JP6301013B2 - 開閉器 - Google Patents

Description

この発明は、電力機器用の開閉器に関し、電磁力を利用して電気回路を開閉する遮断器や断路器等の開閉器に関するものである。

電力系統には、過電流から系統全体を保護するために過電流を遮断する遮断器や、電力機器を確実に系統から切り離す断路器といった開閉器が備えられている。遮断器には、開操作によって高速に移動する可動電極を停止させるためにオイルダンパ等を用いている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６２−２３２８２５号公報

特許文献１で提案されているオイルダンパは、操作時の衝撃を低減する必要性から、可動部の可動範囲端部に緩衝機構として備えられている。このオイルダンパによって開閉器の長寿命化を図ることが可能である。

ところで、開閉器としては、部品点数が少なくメンテナンス性に優れたソレノイド型開閉器がよく利用されている。しかし、ソレノイド型開閉器においても、可動鉄心にブレーキをかけるための構成が固定鉄心の外部にあり、開閉器が大型化するという課題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、衝撃を抑制した開極動作及び閉極動作が可能であり、電磁制動力を発生させる機構を固定鉄心内部に備えた低コストで省スペースな開閉器を提供することを目的とする。

この発明に係る開閉器は、
固定電極と、前記固定電極に対して接離可能な可動電極と、
前記固定電極と前記可動電極とを開閉する電磁操作部とを備え、
前記電磁操作部は、固定鉄心と、前記固定鉄心の内部を前記固定電極と前記可動電極の開閉方向に移動する可動鉄心と、
前記可動鉄心に対して開極方向に荷重を加える開極バネとを備え、
前記固定鉄心は、
前記固定鉄心の内側の両側壁面から開閉方向に垂直に突出する固定第一フランジ部と、
前記固定第一フランジ部の開極側に前記固定第一フランジ部と間隔を開けて、前記固定鉄心の内側の両側壁面から開閉方向に垂直に突出する固定第二フランジ部とを備え、
前記固定第一フランジ部の内側先端に、磁性を有する導電体からなる第一磁場遮蔽部材を備え、
前記固定第二フランジ部の内側先端に、磁性を有する導電体からなる第二磁場遮蔽部材を備え、
前記固定第一フランジ部の内側先端に、前記第一磁場遮蔽部材と電気的に接続された非磁性の導電体からなる第一渦電流誘導部材を、前記第一磁場遮蔽部材の開閉方向の少なくともいずれか一方に備え、
前記固定第二フランジ部の内側先端に、前記第二磁場遮蔽部材と電気的に接続された非磁性の導電体からなる第二渦電流誘導部材を、前記第二磁場遮蔽部材の開閉方向の少なくともいずれか一方に備え、
前記可動鉄心は、
前記可動鉄心の可動鉄心軸から、前記開閉方向に垂直に両側に突出し、
前記可動鉄心の開極位置において前記第一磁場遮蔽部材と対向する可動第一フランジ部と、
前記可動鉄心の前記開極位置において前記第二磁場遮蔽部材と対向する可動第二フランジ部とを備え、
前記電磁操作部は、
前記固定第一フランジ部の閉極方向側に、前記可動鉄心の軸心と同軸に配置され、前記可動鉄心を電磁力で閉極方向に移動させる閉極コイルと、
前記固定第一フランジ部の開極方向側かつ、前記固定第二フランジ部の閉極方向側に、前記可動鉄心の軸心と同軸に配置され、前記可動鉄心を電磁力で開極方向に移動させる開極コイルと、
前記可動鉄心の閉極位置において、前記可動鉄心を前記固定鉄心に吸着させる第一永久磁石とを備えたものである。

本発明に係る開閉器によれば、可動鉄心の駆動途中に磁場遮蔽部材に発生する渦電流による電磁力を制動力として活用できるので、小型で、部品点数の少ない開閉器を提供できる。

この発明の実施の形態１に係る開閉器の断面模式図である。 図１（ａ）の要部拡大図である。 この発明の実施の形態１に係る各バネ荷重の合力の遷移と、各永久磁石の可動鉄心に対する吸着力の合力の遷移を示すグラフである。 この発明の実施の形態１に係る開閉器の電磁操作部の開極動作を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係る開閉器の開極動作中の可動鉄心の位置の変化を示すグラフと可動鉄心に作用する荷重の合力の変化を示すグラフである。 この発明の実施の形態１に係る可動鉄心に発生する渦電流と電磁力を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る開閉器の電磁操作部の断路動作を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係る開閉器の断路動作中の可動鉄心の位置の変化を示すグラフと可動鉄心に作用する荷重の合力の変化を示すグラフである。 この発明の実施の形態１に係る開閉器の電磁操作部の断路器投入動作を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係る開閉器の断路器投入動作中の可動鉄心の位置の変化を示すグラフと可動鉄心に作用する荷重の合力の変化を示すグラフである。 この発明の実施の形態１に係る開閉器の電磁操作部の閉極動作を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係る開閉器の閉極動作中の可動鉄心の位置の変化を示すグラフと可動鉄心に作用する荷重の合力の変化を示すグラフである。 この発明の実施の形態２に係る開閉器の電磁操作部の開極動作を示す模式図である。 この発明の実施の形態３に係る開閉器の開極動作を示す模式図である。 この発明の実施の形態４に係る開閉器の要部拡大断面模式図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図を用いて説明する。
本明細書において、閉極状態とは、開閉器が回路を閉じている状態を言い、固定電極と可動電極とが、電気的に接続されている状態である。開極状態とは、回路が開かれている状態を言う。断路状態とは、回路が開らかれているという点では開極状態と同じであるが、メンテナンス時などの安全性を確保するために、固定電極と可動電極を更に引き離した状態を言う。また、単に「磁力」と言うときは、電磁力及び永久磁石の磁力を含む。また、可動電極が固定電極から離れる方向を開極方向、断路方向、開極側、又は断路側と言い、その反対の方向を閉極方向または閉極側と言う。また、単にある部材の内側、外側と言うときは、固定鉄心の中心側が、内側、その反対側が外側とする。
図１（ａ）〜図１（ｄ）は、この発明の実施の形態１に係る開閉器１００の断面模式図である。
図１（ａ）は、開閉器１００の可動鉄心６が、閉極位置で停止している状態を示している。
図１（ｂ）は、開閉器１００の可動鉄心６が、開極動作を開始した直後の状態を示している。
図１（ｃ）は、開閉器１００の可動鉄心６が、開極位置で停止している状態を示している。
図１（ｄ）は、開閉器１００の可動鉄心６が、断路位置で停止している状態を示している。
各図において、開閉器１００は、左右対称であり、固定鉄心５は、図１（ａ）の断面形状を紙面奥にそのまま延長した形状である。

