(57)【要約】可動子のコイルに対する電流の供給と電線の配線が容易で且つ高さや大きさの縮小により小型化することができ、また、作製が簡便で可動子の動作が安定して行なわれるようにして品質と信頼性を向上することができる電磁気力を利用したアクチュエータ（ＥＭＦＡ）及びこのアクチュエータを利用した遮断器を提供する。  本発明による電磁気力を利用したアクチュエータは、上下方向に所定の長さを有し且つ長手方向に貫通する２つの通路が形成されると共に、前記２つの通路によって中間壁が形成されているケーシングと、前記ケーシングの２つの各通路の両壁面の少なくとも一方に配設される主磁界発生素子、及び前記中間壁を挟んで前記通路の長手方向に略直交する方向に巻き回され、その左右両側が前記通路を貫通しその前後両側が外部に露出するコイルが一体化になって、前記コイルに正方向または逆方向の電流が供給されるときに、前記主磁界発生素子の磁界と前記コイルの電流密度による電子反発力によって前記通路の長手方向に往復動する可動子と、を備えることを特徴とする。
2009515293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に所定の長さを有し且つ長手方向に貫通する２つの通路が形成されると共に、該２つの通路によって中間壁が形成されているケーシングと、
前記ケーシングの２つの各通路の両壁面の少なくとも一方に配設される主磁界発生素子、及び
前記中間壁を挟んで前記通路の長手方向に略直交する方向に巻き回され、その左右両側が前記通路を貫通しその前後両側が外部に露出するコイルが一体化されてなり、該コイルに正方向または逆方向の電流が供給されると、前記主磁界発生素子の磁界と前記コイルの電流密度による電子反発力によって前記通路の長手方向に往復動する可動子と、を備えることを特徴とする電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項２】
前記ケーシングは鉄心からなることを特徴とする請求項１に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項３】
前記主磁界発生素子は永久磁石からなることを特徴とする請求項１に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項４】
上下方向に所定の長さを有し且つ長手方向に貫通する２つの通路が形成されると共に、前記２つの通路によって中間壁が形成されているケーシングと、
前記ケーシングの２つの各通路の両壁面にそれぞれ配設される平板状の外側主磁界発生素子及び内側主磁界発生素子、及び
前記中間壁を挟んで前記外側主磁界発生素子と内側主磁界発生素子との間において通路の長手方向に略直交する方向に巻き回され、左右両側が前記内側主磁界発生素子と外側主磁界発生素子との間の通路を貫通し前後両側が外部に露出するコイルが一体化されてなり、該コイルに正方向または逆方向の電流が供給されると、前記内側及び外側主磁界発生素子の磁界と前記コイルの電流密度による電子反発力によって前記内側主磁界発生素子と外側主磁界発生素子との間において前記通路の長手方向に往復動する可動子と、を備えることを特徴とする電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項５】
前記ケーシングは鉄心からなることを特徴とする電磁気力を利用した請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記外側主磁界発生素子及び内側主磁界発生素子は永久磁石からなることを特徴とする請求項４に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項７】
前記内側及び外側主磁界発生素子の上下端部には、それぞれ第１の内側及び外側補助磁界発生素子と第２の内側及び外側補助磁界発生素子がさらに配設されることを特徴とする請求項４に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項８】
前記第１の内側及び外側補助磁界発生素子と第２の内側及び外側補助磁界発生素子は、その極性の方向が前記内側及び外側主磁界発生素子の極性の方向と逆方向になる状態で配設されることを特徴とする請求項４に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項９】
前記可動子は、該コイルの上下端部にそれぞれ第１の磁性体と第２の磁性体が配設され、前記コイルと第１及び第２の磁性体が一体化されてなることを特徴とする請求項１または４に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項１０】
前記コイルと前記第１及び第２の磁性体が非磁性体のハウジング内部に組み込まれることによって前記一体化された可動子になることを特徴とする請求項９に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項１１】
前記可動子の前記ケーシング外部に露出した部分には案内軸が延長形成され、
前記ケーシングに隣接した位置に前記可動子の案内軸が摺動自在に結合されて前記可動子の往復動を案内するガイドが設けられることを特徴とする請求項１または４に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項１２】
前記可動子の通路に対する長手方向への移動が終わる際に前記可動子が前記通路の上下端部をなすケーシングに衝撃を与えながらぶつかることを防止するために、前記通路の上下端部にそれぞれ第１及び第２の緩衝部材が設けられることを特徴とする請求項１または４に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項１３】
前記上下方向に往復動する可動子のコイルに電流を供給するための電線の配線のために、前記アクチュエータの外部の一方側にはケーブルベヤが設けられることを特徴とする請求項１または４に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項１４】
前記アクチュエータは、複数の台が組み合わされてなり、該組み合わされてなるアクチュエータの各可動子どうしが一体に連結されて一体で往復動することを特徴とする請求項１または４に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項１５】
縦断面上の中間壁を挟んで左右両側に上下方向に所定の長さを有する通路が形成されているケーシングと、
前記ケーシングの左右の通路の縦断面上の外壁面と内壁面にそれぞれ配設される外側主磁界発生素子及び内側主磁界発生素子と、
前記外側主磁界発生素子及び内側主磁界発生素子の長手方向の両端部のうち、駆動すべき受動素子に連結された時より大きな保持力を必要とする方向に対応する端部に隣接して、前記外壁面と内壁面にそれぞれ設けられる外側補助磁界発生素子及び内側補助磁界発生素子、及び
前記左右両側の内側主磁界発生素子を挟んで前記通路の内部に通路の長手方向に略直交する方向に巻き回されるコイルと、前記外側及び内側補助磁界発生素子による磁力を受けるように前記外側及び内側補助磁界発生素子の設置位置に対応した前記コイルの一端部に隣接して配設される磁性体とが一体化されてなり、前記外側主／補助磁界発生素子と内側主／補助磁界発生素子との間の通路内部に通路の長手方向に往復動自在に挿入され、外部の受動素子に連結される可動子と、を備え、
前記外側主磁界発生素子と内側主磁界発生素子の極性は、前記通路を挟んで向い合う側が互いに逆極を有し、
前記外側補助磁界発生素子と内側補助磁界発生素子の極性は、前記通路を挟んで向い合う側の極性が同一極を有し、前記可動子の磁性体が前記外側補助磁界発生素子と内側補助磁界発生素子との間に位置した時に、前記磁性体の縦断面上の左右方向の中間部分を基準にした内側と外側にそれぞれ互いに独立した磁界が形成され、前記各独立した磁界をなす磁力線が、前記磁性体の縦断面上の左右方向の中間部分を略垂直に経由する流れを形成することを特徴とする電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項１６】
前記ケーシングは鉄心からなることを特徴とする請求項１５に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項１７】
前記外側及び内側主磁界発生素子、及び外側及び内側補助磁界発生素子は永久磁石からなることを特徴とする請求項１５に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項１８】
前記中間壁は前記ケーシングの内部中央に円柱状に形成され、前記通路は前記円柱状の中間壁と同心をなして半径方向の外側に所定の幅を有するように円環状に形成され、
前記外側主磁界発生素子と内側主磁界発生素子は、前記円柱状の中間壁及び円環状の通路と同心をなす円環状をなし、それぞれ前記円環状の通路の外壁と内壁に配設され、
前記可動子は、該コイルが前記円環状の内側主磁界発生素子を挟んで前記円環状の通路の内部に通路の長手方向に略直交する方向に巻き回されて円環状をなし、該磁性体が前記コイルに対応する円環状をなし、前記円環状のコイルと円環状の磁性体が非磁性体のハウジングに組み込まれ一体化されて全体として円環状をなすことを特徴とする請求項１５に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項１９】
前記可動子の長手方向の一端部に複数本の非磁性体のロッドが連結され、前記非磁性体のロッドが内部から前記ケーシングを貫通して外部に延出され、延出された前記ロッドの端部に外部の受動素子が連結されることを特徴とする請求項１８に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項２０】
可動子の円周の一方側から半径方向の外側に延びていきケーシングの周面を貫通して外部に延出される延出部を有し、前記延出部に受動素子が連結されることを特徴とする請求項１８に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項２１】
前記ケーシングの２つの通路は、ケーシングの長手方向に貫通形成され、前記２つの通路の間に中間壁が形成され、
前記外側及び内側主磁界発生素子、及び前記外側及び内側補助磁界発生素子は、前記ケーシングの長手方向に貫通して形成された前記通路の左右方向の内側及び外側壁面に設けられ、
前記可動子は、前記外側主／補助磁界発生素子と内側主／補助磁界発生素子の間の前記通路を、前記左右両側の内側主磁界発生素子の周りを取り囲みながら経由する形で通ることにより、その前後の両側が前記ケーシングの外部に露出する形態をなし、
前記可動子の露出した部分に受動素子が連結されることを特徴とする請求項１５に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項２２】
前記外側補助磁界発生素子の反対側にも大きな保持力を提供するために、前記外側主磁界発生素子の長手方向の両端部のうち前記外側補助磁界発生素子が設けられている方の反対側に第２の外側補助磁界発生素子がさらに設けられ、
前記可動子には、前記磁性体が設けられている方の反対側に、前記第２の外側補助磁界発生素子に対応した第２の磁性体がさらに設けられることを特徴とする請求項１５に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項２３】
前記内側補助磁界発生素子の反対側にも大きな保持力を提供するために、前記内側主磁界発生素子の長手方向の両端部のうち前記内側補助磁界発生素子が設けられている方の反対側に第２の内側補助磁界発生素子がさらに設けられ、
前記可動子には、前記磁性体が設けられている方の反対側に、前記第２の内側補助磁界発生素子に対応した第２の磁性体がさらに設けられることを特徴とする請求項１５に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項２４】
前記外側及び内側主磁界発生素子、及びと外側及び内側補助磁界発生素子の間に、ケーシングを磁気的に分離し、前記外側及び内側主磁界発生素子による磁界と前記外側及び内側補助磁界発生素子による磁界とを遮断させる磁気的空隙部が介在することを特徴とする請求項１５、１８、２１〜２３のいずれか一項に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項２５】
前記磁気的空隙部には、非磁性体の間隙保持部材が挿入されることを特徴とする請求項２４に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項２６】
前記外側及び内側主磁界発生素子の前記外側及び内側補助磁界発生素子が設けられている方の反対側の端部において、前記ケーシングが上下方向に所定の長さ切り取られてなる第２の磁気的空隙部がさらに形成されたことを特徴とする請求項２４に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項２７】
前記外側及び内側主磁界発生素子の前記外側及び内側補助磁界発生素子が設けられている方の反対側の端部において、ケーシングが上下方向に所定の長さ切り取られてなる第２の磁気低空隙部が形成されることを特徴とする請求項１２、１３、及び１６のいずれか一項に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項２８】
前記外側主磁界発生素子と内側主磁界発生素子、及び外側補助磁界発生素子と内側補助磁界発生素子は、外側と内側のいずれか一方だけが備えられることを特徴とする請求項１５に記載の電磁気力を利用したアクチュエータ。
【請求項２９】
請求項１、４、及び１５のいずれか一項に記載のアクチュエータの可動子に、当該遮断部の操作のための絶縁操作ロッドが連結され、前記可動子の往復動に従って閉極動作と開極動作を行なうことを特徴とする遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界発生素子による磁界とコイルの電流密度による電子反発力によって上記コイルが一体化されてなる可動子を往復動させて受動素子を駆動するための電磁気力を利用したアクチュエータ及びこのアクチュエータを利用した遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
遮断器は、主に送電線路の送電端や受電端に設けられて、電力系統に異常がない時に正常電流を開閉し、また、短絡などの故障が発生した時に故障電流を遮断して系統及び各種の電力器機（負荷）を保護する。
【０００３】
この種の遮断器は、消弧／絶縁媒質によって真空遮断器（Ｖａｃｕｕｍ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ；ＶＣＭ）、オイル遮断器（Ｏｉｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ；ＯＣＢ）、ガス遮断器（Ｇａｓ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ；ＧＣＢ）などに分けられる。
【０００４】
遮断器が故障電流を遮断する時には、二つの接点間で発生するアークを消弧しなければならない。上記ガス遮断器は、アークを消弧する方式に応じて、さらにパッファ消弧方式パッファ（Ｐｕｆｆｅｒ ｔｙｐｅ）、ロータリーアーク消弧方式（Ｒｏｔａｔｉｎｇ ａｒｃ ｔｙｐｅ）、熱膨脹消弧方式（Ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｔｙｐｅ）、複合消弧方式（Ｈｙｂｒｉｄ ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｔｙｐｅ）などに分けられる。
