WO2014064909A1 - 操作機構、及び、その操作機構を備える電力用開閉装置 - Google Patents

操作機構、及び、その操作機構を備える電力用開閉装置 Download PDF

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floating output
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double cylinder
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丸山　裕
鈴木　克巳
網田　芳明
丸島　敬
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株式会社 東芝
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an electromagnetic drive type operation mechanism for operating a movable contact, and a power switchgear including the operation mechanism.
  • the power switchgear has a pair of contacts, and opens and closes the electric circuit by connecting and disconnecting the contacts.
  • a shut-off signal is input to the power switchgear, and the power switchgear opens the contact to cut off the current in response to the shut-off signal.
  • This power switchgear generally includes a pair of arc contacts and a puffer chamber or a boost chamber.
  • the arc contact takes on the arc discharge generated by the opening of the contact.
  • the puffer chamber and the boost chamber are composed of a piston and a cylinder, and the gas staying in the chamber is compressed by relatively moving the cylinder and the piston, and the high-pressure gas in the chamber is blown between the arc contacts. The arc discharge is extinguished by blowing the high-pressure gas, and the current interruption is completed.
  • the operating mechanism is provided to move the movable contact for opening and closing the electric circuit, the arc movable contact, and the piston or cylinder, respectively. Therefore, this operation mechanism is required to be capable of arbitrary driving, to move the mover at high speed, and to have good response performance of the mover.
  • the hydraulic type is a method of driving a movable part using a hydraulic actuator.
  • the spring type is a system that drives the movable part using the energy when the compressed spring is opened, and is the current mainstream.
  • the electromagnetic drive system is a system in which the mover is driven by an electromagnetic actuator.
  • the hydraulic type can generally obtain a large thrust and is advantageous for speeding up. Considering the size per drive energy of the hydraulic mechanism, it can be expected to be smaller than the spring mechanism, but since a hydraulic system such as a hydraulic pump and accumulator is required, there are disadvantages such as oil leakage and temperature dependence, It is not suitable as a mechanism for cold regions.
  • the spring type is the current mainstream, and since it has no oil leakage and no temperature dependence compared to the hydraulic method, it can be applied in any region including cold regions.
  • this method is composed of many parts, has a complicated structure, and includes many sliding parts, and therefore has a high risk of failure when driven many times. Therefore, the maintenance frequency increases and the number of parts is large and the structure is complicated. Thus, it cannot be said that maintainability is good from the viewpoint of maintenance frequency and labor. Furthermore, since the force of the spring is used, arbitrary driving cannot be performed.
  • the electromagnetic type has a simple structure, so it has few parts and sliding parts and is excellent in maintenance.
  • the response speed to electrical signals is also sufficiently fast.
  • the electromagnetic drive type there is a method in which the power of a rotating machine is linearly converted to drive a movable contact.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Publication No. 2009-212372 (hereinafter referred to as Patent Document 1).
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-021599
  • arbitrary driving can be realized by controlling the driving of the rotating machine.
  • Patent Document 3 a method using the attractive force of an electromagnet and a permanent magnet, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-016888 (hereinafter referred to as Patent Document) 3), or a method using an electromagnetic attractive force or a repulsive force acting on the air-core coil, for example, Japanese Patent Publication No. JP-A-10-040782, JP-A No. 2002-124158 (hereinafter referred to as Patents).
  • Reference 4 and Patent Document 5 or a method using an induced repulsive force, for example, Japanese Published Patent Publication No. 11-025817 (hereinafter referred to as Patent Document 6).
  • Patent Document 6 When using an air-core coil, there is a feature that the time constant of the electric circuit is small and high response performance can be obtained in the initial operation.
  • Patent Document 7 Japanese Patent Gazette, Japanese Patent No. 4625032 (hereinafter referred to as Patent Document 7), Japanese Public Patent Gazette, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-154688 (hereinafter, Patent Document 8). Say).
  • Patent Document 7 in order to generate a stronger magnetic flux and to prevent the influence of a magnetic field on the outside, the cylindrical magnetic body is formed outside the outer cylindrical permanent magnet and inside the inner cylindrical permanent magnet. Therefore, there is a problem that the inductance of the coil is increased. Furthermore, when using a strong permanent magnet to increase thrust, the back yoke must be thickened to avoid magnetic saturation of the back yoke. For this reason, even if a strong permanent magnet is used, it is difficult to reduce the thrust / volume ratio.
  • the linear actuator of Patent Document 8 has a configuration that does not require a back yoke by arranging permanent magnets in a special arrangement so that the magnetization vector periodically changes. Therefore, it can be said that the actuator has a light weight and excellent response performance and can be driven arbitrarily. By using the actuator as an operating mechanism of the power switchgear, an excellent breaking performance will be obtained.
  • the linear actuator of Patent Document 8 has a light weight and excellent response performance and can be driven arbitrarily, the linear actuator requires a linear guide for guiding the mover in the direction of the drive axis due to its structure. .
  • the maintainability is better than the hydraulic type or the spring type, but this linear guide may cause a decrease in the maintainability.
  • the linear guide is a factor that causes an increase in size and cost.
  • the mass of the movable part of the linear actuator is increased, the speed increase will be adversely affected.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide an electromagnetic operation mechanism that does not require a mechanical guide and has excellent maintainability, and a power switchgear equipped with the electromagnetic operation mechanism.
  • the present invention comprises the following arrangement. That is,
  • the operation mechanism of the power switchgear for reciprocally driving the movable contact to move the switchgear between the shut-off state and the on-state is the first permanent magnet row and the second permanent magnet A row, a double cylinder, a floating output ring and an excitation means are provided.
  • the first permanent magnet row is formed by adjoining the permanent magnets so that the magnetic poles of the annular or arcuate permanent magnets rotate 90 degrees at the maximum in the cross section including the central axis.
  • the second row of permanent magnets is also formed by adjoining the permanent magnets so that the magnetic poles of the annular or arcuate permanent magnets rotate 90 degrees at the maximum in the cross section including the central axis.
  • the double cylinder has the first permanent magnet and the second permanent magnet facing in the same direction in the radial direction of the magnetization vector, and is fixed so that both rows maintain a constant distance.
  • the floating output ring is wound around a coil made of a conductor and is positioned between the first permanent magnet row and the second permanent magnet row, and directly or indirectly connected to the movable contact. Other than the above, there is no mechanical restraint relationship with other members.
  • the excitation means generates an excitation current to the coil.
  • the excitation means includes a support force control means and a thrust control means.
  • the supporting force control means generates a supporting force for the floating output ring by magnetism by controlling the d-axis current component of the excitation current, so that the center axis of the double cylinder and the floating output ring coincide.
  • the thrust control means generates an axial thrust between the double cylinder and the floating output ring by controlling a q-axis current component of the excitation current.
  • the double cylinder includes a disk for connecting each cylinder of the double cylinder to an end face to fix a distance between the cylinders, an opening provided in the disk through which the floating output ring passes, and the opening A low-friction resin portion with respect to the floating output ring.
  • the double cylinder includes a disk for connecting each cylinder of the double cylinder to an end face to fix the distance of each cylinder, and an opening provided in the disk through which the floating output ring passes.
  • the floating output ring may include a low friction resin portion in a peripheral surface region that passes through the opening.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ along the axis of the linear motor. It is a B-B 'cross-sectional view orthogonal to the axis of the linear motor.
  • It is a block diagram of a drive device. It is a block diagram of a controller. It is a block diagram which shows a transmission mechanism. It is a schematic diagram which shows the repulsive force when d-axis component of excitation current is made constant. It is a schematic diagram which shows the state of the magnetic flux around a three-phase coil.
  • FIG. 1 is an internal configuration diagram illustrating a power switchgear according to the first embodiment.
  • the power switch device 100 is a device that opens and closes an electric circuit such as a load switch, a disconnect switch, and a circuit breaker, and includes an operation mechanism 1 and a switch mechanism 5 that include a drive device 2, a linear motor 3, and a transmission mechanism 4. Yes.
  • the driving device 2 drives the linear motor 3 by applying the power sent from the power source 200 to the linear motor 3 as an excitation current.
  • the linear motor 3 receives an exciting current from the driving device 2 and generates a thrust in a linear direction by the interaction of magnetic force and the interaction of magnetic field and current.
  • the transmission mechanism 4 has an operation rod 41 that can advance and retreat in the axial direction, and the thrust generated by the linear motor 3 is transmitted to the opening / closing mechanism 5 by pushing and pulling the operation rod 41.
  • the open / close mechanism 5 has a movable contact 52 and a fixed contact 53 disposed in a sealed space 51 filled with an arc extinguishing gas.
  • the movable contact 52 is fixed to the operation rod 41. Is separated from or brought into contact with the fixed contact 53 according to the push / pull of the operating rod 41, whereby the opening / closing mechanism 5 opens and closes the electric circuit.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of the linear motor 3.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view along the line AA 'along the axis of the linear motor 3.
  • FIG. 4 is a BB ′ cross-sectional view orthogonal to the axis of the linear motor 3.
  • the linear motor 3 includes a floating output ring 34 and a double cylinder 35 as shown in FIG.
  • the floating output ring 34 disposed inside the double cylinder 35 moves in the axial direction with respect to the double cylinder 35 immovably fixed to a cover fixed to a floor such as the ground, so that the floating output A thrust in a linear direction is applied to the operating rod 41 fixed to the ring 34.
  • the double cylinder 35 has a concentric double shell.
  • the floating output ring 34 is formed of a non-magnetic material, and a pair of long circular arc plates 34a and 34b are formed so that the arc centers coincide with each other, in other words, a part of the cylindrical peripheral wall faces along the axis. And has a notched shape.
  • the outer shell of the double cylinder 35 is fixed to a cover fixed on a floor such as the ground via a support member.
  • the installation direction of the double cylinder 35 is not particularly limited, either vertically or horizontally.
  • the outer diameter of the floating output ring 34 is smaller than the outer shell diameter of the double cylinder 35 and larger than the inner shell diameter. This floating output ring 34 is interposed between the outer shell and the inner shell of the double cylinder 35 and extends inside the double cylinder 35.
  • the floating output ring 34 is not mechanically constrained by the double cylinder 35 or other components in the linear motor 3 except that the floating output ring 34 is directly connected to the movable contact 52 or indirectly through the operation rod 41. As will be described later, the suspension is supported by magnetic repulsion. In other words, the floating output ring 34 does not receive a supporting force in structural mechanics, and there is no guide bar that regulates the position of the double cylinder 35 in the radial direction, for example.
  • Both ends of the double cylinder 35 are closed by discs 35a formed of a nonmagnetic material.
