JP5734513B2 - 電磁石装置及びその電磁石装置を用いた開閉装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば遮断器等の開閉装置の操作機構に利用される電磁石装置、及びこの電磁石装置を用いた開閉装置に関するものである。

従来の電磁石装置を用いた開閉装置としては、例えば、複数の鋼板を積層して構成された固定鉄心と可動鉄心からなる電磁石装置の可動鉄心に開閉装置の遮断部の可動接点が連結されており、電磁石装置の吸引力で可動接点を駆動して閉極させている。閉極完了後はラッチ機構のラッチがピンに掛かることで、閉極状態が保持される。遮断時には、遮断用電磁石を励磁しプランジャを駆動させて、ラッチ機構のラッチをピンから外す。電磁石装置の可動鉄心の可動軸は、動作時に固定鉄心と可動鉄心の対向面がずれるのを回避するため、電磁石装置を取り付ける筐体に軸受けを介して取り付けられている（例えば、特許文献１参照）。
また、閉極状態の保持機構として、ラッチ機構を用いずに永久磁石を用いる技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−２３７１１８号公報（第５−６頁、図５，図６） 特開２０１１−２１６２４５号公報（第５−６頁、図１，図２）

特許文献１に示すような電磁石装置を用いた開閉装置にあっては、閉極完了後にラッチ機構のラッチがピンにかかることで閉極状態を保持しており、一方、遮断はラッチ機構のラッチをピンから外すことで行なっているが、このような動作をするラッチ機構は、部品が磨耗するため定期的な交換が必要であり、保守に時間とコストがかかるという問題点があった。
また、特許文献２のような、ラッチ機構を無くして閉極状態を永久磁石の吸引力で保持する電磁石装置では、可動鉄心の可動軸を支持する軸受けは、電磁石装置を取り付ける筐体に取り付けられており、また、軸受支持が一点であるため、固定鉄心と可動鉄心の対向面の傾きを制御するのが難しく、閉極完了時に固定鉄心と可動鉄心の傾きのばらつきにより、閉極保持のための吸引力にばらつきが生じる場合があり、これを回避するためには閉極保持状態を保持する永久磁石が大形化するという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、永久磁石による閉極保持を行う電磁石装置において、可動鉄心と固定鉄心の対向面の傾きのばらつきの発生を抑制して、永久磁石の吸引力のばらつきを小さくでき、また、組立調整が容易な電磁石装置、およびその電磁石装置を用いた開閉装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電磁石装置は、固定鉄心と、中央部に駆動軸が固着されて固定鉄心に対向配置され、固定鉄心から離れた後退位置と固定鉄心に接近した前進位置との間で駆動軸の軸線方向に変位可能な可動鉄心と、固定鉄心に設けられた電磁コイルと、可動鉄心を前進位置で保持する永久磁石と、固定鉄心の両側面に、軸線方向に並行に設けられて固定鉄心を支持する複数の支柱と、支柱の長手方向の可動鉄心側の一端部に設けられ、駆動軸が貫通支持された開極側プレートと、支柱の長手方向の他端部に設けられ、駆動軸が貫通支持された閉極側プレートと、を有し、可動鉄心の前進位置は固定鉄心で規制され、後退位置は開極側プレートで規制されるように構成されたものである。

また、この発明に係る開閉装置は、固定接点及びこの固定接点に接離可能な可動接点を有する開閉器本体部と、開閉器本体部の可動接点に連結装置を介して連結され、可動接点を固定接点に接離させる電磁石装置と、可動接点が固定接点から離れる方向へ電磁石装置の可動鉄心を付勢する付勢体と、を有する開閉装置において、電磁石装置は、上記の電磁石装置が用いられているものである。

この発明の電磁石装置によれば、固定鉄心の両側面に、軸線方向に並行に設けられて固定鉄心を支持する複数の支柱と、支柱の長手方向の可動鉄心側の一端部に設けられ、駆動軸が貫通支持された開極側プレートと、支柱の長手方向の他端部に設けられ、駆動軸が貫通支持された閉極側プレートと、を有し、可動鉄心の前進位置は固定鉄心で規制され、後退位置は開極側プレートで規制されるように構成したので、両プレートに支持された可動鉄心の駆動軸が閉極側プレートと開極側プレートで確実に規制され、固定鉄心と可動鉄心の間に生じる傾きを防止することができるため、可動鉄心が前進位置にあるときに発生する固定鉄心と可動鉄心の間の隙間の発生を防止できる。したがって、永久磁石で発生している保持力が安定するので、所定の保持力を発生するために必要となる永久磁石，固定鉄心，及び可動鉄心の体積を削減することが可能となり、電磁石装置の小形化、低コスト化を図ることができる。

