JP5649738B2 - 電磁操作装置およびそれを用いた開閉装置 - Google Patents

Description

この発明は、電磁操作装置およびそれを用いた開閉装置に関するものである。

一般に、電磁操作装置を用いた開閉装置、例えば電磁操作式真空遮断器は、主回路電流を開閉する真空バルブと、それを駆動させる電磁操作装置と、短絡事故時に発生する接点間の電磁反発力を抑えるための接圧ばねと、開極速度を増加させる開放ばねと、電磁操作装置と真空バルブを連結する絶縁ロッドおよび連結棒とから構成されている。

前記構成の電磁操作式真空遮断器は、短絡事故などにより過電流が流れた場合、電磁操作装置により真空バルブの接点を開極し、過電流を遮断する性能が求められている。電磁操作装置は、過電流を検知したら直ちに開極動作を実施する必要がある。また、真空バルブを閉じている状態では、電磁操作装置は永久磁石の磁束で保持されており、開極動作時は開極コイル（即ち、駆動コイル）に通電し、永久磁石の磁束を打ち消して動作させる。そのため、永久磁石による保持力（磁束量）が個体差によって変動すると、開極指令が来て永久磁石の磁束を打ち消すまでの時間が変動する。即ち、開極動作時にばらつきが発生する。従って、永久磁石による保持力の変動を小さくできれば、開極動作時のばらつきも小さくすることができる。

従来は、永久磁石の残留磁束密度の公差や寸法公差などを小さくして保持力のばらつき幅を狭めているが、調整時間の増加や磁石の選定などでコスト増となっている。そこで、永久磁石による保持力を容易に調整することが可能となれば、低コストで電磁操作装置を構成することができる。

例えば実開平６−８６３０３号公報（特許文献１）には、磁性体の位置を調整（ネジ式）することで磁束を分流させ回転式のアーマチャへの磁気吸引力を調整する過電流引き外し用電磁石装置が開示されている。

実開平６−８６３０３号公報

電磁操作装置は、永久磁石の磁力を用いて開閉装置の接点を投入保持しており、その保持力は、永久磁石の寸法公差や残留磁束密度公差、あるいは固定子と可動子の寸法公差等により大きく変動する。この永久磁石による保持力の変動が電磁操作装置を設計する上での課題であり、保持力の変動幅を小さくするためには、各部の寸法公差や残留磁束密度公差幅を狭める必要がある。その結果、組立（調整）時間の増加や磁石のコストアップに繋がる。

この発明は、電磁操作装置の保持力のばらつきを調整する部材を用いて永久磁石の保持力変動を吸収し、保持力のばらつきの小さい電磁操作装置およびそれを用いた開閉装置の提供を目的とするものである。

この発明に係る電磁操作装置は、電磁操作装置の可動子と、通電により磁束を発生し、前記可動子に駆動力を与える駆動コイルと、前記可動子を固定子との間で保持する永久磁石と、前記永久磁石による前記可動子の保持力を調整する保持力調整部材と、を備え、前記保持力調整部材は、前記駆動コイルに起因する磁束の主磁路とならない箇所であって、前記可動子と該可動子と対向する前記固定子および前記永久磁石の少なくとも一方の磁極面との間に配置されるものである。

この発明によれば、開閉動作時に駆動コイル（投入・開極コイル）起因の磁束の主磁路とならない箇所に保持力調整部材を配置し、電磁操作装置の保持力のばらつきを吸収するようにしたので、組立（調整）時間の増加や磁石のコストアップに繋がることなく、保持力のばらつきの小さい電磁操作装置あるいはそれを用いた開閉装置を提供することができる。

