JP5822643B2

JP5822643B2 - 電磁操作装置

Info

Publication number: JP5822643B2
Application number: JP2011230227A
Authority: JP
Inventors: 豪石井; 遠矢　将大; 将大遠矢
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: JP2013089516A

Description

この発明は、例えば電力遮断器などの開閉器を操作するための電磁操作装置に関するものである。

従来の技術として、電磁操作機構の内部に設けた永久磁石によって、開閉器の投入及び開極保持を行う電磁操作装置において、駆動用の電磁コイルとは別にサーチコイルを設け、可動子の移動によるサーチコイル両端の電圧変化より可動子の位置を計測することで開閉器の開閉時間が把握でき、開閉動作の健全性を判定し得るようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

国際公開ＷＯ２００７／１０８０６３号公報（第１６〜１７頁、図１５、１６）

上記のような従来の可動子位置計測機構を備えた電磁操作装置は、投入及び開極保持の為の永久磁石を電磁操作機構の内部に設けているので、可動子の動作と連動してコイル両端に発生する電圧値を測定し、駆動の状態を計測する状態把握装置を構成することが可能であった。一方、電磁操作機構に永久磁石を用いない常励式電磁操作機構では可動子の状態を計測することができない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あり、電磁操作機構に永久磁石を用いない常励式電磁操作機構であっても可動子の位置を検知できるようにした電磁操作装置を得ること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、固定子、該固定子に対して移動可能に設けられた可動子、及び、駆動用電源により励磁され上記可動子を駆動する電磁コイルを有する電磁操作機構部と、上記可動子の位置を検知する可動子位置検知部を備えた電磁操作装置であって、上記可動子位置検知部は、何れも上記電磁操作機構部の外部に設置された、永久磁石と、上記可動子に連動して移動され、かつ上記永久磁石を含む磁気回路を形成するように設けられた磁性部材と、上記磁気回路の磁束に鎖交するように設置されたサーチコイルを備えるようにしたものである。

この発明においては、可動子位置検知部を電磁操作機構部の外部に設けるようにしたので、電磁操作機構部に永久磁石を用いない常励式電磁操作機構においても可動子の位置を検知することができる。また、電磁操作機構部の周囲の空きスペースに合わせて可動子位置検知部の配置を選択することができる。

本発明の実施の形態１に係る電磁操作装置を用いた電磁開閉器の要部構成を概念的に示す断面図である。図１に示す電磁操作装置が開放状態にあるときの断面斜視図である。図１に示す可動子の移動によりサーチコイルに発生する出力電圧の時間変化を示すグラフである。本発明の実施の形態２に係る電磁操作装置の可動子位置検知部を概念的に示す断面斜視図である。本発明の実施の形態３に係る電磁操作装置を用いた電磁開閉器の要部構成を概念的に示す断面図である。本発明の実施の形態４に係る電磁操作装置を用いた電磁開閉器の要部構成を概念的に示す断面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る電磁操作装置を用いた電磁開閉器の要部構成を概念的に示す断面図、図２は図１に示す電磁操作装置が開放状態にあるときの断面斜視図、図３は図１に示す可動子の移動によりサーチコイルに発生する出力電圧の時間変化を示すグラフである。図において、開閉器としての真空バルブ１を操作する電磁操作装置２は、円筒状の固定子３１、この固定子３１の中心を移動自在に貫通された操作軸３２に固着され固定子３１に対して軸方向に移動可能に設けられた円柱状の可動子３３、及び図示省略している駆動用電源により励磁され可動子３３を駆動する電磁コイルである投入コイル３４を有する電磁操作機構部３と、可動子３１の位置を検知する可動子位置検知部４を備えている。

真空バルブ１は、真空中に対向された固定接点１１と可動接点１２を開閉することで図示していない主回路の電流を入り切りする。該真空バルブ１などの開閉器は各種の一般的なものを用いることができる部分であるので詳細図示を省略している。真空バルブ１の可動接点１２と電磁操作機構部３の操作軸３２は、安定した荷重を可動接点１２に加える為の接圧ばね３６、及び回動軸３７に回動可能に軸支されたレバーからなる連結部材３８を介して連結されている。連結部材３８には真空バルブ１の自閉力に対して開放状態を保持するための開放ばね３９が設けられ、開放ばね３９は連結部材３８を回動軸３７のまわりに、常時、図の時計方向に回動させるように付勢されている。

