JP4910663B2

JP4910663B2 - 釈放形電磁装置

Info

Publication number: JP4910663B2
Application number: JP2006323686A
Authority: JP
Inventors: 高裕工藤; 康弘高橋; 浅野　　久伸
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: JP2007258150A

Description

本発明は釈放形電磁装置に関し、特に、過負荷電流や漏洩電流が主回路に流れた時に電磁石を動作させ、トリップ機構に引外し動作を行わせる遮断機の引外し装置に適用して好適なものである。

従来から回路遮断器や漏洩遮断器には遮断機の引外し装置が設けられている。この遮断機の引外し装置は、主回路に流れた過負荷電流や漏洩電流などの異常電流を検知し、その時の検知信号に基づいて本体機構部を引外すことにより主回路を開路させることができる。そして、近年では、遮断機の引外し装置として、釈放形の電磁石が設けられた釈放形電磁装置を用いることが増えている。

図１５は、従来の釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。
図１５において、コイル用ボビン２０１にはコイル２０２が巻き回され、コ字状に形成された継鉄２０３内に収容されている。そして、継鉄２０３上には、継鉄２０３の両脚に橋絡された継鉄片２０４が配置され、継鉄２０３の底には、厚さ方向に磁化された永久磁石２０５が配置されている。そして、永久磁石２０５上には、磁性材料からなる固定接極子２０７が設けられるとともに、コイル用ボビン２０１に挿通され、継鉄片２０４上に突出自在に構成された可動接極子２０６が固定接極子２０７と対向配置されている。

ここで、可動接極子２０６とコイル用ボビン２０１との間には可動接極子２０６を突出自在に保持するガイド２１０が設けられている。また、可動接極子２０６の先端には、スライダを可動接極子２０６に係止させる係止部２０９が設けられ、継鉄片２０４と係止部２０９との間には、可動接極子２０６の突出方向Ａ３に可動接極子２０６を付勢する引外しばね２０８が介在されている。

ここで、永久磁石２０５は、可動接極子２０６の突出方向Ａ３と反対方向に吸引することで、引外しばね２０８のばね力に対抗して、突出方向Ａ３と反対方向に可動接極子２０６を引き戻そうとする。そして、可動接極子２０６の突出方向Ａ３と反対方向への永久磁石２０５の吸引力Ｆ１は、可動接極子２０６の突出方向Ａ３への引外しばね２０８のばね力Ｆ２より大きくなるように設定される。このため、主回路が閉路されている場合、コイル２０２への通電が遮断され、可動接極子２０６は固定接極子２０７と接極された状態に維持される。この場合、可動接極子２０６には（Ｆ１−Ｆ２）の保持余力がある。

そして、過負荷電流や漏洩電流などの異常電流が主回路に流れると、その異常電流が検知回路にて検知され、コイル２０２が通電される。そして、コイル２０２が通電されると、永久磁石２０５が発生する磁界に対して反磁界が形成され、永久磁石２０５の吸引力Ｆ１が小さくなって、引外しばね２０８のばね力Ｆ２が吸引力Ｆ１に打ち勝つようになるため、可動接極子２０６が突出方向Ａ３へ突出する。

ここで、永久磁石２０５が吸引力Ｆ１を発生させる場合、磁束は永久磁石２０５→固定接極子２０７→可動接極子２０６→継鉄片２０４→継鉄２０３を通り、ルートＲＢ４１を通過する。このため、永久磁石２０５が発生させる磁界に対しては、空隙Ｂ４１が磁束の通過の妨げとなる。また、コイル２０２が発生させる反磁界もルートＲＢ４１を通過する。このため、コイル２０２が発生させる反磁界に対しては、空隙Ｂ４２が磁束の通過の妨げとなり、コイル２０２から見た磁気抵抗を増大させる。なお、図１５の釈放形電磁装置は可動接極子２０６を中心として対象構造となっているため、片側のルートＲＢ４１のみを示した。

図１６は、従来の釈放形電磁装置のその他の概略構成を示す断面図である（特許文献１）。
図１６において、モールド樹脂製のコイル用ボビン３０１には釈放コイル３０２が巻き回され、継鉄からなるＵ字形フレーム３０３内に収容されている。そして、Ｕ字形フレーム３０３上には、Ｕ字形フレーム３０３の両脚に橋絡された継鉄からなる平形フレーム３０４が配置されている。そして、コイル用ボビン３０１には、軸部３０６ａが非磁性のプランジャガイド３１０を介して軸方向にガイドされるようにしてプランジャ３０６が挿入されている。ここで、プランジャ３０６は、径の細い軸部３０６ａおよび径の太い先端部３０６ｂから構成されている。

また、コイル用ボビン３０１下には、軸線方向に磁化された中空円筒形の永久磁石３０５が、円筒状の磁石支持ガイド３０１ａを介してプランジャ３０６が取り巻かれるように配置されている。なお、永久磁石３０５は上面がＮ極、下面がＳ極となるように軸線方向に着磁され、コイル用ボビン３０１と一体成型されて、その下端部から下方に延在する磁石支持ガイド３０１ａの外周側に嵌挿されて定位置に保持されている。

さらに、プランジャ３０６の先端には係止部３０９が設けられ、平形フレーム３０４と係止部３０９との間には、プランジャ３０６の突出方向にプランジャ３０６を付勢する釈放ばね３０８が介在されている。
そして、回路遮断機のリセット操作にてプランジャ３０６を待機位置に押し込むと、永久磁石３０５の磁力によってプランジャ３０６の先端面がＵ字形フレーム３０３の底面に突き当てられた状態でプランジャ３０６が吸引保持される。

