TWI569298B - Opening and closing device - Google Patents

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TWI569298B
TWI569298B TW103131334A TW103131334A TWI569298B TW I569298 B TWI569298 B TW I569298B TW 103131334 A TW103131334 A TW 103131334A TW 103131334 A TW103131334 A TW 103131334A TW I569298 B TWI569298 B TW I569298B
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Hisashi Urasaki
Makoto Hirose
Masataka Sasaki
Yoichi Oshita
Yasuaki Aoyama
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Hitachi Ltd
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Description

開閉裝置
本發明係有關開閉裝置，特別是有關使進行氣體斷路器等的斷路部的開閉操作之操作器以電動方式動作以便將高電壓斷路之，適合用於使用有線性電動機者的開閉裝置。
近年來，電力用開閉裝置，因應電力需要增大與電力設備小型、高可靠化之需要，是藉由在封入有絕緣、斷路性能高的六氟化硫(SF6)氣體的槽內收納通電導體或斷路部等電氣裝置，來將開閉裝置全體大幅縮小，這類氣體絕緣開閉裝置明顯有成為主流的傾向。
該氣體絕緣開閉裝置最重要的構成要素為氣體斷路器，該氣體斷路器之構造為，在封入有SF6氣體的密封槽內，斷路部透過絕緣支撐物而被支撐。
上述斷路部，除了通常的負載電流外，還必須滿足各種電流斷路任務，但其性能會因為設置於斷路部的可動電極之可動觸點、及設置於固定側導體之固定觸點的開極速度而受到大幅影響。
為了管理該可動觸點與固定觸點之開極速度，會採用下述管理手法，即，以可動觸點與固定觸點從完全閉合狀態至開離為止之可動觸點的移動量(以下稱為拭接(wipe)量)落在規定值內之方式來進行組裝。
但，該上述管理手法中，必須對零件逐一地做嚴格之尺寸管理，及組裝後需要有用來調整觸點的位置之機構，而有因零件製作及調整作業造成成本增大之問題。
此外，吹弧型(puffer)斷路部中，於完全斷路位置時在吹弧室內的殘存容積，會對斷路動作過程中的吹弧室的壓力上昇特性造成大幅影響，因此針對於斷路位置時在吹弧室內的殘存移動量(以下稱為O型間隙量)，亦必須同時進行管理。
舉例來說，專利文獻1記載之電流開閉器中，是設計成不受容器的軸方向長度影響來進行拭接及極間距離的調整，藉此使拭接及極間距離確實地落在規定之組裝公差內而組裝。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2004-119310號公報
然而，習知之氣體斷路器中，為了確保其最 大的任務亦即故障電流的高速斷路性能，必須管理斷路部的可動觸點之位置，而會對每個機器進行嚴格的零件尺寸管理，並以調整機構進行電極位置的調整作業，但即便如此，機器仍會發生個體差異。其理由在於，考量製作效率，不得不以拭接量落在數mm程度的一定管理值內之方式來進行管理。也就是說，依照前述零件尺寸管理或以調整機構進行之可動觸點的位置管理方法，除花費作業時間外，也難以消弭每個機器的拭接量不一致。
此外，專利文獻1中，必須要有用來在固定電極與固定觸點之間進行定位之調整機構，以便可調整固定觸點的水平方向位置，但用來進行定位之調整機構，會讓斷路部的構造複雜化，因此成本會增大，且會增加導電性異物產生的可能性，因此有導致機器可靠性降低之問題。
本發明係有鑑於上述情形而研發，其目的在於，提供一種開閉裝置，其使斷路部的可動觸點位置的自由度增大，且不需要以往所必須之零件尺寸管理或用來調整可動觸點位置之機構，可謀求零件製作及機器組裝的簡化及成本減低。
本發明之開閉裝置，為解決上述目的，其特徵為，具備：斷路部，由設置於固定側導體之固定觸點、及設置於相對於該固定觸點做閉極或開極的可動電極之可 動觸點所構成；及線性電動機，產生驅動力以使前述可動觸點動作；及位置檢測裝置，檢測前述線性電動機的可動件的位置；及接觸狀態檢測裝置，檢測前述固定觸點與可動觸點的接觸狀態；及控制裝置，依據該接觸狀態檢測裝置所檢測出之前述固定觸點與可動觸點的接觸狀態、及前述位置檢測裝置所檢測出之前述線性電動機的可動件的位置資訊，來控制供給至前述線性電動機之電壓及/或相位，藉此設定前述可動觸點的可動範圍。
