JP4269156B2 - 電磁操作方法および電磁操作装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁操作装置に係り、特に、真空遮断器などの開閉器を電磁力を利用して操作するに好適な電磁操作装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遮断器などの開閉器を操作するに際して、電磁石により発生する電磁力を利用して操作することが行われている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２１７０２６号公報（第２頁〜第４頁、図１〜図３）
【０００４】
一方、電磁石を駆動するに際して、電磁石のコイルを励磁するためのエネルギーを蓄積するコンデンサと、開閉器に対する投入指令または開極指令に応答してコンデンサから電磁石コイルに供給する電流の通電方向を制御する制御装置を設け、電磁石を安定に動作させることが試みられている。
【０００５】
真空遮断器を駆動する電磁操作装置では、電磁石、コンデンサ、制御装置などを筐体（ケース）内に収納し、電磁石と開閉器とをリンク機構を介して連結する構成が採用されている。最近では、電磁石の内部に永久磁石を配置し、閉路状態を永久磁石の吸引力で保持する磁気ラッチ方式が注目されている。これらの真空遮断器では、投入動作において、接点に接触力を与えるための接圧ばね、および接点を開極するための引き外しばねを蓄勢しておき、開極動作では両ばねの蓄勢エネルギーを利用して接点を開離させている。
【０００６】
上記の電磁操作装置を用いた真空遮断器では、特に、遮断容量が増加した大容量機種に適用した場合に下記の問題が発生する。遮断容量の増加に伴って接圧ばね、引き外しばねの荷重がアップすると、投入動作における電磁石の必要アンペアターン、すなわちコイル電流、あるいはコイルターン数を増加しなければならない。コイル電流の増加は、同電流を制御するスイッチの容量アップにつながり、制御装置の大形化、コストアップを余儀なくされる。一方、コイルターン数を増加すると、コイルのインダクタンスが増加するため、閉極時間が長くなるとともに、コイル抵抗によるジュール損が増えて効率が悪い。
【０００７】
そこで、並列充電されたコンデンサを直列接続に変換して等価的にコンデンサ容量を低減し、充電エネルギーの高速注入を可能にして閉極時間の短縮、さらには効率向上を図るようにしたものが提案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−２１６５９４号公報（第２頁から第４頁、図１、図２）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、大容量化に伴ってコンデンサに大容量のものを用いるとともに、コイルのターン数を増加した場合、並列充電されたコンデンサを直列接続に変換して等価的にコンデンサ容量を低減することで閉極時間は短縮できるが、閉極動作ではさらなる動作時間の短縮化が必要とされる。すなわち、遮断器には、遮断時間（開極指令を与えてから電流が遮断されるまでの時間）が３サイクル以内という仕様が存在し、６０Ｈｚ系統では５０ｍｓ以内に遮断動作を完了しなければならない。アーク時間（主接点が開極してから電流がゼロになるまでの時間）を１サイクル＝１６．７ｍｓ、コイル電流の通電時間を２５ｍｓとみなすと、余剰時間は８．３ｍｓしかない。この場合、上記のようにコンデンサを直列接続に変換して動作時間の短縮化を図っても、逆にコンデンサの充放電回路の切り替えに用いるリレーの動作に時間を要してしまう。
【００１０】
本発明の課題は、閉極時間および開極時間の両者の短縮化と、それに伴う効率向上を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、互いに直列接続された複数のコイルと、該複数のコイルに挿入された固定鉄心と、前記複数のコイルに挿入可能に前記固定鉄心に対向させて配置された可動鉄心と、該可動鉄心に連結され該可動鉄心を前記コイル軸方向に移動可能に支持するシャフトと、該シャフトに連結され該シャフトの動きを伝達して開閉器を投入または開極するリンク機構と、前記シャフトに固定された可動鋼鈑と、該可動鋼鈑に対向させて前記シャフトが前記開閉器の投入方向に移動する側に設けられた永久磁石と、前記可動鉄心と前記固定鉄心とを離間させる方向に弾性力を付与するばねと、電源からの直流電力を前記コイルを励磁するためのエネルギーとして蓄積する複数のコンデンサと、開閉器に対する投入指令または開極指令に応答して前記複数のコンデンサから前記コイルに供給する電流の通電方向を制御する通電制御手段と、前記投入指令に応答して前記複数のコンデンサを互いに直列に接続し、それ以外のときには前記複数のコンデンサを並列に接続するコンデンサ接続切替手段とを備え、前記通電制御手段は、前記投入指令の発生時に前記可動鉄心と固定鉄心とを互いに吸引させるために、前記コンデンサ接続切替手段によって直列接続された複数のコンデンサのエネルギーを前記複数のコイルに供給するための通電回路を形成し、投入完了後に該通電回路を開く投入手段と、前記開極指令の発生時に前記可動鉄心と固定鉄心とを互いに離間させるために、前記コンデンサ接続切替手段によって並列接続された複数のコンデンサの電力を前記複数のコイルのうちの少なくとも一つのコイルに供給して、前記投入時とは逆方向に励磁するための通電回路を形成する開極手段とを有し、前記開閉器が投入された圧縮状態における前記ばねの弾性力は、前記永久磁石が前記可動鋼鈑を吸引する力よりも小さく設定されてなる電磁操作装置を構成したものである。
【００１４】
