JPWO2011052011A1 - 電磁石装置および電磁石装置を用いた開閉装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、この発明の実施の形態1による開閉装置を示す正断面図である。また、図2は、図1の開閉装置の接点が閉じている状態(閉極状態)を示す縦断面図である。なお、図1は、開閉装置の接点が開いている状態(開放状態)を示す図である。図において、開閉装置1は、固定接点2と、固定接点2に接離可能な可動接点3と、固定接点2及び可動接点3を収容する真空バルブ4と、固定接点2に接離する方向へ可動接点3を変位させる電磁石装置5と、電磁石装置5と可動接点3とを連結する連結装置6とを有している。
電磁石10は、固定鉄心19と、駆動軸8が固定され、固定鉄心19に対して軸線方向へ変位可能な可動鉄心20とが設けられている。
可動接点3が固定接点2から離れているとき(図1)には、駆動軸8が軸線方向へ変位されると、連結装置6及び可動接点3が駆動軸8とともに変位される。このときには、外れ止め板17が接圧バネ18の荷重によりバネ枠16に係合している。また、可動接点3が固定接点2に接しているとき(図2)には、駆動軸8は、接圧バネ18の荷重に逆らって、バネ枠16に対して閉極方向へさらに変位可能になっている。これにより、接圧バネ18がさらに縮められ、接圧バネ18の弾性反発力によって可動接点3が固定接点2に押し付けられる。
実施の形態1の電磁石装置5において、支持板7を非磁性材料とすることで、電磁石10の吸引力の低下を抑制できる。図7に電磁石10の吸引力が低下する場合の構成を示して、原理を説明する。図7は実施の形態1における図3の電磁石10が閉極状態に相当する。図7には永久磁石22の磁束102と磁束103を示した。永久磁石22で発生する磁束は永久磁石22のN極から出て、主に非磁性領域が最も小さくなる磁性材料で構成された閉回路を通過する。磁束102および磁束103は図7における磁性材料部分を通過している。具体的には、磁束102は可動鉄心20と固定鉄心19を通過している。磁束103は可動鉄心20と開放バネ9と固定鉄心19を通過している。磁束102は軸線方向に垂直な固定鉄心19の第1固定面32と可動鉄心20の第1可動面34を通過している。永久磁石22で発生する磁束102が固定鉄心19の第1固定面32と可動鉄心20の第1可動面34を通過することで、可動鉄心20を固定鉄心19に吸引する力が発生している。一方、磁束103は可動鉄心20と固定鉄心19が接した軸方向に垂直な面を通過しないため、可動鉄心20と固定鉄心19を吸引する力が発生しない。すなわち、永久磁石22で発生する磁束の一部は可動鉄心20を固定鉄心19に吸引する力に寄与しない。また、近似的には永久磁石22により発生する磁束の総量は一定であり、可動鉄心20を固定鉄心19に吸引する面を通過しない磁束103が存在する場合、永久磁石22で発生する磁束の全てが可動鉄心20を固定鉄心19に吸引する力に寄与している状態でなく、吸引力の点から効率の低い構成となっている。
実施の形態1の電磁石装置5において、電磁石10の可動鉄心20のバルク材料101を非磁性材料とすることで、永久磁石22の発生する磁束の開放バネ9を通過する磁性材料の閉回路の一部が非磁性化することになり、実施の形態2と同様に電磁石10の吸引力の低下を抑制できる。
実施の形態1においては、駆動軸8は非磁性材料で構成したが、実施の形態2または実施の形態3の構成においては、駆動軸8は磁性材料である鋼材を用いることができる。永久磁石22と駆動軸8の経路の間に非磁性材料の支持板7またはバルク材101が存在するため、永久磁石22で発生する磁束の経路とならず、駆動軸8を磁性材料としたことにより可動鉄心20と固定鉄心19は吸引力が低下しないためである。駆動軸8で磁性材料の採用を可能とすることで、駆動軸8について低コストで高強度の鋼材を使用できることになり、電磁石装置5の低コスト化と安定動作化を実現できる。
実施の形態1の電磁石装置5において、開放バネ9を非磁性材料とすることで、永久磁石22の発生する磁束の開放バネ9を通過する磁性材料の閉回路の開放バネ9が非磁性化することになり、実施の形態2と同様に電磁石10の吸引力の低下を抑制できる。