この発明の実施の形態１に係る電磁操作式真空遮断器の開極状態を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁操作装置を示す正面図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁操作装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁操作装置の回路構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁操作装置の接点タッチ時の状態を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁操作装置の投入完了状態を示す構成図である。 この発明の実施の形態１から実施の形態３に係る電磁操作装置の投入位置での駆動コイル（開極コイル）通電時の保持力特性である。 この発明の実施の形態１から実施の形態３に係る電磁操作装置の保持力が個体差で増減した場合の駆動コイル（開極コイル）通電時の保持力特性である。 この発明の実施前の形態１に係る電磁操作装置の永久磁石の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁操作装置の保持力調整部材をなくした場合の永久磁石の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁操作装置の保持力調整部材の寸法を変えた場合の永久磁石の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁操作装置の保持力調整部材の寸法を変えた場合の永久磁石の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁操作装置の接点タッチの位置で駆動コイル(投入コイル)に通電した場合の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態１から実施の形態３に係る電磁操作装置の投入動作時の電磁力特性である。 この発明の実施の形態１から実施の形態３に係る電磁操作装置の開極動作時の電磁力特性である。 この発明の実施の形態１に係る電磁操作装置の投入完了の位置で駆動コイル（投入コイル）に通電した場合の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁操作装置の投入完了の位置で駆動コイル（開極コイル）の通電時の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁操作装置の開極途中での駆動コイル（開極コイル）通電時の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態２に係る電磁操作装置を示す正面図である。 この発明の実施の形態２に係る電磁操作装置の永久磁石の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態２に係る電磁操作装置の投入完了の位置で駆動コイル（投入コイル）に通電した場合の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態２に係る電磁操作装置の投入完了の位置で駆動コイル（開極コイル）への通電時の磁束の流れである。 この発明の実施の形態３に係る電磁操作装置を示す正面図である。 この発明の実施の形態３に係る電磁操作装置の永久磁石の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態３に係る電磁操作装置の投入完了の位置で駆動コイル（投入コイル）に通電した場合の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態３に係る電磁操作装置の投入完了の位置で駆動コイル（開極コイル）への通電時の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態１から実施の形態３に係る電磁操作装置の駆動コイル（開極コイル）通電時の保持力特性を示す図である。 この発明の実施の形態４に係る電磁操作装置を示す正面図である。 この発明の実施の形態４に係る電磁操作装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４に係る電磁操作装置の可動子対向部の拡大図である。 この発明の実施の形態４に係る電磁操作装置の永久磁石の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態４に係る電磁操作装置の保持力調整部材を取り外した場合の可動子対向部の拡大図である。 この発明の実施の形態４に係る電磁操作装置の保持力調整部材の厚みを増やした場合の可動子対向部の拡大図である。 この発明の実施の形態４に係る電磁操作装置の投入位置で開極コイル通電時のコイル起因の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態４に係る電磁操作装置の開極動作途中で開極コイル通電時のコイル起因の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態４に係る電磁操作装置の開極位置で開極コイル通電時のコイル起因の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態４に係る電磁操作装置の開極位置で投入コイル通電時のコイル起因の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態４に係る電磁操作装置の開極位置で投入コイル通電時のコイル起因の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態４に係る電磁操作装置の投入位置で投入コイル通電時のコイル起因の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態５に係る電磁操作装置を示す正面図である。 この発明の実施の形態５に係る電磁操作装置の永久磁石の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態５に係る電磁操作装置の投入位置で開極コイル通電時のコイル起因の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態５に係る電磁操作装置の開極位置で投入コイル通電時のコイル起因の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態６に係る電磁操作装置を示す正面図である。 この発明の実施の形態６に係る電磁操作装置の永久磁石の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態６に係る電磁操作装置の投入位置で開極コイル通電時のコイル起因の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態６に係る電磁操作装置の開極位置で投入コイル通電時のコイル起因の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態７に係る電磁操作装置を示す正面図である。 この発明の実施前の形態７に係る電磁操作装置の永久磁石の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態７に係る電磁操作装置の投入位置で開極コイル通電時のコイル起因の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態７に係る電磁操作装置の開極位置で投入コイル通電時のコイル起因の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態８に係る電磁操作装置の開極位置を示す正面図である。 この発明の実施の形態８に係る電磁操作装置の開極位置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態９に係る電磁操作装置の開極位置を示す正面図である。 この発明の実施の形態８に係る電磁操作装置の開極位置で投入動作時に駆動コイル起因の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態９に係る電磁操作装置の開極位置で投入動作時に駆動コイル起因の磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態１０に係る電磁操作装置の投入位置で境界突部周辺の拡大図である。

以下、この発明に係る電磁操作装置およびそれを用いた開閉装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、電磁操作装置を用いた開閉装置として電磁操作式真空遮断器を例に挙げて説明するが、この実施の形態により発明が限定されるものではなく、諸種の設計的変更を含むものである。また、各実施の形態を説明する図において、同一符号は同一または相当部分を示している。

実施の形態１.
図１は、この発明の実施の形態１に係る電磁操作式真空遮断器の開極位置の構成を示す図である。図１において、電磁操作式真空遮断器（以下、単に真空遮断器という。）１の遮断部である真空バルブ２は、真空容器中に固定電極３およびこの固定電極３と所定の間隔を介して配置され、固定電極３に接触、開離する可動電極４を収容している。可動電極４は、絶縁ロッド５、ばね受け６、短絡事故時に発生する接点間の電磁反発力を抑えるための接圧ばね７を介して電磁操作装置８の連結棒９に連結されている。

電磁操作装置８は、連結棒９を軸方向に移動させる駆動力を発生する駆動コイル（投入・開極コイル）１０と、駆動コイル（投入・開極コイル）１０を収容する固定子１１と、連結棒９に連結され、駆動コイル（投入・開極コイル）１０の発生する磁束により移動する可動子１２と、固定電極３と可動電極４との間の開極速度を増加させる開放ばね１３を備えている。真空遮断器１の必要開極速度によっては、開放ばね１３は無くても構成可能である。可動子１２には、駆動コイル（投入・開極コイル）１０に形成された中央空間部を移動する可動子中央部１２ａと、固定子１１の開放ばね１３側の一面に対向する可動子対向部１２ｂが形成されている。なお、図１は単相のみを示しているが、３相の場合は３相分が所定の間隔を設けて並列に配列される。３相の場合は、１つの電磁操作装置８で３相の真空バルブ２を駆動させることも可能である。

図２は、電磁操作装置８の詳細を説明する正面図であり、図３は、その斜視図を示している。図２および図３に示すように電磁操作装置８は、可動子１２、固定子１１、駆動コイル（投入・開極コイル）１０と共に、永久磁石１４と、保持力調整部材１５を備えている。なお、図２および図３では開極コイルと投入コイルを駆動コイル（投入・開極コイル）１０として１つのコイルで示しているが、開極・投入コイルを個別に構成しても良い。

永久磁石１４および保持力調整部材１５は、固定子１１に設けられており、可動子対向部１２ｂとの対向面側に配置されている。固定子１１の可動子対向部１２ｂとの対向面には、該対向面を中央部と外側部に二分する境界突部１１ａが形成されており、永久磁石１４は、固定子１１の可動子対向部１２ｂとの対向面の中央部側に配置され、保持力調整部材１５は、固定子１１の可動子対向部１２ｂとの対向面の外部側に配置されている。なお、保持力調整部材１５は、固定子１１の可動子対向部１２ｂとの対向面に設けることにより、取り外し可能となっている。また、境界突部１１ａは、例えば固定子１１の可動子対向部１２ｂとの対向面の中央部側および外側部にそれぞれ、切り欠きもしくは溝を形成することにより構成される。

