JP4353395B2 - 開閉装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、開閉装置、特に、磁気ラッチ機構を備えた電力用開閉装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における永久磁石による磁気ラッチ機構を備えた電力用開閉装置は、既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
従来技術における永久磁石による磁気ラッチ機構を備えた電力用開閉装置の一例は、図８に示すように構成されている。
図において、１はヨーク、２はアマチュア、３は永久磁石、４は磁性体でできた鉄心リングである。
１０は固定側接点および可動側接点からなる接点対、１１は真空バルブ、１２は真空密封用のベローズ、１３は操作軸、２０は可動コイル、２１，２２は固定コイルである。
【０００３】
図８において、真空バルブ１１は真空容器内に接点対１０を有し、この接点対１０の可動側接点と結合した操作軸１３は、可動コイル２０と結合する。
この可動コイル２０は２つの固定コイル２１，２２間に、同心軸上かつ平行に配置される。
【０００４】
可動コイル２０および固定コイル２１，２２における一方のコイルにパルス電流を通電することによって発生する電磁反発力により、可動コイル２０は反発され、その結果、可動コイル２０と操作軸１３を介して連結された接点対１０を開閉することができる。
【０００５】
更に、略口字状のヨーク１の内側に永久磁石３およびアマチュア２が配置される。
永久磁石３から発生する磁束により、アマチュア２は磁気吸引力を受けるため、次に述べるような双安定なラッチ動作を行う。
【０００６】
接点対１０の閉極状態においては、接点対１０を開閉操作するための操作軸１３に設けられたアマチュア２は図８に実線で示す上方位置に保持されている。
アマチュア２の上方位置では、永久磁石３による磁束は、ヨーク１の第１の磁路部分１ａおよびアマチュア２により構成される閉磁気回路を環流する。
この永久磁石３による磁束によってアマチュア２は上方位置に保持され、操作軸１３を介して接点対１０を閉極状態に保持する。
【０００７】
接点対１０の開極動作時には、可動コイル２０および固定コイル２１にパルス電流が通電される。
可動コイル２０および固定コイル２１間に発生する電磁反発力によって、可動コイル２０は操作軸１３を接点対１０の開極方向に駆動する。
操作軸１３の移動に伴ってアマチュア２は図８に実線で示す上方位置から図示下方へ移動する。
このアマチュア２の図示下方への移動によって、ヨーク１の第１の磁路部分１ａおよびアマチュア２により構成される閉磁気回路を環流する永久磁石３の磁束による磁気吸引力は減少していき、一方、ヨーク１の第２の磁路部分１ｂおよびアマチュア２により構成される閉磁気回路を環流する永久磁石３の磁束による磁気吸引力は増加していく。
ヨーク１の第２の磁路部分１ｂおよびアマチュア２により構成される閉磁気回路を環流する永久磁石３の磁束による磁気吸引力によって、アマチュア２は図８に１点鎖線で示す下方位置に保持され、操作軸１３を接点対１０の開極状態に保持する。
【０００８】
接点対１０の開極状態においては、接点対１０を開閉操作するための操作軸１３に設けられたアマチュア２は図８に１点鎖線で示す下方位置に保持されている。
アマチュア２の下方位置では、永久磁石３による磁束は、ヨーク１の第２の磁路部分１ｂおよびアマチュア２により構成される閉磁気回路を環流する。
この永久磁石３による磁束によってアマチュア２は下方位置に保持され、操作軸１３を介して接点対１０を開極状態に保持する。
【０００９】
接点対１０の閉極動作時には、可動コイル２０および固定コイル２２にパルス電流が通電される。
可動コイル２０および固定コイル２２間に発生する電磁反発力によって、可動コイル２０は操作軸１３を接点対１０の閉極方向に駆動する。
操作軸１３の移動に伴ってアマチュア２は図８に１点鎖線で示す下方位置から図示上方へ移動する。
このアマチュア２の図示上方への移動によって、ヨーク１の第２の磁路部分１ｂおよびアマチュア２により構成される閉磁気回路を環流する永久磁石３の磁束による磁気吸引力は減少していき、一方、ヨーク１の第１の磁路部分１ａおよびアマチュア２により構成される閉磁気回路を環流する永久磁石３の磁束による磁気吸引力は増加していく。