また、この発明の開閉装置によれば、開閉器本体部の可動接点を駆動する電磁石装置として上記の電磁石装置を用いたので、電磁石装置の可動鉄心と固定鉄心の対向面の傾きのばらつきの発生を抑制して、永久磁石の吸引力のばらつきを小さくできるため、開閉動作のばらつきが抑制されて動作特性の優れ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による電磁石装置を用いた開閉装置の、開極状態を示す正面断面図である。 図１の開閉装置の、閉極状態を示す正面断面図である。 実施の形態１による電磁石装置の正面図である。 図３の電磁石装置の側面図である。 実施の形態１による電磁石装置の、固定鉄心と支柱、及び閉極側プレート部の関係を説明する説明図である。 図５の組立状態を示す側面図である。 この発明の実施の形態1による電磁石装置の他の例を示す正面図である。 図７の要部を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２による電磁石装置の正面断面図である。 図９の側面図である。 図９の要部を示す斜視図である。 実施の形態２の電磁石装置の作用を説明する説明図である。 この発明の実施の形態３による電磁石装置の側面図である。 実施の形態３による電磁石装置の他の例を示す側面図である。 実施の形態３による電磁石装置の別の例を示す正面図である。 実施の形態３による電磁石装置の更に別の例を示す正面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電磁石装置を用いた開閉装置を示す正面断面図で、開閉器の接点が開いた開極状態を示しており、図２は、図１の開閉装置の開閉器の接点が閉じた閉極状態を示す正面断面図である。また、図３は、電磁石装置部の正面図、図４はその側面図である。なお、開閉器本体部として、真空バルブを用いた真空遮断器を例に説明するが、これに限定するものではなく断路器や接地開閉器等にも適用できる。
先ず、図１，２により、電磁石装置を用いた開閉装置の全体構成から説明する。

開閉装置は、固定接点１と可動接点２を有する真空バルブ３と、真空バルブ３の可動接点２を固定接点１に接離する方向へ変位させる電磁石装置４と、真空バルブ３と電磁石装置４とを連結する連結装置５と、可動接点２を固定接点１から離れる方向へ付勢する付勢体である開極バネ６とを有している。
真空バルブ３は、絶縁容器３ａ内に固定接点１と可動接点２が収容され、可動接点２に固着された可動電極棒３ｂの一端が絶縁容器３ａから外部に導出され、連結装置５を介して電磁石装置４の可動側に連結されている。これにより、可動接点２が真空バルブ３の軸線方向へ移動し変位する。可動接点２が固定接点１に接することにより閉極となり、離れることにより開極となる。真空バルブ３内は、両接点１，２間の消弧能力の向上のために真空に保たれている。

電磁石装置４は、固定鉄心７と、それに対向配置された可動鉄心８と、可動鉄心８の中央部を貫通し設けられ可動鉄心８に固定された駆動軸９と、固定鉄心７に設けられ、通電により磁界を発生する電磁コイル１０と、固定鉄心７側に設けられた永久磁石１１と、固定鉄心７を固定する支柱１２と、支柱１２の両端に配置した開極側プレート１３及び閉極側プレート１４とを有している。可動鉄心８は、固定鉄心７に対して駆動軸９の軸線方向（図１中の太矢印方向、以下単に軸線方向と称す）へ駆動されて変位可能となっている。
更に、駆動軸９が開極側プレート１３及び閉極側プレート１４を貫通する部分には、駆動軸９の軸受１５ａ，１５ｂが、それぞれ固定されている。
また、開極側プレート１３より外側に突出した駆動軸９の先端側には、ばね受け１６が固着されており、開極側プレート１３とばね受け１６との間の駆動軸９の軸部に、先に説明した開極ばね６（付勢体）が挿入されている。開極ばね６は、例えば圧縮されたコイルばねであり、開極側プレート１３とばね受け１６との間で軸線方向に弾性反発力を発生している。

電磁石装置４の構成を図３及び図４も参照しながら更に詳しく説明する。
固定鉄心７及び可動鉄心８は、薄板を積層して構成されている。図１に示すように、固定鉄心７の形状は、軸線方向に対して直交方向に延びる横鉄心部７ａと、横鉄心部７ａの両端部から軸線方向に延びる縦鉄心部７ｂと、縦鉄心部７ｂから軸線に向かって延びる永久磁石固定部７ｃとを有しており、横鉄心部７ａの中央には、駆動軸９が隙間を有して貫通可能な開口穴７ｄが形成されている（図５参照）。
固定鉄心７の縦鉄心部７ｂは、その板面の両側、すなわち積層方向の両面から支柱１２で挟まれて支柱１２に締め付けて固定されている。詳細は後述するが、縦鉄心部７ｂには支柱１２に高精度で位置決めされたピン穴が加工されており、ピン１７で固定され、更に、積層方向へ通された複数のボルト穴にボルト１８を挿通し、ナット（図示せず）によって締結されて支柱１２と一体となっている。

