JP5883516B2 - 開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は開閉装置に係り、例えば、ガス遮断器等の遮断部の開閉操作を行う操作器が電動で動作されて高電圧電流を遮断するものに好適な開閉装置に関する。

一般に、変電所や開閉所に設けられる電力用の開閉装置は、電力系統の短絡事故時に電流を遮断する遮断器、電力系統の開閉を行う断路器、点検時などに高電圧導体を接地する接地開閉器を具備している。その開閉装置の１つである遮断器は、速やかに事故電流を遮断することにより、電力系統の事故の波及を防止する役割を持つため、より信頼性の高い装置の開発が要請されている。

このような遮断器を操作する操作器として、操作ばねに蓄勢したばね力を解放することにより操作力を得るようにしたばね操作器、或いは空気圧や油圧を利用して操作力を得るようにした空気圧操作器や油圧操作器が、従来から知られている。

そして、これら各操作器について言及すると、ばね操作器は低操作力、保守性、経済性に優れており、また、空気圧操作器は取扱いが容易であると共に高い操作力が得られ、更に、油圧操作器は低騒音で高い操作力が得られるという特徴がある。

ところが、ばね操作器による操作では、ばねの弾性力が必ずしも一定でないこと、ばねの位置決め精度が低いこと、更には、複雑で多くの部品から成り立つこと等から動作に対する信頼性について改善の余地がある。また、油圧や空気圧を利用する空気圧操作器や油圧操作器では、周囲の温度変化によっては作動流体が膨張したり、或いは密封用のパッキン等が破損することなどのより、作動流体が漏れるおそれがあり、更には、部品の１つでも不具合や故障があると全体が動作しなくなる可能性もあり、取り扱いが難しいと言う側面もある。

このような点を改善する方式として、電気の力により操作力を生み出す技術があり、この技術について記載されたものとして、例えば、特許文献１がある。この特許文献１には、直線移動可能なコイルに電流を供給するアクチュエータ構造が記載され、固定された円筒形状の永久磁石から発生する磁界とコイルの電流密度による電子反発力を利用して、コイルに繋がる絶縁ロッドを直線運動させる遮断器が記載されている。

一方、特許文献２及び３には、永久磁石の両側に空隙を介して配置された磁極歯と、これらの磁極歯を連続につなぐコアと、複数の磁極歯に巻かれた電機子巻線を有する電機子と、磁極が交互になるように配置された永久磁石列とからなる駆動装置が記載されている。

更に、特許文献４には、遮断器の開閉接触子を動かす磁気式リニア駆動装置について記載され、給電可能な第１コイルを貫通し磁束によって通過される少なくとも１つの磁気空隙を有する第１鉄心と、第１永久磁石を有する可動接触子とを備え、前記第１永久磁石は、圧縮されたばね装置（補助装置）で支援されて第１終端位置から移動することが記載されている。

特許文献１：特表２００７−５２３４７５号公報
特許文献２：特開２０１０−１４１９７８号公報
特許文献３：特開２０１０−２３９７２４号公報
特許文献４：特表２００６−５２０５１７号公報

ところで、高加速が要求される遮断器向けのアクチュエータにおいては、可動体の質量を低減する必要がある。

しかしながら、特許文献１に記載されたアクチュエータ構造では、巻線が可動するアクチュエータとなっており、大電流を流すためには径の大きい巻線が必要になるため、巻線の質量が大きくなり、加速度性能が低下してしまう。その他、巻線自体が可動するため、可動体となる巻線に電流を供給する必要があり、配線の取り回しや耐久性に改善の余地がある。この様な種々観点から、特許文献１の信頼性には改善の余地がある。

また、特許文献２及び３に記載された内容は、そもそも遮断器に用いることを意図されているものではなく、高加速が要求される遮断器向けの操作器のために、可動体の質量を低減することは、全く考慮されていないものである。

更に、特許文献４に記載されている磁気式リニア駆動装置は、可動接極子に継鉄が取付けられている構造のため、可動部分の質量に継鉄の質量が加わり、応答性が低下し遮断時間が増大する恐れがある。また、可動接極子と第１鉄心の位置によって第１コイルに流す電流と可動接極子に働く推力の関係が変化し、推力の制御が難しくなると共に、可動接極子が移動する際に振動が発生してしまう。更に、継鉄が第１鉄心の空隙の縁に接している位置の場合と接していない位置の場合とでは、磁気回路の磁気抵抗が大きく変わるため、振動などの原因になる恐れがあり、信頼性に乏しいものとなる
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、操作器の質量の低減が図れて高加速操作が実現できることは勿論、信頼性の向上が図れる開閉装置を提供することにある。

本発明の開閉装置は、上記目的を達成するために、固定接触子及び該固定接触子に対して接触または開離する可動接触子からなる遮断部と、前記可動接触子が動作するための駆動力を発生させるリニアモータと、前記遮断部の固定接触子と可動接触子の接触または開離時における前記リニアモータの加速時または減速時、或いは加減速時に、該リニアモータに推力を補助する推力発生源とを備え、前記リニアモータは、永久磁石または磁性材を磁化方向を反転させつつ複数個並べて形成された可動子と、前記永久磁石または磁性材を上下から挟み込むように配置された第１の磁極歯及び第２の磁極歯、該第１の磁極歯と第２の磁極歯をつなぎ磁束の経路を形成する磁性体、前記第１の磁極歯と第２の磁極歯にそれぞれ配置された巻線から成る電機子とを備え、前記第１の磁極歯及び第２の磁極歯は、前記可動子若しくは電機子の進行方向に少なくとも２つ並設されていると共に、両者が前記磁性体で連結され、かつ、前記巻線からの磁束が通る少なくとも２つの異なる磁路が形成されることを特徴とする。

