し、前記略十字型の回転鉄心における対向する腕部の各頂点部に対応した前記固定鉄心側に前記永久磁石による磁極をそれぞれ反対称に形成し、他の対向する各腕部の周囲部に前記電磁コイルをそれぞれ配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項３記載の発明の作用と略同様な作用が得られる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、上記請求項３又は４記載の開閉器の回転型操作機構において、前記電磁コイルは、前記開閉器の開路用と閉路用とに対応した各別の電磁コイルとしてなることを要旨とする。この構成により、投入直後の遮断動作に対応することができ、高速動作の必要な遮断器に適した操作機構を実現することが可能となる。
【００１５】
請求項６記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記固定鉄心は、中央部に前記永久磁石による磁極を持ち、その両側部に前記電磁コイルを設けた鉄心単位を円周状に配置して構成し、前記回転鉄心は、前記固定鉄心の内側に配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項１記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに固定鉄心の両側部に設けた電磁コイルを開閉器の遮断用と投入用とに使い分けることで、投入直後の遮断動作に対応することができ、高速動作の必要な遮断器に適した操作機構を実現することが可能となる。
【００１６】
請求項７記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記回転鉄心は、その一端部と他端部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に２面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における一端部及び他端部の各回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記回転鉄心周りに配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項１記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに開閉器の開、閉に対応した回転鉄心の回転両端位置において、その回転鉄心が固定鉄心に２面で吸着されることで吸着力が倍になり、大きな保持力が得られる。
【００１７】
請求項８記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記回転鉄心は、その一端部と他端部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に２面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における一端部及び他端部の各回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記各永久磁石が配置された各固定鉄心側部分以外の各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項７記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに電磁コイルの配置スペースの自由度を大きくすることが可能となる。
【００１８】
請求項９記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記回転鉄心は、その一端部と他端部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に２面で吸着され、前記電磁コイルは前記回転鉄心における一端部及び他端部の各回動範囲に対応した各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置し、前記永久磁石は前記各電磁コイルが配置された各固定鉄心部分以外の各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項７記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに電磁コイルに比べて一般に小形な永久磁石を、回転鉄心の回動範囲以外の固定鉄心側部分に配置することで回転角度の大きな操作機構を実現することが可能となる。
【００１９】
請求項１０記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記回転鉄心は偶数個の腕部を有し、この各腕部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に偶数個の面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記回転鉄心における各腕部周りに配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項７記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに回転角が小さく大容量の回転トルクが必要な開閉器に好適な操作機構が得られる。
【００２０】
請求項１１記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記回転鉄心は偶数個の腕部を有し、この各腕部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に偶数個の面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記各永久磁石が配置された各固定鉄心側部分以外の各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項１０記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに電磁コイルの配置スペースの自由度を大きくすることが可能となる。
【００２１】
請求項１２記載の発明は、上記請求項１記載の開閉器の回転型操作機構において、前記回転鉄心は偶数個の腕部を有し、この各腕部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に偶数個の面で吸着され、前記電磁コイルは前記回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置し、前記永久磁石は前記各電磁コイルが配置された各固定鉄心部分以外の各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置してなることを要旨とする。この構成により、上記請求項１０記載の発明の作用と略同様な作用に加えて、さらに電磁コイルに比べて一般に小形な永久磁石を、回転鉄心の回動範囲以外の固定鉄心側部分に配置することで回転角度の大きな操作機構を実現することが可能となる。
【００２２】
請求項１３記載の発明は、上記請求項１乃至１２の何れかに記載の開閉器の回転型操作機構において、前記永久磁石及び電磁コイルによる各磁路は、前記回転鉄心の回転平面上に形成することを要旨とする。この構成により、操作機構全体として薄型に設計することが可能となり、全体構成の省スペース化が可能となる。
【００２３】
請求項１４記載の発明は、上記請求項１乃至１３の何れかに記載の開閉器の回転型操作機構において、前記回転鉄心と一体で回転する可動体を設けてなることを要旨とする。この構成により、回転鉄心は最適の磁路構成となることを優先して設計するのが基本であるため、それだけではフライホイール効果を発揮させるための慣性モーメントが不足する場合がある。このような場合に、回転鉄心と一体で回転する可動体による十分な慣性モーメントで確実に摩擦力に打ち勝つフライホイール効果が得られて長ストロークの開、閉操作が可能となる。
【００２４】
請求項１５記載の発明は、上記請求項１乃至１４の何れかに記載の開閉器の回転型操作機構において、前記固定鉄心あるいは回転鉄心の少なくとも何れか一方は、珪素鋼板を当該回転鉄心の回転軸方向に積層して構成してなることを要旨とする。この構成により、渦電流が低減して、永久磁石や電磁コイルによる吸引力が増加する。
