JP2004146333A - 操作装置およびその操作装置を使用した開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の電力送配電系統に用いられる開閉装置を駆動する操作装置は、可動子をヨークに保持するための永久磁石が、可動子を駆動するための励磁コイルの作る磁気回路上に設けてあるため、励磁電源のＯＮ、ＯＦＦに伴い、渦電流が発生し、操作装置の応答特性を損なうと共に、電源に悪影響を与えていた。これを解決するため、永久磁石を励磁コイルの作る磁気回路とは別の磁気回路上に設け、渦電流の発生を減少させる。
【解決手段】第１のヨーク内には第１の方向に往復動する可動子と第１、第２のコイルが設けられ、第２の方向に付設された第２のヨークを備え、第２のヨークに永久磁石が可動子に対向するよう配置されている。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電力送配電系統に用いられている開閉器を駆動する操作装置およびその操作装置を使用した開閉装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１９は、従来の開閉装置５００の概略を示す図である（例えば、特許文献１参照）。
図において１００は操作装置であり、２００は操作装置１００に直結され、電路の開閉を行う開閉器である。３００、３０１はバネであり操作装置１００の上・下部に２箇所設けられ、操作装置１００によって開閉器２００の開閉駆動を行う際その開閉駆動をアシストするものである。
前記操作装置１００は図１８に示すように、左右側ヨーク２０１、２０２と、上・下ヨーク２０３、２０４のそれぞれが一体化して打ち抜かれた磁性鋼板を積層したヨーク２５０と左右側ヨークのポール部２０１ａ、２０２ａにそれぞれ設けられたソリッドのインナヨーク２０１ｂ、２０２ｂを介して取り付けられた永久磁石２０５と、ヨーク２５０内に所定のストロークを移動可能な可動子２０６と、第１、第２のコイル２０７、２０８とで構成されている。なお、この第１、第２のコイル２０７、２０８は等しい起磁力（ＡＴ）を有するものが設けられている。そして、可動子２０６には上・下ヨーク２０３、２０４を貫通して前記開閉器２００につながるロッド２０９が設けられている。なお、前記永久磁石２０５と可動子２０６との間には空隙ｇが設けられている。また、この図１８は図の上部に開閉器２００を設けた例を示しており、図１９とはその取付位置が異なる。
前記可動子２０６は永久磁石２０５の発生する磁界によって例えば上ヨーク２０３の第１の部位２０３ａに保持されているとする。そして第２のコイル２０８を永久磁石と同一極性となるよう励磁することにより、上ヨーク２０３に保持されている可動子２０６は保持力を打ち消されると共に、下ヨーク２０４側に所定のストロークを移動して下ヨーク２０４に達し前記第２のコイル２０８の励磁を止めると永久磁石２０５の発生する磁界によって下ヨーク２０４の第２の部位２０４ａに保持される。前記所定のストローク長は例えば前記開閉器２００の接点２１０を開とするに必要な値である。図１８に示す例では可動子２０６は下ヨーク２０４の第２の部位２０４ａに保持されており、上ヨーク２０３との間に前記ストロークに相当する空隙Ｇを有している。なお、図１９に示した前記バネ３０１は前記第２のコイル２０８を励磁して可動子２０６の移動が開始される際、ロッド２０９を介して前記開閉器２００の接点を開放駆動をアシストするものであり、図１８に示す状態から接点閉とする場合は、上部のバネ３００がアシストをする。
次に第１のコイル２０７を同様に励磁すると、可動子２０６は図１８に示す上ヨーク２０３側に移動して開閉器２００の接点２１０を閉とするとともに、上ヨーク２０３の第１の部位２０３ａに保持される。
【０００３】
次に可動子２０６の動作原理を図１７（ａ）〜（ｃ）によって説明する。なお、この図１７は図の上部に開閉器２００を設けた例を示しており、前述した図１９とはその位置が異なるものである。
（１）図１７（ａ）は接点２１０が閉状態であり、可動子２０６は上ヨーク２０３の第１の部位２０３ａに保持されていて、第１、第２のコイル２０７、２０８は励磁されていない場合である。ここで図中のＮは磁石が可動子２０６面に作る極を、Ｓは磁石がポール部２０１ａ，２０２ａの面に作る極性を示す。この状態において、永久磁石２０５は二つの磁気回路Ｌ_１とＬ_２を形成し、それぞれの磁束Φ_ＰＭ１とΦ_ＰＭ２を発生する。Φ_ＰＭ１の経路（Ｌ_１）の方が磁気抵抗が低いためΦ_ＰＭ１≫Φ_ＰＭ２となる。そのため可動子２０６と上ヨーク２０３との間に吸引力が発生する。ここで吸引力Ｆ＝Φ^２／Ｓ／μ_０＝Ｂｇ^２Ｓ／μ_０で表され、Ｂｇはギャップでの磁束密度、Ｓは可動子２０６と上ヨーク２０３が接する面積である。
（２）次に第２のコイル２０８を励磁すると、図１７（ｂ）に示すように磁束Φｃｏｉｌ_２−１とΦｃｏｉｌ_２−２が発生する。永久磁石２０５が発生している磁束Φ_ＰＭ１、Φ_ＰＭ２と合成して、Φ_ＰＭ２＋Φｃｏｉｌ_２−１＞Φ_ＰＭ１−Φｃｏｉｌ_２−２になると、可動子２０６を下ヨーク２０４の方向に引っ張る力が発生する。
（３）可動子２０６が上ヨーク２０３から離れると、Φ_ＰＭ２＋Φｃｏｉｌ_２−１≫Φ_ＰＭ１−Φｃｏｉｌ_２−２となるので、図１７（ｃ）に示すように可動子２０６は所定のストローク移動して下ヨーク２０４の第２の部位２０４ａに到達する。
（４）ここで第２のコイル２０８の励磁を止めると、Φ_ＰＭ１≪Φ_ＰＭ２となり、同じく図１７（ｃ）に示すように可動子２０６は下ヨーク２０４の第２の部位２０４ａに保持される。
【０００４】
以上のように可動子２０６がヨーク２５０内で所定のストローク移動することにより、可動子２０６に直結されたロッド２０９に取り付けられている開閉器２００の接点２１０を開とすることにより電力送配電系統の電流遮断が行われる。
【０００５】