前記電磁操作装置を構成するに際しては、下記の要素を付加することができる。
【００１５】
（１）前記投入手段と前記開極手段は機械式リレーを含んで構成されてなる。
【００１６】
（２）前記通電制御手段は、前記投入手段による通電回路または前記開極手段による通電回路中に挿入されて、前記投入指令の発生時に、前記投入手段による通電回路が形成されたことを条件として前記投入手段による通電回路を閉成または遮断するためのオンオフ動作を実行し、それ以外のときには前記投入手段による通電回路を遮断するための動作を実行し、前記開極指令の発生時には、前記開極手段による通電回路を閉成または遮断するためのオンオフ動作を実行し、それ以外のときには前記開極手段による通電回路を遮断するための動作を実行する主制御手段を備えてなる。
【００１７】
（３）コンデンサ接続切替手段は、前記投入指令または開極指令に応答するリレーと、前記リレーの動作に応じて接点を切り替える複数のリレー接点とを備え、前記複数のリレー接点は、前記電源のプラス側と前記複数のコンデンサのうち一つのコンデンサのプラス側とを結ぶ回路中に挿入された第１のリレー接点と、前記一方のコンデンサのプラス側と他方のコンデンサのプラス側とを結ぶ回路中に挿入された第２のリレー接点と、前記一方のコンデンサのマイナス側と前記他方のコンデンサのマイナス側とを結ぶ回路中に挿入された第３のリレー接点とを備えてなる。
【００１８】
（４）前記第１のリレー接点と第２のリレー接点および第３のリレー接点は、ｃ接点を共通としたａ接点とｂ接点を有し、前記投入指令に応答して前記各リレー接点のｃ接点とａ接点が接続され、前記各リレー接点により前記複数のコンデンサを並列接続から直列接続に切り替えてなる。
【００１９】
（５）前記通電制御手段は、前記電源のプラス側と前記電磁石コイルの一端側とを結ぶ回路中に挿入された第１の通電用リレー接点と、前記電源のマイナス側と前記コイルの他端側とを結ぶ回路中に挿入された第２の通電用リレー接点と、前記コイルの複数の巻線が互いに接続された接続点と前記通電用の第２のリレー接点とを結ぶ回路中に挿入された第３の通電用リレー接点とを備えてなる。
【００２０】
（６）部品を搭載する基板として主基板と副基板とを備え、前記主基板には、前記第１の通電用リレー接点と第２の通電用リレー接点が搭載され、前記副基板には、前記第３の通電用リレー接点と前記コンデンサ接続切替手段に属する複数のリレー接点が搭載されてなる。
【００２１】
前記した手段によれば、開閉器の投入（閉極）時に、直列接続された複数のコンデンサのエネルギーでコイルの複数の巻線を励磁し、開閉器の開極時には、並列接続された複数のコンデンサのエネルギーでコイルの複数の巻線のうち少なくとも一つの巻線を投入時とは逆方向に励磁するようにしたので、投入（閉極）時間および開極時間の両者を短縮化でき、さらにそれに伴ってコイルのジュール損が低減できるため、効率が向上する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る電磁操作装置の正面図、図２は電磁操作装置と遮断器を含む電磁操作式開閉装置の側面図である。図１および図２において、電磁操作装置は、箱型形状に形成されたケース１０を備えており、ケース１０は正面側に開口１２を有し、ケース１０の正面側には正面カバー（図示省略）が着脱自在に固定されるようになっている。このケース１０内には、電磁石１４を中心としてコンデンサ１６と制御装置１８がそれぞれ別々に独立して配置されており、電磁石１４は、ケース底部側中央にボルト、ナットを用いて固定され、２つのコンデンサ１６ａ、１６ｂと制御装置１８は相対向するケース側面にそれぞれ別々に固定されている。すなわち、コンデンサ１６ａ、１６ｂはケース１０の左側面にボルト、ナットを用いて固定され、制御装置１８は、ケース１０の右側面にスペーサ１８ｃを介してボルト、ナットを用いて固定されている。なお、本実施形態ではコンデンサの数を２個にしているが、後述するように３個以上であってもよい。
【００２３】
さらにケース１０内には二次プラグ２２、ケーブル２４、２６、２８、３０が収納されているとともに、開閉器としての真空遮断器（真空バルブ）３２の状態を検出する状態検出機構としての補助接点３４、表示板３６、カウンタ３８が収納されている。二次プラグ２２はケース１０の上部側にボルト、ナットを用いて固定されており、二次プラグ２２には、電源用のケーブル、デジタル継電器またはアナログ継電器からの信号ケーブルなどが接続されるようになっている。ケーブル２４はコンデンサ１６ａ、１６ｂのプラス端子とマイナス端子に接続されており、ケーブル２６は補助接点３４に接続され、ケーブル２８はコネクタ４０を介して制御装置１８に接続されている。
【００２４】
また、ケーブル２８はリミットスイッチ４２に接続され、ケーブル３０は電磁石１４のコイル４８に接続されている。ケーブル２８とケーブル３０は、取り付け作業時に、ターミナル４３の部位で圧着されるようになっている。リミットスイッチ４２は、金具４４を介してケース１０の底部側に固定されている。このリミットスイッチ４２は、ケース１０に鉛直方向に沿って昇降自在に配置されたインターロックロッド４６の位置に応じて接点が開閉するようになっており、この接点の開閉状態を示す信号、すなわちインタロックロッド４６の位置の情報が制御装置１８に供給されるようになっている。
【００２５】
