JP5366599B2

JP5366599B2 - 電磁石およびこれを用いた開閉装置

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Publication number: JP5366599B2
Application number: JP2009061173A
Authority: JP
Inventors: 満月間; 将大遠矢
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: JP2010219111A

Description

この発明は、例えば遮断器や開閉器などの操作機構に利用される電磁石およびこれを用いた遮断器および開閉器、開閉装置に関するものである。

開閉器の操作機構として電磁石を利用した機構があり、例えば、特開平５−２３４４７５号公報に記載された真空遮断器では電磁石を投入動作に使用し、投入と同時に蓄勢された遮断バネを開放して接点を開離する。

すなわち、真空接触器の真空バルブ１の投入動作は、端子台１３の入力端子に電圧が印加されると、半導体制御基板１２は、ある電圧を検出するとパワースイッチ回路が動作して、操作電磁部３のコイル３ａを励磁する。コイル３ａの励磁により、継鉄３ｂ，３ｃ及び鉄心３ｄ，可動鉄心３ｅからなる磁路に吸引力が発生し、可動鉄心３ｅが鉄心３ｄに吸引される。この吸引により可動鉄心３ｅに一体となった心棒３ｆが右方向から左の方向に移動する。心棒３ｆの先端３ｇは機構部２のローラ２ａを強圧する。このローラ２ａの一端リンク２ｂに連結された絶縁継手１０を上方向に押し上げ、この絶縁継手１０を上方向の移動に伴いオーバトラベルばね１１が可動端子１ｂを固定端子１ａに接触させることにより、真空バルブ１の接点を投入するものである。

また、電磁石の動作効率を上げて小型化する手段として、渦電流を抑制する目的から鉄心を積層化する方法が古くから知られており、例えば、特開２００１−２３７１１８号公報では、固定鉄心２と可動鉄心３が共に積層鋼板にて構成されている。励磁コイル４にて発生する磁束は鉄心中を貫通するが、塊状鉄心だと鉄心表面に渦電流が流れるため磁束が侵入しにくくなるため、吸引力が低下する。例えば、図２０、図２１に描かれているように、磁束が貫通する面に可動鉄心３や固定鉄心２の積層面がくるように構成することで、渦電流の経路を分断し、動作効率を上げる方法が一般的である。

これら図２０、図２１において、固定鉄心２と可動鉄心３で電磁石１の鉄心を構成し、固定鉄心２の中央脚２ａの周囲に励磁コイル４を設ける。励磁コイル４は絶縁物或いは非磁性体金属（アルミ、銅など）で製作されたボビン４ａと巻線４ｂで構成し、励磁コイル４に接続している引き出し線７は外部の電源回路に接続する。固定鉄心２と可動鉄心３は、珪素鋼板、或いは表面を塗装、皮膜などの絶縁皮膜を施した薄板鋼板２Ｘをそれぞれ同方向に積層して形成している。

固定鉄心３を構成する薄板鋼板２Ｘは、中央脚２ａと側脚２ｂとの間をヨーク２ｃにより連絡し、それらを一体に形成したものである。側脚２ｂは中央脚２ａよりも長くなっており、可動鉄心３が移動しても常に側脚２ｂと対向するようになっている。薄板鋼板２Ｘの固定は、ボルト、ピンなどの締付金具６で行う。固定鉄心２では、締付金具６を中央脚２ａに設けずに、側脚２ｂ或いはヨーク２ｃに取り付けている。

締付金具６の表面は、薄板鋼板同士が互いに電気的に接続されるのを回避するために、塗装、被膜などの絶縁処理を施したほうがよい。また、可動鉄心３には駆動対象と連結するためのヒンジ５を設けている。

外部の電源回路によって励磁コイル４に通電すると、鉄心内に磁束Φが発生し、中央脚２ａと可動鉄心３との間に吸引力Ｆが働く。図中の鎖線は磁束の流れ（磁力線）を表している。この吸引力Ｆにより、ヒンジ５に接続された駆動対象を動作させることができる。

すなわち、これら電磁石構造体を開閉器などの開閉装置に採用した構成を図２２、図２３に示す。図２２は真空バルブ１０が遮断された状態を示し、この遮断状態において、励磁コイル４の通電により、固定鉄心２に可動鉄心３が吸引されて、可動鉄心３のヒンジ５が上方向に駆動され、シャフト３２を支点としてレバー３１ａ，３１ｂ，レバー３１ｃが上方向つまり投入方向に移動し、同時にヒンジ５ｖａ，５ｖｂ，５ｖｃ及び可動ロッド１６も移動し、可動接点１４を固定接点１３に投入し、真空バルブ１０が投入され、図２３に示す状態となる。

なお、真空バルブ１０の投入を遮断する場合には、外部の電源回路による励磁コイル４への通電を停止することにより、固定鉄心２に吸引されていた可動鉄心３がその吸引状態が開放され、可動鉄心３は固定鉄心２から離れる。したがって、可動鉄心３に連結されているヒンジ５が下方向に駆動され、シャフト３２を支点としてレバー３１ａ，３１ｂ，レバー３１ｃが下方向つまり遮断方向に移動し、同時にヒンジ５ｖａ，５ｖｂ，５ｖｃ及び可動ロッド１６も移動し、可動接点１４が固定接点１３から離れて遮断し、真空バルブ１０が遮断され、図２２の状態になる。

