WO2023243121A1 - 電磁操作式開閉装置 - Google Patents

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和弘 佐藤
隆 佐藤
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    • H01H51/02—Non-polarised relays
    • H01H51/04—Non-polarised relays with single armature; with single set of ganged armatures
    • H01H51/06—Armature is movable between two limit positions of rest and is moved in one direction due to energisation of an electromagnet and after the electromagnet is de-energised is returned by energy stored during the movement in the first direction, e.g. by using a spring, by using a permanent magnet, by gravity

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetically operated switchgear, and particularly relates to an electromagnetically operated switchgear suitable for switching on and off the contacts of a switch using the electromagnetic force of the electromagnetic operating device.
  • Patent Document 1 As a prior art document in this kind of technical field, the opening/closing device described in Patent Document 1 can be mentioned.
  • This Patent Document 1 describes a switching device that supplies pulse current to two coils and performs switching operations using electromagnetic drive, which achieves high efficiency and high speed electromagnetic drive and a reduction in the capacity of the power source for switching poles.
  • the present invention includes: a switch part composed of a fixed electrode and a movable electrode that can be freely moved toward and away from each other; a movable part fixed between a movable shaft connected to the movable electrode and a movable coil via a magnetic body;
  • a switchgear is described that includes a fixed part in which a magnetic material is arranged on the inner diameter side of a fixed coil placed opposite to this movable part, thereby making it possible to increase the generated magnetic field between each coil and to make it possible to start up the magnetic field at high speed. ing.
  • the plurality of slits provided in order to suppress the eddy current generated inside the core when the coil is energized are connected to the movable core and the fixed core. It has a structure in which it penetrates in the axial direction from the contact part to the side opposite to the contact part of each core, or a structure in which a slit from the inner diameter side and a slit on the outer diameter side are connected.
  • the movable core moves at high speed when the coil is energized and collides with the fixed core.However, since there are multiple slits, the mechanical strength of the core decreases, and the impact force from the collision causes each core to collide. There is a possibility that the slit provided in the case may be deformed, and the slit may eventually collapse. If the slits are crushed and the slit grooves disappear, eddy currents inside the core cannot be suppressed and the operating speed decreases.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned points, and its purpose is to provide an electromagnetically operated switchgear that can suppress a decrease in the mechanical strength of an iron core as well as an increase in the size of the iron core. .
  • the electromagnetically operated switchgear of the present invention includes a fixed flat plate to which a coil and a fixed iron core are fixed, a plunger penetrating the coil, and the plunger connected to the fixed plate in the axial direction together with the plunger. and a permanent magnet disposed above the coil, the coil is energized to attract the plunger, and the permanent magnet is generated on a surface facing the plunger and the fixed iron core.
  • the electromagnetically operated opening/closing device maintains the attracting state of the plunger by flowing a magnetic flux, and releases the attracting state of the plunger by flowing a current in the opposite direction to the direction when the plunger is attracted to the coil, the electromagnetically operated opening/closing device
  • a slit is provided at a contact portion side of at least one of the plunger and the fixed iron core, which are arranged at a predetermined interval and facing each other, from the outer peripheral side to the drive rod side, and The slit is shallow on the drive rod side and deep on the outer peripheral side.
  • an electromagnetically operated switchgear that can suppress a decrease in the mechanical strength of the iron core and also suppress an increase in the size of the iron core.
  • FIG. 2 is a cross-sectional side view of the operating mechanism section in Example 1 of the electromagnetically operated switchgear of the present invention, showing a state in which the fixed core and the plunger are not in contact with each other.
  • FIG. 2 is a cross-sectional side view of the operating mechanism section in Example 1 of the electromagnetically operated switchgear of the present invention, showing a state in which the fixed core and the plunger are in contact with each other. It is a side view of the plunger of the operation mechanism part in Example 1 of the electromagnetically operated switchgear of the present invention.
  • FIG. 4 is a bottom view of FIG. 3; FIG.
  • Example 3 is a cross-sectional side view of the operating mechanism section in Example 2 of the electromagnetically operated switchgear of the present invention, showing a state in which the fixed core and the plunger are not in contact with each other. It is a sectional view seen from the side of the operation mechanism section in Example 3 of the electromagnetically operated switchgear of the present invention, and is a diagram showing a state in which the fixed core and the plunger are not in contact with each other.