此外，本發明之開閉裝置，為解決上述目的，其特徵為，具備：斷路部，由設置於固定側導體之固定觸點、及設置於相對於該固定觸點做閉極或開極的可動電極之可動觸點所構成；及線性電動機，產生驅動力以使前述可動觸點動作；及位置檢測裝置，檢測前述線性電動機的可動件的位置；及接觸狀態檢測裝置，檢測前述固定觸點與可動觸點的接觸狀態；及控制裝置，依據該接觸狀態檢測裝置所檢測出之前述固定觸點與可動觸點的接觸狀態、及前述位置檢測裝置所檢測出之前述線性電動機的可動件的位置資訊，來控制供給至前述線性電動機之電流及/或相位，藉此使作用於前述線性電動機的可動件之推力大小及/或方向成為可變，並控制前述可動觸點的驅動速度及停止位置，以設定前述可動觸點的可動範圍。
按照本發明，斷路部的可動觸點的位置的自 由度可輕易地增大，且不需要以往所必須之零件尺寸管理或用來調整可動觸點的位置之機構，具有謀求零件製作及機器組裝的簡化及成本減低之功效。
1‧‧‧氣體斷路器
2‧‧‧槽
3‧‧‧絕緣間隔材
4‧‧‧固定側導體
5‧‧‧固定觸點
6‧‧‧絕緣筒
7‧‧‧可動側導體
8‧‧‧可動電極
9‧‧‧可動觸點
10‧‧‧絕緣桿
11‧‧‧吹弧活塞
12‧‧‧噴嘴
20‧‧‧線性電動機
22‧‧‧操作器殼
23‧‧‧(線性電動機的)可動件
24‧‧‧氣體密封單元
25‧‧‧密封端子
26‧‧‧控制纜線
27‧‧‧控制部
27A‧‧‧通常模式處理部
27B‧‧‧維護模式處理部
27C‧‧‧電動機控制部
28‧‧‧驅動電路
29‧‧‧位置檢測裝置
34‧‧‧試驗用導體
35、40‧‧‧第1導通測定端子
36、41‧‧‧第2導通測定端子
37‧‧‧導通檢測裝置
42‧‧‧手孔
43a、43b、47、69a、69b‧‧‧訊號線
44、63‧‧‧高電壓導體
45‧‧‧變流器
46‧‧‧導通測定端子
50a、50b‧‧‧線圈
51‧‧‧永久磁鐵
52‧‧‧第1磁極齒
53‧‧‧第2磁極齒
54‧‧‧磁性體
55‧‧‧磁化方向
56‧‧‧從下往上的磁通量
57‧‧‧從上往下的磁通量
58、59、60‧‧‧電樞
61、65‧‧‧集電器
62‧‧‧第1接地開閉器
64、70‧‧‧可動件
66‧‧‧第2接地開閉器
67、68‧‧‧絕緣測定端子
100‧‧‧斷路部
101‧‧‧操作部
〔圖1〕本發明開閉裝置之實施例1，為氣體斷路器的閉極狀態示意截面圖。
〔圖2〕本發明開閉裝置之實施例1，為氣體斷路器的開極狀態示意截面圖。
〔圖3〕本發明開閉裝置之實施例1的氣體斷路器中所採用之線性電動機的構成示意立體圖。
〔圖4〕將圖3的線性電動機沿Y-Z平面截斷之狀態示意截面圖。
〔圖5〕本發明開閉裝置之實施例1的氣體斷路器所採用之線性電動機的與圖3相當之圖，惟圖示第1磁通量路徑與第2磁通量路徑。
〔圖6〕本發明開閉裝置之實施例1的氣體斷路器所採用之線性電動機的與圖4相當之圖，惟圖示第1磁通量路徑與第2磁通量路徑。
〔圖7〕揭示本發明開閉裝置之實施例1的氣體斷路器的可動電極位置控制之一例，(a)為斷路部的固定觸點與可動觸點之完全閉合狀態、(b)為固定觸點與可動觸點之閉極/開極狀態、(c)為固定觸點與可動觸點之 完全斷路狀態。
〔圖8〕表示本發明開閉裝置之實施例1的氣體斷路器中以可動電極位置控制來設定拭接量與O型間隙量時之衝程曲線例，(a)為無控制亦即初始狀態、(b)為增加了拭接量之狀態、(c)為增加了O型間隙量之狀態。
〔圖9〕本發明開閉裝置之實施例1的氣體斷路器所採用之控制部及驅動電路的詳細示意圖。
〔圖10〕本發明開閉裝置之實施例1的氣體斷路器中的維護模式處理手續流程圖。
〔圖11〕本發明開閉裝置之實施例1的氣體斷路器中，實施例1的可動電極位置控制時序圖。
〔圖12〕本發明開閉裝置之實施例2，為氣體斷路器的閉極狀態示意截面圖。
〔圖13〕本發明開閉裝置之實施例3，為氣體斷路器的閉極狀態示意截面圖。
〔圖14〕本發明開閉裝置之實施例4，為氣體斷路器的閉極狀態示意截面圖。
〔圖15〕本發明開閉裝置之實施例5的氣體斷路器中的維護模式處理手續流程圖。
〔圖16〕本發明開閉裝置之實施例5的氣體斷路器中，實施例1的可動電極位置控制時序圖。
以下，依據圖示之實施例，說明本發明之開 閉裝置。另，各實施例中，對於同一構成零件使用相同符號。
〔實施例1〕
圖1及圖2揭示本發明開閉裝置之實施例1的氣體斷路器，圖1為氣體斷路器的閉極狀態、圖2為氣體斷路器的開極狀態。
如該圖所示，本實施例之氣體斷路器1，概分為用來將故障電流斷路之斷路部100、及用來操作斷路部100之操作部101。
斷路部100概略由下述各者所構成：固定側導體4，在內部封入有SF6氣體之槽2內，固定於設於槽2的端部之絕緣間隔材3上；及固定觸點5，設置於固定側導體4；及可動觸點9，與該固定觸點5相向配置，相對於該固定觸點5做接觸(閉極)或開離(開極)；及可動電極8，供該可動觸點9設置；及可動側導體7，支撐可動電極8，且被電性連接；及噴嘴12，設於可動電極8的先端，藉由吹弧活塞11噴吹消弧性氣體，將當開極時或閉極時在固定觸點5與可動觸點9之間產生的電弧予以消弧；及絕緣桿10，連接至操作部101側，且連接至可動電極8；及絕緣筒6，支撐可動側導體7；及主電路導體(未圖示)，連接至可動觸點9，構成主電路的一部分。