固定電極２は、位置が固定された電極である。可動電極３は、固定電極２に対して接離可能な電極である。可動電極３の開極側には、絶縁ロッド４が接続されている。絶縁ロッド４は、可動電極３と、絶縁ロッド４の開極側に接続された可動軸Ａ（第一可動軸）とを絶縁する。可動軸Ａは、開極側の端部にフランジ部Ａ１を備える。可動電極３と絶縁ロッド４と可動軸Ａとは、一体となって開極方向及び閉極方向に移動可能である。

可動軸Ｂ（第二可動軸）は、閉極側に中空の緩衝部Ｂ１を備え、開極側端部Ｂ２は、位置の動かない固定鉄心５内に収容され、開閉方向に移動可能な可動鉄心６の閉極側端部６Ｈに接続されている。緩衝部Ｂ１は、閉極側の端部Ｂ１Ｋに穴Ｂ１Ｋ１を備える。可動軸Ａのフランジ部Ａ１は、緩衝部Ｂ１の内側に収容され、可動軸Ａの軸Ａ２は、穴Ｂ１Ｋ１を通って、閉極側に突出している。フランジ部Ａ１の外径は、穴Ｂ１Ｋ１の内径より大きく、緩衝部Ｂ１の開極側の内壁面Ｂ１Ｈと可動軸Ａのフランジ部Ａ１との間には、圧縮された接圧バネＳ１の端部がそれぞれ接続されているので、可動軸Ｂが開閉方向に動いても、可動軸Ａが完全に連動して動く訳ではない。

固定鉄心５は、可動鉄心６を覆い、可動鉄心６の開閉方向への可動範囲を規制し、かつ磁気回路を形成する。可動軸Ｃは、閉極側の一端が可動鉄心６の開極側端部６Ｋに接続されている。可動軸Ｃの軸Ｃ２は、固定鉄心５の開極側端部に開けられた穴を通って、固定鉄心５の外部に突出している。可動軸Ｃの開極側の他端部には、フランジ部Ｃ１を備える。また可動軸Ｃには、閉極側端部が固定鉄心５の開極側の端部に接続され、開極側端部がフランジ部Ｃ１に接続された圧縮バネであって、可動軸Ｃに対して開極方向に荷重を加える開極バネＳ２を備える。なお、可動軸Ｂと可動軸Ｃは一体であっても良い。

可動軸Ｃの軸心の開極側の延長線上には、開極時に可動軸Ｃを受け止めるバネ受７が、可動軸Ｃを取り囲むよう設けられている。バネ受７は、中空に構成されており、閉極側の端部は固定鉄心５の開極側端面に固定されている。そして、バネ受７の開極側の端部の内壁面７１Ｈには、断路器投入バネＳ３の開極側の一端が接続され、断路器投入バネＳ３の閉極側の他端は、軸受板８の開極側の面に接続されている。バネ受７の内側の側壁面から開閉方向に垂直に、軸受板８の開閉方向への移動を規制する軸受板規制突起７２が突出している。図１（ａ）に示す閉極状態では、断路器投入バネＳ３は、伸長して、軸受板８を軸受板規制突起７２に押し当てている。

図２は、開閉器１００の電磁操作部５０の断面模式図であり、図１（ａ）の要部拡大図である。
固定鉄心５は、内側の両側壁面から開閉方向に垂直に大きく突出する固定第一フランジ部５１と、固定第一フランジ部５１より開極側に間隔を開けて、小さく内側に突出する固定第二フランジ部５２を備える。また、固定鉄心５は、固定第一フランジ部５１の内側先端から、開極方向に突出する閉極位置保持部５３を備える。そして閉極位置保持部５３の外側（内側でも可）には、後述する可動鉄心６を閉極位置保持部５３を介して閉極位置において固定鉄心５に吸着保持する永久磁石Ｍ１（第一永久磁石）を備える。

また、固定鉄心５の、開極側端部の内壁には、可動軸Ｃの周囲を取り囲むように閉極側に突出する、断路位置保持部５４を備える。断路位置保持部５４の外側には、断路位置保持部５４を介して可動鉄心６を断路位置において吸着保持する永久磁石Ｍ２（第二永久磁石）を備える。

