JP7154983B2 - 遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、遮断器に関する。

遮断器は、電力系統に設置されて、電力系統又は系統中の変圧器、断路器等の電力機器の正常時の負荷電流を開閉するとともに、事故発生時には保護継電器と連携して事故電流を遮断することにより負荷側の設備を保護し、上流側への事故波及を防止する開閉器である。遮断器は、発電所、変電所から電力系統途上の電路又は一般需要家の受配電設備等に設置される。遮断器は、固定電極及び可動電極を有する真空バルブと、可動電極を進退させる駆動力を生じさせる駆動部と、駆動部の駆動力を可動電極に伝達する伝達機構（リンク機構）とを備え、駆動部として電磁ソレノイドを用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。遮断器は、駆動部によりリンク機構を介して可動電極を進行させて固定電極に当接させる閉極動作と、可動電極を退避させて固定電極から解離させる開極動作とを行う。

特開２００６－３３１９６２号公報

特許文献１に記載の遮断器では、直線－回転変換の伝達機構が用いられ、近年の機器のコンパクト化の要請に対応することが難しくなってきており、この直線－回転変換に替わる伝達機構が望まれている。また、特許文献１に記載の遮断器では、伝達機構において、電磁ソレノイドの可動部品（可動鉄心、プランジャ）と可動電極との移動量の比であるリンク比（変換比）が移動量によらず一定であるため、閉極動作において負荷荷重に必要な駆動力を発生させつつ、適正な可動電極の移動速度（投入速度）となるような、電磁ソレノイドに与える駆動電圧の調整が難しいといった問題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明は、機器のコンパクト化を図りつつ、安定した閉極動作及び開極動作を実現可能な遮断器を提供することを目的とする。

本発明の態様に係る遮断器は、固定電極、及び固定電極に対して第１方向に進退して固定電極に当接又は離間可能な可動電極を有する真空バルブと、可動電極と一体で可動電極と同一の方向に移動可能なロッド部と、真空バルブから離間した位置で第１方向又は第１方向と直交する第２方向に駆動力を発生させる駆動部と、駆動部の駆動力をロッド部に伝達する伝達機構と、を備え、伝達機構は、第１方向の駆動力を第２方向の駆動力に変換する、又は第２方向の駆動力を第１方向の駆動力に変換するスコットラッセル機構と、伝達機構は、スコットラッセル機構により第１方向から第２方向に変換された駆動力を、ロッド部の第１方向への移動に変換する変換レバーを備える。

また、伝達機構は、駆動力が所定の大きさ以上である場合に収縮して駆動力をロッド部に作用させることにより真空バルブの可動電極を固定電極に当接させ、駆動力の解放時には復元して可動電極を固定電極から離間させる遮断ばねを備えてもよい。また、伝達機構は、固定電極に当接した可動電極に対して、当接方向に接圧力を付与する接圧ばねを備えてもよい。また、駆動部は、電磁ソレノイドが用いられてもよい。

本発明に係る真空遮断器は、スコットラッセル機構により駆動部の移動量とロッド部の移動量とのリンク比が、駆動部又はロッド部の移動量に応じて変動するので、閉極動作を行う際、負荷荷重の増大に応じてリンク比が小さくなるようにスコットラッセル機構を設定することにより、適正な投入速度を確保しつつ、倍力作用により駆動部の駆動力を小さく抑えることができる。その結果、安定した閉極動作及び開極動作を実現しつつ、駆動部の小型化及び機器のコンパクト化を図ることができる。さらに、スコットラッセル機構により駆動部の駆動力を小さく抑えるので、例えば駆動部に与える駆動電圧を小さく設定でき、この駆動電圧が変動してもその影響が小さくなるので駆動電圧の調整が容易となる。

また、伝達機構が、駆動力が所定の大きさ以上である場合に収縮してこの駆動力をロッド部に作用させることにより真空バルブの可動電極を固定電極に当接させ、駆動力の解放時には復元して可動電極を固定電極から離間させる遮断ばねを備える構成では、閉極時に蓄勢された遮断ばねの復元力を開極動作に用いることにより、開極動作を確実に実行させることができる。さらに、閉極動作においては、スコットラッセル機構の倍力作用により、遮断ばねを容易に収縮させることができる。また、伝達機構が、固定電極に当接した可動電極に対して、当接方向に接圧力を付与する接圧ばねを備える構成では、接圧ばねにより閉極時において必要な接圧力を容易かつ確実に付与することができる。さらに、閉極動作においては、スコットラッセル機構の倍力作用により、接圧ばねを容易に収縮させることができる。また、伝達機構が、スコットラッセル機構により第１方向から第２方向に変換された駆動力を、ロッド部の第１方向への移動に変換する変換レバーを備える構成では、駆動部による駆動力の方向とロッド部の移動方向とが平行である場合であっても、変換レバーにより駆動力を確実にロッド部に伝達できる。また、駆動部として、電磁ソレノイドが用いられる構成では、駆動部の駆動力を容易に得ることができる。

第１実施形態に係る遮断器の一例を示す側面図である。 遮断器の一例を示す正面図である。 遮断器の一例を示す平面図である。 電磁ソレノイドの内部構成の一例を示す断面図である。 電磁ソレノイドの内部構成の一例を示す断面図である。 電磁ソレノイドの内部構成の一例を示す断面図である。 電磁ソレノイドの内部構成の一例を示す断面図である。 スコットラッセル機構の一例を示す側面図である。 スコットラッセル機構の一例を示す側面図である。 スコットラッセル機構の一例を示す側面図である。 比較例に係るリンク機構の一例を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、スコットラッセル機構を用いた場合のリンク比と、比較例に係るリンク機構を用いた場合のリンク比とを示すグラフである。 （Ａ）は、可動鉄心の移動量と、電磁ソレノイドの負荷特性との関係を示すグラフであり、（Ｂ）は、スコットラッセル機構を用いた場合とリンク機構を用いた場合とのそれぞれについて、電磁ソレノイドの負荷を示すグラフである。 遮断器の動作を示す図である。 遮断器の動作を示す図である。 遮断器の動作を示す図である。 第２実施形態に係る遮断器の一例を示す図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はいかに説明する内容に限定されない。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きく又は強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。図１は、第１実施形態に係る真空遮断器（遮断器）１００の一例を示す側面図である。図２は、真空遮断器１００の一例を示す正面図である。図３は、真空遮断器１００の一例を示す平面図である。本実施形態に係る真空遮断器は、電力系統に設置されて、電力系統又は系統中の変圧器、断路器等の電力機器の正常時の負荷電流を開閉するとともに、事故発生時には保護継電器と連携して事故電流を遮断することにより負荷側の設備を保護し、上流側への事故波及を防止する開閉器である。