なお、前記図１７（ｃ）に示した接点２１０の開状態から、図１７（ａ）の接点２１０閉状態にするには、第１のコイル２０７を励磁することにより前記と同原理で可動子２０６が上ヨーク２０３の方向に移動し、第１のコイル２０７の励磁を止め永久磁石２０５の磁束Φ_ＰＭ１により可動子２０６は上ヨーク２０３の第１の部位２０３ａに保持されるとともに、開閉器２００の接点２１０が閉、電流の投入が行われる。
【０００６】
【特許文献１】
ＥＰ　０　７２１　６５０　Ｂ１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の開閉装置５００に使用されている操作装置１００では、可動子２０６を第１または第２の部位に保持するための永久磁石２０５がソリッドのインナヨーク２０１ｂ、２０２ｂを介して、ポール２０１ａ、２０２ａに取り付けられているため、可動子２０６を駆動するためのコイル２０７、２０８の作る磁気回路上に存在することから図示省略した励磁電源のＯＮ、ＯＦＦにより、前記永久磁石２０５およびインナヨーク２０１ｂ、２０２ｂには渦電流が発生する。
この渦電流は、操作装置２００の応答特性を損なうばかりでなく、前記励磁電源の大型化やコストの上昇を招くという問題点があった。
【０００８】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、永久磁石を可動子を駆動する磁気回路とは別の磁気回路上に設けることによって、渦電流の発生を低減した構成を採用した。
つまり、第１のヨークがコイル励磁による可動子駆動用磁気回路を、第２のヨークが永久磁石による可動子保持用磁気回路を分担する構成とすることにより応答特性の向上したかつ小型低コストの電源を備えた操作装置および開閉装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る操作装置は、第１のヨーク内に設けられ、第１の方向に往復動する可動子と、前記第１のヨークに付設された第２のヨークと、永久磁石とを備え、
前記第１のヨークには前記可動子が接する第１、第２の部位を有すると共に、第１、第２のコイルが設けられており、前記可動子は前記第１または第２のコイルが励磁されることにより、前記第１のヨークとで第１の磁気回路をなすとともに、前記第１のヨークの第１の部位または第２の部位に向けて所定のストロークを往復動するものであり、
前記永久磁石は前記第１の磁気回路を除く、前記第１のヨーク、第２のヨークおよび可動子で作る第２の磁気回路上に設けられており、その磁束によって前記可動子が前記第１のヨークの第１または第２の部位で保持されるものである。
【００１０】
また、第１のヨーク内に設けられ、第１の方向に往復動する可動子と、前記第１のヨークに付設された第２のヨークと、永久磁石とを備え、
前記第１のヨークには前記可動子が接する第１、第２の部位を有すると共に、少なくとも１個のコイルが設けられており、前記可動子は前記コイルが励磁されることにより、前記第１のヨークとで第１の磁気回路をなすとともに、前記第１のヨークの第１の部位または第２の部位に向けて所定のストロークを往復動するものであり、
前記永久磁石は前記第１の磁気回路を除く、前記第１のヨーク、第２のヨークおよび可動子で作る第２の磁気回路上に設けられており、その磁束によって前記可動子が前記第１のヨークの第１または第２の部位で保持されると共に、前記可動子を前記第１の方向に駆動する作動機構が設けられているものである。
【００１１】
また、前記永久磁石は、前記第１のヨークと第２のヨークとの対面の間、あるいは前記可動子に対面する第２のヨークとの端面、あるいは第２のヨークを構成する部材の間に設けられているものである。
【００１２】
また、前記可動子が、前記第１のヨークの第１の部位で保持されるとき、前記可動子の前記第１のヨークに接する端面と前記第２の部位との間には、第２の空隙Ｇ２が設けられており、前記可動子が前記第１のヨークの第２の部位で保持されるとき前記可動子の前記第１のヨークに接する端面と前記第１の部位との間には、前記第２の空隙Ｇ２と異なる第１の空隙Ｇ１が設けられているものである。
【００１３】
また、前記第２のヨークが、前記第１の方向に配置されているものである。
【００１４】
また、前記第２のヨークが、前記第１の方向と直交する第２の方向に配置されているものである。
【００１５】
また、前記第１のヨークが積層構造である。
【００１６】
また、前記第２のヨークが積層構造である。
【００１７】
また、第１のヨークの上ヨークと下ヨークの厚さが異なるものである。
【００１８】
また、第１のヨークの第１、第２の部位に凹部または凸部が設けられているものである。
【００１９】
また、第２のヨークにジャッキボルトが設けられるとともに、第２のヨークと第１のヨークの間に薄板が設けられているものである。
【００２０】
また、前記第１または第２のコイルが、それぞれ複数のコイルで形成されているものである。
【００２１】
また、第１のコイルと第２のコイルの起磁力が異なるものである。
【００２２】
また、前記コイルが、複数のコイルで形成されているものである。
【００２３】
また、前記可動子が前記第１のヨークと接する端面の磁束が通る断面積が、前記端面以外の磁束が通る断面積に比べて、小さいものである。
【００２４】
また、前記可動子が積層構造である。
【００２５】
また、前記可動子の積層構造は、ソリッドの端板によって締め付けられた構造である。
【００２６】
また、可動子は可動鉄芯を有し、この鉄芯には匚型薄板を積層した積層部が固着され、薄板に凹部が設けられているものである。
【００２７】
また、端板に開口部が設けられているものである。
【００２８】
また、端板端面が積層部端面より低く離れた個所にあるものである。
【００２９】
また、前記可動子を前記第１の方向に駆動する作動機構を設けたものである。
【００３０】