【０００５】
添付の図１及び図２には、上述した遮断器のうちパッファ消弧方式のガス遮断器が一例として示されている。
【０００６】
パッファ消弧方式のガス遮断器は、ＳＦ６ガス（六フッ化硫黄、以下、「消弧性ガス」と称す）を消弧／絶縁媒質とし、主に超高圧遮断器（通常、７２．５ｋＶ以上）に使用されている。
【０００７】
図１及び図２に示されたように、パッファ消弧方式のガス遮断器は、大別して、故障電流を遮断するための遮断部１０と、遮断部１０の操作のためのアクチュエータ５０とから構成されている。
【０００８】
上記遮断部１０は、固定部と可動部とからなり、内部にＳＦ６ガスが充填された容器２内に設けられる。
【０００９】
上記遮断部１０における固定部は、固定アーク接触子１１と固定主接触子１２を備え、且つ絶縁筒１３、固定ピストン１４、支持台１５及び支持碍子１６などを備える。
【００１０】
上記遮断部１０における可動部は、可動アーク接触子２１、可動主接触子２２、絶縁ノズル２３、パッファシリンダー２４及び絶縁操作ロッド２５を備える。
【００１１】
上記絶縁操作ロッド２５には、上記アクチュエータ５０の作動ロッド５１が連結されている。また、上記絶縁操作ロッド２５には、上記可動アーク接触子２１、可動主接触子２２、絶縁ノズル２３及びパッファシリンダー２４が一体に連結されている。
【００１２】
したがって、上記アクチュエータ５０が駆動されると、上記作動ロッド５１によって上記絶縁操作ロッド２５が移動する。次いで、上記絶縁操作ロッド２５の移動によって上記可動アーク接触子２１、可動主接触子２２、絶縁ノズル２３及びパッファシリンダー２４が一体で移動して閉極（電流の投入）動作と開極（電流の遮断）動作を行うようになる。
【００１３】
具体的に、正常状態では、図１に示されたように、閉極状態を保持しつつ正常電流を流すようになる。
【００１４】
しかし、一旦電力系統に異常が発生し、正常電流の数倍（例えば、約１０倍）に達する故障電流が流れるようになると、その故障電流によってアクチュエータ５０が作動する。すると、図２に示されたように、上記アクチュエータ５０によって上記作動ロッド５１が引っ張られ、作動ロッド５１が絶縁操作ロッド２５を引っ張るようになる。これにより、固定アーク接触子１１から可動アーク接触子２１が分離し、固定主接触子１２から可動主接触子２２が分離する。
【００１５】
これと同時に、パッファシリンダー２４が固定ピストン１４に対抗する方向に引っ張られることでパッファシリンダー２４内部の消弧性ガスを圧縮させる。圧縮された消弧性ガスは、吸気口１７と流路１８を通っていって図２に示す矢印方向に噴出されて、固定アーク接触子１１と可動アーク接触子２１との間で発生するアークプラズマを迅速に消滅させることで電流が遮断される（開極状態）。
【００１６】
このような遮断器において、故障電流を遮断し極間の絶縁を迅速に回復するためには、開極動作が高速で行われる必要がある。しかしながら、アークプラズマが形成されて開極間隙を広げるだけではアーク消弧が完全に行われないため、前述したように消弧ガスを吹き付ける必要がある。したがって、アクチュエータ５０は、消弧ガスを圧縮させるための力、すなわち、パッファシリンダー２４を固定ピストン１４に対抗して可動させるための力にも耐えなければならない。
【００１７】
すなわち、開極速度を高めるためには操作力を大きく増大させなければないため、アクチュエータ５０には、より大きな力と高速度が必要とされる。
【００１８】
例えば、送電用高圧／超高圧（通常、３６５ｋｖ以上）用遮断器は、開極間隙（ＳＬ：Ｓｔｒｏｋｅ Ｌｅｎｇｔｈ）が２５０ｍｍ程度で、４５ｍｓ（ミリ秒）という極めて瞬時に動作を完了できるほどの大きな力と高速度を必要とする。
【００１９】
現在、高圧／超高圧用遮断器のような受動素子には、主に油圧アクチュエータや空圧アブアクチュエータが使用されている。しかし、この種のアクチュエータは、遮断器全体価格の１／３を占めるほど高価であるということに問題がある。また、この種の油圧または空圧アクチュエータは、周りの温度変化によって作動流体が漏れ出すおそれがある。また、部品点数が多いため、それら部品のうち一つでも故障すれば、アクチュエータが動作できなくなるおそれがある。
【００２０】
したがって、上記のような油圧または空圧アクチュエータの代わりとなり得るアクチュエータを開発するための研究が活発に進められている。その研究結果の代表的なものとしては、バネアクチュエータ（らせんバネ）、モータードライブ（モーターを利用して回転運動を直線運動に切り替えるシステム）、及びＰＭＡ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ａｃｔｕａｔｏｒが）などが挙げられる。
【００２１】
しかしながら、上記バネアクチュエータは、バネを圧縮させておいた状態で、必要な時にその圧縮された力を解除させて動力を得るシステムであるので、製造コストは低廉であるものの、バネの弾性力が一定でなく動作状態に対する信頼性が低いという不具合がある。そのため、消弧ガスを吹き付けなければならない高圧や超高圧用への適用は困難であるだけでなく、これを適用すれば、遮断に失敗する確率が非常に大きくなる。
【００２２】
上記モータードライブは、空圧や油圧に比べては製造コストが低廉であるが、依然として高価である。また、大きな力を出し難いという問題点があって、低圧用としては使用可能であるものの、高圧や超高圧ではその性能を十分に発揮し難い。
【００２３】
上記ＰＭＡは、永久磁石から発生される磁界の力とコイルに電流を流して発生させた磁界による電子力によって可動子を駆動させるものである。したがって、非常に簡単な構造を有し、その操作に対する効率もよく、一定で且つ均一な動作を期待することができる長所があるため、最近、低圧遮断器用アクチュエータとして多用されている。
【００２４】
しかしながら、上記ＰＭＡアクチュエータは、永久磁石から発生される磁界の力とコイルに電流を流して発生させた磁界の力で駆動されるシステムであるため、磁界の流れる経路が磁性体（鉄心）からなる必要があり、さらに、可動される可動子も磁性体からなる必要がある。したがって、遮断容量の増大によりアクチュエータに一層大きな力を必要とする場合には、より多くの磁界を発生させなければならず、その磁界が飽和（磁気飽和状態：磁性体がある程度磁気化が進むと、それ以上電流を強くしても磁気化が進まない「磁気飽和状態」に至るようになり、磁気飽和状態では、電流を増加させ続けても所定限度以上の力を得ることができない）することなく流れるように、磁性体もそれに応じて大きくする必要がるため、アクチュエータのサイズに対する負担が大きくなり、また、永久磁石とコイルで励起された磁束密度が空隙長さの二乗に反比例するため、遮断部の接点間隙の大きい高圧や超高圧用遮断器に適用するのには限界がある。
【００２５】
例えば、開極間隙が略２０ｍｍ程度の低圧用遮断器のアクチュエータにＰＭＡを適用する場合、最適化したモデルのサイズ（横×縦×厚み）が２００×２５０×１００ｍｍになるため、その重さだけでも１０ｋｇ以上になる。したがって、かかるＰＭＡが超高圧に使用される時には、非常に大型化し、重さも油圧または空圧アクチュエータに比べて遥かに重く、製造コストも増すようになる。そのため、未だＰＭＡを高圧や超高圧に使用できるようにする方案が見出されていない。
【００２６】
上記のような従来のアクチュエータの問題を解決して、小型で軽量でありながらも操作速度と操作力を極大化することができるようにしたＥＭＦＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏ―Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ａｃｔｕａｔｏｒ）に命名された新規な形態のアクチュエータが、本出願人によって出願された大韓民国特許出願第１０−２００５−１１２６３号に提案されたことがある。
【００２７】
上記ＥＭＦＡは、磁性体からなる中空の内筒と外筒を備え、上記内筒と外筒の向かい合う面に内側及び外側磁界発生素子（例：永久磁石）を配設し、上記内側磁界発生素子と外側磁界発生素子との間にコイル及び該コイルと一体で動作する非磁性体の可動子を配設してなる構造を有する。この種のＥＭＦＡは、上記コイルに電流が供給されると、上記内側及び外側磁界発生素子による磁界と上記コイルの電流密度による電子反発力によって上記コイルと可動子が上記内側磁界発生素子と外側磁界発生素子との間で軸方向に直線運動するようにした新規な形態のアクチュエータである。
【００２８】
この種のＥＭＦＡは、コイルが可動子になって動くため、小型で軽量でありながらも操作力と操作速度を極大化することができ、可動子のストロークを増すことができるという長所がある。したがって、このような電磁気力を利用したアクチュエータは、既存のＰＭＡなどを適用することができなかった送電用超高圧または高圧用遮断器のように大きな操作力、高い操作速度、及び長いストロークを必要とする受動素子において優れた性能を発揮するだけでなく、低圧用遮断器のような受動素子にも広範に適用することができる。
【００２９】
しかしながら、この種のＥＭＦＡにおいて、上記コイルは、密閉状態の外筒の内部に配設されているため、コイルに電流を供給するための電線を外筒の内部に引き込むという配線に手間がかかる。また、引き込まれた電線は、コイルの直線運動に従って軸方向に移動するため、配線ができたとしてもコイルの移動速度が高速であるため電線が圧縮と引張による疲れを受けることで断線となるおそれがあることから、かかる断線への対策が必要であった。
【００３０】
また、上記ＥＭＦＡにおいては、可動子が密閉状態の中空の内筒と外筒の内部に配設されており、これを遮断器のような外部の動作素子に連結するためには、上記可動子から移動軸または連結軸を軸方向に沿って外部に延出させる必要があり、また、その延出長さも可動子のストロークを十分に確保できるように相当に長くならなければならない。そのため、アクチュエータが占める全体の高さ、つまり、アクチュエータの長さが長くなり、連結軸や移動軸の強度を考慮して本数を増やすか、大径のものを使用しなければならないため、アクチュエータが重量化するという不具合があった。
【００３１】
また、上記コイルと可動子が、特に案内手段を設けることなく単に内側及び外側磁界発生素子の間に配設される形態であるため、コイルと可動子が軸方向に運動する時に内側及び外側磁界発生素子と摩擦を引き起こし、この結果、操作力が損なわれたり、滑らかな運動が行なわれなかったりして、アクチュエータの安定した駆動のための別段の考慮が求められていた。
【００３２】
また、上記した従来のＥＭＦＡは、内側及び外側磁界発生素子及び補助磁界発生素子の全てを円筒状に作製する必要があった。しかしながら、磁界発生素子を永久磁石で構成する場合には、それら素子を一つの円筒状に作製することは困難であるため、実状は、円周方向に幾つかの片部材にて作製した後、それらの片部材をケーシング内部に組み込みながら一つの円筒状に作り上げなければならないという困難さがあった。
【００３３】
一方、アクチュエータは、前述したような高い操作速度と操作力だけでなく、大きな保持力をも兼ね備えなければならない場合がある。
【００３４】
高い操作速度及び操作力に加えて、大きな保持力が求められる受動素子の例としては、真空遮断器が挙げられる。
【００３５】
添付した図３には、このように大きな保持力を必要とする真空遮断器が示されている。
【００３６】
図３に示されたように、真空遮断器は、接点部１０ｚと操作部２０ｚとに大別される。同図には、操作部２０ｚに既存のＰＭＡ２１ｚが設けられた例を示している。ＰＭＡ２１ｚは、固定鉄心２２ｚの中間に形成された通路２３ｚ内に磁性体からなる可動子２４ｚが長手方向に往復動自在に設けられ、上記通路２３ｚの中間部分には永久磁石２５ｚが配設され、永久磁石２５ｚの上下部には投入側コイル２６ｚと開放側コイル２７ｚが配設された形態を有する。上記可動子２４ｚは、リンク素子３０ｚなどによって接点部１０ｚに連結される。
【００３７】
また、接点部１０ｚには、真空を保つインシュレータ１１ｚの内部に固定接触子１２ｚと可動接触子１３ｚが備えられる。上記可動接触子１３ｚは、リンク素子３０ｚによって操作部２０ｚの可動子２４ｚに連結される。
【００３８】
図３に示すように可動子２４ｚが図中上昇している時には、可動接触子１３ｚが固定接触子１２ｚから離れて開極状態（電流が遮断された状態）を保持する。この時には、絶縁媒体である真空によって接点部のアークプラズマが消弧される。このような状態において、投入側コイル２６ｚに電流が印加されると、可動子２４ｚは、上記投入側コイル２６ｚで励磁された磁界の力と永久磁石２５ｚの磁界の力によって図中下方に移動して可動接触子１３ｚが固定接触子１２ｚに当接することで閉極状態（電流が導通する状態、または投入状態）になる。
【００３９】
閉極状態において、上記固定接触子１２ｚと可動接触子１３ｚが一つの導体のように電流をよく導通するためには、両接触子１２ｚ、１３ｚが強く当接する必要がある。両接触子１２ｚ、１３ｚを強く当接させる力を圧点力というが、その圧点力に対し、上記操作部２０ｚが耐えなければならない。よって、操作部２０ｚに、両接触子１２ｚ、１３ｚが強い圧点力にて当接された状態を保持し続けるための十分なエネルギーを供給しなければならない。このように操作部が持つべきエネルギーを保持力という。通常、操作部の保持力は、地震やその他外部からの急激な衝撃が加わる時に接点が離脱しないようにするために、受動素子が求めている圧点力より略２０％ほど大きな力が要される。
【００４０】
保持力の観点から、前述した大韓民国特許出願第２００５-１１２６３号に開示されたＥＭＦＡにおいては、磁界発生素子による磁界の力で可動子がいずれかの方向に移動した状態（遮断器に適用された場合には、開放された状態または投入された状態）を保持するようになる。この種のＥＭＦＡは、前で説明したように、操作力、操作速度、及びストロークの極大化が可能であって、ＰＭＡに比べて非常に優れた性能を発揮するという多くの長所がある。しかしながら、可動子を移動された状態のままに保持する保持力が十分でないため、真空遮断器のように非常に大きな保持力を求める受動素子には、そのままでの適用は困難である。このような理由のため、大きな保持力が求められる受動素子には、倍力装置のような保持力増大手段をさらに採用しなければならないことで構造的に複雑になり且つコストがアップするようになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４１】
本発明は、上記したような従来の電磁気力を利用したアクチュエータＥＭＦＡにおいて台頭されていた各種の事情に鑑みてなされたものであって、その第一の目的は、可動子のコイルに対する電流の供給と電線の配線が容易で且つ高さや大きさの縮小により小型化することができ、また、作製が簡便で可動子の動作が安定して行なわれるようにして品質と信頼性を向上することができる電磁気力を利用したアクチュエータ（ＥＭＦＡ）を提供することである。
【００４２】
本発明の第二の目的は、電磁気力を利用したアクチュエータの保持力を極大化して、大きな保持力を必要とする受動素子にも容易に使用できるようにすることである。
【００４３】
本発明の第三の目的は、上記電磁気力を利用したアクチュエータ（ＥＭＦＡ）を利用して動作性能が向上した遮断器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４４】