又，斷路部100是透過來自操作部101的操 作力，使可動觸點9於圖中箭頭A方向(以下稱為A方向)移動，相對於固定觸點5做電性開閉，藉此進行電流的閉合(閉極)及斷路(開極)。
另一方面，操作部101概略由下述各者所構成：操作器殼22，與槽2鄰接設置；及線性電動機(操作器)20，設置於該操作器殼22內；及可動件23，配置於該線性電動機20的內部，在該線性電動機20的內部於A方向做直線動作；及位置檢測裝置29，設置於該可動件23的周圍，檢測該可動件23的位置；及導通檢測裝置37，為檢測固定觸點5與可動觸點9的接觸狀態之接觸狀態檢測裝置；及控制部27，依據導通檢測裝置37所檢測出之固定觸點5與可動觸點9的接觸狀態、及位置檢測裝置29所檢測出之線性電動機20的可動件23的位置資訊，來控制欲供給至線性電動機20之電流或相位；及驅動電路28，接受來自該控制部27的驅動訊號，並將該驅動訊號所示之電壓供給至線性電動機20；另，控制部27與驅動電路28共同構成控制裝置。
此外，導通檢測裝置37中，在可動側導體7安裝有試驗用導體34，又具備設於該試驗用導體34之第1導通測定端子35、及設於固定側導體4的絕緣間隔材3側之第2導通測定端子36，依據來自該些第1導通測定端子35及第2導通測定端子36的電流，偵測固定觸點5與可動觸點9的接觸或開離之時間點。
此外，線性電動機20，係藉由從控制部27及 驅動電路28供給之電壓、電流而在內部產生磁場，並能藉由電磁力來使配置於線性電動機20內的可動件23做直線驅動，而能夠以位置檢測裝置29來檢測可動件23的位置。
又，可動件23是透過氣體密封單元24而連接至斷路部100的絕緣桿10，該氣體密封單元24是設置成能夠保持槽2的氣密而驅動(氣體密封單元24，係容許可動件23的動作(軸方向移動)，而保持槽2內的氣密)。也就是說，絕緣桿10係連結至可動電極8，而可透過可動件23的動作，使斷路部100中的可動電極8於A方向動作。
此外，線性電動機20是透過密封端子25而與包括電動機連接線及位置檢測裝置29的纜線在內之控制纜線26電性連接，該密封端子25是設置成能夠使操作器殼22保持氣密而與操作器殼22外部的驅動電路28配線連接；控制纜線26是構成為與控制部27連接，對控制部27傳輸位置訊號。亦即，控制部27是依據導通檢測裝置37所檢測出之固定觸點5與可動觸點9的接觸狀態、及位置檢測裝置29所檢測出之線性電動機20的可動件23的位置資訊，來控制欲供給至線性電動機20的電壓或相位，而在驅動電路28中，接受來自該控制部27的驅動訊號，將驅動訊號所示之電壓供給至線性電動機20。也就是說，控制部27及驅動電路28，係發揮控制裝置之功用，改變欲供給至線性電動機20的電壓量或相位。
若要進一步詳述，本實施例中的控制部27及驅動電路28，是依據導通檢測裝置37所檢測出之固定觸點5與可動觸點9的接觸狀態、及位置檢測裝置29所檢測出之線性電動機20的可動件23的位置資訊，來控制欲供給至線性電動機20的電壓或相位，藉此使作用於線性電動機20的可動件23之推力大小或方向成為可變，並控制可動觸點9的驅動速度及停止位置，以設定可動觸點9的可動範圍。
接著，利用圖3至圖6，說明線性電動機20的構造。圖3至圖6所示之線性電動機20，為3相驅動線性電動機之一例。另，線性電動機20並不限定於3相驅動，例如亦可以2相驅動或4相以上的多相來構成。
如該圖所示，本實施例之線性電動機20，係定子和可動件23做相對性直線運動(水平移動)之線性電動機，其中，定子由3個電樞58、59、60所構成，可動件23是複數個永久磁鐵51以相鄰永久磁鐵51的磁化方向55呈交互之方式，配置於行進方向(Z方向)而形成。將由3個電樞58、59、60所構成之定子，配置成電性相位各相差120°，藉此便能構成3相線性電動機，同樣地能夠以m個電樞來構成m相驅動之線性電動機。
複數個永久磁鐵51，係固設於保持永久磁鐵51之構件(未圖示)，該複數個永久磁鐵51和保持永久磁鐵51之構件共同構成可動件23，可動件23連結至絕緣桿10。此外，可動件23與定子，係藉由可做相對性直 線運動之支撐手段而被保持。另，亦可將可動件23固定，而使定子(電樞)側移動。
1個電樞58，係由：和永久磁鐵51相向之上側的第1磁極齒52；及和永久磁鐵51相向之下側的第2磁極齒53；及連接上側的第1磁極齒52與下側的第2磁極齒53以形成磁通量路徑之磁性體54；所構成，且形成為以第1磁極齒52與第2磁極齒53來將永久磁鐵51從上下包夾，於永久磁鐵51的行進方向(Z方向)並排2個而構成。並排2個而構成之電樞58中，在各個第1磁極齒52與第2磁極齒53分別配置線圈50a與線圈50b，第1磁極齒52與第2磁極齒53，是配置在和永久磁鐵51相向之位置。另，電樞59及60亦為同樣構成。