制御装置１８は、主基板１８ａと副基板１８ｂで構成され、防振ゴムなどの振動吸収スペーサ１８ｃを介して、互いに固定、あるいはケース１０に取り付けられている。主基板１８ａおよび副基板１８ｂはコネクタ１８ｄ、１８ｅおよびその間をつなぐケーブル１８ｆで互いに接続されている。また、副基板１８ｂは、コンデンサ１６ａ、１６ｂおよびコイル（電磁石コイル）４８とケーブル２９にて接続されている。回路構成の詳細については後述する。制御装置１８は、二次プラグ２２から電力の供給を受けるとともに、デジタル継電器またはアナログ継電器などから投入指令または開極指令（遮断指令）による信号を受け、電磁石１４の駆動を制御するための論理演算を行う制御ロジック部、コンデンサ１６ａおよび１６ｂを充放電するための充放電回路、コイル（電磁石コイル）４８の通電方向を制御するためのリレーやリレー接点などが実装されている（図示省略）。さらに、制御装置１８には、コンデンサ１６ａおよび１６ｂの充電が完了したことを示す発光ダイオード５０が実装されているとともに、手動操作により、真空遮断器３２に対して投入を指令するための「入」用押しボタン（押しボタンスイッチ）５２、手動操作により、真空遮断器３２に対して開極指令（遮断指令）を出力するための「切」用押しボタン（押しボタンスイッチ）５４が実装されている。
【００２６】
補助接点３４、表示板３６、カウンタ３８は、真空遮断器３２の状態検出機構として、それぞれ電磁石１４の上部側に配置されてプレート５６に連結され、電磁石１４と一体となって構成されている。電磁石１４は、可動鉄心５８、固定鉄心６０、コイル４８、シャフト６２、２枚の可動平板６４、６６、永久磁石６８、筒状に形成された鉄製のカバー７０、７２、鉄製の支持板７４、７６、固定ロッド７８などを備えて構成されており、コイル（電磁コイル）４８は、支持板７４と支持板７６との間に配置されたコイルボビン４８ａ内に収納された２つの巻線４８ｃおよび４８ｄからなる。また、固定ロッド７８は、ケース１０底部側にボルト、ナットを用いて固定されているとともに、ベース８０に固定されている。
【００２７】
シャフト６２は、電磁石１４の中央部に配置されているとともに、鉛直方向に沿って配置されている。また、シャフト６２は、その上部側がプレート５６の貫通孔８２内に挿入され、下部側が支持板７６の貫通孔８４内に挿入され、昇降および摺動自在に構成されている。このシャフト６２の外周面には可動鉄心５８、可動平板６４、６６がナットを用いて固定され、シャフト６２の下部側にはピン８６を介してシャフト８８が連結されている。シャフト６２には、大小２つの可動平板（鋼鈑）６４、６６が取り付けられているが、これは、上部の可動平板６４と鉄製のカバー７０との対向距離を増加して、鉄製のカバー７０への漏れ磁束を低減するためである。さらにシャフト６２の下部側には支持板９０が連結されており、支持板９０とベース８０との間には、シャフト６２の軸心を中心とした円を描くリング状の遮断ばね９２が装着されている。この遮断ばね９２は、可動鉄心５８を固定鉄心６０から離間させるための弾性力を、支持板９０を介してシャフト６２に付与するようになっている。また可動鉄心５８の周囲には永久磁石６８が配置されており、永久磁石６８は、取付板７４に固定されている。固定鉄心６０は取付板７６にボルトを用いて固定されている。
【００２８】
またシャフト８８の下部側はピン９４を介して一対のレバー９６に連結されている。レバー９６は、電磁石１４から発生する電磁力に伴う駆動力の伝達方向を変換するリンク機構の一要素として構成されており、シャフト９８を介してレバー１００に連結されている。レバー１００は、ピン１０２を介して連結板１０４に連結されている。また、レバー９６の端部には、ストッパピン１０６が固定されており、このストッパピン１０６は、真空遮断器３２の遮断時において、ベース８０に固定されたストッパ用ボルト１０８に当接（接触）し、レバー９６のベース８０側への移動が阻止されるようになっている。
【００２９】
連結板１０４は、ベース８０に固定された絶縁架台１１０内に上下動（往復動）自在に挿入されており、連結板１０４の上部側には接圧ばね押え１１２が形成されている。接圧ばね押え１１２には貫通孔が形成されており、この貫通孔内には絶縁ロッド１１４の軸方向端部が挿入され、この端部にはワッシャ１１６を介してボルト１１８が固定されている。さらに接圧ばね押え１１２と絶縁ロッド１１４の底部側との間には接圧ばね１２０が装着されている。絶縁ロッド１１４の上部側はフレキシブル導体１２１を介して可動フィーダ１２２に連結されているとともに、真空遮断器３２の可動導体１２４に連結されている。可動導体１２４は、可動接点（図示省略）に連結されており、可動接点に相対向して固定接点（図示省略）が配置されている。この固定接点は、固定導体１２６に連結され、可動接点とともに、絶縁筒１２８内に収納されている。この絶縁筒１２８内は真空に保たれている。固定導体１２６は、固定フィーダ１２９に連結されており、固定フィーダ１２９は、絶縁架台１１０に固定されている。固定フィーダ１２９には上コンタクタ１３０が連結され、可動フィーダ１２２には下コンタクタ１３２が連結され、各コンタクタ１３０、１３２には配電線などの電力ケーブルが接続されるようになっている。
【００３０】
次に、本実施例における電磁操作装置の動作について説明する。
【００３１】
ここで、制御装置１８に投入指令が入力されると、制御装置１８からの信号によって電磁石１４のコイル（電磁コイル）４８の巻線４８ｃおよび４８ｄが直列に接続されて励磁され、コイル４８の周囲には、可動鉄心５８⇒固定鉄心６０⇒取付板７６⇒カバー７２⇒取付板７４⇒可動鉄心５８を結ぶ経路で磁界が形成され、可動鉄心５８の底部側端面には下向きの吸引力が働き、可動鉄心５８が固定鉄心６０側に移動し、可動鉄心５８が固定鉄心６０に吸着される。このとき永久磁石６８によって形成される磁界の向きもコイル４８の励磁に伴って発生する磁界の向きと同じになるため、吸引力が高められた状態で可動鉄心５８が固定鉄心６０側に移動する。また、可動鉄心５８および固定鉄心６０には、スリット５８ａ、６０ａを設けているが、これは渦電流による動作時間の遅れを防止するためのものである。