上述した第一の目的を達成するために、本発明による電磁気力を利用したアクチュエータは、上下方向に所定の長さを有し且つ長手方向に貫通する２つの通路が形成されると共に、該２つの通路によって中間壁が形成されているケーシングと、上記ケーシングの２つの各通路の両壁面の少なくとも一方に配設される主磁界発生素子、及び上記中間壁を挟んで上記通路の長手方向に略直交する方向に巻き回され、その左右両側が上記通路を貫通しその前後両側が外部に露出するコイルが一体化されてなり、該コイルに正方向または逆方向の電流が供給されると、上記主磁界発生素子の磁界と上記コイルの電流密度による電子反発力によって上記通路の長手方向に往復動する可動子と、を備えることを技術的特徴とする。
【００４５】
ここで、上記ケーシングは鉄心からなることが好ましく、上記主磁界発生素子は永久磁石からなることが好ましい。
【００４６】
また、本発明による電磁気力を利用したアクチュエータは、上下方向に所定の長さを有し且つ長手方向に貫通する２つの通路が形成されると共に、上記２つの通路によって中間壁が形成されているケーシングと、上記ケーシングの２つの各通路の両壁面にそれぞれ配設される平板状の外側主磁界発生素子及び内側主磁界発生素子、及び上記中間壁を挟んで上記外側主磁界発生素子と内側主磁界発生素子との間において通路の長手方向に略直交する方向に巻き回され、左右両側が上記内側主磁界発生素子と外側主磁界発生素子との間の通路を貫通し前後両側が外部に露出するコイルが一体化されてなり、該コイルに正方向または逆方向の電流が供給されると、上記内側及び外側主磁界発生素子の磁界と上記コイルの電流密度による電子反発力によって上記内側主磁界発生素子と外側主磁界発生素子との間において上記通路の長手方向に往復動する可動子と、を備えることを技術的特徴とする。
【００４７】
勿論、ここでも上記ケーシングは鉄心からなることが好ましく、上記外側主磁界発生素子及び内側主磁界発生素子は永久磁石からなることが好ましい。
【００４８】
上記内側及び外側主磁界発生素子の上下端部には、それぞれ第１の内側及び外側補助磁界発生素子と第２の内側及び外側補助磁界発生素子がさらに配設されてよい。
【００４９】
上記第１の内側及び外側補助磁界発生素子と第２の内側及び外側補助磁界発生素子は、その極性の方向が上記内側及び外側主磁界発生素子の極性の方向と逆方向になる状態で配設されることが好ましい。
【００５０】
上記可動子は、該コイルの上下端部にそれぞれ第１の磁性体と第２の磁性体が配設され、上記コイルと第１及び第２の磁性体が一体化されてなることが好ましい。
【００５１】
ここで、上記コイルと上記第１及び第２の磁性体が非磁性体のハウジング内部に組み込まれることによって上記一体化された可動子になってよい。
【００５２】
上記可動子の上記ケーシング外部に露出した部分には案内軸が延長形成され、上記ケーシングに隣接した位置に上記可動子の案内軸が摺動自在に結合されて上記可動子の往復動を案内するガイドが設けられてよい。
【００５３】
また、上記可動子の通路に対する長手方向への移動が終わる際に上記可動子が上記通路の上下端部をなすケーシングに衝撃を与えながらぶつかることを防止するために、上記通路の上下端部にそれぞれ第１及び第２の緩衝部材が設けられることが好ましい。
【００５４】
上記した本発明による電磁気力を利用したアクチュエータにおいて、上記上下方向に往復動する可動子のコイルに電流を供給するための電線の配線のために、上記アクチュエータの外部の一方側にはケーブルベヤを設けることが好ましい。
【００５５】
上記した本発明による電磁気力を利用したアクチュエータにおいて、上記アクチュエータは、複数の台が組み合わされてなり、該組み合わされてなるアクチュエータの各可動子どうしが一体に連結されて一体で往復動するように構成することができる。
【００５６】
本発明の第二の目的は、縦断面上の中間壁を挟んで左右両側に上下方向に所定の長さを有する通路が形成されているケーシングと、上記ケーシングの左右の通路の縦断面上の外壁面と内壁面にそれぞれ配設される外側主磁界発生素子及び内側主磁界発生素子と、上記外側主磁界発生素子及び内側主磁界発生素子の長手方向の両端部のうち、駆動すべき受動素子に連結された時より大きな保持力を必要とする方向に対応する端部に隣接して、上記外壁面と内壁面にそれぞれ設けられる外側補助磁界発生素子及び内側補助磁界発生素子、及び上記左右両側の内側主磁界発生素子を挟んで上記通路の内部に通路の長手方向に略直交する方向に巻き回されるコイルと、上記外側及び内側補助磁界発生素子による磁力を受けるように上記外側及び内側補助磁界発生素子の設置位置に対応した上記コイルの一端部に隣接して配設される磁性体とが一体化されてなり、上記外側主／補助磁界発生素子と内側主／補助磁界発生素子との間の通路内部に通路の長手方向に往復動自在に挿入され、外部の受動素子に連結される可動子と、を備え、上記外側主磁界発生素子と内側主磁界発生素子の極性は、上記通路を挟んで向い合う側が互いに逆極を有し、上記外側補助磁界発生素子と内側補助磁界発生素子の極性は、上記通路を挟んで向い合う側の極性が同一極を有し、上記可動子の磁性体が上記外側補助磁界発生素子と内側補助磁界発生素子との間に位置した時に、上記磁性体の縦断面上の左右方向の中間部分を基準にした内側と外側にそれぞれ互いに独立した磁界が形成され、上記各独立した磁界をなす磁力線が、上記磁性体の縦断面上の左右方向の中間部分を略垂直に経由する流れを形成することを特徴とする電磁気力を利用したアクチュエータを提供することにより達成される。
【００５７】
ここで、上記ケーシングは鉄心からなることが好ましく、上記外側及び内側主磁界発生素子、及び外側及び内側補助磁界発生素子は永久磁石からなることが好ましい。
【００５８】
上記中間壁は上記ケーシングの内部中央に円柱状に形成され、上記通路は上記円柱状の中間壁と同心をなして半径方向の外側に所定の幅を有するように円環状に形成され、上記外側主磁界発生素子と内側主磁界発生素子は、上記円柱状の中間壁及び円環状の通路と同心をなす円環状をなし、それぞれ上記円環状の通路の外壁と内壁に配設され、上記可動子は、該コイルが上記円環状の内側主磁界発生素子を挟んで上記円環状の通路の内部に通路の長手方向に略直交する方向に巻き回されて円環状をなし、該磁性体が上記コイルに対応する円環状をなし、上記円環状のコイルと円環状の磁性体が非磁性体のハウジングに組み込まれ一体化されて全体として円環状をなすように構成することができる。
【００５９】
上記可動子の長手方向の一端部に複数本の非磁性体のロッドが連結され、上記非磁性体のロッドが内部から上記ケーシングを貫通して外部に延出され、延出された上記ロッドの端部に外部の受動素子が連結される構成にすることができる。
【００６０】
また、可動子の円周の一方側から半径方向の外側に延びていきケーシングの周面を貫通して外部に延出される延出部を有し、上記延出部に受動素子が連結されるように構成することができる。
【００６１】
上記ケーシングの２つの通路は、ケーシングの長手方向に貫通形成され、上記２つの通路の間に中間壁が形成され、上記外側及び内側主磁界発生素子、及び上記外側及び内側補助磁界発生素子は、上記ケーシングの長手方向に貫通して形成された上記通路の左右方向の内側及び外側壁面に設けられ、上記可動子は、上記外側主／補助磁界発生素子と内側主／補助磁界発生素子の間の上記通路を、上記左右両側の内側主磁界発生素子の周りを取り囲みながら経由する形で通ることにより、その前後の両側が上記ケーシングの外部に露出する形態をなし、上記可動子の露出した部分に受動素子が連結されてよい。
【００６２】
上記外側補助磁界発生素子の反対側にも大きな保持力を提供するために、上記外側主磁界発生素子の長手方向の両端部のうち上記外側補助磁界発生素子が設けられている方の反対側に第２の外側補助磁界発生素子がさらに設けられ、上記可動子には、上記磁性体が設けられている方の反対側に、上記第２の外側補助磁界発生素子に対応した第２の磁性体がさらに設けられてよい。
【００６３】
上記内側補助磁界発生素子の反対側にも大きな保持力を提供するために、上記内側主磁界発生素子の長手方向の両端部のうち上記内側補助磁界発生素子が設けられている方の反対側に第２の内側補助磁界発生素子がさらに設けられ、上記可動子には、上記磁性体が設けられている方の反対側に、上記第２の内側補助磁界発生素子に対応した第２の磁性体がさらに設けられてよい。
【００６４】
上記外側及び内側主磁界発生素子、及びと外側及び内側補助磁界発生素子の間に、ケーシングを磁気的に分離し、上記外側及び内側主磁界発生素子による磁界と上記外側及び内側補助磁界発生素子による磁界とを遮断させる磁気的空隙部が介在してよい
上記磁気的空隙部には、非磁性体の間隙保持部材が挿入されてよい。
【００６５】
上記外側及び内側主磁界発生素子の上記外側及び内側補助磁界発生素子が設けられている方の反対側の端部において、上記ケーシングが上下方向に所定の長さ切り取られてなる第２の磁気的空隙部がさらに形成されてよい。
【００６６】
上記外側及び内側主磁界発生素子の上記外側及び内側補助磁界発生素子が設けられている方の反対側の端部において、ケーシングが上下方向に所定の長さ切り取られてなる第２の磁気低空隙部が形成されてよい。
【００６７】
上記外側主磁界発生素子と内側主磁界発生素子、及び外側補助磁界発生素子と内側補助磁界発生素子は、外側と内側のいずれか一方だけが備えられてもよい。
【００６８】
一方、本発明による遮断器は、上記したアクチュエータの可動子に、当該遮断部の操作のための絶縁操作ロッドが連結され、上記可動子の往復動に従って閉極動作と開極動作を行なうようにしたことを技術的特徴とする。
【発明の効果】
【００６９】
以上で説明した本発明による電磁気力を利用したアクチュエータ（ＥＭＦＡ）は、磁界発生素子による磁界とコイルの電流密度による電子反発力によって可動子を作動させる構造を有し、小型で軽量でありながらも大きな操作力と操作速度を発揮することができる。
【００７０】
特に、本発明による電磁気力を利用したアクチュエータは、可動子の一方側がケーシングの外部に露出しているため、その露出した部分に外部からのコイルに電流を供給するための電線を容易に接続することができ、作製も容易である。また、電線を外部から直接可動子に接続できるため、可動子の運動によって電線に疲れを与えるなどの問題がほとんどない。
【００７１】
また、可動子を直接遮断器に接続することができるため、アクチュエータの高さや大きさを縮小することができ、露出した可動子を連結して一体化し易いため、複数台のアクチュエータを併合した形態を容易に実現することができる。
【００７２】
さらに、可動子の運動をガイドによって案内する構造を有するため、可動子の動作が安定して行なわれ、この結果、駆動損失が抑えられ品質と信頼性が向上する。
【００７３】
また、本発明によるアクチュエータは、可動子が移動された状態で継続して大きな保持力を作用することができる。したがって、本発明は、大きな力と高速で動作が行なわれる電磁気力を利用したアクチュエータ（ＥＭＦＡ）の長所を有しつつ、それに加え、大きな保持力を与えることができるため、大きな保持力を必要とする遮断器を含む各種の受動素子に有用に適用することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７４】
以下、添付した図面を参照して本発明の好適な実施の形態についてさらに詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
添付した図４ないし図１０には、本発明の好適な実施の形態によるアクチュエータの構成が示されている。
【００７５】
図４ないし図１０に示されたように、本発明によるＥＭＦＡ１００は、ケーシング１１０を備える。ケーシング１１０がアクチュエータ全体の外郭構造をなす。ケーシング１１０は、鉄心、プラスチックなどの各種の材料から選ばれたもので作製すればよい。しかし、磁路の役割を十分に果たし得るように鉄心からなることが最も好ましい。このようなケーシング１１０は、上下方向に所定の長さを有し且つ長手方向に貫通する２つの通路１１１と、この２つの貫通する通路１１１によって形成される中間壁１１２を備える。同図に示された実施の形態において、上記ケーシング１１０は、六面体の平板状からなるものを例示したが、本発明のケーシング１１０は、必ずしも同図に示された形態だけに限定されるものではなく、円筒の側壁を開放した形態など、各種の形態で構成することができる。
【００７６】
また、上記ケーシング１１０に形成された上記各通路１１１の両壁面には、それぞれ外側主磁界発生素子２００と内側主磁界発生素子３００が設けられる。外側及び内側主磁界発生素子２００、３００は、永久磁石や電磁石からなってよい。構造を単純化し故障の問題を無くすためには、永久磁石がより好ましい。
【００７７】
ここで、上記外側主磁界発生素子２００と内側主磁界発生素子３００は、いずれか一方だけが設けられてもよい。これについては、図２２及び図２３を用いて本発明の他の実施の形態として後述することにする。
【００７８】
また、上記ケーシング１１０の２つの通路１１１には、可動子４００が通路１１１の長手方向（図中、上下方向）に往復摺動自在な状態で設けられている。このような可動子４００には、上記中間壁１１２を挟んで、上記外側主磁界発生素子２００と内側主磁界発生素子３００に略直交する方向（通路１１１の長手方向に略直交する方向または後述する可動子４００の移動方向に略直交する方向）に巻き回されたコイル４１０が一体化されている。したがって、上記コイル４１０に正方向または逆方向の電流が供給される場合、上記外側及び内側主磁界発生素子２００、３００の磁界と上記コイル４１０の電流密度による電子反発力によって上記コイル４１０と可動子４００が一体で通路１１１の長手方向（図中、上下方向）に往復動するようになる。
【００７９】
上記可動子４００は、図６及び図８に示すように、そのコイル４１０の図中上下端部にそれぞれ第１の磁性体４２０と第２の磁性体４３０が配設され上記コイル４１０と一体化された形態で構成することができる。上記コイル４１０と第１及び第２の磁性体４２０、４３０との一体化は、上記コイル４１０と第１及び第２の磁性体４２０、４３０とを非磁性体のハウジング４４０の内部に組み込ませる形態で実現することができる。これは、コイル４１０と第１及び第２の磁性体４２０、４３０を中に置いて外部をモールディング処理するなどの方法で容易に実現することができる。
【００８０】
また、上記外側及び内側主磁界発生素子２００、３００の両端部（図中、上下端部）には、それぞれ第１の外側及び内側補助磁界発生素子５００、６００と第２の外側及び内側補助磁界発生素子５５０、６５０が設けられてよい。
【００８１】
このとき、上記第１の外側及び内側補助磁界発生素子５００、６００と第２の外側及び内側補助磁界発生素子５５０、６５０の極性は、上記外側主磁界発生素子２００と内側主磁界発生素子３００の極性と逆方向となる（図８参照）。すると、上記第１の外側及び内側補助磁界発生素子５００、６００の間に発生する磁気力線及び上記第２の外側及び内側補助磁界発生素子５５０、６００の間に発生する磁気力線の方向が、上記外側主磁界発生素子２００と内側主磁界発生素子３００との間で発生する磁気力線の方向と逆になる。これにより、上記可動子４００が図中上方に移動した時、上記第１の外側及び内側補助磁界発生素子５００、６００による磁力によって上記第１の磁性体４２０が保持される。これにより、上記コイル４１０への電流の供給を遮断しても可動子４００が上方に移動した状態を保持し続けることができるようになる。同様に、上記可動子４００が下方に移動した時、上記第２の外側及び内側補助磁界発生素子５５０、６５０による磁力によって上記第２の磁性体４３０が保持される。したがって、上記コイル４１０への電流の供給を遮断しても上記可動子４１０は下方に移動した状態を保持し続けることができるようになる。
