(57)【要約】【課題】プランジャーの始動前期間を短くすると共に電磁石装置の磁気的吸引力を大きくし、電磁石装置の小型化，大容量化を図ることを可能にする。【解決手段】電磁石１の磁路２は、上部鉄心部３と下部鉄心部４との間に配置された複数の側脚部５と、その側脚部５間における上部鉄心部に対し該上部鉄心部３から下部鉄心部４方向に延設された中央鉄心脚部６と、により構成される。プランジャー７は、中央鉄心脚部６と対向して下部鉄心部に設けられた通路部８内を通過し、且つ中央脚部先端部６Ａに対し磁気吸引力により接離する。前記の固定鉄心２内には、プランジャーを磁気駆動させるコイル１０を配置する。このコイル１０は、複数個（１〜ｎ個（ｎは自然数））のコイルに区分化されたものによって構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁路内に配置されたコイルと、そのコイルの起磁力によって駆動するプランジャーと、を構成したした電磁石装置であって、
前記コイルを第１区分コイルから第ｎ区分コイルに区分化し、
前記の第１区分コイルの通電後に第２区分コイルから第ｎ区分コイルに対して順次通電するように制御する手段を、それら第２区分コイルから第ｎ区分コイルに対してそれぞれ設けたことを特徴とする電磁石装置。
【請求項２】
磁路内に配置されたコイルと、そのコイルの起磁力によって駆動するプランジャーと、を構成したした電磁石装置であって、
前記コイルを第１区分コイルから第ｎ区分コイルに区分化し、
前記第１区分コイルの通電後に該第１区分コイルの励磁電流値が最高値に達する時間の前後にてプランジャーの通過を検出し、
前記の検出後に第２区分コイルから第ｎ区分コイルに対して順次通電するように制御する手段を、プランジャーの通過位置に対して設けたことを特徴とする電磁石装置。
【請求項３】
前記の制御する手段は、スイッチまたは光電管から構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の電磁石装置。
【請求項４】
前記の電磁石装置は、開閉器の操作器に使用されることを特徴とする請求項１乃至３記載の電磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁石装置に関するものであって、特にコイルを複数の区分コイルに区分化し、各区分コイルの励磁電流を鋸歯状の波形にするものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電磁石（例えば、特許文献１等）においては、固定鉄心内に配置され磁束を発生するコイル等の磁束発生手段を備え、この電磁石における動作速度はコイルの巻数に依存している。すなわち、始動時においてコイルに対し電圧を印加しても、コイル巻線のインダクタンスにより電流が時間的に遅れながら増加する。電磁石の吸引力は電流により発生するものであり、その吸引力は電流より遅れながら増加する。このため、電磁石（プランジャー等）の動作速度は電流の増加に依存、換言すれば、コイルの巻数に依存している。
【０００３】
高速操作に適した電磁石を構成する場合、この電流の増加率を向上させるために、コイルの巻数を減少させてインダクタンスを小さくする必要がある。また、コイルの所要起磁力（電流×巻数）を得るために、コイルに対しては大きな電流を流す必要がある。
【０００４】
前記のように大きな電流を流すためには、大きな電源、大きなケ−ブル、抵抗を小さくする大きな断面積のコイル巻線、該大きな断面積のコイル巻線を収納する大きなスペースを持つ鉄心、さらに、磁気抵抗面から長い磁路長に対応する大きな断面を持つ鉄心等を構成し、大電流で且つ大型化された電磁石にしなければならない。
【特許文献１】特開２００２−８４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電磁石において、コイルに電圧を印加してから電磁石（プランジャー等）が始動するまでの間（以下、始動前期間と称する）の時間は、前記のような構成（あるいは、動作条件）により殆ど一定であり、その始動前期間の時間を微調整する手段としては始動負荷力（電磁石を始動させる際に要する負荷力；以下、始動開始力と称する）を変更する以外にないと思われていた。このため、始動前期間の時間を短くする用途、例えば、高電圧の真空遮断器の操作器に従来の電磁石を使用した場合において、その真空遮断器が始動するまでに要する時間が長くなると、以下に示す問題が起こる恐れがある。
