JP2005166606A - 開閉器 - Google Patents

Abstract

【課題】 開閉器の開閉に伴う操作力を改善し得る開閉器の操作装置を提供する。
【解決手段】 一対の電極３、４を有する遮断部１ａと、電磁アクチュエータ１６からなる操作機構部１ｃとからなり、前記電磁アクチュエータ１６は、磁路を形成するヨーク３０と、前記ヨーク３０内を移動するアーマチュア３１と、永久磁石３２と、前記永久磁石３２を挟むように配置された閉路コイル３３、および閉路コイル３４とを具備し、閉路時に形成される磁気回路の前記アーマチュア３１の一側面３１ａと前記ヨーク３０の一側面３０ａとが対向する面積よりも、開路時に形成される磁気回路の前記アーマチュア３１の他側面３１ｂと前記ヨーク３０の他側面３０ｂとが対向する面積を広くするとともに、最終の開路状態において、前記アーマチュア３１の他側面３１ｂと前記ヨーク３０の他側面３０ｂ間に所定のギャップが形成されるようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、開閉器の開閉に伴う操作力を改善し得る開閉器に関する。

従来の真空遮断器および真空開閉器などの開閉器の操作装置においては、開路、閉路操作を行うために、必要な力を発生させる電磁アクチュエータを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この種の開閉器は、図５に示すように、図示上段から電流を遮断する遮断部１ａ、遮断部１ａの閉路時に接触荷重を加えるワイプバネ部１ｂ、および図示最下段に遮断部１ａを開閉する操作機構部１ｃが配置され構成されている。なお、図５において、図示右に閉路状態、図示左に開路状態を示している。

遮断部１ａには、真空絶縁容器２内に接離自在の一対の電極３、４を有する三相分の真空バルブ５が設けられている。そして、この真空バルブ５の固定側は、支持碍子６を介して上部固定部材７にそれぞれ固定されている。また、真空バルブ５の可動側には、軸方向に移動自在の可動通電軸８が設けられ、絶縁操作ロッド９の一方端に連結されている。

ワイプバネ部１ｂには、絶縁操作ロッド９の他方端に連結された第１の可動軸１０とこの第１の可動軸１０の軸方向に配置された第２の可動軸１１とを連結するワイプバネフォルダ１２が設けられている。このワイプバネフォルダ１２内には、一対の電極３、４間に接触荷重を加えるワイプバネ１３、および開閉時の衝撃力を吸収する緩衝部材１４が設けられている。

操作機構部１ｃには、三相分の第２の可動軸１１を連結する連絡梁１５、および電磁アクチュエータ１６が設けられている。電磁アクチュエータ１６は、磁路を形成するヨーク１７、ヨーク１７内を移動するように設けられた磁性体のアーマチュア１８、アーマチュア１８を移動もしくは閉路、開路保持をする永久磁石１９、この永久磁石１９の図示上方に配置される閉路コイル２０と、永久磁石１９の図示下方に配置される開路コイル２１、およびアーマチュア１８に固定されてヨーク１７を貫き、連絡梁１５に連結された非磁性体の操作ロッド２２から構成されている。そして、この電磁アクチュエータ１６は、下部固定部材２３に固定されている。

ここで、アーマチュア１８は、遮断部１ａと対向する一端面が操作ロッド２２の軸方向と直交する平坦面部１８ａに形成されている。また、他端面も軸方向と直交する平坦面に形成されるとともに、外周部が面取りされた凸部１８ｂに形成されている。更に、ヨーク１７は、平坦面部１８ａに対向する内壁面が同様の平坦面部１７ａに形成され、また、凸部１８ｂに対向する内壁面が、凸部１８ｂの外形形状に略等しい内形形状の凹部１７ｂに形成されている。