一方、可動鉄心８は、軸線方向に沿って配置された基幹部８ａと、基幹部８ａの側面から軸線方向と直交する方向へ向けて互いに反対方向へ突出する一対の分岐部８ｂとを有している。積層方向へ通された複数のボルト１８と、各ボルト１８に螺合されたナット（図示せず）とによって締結されることにより、中心部に挿通された駆動軸９とも一体となっている。そして、固定鉄心７から離れて開極側プレート１３に接した後退位置（図１参照）と、固定鉄心７に当接した前進位置（図２参照）との間を変位可能になっている。
なお、固定鉄心７、可動鉄心８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、駆動軸９の材料としては、透磁率の低い材料（低磁性材料）、例えばステンレス等が用いられている。

永久磁石１１は、図１に示すように、固定鉄心７の永久磁石固定部７ｃに、可動鉄心８の分岐部８ｂの閉極側の面に対向するように配置されている。そして、永久磁石１１は、Ｎ極及びＳ極（一対の磁極）を有しており、一方の磁極は永久磁石固定部７ｃに対向しており、他方の磁極は可動鉄心８の分岐部８ｂの閉極側に対向している。この永久磁石１１は、可動鉄心８を前進位置に保持する保持用磁束を発生するものである。なお、永久磁石１１の固定は、例えば、コの字状に折り曲げて形成した取付部材（図示せず）を永久磁石１１の上面から被せ、それを永久磁石固定部７ｃの積層方向にボルトで締め付けて固定すればよい。

また、電磁コイル１０は、可動鉄心８の基幹部８ａと固定鉄心７の縦鉄心部７ｂとの間を通るように配置されている。本実施の形態の例では、電磁コイル１０は、軸線方向への投影面内において、基幹部８ａを囲んでいる。これにより、電磁コイル１０は、通電されると、固定鉄心７及び可動鉄心８を通る磁束を発生する。また、電磁コイル１０が発生する磁束の方向は、電磁コイル１０への通電方向の切替えで反転可能になっている。

次に、電磁石装置４と真空バルブ３との連結部を図１により説明する。
電磁石装置４は、板状の支持部材１９に取付支柱２０を介して支持されている。通常、真空バルブ３は、周辺部の絶縁耐圧を確保するための絶縁ガス（例えばＳＦ６ガス、ドライエアなど）を封じた容器（図示せず）に収容されている。このため、上記の支持部材１９は、例えば、その容器の蓋体であり、この蓋体からなる支持部材１９に取付支柱２０を立設し、取付支柱２０に電磁石装置４の閉極側プレート１４がボルト締め等で固定されている。但し、支持部材１９はこれに限定するものではなく、例えば配電盤の支持板であっても良い。

真空バルブ３の可動接点２に固定された可動電極棒３ｂと電磁石装置４の駆動軸９とを連結する連結装置５は、可動電極棒３ｂに連結された絶縁ロッド２１と、その絶縁ロッド２１に連結した連結ロッド２１ａと、連結ロッド２１ａと駆動軸９との間に介在させた接圧装置２２と、連結ロッド２１ａが支持部材１９を貫通する部分おいて、ガス容器の一部である支持部材１９に対して連結ロッド２１ａが気密を保って移動可能なように、連結ロッド２１ａと支持部材１９を繋いで設けられたベローズ２３と、を有している。なお、ベローズ２３は、支持部材１９の構成によっては、不要の場合もある。

接圧装置２２は、連結ロッド２１ａの端部に固定されたばね枠２４と、駆動軸９の先端部に固定され、ばね枠２４内に配置された外れ止め板２５と、ばね枠２４と外れ止め板２５との間に圧縮した状態で挿入された接圧ばね２６とを有している。接圧ばね２６は、駆動軸９を絶縁ロッド２１から離れる方向へ付勢している。駆動軸９は、外れ止め板２５と共に、軸線方向へ変位可能になっており、その変位は、外れ止め板２５のばね枠２４に対する係合により規制されている。
なお、図１，図２では、電磁石装置４の軸線と、真空バルブの軸線とを一直線に合わせたものを示しているが、連結装置５部にレバー等を介在させて方向を変換した構成でも良い。