特開平５−２３４４７５号公報特開２００１−２３７１１８号公報

しかしながら、上述した従来の電磁石およびこれを用いた開閉装置においては、固定鉄心２と可動鉄心３は、それぞれ薄板鋼板を同方向に積層して形成した積層鉄心で構成されている。これら積層鉄心は、通常、プレス等の加工によって成型された薄板鋼板を積み重ねることで構成するため、それら各端面は、加工時の破断面の積み重なった凹凸のある積層面となる。

積層鉄心の端部は、薄板鋼板の破断面を積み重ねて構成されるため、固定鉄心２と可動鉄心３との接触する部分には凹凸が存在するため、固定鉄心２と可動鉄心３が接触した状態では、多数の微小な磁気空隙が存在する。一般に、電磁石における電磁吸引力は、これらの磁気空隙の影響を受けるため、これらの多数の磁気空隙により性能が低下するだけでなく、固定鉄心２および可動鉄心３の積層鉄心の端部における凹凸量を管理することは困難であるため、その結果、性能に大きな個体差となるバラつきが生じるという課題がある。

また、電磁石における電磁吸引動作時、可動鉄心３と固定鉄心２が衝突するため衝撃力が発生し、このような動作を多数回可能にするには、十分な機械的強度を確保する必要がある。しかし、可動鉄心３が薄板鋼板で積層されて形成されて構成される場合は、機械強度の確保が困難であるという課題がある。もちろん、複雑な構造にすれば機械的強度の確保は可能であるが、部品点数が増えると共に製作コストがかかる課題がある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、高信頼性の電磁石およびこれを用いた開閉装置を得ることを目的とする。

この発明に係わる電磁石およびこれを用いた開閉装置は、鋼板を複数積層して構成された固定鉄心と、鋼板を前記固定鉄心の積層方向と直交して複数積層し、その鋼板の板面が前記固定鉄心側に吸引されて当接するように構成された可動鉄心と、前記固定鉄心に巻装され、通電することにより、前記可動鉄心を前記固定鉄心側に電磁吸引して前記固定鉄心に接触させる励磁コイルとを備え、前記可動鉄心は、前記可動鉄心の前記固定鉄心側を薄板鋼板で構成した薄板積層部と、前記可動鉄心の前記固定鉄心と反対側を前記薄板積層部の前記薄板鋼板の板厚より厚い厚板で構成した厚板部とから構成されたものである。

また、一方側に開口部が形成され、他方側に貫通孔が形成され、薄板鋼板が複数積層されて構成された固定鉄心と、前記固定鉄心内に配置された環状の励磁コイルと、前記固定鉄心の前記開口部および前記励磁コイルの環状部内に貫挿され、その貫挿部は鋼板が前記固定鉄心の積層方向と直交して積層された鋼板積層部を有し、前記固定鉄心に電磁吸引されて接触する接触部とを有する可動鉄心と、前記可動鉄心の前記接触部と前記可動鉄心の前記鋼板積層部とを固着するとともに、一端側が前記固定鉄心に形成された前記貫通孔に貫挿され、前記可動鉄心の移動をガイドする締結体とを備えたものである。

また、一方側及び他方側にそれぞれ貫通孔が形成され、中央部が環状部内に突出し一方側空間部と他方側空間部が形成され、薄板鋼板が複数積層されて構成された固定鉄心と、前記固定鉄心の前記一方側空間部内に配置された環状の第１の励磁コイルと、前記固定鉄心の前記他方側空間部内に配置された環状の第２の励磁コイルと、前記固定鉄心内でかつ前記第１の励磁コイルおよび前記第２の励磁コイルのそれぞれの環状部内に貫挿され、両側部はそれぞれ薄板鋼板が前記固定鉄心の積層方向とは直交して積層された第１鋼板積層部、第２鋼板積層部で構成され、前記第１鋼板積層部と前記第２鋼板積層部との間の中央部が前記第１鋼板積層部、前記第２鋼板積層部の前記薄板鋼板の板厚より厚い厚板で構成され、前記固定鉄心に電磁吸引されて接触する可動鉄心と、前記可動鉄心の第１鋼板積層部に設けられ、前記固定鉄心の一方側の前記貫通孔に貫挿された前記可動鉄心の移動をガイドする一方側棒と、前記可動鉄心の第２鋼板積層部に設けられ、前記固定鉄心の他方側の前記貫通孔に貫挿された前記可動鉄心の移動をガイドする他方側棒とを備えたものである。

また、上述したような電磁石を用いた開閉装置を得るものである。

この発明に係わる電磁石およびこれを用いた開閉装置は、固定鉄心と可動鉄心との電磁吸引力の安定性が増すとともに可動鉄心の強度が増すことにより、高信頼性の電磁石およびこれを用いた開閉装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係わる電磁石およびこれを用いた開閉装置を一部断面で示す概略構成図である。この発明の実施の形態１に係わる電磁石およびこれを用いた開閉装置を一部断面で示す概略構成図である。この発明の実施の形態２に係わる電磁石を示し、（ａ）は一部断面で示す平面図（ｂ）は一部断面で示す側面図である。この発明の実施の形態２に係わる電磁石の磁束の流れを一部断面で示す平面図である。この発明の実施の形態２に基づく一般的な磁気特性を示す特性図である。この発明の実施の形態３に係わる電磁石を一部断面で示す平面図である。

