JP4667664B2 - Power switchgear - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁力を利用して固定電極に対して可動電極を接離する電力用開閉装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図14は、電磁力を利用して固定電極56に対して可動電極55を接離する電力開閉装置の概略構成図であり、図14(a)はその閉極状態、図14(b)はその開極状態を示す。
この電力用開閉装置は、接離自在な固定電極56と可動電極55とを有するスイッチ部51と、可動電極55に接続された可動軸54の中間部に固定された可動部材である反発板52と、この反発板52の軸線方向で可動電極55側に配置され反発板52に電流を誘起させる開極用コイル53aと、反発板52を介して開極用コイル53aと対向して配置され反発板52に電流を誘起させる閉極用コイル53bとを備えている。開極用コイル53a及び閉極用コイル53bは、図示しない磁界発生用電流源に接続されている。
【0003】
可動電極55及び固定電極56にはそれぞれ電路に接続される端子57、57が接続されている。また、可動電極55と反対側の可動軸54の端部には、閉極時に可動電極55と固定電極56との間で接圧力を得るための皿バネ58が設けられている。
【0004】
次に、上記構成の電力用開閉装置の開極動作について説明する。
図14(a)の閉極状態において、パルス電流を開極用コイル53aに流すと磁界が発生する。これによって開極用コイル53aが発生する磁界を打ち消す方向の磁界が発生するように反発板52に誘導電流が発生する。開極用コイル53aが発生する磁界と反発板52が発生する磁界の相互作用によって、反発板52はコイル53aに対して電磁反発力を受ける。この電磁反発力によって、反発板52に固着されている可動軸54及び可動電極55は反発方向に動作する。そして、図4のイで示すように、可動軸54及び可動電極55は、閉極位置から開極位置に移動する途中までは、皿バネ58の弾性力に逆らって移動し、その後は皿バネ5の弾性力も反発板52が受ける反発力と同じ方向に付勢して、スイッチ部51は図14(b)に示す開極状態を得ることができる。その後、開極用コイル53aに流されるパルス電流は遮断され、その後は可動電極55が皿バネ58の弾性力で固定電極56から離れた状態が保持される。
【0005】
次に、電力用開閉装置の閉極動作について説明する。
図14(b)の開極状態において、パルス電流を閉極用コイル53bにパルス電流を流すと磁界が発生する。これによって反発板52に誘導電流が発生し、反発板52は閉極用コイル53bに対して電磁反発力を受ける。この電磁反発力によって、反発板52に固着されている可動軸54及び可動電極55は反発方向に動作する。そして、図14に示すように、可動軸54及び可動電極55は、閉極位置から開極位置に移動する途中までは、皿バネ58の弾性力に逆らって移動し、その後は皿バネ58の弾性力も反発板52が受ける反発力と同じ方向に付勢して、スイッチ部51は図14(a)に示す開極状態を得ることができる。その後、閉極用コイル53bに流されるパルス電流は遮断され、その後は固定電極56に可動電極55が皿バネ58の弾性力で押圧された状態が保持される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の電力用開閉装置では、固定電極56および可動電極55の開極状態、閉極状態を保持するのに皿バネ58の弾性力を利用しているが、下記の問題点があった。
イ.開極動作時には、皿バネ58の弾性力に逆らって可動軸54を作動させなければならず、それだけ高速遮断が困難であり、また可動電極55を固定電極56から開離するのに大きなエネルギが必要となり、開極用コイル53aに流れる電流値が大きくならざるを得ない。また、同様に、閉極動作時にも、皿バネ58の弾性力に逆らって可動軸54を作動させなければならず、高速投入が困難であり、また可動電極55を固定電極56に当接するのに、大きなエネルギが必要となり、閉極用コイル53bに流れる電流値が大きくならざるを得ない。
ロ.高電圧の開閉装置では、閉極状態を保持するために固定電極56に対する可動電極55の押圧力を大きくしなければならないが、そのために皿バネ58の径方向の寸法を大きくしなければならない。
ハ.また、高電圧の開閉装置では、開極時において固定電極56と可動電極55との間のギャップを大きくしなければならないが、可動軸54の長ギャップ駆動に耐え得る皿バネ58の設計が困難である。
【0007】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、高効率で、高速遮断および高速投入が可能で、かつ小型化できる電力用開閉装置を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電力用開閉装置は、可動電極および固定電極を有するスイッチ部と、
一端部に前記可動電極が固定された可動軸と、
この可動軸に固定された可動部材、この可動部材を間に挟んで対向し可動軸に対して摺動自在の開極用コイルおよび閉極用コイルを有し、開極用コイルにパルス電流を通電することで開極用コイルと可動部材との間に作用する電磁反発力で前記固定電極から前記可動電極を開離させ、閉極用コイルにパルス電流を通電することで閉極用コイルと可動部材との間に作用する電磁反発力で前記固定電極に前記可動電極を当接させるようになっている駆動機構と、