  • FIG. 1 is a sectional view of the operating mechanism in the electromagnetically operated switchgear according to the first embodiment, viewed from the side, showing a state where the fixed core 1 and the plunger 2 are not in contact with each other
  • FIG. 4 is a sectional view of the operating mechanism in the electromagnetically operated switchgear seen from the side, showing a state in which the fixed core 1 and the plunger 2 are in contact
  • FIG. 3 is a side view of the plunger 2
  • FIG. A bottom view of the plunger 2 is shown.
  • the first cylindrical core 9 is held between the first fixed flat plate 5 and the second fixed flat plate 6, the second cylindrical iron core 10 is held between the second fixed flat plate 6 and the third fixed flat plate 7, and the driving rod A plunger 2 and a movable flat plate 8 are connected to the plunger 11.
  • the electromagnetic coil 4 is energized, and the coil 4 is surrounded by the plunger 2 ⁇ fixed iron core 1 ⁇ third fixed flat plate 7 ⁇
  • a magnetic field is formed in the path of the second cylindrical core 10 ⁇ second fixed flat plate 6 ⁇ plunger 2, and the magnetic field exerts a downward attractive force on the plunger 2, causing the plunger 2 to move along with the drive rod 11 to the fixed core 1 side. , and the plunger 2 is attracted to the fixed iron core 1.
  • the current flowing through the coil 4 due to the closing command or the opening command from the control board is a transient current whose magnitude changes over time
  • the magnetic material such as the plunger 2 or the fixed iron core 1 in which the magnetic path is formed is a transient current whose magnitude changes over time.
  • the magnetic flux inside the components also changes over time.
  • the fixed core 1 and the plunger 2 provided with such slits 1a and 2a can prevent the slits 1a and 2a from being formed shallower on the drive rod 11 side even if they collide with the fixed core 1 and the plunger 2 during the closing operation of the switch. Therefore, the reduction in mechanical strength on the drive rod 11 side can be suppressed compared to the outer peripheral side, so that the amount of deformation of the slits 1a and 2a can be suppressed, and the increase in size of the iron core can be suppressed.
  • the slit 2a on the plunger 2 side is shallower on the drive rod 11 side (the shaded portion is shorter in the axial direction) and deeper on the outer peripheral side (the shaded portion is longer in the axial direction).
  • Embodiment 3 of the electromagnetically operated switchgear of the present invention is shown in FIG.
  • a slit 1a is provided only on the contact side of the fixed core 1, extending from the outer circumferential side to the drive rod 11 side (the diagonal line shown in FIG. 6 is the slit 1a). 1a), and the slit 1a on the fixed core 1 side is shallower on the drive rod 11 side (the shaded portion is shorter in the axial direction) and deeper on the outer circumferential side (the shaded portion is longer in the axial direction).
  • the slit 1a is shallower on the drive rod 11 side, so the mechanical strength on the drive rod 11 side is reduced. Since the decrease in the slit 1a can be suppressed compared to the outer peripheral side, the amount of deformation of the slit 1a can be suppressed, and the increase in size of the iron core can be suppressed.
  • SYMBOLS 1... Fixed iron core, 1a... Slit of fixed iron core, 2... Plunger, 2a... Slit of plunger, 3... Permanent magnet, 4... Coil, 5... First fixed flat plate, 6... Second fixed flat plate, 7... Third 3 fixed flat plate, 8... movable flat plate, 9... first cylindrical core, 10... second cylindrical core, 11... drive rod, 12... slit.