固定鉄心５の固定第一フランジ部５１の内側先端には、磁性を有する磁場遮蔽鉄板Ｆ１（第一磁場遮蔽部材：磁性を有する導電体）が固定されている。また、磁場遮蔽鉄板Ｆ１の開極側には、磁場遮蔽鉄板Ｆ１と電気的に接続された非磁性の渦電流誘導銅板Ｄ１（第一渦電流誘導部材：非磁性の導電体）が磁場遮蔽鉄板Ｆ１と面一に接続されている。同様に固定鉄心５の固定第二フランジ部５２の内側先端には、磁場遮蔽鉄板Ｆ２（第二磁場遮蔽部材：磁性を有する導電体）が固定され、磁場遮蔽鉄板Ｆ２の開極側には、磁場遮蔽鉄板Ｆ２と電気的に接続された渦電流誘導銅板Ｄ２（第二渦電流誘導部材：非磁性の導電体）が磁場遮蔽鉄板Ｆ２と面一に接続されている。

固定第一フランジ部５１の閉極側の根元には、可動鉄心６の軸心と同軸に閉極コイル９１を備える。また、固定第一フランジ部５１と固定第二フランジ部５２との間には、可動鉄心６の軸心と同軸に配置された開極コイル９２を備え、固定第二フランジ部５２の開極側には、可動鉄心６の軸心と同軸に断路コイル９３を備える。

可動鉄心６は、可動鉄心軸６０の閉極側端部に、開閉方向に垂直に外側に小さく突出する可動第一フランジ部６１と、可動鉄心軸６０の開極側端部に、開閉方向に垂直に外側に大きく突出する可動第二フランジ部６２とを備える。

可動鉄心６が、図１（ａ）に示す閉極位置にあるときは、可動鉄心６の可動第一フランジ部６１は、閉極コイル９１の内側に位置し、可動第二フランジ部６２は、開極コイル９２の内側に位置する。可動鉄心６が、図１（ｃ）に示す開極位置にあるときは、可動鉄心６の可動第一フランジ部６１は、磁場遮蔽鉄板Ｆ１の内側に位置し、可動第二フランジ部６２は、磁場遮蔽鉄板Ｆ２の内側に位置する。また、可動鉄心６が、図１（ｄ）に示す断路位置にあるときは、可動鉄心６の可動第一フランジ部６１は、開極コイル９２の内側に位置し、可動第二フランジ部６２は、断路コイル９３の内側に位置する。

図示していないが、閉極コイル９１、開極コイル９２、および断路コイル９３には、それぞれコンデンサに電荷を充電して各コイルに放電する駆動回路が備えられている。開閉器１００が設置される環境によっては電池や直流電源を電源としてもよい。

次に、上述の３位置で、可動鉄心６を保持する方法について説明する。
図３は、接圧バネＳ１、開極バネＳ２及び断路器投入バネＳ３の３つのバネ荷重の合力の遷移と、各コイル９１〜９３に無通電時における永久磁石Ｍ１、Ｍ２の可動鉄心６に対する吸着力の合力の遷移を示すグラフである。

実線は、バネ荷重の合力を示し、点線は、永久磁石Ｍ１、Ｍ２の吸着力の合力の遷移を示す。
縦軸は、バネ荷重と永久磁石Ｍ１、Ｍ２の吸着力の大きさで、プラス方向は、バネ荷重については開極方向の荷重を示し、永久磁石Ｍ１、Ｍ２の吸着力については、閉極方向の荷重を示す。力の大きさを視覚的に比較できるように開閉方向を逆にして描いている。縦軸のマイナス方向は、それぞれ逆となり、バネ荷重については閉極方向、永久磁石Ｍ１、Ｍ２の吸着力については、開極方向の荷重を示す。そして、横軸は、可動鉄心６の位置を示す。

図１（ａ）に示す可動鉄心６が閉極位置にある状態においては、可動鉄心６は、永久磁石Ｍ１の吸着力によって固定鉄心５の閉極位置保持部５３と閉極側の内側壁面５Ｈに吸着される。このとき、接圧バネＳ１と開極バネＳ２は、図１（ｃ）に示す可動鉄心６が開極位置にある状態よりも圧縮された状態で保持される。図３に示すように、永久磁石Ｍ１による可動鉄心６に対する吸着力が、接圧バネＳ１と開極バネＳ２の荷重の合力よりも大きいことが閉極状態を維持できる条件となる。

次に、図１（ｃ）に示す開極位置においては、開極バネＳ２は、依然として圧縮されてはいるが、可動鉄心６が、閉極位置にあるときよりも伸びた状態となる。このとき、開極バネＳ２は、可動軸Ｃの開極側先端にあるフランジ部Ｃ１を介して可動鉄心６に対して開極方向に荷重を加える。しかし、フランジ部Ｃ１は、軸受板８を介して断路器投入バネＳ３によって反対の閉極方向にも荷重が加えられており、断路器投入バネＳ３の荷重を開極バネＳ２の荷重よりも大きくすれば、可動軸Ｃが開極方向にそれ以上動くことはない。

軸受板８と断路器投入バネＳ３は、軸受板規制突起７２によって可動範囲を開極位置から断路位置までに規制されているため、可動鉄心６は開極位置で保持される。また、このとき可動鉄心６は、永久磁石Ｍ１や永久磁石Ｍ２から距離が離れているため開極位置（ｃ）においては永久磁石Ｍ１、Ｍ２の吸着力の影響はほとんど受けない。

次に、図１（ｄ）に示す断路位置においては、可動鉄心６は、永久磁石Ｍ２による吸着力によって固定鉄心５の断路位置保持部５４に吸着されて保持される。開極バネＳ２は閉極位置よりもさらに伸びた状態であるが依然として圧縮されている。断路器投入バネＳ３は、可動軸Ｃのフランジ部Ｃ１の移動によって押圧され、閉極位置よりも圧縮された状態で保持される。このときの永久磁石Ｍ２による吸着力は、閉極側に向く断路器投入バネＳ３の荷重と開極側に向く開極バネＳ２との荷重差よりも大きいことが、可動鉄心６が断路位置で保持されるための条件である。