前記可動軸が摺動自在に貫通したヨーク、このヨークの内側に設けられ前記可動軸の他端部に固定されたアマチュア、およびアマチュアと対向して前記ヨークの内側に固定された永久磁石を有し、この永久磁石、アマチュアおよびヨークの前記スイッチ部側の片側で構成された一方の磁気回路による磁気力でヨークの一方の側にアマチュアを吸着して閉極状態を保持し、また同永久磁石、アマチュアおよびヨークの反前記スイッチ部側の片側で構成された他方の磁気回路による磁気力でヨークの他方の側にアマチュアを吸着して開極状態を保持するようになっている磁気ラッチ機構とを備えている。
【0009】
この発明に係る電力用開閉装置では、可動部材は、コイルである。
【0010】
この発明に係る電力用開閉装置では、可動部材は、渦電流が生じる非磁性の導体板である。
【0011】
この発明に係る電力用開閉装置では、ヨーク内の永久磁石は、駆動機構側に片寄って固定され、閉極状態における保持力が開極状態における保持力よりも大きくなるように、2つの磁気回路のパーミアンスが異なるようになっている。
【0012】
この発明に係る電力用開閉装置は、ヨークは、断面コ字形状の第1のヨーク部と、この第1のヨーク部に距離をおいて対向した断面コ字形状の第2のヨーク部とから構成され、永久磁石は前記第1のヨークの開口端部に固定された第1の永久磁石部と、前記第2のヨークの開口端部に固定された第2の永久磁石部とから構成されている。
【0013】
この発明に係る電力用開閉装置は、ヨーク、永久磁石およびアマチュアにより形成される二つの磁気回路の一方の内側に、一方の磁気回路に形成された磁束と同一方向に磁束を形成しヨークとアマチュアとの間の吸着力を増大させる吸着力増大コイルが設けられている。
【0014】
この発明に係る電力用開閉装置は、ヨーク、永久磁石およびアマチュアにより形成される二つの磁気回路の他方の内側に、他方の磁気回路に形成された磁束と反対方向に磁束を形成しヨークとアマチュアとの間の吸着力を減少させる吸着力減少コイルが設けられている。
【0015】
この発明に係る電力用開閉装置は、ヨークは、板状の第1のヨーク部と、この第1のヨークに距離をおいて対向した板状の第2のヨーク部とから構成され、永久磁石は、前記第1のヨーク部に固定された第1の永久磁石部と、前記第2のヨーク部に固定された第2の永久磁石部とから構成され、アマチュアは、前記第1の永久磁石部と前記第2の永久磁石部との間に設けられている。
【0016】
この発明に係る電力用開閉装置は、アマチュアは、第1の永久磁石部を挟んで第1のヨーク部に対向した第1のアマチュア部と、第2の永久磁石部を挟んで第2のヨーク部に対向した第2のアマチュア部とから構成されている。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各実施の形態において、同一または同等部材、部位については、同一符号を付して説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1の電力用開閉装置の構成図であり、この電力用開閉装置は、可動電極10bおよび固定電極10aを有するスイッチ部100と、一端部に可動電極10bが固定された可動軸13と、可動軸13の中間部に設けられ固定電極10aおよび可動電極10bを接離する駆動機構101と、固定電極10aおよび可動電極10bの開極状態、閉極状態を保持する磁気ラッチ機構102とを備えている。
【0018】
上記スイッチ部100は、可動電極10bおよび固定電極10aを囲った真空容器11と、真空容器11内に設けられたベローズ12とを備えている。
上記駆動機構101は、枠体23に固定されているとともに可動軸13に対して摺動自在の開極用コイル21および閉極用コイル22と、開極用コイル21と閉極用コイル22との間で可動軸13に固定された可動部材である可動コイル20とを備えている。
上記磁気ラッチ機構102は、可動軸13が摺動自在に貫通した断面口の字形状のヨーク1と、ヨーク1の内側に設けられ可動軸13の他端部に固定された直方体状のアマチュア2と、このアマチュア2の両側面にそれぞれ対向して設けられヨーク1の内側側面に固定された直方体状の永久磁石3とを備えている。
【0019】
図2は、磁気ラッチ機構102の動作原理を説明するための説明図である。
図2では、可動軸13に固定されたアマチュア2は、ヨーク1の上部1aに当接している。このとき、永久磁石3の作る磁気回路は、S1およびS2である。しかし、磁気回路S2は、磁気回路S1と比較して空気ギャップ4が形成されるため、その磁気抵抗は大きくなり、パーミアンスは小さい。永久磁石3は両磁気回路で共通であるので、両磁気回路S1、S2を通過する磁束は、
【0020】
(磁気回路S1を通過する磁束Φ1)>(磁気回路S2を通過する磁束Φ2)
【0021】
となる。従って、アマチュア2がヨーク1の上部1aに吸引される力をF1、ヨーク1の下部1bに吸引される力をF2とすると、
【0022】
F1>F2
【0023】
となるので、結果的にアマチュア2は上方に吸引されることになる。
【0024】
次に、外部から強制的に、(F1―F2)よりも大きい力でアマチュア2を下方に移動させて、図3に示すような状態にしたとする。このとき、磁気回路S1は、磁気回路S2と比較して空気ギャップ4が形成されるため、磁気回路S2は磁気回路S1よりも磁気抵抗が小さく(パーミアンスが大きい)、先と同様の理論から、