図４は、電磁操作装置８の回路構成を示している。操作基板１６は、駆動コイル（投入・開極コイル）１０に通電するための電荷を蓄積するコンデンサ１７、１８を有しており、それぞれ投入用と開極用に用いられている。投入用コンデンサ１７、開極用コンデンサ１８は、充電制御回路によって一定の電圧に充電されるようになっている。充電制御回路は外部電源によって動作する。ここで充電制御回路および外部電源は図示していない。また、外部からの投入指令あるいは開極指令を受けると、投入用コンデンサ１７あるいは開極用コンデンサ１８から駆動コイル（投入・開極コイル）１０へ電荷を放電する。なお、図４ではコンデンサの例を挙げて説明しているが、開閉動作用の駆動コイル（投入・開極コイル）１０の電源はこれに限らず何でもよい。

次に、投入動作と開極動作について図１〜図６を用いて説明する。図１のように真空遮断器１が開極状態にあるときに、図４に示す操作基板１６に投入指令が入力されると、投入用コンデンサ１７に蓄えられた電荷が駆動コイル（投入コイル）１０に供給され、駆動コイル（投入コイル）１０により発生する電磁力により電磁操作装置８の可動子１２が軸方向（図１中の右方向）に移動し、これに連結した連結棒９、接圧ばね７、ばね受け６、絶縁ロッド５、可動電極４が一体となって同方向に動く。真空遮断器１は、図５に示すように、可動電極４が固定電極３に当接した時点では、電磁操作装置８の可動子１２は、まだ可動子中央部１２ａの先端が固定子１１に当接しないような構造となっている。このため、駆動コイル（投入コイル）１０が発生する磁束により可動子１２はさらに軸方向移動し、接圧ばね７を圧縮し可動子中央部１２ａの先端が固定子１１に当接することにより全体が静止し、図６のように投入状態となる。投入完了後、駆動コイル（投入コイル）１０への電荷の供給が止まり、永久磁石１４の磁束で投入位置を保持する。そして、投入動作時は、駆動コイル（投入コイル）１０を可動子中央部１２ａの永久磁石１４の磁束と同じ方向となるような極性で通電する。なお、この時、可動子対向部１２ｂは、固定子１１と僅かに空隙を介して対向している。

次に、図６のように真空遮断器１が投入状態にあるとき、操作基板１６に開極指令が入ると、開極用コンデンサ１８から駆動コイル（開極コイル）１０に電荷が放電される。ここで、駆動コイル（開極コイル）１０への通電の極性は投入動作時と逆の極性にして、投入動作時に永久磁石１４が可動子対向部１２ｂに対して作る磁束と逆方向に磁束を発生させる。開極用コンデンサ１８の電荷が駆動コイル（開極コイル）１０に放電すると永久磁石１４の保持力が小さくなり、その保持力が接圧ばね７と開放ばね１３の終荷重の合計値以下になると投入位置で保持できなくなり可動子１２は図６中の左方向に移動し、これに連結された連結棒９が同方向に移動する。これに応じて接圧ばね７が伸張を始める。接圧ばね７がその構造上で規定された最大長（自由長ではない）まで伸張すると、絶縁ロッド５、可動電極４が可動子１２、連結棒９、接圧ばね７と一体となって同方向に移動する。
図示していないが可動子１２の左側に固定板があり、この固定板と可動子１２が当接して開極状態となる。

次に、投入位置における駆動コイル（開極コイル）１０への通電時に、可動子１２を保持する保持力特性について説明する。図７は、投入位置での駆動コイル（開極コイル）１０への通電時に、可動子１２を保持する保持力特性を示す図である。図７において、横軸は駆動コイル（開極コイル）１０へのコイル電流Ａと駆動コイル（開極コイル）１０の巻数Ｔの積である起磁力（Ａ×Ｔ）を示し、縦軸は保持力を示している。

駆動コイル（開極コイル）１０の電流が増加（Ａ×Ｔが増加）すると、永久磁石１４の磁束を駆動コイル（開極コイル）１０に起因する磁束が打ち消し、保持力は低減する。次に、駆動コイル（開極コイル）１０に起因する磁束がある一定の起磁力以上となると、駆動コイル（開極コイル）１０の磁束が永久磁石１４の磁束に対して大きくなり、保持力は増加していく。保持力は磁束の２乗に比例するため、磁束の向きは関係ない。ここで、保持力が可動子中央部１２ａから固定子１１、可動子対向部１２ｂから固定子１１（保持力調整部材１５も含む）、永久磁石１４から可動子対向部１２ｂの３つの箇所で発生するのに対し、駆動コイル（開極コイル）１０に起因する磁束は、可動子中央部１２ａから固定子１１に通過する磁束を打ち消し、可動子対向部１２ｂから固定子１１（保持力調整部材１５も含む）および永久磁石１４から可動子対向部１２ｂの磁束のすべては打ち消せない。保持力の全てを打ち消す構造とすると、開極動作時に永久磁石１４を減磁してしまい、永久磁石１４の劣化に繋がる。そのため駆動コイル（開極コイル）１０の起磁力を増加させても保持力は零とならず、駆動コイル（開極コイル）１０では打ち消せない保持力が存在する。