そして、閉路状態にする場合には、閉路コイル２０を励磁して、永久磁石１９、アーマチュア１８の平坦面部１８ａ、ヨーク１７の平坦面部１７ａで形成される磁気回路に磁束を発生させ、アーマチュア１８を図示上方に吸引させる。この吸引力は閉路時の操作力となって、アーマチュア１８とともに操作ロッド２２、そしてワイプバネフォルダ１２、絶縁操作ロッド９を図示上方の閉路方向に移動させ、電極３、４間を接触させる。閉路後には、閉路コイル２０を無励磁にして、永久磁石１９の吸引力によりアーマチュア１８を常時吸引している。また、ワイプバネ１３が圧縮され、電極３、４間に接触荷重が常時加わっている。

一方、開路状態にする場合には、開路コイル２１を励磁して、永久磁石１９、アーマチュア１８の凸部１８ｂとヨーク１７の凹部１７ｂで形成される磁気回路に磁束を発生させ、アーマチュア１８を図示下方に吸引させる。この吸引力は開路時の操作力となって、アーマチュア１８を図示下方の開路方向に移動させ、電極３、４間を開離させる。そして、アーマチュア１８の凸部１８ｂとヨーク１７の凹部１７ｂとが当接し、電極３、４間が最終の開路位置まで開離する。開路後には、開路コイル２１を無励磁にして、永久磁石１９の吸引力によりアーマチュア１８を常時吸引している。

このように開路時の磁気回路においては、アーマチュア１８の凸部１８ｂとヨーク１７の凹部１７ｂとが、閉路時の磁気回路の平滑面部１８ａおよび１７ａ側と比べて、面取りされて広い面積を有しているので、開路を開始するときに強い操作力を得ることができる。更には、最終の開路位置において、凸部１８ｂと凹部１７ｂとの互いの全体が当接しているので、磁束の漏れが抑制され、強い保持力を発生する。
特開２００３−１６８８７号公報 （第６ページ、図６）

上記の従来の開閉器においては、以下のような問題があった。

開路状態にする場合、アーマチュア１８の凸部１８ｂとヨーク１７の凹部１７ｂ間が広い面積を有しているので強い操作力が得られ、また、最終の開路位置において、凸部１８ｂとヨーク１７の凹部１７ｂとが当接しているので、磁束の漏れが抑制され強い保持力を発生する。通常、この保持力は、真空バルブ５の自閉力を僅かに超える程度でよい。しかしながら、強い保持力を発生しているため、開路位置から閉路状態にする場合、この保持力に打ち勝つような強い閉路時の操作力が必要となる。このため、閉路コイル２０には、大きな電流を通電し、大きな磁束を発生させなければならなかった。

通常、閉路コイル２０による操作力は、所定の閉路速度が得られるとともに、ワイプバネ１３を圧縮できる程度のものでよい。しかしながら、開路位置での保持力に打ち勝つ操作力が必要となるため、閉路コイル２０が大容量となり大型化していた。

このようなことから、開路状態にするときには強い操作力が発生するとともに、開路位置から閉路状態にするときには操作力を低減できるものが望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、開路時に強い操作力が得られるとともに、閉路時の操作力を低減し得る開閉器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の開閉器は、固定部材に固定された接離自在の一対の電極を有する遮断部と、前記遮断部の可動軸に連結された電磁アクチュエータからなる操作機構部とからなり、前記電磁アクチュエータは、磁路を形成するヨークと、前記可動軸に連結された操作ロッドを固定し、前記ヨーク内を移動するアーマチュアと、前記アーマチュアを取り囲んで前記ヨーク内に固定された永久磁石と、前記アーマチュアを取り囲んで前記永久磁石を挟むように、一方に配置された閉路コイル、および他方に配置された閉路コイルとを具備し、前記閉路コイルで形成される磁気回路の前記アーマチュアの一側面と前記ヨークの一側面とが対向する面積よりも、前記開路コイルで形成される磁気回路の前記アーマチュアの他側面と前記ヨークの他側面とが対向する面積を広くするとともに、前記開閉器の最終の開路状態において、前記アーマチュアの他側面と前記ヨークの他側面間に所定のギャップが形成されるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、閉路時の磁気回路を形成するヨークとアーマチュアとが対向する面積よりも、開路時の磁気回路を形成するヨークとアーマチュアとが対向する面積を広くしているので、開路時に磁束の漏れが抑制され、強い操作力を得ることができる。そして、最終の開路位置において、対向するヨークとアーマチュア間に所定のギャップを形成し、開路状態を保持する保持力を抑制しているので、閉路状態にするときの操作力を抑制することができる。このため、閉路コイルを小容量で小型化することができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る開閉器を図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る開閉器の構成を示す断面図、図２は、本発明の実施例１に係る電磁アクチュエータの要部拡大断面図である。なお、各図において、従来と同様の構成部分については、同一符号を付した。また、各図において、図示右に閉路状態、図示左に開路状態を示している。

