JP4738106B2

JP4738106B2 - 電磁アクチュエータ

Info

Publication number: JP4738106B2
Application number: JP2005256038A
Authority: JP
Inventors: 健二加藤; 和宏松尾; 岳志野田; 信孝久保田; 泰弘松本; 三孝本間; 孝生若林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2025-09-05
Also published as: JP2007073580A

Description

本発明は、真空バルブなどを開閉操作する操作機構に用いられる電磁アクチュエータに関する。

従来の真空遮断器および真空開閉器などの開閉器の操作機構においては、開路、閉路操作を行うために、必要な操作力を発生させる電磁アクチュエータを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この種の開閉器は、図６に示すように、図示上段から電流を遮断する遮断部１ａ、遮断部１ａの閉路時に接触荷重を加えるワイプバネ部１ｂ、および図示最下段に遮断部１ａを開閉操作する操作機構部１ｃが配置され構成されている。なお、図６において、図示右に閉路状態、図示左に開路状態を示している。

遮断部１ａには、真空絶縁容器２内に接離自在の一対の接点３、４を有する三相分の真空バルブ５が設けられている。三相分の真空バルブ５の固定側は、上部固定部材６にそれぞれ固定されている。また、真空バルブ５の可動側には、軸方向に移動自在の絶縁操作ロッド７が連結されている。

ワイプバネ部１ｂには、絶縁操作ロッド７に連結されたワイプバネ８を収納したワイプバネフォルダ９が設けられている。このワイプバネ８により、一対の接点３、４の接触時に接触荷重が加わるようになっている。また、三相分のワイプバネフォルダ９は、それぞれ連結部材１０に連結されている。

操作機構部１ｃには、開閉操作時の操作力を発生させる電磁アクチュエータ１１が設けられている。電磁アクチュエータ１１は、磁路を形成するヨーク１２、ヨーク１２内を移動するように設けられた磁性体のアーマチュア１３、アーマチュア１３を移動もしくは閉路保持をする永久磁石１４、永久磁石１４の外周に配置された閉路コイル１５、閉路コイル１５の図示下方に配置された開路コイル１６、アーマチュア１３に固定されヨーク１２を貫き、連絡部材１０に連結された非磁性体の操作ロッド１７、およびヨーク１２の図示下部の開口部を塞ぐストッパープレート１８から構成されている。

ここで、ヨーク１２内面の中間部には、突出した環状の突出部１２ａが設けられ、この突出部１２ａと永久磁石１４間に閉路コイル１５と開路コイル１６とが配置されている。また、アーマチュア１３がストッパープレート１８と対向する端部には、鍔状に突出した鍔部１３ａが設けられ、この鍔部１３ａが突出部１２ａとストッパープレート１８間を移動するようになっている。このような電磁アクチュエータ１１は、下部固定部材１９に固定されている。また、下部固定部材１９内の操作ロッド１７端には、操作ロッド１７を開路方向に移動するように付勢した開路バネ２０が設けられている。

そして、閉路状態にする場合には、閉路コイル１５を励磁して、ヨーク１２内に磁束を発生させる。すると、図示実線で示すように、閉路コイル１５と開路コイル１６とを囲むように、永久磁石１４→ヨーク１２→突出部１２ａ→アーマチュア１３を通る磁気回路が形成される。また、永久磁石１４によっても点線で示すように、同様の磁気回路が形成される。これらの磁気回路での磁力により、開路バネ２０のバネ力に打ち勝ってアーマチュア１３が図示上方の閉路方向に移動する。同時に、操作ロッド１７が図示上方に移動し、接点３、４間が接触する。接点３、４間が接触すると、ワイプバネ８により接触荷重を加え、閉路コイル１５を無励磁にし、永久磁石１４の吸引力で閉路状態を保持する。

