(57)【要約】【課題】操作機構の可動部の重量を低減させ、駆動に必要な電気エネルギーを低減させると共に、比較的ストロークが長く高応答および高速度が得られ、しかも開路動作停止時の衝撃力を小さくし信頼性の高い開閉器の操作機構を提供する。【解決手段】電磁反発機構部１０と磁気ラッチ部２０が、反発固定部材１１、固定ヨーク２１により、開閉器１とばね駆動部３０との間に固設される。電磁反発機構部１０は、反発固定部材１１に固着された反発コイル１２、可動軸５に固着された補強板１４、補強板１４に固着された反発リングを有する。磁気ラッチ部２０は、反発固定部材１１に固着された永久磁石２２、永久磁石２２に固着されたラッチリング２３、可動軸上に固着された可動ヨーク２４を有する。ばね駆動部３０は、支持フレーム３１、ばね保持板３２、開路ばね３３、ダンパー部４０、第１及び第２の電磁ソレノイド５０、６０を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉器の可動電極から延出した可動軸を操作することにより、可動電極を固定電極に対し接離させる操作機構であって、
電磁反発機構部、磁気ラッチ部及びばね駆動部を有し、
前記電磁反発機構部と前記磁気ラッチ部は、固定部材により、前記開閉器と前記ばね駆動部との間に固設され、
前記電磁反発機構部は、前記固定部材に固着された反発コイルと、前記可動軸上に固着された補強板と、前記補強板に固着された反発リングと、を有し、
前記磁気ラッチ部は、前記固定部材に固着された永久磁石と、前記永久磁石に固着されたラッチリングと、前記可動軸上に固着された可動ヨークと、を有し、
前記ばね駆動部は、前記固定部材に固設された支持フレームと、前記可動軸の端部に固着されたばね保持板と、前記ばね保持板と前記支持フレームの間に前記可動軸を取り囲むように配置された開路ばねと、前記支持フレームに固設されたダンパー部と、前記支持フレームに固設された電磁ソレノイドと、
を有することを特徴とする開閉器の操作機構。
【請求項２】
前記磁気ラッチ部における前記永久磁石と前記ラッチリングは、断面矩形の円環状形状で構成されるとともに、前記可動軸と同軸上に配置され、
前記永久磁石は、軸方向の対向する端面にそれぞれＮ極Ｓ極が着磁され、
前記可動ヨークは、ツバ部と頭頂部を有する断面ハット型形状で構成され、
前記固定電極と前記可動電極が当接して開閉器が閉路している側では、前記可動ヨークの前記ツバ部と前記ラッチリングが接近し、前記頭頂部と前記固定部材が接近することにより前記可動ヨークと前記固定部材を前記永久磁石の磁力で吸引させるように、閉路側磁気回路が構成され、
前記可動電極が前記固定電極から離れて開閉器が開路している側では、前記可動ヨークの前記ツバ部と前記固定部材が接近し、前記頭頂部の角部と前記ラッチリングの角部が接近することにより、前記永久磁石の磁力で前記可動ヨークを前記ラッチリング側に吸引するように開路側磁気回路が構成されていることを特徴とする請求項１記載の開閉器の操作機構。
【請求項３】
前記ばね駆動部の前記ダンパー部は、
内部空間に流体が封入されたシリンダーにピストンが摺動可能に配置され、
前記流体の密封と前記ピストンの可動範囲を規制するためのシール板が前記シリンダーの端部に固着され、
前記ピストンにオリフィス穴が設けられ、
前記シリンダーの内部における前記ピストンと前記シリンダー間に、前記ピストンを前記シール板の方向に付勢する復帰ばねが配置され、
前記ピストンの前記シリンダーの外部へ突出している端部に、ピストンヘッドが固着され、
前記ピストンヘッドと前記シール板は、前記復帰ばねが縮む方向に移動すると当接し、前記ピストンの可動範囲を規制するように構成され、
前記可動電極が前記固定電極から離れて開閉器が開路動作すると、前記ばね保持板と前記ピストンヘッドが当接し、前記開路ばねのばね力と前記可動軸を含む部分の慣性力により前記ピストンが前記シリンダーの内部に押し込まれることにより制動力が発生し、前記可動電極と前記可動軸の動作が停止することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の開閉器の操作機構。
【請求項４】
前記ばね駆動部の前記電磁ソレノイドは、前記ダンパー部の周囲に複数個配置され、
前記開閉器の閉路動作時、前記電磁ソレノイドのプランジャーは、閉路指令と共に電力が供給されることにより端部が前記ばね保持板に当接し、前記磁気ラッチの閉路位置まで前記可動電極を前記固定電極側に駆動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の開閉器の操作機構。
【請求項５】