本願発明は、固定鉄心７及び可動鉄心８部の支持構成に特徴を有するので、その部分の構成を更に詳しく説明する。
固定鉄心７の縦鉄心部７ｂは、先に説明したように、その両面から支柱１２で挟まれて支柱１２に締め付けて固定されている。この固定は、縦鉄心部７ｂと支柱１２に高精度で位置決めされたピン穴が加工されており、ピン１７で固定することで、固定鉄心７と支柱１２の位置関係は高精度に維持され、更に、積層方向へ通された複数のボルト穴にボルト１８を挿通し、ナット（図示せず）によって締結されている。

ここで、固定鉄心の積層方向の組立について、図５及び図６を用いて説明する。図５（ａ）は、電磁石装置４において、固定鉄心７と支柱１２を組み合わせた状態を、図１のＶ−Ｖから見た断面図であり、図５（ｂ）は、（ａ）に組み合わされる閉極側プレート１４の平面図である。また、（ｃ）は、（ａ）と（ｂ）とを組み合わせた状態をＶ−Ｖから見た平面断面図である。いずれもボルト類は図示していない。

図５（ａ）において、支柱１２の長手方向の両端部には、閉極側プレート１４及び開極側プレート１３の取付用のねじ穴１２ａが加工されている。また、固定鉄心７には、先に説明したように、駆動軸９が移動自在に通過する開口穴７ｄが形成されている。
一方、（ｂ）に示すように、閉極側プレート１４には、中央部に駆動軸９の軸受け１５ｂが取り付けられる軸受取付穴１４ａと、周辺部に支柱１２を取り付けるための複数の（本実施の形態では４個の）支柱取付穴が形成されている。
支柱取付穴のうち、固定鉄心７の積層方向の一方の面に取り付けられる支柱１２の支柱取付穴１４ｂは、軸受取付穴１４ａを基準に所定の寸法で位置決めされて高精度に加工されて形成されている。これに対し、他方の面に取り付けられる支柱１２の支柱取付穴１４ｃは、固定鉄心７の積層方向の厚みの寸法公差内で取付位置が変動しても取付可能な大きさに形成されている。
なお、開極側プレート１３と支柱１２の関係も同様の構成となっている。

したがって、（ｃ）のように組み合わされた状態では、固定鉄心７と支柱１２とは、固定鉄心７の積層方向の一方の面（図中のＡ面）側の支柱１２が、図５（ｂ）に示した閉極側プレート１４の支柱取付穴１４ｂで精度良く位置決めされて組み付けられている。また、積層方向の他方の面（図中のＢ面）側の支柱１２は、支柱取付穴１４ｃが固定鉄心７の薄板の積層方向の寸法公差を考慮して裕度をもった大きさに加工されているため、積層方向の厚さがばらついても寸法公差内であればそのまま固定が可能となっている。
これにより、組立時の積層方向の薄板の板厚のばらつきによって固定鉄心７，可動鉄心８の寸法が変化した場合でも精度良く組み付けられる。

また、軸受取付穴１４ａと支柱取付穴１４ｂも所定の精度で加工されているので、固定鉄心７に対し軸受１５ａ，１５ｂは高精度に位置決めされた関係を持って組み立てられることになる。
固定鉄心７の開口穴７ｄは、閉極側プレート１４の軸受取付穴１４ａに対して裕度をもった大きさで開口しているため、駆動軸９が開口穴７ｄと干渉することはない。
更に、支柱１２は機械加工によって両端の加工面とねじ穴１２ａ及び側面のピン穴とボルト穴の位置を高精度に加工できるため、支柱１２の両端に開極側プレート１３及び閉極側プレート１４を精度良く配置できる。

図６は、固定鉄心７，可動鉄心８，永久磁石１１が、開極側プレート１３と閉極側プレート１４と支柱１２に組み合わせて組み立てられた状態の側面図である。ボルト類の図示は省略している。
図のように、固定鉄心７と可動鉄心８は積層方向に対して中心が合っていない場合でも、所定の公差内であれば上述のように電磁石装置を精度良く組み立てることができる。
ここで、固定鉄心７と可動鉄心８の積層方向の幅寸法は、同方向に見た永久磁石幅１１の幅より大きくしている。そして、積層方向の幅寸法は、大きい順に、固定鉄心７、可動鉄心８、永久磁石１１としている。
これにより、永久磁石１１と固定鉄心７と可動鉄心８の間に積層方向の位置ずれが発生した場合においても、図６に示すとおり、永久磁石１１の固定鉄心７側の面および可動鉄心８側の面それぞれが全面で対向できるようになっており、永久磁石１１で発生する磁束が効率よく固定鉄心７と可動鉄心８を通過できるようになっている。

