JP4755923B2

JP4755923B2 - 電磁アクチュエータ

Info

Publication number: JP4755923B2
Application number: JP2006050407A
Authority: JP
Inventors: 信孝久保田; 順松崎; 修阪口; 勝宮川; 泰弘松本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-02-27
Also published as: JP2007227864A

Description

本発明は、真空遮断器などの開閉器の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、開閉器の操作機構としては、開閉バネを電動モータで蓄勢し、その放勢により開閉操作するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、操作機構を構成する開閉バネやピンなどの構成部品が多いものであった。

これを解決するために、ソレノイドコイル、アーマチュア、ヨーク、永久磁石などを有する電磁アクチュエータにより開閉操作するものが知られている。このような電磁アクチュエータにより、部品点数を大幅に削減することができる（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１１−６７０２４号公報（第２ページ、図４）特開２００２−２７０４２３号公報（第４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、次のような問題がある。

開閉操作において、開路状態では、アーマチュアと永久磁石とを開離させ、閉路状態では、アーマチュアを永久磁石側に移動、吸引させている。このため、アーマチュアに連結されている開閉器の接点間距離が高電圧化に伴い広くなれば、アーマチュアの移動する距離も長くしなければならない。このように高電圧化に伴ってアーマチュアの移動する距離を長くした場合、開閉器の開閉速度、特に遮断特性に影響を与える開路速度を高速にすることが望まれている。

しかしながら、アーマチュアと永久磁石間の吸引力は、距離の２乗に反比例して低下するので、移動する距離が長くなるほど吸引力を格段に大きくしなければならなかった。また、アーマチュアなどの可動部の質量が増加するので、開閉速度が低下する傾向にあった。このため、必要な吸引力や開閉速度などの開閉操作力を得るためには、電磁力を発生させるソレノイドコイルや磁路を形成するヨークなどを大型化しなければならなかった。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、アーマチュアの移動する距離が長くなっても、優れた開閉操作力が得られ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、真空バルブに連結される移動自在の第１の操作ロッドを有する閉路状態を保持する磁気ラッチ部と、前記第１の操作ロッドと接離自在の第２の操作ロッドを有する閉路操作を行なう閉路操作部とを具備し、前記磁気ラッチ部は、前記第１の操作ロッドに固定された第１のアーマチュアと、前記第１のアーマチュアを吸引する永久磁石と、前記第１のアーマチュアを包囲するように設けられた磁路を形成するための第１のヨークと、前記第１のヨーク内の磁束を増減させる第１のソレノイドコイルとから構成され、前記閉路操作部は、前記第２の操作ロッドに固定されるとともに、前記第１のアーマチュアよりも質量の大きい第２のアーマチュアと、前記第２のアーマチュアを包囲するように設けられた磁路を形成するための第２のヨークと、前記第２のヨーク内の磁束を増減させる第２のソレノイドコイルとから構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、閉路状態を保持する磁気ラッチ部と、閉路操作を行なう閉路操作部とを有しているので、真空バルブと連結しているアーマチュアの移動する距離が長くなっても、開路速度、閉路の操作力および閉路保持力などの開閉操作力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および図２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動作を説明する図である。

図１に示すように、電磁アクチュエータは、図示上部の磁気ラッチ部１ａと、図示下部の閉路操作部１ｂとに分かれて構成されている。

磁気ラッチ部１ａには、磁路を形成するための第１のヨーク２、第１のヨーク２内を移動自在に移動する凸字状の第１のアーマチュア３、第１のアーマチュア３を移動もしくは吸引する永久磁石４、第１のヨーク２内の磁束を増減させる第１のソレノイドコイル５、および第１のアーマチュア３に固定された非磁性体の第１の操作ロッド６から構成されている。なお、第１のヨーク２には、中間部が内側に突出した突出部２ａが形成され、第１のアーマチュア３の鍔部３ａが吸引、反発されるようになっている。また、第１のアーマチュア３の円筒部３ｂは、永久磁石４に吸引、反発されるようになっている。第１のアーマチュア３の鍔部３ａと円筒部３ｂとは、突出部２ａを含む第１のヨーク２に包囲される。

第１のヨーク２を移動自在に貫通した第１の操作ロッド６の永久磁石４側には、接離自在の一対の接点７を有する真空バルブ８が連結される。また、第１のアーマチュア３に貫通固定された反永久磁石４側の第１の操作ロッド６端には、第１のカップリング９が設けられている。