また、開閉器と、前記開閉器を開閉駆動する操作装置とを備えた開閉装置であって、前記操作装置は前記［０００９］〜［００２９］のいずれか１項に記載の操作装置を使用したものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による操作装置１００を図１〜図３に基づいて説明する。
図１は操作装置１００の主要構成部品を示す見取図であり、図２はその取付後の見取図である。図３は図１のＡ矢の方向から見たヨーク、可動子を示す概念図である。
図において、１は第１のヨーク、１ａは上ヨーク、１ｂは下ヨーク、１ｃは側ヨーク、２は可動子、３は第１のコイル、４は第２のコイル、５は第２のヨーク、６は永久磁石、７はポール、８は第１の部位、９は第２の部位である。２０９はロッドで、上下ヨーク１ａ、１ｂを貫通して可動子２に連結され、開閉器２００の接点２１０につながる。
第１のヨーク１は上ヨーク１ａ、下ヨーク１ｂ、側ヨーク１ｃおよびポール７を１体化して打ち抜かれた電磁薄鋼板を積層して形成されている。上ヨーク１ａには可動子２が接して保持される第１の部位８を有し、下ヨーク１ｂにも同様の第２の部位９を有している。
この第１のヨーク１内には図１の垂直方向に相当する第１の方向に、所定のストロークを往復移動可能な可動子２と、第１、第２のコイル３、４が設けられている。そして前記第１の方向に直交する第２の方向に、側ヨーク１ｃを挟んで接するように１対の第２のヨーク５が設けられている。
前記可動子２は電磁薄鋼板または薄鋼板の積層構造であり、開閉器２００につながるロッド２０９が設けられている。なお、可動子２とポール７との間には空隙ｇを有する。前記対をなす第２のヨーク５は、ソリッド鋼板製で矩形状構造とし、図示省略したボルトまたは締付金具で前記側ヨーク１ｃに取り付けられている。永久磁石６は、前記第２のヨーク５の長手方向中央部に設けられ、組立状態では前記可動子２とギャップｇを介して対向するよう配置されている。
ここで図３（ａ）は可動子２が上ヨーク１ａの第１の部位８に接して前記第２のヨーク５に設けられた永久磁石６によって可動子２が保持されている状態を示す。
また、この状態は開閉器２００の接点２１０が閉極している状態である。一方図３（ｂ）は可動子２が同様に下ヨーク１ｂの第２の部位９に接して保持されている状態を示しており、開閉器２００の接点２１０が開極時である。そして図３（ａ）（ｂ）に示すように、可動子２の端面と上ヨーク１ａの第１の部位８には第１の空隙Ｇ１、また下ヨーク１ｂの第２の部位９との間には、第２の空隙Ｇ２が設けられている。
【００３２】
次に第１のヨーク１と第２のヨーク５のなす磁気回路について述べる。第１のヨーク１には第１のコイル３または第２のコイル４を図示しないコイルの励磁電源によって励磁することにより発生する第１の磁気回路の磁束がヨーク１内および可動子２内を通る。これは、例えば従来技術で示した図１７（ｂ）や後述する図８（ｂ）のΦｃｏｉｌ_２−１、Φｃｏｉｌ_２−２に相当するものである。
この第１の磁気回路の磁束によって可動子２をヨーク１の第１の方向に、ストロークＧ１、およびストロークＧ２−ｔ往復動させる。ここで図３（ａ）の接点２１０の閉状態から、図３（ｂ）の接点２１０の開状態に開閉器２００を動作させようとするとき、図８（ｂ）に示すように第２のコイル４を励磁することによってΦｃｏｉｌ_２−１、Φｃｏｉｌ_２−２を発生させ、可動子２が上ヨーク１ａの第１の部位８から下ヨーク１ｂの第２の部位９へ所定のストロークすなわちＧ２−ｔに相当する距離駆動される。
また、図３（ｂ）の接点２１０の開状態から図３（ａ）の閉状態は、第１のコイル３を励磁し可動子２を駆動することによって為される。このようにヨーク１には第１のコイル３または第２のコイル４を励磁することによって発生する第１の磁気回路の磁束が通る磁路を形成する機能を有する。従ってコイル励磁に伴うヨーク１内に発生する渦電流を低減するためヨーク１は電磁薄鋼板の積層構造を採用している。
さらに可動子２も同様の理由で電磁薄鋼板の積層構造とし、図４に示すように鋼板製端板１０を介し締め付けボルト１１によって強固な構造としている。
なお、ここで前記の第１、第２のコイル３、４はそれぞれが、複数の巻線で構成されるコイルで形成されるものであってもよく、さらには、可動子２を駆動するために必要なコイルを前記のように第１、第２のコイルと特定せず、これらのコイルが操作装置の制御特性に合わせて複数個設ける構成してもよい。そしてその位置も例えば第２のコイル４が設置されている部位に第１のコイルの機能をはたす第３のコイルが設けられる構成であってもよい。
【００３３】
第２のヨーク５は図１に示したように第１の方向に直交する第２の方向に取り付けられており、永久磁石６による第２の磁気回路の磁束の経路は、第２のヨーク→側ヨーク→上または下ヨーク→可動子→永久磁石→第２のヨークとなる。
すなわち、この発明による実施の形態１の第２のヨーク５は、後述する実施の形態２〜６のすべてを含め永久磁石６の磁束が通る磁気回路を受け持つ機能を有するものであり、前記した第１または第２のコイルの作る磁束の通る第１の磁気回路の機能は有していない。つまり、図１や後述する図９、図１０に示すように、永久磁石は、第１の磁気回路を除く第１のヨーク、第２のヨークおよび可動子で作る第２の磁気回路上に設けられている。従って第２のヨーク５は、ソリッドの鋼板製を採用しているが、必ずしもこの構造である必要はなく、製造方法、コスト等を勘案して電磁薄鋼板や薄鋼板の積層構造を採用してもよい。また、第１のヨーク１、可動子２を電磁薄鋼板の積層としたが、薄鋼板の積層であってもよい。さらに第２のヨーク５を１対のヨークとしたが、必ずしも１対である必要はなく、第１のヨーク１の片側に設ける構成であってもよい。
【００３４】