本発明によれば、操作器の質量の低減が図れて高加速操作が実現できることは勿論、信頼性の向上が図れる効果がある。

本発明の開閉装置の実施例１である遮断器の閉極状態を示す断面図である。 本発明の開閉装置の実施例１である遮断器の開極状態を示す断面図である。 本発明の開閉装置の実施例１に採用されるリニアモータの構成を示す斜視図である。 図２のリニアモータをＹ−Ｚ平面で断面した状態を示す斜視図である。 図２に示したリニアモータの可動子を説明する図である。 本発明の開閉装置の実施例１に採用されるリニアモータの第１の磁束の経路と第２の磁束の経路を示す図２に相当する図である。 本発明の開閉装置の実施例１に採用されるリニアモータの第１の磁束の経路と第２の磁束の経路を示す図３に相当する図である。 図５を矢印Ｐ方向から見た図である。 図６を矢印Ｑ方向から見た図である。 本発明の開閉装置に採用されるリニアモータの他の構成を示す斜視図である。 図９のリニアモータをＹ−Ｚ平面で断面して示す断面図である。 図９の構成にばねとフックを付加した例を示すリニアモータの斜視図である。 図１１に示したリニアモータをＹ−Ｚ平面で断面して示す斜視図である。 本発明の開閉装置の実施例２である遮断器の閉極状態を示す断面図である。 本発明の開閉装置の実施例２である遮断器の開極状態を示す断面図である。 本発明の開閉装置に採用されるリニアモータの構成において、可動子間にばねを配置すると共に、ばねとフックを付加した例を示すリニアモータの斜視図である。 図１４に示したリニアモータをＹ−Ｚ平面で断面して示す斜視図である。 本発明の開閉装置に採用されるリニアモータの構成において、リニアモータの両側にばねを配置した例を示すリニアモータの斜視図である。 本発明の開閉装置の例である遮断器の動作パターンであり、ばねの推力特性を示す図である。 本発明の開閉装置に採用されるリニアモータの推力特性を示す図である。 図１７（ｂ）のばねの推力特性とリニアモータの推力特性を合わせた特性を示す図である。 図１７（ｃ）からばねを変位０までに圧縮するためのばねの推力とリニアモータの推力の関係を示す図である。 遮断器の時間と変位の関係の例を示す特性図である。 本発明に採用されるリニアモータとばねの推カパターン例であり、加速ばねとリニアモータを用いた推カパターンを示す図である。 本発明に採用される加速ばねと減速ばね及びリニアモータを用いた推カパターンを示す図である。 本発明に採用されるリニアモータにおいて加速初期に加速ばねを作用させた場合の推カパターンを示す図である。 本発明に採用されるリニアモータの推力発生源として油圧シリンダを用いた遮断器の閉極状態を示す断面図である。 本発明に採用されるリニアモータの推力発生源として油圧シリンダを用いた遮断器の開極状態を示す断面図である。 図１１に示した例において、フックを外す際の時間と変位の関係を示す特性図である。 図２に示したリニアモータの電機子をＸ−Ｙ平面で断面して示す断面図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の開閉装置を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する

図１（ａ）及び図１（ｂ）に、本発明の開閉装置の実施例１であるガス遮断器を示す。図１（ａ）はガス遮断器の閉極状態、図１（ｂ）はガス遮断器の開極状態である。

該図に示す如く、本実施例のガス遮断器は、事故電流を遮断するための遮断部（Ａ）と、この遮断部（Ａ）を操作するための操作部（Ｂ）とに大別される。

遮断部（Ａ）は、内部にガス（例えば、ＳＦ６ガス、空気等）を充填させた密閉金属容器１内に、密閉金属容器１の端部に設けられた絶縁支持スペーサ２に支持された固定側接触子３と、この固定側接触子３と対向配置され、該固定側接触子３に対して接触（閉極）または開離（開極）する可動側接触子４と、この可動側接触子４の先端に設けられ、開極時に固定側接触子３と可動側接触子４の間に発生するアークに消弧性ガスを吹き付けて消弧するノズル５と、操作部（Ｂ）側に接続されると共に、可動側接触子４に接続される絶縁ロッド８１を覆うように配置されている絶縁支持筒７と、可動側接触子４に接続され主回路の一部を構成する主回路導体となる高電圧導体８とから概略構成されている。

そして、遮断部（Ａ）は、操作部（Ｂ）からの操作力を通じて可動側接触子４を移動させて電気的に開閉されることにより、電流の投入（閉極）及び遮断（開極）が行われるものである。また、高電圧導体８の周囲には、高電圧導体８に流れる電流を検出するための電流検出器として働く変流器５１が設けられており、絶縁支持筒７内には、操作部（Ｂ）側に接続される絶縁ロッド８１が配置されている。

一方、操作部（Ｂ）は、密閉金属容器１に隣接して設けられた操作器ケース６１と、この操作器ケース６１内に設置されたリニアモータ（操作器）１００と、操作器ケース６１内に設置され、遮断部（Ａ）の固定側接触子３と可動側接触子４の接触または開離時におけるリニアモータ１００の加速時または減速時、或いは加減速時に、該リニアモータ１００に推力を補助する推力発生源であるばね９０と、リニアモータ１００の内部に配置され、該リニアモータ１００の内部を直線稼動する可動子２７と、この可動子２７とばね９０の一端がボルト等により固定されている可動部２３とから概略構成されている。