次に、開閉器１００の動作について図４を用いて説明する。
まず、開閉器１００の電磁操作部５０の開極動作について説明する。
図４（ａ）〜図４（ｅ）は、開閉器１００の電磁操作部５０の開極動作を示す模式図である。可動鉄心６は、図４（ａ）に示す閉極位置から開極方向へ移動を開始し、図４（ｅ）に示す開極位置で移動を停止する。黒色矢印が永久磁石Ｍ１による磁束を示し、白抜き矢印は、開極コイル９２の励磁による磁束を示す。
図５の実線で示すグラフは、開極動作中の可動鉄心６の位置、すなわち、可動鉄心６が閉極位置から動作を開始し、閉極位置で動作を停止するまでの、可動鉄心６の位置の変化を示すグラフである。縦軸が可動鉄心６の位置を示し、横軸が開極動作開始から、開極動作完了までの経過時間を示す。
図５の点線で示すグラフは、開極動作中の可動鉄心６に作用する荷重の合力の変化を示すグラフである。可動鉄心６には、可動鉄心６の位置によって、永久磁石（主にＭ１）の磁力、開極コイル９２による磁束の流れによって発生する電磁力及び接圧バネＳ１、開極バネＳ２による荷重の合力が作用する。

なお、図５における上記各荷重の合力は、縦軸のプラス側が閉極方向、マイナス側が開極方向へ向かう力である。

図４（ａ）に示す閉極状態においては、永久磁石Ｍ１による磁束により可動鉄心６は、固定鉄心５の閉極位置保持部５３と閉極側の内側壁面５Ｈに吸着保持される。開極動作を行う場合には、開極コイル９２を励磁することで、図４（ｂ）の白矢印に示すように、永久磁石Ｍ１の磁束を打ち消すような磁束を発生させる。

このとき、可動鉄心６の閉極位置保持部５３では、吸着方向の磁束が逆に強められてしまう（図４（ｂ）の丸印Ａ部分）が、永久磁石Ｍ１の近隣部分は磁気抵抗が高いので開極コイル９２の磁束は通過し辛く問題は無い。一方で、可動鉄心６の可動第一フランジ部６１が固定鉄心５の閉極側の内側壁面５Ｈと接触する部分（図４（ｂ）丸印Ｂ部分）では、永久磁石Ｍ１の磁束が打ち消されるために、可動鉄心６全体としては、固定鉄心５に対する吸着力は弱められる。また、磁場遮蔽鉄板Ｆ１が可動鉄心６の可動第一フランジ部６１と隣接する角部分（図４（ｂ）の丸印Ｃ部分）には、可動鉄心６の可動第一フランジ部６１から磁場遮蔽鉄板Ｆ１へ可動方向に通る磁束があり、この磁束によって開極方向に電磁力が発生する。

可動鉄心６の固定鉄心５に対する磁力（電磁力＋永久磁石の磁力）による吸着力が、接圧バネＳ１と開極バネＳ２との荷重の合力よりも小さくなったとき、可動鉄心６は開極方向に動き始める。この可動鉄心６の動き始めは、図５のＴ２における状態である。ただし、固定鉄心５と可動鉄心６との間の開閉方向の隙間が小さい動き出し当初は、永久磁石Ｍ１の影響が強いため開極コイル９２と永久磁石Ｍ１の磁束によって発生する磁力の合力は、依然として閉極方向に働いている。

接圧バネＳ１と開極バネＳ２との荷重の合力によって可動鉄心６が開極方向に動き、固定鉄心５の閉極側の内側壁面５Ｈと可動鉄心６の閉極側端部６Ｈとの間の間隔が大きくなると、永久磁石Ｍ１の影響が小さくなり、上記磁力の合力は、開極方向に働く。よって、開極動作の中盤においては、可動鉄心６は、接圧バネＳ１と開極バネＳ２と開極コイル９２の電磁力との合力によって駆動される。この動作は、図５のＴ２からＴ３までに相当する。

可動鉄心６に対して働く電磁力は、開極動作の途中までは開極方向に働くが、可動鉄心６が図４（ｃ）に示す位置に到達すると、可動鉄心６の可動第一フランジ部６１、可動第二フランジ部６２と磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２とのそれぞれの対向面積が大きくなるため、開極コイル９２の磁束による開極方向への電磁力は働かなくなる。

そして、磁場遮蔽鉄板Ｆ１に磁束が通過することで発生する渦電流（詳細は後述）によって、可動鉄心６に対して今度は閉極方向に向かう電磁力が働くようになる。この状態は、図５のＴ３からＴ４に相当する。

可動鉄心６が、開極位置から更に開極方向の図４（ｄ）に示すような位置に移動し過ぎた場合には、電磁力と断路器投入バネＳ３の反発力の合力によって、可動鉄心６に対して閉極方向に力が働き、可動鉄心６は、開極位置に押し戻され、図４（ｅ）に示す開極位置で停止する。

可動鉄心６に対して作用する渦電流ブレーキ（渦電流によって発生する電磁力）について説明する。
図６（ａ）は、渦電流の発生する状態にある電磁操作部５０を示す図である。
図６（ｂ）は、本願発明に係る渦電流誘導銅板Ｄ１、Ｄ２を取り付けない場合の渦電流の状態を示し、図６（ｃ）は、渦電流誘導銅板Ｄ１、Ｄ２を取り付けた場合の渦電流の状態を示している。
図６（ａ）に示す白抜きの点線矢印は、可動鉄心６の移動方向（開極方向）を示し、白抜きの実線矢印は開極コイル９２によって発生する磁束の流れを示す。また、図６（ｂ）、（ｃ）の磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２上に描かれている楕円形の矢印は、渦電流の方向を示し、斜線矢印は、渦電流によって生じる電磁力の方向を示す。