次に可動子２の構造について述べる。図４に示すように可動子２の第１の方向の両端部２ｂつまりヨークの第１の部位８または第２の部位９に接する部分に相当するが、台形状をなしている。言い換えれば、端部２ｂにおける磁束が通る断面積が、端部２ｂ以外の一般部２ａ（端部の面に平行な可動子の任意断面における）の磁束が通る断面積に比較して小さい。このような構造を採用することによって、可動子２とヨークの第１または第２の部位８、９との間にコイルの発生する磁気吸引力を最適化することが可能となり、操作装置１００の制御特性が向上する。なお、図４では両端部２ｂが台形状のものを示したが、これに限らず凹状や凸状など、可動子２の端部２ｂが一般部２ａに比べ磁束の通る断面積が小さくなるものであればよい。
また、図４に示すように鋼板製端板１０を両端に設ける構造としたが、両端と中央部の３個所に設ける構成であってもよい。
【００３５】
次に、可動子２の他の実施の形態について述べる。
図５（ａ）に示すように端板１０ａには、その一部を切り欠いた開口部１０ｂが設けられている。なお、図５による操作装置の詳細は実施の形態２で説明する。この開口部１０ｂを設けた理由は、可動子２ｃが第２の部位９で保持されているとき（開極状態）は、前述したように保持力が小さくてよいことから、前記第２の部位９に可動子２ｃが保持されるとき永久磁石６と可動子２ｃとの空隙を大きくして、永久磁石６から可動子２ｃに渡る磁束を減少させることにある。従って、前記開口部１０ｂは第２の部位９に可動子２ｃが位置する際、永久磁石６に対向した個所で、永久磁石６の大きさ、またはそれに相当する大きさに合わせた寸法を有するものである。
【００３６】
この可動子２ｃの構造の詳細を図６に基づいて以下に述べる。
図６（ａ）は可動子２ｃの断面側面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面である。図６（ｃ）は後述する積層板２ｄに設けた凹部２ｅを重ね合わせた状態を示す図である。
可動子２ｃには、可動軸２０９にねじ込まれて固着された直方体の可動鉄芯１６と、この可動鉄芯１６に固着された匚型の薄板よりなる積層板２ｄを積層した積層部２ｆと、この積層部２ｆを締め付ける端板１０ａより構成されている。積層板２ｄには凹部２ｅが設けられていて、積層する際この凹部２ｅを互いに重ね合わせることによって積層寸法精度を確保するとともに、積層板２ｄに印加される機械的外力に対し、すべり防止を行う。
また、端板１０ａには、積層部２ｆの端面２ｇより離れた個所に端板端部１０ｃが設けられている。このような端板端部１０ｃが設けられることにより、積層板２ｄに発生する端部応力を緩和されることができる。
【００３７】
次に操作装置１００の動作原理は従来技術で示したものと同様であるがここで図８（ａ）〜図８（ｃ）に基づいて再び説明する。
（１）図８（ａ）は開閉器２００の接点２１０が閉状態であり、可動子２は第１のヨーク１の第１の部位８に保持されており、第１、第２のコイル３、４は励磁されていない。この状態において、永久磁石６は二つの磁気回路Ｌ_１とＬ_２を形成し、それぞれの磁束Φ_ＰＭ１とΦ_ＰＭ２を発生する。磁気回路Ｌ_２には図３（ａ）に示したように空隙Ｇ１を有しているためにΦ_ＰＭ１の経路の方がΦ_ＰＭ２の磁気抵抗より低くΦ_ＰＭ１≫Φ_ＰＭ２となり、可動子２とヨーク１の間で吸引力が発生する。この吸引力は従来例の式で示される。
（２）第２のコイル４を永久磁石６と同極性となるように励磁すると、図８（ｂ）に示すように磁束Φｃｏｉｌ_２−１とΦｃｏｉｌ_２−２が発生する。永久磁石６が発生している磁束Φ_ＰＭ１、Φ_ＰＭ２と合成して、Φ_ＰＭ２＋Φｃｏｉｌ_２−１＞Φ_ＰＭ１−Φｃｏｉｌ_２−２になると、可動子２をヨーク１の第２の部位９方向に引っ張る力が発生する。
（３）可動子２がヨーク１の第１の部位８から離れると、Φ_ＰＭ２＋Φｃｏｉｌ_２−１≫Φ_ＰＭ１−Φｃｏｉｌ_２−２となるので、図８（ｃ）に示すように可動子２は所定のストローク移動してヨーク１の第２の部位９に到達する。
（４）ここで第２のコイル４の励磁を止めると、同じく図８（ｃ）に示すように可動子２はヨーク１の第２の部位９に保持される。
（５）次に図８（ｃ）の状態から図８（ａ）の状態に可動子２を駆動しようとするときは、第１のコイル３を励磁することによって、前記と同じ動作原理により、可動子２は所定のストロークを移動する。
【００３８】
以上のように可動子２がヨーク１内で移動することにより、可動子２に連結された開閉器２００の接点２１０を開閉し、電力送配電系統の電流遮断、投入が行われる。
なお、ここでこの実施の形態１の第１の空隙Ｇ１と第２の空隙Ｇ２について詳しく述べる。
第１の空隙Ｇ１は可動子２と上ヨーク１ａの第１の部位８との空隙であり、第２の空隙Ｇ２は可動子２と下ヨーク１ｂの第２の部位９との空隙である。さらに空隙Ｇ２−ｔは図３（ａ）（ｂ）に示したように、下ヨーク１ｂ上に設けたアルミやＳＵＳ、銅等の非磁性材料のスペーサ１３と可動子との間の空隙である。
ここで前記第１の空隙Ｇ１および第２の空隙Ｇ２を磁気的空隙と称し、前記空隙Ｇ２−ｔを機械的空隙と称する。そして磁気的空隙Ｇ１とＧ２とは異なる値をとり、Ｇ１＜Ｇ２でＧ２＝Ｇ１＋ｔである。前記可動子２のストロークはＧ２−ｔとＧ１である。
なお、後述する図５のように可動子の当接面以外から磁束を逃がして開極保持力を小さくできる場合や、Ｗ_１＞Ｗ_２で開極保持力を小さくできる場合はＧ１＝Ｇ２としてもよい。
【００３９】
このように第１の空隙Ｇ１≠第２の空隙Ｇ２を採用した理由は、可動子２の保持力は開閉装置５００開極状態では閉極状態に比較して大幅に小さくてよく、接点２００を閉に保持するすなわち可動子を第１の部位８（上側）に保持する場合（閉極状態）と接点２００を開に保持するすなわち可動子を第２の部位９（下側）に保持する場合（開極状態）とでは可動子２の保持力は異なるためである。開極状態では地震などにより不用意に可動子２が閉極に移動しないようにすればよいので、保持力は閉極状態に比較して大幅に小さくてよい。
そのため、永久磁石６の作る磁束による可動子２の保持力を操作装置１００の開閉状態に応じた空隙Ｇ１またはＧ２を設定することで、保持力を最適化することができ、操作装置１００の制御特性を向上できる。