【００２５】
請求項１６記載の発明は、上記請求項１乃至１５の何れかに記載の開閉器の回転型操作機構において、珪素鋼板を前記回転鉄心の回転軸方向に積層して構成した前記固定鉄心あるいは回転鉄心と前記電磁コイルとを一体に樹脂モールドして構成してなることを要旨とする。この構成により、製造工程が短縮されるとともに、電磁コイル自体が回転する構成にしても損傷のおそれがなく、高信頼性でコンパクトな操作機構が実現される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１乃至図３は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。図１の（ａ），（ｂ），（ｃ）は磁気回路の構成を説明するためのものでケーシングを取り外した状態の回転型操作機構の側面図、図２はケーシングを含めた図１（ａ）のＸ1 −Ｘ1 線相当の断面図、図３は本回転型操作機構を遮断器に適用する場合の回転型操作機構と遮断器の可動軸との係合形態を示すもので、図２のＹ1 矢印方向からみた図である。
【００２８】
まず、回転型操作機構１０Ａの構成を説明する。図１（ａ）に示すように、外周部分に固定鉄心１が配置され、その内側に２箇所の切り欠き部２ａを持つ回転鉄心２が、シャフト３に取り付けられて配置されている。固定鉄心１は円周方向２箇所に突起部分１ａが内側に対向して形成されており、この各突起部分１ａの周りに電磁コイル４が配置されている。回転鉄心２は、固定鉄心１の突起部分１ａと回転鉄心２の切り欠き部２ａとの係合により一定角度範囲のみに回転が制限されている。また、両突起部分１ａを結ぶ線に対し略直交する方向の（図では上下位置）固定鉄心１側に回転鉄心２との間に僅かな空隙を設けられて永久磁石５が２個配置され、固定鉄心１側に磁極を形成している。この磁極は図示のように、回転型操作機構１０Ａの回転中心に対して（図では上下で）反対称な構成になっている。図２に示すように、回転鉄心２はシャフト３に固定されており、固定鉄心１は非磁性体製のケーシング８により保持され、このケーシング８部分にシャフト３が回転可能に保持されている。シャフト３の先端部分にはレバー９が固定されており、このレバー９を介して回転力を開閉装置に伝達する。図３に示すように、レバー９と遮断器の可動軸１３は連結ピン１４で連結されている。遮断器の可動軸１３は上下方向に図中に示した可動範囲内で運動が可能で、可動軸１３側のフランジ部分１３ａとケーシング８に固定された台座１５との間にばね（ばね手段）１６が設けられており、遮断動作の終点近くでフランジ部分１３ａがばね１６を圧縮する構成になっている。この可動軸１３の上方には図示しない真空バルブが連結され、投入状態では図示しないワイプばね（ばね手段）を圧縮して遮断器接点の投入状態を維持する。
【００２９】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ａの作用を説明する。図１（ａ）は、回転鉄心２が回転可能範囲の一端に吸引されている状態であり、これを遮断器の投入状態とする。この状態での磁気回路状態は図に破線で示すようになっており、上部の磁極からの磁路は、左側のギャップ７ａによる磁気抵抗が大きいため、図示したように右側に回り、下側の磁極からの磁路は右側のギャップ７ｂの磁気抵抗が大きいため、図示したように左側に回り、それぞれ閉じた磁気回路を構成して回転鉄心２を吸着面６ｂで時計回りに吸引し、前述のワイプばねをシャフト３を介して圧縮している。
【００３０】
図１（ｂ）は、遮断動作開始時の状態であり、固定鉄心１の突起部分１ａが図示した磁極となる方向に電磁コイル４を励磁する。すると、図の左側の電磁コイル４による磁路は、磁気抵抗の小さい下方に実線で記した方向に回り込む磁気回路を形成し、右側の電磁コイル４による磁路は、磁気抵抗の小さい上方に実線で記した方向に回り込む磁気回路を形成する結果、永久磁石５の磁束を弱める方向に作用する。この結果、吸着面６ｂでの回転鉄心２に作用する吸引トルクが低下し、ワイプばねの反力によるトルク以下になると、回転鉄心２は反時計回りに回転を始め、遮断動作を開始する。回転途中では磁気による吸引トルクは低下するが、回転鉄心２のフライホイール効果により、途中の摩擦力に打ち勝って回転範囲の終端に向かって回転運動が継続される。
【００３１】
図１（ｃ）は、遮断動作完了直前の状態であり、この状態では回転鉄心２の回転により永久磁石５の作る磁気回路は、図１（ａ）で示したものから切り替わっている。電磁コイル４の作る磁気回路も同様に切り替わるが、図１（ｃ）の状態では破線の磁束と実線の磁束が強め合う方向に作用し合い、その結果、回転範囲の終端では反時計回りの回転トルクが増加する。そして、回転鉄心２の回転エネルギが加わる結果、レバー９上方に設けられたばね１６を圧縮して、遮断動作が完了する。この状態では永久磁石５単独での反時計回りの回転トルクがばね１６の反力によるトルクを上回るように設計してあり、永久磁石５単独での吸引力で回転鉄心２が吸着面６ａで吸着され、遮断状態が維持される。なお、投入動作の場合は、電磁コイル４への励磁方向を逆転させることにより、上記の逆の動作として実現される。
【００３２】
本実施の形態の効果を説明する。上述した動作における回転鉄心２に作用する回転トルクと回転角の関係は、図１５に示したものと同様であり、回転範囲の両側では永久磁石５のみの磁力で開位置あるいは閉位置が保持される双安定型になっている。また、動作開始時点で永久磁石５の磁力を弱める方向に励磁された電磁コイル４の磁束は、動作の終点近くでは逆に永久磁石５の磁力を強める方向に作用する吸引力減増特性を持ち、終点近くでのばね１６の圧縮を助ける作用をする。非常に簡単な構成ながら、この磁気特性と回転鉄心２のフライホイール効果とで、長ストロークの駆動が可能であり、また、終点近くでは、ばね１６を変形させて運動エネルギの一部を次の動作用に蓄積するとともに、固定鉄心１と回転鉄心２の吸着面での衝突を緩和する。これにより、励磁電流を小さく抑制することができるとともに、固定鉄心１と回転鉄心２との衝突による部品の損傷を軽減して信頼性の高い回転型操作機構を実現することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態では全ての磁路を回転平面上に構成してあるため機構全体を薄型に設計することが可能であるとともに、図２に示したように、回転鉄心２あるいは固定鉄心１を珪素鋼板１７を回転軸方向に積層して構成すれば、渦電流による影響が低減されてより高速応答が可能な操作機構が実現できる。また、本実施の形態では、ケーシング８の外側にばね１６を配置する構成で説明したが、渦巻きばねのような形態で、ケーシング８の内部に配置する構成も可能である。
【００３４】
図４の（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明の第２の実施の形態を示す。なお、回転型操作機構全体の基本構成は前記第１の実施の形態と略同様であるので、本実施の形態以降第５の実施の形態では、固定鉄心、回転鉄心、永久磁石及び電磁コイルのみの構成で、磁気回路とその作用、効果を説明する。
【００３５】
まず、回転型操作機構１０Ｂの構成を説明する。図４（ａ）において、略十字型の固定鉄心１１が回転型操作機構１０Ｂの中心部に配置され、外周部に２箇所の切り欠き部１２ａを持つ回転鉄心１２が配置されている。固定鉄心１１における４頂点のうち、相対する２頂点部分に永久磁石５による磁極を有しており、それらは図示したように、回転中心に対して反対称に構成されている。また磁極部分と外側の回転鉄心１２部分とは微少な空隙が設けられている。回転鉄心１２は切り欠き部１２ａで固定鉄心１１と係合し、一定角度範囲で回転可能に運動が制限されている。また固定鉄心１１の磁極を持たない側の２本の腕部１１ａ周りには電磁コイル４が配置されている。