開路状態にする場合には、開路コイル１６を励磁して、永久磁石１４の磁力に打ち勝ってアーマチュア１３を図示下方に移動させ、接点３、４間を開離させる。開路後には、開路コイル１６を無励磁にして、開路バネ２０のバネ力により開路状態を保持する。

ここで、閉路状態にする場合において、ヨーク１２内の磁束は、閉路コイル１５と永久磁石１４のものとが同一方向に形成される。このため、ヨーク１２内において、磁気飽和が起こり、アーマチュア１３を充分な磁力で移動させることが困難となる。即ち、閉路コイル１５で発生させた磁束がアーマチュア１３内に伝わり難く、電磁アクチュエータ１１の効率が低くなる問題があった。

一方、ヨーク内の中間部に永久磁石を配置し、この永久磁石の両側に閉路コイルと開路コイルとを配置した電磁アクチュエータが知られている。このような電磁アクチュエータにおいても、永久磁石と閉路コイルとの磁束が同一方向に形成されるので、閉路コイルを励磁したときにヨーク内で磁気飽和が起こり易く、電磁アクチュエータの効率が低くなる問題が起きる（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００２−２７０４２３号公報（第４ページ、図１）特開２００４−１４６３３６号公報（第６ページ、図１）

上記の従来の電磁アクチュエータにおいては、閉路時にヨーク内で磁気飽和が起こり、アーマチュアを充分な磁力で移動させることが困難となり、閉路時の効率が低下する問題がある。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、閉路時の効率を向上し得る電磁アクチュエータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電磁アクチュエータは、第１のヨーク、第２のヨーク、第３のヨークの順で連接された磁路を形成するためのヨークと、前記ヨーク内を移動するように設けられたアーマチュアと、前記第１のヨーク側に配置された前記ヨーク内に磁束を発生させる閉路コイルと、前記第３のヨーク側に配置された前記ヨーク内に磁束を発生させる開路コイル、および前記アーマチュアを移動もしくは閉路保持させておく永久磁石と、前記ヨークを貫き前記アーマチュアに固定された操作ロッドとを備え、前記第２のヨークは、前記アーマチュアと対向するように内側に突出して形成されているとともに、中間部に非磁性層が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、ヨークの中間部をアーマチュアと対向するまで突出させ、この中間部を境として遮断部側に閉路コイルを配置し、また反遮断部側に開路コイルと永久磁石を配置しているので、閉路コイルを励磁したとき、閉路コイルを囲むような磁気回路と、永久磁石を囲むような磁気回路とが形成され、電磁アクチュエータの閉路時の効率を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る電磁アクチュエータを図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る電磁アクチュエータの構成を示す断面図、図２は、本発明の実施例１に係る電磁アクチュエータの開路時の磁気回路を説明する図、図３は、本発明の実施例１に係る電磁アクチュエータの閉路時の磁気回路を説明する図である。なお、各図において、従来と同様の構成部分については、同一符号を付した。また、開閉器の構成は、従来と同様であるので、その説明を省略する。

図１に示すように、電磁アクチュエータ１１における磁路を形成するためのヨーク３０は、図示上方で遮断部１ａ側の第１のヨーク３０ａと、中間部の第２のヨーク３０ｂと、図示下方でストッパープレート１８側（反遮断部側）の第３のヨーク３０ｃとが軸方向に連接して構成されている。第１のヨーク３０ａの内面には、閉路コイル１５が配置され、第３のヨーク３０ｃの内面には、開路コイル１６が配置されている。また、第２のヨーク３０ｂは、内面が突出し、ヨーク３０内を移動するアーマチュア１３の側面と対向している。

開路コイル１６の内側には、永久磁石１４が設けられ、永久磁石１４の図示下方に第４のヨーク３０ｄが設けられている。即ち、第２のヨーク３０ｂを境として、軸方向の一方に閉路コイル１５、他方に開路コイル１６と永久磁石１４とが配置されている。