図６（ａ）の場合、磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２と可動第一フランジ部６１、可動第二フランジ部６２の外側先端部（点線で囲んだ部分）との対向面において、磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２の開極側は開極コイル９２による鎖交磁束が大きくなり、閉極側は鎖交磁束が小さくなる。この磁束変化を打ち消す方向に渦電流が発生するため、渦電流の流れは、図６（ｂ）に示すようになる。すると磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２を流れる渦電流に開極コイル９２の磁束が鎖交することによって電磁力が発生する。

フレミングの左手の法則により、磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２の中央部を流れる渦電流Ｙ、ｙと、開極コイル９２の磁束によって発生する電磁力（図６（ｂ）、（ｃ））中の斜線矢印）は、磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２に対しては開極方向に働くため、可動鉄心６には、図６（ａ）の斜線矢印が示す閉極方向に働き、可動鉄心６に制動力がかかる。

磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２で発生する渦電流の極性は可動鉄心６の移動方向によって反転するため、渦電流による電磁力は、可動鉄心６の移動を妨げる方向に常に発生し、開極バネＳ２と断路器投入バネＳ３による振動を減衰させ、やがて可動鉄心６は、開極位置で停止する。この動作は、図５のＴ４からＴ５までに相当する。

なお、磁場遮蔽鉄板Ｆ１と磁場遮蔽鉄板Ｆ２とでは、開極コイル９２の磁束の向きが反対となるが、渦電流の向きも反対になるので、渦電流によって発生する電磁力は、どちらも同じ方向となる。このように磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２の中央部を流れる渦電流Ｙ、ｙは、可動鉄心６に対する制動力に寄与するが、磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２の閉極側端部を流れる渦電流Ｘ、ｘ及び開極側端部を流れる渦電流Ｚ、ｚと、開極コイル９２の磁束とによって発生する電磁力は、図６（ｂ）、（ｃ）中の斜線矢印と反対方向に働くため、渦電流Ｙ、ｙによる制動力を阻害する。

そこで、渦電流Ｙ、ｙによる制動力を向上させるために、図６（ｃ）に示すように磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２の開極側に渦電流誘導銅板Ｄ１、Ｄ２を電気的に接続する。渦電流誘導銅板Ｄ１、Ｄ２により、渦電流Ｙ、ｙが流れる経路の抵抗値を低減することにより渦電流Ｙ、ｙが増加する。

このとき渦電流Ｙ、ｙだけでなく、渦電流Ｚ、ｚも増加するが、渦電流Ｚ、ｚの大部分は、渦電流誘導銅板Ｄ１、Ｄ２を流れるため、磁性体部分を主に通過する開極コイル９２の磁束と鎖交せず、これにより、可動鉄心６の制動力を阻害する成分の電磁力を低減できる。これにより渦電流による制動力の向上が期待できる。

なお、渦電流誘導銅板Ｄ１、Ｄ２を磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２の閉極側には取り付けない理由は、開極動作時の可動鉄心６の動き始めにおける開極方向への電磁力が発生しづらくなるからである。本実施の形態のように、磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２の開極側のみに渦電流誘導銅板Ｄ１、Ｄ２を取り付ける方が、速い開極速度が必要な開閉器には都合がよい。

なお、可動鉄心６が、開極位置から更に断路方向に移動した場合、可動軸Ｃが、軸受板８に衝突し、動作する部分の質量の総計が増え、軸受板８や断路器投入バネＳ３分の質量分の運動エネルギーが吸収される。したがって、軸受板８の質量を大きくすることで開極位置での停止に必要な電磁力による制動力を小さくすることができる。

次に、開閉器１００の電磁操作部５０の断路動作について説明する。
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、開閉器１００の電磁操作部５０の断路動作を示す模式図である。可動鉄心６は、図７（ａ）に示す開極位置から断路方向へ移動を開始し、図７（ｃ）に示す断路位置で移動を停止する。黒色矢印が永久磁石Ｍ２による磁束を示し、白抜き矢印は、断路コイル９３の励磁による磁束を示す。
図８の実線で示すグラフは、断路動作中の可動鉄心６の位置、すなわち、可動鉄心６が開極位置から動作を開始し、断路位置で動作を停止するまでの、可動鉄心６の位置の変化を示すグラフである。縦軸が可動鉄心６の位置を示し、横軸が断路動作開始から、断路動作完了までの経過時間を示す。
図８の点線で示すグラフは、断路動作中の可動鉄心６に作用する荷重の合力の変化を示すグラフである。可動鉄心６には、可動鉄心６の位置によって、永久磁石Ｍ１、Ｍ２の磁力、断路コイル９３による磁束の流れによって発生する電磁力及び各バネによる荷重の合力が作用する。

なお、図８における上記各荷重の合力は、縦軸のプラス側が閉極方向、マイナス側が断路方向へ向かう力である。

図７（ａ）に示すように、開極位置に可動鉄心６が保持された状態から、断路コイル９３を励磁すると図７（ｂ）の白抜き矢印に示すように磁束が発生し、断路方向に働く電磁力が発生する。断路方向の電磁力が、開極バネＳ２（断路方向に荷重）と断路器投入バネＳ３（閉極方向に荷重）の荷重差よりも大きくなると可動鉄心６は、断路方向へ動きだし、図７（ｃ）に示すように断路位置まで移動する。