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Abstract

本発明は、鉄心の機械的強度の低下を抑制できると共に、鉄心の大形化を抑制できる電磁操作式開閉装置を得るために、コイルと固定鉄心が固定されている固定平板と、前記コイルを貫通するプランジャと、該プランジャが接続され、該プランジャと共に軸方向に移動する駆動ロッドと、前記コイルの上部に配置された永久磁石と、を備え、前記コイルを励磁して前記プランジャを吸引し、前記プランジャと前記固定鉄心との対向面に前記永久磁石が発生する磁束を流して前記プランジャの吸引状態を保持すると共に、前記プランジャの吸引時と逆方向の電流を前記コイルに流して前記プランジャの吸引状態を釈放する電磁操作式開閉装置であって、周方向に所定間隔を持ち、かつ、相対向して配置されている前記プランジャと前記固定鉄心との少なくとも一方の接触部側に、外周側から前記駆動ロッド側に渡ってスリットが設けられ、かつ、前記スリットは、前記駆動ロッド側が浅く、外周側が深く形成されていることを特徴とする。

Description

電磁操作式開閉装置
　本発明は電磁操作式開閉装置に係り、特に、電磁操作装置の電磁力を利用して開閉器の接点を入り切りするものに好適な電磁操作式開閉装置に関する。
　この種の技術分野における先行技術文献としては、特許文献１に記載された開閉装置を挙げることができる。
　この特許文献１には、２つのコイルにパルス電流を供給し、電磁駆動による開閉動作を行う開閉装置において、電磁駆動を高効率、高速に行うと共に、開閉極用の電源の小容量化を実現する開閉装置を提供するために、接離自在な固定電極と可動電極から構成されるスイッチ部と、可動電極に連なる可動軸と可動コイルの間に磁性体を介して固定される可動部と、この可動部に対向して配置された固定コイルの内径側に磁性体を配置した固定部とを備えることにより、各コイル間の発生磁界の増大及び高速な立ち上がりを可能にした開閉装置が記載されている。
特開２０００－２５１５９０号公報
　上述した特許文献１に記載されている電磁駆動装置（開閉装置）においては、コイルに通電した時に鉄心内部に発生する渦電流を抑制するために設けた複数のスリットは、可動鉄心と固定鉄心の接触部から各々の鉄心の接触部とは反対側まで軸方向に貫通した構成、又は内径側からのスリットと外径側のスリットが繋がっている構成になっている。
　この電磁駆動装置は、コイル通電により可動鉄心が高速動作して固定鉄心に衝突するが、スリットは複数設けているため、鉄心の機械的強度が低下してしまい、衝突による衝撃力で各々の鉄心に設けたスリットが変形し、最終的にスリットが潰れてしまう可能性がある。スリットが潰れてスリット溝がなくなると鉄心内部の渦電流を抑制できず、動作速度が低下する。
　この対策としては、スリット数を減らして鉄心の機械的強度を確保するか、又はスリットが潰れても溝が接触しないように溝幅を大きくするか、或いは鉄心のサイズを大きくして機械的強度を確保することが考えられるが、いずれの場合も、装置の大形化や動作速度低下となるため、一得一失の関係となる。
　本発明上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、鉄心の機械的強度の低下を抑制できると共に、鉄心の大形化を抑制できる電磁操作式開閉装置を提供することにある。
　本発明の電磁操作式開閉装置は、上記目的を達成するために、コイルと固定鉄心が固定されている固定平板と、前記コイルを貫通するプランジャと、該プランジャが接続され、該プランジャと共に軸方向に移動する駆動ロッドと、前記コイルの上部に配置された永久磁石と、を備え、前記コイルを励磁して前記プランジャを吸引し、前記プランジャと前記固定鉄心との対向面に前記永久磁石が発生する磁束を流して前記プランジャの吸引状態を保持すると共に、前記プランジャの吸引時と逆方向の電流を前記コイルに流して前記プランジャの吸引状態を釈放する電磁操作式開閉装置であって、周方向に所定間隔を持ち、かつ、相対向して配置されている前記プランジャと前記固定鉄心との少なくとも一方の接触部側に、外周側から前記駆動ロッド側に渡ってスリットが設けられ、かつ、前記スリットは、前記駆動ロッド側が浅く、外周側が深く形成されていることを特徴とする。
　本発明によれば、鉄心の機械的強度の低下を抑制できると共に、鉄心の大形化を抑制できる電磁操作式開閉装置を得ることができる。