  • the circular plate 35a functions as a connecting member that connects the outer shell and inner shell of the double cylinder 35 while maintaining a constant clearance and a constant posture, and the end portions of the outer shell and inner shell of the double cylinder 35 are respectively connected to the disk 35a. It is fixed to the disc 35a.
  • the pair of arcuate plates 34a and 34b of the floating output ring 34 are also connected to each other while maintaining a constant clearance and a constant posture by the circular plates 34c fixed to both ends.
  • the axial length of the floating output ring 34 is longer than the axial length of the double cylinder 35. That is, an opening 35b through which the floating output ring 34 passes is formed in the circular plate 35a that closes both ends of the double cylinder 35 according to the shapes of the circular arc plates 34a and 34b.
  • the linear motor 3 having such a shell structure includes a magnetic field generated by a row of outer permanent magnets 31 and a row of inner permanent magnets 32, and three-phase coils 33, which hold approximately the same magnetization energy.
  • the floating output ring 34 around which the three-phase coil 33 is wound is advanced and retracted in the axial direction by this excitation, and this becomes the thrust in the linear direction.
  • the three-phase coil 33 is wound around the floating output ring 34.
  • the portion of the floating output ring 34 around which the three-phase coil 33 is wound is dug down to the extent that it can maintain sufficient strength without penetrating, and the three-phase coil 33 is formed on the outer peripheral surface and the surface of the floating output ring 34.
  • An exciting current supply line 33 a for the three-phase coil 33 is drawn from the disk 34 c through the inside of the peripheral wall of the floating output ring 34.
  • the row of the outer permanent magnets 31 and the row of the inner permanent magnets 32 are laid along the axial direction with the shell wall forming the floating output ring 34 interposed therebetween. A certain clearance is provided between the shell wall of the floating output ring 34 and the row of outer permanent magnets 31 and the row of inner permanent magnets 32.
  • the inner permanent magnet 32 has an arc shape or an annular shape, and is fixed to the inner pipe 38.
  • the inner pipe 38 is an inner shell of a double cylinder 35 whose position is fixed inside the floating output ring 34.
  • the inner permanent magnet 32 is fitted on the outer peripheral surface of the inner pipe 38 and arranged in the axial direction of the inner pipe 38 so as to face the inner peripheral surface of the floating output ring 34.
  • the outer permanent magnet 31 also has an arc shape or an annular shape, and is fixed to the outer pipe 39.
  • the outer pipe 39 is an outer shell of a double cylinder 35 whose position is fixed so as to accommodate the floating output ring 34 therein.
  • the outer permanent magnet 31 is fitted into the inner peripheral surface of the outer pipe 39 and arranged in the axial direction of the outer pipe 39 so as to face the outer peripheral surface of the floating output ring 34.
  • the inner permanent magnet 32 and the outer permanent magnet 31 are arranged in a Halbach array in which the magnetization directions are changed little by little.
  • the permanent magnet is arranged so that the magnetization direction of the adjacent permanent magnet rotates by 90 degrees at the maximum in the cross section including the central axis of the floating output ring 34.
  • the direction of the rotating magnetization is opposite between the row of the inner permanent magnets 32 and the row of the outer permanent magnets 31. That is, for example, the magnetization direction viewed in sequence along the row of outer permanent magnets 31 is clockwise, and the magnetization direction viewed in sequence along the row of inner permanent magnets 32 is counterclockwise.
  • the inner permanent magnet 32 and the outer permanent magnet 31 are arranged so as to face each other one-on-one with the shell wall of the floating output ring 34 interposed therebetween.
  • the inner permanent magnet 32 and the outer permanent magnet 31 having the same radial component of the magnetization vector face each other, and the inner permanent magnet 32 and the outer permanent magnet 31 having the opposite axial component of the magnetization vector face each other.
  • the radial direction and the axial direction are directions on the basis of the arc-shaped or annular outer permanent magnet 31 and inner permanent magnet 32.
  • the position sensor 21 includes a linear scale 21a and an optical pickup 21b.
  • the optical pickup 21 b is attached to a connection member 37 standing on the outer peripheral surface of the floating output ring 34 and protruding from the double cylinder 35, and moves together with the floating output ring 34.
  • the linear scale 21a is attached to the outer peripheral surface of the outer pipe 39 of the double cylinder 35 and faces the optical pickup 21b.
  • the optical pickup 21b detects the scale of the linear scale 21a by directing the direction of light reception / emission to the linear scale 21a.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of the driving device 2.
  • the drive device 2 includes a power converter 23 and a power supply power converter 24 that transfer power through the bus 22.
  • a smoothing capacitor 25 and a power storage device 26 are further connected to the bus 22 as power storage means.
  • the smoothing capacitor 25 and the power storage device 26 are connected in parallel to function as a smoothing circuit, and the voltage fluctuation of the bus 22 is reduced even during power consumption by the three-phase coil 33 and regeneration of power from the three-phase coil 33. suppress.
  • a plurality of smoothing capacitors 25 and power storage devices 26 may be arranged at appropriate locations on the bus 22.
  • a battery 26a, a resistor 26b, and a diode 26c are arranged in the power storage device 26.
  • the resistor 26b and the diode 26c are connected to the positive side of the battery 26a, and the resistor 26b and the diode 26c are connected in parallel. That is, in order to suppress overcharging of the battery 26a, no power is consumed by the resistor 26b when power is supplied from the battery 26a, and part of the charging power is consumed by the resistor 26b when charging the battery 26a. It is comprised so that.
  • the power supply power converter 24 includes an inverter 24a and a regenerative power reception controller 24b.
  • the regenerative power reception controller 24b regenerates the electric power stored in the smoothing capacitor 25 and the battery 26a to the power source 200 based on an external regenerative power reception command signal, and also stores the electric power from the power source 200 in the inverter 24a. Controls the firing angle of.
  • the power converter 23 is an example of an excitation unit that generates an excitation current for the three-phase coil 33.
  • the power converter 23 includes a PWM (Pulse Width Modulation) inverter 23a that generates an alternating excitation current for the three-phase coil 33 and supplies the AC exciting current to the three-phase coil 33 via a supply line 33a.
  • the power converter 23 also includes a controller 23b that controls the excitation current generated and supplied by the PWM inverter 23a.
  • the PWM inverter 23a includes a power conversion element group, and the controller 23b controls the firing angle of the power conversion element group. At this time, the controller 23b generates a PWM inverter so that a thrust and a supporting force equal to the thrust command value iq-ref and the supporting force command value id-ref input from the outside of the driving device 2 are generated in the three-phase coil 33. 23a is controlled.
  • the outside of the drive device 2 is, for example, an external terminal that is connected to the power switching device 100 through a signal line so as to be capable of electrical communication.
  • the thrust is a moving force in the axial direction of the floating output ring 34.
  • the supporting force is a floating force in the radial direction of the floating output ring 34, and has a function of guiding the posture of the floating output ring 34 by matching the central axis of the floating output ring 34 with the central axis of the double cylinder 35. produce.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of the controller 23b.
  • the controller 23b is connected to a U-phase current sensor 27 and a W-phase current sensor 28 (see FIG. 5) that detect at least the excitation currents of the U-phase and the W-phase among the U, V, and W phases of the three-phase coil 33.
  • the signal is connected to a position sensor 21 that detects a relative position of the three-phase coil 33 with respect to the row of the outer permanent magnets 31 through a signal line.
  • the controller 23b refers to signals from the U-phase current sensor 27, the W-phase current sensor 28 and the position sensor 21 to perform thrust control and support force control.
  • the controller 23b includes a three-phase / two-phase converter 61, a thrust controller 62, a supporting force controller 63, and a two-phase / 3-phase converter 64.
  • the 3-phase / 2-phase converter 61, the thrust controller 62, the support force controller 63, and the 2-phase / 3-phase converter 64 are operated by an arithmetic unit such as a DSP (Digital Signal Processor) or a RISC (Reduce Instruction Set Computer). It is configured.
  • DSP Digital Signal Processor
  • RISC Reduce Instruction Set Computer
  • the 3-phase / 2-phase converter 61 inputs the U-phase current, V-phase current, and W-phase current of the three-phase coil 33, and the movement distance of the three-phase coil 33, and sequentially calculates Clark conversion and Park conversion.
  • the d-axis current component id and the q-axis current component iq of the exciting current injected into the three-phase coil 33 are calculated.
  • the d-axis current component id is a current component contributing to the field of the three-phase coil 33
  • the q-axis current component iq is a current component contributing to the thrust of the three-phase coil 33.
  • the V-phase current may be estimated using a U-phase current and a W-phase current whose phase is advanced and delayed by 120 degrees. That is, the three-phase / two-phase converter 61 is connected to at least the U-phase current sensor 27, the W-phase current sensor 28, and the position sensor 21 through a signal line so as to be able to receive signals.
  • the thrust controller 62 receives the thrust command value iq-ref from the outside and the q-axis current component iq from the 3-phase / 2-phase converter 61, and the thrust or q-axis current component estimated from the q-axis current component iq iq calculates a control input q-axis component that is equal to the target thrust indicated by the thrust command value iq-ref or the q-axis current component of the excitation current that generates the target thrust.
  • the control input q-axis component is a current value when the PWM inverter 23a is current controlled, and a voltage value when the PWM inverter 23a is voltage controlled.
  • the calculation of the control input q-axis component by the thrust controller 62 is performed by, for example, PI control (proportional Integral Control) or PID control (proportional Integral Derivative Control).
  • the thrust controller 62 calculates a control input q-axis component that is proportional to the deviation between the thrust command value iq-ref and the q-axis current component iq, the integral of the deviation, or the derivative of the deviation, or the combination of these. .
  • the support force controller 63 receives the support force command value id-ref from the outside and the d-axis current component id from the three-phase / two-phase converter 61, and the support force or d estimated from the d-axis current component id.
  • a control input d-axis component is calculated in which the shaft current component id is equal to the target support force indicated by the thrust command value id-ref or the d-axis current component of the excitation current that generates the target support force.
  • the control input d-axis component is a current value when the PWM inverter 23a is current controlled, and a voltage value when the PWM inverter 23a is voltage controlled.
  • the target supporting force is a magnetic repulsive force generated by the three-phase coil 33 in order to make the central axis of the floating output ring 34 conform to the central axis of the double cylinder 35.
  • the calculation of the control input d-axis component by the support force controller 63 is performed by, for example, PI control or PID control.
  • the support force controller 63 generates a control input d-axis component that is proportional to a deviation between the support force command value id-ref and the d-axis current component id, an integral of the deviation, or a derivative of the deviation, or a combination of these. calculate.