なお、この例ではＧ２＞Ｇ１であるが、必ずしもこの例に限定されず、開閉器２００と操作装置１００との配置関係によって上ヨーク１ａに非磁性材スペーサ１３を設けてもよい。
なおまた、後述する図５のように可動子の当接面以外から磁束を逃がして開極保持力を小さくできる場合や、Ｇ１＞Ｇ２で開極保持力を小さくできる場合はＷ_１＝Ｗ_２としてもよい。
【００４０】
実施の形態２．
次に、実施の形態２による操作装置１００を図５、図７に基づいて説明する。
図５（ａ）は操作装置１００の正面図、図５（ｂ）は側面図である。なお、図５（ａ）では第２のヨーク５の記入を一部分省略している。
図５（ａ）において、１ａは第１のヨーク１の上ヨーク、１ｂは下ヨーク、２ｃは可動子、３ａは第１のコイル、４ａは第２のコイル、１０ａは可動子２ｃの端板、１０ｂは前記端板１０ａに設けた開口部、１２は上ヨーク１ａと可動子２ｃとの間に設けたバネ、１５は第２のヨーク５に設けたジャッキボルト、Ｗ_１は前記上ヨーク１ａの前記第１の方向の厚さ、Ｗ_２は下ヨークの前記第１の方向の厚さである。
既に述べたように、開閉器２００の接点２１０の開極状態で必要な保持力は、閉極状態に比較して大幅に小さくてよい。従って、可動子２ｃが下ヨーク１ｂの第２の部位９にあるときは、上ヨーク１ａの第１の部位８にあるときに比べ下ヨーク１ｂの磁束密度は小さくてよい。すなわち第１のヨーク１の下ヨーク１ｂの前記第１の方向の厚さＷ_２を上ヨーク１ａの厚さＷ_１より小さいものとしてよい。
このように下ヨーク１ｂの厚さを小さくすることで保持力の調整を行うことができるとともに操作装置２００の重量の低減化が図れる。
【００４１】
また、可動子２ｃが第１の部位８から第２の部位９に移動するとき、上ヨーク１ａと可動子２ｃとの間に設けたバネ１２が移動をアシストしているので、第２のコイル４ａの起磁力（ＡＴ）は第１のコイル３ａに比較して小さくできるので、第２のコイル４ａの断面積が小さく、小型化され、操作装置２００の小型、軽量化、電源の小容量化が図れる。
【００４２】
また、図７（ａ）に示すように、上ヨーク１ａ、下ヨーク１ｂの第１、第２の部位８、９に凹部１ｄを設けて、可動子２ｃが上、下ヨーク１ａ、１０ｂに接して対向する面積を調整することにより、保持力を調整してもよい。また、図７（ｂ）に示すように凸部１ｅを設けても同様に保持力の調整が可能である。
【００４３】
またさらに、図５（ｂ）に示すように、第２のヨーク５にジャッキボルト１５を設け、このジャッキボルト１５を操作することによって第１のヨーク１と第２のヨーク５との間に隙間を生じさせる。つまり、第２のヨーク５に設けられている永久磁石６と可動子２ｃとの空隙を大きくさせることができる。このようにして第１のヨーク１と第２のヨーク５とに生じた隙間には薄鋼板や電磁鋼板等の図示省略した薄板を挿入する。
このような構造を採用することで、永久磁石６と可動子２ｃとの空隙を可変とすることができ保持力の調整が可能となる。
【００４４】
実施の形態３．
実施の形態１、２では第２のヨーク５形状を矩形状構造であるものを示したが、この実施の形態３では図９に示すようにＥ型状の第２のヨーク５ａとしている。そして永久磁石６ａを前記Ｅ型状の中央凸部に設けており、側ヨーク１ｃに組み付けたとき可動子２とギャップｇを介して対向する。
前記１対のヨーク５ａは図示省略されたボルトまたは締付金具によって側ヨーク１ｃに取り付けられる。なお、この第２のヨーク５ａもソリッド鋼板または電磁薄鋼板または薄鋼板の積層構造のいずれであってもよい。
さらに、第２のヨーク５ａに永久磁石６ａを配置する位置関係は、図１０（ａ）のように第２のヨークの両端凸部やあるいは両端凸部が接する図示省略した第１のヨーク１の端面や図１０（ｂ）のように両端凸部の根元、または図１０（ｃ）のように中央凸部の根元に永久磁石６ａを設けてもよい。また、図１０（ｄ）、（ｆ）のように前記の合成や、後述する図１０（ｅ）のような配置でもよい。すなわち、第２のヨーク５ａの磁気回路を構成する部材の端面や、磁気回路の途中や第２のヨーク５ａを構成する部材に挟まれて配置された構成であってもよい。
つまり、永久磁石は、第１、第２のコイル３、４が励磁されることによって第１のヨーク１と可動子２に形成される第１の磁気回路を除く、第１のヨーク１、第２のヨーク５および可動子２で形成される第２の磁気回路上に設けられるような構成であってもよい。
【００４５】
実施の形態４．
実施の形態１〜３では、第２のヨーク５、５ａを第２の方向に配置する構成の操作装置１００を示したが、この実施の形態３では、図１１、図１２に示したようにＥ型状の第２のヨーク５ｂを第１の方向に配置し、上ヨーク１ａ、下ヨーク１ｂに図示省略のボルトまたは締付金具によって取り付けたものである。
ここで図１１は主要構成部品を示す見取図であり、図１２はその取付後の操作装置１００の見取図である。永久磁石６ｂはＥ型状の第２のヨーク５ｂの前記Ｅ型状の中央凸部に設けられており、ヨーク１に取り付けたとき可動子２にギャップｇを介して対向しているが、これ以外にも前述した図１０（ａ）〜（ｄ）（ｆ）のような配置でもよい。なおこの実施の形態４の第２のヨーク５ｂもソリッド鋼板または電磁または薄板積層構造のいずれであってもよい。さらに第２のヨーク５ｂを１対のヨークとしたが、必ずしも１対である必要はなく、第１のヨーク１の片側に設ける構成であってもよい。
【００４６】
実施の形態５．
この実施の形態５は、図１３の見取図に示すように第２のヨーク５ｃ形状をＣ型状とし、第１の方向に設けた構成を示す。
図１３に示すように、ヨーク５ｃはＣ型状の凹部に第１のコイル３を挟むように配し、ヨーク５ｃの上部の凸部が上ヨーク１ａに図示省略のボルトまたは締付金具によって取り付けられている。他の一方の凸部（図１３では下部の凸部）には永久磁石６ｃが設けられており、可動子２に対向しているが、前述した図１０（ｅ）のような配置でもよい。
この第２のヨーク５ｃも前記と同様ソリッド鋼板または電磁または薄板積層構造のいずれであってもよい。また図１３では第２のヨーク５ｃを上ヨーク１ａに取り付けた例を示したが、下ヨーク１ｂ側に取り付ける構成であってもよい。さらに第２のヨーク５ｃを１対のヨークとしたが、必ずしも１対である必要はなく、第１のヨーク１の片側に設ける構成であってもよい。
