JP5230819B2 - 電磁石装置および電磁石装置を用いた開閉装置 - Google Patents

Description

この発明は、電磁コイルへの通電により可動鉄心を固定鉄心に対して変位させる電磁石装置、及び電磁石装置の駆動力によって接点を開閉する電力の送配電および受電設備に用いられる開閉装置に関するものである。

電磁石装置の駆動力によって接点を開閉する開閉装置の一部には、電磁石装置と開閉装置の主回路接点部を同一軸上に配置しており、連結機構による伝達損失を削減できるメリットを持つ。本構成の開閉装置は、開閉装置の主回路接点部、絶縁ロッド、駆動ロッド、主回路接点に接圧を加える接圧バネ、主回路接点のうち可動接点に開放方向の荷重を発生する開放バネ、および電磁石装置の可動軸を全て同一軸上に配置している。（例えば、特許文献１参照）。

特許第4277198号

電磁石装置と開閉装置の主回路接点部を同一軸上に配置した開閉装置では、開閉装置の主回路接点部、絶縁ロッド、駆動ロッド、接圧バネ、開放バネ、および電磁石を全て同一軸上に配置しているため、開閉装置の軸方向の寸法が大きくなるといった課題があった。

本発明は、前記のような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、開閉装置の軸方向の寸法を短縮することができる電磁石装置、および電磁石装置を用いた開閉装置を得ることを目的とする。

開閉装置の主回路接点部、絶縁ロッド、駆動ロッド、接圧バネ、開放バネ、および電磁石の一部を軸方向の同一範囲内に配置する。特に開放バネと電磁石を軸方向に同じ領域に配置する。

電磁石と開放バネの合計の全長が短縮でき、開閉装置の小型化を図ることができる。

この発明の実施の形態１による開閉装置を示す正断面図 図１の開閉装置の接点が閉じている状態（閉極状態）を示す正断面図 図２の電磁石装置５において電磁石１０周辺の要部を示す正断面図 図３の側断面図 図３において電磁石１０の斜視図 電磁石の磁気回路を説明する一部破断斜視図 電磁石の吸引力が低下する場合の構成図 この発明の実施の形態６による電磁石装置５の要部を示す正断面図 この発明の実施の形態６による別の構成の電磁石装置５の要部を示す正断面図 この発明の実施の形態６による別の構成の電磁石装置５の要部を示す正断面図 この発明の実施の形態６による別の構成の電磁石装置５の要部を示す正断面図 この発明の実施の形態７における電磁石装置５の要部を示す正断面図 この発明の実施の形態７における電磁石装置５の要部を示す上面図 この発明の実施の形態８における電磁石装置５の要部を示す正断面図 この発明の実施の形態８における電磁石装置５の要部を示す上面図 この発明の実施の形態９における電磁石装置５の要部を示す正断面図 この発明の実施の形態１０における電磁石装置５の要部を示す正断面図 この発明の実施の形態１１における電磁石装置５の要部を示す正断面図

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による開閉装置を示す正断面図である。また、図２は、図１の開閉装置の接点が閉じている状態（閉極状態）を示す縦断面図である。なお、図１は、開閉装置の接点が開いている状態（開放状態）を示す図である。図において、開閉装置１は、固定接点２と、固定接点２に接離可能な可動接点３と、固定接点２及び可動接点３を収容する真空バルブ４と、固定接点２に接離する方向へ可動接点３を変位させる電磁石装置５と、電磁石装置５と可動接点３とを連結する連結装置６とを有している。

可動接点３は、開閉装置１の軸線方向（以下、単に「軸線方向」という）への変位により固定接点２に接離する。開閉装置１の接点は、可動接点３が固定接点２に接することにより閉じ、可動接点３が固定接点２から離れることにより開く。

真空バルブ４内は、固定接点２及び可動接点３間の消弧能力の向上のために真空に保たれている。可動接点３の固定接点２に対する接離は、真空バルブ４内で行われる。可動接点３が固定接点２から離れているときは、真空バルブ４内が真空であることから負圧となり、可動接点３が固定接点２に対して閉じようとする力が働く。

電磁石装置５は、板状の支持部材７に支持されている。また、電磁石装置５は、連結装置６を介して可動接点３に連結された駆動軸８と、可動接点３が固定接点２より離れる方向へ駆動軸８を付勢する開放バネ（付勢体）９と、開放バネ９の荷重に逆らって、可動接点３が固定接点２に接する方向へ駆動軸８を変位させる電磁石１０とを有している。

