(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側導体に設置された固定接触子及び該固定接触子に対して閉極又は開極し、可動側導体に支持されている可動電極に設置された可動接触子から成る遮断部と、前記可動接触子が動作するために駆動力を発生させるリニアモータと、前記リニアモータの可動子の位置を検出する位置検出装置と、前記固定接触子と可動接触子との接触状態を検出する接触状態検出装置と、該接触状態検出装置で検出された前記固定接触子と可動接触子との接触状態及び前記位置検出装置で検出された前記リニアモータの可動子の位置情報に基づいて、前記リニアモータに供給される電圧及び/又は位相を制御することで前記可動接触子の可動範囲を設定する制御装置を備えていることを特徴とする開閉装置。
【請求項２】
固定側導体に設置された固定接触子及び該固定接触子に対して閉極又は開極し、可動側導体に支持されている可動電極に設置された可動接触子から成る遮断部と、前記可動接触子が動作するために駆動力を発生させるリニアモータと、前記リニアモータの可動子の位置を検出する位置検出装置と、前記固定接触子と可動接触子との接触状態を検出する接触状態検出装置と、該接触状態検出装置で検出された前記固定接触子と可動接触子との接触状態及び前記位置検出装置で検出された前記リニアモータの可動子の位置情報に基づいて、前記リニアモータに供給される電圧及び/又は位相を制御することで前記リニアモータの可動子に働く推力の大きさ及び/又は向きを可変し、前記可動接触子の駆動速度及び停止位置を制御して前記可動接触子の可動範囲を設定する制御装置を備えていることを特徴とする開閉装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の開閉装置において、
前記可動接触子の可動範囲は、前記固定接触子と可動接触子が完全投入状態から開離するまでの移動量であるワイプ量及び前記固定接触子と可動接触子の遮断位置における前記遮断部のパッファ室内の残存移動量であるＯギャップ量であることを特徴とする開閉装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の開閉装置において、
前記制御装置は、前記接触状態検出装置で検出された前記固定接触子と可動接触子との接触状態及び前記位置検出装置で検出された前記リニアモータの可動子の位置情報に基づいて、前記リニアモータに供給される電圧及び/又は位相を制御する制御部と、該制御部からの駆動信号を受けて、該駆動信号通りの電圧を前記リニアモータに供給するドライブ回路とから成ることを特徴とする開閉装置。
【請求項５】
請求項４に記載の開閉装置において、
前記制御部は、通常モータ処理部とメンテナンスモード処理部及びモータ制御部から構成され、前記通常モータ処理部は、上位からの遮断信号及び投入信号を基に前記遮断部の必要動作を判断し、前記モータ制御部へ位置指令、速度制御値及びｑ軸電流制限値を出力する機能を有し、かつ、前記メンテナンスモード処理部は、前記位置検出装置による前記リニアモータの可動子の位置信号及び接触状態検出装置による前記固定接触子と可動接触子との接触状態信号を基に、前記ワイプ量及びＯギャップ量を予め設定された値にすべく投入動作位置指令値及び遮断動作位置指令値を調整する機能を有し、前記モータ制御部は、前記位置信号及び接触状態信号並びに前記メンテナンスモード処理部又は前記通常モータ処理部からの入力信号を基に演算される前記リニアモータの推力に比例するｑ軸電流指令値を求め、該ｑ軸電流指令値を発生させるために必要な駆動信号を演算し、該駆動信号を前記ドライブ回路へ出力する機能を有することを特徴とする開閉装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の開閉装置において、
前記リニアモータの可動子の位置を検出する位置検出装置は、前記可動子に貼り付けられたリニアスケールと、該リニアスケールの位置を読み取るセンサとから成ることを特徴とする開閉装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の開閉装置において、
前記固定接触子と可動接触子との接触状態を検出する接触状態検出装置は、前記可動側導体に試験用導体が取付けられ、該試験用導体に設けられた第１の導通測定端子及び前記固定側導体の絶縁スペーサ側に設けられた第２の導通測定端子を備え、該第１及び第２の導通測定端子からの電流に基づき前記固定接触子と可動接触子との接触又は開離するタイミングを検知する導通検出装置から成ることを特徴とする開閉装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の開閉装置において、
前記固定接触子と可動接触子との接触状態を検出する接触状態検出装置は、前記可動側導体に設けられた第１の導通測定端子及び前記固定側導体に設けられた第２の導通測定端子を備え、該第１及び第２の導通測定端子からの電流に基づき前記固定接触子と可動接触子との接触又は開離するタイミングを検知する導通検出装置から成ることを特徴とする開閉装置。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の開閉装置において、
前記固定接触子と可動接触子との接触状態を検出する接触状態検出装置は、前記可動側導体に接続されて主回路の一部を構成する高電圧導体の周囲に配置されて該高電圧導体の電流を検出する変流器の二次電流発生部に設けられた導通測定端子を備え、該導通測定端子からの電流に基づき前記固定接触子と可動接触子との接触又は開離するタイミングを検知する導通検出装置から成ることを特徴とする開閉装置。
【請求項１０】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の開閉装置において、