【００４７】
実施の形態６．
この実施の形態６は、図１４の見取図に示すように励磁コイルを１個とし、そのコイル３ａをヨーク１内に設け、さらに図１５に示すように上ヨーク１ａの第１の部位８と可動子２との間にバネ１２を備えた構成の操作装置１００である。次にこの構成の操作装置１００の動作を図１６も使用して説明する。図１５は図１６（ｃ）、つまり接点２１０の開極状態の場合に相当する。この状態では図１６に示した永久磁石６ｃの磁束Φ_ＰＭ１によって可動子２は第２の部位９に保持されている。次に接点２１０を閉にする場合、コイル３ａを逆励磁すると図１６（ｂ）に示した場合と逆向きの磁路が形成される。このことによりコイル３ａの磁束Φｃｏｉｌ_１−２−永久磁石磁束Φ_ＰＭ１による磁気吸引力が小さくなり、可動子２は第２の部位９から第１の部位８に所定のストローク駆動される。一方、図１６（ａ）の接点２１０の閉極状態から図１６（ｃ）の開極状態に可動子２を移動させるときには、コイル３ａを励磁することによって、Φｃｏｉｌ_１−１を発生させる。このΦｃｏｉｌ_１−１は前記永久磁石６ｃの磁束にΦ_ＰＭ１よって可動子２が上ヨーク１ａの第１の部位８で保持されている吸引力を打ち消す程度の磁束でよい。前記吸引力が打ち消されると、可動子２と上ヨーク１ａとの間に設けたバネ１２によって可動子２は下ヨーク１ｂの第２の部位９に向けて移動する。
このような構成を採用することによって、コイル３ａの起磁力を小さくすることができ、小型な操作装置１００となるばかりでなく、コイル電源も小さいものでよい。
なお、第２のヨーク５ｃは上ヨーク１ａに取り付けているがこの例に限らず下ヨーク１ｂに取り付けてもよく、またさらに開閉装置５００のアシストバネ３００，３０１のバネ力とのかね合いからバネ１２を下ヨーク１ｂと可動子２との間に設けてもよい。また、バネ１２は上、下ヨーク１ａ、１ｂに限らず、第１のヨーク１の外部に設け、可動子３を第１の方向に駆動する作動機構であればよい。また、バネ１２を設ける例を示したが、バネ１２に限らず油圧、空圧を利用した機構やゴム他の弾性体であってもよい。またさらに、第２のヨーク５ｃをＣ型状とし第１の方向に取り付けているがこれに限らず、矩形状またはＥ型状として第２の方向に取り付けてもよい。
また、コイルを３ａを１個設ける例を示したが、このコイルは複数個のコイルでもよく、さらには実施の形態１で示したように第１、第２のコイルを設けてもよい。
また、操作装置１００は電路の開閉装置５００の開閉器２００の開閉動作に用いる例を示したが、これに限らず、例えば気体や液体の輸送路のバルブの開閉や、ドアの開閉等往復運動をする機器であれば適用可能となることは言うまでもない。なおこの時、従来例で示した図１９のバネ３００、３０１を設ける必要なく、開閉装置５００の小型化がはかれる。
【００４８】
【発明の効果】
この発明は以上述べたような構成を有する操作装置およびそれを使用した開閉装置であるので、以下に示すような効果を奏する。
第１のヨーク内に設けられ、第１の方向に往復動する可動子と、第１のヨークに付設された第２のヨークと、永久磁石とを備え、
第１のヨークには可動子が接する第１、第２の部位を有すると共に、第１、第２のコイルが設けられており、可動子は前記第１または第２のコイルが励磁されることにより、第１のヨークとで第１の磁気回路をなすとともに、第１のヨークの第１の部位または第２の部位に向けて所定のストロークを往復動するものであり、
永久磁石は第１の磁気回路を除く、第１のヨーク、第２のヨークおよび可動子で作る第２の磁気回路上に設けられており、その磁束によって可動子が第１のヨークの第１または第２の部位で保持される構成であるので、永久磁石がコイル励磁による第１の磁気回路を除く、第１のヨーク、第２のヨークおよび可動子で作る第２の磁気回路上であって、コイル励磁回路とは分離されており、コイル励磁時に発生する磁路の渦電流発生を低減することができ、それに伴う操作装置の制御特性が向上する。さらにコイル励磁電源が小型で低コストとなるという優れた効果を奏する。
【００４９】
また、第１のヨーク内に設けられ、第１の方向に往復動する可動子と、第１のヨークに付設された第２のヨークと、永久磁石とを備え、
第１のヨークには可動子が接する第１、第２の部位を有すると共に、少なくとも１個のコイルが設けられており、可動子は前記コイルが励磁されることにより、前記第１のヨークとで第１の磁気回路をなすとともに、第１のヨークの第１の部位または第２の部位に向けて所定のストロークを往復動するものであり、
永久磁石は第１の磁気回路を除く、第１のヨーク、第２のヨークおよび可動子で作る第２の磁気回路上に設けられており、その磁束によって可動子が第１のヨークの第１または第２の部位で保持されると共に、可動子を第１の方向に駆動する作動機構が設けられている構成であるので、前記の効果に加えて小型化された操作装置を提供できると共に、電源の小型化も図れるという優れた効果を奏する。
【００５０】
またさらに可動子が、前記第１のヨークの第１の部位で保持されるとき、可動子の第１のヨークに接する端面と第２の部位との間には、第２の空隙Ｇ２が設けられており、可動子が第１のヨークの第２の部位で保持されるとき可動子の第１のヨークに接する端面と第１の部位との間には、前記第２の空隙と異なる第１の空隙Ｇ１が設けられている構成であるので、操作装置電極との開閉状態に応じた保持力を最適化することができ、操作装置の制御特性を向上できるという効果を奏する。
【００５１】
またさらに第２のヨークが、第１の方向に配置されている構成であるので、第１、第２の磁気回路を明確に区分けすることができるとともに、コイルの支持を第２のヨークによっても行うことが可能となり、簡単でより強固なコイル支持構成を有する操作装置とすることができる。
【００５２】