この吸引状態では、永久磁石３０５の磁束は、永久磁石３０５のＮ極からプランジャ３０６の先端部３０６ｂの周面に入り、その先端部３０６ｂの先端面からＵ字形フレーム３０３の底面を経由して永久磁石３０５のＳ極に戻る経路ＲＢ５１をとる。
そして、この吸引状態において引外し信号により釈放コイル３０２に通電されると、永久磁石３０５の磁力が打ち消されるように磁束が発生し、Ｕ字形フレーム３０３からプランジャ３０６を経由するルートに流れる。

すなわち、この引外し状態では、釈放コイル３０２にて発生された磁束は、永久磁石３０５を迂回してＵ字形フレーム３０３の底面から直接プランジャ３０６の先端部３０６ｂに入り、プランジャ３０６の軸部３０６ａからプランジャガイド３１０を経由して平形フレーム３０４に戻る経路ＲＣ５１をとる。
また、例えば、特許文献２には、コイルから見た磁気抵抗を低減し、電磁石の効率を向上させるために、可動接極子間に永久磁石を配置し、可動接極子を継鉄に直接接極させる方法が開示されている。この場合、可動接極子の吸引力は、固定接極子との接極面の磁束密度の二乗とその面積に比例する。そして、磁性材料からなる可動接極子および固定接極子の磁気特性は１テスラ以上の磁束密度で飽和傾向を示すので、磁気特性が飽和しない１テスラ以下の磁束密度で使用することが一般的である。

図１７は、従来の釈放形電磁装置のストロークを変化させた時の磁束の経路を示す断面図である。
図１７（ａ）において、継鉄４０１にはコイル４０２が収容され、継鉄４０１の底面には、釈放コイル４０２下に配置されたリング状の永久磁石４０５が設けられるとともに、永久磁石４０５の中央に配置された固定接極子４１０が設けられている。また、継鉄４０１には、固定接極子４１０上に底面が接触するようにしてプランジャ４０６が挿入されている。さらに、永久磁石４０５上には、磁性体からなる鉄片４１２が配置されている。

そして、図１７（ａ）の吸引状態から引外し信号により釈放コイル４０２に通電されると、プランジャ４０６が固定接極子４１０上に底面に接触した状態から突出方向に移動する。そして、図１７（ｂ）に示すように、プランジャ４０６の接極面と鉄片４１２とがほぼ平行になると、釈放コイル４０２にて発生された磁束は、継鉄４０１の底面から永久磁石４０５および鉄片４１２を通ってプランジャ４０６の先端部に入り、プランジャ４０６の側面から継鉄４０１に戻る経路ＲＣ６１をとる。

この場合、図１８に示すように、プランジャ４０６の突出荷重はストロークに対してヒステリシス特性を持ち、プランジャ４０６の突出荷重はストロークが大きくなるに従って徐々に低下する傾向を示す。
特開２００５−１６６４２９号公報特開２００１−３５３４４号公報

しかしながら、従来の釈放形電磁装置では、コイル２０２から見た永久磁石２０５の磁気抵抗が大きいため、コイル２０２を通電させて永久磁石２０５の磁束を打ち消す際に、コイル２０２に要求される起磁力が大きくなる。このため、コイル２０２の巻数を増加させる必要があり、電磁石が大きくなるだけでなく、コストアップの要因となるという問題があった。
また、特許文献１に開示された方法では、図１６の永久磁石３０５の磁束の経路ＲＢ５１において、永久磁石３０５からプランジャ３０６に至る部分での漏れ磁束が大きく、永久磁石３０５の効率が悪いため、永久磁石３０５の大型化や高価格化を招くという問題があった。

また、特許文献２に開示された方法では、可動接極子と固定接極子とが接極した時の接極面を通過する磁束密度が１テスラ以下に設定されるので、その分だけ接極面積を大きくしなければならず、コイルの小型化が困難であるという問題があった。
また、可動接極子が突出した際に、遮断時に発生した煤や粉塵などが空隙を介して可動接極子と固定接極子の接極面に侵入し、永久磁石による吸引力を低下させるため、耐環境性に劣るという問題があった。

また、図１７の永久磁石４０５上に磁性体からなる鉄片４１２を配置する方法では、プランジャ４０６の接極面と鉄片４１２とがほぼ平行になった位置において、釈放コイル４０２にて発生された磁束がプランジャ４０６の移動を妨げるように作用することから、図１８の領域Ｒ３の部分でプランジャ４０６の突出荷重を低下させるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、可動接極子と固定接極子との接極面積を増大させることなく、可動接極子と固定接極子との接極面における吸引力の変動を抑制することが可能な釈放形電磁装置を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の釈放形電磁装置によれば、所定方向に突出自在に保持された可動接極子と、前記可動接極子に対向配置された固定接極子と、前記可動接極子を突出方向に付勢する引外しばねと、前記引外しばねを蓄勢状態に保持する永久磁石と、前記可動接極子および前記固定接極子を通して前記永久磁石からの磁束の磁気経路を構成する継鉄と、異常電流の検知結果に基づいて、前記永久磁石による磁界に対する反磁界を形成する電磁石と、前記可動接極子の先端部に設けられ、前記固定接極子の径よりも小さな径である小径部とを備え、前記可動接極子と前記固定接極子とが接極した時の接極面を通過する磁束密度が１テスラ以上であり、かつ前記可動接極子と前記固定接極子とが接極した状態では前記小径部の接極面の径が当該固定接極子の接極面の径よりも小さくなるように構成したことを特徴とする。