【００３２】
電磁石１４による投入動作（吸引動作）が行われると、シャフト６２が遮断ばね９２の弾性力に抗して下方に移動し、電磁石１４から発生する電磁力に伴う駆動力がレバー９６に伝達される。この駆動力はシャフト９８、レバー１００を介して連結板１０４に伝達され、可動導体１２４が上昇移動し、可動接点が固定接点と接触し、真空遮断器３２の投入動作が実行される。真空遮断器３２の投入動作において、接圧ばね１２０は、固定接点と可動接点が接触するまで圧縮されないが、固定接点と可動接点とが接触すると圧縮され、その後、投入動作が完了するまで圧縮し続ける。一方、遮断ばね９２は、真空遮断器３２の投入動作中、常に圧縮され続ける。
【００３３】
次に、制御装置１８に開極指令（遮断指令）が入力され、制御装置１８からコイル４８に開極指令に伴う信号が出力されると、巻線４８ｄのみに投入時とは逆方向の電流が流れ、コイル４８の周囲には投入動作時とは逆方向の磁界が形成される。この場合、コイル４８から発生する磁束と永久磁石６８から発生する磁束とが互いに打ち消し合い、可動鉄心５８の軸方向端面（下面）における吸引力は、遮断ばね９２および接圧ばね１２０から発生する弾性力よりも弱くなるため、可動鉄心５８が固定鉄心６０から離間して上方向に移動する。可動鉄心５８の移動に伴ってシャフト６２が上方に移動すると、レバー９６の上方移動に連動して、連結板１０４が下方に移動し、真空遮断器３２の可動接点が固定接点から離間し、固定接点と可動接点との接触が解かれ、真空遮断器３２の開極動作（遮断動作）が行われる。この場合、電磁石１４の投入状態の保持が解除されると、始めに、圧縮されていた接圧ばね１２０が伸長し、接圧ばね押え１１２がワッシャ１１６と接触したときに、真空遮断器３２の固定接点と可動接点との接触が解かれ、真空遮断器３２の遮断動作と電磁石１４の遮断（開放）動作が同時に行われることになる。
【００３４】
真空遮断器３２による投入動作または開極動作（遮断動作）が行われている過程では、真空遮断器３２の投入または遮断状態が補助接点３４、表示板３６、カウンタ３８で検出されるようになっている。
【００３５】
具体的には、図２に示すように、可動鉄心５８に連結されたシャフト６２の上部側にはロッド１３４が連結されている。このロッド１３４の上部側には貫通孔（図示省略）が形成されており、この貫通孔内にはピン１３６が挿入されている。ピン１３６は、レバー１３８、１４０の長穴内に挿入されており、ロッド１３４は、ピン１３６を介してレバー１３８とレバー１４０に連結されている。レバー１３８は、軸１４２を介して補助接点３４に接続されている。この補助接点３４は、ａ接点とｂ接点を備えており、各接点はシャフト６２の上下動に合わせて開閉するようになっている。すなわち、補助接点３４は、軸１４２が一方向に回転したときにａ接点が入り、逆方向に回転したときにはｂ接点が入る構造となっている。この場合、レバー１３８に長穴が形成され、この長孔内にピン１３６を挿入されているため、シャフト６２の上下動に合わせて軸１４２を回転させることができ、軸１４２の回転動作に合わせてａ接点とｂ接点の入り切りができるようになっている。
【００３６】
レバー１４０は、ピン１４４を介して固定板１４６に連結されており、固定板１４６はその底部側がプレート５６に固定されている。このレバー１４０は、シャフト６２の上下動に合わせて、ピン１４４を中心に回転可能に構成されている。また、レバー１４０の先端側には、表示板３６が一体となって形成されており、表示板３６の前面側のうち上部側には「切」の文字が付され、下部側には「入」の文字が付されている。「切」の文字は、表示板３６が図２に示す位置にあるときに、ケース１０の正面側から見えるようになっており、「入」の文字は、表示板３６が図２に示す位置から上方に移動したときに、ケース１０の正面側から見えるになっている。すなわち、シャフト６２の上下動に合わせてケース１０の正面側から、「切」または「入」の文字が見えるように構成されている。
【００３７】
また、表示板３６には、ばね１４８が配置されており、ばね１４８の一端側はレバー１４０の軸方向端部に連結され、他端側はカウンタ３８のカウンタレバー１５０に連結されている。ばね１４８は、レバー１４０の回転に応じて伸縮し、カウンタレバー１５０はピン１５２を中心として回転（約４５度の範囲で回転）するようになっており、カウンタレバー１５０が回転する毎に、真空遮断器３２の開閉動作回数が機械的にカウントされる。
【００３８】
次に、状態検出機構の具体的な動作について説明する。まず真空遮断器３２における投入動作が行われると、図３に示すように、シャフト６２が下方に移動し、シャフト６２の移動に合わせてレバー１３８が軸１４２を中心として時計周りに回転し、レバー１３８の回転により、補助接点３４のｂ接点が切となり、その後ａ接点が入となる。このとき表示板３６は、レバー１４０がピン１４４を中心に反時計周りに回転するため、図４に示すように、「入」の文字が正面側から見える位置に移動する。さらに、ばね１４８が縮み、カウンタレバー１５０がピン１５２を中心に約４５度回転する。これによりカウンタ３８は、真空遮断器３２が１回投入動作されたことをカウントする。
【００３９】