磁気吸引力特性の異なる前記電磁ソレノイドを、前記ダンパー部の周囲に複数固配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の開閉器の操作機構。
【請求項６】
前記開閉器の閉路状態において、前記磁気ラッチ部の磁気吸引力をFmc、前記開路ばねの弾性力をFkcとしたとき、Fmc＞Fkcとなるように設定され、
前記開閉器の開路状態において、前記磁気ラッチ部の磁気吸引力をFmo、前記開路ばねの弾性力をFko、前記ダンパー部の前記復帰ばねの弾性力をFdoとしたとき、Fko＞(Fmo+Fdo)となるように設定されていることを特徴とする請求項３記載の開閉器の操作機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、応答速度が速くストロークが比較的長い電磁反発駆動を用いた開閉器の操作機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁反発の原理を用いた開閉器の操作機構は多数提案されている。ただし、その操作機構のほとんどは真空バルブに適用されている。このため、接点部のストロークに相当する操作機構の変位は、電圧クラスに依存するものの、比較的短い１０数ミリメートル以下である。
【０００３】
また、開極指令から動作を開始するまでの応答速度を速くするために、電磁反発機構の固定コイルの他に可動コイルを設け、少ない電気エネルギーで高応答な操作機構が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１及び特許文献２には、スイッチ部、可動コイル、開極用固定コイル、閉極用固定コイル、磁気ラッチ機構を備えた操作機構が開示されている。スイッチ部は、接離自在な固定電極と可動電極とを有する。可動コイルは、可動電極に接続された可動軸の中間部に固定されたコイルである。開極用固定コイルは、可動コイルの軸線方向で、可動電極側に配置され、可動コイルとの間で反発するコイルである。閉極用固定コイルは、可動コイルに対して開極用固定コイルの反対側に固定され、可動コイルとの間で反発するコイルである。磁気ラッチ機構は、可動軸の端部に永久磁石の磁気吸引力を利用した機構である。
【０００５】
このような電磁反発機構による操作機構の特徴は、高応答・高速度を得ることができる点にある。しかし、高応答・高速度の反面、可動部に作用する加速度が大きくなるため、可動部を比較的強固にする必要がある。
【０００６】
これに対処するため、可動部にコイルを固着した操作機構が、特許文献３に提案されている。この従来技術においては、樹脂モールドやワニスで可動コイルを接着し、補強する方法が提案されている。また、非磁性体のケースに可動コイルを収納し剛性を高める方法も提案されている。
【０００７】
また、真空遮断器に適用される電磁反発機構は、開路状態または閉路状態での真空バルブ内の接点位置を保持する機能が必要となる。しかし、このような位置保持機構の応答性が、電磁反発機構を用いた開閉器全体の応答時間に影響する。これに対処するため、機械的な保持および解放動作が不必要な磁気ラッチ機構が、特許文献１及び特許文献２の他に、特許文献４においても提案されている。
【０００８】
特許文献４においては、操作ロッドが、可動接触子を固定接触子に対して接離させる方向に移動可能に保持されている。また、弾性体が、移動量を規制された可動部材に対して、操作ロッドを付勢している。可動部材を保持・吸引駆動するための永久磁石を設け、可動部材に操作電磁石を固定している。可動部材の端部には、駆動用のばねが配置されており、開路動作方向への駆動源として使用されている。
【０００９】
さらに、電磁反発機構の高速度な動作を適切に制止させる技術が、特許文献５に開示されている。この技術では、特許文献１および特許文献２と同じように、固定コイルが、開極位置側と閉極位置側に配置されている。例えば、開極動作では、接点側の固定コイルにパルス電流が流れ、可動接点および可動部が開極方向に動作する。そして、開極動作終了直前に、もう一方の固定コイルにパルス電流を流し、動作を制止するように電磁反発力を発生させる。これにより、可動部には制動力が作用し可動部全体が停止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１３９８０５号公報
【特許文献２】特開２００５−７８９７１号公報
【特許文献３】特開２００２−１２４１６２号公報
【特許文献４】特開２０００−２６８６８３号公報
【特許文献５】特開平９−７４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１及び２記載の電磁反発機構では、電気エネルギーを効率的に使用するため、可動コイルを、銅などの良導体で構成する必要がある。しかし、銅は比重が大きいため、可動コイルを含む可動部全体が重くなり、応答性や速度が低下する原因となる。