これにより、可動接極子と固定接極子とが接極した時の接極面を通過する磁束密度を大きくすることができ、可動接極子の吸引力を増大させることが可能となるとともに、磁気特性が飽和傾向を示す領域で使用することができ、煤や粉塵などの異物が接極面に挟まった場合においても吸引力の変動を小さくすることができる。このため、可動接極子と固定接極子との接極面積を増大させることなく、可動接極子と固定接極子との接極面における吸引力の変動を抑制することができ、小型で耐環境性に優れた釈放形電磁装置を実現することができる。

また、可動接極子が固定接極子と接極した場合においても、可動接極子の先端部に隙間を形成することができ、煤や粉塵などの異物が空隙を介して可動接極子と固定接極子の接極面に侵入した場合においても、可動接極子に先端部の隙間に煤や粉塵などの異物を追い出すことができる。このため、可動接極子と固定接極子との接極面積を増大させることなく、可動接極子と固定接極子との接極面における吸引力の変動を抑制することができ、小型で耐環境性に優れた釈放形電磁装置を実現することができる。

また、請求項２記載の釈放形電磁装置によれば、前記永久磁石は中空円筒形で構成され、前記中空円筒形の軸線方向または径線方向に磁着されるとともに、前記可動接極子は前記永久磁石の中空部に挿通されていることを特徴とする。
これにより、磁気抵抗を低下させつつ、永久磁石または電磁石にて発生された磁束を接極子に通過させることができる。このため、永久磁石および電磁石の効率を向上させることができ、釈放形電磁装置の小型を図ることが可能となるとともに、釈放形電磁装置の汎用性および耐環境性を向上させることができる。

また、請求項３記載の釈放形電磁装置によれば、前記継鉄は、前記永久磁石および前記電磁石を収容するコ字状の三面体フレームと、前記可動接極子の挿通口を有する一面体フレームとを備えることを特徴とする。
これにより、釈放形電磁装置の小型化および低価格化を図りつつ、可動接極子および固定接極子を通して永久磁石からの磁束の磁気経路を構成することができる。

また、請求項４記載の釈放形電磁装置によれば、前記一面体フレームの挿通口と前記可動接極子との間には、非磁性体からなるシリンダが挿通されていることを特徴とする。
これにより、一面体フレームの挿通口に可動接極子を挿通させた場合においても、可動接極子と継鉄との吸着などに起因する磁気抵抗の偏りを低減させることができる。このため、釈放形電磁装置を安定して動作させることが可能となり、釈放形電磁装置の信頼性を向上させることができる。

また、請求項５記載の釈放形電磁装置によれば、前記シリンダの前記継鉄と接触する側に設けられた鍔と、前記継鉄に設けられ、前記シリンダの鍔を収納する段差とを備えることを特徴とする。
これにより、永久磁石の位置を安定化させることが可能となり、可動接極子と固定接極子との接極動作を安定して行わせることができる。

また、請求項６記載の釈放形電磁装置によれば、前記一面体フレームの挿通口と前記可動接極子との間に挿通されたシリンダは、前記電磁石のコイルを巻き回すためのボビンと一体的に構成されていることを特徴とする。
これにより、部品点数を減らしつつ、可動接極子と継鉄との吸着などに起因する磁気抵抗の偏りを低減させることができる。このため、釈放形電磁装置を安定して動作させることが可能となり、釈放形電磁装置の信頼性を向上させることが可能となるとともに、釈放形電磁装置の低価格化を図ることができる。

また、請求項７記載の釈放形電磁装置によれば、前記永久磁石の磁化方向に垂直な面に装着された磁性体からなる鉄片をさらに備えることを特徴とする。
これにより、永久磁石から可動接極子に流入する磁束の磁気抵抗を減少させることができ、永久磁石の小型化および低価格化を図ることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、可動接極子と固定接極子との接極面積を増大させることなく、可動接極子と固定接極子との接極面における吸引力の変動を抑制することができ、小型で耐環境性に優れた釈放形電磁装置を実現することができる。

以下、本発明の実施形態に係る釈放形電磁装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。
図１において、コイル用ボビン１にはコイル２が巻き回され、コ字状の三面体からなる継鉄３内に収容されている。そして、継鉄３上には、継鉄３の両脚に橋絡された継鉄片４が配置され、継鉄３の底には、磁性材料からなる固定接極子１０が設けられている。なお、継鉄３および継鉄片４はＳＰＣなどから構成することができる。また、固定接極子１０は、ＳＰＣまたは磁性ステンレスなどからなる固定鉄芯にて構成することができ、かしめなどの方法にて継鉄３の底に固定することができる。また、継鉄片４は、可動接極子６の挿通口を有する一面体フレームから構成することができる。また、コイル用ボビン１に挿通され、継鉄片４上に突出自在に構成された可動接極子６が固定接極子１０と対向配置されている。ここで、可動接極子１０と固定接極子７とが接極した時の接極面を通過する磁束密度は１テスラ以上に設定することが好ましい。

また、コイル用ボビン１下には、軸線方向に磁化された中空円筒形の永久磁石５が、固定接極子１０および可動接極子６の周囲に配置されている。ここで、コイル用ボビン１および永久磁石５と、可動接極子６との間には、可動接極子６を突出自在に保持する中空円筒形の非磁性体からなるシリンダ７が設けられ、可動接極子６はシリンダ７を介して、コイル用ボビン１および永久磁石５に挿通されている。また、可動接極子６の先端には係止部９が設けられ、継鉄片４と係止部９との間には、可動接極子６の突出方向Ａ１に可動接極子６を付勢する引外しばね８が介在されるとともに、係止部９を押し戻すためのリセットばね１１が介在されている。