次に、真空遮断器３２の遮断動作が開始されると、図４に示す位置からシャフト６２が上方に移動する。このシャフト６２の上昇移動に連動して、レバー１３８が軸１４２を中心として反時計方向周りに回転し、補助接点３４の軸１４２が回転し、補助接点３４のａ接点が切となり、その後ｂ接点が入となる。さらにシャフト６２の上昇移動に連動して、レバー１４０がピン１４４を中心として時計周りに回転し、図４に示すように、表示板３６の「切」の文字が正面から見える位置に移動する。このとき、レバー１４０の回転に伴ってばね１４８が伸び、カウンタレバー１５０がピン１５２を中心として約４５度回転する。なお、ばね１４８は、表示板３６の「入」の文字が正面から見える状態で若干たわんだ状態で取り付けることが望ましい。
【００４０】
このように、真空遮断器３２による投入動作または開極動作（遮断動作）が行われる毎に、真空遮断器３２の投入または遮断状態を補助接点３４、表示板３６、カウンタ３８で検出することができる。
【００４１】
一方、ベース８０の両側には、４個の車輪１５４が取付台１５６上を走行可能に連結されている。すなわち、電磁石１４を収納したケース１０と、真空遮断器３２を収納した絶縁架台１１０を含む電磁操作式開閉装置は、ベース８０に固定された状態で車輪１５４の走行によってケース１０の正面側に搬出可能になっている。
【００４２】
電磁操作装置の組み立てに際しては、ベース８０上のケース１０の正面側から電磁石１４、コンデンサ１６、制御装置１８、二次プラグ２２、ケーブル２４〜２８などをケース１０内に搬入し、電磁石１４をケース１０の略中央に固定し、コンデンサ１６と制御装置１８をそれぞれケース１０の側面に固定する。この場合、補助接点３４、表示板３６、カウンタ３８はプレート５６を介して電磁石１４と一体化されているので、電磁石１４が固定されたときに、電磁石１４の上部側に配置される。また、ケーブル２４〜２８は、二次プラグ２２、コネクタ４０、リミットスイッチ４２と一体になっているので、二次プラグ２２は、ケーブル２８などに接続された状態でケース１０の上部に固定される。そして、ケーブル２８の各部がケース１０に位置決めされると、ケーブル２４の先端側がコンデンサ１６に接続され、ケーブル２８の先端側に付けられたコネクタ４０が制御装置１８に接続される。そして、ケーブル３０とケーブル２８の一部が圧着される。このあと、シャフト８８がピン９４を介してレバー９６に連結されると、電磁石１４がリンク機構を介して真空遮断器３２に連結され、組み付け作業が終了する。
【００４３】
また、本実施形態においては、構成部材のうち一方の部材と他方の部材が互いに摺動する摺動部、一方の部材が他方の部材を回転自在に支持する軸受部または回転部には、固体潤滑材が用いられている。具体的には、プレート５６の貫通孔８２、取付板７６の貫通孔８４などにおける摺動部、ピン８６、９４、１０２、１４４、シャフト９８などにおける回転部または軸受部には、固体潤滑材としてのドライベアリングが用いられている。このため、シャフト６２の摺動（上下動）、レバー９６、１００、１４０などの回転動作、他の部材の支持などを円滑に行うことができるとともに、電磁石１４を密閉構造とすることができる。
【００４４】
次に、制御装置１８の具体的構成を図５にしたがって説明する。制御装置１８は、主に主基板１８ａ、副基板１８ｂ、および各基板を接続するケーブル１８ｆで構成されている。主基板１８ａは、ＡＣ／ＤＣ変換器２００、充電回路２０２、制御ロジック部２０４、放電回路２０６を備えており、放電回路２０６を介して副基板１８ｂに接続される。また、制御ロジック部２０４の内部に存在し、投入指令に応じて動作するリレーＣＬの接点４９８がケーブル１８ｆを介して副基板１８ｂと接続されている。
【００４５】
副基板１８ｂは、２つのリレーＲ１、Ｒ２、および主基板１８ａ、コンデンサ１６ａ、１６ｂ、電磁コイル４８の巻線４８ｃ、４８ｄと接続するためのコネクタで構成されている。
【００４６】
ＡＣ／ＤＣ変換器２００は、二次プラグ２２から直流あるいは交流の操作電源を受け、直流の場合はそのまま、交流の場合は直流に変換し、充電回路２０２と制御ロジック部２０４に出力するようになっている。充電回路２０２は、コンデンサ１６ａおよび１６ｂを高速に充電したあと最大電圧まで徐々に充電するようになっており、コンデンサ１６ａおよび１６ｂに蓄積されたエネルギーを基に電磁コイル４８への励磁が制御されるようになっている。
【００４７】
放電回路２０６には、主制御手段としてのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）２０８、一対のリレー接点２１０、２１２、ダイオードＤ１、抵抗ＲＬが設けられている。ＦＥＴ２０８は、コンデンサ１６ａおよび１６ｂからのエネルギー（電流）を電磁コイル４８に供給する通電回路中に挿入されており、制御ロジック部２０４からの制御信号にしたがってオン・オフ制御されるようになっている。一対の機械式切替リレーを構成するリレー接点２１０、２１２は、通電制御手段として、コンデンサ１６ａおよび１６ｂからのエネルギーを電磁コイル４８に供給する通電回路中に挿入されており、リレー接点２１０、２１２はそれぞれｃ接点を共通として、ａ接点とｂ接点を備えて構成されている。リレー接点２１０は、第１の通電用リレー接点として、ａ接点がコイル巻線４８ｃの一端側に接続され、ｂ接点がコイル巻線４８ｄの他端側に接続され、ｃ接点がコンデンサ１６ａ、１６ｂのプラス側に接続されている。一方、リレー接点２１２は、第２の通電用リレー接点として、ｂ接点がコイル巻線４８ｃの一端側に接続され、ａ接点がコイル巻線４８ｄの他端側に接続され、ｃ接点がＦＥＴ２０８に接続されているとともに、抵抗ＲＬ、ダイオードＤ１を介してリレー接点２１０のｃ接点に接続されている。
【００４８】