そして、可動部２３は、密閉金属容器１を気密に保ったまま駆動できる様に設けられる直線シール部６２を通じて遮断部（Ａ）の絶縁ロッド８１に連結されている（直線シール部６２は、絶縁ロッド８１の動作（軸方向移動）は許容し、密閉金属容器１内の気密は保つものである）。この絶縁ロッド８１は、可動電極６に連結されており、可動部２３に固定されている可動子２７を介してリニアモータ１００及びリニアモータ１００に推力を補助するばね９０の動作を通じて遮断部（Ａ）における可動電極６を動作させることが可能になる。

また、リニアモータ１００にはアンプ７１が接続され、そのアンプ７１には制御ユニット７２に接続されている。アンプ７１は、制御ユニット７２からの指令を受け、その指令に応じた電流をリニアモータ１００に供給している。制御ユニット７２には、変流器５１で検出した電流値が入力され、この電流値に応じてリニアモータ１００に供給する電流値がコントロールされ、可動子２７及び可動部２３を介して可動電極６の位置や速度をコントロールしている。

更に、上述した如く、操作器ケース６１内にはばね９０が配置されており、このばね９０が、可動部２３を介してリニアモータ１００の可動子２７と連結されていることから、可動電極６を動作させる際に、リニアモータ１００の推力及びばね９０の推力による力を供給することが可能になり、リニアモータ１００の単独の推力の場合に比較して、リニアモータ１００、アンプ７１などの容量を小さくできる。また、リニアモータ１００により位置や速度の制御が可能になり、従来のばね式操作器に比べると電流遮断の信頼性が向上する。

次に、リニアモータ１００の構造について、図２乃至図８を用いて説明する。図２乃至図８のリニアモータ１００は、３相駆動のリニアモータの一例である。なお、リニアモータ１００は、３相駆動に限定されるわけではなく、例えば、２相駆動や４相以上の多相での構成も可能である。

該図に示す如く、リニアモータ１００は、永久磁石２１に対向する位置に巻線４１を配置した電機子１０１が、永久磁石２１の進行方向（Ｚ方向）に３個配置されている。図３に示す如く、永久磁石２１は、Ｚ方向に複数並べられ、磁化方向２５が交互になるように配置されている。また、永久磁石２１を上下から挟み込むように第１の磁極歯１１と、第２の磁極歯１２が配置され、この第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２を磁性体１３でつなぎ磁束の経路を形成している。また、第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２のそれぞれには、巻線４１が巻かれている。

図４に示す如く、永久磁石２１は、はしご状の可動部材２８に固定され、この永久磁石２１と可動部材２８とで可動子２７を構成している。可動子２８は、図示しない支持機構にて電機子１０１との位置関係が保たれている。例えば、リニアガイド、ローラベアリング、カムフォロア、スラストベアリングなどが好ましいが、永久磁石２１と第１の磁極歯１１及び第２の磁極歯１２との間隔が保てれば、これに限定されるものでもない。また、図１に示した操作器ケース６１や密閉金属容器１に、支持機構を設けることも可能である。

通常、永久磁石２１と第１の磁極歯１１及び第２の磁極歯１２の間には吸引力（Ｙ方向の力）が発生するが、本実施例の構成においては、永久磁石２１と第１の磁極歯１１に発生する吸引力と、永久磁石２１と第２の磁極歯１２に発生する吸引力とが互いに発生し、これらで力が相殺されることから吸引力が小さくなる。

そのため、可動子２７を保持するための機構が簡素化でき、可動子２７を含む可動体の質量を低減できる。また、可動体の質量を低減できるため、高加速度駆動や高応答駆動を実現することが可能になる。更に、電機子１０１と永久磁石２１が相対的にＺ方向に駆動するため、電機子１０１を固定することにより永久磁石２１を含む可動子２７がＺ方向へ移動する。反対に、可動子２７を固定し、電機子１０１をＺ方向に移動させることも可能である。この場合には、可動子２７と電機子１０１が逆転することになる。あくまでも発生する力は両者の間で生じる相対的な力である。

リニアモータ１００の駆動に際しては、巻線４１に電流を流すことにより磁界が発生し、電機子１０１と永久磁石２１の相対位置に応じた推力を発生することが可能になる。

また、本実施例のリニアモータ１００は、図５乃至図８に示すように、巻線４１ａ及び４１ｂによって発生する磁束９１及び９２が通る２つの異なる磁路を形成している。

即ち、巻線４１ａ及び４１ｂによって発生する磁束９１及び９２が通る２つの異なる磁路のうち１つは、図７に示す如く、巻線４１ａにより生じた磁束９１ａが、第１の磁極歯１１ａ、磁性体１３ａ、磁性体１３ｃを通り、第２の磁極歯１２ａに至る第１の経路である。もう１つの経路は、図８に示す如く、巻線４１ａと巻線４１ｂにより生じた磁束９２ａが、第１の磁極歯１１ａ、磁性体１３ａ、第１の磁極歯１１ｂ、第２の磁極歯１２ｂ、磁性体１３ｃを通り、第２の磁極歯１２ａに至る第２の経路である。つまり、２つの異なる磁路の１つは、巻線４１ａ及び４１ｂからの磁束９１が、磁性体１３から第１の磁極歯１１、第１の磁極歯１１から第２の磁極歯１２、第２の磁極歯１２から磁性体１３に至る第１の経路であり、もう１つの磁路は、巻線４１ａ及び４１ｂからの磁束９２が、第１の通路と直交する方向（永久磁石２１の進行方向（Ｚ方向））で、かつ、可動子２７の進行方向に隣接する磁極歯に至る第２の経路である。