駆動軸８は、支持部材７を軸線方向へ変位可能に貫通している。また、駆動軸８は、透磁率の低い材料（低磁性材料）（例えばステンレス等）により構成されている。
電磁石１０は、固定鉄心１９と、駆動軸８が固定され、固定鉄心１９に対して軸線方向へ変位可能な可動鉄心２０とが設けられている。

開放バネ９は、可動鉄心２０と支持板７の間で圧縮されており、軸線方向に弾性反発力を発生している。したがって、駆動軸８は、可動鉄心２０に作用する開放バネ９の弾性反発力により、可動接点３が固定接点２から離れる方向へ付勢される。

電磁石１０は、支持部材７に取り付けられている。駆動軸８は、可動接点３が固定接点２に接する方向（閉極方向）、及び可動接点３が固定接点２から離れる方向（開放方向）のいずれかへ、電磁石１０が制御されることにより選択的に変位される。

連結装置６は、軸線方向に配置され可動接点３に固定された可動棒１３と、可動棒１３の中間部に設けられた絶縁ロッド１４と、可動棒１３及び駆動軸８間に取り付けられた接圧装置１５とを有している。可動棒１３は中間部に設けられた絶縁ロッド１４の両端部に分離固定されることで電気的に絶縁されている。したがって、電磁石装置５は、可動接点３に対して絶縁ロッド１４により絶縁されている。

接圧装置１５は、可動棒１３に固定されたバネ枠１６と、駆動軸８の先端部に固定され、バネ枠１６内に配置された外れ止め板１７と、バネ枠１６と外れ止め板１７との間に縮めて接続された接圧バネ１８とを有している。

駆動軸８は、外れ止め板１７とともに、バネ枠１６に対して軸線方向へ変位可能になっている。接圧バネ１８は、可動棒１３から離れる方向へ駆動軸８を付勢している。可動棒１３から離れる方向への駆動軸８の変位は、外れ止め板１７のバネ枠１６に対する係合により規制される。

可動鉄心２０は、固定鉄心１９から離れた後退位置（図１）と、後退位置よりも固定鉄心１９に近い前進位置（図２）との間を変位可能になっている。可動接点３は、可動鉄心２０が後退位置にあるときに固定接点２から離れ、可動鉄心２０が前進位置にあるときに固定接点２に押し付けられる。
可動接点３が固定接点２から離れているとき（図１）には、駆動軸８が軸線方向へ変位されると、連結装置６及び可動接点３が駆動軸８とともに変位される。このときには、外れ止め板１７が接圧バネ１８の荷重によりバネ枠１６に係合している。また、可動接点３が固定接点２に接しているとき（図２）には、駆動軸８は、接圧バネ１８の荷重に逆らって、バネ枠１６に対して閉極方向へさらに変位可能になっている。これにより、接圧バネ１８がさらに縮められ、接圧バネ１８の弾性反発力によって可動接点３が固定接点２に押し付けられる。

可動接点３が固定接点２から離れている状態から閉極動作を行うときには、開放バネ９が縮められながら、駆動軸８が連結装置６及び可動接点３とともに閉極方向へ変位される。この後、可動接点３が固定接点２に接すると、連結装置６及び可動接点３の変位が停止される。この後も、駆動軸８が閉極方向へさらに変位され、接圧バネ１８が縮められる。これにより、可動接点３が固定接点２に押し付けられる。

可動接点３が固定接点２に接している状態から開放動作を行うときには、開放バネ９及び接圧バネ１８が弾性的に復元されながら、駆動軸８が開放方向へ変位される。これにより、外れ止め板１７がバネ枠１６に対して変位されバネ枠１６に係合される。この後も、駆動軸８は開放バネ９の荷重により開放方向へさらに変位される。これにより、可動接点３は固定接点２から離れる。

図３は図２の電磁石装置５において電磁石１０周辺の要部を示す正断面図、図４は図３の側断面図である。図５は図３において電磁石１０の斜視図である。図において、電磁石１０は、固定鉄心１９と、駆動軸８が固定され、固定鉄心１９に対して軸線方向へ変位可能な可動鉄心２０と、固定鉄心１９に設けられ、通電により磁界を発生する電磁コイル２１と、固定鉄心１９に設けられた永久磁石２２とを有している。開放バネ９は駆動軸８と同軸上に配置され、可動鉄心２０と支持板９の間で圧縮されている。