次に、開閉装置の動作について説明する。図１に示すように、可動接点２が固定接点１から離れた開極状態にあるときは、可動鉄心８は開極ばね６の付勢力で後退位置にある。電磁コイル１０へ通電されると、可動鉄心８が固定鉄心７に吸引され、開極ばね６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する。これにより、可動接点２は、固定接点１に向かって移動する。
この後、可動接点２が固定接点１に接すると、可動接点２の移動は停止する。しかし、可動鉄心８はさらに変位して基幹部８ａが固定鉄心７の横鉄心部７ａに当接し、前進位置に達する。これにより、接圧ばね２６が縮められ、可動接点２が固定接点１に所定の押圧力で押し付けられて閉極動作が完了し、図２のような状態となる。

可動鉄心８が前進位置に達すると、永久磁石１１の保持用磁束によって可動鉄心８が吸引保持されて前進位置が保持される。
可動鉄心８の前進位置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１０への通電が行われる。これにより可動鉄心８と固定鉄心７の間の吸引力が低下し、開極ばね６及び接圧ばね２６の各荷重によって、可動鉄心８は後退位置へ移動する。変位の初期段階では、可動接点２は、固定接点１に押し付けられたままとなっている。
この後、可動鉄心８の後退位置に向かう変位が進むと、外れ止め板２５がばね枠２４に係合される。これにより、可動接点２は固定接点１から離れる方向に変位する。可動鉄心８が更に変位して開極側プレート１３に当接して密着し、後退位置に達すると開極動作が完了し図１の状態となる。

なお、永久磁石の形状と取付は、上記で説明した以外に、例えば、図７，図８のような構成でも良い。図７は正面図であり、図８は図７の要部の斜視図である。図７及び図８に示す永久磁石２７は、固定鉄心７に取り付けられた渡り鉄心２８の、可動鉄心８に対向する面に固定されている。すなわち、永久磁石２７は、図で渡り鉄心２８の裏側に固定されており、その渡り鉄心２８の両端側が、固定鉄心７の永久磁石固定部７ｃにボルト締め等で固定されている。このような構成でも、電磁石装置は図１に示した電磁石装置と同様の効果を実現できる。

次に、本実施の形態の電磁石装置の構成における別の作用効果について説明する。
開閉装置の定格電圧によって、真空バルブ３の開極時の可動接点２と固定接点１の間の距離が異なる。一般的に、定格電圧が低くなれば接点間距離が短くなる。可動接点の操作力も小さくてすむことになる。
本実施の形態の電磁石装置４であれば、支柱１２の長さを短くするだけで、可動鉄心８の変位量、すなわち可動鉄心８の前進位置から後退位置までの距離を容易に短縮できる。また、可動鉄心８及び固定鉄心８の積層枚数を少なくするだけで、電磁石装置４で発生する操作力を小さくできる。各鉄心を構成する薄板の形状は同じでよいので、容易に電磁力の調整が可能である。

電磁石装置４の固定鉄心７および可動鉄心８を構成する薄板の製作を、プレス加工により製作する場合、プレス用の金型を用意する必要があるが、金型製作には初期投資が必要となる。金型を開閉装置の使用電圧に応じて個々に準備することは、それぞれの金型に対して初期投資が必要となり非効率的である。本願発明の構成を採用することで、固定鉄心および可動鉄心を構成する薄板の形状は、開閉装置の定格電圧にかかわらず一定にできる。このように、積層枚数の変更と支柱の長さの変更で、各定格電圧に容易に対応できるので、電磁石装置の製作において、初期投資額を低減でき、さらに量産効果によるコスト低減が可能となる。

以上のように、実施の形態１の電磁石装置によれば、固定鉄心と、中央部に駆動軸が固着されて固定鉄心に対向配置され、固定鉄心から離れた後退位置と固定鉄心に接近した前進位置との間で駆動軸の軸線方向に変位可能な可動鉄心と、固定鉄心に設けられた電磁コイルと、可動鉄心を前進位置で保持する永久磁石と、固定鉄心の両側面に、軸線方向に並行に設けられて固定鉄心を支持する複数の支柱と、支柱の長手方向の可動鉄心側の一端部に設けられ、駆動軸が貫通支持された開極側プレートと、支柱の長手方向の他端部に設けられ、駆動軸が貫通支持された閉極側プレートと、を有し、可動鉄心の前進位置は固定鉄心で規制され、後退位置は開極側プレートで規制されるように構成したので、両プレートに支持された可動鉄心の駆動軸が閉極側プレートと開極側プレートで確実に規制され、固定鉄心と可動鉄心の間に生じる傾きを防止することができるため、可動鉄心が前進位置にあるときに発生する固定鉄心と可動鉄心の間の隙間の発生を防止できる。したがって、永久磁石で発生している保持力が安定するので、所定の保持力を発生するために必要となる永久磁石，固定鉄心，及び可動鉄心の体積を削減することが可能となり、電磁石装置の小形化、低コスト化を図ることができる。

