JP2003308761A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スペース効率が良くかつ小型でしかも優れた性
能を有すること。 【解決手段】磁路を構成するように設けられた厚板構造
のヨーク3と、ヨーク3内を可動するように設けられた角
型のアーマチュア2と、アーマチュア2に取付けられた非
磁性材からなる一対の操作ロッド6と、アーマチュア2を
可動、もしくは閉路保持する永久磁石1と、ヨーク3内の
磁力を増減させるための磁束を発生させるソレノイドコ
イル4a,4bとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば真空バルブ
を操作ロッドにより開閉操作を行なう真空遮断器や開閉
器等の開閉装置の操作機構に用いられる電磁アクチュエ
ータに係り、特にスペース効率が良くかつ小型でしかも
優れた性能を有する電磁アクチュエータに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば永久磁石とソレノイド
コイルとを用いた真空遮断器や開閉器等の開閉装置の開
閉操作を操作ロッドにより行なう操作機構においては、
開路および閉路操作を行なうために必要な力を発生させ
る電磁アクチュエータが設けられている。

【０００３】図４は、この種の従来の電磁アクチュエー
タの構成例を示す断面図である。

【０００４】なお、図４中、左側に開路状態、右側に閉
路状態をそれぞれ示している。

【０００５】図４に示すように、操作機構用電磁アクチ
ュエータは、磁路を構成するように設けられたヨーク３
と、アクチュエータ本体のほぼ中心位置に配置されたコ
ア９と、このコア９と対面するように配置され、ヨーク
内３を可動するように設けられたアーマチュア２と、こ
のアーマチュア２を可動、もしくは閉路保持するための
永久磁石１と、ヨーク３内の磁束を増減させる閉路コイ
ル（ソレノイドコイル）４ａおよび開路コイル（ソレノ
イドコイル）４ｂと、非磁性材料からなる操作ロッド６
とから構成されている。

【０００６】操作ロッド６には、閉路時に真空バルブ１
２の固定側接触子１２ａと可動側接触子１２ｂとを加圧
するように設けられたワイプばね１４が取り付けられて
おり、その先端部は、真空バルブ可動軸１３と連結され
ている。

【０００７】また、アーマチュア２には、真空バルブ１
２の可動側接触子１２ｂを開極した際に開路状態を保持
するための力が、開路ばね１１により加えられている。

【０００８】開閉動作は、次のように行なわれる。

【０００９】開路状態で、永久磁石１による磁束と共
に、閉路コイル４ａの励磁による永久磁石１の磁束と同
方向の磁束が生じると、アーマチュア２がギャップ１０
を縮める方向に吸引される。

【００１０】これにより、アーマチュア２と共に真空バ
ルブ可動軸１３と連結されている操作ロッド６が押上げ
られ、閉路状態となる。

【００１１】閉路状態では、閉路コイル４ａは無励磁で
あり、閉路保持は永久磁石１による磁力のみである。

【００１２】一方、閉路状態で、永久磁石１による磁束
と共に、開路コイル４ｂの励磁による永久磁石１の磁束
と逆方向の磁束が生じると、ヨーク３やコア９等により
構成されている磁路内の磁束が減少して、ワイプばね１
４および開路ばね１１による開路方向荷重の作用によ
り、アーマチュア２が開路方向に移動する。

【００１３】これにより、アーマチュア２と共に操作ロ
ッド６が引下げられ、開路状態となる。

【００１４】以上のような構成により、アーマチュア２
の動きと真空バルブ可動軸１３の動きが連動して、真空
遮断器および開閉器等の開閉装置の開閉操作がなされ
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
な電磁アクチュエータにおいては、ソレノイドコイル４
ａ，４ｂ、アーマチュア２等の部品製作の容易さや、吸
引力計算等の設計の容易さの点から、円筒形状のアクチ
ュエータとしていることが多い。

【００１６】また、磁路を構成する部品が円筒形状であ
ることは、磁気的にも機械的にも安定な状態であり、円
筒形状であるメリットも多い。

【００１７】しかしながら、電磁アクチュエータが円筒
形状の場合には、配置上の点で制約が多く、デッドスペ
ースができてしまう。

【００１８】また、同じ断面積でスペース効率を向上さ
せようとすると、角型の電磁アクチュエータが考えられ
るが、アーマチュア等が角型となり、吸引力のアンバラ
ンスや端部の磁束漏洩によるロスを考慮しなければなら
ない。

【００１９】この吸引力のアンバランスについては、ア
ーマチュア２の側面にガイドを設けて、アーマチュア２
全体でガイドするようなものとなり、軸受構造が複雑に
なったり、大掛かりなものとなってしまう。