ここで、永久磁石５は、可動接極子６の突出方向Ａ１と反対方向に吸引することで、引外しばね８のばね力に対抗して、突出方向Ａ１と反対方向に可動接極子６を引き戻そうとする。そして、可動接極子６の突出方向Ａ１と反対方向への永久磁石５の吸引力Ｆ１は、可動接極子６の突出方向Ａ１への引外しばね８のばね力Ｆ２より大きくなるように設定される。このため、主回路が閉路されている場合、コイル２への通電が遮断され、可動接極子６は固定接極子１０と接極された状態に維持される。この場合、可動接極子６には（Ｆ１−Ｆ２）の保持余力がある。

そして、過負荷電流や漏洩電流などの異常電流が主回路に流れると、その異常電流が検知回路にて検知され、コイル２が通電される。そして、コイル２が通電されると、永久磁石５が発生する磁界に対して反磁界が形成され、永久磁石５の吸引力Ｆ１が小さくなって、引外しばね８のばね力Ｆ２が吸引力Ｆ１に打ち勝つようになるため、可動接極子６が突出方向Ａ１へ突出する。

なお、永久磁石５が吸引力Ｆ１を発生させる場合、磁束は永久磁石５→継鉄３→固定接極子１０→可動接極子６を通り、ルートＲＢ１を通過する。このため、永久磁石５が発生させる磁界に対しては、空隙Ｂ１１が磁束の通過の妨げとなる。一方、コイル２が発生させる反磁界は、固定接極子１０→可動接極子６→継鉄片４→継鉄３を通り、ルートＲＣ１を通過する。このため、コイル２が発生させる反磁界に対しては、空隙Ｃ１１が磁束の通過の妨げとなる。なお、図１の釈放形電磁装置は可動接極子６を中心として対象構造となっているため、片側のルートＲＢ１、ＲＣ１のみを示した。なお、空隙Ｂ１１、Ｃ１１の間隔はともに１ｍｍ程度以下に抑えることができるので、コイル２および永久磁石５から見た磁気抵抗を小さくすることができる。

ここで、可動接極子６と固定接極子１０とが接極した時の接極面を通過する磁束密度を１テスラ以上に設定することにより、可動接極子６と固定接極子１０とが接極した時の接極面を通過する磁束密度を大きくすることができ、可動接極子６の吸引力を増大させることが可能となるとともに、磁気特性が飽和傾向を示す領域で使用することができ、煤や粉塵などの異物が接極面に挟まった場合においても吸引力の変動を小さくすることができる。このため、可動接極子６と固定接極子１０との接極面積を増大させることなく、可動接極子６と固定接極子１０との接極面における吸引力の変動を抑制することができ、小型で耐環境性に優れた釈放形電磁装置を実現することができる。

また、軸線方向に磁着された中空円筒形にて永久磁石５を構成し、可動接極子６を永久磁石５の中空部に挿通させることにより、磁気抵抗を低下させつつ、永久磁石５または電磁石にて発生された磁束を接極子に通過させることができる。このため、永久磁石５および電磁石の効率を向上させることができ、釈放形電磁装置の小型を図ることが可能となるとともに、釈放形電磁装置の汎用性および耐環境性を向上させることができる。
さらに、永久磁石５と可動接極子６との間に非磁性体からなるシリンダ７を設けることにより、永久磁石５および電磁石の発生する磁束から見た磁気抵抗を安定化することが可能となり、釈放形電磁装置の信頼性を向上させることができる。

図２は、図１の可動接極子６および固定接極子１０に用いられる材料のＢ−Ｈ特性を示す図である。
図２において、磁界の強さＨは可動接極子６と固定接極子１０との接極面のギャップに比例し、磁束密度Ｂは可動接極子６と固定接極子１０との接極面の吸引力に比例する。ここで、磁性材料からなる可動接極子６および固定接極子１０の磁気特性は１テスラ以上の磁束密度で飽和傾向を示し、１テスラ以下の磁束密度では磁気特性が飽和しないため、磁束密度が１テスラ以下ではギャップの変化に対する吸引力の変化が大きくなる。このため、可動接極子６と固定接極子１０とが接極した時の接極面を通過する磁束密度を１テスラ以上に設定することにより、ギャップの変化に対する吸引力の変化を抑制することができる。

図３は、本発明の第２実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。
図３において、コイル用ボビン２１にはコイル２２が巻き回され、コ字状の三面体からなる継鉄２３内に収容されている。そして、継鉄２３上には、継鉄２３の両脚に橋絡された継鉄片２４が配置され、継鉄２３の底には、磁性材料からなる固定接極子３０が設けられている。また、コイル用ボビン２１に挿通され、継鉄片２４上に突出自在に構成された可動接極子２６が固定接極子３０と対向配置されている。ここで、可動接極子２６と固定接極子３０とが接極した時の接極面を通過する磁束密度は１テスラ以上に設定することが好ましい。また、可動接極子２６には、反突出方向側の径が突出方向側の径よりも大きくなるように段差２６ａが設けられ、可動接極子２６は、径の異なる少なくとも２つの円筒で構成することができる。