図１に示すように、開閉器は、図示上段から電流を遮断する遮断部１ａ、遮断部１ａの閉路時に接触荷重を加えるワイプバネ部１ｂ、および図示最下段に遮断部１ａを開閉する操作機構部１ｃが配置され構成されている。

遮断部１ａには、真空絶縁容器２内に接離自在の一対の電極３、４を有する三相分の真空バルブ５が設けられている。この真空バルブ５の固定側は、支持碍子７を介して上部固定部材７の長手方向に所定の間隔を保ってそれぞれ固定されている。また、真空バルブ５の可動側には、軸方向に移動自在の可動通電軸８が設けられ、絶縁操作ロッド９の一方端に連結されている。

ワイプバネ部１ｂには、絶縁操作ロッド９の他方端に連結された第１の可動軸１０とこの第１の可動軸１０の軸方向に配置された第２の可動軸１１とを連結するワイプバネフォルダ１２が設けられている。このワイプバネフォルダ１２内には、一対の電極３、４間に接触荷重を加えるワイプバネ１３、および開閉時の衝撃力を吸収する緩衝部材１４が設けられている。この第１の可動軸１０は、ワイプバネフォルダ１２の一側面を移動自在に貫通し、また、第２の可動軸１１は、ワイプバネフォルダ１２に固定されている。

操作機構部１ｃには、三相分の第２の可動軸１１を連結する鋼鈑からなる板状の連絡梁１５、および操作装置の電磁アクチュエータ１６が下部固定部材２３に固定されて設けられている。

電磁アクチュエータ１６は、磁路を形成するヨーク３０、ヨーク３０内を移動するように設けられた磁性体からなる筒状のアーマチュア３１から構成されている。また、アーマチュア３１を移動もしくは開路、閉路保持する例えばネオジウム系材料からなる環状の永久磁石３２がアーマチュア３１を取り囲むように配置されている。この永久磁石３２を挟むように図示上方には、環状の閉路コイル３３が配置され、また、図示下方には、環状の開路コイル３４が配置されている。更に、非磁性体の操作ロッド３５がアーマチュア３１を貫通固定してヨーク３０を貫き、連絡梁１５に連結されている。

ここで、アーマチュア３１は、遮断部１ａと対向する軸方向の一端面が操作ロッド３５の軸方向と直交する平坦面部３１ａに形成されている。また、他端面が凸状のテーパ面部３１ｂに形成されている。このテーパ面部３１ｂは、操作ロッド３５の軸方向と直交する僅かな面積を有する頂部面３１ｂ１と、大部分の面積を有するテーパ面３１ｂ２で構成されている。

ヨーク３０は、アーマチュア３１の平坦面部３１ａに対向する内壁面が平坦面部３０ａに形成され、また、テーパ面部３１ｂに対向する内壁面が凹状のテーパ面部３０ｂに形成されている。このテーパ面部３０ｂは、操作ロッド３５の軸方向と直交する僅かな面積を有する底部面３０ｂ１と、大部分の面積を有するテーパ面３０ｂ２で構成されている。

ここで、アーマチュア３１の頂部面３１ｂ１からテーパ面３１ｂ２が始まる外径をφ１とし、ヨーク３０の底部面３０ｂ１からテーパ面３０ｂ２が始まる内径をφ２とすると、φ１よりもφ２を広くしてある。そして、電極３、４間が最終の開路位置まで開離すると、アーマチュア３１の頂部面３１ｂ１とヨーク３０の底部面３０ｂ１とが当接し、アーマチュア３１のテーパ面３１ｂ２とヨーク３０のテーパ面３１ｂ２間には、数ｍｍのギャップｇ１が形成されるようになっている。