ヨーク１の第１の磁路部分１ａおよびアマチュア２により構成される閉磁気回路を環流する永久磁石３の磁束による磁気吸引力によって、アマチュア２は図８に実線で示す上方位置に保持され、操作軸１３を接点対１０の閉極状態に保持する。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−２６８６８３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術による構成において、磁気ラッチ機構における永久磁石による磁気保持力を調整しようとするときは、ヨークと永久磁石とアマチュアの厚みを変えていたが、これは磁気ラッチ機構全体の改作を意味するものであって、実際には時間がかかるし、個体ごとの高精度な微調整も難しい。
また、接点対との間に配置されるリンクのリンク比によって荷重を調整する手段もあるが、接点対の開離距離までもが変化してしまう問題点がある。
【００１２】
この発明は、磁気ラッチ機構における磁気保持力を簡潔な構成で適切かつ的確に調整できる開閉装置を得ようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る開閉装置では、駆動機構により開閉操作される接点と、前記駆動機構による前記接点の開閉操作に応じて第１の位置と第２の位置との間を移動する磁性体からなる可動子と、前記可動子の第１の位置において前記可動子とともに磁束通路を形成し、この磁束通路を通る磁束により前記可動子を前記接点の閉極位置に保持する第１の磁路と、前記可動子の第２の位置において前記可動子とともに磁束通路を形成し、この磁束通路を通る磁束により前記可動子を前記接点の閉極位置に保持する第２の磁路とを備え、前記可動子の移動経路を囲んで前記可動子の移動経路に沿って移動可能に配設され、前記第１の磁路および第２の磁路に係る少なくとも一方の磁路における前記可動子への磁束を側路させて前記可動子の移動経路に沿う移動により前記可動子の保持力を調整できる磁性環状体を設けたものであって、前記磁性環状体と前記第１の磁路または第２の磁路とを弾性力により押圧接触させる弾性部材を設けたものである。
【００１４】
図において、１はヨーク、２はアマチュア、３は永久磁石、４は磁性体でできた鉄心リングである。
１０は固定側接点および可動側接点からなる接点対、１１は真空バルブ、１２は真空密封用のベローズ、１３は操作軸、２０は可動コイル、２１，２２は固定コイルである。
【００１５】
図１において、真空バルブ１１は真空容器内に接点対１０を有し、この接点対１０の可動側接点と結合した可動軸１３は、可動コイル２０と結合する。
この可動コイル２０は２つの固定コイル２１，２２間に、同心軸上かつ平行に配置される。
【００１６】
可動コイル２０および固定コイル２１，２２における一方のコイルにパルス電流を通電することによって発生する電磁反発力により、可動コイル２０は反発され、その結果、可動コイル２０と連結された接点対１０を開閉することができる。
【００１７】
更に、略口字状のヨーク１の内側に永久磁石３およびアマチュア２が配置される。
永久磁石３から発生する磁束により、アマチュア２は磁気吸引力を受けるため、図８に示す従来技術の構成について先に説明したのと同様の、双安定なラッチ動作を行う。
【００１８】
鉄心リング４は、例えば、鉄材のような磁性体で構成され、略口字状のヨーク１を囲うように、ヨーク１の外周に嵌合して配置される。
この鉄心リング４は、略口字状のヨーク１の内部を操作軸１３の移動に伴って移動するアマチュア２の移動経路に沿って移動可能に配設されている。
【００１９】
図２に示すように、永久磁石３から発生される磁束はアマチュア２を側路して鉄心リング４にも流通し、鉄心リング４内を側路磁束φＢとして貫通するため、その分だけアマチュア２の磁気吸引力は低下する。
したがって、鉄心リング４の位置をアマチュア２の移動経路に沿って移動することによって永久磁石式ラッチのラッチ力を調整することができる。
【００２０】
鉄心リング４はヨーク１の外周に嵌合し可動子２の移動経路を囲んで可動子２の移動経路に沿って移動可能に配設された四辺形の額縁形状をなす環状に構成されているので、その対向する辺に生ずる永久磁石３から発生される磁束による磁気吸引力は、互いに相殺され、鉄心リング４は図示前後左右に磁気駆動力を受けることがなく、可動子２の移動方向すなわち上下方向に力を加えることにより、可動子２の移動経路に沿ってその位置を容易に移動することができる。
【００２１】
このように、永久磁石式ラッチのラッチ力が容易に変更できるため、短期間で、種々の電流定格の真空バルブに適用させることができるし、高精度な微調整も可能である。
また、ラッチ力を変更することにより、駆動特性（接点対の移動速度など）もまた調整できるメリットがある。
【００２２】
この実施の形態１において、可動コイル２０を導電率の高い円板（例えば銅板）に置き換えても、同じ効果が得られることは明らかである。
【００２３】
また、鉄心リング４がヨーク２の外側をスムーズに移動できるように、ガイドを設けても良い。
【００２４】