【００３６】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ｂの作用を説明する。図４（ａ）を投入状態とすると、切り欠き部１２ａの磁気抵抗が大きいため、図に破線で示す永久磁石５の磁気回路が形成され、回転鉄心１２は時計回りに吸引されている。次に、図４（ｂ）に示すように、固定鉄心１１の腕部１１ａ部分を図示した磁極となる方向に電磁コイル４を励磁すると、電磁コイル４による磁路は、磁気抵抗の小さい側に、実線で記した方向に回り込む磁気回路を形成し、永久磁石５の磁束を弱める方向に作用する。この結果、吸着面６ｂでの回転鉄心１２に作用する吸引トルクが低下し、ワイプばねの反力によるトルク以下になると、回転鉄心１２は反時計回りに回転を始め、遮断動作を開始する。回転途中では磁気による吸引トルクは低下するが、回転鉄心１２のフライホイール効果により、途中の摩擦力に打ち勝って回転範囲の終端に向かって回転運動が継続される。
【００３７】
図４（ｃ）は、遮断動作完了直前の状態であり、この状態では回転鉄心１２の回転により永久磁石５の作る磁気回路は、図４（ａ）で示したものから切り替わっている。電磁コイル４の作る磁気回路も同様に切り替わるが、図４（ｃ）の状態では破線の磁束と実線の磁束が強め合う方向に作用し合い、その結果、回転範囲の終端では反時計回りの回転トルクが増加する。そして、回転鉄心１２の持つ回転エネルギが加わる結果、操作機構外部に設けられたばねを圧縮して、遮断動作が完了する。この状態では永久磁石５単独での反時計回りの回転トルクがばねの反力によるトルクを上回るように設計してあり、永久磁石５単独の吸引力で回転鉄心１２が吸着面６ａで吸着され、遮断状態が維持される。なお、投入動作の場合は、電磁コイル４への励磁方向を逆転させることにより、上記の逆の動作として実現される。
【００３８】
本実施の形態の効果を説明する。本実施の形態は、基本的には前記第１の実施の形態の固定鉄心と回転鉄心の配置を内外で逆にした構成であり、非常に簡単な構成ながら、双安定型で、吸引力減増特性を持つ長ストロークの操作機構を実現する作用と効果は基本的には第１の実施の形態と変わらない。ただし、電磁コイル４の配置スペースを大きくとれる利点があるため、全体をコンパクトに設計することができる。本実施の形態では、電磁コイル４をそれぞれ１個ずつ設ける構成を説明したが、固定鉄心１１の１本の腕部１１ａの周りに電磁コイルを２個ずつ合計４個配置し、遮断用と投入用とに電磁コイルを使い分けることも可能である。遮断用と投入用とで別々の電磁コイルを用いると、投入直後の遮断動作（いわゆるＣ−Ｏ動作）を実現するための制御が容易になるため、高速応答の必要な遮断器に適した、安価で信頼性の高い操作機構を実現することができる。
【００３９】
図５の（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明の第３の実施の形態を示す。まず、回転型操作機構１０Ｃの構成を説明する。図５（ａ）において、略十字型の回転鉄心２２が回転型操作機構１０Ｃの中心部に配置され、外周部に２箇所の切り欠き部２１ａを持つ固定鉄心２１が配置されている。回転鉄心２２における４頂点のうち、相対する２頂点部分の固定鉄心２１には永久磁石５による磁極を有しており、それらは図示したように、回転中心に対して反対称に構成されている。回転鉄心２２の磁極を持たない側の２本の腕部２２ａは固定鉄心２１の切り欠き部２１ａの端部と係合し、一定角度範囲で回転可能に運動が制限されている。また、回転鉄心２２の磁極を持たない側の２本の腕部２２ａ周りには電磁コイル４が配置されている。ここで、電磁コイル４は回転鉄心２２が回転できる範囲分の空隙を設けて図示しないケーシングに固定されている。
【００４０】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ｃの作用を説明する。本実施の形態の構成は上記第２の実施の形態を基に、内側の略十字型鉄心を回転鉄心２２としたものであり、磁気回路構成とその作用は第２の実施の形態と略同様である。
【００４１】
本実施の形態の効果を説明する。本実施の形態は、前記第２の実施の形態と同様に、非常に簡単な構成ながら、双安定型で、吸引力減増特性を持つ長ストロークの操作機構を実現できる。電磁コイル４の配置スペースを大きくとれる利点があるため、全体をコンパクトに設計することができる。本実施の形態では、電磁コイル４が固定側に配置されているため、回転動作の衝撃による劣化が生じ難い利点があり、信頼性の高い操作機構を実現することができる。なお、回転速度が低速の仕様であれば、上述のように回転鉄心２２と電磁コイル４の間に空隙を設けず、回転鉄心２２に電磁コイル４を固定して一体に回転できる構成とすることができる。回転鉄心２２を珪素鋼板を積層して構成する場合は、積層体の一体性を高めるため樹脂モールドを行うが、このとき電磁コイル４も回転鉄心２２と一体に樹脂モールドすることが可能である。この構成とすれば、製造工程が短縮されるとともに、かつ一体成形であるから、電磁コイル４自体が回転することにより損傷が全く無い、非常に信頼性の高い、コンパクトな操作機構を実現することができる。
【００４２】
図６の（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明の第４の実施の形態を示す。本実施の形態は、前記第２の実施の形態において固定鉄心の磁極数を増加させたものである。
【００４３】
まず、回転型操作機構１０Ｄの構成を説明する。図６（ａ）において、８本の腕部３１ａを持つ固定鉄心３１が回転型操作機構１０Ｄの中心部に配置され、外周部には４箇所の切り欠き部３２ａを持つ回転鉄心３２が配置されている。固定鉄心３１における８頂点のうち、相対する４頂点部分に永久磁石５による磁極を有しており、それらは図示したように、回転中心に対して１個毎に極性が反転する構成になっている。回転鉄心３２は切り欠き部３２ａの端部と固定鉄心３１の４本の腕部３１ａで係合し、一定角度範囲で回転可能に運動が制限されている。また固定鉄心３１の磁極を持たない側の４本の腕部３１ａ周りには電磁コイル４が配置されている。
【００４４】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ｄの作用を説明する。図６（ａ）を投入状態とすると、切り欠き部３２ａの磁気抵抗が大きいため、図に破線で示す永久磁石５の磁気回路が形成され、回転鉄心３２は時計回りに吸引されている。次に、図６（ｂ）に示すように、固定鉄心３１の腕部３１ａ部分が図示した磁極となる方向に電磁コイル４を励磁すると、電磁コイル４による磁路は、磁気抵抗の小さい側に、実線で記した方向に回り込む磁気回路を形成し、永久磁石５の磁束を弱める方向に作用する。この結果、吸着面での回転鉄心３２に作用する吸引トルクが低下し、ワイプばねの反力によるトルク以下になると、回転鉄心３２は反時計回りに回転を始め、遮断動作を開始する。回転途中では磁気による吸引トルクは低下するが、回転鉄心３２のフライホイール効果により、途中の摩擦力に打ち勝って回転範囲の終端に向かって回転運動が継続される。
【００４５】
図６（ｃ）は、遮断動作完了直前の状態であり、この状態では回転鉄心３２の回転により永久磁石５の作る磁気回路は、図６（ａ）で示したものから切り替わっている。電磁コイル４の作る磁気回路も同様に切り替わるが、図６（ｃ）の状態では破線の磁束と実線の磁束が強め合う方向に作用し合い、その結、回転範囲の終端では反時計回りの回転トルクが増加する。そして、回転鉄心３２の持つ回転エネルギが加わる結果、操作機構外部に設けられたばねを圧縮して、遮断動作が完了する。この状態では永久磁石５単独での反時計回りの回転トルクがばねの反力によるトルクを上回るように設計してあり、電磁コイル４への励磁を中止しても遮断状態が維持される。なお、投入動作の場合は、電磁コイル４への励磁方向を逆転させることにより、上記の逆の動作として実現される。
【００４６】
本実施の形態の効果を説明する。本実施の形態は、基本的には前記第２の実施の形態の固定鉄心と回転鉄心の極数を４にした構成であり、より一般的には磁極数が偶数個で、１個ずつ、回転中心に対して磁極構成を反転する構成とすることにより、双安定型で、吸引力減増特性を持つ長ストロークの操作機構を実現することができる。本実施の形態の磁極数を増加する構成は、回転角が小さく大容量の回転トルクが必要な場合に適しており、安価な小容量の永久磁石を多数配置して製造できるために、回転型操作機構全体を安価に製造できる。なお、第１の実施の形態を基本にして、回転鉄心を内側に配置して、偶数個の磁極を反転させながら円周方向に配置しても同様な効果が得られる。
【００４７】