図１から図３に示すように、真空遮断器１００は、真空バルブ１０と、ロッド部２０と、駆動部３０と、伝達機構４０とを備える。これら真空バルブ１０、ロッド部２０、駆動部３０、及び伝達機構４０は、ケース５０等に収容されている。なお、図１において、図中の上下方向が鉛直方向であり、左右方向が水平方向である。以下、鉛直方向を第１方向Ｄ１とし、図１紙面中の左右方向を水平方向における第２方向Ｄ２とする。また、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２のそれぞれに直交する方向を第３方向Ｄ３とする。

真空バルブ１０は、第２方向Ｄ２に複数、例えば３台並んで配置される。本実施形態において、複数の真空バルブ１０は、それぞれ同様の構成を有する。本実施形態では、電力系統における３相交流に対応するように、位相が異なる３つの交流に対応して３台の真空バルブ１０が用いられるが、この形態に限定されず、１台又は２台、４台以上の真空バルブ１０が用いられてもよい。

各真空バルブ１０は、内部を真空状態にした不図示の収容部を備えており、この収容部内に固定電極１１と、可動電極１２とを有する。固定電極１１は、主回路導体１５を介して、例えば、電力系統の需要側に電気的に接続されている。また、可動電極１２は、主回路導体１４を介して、例えば、電力系統の供給側に電気的に接続されている。ただし、固定電極１１が供給側に接続され、かつ可動電極１２が需要側に接続されてもよい。固定電極１１は、ケース５０に固定されており、第１方向Ｄ１（鉛直方向）には移動しない。

可動電極１２は、第１方向Ｄ１に移動可能であり、固定電極１１に対して進退可能である。真空バルブ１０は、可動電極１２が進退することにより、可動電極１２が固定電極１１から退避して、固定電極１１に対して電気的な接続を回避した開極状態と、可動電極１２が固定電極１１に向けて進行して、固定電極１１に対して当接することにより電気的な接続を行う閉極状態とが切り替え可能となっている。固定電極１１と可動電極１２とは面接触することにより閉極状態での電気的な抵抗を少なくしている。なお、可動電極１２は、収容部内においてガイド部等によりガイドされて第１方向Ｄ１に移動可能とした構成であってもよい。

ロッド部２０は、真空バルブ１０ごとにそれぞれ設けられる。各ロッド部２０は、一方の端部が可動電極１２に連結され、他方の端部が伝達機構４０の後述する変換レバー４６に連結される。ロッド部２０は、例えば、絶縁材料により設けられ、長手方向に直交する断面が円形又は多角形のいずれであってもよい。ロッド部２０は、ガイド機構１３によって第１方向Ｄ１に移動可能な状態で支持されている。ガイド機構１３は、ロッド部２０を第１方向Ｄ１に移動可能に支持する軸受け作用を有する摺動接点等を備えて、主回路の一部分を構成している。ロッド部２０は、可動電極１２と一体で可動電極１２と同一の方向、つまり第１方向Ｄ１に移動可能である。

駆動部３０は、ケース５０内において、真空バルブ１０から離れて配置される。駆動部３０は、第１方向Ｄ１に駆動力を発生させる。駆動部３０は、電磁ソレノイド３１と、操作ロッド３２と、開閉制御回路３３とを有する。電磁ソレノイド３１は、開閉制御回路３３の制御により操作ロッド３２を第１方向Ｄ１に移動させる。図１では、開閉制御回路３３がケース５０の外側に配置される例を示しているが、開閉制御回路３３がケース５０の内側に配置されてもよい。

ここで、駆動部３０の電磁ソレノイド３１について説明する。図４から図７は、電磁ソレノイド３１の内部構成の一例を示す断面図である。図４から図７は、いずれも電磁ソレノイド３１の内部構成について示している。図４は、真空バルブ１０が開極状態である場合を示している。図５は、真空バルブ１０が開極状態から閉極状態に遷移する場合を示している。図６は、真空バルブ１０が閉極状態である場合を示している。図７は、真空バルブ１０が閉極状態から開極状態に遷移する場合を示している。なお、本実施形態で示す電磁ソレノイド３１は、一例を示しており、他の構成が適用されてもよい。

電磁ソレノイド３１は、図４から図７に示すように、固定鉄心３４と、可動鉄心３５と、投入コイル３６と、遮断コイル３７と、永久磁石３８と、筐体３９Ａと、筐体３９Ｂとを有する。筐体３９Ａと筐体３９Ｂとは、第１方向Ｄ１に並んで配置され、内部に空間を形成する。筐体３９Ａ、３９Ｂは、固定鉄心３４、可動鉄心３５、投入コイル３６、遮断コイル３７、及び永久磁石３８を内部に収容する。筐体３９Ｂは、例えば磁性材料で設けられる。筐体３９Ａは、磁性材料に限定されずに設けられる。従って、筐体３９Ａは、磁性材料で設けられてもよいし、非磁性材料で設けられてもよい。固定鉄心３４は、例えば磁性材料で形成され、筐体３９Ｂの上端に固定される。固定鉄心３４と筐体３９Ｂとは、磁気的に接続された状態となっている。固定鉄心３４は、第１方向から見て中央部分又はほぼ中央部分に、第１方向Ｄ１に貫通する貫通孔３４ａを有する。