【００２０】また、端部の磁束漏洩によるロスの影響に
ついて、従来の角型の電磁アクチュエータでは、磁気特
性を向上させるために、ヨーク３をけい素鋼板等の積層
構造とすることで対応してきているが、構造が複雑とな
り、製作コストが高くなってしまうという問題点があ
る。

【００２１】さらに、近年の大電力化によって、アクチ
ュエータの吸引力向上が求められ、強度的な面からも積
層構造のヨーク３では、強度アップが必要となる。

【００２２】本発明の目的は、スペース効率が良くかつ
小型でしかも優れた性能を有する電磁アクチュエータを
提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明では、開閉装置の開閉操作を行なう操
作機構に用いられ、開閉操作を行なうために必要な力を
発生させる電磁アクチュエータにおいて、磁路を構成す
るように設けられた厚板構造のヨークと、ヨーク内を可
動するように設けられた角型のアーマチュアと、アーマ
チュアに取付けられた非磁性材からなる一対の操作ロッ
ドと、アーマチュアを可動、もしくは閉路保持する永久
磁石と、ヨーク内の磁力を増減させるための磁束を発生
させるソレノイドコイルとを備えている。

【００２４】従って、第１の発明の電磁アクチュエータ
においては、電磁アクチュエータ本体を厚板構造の角型
とすることにより、デッドスペースを減らすことがで
き、同じ断面積であってもスペース効率のよい小型の電
磁アクチュエータを得ることができる。さらに、大電力
化に伴なう吸引力向上に対応するための強度アップを図
ることもできる。

【００２５】また、第２の発明では、アーマチュアに、
その可動方向とほぼ平行に複数のガイドロッドを設け、
アクチュエータ本体の上下に、ガイドロッドと摺動する
軸受を設けるようにしている。

【００２６】従って、第２の発明の電磁アクチュエータ
においては、アーマチュアに複数のガイドロッドを設け
ることにより、操作ロッドを中心にしたアーマチュアの
回転を簡単な構造により抑えることができ、またアーマ
チュアの位置を確実に決めて、横ずれを最小に抑えるこ
とにより、アーマチュアとヨークとの間の距離が安定し
て磁束変化を安定させることができるため、吸引力のア
ンバランスを抑えることができる。

【００２７】さらに、第３の発明では、アーマチュアと
アクチュエータ本体のほぼ中心位置に配置されたコアと
の間の中心ギャップ部で対面する少なくとも片側に面取
りを施すようにしている。

【００２８】従って、第３の発明の電磁アクチュエータ
においては、面取りを施すことにより、ギャップ部の磁
束密度を高めて磁気特性の向上を図ることができる。す
なわち、電磁アクチュエータが発生する吸引力は、吸着
面積に比例し、磁束密度の二乗に比例することが知られ
ていることから、吸引力特性を向上させるためには、磁
路内の磁束密度が飽和状態でない場合には、吸着面積を
増加させるよりも磁束密度を増加させた方がよいことが
わかる。よって、面取りを施すことにより、ギャップ部
の磁束密度を高めて、磁気特性を向上させることができ
る。

【００２９】一方、第４の発明では、アーマチュアのコ
アとほぼ平行に対面する面積が、コアの断面積の１／２
〜２／３の範囲となるようにしている。

【００３０】従って、第４の発明の電磁アクチュエータ
においては、中心ギャップ部の対面する面積がコアの断
面積の１／２〜２／３の範囲となるような面取りを施す
ことにより、ギャップ部の磁束密度を２Ｔ程度まで高め
ることができ、磁気特性の向上を図ることができる。す
なわち、電磁アクチュエータにおいて、小型化のための
永久磁石材料としては、残留磁束密度と磁界の強さとの
積である最大エネルギー積の大きいネオジウム系永久磁
石を使用することが多い。そのため、磁石単体の残留磁
束密度は、１〜１．４Ｔ程度の特性となる。また、ヨー
クおよびコアの材料としては、厚板構造で安価な鉄鋼材
料を使用する。これら鉄鋼材料は、飽和磁束密度が約２
Ｔ程度である。よって、中心ギャップ部の対面する面積
がコアの断面積の１／２〜２／３の範囲となるような面
取りを施すことにより、ギャップ部の磁束密度を２Ｔ程
度まで高めることができ、磁気特性を向上させることが
できる。

【００３１】また、第５の発明では、ヨークの断面積
が、コアの断面積の１／２〜２／３の範囲となるように
している。

【００３２】従って、第５の発明の電磁アクチュエータ
においては、ヨークの断面積がコアの断面積の１／２〜
２／３の範囲となるようにすることにより、ヨーク内の
磁束密度を２Ｔ程度まで高めることができ、ヨーク断面
を有効に使うことで、電磁アクチュエータの小型化を図
ることができる。