図７の（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明の第５の実施の形態を示す。まず、回転型操作機構１０Ｅの構成を説明する。図７（ａ）において、中心部に永久磁石５による磁極を有し、その両側に投入用と遮断用の電磁コイル４ａ，４ｂを配置した鉄心単位４１Ａ，４１Ｂが２個、外周部に配置されて固定鉄心４１が構成されている。その内側に２箇所の突起部４２ａを持つ回転鉄心４２が配置され、固定鉄心単位４１Ａ，４１Ｂの端部と突起部４２ａとが係合して、一定角度範囲で回転可能に運動が制限されている。回転鉄心４２は２箇所の突起部４２ａの略中心位置を通るように回転軸方向に深い溝４２ｂを有している。本実施の形態では磁極数は任意に構成できるが、以下では図示したように、左右対称な２磁極構成として説明する。
【００４８】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ｅの作用を説明する。図７（ａ）を投入状態とする。回転鉄心４２に設けられた溝４２ｂの磁気抵抗により、図に破線で示す相互に干渉しない永久磁石５の磁路が形成され、回転鉄心４２は吸着面６ｂで時計回りに吸引されている。次に、図７（ｂ）に示すように、固定鉄心４１を図示した磁極となる方向に遮断用電磁コイル４ａを励磁すると、遮断用電磁コイル４ａによる磁路は、磁気抵抗の小さい側に、実線で記した方向に回り込む磁気回路を形成し、永久磁石５による吸着面６ｂでの磁束を弱め、反吸引側での磁束を強める方向に作用する。この結果、回転鉄心４２には反時計回りの回転トルクが作用し、吸引トルクは低下する。吸引トルクがワイプばねの反力による反時計回りのトルク以下になると、回転鉄心４２は反時計回りに回転を始め、遮断動作を開始する。回転途中では磁気による吸引トルクは低下するが、回転鉄心４２のフライホイール効果により、途中の摩擦力に打ち勝って回転範囲の終端に向かって回転運動が継続される。
【００４９】
図７（ｃ）は、遮断動作完了直前の状態であり、この状態では回転鉄心４２の回転により永久磁石５の作る磁気回路は、図７（ａ）で示したものから切り替わっている。電磁コイル４ａの作る磁気回路も同様に切り替わるが、図７（ｃ）の状態では破線の磁束と実線の磁束が強め合う方向に作用し合い、その結果、回転範囲の終端では反時計回りの回転トルクが増加する。そして、回転鉄心４２の持つ回転エネルギが加わる結果、操作機構外部に設けられたばねを圧縮して、遮断動作が完了する。この状態では永久磁石５単独での反時計回りの回転トルクがばねの反力によるトルクを上回るように設計してあり、永久磁石５単独の吸引力のみで吸着面６ａを吸着し、遮断状態が維持される。なお、投入動作の場合は、投入用電磁コイル４ｂを励磁することにより、上記の逆の動作として実現される。
【００５０】
本実施の形態の効果を説明する。本実施の形態においても、双安定型、吸引力減増切り替え特性を持つ長ストロークの操作機構を実現することができる。回転鉄心４２が溝４２ｂで分断されているため、それぞれの磁路が独立し相互干渉しないため、磁極数を任意の構成できる特性を持っている。なお、本実施の形態では、遮断用と投入用とに電磁コイルを使い分ける励磁方法で説明した。この場合は、投入直後の遮断動作（いわゆるＣ−Ｏ動作）を実現するための制御が容易になり、高速応答の操作機構を実現することができる。また、断路器のように、高速での動作切り替えが必要でない場合には、２個のコイルを直列に接続して遮断と投入で励磁方向を逆転させる構成も可能である。
【００５１】
図８乃至図１０には、本発明の第６の実施の形態を示す。本実施の形態以降の各実施の形態は、回転鉄心が固定鉄心に２面又は４面以上の偶数個の面で吸着して吸着力が増大するようになっている。図８の（ａ），（ｂ），（ｃ）は磁気回路の構成を説明するための回転型操作機構の側面図、図９は図８の（ａ）のＸ2 −Ｘ2 線相当の断面図、図１０は本回転型操作機構を遮断器に適用する場合の回転型操作機構と遮断器の可動軸との係合形態を示すもので、図９のＹ2 矢印方向からみた図である。
【００５２】
まず、回転型操作機構１０Ｆの構成を説明する。図８（ａ）に示すように、固定鉄心５１は、下部鉄心５１ｂと上部鉄心５１ａとの間に２個の永久磁石５を互いに磁極が反発する向きに挟み込んで、スタッド２３で締結して構成されている。その内側に回転鉄心５２が固定鉄心５１と２面２６ａ，２６ｃで吸着されるように配置されている。回転鉄心５２のシャフト３は固定鉄心５１に固定された非磁性体製のフレーム２４により支持されている。そして回転鉄心５２を取り囲むように遮断用及び投入用の電磁コイル４ａ，４ｂが回転鉄心５１側に固定されている。回転鉄心５２は固定鉄心５１により一定角度範囲のみに回転が制限されている。図９に示すように、回転鉄心５２とシャフト３は一体に固定されており、固定鉄心５１に固定されたフレーム２４により保持されて回転可能に係合している。シャフト３の先端部分には可動体としての回転円板２５が固定されており、この回転円板２５を介して回転力を開閉装置に伝達する。図１０に示すように、回転円板２５と遮断器の可動軸１３は連結ピン１４で連結されている。遮断器の可動軸１３は上下方向に図中に示した範囲内で運動が可能で、可動軸１３側のフランジ部分１３ａと回転型操作機構側に固定された台座１５との間にばね１６が設けられており、遮断動作の終点近くでフランジ部分１３ａがばね１６を圧縮する構成になっている。この可動軸１３の上方には図示しない真空バルブが連結され、投入状態では図示しないワイプばねを圧縮して遮断器接点の投入状態を維持する。
【００５３】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ｆの作用を説明する。図８（ａ）は、回転鉄心５２が回転可能範囲の一端に吸引されている状態であり、これを遮断器の投入状態とする。この状態での磁気回路状態は図に破線で示すようになっており、左右の永久磁石５の磁極から発した磁路は、回転鉄心５２を通って２つのループを描きそれぞれの永久磁石５に帰還するようになり、２つの吸着面２６ａ，２６ｃで回転鉄心５２を時計回りに吸引し、前述のワイプばねをシャフト３を介して圧縮している。
【００５４】
図８（ｂ）は、遮断動作開始時の状態であり、永久磁石５の磁束を打ち消す方向に遮断用電磁コイル４ａを励磁する。この結果、永久磁石５による磁束が弱められて、回転鉄心５２に作用する吸引トルクが低下し、ワイプばねの反力によるトルク以下になると、回転鉄心５２は反時計回りに回転し始め、遮断動作を開始する。回転途中では磁気による吸引トルクは低下するが、回転鉄心５２と回転円板２５のフライホイール効果により、途中の摩擦力に打ち勝って回転範囲の終端に向かって回転運動が継続される。
【００５５】
図８（ｃ）は、遮断動作完了直前の状態であり、この状態では回転鉄心５２の回転により永久磁石５の作る磁気回路は、図８（ａ）で示したものから切り替わり、回転鉄心５２内を通過する磁束の方向が逆転する。一方、電磁コイル４ａが回転鉄心５２に作る磁束の方向は変わらない。その結果、図８（ｃ）の状態では破線の磁束と実線の磁束が強め合う方向に作用し合い、回転範囲の終端では反時計回りの回転トルクが増加する。そして、回転鉄心５２の回転エネルギが加わる結果、シャフト３と回転円板２５を介してばね１６を圧縮して、遮断動作が完了する。この状態では永久磁石５単独での反時計回りの回転トルクがばね１６の反力によるトルクを上回るように設計してあり、永久磁石５単独での吸引力で回転鉄心５２が吸着面２６ｂ，２６ｄで吸着され、遮断状態が維持される。なお、投入動作は、投入電磁コイル４ｂを遮断時と逆方向に励磁することにより、上記の逆の動作として実現される。
【００５６】
本実施の形態における上述の作用は、図８において固定鉄心５１を吸着部位２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄで仮想的に４個に分割した場合、２つの永久磁石５を回転鉄心５２両端部の各回動範囲に対応した回転側部位２６ｂ−２６ｃ間と２６ｄ−２６ａ間に配置すれば成立する。
【００５７】