可動鉄心２０は、軸線方向に沿って配置された基幹部２３と、基幹部２３の側面から互いに反対方向へ突出する一対の分岐部２４と、駆動軸８に連結され開放バネ９の一方の座面と接するバルク材部１０１を有している。各基幹２３は軸線方向と平行に駆動軸８を中心として開放バネ９より外側の位置に配置されている。各分岐部２４は、軸線方向に垂直な方向に沿って基幹部２３から突出している。駆動軸８は、バルク材部１０１に固定されることで、可動鉄心２０に固定されている。

固定鉄心１９は、第１固定鉄心部２６と、第１固定鉄心部２６に設けられ、可動鉄心２０が変位する領域を避けて配置された一対の第２固定鉄心部２７とを有している（図５）。

第１固定鉄心部２６は、各分岐部２４と平行に配置された横鉄心部２８と、横鉄心部２８の両端部から各分岐部２４に向かって延びる一対の縦鉄心部２９とを有している。横鉄心部２８には、駆動軸８が軸線方向へ変位可能に貫通している。この例では、軸受けが支持板７に設けられ、駆動軸８が軸受けを貫通している。各縦鉄心部２９は、軸線方向に沿って配置されている。第１固定鉄心部２６の少なくとも一部は、軸線方向への投影面内において、可動鉄心２０の領域に重なっている。

各第２固定鉄心部２７は、一方の縦鉄心部２９及び他方の縦鉄心部２９にそれぞれ接合されている。また、各第２固定鉄心部２７は、軸線方向に垂直な方向について、各縦鉄心部２９を挟んでいる。さらに、各第２固定鉄心部２７は、軸線方向への投影面内において、可動鉄心２０の領域外に配置されている。さらにまた、各第２固定鉄心部２７は、横鉄心部２８と平行な渡し鉄心部３０と、渡し鉄心部３０と各縦鉄心部２９との間にそれぞれ介在する一対のスペーサ３１とを有している。

各渡し鉄心部３０は、軸線方向に垂直な方向へ基幹部２３から離れて配置されている。従って、渡し鉄心部３０と基幹部２３との間の間隔は、可動鉄心２０が軸線方向へ変位されたときであっても、変化しない。各渡し鉄心部３０及びスペーサ３１の材料は、磁性材料（例えば鋼材、電磁軟鉄、珪素鋼、フェライト及びパーマロイ等）である。

横鉄心部２８の中間部には第１固定面３２が設けられ、各縦鉄心部２９の先端部には第２固定面３３が設けられている（図３）。即ち、第１固定鉄心部２６には、軸線方向へ投影したときに互いに離れた位置になるように第１固定面３２及び第２固定面３３が設けられている。第１固定面３２及び各第２固定面３３は、軸線方向に垂直な面である。

基幹部２３には、軸線方向について第１固定面３２に対向する第１可動面３４が設けられ、各分岐部２４の先端部には、軸線方向について第２固定面３３に対向する第２可動面３５が設けられている。第１可動面３４及び各第２可動面３５は、軸線方向に垂直な面である。

永久磁石２２は、各渡し鉄心部３０のそれぞれに設けられている。また、永久磁石２２は、各渡し鉄心部３０と基幹部２３との間にそれぞれ配置されている。さらに、各永久磁石２２は、軸線方向への投影面内で第１可動面３４及び第２可動面３５の各領域外に配置されている。この例では、各永久磁石２２は、軸線方向への投影面内において、可動鉄心２０の領域外に配置されている。

各永久磁石２２は、Ｎ極及びＳ極（一対の磁極）を有している。これにより、永久磁石２２は、可動鉄心２０を前進位置に保持する保持用磁束を発生している。また、各永久磁石２２は、軸線方向に垂直な方向について、Ｎ極及びＳ極のいずれかのみを基幹部２３に対向させて配置されている。即ち、各永久磁石２２が発生する保持用磁束の方向は、永久磁石２２と基幹部２３との間において、軸線方向に対してほぼ垂直になっている。この例では、各永久磁石２２のＮ極が基幹部２３に対向し、各永久磁石２２のＳ極が渡し鉄心部３０に固定されている。

電磁コイル２１は、基幹部２３と縦鉄心部２９との間を通るように配置されている。この例では、電磁コイル２１は、軸線方向への投影面内において、基幹部２３を囲んでいる。これにより、電磁コイル２１は、通電されると、固定鉄心１９及び可動鉄心２０を通る磁束を発生する。また、電磁コイル２１が発生する磁束の方向は、電磁コイル２１への通電方向の切り替えにより、反転可能になっている。なお、電磁コイル２１の中心軸線は、開閉装置１の軸線とほぼ一致している。