【0025】
F1<F2
【0026】
となり、アマチュア2はヨーク1の下部1bに吸引される。
【0027】
図4のロは、アマチュア2に作用する磁気吸引力を、アマチュア2の位置に対してプロットしたものである。磁気吸引力は、磁気回路S1、S2の途中に空気ギャップ4が存在すると磁気抵抗の増大により急激に減衰するので、図4から分かるように、アマチュア2とヨーク1の上部1aとの間、およびアマチュア2とヨーク1の下部1bとの間に空気ギャップ4が存在する、アマチュア2がヨーク1内の中間に位置するときは、F1、F2の力は小さく、両者間の力の差はほぼゼロに均しい。
【0028】
図5は図1における開極用コイル21、閉極用コイル22、可動コイル20とそれらにパルス電流を供給する電源とを電気的に接続した結線回路図である。
この結線回路では、開極用コイル21に対してパルス電流を流す電源を構成する開極用電力貯蔵器61aと、閉極用コイル22に対してパルス電流を流す電源を構成する閉極用電力貯蔵器61bと、スイッチ部100を開閉極時に可動コイル20と、開極用コイル21および閉極用コイル22との間に磁界の相互作用を発生するように開極用電力貯蔵器61a、閉極用電力貯蔵器61bから各コイル20、21、22に対するパルス電流の通電方向を設定する通電方向設定手段とを備えている。この通電方向設定手段は、開極用放電スイッチ62a、閉極用放電スイッチ62b及びコイル間接続ダイオード63a、63bを備えている。
【0029】
開極用コイル21及び可動コイル20はコイル間接続ダイオード63aを介して並列に接続され、開極用電力貯蔵器61aから開極用放電スイッチ62aを経てパルス電流が開極用コイル21及び可動コイル20に供給されるようになっている。また、閉極用コイル22及び可動コイル20もコイル間接続ダイオード63bを介して並列に接続され、閉極用電力貯蔵器61bから閉極用放電スイッチ62bを経てパルス電流が閉極用コイル22及び可動コイル20に供給されるようになっている。コイル間接続ダイオード63aは開極用放電スイッチ62aと可動コイル20との間に接続されている。コイル間接続ダイオード63bは閉極用放電スイッチ62bと可動コイル20との間に接続されている。この例では開極用電力貯蔵器61a、閉極用電力貯蔵器61bはコンデンサであるが、電力を貯蔵する電池であってもよい。
【0030】
なお、D1は開極用コイル21に並列に接続され開極用コイル21に蓄積された電磁エネルギを放出するダイオード、D2は可動コイル20に並列に接続され可動コイル20に蓄積された電磁エネルギを放出するダイオード、D3は閉極用コイル22に並列に接続され閉極用コイル22に蓄積された電磁エネルギを放出するダイオードである。
【0031】
次に、上記構成の電力用開閉装置の動作について説明する。
先ず、電力用開閉装置の開極動作について説明する。図1の閉極状態では、永久磁石3の磁気力でアマチュア2はヨーク1の上部1aに吸引しており、弾性部材16は圧縮された状態で固定電極10aに可動電極10bが一定の押圧力で接触している。
いま、開極用コイル21および可動コイル20に数secのパルス電流を通電することで、開極用コイル21と可動コイル20との間に、瞬時に反発力が発生する。
【0032】
瞬間的な反発力によって固定電極10aから可動電極10bが開離した後、アマチュア2がヨークの下部1bに接近すると、アマチュア2には、下方に永久磁石3による磁気吸引力が作用し、アマチュア2がヨークの下部1bに吸着して開閉装置の開状態は保持される。
【0033】
図4のイに示すように、従来の皿バネの場合には開極動作の最初は、可動電極10bが開離する方向と反対方向に大きな荷重Fが作用する。
それに対して、この実施の形態では、図4のロに示すように可動電極10bが開離する方向と反対方向に作用する、アマチュア2とヨーク1の上部1aとの間の磁気吸引力は、急激に減衰するため、開極動作は高速に行われる。従って、開極用コイル21と可動コイル20間との間で生じた小さな電磁反発力で大きな開極速度を得ることができ、効率的である。
【0034】
次に、電力用開閉装置の閉極動作について説明する。開極状態では、永久磁石3の磁気力でアマチュア2はヨーク1の下部1bに吸引しており、固定電極10aから可動電極10bが開離している。
いま、閉極用コイル22および可動コイル20に数secのパルス電流を通電することで、閉極用コイル22と可動コイル20との間に、瞬時に反発力が発生する。
瞬間的な反発力によってアマチュア2がヨーク1の下部1bから離れた後、アマチュア2がヨーク1の上部1aに接近すると、アマチュア2には、上方向に永久磁石3による磁気吸引力が作用し、アマチュア2がヨーク1の上部1aに吸着して開閉装置の閉状態は保持される。
【0035】
実施の形態2.
図6はこの発明の実施の形態2の電力用開閉装置の構成図である。この実施の形態では、可動部材として可動コイル20の代わりに、非磁性の導体板120を用いてもよい。
この場合には、開極用コイル21から発生するパルス磁界により、導体板120に渦電流が発生し、この渦電流と開極用コイル21に流れるコイル電流との反発力が駆動源となり、固定電極10aから可動電極10bが開離し、電路は遮断される。
また、閉極用コイル22から発生するパルス磁界により、導体板120に渦電流が発生し、この渦電流と閉極用コイル22に流れるコイル電流との反発力が駆動源となり、固定電極10aに可動電極10bが当接する。
【0036】
実施の形態3.