また第２のヨークが、第１の方向と直交する第２の方向に配置されている構成であるので、前記に加え操作装置の奥行方向の寸法を小さくすることができる。
【００５３】
また、第１のヨークが積層構造であるので、渦電流の発生をより低減できる。
【００５４】
またさらに、第２のヨークが積層構造であるので、さらに加えて渦電流の発生を低減できる。
【００５５】
また、上ヨークと下ヨークの厚さが異なるので、操作装置の重量が低減できるとともに、保持力の最適化が図れる。
【００５６】
またさらに、第１のヨークに凹部または凸部が設けられているので、可動子の保持力を調整できる。
【００５７】
また、第２のヨークにジャッキボルトを設けているので、永久磁石と可動子との空隙を可変とし、保持力を調整できる。
【００５８】
また第１または第２のコイルが、それぞれ複数のコイルで形成されている構成であるので、操作装置の制御の多様化が図れるという優れた効果を奏する。
【００５９】
また、第１、第２のコイルの起磁力が異なるので、電源の最適化、コイルおよび操作装置の小型化が図れる。
【００６０】
またさらにコイルが、複数のコイルで形成されているので、同様に操作装置の制御の多様化が図れる。
【００６１】
また、可動子が第１のヨークと接する端面の磁束が通る断面積が、端面以外の磁束が通る断面積に比べて、小さい構成であるので、可動子とヨーク間の磁気吸引力を最適化することができ、操作装置の制御特性を向上させるという優れた効果を奏する。
【００６２】
またさらに、可動子が積層構造であるので、前記に比べ渦電流の発生をさらに低減できる。
【００６３】
また可動子の積層構造は、ソリッドの端板によって締め付けられた構造であるので、吸引力がより増えると共により強固な可動子となるという優れた効果を奏する。
【００６４】
また、可動子は可動鉄芯を有し、匚型の薄板を積層した積層部が固着され、薄板には凹部が設けられ、互いに係合積層されているので、強固なすべり防止の構造となる。
【００６５】
またさらに、端板には開口部が設けられているので、永久磁石との空隙を広くし、開極時の保持力を小さくすることが可能となる。
【００６６】
また端板の端面が積層部端面より低く離れた個所にあるので、積層板の端部応力を低下させることができる。
【００６７】
またさらに、可動子を第１の方向に駆動する作動機構を備えているので、コイルや電源の小型化を行うことができるとともに接点開閉応答特性を向上させる。
【００６８】
また、開閉器と、開閉器を開閉駆動する操作装置とを備えた開閉装置であって、前記した操作装置を使用しているので、制御特性の向上した操作装置を備えた開閉装置となり、例えば三相回路に用いられる開閉装置の三相一括操作や、各相個別の操作および単相回路の開閉装置の接点開閉応答特性を向上させることができると共に、小型、安価なコイル励磁電源を備えた開閉装置を提供できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の操作装置の主要構成部品を示す見取図である。
【図２】この発明の実施の形態１の操作装置を示す見取図である。
【図３】この発明の実施の形態１の操作装置のヨーク、可動子を示す概念図である。
【図４】この発明の実施の形態１の可動子を示す見取図である。
【図５】この発明の実施の形態１の可動子の他の実施の形態および実施の形態２の操作装置を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１の可動子の他の実施の形態を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２の操作装置を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１〜６による操作装置の動作原理説明図である。
【図９】この発明の実施の形態３の操作装置を示す見取図である。
【図１０】この発明の実施の形態３の第２のヨークを示す見取図である。
【図１１】この発明の実施の形態４の操作装置の主要構成部品を示す見取図である。
【図１２】この発明の実施の形態４の操作装置を示す見取図である。
【図１３】この発明の実施の形態５の操作装置を示す見取図である。
【図１４】この発明の実施の形態６の操作装置を示す見取図である。
【図１５】この発明の実施の形態６のヨーク、可動子を示す概念図である。
【図１６】この発明の実施の形態６の操作装置の動作原理説明図である。
【図１７】従来の操作装置の動作原理説明図である。
【図１８】従来の操作装置を示す図である。
【図１９】従来の開閉装置を示す図である。
【符号の説明】
１　ヨーク、１ａ　上ヨーク、１ｂ　下ヨーク、１ｃ　側ヨーク、
１ｄ　凹部、１ｅ　凸部、２，２ｃ　可動子、２ａ　可動子一般部、
２ｂ　可動子端部、２ｄ　積層板、２ｅ　凹部、２ｆ　積層部、
２ｇ　積層部端面、３　第１のコイル、３ａ　コイル、
４，４ａ　第２のコイル、５，５ａ，５ｂ，５ｃ　第２のヨーク、
６，６ａ，６ｂ，６ｃ　永久磁石、７　ポール、８　第１の部位、
９　第２の部位、１０，１０ａ　端板、１０ｂ　開口部、１０ｃ　端板端部、
１１　締付ボルト、１２　バネ、１３　スペーサ、１５　ジャッキボルト、
１６　可動鉄芯、１００　操作装置、２００　開閉器、２０１　接点、
２０９　可動軸、５００　開閉装置、ｇ　空隙、Ｇ１　第１の空隙、
Ｇ２　第２の空隙、Ｗ_１　上ヨーク厚さ、Ｗ_２　下ヨーク厚さ。

Claims (22)

1. 第１のヨーク内に設けられ、第１の方向に往復動する可動子と、前記第１のヨークに付設された第２のヨークと、永久磁石とを備えた操作装置であって、
   前記第１のヨークには前記可動子が接する第１、第２の部位を有すると共に、第１、第２のコイルが設けられており、前記可動子は前記第１または第２のコイルが励磁されることにより、前記第１のヨークとで第１の磁気回路をなすとともに、前記第１のヨークの第１の部位または第２の部位に向けて所定のストロークを往復動するものであり、