この発明の実施の形態４に係わる電磁石を一部断面で示す平面図である。この発明の実施の形態５に係わる電磁石を一部断面で示す平面図である。この発明の実施の形態６に係わる電磁石を一部断面で示す平面図である。この発明の実施の形態７に係わる電磁石を一部断面で示す平面図である。この発明の実施の形態８に係わる電磁石を一部断面で示す平面図である。この発明の実施の形態９に係わる電磁石を一部断面で示す平面図である。

この発明の実施の形態１０に係わる電磁石を一部断面で示す平面図である。この発明の実施の形態１１に係わる電磁石を一部断面で示す平面図である。この発明の実施の形態１２に係わる電磁石およびこれを用いた開閉装置を一部断面で示す概略構成図である。この発明の実施の形態１３に係わる電磁石およびこれを用いた開閉装置を一部断面で示す概略構成図である。この発明の実施の形態１４に係わる電磁石およびこれを用いた開閉装置を一部断面で示す概略構成図である。この発明の実施の形態１５に係わる電磁石およびこれを用いた開閉装置を一部断面で示す概略構成図である。この発明の実施の形態１６に係わる電磁石における可動鉄心を斜視図である。

従来の電磁石を示す斜視図である。従来の電磁石を一部断面で示す平面図である。従来の電磁石を用いた開閉装置における遮断状態を示す断面図である。従来の電磁石を用いた開閉装置における投入状態を示す断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１および図２に基づいて説明する。図１および図２はそれぞれこの発明の実施の形態１に係わる電磁石およびこれを用いた開閉装置を一部断面で示す概略構成図であり、図１は遮断状態を示し、図２は投入状態を示す。これら各図において、１００は例えばガス絶縁開閉器などの開閉装置として用いられる真空バルブであり、上部端子１０１と下部端子１０２に電気的に接続されている。１０３は真空バルブ１００内に配置され、固定軸１０４に固着された固定接点であり、固定軸１０４を通して上部端子１０１と電気的に接続され。１０５は真空バルブ１００内に配置され、固定接点１０３と相対して対向し可動軸１０６に固着された可動接点である。１０７は真空バルブ１００外に延在する可動軸１０６と下部端子１０２とを電気的に接続する可とう性導体である。１０８はベローズであり、真空を保持したまま、可動軸１０６を駆動できるようになっている。１０９は真空バルブ１００側と後述する操作機構側とを電気的に絶縁するための絶縁体であり、可動軸１０６の真空バルブ１００外に延在する部分に設けられて入る。１１０は真空バルブ１００の投入時、固定接点１０３と可動接点１０５間に接触力を発生させる接圧ばねであり、可動軸１０６の真空バルブ１００外に延在する部分に設けられており、図は一例として絶縁体１０９の真空バルブ１００側に配置されている。

１１１は可動軸１０６を駆動する操作機構であり、支軸１１２と、一端が支軸１１２に取り付けられ、他端が可動軸１０６の先端部に回動可能に枢着された第１レバー１１３と、一端が支軸１１２に取り付けられ、他端が後述する電磁石の可動鉄心が取り付けられる第２レバー１１４とにより構成されている。

１１５は電磁石であり、操作機構１１１を操作することによって可動軸１０６を駆動して真空バルブ１００内の固定接点１０３に可動接点１０５を接触、開放させることにより真空バルブ１００の投入、遮断を行わせる。１１６は薄板鋼板が複数積層されて構成された固定鉄心であり、締結ボルト１１７とナット１１８で固着されている。１１９は鋼板を複数積層し、鋼板の板面が固定鉄心１１６の吸引面に当接するように構成、すなわち、固定鉄心１１６の積層方向と直交して鋼板を複数積層して構成され、固定鉄心１１６に接触および非接触とされる可動鉄心であり、操作機構１１の第２レバー１１４に締結ボルト１２０などにより取り付けられている。１２１は固定鉄心１１６に巻装され、図示しない外部の電源回路により通電することにより、可動鉄心１１９を固定鉄心１１６に電磁吸引して固定鉄心１１６に接触させる励磁コイルである。これら１１６〜１２１により電磁石１１５が構成されている。

次に動作について説明する。図１は外部の電源回路による励磁コイル１２１への通電を停止した状態、すなわち、真空バルブ１００が遮断状態であり、固定接点１０３と可動接点１０５が開放されている。この状態において、真空バルブ１００を投入する場合は、外部の電源回路により励磁コイル１２１に通電すると、固定鉄心１１６と可動鉄心１１９間に磁気吸引力が発生し、可動鉄心１１９が引き寄せられ、図２に示すように可動鉄心１１
９が固定鉄心１１６に吸引保持される。この可動鉄心１１９が固定鉄心１１６側に移動することにより、可動鉄心１１９が取り付けられた第２レバー１１４が操作機構１１１の支軸１１２を枢軸として反時計方向に回動し、この第２レバー１１４の回動と連動して第１レバー１１３も支軸１１２を枢軸として反時計方向に回動する。この第１レバー１１３が回動することにより、第１レバー１１３と連結された可動軸１０６が上方向に駆動され、可動接点１０５を固定接点１０３に接触させるとともに、接圧ばね１１０や図示しない開放ばねを圧縮して蓄勢する。