貫通孔３４ａには、操作ロッド３２が挿通される。操作ロッド３２は、例えば非磁性材料で形成され、第１方向Ｄ１に延びる棒状体である。操作ロッド３２は、貫通孔３４ａに対して摺動可能である。従って、操作ロッド３２は、固定鉄心３４に対して第１方向Ｄ１に移動可能である。

可動鉄心３５は、筐体３９Ａ内において固定鉄心３４の下方に配置される。可動鉄心３５は、操作ロッド３２の一部に固定され、操作ロッド３２と一体で第１方向Ｄ１に移動する。可動鉄心３５は、例えば磁性材料で形成される。なお、筐体３９Ａ及び筐体Ｂは、内側に突出した環状の支持部１３９を挟んで保持している。支持部１３９は、例えば磁性材料で形成されている。可動鉄心３５は、外周面が支持部１３９に囲まれた状態で配置されている。可動鉄心３５と支持部１３９とは、磁気的に接続された状態となっている。可動鉄心３５は、支持部１３９に対して第１方向Ｄ１に移動可能である。すなわち、可動鉄心３５は、支持部１３９に案内されること、及び操作ロッド３２が貫通孔３４ａに案内されることで、第１方向Ｄ１に沿って移動可能となっている。可動鉄心３５は、第１方向Ｄ１の下方側端部にフランジ部３５ａを有する。フランジ部３５ａは、例えば磁性材料により可動鉄心３５と一体で形成される。

投入コイル３６及び遮断コイル３７は、筐体３９Ｂ内において、第１方向Ｄ１に並んだ固定鉄心３４及び可動鉄心３５を囲むように設けられ、第１方向Ｄ１と平行の中心軸（例えば、操作ロッド３２に中心軸）の軸周り方向に巻かれている。投入コイル３６及び遮断コイル３７は、固定鉄心３４と、筐体３９Ａ及び筐体Ｂに挟持されその内側に突出した支持部１３９との間に挟まれた状態で配置されている。投入コイル３６及び遮断コイル３７は、筐体３９Ｂを貫通する不図示の配線を介して、不図示の駆動電源と電気的に接続されている。本実施形態では、投入コイル３６が内側、遮断コイル３７が外側に配置された構成であるが、この構成に限定されず、例えば、遮断コイル３７が内側、投入コイル３６が外側に配置された構成が適用されてもよく、さらに投入コイル３６が上部に、遮断コイル３７が下部に、あるいは投入コイル３６が下部に、遮断コイル３７が上部に配置されてもよい。

永久磁石３８は、支持部１３９を挟んで投入コイル３６及び遮断コイル３７とは反対側に配置される。永久磁石３８は、例えば環状であり、可動鉄心３５を囲むように支持部１３９に設けられる。なお、永久磁石３８は、環状に限定されず、他の形状であってもよい。例えば、複数の永久磁石３８が、可動鉄心３５を囲むように支持部１３９に設けられる形態であってもよい。なお、永久磁石３８と支持部１３９とは磁気的に接続された状態となっている。永久磁石３８は、可動鉄心３５のフランジ部３５ａと対向する位置に配置される。

図４に示すように、投入コイル３６及び遮断コイル３７に電流を流さない場合、後述する接圧ばね４３及び遮断ばね４４の弾性力により、可動鉄心３５が第１方向Ｄ１における筐体３９Ａの下方側に向けて開放力が作用した状態となる。この開放力により、固定鉄心３４と可動鉄心３５との間は、第１方向Ｄ１について所定寸法のギャップＧが形成された状態となる。

図４に示す状態から投入コイル３６に電流を流すと、図５に示すように、投入コイル３６により磁束Ｆ１が形成される。磁束Ｆ１は、固定鉄心３４、筐体３９Ｂ、支持部１３９、及び可動鉄心３５により構成される磁気回路に沿って形成される。この磁束Ｆ１により、固定鉄心３４と可動鉄心３５との間に互いに引き合う方向の電磁力が作用し、可動鉄心３５が固定鉄心３４側に引き寄せられる。また、可動鉄心３５が固定鉄心３４側に引き寄せられることで、可動鉄心３５と永久磁石３８との間に吸引力が作用する。この投入コイル３６による電磁力及び永久磁石３８の吸引力により、可動鉄心３５が第１方向Ｄ１に沿って上方に移動する。

可動鉄心３５の移動により、図６に示すように、可動鉄心３５が固定鉄心３４及び永久磁石３８にそれぞれ接触又は近接した状態となる。この場合、可動鉄心３５と永久磁石３８との間の吸引力が、可動鉄心３５に作用する上記の開放力よりも大きくなるように永久磁石３８の磁力を設定しておく。この構成により、例えば、投入コイル３６への通電がなくなった場合（すなわち磁束Ｆ１が形成されない場合）においても、固定鉄心３４と可動鉄心３５とが接触した状態が維持される。この場合、磁束Ｆ２は、固定鉄心３４、筐体３９Ｂ、支持部１３９、永久磁石３８、及び可動鉄心３５により構成される磁気回路に沿って形成される。

また、図６に示す状態から遮断コイル３７に電流を流す場合、図７に示すように、遮断コイル３７において磁束Ｆ３が形成される。この磁束Ｆ３は、永久磁石３８による磁束Ｆ２とは磁界の向きが反対である。従って、磁束Ｆ３と磁束Ｆ２とが打ち消し合い、永久磁石３８の磁力が低下する。永久磁石３８の磁力低下により、可動鉄心３５に作用する開放力が永久磁石３８との間の吸引力よりも大きくなる。その結果、可動鉄心３５が第１方向Ｄ１に沿った下方に移動する。可動鉄心３５の移動により、図４に示すように、固定鉄心３４と可動鉄心３５との間は、第１方向Ｄ１について所定寸法のギャップＧが形成された状態となる。