【０００６】
すなわち、真空遮断器の投入時において、その真空遮断器内の固定電極と可動電極とが開放状態で高電圧が印加された状態が続くと、それら固定電極と可動電極との極間にてコロナ放電（極間放電）が生じる恐れがある。このようなコロナ放電が生じる現象は、前記の投入時間を速くすることにより回避できることが知られている。
【０００７】
しかしながら、前述のように電磁石装置の吸引力は電流によって発生するものであり、従来の電磁石装置では磁気的吸引力が電流よりも遅れながら増加してプランジャーの始動が遅れてしまい、前述のような問題を回避することが困難であった。
【０００８】
このようなことから、前記のような投入時間を速く（すなわち、始動前期間を短く）することができる電磁石装置の開発が要求されている。また、電磁石装置の磁気的吸引力を大きくすることも要求されている。
【０００９】
本発明は前記課題に基づいてなされたものであり、プランジャーの始動前期間を短くすると共に電磁石装置の磁気的吸引力を大きくし、電磁石装置の小型化，大容量化を図ることが可能な電磁石装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題の解決を図るために、請求項１記載の発明は、磁路内に配置されたコイルと、そのコイルの起磁力によって駆動するプランジャーと、を構成したした電磁石装置であって、前記コイルを第１区分コイルから第ｎ区分コイルに区分化（すなわち、ｎ個（ｎは自然数）の区分化コイルに区分化）し、前記の第１区分コイルの通電後に第２区分コイルから第ｎ区分コイルに対して順次通電するように制御する手段を、それら第２区分コイルから第ｎ区分コイルに対してそれぞれ設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、磁路内に配置されたコイルと、そのコイルの起磁力によって駆動するプランジャーと、を構成したした電磁石装置であって、前記コイルを第１区分コイルから第ｎ区分コイルに区分化し、前記第１区分コイルの通電後に該第１区分コイルの励磁電流値が最高値に達する時間の前後にてプランジャーの通過を検出し、前記の検出後に第２区分コイルから第ｎ区分コイルに対して順次通電するように制御する手段を、プランジャーの通過位置に対して設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、前記の請求項１または２記載の発明において、前記の制御する手段は、スイッチまたは光電管から構成されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３記載の発明において、前記の電磁石装置は、開閉器の操作器に使用されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上示したように本発明の電磁石装置によれば、磁束発生手段であるコイルが複数個、すなわち第１区分コイルから第ｎ区分コイルに区分化され、第２区分コイルから第ｎ区分コイルの制御手段は、第１区分コイルが通電されてから遅れて通電されるため、第１区分コイルの抵抗およびリアクスタンスは、従来の電磁石装置のように区分化されないコイルの抵抗およびリアクスタンスと比較して小さく、その小さい分に応じて第１区分コイルが速やかに励磁化し通電されのが早くなる。これに伴い、プランジャーの始動時間を速く（始動前期間を短く）することが出来ると共に、励磁電流の増加により電磁石装置の磁気的吸引力を大きくすることができる。また、本発明の電磁石装置を遮断器の操作器、例えば高電圧用の遮断器に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施の形態の電磁石装置を図面等に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
［実施例１］
まず、本実施の形態における電磁石装置の実施例１を説明する。図１は本実施例の電磁石装置１の断面を説明するものであり、図２は図１に示すコイル１０の等価回路図を示すものであり、図３は励磁電流ｉ1，ｉ2とプランジャー７の駆動時間Ｔとの関係を示す特性図である。