また、真空バルブ１００の投入状態を遮断、すなわち、固定接点１０３と可動接点１０５との接触状態を開放する場合は、励磁コイル１２１への通電を停止する。励磁コイル１２１への通電が停止されると、可動鉄心１１９と固定鉄心１１６との吸着状態が開放され、可動鉄心１１９が固定鉄心１１６から離れる。可動鉄心１１９が固定鉄心１１６から離れることにより、第２レバー１１４が操作機構１１１の支軸１１２を枢軸として時計方向に回動し、この第２レバー１１４の回動と連動して第１レバー１１３も支軸１１２を枢軸として時計方向に回動する。この第１レバー１１３が回動することにより、第１レバー１１３と連結された可動軸１０６が下方向に駆動され、可動接点１０５が固定接点１０３から開放され、図１の状態となる。このような動作が繰り返し行われることにより、真空バルブ１００の投入、遮断が繰り返し行われることになる。

以上のように、この発明の実施の形態１による電磁石によれば、可動鉄心１１９の薄板鋼板の積層方向を固定鉄心１１６の薄板鋼板の積層方向と直交する方向に積層したことにより、鋼板を早く飽和させることで渦電流による遅れを小さく抑制し、動作効率を向上させることができる。また、可動鉄心１１９を構成する鋼板の板面側が固定鉄心１１６との接極面となるよう構成したことにより、可動鉄心１１９の接極面には凹凸がなく、可動鉄心１１９と固定鉄心１１６との接極面間の微小な磁気空隙は固定鉄心１１６側のわずかな凹凸だけとなり、上述した従来のものより著しく小さなものとすることができ、電磁石における電磁吸引力は安定した性能を得ることができるので、高信頼性の電磁石を得ることができる。

また、電磁石における電磁吸引動作時、可動鉄心１１９を構成する鋼板の板面側が固定鉄心１１６と接触して衝突するので、簡単な構成にて可動鉄心１１９の構造体としての十分な強度を確保することができる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係わる電磁石を示し、（ａ）は一部断面で示す平面図、（ｂ）は一部断面で示す側面図である。図３において、１２２は電磁石、１２３は例えばＥ字状の薄板鋼板を積層して構成された固定鉄心であり、締結ボルト１２４とナット１２５で固着されている。１２６は固定鉄心１２３に吸引されて接触する面と相対する面となるよう、すなわち、固定鉄心１２３の積層方向と直交して鋼板を複数積層して構成され、固定鉄心１２３に接触および非接触とされる可動鉄心であり、この可動鉄心１２６の固定鉄心１２３側を薄板鋼板で構成した薄板積層部１２６ａと、可動鉄心１２６の固定鉄心１２３と反対側を厚板で構成した厚板部１２６ｂとから構成されたたものであり、締結ボルト１２７により固着されている。そして、この可動鉄心１２６の厚板部１２６ｂは図示していないが操作機構１１１の第２レバー１１４に取り付けられる。１２８はＥ字状の固定鉄心１２３の中央部に巻装され、図示しない外部の電源回路により通電することにより、可動鉄心１２６を固定鉄心１２３に電磁吸引して固定鉄心１２３に接触させる励磁コイルである。これら１２３〜１２８により電磁石１２２が構成されている。

このように、可動鉄心１２６の固定鉄心１２３側を薄板鋼板で構成した薄板積層部１２６ａと、可動鉄心１２６の固定鉄心１２３と反対側を厚板で構成した厚板部１２６ｂとから
構成したことにより、可動鉄心１２６の機械的強度をさらに高めることができ、上述した実施の形態１よりも高信頼性を向上させることができる。また、可動鉄心１２６の操作機構１１１の第２レバー１１４への取り付けを容易に行うことができるとともに、さらに渦電流の抑制効果も優れたものとなる。

ところで、図４は電磁石の磁束の流れを一部断面で示す平面図である。外部の電源回路により励磁コイル１２８に通電すると、励磁コイル１２８にて発生する磁束Φは、図４の矢印にて示すように、可動鉄心１２６の薄板積層部１２６ａに侵入する。鉄心の磁気特性は、一般に図５の特性図に示すように、磁界の強さＨに対して磁束密度Ｂは飽和する特性を示す。磁束密度Ｂは、磁束量φを面積Ｓで除した量であり、可動鉄心１２６の薄板積層部１２６ａの鋼板１枚に着目すると、鋼板断面積Ｓを小さくできるため磁束密度Ｂはすぐに飽和領域に達する。渦電流を発生する起電力ＶはＶ＝ｄφ／ｄｔと、磁束量φの時間変化で決まるため、磁束密度Ｂ（∝Φ）が一定値になれば、渦電流は流れなくなることがわかる。この発明は、従来の考え方のように、渦電流が流れる経路を分断することを目的とした積層鋼板の使い方とは、全く異質の考え方に基づいているため、従来と異なる積層の構成方法となっている。