図7はこの発明の実施の形態3の電力用開閉装置の磁気ラッチ機構102の説明図で、図1における永久磁石3の位置を駆動機構101側に片寄らせたものである。
このように構成することにより、2つの磁気回路S1と磁気回路S2の磁気抵抗が変わり、閉極状態におけるアマチュア2に作用する上向きの吸引力と、開極状態におけるアマチュア2に作用する下向きの吸引力とを比較したときに、閉極状態のときの吸引力の方を大きくすることができる。
電力用開閉装置では、一般に開極状態ではその状態が保持さえすればよいのに対して、閉極状態では、特に大電流が固定電極10a、可動電極10bに流れているときには接触圧力を大きくする必要がある。つまり、(閉極保持力)>(開極保持力)にする必要がある。
従って、永久磁石3を駆動機構101側に片寄らせてヨーク1に固定するだけで、磁気ラッチ機構102の全体の大きさを変えないで、閉極時の接触圧力を大きくできる。
【0037】
実施の形態4.
図8はこの発明の実施の形態4の電力用開閉装置の磁気ラッチ機構102の説明図で、ヨーク1、永久磁石3およびアマチュア2により形成される磁気回路S2の内側に、磁気回路S2に形成された磁束と同方向に磁束を形成する吸着力増大コイル5が配置されている。
開極用コイル21に流れる電磁力パルスは、短時間で消失するため、アマチュア2の運動は、慣性的である。アマチュア2が開極動作時に途中まで移動した後、吸着力増大コイル5に電流を流して、アマチュア2のヨーク1の下部1bに対する吸引力を発生させることで、アマチュア2の速度を加速することができる。特に、アマチュア2の移動距離が長い場合に、アマチュア2、可動軸13は、摺動摩擦力等の抗力により、駆動速度が低下する可能性があるので、開極時間の短縮化に有効である。
【0038】
図9は実施の形態4の結線回路図であり、図5に示した結線回路に、吸着力増大コイル5に接続されたスイッチ64aが追加されている。吸着力増大コイル5への電流供給は、開極用放電スイッチ62aのONと同期してスイッチ64aをONとすることにより、電磁反発力と同期した駆動力をアマチュア2に発生させることができる。
【0039】
実施の形態5.
図10はこの発明の実施の形態5の電力用開閉装置の磁気ラッチ機構102の説明図で、ヨーク1、永久磁石3およびアマチュア2により形成される二つの磁気回路S1の内側にも、磁気回路に形成された磁束と反対方向に磁束を形成する吸着力低減コイル5Aを追加した例である。
このように構成すれば、固定電極10aから可動電極10bが開離するときに、永久磁石3によるアマチュア2のヨーク1の上部1aに対する保持力が低減されるため、開極用コイル21に通電する電流値は低減される。
なお、この場合の結線回路は、吸着力増大コイル5と吸着力低減コイル5Aが並列に接続されている点を除いては、図9に示した結線回路と同じである。
【0040】
実施の形態6.
図11はこの発明の実施の形態6の電力用開閉装置の磁気ラッチ機構102の説明図で、ヨーク1は、断面コ字形状の第1のヨーク部1Aと、この第1のヨーク部1Aに距離をおいて対向した断面コ字形状の第2のヨーク部1Bとから構成されている。また、永久磁石は第1のヨーク部1Aの開口端部に固定された第1の永久磁石部3aと、第2のヨーク部1Bの開口端部に固定された第2の永久磁石部3bとから構成されている。
このような構成により、磁気回路S1と磁気回路S2とは二つに分離しており、それぞれの磁気回路の抵抗を小さくすることができる。
【0041】
実施の形態7.
図12はこの発明の実施の形態7の電力用開閉装置の磁気ラッチ機構102の説明図で、ヨークは、板状の第1のヨーク部1Aと、この第1のヨーク1Aに距離をおいて対向した板状の第2のヨーク部1Bとから構成されている。永久磁石は、第1のヨーク部1Aに固定された第1の永久磁石部3aと、第2のヨーク部1Bに固定された第2の永久磁石部3bとから構成されている。
このような構成により、ヨーク1A、1Bの形状が単純化され、加工が容易で、制作コストが低減される。
【0042】
実施の形態8.
