WO2008075640A1 - 電磁石装置 - Google Patents

Abstract

電磁石装置を常時励磁として動作させる場合には、永久磁石９から発生した磁束量を減少させる磁性短絡板１６を磁性板１１、１２間に装着し、電磁石装置を電磁的ラッチとして動作させる場合には、磁性短絡板１６を電磁石装置から取り外す。

Description

明 細 書

電磁石装置

技術分野

[0001] 本発明は電磁石装置に関し、特に、励磁コイルと永久磁石が設けられた開閉器に 適用して好適なものである。

背景技術

[0002] 遮断器などの開閉器には一対の電極が内部に設けられ、一方の電極から可動側口 ッドが外部に引き出され、引き出された可動側ロッドは、可動子が取り付けられた可 動軸に接続されている。そして、電磁石装置の励磁コイルに励磁電流が通電されると 、その発生した磁束の磁気的吸引力により固定子側に可動子が駆動される。そして、 この駆動力は可動軸を介して可動側ロッドに伝達され、一方の電極が他方の電極に 接触されることで、開閉器が投入状態に移行される。この投入状態を保持するための 手段として常時励磁、機械的ラッチと電磁的ラッチがある。

[0003] 常時励磁は、開閉器が投入状態に移行された後も励磁コイルを常に通電し続ける ことで、投入状態を保持するもので、消費電力の増大を招く。また、機械的ラッチは、 投入状態を適当な構造物で機械的に引掛けるなどして保持するもので、一般的に複 雑な形態を要し、潤滑油の塗布など、駆動部分の消耗を抑えるためのメンテナンスが 必要となる。

一方、電磁的ラッチは、特開 2002— 8498号公報に開示されているように、永久磁 石の電磁的吸引力により投入状態を保持するもので、開閉器が投入状態に移行され ると、励磁コイルへの通電を止める力、、あるいは通電電流を減少させることで、省電力 ィ匕を図ること力 Sでさる。

[0004] しかしながら、電磁的ラッチでは、停電時などに電源が切れた場合においても、永 久磁石の電磁的吸引力により投入状態が保持され、電源が切れても投入状態が保 持されることから、電源が切れた時に遮断器を遮断することが必要な分野には向かな いという問題があった。

一方、常時励磁では、励磁コイルを常に通電し続けることで投入状態が保持される ため、停電時などに電源が切れると、自動的に遮断器を遮断することができる。 しかしながら、常時励磁では、投入状態を保持するには、消費電力の増大を招くこ とから、電源が切れた時に投入状態を保持することが必要な分野には向かな!/、とレ、う 問題があった。

そこで、本発明の目的は、構成の複雑化を伴うことなぐ電磁的ラッチと常時励磁と を簡単に切り替えることが可能な電磁石装置を提供することである。

発明の開示

[0005] 上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る電磁石装置によれば、可 動軸に取り付けられた可動子と、前記可動軸が挿入され、前記可動子と接離可能な 固定子と、前記可動子および前記固定子を包囲するように配置され、前記可動子を 前記固定子の方向に移動させる磁力を発生させる励磁コイルと、前記可動子と前記 固定子との接触状態を維持する磁力を発生させる永久磁石と、前記励磁コイルおよ び前記永久磁石を包囲し、前記励磁コイルおよび永久磁石の磁束によって前記可 動子を前記固定子の方向に移動させる磁気通路を形成するフレームと、前記永久磁 石に跨るように脱着自在に設けられ、前記永久磁石から発生した磁束量を減少させ る磁性短絡板とを備えることを特徴とする。

[0006] また、本発明の一態様に係る電磁石装置によれば、前記可動子と接触しないように して、前記フレームの内面に接するとともに、前記永久磁石の一方の極に接するよう に配置された第 1磁性板と、前記フレームと接触しないようにして、前記可動子と摺動 自在に配置されるとともに、前記永久磁石の他方の極に接するように配置された第 2 磁性板とを備え、前記磁性短絡板は、前記第 1磁性板と前記第 2磁性板との間に架 設されることを特徴とする。

[0007] また、本発明の一態様に係る電磁石装置によれば、前記永久磁石と前記励磁コィ ルとは前記可動軸に沿って並べて配置され、前記永久磁石は、前記第 1磁性板と前 記第 2磁性板と間に挟まれた状態で前記フレーム内に支持されていることを特徴とす また、本発明の一態様に係る電磁石装置によれば、前記磁性短絡板の断面積を増 減させることで、前記永久磁石から発生した磁束量を増減させることを特徴とする。 また、本発明の一態様に係る電磁石装置によれば、前記第 1磁性板と前記第 2磁 性板は、前記磁性短絡板との接触面がアール状に形成されて!/、ることを特徴とする。 図面の簡単な説明