電磁操作機構部３は、この例では図２に示すような円筒状の外観をしている。電磁操作機構部３を構成する内部部材において、上記投入コイル３４は大電流により励磁されることで可動子３３を図の下方向に移動させる磁束Ｇを発生させ、真空バルブ１に対して短時間の投入動作を行う。投入コイル３４の半径方向外側には、上記投入時の電流よりも小電流により長時間の投入保持を行う保持コイル３５が巻回されている。保持コイル３５は、放熱を良くするために投入コイル３４の外側に配設されており、動作時は投入コイル３４と同一方向の磁束Ｇを発生させる。なお、図１において、実線は開放時の状態で可動子は開放位置Ａにある。破線は投入時の状態で可動子は投入位置Ｂにある。

可動子位置検知部４は、この例では同様に円筒状であり、電磁操作機構部３の上方に同軸に設置されている。可動子位置検知部４は、円筒状の磁性体のケース４１と、何れもケース４１内に配設された、電磁操作機構部３の操作軸３２と同軸に設置された磁性体からなる軸４２に固着され可動子３３の開放位置Ａ、投入位置Ｂ間の移動に連動して動作する磁性部材としての鉄片４３、磁束を発生する円盤状の永久磁石４４、この永久磁石４４による磁束に鎖交するように設けられた磁束の変化を検知するサーチコイル４５、及びサーチコイル４５に誘起された電圧を測定する電圧検出手段４６を備えている。なお、上記軸４２と鉄片４３は可動子３３に連動して移動され、かつ永久磁石４４を含む磁気回路を形成するように設けられた磁性部材を構成している。

永久磁石４４によって発生する磁束Ｇｐは、図１に示すように、磁気ギャップＬ、軸４２、鉄片４３、ケース４１を経て永久磁石４４に戻る磁気回路を形成しており、可動子３３が移動すると磁気ギャップＬが変化するため磁束Ｇｐが変化し、該磁束Ｇｐに鎖交するように設置されたサーチコイル４５に電磁誘導による誘導起電圧が発生する。なお、電磁操作装置２を構成する上記の他の構成部材、例えば制御回路、その他の機器類などは図示を省略している。なお、鉄片４３の外周部とケース４１の内面との間にもギャップがあるが、そのギャップは鉄片４３が上下に移動しても変化しない。

次に、上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。まず、真空バルブ１の開成状態では、図１の実線に示すように電磁操作機構部３の可動子３３は実線矢印で示す開放位置Ａにあり、軸４２、鉄片４３も図の上方に上がった状態となっている。真空バルブ１を閉成するために、投入コイル３４に電流が通電されると矢印で示す磁束Ｇが発生し、その磁束Ｇによって可動子３３に電磁力が図の下向きの投入方向に働く。可動子３３に発生する電磁力が接圧ばね３６の力と開放ばね３９の力からなる負荷力に打ち勝つことで、可動子３３と操作軸３２が破線矢印で示す投入位置Ｂに移動し、連動して連結部材３８、接圧ばね３６を介して真空バルブ１の可動接点１２が閉成され、同時に可動子位置検知部４の鉄片４３が破線で示す下方向に移動される。

鉄片４３が下方向に移動するとき、磁気ギャップＬが変化することで磁束Ｇｐが変化し、サーチコイル４５に電圧が誘起される。このとき、図３に示すように、時間軸（横軸）に対して、可動子３３はストローク曲線Ｃに示すように変化し、サーチコイル４５に誘起される電圧は曲線Ｄのように変化する。なお、Ｃ１は投入位置、Ｃ２は開放位置である。投入位置及び開放位置での電圧変化が確認でき、ストロークに連動して電圧が変化していることが分かる。図３のようにサーチコイル４５の出力信号の時間的変化を求めることにより、可動子３３の位置計測が可能となる。なお、上記可動子位置検知部４は他の開閉器に取り付けることで可動子の位置計測の機能を持たない開閉器にも可動子の位置計測を可能にする。