  • the two-phase / three-phase converter 64 receives the control input d-axis component and the control input q-axis component of the dq axis system output from the thrust controller 62 and the support force controller 63 as inputs, and performs reverse park conversion and reverse Clark conversion. Are sequentially calculated to calculate control inputs for the U phase, the V phase, and the W phase. Then, the 2-phase / 3-phase converter 64 sends control inputs of the U phase, the V phase, and the W phase to the PWM inverter 23a, and generates an excitation current that is injected into the three-phase coil 33. This exciting current is a force that generates thrust and support force according to the thrust command value iq-ref and the support force command value id-ref.
  • the thrust command value iq-ref is determined by the next target axial speed and the target axial position of the floating output ring 34, and is based on information indicating the moving distance of the three-phase coil 33 output from the position sensor 21. Generated.
  • the supporting force command value id-ref is passively stable and does not require feedback control by sensing the radial relative displacement and the relative attitude angle of the floating output ring 34, and is a constant value.
  • the floating output ring 34 is controlled in the axial movement and the posture stability by the controller 23b in a control system having one degree of freedom in the axial direction. Therefore, the support force command value id-ref, which is a constant value, may be stored in the storage area of the support force controller 63 provided in the storage area such as a memory.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing the transmission mechanism 4, in which the left half view shows a blocking state and the right half view shows a closing state. Although this embodiment has been described using an example in which the closing state is maintained, a similar state can be used to maintain the blocking state.
  • another intermediate rod 42 is connected between the operation rod 41 of the transmission mechanism 4 and the floating output ring 34.
  • One end of the intermediate rod 42 and one end of the output ring 34 are rotatably supported by a common pin.
  • the other end of the intermediate rod 42 and one end of the operation rod 41 are rotatably supported by a common pin.
  • the pin that pivotally supports the intermediate rod 42 and the output ring 34 and the pin that pivotally supports the operation rod 41 and the intermediate rod 42 are orthogonal to each other.
  • the transmission mechanism 4 has a magnetic unit 43 and a target 44, and maintains the contact state between the movable contact 52 and the fixed contact 53 by a magnetic attractive force.
  • the target 44 is a plate-like member formed of a ferromagnetic material, and is erected on the peripheral surface of the intermediate rod 42.
  • the intermediate rod 42 is inserted through a frame 45 fixed on the ground, but the magnet unit 43 composed of a yoke 43a and a permanent magnet 43b formed of a ferromagnetic material is opposed to the target 44.
  • the frame 45 is fixed in the vicinity of the hole through which the intermediate rod 42 passes.
  • the positional relationship between the magnet unit 43 and the target 44 is that the magnet unit 43 is on the opening / closing mechanism 5 side and the target 44 is on the floating output ring 34 side. In short, both are arranged so that the target 44 approaches the magnet unit 43 when the operating rod 41 moves in a direction in which the movable contact 52 is brought into contact with the fixed contact 53. The same effect can be obtained even if the positional relationship between the magnet unit 43 and the target 44 is reversed.
  • FIG. 8 shows the repulsive force when the d-axis component of the excitation current is constant, and the value of the d-axis component of the excitation current is represented by the ratio of the excitation current to the q-axis component during the specified operation.
  • FIG. 9 shows the state of the magnetic flux around the three-phase coil 33. In the case of this description, the linear motor 3 is disposed horizontally.
  • the d-axis current component of the excitation current causes a field effect on the three-phase coil 33.
  • the magnetic flux generated by the three-phase coil 33 by this field action repels the magnetic flux formed by the outer permanent magnet 31 row and the inner permanent magnet 32 row.
  • the repulsive force increases as the distance between the magnetic flux lines becomes shorter.
  • the restoring force increases in proportion to the radial relative displacement of the floating output ring 34 with respect to the double cylinder 35. Further, the proportional constant is changed by changing the d-axis current component of the excitation current. Accordingly, by controlling the d-axis current component of the excitation current, the intended support force and the relative attitude of the floating output ring 34 with respect to the double cylinder 35 can be obtained.
  • the three-phase coil 33 approaches the row of the inner permanent magnets 32, and the repulsive force acting between the row of the inner permanent magnets 32 and the three-phase coil 33 is the outer permanent magnet 31. It becomes larger than the force which acts between the row
  • This action serves as a guide for guiding the movement of the floating output ring 34 in the axial direction with one degree of freedom. Since this action uses a magnetic repulsive force, the degree of freedom other than the axial direction of the floating output ring 34 is passively stable, and the radial relative displacement and the relative attitude angle of the floating output ring 34 need to be sensed and feedback controlled. There is no.
  • the thrust controller 62 instructs the PWM inverter 23a to generate an excitation current for the three-phase coil 33, and causes the three-phase coil 33 to inject an excitation current having a q-axis current component iq equal to the thrust command value iq-ref. .
  • the outer permanent magnet 31 row and the inner permanent magnet 32 row form a magnetic circuit in which the outer permanent magnet 31 row and the inner permanent magnet 32 row are connected by a ring as shown in FIG. More specifically, the magnetic circuit includes an axial magnetic flux passing through the inside of the row of outer permanent magnets 31 and the row of inner permanent magnets 32, and a gap between the outer permanent magnet 31 and the inner permanent magnet 32. It is formed by connecting the radial magnetic flux passing through. And there is almost no magnetic flux which comes out from the outer surface of the row
  • the floating output ring 34 around which the three-phase coil 33 is wound has an axial direction between the row of outer permanent magnets 31 and the row of inner permanent magnets 32 due to the interaction of magnetic force and the interaction of magnetic field and current. Thrust proportional to the moving thrust command value iq-ref is generated.
  • the support force controller 63 instructs the PWM inverter 23a to generate an excitation current for the three-phase coil 33, and the d-axis current component equal to the support force command value id-ref that is a constant value for the three-phase coil 33. An exciting current having id is injected.
  • a magnetic flux is generated in the three-phase coil 33 such that the central axis of the floating output ring 34 coincides with the central axis of the double cylinder 35 by the interaction between the magnetic flux generated by the outer permanent magnet 31 row and the inner permanent magnet 32 row.
  • the repulsive force of these magnetic fluxes keeps the radial position and posture constant even during the movement of the floating output ring 34 in the axial direction.
  • the floating output ring 34 around which the three-phase coil 33 is wound moves in the axial direction while stabilizing the position and posture in the radial direction, and pulls the operation rod 41.
  • the movable contact 52 connected to the operation rod 41 starts to be separated from the fixed contact 53, and the arc discharge is extinguished after the current zero point has elapsed, leading to current interruption.
  • the controller 23b stops the excitation current injection to the three-phase coil 33. Immediately before the excitation current injection is stopped, that is, immediately before the floating output ring 34 is stopped, the q-axis current component iq is gradually brought close to zero, and the moving speed of the floating output ring 34 is decreased. It is desirable to suppress the contact impact.
  • the closing operation of the power switching device 100 is the same as this interruption operation.
  • a closing command is input to the power switching device 100, an alternating current is applied to the three-phase coil 33, and the movable contact 52 and the fixed contact 53 are applied.
  • the same closing operation as the blocking operation is performed in the opposite direction to the blocking operation that connects the two.
  • the transmission mechanism 4 does not depend on the mechanical type and does not require electric power to maintain the input state.
  • the contact of the target 44 with the magnet unit 43 indicates a state in which a magnetic attractive force is applied to such an extent that the target 44 is fixed to the magnet unit 43 so that the position of the movable contact 52 is maintained. Although it is not touching, the state of being in close proximity is also included.
  • a row of permanent magnets 31 and a row of inner permanent magnets 32 and a floating output ring 34 around which a three-phase coil 33 is wound are provided.
  • the floating output ring 34 has no mechanical restraint relationship with other members other than being directly or indirectly connected to the movable contact 52. Instead, the controller 23b that controls the PWM inverter 23a that injects an alternating excitation current into the three-phase coil 33 generates a supporting force for the floating output ring 34 by magnetism by controlling the d-axis current component of the excitation current. Thus, the center axis of the double cylinder 35 and the floating output ring 34 are matched. Therefore, the linear motor 3 does not have any mechanical guide for the floating output ring 34 and can realize high maintainability.
  • the row of the outer permanent magnets 31 is configured by adjoining the permanent magnets 31 so that the magnetic poles of the annular or arcuate permanent magnets rotate 90 degrees at the maximum in the cross section including the central axis.
  • the array of inner permanent magnets 32 has a magnetic vector radial component in which the magnetic poles of the annular or arcuate permanent magnets have the same direction of the magnetization vector radial direction as the array of outer permanent magnets 31, and the magnetization vector axis is opposite to the array of outer permanent magnets 31.
  • the rows of the outer permanent magnets 31 and the rows of the inner permanent magnets 32 are fixed so as to face each other so that the magnetization vector radial direction components of the respective magnetic poles are in the same direction.
  • a thrust for reciprocating the movable contact 52 is generated by the action of the magnetic circuit generated by the row of the outer permanent magnets 31 and the row of the inner permanent magnets 32 and the excited three-phase coil 33.
  • Most magnetic fluxes constitute a magnetic circuit. Therefore, no back yoke is required.
  • the row of outer permanent magnets 31 and the row of inner permanent magnets 32 maintain substantially equal magnetization energy, so that there is a radius in the gap between the row of outer permanent magnets 31 and the row of inner permanent magnets 32.
  • the magnetic flux in the direction is very much distributed.
  • the three-phase coil 33 is disposed in the gap in which a large amount of magnetic flux in the radial direction is distributed, most of the magnetic flux is linked to the three-phase coil 33 at right angles, and a large thrust is generated with a smaller current. . For this reason, speeding up is possible.
  • the iron core and the yoke do not exist in the main magnetic flux formed by the row of the outer permanent magnets 31 and the row of the inner permanent magnets 32 or in the vicinity of the three-phase coil 33. Self-inductance is reduced. Therefore, even if the floating output ring 34 moves at a high speed, the voltage required to pass a predetermined excitation current to the three-phase coil 33 is reduced.
  • the floating output ring 34 does not require an iron core or a yoke, the weight can be reduced, and most of the three-phase coil 33 is linked to the main magnetic flux formed by the row of the outer permanent magnet 31 and the inner permanent magnet 32. Thrust / weight ratio is improved. For this reason, response performance is also improved.
  • FIG. 10 is a schematic external view of the linear motor 3 viewed from the axial direction in the power switchgear according to the second embodiment.
  • the present embodiment except for the configuration of the discs 35 a at both ends of the double cylinder 35, there is no difference in configuration from the first embodiment, and the description of other parts is omitted.