また、操作ロッド３２は、第１方向Ｄ１の下端が電磁ソレノイド３１の可動鉄心３５に固定され、上端が伝達機構４０のスコットラッセル機構４１に連結される。操作ロッド３２は、可動鉄心３５と一体で第１方向Ｄ１に移動する。つまり、操作ロッド３２は、可動鉄心３５が第１方向Ｄ１の上方に移動する場合、可動鉄心３５と一体で第１方向Ｄ１の上方に移動する。また、操作ロッド３２は、可動鉄心３５が第１方向の下方に移動する場合、可動鉄心３５と一体で第１方向Ｄ１の下方に移動する。

図１から図３の説明に戻り、開閉制御回路３３は、電磁ソレノイド３１の動作を制御する。開閉制御回路３３は、投入コイル３６及び遮断コイル３７に対して電流を供給するタイミング、及び電流の供給を停止するタイミングを制御する。開閉制御回路３３は、演算処理部を有するコンピュータが用いられてもよい。

伝達機構４０は、駆動部３０の駆動力をロッド部２０に伝達する。伝達機構４０は、スコットラッセル機構４１と、連結板４２と、接圧ばね４３と、遮断ばね４４と、絶縁ロッド４５と、変換レバー４６とを有する。スコットラッセル機構４１は、電磁ソレノイド３１による第１方向Ｄ１の駆動力を第２方向Ｄ２の駆動力に変換する。スコットラッセル機構４１は、第３方向Ｄ３に２つ並んで配置される（図２参照）。２つのスコットラッセル機構４１は、操作ロッド３２を挟んで配置される。スコットラッセル機構４１の配置数は任意であり、スコットラッセル機構４１が１つ又は３つ以上配置されてもよい。

図８から図１０は、スコットラッセル機構４１の一例を示す側面図である。図８は、真空バルブ１０が開極状態である場合のスコットラッセル機構４１の状態を示す図である。図９は、真空バルブ１０が開極状態から閉極状態に遷移する場合、又は真空バルブ１０が閉極状態から開極状態に遷移する場合のスコットラッセル機構４１の状態を示す図である。図１０は、真空バルブ１０が閉極状態である場合のスコットラッセル機構４１の状態を示す図である。

図８から図１０に示すように、スコットラッセル機構４１は、第１アーム６１と、第２アーム６２と、駆動ピン６３と、従動ピン６４と、支持ピン６５と、連結ピン６６とを有する。第１アーム６１は、直線状に形成され、一端が駆動ピン６３により操作ロッド３２の上端に連結され、他端が従動ピン６４により連結板４２に連結される。駆動ピン６３は、支持部材６７に第１方向Ｄ１に形成された長穴６８に沿って第１方向Ｄ１に往復移動可能である。第１アーム６１は、長手方向の中央部において連結ピン６６により第２アーム６２に連結される。第１アーム６１は、駆動ピン６３、従動ピン６４、及び連結ピン６６に対してそれぞれ回動可能に設けられる。

第２アーム６２は、直線状に形成され、第１アーム６１よりも短い形態が用いられる。第１アーム６１は、一端が支持ピン６５により支持部材６７に支持され、他端が連結ピン６６により第１アーム６１の長手方向の中央部に連結される。第２アーム６２は、支持ピン６５及び連結ピン６６に対して回動可能に設けられる。第１アーム６１及び第２アーム６２の長さ及び連結位置は、図８に示すように、各リンク長（支持ピン６５の中心と連結ピン６６の中心とを結ぶ直線、駆動ピン６３の中心と連結ピン６６の中心とを結ぶ直線、従動ピン６４の中心と連結ピン６６の中心とを結ぶ直線）を同じにして、第２アーム６２の支持ピン６５を含む第２方向Ｄ２の線上に従動ピン６４が配置されるように設定されている。

操作ロッド３２が下端に配置される場合（図４参照）、図８に示すように、スコットラッセル機構４１は、駆動ピン６３が長穴６８の下端に配置された状態となる。また、従動ピン６４は、第２方向Ｄ２において最も支持ピン６５側の位置に配置される。この場合、従動ピン６４の中心と支持ピン６５の中心とを結ぶ第２方向Ｄ２に沿った直線と、支持ピン６５と連結ピン６６とを結ぶ直線とがなす角度αは、最大値となる。

図８に示す状態から操作ロッド３２が第１方向Ｄ１の上方に移動する場合（図５参照）、図９に示すように、スコットラッセル機構４１は、駆動ピン６３が長穴６８に沿って上方に移動する。駆動ピン６３の移動により、第１アーム６１が駆動ピン６３と一体で上方に移動しつつ、駆動ピン６３を中心として図中の時計回りに回動する。この第１アーム６１の移動及び回動により、従動ピン６４は、第１方向Ｄ１における位置を変えることなく第２方向Ｄ２に沿って接圧ばね４３側に移動する。従動ピン６４が接圧ばね４３側に移動するに従って、上記した角度αは小さくなっていく。

操作ロッド３２が上端に配置される場合（図６参照）、図１０に示すように、スコットラッセル機構４１は、駆動ピン６３が長穴６８の上端に配置された状態となる。また、従動ピン６４は、第２方向Ｄ２に沿って移動し、最も接圧ばね４３側の位置に配置される。この場合、上記した角度αは最小値となる。

図１０に示す状態から操作ロッド３２が第１方向Ｄ１の下方に移動する場合、スコットラッセル機構４１は、駆動ピン６３が長穴６８に沿って下方に移動する。駆動ピン６３の移動により、第１アーム６１が駆動ピン６３と一体で下方に移動しつつ、駆動ピン６３を中心として図中の反時計回りに回動する。この第１アーム６１の移動及び回動により、従動ピン６４は、第１方向Ｄ１における位置を変えることなく第２方向Ｄ２に沿って支持ピン６５側に移動する。従動ピン６４が支持ピン６５側に移動するに従って、上記した角度αは大きくなっていく。そして、操作ロッド３２が下端に配置される場合、図８に示すように、スコットラッセル機構４１は、駆動ピン６３が長穴６８の下端に配置された状態となる。