図13はこの発明の実施の形態8の電力用開閉装置の磁気ラッチ機構102の説明図で、アマチュアは、第1の永久磁石部3aを挟んで第1のヨーク部1Aに対向した第1のアマチュア部2aと、第2の永久磁石部3bを挟んで第2のヨーク部1Bに対向した第2のアマチュア部2bとから構成されている。
このように、アマチュアを二つに分割することで、アマチュアの重量を軽くすることができ、小さなコイル電流で、高速駆動を実施することができる。
【0043】
なお、上記の各実施の形態では、可動コイル20に電流を流すことで、開極用コイル21、閉極用コイル22との間に反発力を生じさせたが、可動コイルに電流を流すことで、開極用コイル、閉極用コイルとの間に吸引力を生じさせるようにしてもよい。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の電力用開閉装置によれば、可動電極および固定電極を有するスイッチ部と、一端部に前記可動電極が固定された可動軸と、この可動軸に固定された可動部材、この可動部材を間に挟んで対向し可動軸に対して摺動自在の開極用コイルおよび閉極用コイルを有し、開極用コイルにパルス電流を通電することで開極用コイルと可動部材との間に作用する電磁反発力で前記固定電極から前記可動電極を開離させ、閉極用コイルにパルス電流を通電することで閉極用コイルと可動部材との間に作用する電磁反発力で前記固定電極に前記可動電極を当接させるようになっている駆動機構と、前記可動軸が摺動自在に貫通したヨーク、このヨークの内側に設けられ前記可動軸の他端部に固定されたアマチュア、およびアマチュアと対向して前記ヨークの内側に固定された永久磁石を有し、この永久磁石、アマチュアおよびヨークの前記スイッチ部側の片側で構成された一方の磁気回路による磁気力でヨークの一方の側にアマチュアを吸着して閉極状態を保持し、また同永久磁石、アマチュアおよびヨークの反前記スイッチ部側の片側で構成された他方の磁気回路による磁気力でヨークの他方の側にアマチュアを吸着して開極状態を保持するようになっている磁気ラッチ機構とを備えているので、小さなコイル電流値で開極動作および閉極動作を高速で行うことができる。
【0045】
また、この発明に係る電力用開閉装置によれば、可動部材は、コイルであるので、コイルに電流を流すことで、開極用コイル、閉極用コイルとの間に簡単に反発力、吸引力を得ることができる。
【0046】
また、この発明に係る電力用開閉装置によれば、可動部材は、渦電流が生じる非磁性の導体板であるので、簡単な構成で可動部材を得ることができ、製作コストが低減される。
【0047】
また、この発明に係る電力用開閉装置によれば、ヨーク内の永久磁石は、駆動機構側に片寄って固定され、閉極状態における保持力が開極状態における保持力よりも大きくなるように、2つの磁気回路のパーミアンスが異なるようになっているので、磁気ラッチ機構の全体の大きさを変えることなく、閉極時の固定電極に対する可動電極の接触圧力を大きく設定することができる。
【0048】
また、この発明に係る電力用開閉装置によれば、ヨークは、断面コ字形状の第1のヨーク部と、この第1のヨーク部に距離をおいて対向した断面コ字形状の第2のヨーク部とから構成され、永久磁石は前記第1のヨークの開口端部に固定された第1の永久磁石部と、前記第2のヨークの開口端部に固定された第2の永久磁石部とから構成されているので、二つの磁気回路の抵抗を小さくすることができ、永久磁石の電磁力保持効率が向上する。
【0049】
また、この発明に係る電力用開閉装置によれば、ヨーク、永久磁石およびアマチュアにより形成される二つの磁気回路の一方の内側に、一方の磁気回路に形成された磁束と同一方向に磁束を形成しヨークとアマチュアとの間の吸着力を増大させる吸着力増大コイルが設けられているので、アマチュアの移動途中で速度を加速させることができ、アマチュアの移動距離が長い場合に、アマチュア、可動軸は、摺動摩擦力等の抗力により、駆動速度が低下する可能性が高いが、その場合に特に駆動時間の短縮化に有効である。
【0050】
また、この発明に係る電力用開閉装置よれば、ヨーク、永久磁石およびアマチュアにより形成される二つの磁気回路の他方の内側に、他方の磁気回路に形成された磁束と反対方向に磁束を形成しヨークとアマチュアとの間の吸着力を減少させる吸着力減少コイルが設けられているので、永久磁石によるアマチュアのヨークに対する保持力が低減でき、開極用コイルに通電する電流値を低減することができる。
【0051】
また、この発明に係る電力用開閉装置によれば、ヨークは、板状の第1のヨーク部と、この第1のヨークに距離をおいて対向した板状の第2のヨーク部とから構成され、永久磁石は、前記第1のヨーク部に固定された第1の永久磁石部と、前記第2のヨーク部に固定された第2の永久磁石部とから構成され、アマチュアは、前記第1の永久磁石部と前記第2の永久磁石部との間に設けられているので、ヨークの形状が単純化され、加工が容易で、制作コストが低減される。
【0052】
また、この発明に係る電力用開閉装置によれば、アマチュアは、第1の永久磁石部を挟んで第1のヨーク部に対向した第1のアマチュア部と、第2の永久磁石部を挟んで第2のヨーク部に対向した第2のアマチュア部とから構成されているので、アマチュアの重量を軽くすることができ、小さなコイル電流で、高速駆動を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1の電力用開閉装置の構成図である。
【図2】 図1の磁気ラッチ機構の閉極状態での原理説明図である。
【図3】 図1の磁気ラッチ機構の開極状態での原理説明図である。
【図4】 アマチュアと、アマチュアに作用する保持力との関係図である。
【図5】 実施の形態1の駆動機構の電気結線図である。
【図6】 この発明の実施の形態2の電力用開閉装置の構成図である。
【図7】 この発明の実施の形態3の電力用開閉装置の磁気ラッチ機構の構成図である。
【図8】 この発明の実施の形態4の電力用開閉装置の磁気ラッチ機構の構成図である。
【図9】 実施の形態4の駆動機構の電気結線図である。
【図10】 この発明の実施の形態5の電力用開閉装置の磁気ラッチ機構の構成図である。
【図11】 この発明の実施の形態6の電力用開閉装置の磁気ラッチ機構の構成図である。
【図12】 この発明の実施の形態7の電力用開閉装置の磁気ラッチ機構の構成図である。
【図13】 この発明の実施の形態8の電力用開閉装置の磁気ラッチ機構の構成図である。
【図14】 従来の電力用開閉装置の構成図で、図14(a)は閉極状態の図、図14(b)は開極状態の図である。
【符号の説明】
1 ヨーク、1A 第1のヨーク部、1B 第2のヨーク部、2 アマチュア、2a第1のアマチュア部、2b 第2のアマチュア部、3 永久磁石、3a 第1の永久磁石部、3b 第2の永久磁石部、5 吸着力増大コイル、5A 吸着力低減コイル、10a 固定電極、10b 可動電極、13 可動軸、20 可動コイル、21 開極用コイル、22 閉極用コイル、100 スイッチ部、101 駆動機構、102 磁気ラッチ機構、120 導体板。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power switchgear that uses an electromagnetic force to move a movable electrode toward and away from a fixed electrode.