上記した磁束９２が通る第２の経路は、詳述すれば、図６に示す如く、可動子２７の進行方向に隣接する電機子１０１の上側の各々の第１の磁極歯１１間を、巻線４１ａ及び４１ｂからの磁束９２が磁性体１３を介して流れ、それが電機子１０１の下側の第２の磁極歯１２に流れ、下側の各々の第２の磁極歯１２間を、磁束９２が磁性体１３を介して流れる循環経路となる。

このように構成することにより、巻線４１ａ及び４１ｂからの磁束が第１及び第２の経路を通ることになり、磁束の経路の断面積が増加し、効率的に推力を発生することができる。

また、電機子１０１と永久磁石２１の位置関係及び注入する電流の位相や大きさを制御することにより、推力の大きさ及び方向の調整が可能になる。可動子２７の動作制御は、開極指令及び閉極指令が制御ユニット７２に入力された場合に応じて、アンプ７１からリニアモータ１００に電流を供給し、リニアモータ１００での可動子２７の駆動力に変換することで行うことができる。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、リニアモータ１００とばね９０は、可動部２３と絶縁ロッド８１を介して可動電極６を駆動する。即ち、図１（ａ）は、可動電極６は閉極状態であり、この状態から図１（ｂ）の開極状態に駆動する際には、リニアモータ１００による可動子２７を介しての駆動力に、ばね９０の引張力（推力）を補助することで可動電極を開極状態にすることができる。また、図１（ｂ）の開極状態から図１（ａ）の閉極状態にするには、リニアモータ１００による可動子２７を介しての駆動力に、ばね９０が圧縮されている圧縮力を解放することによる推力を補助することで可動電極６を閉極状態にすることができる。

このようにすることにより、ガス遮断器の高加速操作を行うために、操作器を大型化することなく、操作器の質量の低減が図れて高加速操作が実現できる。

なお、ばね９０は、閉極状態から開極状態に駆動する際に、圧縮力を解放することによる推力を補助し、開極状態から閉極状態に駆動する際に、引張力を補助することでも構わない。

また、可動子２７の位置は、図示しない位置検出装置により検出され、検出した位置情報により制御ユニット７２にてばね９０の推力を推定し、リニアモータ１００の推力をコントロールするようにしている。

図３に示すように、３つの電機子１０１の磁極歯は、Ｚ方向に並んだ永久磁石２１の５個分に対し、電機子１０１の磁極歯が６個並ぶ配置になっている。このように、永久磁石２１に対し、電機子１０１の磁極歯をＺ方向にずらすことにより、振動の低減が可能になる。更に、永久磁石２１を第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２で挟み込む構造により、可動子２７のブレが低減できる。

これらにより、直線駆動させても駆動方向（Ｚ方向）と垂直方向（Ｘ方向及びＹ方向）のブレや振動が極めて小さくなる。即ち、ガス遮断器に適用する上では、操作力を伝える可動子が直線シール部６２を通過しても、直線シール部６２の変形が小さいために、シール部における機械的な負担が小さくなる。これは、駆動に伴う直線シール部６２の摺動動作不具合だけでなく、可動側接触子４の傾きを防止することにもつながるので、接触摺動部のかじりや電極からの微小金属異物が発生しにくい構造となる。かじりは遮断や投入の動作不良に結びつく可能性があり、金属異物は絶縁性能低下による絶縁事故に結びつく可能性がある。また、シール変形に伴うガス遮断器内部のＳＦ６ガスが外部へ漏洩する量を低減できる。

このように、本実施例の構成によれば、操作器の質量の低減が図れて高加速操作が実現できることは勿論、信頼性の向上が図れる効果がある。

図９乃至図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に、本発明の開閉装置の実施例２であるガス遮断器を示す。本実施例においては、既に説明した実施例１に示された同一の符号を付された構成と同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

該図に示す本実施例は、リニアモータ１００の永久磁石２１を上下２段に構成した例である。本実施例のリニアモータ１００は３相駆動の場合について説明する。

図９乃至図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示す如く、本実施例のリニアモータ１００は、電機子１０１をＺ方向に３つ並べ、上下２段の永久磁石２１の列を挟み込むように第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２を配置している。Ｙ方向に並んだ巻線４１ａの作る磁束方向２６に対し、巻線４１ｂの作る磁束２６は逆になるように巻線４１ａ及び４１ｂが巻かれている。

図９乃至図１０に示したリニアモータ１００と、ばね９０を組み合わせたリニアモータの例を図１１及び図１２に示す。

図に示す如く、本実施例では、リニアモータ１００部の軸方向両端に金具３０が取り付けられている。この金具３０には、円柱形を成した２枚のお盆状の可動部２３（左側）、可動部２３（右側）が取り付けられており、２枚の可動部２３の間にばね９０が配置されている。リニアモータ１００の可動部は、永久磁石２１と可動部材２８及び可動部材２８のＺ方向とＸ方向を補強する補強部材３１、３２と可動部２３（左側）で構成されている。