開極位置から断路位置に可動鉄心６が移動する間、可動鉄心６と固定鉄心５の断路位置保持部５４の距離が近くなるほど永久磁石Ｍ２による磁束が増える。可動鉄心６が、断路位置保持部５４に吸着して断路位置で停止した後は、断路コイル９３の励磁を停止しても永久磁石Ｍ２の吸着力が、開極バネＳ２と断路器投入バネＳ３の荷重の合力よりも大きいため、可動鉄心６は断路位置に保持される。

また、断路動作中は、磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２には断路方向への移動を妨げるように渦電流が発生するため、可動鉄心６を低速に動作させることが可能になり低衝撃の断路が可能である。

次に、開閉器１００の電磁操作部５０の断路器投入動作について説明する。
図９（ａ）〜図９（ｃ）は、開閉器１００の電磁操作部５０の断路器投入動作を示す模式図である。可動鉄心６は、図９（ａ）に示す断路位置から閉極方向へ移動を開始し、図９（ｃ）に示す開極位置で移動を停止する。黒色矢印が永久磁石Ｍ２による磁束を示し、白抜き矢印は、開極コイル９２の励磁による磁束を示す。
図１０の実線で示すグラフは、断路器投入動作中の可動鉄心６の位置、すなわち、可動鉄心６が断路位置から動作を開始し、開極位置で動作を停止するまでの、可動鉄心６の位置の変化を示すグラフである。縦軸が、可動鉄心６の位置を示し、横軸が断路器投入動作開始から、断路器投入動作完了までの経過時間を示す。

図１０の点線で示すグラフは、断路器投入動作中の可動鉄心６に作用する荷重の合力の変化を示すグラフである。可動鉄心６には、可動鉄心６の位置によって、永久磁石Ｍ１、Ｍ２の磁力、開極コイル９２による磁束の流れによって発生する電磁力及び断路器投入バネＳ３の荷重と開極バネＳ２の荷重との合力が作用する。

なお、図１０における上記各荷重の合力は、縦軸のプラス側が閉極方向、マイナス側が断路方向へ向かう力である。

図９（ａ）においては、可動鉄心６は、断路状態で永久磁石Ｍ２の吸着力により固定鉄心５の断路位置保持部５４に保持されている。ここで開極コイル９２を励磁すると、図９（ｂ）の白抜き矢印に示すように磁束が発生し、永久磁石Ｍ２による吸着力を打ち消すことで、断路器投入バネＳ３の荷重と開極バネＳ２の荷重の合力によって可動鉄心６は閉極方向に動き始める。

断路器投入動作においては、開極動作に比べて駆動速度を大きくする必要はないので、渦電流誘導銅板Ｄ２を磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２の断路側に接続することで、磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２及び渦電流誘導銅板Ｄ１、Ｄ２で発生する渦電流による断路方向に働く電磁力によって可動鉄心６を低速に動作させ、図９（ｃ）に示す開極位置において可動鉄心６が停止し易くする。

次に、開閉器１００の閉極動作について説明する。
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、開閉器１００の電磁操作部５０の閉極動作を示す模式図である。可動鉄心６は、図１１（ａ）に示す開極位置から閉極方向へ移動を開始し、図１１（ｃ）に示す閉極位置で移動を停止する。黒色矢印が永久磁石Ｍ１による磁束を示し、白抜き矢印は、閉極コイル９１の励磁による磁束を示す。
図１２の実線で示すグラフは、閉極動作中の可動鉄心６の位置、すなわち、可動鉄心６が開極位置から動作を開始し、閉極位置で動作を停止するまでの、可動鉄心６の位置の変化を示すグラフである。縦軸が、可動鉄心６の位置を示し、横軸が閉極動作開始から、閉極動作完了までの経過時間を示す。

図１２の点線で示すグラフは、閉極動作中の可動鉄心６に作用する荷重の合力の変化を示すグラフである。可動鉄心６には、可動鉄心６の位置によって、永久磁石Ｍ１、Ｍ２の磁力、閉極コイル９１による磁束の流れによって発生する電磁力及び接圧バネＳ１と開極バネＳ２との荷重の合力が作用する。

なお、図１２における上記各荷重の合力は、縦軸のプラス側が閉極方向、マイナス側が断路方向へ向かう力である。

可動鉄心６が、図１１（ａ）に示す開極位置に保持された状態で閉極コイル９１を励磁すると、図１１（ｂ）に示すように磁束が発生し、閉極方向に働く電磁力が発生する。閉極方向の電磁力が開極バネＳ２の荷重よりも大きくなると、可動鉄心６が閉極方向に向かって動きだし、図１１（ｃ）に示すように閉極位置まで移動する。閉極位置に移動後は、永久磁石Ｍ１の磁束が強くなり、永久磁石Ｍ１による吸着力が、接圧バネＳ１と開極バネＳ２の荷重の合力よりも大きいので、閉極コイル９１の励磁を停止しても可動鉄心６は、閉極位置に保持される。

また、駆動途中では磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２で発生する渦電流によって閉極方向に働く電磁力が抑制されるため、低速で閉極することが可能になり閉極時に固定電極２や可動電極３に発生する衝撃を低減することができ、各電極のダメージを低減することができる。