[0002]
[Prior art]
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a power switching device that contacts and separates the
This power switchgear includes a
[0003]
[0004]
Next, the opening operation of the power switchgear having the above configuration will be described.
In the closed state of FIG. 14A, a magnetic field is generated when a pulse current is passed through the
[0005]
Next, the closing operation of the power switch will be described.
In the open state of FIG. 14B, a magnetic field is generated when a pulse current is passed through the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the power switchgear having the above-described configuration, the elastic force of the
I. During the opening operation, the
B. In the high-voltage switchgear, the pressing force of the
C. Further, in the high-voltage switchgear, the gap between the
[0007]
An object of the present invention is to provide a power switchgear that is capable of solving the above-described problems and that is highly efficient, capable of high-speed shut-off and high-speed input, and that can be downsized. To do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A power switchgear according to the present invention includes a switch unit having a movable electrode and a fixed electrode;
A movable shaft having the movable electrode fixed to one end thereof;
A movable member fixed to this movable shaft, this movable Element Between the opening coil and the movable member by passing a pulse current through the opening coil. Electromagnetic acting between Repulsion The fixed electrode with force From The movable electrode Separation Electromagnetic force acting between the closing coil and the movable member by applying a pulse current to the closing coil Repulsion The fixed electrode with force In The movable electrode Contact A drive mechanism adapted to cause
There is provided a yoke through which the movable shaft slidably passes, an arm provided inside the yoke and fixed to the other end of the movable shaft, and a permanent magnet fixed to the inside of the yoke so as to face the armature. And This permanent magnet, armature and yoke are composed of one side on the switch part side The armature is attracted to one side of the yoke by the magnetic force of one magnetic circuit, and the closed state is maintained. The permanent magnet, armature, and yoke are composed of one side on the opposite side of the switch part. A magnetic latch mechanism configured to hold an open state by attracting an armature to the other side of the yoke by the magnetic force of the other magnetic circuit.
[0009]
In the power switchgear according to the present invention, the movable member is a coil.
[0010]
In the power switchgear according to the present invention, the movable member is a nonmagnetic conductor plate in which an eddy current is generated.
[0011]
In the power switchgear according to the present invention, the permanent magnet in the yoke is fixed to the drive mechanism side so that the holding force in the closed state is larger than the holding force in the open state. The permeance is different.
[0012]
In the power switchgear according to the present invention, the yoke includes a first yoke portion having a U-shaped cross section and a second yoke portion having a U-shaped cross section facing the first yoke portion at a distance. The permanent magnet includes a first permanent magnet portion fixed to the opening end portion of the first yoke, and a second permanent magnet portion fixed to the opening end portion of the second yoke. ing.
[0013]
A power switchgear according to the present invention forms a magnetic flux in the same direction as the magnetic flux formed in one magnetic circuit inside one of two magnetic circuits formed by a yoke, a permanent magnet, and an armature. An adsorption force increasing coil for increasing the adsorption force between the two is provided.
[0014]
The power switchgear according to the present invention forms a magnetic flux in the opposite direction to the magnetic flux formed in the other magnetic circuit inside the other of the two magnetic circuits formed by the yoke, the permanent magnet, and the armature. An adsorption force reducing coil for reducing the adsorption force between the two is provided.
[0015]
In the power switchgear according to the present invention, the yoke includes a plate-shaped first yoke portion and a plate-shaped second yoke portion facing the first yoke at a distance from each other, and a permanent magnet. Is composed of a first permanent magnet portion fixed to the first yoke portion and a second permanent magnet portion fixed to the second yoke portion, and an amateur is the first permanent magnet portion. Part and the second permanent magnet part.
[0016]
In the power switchgear according to the present invention, the amateur has a first armature portion facing the first yoke portion with the first permanent magnet portion interposed therebetween, and a second yoke sandwiching the second permanent magnet portion. And a second amateur part facing the part.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, the same or equivalent members and parts will be described with the same reference numerals.