圖5及圖6表示線圈50a及線圈50b在第1磁極齒52與第2磁極齒53之間的間隙所製造之磁通量方向(一般而言，線性電動機的線圈，會因永久磁鐵的位置而隨時間改變電流大小或電流方向。圖5及圖6是表示在某一時間中，於線圈50a及50b流動的電流在間隙製造之磁通量)。
如該圖所示，線圈50a使從下往上的磁通量56產生，線圈50b使從上往下的磁通量57產生。
本實施例所說明之線性電動機20，如圖6所示，藉由在線圈50a與線圈50b流通電流而產生之磁通量、及永久磁鐵51的磁通量於定子內之磁通量的路徑，係具有複數條，因此不需將驅動裝置大型化便能被驅動， 故能將線性電動機20小型化。又，做成以第1磁極齒52與第2磁極齒53來包夾永久磁鐵51之構造，藉此，便能減小在永久磁鐵51產生之吸引力(朝圖中Y方向作用之力)。
通常來說，在永久磁鐵51與第1磁極齒52及第2磁極齒53之間會產生吸引力(Y方向的力)，但本實施例之構成中，會發生在永久磁鐵51與第1磁極齒52產生之吸引力、及在永久磁鐵51與第2磁極齒53產生之吸引力，藉由它們來抵消力，因此吸引力會變小。
因此，能夠簡化用來支撐可動件23之機構，可使可動件23的質量變輕，故適合講求高加速度驅動或高響應驅動之氣體斷路器的動作。此外，由於能減輕可動件23的質量，故可望減輕支撐構件等的負擔，提升氣體斷路器的可靠性，提升維護性等。
此外，本實施例中，是將線性電動機20裝載於氣體斷路器，而該線性電動機20具備：可動件23，其將永久磁鐵51配置於產生線性電動機20的驅動力之方向；及磁極，其與該可動件23相向配置，且具有線圈50a及50b；故能使可動件23輕量化，且無需在可動件23設置配線，故可提升氣體斷路器的可靠性。
另，本實施例中，說明了使用永久磁鐵51之情形，但亦可構成為將磁性體54配置於可動件23，以取代永久磁鐵51。此處所謂磁性體54，係指從永久磁鐵51接受吸引力之構件，代表性的構件可例舉鐵或矽鋼板等。
如圖1及圖2所示，當斷路部100與操作部101的氣體區域為個別區域的情形下，斷路部100係充填有高氣壓SF6氣體，但操作部101的操作器殼22則有密閉於外部(大氣)之情形及未密閉之情形。若為密閉於外部之情形，則在操作器殼22的內部會充填大氣壓之乾燥空氣或氮氣、SF6氣體。若操作部101為密閉，則不易受到外部環境影響，能夠排除濕度或雨水或昆蟲等混入這類導致性能降低之因素，因此能提升高可靠性的操作部。
但，若為密閉於外部之情形，則會變得難以檢修內部，因此萬一在操作部101發生問題時，會難以實施內部異常因素的檢測、或簡單的內部維護檢修。若以這類內部檢修的容易性為優先考量，則無需使操作器殼22密閉。
另，本實施例中，雖揭示以3個電樞58、59、60來構成線性電動機20之例子，但定子的個數當然並非限定於3個。
上述本實施例中的線性電動機20的可動件23，如上述般，係與斷路部100的可動電極8一體地動作，能夠由可動件23的位置來調整可動電極8的衝程。
本實施例中，控制部27的功能是定義為，依據來自上位的斷路或閉合指令，而輸出用來控制線性電動機20之驅動電路28的驅動訊號。驅動電路28，係由切換元件及其附帶電路(attendant circuit)所構成，其接受來自控制部27的驅動訊號，依該訊號來進行內部的元件 的切換，藉此從未圖示之電源對線性電動機20供給電壓電流。
位置檢測裝置29，例如是將線性標度尺(linear scale)貼附於線性電動機20的可動件23，並以感測器來讀取線性標度尺的位置，藉此能對控制部27傳遞可動件23的位置訊號。依據該位置訊號，在控制部27中執行位置控制及電動機控制。此外，雖未特別圖示，但驅動電路28中設有電動機電流感測器，構成為電動機電流值被傳遞至控制部27。
另，本實施例中，電動機相關元件是被區分成控制部27與驅動電路及線性電動機20，但只要動作功能相同，則無需拘泥於該些機器的分割構成。
圖7揭示本實施例中斷路部100的固定觸點5與可動觸點9之完全閉合狀態(a)、固定觸點5與可動觸點9之閉極/開極狀態(b)、及固定觸點5與可動觸點9之完全斷路狀態(c)。
通常來說，固定觸點5與吹弧活塞11的位置係被固定，因此，固定觸點5與可動觸點9從完全閉合狀態至開離為止之移動量亦即拭接量，以及固定觸點5與可動觸點9於斷路位置時斷路部100在吹弧室內之殘存移動量亦即O型間隙量，是由完全斷路狀態(c)及閉極/開極狀態(b)及完全閉合狀態(a)時可動電極8(包括可動觸點9)的位置與移動距離(以下稱為衝程)所決定。
圖8揭示以位置控制來設定拭接量與O型間 隙量時之衝程曲線例。