本実施の形態の効果を説明する。上述した動作における回転鉄心５２に作用する回転トルクの回転角の関係は、図１５に示したものと同様であり、回転範囲の両側では永久磁石５のみの磁力で開位置あるいは閉位置が保持される双安定型になっており、かつ開位置と閉位置において１磁路当たり２面で吸着される構成であるため、従来例の場合に比べて吸着力は２倍になる。また、動作開始時点で永久磁石５の磁力を弱める方向に励磁された電磁コイル４ａの磁束は、動作の終点近くでは逆に永久磁石５の磁力を強める方向に作用する吸引力減増特性を持ち、終点近くでのばね１６の圧縮を助ける作用をする。非常に簡単な構成ながら、この磁気特性と回転鉄心５２と回転円板２５のフライホイール効果とで、長ストロークの駆動が可能であり、また、動作終点近くでは、ばね１６を変形させて運動エネルギの一部を次の動作用に蓄積するとともに、固定鉄心５１と回転鉄心５２の吸着面での衝突を緩和する。これにより、励磁電流を小さく抑制することができるとともに、固定鉄心５１と回転鉄心５２との衝突による部品の損傷を軽減して信頼性の高い回転型操作機構を実現することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態では全ての磁路を回転平面上に構成してあるため機構全体を薄型に設計することが可能である。また図９に示したように、回転鉄心５２あるいは固定鉄心５１を珪素鋼板１７を回転軸方向に積層して構成すれば、渦電流による影響が低減されてより高速応答が可能な操作機構が実現できる。また本実施の形態では電磁コイル４ａ，４ｂを回転鉄心５２を取り囲むように固定鉄心５１側に配置したが、回転速度が緩やかな回転型操作機構では、回転鉄心５２に固定して回転させることも可能である。また回転鉄心５２の慣性モーメントが十分な大きさの場合は回転円板２５を単純な形状のレバーとすることも可能である。
【００５９】
図１１の（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明の第７の実施の形態を示す。なお、回転型操作機構全体の基本構成は前記第６の実施の形態と略同様であるので、本実施の形態以降では、固定鉄心、回転鉄心、永久磁石及び電磁コイルのみの構成で、磁気回路とその作用、効果を説明する。
【００６０】
まず、回転型操作機構１０Ｇの構成を説明する。図１１（ａ）において、２個の永久磁石５を磁極が互いに反発する向きに挟み込んだ固定鉄心６１が外側に配置され、内側に回転鉄心６２が２面２６ａ，２６ｃで吸着されるように配置されている。また固定鉄心６１の上部と下部には、それぞれ電磁コイル４が配置されている。
【００６１】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ｇの作用を説明する。図１１（ａ）を投入状態とする。この状態での磁気回路状態は図に破線で示すようになっており、左右の永久磁石５から発した磁路は、回転鉄心６２を通って２つのループを描きそれぞれの磁極に帰還するようになり、２つの吸着面２６ａ，２６ｃで回転鉄心６２を時計回りに吸引し、図示しないワイプばねをシャフト３を介して圧縮している。
【００６２】
図１１（ｂ）は、遮断動作開始時の状態であり、２つの永久磁石５の磁束を打ち消す方向に電磁コイル４を励磁する。この結果、２つの永久磁石５の作る磁束が弱められて、吸着面２６ａ，２６ｃでの回転鉄心６２に作用する吸引トルクが低下し、ワイプばねの反力によるトルク以下になると、回転鉄心６２は反時計回りに回転し始め、遮断動作を開始する。回転途中では磁気による吸引トルクは低下するが、回転鉄心６２と回転円板２５のフライホイール効果により、途中の摩擦力に打ち勝って回転範囲の終端に向かって回転運動が継続される。
【００６３】
図１１（ｃ）は、遮断動作完了直前の状態であり、この状態では回転鉄心６２の回転により永久磁石５の作る磁気回路は、図１１（ａ）で示したものから切り替わり、回転鉄心６２内を通過する磁束の方向が逆転している。電磁コイル４の作る磁路も回転鉄心６２の回転により切り替わるが、回転鉄心６２内を通る磁束の方向は変わらない。その結果、図１１（ｃ）の状態では破線の磁束と実線の磁束が強め合う方向に作用し合い、その結果回転範囲の終端では反時計回りの回転トルクが増加する。そして、回転鉄心６２の回転エネルギが加わる結果、操作機構外部に設けられたばねを圧縮して、遮断動作が完了する。この状態では永久磁石５単独での反時計回りの回転トルクがばねの反力によるトルクを上回るように設計してあり、永久磁石５単独での吸引力で回転鉄心６２が吸着面２６ｂ，２６ｄで吸着され、遮断状態が維持される。なお、投入動作は、電磁コイル４に、遮断時と逆方向に励磁することにより、上記の逆の動作として実現される。
【００６４】
本実施の形態における上述の作用は、図１１において固定鉄心６１を吸着部位２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄで仮想的に４個に分割した場合、２つの永久磁石５を回転鉄心６２両端部の各回動範囲に対応した回転側部位２６ｂ−２６ｃ間と２６ｄ−２６ａ間に配置し、２つの電磁コイル４を永久磁石５が配置された各固定鉄心側部分以外の反回転側部位２６ａ−２６ｂ間と２６ｃ−２６ｄ間に配置することにより成立する。
【００６５】
本実施の形態の効果を説明する。本実施の形態は、基本的には前記第６の実施の形態において２つの電磁コイル４を固定鉄心６１周りに配置した構成であり、非常に簡単な構成ながら、１磁路当たり２面吸着で双安定型、かつ吸引力減増特性を有する長ストロークの操作機構を実現する作用と効果は基本的には第６の実施の形態と同じである。ただし、第６の実施の形態にに比べて電磁コイル４を配置するスペースの自由度が大きいという利点がある。
【００６６】
なお、本実施の形態は、電磁コイルを投入用と遮断用とで別々に設け、使い分けることも可能である。遮断用と投入用とで別々の電磁コイルを用いると、投入直後の遮断動作（いわゆるＣ−Ｏ動作）を実現するための制御が容易になるため、高速応答の必要な遮断器に適した、安価で信頼性の高い操作機構を実現することができる。
【００６７】
図１２の（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明の第８の実施の形態を示す。本実施の形態は、基本的には上記第７の実施の形態の永久磁石５と電磁コイル４の配置位置を交換したものである。まず、回転型操作機構１０Ｈの構成を説明する。図１２（ａ）において、２個の永久磁石５を磁極が互いに反発する向きに上下位置に挟み込んだ固定鉄心７１が外側に配置され、内側に回転鉄心７２が２面２６ａ，２６ｃで吸着されるように配置されている。また左右の固定鉄心７１周りに電磁コイル４が配置されている。
【００６８】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ｈの作用を説明する。図１２（ａ）を投入状態とする。この状態での磁気回路状態は図に破線で示すようになっており、上下の永久磁石５から発した磁路は、回転鉄心７２を通って２つのループを描きそれぞれの磁極に帰還するようになり、吸着面２６ａ，２６ｃで回転鉄心７２を時計回りに吸引し、図示しないワイプばねをシャフト３を介して圧縮している。
【００６９】
図１２（ｂ）は、遮断動作開始時の状態であり、永久磁石５の磁束を打ち消す方向に左右の電磁コイル４を励磁する。この結果、永久磁石５の作る磁束が弱められて、吸着面２６ａ，２６ｃでの回転鉄心７２に作用する吸引トルクが低下し、ワイプばねの反力によるトルク以下になると、回転鉄心７２は反時計回りに回転し始め、遮断動作を開始する。回転途中では磁気による吸引トルクは低下するが、回転鉄心７２と回転円板２５のフライホイール効果により、途中の摩擦力に打ち勝って回転範囲の終端に向かって回転運動が継続される。
【００７０】
図１２（ｃ）は、遮断動作完了直前の状態であり、この状態では回転鉄心７２の回転により磁気回路は、図１２（ａ）で示したものから切り替わるが、回転鉄心７２内を通過する永久磁石５の作る磁束の方向は変わらない。一方、電磁コイル４の作る磁路は回転鉄心７２の回転により切り替わり、回転鉄心７２内を通る磁束の方向は逆転する。その結果、図１２（ｃ）の状態では破線の磁束と実線の磁束が強め合う方向に作用し合い、回転範囲の終端では反時計回りの回転トルクが増加する。そして、回転鉄心７２の回転エネルギが加わる結果、操作機構外部に設けられたばねを圧縮して、遮断動作が完了する。この状態では永久磁石５単独での反時計回りの回転トルクがばねの反力によるトルクを上回るように設計してあり、永久磁石５単独での吸引力で回転鉄心７２が吸着面２６ｂ，２６ｄで吸着され、遮断状態が維持される。なお、投入動作は、電磁コイル４に、遮断時と逆方向に励磁することにより、上記の逆の動作として実現される。
【００７１】
