JP5016680B2

JP5016680B2 - 電磁石装置

Info

Publication number: JP5016680B2
Application number: JP2009539894A
Authority: JP
Inventors: 伸夫鈴木; 一弘福島; 竜一中野; 寿博児玉; 潤山川
Original assignee: Meidensha Corp; Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-11-06
Also published as: WO2009060508A1; JPWO2009060508A1; CN101849269A; CN101849269B

Description

本発明は電磁石装置に関し、特に、励磁コイルと永久磁石が設けられた開閉器に適用して好適なものである。

遮断器などの開閉器には一対の電極が内部に設けられ、一方の電極から可動側ロッドが外部に引き出され、引き出された可動側ロッドは、可動子が取り付けられた可動軸に接続されている。そして、電磁石装置の励磁コイルに励磁電流が通電されると、その発生した磁束の磁気的吸引力により固定子側に可動子が駆動される。そして、この駆動力は可動軸を介して可動側ロッドに伝達され、一方の電極が他方の電極に接触されることで、開閉器が投入状態に移行される。この投入状態を保持するための手段として常時励磁、機械的ラッチと電磁的ラッチがある。

常時励磁は、開閉器が投入状態に移行された後も励磁コイルを常に通電し続けることで、投入状態を保持するもので、消費電力の増大を招く。また、機械的ラッチは、投入状態を適当な構造物で機械的に引掛けるなどして保持するもので、一般的に複雑な形態を要し、潤滑油の塗布など、駆動部分の消耗を抑えるためのメンテナンスが必要となる。
一方、電磁的ラッチは、特開２００２−８４９８号公報に開示されているように、永久磁石の電磁的吸引力により投入状態を保持するもので、開閉器が投入状態に移行されると、励磁コイルへの通電を止めるか、あるいは通電電流を減少させることで、省電力化を図ることができる。

しかしながら、永久磁石の高性能化に伴って、磁気吸引力の大きな永久磁石を用いると、遮断バネの釈放力より永久磁石の磁気吸引力が大きくなり、遮断器を遮断することができなくなるというという問題があった。
一方、磁気吸引力の大きな永久磁石を用いた場合においても、遮断器を確実に遮断できるようにするために、バネ圧の大きな遮断バネを使用すると、電磁石装置の大型化を招くという問題があった。
そこで、本発明の目的は、電磁石装置の大型化を抑制しつつ、遮断器を確実に遮断するとともに、投入状態を維持するための消費電力を低減することが可能な電磁石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、本発明の一態様に係る電磁石装置によれば、可動軸に取り付けられた可動子と、前記可動軸が挿入され、前記可動子と接離する固定子と、前記可動子および前記固定子を包囲するように配置された励磁コイルと、前記可動子が前記固定子の方向に移動することで圧縮される遮断バネと、前記可動子と前記固定子との接触状態を維持する磁力を発生させる永久磁石と、前記励磁コイルおよび前記永久磁石を包囲し、前記励磁コイルおよび永久磁石の磁束によって前記可動子を前記固定子の方向に移動させる第１磁気通路を形成するフレームと、前記永久磁石から発生した磁気吸引力が前記遮断バネの釈放力より小さくなるように、前記永久磁石から発生した磁束を透過させる第２磁気通路の磁束量を規制する磁束量規制手段と、前記フレームに当接可能に配置され、前記可動子に固定された当板と、前記当板に当接可能に配置され、前記フレームとともに前記永久磁石を挟持する押え金具とを備え、前記第２磁気通路は、前記フレームならびに前記フレームに当接された当板および押え金具にて形成され、前記磁束量規制手段は、前記第２磁気通路上の一部が他の部よりも磁気飽和し易くなるように構成されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電磁石装置によれば、前記フレームに当接可能に配置され、前記可動子に固定された当板と、前記当板に当接可能に配置され、前記フレームとともに前記永久磁石を挟持する押え金具と、前記フレームと前記押え金具との間に設けられ、前記当板に当接可能に配置された規制板とを備え、前記第２磁気通路は、前記フレームに当接された当板、規制板および押え金具にて形成され、前記磁束量規制手段は、前記規制板の一部が他の部分よりも磁気飽和し易くなるように構成されていることを特徴とする。
また、本発明の一態様に係る電磁石装置によれば、前記永久磁石は前記励磁コイルの外側に配置されていることを特徴とする。