また、コイル用ボビン２１下には、軸線方向に磁化された中空円筒形の永久磁石２５が、固定接極子３０および可動接極子２６の周囲に配置されている。また、コイル用ボビン２１には中空円筒形の非磁性体からなるシリンダ２１ａ、２１ｂが一体的に設けられ、シリンダ２１ａは、継鉄片２４に設けられた可動接極子２６の挿通口と可動接極子２６との間に延伸されるとともに、シリンダ２１ｂは、永久磁石２５と可動接極子２６との間に延伸されている。そして、可動接極子２６は、シリンダ２１ａ、２１ｂをそれぞれ介して、継鉄片２４および永久磁石２５に挿通されている。また、可動接極子２６の先端には係止部２９が設けられ、継鉄片２４と係止部２９との間には、可動接極子２６の突出方向に可動接極子２６を付勢する引外しばね２８が介在されている。

ここで、継鉄片２４に設けられた可動接極子２６の挿通口と可動接極子２６との間にシリンダ２１ａを設けることにより、継鉄片２４の挿通口に可動接極子２６を挿通させた場合においても、可動接極子２６と継鉄片２４との吸着などに起因する磁気抵抗の偏りを低減させることができる。このため、釈放形電磁装置を安定して動作させることが可能となり、釈放形電磁装置の信頼性を向上させることができる。

また、コイル用ボビン２１とシリンダ２１ａ、２１ｂとを一体的に形成することにより、部品点数を減らしつつ、可動接極子２６と継鉄片２４との吸着などに起因する磁気抵抗の偏りを低減させることができる。このため、釈放形電磁装置を安定して動作させることが可能となり、釈放形電磁装置の信頼性を向上させることが可能となるとともに、釈放形電磁装置の低価格化を図ることができる。

また、可動接極子２６の反突出方向側の径を突出方向側の径よりも大きくすることにより、可動接極子２６が吸引されている場合と可動接極子２６が開離されている場合とで、可動接極子２６とコイル用ボビン２１との間の隙間に満たされた気体の体積に変化を減らすことができる。このため、主回路が開路した時に発生する異物が内部に入り込み難くすることができ、釈放形電磁装置の信頼性を向上させることができる。
なお、継鉄２３と接触する側に設けられたシリンダ２１ｂの鍔２１ｃを収納する段差を継鉄２３に設けるようにしてもよい。これにより、永久磁石２５の位置を安定化させることが可能となり、可動接極子２６と固定接極子３０との接極動作を安定して行わせることができる。

図４は、本発明の第３実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。
図４において、コイル用ボビン４１にはコイル４２が巻き回され、コ字状の三面体からなる継鉄４３内に収容されている。そして、継鉄４３上には、継鉄４３の両脚に橋絡された継鉄片４４が配置され、継鉄４３の底には、磁性材料からなる固定接極子５０が設けられている。また、コイル用ボビン４１に挿通され、継鉄片４４上に突出自在に構成された可動接極子４６が固定接極子５０と対向配置されている。ここで、可動接極子４６と固定接極子５０とが接極した時の接極面を通過する磁束密度は１テスラ以上に設定することが好ましい。また、可動接極子４６には、反突出方向側の径が突出方向側の径よりも大きくなるように段差４６ａが設けられ、可動接極子４６は、径の異なる少なくとも２つの円筒で構成することができる。

また、コイル用ボビン４１下には、径線方向に磁化された中空円筒形の永久磁石４５が、固定接極子５０および可動接極子４６の周囲に配置されている。また、コイル用ボビン４１には中空円筒形の非磁性体からなるシリンダ４１ａ、４１ｂが一体的に設けられ、シリンダ４１ａは、継鉄片４４に設けられた可動接極子４６の挿通口と可動接極子４６との間に延伸されるとともに、シリンダ４１ｂは、永久磁石４５と可動接極子４６との間に延伸されている。そして、可動接極子４６は、シリンダ４１ａ、４１ｂをそれぞれ介して、継鉄片４４および永久磁石４５に挿通されている。また、可動接極子４６の先端には係止部４９が設けられ、継鉄片４４と係止部４９との間には、可動接極子４６の突出方向に可動接極子４６を付勢する引外しばね４８が介在されている。

ここで、径線方向に永久磁石４５を磁化した場合、永久磁石４５が発生する磁束はルートＲＢ１１を通過する。このため、磁気抵抗を低下させつつ、永久磁石４５または電磁石にて発生された磁束を接極子に通過させることができ、釈放形電磁装置の小型を図ることが可能となるとともに、釈放形電磁装置の汎用性および耐環境性を向上させることができる。

図５は、本発明の第４実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。
図５において、コイル用ボビン１０１にはコイル１０２が巻き回され、コ字状の三面体からなる継鉄１０３内に収容されている。そして、継鉄１０３上には、継鉄１０３の両脚に橋絡された継鉄片１０４が配置され、継鉄１０３の底には、磁性材料からなる固定接極子１１０が設けられている。また、コイル用ボビン１０１に挿通され、継鉄片１０４上に突出自在に構成された可動接極子１０６が固定接極子１１０と対向配置されている。ここで、可動接極子の先端部には、固定接極子１１０の径よりも小さな小径部１０６ｂが設けられている。

また、コイル用ボビン１０１下には、軸線方向に磁化された中空円筒形の永久磁石１０５が、固定接極子１１０および可動接極子１０６の周囲に配置されている。ここで、コイル用ボビン１０１および永久磁石１０５と、可動接極子１０６との間には、可動接極子１０６を突出自在に保持する中空円筒形の非磁性体からなるシリンダ１０７が設けられ、可動接極子１０６はシリンダ１０７を介して、コイル用ボビン１０１および永久磁石１０５に挿通されている。また、可動接極子１０６の先端には係止部１０９が設けられ、継鉄片１０４と係止部１０９との間には、可動接極子１０６の突出方向に可動接極子１０６を付勢する引外しばね１０８が介在されるとともに、係止部１０９を押し戻すためのリセットばね１１１が介在されている。