本実施の形態における上述の作用は、図１２において、固定鉄心７１を吸着部位２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄで仮想的に４個に分割した場合、２つの電磁コイル４を回転鉄心７２両端部の各回動範囲に対応した回転側部位２６ｂ−２６ｃ間と２６ｄ−２６ａ間に配置し、２つの永久磁石５を電磁コイル４が配置された各固定鉄心側部分以外の反回転側部位２６ａ−２６ｂ間と２６ｃ−２６ｄ間に配置することにより成立する。
【００７２】
本実施の形態の効果を説明する。本実施の形態は、前述したように基本的には前記第７の実施の形態の永久磁石５と電磁コイル４の配置位置を交換した構成であり、非常に簡単な構成ながら、２面吸着で双安定型、かつ吸引力減増特性を有する長ストロークの操作機構を実現する作用と効果は基本的には第７の実施の形態と同じであるが、本実施の形態は回転角度の大きな場合に適している。回転鉄心７２の回転範囲が大きくなると、反回転側の距離２６ａ−２６ｂ，２６ｃ−２６ｄ間が小さくなり、この部分に電磁コイル４を配置することが困難になる。一般に永久磁石の厚さは１０〜２０ｍｍ程度であるため、本実施の形態では反回転側に永久磁石５を配置し、回転側に電磁コイル４を配置する構成であるため、回転角度の大きい操作機構を提供できる。
【００７３】
図１３の（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明の第９の実施の形態を示す。本実施の形態は、前記第６の実施の形態の磁極数を増加させたものである。まず、回転型操作機構１０Ｉの構成を説明する。図１３（ａ）において、４本の腕部を持つ回転鉄心８２が回転型操作機構１０Ｉの中心部に配置され、その外側には４箇所の突起部８１ａを有する円環状の固定鉄心８１が配置されている。回転鉄心８２は回転範囲の両端のそれぞれにおいて固定鉄心８１に４面２６ｂ，２６ｄ，２６ｆ，２６ｈで吸着される配置になっている。いま、図示のように、合計８箇所の吸着部位をそれぞれ２６ａ〜２６ｈとし、固定鉄心８１を２６ａ〜２６ｈで仮想的に８個に分割すると、回転鉄心８２の各腕部の回動範囲に対応した回転側部位２６ａ−２６ｂ，２６ｃ−２６ｄ，２６ｅ−２６ｆ，２６ｇ−２６ｈ間に永久磁石５がそれぞれ磁極が反発する向きに配置されている。また回転鉄心８２の４本の腕部の周りには遮断用電磁コイル４ａと投入用電磁コイル４ｂが２個ずつそれぞれ対向して取付けられている。
【００７４】
次に、上述のように構成された回転型操作機構１０Ｉの作用を説明する。図１３（ａ）を投入状態とすると、回転鉄心８１に配置された永久磁石５の磁極が互いに反発するように配置されているため、永久磁石５の作る磁路は、図示したように回転鉄心８２の腕部を通って帰還する４個のループを形成し、回転鉄心８２は４面２６ｂ，２６ｄ，２６ｆ，２６ｈで時計回りに吸引されている。次に図１３（ｂ）に示すように、回転鉄心８２の腕部分を図示した磁極となる方向に遮断用電磁コイル４ａを対向するように励磁すると、遮断用電磁コイル４ａによる磁路は、実線で記した方向に回る磁気回路を構成し、回転鉄心８２の４本の腕部分の永久磁石５の磁束を弱める方向に作用する。この結果、吸着面での回転鉄心８２に作用する吸引トルクが低下し、ワイプばねの反力によるトルク以下になると、回転鉄心８２は反時計回りに回転し始め、遮断動作を開始する。回転途中では磁気による吸引トルクは低下するが、回転鉄心８２のフライホイール効果により、途中の摩擦力に打ち勝って回転範囲の終端に向かって回転運動が継続される。
【００７５】
図１３（ｃ）は、遮断動作完了直前の状態であり、この状態では回転鉄心８２の回転により永久磁石５の作る磁気回路は、図１３（ａ）で示したものから切り替わり、回転鉄心８２の腕を通る磁束の方向が逆転する。一方、回転鉄心８２の腕部分の遮断用電磁コイル４ａの作る磁気回路の方向は回転により不変であるから、図１３（ｃ）の状態では破線の磁束と実線の磁束が強め合う方向に作用し合う。その結果、回転範囲の終端では反時計回りの回転トルクが増加する。そして、回転鉄心８２の持つ回転エネルギが加わる結果、操作機構外部に設けられたばねを圧縮して、遮断動作が完了する。この状態では永久磁石５単独での反時計回りの回転トルクがばねの反力によるトルクを上回るように設計してあり、回転鉄心８２は吸着面２６ａ，２６ｃ，２６ｅ，２６ｇで反時計回りに吸引され、遮断用電磁コイル４ａへの励磁を中断しても遮断状態が維持される。なお、投入動作は、投入用電磁コイル４ｂに励磁することにより、上記の逆の動作として実現される。
【００７６】
本実施の形態の効果を説明する。本実施の形態は、基本的には前記第６の実施の形態の磁極数を４とした構成であり、より一般的には磁極数が偶数個であれば成立し、１磁路当たり２面吸着で、双安定型、吸引力減増特性を有する長ストロークの操作機構を実現することができる。本実施の形態のように磁極数を４以上とする構成は、回転角が小さく大容量の回転トルクが必要な場合に適しており、小容量の安価な永久磁石を多数配置して製造できるために、操作機構全体を安価に製造できる。なお、本実施の形態と構成を逆にして、内側を固定し、外側を回転させても同様な効果が得られる。
【００７７】
なお、本実施の形態は、磁極数を偶数個とした構成において、永久磁石５は回転鉄心８２の各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心側部分にそれぞれ配置し、電磁コイル４は回転鉄心８２の各腕部周りにそれぞれ配置したが、磁極数を偶数個とした構成においても、永久磁石と電磁コイルの配置態様は、前記第７の実施の形態又は第８の実施の形態に相当する構成をとることもできる。即ち、永久磁石は回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心側部分にそれぞれ配置し、電磁コイルは各永久磁石が配置された各固定鉄心側部分以外の各固定鉄心部分周りにそれぞれ配置する（第７の実施の形態に対応）。電磁コイルは回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置し、永久磁石は各電磁コイルが配置された各固定鉄心部分以外の各固定鉄心側部分にそれぞれ配置する（第８の実施の形態に対応）。そして、このような各構成をとることで、上述した本実施の形態の作用、効果にさらに、第７の実施の形態又は第８の実施の形態の作用、効果を付加させることができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、固定鉄心と、この固定鉄心に対し開閉器の開、閉に対応した両端位置間の一定範囲のみに回転が制限された回転鉄心と、この回転鉄心の前記両端位置への回転でばね力が蓄積される各ばね手段と、前記回転鉄心が前記両端の各位置まで回転したとき前記固定鉄心及び回転鉄心を通る閉磁路を形成し前記ばね手段のばね力を超える吸引力により前記回転鉄心を前記両端の各位置に保持する永久磁石と、励磁により前記回転鉄心が前記両端のうちの何れか一端位置に保持されているときには前記永久磁石の磁路と逆方向の磁路を形成して前記永久磁石による吸引力を前記ばね手段のばね力以下に弱め、前記回転鉄心が他端位置に回転したときには前記永久磁石の磁路と同方向の磁路を形成する電磁コイルとを具備させたため、回転鉄心の両端位置への回転を開閉器の開、閉に対応させることで、回転運動で接点の開、閉を行う断路器等にも適用可能で応用範囲の広い操作機構となる。この両端位置では、永久磁石の吸引力のみで開位置あるいは閉位置が保持されて双安定型特性を得ることができる。ばね手段により、動作終端での回転鉄心と固定鉄心との衝突を避けることができて信頼性を高めることができる。ばね手段に蓄積されたばね力が次の回転起動時の駆動力として利用され、電磁コイルは永久磁石による吸引力をばね手段のばね力以下に弱めればよいので、励磁電流が小さくて済み省電力型の操作機構となる。この電磁コイルによる永久磁石の吸引力減増特性と回転鉄心のフライホイール効果とで長ストロークの開、閉操作を行うことができる操作機構を実現することができる。
【００７９】
請求項２記載の発明によれば、前記固定鉄心は、各頂点部に前記永久磁石により相隣る同士間で極性が反転する磁極が形成された偶数個の腕部と前記電磁コイルが巻回された偶数個の腕部とを交互に放射状に形成し、前記回転鉄心は、前記固定鉄心の外周部に略環状に形成したため、上記請求項１記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに回転角が小さく大容量の回転トルクが必要な開閉器に好適な操作機構を得ることができる。