中心線Ｃ０を境界として上側と下側に電磁石装置の投入状態と釈放状態をそれぞれ示す断面図である。図１の右側から見た電磁石装置の概略構成を正面図である。図１の電磁石装置の投入状態を示す側面図である。図１の電磁石装置の釈放状態を示す側面図である。

発明の実施するための最良の形態

以下、本発明の実施形態に係る電磁石装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、中心線Ｃ０を境界として上側と下側に電磁石装置の投入状態と釈放状態をそれぞれ示す断面図、図２は、図１の右側から見た電磁石装置の概略構成を正面図、図３は、図１の電磁石装置の投入状態を示す側面図、図４は、図１の電磁石装置の釈放状態を示す側面図である。

図１〜図４において、電磁石装置には、互いに接離可能な可動子２および固定子３が設けられるとともに、可動子２と固定子３とを離間させるように付勢された遮断バネ８が設けられている。また、電磁石装置には、可動子２を固定子３に接触させるための励磁コイル１２が設けられるとともに、可動子２と固定子３との接触状態を維持する磁力を発生させる永久磁石２３が設けられている。

ここで、可動子２および固定子３は円筒状に形成され、可動子２は、電磁石装置の中心部を貫く可動軸１に固定されるとともに、可動軸１は、ワイプバネ２９を介して遮断器の操作ロッド３０に連結されている。また、固定子３には、その内部に形成された貫通穴を介して可動軸１が挿入され、可動軸１に接する固定子３の内面には摺動ベアリング７が設けている。
また、可動子２及び固定子３の外側には、可動子２及び固定子３を包囲する筒状のフレーム４が設けられ、フレーム端４ａには固定子３を挿入する貫通穴が形成されている。そして、フレーム４は、その底面が当接するようにして取付けネジ６にて取り付け板５に固定されている。

また、可動子２と固定子３との外周面には、可動子２と固定子３との外周側に突出されたフランジ部９がそれぞれ形成されている。そして、可動子２と固定子３との外周面には遮断バネ８が配置され、遮断バネ８は、可動子２と固定子３とにそれぞれ形成されたフランジ部９間に支持されている。そして、図１の下側に示すように、釈放時に可動子２が固定子３から離れることができる空間部１０が形成されるように可動子２と固定子３とが配置されている。また、可動子２と固定子３との外周側には、フレーム４内に収容された励磁コイル１２が配置されている。

また、励磁コイル１２と可動子２との間には支持管１３が配置され、支持管１３は、可動子２との間で間隙１４が形成されるように可動子２に挿入されている。また、可動軸１には、可動子２に当接するように配置された当板１５が挿入されている。そして、当板１５は、ナット１６にて締付けられることで、可動軸１に支持されている。また、当板１５の外側にはフレーム面板１７が設けられ、フレーム面板１７の外周部には外側フレーム１９が配置されている。そして、外側フレーム１９とフレーム４とはネジ２１にて一体的に固定されている。そして、可動軸１は、フレーム面板１７の貫通穴を貫通し外部に延されるとともに、フレーム面板１７には、釈放時に当板１５に当接することにより可動軸１の移動を阻止するストッパ１８が取り付けられている。なお、フレーム面板１７と外側フレーム１９とは一体的に形成してもよい。