このように、スコットラッセル機構４１は、垂直直線運動を９０°変換した水平直線運動が得られる機構である。つまり、スコットラッセル機構４１は、第１方向Ｄ１の駆動力を、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２の駆動力に変換する。なお、スコットラッセル機構４１により、駆動ピン６３（操作ロッド３２）の第１方向Ｄ１への移動量に対して、従動ピン６４の第２方向Ｄ２への移動量の比率が異なる。すなわち、駆動ピン６３を所定の単位量だけ第１方向Ｄ１に移動させた場合、駆動ピン６３の位置に応じて、従動ピン６４の第２方向Ｄ２への移動量が異なる。

例えば、図８に示す状態から駆動ピン６３が上方に移動する場合は、従動ピン６４は所定の比率で第２方向Ｄ２に沿って右方に移動するが、図９に示す状態から駆動ピン６３が上方に移動する場合は、従動ピン６４は図８の場合における所定の比率より低い比率で第２方向Ｄ２に沿って右方に移動する。従って、駆動ピン６３を同じ量だけ移動させても、図８に示す状態では従動ピン６４が第２方向Ｄ２に沿って大きく移動し、図９に示す状態では従動ピン６４が第２方向Ｄ２に沿って小さく移動することになる。

図１１は、比較例に係るリンク機構１４１の一例を示す図である。リンク機構１４１は、カム部１６１と、駆動ピン１６３と、従動ピン１６４と、支持ピン１６５とを有する。カム部１６１は、例えば直角三角形状である。カム部１６１のうち１つの角部は、駆動ピン１６３によって支持部材１６７の長穴１６８に連結される。カム部１６１のうち他の鋭角部は、従動ピン１６４により不図示の出力部に連結される。カム部１６１のうち直角部は、支持ピン１６５により支持される。カム部１６１は、駆動ピン１６３、従動ピン１６４、及び支持ピン１６５に対して回動可能に設けられる。リンク機構１４１は、駆動ピン１６３と支持ピン１６５とを結ぶ線と、従動ピン１６４と支持ピン１６５とを結ぶ線のなす角度が９０度のいわゆる９０度リンク機構である。

図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、伝達機構４０においてスコットラッセル機構４１を用いた場合のリンク比（可動鉄心３５の移動量と可動電極１２の移動量との比）と、スコットラッセル機構４１に代えて図１１に記載のリンク機構１４１を用いた場合のリンク比とを示すグラフである。なお、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）の一部を拡大して示している。図１２（Ａ）及び（Ｂ）の横軸がリンク回転角を示し、図１２（Ａ）及び（Ｂ）の縦軸がリンク比を示す。なお、スコットラッセル機構４１のリンク回転角は、上記の角度αである。また、リンク機構１４１のリンク回転角は、例えば駆動ピン１６３を中心とする場合のカム部１６１の回転角である。

図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、リンク機構１４１を用いた場合のリンク比（破線Ｌ２で示す）は、駆動ピン１６３と支持ピン１６５との間の長さと、従動ピン１６４と支持ピン１６５との間の長さとの比であり、リンク回転角によらず一定値のリンク比Ｒとなる。この値に対して、図１２（Ａ）に示すように、スコットラッセル機構４１を用いた場合のリンク比（実線Ｌ１で示す）は、リンク回転角αが大きくなるに従って増加しており、リンク回転角が９０°に近づくにつれて増加幅が大きくなっている。

本実施形態において、スコットラッセル機構４１は、図１２（Ｂ）に示すように、可動鉄心３５が下端に位置する場合（角度α１の場合）には、リンク比がリンク機構１４１を用いた場合のリンク比Ｒよりも大きいリンク比Ｒ１となるように設定される。また、スコットラッセル機構４１は、可動鉄心３５が下端から上端に移動するに従ってリンク回転角αが小さくなり、リンク比が二次関数的（曲線的）に小さくなっている。また、スコットラッセル機構４１は、可動鉄心３５が上端に位置する場合（角度α２の場合）には、リンク比がリンク機構１４１を用いた場合よりも小さいリンク比Ｒ２となるように設定される。なお、リンク回転角αが角度α１と角度α２の中間点近傍（角度α３）で、リンク比がリンク機構１４１を用いた場合のリンク比Ｒとほぼ等しい値となるように設定されている。

図１３（Ａ）は、可動鉄心３５の上方への移動量と、電磁ソレノイド３１の負荷特性との関係を示すグラフである。図１３（Ａ）に示すように、電磁ソレノイド３１の負荷特性（実線Ｌ３で示す）は、接圧ばね４３による弾性力（一点鎖線Ｌ４で示す）と、遮断ばね４４による弾性力（二点鎖線Ｌ５で示す）と、真空バルブ１０において可動電極１２に作用する自閉力（破線Ｌ６で示す）との和で表される。電磁ソレノイド３１の負荷特性は、可動鉄心３５の上昇量（ストローク）が所定値（所定位置）Ｓに到達するまでは緩やかに上昇し、所定値Ｓを超えた場合に急激に上昇し、その後は一定の上昇割合で上昇する。

ここで、電磁ソレノイド３１の負荷は、図１３（Ａ）に示す負荷特性に対して、図１２（Ａ）に示すリンク比を乗じて算出される。図１３（Ｂ）は、スコットラッセル機構４１を用いた場合とリンク機構１４１を用いた場合とのそれぞれについて、電磁ソレノイド３１の負荷を示すグラフである。