可動鉄心２０の基幹部２３と分岐部２４は、磁性材料により構成された複数の薄板が軸線方向に垂直な方向へ積層された積層体である。

なお、可動鉄心２０の基幹部２３と分岐部２４の材料としては、透磁率の高い磁性材料であればよく、例えば鋼材、電磁軟鉄、珪素鋼、フェライト及びパーマロイ等が挙げられる。また、可動鉄心２０は、例えば鉄粉を圧縮して固めた圧粉鉄心としてもよい。 第１固定鉄心部２６は、磁性材料の薄板が軸線方向に垂直な方向へ積層された積層体である。

各渡し鉄心部３０は、直方体に成形された鋼材である。スペーサ３１は、板状に成形された所定の厚さの鋼材である。渡し鉄心部３０及びスペーサ３１は、第１固定鉄心部２６の薄板３９の積層方向について、スペーサ３１及び渡し鉄心部３０の順に第１固定鉄心部２６に重ねられている。

なお、固定鉄心１９の材料としては、透磁率の高い磁性材料であればよく、例えば鋼材、電磁軟鉄、珪素鋼、フェライト及びパーマロイ等が挙げられる。また、固定鉄心１９は、例えば鉄粉を圧縮して固めた圧粉鉄心としてもよい。さらに、この例では、薄板を積層することにより第１固定鉄心部２６が作製されているが、磁性材料の一体成形により第１固定鉄心部２６を作製してもよいし、複数の分割体を組み合わせることにより第１固定鉄心部２６を作製してもよい。また、この例では、渡し鉄心部３０が磁性材料の一体成形により作製されているが、薄板を積層することにより渡し鉄心部３０を作製してもよいし、複数の分割体を組み合わせることにより渡し鉄心部３０を作製してもよい。

開放バネ９は一方の座面が可動鉄心２０のバルク材料１０１と接しており、他方の座面が支持板７に接している。開放バネ９は駆動軸８と同軸上に配置され、電磁コイル２１内を貫通するように配置されている。また、開放バネ９は固定鉄心１９の軸方向の範囲内に配置されている。可動鉄心２０の基幹部２３の一部は、電磁コイル２１を貫通している。図３において電磁コイル２１の軸方向の存在範囲において、駆動軸８から、開放バネ９、可動鉄心２０、電磁コイル２１、固定鉄心１９の順で配置されている。

図６は、図５の可動鉄心２０が永久磁石２２の保持用磁束により前進位置に保持されているときの電磁石１０の磁気回路を説明する一部破断斜視図であり、駆動軸８、開放バネ９、可動鉄心２０のバルク材料１０１を省略している。図において、永久磁石２２が発生する保持用磁束は、第１磁束経路４４あるいは第２磁束経路４５を通っている。第１磁束経路４４は、永久磁石２２から、基幹部２３、第１可動面３４、第１固定面３２、横鉄心部２８、縦鉄心部２９、スペーサ３１及び渡し鉄心部３０の順に通って、永久磁石２２に戻る経路である。第２磁束経路４５は、永久磁石２２から、基幹部２３、分岐部２４、第２可動面３５、第２固定面３３、縦鉄心部２９、スペーサ３１及び渡し鉄心部３０の順に通って、永久磁石２２に戻る経路である。

可動鉄心２０が前進位置にあるときには、第１固定面３２と第１可動面３４との隙間、及び第２固定面３３と第２可動面３５との隙間は、可動鉄心２０が後退位置にあるときよりも狭くなっている。これにより、第１磁束経路４４及び第２磁束経路４５の磁気抵抗が小さくなる。従って、第１固定面３２と第２可動面３４との間の吸引力Ｆ１、及び第２固定面３３と第２可動面３５との間の吸引力Ｆ２が大きくなり、可動鉄心２０は、開放バネ９および接圧バネ１８の荷重に逆らって前進位置に保持される。また、吸引力Ｆ１と吸引力Ｆ２と可動部の摩擦力の総和が、開放バネ９および接圧バネ１９の荷重以上となって前進位置に保持される。

次に、動作について説明する。可動接点３が固定接点２から離れた開放状態であるときには、可動鉄心２０は開放バネ９の荷重により後退位置に変位されている。電磁コイル２１への通電により、可動鉄心２０が第１固定鉄心部２６に吸引され、開放バネ９の荷重に逆らって、後退位置から前進位置に向かって変位される。これにより、可動接点３は、固定接点２に向かって変位される。