また、開極側プレート及び閉極側プレートは、貫通する駆動軸の軸受が取り付けられる軸受取付穴と支柱が取り付けられる支柱取付穴とを有し、固定鉄心は薄板を積層して構成され、固定鉄心を支持する複数の支柱のうち、固定鉄心の積層方向の一方の面に取り付けられる支柱の支柱取付穴は、軸受取付穴を基準に所定の寸法で位置決めされて形成され、他方の面に取り付けられる支柱の支柱取付穴は、固定鉄心の積層方向の厚みの寸法公差内で取付位置が変動しても取付可能な大きさに形成されているので、固定鉄心および可動鉄心の薄板の寸法公差による厚み寸法にばらつきがあっても、積層枚数調整・位置調整作業の工程が不要となり、組立が容易となる。

また、固定鉄心と可動鉄心と永久磁石のそれぞれの、積層方向と同方向の幅寸法は、永久磁石，可動鉄心，固定鉄心の順に大きく形成されているので、永久磁石で発生する磁束が効率よく固定鉄心と可動鉄心を通過するため、永久磁石が発生する保持力を高効率で利用できる。

更に、実施の形態１による開閉装置によれば、固定接点及びこの固定接点に接離可能な可動接点を有する開閉器本体部と、開閉器本体部の可動接点に連結装置を介して連結され、可動接点を固定接点に接離させる電磁石装置と、可動接点が固定接点から離れる方向へ電磁石装置の可動鉄心を付勢する付勢体と、を有する開閉装置において、電磁石装置は、段落［００３２］に記載の電磁石装置が用いられているので、電磁石装置の可動鉄心と固定鉄心の対向面の傾きのばらつきの発生を抑制して、永久磁石の吸引力のばらつきを小さくできるため、開閉動作のばらつきが抑制されて動作特性の優れた開閉装置を得ることができる。

実施の形態２．
図９は、実施の形態２による電磁石装置の正面断面図であり、図１０はその側面図である。また、図１１は、図９の要部斜視図である。電磁石装置を用いた開閉装置の構成は、実施の形態１と同様なので図示及び説明は省略し、以下では、相違点を中心に説明する。
電磁石装置は定格によって、永久磁石で発生する吸引保持力の調整を固定鉄心部で行う場合がある。初期投資を抑制するために、固定鉄心については、実施の形態１でも述べたように、複数定格において固定鉄心を構成する薄板の形状を統一することが望ましい。
薄板形状を統一した状態で、吸引保持力の調整を行う構成として、例えば、固定鉄心に直接、定格に応じた大きさの磁性部材を取り付ける方法がある。しかしながら、積層した固定鉄心の一部に磁性部材を取り付ける構成では、固定鉄心の薄板に取付穴を設けて固定する等の措置が必要となり、固定方法が煩雑になるという問題があった。

そこで、本実施の形態の電磁石装置では、図９〜１１に示すように、固定鉄心７の永久磁石固定部７ｃと可動鉄心８の分岐部８ｂの間の支柱１２に近い側において、固定鉄心７に磁性体からなる保持力調整部材２９を配置したものである。保持力調整部材２９は支持部材３０にボルト３１やピン３２などによって取り付けられており、支持部材３０の両端を支柱１２にボルト３３で固定している。図１１の斜視図では、保持力調整部材２９の形状が分かりやすいように、支持部材３０は省略している。
なお、保持力調整部材２９を取り付けない場合の外観は、実施の形態１の図３，４のようになっている。

ここで、図１２により、保持力調整部材２９の作用について説明する。（ａ）は、保持力調整部材２９周辺部の拡大図であり、（ｂ）は同じ部分の保持力調整部材２９が無い場合を比較例として示したものである。
図１２（ａ）において、永久磁石１１から出た磁束は、図中に破線で示すような経路を通る。この時、保持力調整部材２９が有る場合には、保持力調整部材２９が磁性体のため、その分だけ磁束の経路の幅ｄ１が大きくなる。一方、（ｂ）に示すように、保持力調整部材２９が無い場合には、磁束の経路がｄ２の幅となり、（ａ）のｄ１より狭くなっている。