図８は、電磁操作装置８の保持力がばらついた場合の駆動コイル（開極コイル）１０の起磁力と投入位置での保持力の関係を示す図である。電磁操作装置８は、設計値での特性で駆動コイル（開極コイル）１０の起磁力を増加させ、保持力が接圧ばね７と開放ばね１３の終荷重の合計値（横点線）以下となると開極動作を行う。電磁操作装置８の個体差により、保持力が増加した特性では、駆動コイル（開極コイル）１０の起磁力を増加させ、保持力が接圧ばね７と開放ばね１３の終荷重の合計値以下とならないため、開極動作不能となる。実際は、保持力が増加した個体においても保持力が接圧ばね７と開放ばね１３の終荷重の合計値以下となるように設計するため、目標の保持力公差内に収める必要がある。

次に、保持力が低減した特性では、保持力が接圧ばね７と開放ばね１３の終荷重の合計値以下となるが、駆動コイル（開極コイル）１０への通電無し（投入保持状態）での保持力と接圧ばね７と開放ばね１３の終荷重の合計値との差異が小さくなり、永久磁石１４の経時劣化や周囲温度変動などにより駆動コイル（開極コイル）１０への通電無しでの保持力が接圧ばね７と開放ばね１３の終荷重の合計値以下となると、投入保持不能となる。このように、電磁操作装置８の個体差により保持力が変動すると電磁操作装置８の性能に大きく影響が出るため保持力の変動を抑制することが重要となる。

次に、電磁操作装置８の保持力調整について説明する。図９は、投入位置における永久磁石１４の磁束の流れを示す図である。図９に示すように、永久磁石１４の磁束は、可動子中央部１２ａから固定子１１、可動子対向部１２ｂから固定子１１（保持力調整部材１５も含む）、永久磁石１４から可動子対向部１２ｂの３つの流れを形成し、可動子１２に保持力を発生させる。

図１０は保持力調整部材１５を取り外した場合の図であり、図１１および図１２は保持力調整部材１５の断面積を変化させた場合の図である。各図の線の細い矢印は保持力調整部材１５の変更により、通過する磁束量が低減していることを示す。
保持力調整部材１５は、高さ方向、横方向、厚み方向それぞれを変更して、断面積や可動子１２との空隙を変更できる構造であればどのような形状でも良い。さらに、保持力調整部材１５の寸法を変えずに磁気特性の異なる材料で構成しても同様に保持力を調整することができる。図１０から図１２は保持力を低減させる構造であるが、保持力調整部材１５を可動子対向部１２ｂとの空隙を短くするように配置（例えば、保持力調整部材１５の軸方向の寸法を大きくする等）すれば保持力は増加する。保持力調整部材１５には、永久磁石１４の磁束が通過するため、磁束の時間変化がなく、渦電流が発生しない。従って、固定方法は図示していないがネジ止めやカバーで固定するなど何でも良い。

また、永久磁石１４の側面の磁極の一部を保持力調整部材１５で構成することで、保持力調整部材１５が直接永久磁石１４と接しないため、保持力調整部材１５が永久磁石１４自体に吸引される力が小さくなり組立性が向上する。なお、永久磁石１４の側面の磁極のすべて（境界突起１１ａも含む）を保持力調整部材１５で構成しても保持力の調整を可能とする効果はかわらない。

また、可動子中央部１２ａと固定子１１の間のように機械的に接触する箇所に保持力調整部材１５を配置した場合は、保持力を増加させるか低減させるかのどちらか一方しかできないのに対し（例えば、組立時に接触部に非磁性体部材を配置すれば、この非磁性体部材を取り外せば保持力は増加する。逆に組立時に接触部に調整部材を配置せず、後から非磁性体部材を配置すれば保持力は低減する）、可動子１２と固定子１１が機械的に接触せず図９に図示するように可動子１２と固定子１１間に空隙のある箇所に保持力調整部材１５を配置することで保持力を増減させることが可能となる。

電磁操作装置８の個体差による保持力は設計値に対して上下するため、保持力を増減させることが重要である。また開閉時に可動子対向部１２ｂが保持力調整部材１５に接触しないため、開閉動作によって保持力調整部材１５が変形することも無い。

以上が永久磁石１４に起因する磁束の流れや保持力についての説明であり、以下に駆動コイル（投入・開極コイル）１０の通電時の磁束の流れについて説明する。

図１３は、投入動作時に接圧ばね７の圧縮を開始する位置での駆動コイル（投入コイル）１０に起因する磁束の流れを示す。図１３中の矢印は駆動コイル（投入コイル）１０が発生する磁束である。駆動コイル（投入コイル）１０が発生する磁束の主磁路を実線の矢印で示しており、保持力調整部材１５は保持力調整部材１５と可動子１２間に空隙があるため通過する磁束量は少なく、主磁路に含まれない。ここで駆動コイル（投入コイル）１０の主磁路とは、駆動コイル（投入コイル）１０が発生する磁束の磁路の中で最も磁気抵抗の小さい磁路とする。駆動コイル（投入コイル）１０に起因する磁束ベクトルにおいて、実線での矢印が主磁路で、点線の矢印は主磁路ではない。

本実施の形態では、投入位置においても可動子対向部１２ｂと保持力調整部材１５の間に空隙が存在し（当接面ではないため）、駆動コイル（投入・開極コイル）１０に起因する磁束の磁路は、駆動コイル（投入・開極コイル）１０と永久磁石１４間の固定子１１を通る磁路Ａと永久磁石１４の外側の磁極（保持力調整部材１５も含む）を通る磁路Ｂに分流する。