   前記永久磁石は前記第１の磁気回路を除く、前記第１のヨーク、第２のヨークおよび可動子で作る第２の磁気回路上に設けられており、その磁束によって前記可動子が前記第１のヨークの第１または第２の部位で保持されることを特徴とする操作装置。
2. 第１のヨーク内に設けられ、第１の方向に往復動する可動子と、前記第１のヨークに付設された第２のヨークと、永久磁石とを備えた操作装置であって、
   前記第１のヨークには前記可動子が接する第１、第２の部位を有すると共に、少なくとも１個のコイルが設けられており、前記可動子は前記コイルが励磁されることにより、前記第１のヨークとで第１の磁気回路をなすとともに、前記第１のヨークの第１の部位または第２の部位に向けて所定のストロークを往復動するものであり、
   前記永久磁石は前記第１の磁気回路を除く、前記第１のヨーク、第２のヨークおよび可動子で作る第２の磁気回路上に設けられており、その磁束によって前記可動子が前記第１のヨークの第１または第２の部位で保持されると共に、前記可動子を前記第１の方向に駆動する作動機構が設けられていることを特徴とする操作装置。
3. 前記永久磁石は、前記第１のヨークと第２のヨークとの対面の間、あるいは前記可動子に対面する第２のヨークの端面、あるいは第２のヨークを構成する部材の間に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の操作装置。
4. 前記可動子が、前記第１のヨークの第１の部位で保持されるとき、前記可動子の前記第１のヨークに接する端面と前記第２の部位との間には、第２の空隙Ｇ２が設けられており、前記可動子が前記第１のヨークの第２の部位で保持されるとき前記可動子の前記第１のヨークに接する端面と前記第１の部位との間には、前記第２の空隙Ｇ２と異なる第１の空隙Ｇ１が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の操作装置。
5. 前記第２のヨークが、前記第１の方向に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の操作装置。
6. 前記第２のヨークが、前記第１の方向と直交する第２の方向に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の操作装置。
7. 前記第１のヨークが積層構造であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の操作装置。
8. 前記第２のヨークが積層構造であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の操作装置。
9. 前記第１のヨークの上ヨークと下ヨークの前記第１の方向の厚さが異なることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の操作装置。
10. 前記可動子が前記第１のヨークに接する前記第１のヨークの前記第１、第２の部位には、凹部または凸部が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の操作装置。
11. 前記第２のヨークにはジャッキボルトが設けられており、前記ジャッキボルトを操作することにより、前記第２のヨークに設けられた前記永久磁石と前記可動子との空隙を可変とするとともに、前記第２のヨークと前記第１のヨークとの間に薄板が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の操作装置。
12. 前記第１または第２のコイルが、それぞれ複数のコイルで形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の操作装置。
13. 前記第１のコイルと第２のコイルの起磁力が異なることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の操作装置。
14. 前記コイルが、複数のコイルで形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の操作装置。
15. 前記可動子が前記第１のヨークと接する端面の磁束が通る断面積が、前記端面以外の磁束が通る断面積に比べて、小さいことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の操作装置。
16. 前記可動子が積層構造であることを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれか１項に記載の操作装置。
17. 前記可動子の積層構造は、ソリッドの端板によって締め付けられた構造であることを特徴とする請求項１６に記載の操作装置。
18. 前記可動子は、可動軸に設けられた可動鉄芯を有し、前記可動鉄芯には、匚型の薄板を積層した積層部が固着されているとともに、前記薄板には凹部が設けられていることを特徴とする請求項１６に記載の操作装置。
19. 前記可動子の端板には開口部が設けられており、前記開口部の設けられている個所は、前記可動子が前記第２の部位で保持されるとき、前記永久磁石と対向する個所であることを特徴とする請求項１６に記載の操作装置。
20. 前記可動子の端板の端面は、前記積層部端面より低く離れた個所にあることを特徴とする請求項１６に記載の操作装置。
21. 前記可動子を前記第１の方向に駆動する作動機構を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項２０のいずれか１項に記載の操作装置。
22. 開閉器と、前記開閉器を開閉駆動する操作装置とを備えた開閉装置であって、前記操作装置は前記請求項１〜請求項２１のいずれか１項に記載の操作装置を使用したことを特徴とする開閉装置。

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