この後、可動接点３が固定接点２に接すると、可動接点３の変位は停止される。しかし、可動鉄心２０はさらに変位されて前進位置に達する。これにより、接圧バネ１８が縮められ、可動接点３が固定接点２に押し付けられて閉極動作が完了する（図２）。

可動鉄心２０が前進位置に達すると、第１磁束経路４４及び第２磁束経路４５を通る永久磁石２２の保持用磁束によって可動鉄心２０が第１固定鉄心部２６に吸引保持され（図６）、可動鉄心２０が前進位置に保持される。

可動鉄心２０の前進位置での保持を解除するときには、閉極動作時と逆方向へ電磁コイル２１への通電が行われる。電磁コイル２１への通電が行われると、可動鉄心２０と第１固定鉄心部２６との間の吸引力が全体として低下し、開放バネ９及び接圧バネ１８の各荷重によって、可動鉄心２０の前進位置から後退位置への変位が開始される。このとき、可動接点３は、固定接点２に押し付けられたままとなっている。

この後、可動鉄心２０が後退位置に向かってさらに変位されると、外れ止め板１７がバネ枠１６に係合される。この後も、可動鉄心２０が後退位置に向かって変位されることにより、可動接点３は固定接点２から離れる。開放バネ９の荷重は、真空バルブ４の可動接点３が固定接点２に対して閉じようとする力よりも大きく。この後、可動鉄心２０がさらに変位されて後退位置に達する。これにより、開放動作が完了する（図１）。

このような電磁石装置５においては、開極状態（図１）においては、真空バルブ４の真空容器となっていることから負圧により可動接点３が固定接点２に対して閉じようとする閉極方向に作用する荷重より、開放バネの荷重９の荷重が大きく、安定して開極状態を維持できる。また、可動部の摩擦力と開放バネの荷重９の総和が真空バルブ４の真空容器の負圧により可動接点３が固定接点２に対して閉じようとする閉極方向に作用する荷重より大きくなっていても、安定して開極状態を維持できる。

一方、閉極状態（図２）においては、永久磁石２２が可動鉄心２０を前進位置に保持する保持用磁束を発生している。永久磁石２２の磁束により発生する閉極方向への荷重である吸引力Ｆ１と吸引力Ｆ２が可動鉄心２０に作用しており、開放バネ９および接圧バネ１８の荷重の総和より大きいため安定して閉極状態を維持できる。また、吸引力Ｆ１と吸引力Ｆ２と可動部の摩擦力の総和が、開放バネ９および接圧バネ１９の荷重の総和以上となっても、安定して閉極状態を維持できる。

開放バネ９の荷重は可動鉄心２０の可動範囲の全範囲で作用しており、一方、接圧バネ１８の荷重は可動鉄心２０の可動範囲の一部で作用していることから、開放バネ９のほうが接圧バネ１８よりも全長が長い。また、開放バネ９は駆動軸８と同軸上に配置され、電磁コイル２１内を貫通するように配置されている。開放バネ９は固定鉄心１９の軸方向の範囲内に配置されている。可動鉄心２０の基幹部２３の一部は、電磁コイル２１を貫通している。図３において電磁コイル２１の軸方向の存在範囲において、駆動軸８から、開放バネ９、可動鉄心２０、電磁コイル２１、固定鉄心１９の順で配置されている。前記の配置としたことで、電磁石装置５の軸方向の長さを、軸方向に電磁石１０と開放バネ９を配置したときよりも短縮できる。したがって、本電磁石装置５を用いた開閉装置１の全長を短縮できる。

可動鉄心２０の基幹部２３と分岐部２４、および固定鉄心１９の第１固定鉄心部２６は電磁コイル２１が発生する磁束が通過する要部であって、電磁コイル２１が発生する磁束の方向に対して概ね垂直な方向に磁性材料の薄板を積層して構成されているため、電磁コイル２１に通電して電磁石１０を動作させるときに、磁性材料内部に発生する渦電流を抑制でき、渦電流発生による動作遅れを防止でき、時間的に高精度に開閉装置１を駆動できるようになる。

また、電磁コイル２１が発生する磁束は物理の最小作用の法則により、電磁コイル２１の直近を周回する磁束が最も強い。電磁コイル２１に直接対面しているのは可動鉄心２２の基幹部２３および分岐部２４であり、バルク材料１０１は発生磁束が低い領域に配置されたため、電磁石１０の動作へ与える影響は小さく、時間的に高精度に開閉装置１を駆動できる。