リンク機構１４１を用いた場合のリンク比については、上記したように電磁ソレノイド３１の可動鉄心３５の上昇量によらず一定値である（図１２（Ａ）のリンク比Ｒ参照）。このため、電磁ソレノイド３１の負荷（破線Ｌ６で示す）は、図１２（Ａ）に示す負荷特性のグラフを相似形にしたグラフとして表される。つまり、図１３（Ｂ）に示すように、リンク機構１４１において電磁ソレノイド３１の負荷は、可動鉄心３５の上昇量が所定値（所定位置）Ｓに到達するまでは緩やかに上昇し、所定値Ｓを超えた場合に急激に上昇し、その後は一定の上昇割合で上昇する。

また、スコットラッセル機構４１を用いた場合、可動鉄心３５の上昇量が所定値（所定位置）Ｓに到達するまでは緩やかに上昇し、所定値Ｓを超えた場合に急激に上昇し、その後は一定の上昇割合で上昇する。ただし、電磁ソレノイド３１の可動鉄心３５の上昇量が大きくなるに従って角度αが減少し、角度αが小さくなるに従ってリンク比が減少する。このため、電磁ソレノイド３１の負荷（実線Ｌ７で示す）は、図１３（Ｂ）に示すように、可動鉄心３５の上昇量が所定値Ｓを超える範囲について、リンク機構１４１に比べて上昇量が抑制される。

その結果、可動鉄心３５の上昇量よりも従動ピン６４の第２方向Ｄ２への移動量が小さくなると、倍力作用により電磁ソレノイド３１の駆動力が大きくなる。従って、電磁ソレノイド３１の最大負荷を減らすことが可能となり、電磁ソレノイド３１を駆動するための電圧（すなわち、可動電極１２を固定電極１１に圧接させるための駆動電圧）を下げることが可能となる。また、必要となる最大駆動力が小さくなるので、電磁ソレノイド３１を小型化することができる。

また、可動鉄心３５が下端位置から上昇する間は、角度αが大きく、リンク比が大きいので、可動鉄心３５の上昇量に対して従動ピン６４の第２方向Ｄ２への移動量が大きくなっている。従って、閉極動作において十分な投入速度を実現することができる。また、閉極時において電磁ソレノイド３１の駆動力が大きくなるので、永久磁石３８を小型化することができる。また、上記したリンク機構１４１では、直線－円弧変換を行っており、従動ピン１６４を第２方向Ｄ２の移動とするためには従動ピン１６４の逃げが必要となる。この構成に対して、スコットラッセル機構４１を用いた場合、リンク機構１４１で必要な直線－円弧変換の逃げが不要なため、ガタの少ない機構を実現できる。

図１から図３の説明に戻り、連結板４２は、各スコットラッセル機構４１の第１アーム６１の他端が従動ピン６４により連結される。連結板４２は、各スコットラッセル機構４１の第１アーム６１及び従動ピン６４が第２方向Ｄ２に移動することにより、第１アーム６１及び従動ピン６４と一体で第２方向Ｄ２に移動する。

接圧ばね４３は、第３方向Ｄ３に延びるプレート状の連結板４２と、第２方向Ｄ２に延びる棒状の絶縁ロッド４５との間に、例えば弾性変形した状態（収縮した状態）で挿入される。その結果、接圧ばね４３は、連結板４２及び絶縁ロッド４５に対して両者が離れる方向に弾性力を付与する。接圧ばね４３としては、例えばコイルバネが用いられる。本実施形態では、３本の絶縁ロッド４５のそれぞれに接圧ばね４３が配置されているが、この形態に限定されず、例えば１本又は２本の絶縁ロッド４５に接圧ばね４３が配置されてもよい。接圧ばね４３は、可動電極１２が固定電極１１に当接した際に収縮して、可動電極１２に対して、固定電極１１への当接方向に接圧力を付与する。

遮断ばね４４は、連結板４２と、ケース５０に設けられた仕切り板５１との間に、例えば弾性変形した状態（収縮した状態）で挿入される。その結果、遮断ばね４４は、連結板４２及び仕切り板５１に対して両者が離れる方向に弾性力を付与する。遮断ばね４４としては、例えばコイルバネが用いられる。遮断ばね４４は、電磁ソレノイド３１による駆動力が所定の大きさ以上である場合に収縮して駆動力をロッド部２０に作用させることにより、真空バルブ１０の可動電極１２を移動させて固定電極１１に当接させる。また、遮断ばね４４は、駆動力の解放時には蓄勢した弾性力を解放して可動電極１２を固定電極１１から離間させる。本実施形態では、遮断ばね４４は、連結板４２と仕切り板５１との間に２本配置されているが、この形態に限定されず、１本又は３本以上連結板４２と仕切り板５１との間に配置されてもよい。

接圧ばね４３及び遮断ばね４４は、ケース５０内において仕切り板５１で仕切られた空間のうち、駆動部３０が配置された空間（真空バルブ１０が配置された空間と異なる空間）に設置される。この構成により、駆動部３０の電磁ソレノイド３１、接圧ばね４３及び遮断ばね４４の調整作業（例えばワイプ量の調整）等の作業性が向上し、閉極動作（投入動作）及び開極動作（遮断動作）の双方を適正な速度範囲に収めることが容易となる。

３本の絶縁ロッド４５は、真空バルブ１０のそれぞれに対応して配置される。各絶縁ロッド４５は、ケース５０の仕切り板５１を貫通した状態で配置される。各絶縁ロッド４５は、第２方向Ｄ２に沿った棒状部材であり、絶縁材料により形成される。絶縁ロッド４５は、一端が連結板４２に連結され、他端が変換レバー４６に連結される。絶縁ロッド４５は、連結板４２と一体で第２方向Ｄ２に移動する。絶縁ロッド４５は、接圧ばね４３により変換レバー４６側に弾性力が付与されている。