FIG. 1 is a configuration diagram of a power switchgear according to
[0018]
The
The
The
[0019]
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the operating principle of the
In FIG. 2, the
[0020]
(Magnetic flux Φ1 passing through magnetic circuit S1)> (Flux Φ2 passing through magnetic circuit S2)
[0021]
It becomes. Therefore, if the force that the
[0022]
F1> F2
[0023]
As a result, the
[0024]
Next, it is assumed that the
[0025]
F1 <F2
[0026]
Thus, the
[0027]
In FIG. 4B, the magnetic attractive force acting on the
[0028]
FIG. 5 is a connection circuit diagram in which the
In this connection circuit, the opening power storage 61a that constitutes a power source for supplying a pulse current to the
[0029]
The opening
[0030]
D1 is a diode that is connected in parallel to the
[0031]
Next, the operation of the power switchgear having the above configuration will be described.
First, the opening operation of the power switch will be described. In the closed state of FIG. 1, the
Now, by applying a pulse current of several seconds to the
[0032]
After the
[0033]
As shown in FIG. 4A, in the case of the conventional disc spring, at the beginning of the opening operation, a large load F acts in a direction opposite to the direction in which the
On the other hand, in this embodiment, the magnetic attraction force between the
[0034]
Next, the closing operation of the power switch will be described. In the open state, the
Now, by applying a pulse current of several seconds to the closing
After the
[0035]
6 is a block diagram of a power switchgear according to
In this case, an eddy current is generated in the
Further, an eddy current is generated in the
[0036]
FIG. 7 is an explanatory view of the
With this configuration, the magnetic resistances of the two magnetic circuits S1 and S2 change, and the upward attractive force acting on the
In the power switchgear, it is generally only necessary to maintain the state in the open state, whereas in the closed state, the contact pressure is increased particularly when a large current flows through the fixed electrode 10a and the
Accordingly, the contact pressure at the time of closing can be increased without changing the overall size of the
[0037]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram of the
Since the electromagnetic force pulse flowing in the
[0038]
FIG. 9 is a connection circuit diagram according to the fourth embodiment. A
[0039]
FIG. 10 is an explanatory diagram of the
With this configuration, when the
The connection circuit in this case is the same as the connection circuit shown in FIG. 9 except that the suction
[0040]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 11 is an explanatory diagram of the
With such a configuration, the magnetic circuit S1 and the magnetic circuit S2 are separated into two, and the resistance of each magnetic circuit can be reduced.
[0041]
FIG. 12 is an explanatory view of the
With such a configuration, the shapes of the
[0042]
Embodiment 8 FIG.
FIG. 13 is an explanatory view of the
Thus, by dividing the amateur into two, the weight of the amateur can be reduced, and high-speed driving can be performed with a small coil current.
[0043]
In each of the above embodiments, a repulsive force is generated between the opening
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the power switchgear of the present invention, the switch portion having the movable electrode and the fixed electrode, the movable shaft having the movable electrode fixed to one end, and the movable shaft fixed to the movable shaft. Member, this movable Element Between the opening coil and the movable member by passing a pulse current through the opening coil. Electromagnetic acting between Repulsion The fixed electrode with force From The movable electrode Separation Electromagnetic force acting between the closing coil and the movable member by applying a pulse current to the closing coil Repulsion The fixed electrode with force In The movable electrode Contact A drive mechanism adapted to be moved, a yoke through which the movable shaft slidably passes, an armature provided inside the yoke and fixed to the other end of the movable shaft, and the yoke facing the armature A permanent magnet fixed inside, This permanent magnet, armature and yoke are composed of one side on the switch part side The armature is attracted to one side of the yoke by the magnetic force of one magnetic circuit, and the closed state is maintained. The permanent magnet, armature, and yoke are composed of one side on the opposite side of the switch part. It has a magnetic latch mechanism that holds the open state by attracting the armature to the other side of the yoke by the magnetic force of the other magnetic circuit, so that the opening operation and closing can be performed with a small coil current value. Polar operation can be performed at high speed.
[0045]
According to the power switchgear according to the present invention, since the movable member is a coil, a repulsive force and a suction can be easily generated between the opening coil and the closing coil by passing a current through the coil. You can gain power.
[0046]
Further, according to the power switchgear according to the present invention, since the movable member is a non-magnetic conductor plate in which eddy current is generated, the movable member can be obtained with a simple configuration, and the manufacturing cost is reduced.
[0047]
Further, according to the power switchgear according to the present invention, the permanent magnet in the yoke is offset toward the drive mechanism side so that the holding force in the closed state is larger than the holding force in the open state. Since the permeances of the two magnetic circuits are different, the contact pressure of the movable electrode with respect to the fixed electrode at the time of closing can be set large without changing the overall size of the magnetic latch mechanism.
[0048]
According to the power switchgear according to the present invention, the yoke includes a first yoke portion having a U-shaped cross section and a second U shape having a U-shaped cross section facing the first yoke portion at a distance. The permanent magnet includes a first permanent magnet portion fixed to the opening end portion of the first yoke, and a second permanent magnet portion fixed to the opening end portion of the second yoke. Therefore, the resistance of the two magnetic circuits can be reduced, and the electromagnetic force retention efficiency of the permanent magnet is improved.