本発明の実施の形態１に係る開閉器１００によれば、可動鉄心６の駆動途中に磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２に発生する渦電流による電磁力を制動力として活用できるので、小型で、部品点数の少ない開閉器１００を提供できる。
また、可動鉄心６の可動範囲の中間位置での渦電流による電磁力を用いた制動を実現できるので遮断器と断路器とを兼ねた開閉器１００を安価に製造できる。
また、磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２の開極側に渦電流誘導銅板Ｄ１、Ｄ２を電気的に接続することにより、制動力を阻害する成分の電磁力を低減できる。これにより渦電流による制動力を向上させることができる。
また、渦電流誘導銅板Ｄ１、Ｄ２を、磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２の開極側にだけ取り付けることにより、開極動作に比べて高速な駆動速度を必要としない閉極動作や、断路投入動作においては可動鉄心６の動作速度を抑制することができるので開閉器１００の耐久性を向上できる。反対に、高速な開極動作を要求されない場合は、渦電流誘導銅板Ｄ１、Ｄ２を、磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２の閉極側に取り付けても良い。
また、固定鉄心５及び可動鉄心６は、鉄心片を積層した積層鉄心でも良いし、一体の鉄心でも良い。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る開閉器を、実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は、開閉器の電磁操作部２５０の開極動作を示す模式図である。
本実施の形態に係る開閉器と実施の形態１に係る開閉器１００とは、固定鉄心２０５の構成が異なる。

可動鉄心６は、図１３（ａ）に示す閉極位置から開極方向へ移動を開始し、図１３（ｅ）に示す開極位置で移動を停止する。黒色矢印が永久磁石２Ｍ１による磁束を示し、白抜き矢印は、開極コイル９２の励磁による磁束を示す。

固定鉄心２０５は、固定鉄心２０５の固定第一フランジ部２５１、固定第二フランジ部２５２の内側端部の閉極側に、開閉方向に垂直に内側に突出する凸部２５１ｔ（第一凸部）、凸部２５２ｔ（第二凸部）を備える。そして凸部２５１ｔ、２５２ｔの開極側に、凸部２５１ｔ、２５２ｔの内壁面と面一になるように、磁場遮蔽鉄板２Ｆ１、２Ｆ２を備える。更に、磁場遮蔽鉄板２Ｆ１の開極側には、磁場遮蔽鉄板２Ｆ１と電気的に接続された非磁性の渦電流誘導銅板Ｄ１（第一渦電流誘導部材）が磁場遮蔽鉄板２Ｆ１と面一に接続されている。また、磁場遮蔽鉄板２Ｆ２の開極側には、磁場遮蔽鉄板２Ｆ２と電気的に接続された非磁性の渦電流誘導銅板Ｄ２（第二渦電流誘導部材）が磁場遮蔽鉄板２Ｆ２と面一に接続されている。

可動鉄心６の開極動作の動き始めに発生する、開極方向への電磁力に寄与する磁束が固定鉄心２０５の凸部２５１ｔ、２５２ｔを通る。これにより、開極動作開始当初に開極方向に働く電磁力を実施の形態１に比べて大きくすることが可能である。

開極方向へ働く電磁力を大きくすると、開極バネや接圧バネの荷重を小さくすることができ、閉極位置の保持に必要な永久磁石２Ｍ１の吸着力も小さくすることができるので、永久磁石２Ｍ１を小型化でき、開閉器を低コスト化することができる。

また、開極バネの荷重を小さくすることができれば開極位置で停止するために必要な制動力も小さくすることができるので、磁場遮蔽鉄板２Ｆ１、２Ｆ２や開極コイル９２を小型化することができる。また、図１３（ｃ）のような位置に可動第一フランジ部６１、可動第二フランジ部６２があると、渦電流の影響で磁束は固定鉄心２０５の固定第一フランジ部２５１、固定第二フランジ部２５２に集中し易い。凸部２５１ｔ、２５２ｔを備えることにより、これらの部分を通る磁束の閉極方向成分を増やして、閉極方向に働く電磁力を増加させることができるので、渦電流によって発生する制動力を補うことが可能である。

本発明の実施の形態２に係る開閉器によれば、開極動作の当初に可動鉄心６に働く開極方向へ働く電磁力を増加させることができる。また、開極位置近辺では可動鉄心６に働く制動力を補うことができる。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る開閉器を、実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、開閉器３００の開極動作を示す模式図である。
図１４（ａ）は閉極状態、図１４（ｂ）は駆動途中、図１４（ｃ）は開極状態を示す。
実施の形態１及び実施の形態２の開閉器は、閉極位置、開極位置、断路位置の３位置で閉極状態、開極状態、断路状態を保持できるものであった。本実施の形態に係る開閉器３００では、開閉器１００から、断路機能のために必要な、断路コイル９３、永久磁石Ｍ２、軸受板８、軸受板規制突起７２、断路器投入バネＳ３を除き、閉極位置、開極位置の２位置で状態を切り替え保持できる開閉器３００とした。

閉極状態の保持方法は、実施の形態１で説明した開閉器１００と同様である。開極状態においては、開極バネＳ２の荷重によって可動鉄心６は、固定鉄心３０５の開極側の開極位置保持部３５４に固定されるため、永久磁石Ｍ２は不要である。動作方法は図示しないが、実施の形態１で説明した開極動作と閉極動作と同様である。また、本実施の形態では、永久磁石Ｍ２は用いないので、開極位置保持部３５４は、ストッパとして機能すれば樹脂等を用いても良い。

本発明の実施の形態３に係る開閉器３００によれば、実施の形態１と同様に、磁場遮蔽鉄板Ｆ１、Ｆ２で発生する渦電流による制動力を利用することで低衝撃な開極動作や閉極動作が可能になる。これにより、部品点数が少なく高信頼な開閉器３００を提供することが可能である。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４に係る開閉器を、実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図１５は、電磁操作部４５０の要部拡大断面模式図である。
本実施の形態では、固定鉄心４０５は、第一固定鉄心５ａと第二固定鉄心５ｂの２つの鉄心に分割されている。実施の形態１の開閉器１００では、万一、開極動作時に可動鉄心６がオーバトラベルした場合に、開極コイル９２の磁束によって、可動鉄心６を固定鉄心５の断路位置保持部５４側に吸引する電磁力も発生してしまう。この力は、これまで説明した渦電流による制動力を阻害する。そこで、固定鉄心４０５を第一固定鉄心５ａと第二固定鉄心５ｂの２つの鉄心に分割し、分割部分に空隙Ｇを設けて磁気抵抗を増大させ、上述の阻害要因となる電磁力を抑制する。分割場所は、固定第二フランジ部５２の断路側である。なお、空隙Ｇに替えて非磁性体を挟んでも良い。

尚、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み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (7)

1. 固定電極と、前記固定電極に対して接離可能な可動電極と、
   前記固定電極と前記可動電極とを開閉する電磁操作部とを備え、
   前記電磁操作部は、固定鉄心と、前記固定鉄心の内部を前記固定電極と前記可動電極の開閉方向に移動する可動鉄心と、
   前記可動鉄心に対して開極方向に荷重を加える開極バネとを備え、
   前記固定鉄心は、
   前記固定鉄心の内側の両側壁面から開閉方向に垂直に突出する固定第一フランジ部と、
   前記固定第一フランジ部の開極側に前記固定第一フランジ部と間隔を開けて、前記固定鉄心の内側の両側壁面から開閉方向に垂直に突出する固定第二フランジ部とを備え、
   前記固定第一フランジ部の内側先端に、磁性を有する導電体からなる第一磁場遮蔽部材を備え、
   前記固定第二フランジ部の内側先端に、磁性を有する導電体からなる第二磁場遮蔽部材を備え、
   前記固定第一フランジ部の内側先端に、前記第一磁場遮蔽部材と電気的に接続された非磁性の導電体からなる第一渦電流誘導部材を、前記第一磁場遮蔽部材の開閉方向の少なくともいずれか一方に備え、
   前記固定第二フランジ部の内側先端に、前記第二磁場遮蔽部材と電気的に接続された非磁性の導電体からなる第二渦電流誘導部材を、前記第二磁場遮蔽部材の開閉方向の少なくともいずれか一方に備え、
   前記可動鉄心は、
   前記可動鉄心の可動鉄心軸から、前記開閉方向に垂直に両側に突出し、
   前記可動鉄心の開極位置において前記第一磁場遮蔽部材と対向する可動第一フランジ部と、
   前記可動鉄心の前記開極位置において前記第二磁場遮蔽部材と対向する可動第二フランジ部とを備え、
   前記電磁操作部は、
   前記固定第一フランジ部の閉極方向側に、前記可動鉄心の軸心と同軸に配置され、前記可動鉄心を電磁力で閉極方向に移動させる閉極コイルと、
   前記固定第一フランジ部の開極方向側かつ、前記固定第二フランジ部の閉極方向側に、前記可動鉄心の軸心と同軸に配置され、前記可動鉄心を電磁力で開極方向に移動させる開極コイルと、
   前記可動鉄心の閉極位置において、前記可動鉄心を前記固定鉄心に吸着させる第一永久磁石とを備えた開閉器。
2. 前記第一渦電流誘導部材は、前記第一磁場遮蔽部材の開極側に配置され、
   前記第二渦電流誘導部材は、前記第二磁場遮蔽部材の開極側に配置されている請求項１に記載の開閉器。
3. 前記固定第一フランジ部は、内側先端の閉極側端部に、内側に突出する第一凸部を有し、
   前記固定第二フランジ部は、内側先端の閉極側端部に、内側に突出する第二凸部を有し、
   前記第一凸部と、前記第一磁場遮蔽部材と、前記第一渦電流誘導部材とが、前記開閉方向に面一となり、
   前記第二凸部と、前記第二磁場遮蔽部材と、前記第二渦電流誘導部材とが、前記開閉方向に面一となるように構成されている請求項１又は請求項２に記載の開閉器。
4. 前記固定第一フランジ部は、
   前記固定第一フランジ部の内側先端の開極側端部に、開極方向に突出し、前記可動鉄心が前記閉極位置にあるときに前記可動第二フランジ部と吸着して、前記可動第二フランジ部を保持する閉極位置保持部を備え、
   前記第一永久磁石は、前記閉極位置保持部の外側又は内側に取り付けられている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の開閉器。
5. 前記電磁操作部は、
   前記固定第二フランジ部の開極方向側に、前記可動鉄心の軸心と同軸に配置され、前記可動鉄心を電磁力で、前記開極位置から更に前記開極方向と同一の断路方向に移動させる断路コイルと、
   前記可動鉄心の断路位置において、前記可動鉄心を前記固定鉄心に吸着させる第二永久磁石と、
   前記可動鉄心が前記断路位置と前記開極位置との間にあるときに、前記可動鉄心に対して閉極方向に荷重を加える断路器投入バネとを備えた請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の開閉器。
6. 前記固定鉄心は、開極側端部の内壁に、閉極側に突出して、前記断路位置において前記可動第二フランジ部を保持する断路位置保持部を備え、
   前記断路位置保持部の外側に前記第二永久磁石を備える請求項５に記載の開閉器。
7. 前記固定鉄心は、前記固定第二フランジ部の断路側において、開極側の第一固定鉄心と、断路側の第二固定鉄心に分割され、前記第一固定鉄心と前記第二固定鉄心との間に、空隙又は非磁性体を有する請求項５又は請求項６に記載の開閉器。

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