JP6104478B1

JP6104478B1 - 操作装置

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Publication number: JP6104478B1
Application number: JP2016558162A
Authority: JP
Inventors: 覚前納; 森　智仁; 智仁森; 吉田　大輔; 大輔吉田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2016-03-25
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2036-03-25
Also published as: JPWO2017163411A1; WO2017163411A1; US20190051480A1

Abstract

操作装置（２０）は、動作軸（Ｃ）に沿って往復移動可能とされた可動鉄心（１０）と、動作軸（Ｃ）上に設けられて可動鉄心（１０）と対向する固定鉄心（９）と、動作軸（Ｃ）を中心とする円筒形状に巻き付けられた第１の巻線で構成される第１のコイル（２）と、動作軸（Ｃ）を中心とする円筒形状で第１のコイル（２）の外側に巻き付けられた第２の巻線で構成される第２のコイル（４）と、を備える。また、第１の巻線の線径よりも第２の巻線の線径のほうが大きい。

Description

本発明は、コイルに発生した磁束で可動鉄心を動作させる操作装置に関するものである。

従来、コイルに通電することで発生した磁束によって、可動鉄心を動作させる操作装置が用いられている。特許文献１には、二重にコイルを設けた操作装置が開示されている。

特開２０１３−８９５１６号公報

上記特許文献１に開示された構成では、可動鉄心を動作させる際に通電されるのは内側のコイルであり、外側のコイルには小電流を長時間流して投入保持用のコイルとしている。このように、内側のコイルと外側のコイルとで使用目的が異なるため、内側のコイルに通電した場合と、外側のコイルに通電した場合とで、発生する磁束が異なる。そのため、外側のコイルに通電して可動鉄心を動作させようとしても、その動作速度は、内側のコイルに通電した際の可動鉄心の動作速度とは異なってしまう。

したがって、内側のコイルに通電した場合と、外側のコイルに通電した場合のどちらの場合であっても可動鉄心を同じように動作させて、一方のコイルへの通電系統に異常があった場合でも、他方のコイルに通電することで可動鉄心を動作させるようにして、操作装置の信頼性の向上を図ることが難しい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多重に設けられたコイルのいずれのコイルに通電した場合であっても同じ速度で可動鉄心を動作させることを可能とすることで、製品の信頼性の向上を図ることのできる操作装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、動作軸に沿って往復移動可能とされた可動鉄心と、動作軸上に設けられて可動鉄心と対向する固定鉄心と、動作軸を中心とする円筒形状に巻き付けられた第１の巻線で構成される第１のコイルと、動作軸を中心とする円筒形状で第１のコイルの外側に巻き付けられた第２の巻線で構成される第２のコイルと、を備える。また、第１の巻線の線径よりも第２の巻線の線径のほうが大きい。

本発明にかかる操作装置によれば、多重に設けられたコイルのいずれのコイルに通電した場合であっても同じ速度で可動鉄心を動作させることを可能とすることで、製品の信頼性の向上を図ることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる操作装置の断面図実施の形態１における電磁石の平面図実施の形態１における電磁石の側面図図２に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図実施の形態１の変形例にかかる操作装置が備える電磁石の断面図本発明の実施の形態２にかかる操作装置が備える電磁石の断面図本発明の実施の形態３にかかる操作装置が備える電磁石の断面図

以下に、本発明の実施の形態にかかる操作装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる操作装置の断面図である。操作装置２０は、動作軸Ｃに沿って穴１７が形成された継鉄１１を備える。継鉄１１の穴１７の内部には、固定鉄心９と可動鉄心１０とが互いに対向して設けられる。穴１７の端部のうち一端部１７ａ側に可動鉄心１０が設けられ、他端部１７ｂ側に固定鉄心９が設けられる。

固定鉄心９は、穴１７の内部に固定されている。可動鉄心１０は、穴１７の内部で動作軸Ｃに沿って移動可能とされる。継鉄１１には、穴１７の一端部１７ａを塞いで、可動鉄心１０の抜け落ちを防ぐストッパ１４が設けられている。