ここで、固定接極子１１０の径よりも小さな小径部１０６ｂを可動接極子１０６の先端部に設けることにより、可動接極子１０６が固定接極子１１０と接極した場合においても、可動接極子１０６の先端部に隙間を形成することができ、煤や粉塵などの異物が空隙を介して可動接極子１０６と固定接極子１１０の接極面に侵入した場合においても、可動接極子１０６に先端部の隙間に煤や粉塵などの異物を追い出すことができる。このため、可動接極子１０６と固定接極子１１０との接極面積を増大させることなく、可動接極子１０６と固定接極子１１０との接極面における吸引力の変動を抑制することができ、小型で耐環境性に優れた釈放形電磁装置を実現することができる。

図６（ａ）は本発明の一実施形態に係る可動接極子の先端部の一例を示す側面図、図６（ｂ）は本発明の一実施形態に係る可動接極子の先端部の一例を示す底面図である。
図６において、可動接極子１１２の先端部には切り欠き部１１３が設けられ、可動接極子１１２の接極面１１４の径が可動接極子１１２の径よりも小さくなるように構成することができる。

図７（ａ）は本発明の一実施形態に係る可動接極子の先端部のその他の例を示す側面図、図７（ｂ）は本発明の一実施形態に係る可動接極子の先端部のその他の例を示す底面図である。
図７において、可動接極子１１５の先端部には面取り部１１６が設けられ、可動接極子１１５の接極面１１７の径が可動接極子１１５の径よりも小さくなるように構成することができる。

図８は、本発明の第５実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。
図８において、コイル用ボビン１２１にはコイル１２２が巻き回され、コ字状の三面体からなる継鉄１２３内に収容されている。そして、継鉄１２３上には、継鉄１２３の両脚に橋絡された継鉄片１２４が配置され、継鉄１２３の底には、磁性材料からなる固定接極子１３０が設けられている。また、コイル用ボビン１２１に挿通され、継鉄片１２４上に突出自在に構成された可動接極子１２６が固定接極子１３０と対向配置されている。ここで、可動接極子の先端部には、固定接極子１３０の径よりも小さな小径部１２６ｂが設けられている。また、可動接極子１２６には、反突出方向側の径が突出方向側の径よりも大きくなるように段差１２６ａが設けられ、可動接極子１２６は、径の異なる少なくとも２つの円筒で構成することができる。

また、コイル用ボビン１２１下には、軸線方向に磁化された中空円筒形の永久磁石１２５が、固定接極子１３０および可動接極子１２６の周囲に配置されている。また、コイル用ボビン１２１には中空円筒形の非磁性体からなるシリンダ１２１ａ、１２１ｂが一体的に設けられ、シリンダ１２１ａは、継鉄片１２４に設けられた可動接極子１２６の挿通口と可動接極子１２６との間に延伸されるとともに、シリンダ１２１ｂは、永久磁石１２５と可動接極子１２６との間に延伸されている。そして、可動接極子１２６は、シリンダ１２１ａ、１２１ｂをそれぞれ介して、継鉄片１２４および永久磁石１２５に挿通されている。また、可動接極子１２６の先端には係止部１２９が設けられ、継鉄片１２４と係止部１２９との間には、可動接極子１２６の突出方向に可動接極子１２６を付勢する引外しばね１２８が介在されている。

ここで、固定接極子１３０の径よりも小さな小径部１２６ｂを可動接極子１２６の先端部に設けることにより、煤や粉塵などの異物が空隙を介して可動接極子１２６と固定接極子１３０の接極面に侵入した場合においても、可動接極子１２６に先端部の隙間に煤や粉塵などの異物を追い出すことができ、可動接極子１２６と固定接極子１３０との接極面における吸引力の変動を抑制することができる。

また、継鉄片１２４に設けられた可動接極子１２６の挿通口と可動接極子１２６との間にシリンダ１２１ａを設けることにより、継鉄片１２４の挿通口に可動接極子１２６を挿通させた場合においても、可動接極子１２６と継鉄片１２４との吸着などに起因する磁気抵抗の偏りを低減させることができ、釈放形電磁装置の信頼性を向上させることができる。
また、コイル用ボビン１２１とシリンダ１２１ａ、１２１ｂとを一体的に形成することにより、部品点数を減らしつつ、可動接極子１２６と継鉄片１２４との吸着などに起因する磁気抵抗の偏りを低減させることができ、釈放形電磁装置の信頼性を向上させることが可能となるとともに、釈放形電磁装置の低価格化を図ることができる。

図９は、本発明の第６実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。
図９において、コイル用ボビン１４１にはコイル１４２が巻き回され、コ字状の三面体からなる継鉄１４３内に収容されている。そして、継鉄１４３上には、継鉄１４３の両脚に橋絡された継鉄片１４４が配置され、継鉄１４３の底には、磁性材料からなる固定接極子１５０が設けられている。また、コイル用ボビン１４１に挿通され、継鉄片１４４上に突出自在に構成された可動接極子１４６が固定接極子１５０と対向配置されている。ここで、可動接極子の先端部には、固定接極子１５０の径よりも小さな小径部１４６ｂが設けられている。また、可動接極子１４６には、反突出方向側の径が突出方向側の径よりも大きくなるように段差１４６ａが設けられ、可動接極子１４６は、径の異なる少なくとも２つの円筒で構成することができる。