一方、副基板１８ｂには、２対の接点５１０、５１２を有するリレーＲ１、および２対の接点５１４、５１６を有するリレーＲ２が搭載されている。リレーＲ１、Ｒ２はいずれも投入指令に応じて動作するリレーＣＬの接点４９８のオンに応じて動作する。リレー接点５１０、５１２、５１４は、リレーＲ１、Ｒ２とともにコンデンサ接続切替手段の一要素として機能し、リレー接点５１６は、リレーＲ２とともに通電制御手段の一要素として機能し、いずれもｃ接点を共通として、ａ接点とｂ接点を備えている。リレー接点５１０は、第１のリレー接点として、ａ接点がコンデンサ１６ｂのプラス側およびリレー接点５１２のｂ接点と接続され、ｂ接点がコンデンサ１６ａのプラス側と接続され、ｃ接点が充電回路２０２のプラス側と接続されている。リレー接点５１２は、第２のリレー接点として、ａ接点がリレー接点５１４のａ接点と接続され、ｂ接点がコンデンサ１６ｂのプラス側と接続され、ｃ接点がコンデンサ１６ａのプラス側と接続されている。リレー接点５１４は、第３のリレー接点として、ａ接点がリレー接点５１２のａ接点と接続され、ｂ接点がコンデンサ１６ｂのマイナス側と接続され、ｃ接点がコンデンサ１６ｂのマイナス側と接続されている。リレー接点５１６は、第３の通電用リレー接点として、ａ接点が非接続状態となっており、ｂ接点がコイル巻線４８ｃと４８ｄとの接続点に接続され、ｃ接点がコイル巻線４８ｄの他端側と接続されている。
【００４９】
充電回路２０２は、図６に示すように、リレーコイル２１４、リレー接点２１６、ＦＥＴ２１８、充電完了検出回路２２０、複数の充電抵抗Ｒｂ、Ｒｓ、ダイオードＤ２、複数のツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤｎを備えて構成されており、ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤｎは互いに直列に接続されてコンデンサ１６ａ、１６ｂの両端に接続され、コンデンサ１６ａ、１６ｂの充電電圧を規定値に維持するように構成されている。
【００５０】
充電抵抗Ｒｂ、Ｒｓは抵抗値が相異なり、充電抵抗Ｒｂ＞Ｒｓの関係に設定されている。各充電抵抗Ｒｂ、Ｒｓは、ＡＣ／ＤＣ変換器２００のプラス側の端子とコンデンサ１６ａ、１６ｂのプラス側の端子とを結ぶ回路中にダイオードＤ２とともに直列に配置されている。ダイオードＤ２は、カソード側が充電完了検出回路２２０の入力側とコンデンサ１６ａ、１６ｂのプラス側の端子に接続されている。充電完了検出回路２２０は、コンデンサ１６ａ、１６ｂの両端の電圧を監視し、電圧の状態に応じてレベルの異なる信号をＦＥＴ２１８に出力するようになっている。例えば、コンデンサ１６ａ、１６ｂの両端電圧が０Ｖにある充電開始時点では、充電完了検出回路２２０からハイレベルの信号が出力されるようになっている。このとき、ＦＥＴ２１８がオンになるとともに、リレー２１４がオンとなり、リレー接点２１６がｂ接点からａ接点側に切り替わり、抵抗値の小さい充電抵抗Ｒｓが、コンデンサ１６ａ、１６ｂを充電するための回路中に挿入され、コンデンサ１６ａ、１６ｂが急速充電されるようになっている。
【００５１】
一方、コンデンサ１６ａ、１６ｂの充電電圧が電磁石１４を駆動するに十分な電圧Ｖｔ１となったときには、充電完了検出回路２２０からロウレベルの充電完了信号が出力され、ＦＥＴ２１８がオフになるとともにリレー２１４がオフになり、リレー接点２１６がａ接点からｂ接点側に復帰し、抵抗値の大きい充電抵抗Ｒｂが充電回路中に挿入され、コンデンサ１６ａ、１６ｂは徐々に充電され、最大充電電圧Ｖｍａｘとなる。
【００５２】
このように、コンデンサ１６ａ、１６ｂの充電電圧がＶｔ１になったあとは充電抵抗を高抵抗側に切替るようにしているため、コンデンサ１６ａ、１６ｂの充電電圧がＶｍａｘまで達したあと、ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤｎに流れ込む電流を低減し、ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤｎが熱破壊するのを回避することができる。なお、ＦＥＴ２１８、リレーコイル２１４、リレー接点２１６は充電抵抗切替手段を構成することになる。
【００５３】
一方、制御ロジック部２０４には、インターロックの指令がリミットスイッチ４２を介して入力されているとともに、投入指令がスイッチ５２を介して、開極指令がスイッチ５４を介してそれぞれ入力されている。さらに制御ロジック部２０４には、真空遮断器３２の状態に応じて接点が開閉する補助接点３４ａ、３４ｂが接続されている。制御ロジック部２０４は、投入指令、開極指令、真空遮断器３２の状態を基に論理演算を行って、ＦＥＴ２０８、リレー２１４、切替リレーとしてのリレー接点２１０、２１２などを制御するための制御信号を出力するようになっている。リレー接点２２２は、充電完了検出回路２２０から充電完了信号が発生するまでは投入指令の入力を禁止する投入指令制御手段として構成されている。
【００５４】
ここで、制御ロジック部２０４の動作を説明する。投入指令が発生したときに、インターロックがオンになったことを条件として、切替リレーとしてのリレー接点２１０、２１２をａ接点側に切り替え、電磁コイル４８に対する通電回路として、投入動作を行うための通電回路を形成し、その後、ＦＥＴ２０８をオンにして、電磁コイル４８を励磁する。これにより可動鉄心５８と固定鉄心６０が互いに接触し、遮断器３２の投入動作が行われる。この過程では、遮断器３２の遮断状態を示す補助接点３４ｂがオンからオフに切り替わり、その後、遮断器３２の可動接点と固定接点が接触したあと、遮断器３２の投入状態を示す補助接点３４ａがオンになる。
【００５５】