固定鉄心９と可動鉄心１０との間には、固定鉄心９と可動鉄心１０とを離間させる方向に付勢力を付与する付勢部１３が設けられている。付勢部１３は、例えばコイルばねである。付勢部１３の付勢力によって、固定鉄心９と可動鉄心１０との間には隙間が形成される。

穴１７の内部には、電磁石１８が設けられる。電磁石１８は、動作軸Ｃを中心とする円筒形状である。図２は、実施の形態１における電磁石１８の平面図である。図３は、実施の形態１における電磁石１８の側面図である。図４は、図２に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。なお、図２から図４では、操作装置２０の動作軸Ｃも示している。

電磁石１８では、巻枠１の外側に第１のコイル２が設けられ、その外側に絶縁物３が設けられる。第１のコイル２は、図３に示す導電性の第１の巻線２１を巻枠１に巻き付けることで形成される。また、電磁石１８では、絶縁物３の外側に第２のコイル４が設けられる。第２のコイル４は、図３に示す導電性の第２の巻線２２を絶縁物３に巻き付けることで形成される。

第１のコイル２と第２のコイル４は、巻線２１，２２のターン数、すなわち巻線２１，２２の巻き数が同じとなっている。なお、本明細書の中での「巻き数が同じ」の概念には、第１の巻線２１の巻き数と第２の巻線２２の巻き数との多少の違いがある場合が含まれる。例えば、第１のコイル２における第１の巻線２１の巻き数をｒ１とし、第２のコイル４における第２の巻線２２の巻き数をｒ２とした場合に、０．８＜ｒ１／ｒ２＜１．２の関係を満たすものも、「巻き数が同じ」の概念に含まれる。また、第１の巻線２１の線径よりも第２の巻線２２の線径のほうが大きくなっている。

第２のコイル４の外側には、テープ５が巻き付けられる。テープ５の外側には、第１のコイル端子７と第２のコイル端子８が固定される。電磁石１８の円環形状の両端面は板状の端板６で覆われる。第１の巻線２１の端部は、絶縁物３、第２のコイル４およびテープ５と、端板６との間から外側に引き出されて、図３に示すように第１のコイル端子７に接続されている。また、第２の巻線２２の端部は、テープ５と端板６との間から外側に引き出されて、図３に示すように第２のコイル端子８に接続される。

第１のコイル端子７と第２のコイル端子８のそれぞれには、図示を省略した電源線が接続される。また、第１のコイル端子７と第２のコイル端子８には、電源線を通して別個に通電可能とされている。したがって、第１のコイル２と第２のコイル４には、それぞれ別個に通電することができる。

図１に戻って、動作軸Ｃに沿った方向において、電磁石１８の中心位置と、固定鉄心９と可動鉄心１０との隙間の位置とが一致する。より具体的には、動作軸Ｃに沿った方向において、第１のコイル２の中心位置と、第２のコイル４の中心位置と、固定鉄心９と可動鉄心１０との隙間の位置とが一致する。

可動鉄心１０のうち、固定鉄心９と対向する面には、プランジャ１２が固定されている。プランジャ１２は、動作軸Ｃに沿って延びる棒状形状を呈している。また、固定鉄心９には、動作軸Ｃに沿って延びる貫通穴９ａが形成されている。プランジャ１２は、貫通穴９ａを貫通し、継鉄１１の穴１７の他端部１７ｂ側に突出している。

上述した操作装置２０によれば、第１のコイル２または第２のコイル４に通電して磁束を発生させることで、固定鉄心９と可動鉄心１０との間に吸引力を発生させることができる。固定鉄心９と可動鉄心１０との間に吸引力が発生することで、付勢部１３の付勢力に抗して可動鉄心１０が固定鉄心９側に移動する。これにより、可動鉄心９に固定されたプランジャ１２が矢印Ｘに示す方向に移動する。また、第１のコイル２または第２のコイル４への通電を停止することで、固定鉄心９と可動鉄心１０との間の吸引力が消失する。固定鉄心９と可動鉄心１０との間の吸引力が消失することで、付勢部１３の付勢力によって可動鉄心１０が固定鉄心９から離間する方向に移動する。これにより、可動鉄心１０に固定されたプランジャ１２が矢印Ｙに示す方向に移動する。