  • a low friction resin material 35c is attached along the inner edge of the opening 35b through which the floating output ring 34 passes.
  • the low friction resin material 35c is, for example, a fluororesin.
  • the thickness of the low friction resin material 35c has a certain clearance so as not to contact the opening 35b and the circular arc plates 34a, 34b of the floating output ring 34 that penetrates the opening 35b. In other words, the presence of voids can be maintained.
  • the low friction resin material 35c prevents direct contact between the floating output ring 34 and the circular plate 35a of the double cylinder 35, and keeps the sliding friction against the floating output ring 34 low even if there is an unexpected contact during operation. Has an effect.
  • FIG. 11 is a schematic external view showing the surface of the floating output ring 34 in the power switchgear according to the third embodiment.
  • the present embodiment except for the surface configuration of the floating output ring 34, there is no difference in configuration from the first or second embodiment, and therefore, description of other parts is omitted.
  • a low friction resin material 35 c is attached to the surface of the floating output ring 34.
  • the low friction resin material 35c is attached in a range where there is a possibility of contact with the circular plate 35a of the double cylinder 35.
  • the thickness of the low friction resin material 35c has a certain clearance so that the floating output ring 34 does not contact the double cylinder 35 or the disk 35a. It is possible.
  • This low friction resin material 35c also prevents direct contact between the floating output ring 34 and the circular plate 35a of the double cylinder 35 and the inner peripheral surface of the outer pipe 39, and floats even if there is unexpected contact during operation. It has the effect of suppressing sliding friction with respect to the output ring 34. Therefore, similarly to the second embodiment, the linear motor 3 is not easily damaged, has high maintainability, and can be stably operated even when the operation is stopped or in an emergency.
  • the double cylinder 35 functions as a stator, and the floating output ring 34 functions as a mover. However, if the double cylinder 35 and the floating output ring 34 move relative to each other, axial thrust is generated. As shown in FIGS. 12 and 13, the double cylinder 35 functions as a mover.
  • the transmission mechanism 4 may be connected to the double cylinder 35 by causing the floating output ring 34 to function as a stator.
  • FIG. 12 is an internal configuration diagram showing a power switchgear according to the fourth embodiment.
  • the circular arc plates 34a and 34b of the floating output ring 34 are fixed to a cover fixed to a floor such as the ground so as not to move.
  • a circular plate 34c that connects the circular arc plates 34a and 34b is fixed to a support member that protrudes from the inner peripheral surface of the cover.
  • the double cylinder 35 is not structurally fixed to the cover.
  • FIG. 13 is a perspective view showing an appearance of the linear motor 3 according to the fourth embodiment.
  • the double cylinder 35 is fixed to a second rod 46 erected on the disk 35a toward the outside of the cylinder.
  • the second rod 46 is connected to the intermediate rod 42 of the transmission mechanism 4.
  • the disk 34c is formed with an opening 34d through which the second rod 46 penetrates. .
  • the moving element that moves when considered as absolute coordinates, is opposite to that of the first embodiment, and the axial movement mechanism and action, the radial position and posture holding mechanism and action due to magnetic repulsion, and the like. Is the same as in the first embodiment. Therefore, also in this embodiment, since the linear motor 3 does not have any mechanical guide, high maintainability can be realized.

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Abstract

【課題】機械的ガイドを必要とせず、電磁式の持つメンテナンス性の良さを最大限に引き出した電磁式の操作機構及びこれを備えた電力用開閉装置を提供する。 【解決手段】外側永久磁石(３１)の列及び内側永久磁石(３２)の列と、その列の間に三相コイル(３３)が巻装された浮遊出力環(３４)を備える。浮遊出力環(３４)は、リニア電動機(３)において他部材との機械的な拘束関係を有しない。その代わり、三相コイル(３３)に交流の励磁電流を注入するＰＷＭインバータを制御する制御器は、励磁電流のｄ軸電流成分を制御することで、磁気による浮遊出力環(３４)に対する支持力を発生させて、二重円筒(３５)と浮遊出力環(３４)の中心軸を一致させる。

Description

操作機構、及び、その操作機構を備える電力用開閉装置
　本発明の実施形態は、可動接点を操作する電磁駆動方式の操作機構、及び当該操作機構を備える電力用開閉装置に関する。
　電力用開閉装置は、一対の接点を備え、この接点を接離させることで電路を開閉する。事故電流が検知されると、電力用開閉装置には遮断信号が入力され、電力用開閉装置は、この遮断信号を契機に電流を遮断すべく接点を開離させる。
　この電力用開閉装置は、一般的に、更に一対のアーク接点とパッファ室又は昇圧室を備えている。アーク接点は、接点の開離によって発生するアーク放電を引き受ける。パッファ室や昇圧室はピストンとシリンダで構成され、シリンダ及びピストンを相対的に移動させることで室内に滞留するガスを圧縮し、アーク接点間に室内の高圧ガスを吹き付ける。この高圧ガスの吹き付けによりアーク放電は消弧に至り、電流遮断が完了する。
　操作機構は、この電路開閉用の可動接点、アーク可動接点、及びピストン又はシリンダをそれぞれ相対移動させるために備えられている。従って、この操作機構には、任意の駆動が可能であること、可動子の高速移動が可能であること、及び、可動子の応答性能が良いことが要求される。