【００８２】
上記第１及び第２の磁性体４２０、４３０の大きさ（高さ）は、遮断器などのような被駆動素子において求める保持力の大きさに応じて相異なるように構成することができる。例えば、遮断器の閉極状態を保持し続けるのに必要な保持力と開極状態を保持し続けるのに必要な保持力との差に応じて異ならせることができる。
【００８３】
また、本発明の好適な実施の形態において、上記ケーシング１１０の外部に露出した上記可動子４００の一方側には、案内軸４５０が延長形成されてよい（図５及び図１０参照）。また、上記ケーシング１１０に隣接した箇所には、上記可動子４００の案内軸４５０を摺動自在に結合することで上記可動子４００の移動を案内するガイド７００を設けることができる。上記案内軸４５０は、上記ガイド７００に形成された案内溝７１０に沿って移動するようになる。可動子４００の往復動が案内軸４５０とガイド７００によって案内される構造であるため可動子４００の左右遊びが防止される。その結果、可動子４００が通路１１１の側壁や外側及び内側主磁界発生素子２００、３００に接触して摩擦損失を引き起こすなどの問題が生じることなく安定して且つ精度よく往復動することができるようになる。図１０に示された実施の形態のように、上記案内軸４５０とガイド７００としては、平板状の軸と案内孔によって案内される構造を採択することができる。しかし、本発明では、かかる構造だけに限定されるものはない。例えば、公知のダブテール（ｄｏｖｅ ｔａｉｌ）案内構造または直線運動ガイド（ＬＭ Ｇｕｉｄｅ）などを適用してもよい。また、可動子４００の移動軌跡が曲線（例えば、円弧状）を描くように構成することもできるが、この場合には、上記可動子の案内構造を曲線状に構成すればよい。
【００８４】
また、本発明の好適な実施の形態においては、上記可動子４００が上記通路１１１の長手方向に沿って移動する動作を終わる際に、上記可動子４００が上記通路４００の上下端部をなすケーシング１１０に衝撃的にぶつかることを防止するために、上記通路１１１の上下端部にそれぞれ第１及び第２の緩衝部材８１１、８１２を設けることができる。図面に示された実施の形態において、上記第１及び第２の緩衝部材８１１、８１２は、圧縮コイルバネの形態で構成されている。しかし、本発明では、かかる形態だけに限定されるものではなく、空圧または油圧ダンパなどのような衝撃減衰手段を適用することもできる。また、図面に示された実施の形態のように第１及び第２の緩衝部材８１１、８１２を上記ケーシング１１０の通路１１１の内側端部に設ける代りに、上記可動子４００の上下端部に設けることもでき、さらには、ケーシング１１０の外部に設けることもできる。
【００８５】
添付した図１１ないし図１４には、本発明によるＥＭＦＡを遮断器などのような外部の被動部に連結するのに適合した形態に作製した好適な一例が示されている。
【００８６】
前述したように、本発明によるＥＭＦＡ１００は、コイル４１０が備えられた可動子４００が、上下に往復動して遮断器などの外部被動部を駆動させる。ここで、上記可動子４００を遮断器などに連結するためには、可動子４００を直接遮断器などに連結してもよく、図１１ないし図１３に示されたように、可動子４００に別途の非磁性体の支持フレーム４６０を固定し、上記非磁性体の支持フレーム４６０に、遮断器の絶縁操作ロッド２５（図１４参照）のような連結部に連結するための連結部４６１を設けることができる。
【００８７】
なお、上記非磁性体の支持フレーム４６０を上記ケーシング１１０に滑り案内機構４６２、４６３によって結合することで支持フレーム４６０の運動が安定して行なわれるように構成することもできる。
【００８８】
また、上記ケーシング１１０の後尾に張り出し部を設け、この張り出し部に前述した上記可動子４００の案内軸４５０のガイドのための案内溝７１０を直接形成することにより、前述したガイド７００の代わりとなるようにすることもできる。
【００８９】
そして、本実施の形態では、上記可動子４００のコイル４１０に外部から電流を供給するための電線９００の配線のためにＥＭＦＡの外部の一方側に公知のケーブルベヤ９１０を設けることが好ましい。上記ケーブルベヤ９１０は、その一端部が別途のブラケット９２０に固定され、他端部が上記支持フレーム４６０に固定され、上記支持フレーム４６０の上下への往復動に従って屈曲しながら自然に追従することができる。図面に示された実施の形態において、外部の電源供給装置から延びてきた電線９００は、上記ケーブルベヤ９１０に接続され、上記支持フレーム４６０を通って可動子４００のコイル４１０に接続される構造を有する。このようにケーブルベヤ９１０の使用が可能な理由は、本発明によるアクチュエータ１００では、ケーシング１１０に長手方向に貫通する通路１１１が形成され、コイル４１０を有する可動子４００が外部に露出するように構成されているためである。したがって、前述したケーブルベヤ９１０を敢えて使用しないとしても、外部からの電線の配線が便利になる。特に、上記ケーブルベヤ９１０を適用すれば、電線９００をより一層便利に且つよく整った状態で配線することができ、可動子４００と支持フレーム４６０の移動に無理なく適応することができるという長所がある。これに比べて、従来では、密閉されている外筒の内部にコイルが配置されることにより、外筒の内部への配線が困難であった。また、配線された電線は、コイルの直線運動に伴う圧縮と引張の繰り返しによる疲れを受け易いため、断線のおそれがあるなどの多くの問題点があった。かかる従来の問題は、前で説明したように、通路１１１を長手方向に貫通する形態で構成し、この長手方向に貫通された通路１１１にコイル４１０及び可動子４００を設けることにより、可動子４００を外部に露出させた構成によって解決できるのである。
【００９０】
また、添付した図１４には、上記した本発明のＥＭＦＡ１００を遮断器に連結した状態、すなわち、本発明によるＥＭＦＡ１００を有する遮断器が示されている。図１４に示された遮断器は、前で図１及び図２を用いて説明した遮断器とアクチュエータの部分だけが異なり、他の部分は同じ構成となっている。図１４では、遮断器が閉極状態を保持する時を示している。
【００９１】
図１４に示されたように、本実施の形態による遮断器において、遮断器の絶縁操作ロッド２５には作動ロッド６０が連結ピン６１を介して連結され、上記作動ロッド６０は、上記アクチュエータ１００の支持フレーム４６０に形成された連結軸４６１に連結される。なお、上記可動子４００に支持フレーム４６０を備えない実施の形態の場合には、上記作動ロッド６０を上記可動子４００に直接連結することもできる。
【００９２】
このような連結構造によれば、上記絶縁操作ロッド２５が、上記支持フレーム４６０の上下への往復動、すなわち、可動子４００の上下への往復動によって駆動されて閉極動作と開極動作を行なうようになる。
【００９３】
このようなＥＭＦＡの一般的な特性は、前の背景技術欄で既に説明したとおりである。すなわち、ＥＭＦＡは、フレーミングの左手の法則を応用して磁界発生素子２００、３００の磁界とコイル４１０の電流密度による電子反発力によって上記コイル４１０を有する可動子４００を往復動させるようにした電磁気力を利用した新規な形態のアクチュエータである。これは、上記コイル４１０に正方向または逆方向の電流を印加すれば、上記主磁界発生素子２００、３００による磁界とコイル４１０の電界によってコイル４１０を、図中上下方向に移動させようとする力が作用する。その結果、上記コイル４１０が一体化された上記可動子４５０が上下方向に移動することにより、可動子４５０に連結された遮断器のような外部動作素子を駆動させる。
【００９４】
一方、上述したように、本発明によるＥＭＦＡ１００は、磁界発生素子２００、３００による磁界が形成される空間にあるコイル４１０に対し磁界の直角方向に電流を流すことでコイル４１０に対し軸方向に移動できる力を付与する原理を有する。
【００９５】
前の背景技術欄で既に説明した一般的なＰＭＡは、磁界発生素子（例えば、永久磁石）で発生される磁界の力とコイルに電流を流すことで発生させた磁界の力で可動子を動かすシステムであるため、磁界が流れる経路を磁性体で作る必要があり、また可動される可動子も磁性体からなる必要がある。
【００９６】
したがって、ＰＭＡにおいてより大きな操作力を得るためには、コイルに電流を多く印加しなければならないが、磁性体の飽和問題によって電流を増し続けても所定限度以上の操作力を得ることができない。かかる問題を解決するためには、磁性体を大型化しなければならないため、これに伴い、アクチュエータも大型化してしまうという問題が発生し、永久磁石とコイル電流によって励磁された磁束密度は空隙距離の二乗に反比例するため、遮断部の接点間隙の大きい高圧及び超高圧用遮断器に適用するのに限界がある。
【００９７】
しかしながら、ＥＭＦＡは、フレーミングの左手の法則を応用し、磁界が形成されている空間に電流を直角方向に流すことで力を得る原理を有する。
【００９８】
従来のＰＭＡにおける磁界は、前述したように磁性体の飽和問題が生じ、また磁束密度が空隙距離に大きく影響される。しかしながら、ＥＭＦＡは、磁界発生素子によってコイル４１０の部分に磁界が形成されている状態で、その磁界の垂直方向にコイル４１０電流による電流密度を形成させ、フレーミングの左手の法則による電子反発力を用いるため、コイル４１０に流す電流の量に比例して力に転換されるシステムである。したがって、コイル４１０に電流を多く流すと、その分大きな力が得られるのである。
【００９９】
したがって、ＥＭＦＡ１００は、コイル４１０電流によって励磁された磁界から発生した電子力が空隙に及ぼす力を用いるものではなく、コイル４１０領域における外部磁束密度と電流密度による電子反発力によって動作するものである。したがって、電磁力が及ぶ所の磁性体の飽和問題を考えることなく、単にコイル４１０の巻回本数を多くし、電流の強さを大きくさえすれば、より大きな操作力を得ることができるため、アクチュエータの大きさと重さを大幅に軽減することができるようになる。言い換えれば、大きさと重さに比して非常に大きな操作力を得ることができるようになるのである。
【０１００】
一方、従来のＰＭＡは、可動子と鉄心固定子との間の空隙に十分な磁束密度が形成されるようにしなければならない。このような磁束密度は、空隙間距の二乗に反比例するため、十分な磁束密度を形成させるためには、多量のコイル電流を流す必要がある。そのため、反応性、すなわち、初期動作速度が遅くなってしまう。しかし、本発明によるアクチュエータは、コイル４１０への電流の供給と同時に外部磁界との電子反発力が起こるため、初期速度が非常に早くて力強い。
【０１０１】
本発明によるＥＭＦＡは、従来のＥＭＦＡを改良して、ケーシング１１０に長手方向に貫通する通路１１１を形成しているため、コイル４１０を有する可動子４００が通路１１１の外部に露出する。したがって、外部からコイル４１０までの電線９００の配線が容易で、且つ作動時に電線９００が捻れたり、電線９００に無理な力が加わったりすることがない。
【０１０２】
また、従来のＥＭＦＡは、可動子が密閉されている中空の内筒と外筒の内部に配設されている。したがって、ＥＭＦＡを遮断器のような外部動作素子に連結するためには、上記可動子から移動軸または連結軸を軸方向に沿って外部に延出させる必要があり、また、その延出長さも可動子のストロークを十分に確保できるように相当に長くならなければならない。そのため、アクチュエータが占める全体の高さ、つまり、アクチュエータの長さが長くなり、連結軸や移動軸の強度を考慮して本数を増やすか、大径のものを使用しなければならないため、アクチュエータが重量化するという不具合があった。
【０１０３】
しかしながら、本発明のＥＭＦＡによれば、ケーシング１１０に長手方向に貫通する通路１１１が形成されている。したがって、可動子４００の一部がケーシング１１０の外部に露出するようにし、外部に露出した可動子４００に遮断器のような外部動作素子を直接連結することができるため、アクチュエータの大きさ（高さ）を顕著に縮小することができる。また、可動子４００が案内軸４５０とガイド７００によって案内される構造を有するため、運転が安定して行われる。また、連結軸や移動軸などが不要となり、これらの剛性に関する考慮も不要である。
【０１０４】
また、従来のＥＭＦＡは、コイルと可動子が、特に案内手段を設けることなく単に内側及び外側磁界発生素子の間に配設される形態であった。そのため、コイルと可動子が軸方向に運動する時に内側及び外側磁界発生素子と摩擦を引き起こし、これにより、操作力が損なわれたり、滑らかな運動が行なわれなかったりしていた。
【０１０５】
しかしながら、本発明によるＥＭＦＡによれば、可動子４００が案内軸４５０とガイド７００によって案内される構造を有するとともに、さらには、可動子４００に一体化された支持フレーム４６０が直線案内機構４６２、４６３によって案内される構造を有するため、運転が非常に安定して行われ、それにより、機械的摩擦や操作力の損失がほとんどないアクチュエータが実現される。
【０１０６】
また、従来のＥＭＦＡは、内側及び外側磁界発生素子及び補助磁界発生素子の全てを円筒状に作製する必要があった。しかしながら、磁界発生素子を一つの円筒状に作製することは困難であるため、実状は、円周方向に幾つかの片部材にて作製した後、それらの片部材をケーシング内部に組み込みながら一つの円筒状に作り上げなければならないという困難さがあった。
【０１０７】
しかしながら、本発明によるＥＭＦＡによれば、ケーシング１１０及び各磁界発生素子２００、３００、５００、５５０、６００、６５０は、平板状で構成することができるため、作製が簡単で且つ構造も簡単であるという長所がある。
【０１０８】
上記のような本発明のＥＭＦＡの動作過程を、添付した図１５ないし図１８を参照して詳細に説明する。なお、ここでは、本発明によるＥＭＦＡ１００の特性説明に代え、ＥＭＦＡ１００が図１４に示された遮断器に適用されたと仮定し、その時の動作特性を説明することにする。
【０１０９】
図１５は、可動子４００が図中上方、すなわち、第１の外側及び内側補助磁界発生素子５００、６００側に最大限移動した状態を示している。その下方には、可動子４００によって作動ロッド６０（図１４参照）が最大限に押し上げられて遮断器が閉極状態を保持するようになる。
【０１１０】
ここで、上記外側及び内側主磁界発生素子２００、３００の磁気力線の方向は矢印ｍ１で、第２の外側及び内側補助磁界発生素子５５０、６５０の磁気力線の方向は矢印ｍ２で、また、第１の外側及び内側補助磁界発生素子５００、６００の磁気力線の方向は矢印ｍ３で示している。図１５に示されたように、上記可動子４００が上方に移動することで遮断器が閉極状態を保持する時には、上記可動子４００のコイル４１０には電流の供給を遮断する。上記可動子４００の第１の磁性体４２０は、上記外側及び内側主磁界発生素子２００、３００と第１の外側及び内側補助磁界発生素子５００、６００で発生する磁気力線の流れ経路としての役割を果たすようになる。これと同時に、上記第１の磁性体４２０が既に第１の外側及び内側補助磁界発生素子５００、６００の寄りに偏っているため、上記第１の外側及び内側補助磁界発生素子５００、６００の磁界による力（磁力）が上記第１の磁性体４２０に及ぶようになる。この力は、上記第１の磁性体４２０を引っ張りつける保持力として作用し、可動子４００が図中上方に移動した状態を保持し続けることができるようになる。したがって、遮断器が閉極状態を保持し続けることができるようになる。結局として、上記第１の外側及び内側補助磁界発生素子５００、６００と上記可動子４００の第１の磁性体４２０は、コイル４１０に電流を供給するか、別途のロック機構を設けなくても可動子４００を引っ張りつけることができるようにする役割を果たすのである。