また、コイル用ボビン１４１下には、径線方向に磁化された中空円筒形の永久磁石１４５が、固定接極子１５０および可動接極子１４６の周囲に配置されている。また、コイル用ボビン１４１には中空円筒形の非磁性体からなるシリンダ１４１ａ、１４１ｂが一体的に設けられ、シリンダ１４１ａは、継鉄片１４４に設けられた可動接極子１４６の挿通口と可動接極子１４６との間に延伸されるとともに、シリンダ１４１ｂは、永久磁石１４５と可動接極子１４６との間に延伸されている。そして、可動接極子１４６は、シリンダ１４１ａ、１４１ｂをそれぞれ介して、継鉄片１４４および永久磁石１４５に挿通されている。また、可動接極子１４６の先端には係止部１４９が設けられ、継鉄片１４４と係止部１４９との間には、可動接極子１４６の突出方向に可動接極子１４６を付勢する引外しばね１４８が介在されている。

ここで、径線方向に永久磁石１４５を磁化した場合、永久磁石１４５が発生する磁束はルートＲＢ３１を通過する。このため、磁気抵抗を低下させつつ、永久磁石１４５または電磁石にて発生された磁束を接極子に通過させることができ、釈放形電磁装置の小型を図ることが可能となるとともに、釈放形電磁装置の汎用性および耐環境性を向上させることができる。

図１０は、本発明の第７実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。
図１０において、図５の永久磁石１０５の磁化方向に垂直な面には、磁性体からなる鉄片１１２が装着されている。
そして、可動接極子１０６が永久磁石１０５にて吸引保持されている状態では、永久磁石１０５の磁束は、永久磁石１０５のＮ極から鉄片１１２を介して可動接極子１０６の周面に入り、さらに可動接極子１０６の先端に設けられた小径部１０６ｂを介して固定接極子１１０に入り、固定接極子１１０から継鉄１０３の底面を経由して永久磁石１０５のＳ極に戻る経路ＲＢ６１をとる。

そして、この吸引状態において引外し信号によりコイル１０２に通電されると、永久磁石１０５の磁力が打ち消されるように磁束が発生し、継鉄１０３から可動接極子１０６を経由するルートに流れる。
すなわち、この引外し状態では、コイル１０２にて発生された磁束は、永久磁石１０５を迂回して継鉄１０３の底面から固定接極子１１０を介して小径部１０６ｂに入り、さらに小径部１０６ｂから可動接極子１０６を経由して継鉄片１０４に入り、継鉄片１０４から継鉄１０３に戻る経路ＲＣ６１をとる。
ここで、永久磁石１０５の磁化方向に垂直な面に磁性体からなる鉄片１１２を装着することで、永久磁石１０５から可動接極子１０６に流入する磁束の磁気抵抗を減少させることができ、永久磁石１０５の小型化および低価格化を図ることが可能となる。

また、固定接極子１１０の径よりも小さな小径部１０６ｂを可動接極子１０６の先端部に設けることにより、可動接極子１０６の接極面と鉄片１１２とがほぼ平行になった位置において、可動接極子１０６と鉄片１１２との間の隙間の磁気抵抗を増加させることができ、コイル１０２にて発生された磁束が可動接極子１０６の移動を妨げるように作用するのを抑制することが可能となることから、可動接極子１０６の突出荷重の低下を改善することできる。

さらに、固定接極子１１０よりも小さい径の領域に可動接極子１０６を接極させることが可能となり、接極面に塵などの異物が侵入した場合においても、小径部１０６ｂとシリンダ１０７との間の隙間に塵などの異物を追いやることが可能となることから、接極面のギャップの変化を低減させることができ、永久磁石１０５による吸引力を安定させることができる。

図１１は、図１０の釈放形電磁装置のストロークと荷重との関係を示す図である。
図１１において、可動接極子１０６の突出荷重はストロークに対してヒステリシス特性を持ち、可動接極子１０６の突出荷重はストロークが大きくなるに従って徐々に低下する傾向を示す。ここで、固定接極子１１０の径よりも小さな小径部１０６ｂを可動接極子１０６の先端部に設けることにより、可動接極子１０６の接極面と鉄片１１２とがほぼ平行になった位置において、可動接極子１０６と鉄片１１２との間の隙間の磁気抵抗を増加させることができ、図１１の領域Ｒ１の部分で可動接極子１０６の突出荷重の低下を改善することができる。

図１２は、図１０の釈放形電磁装置のストロークを変化させた時の磁束の経路を示す断面図である。
図１２において、図１０の吸引状態から引外し信号によりコイル１０２に通電されると、可動接極子１０６が固定接極子１１０上に底面に接触した状態から突出方向に移動する。そして、可動接極子１０６の接極面と鉄片１１２とがほぼ平行になると、コイル１０２にて発生された磁束は、継鉄１０３の底面から永久磁石１０５および鉄片１１２を通って可動接極子１０６の小径部１０６ｂに入り、可動接極子１０６の側面から継鉄１０３に戻る経路ＲＣ６１をとる。

ここで、固定接極子１１０の径よりも小さな小径部１０６ｂを可動接極子１０６の先端部に設けることにより、可動接極子１０６の接極面と鉄片１１２とがほぼ平行になった位置において、可動接極子１０６と鉄片１１２との間の隙間を大きくすることができ、可動接極子１０６と鉄片１１２との間の磁気抵抗を増加させることが可能となることから、図１１の領域Ｒ１の部分における可動接極子１０６の突出荷重の低下を改善することできる。