この実施の形態１では、接点対と、可動軸を介して前記接点対を開閉駆動させるための電磁力を利用した駆動機構と、略口字状ないしは額縁状のヨークと、前記ヨークの内側に配置された永久磁石と、前記ヨークと共に磁路を形成し、かつ、前記可動軸と連結し、平行移動可能な状態で保持されたアマチュアより構成され、磁気吸引力により双安定な特性を有する永久磁石式ラッチから構成される電力用開閉装置において、前記磁石式ラッチの周囲を、鉄心リングにてスライド可能な状態で配置し、鉄心リングを移動させることにより、ラッチ力を容易に調整できることを特長とした電力用開閉装置を構成するものである。
このような鉄心リングを用いることにより、上記磁石式ラッチのラッチ力を容易に調整することができるので、種々の遮断器に適用可能な操作装置を容易に実現できる。
【００２５】
この発明による実施の形態１によれば、駆動機構により操作軸１３を介して開閉操作される接点対１０からなる接点と、前記駆動機構により駆動される操作軸１３による前記接点対１０からなる接点の開閉操作に応じて図示上方位置における第１の位置と図示下方位置における第２の位置との間を移動する磁性体で構成されたアマチュア２からなる可動子と、前記アマチュア２からなる可動子を前記第１の位置または第２の位置において保持するための永久磁石３と、前記アマチュア２からなる可動子の第１の位置において前記アマチュア２からなる可動子とともに磁束通路を形成し、この磁束通路を通る前記永久磁石３による磁束により前記アマチュア２からなる可動子を前記接点対１０からなる接点の閉極位置に保持するヨーク１における磁気回路部分１ａからなる第１の磁路、ならびに、前記アマチュア２からなる可動子の第２の位置において前記アマチュア２からなる可動子とともに磁束通路を形成し、この磁束通路を通る前記永久磁石３による磁束により前記アマチュア２からなる可動子を前記接点対１０からなる接点の閉極位置に保持するヨーク１における磁気回路部分１ｂからなる第２の磁路を有する口字状ないしは額縁状のヨーク１とを備え、前記口字状ないしは額縁状のヨーク１の外周に嵌合して、前記アマチュア２からなる可動子の移動経路を囲んで前記アマチュア２からなる可動子の移動経路に沿って移動可能に配設され、前記ヨーク１における磁気回路部分１ａからなる第１の磁路およびヨーク１における磁気回路部分１ｂからなる第２の磁路に係る少なくとも一方の磁路における前記アマチュア２からなる可動子への磁束を側路させる鉄心リング４からなる磁性環状体を設けたので、永久磁石を用いた磁気ラッチ機構における磁気保持力を簡潔な構成で適切かつ的確に調整できる開閉装置を得ることができる。
【００２６】
実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図３ないし図６について説明する。図３は実施の形態２における全体構成を示す側面図である。図４ないし図６は実施の形態２における磁気ラッチ機構部分の構成を示す斜視図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１における構成と同様の構成を有し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２７】
図において、１はヨーク、２はアマチュア、３は永久磁石、４は磁性体でできた鉄心リング、５は手動操作機構である。
１０は固定接点および可動接点からなる接点対、１１は真空バルブ、１２は真空密封用のベローズ、１３は操作軸、２０は可動コイル、２１，２２は固定コイルである。
【００２８】
図３に示すように、操作軸１３には手動操作機構５が連結されている。停電時や、断線時などのトラブルが発生したとき、電磁反発機構にて動作できない可能性がある。安全性を考慮すると、手動操作機構５のみでも動作（特に開動作）できることが望ましい。
【００２９】
手動操作機構５は、バネとリンクにて構成され、レバー５１を操作することにより、レバー５２が操作軸１３を下方に（開極方向に）移動できるよう構成される。
【００３０】
閉極した接点対１０を開極させるには、永久磁石式ラッチのラッチ力以上の荷重がレバー５２に要求される。
手動（押しボタンやトグルスイッチなど）の小さな力で、レバー５２に大きな力を伝達するには、堅いばねや、大きなリンク比が必要になり、手動操作機構５が大型化する問題点があった。
【００３１】
そこで、第２のレバー５３を設け、この第２のレバー５３が動作して、鉄心リング４との係合を解除すると、図４に示す状態から磁気吸引力により鉄心リング４は上方に引き寄せられ、図５に示す状態となる。
このとき、永久磁石３の発生する磁束は、鉄心リング４にも貫通するので、永久磁石式ラッチのラッチ力は大幅に低下する。
【００３２】