また、励磁コイル１２８に通電して可動鉄心１２６を固定鉄心１２３に電磁吸引して保持した状態において、上述した従来のように、可動鉄心１１９、固定鉄心１１６ともに同方向に積層され、それら積層面と積層面が接触する構造では、各鋼板の加工破断面には凹凸が生じており、それら破断面と破断面とが向かい合うため、可動鉄心１１９と固定鉄心１１６との接極面間に空隙が存在する結果、吸引電磁力は低下したり、あるいは、個体差が生じる原因となっていた。しかし、この発明の実施の形態２のように、可動鉄心１２６は固定鉄心１２３の積層方向と直交して鋼板を複数積層して構成、すなわち、可動鉄心１２６の薄板積層部１２６ａの板面側が固定鉄心１２３の加工破断面に向くことなり、可動鉄心１２６と固定鉄心１２３との接極面間における空隙を著しく抑制することができ、その空隙長が短縮されると共に安定化するため、より小さな励磁電流にて投入性能を維持できる電磁石１２２を得ることができる。その結果、このような電磁石１２２を真空バルブ１００などの開閉装置に用いれば、消費電力の小さな開閉装置を得ることができる。

また、可動鉄心１２６の締結ボルト１２７を励磁コイル１２８と対向する位置に配置、すなわち、励磁コイル１２８の端部は固定鉄心１２３の接触部端面に突出しないよう内方に配置され、その空間部に締結ボルト１２７の頭部が収まるようにすることにより、固定鉄心１２３との接触を邪魔することはなく、可動鉄心１２６を構成することができる。締結ボルト１２７にかかる衝撃荷重は締結ボルト１２７の軸方向であり、上述した従来のように強度の低下するせん断方向ではない。その結果、可動鉄心１２６は小型で信頼性の高い構造体に仕上げることができる。このように、可動鉄心１２６を小型・軽量化できるので、操作エネルギーを低減できる電磁石１２２を得ることができる。その結果、このような電磁石１２２を真空バルブ１００などの開閉装置に用いれば、消費電力の小さな開閉装置を実現することができる。

また、固定鉄心１２３は塊状鉄心として構成される場合であっても、可動鉄心１２６の薄板積層部１２６ａの板面側が固定鉄心１２３に電磁吸引されて接触するように構成しておけば、同様の効果を奏するものである。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係わる電磁石を一部断面で示す平面図である。上述した実施の形態２においては、可動鉄心１２６の厚板部１２６ｂは操作機構１１１の第２レバー１１４に取り付けられている場合について述べたが、可動鉄心１２６の厚板部１２６ｂは、第２レバー１１４と一体で構成してもよく、あるいは、可動鉄心１２６の厚板部１
２６ｂを第２レバー１１４の部材とするようにしてもよく、可動鉄心１２６の厚板部１２６ｂとしての機能は失われないため、よりコンパクトな電磁石およびこれを用いた開閉装置を実現することができる。

実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４に係わる電磁石を一部断面で示す平面図である。図７において、１２２は電磁石、１２３は固定鉄心、１２４は締付ボルト、１２６は可動鉄心、１２７は締付ボルト、１２８は励磁コイルである。１２９は例えばＥ字状に構成された固定鉄心１２３の中央脚の可動鉄心１２６と接触する側の端面に取り付けられた永久磁石である。

このように、励磁コイル１２８に通電して可動鉄心１２６を固定鉄心１２３に電磁吸引して保持した状態において、その吸引保持状態をさらに向上したものを実現するために、励磁コイル１２８による磁束を利用する以外に、永久磁石１２９により発生する磁束を利用しても同様の効果が得ることができる。その結果、励磁コイル１２８と永久磁石１２９とによる磁束により、可動鉄心１２６と固定鉄心１２３との吸引保持状態をさらに向上したものを実現することができる。また、同じ吸引電磁力でよい場合には、永久磁石１２９を設けた分だけ励磁コイル１２８への励磁力を減らすことができたり、励磁コイル１２８を小型化できる。要するに、必要な吸引電磁力に応じて、永久磁石１２９の使用量を設定あるいは励磁コイル１２８の容量を設定することにより、電磁石全体を小型・軽量化できるメリットがある。

実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態４に係わる電磁石を一部断面で示す平面図である。図８において、１２２は電磁石、１２３は固定鉄心、１２４は締付ボルト、１２６は可動鉄心、１２７は締付ボルト、１２８は励磁コイルである。１３０は例えばＥ字状に構成された固定鉄心１２３の両側脚の可動鉄心１２６と接触する側の端面に取り付けられた永久磁石である。

この実施の形態５においては、永久磁石１３０をＥ字状に構成された固定鉄心１２３の両側脚の可動鉄心１２６と接触する側の端面に取り付けたものであり、上述した実施の形態４と同様の効果を奏する。

実施の形態６．
図９はこの発明の実施の形態４に係わる電磁石を一部断面で示す平面図である。図９において、１２２は電磁石、１２３は固定鉄心、１２４は締付ボルト、１２６は可動鉄心、１２７は締付ボルト、１２８は励磁コイルである。１３１は例えばＥ字状に構成された固定鉄心１２３の中央脚の底部側に取り付けられた永久磁石である。

この実施の形態６においては、永久磁石１３１をＥ字状に構成された固定鉄心１２３の中央脚の底部側に取り付けたものであり、上述した実施の形態４、５と同様の効果を奏する。

実施の形態７．
図１０はこの発明の実施の形態４に係わる電磁石を一部断面で示す平面図である。図１０において、１２２は電磁石、１２３は固定鉄心、１２４は締付ボルト、１２６は可動鉄心、１２７は締付ボルト、１２８は励磁コイルである。１３２は例えば可動鉄心１２６の薄板積層部１２６ａに取り付けられた永久磁石である。