前記固定接触子と可動接触子との接触状態を検出する接触状態検出装置は、前記可動側導体に接続されて主回路の一部を構成する高電圧導体に、可動子を介して開閉可能に接続されている第１の接地開閉器及び前記固定側導体に接続されて主回路の一部を構成する高電圧導体に、可動子を介して開閉可能に接続されている第２の接地開閉器と、該第１及び第２の接地開閉器のそれぞれの可動子と導通するメガリング端子とを備え、該メガリング端子からの電流に基づき前記固定接触子と可動接触子との接触又は開離するタイミングを検知する導通検出装置から成ることを特徴とする開閉装置。
【請求項１１】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の開閉装置において、
前記固定接触子と可動接触子との接触状態を検出する接触状態検出装置は、ｑ軸電流の変化による接触情報に基づいて、前記両接触子の接触状態を検出していることを特徴とする開閉装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の開閉装置において、
前記リニアモータは、永久磁石又は磁性材を磁化方向を反転させつつ複数個並べて形成された可動子と、前記永久磁石又は磁性材を上下方向から挟み込むように配置された第１の磁極歯及び第２の磁極歯、該第１の磁極歯と第２の磁極歯をつなぎ磁束の経路を形成する磁性体、前記第１の磁極歯と第２の磁極歯にそれぞれ配置された巻線から成る電機子とを備えていることを特徴とする開閉装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の開閉装置において、
前記第１の磁極歯及び第２の磁極歯は、前記可動子若しくは電機子の進行方向に少なくとも２つ並設されていると共に、両者が前記磁性体で連結され、かつ、前記巻線からの磁束が通る少なくとも２つの異なる磁路が形成されていることを特徴とする開閉装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の開閉装置において、
前記遮断部はタンク内に収納され、かつ、前記リニアモータは前記タンクと隣接配置されたケース内に配置されていると共に、前記リニアモータの可動子が、前記タンク内の前記可動接触子と絶縁ロッドを介して接続されていることを特徴とする開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は開閉装置に係り、特に、ガス遮断器等の遮断部の開閉操作を行う操作器を電動で動作させて高電圧を遮断するリニアモータを用いているものに好適な開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力用開閉装置は、電力需要の増大と電力設備の小型・高信頼化の要請から、絶縁・遮断性能の高い六弗化硫黄（ＳＦ６）ガスを封入したタンク内に、通電導体や遮断部などの電気装置を収納することにより、開閉装置全体を大幅に縮小したガス絶縁開閉装置が主流となる傾向が顕著である。
【０００３】
このガス絶縁開閉装置の最も重要な構成要素はガス遮断器であり、このガス遮断器は、ＳＦ６ガスを封入した密封タンク内に遮断部が絶縁支持物を介して支持される構造となっている。
【０００４】
上述した遮断部は、通常の負荷電流のみならず、各種の電流遮断責務を満たす必要があるが、その性能は遮断部の可動電極に設置された可動接触子と、固定側導体に設置された固定接触子の開極速度に大きく影響される。
【０００５】
この可動接触子と固定接触子の開極速度を管理するために、可動接触子と固定接触子が完全投入状態から開離するまでの可動接触子の移動量（以下、ワイプ量という）を規定値内に収めるように組立をするという管理手法を取っている。
【０００６】
しかし、この上記管理手法では、部品一品々々の厳しい寸法管理及び組立後に接触子の位置を調整するための機構が必要であり、部品製作及び調整作業のため、コストが増大するという問題があった。
【０００７】
また、パッファ形遮断部においては、完全な遮断位置におけるパッファ室内の残存容積が、遮断動作過程におけるパッファ室の圧力上昇特性に大きく影響するため、遮断位置におけるパッファ室内の残存移動量（以下、Ｏギャップ量という）についても同時に管理する必要があった。
【０００８】
例えば、特許文献１に記載されている電流開閉器では、容器の軸方向長さに係らずにワイプ及び極間距離の調整を行うことにより、ワイプ及び極間距離を確実に所定の組立公差に収めて組立てるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１１９３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来のガス遮断器では、その最も大きな使命である事故電流の高速遮断性能を確保するには、遮断部の可動接触子の位置を管理する必要があり、機器毎に厳しい部品寸法管理、調整機構による電極位置の調整作業を行っているが、それでも、機器毎のばらつきが生じてしまう。その理由は、製作効率を考慮して、数ｍｍ程度の一定管理値内にワイプ量が収まるように管理せざるを得ないためである。つまり、前述の部品寸法管理や調整機構による可動接触子の位置管理方法では、作業時間もかかり、機器毎のワイプ量のばらつきを無くすことは難しかった。
【００１１】
また、特許文献１では、固定接触子の水平方向位置を調整可能なように、固定電極と固定接触子の間に位置決めを行うための調整機構を必要とするが、この位置決めを行うための調整機構は、遮断部の構造を複雑化するため、コストが増大すると共に、導電性異物が発生するポテンシャルを増加してしまうため、機器の信頼性を低下させるという問題がある。
【００１２】