従って、レバー５２に要求される荷重は小さくなるため、アマチュア２および、これに結合される接点対１０を、小さな操作力にて開極することができる。
【００３３】
また、２ａはアマチュア２に接続した爪である。レバー５２によってアマチュア２が下方に移動するのに伴い、爪２ａと係合した鉄心リング４は図５に示す状態から下方に引き下げられ、図６に示す状態となる。
図６に示す状態では、鉄心リング４は永久磁石３から発生する磁束をアマチュア２に対して側路する位置になく、従って、永久磁石３から発生する磁束は、元の磁路を貫通するため、アマチュア２には十分なラッチ力が働く。
【００３４】
また、第２のレバー５３を操作して、鉄心リング４を直接駆動しても、同様の効果が得られる。
【００３５】
この実施の形態２では、実施の形態１に示す構成において、前記操作軸１３を、手動にて駆動するための操作機構を備え、前記鉄心リング４は、通常、前記磁石式ラッチの磁束を変化させない位置に配置されるが、前記手動操作機構を動作させるときは、鉄心リング４を移動させることで磁石式ラッチ内部の磁束をショートさせて磁石式ラッチの保持力を大幅に低減させ、その結果、前記手動操作機構の操作力を小さくできることを特長とした電力用開閉装置が構成されている。
このような鉄心リングを用いて、上記磁石式ラッチの保持力を容易に解除することができるので、無電圧時の操作が低操作力で実現できる。従って、高い安全性を有する電力用開閉装置を提供することができる。
【００３６】
また、この実施の形態２では、前項に示す構成において、前記アマチュア２に、前記鉄心リング４を開方向に移動させるための爪２ａを設けることにより、開動作と同時に、前記鉄心リング４が元の位置に移動することを特長とした電力用開閉装置が構成されている。
爪２ａを設けることにより、手動操作による開動作と共に、鉄心リング４が、元の位置に移動できる。
このとき、鉄心リング４に作用する磁気吸引力とは、垂直な方向に駆動するため、手動操作機構に要求される力は小さくて済む利点がある。
【００３７】
この発明による実施の形態２によれば、実施の形態１における構成において、前記接点対１０からなる接点を操作軸１３を介して開閉操作する手動操作機構を備え、前記手動操作機構による手動操作に応じて前記口字状ないしは額縁状のヨーク１の外周に嵌合して、前記アマチュア２からなる可動子の移動経路に沿って移動する前記鉄心リング４からなる移動磁性環状体を移動させることにより、前記接点対１０の閉極位置である図示上方位置における第１の位置または前記接点対１０の開極位置である図示下方位置における第２の位置に保持されている前記アマチュア２からなる可動子の保持力を低減するとともに、前記アマチュア２からなる可動子に爪２ａからなる駆動用係合部を設け、前記手動操作機構による接点の手動操作に伴って移動される前記アマチュア２からなる可動子の移動により前記アマチュア２からなる可動子の爪２ａからなる駆動用係合部を前記鉄心リング４からなる移動磁性環状体に係合して、前記鉄心リング４からなる磁性環状体を前記第１の位置または第２の位置としての元の位置に復帰させるようにしたので、永久磁石を用いた磁気ラッチ機構における磁気保持力を適切な構成で手動操作の必要に応じて的確に調整でき、手動操作を比較的小さな操作力で確実に行うことができるとともに、手動操作の遂行に応じて前記鉄心リング４からなる磁性環状体を原位置へ復帰させ、磁気ラッチ機構のラッチ動作に支障を与えることを回避できる開閉装置を得ることができる。
【００３８】
実施の形態３．
この発明による実施の形態を図７について説明する。図７は実施の形態３における磁気ラッチ機構部分の構成を示す上面図である。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１および実施の形態２における構成と同様の構成を有し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３９】
図７は、磁気ラッチ機構部分を操作軸１３方向からみた上面図である。
図において、１はヨーク、２はアマチュア、４は鉄心リング、１３は操作軸である。
鉄心リング４は、２つの磁性鉄板４ｂと磁性材料で構成された引張りバネからなる２つの弾性体４ａとによって構成される。
弾性体４ａには引張力が作用しているため鉄板４ｂとヨークとは押圧され、両者間の空気ギャップを常に小さく保つことができる。
【００４０】
ここで、ヨーク１およびアマチュア２は図１以下に示す実施の形態１における構成と同様の構成を具備している。
１対の鉄板４ｂは、図１に正面が示されているヨーク１の正面および背面にそれぞれ押圧接触する。
鉄心リング４を構成する、これらの鉄板４ｂは、鉄心リング４の移動位置に応じてヨーク１における第１の磁気回路部分１ａ（図１）またはヨーク１における第２の磁気回路部分１ｂ（図１）に、その一つがヨーク１の正面側から押圧接触し、また、他の一つがヨーク１の背面側から押圧接触するものである。