図１３では磁路Ａが主磁路で磁路Ｂは主磁路にはならない。固定子１１の可動子対向部１２ｂと対向する箇所に保持力調整部材１５を配置することで、可動子１２の位置が変わっても磁路Ａ中に存在する固定子１１と可動子中央部１２ａの側面間の空隙は変わらないが、磁路Ｂは固定子１１と可動子対向部１２ｂとの空隙が広がると、磁路Ｂの空隙も広がり磁気抵抗が大きくなる。鉄に比べると空隙の磁気抵抗は非常に大きいため、少しでも空隙が広がると駆動コイル（投入コイル）１０に起因する磁束の大半は磁路Ｂに流れずに磁路Ａを通過する（分流比は磁路Ａと磁路Ｂの磁気抵抗で決定する）。可動子１２の位置によって空隙の変化量が異なる２つの磁路で構成し、可動子１２の位置によって空隙が変化する磁路中に保持力調整部材１５を配置することが重要である。

図１４に投入動作時の電磁力特性、図１５に開極動作時の電磁力特性を示す。共に横軸がストローク、縦軸に荷重を示す。仮に保持力調整部材１５が駆動コイル（投入・開極コイル）１０の主磁路となる箇所に配置された場合、保持力調整部材１５の有無で磁路長の磁気抵抗が異なり電磁力特性も異なってしまう（図１４と図１５中に図示）。主磁路中に保持力調整部材１５を配置すると、保持力のばらつきは抑制できても、開閉駆動中の電磁力特性がばらつくため、開閉動作がばらついてしまう。よって、保持力調整部材１５は、駆動コイル（投入・開極コイル）１０の主磁路とならない箇所に配置する必要がある。

駆動コイル（投入・開極コイル）１０に起因する磁束の主磁路とならない箇所に保持力調整部材１５を配置することで、保持力調整部材１５の取り外しや形状を変更しても開閉動作に与える影響は小さい。図１６に投入完了時の磁束の流れを示す。投入位置でも保持力調整部材１５は主磁路にはならない。同様に図１７および図１８に駆動コイル（投入・開極コイル）１０の通電時の磁束の流れを示す。投入と同様に開極駆動途中においても、保持力調整部材１５は駆動コイル（投入・開極コイル）１０に起因する磁束の主磁路とならない。

開閉動作共に、駆動コイル（投入・開極コイル）１０が発生する磁束は永久磁石１４を通過しないため、駆動コイル（投入・開極コイル）１０が発生する磁束が原因となる減磁は極めて小さい。また保持力調整部材１５は投入保持時に永久磁石１４の磁束が通過するため（永久磁石１４の磁束は時間変化しないため渦電流は発生しない）バルクで構成しても問題ない。一般的に、電磁操作装置を構成する鉄心は渦電流を抑制するために電磁鋼板を積層して構成するが、時間変化のある駆動コイル（投入・開極コイル）１０起因の磁束の通過量が小さい保持力調整部材１５に発生する渦電流は小さいため、保持力調整部材１５は電磁鋼板を積層して構成する必要も無く、一体物のバルクで構成が可能となる。保持力調整部材１５は取り外し可能な構造とする為、バルクで構成した方が、取り付け部の加工が電磁鋼板を積層して構成した場合に比べが良くなる。ただし、保持力調整部材１５を電磁鋼板を積層して構成した場合でも本発明の効果は変らない。また、前記実施の形態１では真空遮断器を例として述べているが、真空遮断器に限定するものではない。

実施の形態２.
次に、この発明の実施の形態２に係る電磁操作装置およびそれを用いた開閉装置について説明する。
図１９は、実施の形態２に係る電磁操作装置を示す構成図である。実施の形態２に係る電磁操作装置８は、保持力調整部材１５が永久磁石１４の内側の磁極に配置されている。
なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことにより説明を省略する。

図２０は投入位置での永久磁石１４の磁束の流れ、図２１は駆動コイル（投入コイル）１０の投入の際の通電時における磁束の流れ、図２２は開極の際の駆動コイル（開極コイル）１０への通電時の磁束の流れである。駆動コイル（投入・開極コイル）１０に起因する磁束ベクトルにおいて実線矢印が主磁路で、点線矢印は主磁路ではない。永久磁石１４の内側の磁極の一部を保持力調整部材１５とする効果は、実施の形態１の外側に配置した場合と同等である。

実施の形態３.
次に、この発明の実施の形態３に係る電磁操作装置およびそれを用いた開閉装置について説明する。
図２３は、実施の形態３に係る電磁操作装置を示す構成図である。実施の形態３に係る電磁操作装置８は、保持力調整部材１５が永久磁石１４の内側と外側の両側の磁極に配置されている。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことにより説明を省略する。

図２４は投入位置での永久磁石１４の磁束の流れ、図２５は駆動コイル（投入コイル）１０の投入の際の通電時における磁束の流れ、図２６は駆動コイル（開極コイル）１０の開極の際の通電時における磁束の流れである。駆動コイル（投入・開極コイル）１０に起因する磁束ベクトルにおいて実線矢印が主磁路で点線矢印は主磁路ではない。永久磁石１４の内側と外側の両側の磁極に配置する効果は、内側と外側の２箇所（両端で４箇所）で保持力調整が可能なため、保持力調整部材１５で調整可能な保持力の幅が大きくなる。

図２７に実施の形態１から実施の形態３での投入位置における駆動コイル（開極コイル）１０への通電時の保持力特性の一例を示す。実施の形態１でも説明したとおり、保持力は、可動子中央部１２ａから固定子１１、可動子対向部１２ｂから固定子１１(保持力調整部材１５も含む)、永久磁石１４から可動子対向部１２ｂの３箇所で発生し、駆動コイル（開極コイル）１０に起因する磁束は、可動子中央部１２ａから固定子１１に通過する磁束のみを打ち消し、可動子対向部１２ｂから固定子１１（保持力調整部材１５も含む)および永久磁石１４から可動子対向部１２ｂの磁束は打ち消せない。このため、電磁操作装置８の構造（実施形態）により駆動コイル（開極コイル）１０への通電時の保持力特性が異なる。ここでは比較のため、駆動コイル（開極コイル）１０への通電無しでの保持力は同じとする。