【００８０】
請求項３記載の発明によれば、前記固定鉄心は略十字型に形成し、前記回転鉄心は前記固定鉄心の外周部に略環状に形成し、前記略十字型の固定鉄心における対向する腕部の各頂点部に前記永久磁石による磁極をそれぞれ反対称に形成し、他の対向する各腕部周りに前記電磁コイルをそれぞれ配置したため、上記請求項１記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに全体としてコンパクトで単純な構成の操作機構を実現することができる。
【００８１】
請求項４記載の発明によれば、前記回転鉄心は略十字型に形成し、前記固定鉄心は前記回転鉄心の外周部に略環状に形成し、前記略十字型の回転鉄心における対向する腕部の各頂点部に対応した前記固定鉄心側に前記永久磁石による磁極をそれぞれ反対称に形成し、他の対向する各腕部の周囲部に前記電磁コイルをそれぞれ配置したため、上記請求項３記載の発明と略同様な効果がある。
【００８２】
請求項５記載の発明によれば、前記電磁コイルは、前記開閉器の開路用と閉路用とに対応した各別の電磁コイルとしたため、高速応答が可能な操作機構を実現することができる。
【００８３】
請求項６記載の発明によれば、前記固定鉄心は、中央部に前記永久磁石による磁極を持ち、その両側部に前記電磁コイルを設けた鉄心単位を円周状に配置して構成し、前記回転鉄心は、前記固定鉄心の内側に配置したため、上記請求項１記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに固定鉄心の両側部に設けた電磁コイルを開閉器の遮断用と投入用との使い分けることで、高速応答が可能な操作機構を実現することができる。
【００８４】
請求項７記載の発明によれば、前記回転鉄心は、その一端部と他端部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に２面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における一端部及び他端部の各回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記回転鉄心周りに配置したため、上記請求項１記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに回転鉄心が、その回転両端位置において固定鉄心に２面で吸着されることで吸着力が倍になり、大きな保持力が得られて大容量の操作機構を実現することができる。
【００８５】
請求項８記載の発明によれば、前記回転鉄心は、その一端部と他端部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に２面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における一端部及び他端部の各回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記各永久磁石が配置された各固定鉄心側部分以外の各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置したため、上記請求項７記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに電磁コイルの配置スペースの自由度を大きくすることができる。
【００８６】
請求項９記載の発明によれば、前記回転鉄心は、その一端部と他端部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に２面で吸着され、前記電磁コイルは前記回転鉄心における一端部及び他端部の各回動範囲に対応した各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置し、前記永久磁石は前記各電磁コイルが配置された各固定鉄心部分以外の各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置したため、上記請求項７記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに一般に小形な永久磁石を、回転鉄心の回動範囲以外の固定鉄心側部分に配置することで回転角度の大きな操作機構を実現することができる。
【００８７】
請求項１０記載の発明によれば、前記回転鉄心は偶数個の腕部を有し、この各腕部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に偶数個の面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記回転鉄心における各腕部周りに配置したため、上記請求項７記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに回転角が小さく大容量の回転トルクが必要な開閉器に好適な操作機構を得ることができる。
【００８８】
請求項１１記載の発明によれば、前記回転鉄心は偶数個の腕部を有し、この各腕部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に偶数個の面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記各永久磁石が配置された各固定鉄心側部分以外の各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置したため、上記請求項１０記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに電磁コイルの配置スペースの自由度を大きくすることができる。
【００８９】
請求項１２記載の発明によれば、前記回転鉄心は偶数個の腕部を有し、この各腕部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に偶数個の面で吸着され、前記電磁コイルは前記回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置し、前記永久磁石は前記各電磁コイルが配置された各固定鉄心部分以外の各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置したため、上記請求項１０記載の発明と略同様な効果に加えて、さらに一般に小形な永久磁石を、回転鉄心の回動範囲以外の固定鉄心側部分に配置することで回転角度の大きな操作機構を実現することができる。
【００９０】
請求項１３記載の発明によれば、前記永久磁石及び電磁コイルによる各磁路は、前記回転鉄心の回転平面上に形成したため、操作機構全体として薄型に設計することができる。
【００９１】
請求項１４記載の発明によれば、前記回転鉄心と一体で回転する可動体を設けたため、最適の磁路構成となることを優先して設計される回転鉄心だけでは慣性モーメントが不足する場合でも、十分な慣性モーメントで摩擦力に打ち勝つフライホイール効果が得られて長ストロークの開、閉操作を行うことができる操作機構を確実に実現することができる。
【００９２】
請求項１５記載の発明によれば、前記固定鉄心あるいは回転鉄心の少なくとも何れか一方は、珪素鋼板を当該回転鉄心の回転軸方向に積層して構成したため、渦電流による影響が低減して、より高速応答が可能となる。
【００９３】
請求項１６記載の発明によれば、珪素鋼板を前記回転鉄心の回転軸方向に積層して構成した前記固定鉄心あるいは回転鉄心と前記電磁コイルとを一体に樹脂モールドして構成したため、電磁コイル自体が回転する構成にしても損傷のおそれがなく、高信頼性でコンパクトな操作機構を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である開閉器の回転型操作機構のケーシングを取り外した状態の側面図である。
【図２】ケーシングを含めた図１（ａ）のＸ1 −Ｘ1 線相当の断面図である。