本発明は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、遮断部の可動接触子の位置の自由度を増大させ、従来必要であった部品寸法管理や可動接触子の位置を調整するための機構を不要とし、部品製作と機器組立ての簡素化及びコスト低減が可能な開閉装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の開閉装置は、上記目的を解決するために、固定側導体に設置された固定接触子及び該固定接触子に対して閉極又は開極し、可動側導体に支持されている可動電極に設置された可動接触子から成る遮断部と、前記可動接触子が動作するために駆動力を発生させるリニアモータと、前記リニアモータの可動子の位置を検出する位置検出装置と、前記固定接触子と可動接触子との接触状態を検出する接触状態検出装置と、該接触状態検出装置で検出された前記固定接触子と可動接触子との接触状態及び前記位置検出装置で検出された前記リニアモータの可動子の位置情報に基づいて、前記リニアモータに供給される電圧及び/又は位相を制御することで前記可動接触子の可動範囲を設定する制御装置を備えていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の開閉装置は、上記目的を解決するために、固定側導体に設置された固定接触子及び該固定接触子に対して閉極又は開極し、可動側導体に支持されている可動電極に設置された可動接触子から成る遮断部と、前記可動接触子が動作するために駆動力を発生させるリニアモータと、前記リニアモータの可動子の位置を検出する位置検出装置と、前記固定接触子と可動接触子との接触状態を検出する接触状態検出装置と、該接触状態検出装置で検出された前記固定接触子と可動接触子との接触状態及び前記位置検出装置で検出された前記リニアモータの可動子の位置情報に基づいて、前記リニアモータに供給される電流及び/又は位相を制御することで前記リニアモータの可動子に働く推力の大きさ及び/又は向きを可変し、前記可動接触子の駆動速度及び停止位置を制御して前記可動接触子の可動範囲を設定する制御装置を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、遮断部の可動接触子の位置の自由度が容易に増大すると共に、従来必要であった部品寸法管理や可動接触子の位置を調整するための機構が不要となり、部品製作と機器組立ての簡素化及びコスト低減が可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の開閉装置の実施例１であり、ガス遮断器の閉極状態を示す断面図である。
【図２】本発明の開閉装置の実施例１であり、ガス遮断器の開極状態を示す断面図である。
【図３】本発明の開閉装置の実施例１のガス遮断器に採用されるリニアモータの構成を示す斜視図である。
【図４】図３のリニアモータをＹ−Ｚ平面で断面した状態を示す断面図である。
【図５】本発明の開閉装置の実施例１のガス遮断器に採用されるリニアモータの第１の磁束の経路と第２の磁束の経路を示す図３に相当する図である。
【図６】本発明の開閉装置の実施例１のガス遮断器に採用されるリニアモータの第１の磁束の経路と第２の磁束の経路を示す図４に相当する図である。
【図７】本発明の開閉装置の実施例１のガス遮断器の可動電極位置制御の一例を示し、（ａ）は遮断部の固定接触子と可動接触子の完全投入状態、（ｂ）は固定接触子と可動接触子の閉極・開極状態、（ｃ）は固定接触子と可動接触子の完全遮断状態である。
【図８】本発明の開閉装置の実施例１のガス遮断器の可動電極位置制御によるワイプ量とＯギャップ量を設定した際のストロークカーブ例を示し、（ａ）は無制御である初期状態、（ｂ）はワイプ量を増加した状態、（ｃ）はＯギャップ量を増加した状態である。
【図９】本発明の開閉装置の実施例１のガス遮断器に採用される制御部及びドライブ回路の詳細を示す図である。
【図１０】本発明の開閉装置の実施例１のガス遮断器におけるメンテナンスモード処理手順のフローチャート図である。
【図１１】本発明の開閉装置の実施例１のガス遮断器における実施例１の可動電極位置制御のタイムチャート図である。
【図１２】本発明の開閉装置の実施例２であり、ガス遮断器の閉極状態を示す断面図である。
【図１３】本発明の開閉装置の実施例３であり、ガス遮断器の閉極状態を示す断面図である。
【図１４】本発明の開閉装置の実施例４であり、ガス遮断器の閉極状態を示す断面図である。
【図１５】本発明の開閉装置の実施例５のガス遮断器におけるメンテナンスモード処理手順のフローチャート図である。
【図１６】本発明の開閉装置の実施例５のガス遮断器における実施例１の可動電極位置制御のタイムチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図示した実施例に基いて本発明の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。
【実施例１】
【００１８】
図１及び図２に、本発明の開閉装置の実施例１であるガス遮断器を示し、図１はガス遮断器の閉極状態、図２はガス遮断器の開極状態である。
【００１９】
該図に示す如く、本実施例のガス遮断器１は、事故電流を遮断するための遮断部１００と、遮断部１００を操作するための操作部１０１とに大別される。
【００２０】
遮断部１００は、内部にＳＦ６ガスを封入したタンク２内に、タンク２の端部に設けられた絶縁スペーサ３に固定された固定側導体４と、固定側導体４に設置された固定接触子５と、この固定接触子５と対向配置され、該固定接触子５に対して接触（閉極）又は開離（開極）する可動接触子９と、この可動接触子９が設置される可動電極８と、可動電極８を支持し、かつ、電気的に接続される可動側導体７と、可動電極８の先端に設けられ、開極時又は閉極時に固定接触子５と可動接触子９の間に発生するアークにパッファピストン１１をもって消弧性ガスを吹き付けて消弧するノズル１２と、操作部１０１側に接続されると共に、可動電極８に接続される絶縁ロッド１０と、可動側導体７を支持する絶縁筒６と、可動接触子９に接続され、主回路の一部を構成する主回路導体（図示せず）とから概略構成されている。