図8は、この発明の実施の形態6による電磁石装置5の要部を示す正断面図である。図8において可動鉄心20は実施の形態1の図3の構成と異なり、バルク材101の部分を含めて全て薄板を積層して構成している。開放バネ9において可動鉄心20に対向する座面と可動鉄心20の間には、非磁性材料の板105を配置した。したがって、永久磁石22の発生する磁束の開放バネ9を通過する磁性材料の閉回路の一部が非磁性化することになり、実施の形態2と同様に電磁石10の吸引力の低下を抑制できる。また、同様の効果を得るために、図9に示すように、非磁性材料の板を開放バネ9と支持板7の間に配置しても良い。図10に示すように、開放バネ9の両側の座面に非磁性材料の板105を配置しても良い。図11に示すように、支持板7を非磁性材料で構成しても良い。
図12は、この発明の実施の形態7における電磁石装置5の要部を示す正断面図である。図13は上面図である。図12おいて開放バネ受け107は、可動鉄心20の分岐部24において、固定鉄心19と対向する面と反対側に止め金具108で固定されている。開放バネ9は駆動軸8と同軸に、電磁石10を周回するように配置されている。配置の順は駆動軸8と可動鉄心20と電磁コイル21と固定鉄心19と開放バネ9が軸方向に重なって存在する領域で、駆動軸8、可動鉄心20、電磁コイル21、固定鉄心19、開放バネ9の順に配置されている。
図14は、この発明の実施の形態8における電磁石装置5の要部を示す正断面図である。図15は上面図である。図14において、実施の形態7では一本で構成していた開放バネ9を複数本で構成したものである。本構成においても実施の形態7と同様の効果を持つ。また、電磁石10の周囲に駆動軸8に対して同軸となるように配置したことで、個々の開放バネ9における荷重のばらつきを平均化でき、電磁石10の可動鉄心20に対する偏荷重を抑制することで、電磁石10の吸引力の低下を防止できる。
図16は、この発明の実施の形態9における電磁石装置5の要部を示す正断面図である。図16において、支持板7に固定された軸受け支持部109は、軸方向に電磁石10の固定鉄心19の一部を貫通し、可動鉄心20の一部を貫通し、駆動軸8の軸受け111を軸方向に可動鉄心と領域内に来るように配置している。本配置とすることで、軸受け支持部109の内部に接圧装置15を配置でき、電磁石装置5の軸方向の長さを、軸方向に電磁石10と接圧装置15を配置したときよりも短縮できる。したがって、本電磁石装置5を用いた開閉装置1の全長を実施の形態8よりさらに短縮できる。
図17は、この発明の実施の形態10における電磁石装置5の要部を示す正断面図である。図17において、駆動軸8に対して対象に配置された対の第1連結リンク113において、一方の端部はピン115で可動鉄心20に連結した駆動軸8に連結されている。第1連結リンク113の他方の端部はピン117で、駆動軸8に対称の位置に対となって配置された駆動レバー119に連結されている。第1連結リンク113に連結された駆動レバー119は他方の端部が支持板7に固定された支点部材121に回動可能なようにピン123で連結されている。
開放バネ9は分割され、駆動軸8に対象の位置に配置されている。開放バネ9の荷重を受ける開放バネ受け125が開放バネ9の座面に接して配置されており、開放バネ受け125には駆動軸127が取り付けられている。駆動軸127の他方の端は第2連結リンク129にピン131で連結されている。第2連結リンクの他方の端はピン133で駆動レバー119に連結されている。
図18は、この発明の実施の形態11における電磁石装置5の要部を示す正断面図である。実施の形態10と比較して、連結リンク部を電磁石装置5の開極側に設けたものであり、本構成によっても、実施の形態10と電磁石装置5の全長を短縮でき、本電磁石装置5を用いた開閉装置1の全長を短縮できる。
前記実施の形態1から実施の形態11のいずれかの電磁石装置5を適用することで、電磁石装置5を用いた開閉装置1の全長を短縮でき小型化を実現できる。
2 固定接点、
3 可動接点、
5 電磁石装置、
8 駆動軸、
9 開放バネ
10 電磁石、
19 固定鉄心、
20 可動鉄心、
21 電磁コイル、
22 永久磁石、
23 基幹部、
24 分岐部、
32 第1固定面、
33 第2固定面、
34 第1可動面、
35 第2可動面
Claims (15)
- 永久磁石により閉極方向に保持する力を発生する電磁石、主接点の電磁反発力を抑える接圧バネ、開極時のエネルギーを蓄える開放バネ、前記主接点の周囲を真空に保つ真空容器を備えており、閉極状態においては、前記接圧バネ荷重と前記開放バネ荷重の総和より、前記電磁石の閉極方向への荷重と可動部の摩擦力が大きく、開極状態においては、前記真空容器の負圧により前記主接点に閉極方向に作用する荷重より、前記開放バネの荷重と可動部の摩擦力の総和が大きいことを特徴とする電磁石を用いた開閉装置