[0008] [図 1]本発明の一実施形態に係る電磁石装置の釈放状態を示す断面図である。

[図 2]本発明の一実施形態に係る電磁石装置の投入状態を示す断面図である。

[図 3]図 1および図 2の A2方向から見た時の電磁石装置の構成を示す正面図である

〇

[図 4]図 3の A3方向から見た時の電磁石装置の構成を示す側面図である。

符号の説明

[0009] 1 可動軸

la 可動ネジ

lb 可動ナット

2 可動子

2a ギャップ

3 固定子

3a 支持溝

4a パネ溝

5 空隙部

6 フレーム

6a フレーム)

7 端板

8 励磁コイル

8a コイル枠

9 永久磁石

10a 磁気通路

11、 12 磁性板

13 空間部

14 締付ボルト 15 締付ナット

16 磁性短絡板

発明の実施するための最良の形態

[0010] 以下、本発明の実施形態に係る電磁石装置について図面を参照しながら説明する 図 1は、本発明の一実施形態に係る電磁石装置の釈放状態を図 3の A1— A1線に 沿って切断して示す断面図、図 2は、本発明の一実施形態に係る電磁石装置の投 入状態を示す断面図、図 3は、図 1および図 2の A2方向から見た時の電磁石装置の 構成を示す正面図、図 4は、図 3の A3方向から見た時の電磁石装置の構成を示す 側面図である。

[0011] 図 1〜図 4において、電磁石装置には、互いに接離可能な可動子 2および固定子 3 が設けられるとともに、可動子 2と固定子 3とを離間させるように付勢された遮断パネ 4 が設けられている。また、電磁石装置には、可動子 2を固定子 3に接触させるための 励磁コイル 8が設けられるとともに、可動子 2と固定子 3との接触状態を維持する磁力 を発生させる永久磁石 9が設けられている。ここで、可動子 2および固定子 3は円筒 状に形成され、可動子 2は、電磁石装置の中心部を貫く可動軸 1に固定されるととも に、固定子 3には、その内部に形成された貫通穴を介して可動軸 1が揷入されている 。そして、釈放時に可動子 2が固定子 3から離れることができる空隙部 5が形成される ように可動子 2と固定子 3とが配置されている。ここで、可動軸 1の一端には可動ネジ laが形成されている。そして、可動ネジ laに可動ナット lbを装着し、可動ナット lbを 締め付けることで、可動子 2を可動軸 1に固定することができる。

[0012] また、可動子 2と固定子 3との対抗面側には、可動軸 1に沿うようにしてバネ溝 4aが 形成されている。そして、パネ溝 4aには、空隙部 5に跨るようにして遮断パネ 4が配置 されている。また、可動子 2及び固定子 3の外側には、可動子 2及び固定子 3を包囲 する筒状のフレーム 6が設けられている。ここで、フレーム 6の一端には、可動軸 1に 直交するフレーム端 6aが形成されるとともに、フレーム 6の他端には、フレーム端 6a に対向配置された端板 7が取り付けられている。

[0013] そして、フレーム端 6aには固定子 3を揷入する貫通穴が形成され、固定子 3にはフ レーム端 6aの先端が揷入される支持溝 3aが形成されている。そして、フレーム端 6a の先端が支持溝 3aに揷入されることで、固定子 3とフレーム 6とが固定されている。ま た、可動子 2と固定子 3との外周側には、フレーム 6内に収容された励磁コイル 8およ び永久磁石 9が配置されている。ここで、励磁コイル 8と永久磁石 9とは可動軸 1に沿 つて並べて配置することができる。

[0014] そして、励磁コイル 8は、固定子 3と可動子 2の一部が包囲されるように円筒状に構 成すること力 Sできる。そして、中空部を有するコイル枠 8aに電線を巻回することにより 、励磁コイル 8を形成し、励磁コイル 8の中空内に可動子 2および固定子 3を揷入する こと力 Sできる。ここで、可動子 2とコイル枠 8aとの間には、ギャップ 2aを可動軸 1に沿つ て形成すること力できる。

また、永久磁石 9は、例えば、可動子 2の一部が包囲されるようにリング状に構成す ること力 Sできる。なお、永久磁石 9は、リング状以外にも、例えば、バー状に形成し、可 動子 2を介して上下に配置するようにしてもょレ、。