電磁石１０の永久磁石の磁束により発生する吸引力は軸方向に力が作用するときが最も強い。軸方向に対して垂直な方向成分の荷重が加わったときは、吸引力が低下する。したがって、開放バネ９の座面が傾くと、軸方向に対して垂直な方向成分の荷重が発生するため、座面の傾きを抑制する必要がある。開放バネ９の一方の座面が、可動鉄心２０のバルク材料１０１と接しており、他方の座面が支持板７と接しているため、積層した薄板の積層面で受けたときよりも開放バネ９の座面の傾きを抑制でき、開放バネ９の荷重の傾きによる電磁石１０の吸引力の低下を抑制できる。

実施の形態２
実施の形態１の電磁石装置５において、支持板７を非磁性材料とすることで、電磁石１０の吸引力の低下を抑制できる。図７に電磁石１０の吸引力が低下する場合の構成を示して、原理を説明する。図７は実施の形態１における図３の電磁石１０が閉極状態に相当する。図７には永久磁石２２の磁束１０２と磁束１０３を示した。永久磁石２２で発生する磁束は永久磁石２２のＮ極から出て、主に非磁性領域が最も小さくなる磁性材料で構成された閉回路を通過する。磁束１０２および磁束１０３は図７における磁性材料部分を通過している。具体的には、磁束１０２は可動鉄心２０と固定鉄心１９を通過している。磁束１０３は可動鉄心２０と開放バネ９と固定鉄心１９を通過している。磁束１０２は軸線方向に垂直な固定鉄心１９の第１固定面３２と可動鉄心２０の第１可動面３４を通過している。永久磁石２２で発生する磁束１０２が固定鉄心１９の第１固定面３２と可動鉄心２０の第１可動面３４を通過することで、可動鉄心２０を固定鉄心１９に吸引する力が発生している。一方、磁束１０３は可動鉄心２０と固定鉄心１９が接した軸方向に垂直な面を通過しないため、可動鉄心２０と固定鉄心１９を吸引する力が発生しない。すなわち、永久磁石２２で発生する磁束の一部は可動鉄心２０を固定鉄心１９に吸引する力に寄与しない。また、近似的には永久磁石２２により発生する磁束の総量は一定であり、可動鉄心２０を固定鉄心１９に吸引する面を通過しない磁束１０３が存在する場合、永久磁石２２で発生する磁束の全てが可動鉄心２０を固定鉄心１９に吸引する力に寄与している状態でなく、吸引力の点から効率の低い構成となっている。

図３において、支持板７を非磁性材料とすると、永久磁石２２の発生する磁束の開放バネ９を通過する磁性材料の閉回路の一部が非磁性化することになり、磁束１０３の経路を削減できるため、電磁石１０の吸引力の低下を抑制できる。永久磁石２２で発生する磁束による吸引力の発生を高効率化でき、より強度の高い安定な吸引力を発生できる。

実施の形態３
実施の形態１の電磁石装置５において、電磁石１０の可動鉄心２０のバルク材料１０１を非磁性材料とすることで、永久磁石２２の発生する磁束の開放バネ９を通過する磁性材料の閉回路の一部が非磁性化することになり、実施の形態２と同様に電磁石１０の吸引力の低下を抑制できる。

実施の形態４
実施の形態１においては、駆動軸８は非磁性材料で構成したが、実施の形態２または実施の形態３の構成においては、駆動軸８は磁性材料である鋼材を用いることができる。永久磁石２２と駆動軸８の経路の間に非磁性材料の支持板７またはバルク材１０１が存在するため、永久磁石２２で発生する磁束の経路とならず、駆動軸８を磁性材料としたことにより可動鉄心２０と固定鉄心１９は吸引力が低下しないためである。駆動軸８で磁性材料の採用を可能とすることで、駆動軸８について低コストで高強度の鋼材を使用できることになり、電磁石装置５の低コスト化と安定動作化を実現できる。

実施の形態５
実施の形態１の電磁石装置５において、開放バネ９を非磁性材料とすることで、永久磁石２２の発生する磁束の開放バネ９を通過する磁性材料の閉回路の開放バネ９が非磁性化することになり、実施の形態２と同様に電磁石１０の吸引力の低下を抑制できる。