本発明の電磁操作式開閉装置の実施例１における操作機構部を側面から見た断面図であり、固定鉄心とプランジャが接触していない状態を示す図である。 本発明の電磁操作式開閉装置の実施例１における操作機構部を側面から見た断面図であり、固定鉄心とプランジャが接触している状態を示す図である。 本発明の電磁操作式開閉装置の実施例１における操作機構部のプランジャの側面図である。 図３の底面図である。 本発明の電磁操作式開閉装置の実施例２における操作機構部を側面から見た断面図であり、固定鉄心とプランジャが接触していない状態を示す図である。 本発明の電磁操作式開閉装置の実施例３における操作機構部を側面から見た断面図であり、固定鉄心とプランジャが接触していない状態を示す図である。
　以下、図示した実施例に基づいて本発明の電磁操作式開閉装置を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。
　図１、図２、図３及び図４に、本発明の電磁操作式開閉装置の実施例１を示す。
　図１は、実施例１の電磁操作式開閉装置における操作機構部を側面から見た断面図であり、固定鉄心１とプランジャ２が接触していない状態を示し、図２は、同じく実施例１の電磁操作式開閉装置における操作機構部を側面から見た断面図であり、固定鉄心１とプランジャ２が接触している状態を示し、図３は、プランジャ２の側面図を、図４は、プランジャ２の下面図を示している。
　図１及び図２に示すように、本実施例の電磁操作式開閉装置における操作機構部は、固定鉄心１と、プランジャ２と、永久磁石３と、コイル４と、第１の固定平板５と、第２の固定平板６と、第３の固定平板７と、可動平板８と、第１の円筒鉄心９と、第２の円筒鉄心１０と、これらの軸上に配置される駆動ロッド１１とから概略構成されている。
　第１の円筒鉄心９は第１の固定平板５と第２の固定平板６に挟持され、第２の円筒鉄心１０は第２の固定平板６と第３の固定平板７に挟持され、駆動ロッド１１にはプランジャ２と可動平板８が接続されている。
　なお、駆動ロッド１１の材質はステンレスなどの非磁性体、永久磁石３はネオジム系磁石など非常に高い磁力を持つ磁石、その他は鉄鋼材などの磁性体で概略構成される。
　そして、図示しない操作機構部外部の制御基板などから投入指令が入力されると、電磁石のコイル４が通電され、コイル４の周囲には、プランジャ２→固定鉄心１→第３の固定平板７→第２の円筒鉄心１０→第２の固定平板６→プランジャ２の経路で磁界が形成され、その磁界により、プランジャ２には下向きの吸引力が働き、プランジャ２が駆動ロッド１１と共に固定鉄心１側に移動し、プランジャ２が固定鉄心１に吸着される。
　このとき、永久磁石３によって形成される磁界の向きもコイル４の励磁に伴って発生する磁界の向きと同じになるため、吸引力が高められた状態でプランジャ２が固定鉄心１側に移動する。プランジャ２と固定鉄心１が接触した状態（図２の状態）が、開閉器の投入状態となる。
　次に、図示しない外部の制御基板から開極指令が入力され、制御基板からコイル４に開極指令に伴う信号が入力されると、コイル４には投入時とは逆方向の電流が流れ、コイル４の周囲には投入動作時とは逆方向の磁界が形成される。
　この場合、コイル４から発生する磁束と永久磁石３から発生する磁束とが互いに打ち消し合い、プランジャ２の軸方向における吸引力は上向きとなり、プランジャ２が固定鉄心１から離間して駆動ロッド１１と共に上方向に移動する。このプランジャ２の移動に伴って駆動ロッド１１が上方に移動すると、これに連動して開閉器の開極動作が行われ、所定の位置で停止して開極状態となる。
　ここで、制御基板からの投入指令や開極指令によりコイル４に通電する電流は、時間と共に大きさが変化する過渡電流であり、プランジャ２や固定鉄心１などの磁路が形成される磁性体の部品内部の磁束も時間と共に変化する。
　この時間と共に変化する磁束により、磁性体内部に渦電流が発生し、渦電流による磁束磁界は磁路を妨げる方向に発生する。渦電流で発生した磁界は、コイル通電による磁界を妨げ、動作を遅くする要因になる。
　そこで、実施例１では、周方向に所定間隔を持ち、かつ、相対向して配置されているプランジャ２と固定鉄心１との夫々の接触部側に、外周側から駆動ロッド１１側に渡ってプランジャ２側のスリット２ａと固定鉄心１側のスリット１ａが設けられ（図１及び図２に示した斜線部がスリット２ａ及び１ａになる）、しかも、このプランジャ２側のスリット２ａと固定鉄心１側のスリット１ａは、駆動ロッド１１側が浅く（斜線部が軸方向に短く）、外周側が深く（斜線部が軸方向に長く）形成されている。
　このようなスリット１ａ及び２ａを設けた固定鉄心１及びプランジャ２は、開閉器の投入動作で固定鉄心１とプランジャ２に衝突しても、スリット１ａ及び２ａは、駆動ロッド１１側が浅く形成されているため、駆動ロッド１１側の機械的強度の低下が外周側に比べて抑制できるため、スリット１ａ及び２ａの変形量を抑制することができ、鉄心の大形化を抑制できる。