【００３３】さらに、第６の発明では、ヨーク、アーマ
チュア等の磁路を構成する部品に、ニッケルめっき処理
を施すようにしている。

【００３４】従って、第６の発明の電磁アクチュエータ
においては、ヨーク、アーマチュア等の磁路を構成する
部品に、ニッケルめっき処理を施すことにより、磁気回
路上の微小ギャップをなくして、磁気特性の向上を図る
ことができる。すなわち、電磁アクチュエータの吸引力
特性は、ギャップの二乗に反比例するため、ギャップの
管理が重要となる。磁路を構成するヨークやアーマチュ
アの表面処理として、強磁性体の金属元素であるニッケ
ルをめっき処理することにより、磁気回路上の微小ギャ
ップをなくして、磁気特性を向上させることができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００３６】図１は本実施の形態による真空遮断器およ
び開閉器等の開閉装置の操作機構部の構成例を示す全体
斜視図、図２は本実施の形態による真空遮断器および開
閉器等の開閉装置の操作機構部の構成例を示す斜視断面
図、図３は本実施の形態による開閉装置の操作機構機構
部の電磁アクチュエータ中心部の構成例を示す断面図で
ある。

【００３７】図１乃至図３に示すように、本実施の形態
による電路の開閉を行なう真空バルブの可動接触子を可
動させるための操作ロッドを動かす原動力である電磁ア
クチュエータは、ヨーク３およびアーマチュア２等の磁
路を構成する磁性構造物と、操作ロッド６およびストッ
パプレート５等の非磁性構造物と、永久磁石１、閉路コ
イル４ａおよび開路コイル４ｂの磁束を発生させる動力
発生部品とから構成している。

【００３８】電磁アクチュエータ本体の全体形状は、角
型であり、それに合わせるように構成部品は、厚板の角
型形状としている。

【００３９】磁路を構成するヨーク３は、鋼製の厚板構
造で、下部には、２段ギャップ構造となるようにヨーク
凸部３ａを設けている。

【００４０】電磁アクチュエータ本体の中心部には、ア
ーマチュア２を可動、もしくは閉路保持するためのネオ
ジウム系の永久磁石１を配置し、その下部には、吸引力
を発生する吸着面であるコア９を設けている。

【００４１】このコア９の吸着面には、面取り９ａを施
しており、アーマチュア２と対面するほぼ平行部の寸法
がコア９の幅寸法の約１／２〜２／３の範囲となるよう
にしている。

【００４２】なお、この吸着面の形状としては、面取り
９ａ以外にも、段付き形状のように吸着面積とコア断面
積の比が１：２〜２：３の範囲となるような形状であれ
ばよい。

【００４３】このコア９と対面するように、凸型形状の
アーマチュア２を設けている。

【００４４】アーマチュア２は、ヨーク３内を上下に可
動するようにしている。

【００４５】また、アーマチュア２の吸着面の形状とし
ては、コア９と同様に面取りを施している。

【００４６】アーマチュア２には、その可動方向とほぼ
平行に、操作ロッド６を兼ねて上に１つ、下に２つの非
磁性材からなるガイドロッド７を取付けている。

【００４７】アクチュエータ本体上下のヨーク３、およ
び非磁性材からなるストッパプレート５には、ガイドロ
ッド７と摺動する軸受８を設けており、アーマチュア２
の回転を防止して、可動方向の安定化を図る構造として
いる。

【００４８】永久磁石１、コア９、およびアーマチュア
２の周囲を囲むように、閉路コイル４ａおよび開路コイ
ル４ｂを配置して、これらを励磁することにより、ヨー
ク３、コア９、およびアーマチュア２内の磁束を増減さ
せて、アーマチュア２を上下に可動させる構成としてい
る。

【００４９】ヨーク３、コア９、およびアーマチュア２
は、磁気特性の向上のためにニッケルめっき処理を施し
ている。

【００５０】次に、以上のように構成した本実施の形態
による電磁アクチュエータにおいては、電磁アクチュエ
ータ本体を厚板構造の角型としていることにより、デッ
ドスペースを減らすことができ、同じ断面積であっても
スペース効率のよい小型の電磁アクチュエータを得るこ
とができる。