該圖揭示了無控制亦即初始狀態(a)、增加了拭接量之狀態(b)、增加了O型間隙量之狀態(c)，當線性電動機20的可動件23的最大衝程L0與可動電極衝程L1的關係滿足L0>L1時，可設定拭接量與O型間隙量。
如圖8(b)所示，藉由增加衝程，只要將完全閉合位置朝固定觸點5側移動便可增加拭接量，如圖8(c)所示，藉由減少衝程，只要將完全斷路位置朝固定觸點5側移動便可增加O型間隙量，反之亦可，因此拭接量與O型間隙量在L0>L1範圍內可任意地設定。
圖9揭示本實施例之控制部27及驅動電路28的詳細。
如該圖所示，控制部27，被輸入來自上位的斷路訊號及閉合訊號，且被輸入模式訊號以便令其選擇：通常模式，令其以斷路器的方式來動作；或維護模式，將本實施例之特徴亦即拭接量及O型間隙量依照設計般設定。模式訊號，亦可以控制部27的本體上配備有之按鈕開關或通訊線所造成之通訊訊號來輸入。
此外，對於控制部27，會從線性電動機20所附帶之位置檢測裝置29輸入位置訊號X，且還會從設置於斷路部100之接觸狀態檢測裝置亦即導通檢測裝置37輸入接觸訊號S1。
控制部27，由通常模式處理部27A及維護模 式處理部27B及電動機控制部27C所構成。通常模式處理部27A，依據來自上位的斷路訊號或閉合訊號來判斷必要動作，而具有對電動機控制部27C輸出適當的位置指令或速度限制值、q軸電流限制值之功能。所謂q軸電流，是由電動機電流及電動機相位所計算出來，和電動機推力成比例者。所謂電動機相位，是由線性電動機20的可動件23的磁鐵配置及位置訊號X而求出者。
另一方面，維護模式處理部27B，是依據來自位置檢測裝置29的位置訊號X或來自導通檢測裝置37的接觸訊號S1，而對閉合動作位置指令值XMAKE及斷路動作位置指令值XBREAK進行調整之處理的部位，以使拭接量及O型間隙量成為預先設定好的值；因應處理手續來開始或停止做位置控制，或對電動機控制輸出位置指令或速度限制值、q軸電流限制值。詳細動作後述之。
對於電動機控制部27C的輸入，是藉由模式訊號來選擇從通常模式處理部27A輸入、或從維護模式處理部27B輸入。電動機控制部27C，係由依據各種輸入訊號所演算出之位置控制系統，求出和電動機推力成比例之q軸電流指令值，並演算用以產生前述q軸電流指令值所必需之驅動訊號，並將前述驅動訊號輸出給驅動電路28。
另，對於電動機控制部27C，會輸入來自驅動電路28之電動機電流訊號及來自設置於線性電動機20之位置檢測裝置29之位置訊號X，以供電動機控制部 27C內處理所使用。
驅動電路28，依據來自控制部27的驅動訊號而執行切換元件的ON/OFF，藉由對線性電動機20施加規定電壓，來產生規定之電動機電流。藉由對線性電動機20通電規定之電動機電流，在線性電動機20的可動件23會產生推力，與可動件23連結之可動電極8會做直線運動。在線性電動機20的可動件23產生之推力，會反映出電動機控制部27C的位置控制的輸出，當位置指令與目前位置一致的情形下，只要對於線性電動機20沒有外部負載，則推力成為零。
接著，利用圖10及圖11，說明維護模式處理部27B中的動作，亦即演算閉合動作位置指令值及斷路動作位置指令值之方法。
首先，說明本實施例之特徴，亦即將拭接量及O型間隙量依設計值來設定之方法一例。
以下說明之設定方法，係演算斷路動作位置指令值及閉合動作位置指令值，以便將O型間隙量及拭接量依設計般來設定。
作為維護模式的初始狀態，於斷路部100安裝導通檢測裝置37(接觸訊號電路)，於時間零時，線性電動機20的可動件23的目前位置X，位於可動件23的衝程間的中央附近X0，訂為速度零。
維護模式被輸入至模式訊號，控制部27的維護模式處理部27B開始處理(S1)。維護模式中，會於位 置指令XCOMMAND設定成電動機衝程最大值DMAX。又，維護模式中，作為速度限制值Vmax、Vmin，會設定成比通常的斷路器動作速度還低之值V+、V-，使得可動電極8即使在動作端部衝撞也不會損傷。又，q軸電流限制值Iqmax亦會設定成比電動機電流額定值還低之值Iq1，以使電動機在速度零的狀態下不輸出過多的推力(S2)。
設定好位置指令等前提條件後，將位置控制開始的指令設定為時間零。接受位置控制開始指令(S3)，電動機控制部27C開始位置控制之演算，演算由用來使可動件23朝DMAX方向移動之推力所求出之驅動電路28的驅動訊號指令，驅動電路28依照前述驅動訊號，對線性電動機20的電樞58、59、60供給電壓電流，藉此在線性電動機20的可動件23產生推力，朝DMAX方向開始移動(推測線性電動機20的可動件23會從速度零開始加速，於時間T期間，在維護模式處理部27B不實施新的處理(S4))。然後，線性電動機20的可動件23，如圖11所示，依照電動機推力朝DMAX方向逐漸加速，於速度限制值V+變為以一定速度移動。