【００２１】
そして、遮断部１００は、操作部１０１からの操作力を通じて可動接触子９を、図中矢印Ａの方向（以下、Ａ方向という）に移動させて、固定接触子５に対して電気的に開閉することにより、電流の投入（閉極）及び遮断（開極）が行われるものである。
【００２２】
一方、操作部１０１は、タンク２に隣接して設けられる操作器ケース２２と、この操作器ケース２２内に設置されたリニアモータ（操作器）２０と、このリニアモータ２０の内部に配置され、該リニアモータ２０の内部をＡ方向に直線動作する可動子２３と、この可動子２３の周囲に設置され、該可動子２３の位置を検出する位置検出装置２９と、固定接触子５と可動接触子９との接触状態を検出する接触状態検出装置である導通検出装置３７と、導通検出装置３７で検出された固定接触子５と可動接触子９との接触状態及び位置検出装置２９で検出されたリニアモータ２０の可動子２３の位置情報に基づいて、リニアモータ２０に供給される電流や位相を制御する制御部２７と、この制御部２７からの駆動信号を受けて、該駆動信号通りの電圧をリニアモータ２０に供給するドライブ回路２８とから概略構成され、制御部２７とドライブ回路２８で制御装置を構成している。
【００２３】
また、導通検出装置３７は、可動側導体７に試験用導体３４が取付けられ、この試験用導体３４に設けられた第１の導通測定端子３５及び固定側導体４の絶縁スペーサ３側に設けられた第２の導通測定端子３６を備え、これら第１の導通測定端子３５及び第２の導通測定端子３６からの電流に基づき固定接触子５と可動接触子９との接触又は開離するタイミングを検知するものである。
【００２４】
また、リニアモータ２０は、制御部２７及びドライブ回路２８から供給される電圧、電流により内部に磁界を発生させ、リニアモータ２０内に配置された可動子２３を電磁力により直線駆動させることができ、可動子２３の位置を位置検出装置２９で検出することができる。
【００２５】
そして、可動子２３は、タンク２の気密を保ったまま駆動できるように設けられるガスシールユニット２４を通じて遮断部１００の絶縁ロッド１０に接続されている（ガスシールユニット２４は、可動子２３の動作（軸方向移動）は許容し、タンク２内の気密は保つものである）。つまり、絶縁ロッド１０は、可動電極８に連結されており、可動子２３の動作を通じて遮断部１００における可動電極８をＡ方向に動作させることが可能になっている。
【００２６】
また、リニアモータ２０は、操作器ケース２２に気密を保ったまま操作器ケース２２の外部のドライブ回路２８と配線接続ができるように設けられる密封端子２５を通じて、モータ接続線及び位置検出装置２９のケーブルを含む制御ケーブル２６と電気的に接続され、制御ケーブル２６は、制御部２７と接続されており、制御部２７へ位置信号を送信する構成となっている。即ち、制御部２７は、導通検出装置３７で検出された固定接触子５と可動接触子９との接触状態及び位置検出装置２９で検出されたリニアモータ２０の可動子２３の位置情報に基づいて、リニアモータ２０に供給される電圧や位相を制御し、この制御部２７からの駆動信号を受けて、ドライブ回路２８では、駆動信号通りの電圧をリニアモータ２０に供給するものである。つまり、制御部２７及びドライブ回路２８は、リニアモータ２０に供給する電圧量や位相を変化させる制御装置として働くものである。
【００２７】
更に詳述すると、本実施例での制御部２７及びドライブ回路２８は、導通検出装置３７で検出された固定接触子５と可動接触子９との接触状態及び位置検出装置２９で検出されたリニアモータ２０の可動子２３の位置情報に基づいて、リニアモータ２０に供給される電圧や位相を制御することでリニアモータ２０の可動子２３に働く推力の大きさや向きを可変し、可動接触子９の駆動速度及び停止位置を制御して可動接触子９の可動範囲を設定するものである。
【００２８】
次に、リニアモータ２０の構造について、図３乃至図６を用いて説明する。図３乃至図６に示すリニアモータ２０は、３相駆動のリニアモータの一例である。なお、リニアモータ２０は、３相駆動に限定されるわけではなく、例えば、２相駆動や４相以上の多相での構成も可能である。
【００２９】
該図に示す如く、本実施例のリニアモータ２０は、３つの電機子５８、５９、６０からなる固定子と、隣り合う永久磁石５１の磁化方向５５が交互になるように複数個の永久磁石５１が進行方向（Ｚ方向）に配置されて形成される可動子２３とが、相対的に直線運動（水平移動）をするリニアモータである。３つの電機子５８、５９、６０からなる固定子を、電気的に位相が各１２０°ずれるように配置することで３相リニアモータが構成でき、同様にｍ個の電機子でｍ相駆動のリニアモータを構成できる。
【００３０】
複数個の永久磁石５１は、永久磁石５１を保持する部材（図示せず）に固着され、この複数個の永久磁石５１と、永久磁石５１を保持する部材とで可動子２３が構成され、可動子２３が絶縁ロッド１０に連結されている。また、可動子２３と固定子は、相対的に直線運動が可能な支持手段により保持されている。なお、可動子２３を固定し、固定子（電機子）側を移動させることも可能である。
【００３１】