【０１１１】
また、上記した状態において、上記可動子４００は、第１の緩衝部材８１１の弾性復元力によって所定限度以上の上昇はできず、上記第１の外側及び内側補助磁界発生素子５００、６００による保持力と第１の緩衝部材８１１が有する弾性復元力が平衡をなす地点で停止するようになる。
【０１１２】
このような状態において、電力系統に異常が発生すれば、遮断器を開極させるためにコイル４１０に電流を供給する。すると、外側及び内側主磁界発生素子２００、３００の間で発生する磁束密度とコイル４１０によって発生する電流密度との関係から、反発力（図中、下方に作用する力または軸方向への力）が作用してコイル４１０が下方に移動する。すなわち、コイル４１０が一体化された可動子４００が下方に移動する。この場合、上記コイル４１０に供給される電流は、閉極状態において第１の外側及び内側補助磁界発生素子５００、６００によって第１の磁性体４２０を引っ張りつける保持力を十分に克服できるほどの値にて供給する。
【０１１３】
このようにして、可動子４００が図１６に示された位置まで下降すると、コイル４１０に作用する反発力と可動子４００が移動する慣性力による軸方向への移動力が第１の磁性体４２０を上方に引っ張りつける力より遥かに大きいため、可動子４００が下方に移動し続けることができるようになる。また、この時には、第２の磁性体４３０が第２の外側及び内側補助磁界発生素子５５０、６５０の方へ進入して上記外側及び内側主磁界発生素子２００、３００と第２の外側及び内側補助磁界発生素子５５０、６５０で発生する磁気力線の流れ経路の役割を果たすようになる。したがって、第２の外側及び内側補助磁界発生素子５５０、６５０が第２の磁性体４３０を下方に引っ張る力が漸次大きくなり、可動子４００が下方により大きな力を受けることで加速される。この時が、ＥＭＦＡ１００が最大の力を出す時点である。したがって、この時点を、遮断器の接点部においてガス反発力（図１４において、固定ピストン１４に対抗する方向にパッファシリンダー２４を引っ張るべき力）が最大になる時点と一致するように設計することが好ましい。
【０１１４】
このように、可動子４００の速度が増加し続けながら図１６に示された地点を通ると、コイル４１０に供給される電流を速かに遮断する。すると、上記可動子４００は、慣性力と上記第２の外側及び内側補助磁界発生素子５５０、６５０が第２の磁性体４３０を下方に引っ張るような力だけによって移動する。
【０１１５】
このようにして、可動子４００が図１７の位置まで下降すると、第２の外側及び内側補助磁界発生素子５５０、６５０が第２の磁性体４３０を移動方向と逆方向（上方）に押し上げるようになる。すなわち、可動子４００の第２の磁性体４３０が第２の外側及び内側補助磁界発生素子５５０、６５０の軸方向の中間地点を通る時点からは可動子４００の移動方向に対し逆方向に力が発生することで可動子４００を制動するようになる。この時点では、遮断器の接点では、既に開極動作が終わった状態であるため、制動力が大きければ大きいほど可動子４００の下端部がケーシング１１０の通路１１１の内側端部にぶつかることで衝撃を受けるといった問題が発生せずに機械的安定化が得られるようになる。しかしながら、実際に可動子４００は６ｍ／ｓ以上の非常に高速で移動するように設計されているため、可動子４００が第２の外側及び内側補助磁界発生素子５５０、６５０を通り過ぎてケーシング１１０に衝突するおそれがある。この場合、第２の緩衝部材８１２によって可動子４００を安定して減速させることができる。
【０１１６】
可動子４００が下方に移動する動作の終わりの際は、通常、上記第２の緩衝部材８１２と第２の外側及び内側補助磁界発生素子５５０、６５０によって可動子４００を移動方向と逆方向に押し出す力が、第２内側及び外側補助磁界発生素子２５５、２５６によって第２の磁性体４３０を保持する保持力より大きいのが当たり前である。
【０１１７】
すると、図１８に示されたように、可動子４００は、上記第２の緩衝部材８１２の復元力によって上昇するようになる。結局として、上記可動子４００は、上記第２の緩衝部材８１２の弾性復元力と第２の外側及び内側補助磁界発生素子５５０、６５０による第２の磁性体４３０の保持力が平衡をなす地点で停止するようになる。この時が、遮断器の開極が完了した状態である。
（第２の実施の形態）
添付した図１９〜図２１は、本発明の第２の実施の形態によるＥＭＦＡを示している図であって、第１実施の形態によるＥＭＦＡを複数台併合させた例を示している。これは、複数台のアクチュエータを併合させて単一の運動をするように組み合わせた形態で構成することができることを示している。
【０１１８】
この場合、上記各可動子４００は、図示しない別途の部材によって一体に連結されて同じ運動をするように構成される。上記可動子４００の一体化された連結形態は、前の図１１ないし図１３で説明したように、支持フレーム４６０のような部材を可動子４００全体に合わせて拡張適用することができる。
【０１１９】
また、前側のアクチュエータ１００ａは、それに対応する後側のアクチュエータ１００ｂとガイド７００ａを共有することができる。この場合、上記アクチュエータ１００ａ、１００ｂは、それぞれ複数台のアクチュエータを側面に隣接して配置する代りに、図面に示されたように、各アクチュエータ１００ａ、１００ｂ毎に一つの大きな磁性体１１０ａを備え、この磁性体１１０ａのそれぞれに複数の可動子４００を設置可能にする複数本の通路１１１を設けて構成することも可能である。また、上記ガイド７００ａも一つの一体化された部材で構成し（図面では、別途の部材で構成されている）、それに、上記可動子４００を案内することができる複数本の案内溝７１０を形成した形態で構成することもできる。
【０１２０】
このように、複数台のアクチュエータを併合させると、アクチュエータの個数が増加した分その操作力の増大が得られる。したがって、遮断容量に応じ、組み合わせるべきアクチュエータの台数を増減すればよい。
（第３の実施の形態）
添付した図２２は、本発明の第３の実施の形態によるＥＭＦＡを示している。
【０１２１】
図２２に示されたＥＭＦＡは、前の図４ないし図１０に開示された第１の実施の形態によるアクチュエータ１００において、各通路１１１に外側主磁界発生素子２００と第１及び第２の外側補助磁界発生素子５００、５５０だけを設け、内側主磁界発生素子３００と第１及び第２の内側補助磁界発生素子６００、６５０が設けられていない形態である。このように内側主磁界発生素子３００と第１及び第２の内側補助磁界発生素子６００、６５０が設けられていなくても、上記外側主磁界発生素子２００の磁力がケーシング１１０の中間壁１１２までに及ぶことにより、その力によって可動子４００を移動させることができる。なお、アクチュエータが同じ大きさであると仮定した時、内側主磁界発生素子３００が一緒に備えて時に比べては、可動子４００、すなわち、コイル４００に生成される操作力（電子反発力または軸方向力）が小さくなる。
（第４の実施の形態）
図２３には、本発明の第４の実施の形態によるＥＭＦＡが示されている。
【０１２２】
これは、図２２に示されたＥＭＦＡとは逆に、各通路１１１に内側主磁界発生素子３００と第１及び第２の内側補助磁界発生素子６００、６５０だけを設け、外側主磁界発生素子２００と第１及び第２の外側補助磁界発生素子５００、５５０が設けられていない構成にすることもできることを示している。このように外側主磁界発生素子２００と第１及び第２の外側補助磁界発生素子５００、５５０が設けられていなくても、上記内側主磁界発生素子３００の磁力がケーシング１１０の外側壁までに及ぶことにより、その力によって可動子４００を移動させることができる。
【０１２３】
また、本実施の形態では、上下の緩衝部材８１１、８１２（図２２参照）を備えなくてもよいことを示している。これは、図２２に示されたＥＭＦＡでも可能である。緩衝部材８１１、８１２を備えない場合には、別途の衝撃減衰手段を可動子４００の案内部４５０の部分に設けることもできる。
（第５の実施の形態）
添付した図２４は、本発明の第５の実施の形態によるＥＭＦＡの構成を示している断面図である。
【０１２４】
図２４に示されたように、本実施の形態によるＥＭＦＡ１１００におけるケーシング１１１０は、アクチュエータの全体外郭形態をなしつつ、縦断面上の内部中間の中間壁１１１１を挟んで、その左右両側に上下方向に所定の長さを有する通路１１１２が形成された形態からなる。
【０１２５】
上記左右の通路１１１２の縦断面上の外壁面と内壁面には、それぞれ外側主磁界発生素子１２１０と内側主磁界発生素子１２２０が配設される。また、上記外側主磁界発生素子１２１０と内側主磁界発生素子１２２０の長手方向（上下方向）の両端部のいずれか一方の上記外壁面と内壁面には、それぞれ外側補助磁界発生素子１３１０と内側補助磁界発生素子１３２０が配設される。
【０１２６】
ここで、上記外側主磁界発生素子１２１０と内側主磁界発生素子１２２０、及び外側補助磁界発生素子１３１０と内側補助磁界発生素子１３２０は、外側と内側のいずれか一方のものだけを備えることができる。すなわち、外側主磁界発生素子１２１０と外側補助磁界発生素子１３１０だけが設けられてよく、内側主磁界発生素子１２２０と内側補助磁界発生素子１３２０だけが設けられてもよい。これについては、他の実施の形態として後述する。
【０１２７】
また、可動子１４００は、上記外側主／補助磁界発生素子１２１０／１３１０と内側主／補助磁界発生素子１２２０／１３２０の間の通路１１１２の内部に直線移動が可能に挿入される。このような可動子１４００は、上記左右両側の内側主磁界発生素子１２２０を挟んで上記通路１１１２の内部に上記外側主磁界発生素子１２１０と内側主磁界発生素子１２２０に略直交する方向に巻き回されたコイル１４１０と、上記外側及び内側補助磁界発生素子１３１０、１３２０による磁力を受ける磁性体１４２０とが一体化されてなる形態を有する。
【０１２８】
ここで、上記外側主磁界発生素子１２１０と内側主磁界発生素子１２２０の極性は、両者の間の空間部分である通路１１１２を挟んで向い合う側が互いに逆極となっており、磁気力線の方向が上記通路１１１２を横切る方向に形成されるように構成されている。図２４では、向い合う極性が、外側主磁界発生素子１２１０はＮ極、内側主磁界発生素子１２２０はＳ極となっており、磁気力線ｍ１が外側主磁界発生素子１２１０から通路１１１２を横切って内側主磁界発生素子１２２０に向かう方向、すなわち、左右方向の外側から内側に向けて流れるようにした形態が示されている。これとは逆に、向い合う極性を、外側主磁界発生素子１２１０はＳ極、内側主磁界発生素子１２２０はＮ曲と構成し、磁気力線が内側主磁界発生素子１２２０から通路１１１２を横切って外側主磁界発生素子１２１０に向かう方向、すなわち、左右方向の内側から外側に向けて流れるようにした形態に構成してもよい。磁気力線の方向が逆になることに応じて、コイル１４１０に流れる電流の方向を変えればよい。
【０１２９】
このような構成によって、上記可動子１４００のコイル１４１０に正方向または逆方向の電流を流すと、フレーミングの左手の法則によって、上記外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０による磁束密度と上記コイル１４１０の電流密度による電子反発力によって上記コイル１４１０を磁界に略直交する方向（図中、上下方向）に移動させる力が発生して、上記コイル１４１０を有する可動子１４００が通路１１１２の長手方向（上下方向）に直線運動するようになる。
【０１３０】
また、上記可動子１４００において、上記コイル１４１０と磁性体１４２０を単一化してなる可動子１４００を実現する方法としては、図２４に示されたように、上記コイル１４１０と磁性体１４２０を非磁性体のハウジング１４３０の内部に組み込んだ形態で実現することができる。これは、コイル１４１０と磁性体１４２０を挟んで一体でモールディングしてハウジング１４３０を成形するなどの方法で容易に実現することができる。
【０１３１】
特に、本実施の形態によるＥＭＦＡにおいて、上記外側補助磁界発生素子１３１０と内側補助磁界発生素子１３２０の向い合う側の極性は、互いに同じ極性を有する。図２４では、外側補助磁界発生素子１３１０と内側補助磁界発生素子１３２０の向い合う側の極性がいずれもＳ極と設定された形態を示している。これとは異なり、外側補助磁界発生素子１３１０と内側補助磁界発生素子１３２０の向い合う側の極性がいずれもＮ極と設定されてもよい。
【０１３２】
このように、外側補助磁界発生素子１３１０と内側補助磁界発生素子１３２０の向い合う側の極性を同一極に構成すると、磁気力線が上記外側補助磁界発生素子１３１０と内側補助磁界発生素子１３２０との間の通路１１１２を横切って流れることができなくなる。したがって、図２４に示すように、上記可動子１４００の磁性体１４２０が上記外側補助磁界発生素子１３１０と内側補助磁界発生素子１３２０との間に位置した時に、上記磁性体１４２０の縦断面上の左右方向の中間部分を基準にした左右両側（すなわち、内側と外側）にそれぞれ互いに独立した磁界が形成される。図２４に示されたように、外側補助磁界発生素子１３１０と内側補助磁界発生素子１３２０の向い合う側の極性をいずれもＳ極と設定すれば、上記磁性体１４２０の縦断面上の左右方向の中間部分を基準にして外側に形成される磁気力線ｍ２は、外側補助磁界発生素子１３１０→ケーシング１１１０→可動子１４００の磁性体１４２０→外側補助磁界発生素子１３１０を循環する方向に流れるようになる。また、内側の磁気力線ｍ３は、内側補助磁界発生素子１３２０→ケーシング１１１０→可動子１４００の磁性体１４２０→内側補助磁界発生素子１３２０を循環する方向に流れるようになる。外側補助磁界発生素子１３１０と内側補助磁界発生素子１３２０の向い合う側の極性をいずれもＮ極と設定すれば、磁気力線ｍ２、ｍ３の流れ方向は、上記方向と逆方向になる。
【０１３３】
仮に、上記外側補助磁界発生素子１３１０と内側補助磁界発生素子１３２０の向い合う側の極性を同一極にせずに互いに逆極にすれば、磁性体１４２０の縦断面上の左右方向の中間部分を基準にして内側と外側にそれぞれ独立した二つの磁界が形成されず、外側主磁界発生素子１２１０と内側主磁界発生素子１２２０の場合と同様に、いずれか一方向の流れを有する一つの大きな磁界を形成するようになる。例えば、上記外側主磁界発生素子１２１０と内側主磁界発生素子１２２０は、向い合う側の極性が互いに逆極となっているため、磁気力線ｍ１は外側主磁界発生素子１２１０→通路１１１２→内側主磁界発生素子１２２０→ケーシング１１１０→外側主磁界発生素子１２１０（図２４に示された構成と逆の場合には逆方向）を大きく循環する形態をなすようになる。このような場合には、磁性体１４２０をその移動方向（図２４では、下方）に移動させようとする力はほとんどなく、磁性体１４２０を単純に外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０の長手方向の中間地点に位置させようとする力が大半を占めるようになる。
【０１３４】