接著，維護模式處理部27B中，等待速度V再次變為零(S5)。在圖11所示之時間T1，當檢測出可動電極8到達斷路方向極限點而變為速度零，便將目前位置X記錄成為O型間隙量零點位置X1(S6)。依據該X1及預先設定好的O型間隙量設計值L3，將斷路動作時位置指令值XBREAK以XBREAK=X1-L3演算出來(S7)。 如上，便能演算出用來將O型間隙量依設計值設定之斷路動作時位置指令值。
接下來，將位置指令值XCOMMAND設定成閉合方向的電動機衝程最初值DMIN(S8)。依照指令值，在線性電動機20的可動件23產生朝DMIN方向的推力，並加速至速度限制值V-。於該期間，在維護模式處理部27B，等待示意可動觸點9與固定觸點5間有無接觸之接觸訊號S1，從表示非接觸之“1”狀態變為表示接觸之“0”(S9)。將S1訊號變為“0”之時間T2時的位置X，記錄成為開離位置X2(S10)。又，利用預先設定好的拭接量L2，將閉合動作位置指令值XMAKE以XMAKE=X2-L2演算出來(S11)。
接著，將位置指令值XCOMMAND設定成閉合操作位置指令值XMAKE(S12)，如果線性電動機20的可動件23的位置X和指令值XCOMMAND一致(S13)，則結束位置控制(S14)。位置控制結束後，將斷路動作時位置指令值XBREAK與閉合動作時位置指令值XMAKE從維護模式處理部27B傳送給通常模式處理部27A(S15)，結束維護模式(S16)。又，為了返回通常模式，將導通檢測裝置37(接觸訊號電路)及配線拆卸，以備通常運轉。
如以上般，藉由實施維護模式下之處理，便能自動設定斷路動作位置指令及閉合動作位置指令以維持預先設定好的O型間隙量及拭接量。此外，藉由將維護模式下設定好的斷路動作位置指令值及閉合動作位置指令值 在通常模式處理部使用，能夠維持如設計般的斷路器性能。
按照這樣的本實施例，斷路部100的可動觸點9的位置的自由度可輕易地增大，且不需要以往所必須之零件尺寸管理或用來調整可動觸點9的位置之機構，具有謀求零件製作及機器組裝的簡化及成本減低之功效。
此外，能將拭接量及O型間隙量依設計值來設定，因此能維持如設計般的斷路性能。
另，上述實施例1中，其手續是先演算斷路動作位置指令值，再演算閉合動作位置指令值，但手續亦可為先演算閉合動作位置指令值。又，維護模式結束時的線性電動機20的可動件23的位置，也就是可動電極8的位置，亦可不在閉合動作位置指令位置，而是在斷路動作位置指令位置或任意位置結束。
〔實施例2〕
圖12揭示本發明開閉裝置之實施例2的氣體斷路器。
該圖所示本實施例之氣體斷路器1，作為檢測固定觸點5與可動觸點9的接觸狀態之接觸狀態檢測裝置，係使用依下述方式形成之物，即，具備設於可動側導體7之第1導通測定端子40與設於固定側導體4之第2導通測定端子41，而分別連接至該些第1導通測定端子40與第2導通測定端子41之訊號線43a及43b，是從形 成於槽2之手孔(hand hole)42被導出連接至導通檢測裝置37；依據來自第1導通測定端子40與第2導通測定端子41之電流，而以導通檢測裝置37偵測固定觸點5與可動觸點9的接觸或開離之時間點，並將該結果輸入至控制部27。其他構成則與實施例1相同。
依照這樣的本實施例之構成，其作用及效果同樣如同實施例1。
〔實施例3〕
圖13揭示本發明開閉裝置之實施例3的氣體斷路器。
該圖所示本實施例之氣體斷路器1，作為檢測固定觸點5與可動觸點9的接觸狀態之接觸狀態檢測裝置，係使用下述之物，即，具備導通測定端子(密封端子)46，其配置於連接至可動側導體7而構成主電路的一部分之高電壓導體44的周圍，且設於檢測高電壓導體44的電流之變流器45的二次電流產生部，前述導通測定端子46是透過訊號線47而連接至導通檢測裝置37；依據來自導通測定端子(密封端子)46的電流，而以導通檢測裝置37偵測固定觸點5與可動觸點9的接觸或開離之時間點，並將該結果輸入至控制部27。其他構成則與實施例1相同。
依照這樣的本實施例之構成，其作用及效果同樣如同實施例1。
〔實施例4〕
圖14揭示本發明開閉裝置之實施例4的氣體斷路器。
該圖所示本實施例之氣體斷路器1，作為檢測固定觸點5與可動觸點9的接觸狀態之接觸狀態檢測裝置，係使用下述之物，即，具備：第1接地開閉器62，在連接至可動側導體7而構成主電路的一部分之高電壓導體44，透過電樞60可開閉地連接至集電器61、及第2接地開閉器66，在連接至固定側導體4而構成主電路的一部分之高電壓導體63，透過可動件64可開閉地連接至集電器65、及絕緣測定(meggering)端子67及68，與該些第1接地開閉器62及第2接地開閉器66各自的可動件70及64導通，前述絕緣測定端子67及68各者是透過訊號線69a及69b連接至導通檢測裝置37；依據來自各個絕緣測定端子67及68的電流，而以導通檢測裝置37偵測固定觸點5與可動觸點9的接觸或開離之時間點，並將該結果輸入至控制部27。其他構成則與實施例1相同。
依照這樣的本實施例之構成，其作用及效果同樣如同實施例1。
〔實施例5〕