遮断器３２の投入動作が完了したあとは、適当なタイミングでＦＥＴ２０８をオフにする。ＦＥＴ２０８がオフになったあとは、電磁コイル４８に蓄積されたエネルギーは抵抗ＲＬで消費されるが、コイル電流が十分減衰するのを待って切替リレーとしてのリレー接点２１０、２１２をオフとして投入動作を完了する。
【００５６】
一方、開極動作を行うときには、特に制限を設けることなく、開極指令が発生したあとＦＥＴ２０８をオンにする。このとき、リレー接点２１０、２１２は、それぞれｂ接点側にあるため、コイル４８は、投入動作時とは逆方向の電流によって励磁され、可動鉄心５８が固定鉄心６０から離れ、遮断器３２の遮断動作が行われる。この遮断動作が行われる過程では、遮断器３２の投入状態を示す補助接点３４ａがオンからオフに移行したあと、遮断器３２の遮断状態を示す補助接点３４ｂがオフからオンに移行する。
【００５７】
次に、コンデンサ充電時（図７）、投入動作時（図８）、および開極動作時（図９）における制御装置１８の動作について説明する。
【００５８】
投入指令が入力されていないコンデンサ充電時においては、２つのリレーＲ１およびＲ２が動作していないため、リレー接点５１０、５１２、５１４、５１６はいずれもｃ接点とｂ接点が接続された状態になる。すなわち、２つのコンデンサ１６ａ、１６ｂは並列接続された状態で充電される。
【００５９】
次に、外部より投入指令が入力された場合、あるいは「入」用押しボタンスイッチ５２がオンされると、制御ロジック部２０４内のリレーＣＬが動作し、リレー接点４９８のオンに伴って、リレーＲ１、Ｒ２が動作する。この場合、リレー接点５１０、５１２、５１４、５１６のｃ接点とａ接点が接続された状態になり、コンデンサ１６ａ、１６ｂは直列接続に変換され、さらにコイル巻線４８ｃおよび４８ｄも直列接続された状態になる。また、投入指令発生時には、リレー接点２１０、２１２の接点が切り替わり、ｃ接点とａ接点とが接続されて、図８中に示す通電回路５２０が形成される。この通電回路５２０によって、コンデンサ１６ａ、１６ｂのエネルギーがコイル４８の巻線４８ｃ、４８ｄに供給され、可動鉄心５８が固定鉄心６０に吸引される。この場合、リレー接点２１０、２１２のｃ接点とａ接点は、ＦＥＴ２０８とともに、投入指令発生時に、可動鉄心５８と固定鉄心６０とを互いに接触させるための通電回路として、直列接続されたコンデンサ１６ａ、１６ｂのエネルギーをコイル４８の巻線４８ｃ、４８ｄに供給する通電回路５２０を形成する投入手段を構成することになる。
【００６０】
一方、外部より開極指令が入力された場合、あるいは「切」用押しボタンスイッチ５４がオンされた場合には、リレー接点２１０、２１２、５１０、５１２、５１４、５１６はいずれもｃ接点とｂ接点が接続された状態になる。したがって、図９中に示す通電回路５２２が形成され、コンデンサ１６ａ、１６ｂは並列接続のまま放電されることになる。また、コイル４８に関しては、コイル巻線４８ｃのみ励磁され、その電流の向きは、投入動作時と逆方向となる。つまり、コンデンサ１６ａ、１６ｂから電磁コイル４８に供給する通電回路として、開極手段による通電回路とは電磁コイル４８に対する通電方向が逆となる通電回路であって、可動鉄心５８と固定鉄心６０を互いに離間させるための通電回路５２２となっている。この場合、リレー接点２１０、２１２のｃ接点とｂ接点は、ＦＥＴ２０８とともに、開極指令発生時に、並列接続されたコンデンサ１６ａ、１６ｂのエネルギーをコイル４８の巻線４８ｃ、４８ｄのうちコイル巻線４８ｃに供給する通電回路５２２を形成する開極手段を構成することになる。
【００６１】
なお、投入動作、開極動作においては、リレー接点２１０、２１２、５１０、５１２、５１４、５１６によって投入用の通電回路または開極（遮断）用の通電回路が形成された後、ＦＥＴ２０８がオンオフ動作して電磁コイル４８のコイル電流をオンオフするようになっている。
【００６２】
具体的には、ＦＥＴ２０８は、投入指令の発生時に、投入手段による通電回路５２０が形成されたことを条件として通電回路５２０を閉成または遮断するためのオンオフ動作を実行し、それ以外のときには通電回路５２０を遮断するための動作を実行し、開極指令の発生時には、開極手段による通電回路５２２を閉成または遮断するためのオンオフ動作を実行し、それ以外のときには通電回路５２２を遮断するための動作を実行するようになっている。すなわち、点２１０、２１２、５１０、５１２、５１４、５１６には通電性能のみを要求し、ＦＥＴ２０８は主スイッチとして開閉容量の大きいものを使用することで、低コスト化・小型化を図ることができるようになっている。
【００６３】
さらに、リレー接点２１０、２１２、５１０、５１２、５１４、５１６のｂ接点側を開極動作時の通電回路として用いているため、リレー接点２１０、２１２、５１０、５１２、５１４、５１６が万一動作不良となっても、開極動作だけは確実にできるようになっている。
【００６４】
また、ＦＥＴ２０８で電磁コイル４８のコイル電流を遮断すると、電流変換率に比例した過電圧が発生し、電磁コイル４８が損傷する恐れがある。しかし、本実施形態においては、電磁コイル４８と並列に、エネルギー消費素子としての抵抗ＲＬとダイオードＤ１が接続されているため、投入動作時および開極動作時に電磁コイル４８から過電圧が発生しても、この過電圧に伴うエネルギーを抵抗ＲＬで消費することができる。
【００６５】