実施の形態６
図８は、この発明の実施の形態６による電磁石装置５の要部を示す正断面図である。図８において可動鉄心２０は実施の形態１の図３の構成と異なり、バルク材１０１の部分を含めて全て薄板を積層して構成している。開放バネ９において可動鉄心２０に対向する座面と可動鉄心２０の間には、非磁性材料の板１０５を配置した。したがって、永久磁石２２の発生する磁束の開放バネ９を通過する磁性材料の閉回路の一部が非磁性化することになり、実施の形態２と同様に電磁石１０の吸引力の低下を抑制できる。また、同様の効果を得るために、図９に示すように、非磁性材料の板を開放バネ９と支持板７の間に配置しても良い。図１０に示すように、開放バネ９の両側の座面に非磁性材料の板１０５を配置しても良い。図１１に示すように、支持板７を非磁性材料で構成しても良い。

実施の形態７
図１２は、この発明の実施の形態７における電磁石装置５の要部を示す正断面図である。図１３は上面図である。図１２おいて開放バネ受け１０７は、可動鉄心２０の分岐部２４において、固定鉄心１９と対向する面と反対側に止め金具１０８で固定されている。開放バネ９は駆動軸８と同軸に、電磁石１０を周回するように配置されている。配置の順は駆動軸８と可動鉄心２０と電磁コイル２１と固定鉄心１９と開放バネ９が軸方向に重なって存在する領域で、駆動軸８、可動鉄心２０、電磁コイル２１、固定鉄心１９、開放バネ９の順に配置されている。

開放バネ９の荷重は可動鉄心２０の可動範囲の全範囲で作用しており、一方、接圧バネ１８の荷重は可動鉄心２０の可動範囲の一部で作用していることから、開放バネ９のほうが接圧バネ１８よりも全長が長い。また、開放バネ９は駆動軸８と同軸上に配置され、電磁石１０の外周部に配置されている。開放バネ９は電磁石１０の軸方向の範囲内に配置されている。前記の配置としたことで、電磁石装置５の軸方向の長さを、軸方向に電磁石１０と開放バネ９を配置したときよりも短縮できる。したがって、本電磁石装置５を用いた開閉装置１の全長を短縮できる。

実施の形態８
図１４は、この発明の実施の形態８における電磁石装置５の要部を示す正断面図である。図１５は上面図である。図１４において、実施の形態７では一本で構成していた開放バネ９を複数本で構成したものである。本構成においても実施の形態７と同様の効果を持つ。また、電磁石１０の周囲に駆動軸８に対して同軸となるように配置したことで、個々の開放バネ９における荷重のばらつきを平均化でき、電磁石１０の可動鉄心２０に対する偏荷重を抑制することで、電磁石１０の吸引力の低下を防止できる。

実施の形態９
図１６は、この発明の実施の形態９における電磁石装置５の要部を示す正断面図である。図１６において、支持板７に固定された軸受け支持部１０９は、軸方向に電磁石１０の固定鉄心１９の一部を貫通し、可動鉄心２０の一部を貫通し、駆動軸８の軸受け１１１を軸方向に可動鉄心と領域内に来るように配置している。本配置とすることで、軸受け支持部１０９の内部に接圧装置１５を配置でき、電磁石装置５の軸方向の長さを、軸方向に電磁石１０と接圧装置１５を配置したときよりも短縮できる。したがって、本電磁石装置５を用いた開閉装置１の全長を実施の形態８よりさらに短縮できる。

実施の形態１０
図１７は、この発明の実施の形態１０における電磁石装置５の要部を示す正断面図である。図１７において、駆動軸８に対して対象に配置された対の第１連結リンク１１３において、一方の端部はピン１１５で可動鉄心２０に連結した駆動軸８に連結されている。第１連結リンク１１３の他方の端部はピン１１７で、駆動軸８に対称の位置に対となって配置された駆動レバー１１９に連結されている。第１連結リンク１１３に連結された駆動レバー１１９は他方の端部が支持板７に固定された支点部材１２１に回動可能なようにピン１２３で連結されている。
開放バネ９は分割され、駆動軸８に対象の位置に配置されている。開放バネ９の荷重を受ける開放バネ受け１２５が開放バネ９の座面に接して配置されており、開放バネ受け１２５には駆動軸１２７が取り付けられている。駆動軸１２７の他方の端は第２連結リンク１２９にピン１３１で連結されている。第２連結リンクの他方の端はピン１３３で駆動レバー１１９に連結されている。

図１７のように構成された電磁石装置５では、支点部材１２１から開放バネ９が作用するピン１１３、電磁石１０の駆動軸８が作用するピン１１５の順で配置されるため、電磁石１０の可動鉄心２０の可動範囲に対して、開放バネ９の圧縮範囲が縮小できるため、開放バネ９を小型化できる。また、電磁石１０に対して突出した部分は、連結リンクの配置により短縮できる。したがって、本電磁石装置５の全長を短縮でき、本電磁石装置５を用いた開閉装置１の全長を短縮できる。