この実施の形態７においては、永久磁石１３１を可動鉄心１２６の薄板積層に取り付け
たものであり、上述した実施の形態４〜６と同様の効果を奏する。すなわち、永久磁石は電磁石１２２における磁気回路上のどの位置に設けても同様の効果を奏することは言うまでもない。

実施の形態８．
図１１はこの発明の実施の形態８に係わる電磁石を一部断面で示す平面図である。図１１において、１３２は電磁石、１３３は上端面側に開口部１３３ａが形成され、底部側に貫通孔１３３ｂが形成され、薄板鋼板が複数積層されて構成された固定鉄心であり、締結ボルト１３４とナット（図示せず）で固着されている。１３５は固定鉄心１３３内に配置された環状の励磁コイルであり、励磁コイル１３５の環状部内の空間幅は固定鉄心１３３の開口部１３３ａの開口幅より大きく構成されている。１３６は固定鉄心１３３の開口部１３３ａおよび励磁コイル１３５の環状部内に貫挿され、その貫挿部は例えば四角状の鋼板が積層された鋼板積層部１３６ａを有し、固定鉄心１３３に電磁吸引されて接触する接触部１３６ｂとを有する可動鉄心であり、接触部１３６ｂと鋼板積層部１３６ａとは締付体１３７により固着され、締付体１３７の一端側１３７ａは固定鉄心１３３に形成された貫通孔１３３ｂに貫挿され、可動鉄心１３６の移動がガイドされるようになっている。なお、可動鉄心１３３の接触部１３６ｂは図示していないが操作機構１１１の第２レバー１１４に取り付けられる。これら１３３〜１３７により電磁石１３２が構成されている。

この実施の形態８においては、可動鉄心１３６はＴ字状に構成されており、励磁コイル１３５に通電することにより、可動鉄心１３６は固定鉄心１３３の貫通孔１３３ｂに貫挿された締付体１３７の一端側１３７ａにガイドされて下方向に移動し、可動鉄心１３６の接触部１３６ｂは固定鉄心１３３の上端面に電磁吸引されて接触する。このように、可動鉄心１３６の接触部１３６ｂが固定鉄心１３３の上端面に電磁吸引されて接触することに伴い、可動鉄心１３６の接触部１３６ｂに連結される操作機構１１１により図示しないが真空バルブ１００の投入が行われるように構成されている。

この実施の形態８においても、電磁石における電磁吸引力は安定した性能を得ることができるとともに可動鉄心１３６としての機械的強度も高めることができ、高信頼性の電磁石を得ることができる。なお、電磁石における磁気回路上に永久磁石を設けるようにしてもよい。

実施の形態９．
図１２はこの発明の実施の形態９に係わる電磁石を一部断面で示す平面図である。この実施の形態９においては、可動鉄心１３６の接触部１３６ｂを固定鉄心１３３の積層方向と直交する方向に薄板鋼板を積層した積層部１３６ｂ₁と厚板部１３６ｂ₂とから構成したものであり、その他の構成は上述した実施の形態８の構成と同様である。

この実施の形態９においては、電磁石における電磁吸引力は上述した実施の形態８よりもさらに安定した性能を得ることができるとともに可動鉄心１３６としての機械的強度も保持することができ、高信頼性の電磁石を得ることができる。なお、電磁石における磁気回路上に永久磁石を設けるようにしてもよい。

実施の形態１０．
図１３はこの発明の実施の形態１０に係わる電磁石を一部断面で示す平面図であり、双方向安定タイプの電磁石に適用した場合を示す。図１３において、１３８は電磁石、１３９は上部側及び下部側にそれぞれ貫通孔１３９ａ、１３９ｂが形成され、中央部１３９ｃが環状部内に突出し上部空間部１３９ｄと下部空間部１３９ｅが形成され、薄板鋼板が複数積層されて構成された固定鉄心であり、締結ボルト（図示せず）とナット（図示せず）で固着される。１４０は固定鉄心１３９の上部空間部１３９ｄ内に配置された環状の第１
励磁コイル、１４１は固定鉄心１３９の下部空間部１３９ｅ内に配置された環状の第２励磁コイル、１４２は固定鉄心１３９内でかつ第１の励磁コイル１４０および第２の励磁コイル１４１のそれぞれの環状部内に貫挿され、その貫挿部は例えば四角状からなり、中央部１４２ａが厚板で構成され、上下部はそれぞれ薄板鋼板が固定鉄心１３９の積層方向とは直交して積層された第１鋼板積層部１４２ｂ、第２鋼板積層部１４２ｃで構成され、固定鉄心１３９に電磁吸引されて接触する可動鉄心である。１４３は可動鉄心１４２の第１鋼板積層部１４２ｂに設けられ、固定鉄心１３９の貫通孔１３９ａに貫挿された上部棒であり、可動鉄心１４２の移動がガイドされるようになっているとともに、例えば図示しないが操作機構１１１あるいは可動軸１０６に連結される。１４４は可動鉄心１４２の第２鋼板積層部１４２ｃに設けられ、固定鉄心１３９の貫通孔１３９ｂに貫挿された下部棒であり、可動鉄心１４２の移動がガイドされるようになっている。これら１３９〜１４４により電磁石１３８が構成されている。なお、固定鉄心１３９の中央部１３９ｃは可動鉄心１４２の移動を妨げない位置に突出されている。１４５は永久磁石であり、電磁石１３８の磁気回路上のどの位置に設けても良いが、例えば固定鉄心１３９の中央部１３９ｃに設けた場合を示している。