上記のように、実施の形態１によれば、電磁操作機構部３の外部に可動子３３と連動して動作する可動子位置検知部４を設けるようにしたので、電磁操作機構部３に永久磁石を用いない、電磁石のコイルを常に励磁して保持する常励式電磁操作機構においても、可動子３３の位置を検知することができる。また、可動子位置検知部４を電磁操作機構部３の外部に設けたことで、電磁石の内部に発生する磁気的な特性に悪影響を与えずに可動子３３の位置計測ができる。また、構造が簡素なので長期使用しても故障の発生を低く抑えることができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る電磁操作装置の可動子位置検知部を概念的に示す断面斜視図である。なお、この実施の形態２は、図１に示す可動子位置検知部のケースを積層形にしたものである。図において、可動子位置検知部４Ａのケース４１Ａは磁性体からなる薄板を発生する磁束の方向に対して垂直方向に積層して形成されている。なお、この例ではケース４１Ａは直方体状に形成されており、それに対応して鉄片４３Ａは平面視四角形状に形成されている。その他は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態２では、磁気回路の一部を構成しているケース４１Ａが積層形成されているので、可動子位置検知部４Ａのケース４１Ａに流れる渦電流を抑制することができる。このため、より精度の高い測定が可能となる。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る電磁操作装置を用いた電磁開閉器の要部構成を概念的に示す断面図である。なお、この実施の形態３は、可動子位置検知部４Ｂを電磁操作機構部３の下側に設置したものである。なお、操作軸３２は非磁性体であり、この例では永久磁石４４と鉄片４３Ｂとの間の磁気ギャップが可動子３３の動作に連動して変化することで磁束が変化し、サーチコイル４５によって可動子３３の位置に対応した信号が検出される。

上記のように構成された実施の形態３では、可動子位置検知部４Ｂを電磁操作機構部３の下側に配設するようにしたので、スペースの都合により電磁操作機構部３の上方への設置が困難な場合でも柔軟に対応できるという効果が得られる。

実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４に係る電磁操作装置を用いた電磁開閉器の要部構成を概念的に示す断面図である。なお、この実施の形態４は可動子位置検知部４Ｃを連結部材３８の延長上に設けることで、電磁操作機構部３の側方部に配設したものである。図において、可動子位置検知部４Ｃを構成する鉄片４３Ｃは連結部材３８に固定されている。この可動子位置検知部４Ｃにおいては、鉄片４３Ｃが連結部材３８の回動に応じて図の上下方向に移動されることで、磁束が変化し、サーチコイル４５に電圧が誘起されるように構成されている。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態４では、可動子位置検知部４Ｃを連結部材３８の延長上となる電磁操作機構部３の側方部に配設するようにしたので、スペースの都合により電磁操作機構部３の上方及び下方への設置が困難な場合でも柔軟に対応できるという効果が得られる。

なお、本発明はその発明の範囲内において各実施の形態を自由に組合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、上記各実施の形態における開閉器の種類や方式、電磁操作機構部３や可動子位置検知部４の形状や構成、電磁操作機構部３と開閉器との連動機構などは何れも例示したものに限定されるものではない。

１真空バルブ（開閉器）、１１固定接点、１２可動接点、２電磁操作装置、３電磁操作機構部、３１固定子、３２操作軸、３３可動子、３４投入コイル（電磁コイル）、３５保持コイル、３６接圧ばね、３７回動軸、３８連結部材、３９開放ばね、４可動子位置検知部、４１ケース、４２軸、４３鉄片（磁性部材）、４４永久磁石、４５サーチコイル、４６電圧検出手段、Ｇ、Ｇｐ磁束、Ｌ磁気ギャップ。

Claims

固定子、該固定子に対して移動可能に設けられた可動子、及び、駆動用電源により励磁され上記可動子を駆動する電磁コイルを有する電磁操作機構部と、上記可動子の位置を検知する可動子位置検知部を備えた電磁操作装置であって、上記可動子位置検知部は、何れも上記電磁操作機構部の外部に設置された、永久磁石と、上記可動子に連動して移動され、かつ上記永久磁石を含む磁気回路を形成するように設けられた磁性部材と、上記磁気回路の磁束に鎖交するように設置されたサーチコイルを備えてなることを特徴とする電磁操作装置。
上記電磁操作機構部は、永久磁石を用いない常励式操作機構からなることを特徴とする請求項１記載の電磁操作装置。
上記磁性部材は、上記電磁操作機構部の外部に突出された上記可動子に固定された軸に固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電磁操作装置。
上記磁気回路は、上記永久磁石、上記磁性部材、及び上記サーチコイルを内包するように形成された、磁性材料からなる薄板を積層したケースを用いてなることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の電磁操作装置。
上記可動子位置検知部における上記磁性部材は、上記電磁操作機構部とこの電磁操作機構部によって開閉動作される開閉器とを連結する連結部材を介して移動されるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の電磁操作装置。