１つの電機子５８は、永久磁石５１に対向した上側の第１の磁極歯５２と、永久磁石５１に対向した下側の第２の磁極歯５３と、上側の第１の磁極歯５２と下側の第２の磁極歯５３をつなぎ、磁束の経路を形成する磁性体５４とから成り、永久磁石５１を第１の磁極歯５２と第２の磁極歯５３で上下から挟み込むように形成され、永久磁石５１の進行方向（Ｚ方向）に２つ並べて構成されている。２つ並べて構成された電機子５８の各々の第１の磁極歯５２と第２の磁極歯５３には、それぞれ巻線５０ａと巻線５０ｂが配置され、第１の磁極歯５２と第２の磁極歯５３は、永久磁石５１に対向する位置に配置されている。なお、電機子５９及び６０も同様な構成である。
【００３２】
図５及び図６に、巻線５０ａ及び巻線５０ｂが、第１の磁極歯５２と第２の磁極歯５３との間のギャップに作る磁束の向きを示す（一般に、リニアモータの巻線は、永久磁石の位置によって時間的に電流の大きさや電流の向きを変化させる。図５及び図６は、ある時間において巻線５０ａ及び５０ｂに流れる電流が、ギャップに作る磁束を示している）。
【００３３】
該図に示す如く、巻線５０ａは下から上への磁束５６を発生させ、巻線５０ｂは上から下への磁束５７を発生させる。
【００３４】
本実施例で説明したリニアモータ２０は、図６に示すように、巻線５０ａと巻線５０ｂに電流を流すことによって生じた磁束及び永久磁石５１の磁束の固定子内での磁束の経路を複数有しているため、駆動装置を大型化することなく駆動されるので、リニアモータ２０を小型化できる。更に、永久磁石５１を第１の磁極歯５２と第２の磁極歯５３で挟み込む構造とすることにより、永久磁石５１に生じる吸引力（図中のＹ方向に働く力）を小さくすることができる。
【００３５】
通常、永久磁石５１と第１の磁極歯５２及び第２の磁極歯５３の間には吸引力（Ｙ方向の力）が発生するが、本実施例の構成においては、永久磁石５１と第１の磁極歯５２に発生する吸引力と、永久磁石５１と第２の磁極歯５３に発生する吸引力とが発生し、これらで力が相殺されることから吸引力が小さくなる。
【００３６】
そのため、可動子２３を支えるための機構が簡素化でき、可動子２３の質量を軽くすることが可能であるため、高加速度駆動や高応答駆動が要求されるガス遮断器の動作に適している。また、可動子２３の質量を軽くできるため、支持部材などの負担を軽減し、ガス遮断器の信頼性能向上、メンテナンス性の向上などが期待できる。
【００３７】
また、本実施例では、永久磁石５１をリニアモータ２０の駆動力を発生させる方向に配置する可動子２３と、この可動子２３に対向して配置されると共に巻線５０ａ及び５０ｂを有する磁極を備えているリニアモータ２０をガス遮断器に搭載しているので、可動子２３を軽量化することができると共に、可動子２３に配線を設ける必要がないので、ガス遮断器の信頼性を向上させることが可能になる。
【００３８】
なお、本実施例では、永久磁石５１を用いた場合について説明したが、永久磁石５１の代わりに磁性体５４を可動子２３に配置して構成することも可能である。ここで、磁性体５４とは、永久磁石５１から吸引力を受ける部材を指し、代表的な部材としては鉄やケイ素鋼板などが挙げられる。
【００３９】
図１及び図２に示すように、遮断部１００と操作部１０１のガス区画が別区画の場合は、遮断部１００は高気圧ＳＦ６ガスで充填されているが、操作部１０１の操作器ケース２２は外部（大気）と密閉される場合と密閉されない場合が存在する。外部と密閉される場合は、操作器ケース２２の内部には大気圧の乾燥空気や窒素、ＳＦ６ガスが充填される。操作部１０１が密閉されていると、外部環境の影響を受けにくく、湿度や雨水や昆虫などの混入など性能を低下させる要因を排除できるため、信頼性の高い操作部が提供できる。
【００４０】
しかし、外部と密閉された場合には、内部を点検することが困難となるため、万が一、操作部１０１で不具合が発生した場合の内部異常要因の検出や、簡単な内部保守点検の実施が困難となる。このような内部点検の容易さを優先させるならば、操作器ケース２２を密閉させる必要はない。
【００４１】
なお、本実施例では、３つの電機子５８、５９、６０でリニアモータ２０を構成した例を示しているが、固定子の個数が３つに限定されるものでないことは言うまでもない。
【００４２】
上述した本実施例でのリニアモータ２０の可動子２３は、上述した如く、遮断部１００の可動電極８と一体に動作するものであり、可動子２３の位置から可動電極８のストロークを調整できる。
【００４３】
本実施例では、制御部２７の機能は、上位からの遮断又は投入指令を基に、リニアモータ２０を制御するためのドライブ回路２８の駆動信号を出力することと定義する。ドライブ回路２８は、スイッチング素子とその付随回路から構成され、制御部２７からの駆動信号を受けて、その信号通りに内部の素子のスイッチングを行うことで、図示しない電源からリニアモータ２０へ電圧電流を供給する。
【００４４】
位置検出器２９は、例えば、リニアスケールをリニアモータ２０の可動子２３に貼り付け、センサでリニアスケールの位置を読み取ることで、制御部２７へ可動子２３の位置信号を伝達することができる。この位置信号を基に、制御部２７では、位置制御及びモータ制御を実行する。また、特に図示しないが、ドライブ回路２８には、モータ電流センサが設けられており、モータ電流値が制御部２７へ伝達される構成としてある。
【００４５】
なお、本実施例では、モータ関係が、制御部２７とドライブ回路及びリニアモータ２０に分けられているが、動作機能が同様である限り、これらの機器の分割構成にこだわるものではない。
【００４６】
図７に、本実施例における遮断部１００の固定接触子５と可動接触子９の完全投入状態（ａ）、固定接触子５と可動接触子９の閉極・開極状態（ｂ）及び固定接触子５と可動接触子９の完全遮断状態（ｃ）を示す。
【００４７】
通常、固定接触子５とパッファピストン１１の位置は固定されていることから、固定接触子５と可動接触子９が完全投入状態から開離するまでの移動量であるワイプ量と固定接触子５と可動接触子９の遮断位置における遮断部１００のパッファ室内の残存移動量であるＯギャップ量は、完全遮断状態（ｃ）と閉極・開極状態（ｂ）及び完全投入状態（ａ）における可動電極８（可動接触子９を含む）の位置と移動距離（以下、ストロークという）によって決まる。