なお、アーマチュア３１のテーパ面部３１ｂの外周とヨーク３０のテーパ面部３０ｂの外周とは、略同様の大きさとなっている。また、凸状に突出するテーパ面３０ｂ２、および凹状に窪むテーパ面３１ｂ２が操作ロッド３５となす角度は、それぞれ４５度と同様である。この角度は、５５度以上では、互いが対向する面積が狭くなり開路時の操作力が充分に得られなくなる。また、３５度以下では、アーマチュア３０の軸方向の長さが長くなり、更にはヨーク３０のテーパ面部３０ｂが深くなり好ましくない。

そして、閉路状態にする場合には、図２に示すように、閉路コイル３３を励磁して、永久磁石３２、アーマチュア３１の平坦面部３１ａ、ヨーク３０の平坦面部３０ａで形成される点線で示す磁気回路Ａにより、アーマチュア３１を図示上方に吸引させる。この吸引力は閉路時の操作力となって、アーマチュア３１とともに操作ロッド３５、そしてワイプバネフォルダ１２、絶縁操作ロッド９を図示上方の閉路方向に移動させ、電極３、４間を接触させる。閉路後には、閉路コイル３３を無励磁にして、永久磁石３２の吸引力によりアーマチュア３１を常時吸引している。また、ワイプバネ１３が圧縮され、電極３、４間に接触荷重が常時加わっている。

一方、開路状態にする場合には、開路コイル３４を励磁して、永久磁石３２、アーマチュア３１のテーパ面部３１ｂ、ヨーク３０のテーパ面部３０ｂで形成される点線で示す磁気回路Ｂにより、アーマチュア３１を図示下方に吸引させる。この吸引力は開路時の操作力となって、アーマチュア３１を図示下方の開路方向に移動させ、電極３、４間を開離させる。開路後には、開路コイル３３を無励磁にして、永久磁石３２の吸引力によりアーマチュア３１を常時吸引している。

これにより、開路状態にする場合においては、ヨーク３０とアーマチュア３１との互いが対向する面積が、平滑面部３０ａ、３１ａよりもテーパ面部３０ｂ、３１ｂの方が広いので、磁気回路Ｂでの磁束の漏れが抑制され、強い開路時の操作力を得ることができる。また、アーマチュア３１が移動する軸方向の直線距離Ｌ１に対して、テーパ面３０ｂ２および３１ｂ２間を直交し、磁路が形成される直線距離Ｌ２の方が短くなる。このため、アーマチュア３１を移動させる距離よりも磁路が形成される距離が短いので、磁気回路の磁気抵抗を小さくでき、それに伴って開路時の操作力を大きくすることができる。

更に、最終の開路位置においては、ギャップｇ１が形成されているので、開路状態を保持する磁気回路Ｂの磁気抵抗が大きくなり保持力が抑制される。この保持力は、真空バルブ５の自閉力よりも僅かに大きい程度でよく、アーマチュア３１のテーパ面３１ｂ２が始まる外径φ１と、ヨーク３０のテーパ面３０ｂ２が始まる内径φ２とでギャップｇ１を制御することにより、容易に調整できる。

上記実施例１の開閉器によれば、開路時の磁気回路を形成するヨーク３０に凹状のテーパ面部３０ｂ、アーマチュア３１に凸状のテーパ面部３１ｂを形成し、互いが対向する面積を広くしているので、磁束の漏れが抑制され、強い操作力を得ることができる。また、最終の開路位置において、テーパ面部３０ｂ、３１ｂ間に所定のギャップを形成し、開路状態を保持する保持力を抑制しているので、閉路状態にするときの操作力を抑制することができる。このため、閉路コイル３３を小容量で小型化することができる。

次に、本発明の実施例２に係る開閉器を図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例２に係る電磁アクチュエータの要部拡大断面図である。この実施例２が実施例１と異なる点は、ヨークとアーマチュアとのテーパ面部の形状である。なお、図３において、図２と同様の構成部分については、同一符号を付し詳細な説明を省略する。また、同図において、図示右に閉路状態、図示左に開路状態を示している。