また、アーマチュア１３に固定された非磁性体の操作ロッド１７がヨーク３０を貫いて設けられている。アーマチュア１３がストッパープレート１８と対向する端部には、鍔状に突出した鍔部１３ａが設けられ、この鍔部１３ａが第４のヨーク３０ｄとストッパープレート１８間を移動できるようになっている。

ここで、第１のヨーク３０ａが操作ロッド１７の軸方向と直交する断面積をｓ１とし、第２のヨーク３０ｂが操作ロッド１７の軸方向と平行する断面積をｓ２とすると、ｓ２＞ｓ１としている。また、第２のヨーク３０ｂとアーマチュア１３間のギャップをｇ１とし、鍔部１３ａと第４のヨーク３０ｄ間の開路時のギャップをｇ２とすると、ｇ２＞ｇ１としている。更に、鍔部１３ａと第３のヨーク３０ｃ間のギャップをｇ３とすると、ｇ２＞ｇ３、およびｇ１＞ｇ３としている。

次に、閉路状態にする場合を、図２を参照して説明する。

閉路コイル１５を励磁すると、閉路コイル１５を囲むように（図２の実線）、第１のヨーク３０ａ→第２のヨーク３０ｂ→アーマチュア１３を通る第１の磁気回路ｍ１が形成される。また、開路コイル１６を囲むように（図２の点線）、永久磁石１４→第４のヨーク３０ｄ→アーマチュア１３の鍔部１３ａ→第３のヨーク３０ｃ→第２のヨーク３０ｂを通る第２の磁気回路ｍ２が形成される。なお、磁気回路ｍ１において、第２のヨーク３０ｂから分岐して永久磁石１４→第４のヨーク３０ｄ→アーマチュア１３を通る第３の磁気回路ｍ３が形成される。これらの磁気回路ｍ１、ｍ２、ｍ３により、アーマチュア１３を図示上方に移動させることができる。

このなかで、閉路コイル１５を囲むような第１の磁気回路ｍ１と、永久磁石１４を囲むような第２の磁気回路ｍ２との二つの経路の異なる磁気回路ｍ１、ｍ２で大きな磁力を発生させることができる。なお、第３の磁気回路ｍ３は、磁路が長く、磁気抵抗が大きくなる。また、第２のヨーク３０ｂ内で第１の磁気回路ｍ１と第２の磁気回路ｍ２との磁束が同一方向となるが、第１のヨーク３０ａの断面積ｓ１よりも第２のヨーク３０ｂの断面積ｓ２が大きいので、磁気飽和し難く、閉路コイル１５による磁力を充分に発生させることができる。

また、ギャップｇ２＞ｇ１としているので、第１の磁気回路ｍ１の磁気抵抗を下げることができる。更に、ギャップｇ２＞ｇ３、ギャップｇ１＞ｇ３としているので、第２の磁気回路ｍ２の磁気抵抗を下げることができる。これらのことから、閉路時において、閉路コイル１５を囲むような磁気抵抗の小さい第１の磁気回路ｍ１および永久磁石１４を囲むような磁気抵抗の小さい第２の磁気回路ｍ２が形成されるので、アーマチュア１３を移動させる磁力を充分に発生させることができ、電磁アクチュエータ１１の効率を向上させることができる。

アーマチュア１３が移動した閉路時においては、開路時に形成されていた第２の磁気回路ｍ２に代わって、図３に示すように、永久磁石１４→第４のヨーク３０ｄ→鍔部１３ａ→アーマチュア１３→第１のヨーク３０ａ→第２のヨーク３０ｂを通る第４の磁気回路ｍ４が形成されるので、永久磁石１４による閉路保持が確実なものとなる。

このように閉路時の効率を向上させ、確実に閉路保持することができる電磁アクチュエータ１１を用いた開閉器は、確実な投入操作や投入時のチャタリングなどを抑制することができる。