また、リニアモータ１００の可動部２３（左側）（右側）の軸芯は、ばね９０の内側に配置され、例えば、リニアモータ１００の可動部とばね９０を同軸上に配置することで、ブレや振動を低減できるため信頼性が向上する。更に、補強部材３１の追加によるリニアモータ１００の可動部の断面二次モーメントの増加や、補強部材３２による２段の可動子２７の連結により剛性が向上する。この結果、可動子２７の変形や座屈が抑制できるためさらに信頼性が向上する。

更に、可動部２３（左側）の中央に位置決め穴３３を設け、この位置決め穴３３に軸や軸受けを配置することで、リニアモータ１００の可動部のブレや振動の低減が可能となる。

また、ばね９０を圧縮した状態で保持するためフック２９が設けられている。このフック２９は、可動部２３（右側）に固定され、他方の可動部２３（左側）にばね９０が圧縮された状態で係合されて、この係合が解かれることでばね９０の圧縮が開放されるものである。これにより、リニアモータ１００ヘの電流供給がない場合でも、可動部２３（左側）やばね９０の位置を保持できる。なお、手動でフック２９を外すことにより、ばね９０の推力で可動部２３（左側）を動かすことが可能になる。

上述したリニアモータ１００を採用したガス遮断器を、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示す。

該図に示す如く、上述したリニアモータ１００を採用したガス遮断器は、絶縁ロッド８１が１本に対して、可動子２７がリニアモータ１００を移動可能なように２段配置され、可動部２３を介して両者が接続されている。そして、リニアモータ１００と可動部２３の間に、２段の可動子２７を囲むようにばね９０が配置されている。

このような本実施例の構成であっても、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、例えば、絶縁ロッド８１の動作軸に対し、可動子２７を対称に配置することにより、モーメントを低減することが可能となり、絶縁ロッド８１の動作が安定する。

図１４及び図１５に本発明の実施例３を示す。本実施例においては、既に説明した実施例１及び２に示された同一の符号を付された構成と同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

該図に示す本実施例は、ばね９０を上下２段の可動子２７間に配置した例である。即ち、金具３０と補強部材３２の間で、かつ、上下２段の可動子２７の間にばね９０が位置決め軸３６により位置決めされて設置されている。金具３０には、フック２９の一端が固定され、他端が補強部材３２にばね９０が圧縮された状態で係合されて、この係合が解かれることでばね９０の圧縮が開放されるようになっている。

このような本実施例の構成であっても、実施例２と同様な効果が得られることは勿論、ばね９０に異物が挟まる可能性が少なくなり、ばね９０に異物が挟まることによる不具合が防止できる。更に、ばね９０の内部に位置決め軸３６が設置され、補強部材３２に軸受３５を取り付けることが可能になり、可動子２７のブレ及び振動を抑制することができる。

また、図１４に示す如く、補強部材３１の側面にスケール３９を取り付け、このスケール３９の目盛の信号を位置検出器３４で読み取り、これをアンプ７１及び制御ユニット７２にリニアモータ１００の位置情報として伝達する。この際、スケール３９と位置検出装置３４の間隔が変化すると、位置信号を読み取る際にエラーが生じる場合がある。そこで、図１５に示すように、位置決め軸３６等を設置することにより、可動子２７のブレを低減することができ、読み取りエラーを低減できる効果もある。

図１６及び図１７（ａ）乃至図１７（ｄ）に本発明の実施例４を示す。本実施例においては、既に説明した実施例１及び２に示された同一の符号を付された構成と同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

図１６に示す如く、本実施例は、リニアモータ１００の軸方向両側にばね９０を設けた例である。即ち、リニアモータ１００部の軸方向両端に金具３０が取り付けられ、この金具３０には、円柱形を成した２枚のお盆状の可動部２３が取り付けられており、リニアモータ１００の軸方向両側において、２枚の可動部２３の間にばね９０が配置されている。

このような本実施例の構成であっても、実施例２と同様な効果が得られることは勿論、機械的または電気的な機構を設けることで、ばね９０の動作範囲を調整したり、複数のばね９０を配置して可動子２７のブレーキ力として動作することも可能である。

図１７（ａ）、図１７（ｂ）、図１７（ｃ）及び図１７（ｄ）を用いて、本実施例におけるガス遮断器の動作パターンの例について説明する。該図は全て横軸が可動電極の変位、縦軸は推力を示す。

図１７（ａ）は、ばね９０による推力特性を示す。ばね９０は変位によって推力特性が変化する。ばね９０の圧縮時の推力をＦＳとする。ばね９０を動作させた場合、図１７（ａ）の領域６０１の範囲で推力が得られる。

リニアモータ１００の推力を図１７（ｂ）に示す。リニアモータ１００は、電流の符号を変えることにより推力の向きを変えることが可能であるため、−ＦＬ（領域６０３）からＦＬ（領域６０２）の範囲で推力をコントロールできる。変位の正方向をガス遮断器の開極方向とすれば、開極時に領域６０２では加速力が、領域６０３ではブレーキ力が得られる。ばね９０とリニアモータ１００を合わせた推力特性は、図１７（ｃ）となる。ばね９０とリニアモータ１００により得られる推力特性は、領域６０４の範囲となる。

変位の正方向をガス遮断器の開極方向とした場合は、図１７（ｄ）に示すように、開極時には領域６０５のブレーキ力が動作する。一方、変位の負方向（閉極方向）へ移動するときには、ばね９０の圧縮動作が必要となるため、領域６０５の加速力が得られることになる。従って、ばね９０を変位０まで圧縮するためには、ＦＬ＞ＦＳとする必要がある。