なお、永久磁石の磁力により発生する荷重Ｆは、Ｂ^２・Ｓ（Ｂ：磁束密度、Ｓ：磁束が通過する面積）、すなわち、磁束密度の二乗と磁束が通過する面積の積に比例する。本実施の形態においては、保持力調整部材２９を設置する部位において、磁束を通過する経路の幅がｄ１，ｄ２ともに飽和磁束の領域で使用している。飽和磁束の領域では磁束密度Ｂの値がほとんど変化しないため、磁束が通過する面積Ｓ（ｄ１，ｄ２の幅）に概ね比例して荷重Ｆ（保持力）が変化する。本実施の形態では、ｄ１＞ｄ２となり保持力調整部材２９を取り付けることで保持力が強くなる。
但し、設計条件が異なる場合は、別の現象が発生する。磁束を通過する経路の幅が、磁束が非飽和の領域で使用している場合、永久磁石で発生する磁束φは略一定であり、φ＝Ｂ・Ｓ（Ｂ：磁束密度、Ｓ：磁束が通過する面積）となる。永久磁石の磁力によって発生する荷重Ｆは、Ｂ^２・ＳのＢをφで置き換えると、φ^２／Ｓとなる。すなわち、磁束が通過する面積が増加すると荷重Ｆが減少し保持力が弱くなることになる。
以上のように、設計条件によって、保持力調整部材２９の効果が変わる。

このように、本発明の構成では、保持力調整部材２９を支持部材３０に取り付け、支持部材３０を支柱１２に固定することで、容易に磁束の経路の幅を調整することができるので、電磁石装置４の保持力調整を容易に実現できる。
また、形状の違う保持力調整部材を複数個用意しておき形状を変化させることで、保持力の微調整が容易に可能となる。

以上のように、実施の形態２の電磁石装置によれば、永久磁石の近傍に永久磁石の保持力を調整する保持力調整部材が配置され、保持力調整部材は支持部材を介して支柱に取り付けられているので、実施の形態１の効果に加えて、電磁石装置の保持力調整を容易に実現でき、操作対象の開閉器の定格に適応した保持力を有する電磁石装置を容易に提供できる。

実施の形態３．
図１３は、実施の形態３による電磁石装置の側面図である。電磁石装置を用いた開閉装置の構成は、実施の形態１と同様である。実施の形態１または２と同等部分は同一部号で示し説明は省略する。以下では相違点部分を中心に説明する。
開閉装置の操作装置には、定期点検時等において、閉極防止手段や開極防止手段が必要となる。そこで、本実施の形態の電磁石装置は、その防止手段を備えたものである。

図１３において、この電磁石装置には、閉極防止手段として閉極防止ピン３４ａを備えた構成である。図において可動鉄心８は開極位置にある。可動鉄心８の分岐部８ｂに対して閉極側の位置に閉極防止ピン３４ａを配置できるように、支柱１２にピン穴を形成している。定期点検等において、可動鉄心８を開極位置に保持してロックしておく場合、閉極防止ピン３４ａを、可動鉄心８の積層方向に、２本の支柱１２を貫通させて手動で差し込むだけで閉極防止ができるため、閉極防止ピン３４ａ以外に閉極防止のための構造体を特別に準備する必要がなく、閉極防止構造を低コストで実現できる。

図１４は、図１３の変形例であり、基本的に図１３と同じ構成であるが、上記の閉極防止手段の閉極防止ピン３４ａの位置を調整して、開極防止手段の開極防止ピン３４ｂとした例を示す側面図である。ピン自身の形状は閉極防止ピン３４ａと同じである。ここでは可動鉄心８は閉極位置にあり、この位置で可動鉄心８の分岐部８ｂの上面が開極防止ピン３４ｂに当接するように、支柱１２にピン穴を形成することで、開極を防止するようにしたものである。

図１５は、別の開極防止手段の例であり、開極防止手段として開極防止ピン３５を備えた構成である。図において、可動鉄心８は閉極位置にある。可動鉄心８の開極方向への移動を防止するために、開極側プレート１３にねじ穴を設けておき、開極防止ピン３５を開極側プレート１３に手動でねじ込み、可動鉄心８の開極側の面を抑える構造としたものである。このような構造とすることで、開極防止ピン３５のほかに開極防止のための構造体を特別に準備する必要がなく、開極防止構造を低コストで実現できる。