　任意の駆動が要求されるのは、事故電流は交流であり其の電圧は周期的に変動していること、及び事故発生時の位相がランダムであることにより、事故電流の発生から消弧の状態推移を鑑みて遮断しやすい適切なタイミングで遮断動作を行うことが望ましいからである。可動子の高速移動及び応答性能が要求されるのは、遮断動作は、遮断指令開始から数十ｍｓｅｃという短時間で完了しなければならないからである。
　さらに、これらの駆動性能に加えて、電力設備の地下設置化が進展していること、及び駆動機構を有することから、操作機構のサイズ上の制約やメンテナンス性といった性能も求められている。
　現在、操作機構としては、空気式、油圧式、ばね式、電磁駆動式が提供されている。油圧式は油圧アクチュエータを用いて可動部を駆動する方式である。ばね式は、圧縮したばねを開放した際のエネルギーを用いて可動部を駆動する方式であり、現在の主流である。電磁駆動式は電磁アクチュエータにより可動子を駆動する方式である。
　油圧式は、一般に大推力を得ることができ、高速化には有利である。油圧機構の駆動エネルギーあたりの大きさを考えるとばね機構より小型化が期待できるが、油圧ポンプ、アキュムレータを始めとする油圧システムが必要となるため、欠点として、油漏れと温度依存性があり、寒冷地などの機構としては不向きである。
　ばね式は、現在の主流となっており、油圧方式に比べて油漏れもなく、温度依存性がないため、寒冷地などを含むどの地域でも適用が可能である。しかしながら、当該方式は、多くの部品から構成されており、構造が複雑であるとともに摺動部を多く含んでいるため、多数回駆動した際の故障リスクが高い。そのためメンテナンスの頻度が多くなり、且つ、部品点数が多く構造が複雑であることから、多大な労力を要する。このようにメンテナンスの頻度・労力の観点からみてメンテナンス性が良いとはいえない。さらに、ばねの力を利用しているため、任意の駆動ができない。
　一方、電磁式は、構造が簡素なために部品点数や摺動部が少なく、メンテナンス性に優れる。電気信号に対する応答速度も十分に速い。電磁駆動式の例としては、回転機の動力を直動変換して可動接点を駆動する方式がある、例えば、日本国の公開特許公報、特開２００９－２１２３７２号公報（以下、特許文献１と言う）、同じく、日本国の公開特許公報、特開２００８－０２１５９９号公報（以下、特許文献２と言う）がある。この方式では回転機の駆動を制御することで任意の駆動を実現できる。
　また、電磁吸引力、電磁反発力を直接推力として用いる例として、電磁石および永久磁石の吸引力を利用する方式、例えば、日本国の公開特許公報、特開２００３－０１６８８８号公報（以下、特許文献３と言う）、あるいは、空心コイルに働く電磁吸引力あるいは反発力を利用する方式、例えば、日本国の公開特許公報、特開平１０－０４０７８２号公報、特開２００２－１２４１５８号公報（以下、特許文献４、特許文献５と言う）、または、誘導反発力を利用する方式、例えば、日本国の公開特許公報、特開平１１－０２５８１７号公報（以下、特許文献６と言う）を挙げることができる。空心コイルを用いる場合には、電気回路の時定数が小さく初期動作において高い応答性能が得られるといった特徴がある。
　また、互いに一定間隔を保持して内外に配置された円筒型永久磁石を用い、内外の円筒型永久磁石の間に位置する空心コイルに励磁電流を与えることで、この空心コイルを駆動する方式も提供されている、例えば、日本国の特許公報、特許第４６２５０３２号公報（以下、特許文献７と言う）、あるいは、日本国の公開特許公報、特開２０１０－１５４６８８号公報（以下、特許文献８と言う）がある。
特開２００９－２１２３７２号公報 特開２００８－０２１５９９号公報 特開２００３－０１６８８８号公報 特開平１０－０４０７８２号公報 特開２００２－１２４１５８号公報 特開平１１－０２５８１７号公報 特許第４６２５０３２号公報 特開２０１０－１５４６８８号公報
　このように電磁駆動式の操作機構は、各種が提案されているが、油圧式の操作機構やばね式の操作機構に比べて、可動接点の高速投入及び高速遮断のために不可欠となる推力の面で劣っているという指摘がされていた。
　すなわち、特許文献１及び２に示される回転電動機を用いた例では、高トルクを得るために回転電動機の巻線には鉄心を用いるという提案がなされているが、インダクタンスが大きくなり、電気回路の時定数も大きくなるため、応答性能の向上には限界が生じてしまう。そのため、推力と応答性能のトレードオフとなってしまう。
　また、特許文献３乃至６の電磁吸引力や電磁反発力を直接推力として用いる方式では、全可動域において任意の駆動を行うのは困難であるため、遮断しやすい適切なタイミングで遮断動作を行うことが難しい。
　特許文献７に示される円筒型永久磁石を配したアクチュエータを用いる方式では、任意の駆動が可能であり、コイルには鉄心を用いていないため、比較的インダクタンスを小さく抑えることが可能である。
　しかしながら、この特許文献７においては、より強力な磁束を生み出すため、そして、外部に磁場の影響を与えないために、外円筒永久磁石の外側および内円筒永久磁石の内側に円筒状の磁性体からなるバックヨークを用いているため、少なからずコイルのインダクタンスの増加を招いてしまうという問題がある。さらに、推力を増加させるため強力な永久磁石を用いる場合には、バックヨークの磁気飽和を避けるためにバックヨークを厚くしなければならない。このため、強力な永久磁石を用いたとしても推力／体積比を小さくするのは難しかった。
　一方、特許文献８のリニアアクチュエータでは、周期的に磁化ベクトルが変化するように永久磁石を特殊な配列に並べることで、バックヨークを必要としない構成となっている。そのため、軽量かつ優れた応答性能を有し、任意の駆動が可能なアクチュエータといえる。当該アクチュエータを電力用開閉装置の操作機構として用いることで、優れた遮断性能が得られるものであろう。
　但し、特許文献８のリニアアクチュエータは、軽量かつ優れた応答性能を有し、任意の駆動が可能であるものの、リニアアクチュエータは構造上、可動子を駆動軸方向に案内するリニアガイドが必要となる。このため、油圧式やばね式に比べれば、メンテナンス性は良いといえるが、このリニアガイドがメンテナンス性の低下を招くおそれがある。
　また、リニアガイドは大型化や高コスト化を招く要因であることは言うまでもない。更には、リニアアクチュエータの可動部質量の増加を招くため、高速化にも悪影響を及ぼすだろう。
　以上のとおり、従来の電力用開閉装置向け電磁式操作機構では、様々な方式が提案されており、優れた駆動性能を有するものもあるが、電磁式の持つメンテナンス性の良さを最大限に引き出せているとはいえなかった。
　本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、機械的ガイドを必要とせず、メンテナンス性に優れる電磁式の操作機構及びこれを備えた電力用開閉装置を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するために、本発明は次の構成を具備する。即ち、
　可動接点を往復駆動することで、開閉装置を遮断状態と投入状態との間で相互に移行させるための電力用開閉装置の操作機構は、第一の永久磁石の列と第二の永久磁石の列と二重円筒と浮遊出力環と励磁手段とを備える。
　第一の永久磁石の列は、円環状若しくは円弧状の永久磁石の磁極がその中心軸を含む断面において最大でも９０度ずつ回転するよう当該永久磁石を隣接させて構成される。第二の永久磁石の列も、円環状若しくは円弧状の永久磁石の磁極がその中心軸を含む断面において最大でも９０度ずつ回転するよう当該永久磁石を隣接させて構成される。
　二重円筒は、磁化ベクトル半径方向成分が同じ向きの前記第一の永久磁石と前記第二の永久磁石とを対向させ、両列が一定距離を保つように固定する。浮遊出力環は、導体で構成されるコイルが巻き付けられて、前記第一の永久磁石の列と前記第２の永久磁石の列との間に位置し、前記可動接点に直接又は間接的に繋がる以外は他部材との機械的な拘束関係を有しない。
　励磁手段は、前記コイルへの励磁電流を生成する。この励磁手段は、支持力制御手段と推力制御手段とを備える。支持力制御手段は、前記励磁電流のｄ軸電流成分を制御することで、磁気による前記浮遊出力環に対する支持力を発生させて、前記二重円筒と前記浮遊出力環の中心軸を一致させる。推力制御手段は、前記励磁電流のｑ軸電流成分を制御することで、前記二重円筒と前記浮遊出力環との間の軸方向推力を発生させる。
　前記二重円筒は、端面に当該二重円筒の各筒を連結して各筒の距離を固定する円板と、前記円板に設けられ、前記浮遊出力環が貫通する開口部と、前記開口部の縁に設けられ、前記浮遊出力環に対する低摩擦樹脂部とを備えるようにしてもよい。
　また、前記二重円筒は、端面に当該二重円筒の各筒を連結して各筒の距離を固定する円板と、前記円板に設けられ、前記浮遊出力環が貫通する開口部とを備え、前記浮遊出力環は、前記開口部を通過する周面領域に低摩擦樹脂部を備えるようにしてもよい。
第一の実施形態に係る電力用開閉装置を示す内部構成図である。 リニア電動機の外観を示す斜視図である。 リニア電動機の軸に沿ったＡ－Ａ’断面図である。 リニア電動機の軸に直交するＢ－Ｂ’断面図である。 駆動装置の構成図である。 制御器の構成図である。 伝達機構を示す構成図である。 励磁電流のｄ軸成分を一定とした場合の反発力を示す模式図である。 三相コイル周辺の磁束の状態を示す模式図である。 第２の実施形態に係り、リニア電動機を軸方向から見た概略外観図である。 第３の実施形態に係り、浮遊出力環の表面を示す概略外観図である。 第４の実施形態に係る電力用開閉装置を示す内部構成図である。 第４の実施形態に係るリニア電動機の外観を示す斜視図である。
　（第１の実施形態）
　（１．構成）
　（１－１．全体構成）
　図１は、第１の実施形態に係る電力用開閉装置を示す内部構成図である。電力用開閉装置１００は、負荷開閉器、断路器、遮断器などの電路を開閉する装置であり、駆動装置２とリニア電動機３と伝達機構４とを有する操作機構１、開閉機構５を備えている。
　駆動装置２は、電源２００から送出される電力を励磁電流としてリニア電動機３へ付与することで、リニア電動機３を駆動させる。リニア電動機３は、駆動装置２から励磁電流を受けて磁力の相互作用、及び磁界と電流の相互作用によって、直線方向の推力を発生させる。伝達機構４は、軸方向に進退可能な操作ロッド４１を有しており、この操作ロッド４１が押し引きされることによってリニア電動機３が発生させた推力を開閉機構５に伝達する。
　開閉機構５は、消弧性ガスが充填された密閉空間５１内に可動接点５２と固定接点５３とを配設しており、また可動接点５２は操作ロッド４１に固定されており、可動接点５２は、操作ロッド４１の押し引きに応じて固定接点５３に対して離反又は接触し、これにより開閉機構５は電路を開閉する。
　（１－２．リニア電動機）
　図２乃至４は、リニア電動機３の詳細構成を示す図であり、図２はリニア電動機３の外観を示す斜視図、図３はリニア電動機３の軸に沿ったＡ－Ａ’断面図、図４はリニア電動機３の軸に直交するＢ－Ｂ’断面図である。
　リニア電動機３は、図２に示すように、大別すると浮遊出力環３４と二重円筒３５を備えている。地上等のフロアに固設されたカバーに移動不能に固定された二重円筒３５に対して、二重円筒３５の内部に配置された浮遊出力環３４が軸方向に移動することで、浮遊出力環３４に固定された操作ロッド４１に直線方向の推力を与える。