上記実施例１の電磁アクチュエータ１１によれば、閉路コイル１５を励磁したときに、閉路コイル１５を囲むような第１の磁気回路ｍ１と、永久磁石１４を囲むような第２の磁気回路ｍ２とが形成されるようにしているので、それぞれの磁気回路ｍ１、ｍ２で充分な磁力を発生させることができ、閉路時の効率を向上させることができる。

次に、本発明の実施例２に係る電磁アクチュエータを図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施例２に係る電磁アクチュエータの構成を示す断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、第２のヨークに非磁性層を設けたことである。図４において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図４に示すように、第２のヨーク３０ｂの中間部には、空隙層や非磁性材料などからなる非磁性層３１を設けている。

これにより、閉路コイル１５を囲むように形成される第１の磁気回路ｍ１から分岐して形成される第３の磁気回路ｍ３の磁気抵抗が上昇し、閉路コイル１５による磁束が永久磁石１４側に形成されることを抑制する。このため、閉路コイル１５による磁束の殆どがアーマチュア１３内に形成され、閉路コイル１５の効率を向上させることができる。

上記実施例２の電磁アクチュエータ１１によれば、閉路時の効率をより一層向上させることができる。

次に、本発明の実施例３に係る電磁アクチュエータを図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施例３に係る電磁アクチュエータの構成を示す断面図である。なお、この実施例３が実施例１と異なる点は、第１のヨークの断面積を小さくしたことである。図５において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図５に示すように、第１のヨーク３０ａの外形形状を、第３のヨーク３０ｃの外形形状よりも小さくし、ヨーク３０全体の外形形状を凸状としている。ただし、閉路コイル１５による磁束が第１のヨーク３０ａ内で磁気飽和しないようにしている。例えば、操作ロッド１７の軸方向と直交する断面積ｓ１を、第２のヨーク３０ｂの断面積ｓ２の１／２程度にしている。

上記実施例３の電磁アクチュエータ１１によれば、実施例１による効果のほかに、ヨーク３０の重量を低減することができる。

本発明の実施例１に係る電磁アクチュエータの構成を示す断面図。本発明の実施例１に係る電磁アクチュエータの開路時の磁気回路を説明する図。本発明の実施例１に係る電磁アクチュエータの閉路時の磁気回路を説明する図。本発明の実施例２に係る電磁アクチュエータの構成を示す断面図。本発明の実施例３に係る電磁アクチュエータの構成を示す断面図。開閉器の構成を示す断面図。

符号の説明

１ａ遮断部
１ｂワイプバネ部
１ｃ操作機構部
２真空絶縁容器
３、４接点
５真空バルブ
６上部固定部材
７絶縁操作ロッド
８ワイプバネ
９ワイプバネフォルダ
１０連結部材
１１電磁アクチュエータ
１２、３０ヨーク
１２ａ突出部
１３アーマチュア
１３ａ鍔部
１４永久磁石
１５閉路コイル
１６開路コイル
１７操作ロッド
１８ストッパープレート
１９下部固定部材
２０開路バネ
３０ａ第１のヨーク
３０ｂ第２のヨーク
３０ｃ第３のヨーク
３０ｄ第４のヨーク
３１非磁性層

Claims

第１のヨーク、第２のヨーク、第３のヨークの順で連接された磁路を形成するためのヨークと、
前記ヨーク内を移動するように設けられたアーマチュアと、
前記第１のヨーク側に配置された前記ヨーク内に磁束を発生させる閉路コイルと、
前記第３のヨーク側に配置された前記ヨーク内に磁束を発生させる開路コイルと、
前記第３のヨーク側に配置されるとともに、前記アーマチュアを移動もしくは閉路保持させておく永久磁石と、
前記ヨークを貫き前記アーマチュアに固定された操作ロッドとを備え、
前記第２のヨークは、前記アーマチュアと対向するように内側に突出して形成されているとともに、中間部に非磁性層が設けられていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
前記第１のヨークの外形形状よりも前記第３のヨークの外形形状が大きく、前記ヨークの外形形状が凸状であることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。