圖15揭示本發明實施例5中的維護模式處理 手續流程圖。此外，圖16揭示本發明實施例5中的時序圖。
本實施例之特徴，是不需外部的接觸訊號電路，而求出維持拭接量及O型間隙量之閉合動作位置指令值及斷路動作位置指令值。亦即，本實施例中，是算出斷路動作位置指令值XBREAK，其後於閉合動作方向開始位置控制，以上雖與實施例1相同，但是以q軸電流值來判定可動觸點9與固定觸點5於時間T2接觸之方法。也就是說，若可動觸點9鑽進固定觸點5，則摩擦電阻變大，而用來維持速度V-之推力增加，和推力成比例之q軸電流亦會增加，因此設置一閾值ITOUCH，於圖15所示步驟9(S9)中與其比較，藉此便能偵測可動觸點9與固定觸點5於T2之接觸。其他處理手續，與圖10所示實施例1之處理手續幾乎相同(但，本實施例中，若線性電動機20的可動件23的位置X和指令值XCOMMAND一致(S13)，則結束位置控制(S14)，其後結束維護模式(S15))。
此處，閾值ITOUCH，係大幅偏離使可動電極8以速度V-做一定動作所必需之q軸電流值，理想是設定成，相較於使可動觸點9與固定觸點5一面發生摩擦一面以速度V-做一定動作時所必需之q軸電流值，絕對值比其還稍小之數字。
藉由採用本實施例之構成，便無需外部的接觸新訊號電路，而能自動設定斷路動作位置指令及閉合動作位置指令以維持預先設定好的O型間隙量及拭接量。此 外，藉由將維護模式下設定好的斷路動作位置指令及閉合動作位置指令值在通常模式處理部27A活用，能夠維持如設計般的斷路器性能。
上述本實施例中，其手續是先演算斷路動作位置指令值，再演算閉合動作位置指令值，但手續亦可為先演算閉合動作位置指令值。此外，維護模式結束時的線性電動機20的可動件23的位置，也就是可動電極8的位置，亦可不在閉合動作位置指令位置，而是在斷路動作位置指令位置或任意位置結束。
另，本發明不限定於上述實施例，尚包含各種變形例。舉例來說，上述實施例是為了以便於理解本發明之方式來說明而詳細說明，並非限定於一定要具備所說明的所有構成。此外，可將某一實施例的構成的一部分置換成其他實施例的構成，又，亦可在某一實施例的構成追加其他實施例的構成。此外，針對各實施例的構成的一部分，可追加、刪除、置換為其他構成。
1‧‧‧氣體斷路器
2‧‧‧槽
3‧‧‧絕緣間隔材
4‧‧‧固定側導體
5‧‧‧固定觸點
6‧‧‧絕緣筒
7‧‧‧可動側導體
8‧‧‧可動電極
9‧‧‧可動觸點
10‧‧‧絕緣桿
11‧‧‧吹弧活塞
12‧‧‧噴嘴
20‧‧‧線性電動機
22‧‧‧操作器殼
23‧‧‧線性電動機的可動件
24‧‧‧氣體密封單元
25‧‧‧密封端子
26‧‧‧控制纜線
27‧‧‧控制部
28‧‧‧驅動電路
29‧‧‧位置檢測裝置
34‧‧‧試驗用導體
35‧‧‧第1導通測定端子
36‧‧‧第2導通測定端子
37‧‧‧導通檢測裝置
100‧‧‧斷路部
101‧‧‧操作部

Claims (14)

  1. 一種開閉裝置，其特徵為，具備：斷路部，由設置於固定側導體之固定觸點、及設置於相對於該固定觸點做閉極或開極的可動電極之可動觸點所構成；及線性電動機，產生驅動力以使前述可動觸點動作；及位置檢測裝置，檢測前述線性電動機的可動件的位置；及接觸狀態檢測裝置，檢測前述固定觸點與可動觸點的接觸狀態；及控制裝置，依據該接觸狀態檢測裝置所檢測出之前述固定觸點與可動觸點的接觸狀態、及前述位置檢測裝置所檢測出之前述線性電動機的可動件的位置資訊，來控制供給至前述線性電動機之電壓及/或相位，藉此設定前述可動觸點的可動範圍。
  2. 一種開閉裝置，其特徵為，具備：斷路部，由設置於固定側導體之固定觸點、及設置於相對於該固定觸點做閉極或開極的可動電極之可動觸點所構成；及線性電動機，產生驅動力以使前述可動觸點動作；及位置檢測裝置，檢測前述線性電動機的可動件的位置；及接觸狀態檢測裝置，檢測前述固定觸點，與可動觸點的接觸狀態；及控制裝置，依據該接觸狀態檢測裝置所檢測出之前述固定觸點與可動觸點的接觸狀態、及前述位置檢測裝置所檢測出之前述線性電動機的可動件的位置資訊，來控制供給至前述線性電動機之電壓及/或相位，藉此使作用於前述線性電動機的可動件之推力大小及/或方向成為可變，並控制前述可動觸點的驅動速度及停止位置，以設定前述可動觸 點的可動範圍。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之開閉裝置，其中，前述可動觸點的可動範圍，為前述固定觸點與可動觸點從完全閉合狀態至開離為止之移動量亦即拭接量、及前述固定觸點與可動觸點於斷路位置時前述斷路部在吹弧室內的殘存移動量亦即O型間隙量。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之開閉裝置，其中，前述控制裝置，係由：控制部，依據前述接觸狀態檢測裝置所檢測出之前述固定觸點與可動觸點的接觸狀態、及前述位置檢測裝置所檢測出之前述線性電動機的可動件的位置資訊，來控制供給至前述線性電動機之電壓及/或相位；及驅動電路，接受來自該控制部的驅動訊號，將該驅動訊號所示之電壓供給至前述線性電動機；所構成。