　図５に、本発明の電磁操作式開閉装置の実施例２を示す。
　図５は、実施例２の電磁操作式開閉装置における操作機構部を側面から見た断面図であり、固定鉄心１とプランジャ２が接触していない状態を示す。実施例１と同様な部分については説明を省略する。
　図５に示す本実施例における電磁操作式開閉装置は、プランジャ２の接触部側のみに、外周側から駆動ロッド１１側に渡ってスリット２ａが設けられ（図５に示した斜線部がスリット２ａになる）、しかも、このプランジャ２側のスリット２ａは、駆動ロッド１１側が浅く（斜線部が軸方向に短く）、外周側が深く（斜線部が軸方向に長く）形成されている。
　このようなスリット２ａを設けたプランジャ２は、開閉器の投入動作で固定鉄心１に衝突しても、スリット２ａは、駆動ロッド１１側が浅く形成されているため、駆動ロッド１１側の機械的強度の低下が外周側に比べて抑制できるため、スリット２ａの変形量を抑制することができ、鉄心の大形化を抑制できる。
　図６に、本発明の電磁操作式開閉装置の実施例３を示す。
　図６は、実施例３の電磁操作式開閉装置における操作機構部を側面から見た断面図であり、固定鉄心１とプランジャ２が接触していない状態を示す。実施例１と同様な部分については説明を省略する。
　図６に示す本実施例における電磁操作式開閉装置は、固定鉄心１の接触部側のみに、外周側から駆動ロッド１１側に渡ってスリット１ａが設けられ（図６に示した斜線部がスリット１ａになる）、しかも、この固定鉄心１側のスリット１ａは、駆動ロッド１１側が浅く（斜線部が軸方向に短く）、外周側が深く（斜線部が軸方向に長く）形成されている。
　このようなスリット１ａを設けた固定鉄心１は、開閉器の投入動作でプランジャ２に衝突しても、スリット１ａは、駆動ロッド１１側が浅く形成されているため、駆動ロッド１１側の機械的強度の低下が外周側に比べて抑制できるため、スリット１ａの変形量を抑制することができ、鉄心の大形化を抑制できる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために、具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を、他の実施例の構成の一部に置換することもできる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を追加することもできる。また、各実施例の構成の一部について、それを削除し、他の構成の一部を追加し、他の構成の一部と置換することもできる。
　１…固定鉄心、１ａ…固定鉄心のスリット、２…プランジャ、２ａ…プランジャのスリット、３…永久磁石、４…コイル、５…第１の固定平板、６…第２の固定平板、７…第３の固定平板、８…可動平板、９…第１の円筒鉄心、１０…第２の円筒鉄心、１１…駆動ロッド、１２…スリット。

Claims (4)

  1. 　コイルと固定鉄心が固定されている固定平板と、前記コイルを貫通するプランジャと、該プランジャが接続され、該プランジャと共に軸方向に移動する駆動ロッドと、前記コイルの上部に配置された永久磁石と、を備え、
    　前記コイルを励磁して前記プランジャを吸引し、前記プランジャと前記固定鉄心との対向面に前記永久磁石が発生する磁束を流して前記プランジャの吸引状態を保持すると共に、前記プランジャの吸引時と逆方向の電流を前記コイルに流して前記プランジャの吸引状態を釈放する電磁操作式開閉装置であって、
    　周方向に所定間隔を持ち、かつ、相対向して配置されている前記プランジャと前記固定鉄心との少なくとも一方の接触部側に、外周側から前記駆動ロッド側に渡ってスリットが設けられ、かつ、前記スリットは、前記駆動ロッド側が浅く、外周側が深く形成されていることを特徴とする電磁操作式開閉装置。
  2. 　請求項１に記載の電磁操作式開閉装置であって、
    　前記スリットは、前記プランジャと前記固定鉄心の両方の接触部側に設けられていることを特徴とする電磁操作式開閉装置。
  3. 　請求項１に記載の電磁操作式開閉装置であって、
    　前記スリットは、前記プランジャの接触部側にのみ設けられていることを特徴とする電磁操作式開閉装置。
  4. 　請求項１に記載の電磁操作式開閉装置であって、
    　前記スリットは、前記固定鉄心の接触部側のみに設けられていることを特徴とする電磁操作式開閉装置。
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