　二重円筒３５は、同心の二重殻を有する。浮遊出力環３４は、非磁性材料によって形成され、一対の長い円弧板３４ａ、３４ｂが円弧中心を一致させて向かい合わせになった形状、換言すると、円筒の周壁の一部対面箇所が軸に沿って切り欠かれた形状を有する。
　二重円筒３５の外殻は、地上等のフロアに固設されたカバーに支持部材を介して固定されている。二重円筒３５の設置向きは、縦置きでも横置きでも特に限定されない。浮遊出力環３４の外径は二重円筒３５の外殻径よりも小さく、内殻径よりも大きい。この浮遊出力環３４は、二重円筒３５の外殻と内殻との間に介在して二重円筒３５の内部に延設されている。
　この浮遊出力環３４は、可動接点５２と直接又は操作ロッド４１を介して間接的に繋がる以外は、リニア電動機３において二重円筒３５やその他の構成部材との機械的な拘束を受けておらず、後述するように磁気反発力によって浮遊支持されている。換言すると、浮遊出力環３４は、構造力学上の支持力を受けてはおらず、例えば二重円筒３５の半径方向の位置を規制するガイドバーのような存在はない。
　二重円筒３５の両端部は、非磁性材料によって形成された円板３５ａにより閉蓋されている。この円板３５ａは、二重円筒３５の外殻及び内殻を一定クリアランス及び一定姿勢を保ったまま繋げる連結部材として機能しており、二重円筒３５の外殻及び内殻の端部がそれぞれ円板３５ａに固定されている。また、浮遊出力環３４の一対の円弧板３４ａ、３４ｂについても両端部に固定された円板３４ｃによって一定クリアランス及び一定姿勢を保ったまま繋がっている。
　更に、浮遊出力環３４の軸方向の長さは二重円筒３５の軸方向の長さよりも長い。すなわち、二重円筒３５の両端を閉蓋する円板３５ａには、浮遊出力環３４が貫通する開口部３５ｂが円弧板３４ａ、３４ｂの形状に合わせて形成されている。
　このような殻構造を有するリニア電動機３は、図３及び４に示すように、概略等しい磁化エネルギーを保持した外側永久磁石３１の列及び内側永久磁石３２の列により発生する磁場と三相コイル３３の励磁によって、三相コイル３３が巻回された浮遊出力環３４を軸方向に進退させ、これが直線方向の推力となる。
　すなわち、リニア電動機３の内部において、三相コイル３３は、浮遊出力環３４に巻装されている。三相コイル３３が巻装される浮遊出力環３４の箇所は、貫通せずに十分な強度を維持できる程度に一段掘り下げられており、三相コイル３３は、浮遊出力環３４の外周面と面一若しくは埋没している。三相コイル３３に対する励磁電流の供給線３３ａは、浮遊出力環３４の周壁内部を通って円板３４ｃから引き出される。
　外側永久磁石３１の列及び内側永久磁石３２の列は、浮遊出力環３４を形成する殻壁を挟んで軸方向に沿って敷設されている。浮遊出力環３４の殻壁と外側永久磁石３１の列及び内側永久磁石３２の列との間には一定のクリアランスが設けられている。
　内側永久磁石３２は、円弧状又は円環形状であり、内側パイプ３８に固定されている。この内側パイプ３８は、浮遊出力環３４の内部に位置が固設される二重円筒３５の内殻である。内側永久磁石３２は、この内側パイプ３８の外周面に嵌め込まれ、内側パイプ３８の軸方向に複数並べられることで、浮遊出力環３４の内周面と対向する。
　外側永久磁石３１も、円弧状又は円環形状であり、外側パイプ３９に固定されている。この外側パイプ３９は、浮遊出力環３４を内部に収容するにように位置が固設される二重円筒３５の外殻である。外側永久磁石３１は、この外側パイプ３９の内周面に嵌め込まれ、外側パイプ３９の軸方向に複数並べられることで、浮遊出力環３４の外周面と対向する。
　内側永久磁石３２及び外側永久磁石３１は、それぞれ、磁化の向きを少しずつ変えて並べたハルバッハ配列で並べられている。本実施形態では、浮遊出力環３４の中心軸を含む断面において、隣接の永久磁石の磁化の向きが最大でも９０度ずつ回転するように永久磁石が配置される。
　また、内側永久磁石３２の列と外側永久磁石３１の列とでは、回転する磁化の向きが逆である。すなわち、例えば、外側永久磁石３１の列に沿って順番に見た磁化の向きは時計回りになり、内側永久磁石３２の列に沿って順番に見た磁化の向きは反時計回りになる。
　更に、この内側永久磁石３２及び外側永久磁石３１は、浮遊出力環３４の殻壁を挟んで１対１で対向するように配置される。磁化ベクトルが同じ向きの半径方向成分を有する内側永久磁石３２及び外側永久磁石３１が対向し、磁化ベクトルが逆向きの軸方向成分を有する内側永久磁石３２及び外側永久磁石３１が対向する。この半径方向及び軸方向とは円弧状又は円環状の外側永久磁石３１及び内側永久磁石３２を基準にした方向である。
　また、このようなリニア電動機３において、三相コイル３３の外側永久磁石３１の列に対する相対位置は位置センサ２１によって検出される。位置センサ２１は、リニアスケール２１ａと光学式ピックアップ２１ｂとで構成される。
　光学式ピックアップ２１ｂは、浮遊出力環３４の外周面であって、二重円筒３５から突出した部分に立設した接続部材３７に取り付けられており、浮遊出力環３４とともに移動する。リニアスケール２１ａは、二重円筒３５の外側パイプ３９の外周面に取り付けられており、光学式ピックアップ２１ｂと対面している。光学式ピックアップ２１ｂは、受発光の指向方向をリニアスケール２１ａに向けることで、リニアスケール２１ａの目盛を検出する。
　（１－３．駆動装置）
　図５は、駆動装置２の構成図である。駆動装置２は、母線２２を介して電力の授受を行う電力変換器２３及び電源電力変換器２４を備えている。母線２２には、電力貯蔵手段として、平滑コンデンサ２５及び蓄電装置２６が更に接続されている。
　平滑コンデンサ２５及び蓄電装置２６は、並列に接続されて平滑回路として機能し、三相コイル３３での電力の消費及び三相コイル３３からの電力の回生時においても、母線２２の電圧変動を小さく抑える。平滑コンデンサ２５や蓄電装置２６は母線２２の適当な箇所に複数個配置されていても差し支えない。
　蓄電装置２６には、バッテリ－２６ａ、抵抗器２６ｂ、及びダイオード２６ｃが配置されている。抵抗器２６ｂ及びダイオード２６ｃは、バッテリ－２６ａの正極側に接続されており、また抵抗器２６ｂとダイオード２６ｃとは並列に接続されている。すなわち、バッテリ－２６ａの過充電を抑制すべく、バッテリ－２６ａからの電力供給時には抵抗器２６ｂでの電力消費がなく、バッテリ－２６ａへの充電時には抵抗器２６ｂで充電電力の一部が消費されるように構成されている。
　電源電力変換器２４は、インバータ２４ａと回生受電制御器２４ｂを備えている。回生受電制御器２４ｂは、外部からの回生受電指令信号に基づいて、平滑コンデンサ２５およびバッテリ－２６ａに蓄えられた電力を電源２００へ回生するとともに、電源２００からの電力を貯蔵するためにインバータ２４ａの点弧角を制御する。
　電力変換器２３は、三相コイル３３への励磁電流を生成する励磁手段の一例である。この電力変換器２３は、三相コイル３３への交流の励磁電流を生成して、供給線３３ａを介して三相コイル３３に供給するＰＷＭ(Pulse Width Modulation)インバータ２３ａを備えている。また、この電力変換器２３は、ＰＷＭインバータ２３ａが生成及び供給する励磁電流を制御する制御器２３ｂを備えている。
　ＰＷＭインバータ２３ａは電力変換素子群を備えており、制御器２３ｂは、この電力変換素子群の点弧角を制御する。このとき、制御器２３ｂは、駆動装置２の外部から入力された推力指令値ｉｑ－ｒｅｆ及び支持力指令値ｉｄ－ｒｅｆに等しい推力及び支持力が三相コイル３３に発生するように、ＰＷＭインバータ２３ａを制御する。駆動装置２の外部とは、例えば、電力用開閉装置１００と信号線によって電気通信可能に接続された外部端末である。
　尚、推力とは、浮遊出力環３４の軸方向の移動力である。支持力とは、浮遊出力環３４の半径方向の浮遊力であり、浮遊出力環３４の中心軸を二重円筒３５の中心軸に倣って一致させ、浮遊出力環３４の姿勢を案内する作用を生み出す。
　（１－４．制御器）
　図６は、制御器２３ｂの構成図である。制御器２３ｂは、三相コイル３３のＵ、Ｖ、及びＷ相のうち、少なくともＵ相とＷ相の励磁電流を検出するＵ相電流センサ２７及びＷ相電流センサ２８（図５参照）に接続され、また三相コイル３３の外側永久磁石３１の列に対する相対位置を検出する位置センサ２１に信号線によって信号受信可能に接続されている。制御器２３ｂは、Ｕ相電流センサ２７及びＷ相電流センサ２８と位置センサ２１からの信号を参照して推力制御及び支持力制御を行う。
　この制御器２３ｂは、一例として、３相／２相変換器６１と、推力制御器６２と、支持力制御器６３と、２相／３相変換器６４とを備えている。３相／２相変換器６１、推力制御器６２、支持力制御器６３、及び２相／３相変換器６４は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＲＩＳＣ（Ｒｅｄｕｃｅｄ　Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｓｅｔ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の演算器により構成されている。
　３相／２相変換器６１は、三相コイル３３のＵ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流、及び三相コイル３３の移動距離を入力とし、クラーク変換及びパーク変換を順に演算して、三相コイル３３に注入されている励磁電流のｄ軸電流成分ｉｄとｑ軸電流成分ｉｑとを算出する。
　ｄ軸電流成分ｉｄは、三相コイル３３の界磁に寄与する電流成分であり、ｑ軸電流成分ｉｑは、三相コイル３３の推力に寄与する電流成分である。Ｖ相電流は、１２０度位相が進み及び遅れているＵ相電流とＷ相電流とを用いて推定してもよい。すなわち、３相／２相変換器６１は、少なくとも、Ｕ相電流センサ２７、Ｗ相電流センサ２８及び位置センサ２１に信号線を介して信号受信可能に接続されている。
　推力制御器６２は、外部からの推力指令値ｉｑ－ｒｅｆと３相／２相変換器６１からのｑ軸電流成分ｉｑを入力とし、ｑ軸電流成分ｉｑから推定される推力又はｑ軸電流成分ｉｑが、推力指令値ｉｑ－ｒｅｆが示す目標推力又は当該目標推力を発生させる励磁電流のｑ軸電流成分と等しくなる制御入力ｑ軸成分を算出する。この制御入力ｑ軸成分は、ＰＷＭインバータ２３ａが電流制御の場合は電流値、ＰＷＭインバータ２３ａが電圧制御の場合は電圧値である。
　推力制御器６２による制御入力ｑ軸成分の算出は、例えばＰＩ制御(proportional Integral Control)又はＰＩＤ制御(proportional Integral Derivative Control)により行う。すなわち、推力制御器６２は、推力指令値ｉｑ－ｒｅｆとｑ軸電流成分ｉｑとの偏差、偏差の積分、又は偏差の微分、又はこれらの組み合わせの和に比例する制御入力ｑ軸成分を算出する。
　支持力制御器６３は、外部からの支持力指令値ｉｄ－ｒｅｆと３相／２相変換器６１からのｄ軸電流成分ｉｄを入力とし、ｄ軸電流成分ｉｄから推定される支持力又はｄ軸電流成分ｉｄが、推力指令値ｉｄ－ｒｅｆが示す目標支持力又は当該目標支持力を発生させる励磁電流のｄ軸電流成分と等しくなる制御入力ｄ軸成分を算出する。制御入力ｄ軸成分は、ＰＷＭインバータ２３ａが電流制御の場合は電流値、ＰＷＭインバータ２３ａが電圧制御の場合は電圧値である。目標支持力は、浮遊出力環３４の中心軸を二重円筒３５の中心軸に倣わせて一致させるために三相コイル３３が発生させる磁気反発力である。