図３に示すように、電磁アクチュエータ１６は、ヨーク３０、ヨーク３０内を移動するアーマチュア３１、永久磁石３２、閉路コイル３３、開路コイル３４、操作ロッド３５から構成されている。

ここで、アーマチュア３１は、遮断部１ａと対向する軸方向の一端面が操作ロッド３５の軸方向と直交する平坦面部３１ａに形成され、また、他端面が凸状のテーパ面部３１ｃに形成されている。このテーパ面部３１ｃは、操作ロッド３５の軸方向と直交する僅かな面積を有する頂部面３１ｃ１と、大部分の面積を有するテーパ面３１ｃ２で構成されている。更に、ヨーク３０は、アーマチュア３１の平坦面部３１ａに対向する内壁面が平坦面部３０ａに形成され、また、テーパ面部３１ｃに対向する内壁面が凹状のテーパ面部３０ｃに形成されている。このテーパ面部３０ｃは、僅かな面積を有する軸方向と直交する底部面３０ｃ１と、大部分の面積を有するテーパ面３０ｃ２で構成されている。

そして、アーマチュア３１が凸状に突出するテーパ面３１ｃ２が操作ロッド３５となす角度をθ１とし、ヨーク３０が凹状に窪むテーパ面３０ｃ２が操作ロッド３５となす角度をθ２とすると、θ１よりもθ２を大きくしてある。また、アーマチュア３１の頂部面３１ｃ１からテーパ面３１ｃ２が始まる外径よりも、ヨーク３０の底部面３０ｃ１からテーパ面３０ｃ２が始まる内径を大きくしている。

これにより、電極３、４間が最終の開路位置まで開離すると、アーマチュア３１の頂部面３１ｃ１とヨーク３０の底部面３０ｃ１とが当接し、アーマチュア３１のテーパ面３１ｃ２とヨーク３０のテーパ面３１ｃ２間には、半径方向に広がる断面クサビ状のギャップｇ２が形成されるようになっている。

上記実施例２の開閉器によれば、実施例１による効果のほかに、ギャップｇ２が断面クサビ状であるので、半径方向に一定のギャップ長を有する磁気回路と比較して磁気抵抗が大きくなり、開路時の保持力を一層低下させることができる。このため、閉路コイル３３を小容量とすることができる。

次に、本発明の実施例３に係る開閉器を図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施例３に係る電磁アクチュエータの要部拡大断面図である。この実施例３が実施例１と異なる点は、開路時のヨークとアーマチュアとの互いの対向面を断面円弧状としたことである。なお、図４において、図２と同様の構成部分については、同一符号を付し詳細な説明を省略する。また、同図において、図示右に閉路状態、図示左に開路状態を示している。

図４に示すように、電磁アクチュエータ１６は、ヨーク３０、ヨーク３０内を移動するアーマチュア３１、永久磁石３２、閉路コイル３３、開路コイル３４、操作ロッド３５から構成されている。

ここで、アーマチュア３１は、遮断部１ａと対向する軸方向の一端面が操作ロッド３５の軸方向と直交する平坦面部３１ａに形成され、また、他端面が断面円弧状に突出した凸部３１ｄに形成されている。更に、ヨーク３０は、アーマチュア３１の平坦面部３１ａに対向する内壁面が平坦面部３０ａに形成され、また、突出部３１ｄに対向する内壁面が断面円弧状に窪んだ凹部３０ｄに形成されている。

ヨーク３０の凹部３０ｄは、操作ロッド３５の軸方向と直交する僅かな面積を有する底部面３０ｄ１と断面円弧状の円弧面３０ｄ２とで構成されている。また、アーマチュア３１の凸部３１ｄは、操作ロッド３５の軸方向と直交する僅かな面積を有する頂部面３１ｄ１と断面円弧状の円弧面３１ｄ２とで構成され、頂部面３１ｄ１は円弧面３１ｄ２から突出している。

これにより、電極３、４間が最終の開路位置まで開離すると、アーマチュア３１の頂部面３１ｄ１とヨーク３０の底部面３０ｄ１とが当接し、アーマチュア３１の円弧面３１ｄ２とヨーク３０の円弧面３０ｄ２間には、数ｍｍのギャップが形成されるようになっている。