まず実施の形態３のように、永久磁石１４の両端に保持力調整部材１５を含む磁極を配置することで、可動子対向部１２ｂから固定子１１（保持力調整部材１５も含む）の保持力の割合が実施の形態１あるいは実施の形態２に比べ大きくなる。その結果、駆動コイル（開極コイル）１０では打ち消せない保持力の割合が大きくなる。

それに対して実施の形態１あるいは実施の形態２の構造では、永久磁石１４の片側のみに保持力調整部材１５を含む磁極を配置することで駆動コイル（開極コイル）１０では打ち消せない保持力の割合が小さくなる。駆動コイル（開極コイル）１０では打ち消せない保持力の割合が小さくなるということは、同じ起磁力（ＡＴ）で打ち消せる保持力が大きくなり、保持力を接圧ばね７と開放ばね１３の終荷重の合計値以下にするために必要な起磁力は小さくできる。まとめると以下のようになる。

実施の形態１と実施の形態２は、保持力の調整幅は実施の形態３に比べると小さいが、開極動作に必要な起磁力を小さくできる。逆に実施の形態３では、開極動作に必要な起磁力は実施の形態１と２に比べて大きいが、保持力の調整幅が大きい。このような特性を生かして真空遮断器１の構成によって電磁操作装置８を使い分けることで最適な電磁操作式開閉装置を構成できる。

実施の形態４.
次に、この発明の実施の形態４に係る電磁操作装置およびそれを用いた開閉装置について説明する。
図２８は、実施の形態４に係る電磁操作装置を示す構成図である。実施の形態４に係る電磁操作装置８は、保持力調整部材１５が永久磁石１４の上部に配置されている。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことにより説明を省略する。

図２９は図２８の斜視図で、図３０は可動子１２と永久磁石１４の対向面の拡大図である。図３１に投入位置での永久磁石１４の磁束の流れを示す。実施の形態1と同様に永久磁石１４の磁束は、可動子中央部１２ａから固定子１１、可動子対向部１２ｂの端部から固定子１１、永久磁石１４（保持力調整部材１５も含む）から可動子１２の３つの流れを形成し可動子３に保持力を発生させる。

図３２は保持力調整部材１５を取り外した場合、図３３は保持力調整部材１５の高さを増やした図である。保持力調整部材１５は断面積だけでなく、可動子１２との空隙も調整可能である。これは、前記の各実施の形態でも同様である。保持力調整部材１５の有無では磁束の流れは図３１と同様で、可動子１２と永久磁石１４間の空隙がかわり、永久磁石１４起因の総磁束量がかわり保持力が増減する。保持力調整部材１５は、高さ方向、横方向、厚み方向それぞれを変更して、断面積や可動子１２との空隙を変更できる構造であれば、どんな形でも良い。ただし、保持力調整部材１５と可動子１２は、投入状態においても空隙ができるように保持力調整部材１５の高さを調整する必要がある。保持力測定後に保持力調整が必要となった場合、永久磁石１４と可動子１２間の空隙を広げて永久磁石１４の上部に保持力調整部材１５を交換もしくは取り外しするだけでよく保持力調整時間が短縮できる。

以下に駆動コイル通電時の磁束の流れについて説明する。図３４、図３５、図３６が投入位置から駆動コイル（開極コイル）１０に通電し開極位置に移動するまでの磁束の流れで、図３７、図３８、図３９が開極位置から駆動コイル（投入コイル）１０に通電し投入位置に移動するまでのコイル起因の磁束の流れである。永久磁石１４の磁気抵抗は空隙とほぼ同等のため、駆動コイル（投入コイル）１０と駆動コイル（開極コイル）１０起因の磁束は永久磁石１４を通過しない。更に開閉動作共に、駆動コイル１０が発生する磁束は永久磁石１４を通過しないため、駆動コイル１０が発生する磁束が原因となる減磁は極めて小さい。永久磁石１４の減磁が小さいということは、製品出荷後の永久磁石１４の経時劣化に伴う保持力変動も小さい。

実施の形態５.
次に、この発明の実施の形態５に係る電磁操作装置およびそれを用いた開閉装置について説明する。
図４０は、実施の形態５に係る電磁操作装置を示す構成図である。実施の形態５に係る電磁操作装置８は、保持力調整部材１５が永久磁石１４の下部に配置されている。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことにより説明を省略する。

図４０は永久磁石１４の下部に保持力調整部材１５を配置した図である。図４１に投入位置での永久磁石１４の磁束の流れを示し、図４２は投入位置で駆動コイル（開極コイル）１０に通電したときのコイル起因の磁束の流れを示し、図４３は開極位置で駆動コイル（投入コイル）１０に通電したときのコイル起因の磁束の流れを示している。

永久磁石１４起因の磁束は閉ループを形成するため、永久磁石１４と固定子８間に配置した保持力調整部材１５には永久磁石１４起因の磁束が流れ、駆動コイル１０起因の磁束は流れない。よって、永久磁石１４および駆動コイル１０起因の磁束の流れ（駆動途中も含む）は実施の形態４と同じである。保持力調整については実施の形態４と同様で保持力調整部材１５の寸法を変更することで永久磁石１４と可動子１０の間の空隙を変化させる。本実施の形態では、永久磁石１４と固定子８間に保持力調整部材１５を配置するため、永久磁石１４を固定子８に取り付ける場合、永久磁石１４と保持力調整部材１５をセットにして例えば、紙面前方向からスライドさせて配置することが可能なため、永久磁石１４の表面が固定子１１と接して削れてしまうことを防げる。