　支持力制御器６３による制御入力ｄ軸成分の算出は、例えばＰＩ制御又はＰＩＤ制御により行う。すなわち、支持力制御器６３は、支持力指令値ｉｄ－ｒｅｆとｄ軸電流成分ｉｄとの偏差、偏差の積分、又は偏差の微分、又はこれらの組み合わせの和に比例する制御入力ｄ軸成分を算出する。
　２相／３相変換器６４は、推力制御器６２及び支持力制御器６３から出力されたｄｑ軸系の制御入力ｄ軸成分及び制御入力ｑ軸成分を入力とし、逆パーク変換及び逆クラーク変換を順に演算することで、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各制御入力を算出する。そして、２相／３相変換器６４は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各制御入力をＰＷＭインバータ２３ａへ送り、三相コイル３３に注入する励磁電流を生成させる。この励磁電流は、推力指令値ｉｑ－ｒｅｆ及び支持力指令値ｉｄ－ｒｅｆに従った推力及び支持力を発生させる力となる。
　ここで、推力指令値ｉｑ－ｒｅｆは、浮遊出力環３４の次の目標軸方向速度及び目標軸方向位置により決定され、位置センサ２１が出力する三相コイル３３の移動距離を示す情報を元に生成される。一方、支持力指令値ｉｄ－ｒｅｆは、浮遊出力環３４の径方向相対変位および相対姿勢角をセンシングしフィードバック制御する必要のない受動安定であり、一定値である。
　すなわち、浮遊出力環３４は、制御器２３ｂによって軸方向に１自由度の制御系で軸方向移動及び姿勢安定が制御される。そのため、一定値である支持力指令値ｉｄ－ｒｅｆについては、支持力制御器６３にメモリ等の記憶領域を具備させておき、その記憶領域に記憶させるようにしてもよい。
　（１－５．伝達機構）
　図７は、伝達機構４を示す構成図であり、左半図が遮断状態、右半図が投入状態を示している。尚、この実施形態では投入状態を保持する例を用いて説明されているが、同様の機構を用いて遮断状態を保持することもできる。
　まず、伝達機構４の操作ロッド４１と浮遊出力環３４との間には、別の中間ロッド４２が接続されている。この中間ロッド４２の一端と、出力環３４の一端とは、共通のピンによって回転可能に軸支されている。また、中間ロッド４２の他端と操作ロッド４１の一端とは、共通のピンによって回転可能に軸支されている。中間ロッド４２と出力環３４を軸支しているピンと、操作ロッド４１と中間ロッド４２を軸支しているピンとは、直交している。
　また、伝達機構４は、磁気ユニット４３とターゲット４４とを有し、磁気吸引力によって、可動接点５２と固定接点５３との接触状態を維持する。ターゲット４４は、強磁性体により形成された板状部材であり、中間ロッド４２の周面に立設されている。一方、中間ロッド４２は地上に固定されたフレーム４５に挿通されているが、強磁性体により形成されたヨーク４３ａと永久磁石４３ｂから構成されている磁石ユニット４３は、ターゲット４４に対向するように、フレーム４５の中間ロッド４２が通る孔の近傍に固定されている。
　磁石ユニット４３とターゲット４４の位置関係は、磁石ユニット４３が開閉機構５側であり、ターゲット４４が浮遊出力環３４側である。要するに、操作ロッド４１が可動接点５２を固定接点５３に接触させる方向に移動したときに、ターゲット４４が磁石ユニット４３へ近づくように両者は配置される。尚、磁石ユニット４３とターゲット４４の位置関係を逆にしても同様の効果を得ることができる。
　（２．作用）
　（２－１．三相コイルの案内及び姿勢）
　このような電力用開閉装置１００の動作及び作用を説明する。まず、三相コイル３３にゼロ以外（ｉｄ≠０）のｄ軸電流成分を有する励磁電流を注入した場合の三相コイル３３の姿勢について説明する。
　図８は、励磁電流のｄ軸成分を一定とした場合の反発力を示しており、励磁電流のｄ軸成分の値を規定運転時の励磁電流のｑ軸成分に対する比で表している。図９は、三相コイル３３周辺の磁束の状態を示しており、本説明の場合、リニア電動機３が横置き配置されている。
　まず、励磁電流のｄ軸電流成分は三相コイル３３に界磁作用をもたらす。この界磁作用によって三相コイル３３が作る磁束は、外側永久磁石３１の列及び内側永久磁石３２の列によって形成されている磁束に対して反発し合う。その反発力は、互いの磁束線同士の距離が短いほど大きくなる。
　このような復元力は、図８に示す解析結果によって裏付けられている。図８に示すように、復元力は、二重円筒３５に対する浮遊出力環３４の径方向相対変位に比例して大きくなる。また、励磁電流のｄ軸電流成分を変化させることで、その比例定数は変化する。従って、励磁電流のｄ軸電流成分を制御することで意図した支持力、及び二重円筒３５に対する浮遊出力環３４の相対姿勢が得られる。
　このため、図９の（ａ）に示すように、浮遊出力環３４の上半円が外側パイプ３９の天井側に偏って浮き上がると、リニア電動機３の上半円において、三相コイル３３が外側永久磁石３１の列に近づき、外側永久磁石３１の列と三相コイル３３との間に働く反発力は、内側永久磁石３２の列と三相コイル３３との間に働く力より大きくなる。
　反対に、リニア電動機３の下半円において、三相コイル３３が内側永久磁石３２の列に近づき、内側永久磁石３２の列と三相コイル３３との間に働く反発力は、外側永久磁石３１の列と三相コイル３３との間に働く力より大きくなる。
　その結果、三相コイル３３が巻回された浮遊出力環３４には、その軸芯が二重円筒３５の軸芯に一致する方向へ戻る下向きの力が働く。
　また、図９の（ｂ）に示すように、三相コイル３３が時計回りに回転した場合には、三相コイル３３の浮き上がった側は下向きの力が働き、三相コイル３３の沈み込んだ側は上向きの力が働き、これによって、三相コイル３３が巻回された浮遊出力環３４には、その軸芯が二重円筒３５の軸芯に一致する方向へ戻る反時計回りのモーメントが生じる。
　この作用が、浮遊出力環３４の運動を軸方向に１自由度に案内するガイドとしての役割を果たすこととなる。当該作用は磁気反発力を利用しているため、浮遊出力環３４の軸方向以外の自由度に関しては受動安定となり、浮遊出力環３４の径方向相対変位および相対姿勢角をセンシングしフィードバック制御する必要はない。
　すなわち、励磁電流のｄ軸成分の制御には、必要となるＵ相電流センサ２７及びＷ相電流センサ２８と位置センサ２１だけで十分である。また、浮遊出力環３４の軸方向の運動に関しては、受動安定ではないが、推力制御器６２によって制御されるため何ら問題はない。
　（２－２．遮断過程）
　以上のように浮遊出力環３４に対する支持力が制御される電力用開閉装置１００においては、系統に事故電流が発生すると、外部から推力指令値ｉｑ－ｒｅｆ及び支持力指令値ｉｄ－ｒｅｆが入力される。支持力指令値ｉｄ－ｒｅｆが電力用開閉装置１００に記憶されている場合は、推力指令値ｉｑ－ｒｅｆのみが入力される。
　推力制御器６２は、三相コイル３３に対する励磁電流の生成をＰＷＭインバータ２３ａに指示し、三相コイル３３に対して推力指令値ｉｑ－ｒｅｆと等しいｑ軸電流成分ｉｑを有する励磁電流を注入させる。
　このとき、外側永久磁石３１列と内側永久磁石３２列は、図９に示すように、外側永久磁石３１の列と内側永久磁石３２の列を環で結んだ磁気回路を形成している。より具体的には、磁気回路は、外側永久磁石３１の列と内側永久磁石３２の列の内部を通過する軸方向の磁束と、外側永久磁石３１と内側永久磁石３２との間の隙間部を通る半径方向の磁束とを結んで形成される。そして、外側永久磁石３１の列の外側面から出る磁束はほとんどなく、また内側永久磁石３２の列の内側面から出る磁束はほとんどない。
　従って、外側永久磁石３１と内側永久磁石３２との間の隙間部には、半径方向の磁束が極めて多く分布するようになり、励磁された三相コイル３３に対して多くの半径方向の磁束が直角に鎖交することとなる。
　そのため、三相コイル３３が巻回された浮遊出力環３４は、磁力の相互作用及び磁界と電流の相互作用によって、外側永久磁石３１の列と内側永久磁石３２の列との間を軸方向へ移動する推力指令値ｉｑ－ｒｅｆに比例した推力が発生する。
　一方、支持力制御器６３は、三相コイル３３に対する励磁電流の生成をＰＷＭインバータ２３ａに指示し、三相コイル３３に対して一定値である支持力指令値ｉｄ－ｒｅｆと等しいｄ軸電流成分ｉｄを有する励磁電流を注入させる。
　そのため、外側永久磁石３１列と内側永久磁石３２列が発生させる磁束との相互作用によって浮遊出力環３４の中心軸が二重円筒３５の中心軸と一致するような磁束が三相コイル３３に発生し、これら磁束の反発力によって、浮遊出力環３４の軸方向への移動中においても径方向の位置と姿勢が一定に保たれる。
　これにより、三相コイル３３が巻回された浮遊出力環３４は、径方向の位置と姿勢を安定させながら、軸方向に移動し、操作ロッド４１を引っ張る。操作ロッド４１に連結された可動接点５２は、固定接点５３から開離し始め、アーク放電が電流ゼロ点の経過の後に消弧し、電流遮断に至る。
　電流遮断に至るタイミング、すなわち、位置センサ２１による検出値が所望値に達すると、制御器２３ｂは三相コイル３３に対する励磁電流の注入を停止させる。尚、励磁電流の注入停止直前、すなわち浮遊出力環３４の停止直前においては、ｑ軸電流成分ｉｑを徐々にゼロに近づけ、浮遊出力環３４の移動速度を下げていき、ターゲット４４と磁気ユニット４３の接触衝撃を抑制しておくことが望ましい。
　電力用開閉装置１００の投入動作は、この遮断動作と同様であり、電力用開閉装置１００には投入指令が入力されると三相コイル３３に交流電流を付与し、可動接点５２と固定接点５３とを接続する遮断動作と逆向きで遮断動作と同様の投入動作を行う。
　（投入状態）
　リニア電動機３が停止状態にあるときには、可動接点５２が固定接点５３側に接触している間は、開閉機構５の可動接点５２には何らの推力も出力されていない。この電流投入状態では、図７の右半図に示されるように、磁石ユニット４３に対してターゲット４４が接触している。そのため、磁石ユニット４３の磁気吸引力がターゲット４４に強く作用し、ターゲット４４が磁石ユニット４３に固定される。
　ターゲット４４が磁石ユニット４３に固定されると、中間ロッド４２と操作ロッド４１の駆動は阻止されるため、可動接点５２も投入位置で維持されることとなる。そのため、リニア電動機３を停止させた状態において可動接点５２に重力等の外力が作用しても、リニア電動機３の運転を継続することなく投入状態を保つことができる。従って、本実施形態による伝達機構４は、機械式に依らず、また投入状態を維持するために電力を必要としない。
　尚、磁石ユニット４３に対するターゲット４４の接触には、可動接点５２の位置が維持されるようにターゲット４４が磁石ユニット４３に固定される程度に磁気吸引力が作用している状態を指し、すなわち厳密に接触していないが、極近接している状態も含まれる。
　（３．効果）
　以上のように、電力用開閉装置１００の可動接点５２を往復駆動することで、開閉装置を遮断状態と投入状態との間で相互に移行させるためのリニア電動機３において、本実施形態では、外側永久磁石３１の列及び内側永久磁石３２の列と、三相コイル３３が巻装された浮遊出力環３４を備えるようにした。