- 前記電磁石は開極状態で前記永久磁石により開極方向に保持する力を発生する電磁石とし、開極状態においては、前記真空容器の負圧により前記主接点に閉極方向に作用する荷重より、前記開放バネの荷重と可動部の摩擦力と前記電磁石の開極方向に保持する力の総和が大きいことを特徴とする請求項1に記載の電磁石を用いた開閉装置
- 固定鉄心、可動鉄心、前記固定鉄心に磁極の一方の面が対向し磁極の他方の面が可動鉄心に対向して前記固定鉄心に固定された永久磁石、前記可動鉄心に連結された軸、前記軸を巻回するように配置した電磁コイル、前記可動鉄心の可動範囲で前記可動鉄心の前記軸と概ね垂直な面に接する開放バネをそなえた電磁石において、前記可動鉄心と前記固定鉄心が接する前記可動鉄心の前記可動範囲の一方の極限位置にあるとき、前記開放バネの一部または全部が前記電磁コイルの内側に配置され、前記開放バネの一部または全部が前記固定鉄心の前記軸方向の範囲内に配置され、前記可動鉄心の一部が前記電磁コイルの内側に配置されており、前記軸方向の位置に前記軸と前記開放バネと前記可動鉄心と前記電磁コイルと前記固定鉄心が重なって存在する領域で、前記軸から前記開放バネ、前記可動鉄心、前記電磁コイル、前記固定鉄心の順で配置された電磁石装置
- 前記固定鉄心と前記可動鉄心の一部または全てが磁性体の板を積層して構成されている請求項3に記載の電磁石装置
- 前記開放バネの前記可動鉄心と接する面の他方の面は、前記電磁石装置を設置した支持板としたことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の電磁石装置
- 前記支持板は、非磁性材料としたことを特徴とする請求項5に記載の電磁石装置
- 前記可動鉄心において、前記開放バネの座面と接する面はバルク材料で構成したことを特徴とする請求項4に記載の電磁石装置
- 前記可動鉄心の前記バルク材料は、非磁性材料としたことを特徴とする請求項7に記載の電磁石装置
- 前記接圧バネの一方または両方の座面に非磁性材料の板を設置したことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一項に記載の電磁石装置
- 前記接圧バネを非磁性材料で構成したことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一項に記載の電磁石装置
- 前記可動鉄心に連結された前記軸は、磁性を持つ鋼材としたことを特徴とする請求項6または請求項8に記載の電磁石装置
- 固定鉄心、可動鉄心、前記固定鉄心に磁極の一方の面が対向し磁極の他方の面が可動鉄心に対向して前記固定鉄心に固定された永久磁石、前記可動鉄心に連結された軸、前記軸を巻回するように配置した電磁コイルを備えた電磁石において、前記可動鉄心と前記固定鉄心が接する前記可動鉄心の前記可動範囲の一方の極限位置にあるとき、前記可動鉄心の一部が前記電磁コイルの内側に配置されており、前記軸方向の位置に前記軸と前記可動鉄心と前記電磁コイルと前記固定鉄心が重なって存在する領域で、前記軸から、前記可動鉄心、前記電磁コイル、前記固定鉄心の順で配置され、前記軸を中心として前記固定鉄心の外周部に一本ないし複数本の開放バネを備えたことを特徴とする電磁石装置
- 前記可動鉄心と前記固定鉄心が接する前記可動鉄心の前記可動範囲の一方の極限位置にあるとき、前記軸の軸受を備えた軸受支持部材が、前記支持板から前記固定鉄心の全部、前記可動鉄心の一部を貫通して配置されたことを特徴とする請求項12に記載の電磁石装置
- 可動鉄心と前記可動鉄心に連結した軸を備えた電磁石において、前記軸に連結した対の第1連結リンク、前記軸に対して対称の位置に配置され、その一端は前記第1連結リンクに連結され、その他端は前記電磁石の支持部の支持点に回動可能なようにピンで連結された対の駆動レバー、前記可動鉄心に連結した前記軸方向に対して対称の位置に配置された開放バネ、前記開放バネの一方の端に接しており、前記駆動レバーに連結された対の開放バネ受け、前記開放バネ受けと前記駆動レバーは第2の連結リンクでピン結合されたことを特徴とする電磁石装置
- 前記請求項3ないし請求項14のいずれか一項に記載の電磁石装置を用いた開閉装置
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