【００１７】
符号２は磁路を示すものであり、互いに対向する上部鉄心部３と下部鉄心部４との間に側脚部（あるいは、複数の側脚部）５Ａ，５Ｂが設けられ、その側脚部５Ａと側脚部５Ｂとの間の上部鉄心部３には該上部鉄心部３から下部鉄心部４方向に伸びる中央鉄心脚部６が設けられている。この中央鉄心脚部６と対向する下部鉄心部４には、プランジャー７を通過させるための通路部８が形成されている。前記のプランジャー７は、通路部８を貫通して中央脚部先端部６Ａに対して接離し、中央鉄心脚部６の断面積Ｓ１はプランジャー７の断面積Ｓ２よりも大きく形成されている。
【００１８】
プランジャー７の上端部および下端部には上部ロッド７Ａおよび下部ロッド７Ｂが設けられ、上部ロッド７Ａは中央鉄心脚部６および上部鉄心部３を貫通する貫通孔７Ｃに挿入され、プランジャー７内に穿設した貫通孔には上側又は下側ネジ溝７Ｄが付される。この上側ネジ溝７Ｄに対して上側ロッド７Ａが装着され、下側ネジ溝７Ｄには重り７Ｅを介してボルト７Ｆが装着される。このような構成より、プランジャー７に対してロッド７Ａおよび７Ｂが取付けられている。したがって、ボルト７Ｆを着脱して重り７Ｅの重さを調整（あるいは、重り７Ｅ自体の重さを変更して調整）することにより、プランジャー７の動作速度、すなわち動作時間を調整することができる。
【００１９】
前記のような磁路２内に、磁束発生手段（例えば、コイル；詳細を後述する）を配置することにより、電磁石１が構成されている。通路部８においては、下部鉄心部４に対し中央鉄心脚部６とラップするように形成され、その通路部８の挿入口側は、下部鉄心部４の一部から通路部８側に突起した突起部４Ａによって構成される。前記の突起部４Ａは、中央鉄心脚部６とラップするように突起し、前記の通路部８を形成（一部を形成）している。
【００２０】
コイル１０は、１〜ｎ個（ｎは自然数）のコイルに区分化されたものによって構成され、図２中では３つに区分化されたコイル（以下、それぞれ第１区分コイル１０S1，第２区分コイル１０S2，第３区分コイル１０S3と称する）から構成されている。図２中の第１区分コイル１０S1には第１スイッチＳ１が接続され、第２区分コイル１０S2，第３区分コイル１０S3にはそれぞれ制御部１０Ｃにより制御される第２スイッチＳ２，第３スイッチＳ３が接続されている。
【００２１】
前記のように、コイルは複数に区分化することができるが、例えば第１区分コイル１０S1には制御手段であるスイッチを設けず、第２区分コイル以降の各区分コイルには該各区分コイルを順次通電することが可能なスイッチを設ける必要がある。前記の第１区分コイル１０S1と第３区分コイル１０S3との間には直流電源１０Ａが接続され、直流回路１０Ｂを構成している。
【００２２】
次に、前記のように構成された電磁石装置１の動作について説明する。制御部１０Ｃにより第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３を開放し通電を遮断した状態にて、第１スイッチ１０Ｓを閉じて直流回路１０Ｃを通電すると、第１区分コイル１０S1に励磁電流ｉ1が流れる。この第１区分コイル１０S1での励磁電流ｉ1は、図３に示すように鋸歯状の波形（以下、第１鋸波形と称する）１０S1’となるように、時間の経過と共に増加するように制御部１０Ｃによって制御する。
【００２３】
そして、時間Ｔ１にて、制御部１０Ｃにより第２スイッチＳ２を閉じる。この制御部１０Ｃから第２スイッチＳ２への指令に関しては、プランジャー７の始動開始前後にて通電指令を出し、その第２スイッチＳ２を閉じる。すなわち、時間Ｔ１における励磁電流ｉ1が最高値に達した際に通電指令を出し、その第２スイッチＳ２を閉じる。
【００２４】
その結果、第２区分コイル１０S2が通電され該第２区分コイル１０S2に対して励磁電流ｉ1が流れるが、その第２区分コイル１０S2の通電初期、すなわちプランジャー７の始動開始時には、第２区分コイル１０S2の抵抗およびリアクタンスによって励磁電流ｉ1が第１区分コイル１０S1の最高値よりも降下（垂直降下）した後に、第２区分コイル１０S2を流れる励磁電流ｉ1が増加し、鋸歯状の波形（以下、第２鋸波形と称する）１０S2’が形成される。
【００２５】