[0049]
Further, according to the power switchgear according to the present invention, the magnetic flux is formed in the same direction as the magnetic flux formed in one magnetic circuit inside one of the two magnetic circuits formed by the yoke, the permanent magnet and the armature. Since an attractive force increasing coil that increases the attractive force between the yoke and the amateur is provided, the speed can be accelerated during the movement of the amateur, and if the distance of the amateur is long, the armature and the movable shaft Is likely to decrease the driving speed due to a drag such as a sliding frictional force. In this case, the driving time is particularly effective.
[0050]
Further, according to the power switchgear according to the present invention, the magnetic flux is formed inside the other of the two magnetic circuits formed by the yoke, the permanent magnet and the armature in the opposite direction to the magnetic flux formed in the other magnetic circuit. Since the attraction force reducing coil for reducing the attraction force between the yoke and the armature is provided, the holding force of the permanent magnet to the armature yoke can be reduced, and the current value supplied to the opening coil can be reduced. it can.
[0051]
According to the power switchgear according to the present invention, the yoke is composed of a plate-shaped first yoke portion and a plate-shaped second yoke portion facing the first yoke at a distance. The permanent magnet is composed of a first permanent magnet portion fixed to the first yoke portion and a second permanent magnet portion fixed to the second yoke portion. Since it is provided between the first permanent magnet portion and the second permanent magnet portion, the shape of the yoke is simplified, the processing is easy, and the production cost is reduced.
[0052]
Further, according to the power switchgear according to the present invention, the amateur sandwiches the first permanent magnet portion, the first amateur portion facing the first yoke portion, and the second permanent magnet portion. Since the second armature portion is opposed to the second yoke portion, the weight of the armature can be reduced, and high-speed driving can be performed with a small coil current.
[Brief description of the drawings]
1 is a configuration diagram of a power switchgear according to
FIG. 2 is an explanatory diagram of the principle of the magnetic latch mechanism of FIG. 1 in a closed state.
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of the magnetic latch mechanism of FIG. 1 in an open state.
FIG. 4 is a relationship diagram between an amateur and a holding force acting on an amateur.
FIG. 5 is an electrical connection diagram of the drive mechanism according to the first embodiment.
FIG. 6 is a configuration diagram of a power switchgear according to
FIG. 7 is a configuration diagram of a magnetic latch mechanism of a power switchgear according to
FIG. 8 is a configuration diagram of a magnetic latch mechanism of a power switchgear according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 9 is an electrical connection diagram of the drive mechanism of the fourth embodiment.
FIG. 10 is a configuration diagram of a magnetic latch mechanism of a power switchgear according to
FIG. 11 is a configuration diagram of a magnetic latch mechanism of a power switchgear according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 12 is a configuration diagram of a magnetic latch mechanism of a power switchgear according to
FIG. 13 is a configuration diagram of a magnetic latch mechanism of a power switchgear according to Embodiment 8 of the present invention.
14A and 14B are configuration diagrams of a conventional power switchgear, in which FIG. 14A is a diagram showing a closed state, and FIG. 14B is a diagram showing a opened state.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (9)
一端部に前記可動電極が固定された可動軸と、
この可動軸に固定された可動部材、この可動部材を間に挟んで対向し可動軸に対して摺動自在の開極用コイルおよび閉極用コイルを有し、開極用コイルにパルス電流を通電することで開極用コイルと可動部材との間に作用する電磁反発力で前記固定電極から前記可動電極を開離させ、閉極用コイルにパルス電流を通電することで閉極用コイルと可動部材との間に作用する電磁反発力で前記固定電極に前記可動電極を当接させるようになっている駆動機構と、
前記可動軸が摺動自在に貫通したヨーク、このヨークの内側に設けられ前記可動軸の他端部に固定されたアマチュア、およびアマチュアと対向して前記ヨークの内側に固定された永久磁石を有し、この永久磁石、アマチュアおよびヨークの前記スイッチ部側の片側で構成された一方の磁気回路による磁気力でヨークの一方の側にアマチュアを吸着して閉極状態を保持し、また同永久磁石、アマチュアおよびヨークの反前記スイッチ部側の片側で構成された他方の磁気回路による磁気力でヨークの他方の側にアマチュアを吸着して開極状態を保持するようになっている磁気ラッチ機構と
を備えた電力用開閉装置。A switch unit having a movable electrode and a fixed electrode;
A movable shaft having the movable electrode fixed to one end thereof;
A movable member fixed to the movable shaft, and an opening coil and a closing coil that are opposed to each other with the movable member interposed therebetween and are slidable with respect to the movable shaft. A pulse current is applied to the opening coil. is separable said movable electrode from the fixed electrode by electromagnetic repulsive force acting between the coil and the movable member for opening poles by energizing the closing coil by energizing the pulse current to the closing coil a drive mechanism which is the movable electrode to the fixed electrode in an electromagnetic repulsive force so as to abut acting between the movable member,
There is provided a yoke through which the movable shaft slidably passes, an arm provided inside the yoke and fixed to the other end of the movable shaft, and a permanent magnet fixed to the inside of the yoke so as to face the armature. The permanent magnet, the armature, and the yoke are attracted to one side of the yoke by a magnetic force generated by one magnetic circuit formed on one side of the switch portion , and the permanent magnet is maintained. A magnetic latch mechanism configured to hold the open state by attracting the armature to the other side of the yoke by the magnetic force of the other magnetic circuit configured on one side of the switch portion side of the armature and the yoke ; Power switchgear provided with.
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