また、永久磁石２３は、図２に示すように、例えば、当板１５に隣接するようにしてフレーム４の隅の励磁コイル１２の外側の２箇所に配置することができ、フレーム４と当接板２２との間に固定することができる。ここで、当接板２２は可動軸１に並行に配置され、当板１５に当接可能なように構成されるとともに、支持金具２４にて支持されている。また、支持金具２４は、支持管１３の端部から可動軸１の直角方向に延伸され、途中から可動軸１の軸方向と同方向に伸びるよう折り曲げて形成され、励磁コイル１２の一部を包囲するように配置されている。そして、当接板２２は支持金具２４に当接するように配置され、外側フレーム１９に形成された貫通穴からフレーム４と支持金具２４との間に３本の固定ネジ２５がネジ込まれることで、永久磁石２３がフレーム４と支持金具２４との間に支持されている。なお、当板１５に当接可能な金具を支持金具２４に設けることで、当接板２２を省くようにしてもよい。

また、図３および図４に示すように、外側フレーム１９の内側には、永久磁石２３にて発生された磁束を透過させる磁気通路の磁束量を規制する規制板２６が可動軸１と並行するように当板１５に当接可能に配置され、３本の固定ネジ２５にて締結されることで当接板２２に固定されている。ここで、規制板２６の当板１５側の規制板部分２６ａは、遮断バネ８側の規制板部分２６ｂより幅部つまり表面積が狭くなるように構成されている。なお、規制板２６の当板１５側の規制板部分２６ａは、遮断バネ８側の規制板部分２６ｂの厚みより薄くなるように形成してもよい。

そして、永久磁石２３から発生した磁束φ₂は、永久磁石２３⇒当接板２２⇒当板１５⇒規制板２６⇒フレーム４、外側フレーム１９⇒永久磁石２３を循環することで、第２磁束通路２７ｂを形成し、当板１５に磁気吸引力を作用させることで、可動子２と固定子３との接触状態を維持し、励磁コイル１２の通電を遮断した場合においても、投入状態を維持することができる。

また、規制板２６の当板１５側の規制板部分２６ａを遮断バネ８側の規制板部分２６ｂより幅を狭くすることで、規制板２６の当板１５側の規制板部分２６ａを磁気飽和し易くして磁気損失を生じ易くすることができ、永久磁石２３から発生された磁気吸引力が遮断バネ８の釈放力より小さくなるように、第２磁気通路２７ｂの磁束量を規制することができる。
なお、規制板２６を設ける方法以外にも、永久磁石２３の磁束量が遮断バネ８の釈放力より小さくなるように第２磁気通路２７ｂを構成するようにしてもよい。

以下、図１〜図４の電磁石装置の動作を説明する。
図１の下側に示すように、電磁石装置の釈放時には、可動子２は、空間部１０を介して固定子３と対向配置されている。この状態で励磁コイル１２を通電し、励磁コイル１２を励磁すると、励磁コイル１２にて発生された磁束φ₁は実線で示すように、フレーム４、外側フレーム１９⇒永久磁石２３⇒当板１５⇒支持金具２４⇒可動子２⇒固定子３⇒フレーム４を主に循環することで、第１磁気通路２７ａが形成されるとともに、第２磁気通路２７ｂを透過する永久磁石２３の磁束φ₂も第１磁気通路２７ａに合流する。

そして、磁束通路２７ａ、２７ｂをそれぞれ流れる磁束φ₁，φ₂の磁気吸引力により可動子２は固定子３に吸引され、図１の上側および図３に示すように、可動子２が固定子３の方向に移動しながら遮断バネ８を圧縮するとともに、可動子２が固定子３に接触して投入状態になる。また、可動子２の移動に伴って、当板１５が当接板２２および規制板２６に当接し、図１の上側に示すように、永久磁石２３⇒当接板２２⇒当板１５⇒規制板２６⇒フレーム４、外側フレーム１９⇒永久磁石２３を循環する第２磁束通路２７ｂが形成される。そして、電磁石装置が投入状態になると、図示していない遮断器の操作ロッド３０の一部に設けた係合部により係合し、可動子２の移動が阻止され、遮断バネ８の圧縮エネルギーが保持される。