前記の第２鋸波形１０S2’は、第１区分コイル１０S1および第２区分コイル１０S2での励磁電流ｉ1が加算されたものに相当する。このことから、第２鋸波形１０S2’の励磁電流ｉ1の最高値は、第１鋸波形１０S1’の最高値よりも高く、および従来技術の電磁石装置の最高値よりも高い励磁電流値となる。
【００２６】
その後、時間Ｔ２において、制御部１０Ｃにより第３スイッチＳ３を閉じると、第３区分コイル１０S3に励磁電流ｉ1が流れ、鋸歯状の波形（以下、第３鋸波形と称する）１０S3’が形成される。この第３鋸波形１０S3’の励磁電流ｉ1の最高値は、第２鋸波形１０S2’の励磁電流ｉ1の最高値よりも高い励磁電流値となる。
【００２７】
次に、前記のような励磁電流ｉ1の特性に基づいて、プランジャー７の駆動特性（図３中の符号７Ａ1）を説明する。まず、第１区分コイル１０S1に励磁電流ｉ1が流れて時間Ｔ１が経過すると共に、励磁電流ｉ1が増加して第１鋸波形１０S1’を形成し、これによりプランジャー７は始動開始され、時間Ｔ１における励磁電流ｉ1が最高値に達した際に通電指令を出し、第２スイッチＳ２を閉じる。その後、時間Ｔ1，Ｔ２で急激にプランジャー７の駆動が速くなる。なお、図３中の点線で示す曲線ｉ2，７Ａ2は、それぞれ従来の電磁石装置における励磁電流，プランジャー７の駆動特性を示すものであって、前期の励磁電流ｉ1，駆動特性７Ａ1と比較するためのものである。
【００２８】
本実施例では、第１区分コイル１０S1に励磁電流ｉ1を流して該第１区分コイル１０S1を励磁し、時間Ｔ１前後にてプランジャー７が始動を開始しているが、従来の電磁石装置のように単にコイルを備えただけの装置の場合（本実施例のように区分されていないコイルを備えた場合）、励磁電流ｉ2を流すと全てのコイルが励磁されるため、たとえ時間Ｔ1を経過した後であってもプランジャー７は始動を開始しない。
【００２９】
このような差異が生じる理由は、本実施例における第１区分コイル１０S1の抵抗およびリアクタンスが、従来の電磁石装置における全てのコイルの抵抗およびリアクタンスよりも小さいと考えられる。したがって、本実施例の電磁石装置によれば、従来の電磁石装置と比較して、より速く第１区分コイル１０S1を励磁でき、プランジャー７の始動開始時間を大幅に早くできることが読み取れる。
【００３０】
その後、前記の閉じられていた第２スイッチＳ２および第３スイッチＳ３を順次開放して励磁電流ｉ1を流すことにより、第２鋸波形１０S2’，第３鋸波形１０S3’を形成する。これら第２鋸波形１０S2’，第３鋸波形１０S3’においても、従来の電磁石装置における全てのコイルの抵抗およびリアクタンスよりも小さい。したがって、それら第２区分コイル１０S2，第３区分コイル１０S3に励磁電流ｉ1を流し、各区分コイルを飽和励磁状態にすることができる。これに対し、従来の電磁石装置では、全てのコイルにおいて完全に飽和励磁状態にするのに長時間を要するだけでなく、飽和励磁状態になる前に動作が終了してしまう恐れがある。
【００３１】
このことから、本実施例の励磁電流値ｉ1は従来の励磁電流値ｉ2よりも大きくでき、本実施例の電磁石装置１の磁気的吸引力は従来の電磁石装置の磁気的吸引力よりも大きくできる。従って、本実施例の電磁石装置においては、磁気的吸引力を大きくした分に応じて、その電磁石装置１の小型化や大容量化を図ることができる。
【００３２】
また、本実施例の電磁石装置１では、そのプランジャー７の始動開始を従来の電磁石装置よりも早くできる、その電磁石装置を開閉器（例えば、真空遮断器の操作器）に適用した場合には、以下に示す利点がある。
【００３３】
すなわち、本実施例の電磁石装置１を真空遮断器に適用した場合には、その真空遮断器内の固定電極と可動電極とが開放かつ高電圧を印加した状態にて、その可動電極を固定電極に投入すると、プランジャー７の始動開始時に第１区分コイル１０S1が速やかに励磁されることにより、プランジャー７の始動開始時間が従来の電磁石装置よりも大幅に早くなり、操作器を速やかに動作することができる。これにより、固定電極に対する可動電極の接近が早くなり、極間放電が生じ難くなることから、例えば可動電極と固定電極との極間を長くする等の対策を行う必要がなくなり、結果として装置の大型化を図らなくとも真空遮断器の耐電圧を向上でき、高電圧の真空遮断器に適用することが可能となる。
【００３４】