しかしながら、本発明では、上述したように、外側補助磁界発生素子１３１０と内側補助磁界発生素子１３２０の向い合う側の極性が互いに同一極となっているため、磁性体１４２０の縦断面上の左右中間部分を基準にして内側及び外側に独立して磁界が形成される。したがって、各磁界をなす磁気力線ｍ２、ｍ３は、上記磁性体１４２０の縦断面上の左右方向の中間部分において垂直な流れを有するように（垂直して経由するように）なるため、上記磁性体１４２０を補助磁界発生素子１３１０、１３２０の長手方向（図２４において、上下方向）の中間地点に位置させようとする力ではなく、磁性体１４２０をその移動方向に（図２４において、上方に）さらに引っ張るようとする力を作用するようになる。これと併せて、磁界が磁性体１４２０の縦断面上の中間部分を基準にして内側及び外側に独立して形成されると、磁気力線ｍ２、ｍ３の流れ経路の長さ、すなわち、磁路が短くなるため、その分、磁性体１４２０を引っ張る力が強くなる。このように磁性体１４２０を引っ張る力は、上記可動子１４００を移動された状態で保持し続けようとする保持力となり、遮断器のような受動素子に適用した場合には圧点力となる。
【０１３５】
一方、図２４に示されたＥＭＦＡ１１００は、図中上方だけに大きな保持力が作用する必要がある場合に対応して、外側及び内側補助磁界発生素子１３１０、１３２０と磁性体１４２０を上方だけに設けた形態を示している。なお、上方及び下方の両方に大きな保持力を必要とする場合には、外側及び内側補助磁界発生素子１３１０、１３２０と磁性体１４２０を上下方向の両方に設ければよい。
【０１３６】
このように構成された本発明の第５の実施の形態によるＥＭＦＡの作動過程について説明する。
【０１３７】
添付した図２５及び図２６は、本発明の第５の実施の形態による電磁気力を利用したアクチュエータの作動位置による磁界分布に関するシミュレーション結果を示している概略断面図である。
【０１３８】
図８ａには可動子１４００が下方に最大限移動した状態が示されている。先ず、可動子１４００が上方に最大限移動した状態で可動子１４００のコイル１４１０に可動子１４００を下方に移動させるための方向に電流が供給されると、外側主磁界発生素子１２１０と内側主磁界発生素子１２２０との間に発生する磁束密度とコイル１４１０により発生する電流密度との関係から電子反発力が作用してコイル１４１０を下方に移動させ、これにより、コイル１４１０と一体化された可動子１４００が下方に移動し、図２５に示すような状態になる。このとき、上記コイル１４１０を下方に移動させようとする力は、外側及び内側補助磁界発生素子１３１０、１３２０によって可動子１４００の磁性体１４２０を保持する保持力より十分に大きな力である。
【０１３９】
このようにして、可動子１４００が下方に最大限移動すると、コイル１４１０に供給される電流が遮断される。電流が遮断されると、コイル１４１０と内側及び外側主磁界発生素子１２１０、１２２０の作用による移動力は消え、外側主磁界発生素子１２１０と内側主磁界発生素子１２２０の磁界ｍ１による力（磁力）が可動子１４００の磁性体１４２０に及ぶようになる。この力は、上記磁性体１４２０を保持する保持力と作用し、可動子１４００が下方に移動された状態を保持し続けることができる。図２５において、上記可動子１４００の磁性体１４２０は、上記外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０の長手方向（上下方向）の中間地点より上側に位置している。ここで、上記磁性体１４２０は、上記外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０の磁力によって外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０の長手方向の中間地点に位置しようとする力を受けるようになる。したがって、図２５に示すように、可動子１４００が最大限下方に移動した状態でその磁性体１４２０が外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０の長手方向（上下方向）の中間地点より上側に位置するように設定しておくと、磁性体１４２０が外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０の長手方向の中間地点に移動しようとする力を受け続けるようになるため、この力に相当する保持力で下方に移動しようとする状態を保持し続けることができる。
【０１４０】
図２６には、可動子１４００が上方に最大限移動した状態が示されている。先ず、図２５に示すように、可動子１１４００が最大限下方に移動した状態で、可動子１４００のコイル１４１０に上述した方向と逆方向に電流を流すと、外側主磁界発生素子１２１０と内側主磁界発生素子１２２０との間に発生する磁束密度とコイル１４１０により発生する電流密度との関係から電子反発力が作用してコイル１４１０を上方に移動させるため、コイル１４１０と一体化された可動子１４００が上方に移動する。可動子１４００が上方に最大限移動すると、コイル１４１０に流れる電流が遮断される。
【０１４１】
このように可動子１４００が上方に最大限移動した状態では、磁性体１４２０の縦断面上の左右方向の中間部分を基準にした内側及び外側に独立した磁界が形成される。上記各磁界をなす磁気力線ｍ２、ｍ３は、上記磁性体１４２０の縦断面上の左右方向の中間部分において垂直な流れを有するため、上記磁性体１４２０を移動方向、すなわち、上方に引っ張るような力と作用するようになる。これと併せて、磁界が磁性体１４２０の縦断面上の左右両側に独立して形成されることにより、各磁気力線ｍ２、ｍ３の磁路が極めて短くなり、短くなった分上方に引っ張る力が倍加する。したがって、磁性体１４２０を上方に引っ張る力によって可動子１４００が上方にさらに移動しようとする力、すなわち、大きな保持力を受け続けることができるようになる。
（第６の実施の形態）
図２７ないし図２９は、本発明の第６の実施の形態による、上述した第５の実施の形態に基づくＥＭＦＡを実際に受動素子に連結可能な形態で実現した一例を示している図であって、図２７は全体斜視断面図であり、図２８は分離斜視断面図であり、図２９は真空遮断器に設けられた例を示している概略断面図である。
【０１４２】
図２７及び図２８に示されたＥＭＦＡ１１００ａは、上述した第５の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００を基本的な構成素子としてこれを実際に実現するための一形態とともに、この場合における、外部の受動素子に連結することができる好適な形態を示している。
【０１４３】
図２７及び図２８に示されたように、第６の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ａは、第５の実施の形態によるアクチュエータ１１００を円筒状に実現した構成を有する。すなわち、第５の実施の形態における外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０、外側及び内側補助磁界発生素子１３１０、１３２０及び可動子１４００を、円筒状からなる外側及び内側主磁界発生素子１２１０ａ、１２２０ａ、外側及び内側補助磁界発生素子１３１０ａ、１３２０ａ及び可動子１４００ａで構成した形態を有する。
【０１４４】
ここで、上記ケーシング１１１０ａの外郭形態に特に限定はない。したがって、円筒状の他、六面体などの多角形を採択してもよい。
【０１４５】
上記中間壁１１１１ａは、上記ケーシング１１１０ａの内部中央に円柱状に設けられる。上記通路１１１２ａは、上記円柱状の中間壁１１１１ａと同心をなして半径方向の外側に所定の幅を有するように円環状に形成される。また、外側主磁界発生素子１２１０ａと内側主磁界発生素子１２２０ａは、上記中間壁１１１１ａ及び通路１１１２ａと同心をなす円環状からなり、それぞれ上記円環状の通路１１１２ａの外壁と内壁に配設される。
【０１４６】
可動子１４００ａにおいて、コイル１４１０ａは、上記円環状の内側主磁界発生素子１２２０ａを挟んで上記通路１１１２ａの内部に上記外側主磁界発生素子１２１０ａと内側主磁界発生素子１２２０ａに略直交する方向に巻き回された円環状をなす。磁性体１４２０ａは、上記コイル１４１０ａと同様に円環状をなす。このようなコイル１４１０ａと磁性体１４２０ａは、非磁性体のハウジング１４３０ａで取り囲まれて一体化された可動子１４００ａを構成する。このような可動子１４００ａは、上記外側主／補助磁界発生素子１２１０ａ／１３１０ａと内側主／補助磁界発生素子１２２０ａ／１３２０ａの間に形成される通路１１１２ａの内部に長手方向（上下方向）に摺動自在に挿入される。
【０１４７】
図２７において、上記可動子１４００ａを外部の受動素子に連結するために、上記可動子１４００ａの一端部（図中、上部）に複数本の非磁性体のロッド１５１１を連結し、上記ケーシング１１１０ａの上部外側に延出したロッド１５１１の端部を受動素子に連結する構成を取っている。上記複数本のロッド１５１１は、直接受動素子に連結してよく、図面に示されたように、ロッド１５１１の端部に連結板１５２１を形成し、この連結板１５２１に連結部１５１２ａを形成し、この連結部１５１２ａに穴１５２１ｂを形成し、上記連結部１５１２ａの穴１５２１ｂを受動素子とピンジョイントなどの方法によって連結することもできる。
【０１４８】
また、可動子１４００ａの反対側（下側）も他の受動素子や受動素子の所定の動作装置に連結されてよい。そのために、図２７に示されたように、可動子１４００ａの下側から非磁性体のロッド１５１２を連結するか、または上記ロッド１５１２に連結板１５２２を形成する構造で構成すればよい。図２８に示されたように、上記ケーシング１１１０ａの上下端には、それぞれ貫通孔１１１３ａ、１１１３ｂを形成し、この貫通孔１１１３ａ、１１１３ｂにそれぞれ上記ロッド１５１１、１５１２は通過させることができる。
【０１４９】
このような第６の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ａの動作過程及び磁界分布は、第５の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００のそれと同じであるため、その説明を省く。
【０１５０】
図２９は、上記した第６の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ａを受動素子の一つである真空遮断器に適用した状態を示している。本実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ａは、第５の実施の形態で既に説明したように、可動子１４００ａが移動を完了した状態で非常に大きな保持力を得ることができるため、別途の培力機構などを利用することなく受動素子に直接連結することができる。したがって、操作部２０ｚ−１のハウジング２ａ部分を接点部１０ｚの真下側に設けることができ、そのようにしたにも拘わらずＥＭＦＡ１１００ａの大きさが小さいため、システム全体としての大きさを縮小することができる。
【０１５１】
また、第６の実施の形態として示したＥＭＦＡ１１００ａは、上側だけに補助磁界発生素子１３１０ａ、１３２０ａと磁性体１４２０ａを備え、磁性体１４２０ａが上方に移動した状態での保持力を極大化した構成になっているため、上記補助磁界発生素子１３１０ａ、１３２０ａと磁性体１４２０ａ部分が上方に向かう状態で前述した連結部１５２１ａを可動接触子１３ｚの作動ロッド１４ｚの端部に連結ピン１５２３などの手段で直接連結することができる。本実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ａでは、前述したように、上記補助磁界発生素子１３１０ａ、１３２０ａと磁性体１４２０ａによって保持力が極大化されているため、力を倍加するための別途の倍力機構を設けることなく電磁気力を利用したアクチュエータ１１００ａを可動接触子１３ｚに直接連結しても非常に大きな保持力を得ることができる。
【０１５２】
すなわち、上記ＥＭＦＡ１１００ａの可動子１４００ａが上方に移動すると、可動接触子１３ｚが固定接触子１２ｚに当接して電気が通電する閉極状態を保持するようになる。しかし、このような閉極状態において、上記固定接触子１２ｚと可動接触子１３ｚが一体化した導体のように電流をよく導通させるためには、二つの接触子１２ｚ、１３ｚを当接させる圧点力が大きくなければならない。これに備えて、本発明では、可動子１４００ａが移動を完了した状態で可動子１４００ａが非常に大きな力にて移動方向に継続して引っ張られるため、二つの接触子１２ｚ、１３ｚの圧点力を極大化させて電流の通電を円滑にし、特に地震やその他の外部からの急激な衝撃が加わる時にも接点が離れることがない。
（第７の実施の形態）
図３０ないし図３２は、本発明の第７の実施の形態による、上述した第５の実施の形態に基づくＥＭＦＡを実際に受動素子に連結可能な形態で実現した他の一例を示している。図３０は全体斜視断面図であり、図３１は分離斜視断面図であり、図３２は真空遮断器に設けられた例を示している概略断面図である。
【０１５３】
図３０及び図３１に示されたように、本実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｂは、第６の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ａと同じ形態の円筒状をなしており、外部受動素子との連結構成と可動子１４００ｂの案内構成だけが異なる。
【０１５４】
すなわち、ケーシング１１１０ｂ、外側及び内側主磁界発生素子１２１０ｂ、１２２０ｂ、外側及び内側補助磁界発生素子１３１０ｂ、１３２０ｂ及び可動子１４００ｂの全てが、第６の実施の形態におけるそれらと同じ形態を有する。
【０１５５】
なお、上記可動子１４００ｂを外部の受動素子と連結するための構成が、第６の実施の形態では可動子１４００ａの一端部に複数本の非磁性体のロッド１５１１を連結し、そのロッド１５１１の端部を受動素子に連結する構成であったが、本実施の形態では、可動子１４００ｂの円周の一方側から半径方向の外側に延出する延出部１４３１を形成し、この延出部１４３１に受動素子を連結した構成を有している。さらに、上記延出部１４３１には可動子１４００ｂの移動方向に延びる突出部１４３２が形成され、この突出部１４３２に穴１４３２ａを形成し、上記突出部１４３２の穴１４３２ａを受動素子とピンジョイントなどの方法によって連結するように構成されている。
【０１５６】
上記可動子１４００ｂから延出部１４３１を貫通させるために、上記外側主磁界発生素子１２１０ｂと外側補助磁界発生素子１３１０ｂの周りには、上記可動子１４００ｂのストロークより若干大きな貫通孔１２１１が可動子１４００ｂの移動方向に沿って長く形成され、上記ケーシング１１１０ｂの周りにも上記貫通孔１２１１に対応する貫通孔１１１４が形成される。
【０１５７】
一方、上記可動子１４００ｂの運動をより安定して案内するために、上記突出部１４３２の反対側において半径方向の外側に延出する案内腕部１４３３が設けられ、上記案内腕部１４３３の端部位置には上記案内腕部１４３３が上下に摺動自在に結合される案内溝１６０１が形成された案内部材１６００が設けられている。
【０１５８】
このような、第７の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｂでは、受動素子と連結するための延出部１４３１がケーシング１１１０ｂの外側に延出しているため、第６の実施の形態による電磁気力を利用したアクチュエータ１１００ａからロッド１５１１をケーシング１１１０ａの一端部に突出させた構成に比べて、上下方向の全体的な長さを縮小させることができる。また、可動子１４００ｂの運動を案内部材１６００によって別に案内する構造を有するため、可動子１４００ｂの運動が滑らかで且つ安定して行われ得る。
【０１５９】
また、第７の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｂの動作過程及び磁界分布は、第５の実施の形態及び第６実施の形態によるＥＭＦＡ１１００、１１００ａのそれらと同じであるため、その説明を省く。