プランジャ１２の先端に、例えばガス絶縁開閉装置の操作レバーを連結すれば、第１のコイル２または第２のコイル４への通電またはその停止を行うことで、操作レバーを操作することが可能となる。

本実施の形態１にかかる操作装置２０では、巻線２１，２２の巻き数が同じであり、動作軸Ｃからの距離が第１のコイル２よりも第２のコイル４のほうが離れているため、第１の巻線２１の全長よりも第２の巻線２２の全長のほうが長くなる。

また、操作装置２０では、第２の巻線２２の線径を第１の巻線２１の線径よりも大きくしているため、単位長さあたりの電気抵抗は、第１の巻線２１よりも第２の巻線２２のほうが小さくなる。

したがって、操作装置２０では、第１のコイル２における第１の巻線２１の全長よりも、第２のコイル４における第２の巻線２２の全長が長くなっているが、第１のコイル２における第１の巻線２１全体の電気抵抗と、第２のコイル４における第２の巻線２２全体の抵抗との差は、巻線２１，２２を同じ線径とした場合に比べて小さくすることができる。

これにより、第１のコイル２に通電した場合と、第２のコイル４に通電した場合とで、発生する磁束の同一化を図ることができる。したがって、第１のコイル２に通電した場合と、第２のコイル４に通電した場合とで、固定鉄心９と可動鉄心１０の間に発生する吸引力の同一化が図られる。すなわち、第１のコイル２に通電した場合と、第２のコイル４に通電した場合とで、可動鉄心１０の動作速度の同一化を図ることができる。

例えば、プランジャ１２をガス絶縁開閉装置の操作レバーに連結した場合には、第１のコイル２または第２のコイル４に通電した際の、操作完了までの時間の同一化を図ることができる。ここで、通常時に通電するコイルを第１のコイル２とし、第２のコイル４は第１のコイル２に通電できない場合のバックアップ用のコイルとしている場合を考える。このような場合に、何らかの理由によって第１のコイル２に通電することができなくなった場合であっても、第２のコイル４に通電すれば、第１のコイル２に通電した場合と同様の速度で可動鉄心１０を動作させることができる。このように、本実施の形態１にかかる操作装置２０では、いずれのコイルに通電した場合であっても同じ速度で可動鉄心１０を動作させることができ、製品の信頼性の向上を図ることができる。

また、動作軸Ｃに沿った方向において、第１のコイル２の中心位置と、第２のコイル４の中心位置と、固定鉄心９と可動鉄心１０との隙間の位置とが一致しているので、磁束密度が高い領域に固定鉄心９と可動鉄心１０との隙間を位置させることができる。これにより、第１のコイル２または第２のコイル４から発生する磁束によって発生する吸引力の最大化が図られる。

図５は、実施の形態１の変形例にかかる操作装置が備える電磁石１８の断面図である。本変形例では、第２のコイル４の外側に、第３のコイル１６が設けられている。このように、コイル２，４，１６を三重に設けた場合であっても、第３のコイル１６として巻き付けられた第３の巻線（図示せず）の線径を、第２の巻線２２よりも大きくすることで、第１のコイル２に通電した場合と、第２のコイル４に通電した場合と、第３のコイル１６に通電した場合とで、可動鉄心１０の動作速度の同一化を図ることができる。また、バックアップ用のコイルが増えることで、製品のより一層の信頼性の向上を図ることができる。なお、コイルの数は変形例として示した３つに限られず、４つ以上であっても構わない。すなわち、動作軸Ｃを中心として多重にコイルを設け、より外側のコイルに巻き付けられる巻線の線径を大きくすることで、より一層の製品の信頼性の向上を図ることができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２にかかる操作装置が備える電磁石の断面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。電磁石３８では、動作軸Ｃに沿った方向において、第１のコイル２の長さｈ１よりも第２のコイル４の長さｈ２のほうが短くなっている。より具体的には、１＜ｈ１/ｈ２＜１．３の関係を満たす。端板６と第２のコイル４との隙間には絶縁物１５が設けられる。また、動作軸Ｃに沿った方向において、第１のコイル２の中心位置と第２のコイル４の中心位置を一致させている。