上記実施例３の開閉器によれば、実施例１による効果のほかに、アーマチュア３１の円弧面３１ｄ２とヨーク３０の円弧面３０ｄ２との対向する面積が広くなるので、開路時の操作力をより大きくすることができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。本発明の実施例では、開路時に対向するアーマチュアとヨークにおいて、アーマチュア側を凸状、ヨーク側を凹状として説明したが、これを逆にして、アーマチュア側を凹状、ヨーク側を凸状としてもよい。

本発明の実施例１に係る開閉器の構成を示す断面図。 本発明の実施例１に係る電磁アクチュエータの要部拡大断面図。 本発明の実施例２に係る電磁アクチュエータの要部拡大断面図。 本発明の実施例３に係る電磁アクチュエータの要部拡大断面図。 従来の開閉器の構成を示す断面図。

符号の説明

１ａ 遮断部
１ｂ ワイプバネ部
１ｃ 操作機構部
２ 真空絶縁容器
３、４ 電極
５ 真空バルブ
６ 支持碍子
７ 上部固定部材
８ 可動通電軸
９ 絶縁操作ロッド
１０ 第１の可動軸
１１ 第２の可動軸
１２ ワイプバネフォルダ
１３ ワイプバネ
１４ 緩衝部材
１５ 連絡梁
１６ 電磁アクチュエータ
１７、３０ ヨーク
１７ａ、１８ａ、３０ａ、３１ａ 平坦面部
１７ｂ、３０ｄ 凹部
１８、３１ アーマチュア
１８ｂ、３１ｄ 凸部
１９、３２ 永久磁石
２０、３３ 閉路コイル
２１、３４ 開路コイル
２２、３５ 操作ロッド
２３ 下部固定部材
３０ｂ、３０ｃ、３１ｂ、３１ｃ テーパ面部
３０ｂ１、３０ｃ１、３０ｄ１ 底部面
３０ｂ２、３０ｃ２、３１ｂ２、３１ｃ２ テーパ面
３０ｄ２、３１ｄ２ 円弧面
３１ｂ１、３１ｃ１、３１ｄ１ 頂部面

Claims (4)

1. 固定部材に固定された接離自在の一対の電極を有する遮断部と、
   前記遮断部の可動軸に連結された電磁アクチュエータからなる操作機構部とからなり、
   前記電磁アクチュエータは、磁路を形成するヨークと、
   前記可動軸に連結された操作ロッドを固定し、前記ヨーク内を移動するアーマチュアと、
   前記アーマチュアを取り囲んで前記ヨーク内に固定された永久磁石と、
   前記アーマチュアを取り囲んで前記永久磁石を挟むように、一方に配置された閉路コイル、および他方に配置された閉路コイルとを具備し、
   前記閉路コイルで形成される磁気回路の前記アーマチュアの一側面と前記ヨークの一側面とが対向する面積よりも、前記開路コイルで形成される磁気回路の前記アーマチュアの他側面と前記ヨークの他側面とが対向する面積を広くするとともに、前記開閉器の最終の開路状態において、前記アーマチュアの他側面と前記ヨークの他側面間に所定のギャップが形成されるようにしたことを特徴とする開閉器。
2. 前記アーマチュアの他側面を突出したテーパ面とし、前記ヨークの他側面を窪んだテーパ面とするとともに、前記突出したテーパ面の外径よりも、前記窪んだテーパ面の内径を広くしたことを特徴とする請求項１に記載の開閉器。
3. 前記アーマチュアのテーパ面が前記操作ロッドとなす角度よりも、前記ヨークのテーパ面が前記操作ロッドとなす角度を大きくしたことを特徴とする請求項２記載の開閉器。
4. 前記アーマチュアの他側面を突出した断面円弧状の凸部とするとともに、前記断面円弧状の頂部に突出した頂部面を設け、前記ヨークの他側面を窪んだ断面円弧状の凹部としたことを特徴とする請求項１に記載の開閉器。

Images