閉路操作部１ｂには、磁路を形成するための第２のヨーク１０、第２のヨーク１０内を移動自在に移動する円筒状の第２のアーマチュア１１、第２のヨーク１０内の磁束を増減させる第２のソレノイドコイル１２、および第２のアーマチュア１１に固定された非磁性体の第２の操作ロッド１３から構成されている。第２のアーマチュア１１は、磁気抵抗を抑制するように、互いのギャップが管理された第２のヨーク１０に包囲される。

第２のヨーク１０を移動自在に貫通するとともに、第１のカップリング９の中心軸線上に配置された第２の操作ロッド１３端には、第２のカップリング１４が設けられている。この第２のカップリング１４は、第１のカップリング９と接離自在に接離するようになっている。

ここで、第１のヨーク２よりも第２のヨーク１０の断面積が大きく、それに伴って、第１のソレノイドコイル５よりも第２のソレノイドコイル１２の起磁力が大きいものとなっている。更に、第１のアーマチュア３よりも第２のアーマチュア１１の外形形状が大きく、質量も大きくなっている。即ち、閉路操作部１ｂは、磁気ラッチ部１ａよりも大きな操作力が得られるようになっている。これは、閉路操作部１ｂで大きな操作力を得てアーマチュア３、１１を長距離移動させ、また、磁気ラッチ部１ａの第１のアーマチュア３などの可動部材の質量を抑制して開路速度を向上させるためである。

次に、電磁アクチュエータの動作を図２を参照して説明する。

図２（ａ）は、開路状態であり、第１の操作ロッド６に取り付けられた図示しない開路バネで開路状態が保持されている。第１のカップリング９と第２のカップリング１４とは接触している。

閉路動作においては、図示しない制御回路から第２のソレノイドコイル１２を励磁し、第２のアーマチュア１１を図示上方向に吸引する。前記開路バネのバネ力や第２のアーマチュア１１などの質量を上回る吸引力が発生すると、第２のアーマチュア１１は移動を開始する。同時に、第２のカップリング１４と第１のカップリング９とが接触しているので、第１のアーマチュア３を図示上方向に押し上げる。このような閉路動作中の状態を図２（ｂ）に示す。

そして、図示しないワイプバネを押しつぶし、接点７が閉路されると、第２のアーマチュア１１の図示上部は第２のヨーク１０に当接し、吸引される。同時に、第１のアーマチュア３も永久磁石４に当接し、吸引されて閉路状態が保持される。これにより、図２（ｃ）に示すように、閉路動作が完了する。

閉路状態が完了すると、第２のソレノイドコイル１２を非励磁とする。すると、図２（ｄ）に示すように、第２のアーマチュア１１は、自重により図示下方向に移動し、図２（ａ）に示すような開路状態の位置まで下降する。同時に、第２のカップリング１４は、第１のカップリング９と開離する。これが閉路状態であり、上述のように、永久磁石４の吸引力で閉路状態が保持されている。

開路させる場合には、図示しない制御回路で第１のソレノイドコイル５を励磁し、永久磁石４の磁束と逆方向の磁束を発生させる。第１のソレノイドコイル５の磁力が永久磁石４の磁力を上回ると（磁気ラッチ機能のキャンセル）、前記開路バネのバネ力によって、第１のアーマチュア３が図示下方向に移動し、図２（ａ）の開路状態となる。開路状態が完了すると、第１のソレノイドコイル５を非励磁とする。

これにより、接点７間距離が広く、アーマチュア３、１１の移動する距離が長くなっても、磁気ラッチ部１ａよりも大きな操作力が得られる閉路操作部１ｂで容易に閉路動作を行うことができる。これは、閉路操作部１ｂを閉路操作を行う機能とし、第２のアーマチュア１１を大きな操作力で移動できるようにしているためである。

また、開路動作においては、磁気ラッチ部１ａの第１のアーマチュア３などの質量の小さい可動部材を移動させるので、高速で開路させることが容易となる。即ち、接点７間距離の広いものにおいても、開路速度を高速とすることができる。また、前記開路バネのバネ力なども低減することができる。

更に、第１のアーマチュア３を凸字状として第１のヨーク２および永久磁石４に吸引させているので、第１のアーマチュア３の吸引面積が増加し、閉路保持が容易となる。また、永久磁石４や第１のソレノイドコイル５を小型化することができる。