また、従来のばね式の操作器においては、ばねを圧縮するモータが別途必要であるが、本実施例のリニアモータ１００とばね９０の操作器においては、ばね９０の圧縮をリニアモータ１００で行うことが可能となる。また、モータの回転動作を、ばね圧縮動作に変化する機構が不要になり、部品点数削減による信頼性向上、小型化が可能となる。

ガス遮断器の時間と変位の関係の例を図１８に示す。該図に示す如く、ガス遮断器は、動作開始からｔ２までにＰ０からＰ２に移動する。従って、時間の前半は加速、後半は減速動作が必要となる。そこで、ばね９０の動作範囲とリニアモータ１００の推力を時間の前半と時間の後半で変えることにより、ガス遮断器に適したストロークを得ることが可能となる。例えば、図１６に示した実施例４のリニアモータ１００において、左側に設置されたばね９０を加速ばね、右側に設置されたばね９０を減速ばねとして動作させることで、リニアモータ１００及びばね９０の容量を低容量にできる。

リニアモータ１００とばねよりなる遮断器の推カパターンを図１９（ａ）、図１９（ｂ）及び図１９（ｃ）に示す。図１９（ａ）に加速ばねとリニアモータを用いた推カパターンを、図１９（ｂ）に加速ばねと減速ばねとリニアモータを用いた推カパターンを示す。

図１９（ａ）において、変位０から変位Ｘ１の範囲では、ばね９０のエネルギ（領域６０１）から得られるばね９０の推力ＦＳ１と、リニアモータ１００のエネルギ（領域６０２）から得られるリニアモータ１００の推力ＦＬ１を利用して移動する。変位Ｘ１から変位Ｘ２の範囲では、リニアモータ１００の回生で得られるエネルギ（領域６０５）を利用したリニアモータ１００の推力ＦＬ２を利用して減速する。例えば、変位０のおける速度を０とし、変位Ｘ１まで加速し、変位Ｘ１を超えた領域で減速を開始し、変位Ｘ２で停止したとする。モータの損失や摩擦などの影響は無視すると仮定すると、加速に利用したエネルギ（領域６０１と領域６０２の和）と減速に利用したエネルギ（領域６０５）は等しくなる。例えば、Ｘ１＝Ｘ２の場合において、加速と減速に必要なエネルギは同等となるため、減速時はばね９０の作用がないため、リニアモータ１００により供給される減速エネルギが大きくなり、リニアモータ１００の容量が大きくなり、ＦＬ１＜ＦＬ２となる。リニアモータ１００の容量は推力で決まるため、ＦＬ１またはＦＬ２の大きい方で容量が決まる。

そこで、図１９（ｂ）に示すように、変位Ｘ１からＸ２の間作用する減速ばねを用いることで、加速時の推力ＦＬ１と減速時のブレーキ力ＦＬ２を同等にすることが可能になり、リニアモータ１００の容量を低減できる。

更に、ガス遮断器の動作上、全変位の半分以上の領域で加速を必要とする場合がある。このとき、Ｘ１＞Ｘ２となり、加速時の推力（ＦＬ１＋ＦＳ１）に比べ減速時の推力（ＦＬ２＋ＦＳ２）を大きくする必要がある。変位０からＸ１までばね（１）の推力ＦＳ１とリニアモータ１００の推力ＦＬ１で加速し、変位Ｘ１からＸ２までばね（２）の推力ＦＳ２とリニアモータ１００の推力ＦＬ２を用いて移動した場合、減速時に作用するばね（２）を設けることで、加速時のリニアモータ１００の推力ＦＬ１と減速時のリニアモータ１００の推力ＦＬ２を同等に設計することが可能になり、リニアモータ１００の容量低減が可能となる。Ｘ１＞Ｘ２において、ＦＳ１＜ＦＳ２とすることにより、加速時と減速時のリニアモータ１００の容量を適切に設定可能となる。

加速初期に加速ばねを作用させた場合の推力パターンを図１９（ｃ）に示す。例えば、必要に応じてばね９０の作用する範囲を変えることも可能であり、加速前半と加速後半の推力特性を大きく変えた場合、加速初期にばね９０とリニアモータ１００、加速後半にリニアモータ１００の推力で加速することで、速度の立ち上がりを早くすることが可能となる。

このように、ばね９０の動作範囲を変えることにより、ガス遮断器の動作に適したストローク特性を実現することも可能である。

図２０（ａ）及び図２０（ｂ）に本発明の実施例５を示す。本実施例においては、既に説明した実施例１に示された同一の符号を付された構成と同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

該図に示す本実施例では、上述した実施例で説明したばねに代えて油圧シリンダ３７を用いたものである。即ち、可動部２３に油圧シリンダ３７のピストン３８を接続している。他の構成は、図１（ａ）及び図１（ｂ）と同様である。

このような本実施例の構成であっても、実施例１と同様な効果が得られる。なお、可動部２３の加速及び減速を補助する推力発生源としては、ばね９０や油圧シリンダ３７に限られるものではなく、可動部２３の加減速をリニアモータ１００と、その他の推力発生源により補助することでも同等の効果が得られる。

図２１及び図１１を用いて本発明の実施例６について説明する。本実施例においては、既に説明した実施例１に示された同一の符号を付された構成と同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