【０１６０】
図３２は、上記のように構成された本発明の第７の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｂを受動素子の一つである真空遮断器に適用した状態を示している。真空遮断器の操作部２０ｚ−２のケースとなるハウジング２ｂは、接点部１０ｚの下端に隣接して設けられてよく、本発明によるＥＭＦＡ１１００ｂは、上記ハウジング２ｂの内部に設けられている。また、ＥＭＦＡ１１００ｂのケーシング１１１０ｂから外側に延出した延出部１４３１の突出部１４３２は、遮断器の可動接触子１３ｚの作動ロッド１４ｚの端部に連結ピン１５２３などの手段で連結される。
（第８の実施の形態）
図３３ないし図３６は、本発明の第８の実施の形態による、第５の実施の形態に基づくＥＭＦＡを実際に実現した形態のまた他の一例を示している。図３３は正面から見た全体斜視図であり、図３４は裏面から見た全体斜視図であり、図３５は分離斜視断面図であり、図３６は真空遮断器に設けられる例を示している概略断面図である。
【０１６１】
先ず、図３３ないし図３５に示されたように、本実施の形態によるアクチュエータ１１００ｃは、第５の実施の形態によるアクチュエータ１１００において可動子１４００ｃが外部に露出するように構成した形態である。
【０１６２】
このような本実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｃの縦断面上の構成は、図３５に示されたように、第５〜第７の実施の形態におけるそれた同じである。すなわち、ＥＭＦＡ１１００ｃにおけるケーシング１１１０ｃは、アクチュエータの全体外郭形態をなしつつ、縦断面上の内部中間の中間壁１１１１ｃを挟んで、その左右両側に上下方向に所定長さを有する通路１１１２ｃが形成される。また、上記左右の着通路１１１２ｃの縦断面上の外壁面と内壁面には、それぞれ外側主磁界発生素子１２１０ｃと内側主磁界発生素子１２２０ｃが配設される。また、上記外側主磁界発生素子１２１０ｃと内側主磁界発生素子１２２０ｃの長手方向（上下方向）の両端部のいずれか一方の上記外壁面と内壁面には、それぞれ外側補助磁界発生素子１３１０ｃと内側補助磁界発生素子１３２０ｃが配設される。
【０１６３】
また、可動子１４００ｃは、上記外側主／補助磁界発生素子１２１０ｃ／１３１０ｃと内側主／補助磁界発生素子１２２０ｃ／１３２０ｃの間の通路１１１２ｃの内部に通路１１１２ｃの長手方向への移動が自在に挿入される。このような可動子１４００ｃは、上記左右両側の内側主磁界発生素子１２２０ｃを挟んで上記通路１１１２ｃの内部に上記外側主磁界発生素子１２１０ｃと内側主磁界発生素子１２２０ｃに略直交する方向に巻き回されるコイル１４１０ｃと、上記外側及び内側補助磁界発生素子１３１０ｃ、１３２０ｃによる磁力を受ける磁性体１４２０ｃが一体化された形態を有する。
【０１６４】
このような本実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｃの具体的な形態は、図３３〜図３５に示したとおりである。すなわち、上記ケーシング１１１０ｃの通路１１１２ｃは、ケーシング１１１０ｃの長手方向に貫通形成されており、このような２つの通路１１１２ｃの間に中間壁１１１１ｃが形成される構造を有する。ここで、上記ケーシング１１１０ｃは、六面体に示されているが、上記通路１１１２ｃを形成することができるとともに、コイル１４１０ｃを巻き回すことができれば、その形態に特に限定はない。
【０１６５】
上記外側及び内側主磁界発生素子１２１０ｃ、１２２０ｃ及び上記外側及び内側補助磁界発生素子１３１０ｃ、１３２０ｃは、上記のようにケーシング１１１０ｃの長手方向に貫通形成された通路１１１２ｃの左右方向の内側及び外側壁面に設けられる。
【０１６６】
また、上記可動子１４００ｃは、上記外側主／補助磁界発生素子１２１０ｃ、１３１０ｃと内側主／補助磁界発生素子１２２０ｃ、１３２０ｃの間の通路１１１２ｃを通って回されて上記左右両側の内側主磁界発生素子１２２０ｃの周りを取り囲む形態で構成される。
【０１６７】
一方、上記可動子１４００ｃの運動をより安定して案内するために、上記可動子１４００ｃの上記ケーシング１１１０ｃの外部に露出した部分からは案内軸１４３４が延長形成され、上記案内軸１４３４の上下方向への運動を案内するガイド１７００が設けられてよい。上記案内軸１４３４は、上記ガイド１７００に形成された案内溝１７０１に上下方向に摺動自在に挿入される。
【０１６８】
このような本発明の第８の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｃは、通路１１１２ｃがケーシング１１１０ｃを貫通する形態となって可動子１４００ｃが外部に露出するように構成されている。したがって、第５の実施の形態のように大きな保持力を有しつつ第１の実施の形態のように外部から上記可動子１４００ｃのコイル１４１０ｃに電線を接続し易く、その作製も容易になる。また、電線を外部から直接可動子１４００ｃに接続することができるため、可動子１４００ｃの運動時に電線に悪影響を及ぼし得る現象をほぼ無くすことができる。
【０１６９】
このような第８の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｃの動作特性は、前述した第５〜第８の実施の形態における動作特性と同じであるため、その説明を省く。
【０１７０】
図３６には、上記のように構成された本発明の第８実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｃを受動素子の一つである真空遮断器に適用した状態を示している。真空遮断器の操作部２０ｚ−３のケースをなすハウジング２ｃは、第６及び第７の実施の形態と同様に、接点部１０ｚの下端に隣接して設けられ、本実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｃは、上記ハウジング２ｃの内部に設けられている。また、ＥＭＦＡ１１００ｃの外部に露出した可動子１４００ｃの一方側に連結部材１４４０などを設け、上記連結部材１４４０に突出部１４４１を形成し、この突出部１４４１を上記遮断器の可動接触子１３ｚの作動ロッド１４ｚの端部に連結ピン１５２３などの手段により連結することができる。このように、遮断器のような外部受動素子との連結に際し、外部に露出した可動子を連結すればよいため、連結が容易で且つ工程が簡単になる。
（第９の実施の形態）
添付した図３７は、本発明の第９の実施の形態によるＥＭＦＡを示している断面図である。
【０１７１】
図３７に示されたＥＭＦＡ１１００ｄは、前述した第５〜８の実施の形態によるＥＭＦＡに比べて磁気的空隙部ｇ１をさらに備えた構成だけが異なっており、他の構成は同じである。また、第５の実施の形態（図２４、図２５及び図２６参照）と同じ部分に対しては、同じ図面符号を付する。
【０１７２】
図３７に示されたように、本発明の第９の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｄでは、第５実施の形態における外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０と外側及び内側補助磁界発生素子１３１０、１３２０の間にケーシング１１１０を上下に磁気的に分離する磁気的空隙部ｇ１をさらに設けた構造を有する。上記磁気的空隙部ｇ１は、主磁界発生素子１２１０、１２２０による磁界と補助磁界発生素子１３１０、１３２０による磁界を互いに分離することで補助磁界発生素子１３１０、１３２０による磁界の損失を無くし、保持力を極大化する機能を果たす。
【０１７３】
上記磁気的空隙部ｇ１は、単純に空間にて形成されてよく、図３７に示された実施の形態のように、磁気的空隙部ｇ１の隙間に非磁性体の間隙保持部材１１２０を挿入させた構成にしてもよい。
【０１７４】
このように構成された本発明の第９の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｄの磁界分布に関するシミュレーション結果が図３８及び図３９に示されている。図３８は図２５に比べ、図３９は図２６に比べてみると、本発明の第９実施の形態による磁気的空隙部ｇ１の効果を把握することができる。
【０１７５】
すなわち、図３８に示されたように、可動子１４００が下方に最大限移動した状態で、コイル１４１０に供給される電流が遮断されると、コイル１４１０と内側及び外側主磁界発生素子１２１０、１２２０による移動力は消え、外側主磁界発生素子１２１０と内側主磁界発生素子１２２０の磁界ｍ１による力（磁力）が可動子１４００の磁性体１４２０に及んで磁性体１４２０を保持する保持力として作用するようになる。このとき、本実施の形態では、主磁界発生素子１２１０、１２２０と補助磁界発生素子１３１０、１３２０の間に磁気的空隙部ｇ１が形成されている。これにより、主磁界発生素子１２１０、１２２０の磁界を形成する磁気力線ｍ１は、上記磁気的空隙部ｇ１でほとんど遮断され、磁気的空隙部ｇ１の上側には影響を及ぼすことができず、その大半が可動子１４００に影響を与えるようになる。したがって、主磁界発生素子１２１０、１２２０の磁界がほとんど損失されることなく可動子１４００の磁性体１４２０を引っ張る力として使われることで保持力が極大化する。
【０１７６】
また、図３９に示されたように、可動子１４００が上方に最大限移動した状態でコイル１４１０に流れる電流が遮断されると、コイル１４１０と内側及び外側主磁界発生素子１２１０、１２２０による移動力は消え、外側補助磁界発生素子１３１０と内側補助磁界発生素子１３２０の磁界ｍ２、ｍ３による力（磁力）が可動子１４００の磁性体１４２０に及んで磁性体１４２０を保持する保持力として作用するようになる。このとき、本実施の形態では、主磁界発生素子１２１０、１２２０と補助磁界発生素子１３１０、１３２０の間に磁気的空隙部ｇ１が形成されているため、主磁界発生素子１２１０、１２２０の磁界を形成する磁気力線ｍ２、ｍ３は、上記磁気的空隙部ｇ１でほとんど遮断され、磁気的空隙部ｇ１を超えて下側に影響することができず、その大半が磁気的空隙部ｇ１の上側だけに形成される。したがって、補助磁界発生素子１３１０、１３２０による磁界は損失されることなく、その大半が可動子１４００の磁性体１４２０に影響を与えて磁性体１４２０を上方に引っ張る力として使われることで保持力が増大する。また、磁気力線ｍ２、ｍ３の磁路がさらに短く（図２６におけるそれより短く）形成されることで保持力が極大化する。
（第１０の実施の形態）
図４０は、本発明の第１０の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｅを示している断面図である。第８の実施の形態と同じ部分に対しては、同じ図面符号を付する。
【０１７７】
図４０に示されたＥＭＦＡ１１００ｅは、前述した第８の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｄにおいて、各通路１１１２に外側主磁界発生素子１２１０と外側補助磁界発生素子１３１０だけを設け、内側主磁界発生素子１２２０と内側補助磁界発生素子１３２０は設けていない構成にすることでできることを示している。
【０１７８】
このようにしても、上記外側主磁界発生素子１２１０の磁力がケーシング１１１０の中間壁１１１１に及ぶことで、可動子１４００の往復動には何ら問題がない。なお、アクチュエータが同じ大きさであると仮定した時、内側主磁界発生素子１２２０を備えている時に比べて、可動子１４００、すなわちコイル１４１０を移動させる電子反発力が小さくなるため、その分、可動子１４００の操作速度と操作力が低下する。また可動子１４００の保持力も低下するようになる。
【０１７９】
一方、第１０の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｅでは、磁気的空隙部ｇ１が設けられた構成にしたが、これは設けてもよく（第９の実施の形態と同一）、設けなくてもよい（第５〜第８の実施の形態と同一）。
（第１１の実施の形態）
図４１は、本発明の第１１の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｆを示している断面図である。第８の実施の形態と同じ部分に対しては、同じ図面符号を付する。
【０１８０】
図４１に示されたＥＭＦＡ１１００ｆは、前述した第８の実施の形態による電磁気力を利用したアクチュエータ１１００ｄにおいて、各通路１１１２に内側主磁界発生素子１２２０と内側補助磁界発生素子１３２０だけを設け、外側主磁界発生素子１２１０と外側補助磁界発生素子１３１０は設けていない構成にすることもできることを示している。
【０１８１】
このようにしても、上記内側主磁界発生素子１２２０の磁力がケーシング１１１０の中間壁１１１１に及ぶことで、可動子１４００の往復動には何ら問題がない。なお、アクチュエータが同じ大きさであると仮定した時、外側主磁界発生素子１２１０を備えている時に比べて、可動子１４００、すなわちコイル１４１０を移動させる電子反発力が小さくなるため、その分、可動子１４００の操作速度と操作力が低下する。また、可動子１４００の保持力も低下するようになる。
【０１８２】
一方、第１１の実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｆでは、磁気的空隙部ｇ１が設けられた構成にしたが、これは設けてもよく（第９、１０の実施の形態と同一）、設けなくてもよい（第５〜第８の実施の形態と同一）。
（第１２の実施の形態）
添付した図４２は、本発明の第１２の実施の形態によるＥＭＦＡを示している断面図である。
【０１８３】
本発明によるＥＭＦＡ１１００ｇは、前述した実施の形態によるＥＭＦＡにおいて、可動子が図中下方に移動した状態での保持力も増大させようとする時の好適な例を示している。図４２は、前述した第９の実施の形態を説明する図３７に示されたアクチュエータ１１００ｄに基づいて示されたものであって、図３７と同じ部分に対しては、同じ図面符号を付し、その重複説明を省く。また、本発明の第１２の実施の形態は、第５〜８の実施の形態の変形例でもある。
【０１８４】
図３７に示された第９の実施の形態におけるＥＭＦＡ１１００ｄ及び図２４に示されたＥＭＦＡ１１００は、図中上方だけに大きな保持力が必要な場合に対応して、外側及び内側補助磁界発生素子１３１０、１３２０と磁性体１４２０を上側だけに設けた形態を有する。
【０１８５】
これに比べて、本発明の第１２の実施の形態では、上方のみならず下方にも大きな保持力を必要とする場合に備えて、外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０の下側端部に第２の外側及び内側補助磁界発生素子１３３０、１３４０が備えられ、可動子１４００のコイル１４１０の下側端部にも第２の磁性体１４４０を備えた構成を有する。
【０１８６】
したがって、可動子１４００が下方に最大限移動すると、第２の外側補助磁界発生素子１３３０と第２の内側補助磁界発生素子１３４０による磁力が可動子１４００の第２の磁性体１４４０に及ぶことで、上記第２の磁性体１４４０を保持しようとする保持力が大きくなる。
【０１８７】
図４２には示していないが、上記第２の外側補助磁界発生素子１３３０及び第２の内側補助磁界発生素子１３４０の向い合う側の極性は、上側にある外側補助磁界発生素子１３１０及び内側補助磁界発生素子１３２０のように、互いに同一極となる。
【０１８８】