【図３】上記第１の実施の形態を遮断器に適用する場合の遮断器の可動軸との係合形態を示すもので図２のＹ1 矢印方向からみた図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態のケーシングを取り外した状態の側面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態のケーシングを取り外した状態の側面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態のケーシングを取り外した状態の側面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態のケーシングを取り外した状態の側面図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態の構成を示す側面図である。
【図９】図８（ａ）のＸ2 −Ｘ2 線相当の断面図である。
【図１０】上記第６の実施の形態を遮断器に適用する場合の遮断器の可動軸との係合形態を示すもので図２のＹ2 矢印方向からみた図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態の構成を示す側面図である。
【図１２】本発明の第８の実施の形態の構成を示す側面図である。
【図１３】本発明の第９の実施の形態の構成を示す側面図である。
【図１４】従来の開閉器の操作機構の動作説明のための縦断面図である。
【図１５】上記従来例におけるストロークと吸引力の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，７１ 固定鉄心
２，１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２ 回転鉄心
４，４ａ，４ｂ 電磁コイル
５ 永久磁石
６ａ，６ｂ，２６ａ〜２６ｈ 吸着面
１１ａ，２２ａ，３１ａ 腕部
１６ ばね（ばね手段）
１７ 珪素鋼板
２５ 回転円板（可動体）
４１Ａ，４１Ｂ 鉄心単位
８９ ワイプばね（ばね手段）
Claims (16)
- 固定鉄心と、この固定鉄心に対し開閉器の開、閉に対応した両端位置間の一定範囲のみに回転が制限された回転鉄心と、この回転鉄心の前記両端位置への回転でばね力が蓄積される各ばね手段と、前記回転鉄心が前記両端の各位置まで回転したとき前記固定鉄心及び回転鉄心を通る閉磁路を形成し前記ばね手段のばね力を超える吸引力により前記回転鉄心を前記両端の各位置に保持する永久磁石と、励磁により前記回転鉄心が前記両端のうちの何れか一端位置に保持されているときには前記永久磁石の磁路と逆方向の磁路を形成して前記永久磁石による吸引力を前記ばね手段のばね力以下に弱め、前記回転鉄心が他端位置に回転したときには前記永久磁石の磁路と同方向の磁路を形成する電磁コイルとを有することを特徴とする開閉器の回転型操作機構。
- 前記固定鉄心は、各頂点部に前記永久磁石により相隣る同士間で極性が反転する磁極が形成された偶数個の腕部と前記電磁コイルが巻回された偶数個の腕部とを交互に放射状に形成し、前記回転鉄心は、前記固定鉄心の外周部に略環状に形成してなることを特徴とする請求項１記載の開閉器の回転型操作機構。
- 前記固定鉄心は略十字型に形成し、前記回転鉄心は前記固定鉄心の外周部に略環状に形成し、前記略十字型の固定鉄心における対向する腕部の各頂点部に前記永久磁石による磁極をそれぞれ反対称に形成し、他の対向する各腕部周りに前記電磁コイルをそれぞれ配置してなることを特徴とする請求項１記載の開閉器の回転型操作機構。
- 前記回転鉄心は略十字型に形成し、前記固定鉄心は前記回転鉄心の外周部に略環状に形成し、前記略十字型の回転鉄心における対向する腕部の各頂点部に対応した前記固定鉄心側に前記永久磁石による磁極をそれぞれ反対称に形成し、他の対向する各腕部の周囲部に前記電磁コイルをそれぞれ配置してなることを特徴とする請求項１記載の開閉器の回転型操作機構。
- 前記電磁コイルは、前記開閉器の開路用と閉路用とに対応した各別の電磁コイルとしてなることを特徴とする請求項３又は４記載の開閉器の回転型操作機構。
- 前記固定鉄心は、中央部に前記永久磁石による磁極を持ち、その両側部に前記電磁コイルを設けた鉄心単位を円周状に配置して構成し、前記回転鉄心は、前記固定鉄心の内側に配置してなることを特徴とする請求項１記載の開閉器の回転型操作機構。
- 前記回転鉄心は、その一端部と他端部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に２面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における一端部及び他端部の各回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記回転鉄心周りに配置してなることを特徴とする請求項１記載の開閉器の回転型操作機構。
- 前記回転鉄心は、その一端部と他端部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に２面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における一端部及び他端部の各回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記各永久磁石が配置された各固定鉄心側部分以外の各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置してなることを特徴とする請求項１記載の開閉器の回転型操作機構。
- 前記回転鉄心は、その一端部と他端部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に２面で吸着され、前記電磁コイルは前記回転鉄心における一端部及び他端部の各回動範囲に対応した各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置し、前記永久磁石は前記各電磁コイルが配置された各固定鉄心部分以外の各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置してなることを特徴とする請求項１記載の開閉器の回転型操作機構。
- 前記回転鉄心は偶数個の腕部を有し、この各腕部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に偶数個の面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記回転鉄心における各腕部周りに配置してなることを特徴とする請求項１記載の開閉器の回転型操作機構。
- 前記回転鉄心は偶数個の腕部を有し、この各腕部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に偶数個の面で吸着され、前記永久磁石は前記回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置し、前記電磁コイルは前記各永久磁石が配置された各固定鉄心側部分以外の各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置してなることを特徴とする請求項１記載の開閉器の回転型操作機構。
- 前記回転鉄心は偶数個の腕部を有し、この各腕部が前記一定範囲を回動して前記固定鉄心に偶数個の面で吸着され、前記電磁コイルは前記回転鉄心における各腕部の回動範囲に対応した各固定鉄心部分の周りにそれぞれ配置し、前記永久磁石は前記各電磁コイルが配置された各固定鉄心部分以外の各固定鉄心側部分に互いに磁極が反発する向きにそれぞれ配置してなることを特徴とする請求項１記載の開閉器の回転型操作機構。
- 前記永久磁石及び電磁コイルによる各磁路は、前記回転鉄心の回転平面上に形成することを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の開閉器の回転型操作機構。
- 前記回転鉄心と一体で回転する可動体を設けてなることを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の開閉器の回転型操作機構。
- 前記固定鉄心あるいは回転鉄心の少なくとも何れか一方は、珪素鋼板を当該回転鉄心の回転軸方向に積層して構成してなることを特徴とする請求項１乃至１４の何れかに記載の開閉器の回転型操作機構。
- 珪素鋼板を前記回転鉄心の回転軸方向に積層して構成した前記固定鉄心あるいは回転鉄心と前記電磁コイルとを一体に樹脂モールドして構成してなることを特徴とする請求項１乃至１５の何れかに記載の開閉器の回転型操作機構。
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