また、第２磁束通路２７ｂの永久磁石２３からの磁気吸引力により、可動子２は固定子３に接触して投入状態が維持され、励磁コイル１２の通電を止めるか、あるいは通電電流を減少させることで、電力の省エネルギーを図ることができる。
そして、図示していない中央指令室からの遮断指令により係合部の係合を解くと、遮断バネ８の圧縮エネルギーが釈放され、図１の下側および図４に示すように、可動子２が固定子３から離れることで釈放状態に移行する。

ここで、規制板２６の当板１５側の規制板部分２６ａは遮断バネ８側の規制板部分２６ｂより幅が狭くなるように形成されているので、第２磁束通路２７ｂの規制板２６に磁束φ₂が流れると、規制板部分２６ｂで磁気飽和するように磁束通過量が規制される。この規制は、永久磁石２３の磁束量が遮断バネ８の釈放力より小さくなるように設定することができる。この結果、永久磁石２３の性能が向上した場合においても、遮断バネ８を大型化することなく、遮断時に可動子２を固定子３から確実に離間させることが可能となるとともに、電磁石装置の大型化を抑制しつつ、投入状態を維持するための消費電力を低減することが可能となる。

また、図１の下側および図４に示すように、釈放時の当板１５と規制板２６との間に間隙を形成することで、この間隙を設けた分だけ投入時に可動子２の移動を速くでき、投入時間を速くすることができる。
さらに、規制板２６として、当接板２２より厚みの薄い板を使用することで、規制部分の加工を容易にすることができる。また、当接板２２を規制板２６に置き換えて使用すれば、当接板２２を省略することもできる。さらに、例えば、規制板２６または当接板２２の一方側と当板１５との間の間隙寸法を規制する磁気損失の場合も、磁気飽和する部分に含まれるようにしてもよい。

産業上の利用の可能性

本発明の電磁石装置は、例えば、回路遮断器や漏洩遮断器などの開閉器や、遮断装置に用いられる電磁アクチュエータなどに利用することができ、電磁石装置の大型化を抑制しつつ、遮断器を確実に遮断するとともに、投入状態を維持するための消費電力を低減することができる。

Claims

可動軸に取り付けられた可動子と、前記可動軸が挿入され、前記可動子と接離する固定子と、前記可動子および前記固定子を包囲するように配置された励磁コイルと、前記可動子が前記固定子の方向に移動することで圧縮される遮断バネと、前記可動子と前記固定子との接触状態を維持する磁力を発生させる永久磁石と、前記励磁コイルおよび前記永久磁石を包囲し、前記励磁コイルおよび永久磁石の磁束によって前記可動子を前記固定子の方向に移動させる第１磁気通路を形成するフレームと、前記永久磁石から発生した磁気吸引力が前記遮断バネの釈放力より小さくなるように、前記永久磁石から発生した磁束を透過させる第２磁気通路の磁束量を規制する磁束量規制手段と、前記フレームに当接可能に配置され、前記可動子に固定された当板と、前記当板に当接可能に配置され、前記フレームとともに前記永久磁石を挟持する押え金具とを備え、前記第２磁気通路は、前記フレームならびに前記フレームに当接された当板および押え金具にて形成され、前記磁束量規制手段は、前記第２磁気通路上の一部が他の部よりも磁気飽和し易くなるように構成されていることを特徴とする電磁石装置。
前記フレームと前記押え金具との間に設けられ、前記当板に当接可能に配置された規制板を備え、
前記第２磁気通路は、前記フレームに当接された当板、前記規制板および前記押え金具にて形成され、
前記磁束量規制手段は、前記規制板の一部が他の部分よりも磁気飽和し易くなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁石装置。
前記永久磁石は前記励磁コイルの外側に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁石装置。