一方、図４２では、外側及び内側補助磁界発生素子１３１０、１３２０及び磁性体１４２０の大きさ（上下方向の長さ）に比べて、第２の外側及び内側補助磁界発生素子１３３０、１３４０及び第２の磁性体１４４０の大きさ（上下方向の長さ）が小さいような形態に示されている。これは、可動子１４００が上方に移動した時に要求される保持力の方が、可動子１４００が下方に移動した時に要求される保持力よりも大きい場合に適合した形態である。
【０１８９】
このように、上記外側及び内側補助磁界発生素子１３１０、１３２０及び磁性体１４２０の大きさと、上記第２の外側及び内側補助磁界発生素子１３３０、１３４０及び第２の磁性体１４４０の大きさは、遮断器などのような受動素子で要求する保持力に応じて異ならせることができる。例えば、可動子１４００が上方に移動した時が真空遮断器での閉極状態であるとすれば、この時には、可動接触子を固定接触子に大きな圧点力で当接させる必要があるため、可動子１４００が下方に移動した時の真空遮断器での開極状態に比べて大きな保持力を必要とするようになる。したがって、この時には上側にある外側及び内側補助磁界発生素子１３１０、１３２０及び磁性体１４２０の大きさを、下側にある第２の外側及び内側補助磁界発生素子１３３０、１３４０及び第２の磁性体１４４０の大きさに比べて大きく設定する。
（第１３の実施の形態）
添付した図４３及び図４４は、本発明の第１３実施の形態によるＥＭＦＡ１１００ｈを示している図であって、図４３は断面図であり、図４４は磁界分布を示している概略断面図である。
【０１９０】
本発明の第１３の実施の形態によるＥＭＦＡは、可動子が下方に移動した時の保持力を増大させるためのＥＭＦＡの例として、第１２の実施の形態でのアクチュエータ１１００ｇとは別の方式で実現した形態を示している。
【０１９１】
前の第１２の実施の形態では、外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０の下側端部に第２の外側及び内側補助磁界発生素子１３３０、１３４０が備えられ、可動子１４００のコイル１４１０の下側端部にも第２の磁性体１４４０を備えた構成としたが、本実施の形態では、外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０の下端部にケーシング１１１０を上下方向に所定の長さ切り取った第２の磁気的空隙部ｇ２を形成した構成としている。
【０１９２】
上記第２の磁気的空隙部ｇ２は、上記外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０とケーシング１１１０の間の磁路を遠く且つ長く形成する役割を果たすことで、外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０による磁界が磁性体１４２０に一層多く及ぶようにしたものである。
【０１９３】
可動子１４００が下方に最大限移動した時の磁界分布が、図４４に示されている。これを図３８と比べて説明する。
【０１９４】
図３８において、可動子１４００が下方に最大限移動した状態において、磁気力線ｍ１は、ケーシング１１１０によって２面が取り囲まれた外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０の下端部を集中的に流れるようになる。
【０１９５】
このように、磁気力線ｍ１が上記外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０の下端部付近に集中的に形成されることは、外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０のそれぞれの２面がケーシング１１１０によって取り囲まれていて、このケーシング１１１０が非常に良好な磁路を形成し、その部分において磁気力線ｍ１の流れに対する抵抗が少なく、磁路が短く形成されるためである。
【０１９６】
これに比べて、図４４に示された本発明の第１３の実施の形態のように、外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０の下端部にケーシング１１１０を上下方向に所定の長さ切り取った第２の磁気的空隙部ｇ２を形成すれば、この第２の磁気的空隙部ｇ２が磁気力線ｍ１の流れを遮断する役割を果たすことで、上記外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０の下端部に形成される磁気力線ｍ１の流れ経路が長くなる。このように、外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０の下端部に形成される磁気力線ｍ１の流れ経路が長くなれば、磁気力線ｍ１の抵抗が大きくなることで、磁気力線ｍ１は遠回りすることなく近い経路を捜し出してそこを流れるようになる。このため、第２の磁気的空隙部ｇ２がない時、すなわち、ケーシング１１１０で取り囲まれている時に外側及び内側主磁界発生素子１２１０、１２２０の下端部を流れた磁気力線の一部が、上方に経路を変えて磁性体１４２０を経由するようになる。したがって、磁性体１４２０に及ぶ磁力がその分多くなるため、磁性体１４２０を下方に移動させようとする保持力、すなわち、可動子１４００を下方に移動させようとする保持力がさらに大きくなる。
【０１９７】
以上では、添付した図面に示された本発明の具体的な実施の形態について詳細に説明したが、これらは、好適な実現形態に関する例示に過ぎないものであり、本発明の保護範囲がこれらに限定されるものではない。また、以上のような本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想内で当該分野における通常の知識を有する者であれば各種の変形及び均等な他の実施が可能であり、このような変形及び均等な他の実施の形態は、本発明の特許請求の範囲に属することは言うまでもない。
【０１９８】
また、本発明の添付した図面では遮断器（受動素子）としてパッファ消弧方式のガス遮断器または真空遮断器を例に挙げて説明したが、本発明は、上で挙げた遮断器だけはなく、オイル遮断器またはその他の動作装置など、他のあらゆる受動素子にも適用が可能であり、遮断器に適用する場合には、低圧用から超高圧用の遮断器に至るまでの全てに有用に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１９９】
【図１】従来の遮断器（受動素子）のうちのパッファ消弧方式の遮断器の閉極状態を示している断面図である。
【図２】従来の遮断器（受動素子）のうちのパッファ消弧方式の遮断器の開極（消弧）状態を示している拡大図である。
【図３】従来の遮断器（受動素子）のうちの真空遮断器及びこれに設けられた従来の永久磁石型アクチュエータを概略的に示している断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの構成を示すためにアクチュエータを正面から見た斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの構成を示すためにアクチュエータを裏面から見た斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータのケーシングと内側及び外側主磁界発生素子を示している分離斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータのコイルの構造を示している分離斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの組み立て状態を示している断面斜視図である。
【図９】は図８の正面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの組み立て状態での平断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータを実際に受動素子に連結可能な形態で実現した一例を示している斜視図である。
【図１２】図１１の側面図である。
【図１３】図１１の平断面図である。
【図１４】図１１のアクチュエータをパッファ消弧方式のガス遮断器に連結した状態を概略的に示している断面図である。
【図１５】本発明の第１実施の形態によるアクチュエータの動作過程を説明するための図であって、可動子が図中下方に移動途中の状態を示している。
【図１６】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの動作過程を説明するための図であって、可動子が図中下方に最大限移動した状態を示している。
【図１７】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの動作過程を説明するための図であって、可動子が図中上方に最大限移動した状態を示している。
【図１８】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの動作過程を説明するための図であって、可動子が図中下方に移動し平衡状態を保持する状態を示している。
【図１９】本発明の第２の実施の形態によるアクチュエータを示している図であって、第１の実施の形態によるアクチュエータを複数台併合させた一例を示している斜視図である。
【図２０】図１９の平断面図である。
【図２１】本発明の第２の実施の形態によるアクチュエータを示している図であって、第１の実施の形態によるアクチュエータを複数台併合させた他の例を示している斜視図である。
【図２２】本発明の第３の実施の形態によるアクチュエータに関する一例を示している正面断面図である。
【図２３】本発明の第４の実施の形態によるアクチュエータに関するまた他の一例を示している正面断面図である。
【図２４】本発明の第５の実施の形態によるアクチュエータの構成を示している断面図である。
【図２５】本発明の第５の実施の形態によるアクチュエータにおいて、可動子が図中下方に移動した状態での磁界分布を概略的に示している断面図である。
【図２６】本発明の第５の実施の形態によるアクチュエータにおいて、可動子が図中上方に移動した状態での磁界分布を概略的に示している断面図である。
【図２７】本発明の第６の実施の形態によるアクチュエータであって、第５の実施の形態によるアクチュエータを実際に受動素子に連結可能な形態に実現した一例を示している全体断面斜視図である。
【図２８】図２７の分離断面斜視図である。
【図２９】本発明の第６の実施の形態によるアクチュエータを真空遮断器に設けた例を概略的に示している断面図である。
【図３０】本発明の第７の実施の形態によるアクチュエータであって、第６の実施の形態によるアクチュエータを実際に受動素子に連結可能な形態に実現した他の一例を示している全体断面斜視図である。
【図３１】図３０の分離断面斜視図である。
【図３２】本発明の第７の実施の形態によるアクチュエータを真空遮断器に設けた例を概略的に示している断面図である。
【図３３】本発明の第８の実施の形態によるアクチュエータを正面から見た斜視図である。
【図３４】本発明の第８の実施の形態によるアクチュエータを裏面から見た斜視図である。
【図３５】本発明の第８の実施の形態によるアクチュエータを正面から見た斜視断面図である。
【図３６】本発明の第８の実施の形態によるアクチュエータを真空遮断器に設けた例を示している概略断面図である。
【図３７】本発明の第９の実施の形態によるアクチュエータを示している断面図である。
【図３８】本発明の第９の実施の形態によるアクチュエータにおいて、可動子が図中下方に移動した状態での磁界分布を概略的に示している断面図である。
【図３９】本発明の第９の実施の形態によるアクチュエータにおいて、可動子が図中上方に移動した状態での磁界分布を概略的に示している断面図である。
【図４０】本発明の第１０の実施の形態によるアクチュエータを示している断面図である。
【図４１】本発明の第１１の実施の形態によるアクチュエータを示している断面図である。
【図４２】本発明の第１２の実施の形態によるアクチュエータを示している断面図である。
【図４３】本発明の第１３の実施の形態によるアクチュエータを示している断面図である。
【図４４】本発明の第１３の実施の形態によるアクチュエータにおいて、可動子が図中下方に移動した状態での磁界分布を概略的に示している断面図である。
【符号の説明】
【０２００】
１００  ＥＭＦＡ
１１０  ケーシング
１１１  通路
１１２  中間壁
２００  外側主磁界発生素子
３００  内側主磁界発生素子
４００  可動子
４１０  コイル
４２０、４３０  磁性体
４４０  ハウジング
５００  第１の外側補助磁界発生素子
５５０  第２の外側補助磁界発生素子
６００  第１の内側補助磁界発生素子
６５０  第２の内側補助磁界発生素子
【図１】
2009515293.tif 000003
【図２】
2009515293.tif 000004
【図３】
2009515293.tif 000005
【図４】
2009515293.tif 000006
【図５】
2009515293.tif 000007
【図６】
2009515293.tif 000008
【図７】
2009515293.tif 000009
【図８】
2009515293.tif 000010
【図９】
2009515293.tif 000011
【図１０】
2009515293.tif 000012
【図１１】
2009515293.tif 000013
【図１２】
2009515293.tif 000014
【図１３】
2009515293.tif 000015
【図１４】
2009515293.tif 000016
【図１５】
2009515293.tif 000017
【図１６】
2009515293.tif 000018
【図１７】
2009515293.tif 000019
【図１８】
2009515293.tif 000020
【図１９】
2009515293.tif 000021
【図２０】
2009515293.tif 000022
【図２１】
2009515293.tif 000023
【図２２】
2009515293.tif 000024
【図２３】
2009515293.tif 000025
【図２４】
2009515293.tif 000026
【図２５】
2009515293.tif 000027
【図２６】
2009515293.tif 000028
【図２７】
2009515293.tif 000029
【図２８】
2009515293.tif 000030
【図２９】
2009515293.tif 000031
【図３０】
2009515293.tif 000032
【図３１】
2009515293.tif 000033
【図３２】
2009515293.tif 000034
【図３３】
2009515293.tif 000035
【図３４】
2009515293.tif 000036
【図３５】
2009515293.tif 000037
【図３６】
2009515293.tif 000038
【図３７】
2009515293.tif 000039
【図３８】
2009515293.tif 000040
【図３９】
2009515293.tif 000041
【図４０】
2009515293.tif 000042
【図４１】
2009515293.tif 000043
【図４２】
2009515293.tif 000044
【図４３】
2009515293.tif 000045
【図４４】
2009515293.tif 000046
【国際調査報告】
2009515293.tif 000047
2009515293.tif 000048
2009515293.tif 000049