図１１に示す如く、実施例２では、リニアモータ１００と加減速時の推力を補助するばね９０とばね９０の圧縮力を保持するフック２９を備えている。従来のばね遮断器においては、ばねの圧縮力をフックで保持しており、ばねの圧縮力に応じて強固なフックが必要になると同時に、フックを外す際の力や摩擦によりフックの損傷が発生する。

本実施例の構成においては、フック２９を外す際に加速方向と逆方向にリニアモータ１００を動作させ、フック力を緩めることでフック２９への力を低減できる。

フック２９を外す際の時間と変位の関係を図２１に示す。該図に示す如く、変位Ｐ０の位置から移動方向と逆の方向のＰ１へ移動し、フック力を緩めたのちフック２９を外し、Ｐ２へ移動することにより、フック２９への力や摩擦による損傷を大きく低減できる。また、Ｐ１の位置でフック力を０にし、リニアモータ１００の推力や各部の摩擦力やリニアモータ１００のディテント力などで保持することも可能である。これによりフック２９の摩擦や破損の頻度が低減し、ガス遮断器の信頼性が向上する。

なお、本発明の実施例１乃至実施例６に示した構成は、リニアモータ１００と加減速を補助する推力発生源を有しており、リニアモータ１００は、ストローク内にて推力を自由に制御できるため、ガス遮断器のストローク特性をコントロールできる。これにより、可動電極や遮断部の電極に発生するアークを抑制でき、ガス遮断器の信頼性向上につながる。

また、上述した実施例において、可動子２７によって生じる推力の作用点または推力の合力の作用点と、可動子２７の加速時または減速時、或いは加減速時に推力を補助するばね９０の推力作用点とが同軸上にあることに意味がある。これについて、以下に説明する。

図１（ｂ）に示したばね９０とリニアモータ１００の組み合わせにおいて、リニアモータ１００の可動子２７は１段構成で、リニアモータ１００の推力が作用する軸を（ウ）、ばね９０の推力が作用する軸を（イ）とした場合、リニアモータ１００の推力とばね９０の推力を同等にすれば、リニアモータ１００の推力とばね９０の推力の合力は中間になる。また、推力差があれば合力の作用する軸は若干ずれるが、リニアモータ１００がばね９０を圧縮する（リニアモータ１００の推力≒ばね９０の推力）ことを考えると、両者はほぼ同等となる。そこで、ばね９０とリニアモータ１００の合力の作用軸（ア）と可動電極６の移動する軸（エ）を同軸上に配置することで、リンク部やシール部の摩耗、負担を軽減できる。

図１３（ａ）は、同様に２段の可動子２７の合力が作用する軸（オ）と可動電極６の移動する軸（カ）を同軸上に配置した例である。このように、複数の推力発生源に対し、それらの合力の発生する軸を可動電極６の移動する軸と同軸上に配置することで、リンク部やシール部の摩耗、負担を軽減できる。

図１２は、ばね９０の推力が発生する軸（ク）と複数の可動子２７の合力が発生する軸（キ）が同軸であり、ばね９０とリニアモータ１００の推力が同等でない場合においても、リンク部やシール部の摩耗、負担を軽減できる効果がある。

本発明に用いたリニアモータ１００について、以下に、追加の説明を記載する。例えば、図２に示したリニアモータ１００の電機子１０１をＸＹ断面で切り取った図を図２２に示す。

該図に示す如く、永久磁石２１を第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２で挟み込むように配置することで、第１の磁極歯１１、第２の磁極歯１２と永久磁石２１との吸引力を低減できるため、支持機構が簡素になり軽量な可動部２３を構成できる。また、可動部２３が軽量なため、高加速駆動や応答性が高いといった利点がある。更に、本発明においては、可動子２７が軽量なため、永久磁石２１の吸引力により第１の磁極歯１１、第２の磁極歯１２の中央にて永久磁石２１が安定する。このため、図１４に示した位置検出装置３４とスケール３９との間隔も略一定に保つことが可能となる。更に、永久磁石２１の位置に一致するようにｄ軸の位相において、巻線４１に電流を流すことにより安定した吸引力が得られ永久磁石２１の位置を安定させることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成を置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…密閉金属容器、２…絶縁支持スペーサ、３…固定側接触子、４…可動側接触子、５…ノズル、６…可動電極、７…絶縁支持筒、８…高電圧導体、１１、１１ａ、１１ｂ…第１の磁極歯、１２、１２ａ、１２ｂ…第２の磁極歯、１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ…磁性体、２１…永久磁石、２３…可動部、２５…磁化方向、２６…磁束方向、２７…可動子、２８…可動部材、２９…フック、３０…金具、３１、３２…補強部材、３３…位置決め穴、３４…位置検出装置、３５…軸受、３６…位置決め軸、３７…油圧シリンダ、３８…ピストン、３９…スケール、４１、４１ａ、４１ｂ…巻線、５１…変流器、６１…操作器ケース、６２…直線シール部、７１…アンプ、７２…制御ユニット、８１…絶縁ロッド、９０…ばね、９１、９１ａ、９２、９２ａ…磁束、１００…リニアモータ、１０１…電機子、６０１…ばねの推力の領域、６０２…リニアモータの推力の領域、６０３…リニアモータの推力（負側の領域）、６０４…操作器の推力の領域、６０５…負の推力（ブレーキ力、巻上力）の領域、６０６…ブレーキばねによる推力の領域、（Ａ）…遮断部、（Ｂ）…操作部。

Claims (13)