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之開閉裝置，其中，前述控制部，係由通常電動機處理部及維護模式處理部及電動機控制部所構成，前述通常電動機處理部具有下述功能，即，依據來自上位的斷路訊號及閉合訊號來判斷前述斷路部的必要動作，而對前述電動機控制部輸出位置指令、速度控制值及q軸電流限制值；且，前述維護模式處理部具有下述功能，即，依據前述位置檢測裝置發出之前述線性電動機的可動件的位置訊號、及接觸狀態檢測裝置發出之前述固定觸點與可動觸點的接觸狀態訊號，來調 整閉合動作位置指令值及斷路動作位置指令值，以使前述拭接量及O型間隙量成為預先設定好的值；前述電動機控制部具有下述功能，即，求出依據前述位置訊號及接觸狀態訊號以及來自前述維護模式處理部或前述通常電動機處理部的輸入訊號所演算出之和前述線性電動機的推力成比例之q軸電流指令值，並演算用以產生該q軸電流指令值所必需之驅動訊號，並將該驅動訊號輸出給前述驅動電路。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之開閉裝置，其中，檢測前述線性電動機的可動件的位置之位置檢測裝置，係由貼附於前述可動件之線性標度尺、及讀取該線性標度尺的位置之感測器，所構成。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之開閉裝置，其中，檢測前述固定觸點與可動觸點的接觸狀態之接觸狀態檢測裝置，係由導通檢測裝置所構成，其在可動側導體安裝有試驗用導體，且具備設於該試驗用導體之第1導通測定端子及設於前述固定側導體的絕緣間隔材側之第2導通測定端子，依據來自該第1及第2導通測定端子的電流，偵測前述固定觸點與可動觸點的接觸或開離之時間點。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之開閉裝置，其中，檢測前述固定觸點與可動觸點的接觸狀態之接觸狀態 檢測裝置，係由導通檢測裝置所構成，其具備設於可動側導體之第1導通測定端子及設於前述固定側導體之第2導通測定端子，依據來自該第1及第2導通測定端子的電流，偵測前述固定觸點與可動觸點的接觸或開離之時間點。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述之開閉裝置，其中，檢測前述固定觸點與可動觸點的接觸狀態之接觸狀態檢測裝置，係由導通檢測裝置所構成，其具備導通測定端子，該導通測定端子配置於連接至可動側導體而構成主電路的一部分之高電壓導體的周圍，且設於檢測該高電壓導體的電流之變流器的二次電流產生部，依據來自該導通測定端子的電流，偵測前述固定觸點與可動觸點的接觸或開離之時間點。
  10. 如申請專利範圍第1或2項所述之開閉裝置，其中，檢測前述固定觸點與可動觸點的接觸狀態之接觸狀態檢測裝置，係由導通檢測裝置所構成，其具備：第1接地開閉器，在連接至可動側導體而構成主電路的一部分之高電壓導體，透過可動件可開閉地連接、及第2接地開閉器，在連接至前述固定側導體而構成主電路的一部分之高電壓導體，透過可動件可開閉地連接、及絕緣測定端子，與該第1及第2接地開閉器的各自的可動件導通；依據來自該絕緣測定端子的電流，偵測前述固定觸點與可動觸點 的接觸或開離之時間點。
  11. 如申請專利範圍第1或2項所述之開閉裝置，其中，檢測前述固定觸點與可動觸點的接觸狀態之接觸狀態檢測裝置，係依據因q軸電流變化而得之接觸資訊，來檢測前述兩觸點的接觸狀態。
  12. 如申請專利範圍第1或2項所述之開閉裝置，其中，前述線性電動機，具備：可動件，使永久磁鐵或磁性材一面反轉磁化方向一面並排複數個而形成；及電樞，由配置成將前述永久磁鐵或磁性材從上下方向包夾之第1磁極齒及第2磁極齒、和連接該第1磁極齒與第2磁極齒以形成磁通量路徑之磁性體、和分別配置於前述第1磁極齒與第2磁極齒之線圈所構成。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之開閉裝置，其中，前述第1磁極齒及第2磁極齒，係在前述可動件或電樞的行進方向至少並排設置2個，且兩者藉由前述磁性體而連結，且形成有供來自前述線圈的磁通量通過之至少2個相異之磁場。
  14. 如申請專利範圍第1或2項所述之開閉裝置，其中，前述斷路部被收納於槽內，且前述線性電動機配置於與前述槽鄰接配置之殼內，且前述線性電動機的可動件， 係透過絕緣桿而與前述槽內的前述可動觸點連接。
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