【００５１】また、強度アップを図ることにより、大電
力化に伴なう吸引力向上に対応した電磁アクチュエータ
を得ることができる。

【００５２】さらに、アーマチュア２に複数のガイドロ
ッド７を設けていることにより、操作ロッド６を中心に
したアーマチュア２の回転を簡単な構造により抑えるこ
とができ、またアーマチュア２の位置を確実に決めて、
横ずれを最小に抑えることにより、アーマチュア２とヨ
ーク３との間の距離が安定して磁束変化を安定させるこ
とができるため、吸引力のアンバランスを抑えることが
できる。

【００５３】また、アーマチュア２とコア９との間の対
面する両側または片側に面取り９ａを施し、ほぼ平行に
対面する面積がコア９の断面積の１／２〜２／３の範囲
となるようにし、さらにヨーク３の断面積がコア９の断
面積の１／２〜２／３の範囲となるようにすることによ
り、ヨーク３断面の最適化を図ることができ、電磁アク
チュエータの磁気特性の向上、ならびに小型化を図るこ
とができる。

【００５４】さらに、ヨーク３、アーマチュア２等の磁
路を構成する部品にニッケルめっき処理を施しているこ
とにより、磁気回路上の微小ギャップとなるところの影
響を少なくして、磁気特性の向上を図ることができる。

【００５５】以上により、装置のスペース効率、小型
化、性能の向上を図ることが可能となる。

【００５６】上述したように、本実施の形態では、スペ
ース効率が良く、かつ小型で、しかも優れた性能を有す
る電磁アクチュエータを得ることが可能となる。

【００５７】（その他の実施の形態）尚、本発明は、上
記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階では
その要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施する
ことが可能である。また、実施の形態は可能な限り適宜
組み合わせて実施してもよく、その場合には組み合わせ
た作用効果を得ることができる。さらに、上記実施の形
態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複
数の構成要件における適宜な組み合わせにより、種々の
発明を抽出することができる。例えば、実施の形態に示
される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されて
も、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の
少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べら
れている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合に
は、この構成要件が削除された構成を発明として抽出す
ることができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
ペース効率が良くかつ小型でしかも優れた性能を有する
電磁アクチュエータを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による開閉装置の操作機構機構部の一実
施の形態を示す全体斜視図。

【図２】本発明による開閉装置の操作機構機構部の一実
施の形態を示す斜視断面図。

【図３】本発明による開閉装置の操作機構機構部の電磁
アクチュエータ中心部の構成例を示す断面図。

【図４】従来の電磁アクチュエータの構成例を示す断面
図。

【符号の説明】

１…永久磁石 ２…アーマチュア ２ａ…アーマチュア面取り ３…ヨーク ３ａ…ヨーク凸部 ４ａ…閉路コイル ４ｂ…開路コイル ５…ストッパプレート ６…操作ロッド ７…ガイドロッド ８…軸受 ９…コア ９ａ…コア面取り １０…ギャップ １１…開路ばね １２…真空バルブ １２ａ…固定側接触子 １２ｂ…可動側接触子 １３…真空バルブ可動軸 １４…ワイプばね １５…連結部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳増 正 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 松尾 和宏 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 (72)発明者 若林 孝生 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 Ｆターム(参考） 5G028 AA06 AA08 DB05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開閉装置の開閉操作を行なう操作機構に
   用いられ、前記開閉操作を行なうために必要な力を発生
   させる電磁アクチュエータにおいて、 磁路を構成するように設けられた厚板構造のヨークと、 前記ヨーク内を可動するように設けられた角型のアーマ
   チュアと、 前記アーマチュアに取付けられた非磁性材からなる一対
   の操作ロッドと、 前記アーマチュアを可動、もしくは閉路保持する永久磁
   石と、 前記ヨーク内の磁力を増減させるための磁束を発生させ
   るソレノイドコイルと、 を備えて成ることを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記アーマチュアに、その可動方向とほ
   ぼ平行に複数のガイドロッドを設け、 前記アクチュエータ本体の上下に、前記ガイドロッドと
   摺動する軸受を設けるようにしたことを特徴とする請求
   項１に記載の電磁アクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記アーマチュアとアクチュエータ本体
   のほぼ中心位置に配置されたコアとの間の中心ギャップ
   部で対面する少なくとも片側に面取りを施すようにした
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁
   アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記アーマチュアの前記コアとほぼ平行
   に対面する面積が、前記コアの断面積の１／２〜２／３
   の範囲となるようにしたことを特徴とする請求項３に記
   載の電磁アクチュエータ。
5. 【請求項５】 前記ヨークの断面積が、前記コアの断面
   積の１／２〜２／３の範囲となるようにしたことを特徴
   とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電
   磁アクチュエータ。
6. 【請求項６】 前記ヨーク、アーマチュア等の磁路を構
   成する部品に、ニッケルめっき処理を施すようにしたこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
   記載の電磁アクチュエータ。