実施の形態１１
図１８は、この発明の実施の形態１１における電磁石装置５の要部を示す正断面図である。実施の形態１０と比較して、連結リンク部を電磁石装置５の開極側に設けたものであり、本構成によっても、実施の形態１０と電磁石装置５の全長を短縮でき、本電磁石装置５を用いた開閉装置１の全長を短縮できる。

実施の形態１２
前記実施の形態１から実施の形態１１のいずれかの電磁石装置５を適用することで、電磁石装置５を用いた開閉装置１の全長を短縮でき小型化を実現できる。

１ 開閉装置、
２ 固定接点、
３ 可動接点、
５ 電磁石装置、
８ 駆動軸、
９ 開放バネ
１０ 電磁石、
１９ 固定鉄心、
２０ 可動鉄心、
２１ 電磁コイル、
２２ 永久磁石、
２３ 基幹部、
２４ 分岐部、
３２ 第１固定面、
３３ 第２固定面、
３４ 第１可動面、
３５ 第２可動面

Claims (12)

1. 固定鉄心、可動鉄心、前記固定鉄心に磁極の一方の面が対向し磁極の他方の面が前記可動鉄心に対向して前記固定鉄心に固定された永久磁石、前記可動鉄心に連結された軸、前記軸を巻回するように配置した電磁コイル、前記可動鉄心の可動範囲で前記可動鉄心の前記軸と概ね垂直な面に接する開放バネを備えた電磁石において、前記可動鉄心と前記固定鉄心が接する前記可動鉄心の前記可動範囲の一方の極限位置にあるとき、前記軸から外側に向けて、前記開放バネ、前記可動鉄心、前記電磁コイル、前記固定鉄心の順で同軸状に配置するとともに、前記開放バネ、前記可動鉄心、前記電磁コイル、前記固定鉄心のそれぞれの軸方向寸法の全部あるいは一部が前記軸の半径方向にみて互いに重なるように配置したことを特徴とする電磁石装置。
2. 前記固定鉄心と前記可動鉄心の一部または全てが磁性体の板を積層して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。
3. 前記開放バネの前記可動鉄心と接する面の他方の面は、前記電磁石装置を設置した支持板としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁石装置。
4. 前記支持板は、非磁性材料としたことを特徴とする請求項３に記載の電磁石装置。
5. 前記可動鉄心において、前記開放バネの座面と接する面はバルク材料で構成したことを特徴とする請求項２に記載の電磁石装置。
6. 前記可動鉄心の前記バルク材料は、非磁性材料としたことを特徴とする請求項５に記載の電磁石装置。
7. 前記開放バネの一方または両方の座面に非磁性材料の板を設置したことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の電磁石装置。
8. 前記開放バネを非磁性材料で構成したことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の電磁石装置。
9. 前記可動鉄心に連結された前記軸は、磁性を持つ鋼材としたことを特徴とする請求項４または請求項６に記載の電磁石装置。
10. 固定鉄心、可動鉄心、前記固定鉄心に磁極の一方の面が対向し磁極の他方の面が前記可動鉄心に対向して前記固定鉄心に固定された永久磁石、前記可動鉄心に連結された軸、前記軸を巻回するように配置した電磁コイル、前記可動鉄心の可動範囲で前記可動鉄心の前記軸と概ね垂直な面に接する開放バネを備えた電磁石において、前記可動鉄心と前記固定鉄心が接する前記可動鉄心の前記可動範囲の一方の極限位置にあるとき、前記軸から外側に向けて、前記可動鉄心、前記電磁コイル、前記固定鉄心、前記開放バネの順で同軸状で、前記可動鉄心、前記電磁コイル、前記固定鉄心、前記開放バネのそれぞれの軸方向寸法の全部あるいは一部が前記軸の半径方向にみて互いに重なるように配置するとともに、前記軸を中心として前記固定鉄心の外周部に一本ないし複数本の前記開放バネを備えたことを特徴とする電磁石装置。
11. 前記可動鉄心と前記固定鉄心が接する前記可動鉄心の前記可動範囲の一方の極限位置にあるとき、前記軸の軸受を備えた軸受支持部材が、前記電磁石装置を設置した支持板から前記固定鉄心の全部、前記可動鉄心の一部を貫通して配置されたことを特徴とする請求項１０に記載の電磁石装置。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の電磁石装置を用いた開閉装置。

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