変換レバー４６は、絶縁ロッド４５とロッド部２０とを連結する。変換レバー４６は、スコットラッセル機構４１とは異なる種類のリンク機構である。ただし、実施形態はこれに限定されるものではなく、スコットラッセル機構４１が用いられてもよい。変換レバー４６は、レバー本体４６ａと、回動軸４６ｂと、駆動ピン４６ｃと、従動ピン４６ｄとを有する。レバー本体４６ａは、回動軸４６ｂを中心に回動可能である。レバー本体４６ａは、駆動ピン４６ｃにより絶縁ロッド４５に連結される。レバー本体４６ａは、従動ピン４６ｄによりロッド部２０に連結される。

変換レバー４６は、絶縁ロッド４５が第２方向Ｄ２に移動する場合、絶縁ロッド４５の移動に伴って、レバー本体４６ａが回動軸４６ｂを中心として回動する。このレバー本体４６ａの回動により、従動ピン４６ｄが第１方向Ｄ１に移動する。従動ピン４６ｄが上端の位置に配置される場合、ロッド部２０が最も上側に引き上げられた状態となる。従動ピン４６ｄが下端の位置に配置される場合、ロッド部２０が最も下側に押し下げられた状態となる。

次に、上記のように構成された真空遮断器１００の動作を説明する。図１４から図１６は、真空遮断器１００の動作を示す図である。まず、真空バルブ１０を開極状態とする場合、図１４に示すように、電磁ソレノイド３１の可動鉄心３５を下端に配置した状態で投入コイル３６及び遮断コイル３７に対して電流を流さない状態とする。その結果、連結板４２は、遮断ばね４４が伸長する弾性力を受けて支持ピン６５側に（左方に）移動し、スコットラッセル機構４１の従動ピン６４が同様に支持ピン６５側に（左方に）移動した状態となっている。

この状態では、スコットラッセル機構４１の駆動ピン６３が第１方向Ｄ１において長穴６８の下端に配置されている。また、従動ピン６４が第２方向Ｄ２において最も支持ピン６５側に配置される。このため、絶縁ロッド４５は、第２方向Ｄ２においてスコットラッセル機構４１側に引き寄せられる。従って、変換レバー４６の従動ピン４６ｄが上端の位置に配置され、ロッド部２０が最も上側に引き上げられた状態となる。その結果、真空遮断器１００は、遮断ばね４４の弾性力により、真空バルブ１０の可動電極１２が固定電極１１に対して上方に離れた開極状態が保持される。

続いて、真空バルブ１０を開極状態から閉極状態に遷移させる場合、投入コイル３６に電流を供給して可動鉄心３５を上方に移動させる。その結果、スコットラッセル機構４１の駆動ピン６３が第１方向Ｄ１の上方に移動し、従動ピン６４が第２方向Ｄ２において変換レバー４６側に（右方に）移動する。このため、連結板４２及び絶縁ロッド４５は、第２方向Ｄ２において変換レバー４６側に（右方に）押し出される。従って、連結板４２は、遮断ばね４４を圧縮（収縮）させながら移動し、変換レバー４６の従動ピン４６ｄが下方に移動することにより、ロッド部２０が押し下げられた状態となる。その結果、図１５に示すように、真空バルブ１０の可動電極１２が固定電極１１側に移動し、可動電極１２が固定電極１１に接触した状態となる。

続いて、投入コイル３６への電流供給を継続することにより、さらに可動鉄心３５を上方に移動させる。その結果、スコットラッセル機構４１の駆動ピン６３が第１方向Ｄ１の最上位置に移動し、従動ピン６４が第２方向Ｄ２において変換レバー４６側にさらに移動する。このため、連結板４２及び絶縁ロッド４５は、第２方向Ｄ２において変換レバー４６側にさらに押し出される。従って、連結板４２は、接圧ばね４３を収縮させながら第２方向Ｄ２において変換レバー４６側に移動する。その結果、ロッド部２０には押し下げる力が作用し、図１６に示すように、可動電極１２が固定電極１１に所定の接圧力により接触した閉極状態となる。なお、閉極状態では、可動鉄心３５のフランジ部３５ａが永久磁石３８に吸着することにより、閉極状態が保持される。

次に、真空バルブ１０を閉極状態から開極状態に遷移させる場合、遮断コイル３７に電流を供給して可動鉄心３５を下方に移動させる。その結果、スコットラッセル機構４１の駆動ピン６３が第１方向Ｄ１の下方に移動し、従動ピン６４が第２方向Ｄ２において支持ピン６５側に（左方に）移動する。このため、連結板４２及び絶縁ロッド４５は、第２方向Ｄ２において支持ピン６５側に引き戻される。従って、接圧ばね４３が伸長し、次いで、遮断ばね４５が伸長しつつ変換レバー４６の従動ピン４６ｄが上方に移動し、ロッド部２０が上方に引き上げられる。その結果、真空バルブ１０の可動電極１２が固定電極１１から離間する方向に移動して真空バルブ１０が開極状態となる。また、可動鉄心３５が固定鉄心３４及び永久磁石３８から離れて下端に配置され、図１４に示す状態に戻る。

このように、本実施形態に係る真空遮断器１００によれば、スコットラッセル機構４１により駆動部３０の移動量とロッド部２０の移動量とのリンク比を移動量に応じて変動させるので、閉極動作を行う際、負荷荷重の増大に応じてリンク比が小さくなるようにスコットラッセル機構４１を設定することにより、適正な投入速度を確保しつつ、倍力作用により閉極時の駆動力を容易に確保することができる。その結果、安定した閉極動作及び開極動作を実現しつつ、駆動部３０の小型化及び機器のコンパクト化を図ることができる。さらに、スコットラッセル機構４１により駆動部３０の駆動力を小さく抑えるので、例えば駆動部３０に与える駆動電圧を小さく設定でき、この駆動電圧が変動してもその影響が小さくなるので駆動電圧の調整が容易となる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。図１７は、第２実施形態に係る真空遮断器（遮断器）１００Ａの一例を示す図である。図１７に示す真空遮断器１００Ａは、駆動部３０Ａがケース５０の上部に配置され、電磁ソレノイド３１が操作ロッド３２を第２方向Ｄ２に沿って移動させる構成を示している。このように、駆動部３０Ａは、第２方向に駆動力を発生させる構成であってもよい。なお、駆動部３０Ａは、ケース５０における配置以外の構成については、第１実施形態の駆動部３０と同様である。第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。