[0015] そして、永久磁石 9は、磁性板 1 1、 12の間に挟まれ、磁性板 11、 12を介しフレー ム 6に固定されている。ここで、磁性板 11は、可動子 2と接触しないようにして、フレー ム 6の内面に接するとともに、コイル枠 8aおよび永久磁石 9の一方の極に接するよう に配置されている。そして、磁性板 1 1および永久磁石 9にて、ギャップ 2aに連通する 空間部 13が形成されている。また、磁性板 12は、フレーム 6と接触しないようにして、 可動子 2と摺動自在に配置されるとともに、永久磁石 9の他方の極に接するように配 置されている。

[0016] また、磁性板 12と端板 7との間には締付ボルト 14が配置され、締付ボルト 14は、端 板 7に形成された貫通孔に揷入されている。そして、締付ボルト 14のネジ溝に締付ナ ット 15を装着し、締付ナット 15を締め付けることで、締付ボルト 14を磁性板 12に押圧 し、締付ボルト 14とフレーム端 6aとの間に励磁コイル 8と永久磁石 9とを支持すること ができる。

[0017] また、磁性板 11、 12間には、磁性短絡板 16が永久磁石 9に跨るように脱着自在に 設けられている。ここで、磁性短絡板 16は磁性板 11、 12間が磁気的に短絡されるよ うに磁性板 11、 12間に架設することができ、永久磁石 9から発生した磁束量を減少さ せること力 Sできる。なお、磁性短絡板 16は、例えば、鋼板で形成することができる。そ して、永久磁石 9による磁気的吸引力によって磁性短絡板 16を磁性板 11、 12間に 装着したり、磁性短絡板 16を取り外したりすることができる。また、磁性短絡板 16の 断面積を増減させることで、永久磁石 9から発生した磁束量を増減させることができる

〇

なお、図 4に示すように、各磁性板 11、 12の端部 l la、 12aには、磁性短絡板 16と の接触面にアール面 17を形成するようにしてもよい。

[0018] 以下、図 1〜図 4の電磁石装置の動作を説明する。

この電磁石装置では、磁性短絡板 16を装着することで、常時励磁として動作させる ことができ、磁性短絡板 16を取り外すことで、電磁的ラッチとして動作させることがで きる。

そして、図 1において、電磁石装置の釈放時には、遮断パネ 4にて可動子 2と固定 子 3とが離間される。そして、可動子 2と固定子 3との間には空隙部 5が形成され、可 動子 2の端部が端板 7に当接した状態で保持される。

[0019] ここで、可動子 2の端部が端板 7に当接すると、永久磁石 9にて発生された磁束 φ

2 は点線で示すように、永久磁石 9→磁性板 12→可動子2→端板 7→フレーム 6→磁 性板 11→永久磁石 9を主に循環することで、磁気通路 10bが形成される。そして、電 磁石装置の釈放時には、この磁気通路 10bの磁気的吸引力によって可動子 2が端 板 7に常に接触した状態を維持させることができる。このため、可動子 2が遮断位置か ら投入位置に移動する移動距離を均一化することができ、可動子 2が固定子 3に接 触できる接触時間を均一にすることが可能となることから、電磁石装置の品質を向上 させること力 Sでさる。

[0020] この状態で励磁コイル 8を通電し、励磁コイル 8を励磁すると、励磁コイル 8にて発 生された磁束 Φ は、図 2の点線で示すように、永久磁石 9→磁性板 12→可動子2→ 固定子 3→フレーム 6→磁性板 11→永久磁石 9を主に循環することで、磁気通路 10 aが形成されるとともに、永久磁石 9の磁束 φ も磁気通路 10aに合流する。

2

そして、磁束通路 10aを流れる磁束 φ , φ の磁気吸引力により可動子 2は固定子

1 2

3に吸引され、図 2に示すように、可動子 2が固定子 3の方向に移動しながら遮断バネ 4を圧縮するとともに、可動子 2が固定子 3に接触して投入状態になる。

[0021] ここで、磁性板 1 1、 12間に磁性短絡板 16が装着されていると、永久磁石 9の磁束

Φ は磁性板 1 1、 12間を磁気的に短絡するように磁性短絡板 16にも流れる。このた

2

め、永久磁石 9からの磁束量は磁性短絡板 16の磁気的な損失分だけ減少し、永久 磁石 9の磁気吸引力が減少する。このため、この磁気吸引力の減少分を励磁コイル 8 力もの磁束 Φ の磁気吸引力で補充することにより、投入状態を維持することができ、 常日寺励磁として動作させること力できる。

[0022] 一方、磁性短絡板 16を取り外すと、磁束通路 10aの永久磁石 9からの磁気吸引力 により、可動子 2は固定子 3に接触して投入状態が維持され、電磁的ラッチとして動 作させること力 Sできる。このため、投入状態に移行した後に、励磁コイル 8の通電を止 める力、、あるいは通電電流を減少させることで、電力の省エネルギー化を図ることが できる。