【００４８】
図８に、位置制御によるワイプ量とＯギャップ量を設定した際のストロークカーブ例を示す。
【００４９】
該図は、無制御である初期状態（ａ）、ワイプ量を増加した状態（ｂ）、Ｏギャップ量を増加した状態（ｃ）を示しており、ワイプ量とＯギャップ量の設定は、リニアモータ２０の可動子２３の最大ストロークＬ０と可動電極ストロークＬ１の関係が、Ｌ０＞Ｌ１を満たすとき可能である。
【００５０】
図８（ｂ）に示すように、ストロークを増加させることにより、完全投入位置を固定接触子５側に移動すればワイプ量を増加させることが可能であり、図８（ｃ）に示すように、ストロークを減少させることにより、完全遮断位置を固定接触子５側に移動すればＯギャップ量を増加させることが可能であり、その逆も可能であることから、ワイプ量とＯギャップ量は、Ｌ０＞Ｌ１範囲内で任意に設定可能である。
【００５１】
図９に、本実施例における制御部２７及びドライブ回路２８の詳細を示す。
【００５２】
該図に示す如く、制御部２７は、上位からの遮断信号及び投入信号を入力されると共に、遮断器として動作させる通常モード、或いは本実施例の特徴であるワイプ量及びＯギャップ量を設計通りに設定するメンテナンスモードを選択させるモード信号が入力される。モード信号は、制御部２７の本体に備え付けられたボタンスイッチや通信線による通信信号による入力でもかまわない。
【００５３】
また、制御部２７には、リニアモータ２０に付随する位置検出装置２９から位置信号Ｘが入力されると共に、遮断部１００に設置した接触状態検出装置である導通検出装置３７からの接触信号Ｓ１も入力される。
【００５４】
制御部２７は、通常モード処理部２７Ａとメンテナンスモード処理部２７Ｂ及びモータ制御部２７Ｃから構成される。通常モード処理部２７Ａは、上位からの遮断信号や投入信号を基に必要動作を判断し、モータ制御部２７Ｃへ適切な位置指令や速度制限値、ｑ軸電流制限値を出力する機能を有する。ｑ軸電流とは、モータ電流及びモータ位相から計算され、モータ推力に比例したものである。モータ位相とは、リニアモータ２０の可動子２３の磁石配置と位置信号Ｘから求められるものである。
【００５５】
一方、メンテナンスモード処理部２７Ｂは、位置検出装置２９からの位置信号Ｘや導通検出装置３７からの接触信号Ｓ１を基に、ワイプ量及びＯギャップ量を、予め設定された値にすべく投入動作位置指令値ＸMAKE及び遮断動作位置指令値ＸBREAKを調整する処理を行う部分であり、処理手順に応じて、位置制御の開始又は停止やモータ制御へ位置指令や速度制限値、ｑ軸電流制限値を出力する。詳細な動作は後述する。
【００５６】
モータ制御部２７Ｃへの入力は、モード信号により通常モード処理部２７Ａからの入力になるか、メンテナンスモード処理部２７Ｂから入力になるか選択される。モータ制御部２７Ｃは、各種入力信号を基に演算される位置制御系からモータ推力に比例するｑ軸電流指令値を求め、前記ｑ軸電流指令値を発生させるべく必要な駆動信号を演算し、前記駆動信号をドライブ回路２８へ出力する。
【００５７】
なお、モータ制御部２７Ｃへは、ドライブ回路２８からのモータ電流信号及びリニアモータ２０に設置された位置検出装置２９から位置信号Ｘが入力され、モータ制御部２７Ｃ内で処理に使用される。
【００５８】
ドライブ回路２８は、制御部２７からの駆動信号をもとにスイッチング素子のオン・オフを実行し、リニアモータ２０に所定の電圧を印加することで、所定のモータ電流を発生させる。リニアモータ２０に所定のモータ電流を通電させることで、リニアモータ２０の可動子２３に推力が発生し、可動子２３と連結された可動電極８は直線運動することになる。リニアモータ２０の可動子２３に発生する推力は、モータ制御部２７Ｃの位置制御の出力が反映され、位置指令と現在位置が一致した場合は、リニアモータ２０に対し外部負荷が無い限り推力ゼロとなる。
【００５９】
次に、図１０及び図１１を用いて、メンテナンスモード処理部２７Ｂにおける動作、つまり、投入動作位置指令値及び遮断同位置指令値を演算する方法を説明する。
【００６０】
まず、本実施例の特徴であるワイプ量及びＯギャップ量を設計値通りに設定する方法の一例を説明する。
【００６１】
以下に説明する設定方法は、Ｏギャップ量及びワイプ量を設計通りに設定するために遮断動作位置指令値及び投入動作位置指令値を演算するものである。
【００６２】
メンテナンスモードの初期状態として、遮断部１００に導通検出装置３７（接触信号回路）を取り付け、時間ゼロにおいて、リニアモータ２０の可動子２３の現在位置Ｘが、可動子２３のストローク間の中央付近Ｘ０にいて、速度ゼロだったとする。
【００６３】
モード信号にメンテナンスモードが入力され、制御部２７のメンテナンスモード処理部２７Ｂが処理を開始する（Ｓ１）。メンテナンスモードでは、位置指令ＸCOMMANDにモータストローク最大値ＤMAXが設定される。更に、メンテナンスモードでは、可動電極８が、動作端部で衝突しても損傷することが無いように、速度制限値Ｖmax、Ｖminとして、通常の遮断器動作速度より低い値Ｖ＋、Ｖ−で設定される。更に、モータがゼロ速度の状態で必要以上の推力を出さないようにｑ軸電流制限値Ｉqmaxも、モータ電流定格値より低い値Ｉｑｌに設定される（Ｓ２）。
【００６４】