また、電磁石装置を用いた開閉装置において、接点部の開閉を識別するための補助接点や、接点部の開閉を表示するための入切表示や、開閉動作回数を表示する計数器等を備える必要があるが、これらの機器は開閉器の電磁石装置に取り付けると組立時の部品の取り回しが容易になるという利点がある。
図１６は、本発明の電磁石装置において、開極側プレート１３に補助接点３６を取り付けた構造である。開極ばね６のばね受け１６側に連結機構３７を取り付け、可動鉄心８の位置が前進位置と後退位置で入れ替われば、補助接点３６が切り替わるようになっている。上記で説明した閉極防止ピン３４ａや、開極防止ピン３４ｂ又は３５の図示は省略しているが、同様に構成できる。本願の電磁石装置４にあっては、開閉装置の操作部である電磁石装置４に容易に取り付けることで可能なため、操作装置として電磁石装置をユニット化して組み立てておくことができ、生産ラインの効率化を図ることができる。

１ 固定接点、２ 可動接点、３ 真空バルブ（開閉器本体部）、３ａ 絶縁容器、３ｂ 可動電極棒、４ 電磁石装置、５ 連結装置、６ 開極ばね（付勢体）、７ 固定鉄心、７ａ 横鉄心部、７ｂ 縦鉄心部、７ｃ 永久磁石固定部、７ｄ 開口穴、８ 可動鉄心、８ａ 基幹部、８ｂ 分岐部、９ 駆動軸、１０ 電磁コイル、１１，２７ 永久磁石、１２ 支柱、１２ａ ねじ穴、１３ 開極側プレート、１４ 閉極側プレート、１４ａ 軸受取付穴、１４ｂ，１４ｃ 支柱取付穴、１５ａ，１５ｂ 軸受け、１６ ばね受け、１７，３２ ピン、１８，３１，３３ ボルト、１９ 支持部材、２０ 取付支柱、２１ 絶縁ロッド、２１ａ 連結ロッド、２２ 接圧装置、２３ ベローズ、２４ ばね枠、２５ 外れ止め板、２６ 接圧ばね、２８ 渡り鉄心、２９ 保持力調整部材、３０ 支持部材、３４ａ 閉極防止ピン、３４ｂ，３５ 開極防止ピン、３６ 補助接点、３７ 連結機構。

Claims (4)

1. 固定鉄心と、中央部に駆動軸が固着されて前記固定鉄心に対向配置され、前記固定鉄心から離れた後退位置と前記固定鉄心に接近した前進位置との間で前記駆動軸の軸線方向に変位可能な可動鉄心と、前記固定鉄心に設けられた電磁コイルと、前記可動鉄心を前記前進位置で保持する永久磁石と、前記固定鉄心の両側面に、前記軸線方向に並行に設けられて前記固定鉄心を支持する複数の支柱と、前記支柱の長手方向の前記可動鉄心側の一端部に設けられ、前記駆動軸が貫通支持された開極側プレートと、前記支柱の長手方向の他端部に設けられ、前記駆動軸が貫通支持された閉極側プレートと、を有し、
   前記可動鉄心の前記前進位置は前記固定鉄心で規制され、前記後退位置は前記開極側プレートで規制されるように構成されたことを特徴とする電磁石装置。
2. 請求項１記載の電磁石装置において、
   前記開極側プレート及び前記閉極側プレートは、貫通する前記駆動軸の軸受が取り付けられる軸受取付穴と前記支柱が取り付けられる支柱取付穴とを有し、
   前記固定鉄心は薄板を積層して構成され、
   前記固定鉄心を支持する前記複数の支柱のうち、前記固定鉄心の積層方向の一方の面に取り付けられる支柱の前記支柱取付穴は、前記軸受取付穴を基準に所定の寸法で位置決めされて形成され、他方の面に取り付けられる支柱の前記支柱取付穴は、前記固定鉄心の積層方向の厚みの寸法公差内で取付位置が変動しても取付可能な大きさに形成されていることを特徴とする電磁石装置。
3. 請求項２記載の電磁石装置において、
   前記固定鉄心と前記可動鉄心と前記永久磁石のそれぞれの、前記積層方向と同方向の幅寸法は、前記永久磁石，前記可動鉄心，前記固定鉄心の順に大きく形成されていることを特徴とする電磁石装置。
4. 固定接点及びこの固定接点に接離可能な可動接点を有する開閉器本体部と、前記開閉器本体部の前記可動接点に連結装置を介して連結され、前記可動接点を前記固定接点に接離させる電磁石装置と、前記可動接点が前記固定接点から離れる方向へ前記電磁石装置の可動鉄心を付勢する付勢体と、を有する開閉装置において、
   前記電磁石装置は、請求項１記載の電磁石装置が用いられていることを特徴とする開閉装置。

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