【００１２】
また、固定コイルと可動コイルが適当に離れると、可動コイルに作用する電磁反発力は急激に弱くなり、摩擦力等の外力が作用する場合、速度が動作途中で低下する可能性がある。このため、比較的長い距離（ストローク）の開閉器の操作機構に電磁反発機構を適用することは難しい。
【００１３】
さらに、磁気ラッチの可動子は保持力を得るために、可動子と継鉄間の接触面積をある程度大きくする必要があり、更に開極状態と閉極状態の両方で保持する必要がある。このため、可動子が太く長くなり、可動部全体が重くなり応答性や速度が低下する。
【００１４】
特許文献３記載の操作機構では、可動コイルの強度を向上させる目的で、可動コイルを樹脂モールド等の接着による強化法や非磁性体のケースで覆う。このため、可動部重量が増大し応答性や速度が低下する原因となる。
【００１５】
特許文献４記載の操作機構では、可動部材に操作電磁石巻線が固着されている。このため、可動部の重量が重くなり、応答性や速度が低下する。また、開路動作を停止させるための制動装置を保有していない。このため、動作停止時の衝撃力が大きくなり、各部品の強度低下の原因となる。
【００１６】
また、比較的長いストロークの場合、閉路動作を行うためには、操作電磁石の電磁力を大きくする必要がある。この理由は、閉路動作は開路ばねを蓄勢しながら可動部全体を閉路方向に動作させる必要があり、閉路動作の初期段階では、磁気吸引面が離れ、電磁力が小さくなるためである。閉路動作の電磁力を大きくするためには、操作電磁石巻線を更に多く巻く必要がある。すると、さらに可動部重量が増大し、開路動作時の応答性と速度が低下する原因となる。
【００１７】
さらに、特許文献５では、開路動作の後半で、閉極位置側の固定コイルに電流を流し、可動コイルに対して電磁反発力を与える。この電磁反発力を可動コイルの制動力として利用し開路動作を停止させる。これにより、停止時の衝撃力は低減するが、開路動作に要する電気エネルギーを多く必要とし、駆動電源が大型化するという問題点がある。
【００１８】
本発明の実施形態は、上記のような従来技術の問題を解決するために提案されたものであり、その目的は、操作機構の可動部の重量を低減させ、駆動に必要な電気エネルギーを低減させると共に、比較的ストロークが長く高応答および高速度が得られ、しかも開路動作停止時の衝撃力を小さくし信頼性の高い開閉器の操作機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の実施形態である開閉器の操作機構は、上記のような目的を達成するために提案されたものであり、
(a) 開閉器の可動電極から延出した可動軸を操作することにより、可動電極を固定電極に対し接離させる操作機構であって、
(b) 電磁反発機構部、磁気ラッチ部及びばね駆動部を有し、
(c) 前記電磁反発機構部と前記磁気ラッチ部は、固定部材により、前記開閉器と前記ばね駆動部との間に固設され、
(d) 前記電磁反発機構部は、前記固定部材に固着された反発コイルと、前記可動軸上に固着された補強板と、前記補強板に固着された反発リングと、を有し、
(e) 前記磁気ラッチ部は、前記固定部材に固着された永久磁石と、前記永久磁石に固着されたラッチリングと、前記可動軸上に固着された可動ヨークと、を有し、
(f) 前記ばね駆動部は、前記固定部材に固設された支持フレームと、前記可動軸の端部に固着されたばね保持板と、前記ばね保持板と前記支持フレームの間に前記可動軸を取り囲むように配置された開路ばねと、前記支持フレームに固設されたダンパー部と、前記支持フレームに固設された電磁ソレノイドと、
を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態に係る開閉器の操作機構の閉路状態を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る開閉器の操作機構の開路状態を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る開閉器の操作機構の閉路動作途中状態を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る開閉器の操作機構の第１の電磁ソレノイドの開路位置を示す断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る開閉器の操作機構の第１の電磁ソレノイドの閉路位置を示す断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る開閉器の操作機構の第２の電磁ソレノイドの開路位置を示す断面図である。