実施の形態６.
次に、この発明の実施の形態６に係る電磁操作装置およびそれを用いた開閉装置について説明する。
図４４は、実施の形態６に係る電磁操作装置を示す構成図である。実施の形態６に係る電磁操作装置８は、保持力調整部材１５が永久磁石１４の上下に配置されている。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことにより説明を省略する。

図４４は永久磁石１４の上下に保持力調整部材１５を配置した図である。図４５は投入位置での永久磁石１４の磁束の流れを示し、図４６は投入位置で駆動コイル（開極コイル）１０に通電したときのコイル起因の磁束の流れを示し、図４７は開極位置で駆動コイル（投入コイル）１０に通電したときのコイル起因の磁束の流れを示している。

永久磁石１４の上下に保持力調整部材１５を配置することで、永久磁石１４と固定子８間の保持力調整部材１５は永久磁石１４の保護（永久磁石１４と固定子８間の保持力調整部材１５でも保持力の調整は可能）、永久磁石１４と可動子１０間の保持力調整部材１５で空隙の微調整が可能となる。実施の形態６においても永久磁石１４および駆動コイル１０起因の磁束の流れ（駆動途中も含む）は実施の形態１と同じである。

実施の形態７.
次に、この発明の実施の形態７に係る電磁操作装置およびそれを用いた開閉装置について説明する。
図４８は、実施の形態７に係る電磁操作装置を示す構成図である。実施の形態７に係る電磁操作装置８は、保持力調整部材１５が永久磁石１４の上部と外側に配置されている。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことにより説明を省略する。

図４８は永久磁石１４の上部と外側の磁極に保持力調整部材１５を配置した図である。保持力調整部材１５は可動子対向部１２ｂと対向する磁極面（固定子と永久磁石）に配置している。図４９は投入位置での永久磁石１４の磁束の流れを示し、図５０は投入位置で駆動コイル（開極コイル）１０に通電したときのコイル起因の磁束の流れを示し、図５１は開極位置で駆動コイル（投入コイル）１０に通電したときのコイル起因の磁束の流れを示している。

このように、保持力調整部材１５の組合せを変えても永久磁石１４と駆動コイル１０起因の磁束の流れは実施の形態１と同じである。

実施の形態８.
次に、この発明の実施の形態８に係る電磁操作装置およびそれを用いた開閉装置について説明する。
図５２と図５３は、実施の形態８に係る電磁操作装置を示す構成図である。実施の形態８に係る電磁操作装置８は、固定子１１の４隅に支柱１９を配置している。支柱１９を介して可動子１２の開極時の動作を規制する開極ストッパ２０を設けている。可動子１２は開極動作時に開極ストッパ２０に機械的に当り停止する。支柱１９の長さ方向をかえることで可動子１２の駆動方向の動作範囲を容易にかえることが出来る。なお、支柱１９及び開極ストッパ２０は磁性体でも非磁性体でも機械的強度を有すればなんでも良い。

更に、支柱１９は固定子１１の４隅に配置しているため、支柱１９を磁性体で構成すると、開極位置での永久磁石１４の磁束の漏れが支柱１９に集中するため、外部への磁場の漏れを抑制できる。図５２は単相での図となっているが、遮断器として３相間の間隔が短いときは、特に外部への磁場の漏れを抑制できるのは効果的である。

また、外部への磁場の漏れを抑制できるため、点検業者や作業者が磁場の影響を受けながら作業しなくてもよい。更に、開極ストッパ２０があることにより、軸方向への磁場の漏れも抑制できる。磁場の漏れを抑制する効果については前記の各実施の形態のように永久磁石１４の上下に保持力調整部材１５があっても同様の効果が得られる。

実施の形態９.
次に、この発明の実施の形態９に係る電磁操作装置およびそれを用いた開閉装置について説明する。
図５４は、実施の形態９に係る電磁操作装置８を示し、実施の形態８に係る電磁操作装置８との相違点は、支柱１９と開極ストッパ２０との間に磁気ギャップとなる空隙２１を設けたことで、その他の構成については実施の形態８と同様である。

次に、実施の形態９に係る電磁操作装置８の作用、効果について説明する。図５５は、実施の形態８に係る電磁操作装置８において、支柱１９と開極ストッパ２０を磁性体で構成した場合における投入動作時の駆動コイル１０に起因する磁束の流れを示している。なお、実施の形態９に係る電磁操作装置８の同様の場合における投入動作時の駆動コイル１０に起因する磁束の流れは図５４に図示している。

実施の形態８に係る電磁操作装置８においては、図５５に示すとおり、投入動作時に駆動コイル１０に起因する磁束は、固定子１１を通る磁路Ｃと、支柱１９、開極ストッパ２０から可動子１２を通過する磁路Ｄが形成される。それぞれの磁路Ｃ、Ｄを通る磁束のため、可動子１２には投入方向のＦ１と開極方向のＦ２の荷重の合力が作用する。投入動作時においては開極方向の荷重Ｆ２はロスとなる。