位置指令等前提条件が設定された後、位置制御開始の指令を時間ゼロに設定する。位置制御開始指令を受けて（Ｓ３）、モータ制御部２７Ｃは位置制御の演算を開始し、可動子２３がＤMAX方向に移動するための推力から求められるドライブ回路２８の駆動信号指令を演算し、ドライブ回路２８が前記駆動信号に従い、リニアモータ２０の電機子５８、５９、６０に電圧電流を供給することで、リニアモータ２０の可動子２３に推力が発生、ＤMAX方向に移動を開始する（リニアモータ２０の可動子２３がゼロ速から加速するのを見越して、時間Ｔの間はメンテナンスモード処理部２７Ｂで新たな処理を実施しない（Ｓ４））。そして、リニアモータ２０の可動子２３は、図１１に示すように、モータ推力に従いＤMAX方向へ除々に加速し、速度制限値Ｖ＋で一定速で移動するようになる。
【００６５】
次に、メンテナンスモード処理部２７Ｂでは、速度Ｖが再びゼロになるのを待つ（Ｓ５）。図１１に示す時間Ｔ１で、可動電極８が遮断方向限界点に到達し、速度ゼロになるのを検出すると現在地ＸをＯギャップ量ゼロ位置Ｘ１として記録する（Ｓ６）。このＸ１と予め設定されたＯギャップ量設計値Ｌ３を基に、遮断動作時位置指令値ＸBREAKを、ＸBREAK＝Ｘ１−Ｌ３と演算する（Ｓ７）。以上からＯギャップ量を設計値通りに設定するための遮断動作時位置指令値が演算できる。
【００６６】
続けて、位置指令値ＸCOMMANDを投入方向のモータストローク最初値ＤMINに設定する（Ｓ８）。指令値に従い、リニアモータ２０の可動子２３にＤMIN方向への推力が発生し、速度制限値Ｖ−まで加速する。その間、メンテナンスモード処理部２７Ｂでは、可動接触子９と固定接触子５間の接触有無を示す接触信号Ｓ１が、非接触を示す“１”状態から接触を示す“０”に変じるのを待つ（Ｓ９）。Ｓ１信号が“０”になった時間Ｔ２での位置Ｘを開離位置Ｘ２として記録する（Ｓ１０）。更に、予め設定されているワイプ量Ｌ２を用い、投入動作位置指令値ＸMAKEを、ＸMAKE＝Ｘ２−Ｌ２と演算する（Ｓ１１）。
【００６７】
次に、位置指令値ＸCOMMANDに投入操作位置指令値ＸMAKEを設定し（Ｓ１２）、リニアモータ２０の可動子２３の位置Ｘが指令値ＸCOMMANDに一致したならば（Ｓ１３）、位置制御を終了させる（Ｓ１４）。位置制御終了後、メンテナンスモード処理部２７Ｂから通常モード処理部２７Ａへ、遮断動作時位置指令値ＸBREAKと投入動作時位置指令値ＸMAKEを伝達し（Ｓ１５）、メンテナンスモードを終了させる（Ｓ１６）。更に、通常モードに戻すため、導通検出装置３７（接触信号回路）及び配線を取り外し、通常運転に備える。
【００６８】
以上のように、メンテナンスモードでの処理を実施することで、予め設定したＯギャップ量及びワイプ量を維持する遮断動作位置指令及び投入動作位置指令を自動設定ができる。また、メンテテナンスモードで設定した遮断動作位置指令値及び投入動作位置指令値を通常モード処理部で使用することで、設計通りの遮断器性能を維持することができる。
【００６９】
このような本実施例によれば、遮断部１００の可動接触子９の位置の自由度が容易に増大すると共に、従来必要であった部品寸法管理や可動接触子９の位置を調整するための機構が不要となり、部品製作と機器組立ての簡素化及びコスト低減が可能となる効果がある。
【００７０】
また、ワイプ量及びＯギャップ量を設計値通りに設定できることから、設計通りの遮断性能を維持することができる。
【００７１】
なお、上記した実施例１では、先に遮断動作位置指令値を演算し、次に投入動作位置指令値を演算する手順となっているが、先に投入動作位置指令値を演算する手順にしてもかまわない。更に、メンテナンスモード終了時のリニアモータ２０の可動子２３の位置、つまり、可動電極８の位置を投入動作位置指令位置ではなく、遮断動作位置指令位置或いは任意の位置で終了させることも可能である。
【実施例２】
【００７２】
図１２に本発明の本発明の開閉装置の実施例２であるガス遮断器を示す。
【００７３】
該図に示す本実施例のガス遮断器１は、固定接触子５と可動接触子９との接触状態を検出する接触状態検出装置として、可動側導体７に設けられた第１の導通測定端子４０と固定側導体４に設けられた第２の導通測定端子４１を備え、これら第１の導通測定端子４０と第２の導通測定端子４１のそれぞれに接続されている信号線４３ａ及び４３ｂが、タンク２に形成されているハンドホール４２から導かれて導通検出装置３７に接続されて形成されたものを用い、第１の導通測定端子４０と第２の導通測定端子４１からの電流に基づき、固定接触子５と可動接触子９との接触又は開離するタイミングを導通検出装置３７で検知し、この結果を制御部２７に入力するものである。他の構成は、実施例１と同様である。
【００７４】
このような本実施例の構成であっても、その作用及び効果は、実施例１と同様である。
【実施例３】
【００７５】
図１３に本発明の本発明の開閉装置の実施例３であるガス遮断器を示す。
【００７６】
該図に示す本実施例のガス遮断器１は、固定接触子５と可動接触子９との接触状態を検出する接触状態検出装置として、可動側導体７に接続されて主回路の一部を構成する高電圧導体４４の周囲に配置され、この高電圧導体４４の電流を検出する変流器４５の二次電流発生部に設けられた導通測定端子（密封端子）４６を備え、前記導通測定端子４６が信号線４７を介して導通検出装置３７に接続されたものを用い、導通測定端子（密封端子）４６からの電流に基づき、固定接触子５と可動接触子９との接触又は開離するタイミングを導通検出装置３７で検知し、この結果を制御部２７に入力するものである。他の構成は、実施例１と同様である。
【００７７】
このような本実施例の構成であっても、その作用及び効果は、実施例１と同様である。
【実施例４】
【００７８】
図１４に本発明の本発明の開閉装置の実施例４であるガス遮断器を示す。
【００７９】