[0023] このように、磁性短絡板 16を取り外すことで、電磁的ラッチとして動作させることがで き、励磁コイル 8に通電することなぐ投入状態を保持することが可能となることから、 電力の省エネルギー化を図ることが可能となるとともに、停電時などに電源が切れた 場合においても、永久磁石 9の電磁的吸引力により投入状態を保持させることが可 能となる。また、磁性板 1 1、 12間に磁性短絡板 16を装着することで、常時励磁として 動作させることができ、停電時などに電源が切れると、自動的に遮断状態に移行させ ること力 S可倉 となる。

[0024] このため、電磁的ラッチと常時励磁とを 1台の電磁石装置に兼用させることが可能と なるとともに、構成の複雑化を伴うことなぐ電磁的ラッチと常時励磁とを簡単に切り替 えることができ、電磁石装置の大型化や高価格化を抑制しつつ、電磁石装置の使い 勝手を向上させることができる。

また、本発明の電磁石装置では、常時励磁から電磁的ラッチに切り替えるには、磁 性短絡板 16を取り外せばよぐ既存の電磁石装置であっても、常時励磁から電磁的 ラッチに簡単に移行させることができる。

[0025] なお、上述した実施形態では、遮断パネ 4の蓄積エネルギーの釈放力によって固 定子 3から可動子 2を離間させる方法について説明した力 S、励磁コイル 8の逆磁気的 吸引力だけでも固定子 3から可動子 2を離間させることができるので、遮断パネ 4は必 ずしもなくてもよい。

また、磁性板 11、 12間に配置された磁性短絡板 16は電磁石装置の外部から観察 することができ、製造ミスや第 3者による模倣などを容易に発見することができる。

[0026] また、永久磁石 9から発生した磁束量は、磁性短絡板 16の断面積を増減させること で増減させることができ、励磁コイル 8に通電される励磁電流を任意の値に調整する こと力 Sでさる。

また、各磁性板 11、 12において、磁性短絡板 16との接触面にアール面 17を形成 することにより、アール面 17に磁束を集中させることができ、アール面 17を形成した 分だけ漏洩磁束を減少させることが可能となることから、磁気損失を低減させることが でき、磁気効率を向上させることができる。

産業上の利用の可能性

[0027] 本発明の電磁石装置は、例えば、回路遮断器や漏洩遮断器などの開閉器や、遮 断装置に用いられる電磁ァクチユエータなどに利用することができ、電源が切れた時 に遮断器を遮断することが必要な分野および電源が切れた時に投入状態を保持す ることが必要な分野のいずれにも適用することが可能となる。

Claims

請求の範囲

[1] 可動軸に取り付けられた可動子と、

前記可動軸が挿入され、前記可動子と接離可能な固定子と、

前記可動子および前記固定子を包囲するように配置され、前記可動子を前記固定 子の方向に移動させる磁力を発生させる励磁コイルと、

前記可動子と前記固定子との接触状態を維持する磁力を発生させる永久磁石と、 前記励磁コイルおよび前記永久磁石を包囲し、前記励磁コイルおよび永久磁石の 磁束によって前記可動子を前記固定子の方向に移動させる磁気通路を形成するフ レームと、

前記永久磁石に跨るように脱着自在に設けられ、前記永久磁石から発生した磁束量 を減少させる磁性短絡板とを備えることを特徴とする電磁石装置。

[2] 前記可動子と接触しないようにして、前記フレームの内面に接するとともに、前記永 久磁石の一方の極に接するように配置された第 1磁性板と、

前記フレームと接触しないようにして、前記可動子と摺動自在に配置されるとともに

、前記永久磁石の他方の極に接するように配置された第 2磁性板とを備え、 前記磁性短絡板は、前記第 1磁性板と前記第 2磁性板との間に架設されることを特 徴とする請求項 1記載の電磁石装置。

[3] 前記永久磁石と前記励磁コイルとは前記可動軸に沿って並べて配置され、前記永久 磁石は、前記第 1磁性板と前記第 2磁性板と間に挟まれた状態で前記フレーム内に 支持されていることを特徴とする請求項 2記載の電磁石装置。

[4] 前記磁性短絡板の断面積を増減させることで、前記永久磁石から発生した磁束量を 増減させることを特徴とする請求項 1から 3のいずれか 1項記載の電磁石装置。

[5] 前記第 1磁性板と前記第 2磁性板は、前記磁性短絡板との接触面がアール状に形 成されていることを特徴とする請求項 1から 4のいずれか 1項記載の電磁石装置。