一方、実施の形態９に係る電磁操作装置８においては、図５４に示すとおり、支柱１９と開極ストッパ２０との間に磁気ギャップとなる空隙２１を設けることでロス分となる磁路Ｄを通過する磁束が減り、同一起磁力でも投入方向の荷重Ｆ１が大きくなる。さらに空隙２１を設けることで図５６に示すとおり、支柱１９から紙面方向をとおり可動子１２に通過する磁路Ｅが形成され、開極方向の荷重Ｆ２を発生させずに投入方向の荷重Ｆ１を大きくすることができる。

実施の形態１０.
次に、この発明の実施の形態１０に係る電磁操作装置およびそれを用いた開閉装置について説明する。
図５７は、実施の形態１０に係る電磁操作装置を示す構成図で、可動子１２の投入状態で境界突部１１ａの周辺を拡大した図である。実施の形態１０においては、保持力調整部材１５と可動子１２に形成された可動子対向部１２ｂとの間の空隙が、境界突部１１ａと可動子対向部１２ｂとの間の空隙より大きく構成されている。仮に保持力調整部材１５と可動子対向部１２ｂとの間の空隙が、境界突部１１ａと可動子対向部１２ｂとの間の空隙より小さくなると、投入時に保持力調整部材１５に可動子対向部１２ｂ、即ち、可動子１２が衝突し、保持力調整部材１５が変形してしまう。

保持力調整部材１５は、保持力を調整するために可動子１２との空隙を制御しているため、投入動作時に可動子１２が保持力調整部材１５に衝突すると、制御していた空隙量が変化して保持力がばらついてしまう。そこで、境界突部１１ａと可動子対向部１２ｂとの間の空隙を保持力調整部材１５と可動子対向部１２ｂとの間の空隙より小さく構成すると境界突部１１ａがストッパの役割を果たして可動子１２が保持力調整部材１５に衝突することを防ぐことができる。通常では固定子１１と可動子１２の当接部は可動子中央部１２ａとなっているので、境界突部１１ａと可動子対向部１２ｂにも空隙があるため、可動子１２が異常変形しなければ、境界突部１１ａに衝突することはない。

なお、以上の各実施の形態では、保磁力調整部材１５を駆動コイル１０に起因する磁束の主磁路とならない箇所に配置することで、取り外し可能としている。電磁操作装置８が動作するときに大きな磁束が通る主磁路を構成する部品には大きな力が加わるので、これらの部材は強固に締結させる必要がある。従って、仮に、これらの部品の間に保磁力調整部材１５を設けると、容易に取り外しを行うことはできなくなる。また、保磁力調整部材１５を調整のために入れ替えるには、前記主磁路を構成する部品の締結を外して再度組付ける必要が生じ、組立（調整）時間が増加すると共に、組付け精度により想定した調整ができないことがある。この発明では、保磁力調整部材１５を、駆動コイル１０に起因する磁束の主磁路とならない箇所に配置することで、組立（調整）時間の増加や磁石のコストアップに繋がることなく、保持力のばらつきの小さい電磁操作装置あるいはそれを用いた開閉装置を提供することができる。

また、保磁力調整部材１５が、取り外し可能であることが求められるのは、保磁力の調整作業を行うときであることは明らかである。従って、前記保磁力の調整作業が終了した後、例えば、出荷前の調整後に、接着、非磁性のリベットによるカシメ、または非磁性のボルトによるネジ締めなど、調整済みの保磁力に影響を及ぼさない固定方法にて保磁力調整部材１５を固定してもよいことはいうまでもない。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略することが可能である。

Claims (12)

1. 電磁操作装置の可動子と、
   通電により磁束を発生し、前記可動子に駆動力を与える駆動コイルと、
   前記可動子を固定子との間で保持する永久磁石と、
   前記永久磁石による前記可動子の保持力を調整する保持力調整用部材と、を備え、
   前記保持力調整用部材は、
   前記駆動コイルに起因する磁束の主磁路とならない箇所であって、前記可動子と該可動子と対向する前記固定子および前記永久磁石の少なくとも一方の磁極面との間に配置されることを特徴とする電磁操作装置。
2. 前記固定子の前記可動子との対向面に、該対向面を中央部と外側部に二分する境界突部を形成し、
   前記境界突部と前記可動子との対向面の空隙に対して、前記保持力調整用部材と前記可動子との対向面の空隙を大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の電磁操作装置。
3. 前記保持力調整用部材は、前記永久磁石の磁極面に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁操作装置。
4. 前記保持力調整用部材は、前記永久磁石の外側部の磁極の一部を構成するように配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁操作装置。
5. 前記保持力調整用部材は、前記永久磁石の外側部の磁極の一部を構成するように配置されると共に、前記永久磁石の磁極面に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁操作装置。
6. 前記保持力調整用部材は、前記永久磁石の中央部の磁極の一部を構成するように配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁操作装置。
7. 前記保持力調整用部材は、前記永久磁石の中央部の磁極の一部と外側部の磁極の一部を構成するように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁操作装置。
8. 前記保持力調整用部材は、前記永久磁石の磁極面と反対側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁操作装置。
9. 前記可動子の開極時の動作を規制する開極ストッパを設け、前記固定子の４隅に前記開極ストッパと前記固定子とを接続する支柱を設けたことを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の電磁操作装置。
10. 前記支柱と前記開極ストッパとの間に空隙を設けたことを特徴とする請求項９に記載の電磁操作装置。
11. 前記保持力調整用部材は、取り外し可能な箇所に設けられたことを特徴とする請求項１から１０の何れか一項に記載の電磁操作装置。
12. 開閉器の固定電極と、前記固定電極と対向して設けられた可動電極と、前記可動電極に連結され、前記可動電極と前記固定電極とを接触、開離させる前記請求項１から１１の何れか一項に記載の電磁操作装置と、を備えたことを特徴とする開閉装置。

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