本実施形態によれば、投入動作時にはコイル巻線４８ｃ、４８ｄを直列に接続して使用するため、コイル電流を増加することなく、アンペアターンを確保することができ、制御装置１８における各種リレー、ＦＥＴ２０８の開閉容量を低減でき、小型化、低コスト化を実現できる。コイル巻線の増加によってコイル４８のインダクタンスが増大するが、同時にコンデンサ１６ａ、１６ｂを直列接続に変換して放電させるため、等価的に静電容量を低減でき、コイル４８にエネルギーを高速注入できるようになる。すなわち、注入時間Ｔは、ほぼ√ＬＣ（＝ＬＣの平方根）に比例するが、コンデンサ１６ａ、１６ｂの容量をそれぞれＣ、コイル４８のインダクタンスをＬとすると、コンデンサ１６ａ、１６ｂを並列接続すると、全体の容量は２Ｃとなり、直列接続すると、全体の容量は１／２Ｃとなる。このため、コンデンサ１６ａ、１６ｂを直列接続して放電すると、コイル４８にエネルギーを注入する時間は、並列接続して放電するときのＴ／２となる。
【００６６】
一方、開極動作では、主にばねの蓄勢エネルギーにより動作させるため、元々必要アンペアターンは小さい。本実施形態では、開極動作時には、一方の巻線４８ｃのみを励磁するためコイル４８のターン数が少なく、すなわちインダクタンスが小さいため、コイル４８全体のインダクタンスＬが小さくなった分、注入時間Ｔを短くすることができ、コンデンサ１６ａ、１６ｂに蓄積されたエネルギーを並列接続のままでもコイル４８に高速に注入できる。この場合、コンデンサ１６ａ、１６ｂおよびコイル４８の通電回路についてはいずれもリレー接点のｂ接点とｃ接点を用いているため、リレーの動作時間、すなわち回路変換に要する時間を必要としない。
【００６７】
すなわち、本実施形態のように２つのコイル巻線４８ｃ、４８ｄおよび２つのコンデンサ１６ａ、１６ｂの使用方法を適切に変換することによって、真空遮断器３２の投入時間および開極時間の両方を短縮化できるのである。さらにコイル４８の通電時間が短縮されるため、コイル４８のジュール損が低減され、効率の優れた駆動方法となる。
【００６８】
また、本実施形態では、コンデンサ充電回路２０２、制御ロジック回路２０４、放電回路２０６からなる主基板１８ａと、コンデンサ１６ａ、１６ｂおよびコイル巻線４８ｃ、４８ｄの切替リレーで構成される副基板１８ｂに分割している。小さい電磁石、小容量の単一コンデンサで動作できる小容量機種では主基板１８ａのみを制御装置１８として使用すればよく、すなわち、主基板１８ａについては、小容量、大容量に関わらず共用化でき、製造コストが低減できる。
【００６９】
なお、本実施形態では、コンデンサ数として２つの場合について述べたが、勿論３個以上のコンデンサを使ってもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、投入時間および開極時間が短縮され、効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁操作装置の正面図である。
【図２】電磁操作式開閉装置の側面図である。
【図３】状態検出機構の投入時の動作を説明するための図である。
【図４】状態検出機構の遮断時の動作を説明するための図である。
【図５】電磁石制御装置の回路構成を説明するためのブロック構成図である。
【図６】充電回路の回路構成を説明するためのブロック構成図である。
【図７】電磁石制御装置の回路構成にてコンデンサ充電方法を説明するためのブロック構成図である。
【図８】電磁石制御装置の回路構成にて投入動作時の回路接続を説明するためのブロック構成図である。
【図９】電磁石制御装置の回路構成にて開極動作時の回路接続を説明するためのブロック構成図である。
【符号の説明】
１０ ケース
１４ 電磁石
１６、１６ａ、１６ｂ コンデンサ
１８ 制御装置
３２ 真空遮断器
３４ 補助接点
３６ 表示板
３８ カウンタ
４８ コイル
５８ 可動鉄心
６０ 固定鉄心
６２ シャフト
２００ ＡＣ／ＤＣ変換器
２０２ 充電回路
２０４ 制御ロジック部
２０６ 放電回路
２０８ ＦＥＴ
２１０、２１２ リレー接点
２１８ ＦＥＴ
２２０ 充電完了検出回路
２２４〜２３０、５１０〜５１６ リレー接点

Claims (1)

1. 互いに直列接続された複数のコイルと、該複数のコイルに挿入された固定鉄心と、前記複数のコイルに挿入可能に前記固定鉄心に対向させて配置された可動鉄心と、該可動鉄心に連結され該可動鉄心を前記コイル軸方向に移動可能に支持するシャフトと、該シャフトに連結され該シャフトの動きを伝達して開閉器を投入または開極するリンク機構と、前記シャフトに固定された可動鋼鈑と、該可動鋼鈑に対向させて前記シャフトが前記開閉器の投入方向に移動する側に設けられた永久磁石と、前記可動鉄心と前記固定鉄心とを離間させる方向に弾性力を付与するばねと、電源からの直流電力を前記コイルを励磁するためのエネルギーとして蓄積する複数のコンデンサと、開閉器に対する投入指令または開極指令に応答して前記複数のコンデンサから前記コイルに供給する電流の通電方向を制御する通電制御手段と、前記投入指令に応答して前記複数のコンデンサを互いに直列に接続し、それ以外のときには前記複数のコンデンサを並列に接続するコンデンサ接続切替手段とを備え、
   前記通電制御手段は、前記投入指令の発生時に前記可動鉄心と固定鉄心とを互いに吸引させるために、前記コンデンサ接続切替手段によって直列接続された複数のコンデンサのエネルギーを前記複数のコイルに供給するための通電回路を形成し、投入完了後に該通電回路を開く投入手段と、前記開極指令の発生時に前記可動鉄心と固定鉄心とを互いに離間させるために、前記コンデンサ接続切替手段によって並列接続された複数のコンデンサの電力を前記複数のコイルのうちの少なくとも一つのコイルに供給して、前記投入時とは逆方向に励磁するための通電回路を形成する開極手段とを有し、
   前記開閉器が投入された圧縮状態における前記ばねの弾性力は、前記永久磁石が前記可動鋼鈑を吸引する力よりも小さく設定されてなる電磁操作装置。

Images