【００４１】
この実施の形態３では、実施の形態１または実施の形態２に示す構成において、前記鉄心リング４の一部を弾性部材４ａにより構成されることを特徴とした電力用開閉装置が示されている。
ヨーク１と鉄心リング４間の磁気抵抗を低減させるためには、空気ギャップができるだけ小さくすることが望ましい。
ヨーク１と鉄心リング４間を弾性力にて押圧接触させれば、空気ギャップを最小限にして永久磁石３による磁気保持力を確保できるし、鉄心リング４の偏芯時の摩擦が小さくなり、前記鉄心リング４の移動も円滑に行える。
【００４２】
この発明による実施の形態３によれば、実施の形態１また実施の形態２における構成において、前記鉄心リング４からなる磁性環状体と前記ヨーク１における磁気回路部分１ａ（図１）からなる第１の磁路または前記ヨーク１における磁気回路部分１ｂ（図１）からなる第２の磁路とを弾性力により押圧接触させる弾性体４ａからなる弾性部材を設けたので、永久磁石を用いた磁気ラッチ機構における磁気保持力を適切な構成で的確に調整できるとともに、磁気ラッチ機構における磁気保持力を確保し、前記鉄心リング４からなる磁性環状体の移動も円滑に行える開閉装置を得ることができる。
【００４３】
【発明の効果】
この発明によれば、磁気ラッチ機構における磁気保持力を磁性環状体の移動により簡潔な構成で適切かつ的確に調整できる開閉装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による実施の形態１における全体構成を示す側面図である。
【図２】 この発明による実施の形態１における磁気ラッチ機構部分の構成を示す斜視図である。
【図３】 この発明による実施の形態２における全体構成を示す側面図である。
【図４】 この発明による実施の形態２における磁気ラッチ機構部分の構成を示す斜視図である。
【図５】 この発明による実施の形態２における磁気ラッチ機構部分の構成を示す斜視図である。
【図６】 この発明による実施の形態２における磁気ラッチ機構部分の構成を示す斜視図である。
【図７】 この発明による実施の形態３における磁気ラッチ機構部分の構成を示す上面図である。
【図８】 従来技術における全体構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１ ヨーク、１０ 固定接点および可動接点からなる接点対、１１ 真空バルブ、１２ 真空密封用のベローズ、１３ 操作軸、２ アマチュア、２０ 可動コイル、２１，２２ 固定コイル、３ 永久磁石、４ 鉄心リング、４ａ 弾性体、４ｂ 鉄板、５ 手動操作機構、５１，５２，５３ レバー。

Claims (3)

1. 駆動機構により開閉操作される接点と、前記駆動機構による前記接点の開閉操作に応じて第１の位置と第２の位置との間を移動する磁性体からなる可動子と、磁束を発生する磁束発生手段と、前記可動子の第１の位置において前記可動子とともに磁束通路を形成し、この磁束通路を通る前記磁束発生手段による磁束により前記可動子を前記接点の閉極位置に保持する第１の磁路と、前記可動子の第２の位置において前記可動子とともに磁束通路を形成し、この磁束通路を通る前記磁束発生手段による磁束により前記可動子を前記接点の開極位置に保持する第２の磁路とを備え、前記可動子の移動経路を囲んで前記可動子の移動経路に沿って移動可能に配設され、前記第１の磁路および第２の磁路に係る少なくとも一方の磁路における前記可動子への磁束を側路させて前記可動子の移動経路に沿う移動により前記可動子の保持力を調整できる磁性環状体を設けたものであって、前記磁性環状体と前記第１の磁路または第２の磁路とを弾性力により押圧接触させる弾性部材を設けたことを特徴とする開閉装置。
2. 前記接点を開閉操作する手動操作機構を備え、前記環状磁性体を前記可動子への磁束が側路される保持力低減位置と前記保持力低減位置よりも前記可動子の側路磁束が少ない保持力確保位置とに移動可能に配設するとともに、前記手動操作機構と連結され前記環状磁性体を前記保持力確保位置において前記磁束通路を通る磁束による吸引力に抗して係止し前記手動操作機構の作動により前記環状磁性体を開放して前記保持力低減位置へ移動させるレバーを設けたことを特徴とする請求項１に記載の開閉装置。
3. 前記手動操作機構による接点の手動操作に伴って移動される前記可動子の移動により前記磁性環状体に係合して、前記磁性環状体を前記保持力確保位置に復帰させる駆動用係合部を前記可動子に設けたことを特徴とする請求項２に記載の開閉装置。

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