1. 固定接触子及び該固定接触子に対して接触または開離する可動接触子からなる遮断部と、前記可動接触子が動作するための駆動力を発生させるリニアモータと、前記遮断部の固定接触子と可動接触子の接触または開離時における前記リニアモータの加速時または減速時、或いは加減速時に、該リニアモータに推力を補助する推力発生源とを備え、
   前記リニアモータは、永久磁石または磁性材を磁化方向を反転させつつ複数個並べて形成された可動子と、前記永久磁石または磁性材を上下から挟み込むように配置された第１の磁極歯及び第２の磁極歯、該第１の磁極歯と第２の磁極歯をつなぎ磁束の経路を形成する磁性体、前記第１の磁極歯と第２の磁極歯にそれぞれ配置された巻線から成る電機子とを備え、
   前記第１の磁極歯及び第２の磁極歯は、前記可動子若しくは電機子の進行方向に少なくとも２つ並設されていると共に、両者が前記磁性体で連結され、かつ、前記巻線からの磁束が通る少なくとも２つの異なる磁路が形成されることを特徴とする開閉装置。
2. 請求項１に記載の開閉装置において、
   前記巻線からの磁束が通る少なくとも２つの異なる磁路は、前記巻線からの磁束が、前記磁性体から前記第１の磁極歯、該第１の磁極歯から前記第２の磁極歯、該第２の磁極歯から前記磁性体に至る第１の経路と、該第１の経路と直交する方向で、かつ、前記それぞれの電機子内で前記可動子若しくは電機子の進行方向に隣接する前記第１の磁極歯から第２の磁極歯に至る第２の経路とから成ることを特徴とする開閉装置。
3. 請求項１に記載の開閉装置において、
   前記遮断部は容器内に収納され、かつ、前記リニアモータは前記容器と隣接配置されたケース内に設置されていると共に、前記リニアモータの可動子が、前記容器内の可動接触子と絶縁ロッドを介して接続されていることを特徴とする開閉装置。
4. 請求項１に記載の開閉装置において、
   前記可動接触子に接続されて主回路の一部を構成する主回路導体の周囲に配置され、該主回路導体を流れる電流を検出する電流検出器と、該電流検出器で検出した電流値が入力され、該電流値に応じて前記リニアモータに供給する電流値を制御する制御ユニットと、該制御ユニットからの指令を受け、該指令に応じた電流を前記リニアモータに供給するアンプとを備えていることを特徴とする開閉装置。
5. 請求項１に記載の開閉装置において、
   前記推力発生源は、ばね或いは油圧シリンダから成ることを特徴とする開閉装置。
6. 請求項５に記載の開閉装置において、
   前記推力発生源はばねであり、前記ばねは、前記可動接触子と接続されている可動部を介して前記リニアモータの可動子と連結され、該ばねの圧縮力若しくは引張力を前記リニアモータに推力として補助することを特徴とする開閉装置。
7. 固定接触子及び該固定接触子に対して接触または開離する可動接触子からなる遮断部と、前記可動接触子が動作するための駆動力を発生させるリニアモータと、前記遮断部の固定接触子と可動接触子の接触または開離時における前記リニアモータの加速時または減速時、或いは加減速時に、該リニアモータに推力を補助する推力発生源とを備え、
   前記リニアモータは、永久磁石または磁性材を磁化方向を反転させつつ複数個並べて形成され、上下に少なくとも２段配置された可動子と、該それぞれの可動子の前記永久磁石または磁性材を上下から挟み込むように配置された第１の磁極歯及び第２の磁極歯、該第１の磁極歯と第２の磁極歯をつなぎ磁束の経路を形成する磁性体、前記第１の磁極歯と第２の磁極歯にそれぞれ配置された巻線から成る電機子とから成り、かつ、前記推力発生源は、前記リニアモータの軸方向端部に前記可動子を覆うように配置されたばねから成ることを特徴とする開閉装置。
8. 請求項７に記載の開閉装置において、
   前記リニアモータの端部の軸方向に２つの可動部を設けると共に、該２つの可動部の間に前記ばねを配置し、かつ、それぞれの前記可動部の一方に固定され、他方の前記可動部に前記ばねが圧縮された状態で係合されて、この係合が解かれることで前記ばねの圧縮が開放されるフック部材を備えていることを特徴とする開閉装置。
9. 請求項７に記載の開閉装置において、
   前記ばねは、上下に２段配置された前記可動子の間に設置されていることを特徴とする開閉装置。
10. 請求項７に記載の開閉装置において、
    前記ばねは、加速時に推力を補助するばねと、減速時に推力を補助するばねとが、前記リニアモータの軸方向両端部に、前記可動子を覆うように配置されていることを特徴とする開閉装置。
11. 請求項７に記載の開閉装置において、
    前記ばねを圧縮する推力ＦＳと、前記リニアモータの推力ＦＬとが、ＦＬ＞ＦＳとなるようにしたことを特徴とする開閉装置。
12. 請求項７に記載の開閉装置において、
    前記可動子によって生じる推力の作用点または推力の合力の作用点と、前記可動子の加速時または減速時、或いは加減速時に推力を補助する前記ばねの推力作用点とが同軸上にあることを特徴とする開閉装置。
13. 請求項１０に記載の開閉装置において、
    加速時に推力を補助する前記ばねの推力ＦＳ１と、減速時に推力を補助する前記ばねの推力ＦＳ２とが、ＦＳ１＜ＦＳ２となるようにしたことを特徴とする開閉装置。

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