　浮遊出力環３４は、可動接点５２に直接又は間接的に繋がる以外は他部材との機械的な拘束関係を有しない。その代わり、三相コイル３３に交流の励磁電流を注入するＰＷＭインバータ２３ａを制御する制御器２３ｂは、励磁電流のｄ軸電流成分を制御することで、磁気による浮遊出力環３４に対する支持力を発生させて、二重円筒３５と浮遊出力環３４の中心軸を一致させる。そのため、リニア電動機３は浮遊出力環３４の機械的なガイドを一切持たず、高いメンテナンス性を実現できる。
　また、外側永久磁石３１の列は、円環状若しくは円弧状の永久磁石の磁極がその中心軸を含む断面において最大でも９０度ずつ回転するよう当該永久磁石３１を隣接させて構成した。内側永久磁石３２の列は、円環状若しくは円弧状の永久磁石の磁極が外側永久磁石３１の列と同じ向きの磁化ベクトル半径方向成分を有するとともに外側永久磁石３１の列と逆向きの磁化ベクトル軸方向成分を有する。そして、これら外側永久磁石３１の列と内側永久磁石３２の列をそれぞれの磁極の磁化ベクトル半径方向成分が同じ向きとなるように対向させて固定した。
　これにより、外側永久磁石３１の列と内側永久磁石３２の列により発生する磁気回路と励磁された三相コイル３３の作用により可動接点５２を往復駆動させるための推力を発生させる。このとき、外側永久磁石３１の列の外側面と内側永久磁石３２の列の内側面から出る磁束はほとんどなく、外側永久磁石３１の列の外側面と内側永久磁石３２の列の内側面の間でほとんどの磁束が磁気回路を構成する。そのため、バックヨークを必要としない。
　加えて、外側永久磁石３１の列と内側永久磁石３２の列は略等しい磁化エネルギーを保持しており、これにより、外側永久磁石３１の列と内側永久磁石３２の列との空隙中には半径方向の磁束が極めて多く分布するようになる。さらに、半径方向の磁束が極めて多く分布する空隙中に三相コイル３３が、配置されるので、磁束の大部分が三相コイル３３と直角に鎖交し、より少ない電流で大きな推力が発生する。このため、高速化が可能である。
　また、リニア電動機３が運転状態にあるとき、鉄心やヨークが外側永久磁石３１の列及び内側永久磁石３２の列の作る主磁束内や三相コイル３３近傍に存在しないため、三相コイル３３の自己インダクタンスが小さくなる。従って、浮遊出力環３４が高速で運動しても所定の励磁電流を三相コイル３３に通電するのに必要な電圧が低減される。
　また、浮遊出力環３４に鉄心やヨークが不要なため、軽量化が実現できるとともに三相コイル３３の大部分が外側永久磁石３１及び内側永久磁石３２の列の作る主磁束に鎖交するため、推力／重量比が向上する。このため、応答性能も向上する。
　（第２の実施形態）
　図１０は、第２の実施形態に係る電力用開閉装置において、リニア電動機３を軸方向から見た概略外観図である。尚、本実施形態では、二重円筒３５が有する両端の円板３５ａの構成を除き、第１の実施形態と構成上の相違はないため、他の部分の説明は省略する。
　図１０に示すように、第２の実施形態において、浮遊出力環３４が貫通する開口部３５ｂには、内縁に沿って低摩擦樹脂材３５ｃが付設されている。低摩擦樹脂材３５ｃは、例えばフッ素樹脂である。低摩擦樹脂材３５ｃの厚みは、開口部３５ｂと当該開口部３５ｂを貫通する浮遊出力環３４の円弧板３４ａ、３４ｂとは接触しないように一定のクリアランスを有しているが、このクリアランスを潰さずに、空隙の存在を維持できる程度である。
　この低摩擦樹脂材３５ｃは、浮遊出力環３４と二重円筒３５の円板３５ａとの直接接触を防止し、運転時の予期せぬ接触があっても浮遊出力環３４に対する摺動摩擦を低く抑える作用を有する。
　そのため、浮遊出力環３４の中心軸と二重円筒３５の中心軸とがずれてしまうような、予期せぬ過大な力が浮遊出力環３４に作用し、浮遊出力環３４と二重円筒３５の円板３５ａとが接触してしまった場合であっても、その摺動摩擦は低減され、リニア電動機３が破損し難くなる。従って、高いメンテナンス性を持つとともに、運転停止時、非常時においても安定した運用が可能となる。
　（第３の実施形態）
　図１１は、第３の実施形態に係る電力用開閉装置において、浮遊出力環３４の表面を示す概略外観図である。尚、本実施形態では、浮遊出力環３４の表面構成を除き、第１又は第２の実施形態と構成上の相違はないため、他の部分の説明は省略する。
　図１１に示すように、第３の実施形態においては、浮遊出力環３４の表面に低摩擦樹脂材３５ｃが付設されている。低摩擦樹脂材３５ｃは、二重円筒３５の円板３５ａと接触の虞のある範囲に付設しておく。低摩擦樹脂材３５ｃの厚みは、浮遊出力環３４と二重円筒３５や円板３５ａとは接触しないように一定のクリアランスを有しているが、このクリアランスを潰さずに、空隙の存在を維持できる程度である。
　この低摩擦樹脂材３５ｃにおいても、浮遊出力環３４と二重円筒３５の円板３５ａや外側パイプ３９の内周面との直接接触を防止し、運転時の予期せぬ接触があっても浮遊出力環３４に対する摺動摩擦を低く抑える作用を有する。そのため、第２の実施形態と同様に、リニア電動機３が破損し難くなり、高いメンテナンス性を持つとともに、運転停止時、非常時においても安定した運用が可能となる。
　（第４の実施形態）
　第１の実施形態では、二重円筒３５が固定子として機能し、浮遊出力環３４が可動子として機能した。しかしながら、二重円筒３５と浮遊出力環３４とが相対的に移動すれば、軸方向の推力は発生するものであり、図１２及び１３に示すように、二重円筒３５を可動子として機能させ、浮遊出力環３４を固定子として機能させるようにし、二重円筒３５に伝達機構４を接続するようにしてもよい。
　図１２は、第４の実施形態に係る電力用開閉装置を示す内部構成図である。図１２に示すように、浮遊出力環３４の円弧板３４ａ及び３４ｂは、地上等のフロアに固設されたカバーに移動不能に固定されている。一例としては、円弧板３４ａ及び３４ｂを繋ぐ円板３４ｃがカバーの内周面から突出する支持部材に固定されている。一方、二重円筒３５はカバーとの構造上の固定関係はない。
　また、図１３は、第４の実施形態に係るリニア電動機３の外観を示す斜視図である。図１３に示すように、二重円筒３５は、円板３５ａに筒の外側に向かって立設された第２のロッド４６に固定されている。この第２のロッド４６は、伝達機構４の中間ロッド４２に接続されている。尚、この第２のロッド４６と浮遊出力環３４の円板３４ｃとの物理的な障害を防ぐために、円板３４ｃには、第２のロッド４６が遊貫される開口３４ｄが形成されている。
　本実施形態は、絶対座標として考えたときに、第１の実施形態と移動する可動子が逆であるだけで、軸移動機構及び作用、磁気反発による半径方向の位置及び姿勢の保持機構及び作用は、第１の実施形態と同一である。従って、本実施形態においても、リニア電動機３は機械的なガイドを一切持たないため、高いメンテナンス性を実現できる。
　（その他の実施の形態）
　本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、第１乃至第４の実施形態を全て又はいずれかを組み合わせたものも包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１　操作機構
２　駆動装置
２１　位置センサ
２１ａ　リニアスケール
２１ｂ　光学式ピックアップ
２２　母線
２３　電力変換器
２３ａ　ＰＷＭインバータ
２３ｂ　制御器
２４　電源電力変換器
２４ａ　インバータ
２４ｂ　回生受電制御器
２５　平滑コンデンサ
２６　蓄電装置
２６ａ　バッテリー
２６ｂ　抵抗器
２６ｃ　ダイオード
２７　Ｕ相電流センサ
２８　Ｗ相電流センサ
３　リニア電動機
３１　外側永久磁石
３２　内側永久磁石
３３　三相コイル
３３ａ　供給線
３４　浮遊出力環
３４ａ　円弧板
３４ｂ　円弧板
３４ｃ　円板
３４ｄ　開口
３５　二重円筒
３５ａ　円板
３５ｂ　開口部
３５ｃ　低摩擦樹脂材
３７　接続部材
３８　内側パイプ
３９　外側パイプ
４　伝達機構
４１　操作ロッド
４２　中間ロッド
４３　磁気ユニット
４３ａ　ヨーク
４３ｂ　永久磁石
４４　ターゲット
４５　フレーム
４６　第２のロッド
５　開閉機構
５１　密閉空間
５２　可動接点
５３　固定接点
６１　３相／２相変換器
６２　推力制御器
６３　支持力制御器
６４　２相／３相変換器
１００　電力用開閉装置
２００　電源

Claims (5)

  1. 　電力用開閉装置の可動接点を往復駆動することで、当該電力用開閉装置を遮断状態と投入状態との間で相互に移行させるための操作機構であって、
    　円環状若しくは円弧状の永久磁石の磁極がその中心軸を含む断面において最大でも９０度ずつ回転するよう当該永久磁石を隣接させて構成される第一の永久磁石の列と、
    　円環状若しくは円弧状の永久磁石の磁極がその中心軸を含む断面において最大でも９０度ずつ回転するよう当該永久磁石を隣接させて構成される第二の永久磁石の列と、
    　磁化ベクトル半径方向成分が同じ向きの前記第一の永久磁石と前記第二の永久磁石とを対向させ、両列が一定距離を保つように固定する二重円筒と、
    　導体で構成されるコイルが巻き付けられて、前記第一の永久磁石の列と前記第２の永久磁石の列との間に位置し、前記可動接点に直接又は間接的に繋がる以外は他部材との機械的な拘束関係を有しない浮遊出力環と、
    　前記コイルへの励磁電流を生成する励磁手段と、
    　を備え、
    　前記励磁手段は、
    　前記励磁電流のｄ軸電流成分を制御することで、磁気による前記浮遊出力環に対する支持力を発生させて、前記二重円筒と前記浮遊出力環の中心軸を一致させる支持力制御手段と、
    　前記励磁電流のｑ軸電流成分を制御することで、前記二重円筒と前記浮遊出力環との間の軸方向推力を発生させる推力制御手段と、
    　を備えること、
    　を特徴とする電力用開閉装置の操作機構。
  2. 　前記二重円筒は、
    　端面に当該二重円筒の各筒を連結して各筒の距離を固定する円板と、
    　前記円板に設けられ、前記浮遊出力環が貫通する開口部と、
    　前記開口部の縁に設けられ、前記浮遊出力環に対する低摩擦樹脂部と、
    　を備えること、
    　を特徴とする請求項１記載の電力用開閉装置の操作機構。
  3. 　前記二重円筒は、
    　端面に当該二重円筒の各筒を連結して各筒の距離を固定する円板と、
    　前記円板に設けられ、前記浮遊出力環が貫通する開口部と、
    　を備え、
    　前記浮遊出力環は、
    　前記開口部を通過する周面領域に低摩擦樹脂部を備えること、
    　を特徴とする請求項１記載の電力用開閉装置の操作機構。
  4. 　前記二重円筒は、
    　更に、磁化ベクトル軸方向成分が逆向きの前記第一の永久磁石と第二の永久磁石とを対向させること、
    　を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電力用開閉装置の操作機構。
  5. 　往復運動可能な可動接点と、前記可動接点を駆動する操作機構とを有し、前記可動接点の移動によって遮断状態と投入状態との間で相互に移動し得る開閉装置であって、
    　前記操作機構は、
    　請求項１乃至３の何れかに記載の操作機構であること、
    　を特徴とする電力用開閉装置。
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