一般に、従来のような同一ヨーク内でアーマチュアを移動させるものでは、トレードオフの関係と考えられる閉路特性、開路特性、閉路保持力の三つの異なる特性を同時に満足させることは困難であった。しかしながら、閉路操作機能と磁気ラッチ機能とを区分けすることにより、上述の三つの特性を全て満足できる小型の電磁アクチュエータを得ることができる。

上記実施例１の電磁アクチュエータによれば、真空バルブ８側に閉路状態を保持する磁気ラッチ部１ａと、反真空バルブ８側に閉路操作を行なう閉路操作部１ｂとを配置し、互いの操作ロッド６、１３を開路と閉路とで接離自在に接離させているので、真空バルブ８と連結している第１のアーマチュア３の移動する距離が長くなっても、開路速度、閉路の操作力および閉路保持力などの開閉操作力を向上させたものとすることができる。

次に、本発明の実施例２に係る電磁アクチュエータを図３を参照して説明する。図３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のアーマチュアに復帰バネを設けたことである。図３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３に示すように、第２のアーマチュア１１と第２のヨーク１０間には、第２のアーマチュア１１を図示下方向の開路方向に移動させるように付勢した復帰バネ１５を設けている。

これにより、第２のアーマチュア１１を図示上方に移動させて閉路状態が完了し、その後、第２のソレノイドコイル１２を非励磁とすると、復帰バネ１５のバネ力によって、第２のアーマチュア１１を図示下方向の開路状態の位置まで移動させることができる。復帰バネ１５によって第２のアーマチュア１１が開路状態に戻るので、第２のアーマチュア１１の移動する方向を上下、左右、傾斜のいずれの方向にも適用することができる。

上記実施例２の電磁アクチュエータによれば、実施例１による効果のほかに、電磁アクチュエータの配置に自由度を持たせることができる。

次に、本発明の実施例３に係る電磁アクチュエータを図４を参照して説明する。図４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要部拡大断面図である。なお、この実施例３が実施例１と異なる点は、カップリングに嵌合手段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１のカップリング９には、中心軸上に凸部９ａを設けている。第２のカップリング１４にも、中心軸上に凸部９ａと接離自在に嵌合する凹部１４ａを設けている。

これにより、第１の操作ロッド６と第２の操作ロッド１３とが中心軸上で接離するので、閉路時の第２の操作ロッド１３の操作力をロスなく第１の操作ロッド６に伝達させることができる。ここで、凸部９ａと凹部１４ａとを、互いの操作ロッド６、１３の中心軸を合わせる嵌合手段と定義する。なお、第１のカップリング９側に凹部１４ａ、第２のカップリング１４側に凸部９ａを設けてもよい。

上記実施例３の電磁アクチュエータによれば、実施例１による効果のほかに、第２の操作ロッド１３の操作力をロスなく第１の操作ロッド６に伝達することができる。

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動作を説明する図。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要部拡大断面図。

符号の説明

１ａ磁気ラッチ部
１ｂ閉路操作部
２第１のヨーク
２ａ突出部
３第１のアーマチュア
３ａ鍔部
３ｂ円筒部
４永久磁石
５第１のソレノイドコイル
６第１の操作ロッド
７接点
８真空バルブ
９第１のカップリング
９ａ凸部
１０第２のヨーク
１１第２のアーマチュア
１２第２のソレノイドコイル
１３第２の操作ロッド
１４第２のカップリング
１４ａ凹部
１５復帰バネ

Claims

真空バルブに連結される移動自在の第１の操作ロッドを有する閉路状態を保持する磁気ラッチ部と、
前記第１の操作ロッドと接離自在の第２の操作ロッドを有する閉路操作を行なう閉路操作部とを具備し、
前記磁気ラッチ部は、前記第１の操作ロッドに固定された第１のアーマチュアと、
前記第１のアーマチュアを吸引する永久磁石と、
前記第１のアーマチュアを包囲するように設けられた磁路を形成するための第１のヨークと、
前記第１のヨーク内の磁束を増減させる第１のソレノイドコイルとから構成され、
前記閉路操作部は、前記第２の操作ロッドに固定されるとともに、前記第１のアーマチュアよりも質量の大きい第２のアーマチュアと、
前記第２のアーマチュアを包囲するように設けられた磁路を形成するための第２のヨークと、
前記第２のヨーク内の磁束を増減させる第２のソレノイドコイルとから構成されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
前記第２のアーマチュアに、この第２のアーマチュアが開路方向に移動するように付勢した復帰バネを設けた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。
前記第２のソレノイドコイルよりも前記第１のソレノイドコイルの起磁力を小さくしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁アクチュエータ。