JP6310628B2 - 電動操作装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電動操作装置に関するもので、断路器接点の開閉や断路器用接地装置の開閉の駆動源として使用される装置に関する。
断路器に併設される接地装置は、断路器の本体側に取り付けられた固定接触部と、その固定接触部に接触・離反するブレードと、そのブレードを移動させる電動操作装置等を備えている。ブレードは、下端を回転中心として90度の角度範囲(起立姿勢と倒れた姿勢をとる)内で回転する起伏ブレードと、その起伏ブレードの上端に接続され軸方向に伸縮する伸縮ブレードを備える。そして、起伏ブレードを回転(起伏)させるための電動操作装置は、例えば特許文献1に開示されている。
断路器は、無電圧状態で開閉されることから遮断器等と相違して比較的ゆっくりと開閉することができる。同様に、接地装置の投入/開放動作も比較的ゆっくりと行われる。上述した起伏ブレードの回転動作は年に数回程度行われることも相まって、その駆動源は、従来コンプレッサーが用いられていたが、その後、直流分巻モータ(以下、「分巻モータ」と称する。)を駆動源として使用することに変わってきている。
一方、この種の電動操作装置は、動作の特徴として動作終了時の機器への衝撃を緩和するため、動作完了手前で適切なタイミングでブレーキをかける機能と、分巻モータによる駆動停止後に手動で簡単に操作ができる手動操作機能を備える必要がある。分巻モータは、電機子に与える磁界を、界磁コイルに通電して発生させたものを用いる巻線型モータの一形態であり、界磁コイルと電機子を並列接続し、界磁コイルに端子電圧がそのまま電機子に印加する構成となっている。
図1は、分巻モータを駆動源として使用する電動操作装置における回路の一部を示している。分巻モータ1は、電機子1aと界磁コイル1bを並列接続する。この分巻モータ1の電機子1aの両端は、それぞれ直列接続された第一接点C1,第二接点C2を介して電源ラインに接続される。この第二接点C2を経由して電機子1aに通電するための回路が正回転用回路となる。
一方、電機子1aの一方の端子と、電機子1aの他方の端子側に接続された第一接点C1と第二接点C2の間を、第六接点C6を介して接続する。また電機子1aの他方の端子と、電機子1aの一方の端子側に接続された第一接点C1と第二接点C2の間を、第七接点C7を介して接続する。これら第六接点C6.第七接点C7を経由して電機子1aに通電するための回路が逆回転用回路となる。
また、界磁コイル1bの両端は、それぞれ第三接点C3を介して第一接点C1と第二接点C2の間に接続される。さらに電機子1aの両端を短絡可能とする短絡回路4を備えている。この短絡回路4には、第四接点C4と、第五接点C5が直列に配置される。よって、第四接点C4,第五接点C5の両方がともに閉じた場合、電機子1aは短絡し、少なくとも一方の接点が開くと電機子1aは短絡しない。これら各接点の開閉制御は、制御回路5からの制御信号に基づいて行われる。具体的には以下の通りである。
制御回路5は、図示省略の動作スイッチボタンの押下等により正回転の動作指令を受けると、第一信号S1をONにして第一接点C1を閉じ、第二信号S2,第三信号S3をONにして第二接点C2,第三接点C3を閉じる。また、第二信号S2のONに伴い、第四接点C4は開く。これにより短絡回路4はオープンとなる。またこの状態では第四信号S4はOFFのままとなり、第六接点C6,第七接点C7は開く。これに伴い、電機子1aの両端子間は短絡されず、正回転用回路により電機子1a,界磁コイル1bが通電し、分巻モータ1が動作開始する。
制御回路5は、動作開始から一定時間経過後、第二信号S2をOFFにする。これに伴い、第二接点C2が開いて電機子1aへの通電が遮断されるとともに第四接点C4が閉じる。これにより、短絡回路4により電機子1aが短絡される。電機子1aは短絡回路4を介して閉回路が構成される。このとき、制御回路5は第三信号S3をONのままにし、界磁コイル1bへの通電は継続する。よって、界磁コイル1bから発生する電磁力は保持されるため、電機子1aの回転により発電制動が発生しブレーキがかかる。これにより、分巻モータ1の回転数が徐々に減速し、動作終了時の機器への衝撃を緩和する。
その後、制御回路5は第三信号S3をOFFにする。これに伴い、第三接点C3は開き、界磁コイル1bへの通電を遮断し、界磁コイル1bによる電磁力を解放する。界磁コイル1bの電磁力が解放されるため、手動操作が可能となる。すなわち、作業員が図示省略する手動ハンドルを操作し、起伏ブレードを回転させると、電機子1aも回転する。このとき、界磁コイル1bの電磁力が発生していないため、電動操作装置の動作終了手前で発生する発電制動も生じず、小さい力で回転させることができる。
一方、制御回路5は、図示省略の動作スイッチボタンの押下等により逆回転の動作指令を受けると、第一信号S1をONにし、第四信号S4,第三信号S3をONにし、第二信号S2はOFFのままとする。第四信号S4のONに従い、第六接点C6,第七接点C7が閉じ、逆回転用回路により電機子1aが正回転時とは逆方向に通電され、分巻モータ1が逆回転動作を開始する。なお、その他の制御動作については、上述した正回転時のものと同じである。
特開2012−209060号公報
上述したように、従来の電動操作装置は、駆動源として分巻モータを用いていたため、以下に示す課題を生じている。分巻モータは、コストが高く、電動操作装置の低価格化のネックとなっている。また、上記のコスト高も一因となり分巻モータの生産数自体も減少しており、将来的な安定供給の確保に対する疑義も生じ、別の駆動源の開発を考える必要がある。
一方、モータの一つとして永久磁石を用いた直流マグネットモータ(以下、「マグネットモータ」と称する。)がある。係るマグネットモータは、分巻モータに比べて安価、高効率で小形であるというメリットがあるが、永久磁石による磁力が常時発生している。そのため、電動操作装置の動作終了後に手動操作により起伏ブレードを回転させようとすると、発電制動を生じてしまい、回転させるために大きな力が必要となる。よって、手動で簡単に操作ができる手動操作機能を実現することができず、実用に供し得ないという新たな課題がある。
上述した課題を解決するために、本発明は、(1)断路器または断路器用接地装置に用いられる電動操作装置であって、駆動源としてマグネットモータを用い、前記マグネットモータの電機子に通電するための通電回路と、前記電機子の両端を短絡して閉回路を構成するための短絡回路と、前記通電回路を開閉するための通電用接点と、前記短絡回路を開閉するための短絡用接点および補助接点と、前記通電用接点,前記短絡用接点並びに前記補助接点の開閉を制御する制御手段と、を備え、前記短絡用接点と前記補助接点は直列に配置され、前記補助接点は、常開接点であり、前記通電用接点と前記短絡用接点は開閉が逆に動作し、前記制御手段は、駆動開始に伴い前記補助接点を閉じるとともにその状態を保持する処理を行う機能と、駆動開始に伴い前記通電用接点を閉じるとともにその状態を保持する処理を行う機能と、駆動終了前の制動が必要な期間で前記短絡用接点を閉じる処理を行う機能と、駆動終了後に前記補助接点を開く処理を行う機能を備え、前記補助接点を開閉する処理を行う機能は、前記制御手段から出力される信号に基づいて前記補助接点が開閉するようにした。通電用接点は、実施形態では第二接点,第六接点,第七接点に対応する。短絡用接点は、実施形態では第四接点,第五接点に対応する。補助接点は、実施形態では第八接点に対応する。また、本発明でいう短絡回路は、電機子の両端を導通して閉回路を構成し、磁界を受けている状態で電機子を回転させると発電制動が発生するようになっていればよい。すなわち、例えば実施形態に示すように接点を介して電機子の両端を直結して閉回路を構成可能とするものはもちろん、例えば短絡回路中に適宜の抵抗を設置したものも含む。抵抗は、制動の強度を調整する。
前記制御手段は、前記駆動開始に伴い前記補助接点を閉じる処理を行う機能を備えたため、制御手段の制御シーケンスを従来のものと同等にすることができ、信頼性・動作保証をしやすく、既存の設備の交換も容易に行えるので好ましい。
このようにすると、駆動源としてマグネットモータを用いることで安価・小形で安定供給可能となる。そして、界磁は永久磁石により常時磁界を発生しているので、駆動終了直前の所定期間では、電機子への通電を遮断するとともに、短絡用接点と補助接点を閉じて短絡回路で閉回路を構成することで、電機子の回転に伴う発電制動を生じさせ減速させて停止させることができる。さらに、停止後は、補助接点を開いて短絡回路を開放することで、電機子の回転に伴う発電制動を生じさせない。よって、小さい力で手動操作可能となる。既設設備の交換に対しても、電動操作装置全体の交換をする必要はなく、例えば電動機とリレー回路の一部の交換のみで対応が可能となる。
(2)前記制御手段は、リレー回路で構成されるようにするとよい。このようにすると、簡単な構成で制御を行えるので良い。
本発明では、駆動源としてマグネットモータを用いつつ、駆動終了前の制動機能並びに駆動終了後の手動操作機能を発揮することができる。
従来の電動操作装置における回路構成の一部を示す図である。 本発明に係る電動操作装置が実装される断路器の一例を示す図である。 本発明に係る電動操作装置の好適な一実施形態を示す正面図である。 その平面図である。 本実施形態の電動操作装置における回路構成の一部を示す図である。
図2は、本発明の好適な一実施形態である電動操作装置が実装される超高圧変電所に設置される断路器10の一例を示している。断路器10の導電部は、地上に設置された架台11の上に起立された碍子装置12の頂上に設置される。碍子装置12は、複数本の碍子12aを直列に連結して形成される3本の脚部を塔のように組み付けて構成される。
この碍子装置12の頂上に設置される断路器10の導電部は、その頂点で回転するヒンジ部13と、ヒンジ部13に連結された水平方向に延びるバット側ブレード14と、そのバット側ブレード14の先端に取り付けられた上下に延びる円柱状の主接触部(バット)15,シールドリング16を備える。これらバット側ブレード14,主接触部15及びシールドリング16は、ヒンジ部13の回転に伴い一体となって回転する。ヒンジ部13は、コンプレッサー,駆動モータ等の駆動源からの力を受けて正逆回転する。
図2では、一相分の系統の上流側或いは下流側の一方のみ示しており、図示する断路器の構成が反対側にも配置されて1相分が形成される。さらにそれらが3相分設置される。なお、対を構成する相手側の主接触部は二股状となり、その二股状の主接触部(フィンガ)内に棒状の主接触部15が入り込んで両者が導通する。そして、ヒンジ部13が正逆回転することにより、対となる主接触部15同士が接続されて断路器の接点が入り状態となったり、離反して切り状態になったりする。この断路器の導電部の部分の基本構成は、従来と同様であるのでその詳細な説明を省略する。
断路器10に併設して接地装置20が配置される。この接地装置20は、切り状態となった断路器10のヒンジ部13・ブレード14・主接触部15及び端子台に接続された架線を接地するものである。つまり、切り状態となったヒンジ部13・ブレード14・主接触部15及び端子台に接続された架線は、空中に浮いた状態となっている。そこで、接地装置20にて接地することで回路的に安定させる。なお、実際には主接触部15に直接触するのではなく、ヒンジ部13にある端子台等に導通させるようにしている。
接地装置20は、断路器10のヒンジ部13側に取り付けられた固定接触部23と、その固定接触部23に接触・離反する金属製(導電性)のブレードと、そのブレードを移動させる電動操作装置等を備えている。ブレードは、下端を回転中心として90度の角度範囲(起立姿勢と倒れた姿勢をとる)内で回転する起伏ブレード21と、その起伏ブレード21の上端に接続され軸方向に伸縮する伸縮ブレード22を備える。起伏ブレード21は、図示省略するリード線等により地面に直接或いは接地導体に接続されてアースがとられる。図示するように、起伏ブレード21が起立するとともに、伸縮ブレード22が延びた状態では、伸縮ブレード22の先端が固定接触部23と接続して導通する。よって、固定接触部23は、ヒンジ部13ひいては断路器10の主接触部15に導通しているため、主接触部15は伸縮ブレード22,起伏ブレード21を介して接地される。一方、図中2点鎖線で示すように、伸縮ブレード22が収縮するとともに起伏ブレード21が転倒した状態では、伸縮ブレード22の先端と固定接触部23とが離反する。よって、断路器10の接地状態が解除される。
本発明が対象とする電動操作装置26は、起伏ブレード21を垂直平面内で回転(起伏)させるものである。すなわち、電動操作装置26の出力である操作軸26aに連結ロッド25を連結し、その連結ロッド25の上端にリンク機構24を連結し、そのリンク機構24を介して起伏ブレード21に電動操作装置26の出力を伝達する。これにより、起伏ブレード21が下端を回転中心として正逆回転する。なお、伸縮ブレード22の伸縮動作も別途設けた伸縮用モータ27の動力により行う。なおまた係るブレード(起伏ブレード21,伸縮ブレード22)の動作は後述する。
図3は、電動操作装置26の一実施形態を示している。この電動操作装置26は、矩形状の機構箱30の前面が開放され、その前面に正面扉31が取り付けられる。機構箱30の前面のみが開放されるため、リレー類を実装した電装品パネル32や、端子台33などは、機構箱30の内部の前方側に配置する。電装品パネル32は、主要リレー類を単一パネルに集約して構成している。よって、部品交換が容易になる。本実施形態では、このように一面のみが開放する構造としているので、当該前面側に保守管理する際の作業空間が確保されればよい。
また、機構箱30の所定位置には、駆動モータユニット35を配置する。この駆動モータユニット35は、駆動モータ36と、減速機部37とが一体となって1つのケース内に収納された構成を採る。
機構箱30の天面所定位置に、操作軸26aが外部に突出状態で配置される。駆動モータユニット35の動力を操作軸26aに直接伝達し、操作軸26aは190度回転の往復水平回転を行う。また、操作軸26aは、190度回転すると、ロック機構38により回転角が規制され、その位置を保持する。また、図示省略する手動ハンドルを操作軸26aに連結し、手動ハンドルを操作軸26aを中心に回転させることで、当該操作軸26aを所定角度範囲内で正逆回転させることができる。これらの構成は、基本的に従来のものと同様の構成を採ることができる。
ここで本実施形態では、駆動モータ36を、マグネットモータで構成している。つまり、界磁を構成する永久磁石から発する磁界が、電機子36aに対して常時かかるようになる。そして、電動操作装置は、動作終了時の機器への衝撃を緩和するため、動作完了手前でブレーキをかける機能と、手動で簡単に操作ができる手動操作機能を備える必要がある。かかる2つの機能を実現するための回路を以下のようにしている。
図5は、マグネットモータを用いた駆動モータ36を駆動源として使用する電動操作装置における回路の一部を示している。図5に示すように、駆動モータ36の電機子36aの両端にそれぞれ直列接続された第一接点C1,第二接点C2を介して電源ラインに接続される。この第二接点C2を経由して電機子36aに通電するための回路が正回転用回路となる。なお、本実施形態の駆動モータ36は、マグネットモータであるため、界磁のための磁力発生源は永久磁石であり、この回路図上には記載されない。
一方、駆動モータ36の電機子36aの一方の端子と、電機子36aの他方の端子側に接続された第一接点C1と第二接点C2の間を、第六接点C6を介して接続する。また電機子36aの他方の端子と、電機子36aの一方の端子側に接続された第一接点C1と第二接点C2の間を、第七接点C7を介して接続する。これら第六接点C6.第七接点C7を経由して電機子36aに通電するための回路が逆回転用回路となる。
また、電機子36aの両端を短絡可能とする短絡回路40を備えている。この短絡回路40には、第四接点C4と、第五接点C5と、第八接点C8が直列に配置される。よって、第四接点C4,第五接点C5,第八接点C8のすべてが閉じた場合、電機子36aは短絡し、少なくとも一方の接点が開くと電機子36aは短絡しない。
これら各接点の開閉制御は、制御回路41からの制御信号に基づいて行われる。すなわち、制御回路41は、第一信号S1,第二信号S2,第四信号S4,第五信号S5の4つの信号から出力され、各信号が適宜のタイミングでON/OFFする。そして、第一信号S1は第一接点C1の開閉を制御し、第二信号は第二接点C2と第四接点C4を制御し、第四信号S4は第五接点C5と第六接点C6と第七接点C7の開閉を制御し、第五信号S5は第八接点C8の開閉を制御する。図5は、各信号がOFFの時の各接点の状態を示している。そして、信号がONになった場合、対応する接点の開閉状態は反転する。そして、制御回路41から出力される制御信号の出力タイミングは、以下の通りである。
制御回路41は、図示省略の動作スイッチボタンの押下や遠方にある制御盤からの指令等により正回転の動作指令を受けると、第一信号S1をONにして第一接点C1を閉じ、第二信号S2をONにして第二接点C2を閉じる。また、第二信号S2のONに伴い、第四接点C4は開く。これにより短絡回路4はオープンとなる。またこの状態では第四信号S4はOFFのままとなり、第六接点C6,第七接点C7は開く。これに伴い、電機子1aの両端子間は短絡されず、正回転用回路により電機子36aが通電し、永久磁石による界磁は常時働いているため駆動モータ36が動作開始する。また、本実施形態では、正回転の動作指令を受けると、第五信号もONになり第八接点C8も閉じるが、上述したように第四接点C4が開いているので短絡回路40はオープンの状態となる。
制御回路41は、動作開始から一定時間経過後、第二信号S2をOFFにする。これに伴い、第二接点C2が開いて電機子36aへの通電が遮断されるとともに第四接点C4が閉じる。また、第五信号S5はONのままとする。これにより、短絡回路40により電機子36aが短絡される。電機子36aは短絡回路40を介して閉回路が構成される。そして、永久磁石から発生する電磁力は常時働いているため、電機子36aの回転により発電制動が発生しブレーキがかかる。これにより、駆動モータ36の回転数が徐々に減速し、動作終了時の機器への衝撃を緩和する。
その後、制御回路41は第五信号S5をOFFにする。これに伴い、第八接点C8は開き、短絡回路40はオープンとなる。これにより、永久磁石による界磁は常時働いていても電機子36aの両端子間は閉回路となっていないため、電機子36aを回転させても発電制動は生じない。よって、作業員が図示省略する手動ハンドルを操作し、起伏ブレードを回転させ、それに伴い電機子36aが回転しても発電制動は生じず、小さい力で回転させることができる。つまり、手動操作が行える。
一方、制御回路41は、図示省略の動作スイッチボタンの押下等により逆回転の動作指令を受けると、第一信号S1をONにし、第四信号S4,第五信号S5をONにし、第二信号S2はOFFのままとする。第四信号S4のONに従い、第六接点C6,第七接点C7が閉じ、逆回転用回路により電機子36aが正回転時とは逆方向に通電し、駆動モータ36が逆回転動作を開始する。なお、その他の制御動作については、上述した正回転時のものと同じである。
なお、制御回路41は、故障発生・異常時等に第一信号S1をOFFにする。これにより、第一接点C1が開き、駆動モータ36への通電が強制的に遮断され、緊急停止を行うことができる。
本実施形態では、第五信号S5は、従来の分巻コイルにおける界磁コイルへの通電の入り切りを行う第三接点の動作を制御する第三信号S3と同じ動作タイミングとした。これにより、制御回路41は、従来のシーケンスを利用することができその動作は保証される。また、既存の電動操作装置に対し、モータの交換を行うとともに、第八接点C8の追加等の駆動モータ36への通電の回路構成を変更するだけで、マグネットモータを駆動源に用いた電動操作装置を構築できる。
[変形例]
上述した実施形態では、制御回路41は、リレー回路により構成したが、本発明はこれに限ることはなく、CPUを用いたアプリケーションプログラムを用いてもよいし、一部または全部を各種タイマーにより制御するようにしてもよく、各種の構成により実現するとよい。また、第五信号S5のON/OFFのタイミングは、分巻モータの界磁コイルの通電を制御するための第三信号と同じにする必要はなく、少なくとも動作完了手前のブレーキをかける際に第五信号S5がON(第八接点C8が閉)になり、モータによる動作終了に伴い第五信号S5がOFF(第八接点C8が開)となるようにすればよい。
また、上述した実施形態では、短絡回路40に第四接点C4,第五接点C5,第八接点C8を直列に配置した。これは、従来の電動操作装置の構成から変更点を少なくし、既設の装置の交換を行いやすく、動作の信頼性も得るようにしたためである。一方、新規に設置する場合、短絡回路40に必ずしも3つの接点を直列に配置する必要は無く、例えば、一つの接点(例えば、第八接点C8)を配置するようにしても良い。この場合、この接点の開閉は、例えば、駆動開始に伴い接点を開いて短絡回路を開放し、駆動終了前の制動が必要な期間で接点を閉じて短絡回路で閉回路を構成し、駆動終了後に接点を開いて短絡回路を開放するように制御するとよい。
[その他の利用]
上述した実施形態では、接地装置の電動操作装置26に適用する例を示したが、本発明はこれに限ることはなく、断路器の開閉動作用の駆動源にも用いても良い。接地装置の動作と断路器接点の動作方式は異なるが、電動操作装置の動作は同じである。また、設置場所も、実施形態に示す超高圧変電所に限ることはなく、それ以下の電圧階級の変電所や、開閉所など各種の場所に設置してよく、直流電源がある場所であれば適用できる。
10 断路器
20 接地装置
21 起伏ブレード
22 伸縮ブレード
23 固定接触部
26 電動操作装置
26a 操作軸
36 駆動モータ
36a 電機子
41 制御回路

Claims (2)

  1. 断路器または断路器用接地装置に用いられる電動操作装置であって、
    駆動源としてマグネットモータを用い、
    前記マグネットモータの電機子に通電するための通電回路と、
    前記電機子の両端を短絡して閉回路を構成するための短絡回路と、
    前記通電回路を開閉するための通電用接点と、
    前記短絡回路を開閉するための短絡用接点および補助接点と、
    前記通電用接点,前記短絡用接点並びに前記補助接点の開閉を制御する制御手段と、
    を備え、
    前記短絡用接点と前記補助接点は直列に配置され、
    前記補助接点は、常開接点であり、
    前記通電用接点と前記短絡用接点は開閉が逆に動作し、
    前記制御手段は、駆動開始に伴い前記補助接点を閉じるとともにその閉じた状態を保持する処理を行う機能と、駆動開始に伴い前記通電用接点を閉じるとともにその閉じた状態を保持する処理を行う機能と、駆動終了前の制動が必要な期間で前記短絡用接点を閉じる処理を行う機能と、駆動終了後に前記補助接点を開く処理を行う機能を備え、
    前記補助接点を開閉する処理を行う機能は、前記制御手段から出力される信号に基づいて前記補助接点が開閉するようにしたことを特徴とする電動操作装置。
  2. 前記制御手段は、リレー回路で構成されることを特徴とする請求項1に記載の電動操作装置。
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