該図に示す本実施例のガス遮断器１は、固定接触子５と可動接触子９との接触状態を検出する接触状態検出装置として、可動側導体７に接続されて主回路の一部を構成する高電圧導体４４に、可動子６０を介して集電子６１に開閉可能に接続されている第１の接地開閉器６２及び固定側導体４に接続されて主回路の一部を構成する高電圧導体６３に、可動子６４を介して集電子６５に開閉可能に接続されている第２の接地開閉器６６と、これら第１の接地開閉器６２及び第２の接地開閉器６６のそれぞれの可動子７０及び６４と導通するメガリング端子６７及び６８とを備え、前記メガリング端子６７及び６８のそれぞれが信号線６９ａ及び６９ｂを介して導通検出装置３７に接続されたものを用い、それぞれのメガリング端子６７及び６８からの電流に基づき、固定接触子５と可動接触子９との接触又は開離するタイミングを導通検出装置３７で検知し、この結果を制御部２７に入力するものである。他の構成は、実施例１と同様である。
【００８０】
このような本実施例の構成であっても、その作用及び効果は、実施例１と同様である。
【実施例５】
【００８１】
図１５に、本発明の実施例５におけるメンテナンスモード処理手順のフローチャートを示す。また、図１６に、本発明の実施例５におけるタイムチャートを示す。
【００８２】
本実施例の特徴は、外部の接触信号回路無に、ワイプ量及びＯギャップ量を維持した投入動作位置指令値及び遮断動作位置指令値を求めるものである。即ち、本実施例では、遮断動作位置指令値ＸBREAKを算出し、その後、投入動作方向に位置制御開始するのは実施例１と同じだが、時間Ｔ２で可動接触子９と固定接触子５が接触する方法をｑ軸電流値で判定するものである。つまり、可動接触子９が固定接触子５に入り込むと摩擦抵抗が大きくなり、速度Ｖ−を維持するための推力が増加すると推力と比例するｑ軸電流も増加するため閾値ＩTOUCHを設け、図１５に示すステップ９（Ｓ９）でこれと比較することで、Ｔ２での可動接触子９と固定接触子５の接触を検知することができる。他の処理手順は、図１０に示した実施例１の処理手順とほぼ同様である（但し、本実施例では、リニアモータ２０の可動子２３の位置Ｘが指令値ＸCOMMANDに一致したならば（Ｓ１３）、位置制御を終了させ（Ｓ１４）、その後、メンテナンスモードを終了させている（Ｓ１５））。
【００８３】
ここで閾値ＩTOUCHは、可動電極８が速度Ｖ−で一定動作させるに必要なｑ軸電流値から大きく外れており、可動接触子９が固定接触子５と摩擦を発生させながら速度Ｖ−で一定動作するときに必要なｑ軸電流値より絶対値で少し小さい数字に設定するのが望ましい。
【００８４】
本実施例の構成を採ることで、外部の接触新信号回路を必要とせず、予め設定したＯギャップ量及びワイプ量を維持する遮断動作位置指令、及び投入動作位置指令を自動設定ができる。また、メンテテナンスモードで設定した遮断動作位置指令、及び投入動作位置指令値を通常モード処理部２７Ａで活用することで、設計通りの遮断器性能を維持することができる。
【００８５】
上記した本実施例では、先に遮断動作位置指令値を演算し、次に投入動作位置指令値を演算する手順となっているが、先に投入動作位置指令値を演算する手順にしてもかまわない。また、メンテナンスモード終了時のリニアモータ２０の可動子２３の位置、つまり、可動電極８の位置を投入動作位置指令位置ではなく、遮断動作位置指令位置或いは任意の位置で終了させることも可能である。
【００８６】
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詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備え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に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１…ガス遮断器、２…タンク、３…絶縁スペーサ、４…固定側導体、５…固定接触子、６…絶縁筒、７…可動側導体、８…可動電極、９…可動接触子、１０…絶縁ロッド、１１…パッファピストン、１２…ノズル、２０…リニアモータ、２２…操作器ケース、２３…リニアモータの可動子、２４…ガスシールユニット、２５…密封端子、２６…制御ケーブル、２７…制御部、２７Ａ…通常モード処理部、２７Ｂ…メンテナンスモード処理部、２７Ｃ…モータ制御部、２８…ドライブ回路、２９…位置検出装置、３４…試験用導体、３５、４０…第１の導通測定端子、３６、４１…第２の導通測定端子、３７…導通検出装置、４２…ハンドホール、４３ａ、４３ｂ、４７、６９ａ、６９ｂ…信号線、４４、６３…高電圧導体、４５…変流器、４６…導通測定端子、５０ａ、５０ｂ…巻線、５１…永久磁石、５２…第１の磁極歯、５３…第２の磁極歯、５４…磁性体、５５…磁化方向、５６…下から上への磁束、５７…上から下への磁束、５８、５９、６０…電機子、６１、６５…集電子、６２…第１の接地開閉器、６４、７０…可動子、６６…第２の接地開閉器、６７、６８…メガリング端子、１００…遮断部、１０１…操作部。
【図１】
0006053173.tif 000002
【図２】
0006053173.tif 000003
【図３】
0006053173.tif 000004
【図４】
0006053173.tif 000005
【図５】
0006053173.tif 000006
【図６】
0006053173.tif 000007
【図７】
0006053173.tif 000008
【図８】
0006053173.tif 000009
【図９】
0006053173.tif 000010
【図１０】
0006053173.tif 000011
【図１１】
0006053173.tif 000012
【図１２】
0006053173.tif 000013
【図１３】
0006053173.tif 000014
【図１４】
0006053173.tif 000015
【図１５】
0006053173.tif 000016
【図１６】
0006053173.tif 000017