図１３の状態においては、第１の励磁コイル１４０が通電され、可動鉄心１４２の第１鋼板積層部１４２ｂが固定鉄心１３９の上部側内面に電磁吸引されて接触された場合を示しており、上部棒１４３が上方向に移動し、この上部棒１４３に連結された操作機構１１１あるいは可動軸１０６を駆動することにより、真空バルブ１００の投入が行われることになる。また、第２の励磁コイル１４１を通電することにより、可動鉄心１４２の第２鋼板積層部１４２ｃが固定鉄心１３９の下部側内面に電磁吸引されて接触されるので、上部棒１４３が下方向に移動し、この上部棒１４３に連結された操作機構１１１あるいは可動軸１０６が駆動されて、真空バルブ１００の遮断が行われることになる。

この実施の形態１０においても、可動鉄心１４２の第１鋼板積層部１４２ｂ、第２鋼板積層部１４２ｃはそれぞれ固定鉄心１３９の積層方向とは直交して積層しており、上述した各実施の形態と同様の効果を奏する。

実施の形態１１．
図１４はこの発明の実施の形態１１に係わる電磁石を一部断面で示す平面図であり、双方向安定タイプの電磁石に適用した場合を示す。図１４においては、例えば真空バルブ１００の投入動作と遮断動作とで異なる動作特性（動作の遅れ時間やスピード等）が要求される場合に適用され場合を示しており、図１４に示すように、図は一例として、可動鉄心１４２の第１鋼板積層部１４２ｂの鋼板の板厚を第２鋼板積層部１４２ｃの鋼板の板厚よりも厚くしたものであり、板厚が厚くなれば、渦電流の基づく動作遅れが生じるので、動作特性の調整を簡単に実施することができる。

実施の形態１２．
図１５はこの発明の実施の形態１２に係わる電磁石およびこれを用いた開閉装置を一部断面で示す概略構成図である。図１５においては、上述した実施の形態１１の構成の電磁石１３８を操作機構１１１に連結した場合を示しており、操作機構１１１の第２レバー１１４に第２鋼板積層部１４２ｃに設けた下部棒１４４が連結された場合を示している。図１５に示す状態においては、第１の励磁コイル１４０が通電されて可動鉄心１４２の第１鋼板積層部１４２ｂが固定鉄心１３９の上部内面に電磁吸引されて接触され、真空バルブ１００の固定接点１０３と可動接点１０５が開放、すなわち、真空バルブ１００が遮断された状態である。この状態において、第２の励磁コイル１４１を通電することにより、可動鉄心１４２の第２鋼板積層部１４２ｃが固定鉄心１３９の下部側内面に電磁吸引されて接触されるので、下部棒１４４が下方向に移動し、この下部棒１４４に連結された操作機構１１１の第２レバー１１４が操作機構１１１の支軸１１２を枢軸として反時計方向に回
動し、この第２レバー１１４の回動に連動して第１レバー１１３も反時計方向に回動する。この第１レバー１１３の回動により、可動軸１０６が上方向に移動して可動接点１０５を固定接点１０３に接触される。すなわち、真空バルブ１００の投入が行われることになる。

実施の形態１３．
図１６はこの発明の実施の形態１３に係わる電磁石およびこれを用いた開閉装置を一部断面で示す概略構成図である。図１６においては、可動鉄心１４２の第１鋼板積層部１４２ｂが薄板鋼板で積層され、可動鉄心１４２の第２鋼板積層部１４２ｃが第１鋼板積層部１４２ｂの薄板鋼板の板厚より厚い板厚で積層された場合を示しており、その他は図１５の構成と同様である。また、真空バルブ１００の投入動作、遮断動作も上述した実施の形態１２と同様である。

実施の形態１４．
図１７はこの発明の実施の形態１４に係わる電磁石およびこれを用いた開閉装置を一部断面で示す概略構成図である。図１７においては、上述した実施の形態１１の構成の電磁石１３８を操作機構には連結せずに真空バルブ１００側に直接的に連結した場合を示しており、真空バルブ１００の可動軸１０６の一端に第１鋼板積層部１４２ｂに設けた４上部棒１４３が連結された場合を示している。図１７に示す状態においては、第２の励磁コイル１４１が通電されて可動鉄心１４２の第２鋼板積層部１４２ｃが固定鉄心１３９の下部内面に電磁吸引されて接触され、真空バルブ１００の固定接点１０３と可動接点１０５が開放、すなわち、真空バルブ１００が遮断された状態である。この状態において、第１の励磁コイル１４０を通電することにより、可動鉄心１４２の第１鋼板積層部１４２ｂが固定鉄心１３９の上部側内面に電磁吸引されて接触されるので、上部棒１４３が上方向に移動し、この上部棒１４３に連結された可動棒１０６が上方向に移動して可動接点１０５を固定接点１０３に接触される。すなわち、真空バルブ１００の投入が行われることになる。

実施の形態１５．
図１８はこの発明の実施の形態１５に係わる電磁石およびこれを用いた開閉装置を一部断面で示す概略構成図である。図１８においては、可動鉄心１４２の第１鋼板積層部１４２ｂが薄板鋼板で積層され、可動鉄心１４２の第２鋼板積層部１４２ｃが第１鋼板積層部１４２ｂの薄板鋼板の板厚より厚い板厚で積層された場合を示しており、その他は図１７の構成と同様である。また、真空バルブ１００の投入動作、遮断動作も上述した実施の形態１４と同様である。