前述の実施例における制御部１０Ｃは、第２スイッチＳ２，第３スイッチＳ３を順次遮断することにより励磁電流ｉ1を流して、第１鋸波形１０S1’，第２鋸波形１０S2’，第３鋸波形１０S3’を形成したが、例えばスイッチ以外で制御部１０Ｃに演算記憶部を使用する場合には、その演算記憶部に例えば第１区分コイル，第２区分コイル等の励磁電流ｉ1が最高値に達し得る電流値とその時間に関するデータを格納し、その励磁電流ｉ1が最高値に達する時間の際に該演算制御部から第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３に対し通電指令を順次出すようにしても良い。
【００３５】
また、第１スイッチＳ１，第２スイッチＳ２においてタイマー機能を有する装置を接続し、各区分コイルの励磁電流が最高値に達し得る時間に、そのタイマー機能を有する装置を作動させ第１スイッチＳ１，第２スイッチＳ２を順次開放するようにしても良い。
【００３６】
すなわち、各区分コイルの励磁電流が最高値に相当する値に達する時間になった際に、それら各区分コイル（第２区分コイル１０S2や第３区分コイル１０S3）を順次開放（遮断）するように制御できる手段であれば、適宜構成しても良い。
【００３７】
［実施例２］
次に、本実施の形態における電磁石装置の他の実施例２を説明する。本実施例は、図１中の符号Ｍ１やＭ２で示すように、プランジャー７の通過位置に対しマイクロスイッチを配置する。これらマイクロスイッチＭ１，Ｍ２は、例えば電磁石装置の取付けに用いられるシャーシ板（図示せず）に対して、取付けることが可能である。マイクロスイッチＭ１，Ｍ２の配置位置に関しては、プランジャー７が駆動して時間Ｔ１，Ｔ２を経過する時間と同じ時間のプランジャー７の通過位置に対して、設置されている。なお、本実施例では、時間Ｔ１，Ｔ２に関して、それぞれ励磁電流ｉ1が最高値に達する場合を記載したが、それら時間Ｔ１，Ｔ２は最高値に達する前後であっても良い。
【００３８】
そして、プランジャー７が移動し時間Ｔ１，Ｔ２に達した際、前記の各マイクロスイッチＭ１，Ｍ２を順次閉じ、第２区分コイル１０S2，第３区分コイル１０S3に対して励磁電流ｉ1を順次流すことにより、実施例１と同様の作用効果が得られる。また、プランジャー７の通過位置に応じてマイクロスイッチＭ１，Ｍ２が設置されることから、マイクロスイッチＭ１，Ｍ２自体が時間制御の役割を果し、電磁石装置の構造の簡素化を図ることができると共に、保守点検や修理が容易になる。
【００３９】
さらに、マイクロスイッチＭ１，Ｍ２の設置個所に対し、光を発する光電管を取付けても良い。すなわち、プランジャーの位置を検出し、その検出値によって第２区分コイル１０S2，第３区分コイル１０S3に対して通電指令を順次出し、第２区分コイル１０S2，第３区分コイル１０S3を順次通電できる制御手段であれば、適宜使用しても良い。
【００４０】
以上のように、本実施の形態の電磁石装置によれば、プランジャーの始動時を早く（すなわち、始動前期間を短く）すると共に、電磁石装置の磁気的吸引力を大きくした分に応じて、その電磁石装置の小型化や大容量化を図ることができる。
【００４１】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態に係わる電磁石装置の一例の縦断面図。
【図２】図１の電磁石装置の各区分コイルの等価回路図。
【図３】図１の電磁石装置における励磁電流とプランジャーの駆動時間との関係を示す特性図。
【符号の説明】
【００４３】
１…電磁石装置、２…磁路、３…上部鉄心部、４…下部鉄心部、４Ａ…突起部、４Ｂ…下部鉄心部内側面、５Ａ，５Ｂ…側脚部、６…中央鉄心脚部、６Ａ…中央鉄心脚部先端部、７…プランジャー、７Ａ…上部ロッド、７Ｂ…下部ロッド、７Ｃ…貫通穴、８…通路部、１０…コイル、１０Ａ…直流電源、１０Ｂ…直流回路、１０Ｃ…制御部、Ｓ１…第１スイッチ、Ｓ２…第２スイッチ、Ｓ３…第３スイッチ、１０S1…第１区分コイル、１０S2…第２区分コイル、１０S3…第３区分コイル、１０S1’…第１鋸波形、１０S2’…第２鋸波形、１０S3’…第３鋸波形、Ｍ１，Ｍ２…マイクロスイッチ、ｉ1，ｉ2…励磁電流。
【図１】
2006024795.tif 000003
【図２】
2006024795.tif 000004
【図３】
2006024795.tif 000005