図１３は、本発明の第８実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。
図１３において、図１０の永久磁石１０５の磁化方向に垂直な面には、磁性体からなる鉄片１１２が装着されるとともに、コイル用ボビン１１３は、図１０のコイル用ボビン１０１とともにシリンダ１０７が一体成型されている。
これにより、部品点数を減らしつつ、可動接極子１０６と継鉄片１０４との吸着などに起因する磁気抵抗の偏りを低減させることが可能となり、釈放形電磁装置を安定して動作させることが可能になるとともに、永久磁石１０５から可動接極子１０６に流入する磁束の磁気抵抗を減少させることができ、永久磁石１０５の小型化および低価格化を図ることが可能となる。

図１４は、本発明の第９実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。
図１４において、図８の永久磁石１２５の磁化方向に垂直な面には、磁性体からなる鉄片１３１が装着されるとともに、可動接極子１２６には、反突出方向側の径が突出方向側の径よりも大きくなるように段差１２６ａが設けられている。
これにより、可動接極子１２６が動作した場合のシリンダ１２１ｂ内の気体体積の変化を小さくすることができ、回路遮断機の電流の遮断に伴って遮断機ケース内に発生したアークガスや溶融物が可動接極子１２６の移動空間に侵入するのを抑制することが可能となるとともに、永久磁石１０５から可動接極子１０６に流入する磁束の磁気抵抗を減少させることができ、永久磁石１０５の小型化および低価格化を図ることが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。図１の可動接極子６および固定接極子１０に用いられる材料のＢ−Ｈ特性を示す図である。本発明の第２実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。本発明の第３実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。本発明の第４実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。図６（ａ）は本発明の一実施形態に係る可動接極子の先端部の一例を示す側面図、図６（ｂ）は本発明の一実施形態に係る可動接極子の先端部の一例を示す底面図である。図７（ａ）は本発明の一実施形態に係る可動接極子の先端部のその他の例を示す側面図、図７（ｂ）は本発明の一実施形態に係る可動接極子の先端部のその他の例を示す底面図である。本発明の第５実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。本発明の第６実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。本発明の第７実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。図１０の釈放形電磁装置のストロークと荷重との関係を示す図である。図１０の釈放形電磁装置のストロークを変化させた時の磁束の経路を示す断面図である。本発明の第８実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。本発明の第９実施形態に係る釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。従来の釈放形電磁装置の概略構成を示す断面図である。従来の釈放形電磁装置のその他の概略構成を示す断面図である。従来の釈放形電磁装置のストロークを変化させた時の磁束の経路を示す断面図である。従来の釈放形電磁装置のストロークと荷重との関係を示す図である。

符号の説明

１、２１、４１、１０１、１１３、１２１、１４１コイル用ボビン
２、２２、４２、１０２、１２２、１４２コイル
３、２３、４３、１０３、１２３、１４３継鉄
４、２４、４４、１０４、１２４、１４４継鉄片
５、２５、４５、１０５、１２５、１４５永久磁石
６、２６、４６、１０６、１１２、１１５、１２６、１４６可動接極子
７、２１ａ、２１ｂ、４１ａ、４１ｂ、１０７、１２１ａ、１２１ｂ、１４１ａ、１４１ｂシリンダ
８、２８、４８、１０８、１２８、１４７引外しばね
９、２９、４９、１０９、１２９、１４９係止部
１０、３０、５０、１１０、１３０、１５０固定接極子
１１、１１１リセットばね
２１ｃ鍔
１０６ｂ、１２６ｂ、１４６ｂ小径部
１１２、１３１鉄片
１１３切り欠き部
１１４、１１７接極面
１１６面取り部
１２６ａ、１４６ａ段差

Claims

所定方向に突出自在に保持された可動接極子と、
前記可動接極子に対向配置された固定接極子と、
前記可動接極子を突出方向に付勢する引外しばねと、
前記引外しばねを蓄勢状態に保持する永久磁石と、
前記可動接極子および前記固定接極子を通して前記永久磁石からの磁束の磁気経路を構成する継鉄と、
異常電流の検知結果に基づいて、前記永久磁石による磁界に対する反磁界を形成する電磁石と、
前記可動接極子の先端部に設けられ、前記固定接極子の径よりも小さな径である小径部とを備え、
前記可動接極子と前記固定接極子とが接極した時の接極面を通過する磁束密度が１テスラ以上であり、かつ前記可動接極子と前記固定接極子とが接極した状態では前記小径部の接極面の径が当該固定接極子の接極面の径よりも小さくなるように構成したことを特徴とする釈放形電磁装置。
前記永久磁石は中空円筒形で構成され、前記中空円筒形の軸線方向または径線方向に磁着されるとともに、前記可動接極子は前記永久磁石の中空部に挿通されていることを特徴とする請求項１記載の釈放形電磁装置。
前記継鉄は、前記永久磁石および前記電磁石を収容するコ字状の三面体フレームと、前記可動接極子の挿通口を有する一面体フレームとを備えることを特徴とする請求項１または２記載の釈放形電磁装置。
前記一面体フレームの挿通口と前記可動接極子との間には、非磁性体からなるシリンダが挿通されていることを特徴とする請求項３記載の釈放形電磁装置。
前記シリンダの前記継鉄と接触する側に設けられた鍔と、
前記継鉄に設けられ、前記シリンダの鍔を収納する段差とを備えることを特徴とする請求項４記載の釈放形電磁装置。
前記一面体フレームの挿通口と前記可動接極子との間に挿通されたシリンダは、前記電磁石のコイルを巻き回すためのボビンと一体的に構成されていることを特徴とする請求項４または５記載の釈放形電磁装置。
前記永久磁石の磁化方向に垂直な面に装着された磁性体からなる鉄片をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の釈放形電磁装置。