実施の形態１６．
図１９はこの発明の実施の形態１６に係わる電磁石における可動鉄心を斜視図である。上述した実施の形態１０〜１５においては、可動鉄心１４２が四角形状で構成された場合について述べたが、図１９に示すように、円筒型として構成してもよく、同様の効果を奏する。また、可動鉄心１４２の中央部１４２ａと第１鋼板積層部１４２ｂ、第２鋼板積層部１４２ｃの固定は、例えば上部棒１４３、下部棒１４４の螺着により固定するようにしてもよい。

ところで、上述した実施の形態の電磁石の操作機構あるいは開閉装置への適用に限定されるものではなく、その他構造の操作機構あるいは開閉装置へ適用できることは言うまでもない。

この発明は、例えばガス絶縁開閉器などの操作機構などに利用される電磁石およびこれ
を用いた開閉装置の高信頼性の実現に好適である。

１１５電磁石１１６固定鉄心
１１９可動鉄心１２１励磁コイル
１２２電磁石１２３固定鉄心
１２６可動鉄心１２８励磁コイル
１２９、１３０、１３１、１３２永久磁石
１３２電磁石１３３固定鉄心
１３３ａ開口部１３５励磁コイル
１３６可動鉄心１３６ａ鋼板積層部
１３６ｂ接触部１３８電磁石
１３９固定鉄心１４０第１の励磁コイル
１４１第２の励磁コイル１４２可動鉄心

Claims

鋼板を複数積層して構成された固定鉄心と、鋼板を前記固定鉄心の積層方向と直交して複数積層し、その鋼板の板面が前記固定鉄心側に吸引されて当接するように構成された可動鉄心と、前記固定鉄心に巻装され、通電することにより、前記可動鉄心を前記固定鉄心側に電磁吸引して前記固定鉄心に接触させる励磁コイルとを備え、前記可動鉄心は、前記可動鉄心の前記固定鉄心側を薄板鋼板で構成した薄板積層部と、前記可動鉄心の前記固定鉄心と反対側を前記薄板積層部の前記薄板鋼板の板厚より厚い厚板で構成した厚板部とから構成されたことを特徴とする電磁石。
一方側に開口部が形成され、他方側に貫通孔が形成され、薄板鋼板が複数積層されて構成された固定鉄心と、前記固定鉄心内に配置された環状の励磁コイルと、前記固定鉄心の前記開口部および前記励磁コイルの環状部内に貫挿され、その貫挿部は鋼板が前記固定鉄心の積層方向と直交して積層された鋼板積層部を有し、前記固定鉄心に電磁吸引されて接触する接触部とを有する可動鉄心と、前記可動鉄心の前記接触部と前記可動鉄心の前記鋼板積層部とを固着するとともに、一端側が前記固定鉄心に形成された前記貫通孔に貫挿され、前記可動鉄心の移動をガイドする締結体とを備えたことを特徴とする電磁石。
前記可動鉄心の前記接触部は、前記固定鉄心の積層方向と直交する方向で前記固定鉄心側に薄板鋼板を積層した積層部と前記固定鉄心の反対側を前記積層部の前記薄板鋼板の板厚より厚い厚板部とから構成されたことを特徴とする請求項２記載の電磁石。
一方側及び他方側にそれぞれ貫通孔が形成され、中央部が環状部内に突出し一方側空間部と他方側空間部が形成され、薄板鋼板が複数積層されて構成された固定鉄心と、前記固定鉄心の前記一方側空間部内に配置された環状の第１の励磁コイルと、前記固定鉄心の前記他方側空間部内に配置された環状の第２の励磁コイルと、前記固定鉄心内でかつ前記第１の励磁コイルおよび前記第２の励磁コイルのそれぞれの環状部内に貫挿され、両側部はそれぞれ薄板鋼板が前記固定鉄心の積層方向とは直交して積層された第１鋼板積層部、第２鋼板積層部で構成され、前記第１鋼板積層部と前記第２鋼板積層部との間の中央部が前記第１鋼板積層部、前記第２鋼板積層部の前記薄板鋼板の板厚より厚い厚板で構成され、前記固定鉄心に電磁吸引されて接触する可動鉄心と、前記可動鉄心の前記第１鋼板積層部に設けられ、前記固定鉄心の一方側の前記貫通孔に貫挿された前記可動鉄心の移動をガイドする一方側棒と、前記可動鉄心の前記第２鋼板積層部に設けられ、前記固定鉄心の他方側の前記貫通孔に貫挿された前記可動鉄心の移動をガイドする他方側棒とを備えたことを特徴とする電磁石。
前記可動鉄心の前記第１鋼板積層部の鋼板の板厚を前記可動鉄心の前記第２鋼板積層部の鋼板の板厚よりも厚くしたことを特徴とする請求項４記載の電磁石。
前記可動鉄心と前記固定鉄心間に生成される磁気回路上において、前記可動鉄心または前記固定鉄心のいずれか一方に永久磁石を配置したことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電磁石。
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電磁石を操作機構に連結して用いたことを特徴とする開閉装置。