真空遮断器１００Ａにおける伝達機構４０Ａは、スコットラッセル機構４１Ａを備える。伝達機構４０Ａは、第１実施形態の伝達機構４０と異なり、変換レバー４６を省略している。スコットラッセル機構４１Ａは、従動ピン６４により第１アーム６１の一端が連結板４２を介してロッド部２０に直接連結され、第２方向Ｄ２の駆動力を第１方向Ｄ１の駆動力に変換する。また、遮断ばね４４は、連結板４２と、真空バルブ１０の上方に配置される仕切り板５１Ａとの間に配置される。仕切り板５１Ａは、ケース５０に設けられる。なお、スコットラッセル機構４１Ａの他の構成については、第１実施形態のスコットラッセル機構４１と同様である。

本実施形態に係る真空遮断器１００Ａは、スコットラッセル機構４１Ａにより駆動部３０Ａの移動量とロッド部２０の移動量とのリンク比を移動量に応じて変動させるので、第１実施形態と同様に、閉極動作を行う際、負荷荷重の増大に応じてリンク比が小さくなるようにスコットラッセル機構４１Ａを設定することにより、適正な投入速度を確保しつつ、倍力作用により駆動力を閉極時の駆動力を容易に確保する小さく抑えることができる。その結果、安定した閉極動作及び開極動作を実現しつつ、駆動部３０Ａの小型化及び機器のコンパクト化を図ることができる。さらに、スコットラッセル機構４１Ａにより駆動部３０Ａの駆動力を小さく抑えるので、例えば駆動部３０Ａに与える駆動電圧を小さく設定でき、この駆動電圧が変動してもその影響が小さくなるので駆動電圧の調整が容易となる。また、スコットラッセル機構４１Ａが直接ロッド部２０を移動させるため、電磁ソレノイド３１による駆動力を効率的にロッド部２０に伝達することができる。

また、真空遮断器１００Ａは、第１実施形態の真空遮断器１００と比較して、伝達機構４０Ａにおいて変換レバー４６がないので、伝達機構４０Ａの簡略化を図ることによりコストを削減することができる。

以上、実施形態について説明したが、本発明は、上述した説明に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、上記した実施形態では、駆動部３０が電磁ソレノイド３１を有する構成を例に挙げて説明したが、この構成に限定されず、他の駆動機構を用いた構成であっても同様の説明が可能である。

また、上記した実施形態では、接圧ばね４３及び遮断ばね４４がスコットラッセル機構４１と変換レバー４６との間に配置された構成を例に挙げて説明したが、この構成に限定されず、例えば、真空バルブ１０側に配置されるなど、他の位置に設けられてもよい。なお、遮断ばね４４は、真空バルブ１０側に近い方に配置した方が電磁ソレノイド３１側に組み込むより、遮断動作時に接圧ばね４３の力をリンク比に左右されることなく効率的に作用させることができる。

α・・・角度
Ｄ１・・・第１方向
Ｄ２・・・第２方向
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３・・・磁束
１０・・・真空バルブ
１１・・・固定電極
１２・・・可動電極
２０・・・ロッド部
３０、３０Ａ・・・駆動部
３１・・・電磁ソレノイド
３２・・・操作ロッド
３４・・・固定鉄心
３５・・・可動鉄心
３６・・・投入コイル
３７・・・遮断コイル
３８・・・永久磁石
３９Ａ・・・筐体
３９Ｂ・・・筐体
４０・・・伝達機構
４１、４１Ａ・・・スコットラッセル機構
４２・・・連結板
４３・・・接圧ばね
４４・・・遮断ばね
４５・・・絶縁ロッド
４６・・・変換レバー
５０・・・ケース
６１・・・第１アーム
６２・・・第２アーム
６５・・・支持ピン
６６・・・連結ピン
６７・・・支持部材
６８・・・長穴
１００、１００Ａ・・・真空遮断器（遮断器）
１４１・・・リンク機構

Claims (4)

1. 固定電極、及び前記固定電極に対して第１方向に進退して前記固定電極に当接又は離間可能な可動電極を有する真空バルブと、
   前記可動電極と一体で前記可動電極と同一の方向に移動可能なロッド部と、
   前記真空バルブから離間した位置で前記第１方向又は前記第１方向と直交する第２方向に駆動力を発生させる駆動部と、
   前記駆動部の駆動力を前記ロッド部に伝達する伝達機構と、を備え、
   前記伝達機構は、前記第１方向の駆動力を前記第２方向の駆動力に変換する、又は前記第２方向の駆動力を前記第１方向の駆動力に変換するスコットラッセル機構と、
   前記スコットラッセル機構により前記第１方向から前記第２方向に変換された駆動力を、前記ロッド部の前記第１方向への移動に変換する変換レバーと、
   を備える、遮断器。
2. 前記伝達機構は、前記駆動力が所定の大きさ以上である場合に収縮して前記駆動力を前記ロッド部に作用させることにより前記真空バルブの前記可動電極を前記固定電極に当接させ、前記駆動力の解放時には復元して前記可動電極を前記固定電極から離間させる遮断ばねを備える、請求項１に記載の遮断器。
3. 前記伝達機構は、前記固定電極に当接した前記可動電極に対して、当接方向に接圧力を付与する接圧ばねを備える、請求項１又は請求項２に記載の遮断器。
4. 前記駆動部は、電磁ソレノイドが用いられる、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の遮断器。

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