本実施の形態２では、第１のコイル端子７に接続する第１の巻線２１（図２も参照）を端板６と第２のコイル４との隙間に通すことができるので、作業性が向上する。また、第１のコイル端子７および第２のコイル端子８の一部を絶縁物１５に埋め込むことで、電磁石３８の小型化を図ることができる。そして、電磁石３８の小型化に伴い、操作装置の小型化を図ることができる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３にかかる操作装置が備える電磁石の断面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。電磁石４８では、動作軸Ｃに沿った方向において、第２のコイル４の長さｈ２よりも第１のコイル２の長さｈ１のほうが短くなっている。より具体的には、０．７＜ｈ１/ｈ２＜１の関係を満たす。端板６と第１のコイル２との隙間には絶縁物１５が設けられる。また、動作軸Ｃに沿った方向において、第１のコイル２の中心位置と第２のコイル４の中心位置を一致させている。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１巻枠、２第１のコイル、３絶縁物、４第２のコイル、５テープ、６端板、７第１のコイル端子、８第２のコイル端子、９固定鉄心、９ａ貫通穴、１０可動鉄心、１１継鉄、１２プランジャ、１３付勢部、１４ストッパ、１５絶縁物、１６第３のコイル、１７穴、１７ａ一端部、１７ｂ他端部、１８，３８，４８電磁石、２０操作装置、２１第１の巻線、２２第２の巻線。

Claims

動作軸に沿って往復移動可能とされた可動鉄心と、
前記動作軸上に設けられて前記可動鉄心と対向する固定鉄心と、
前記動作軸を中心とする円筒形状に巻き付けられた第１の巻線で構成される第１のコイルと、
前記動作軸を中心とする円筒形状で前記第１のコイルの外側に巻き付けられた第２の巻線で構成される第２のコイルと、を備え、
前記第１の巻線の線径よりも前記第２の巻線の線径のほうが大きく、
前記動作軸に沿った方向において、前記第１のコイルの長さよりも前記第２のコイルの長さのほうが短いことを特徴とする操作装置。
前記動作軸に沿った方向において、前記第１のコイルの中心位置と、前記第２のコイルの中心位置と、前記可動鉄心と前記固定鉄心との隙間の位置とが一致することを特徴とする請求項１に記載の操作装置。
前記動作軸に沿った方向において、前記第１のコイルの長さをｈ１とし、前記第２のコイルの長さをｈ２とした場合に、１＜ｈ１/ｈ２＜１．３の関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の操作装置。
動作軸に沿って往復移動可能とされた可動鉄心と、
前記動作軸上に設けられて前記可動鉄心と対向する固定鉄心と、
前記動作軸を中心とする円筒形状に巻き付けられた第１の巻線で構成される第１のコイルと、
前記動作軸を中心とする円筒形状で前記第１のコイルの外側に巻き付けられた第２の巻線で構成される第２のコイルと、を備え、
前記第１の巻線の線径よりも前記第２の巻線の線径のほうが大きく、
前記動作軸に沿った方向において、前記第２のコイルの長さよりも前記第１のコイルの長さのほうが短く、
前記動作軸に沿った方向において、前記第１のコイルの長さをｈ１とし、前記第２のコイルの長さをｈ２とした場合に、０．７＜ｈ１/ｈ２＜１の関係を満たすことを特徴とする操作装置。
動作軸に沿って往復移動可能とされた可動鉄心と、
前記動作軸上に設けられて前記可動鉄心と対向する固定鉄心と、
前記動作軸を中心とする円筒形状に巻き付けられた第１の巻線で構成される第１のコイルと、
前記動作軸を中心とする円筒形状で前記第１のコイルの外側に巻き付けられた第２の巻線で構成される第２のコイルと、
前記動作軸を中心とする円筒形状で前記第２のコイルの外側に巻き付けられた第３の巻線で構成される第３のコイルと、を備え、
前記第１の巻線の線径よりも前記第２の巻線の線径のほうが大きく、
前記第２の巻線の線径よりも前記第３の巻線の線径のほうが大きいことを特徴とする操作装置。