【図７】第１の実施形態に係る開閉器の操作機構の第２の電磁ソレノイドの閉路位置を示す断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る開閉器の操作機構の電磁ソレノイドの変位と磁気吸引力の関係を示す説明図である。
【図９】第２の実施形態に係る開閉器の操作機構の閉路状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る開閉器の操作機構を、図１〜図８を参照して説明する。
［構成］
本実施形態の構成を、図１を参照して説明する。本実施形態は、開閉器１に接続され、その開閉を操作する操作機構６である。
【００２２】
［開閉器］
まず、開閉器１の構成を説明する。開閉器１は、圧力容器２、固定電極３、可動電極４、可動軸５を有する。圧力容器２は、絶縁性ガスを収容した気密容器である。固定電極３は、円柱状の導電性部材であり、その一端が圧力容器２の内部に固定されている。可動電極４は、下底面を有する円筒状の導電性部材であり、その上部の開口端が固定電極３に対向配置されている。
【００２３】
可動軸５は、円柱状の導電性部材であり、その一端が可動電極４の下底部に固定されている。可動軸５は、固定電極３と同軸であり、その一部が可動電極４から圧力容器２の気密穴２ａを貫通して外部に延出している。可動軸５は、後述する操作機構６によって軸方向に移動することにより、可動電極４を移動させて、その開口端を固定電極３の他端に接離させる。
【００２４】
［操作機構］
操作機構６は、圧力容器２における可動軸５が延出している外側面に固定され、可動軸５及び可動電極４を駆動する機構である。この操作機構６は、電磁反発機構部１０、磁気ラッチ部２０、ばね駆動部３０を有する。なお、電磁反発機構部１０の反発固定部材１１と、磁気ラッチ部２０の固定ヨーク２１は、固定部材の概念に含まれる部材である。
【００２５】
［電磁反発機構部］
電磁反発機構部１０は、反発固定部材１１、反発コイル１２、反発リング１３、補強板１４を有する。反発固定部材１１は、非磁性材料で形成され、上底部を有する筒状の固定部材である。反発固定部材１１は、その上底部が圧力容器２に固定されるとともに、上底部の摺動穴１１ａに挿通された可動軸５を、摺動自在に支持する。
【００２６】
反発コイル１２は円環状のコイルであり、可動軸５を取り囲むように反発固定部材１１の上底部に固着されている。補強板１４は、円盤形状の軽金属により構成され、可動軸５に固着されている。反発リング１３は、良導体材料で形成された円環形状の板状部材であり、補強板４における反発コイル１２に対向する側に固着されている。
【００２７】
［磁気ラッチ部］
磁気ラッチ部２０は、固定ヨーク２１、永久磁石２２、ラッチリング２３、可動ヨーク２４を有する。
【００２８】
（固定ヨーク）
固定ヨーク２１は、磁性材料で形成され、上底部を有する筒状の固定部材である。固定ヨーク２１は、その上底部が反発固定部材１１の開口を塞ぐように固定されるとともに、上底部の穴に可動軸５が挿通されている。
【００２９】
（永久磁石）
永久磁石２２は、断面矩形の円環形状の磁石であり、可動軸５を取り囲むように、固定ヨーク２１の上底部に固着されている。この永久磁石２２は、軸方向の対向する端面に、それぞれＮ極Ｓ極が着磁されている。
【００３０】
（ラッチリング）
ラッチリング２３は、磁性材料により断面矩形の円環形状に形成され、可動軸５を取り囲むように、永久磁石２２に固着されている。ラッチリング２３の下端の内側の角部２３ａは、内径が小さくなるように、内方に突出している。
【００３１】
（可動ヨーク）
可動ヨーク２４は、磁性材料の断面ハット型形状である。つまり、可動ヨーク２４は、円筒形の頭頂部２４ｂと、その端部の周囲に円環状に突出したツバ部２４ａを有している。頭頂部２４ｂにおける固定ヨーク２１の内面に対向する面は、頭頂部２４ｂの径が拡張されることにより、面積が拡大されるとともに、角部が外方に突出している。可動ヨーク２４には、可動軸５が挿通されて固着されている。可動ヨーク２４の頭頂部２４ｂは、可動軸５の移動に従って、永久磁石２２及びラッチリング２３内に出没する。
【００３２】
上記の固定ヨーク２１の下部の開口端には、開口の内径が狭まるように円環状の突出部２１ｂが形成されている。この突出部２１ｂの内部には、図２に示すように、可動ヨーク２４のツバ部２４ａが入る。固定ヨーク２１の上底部の内面であって、可動ヨーク２４の頭頂部２４ｂに対向する面は、磁力により可動ヨーク２４を吸引する吸着面２１ａとなっている。頭頂部２４ｂと吸着面２１ａとの間隙は、エアーギャップ２５ａを形成する。また、図２に示すように、突出部２１ｂの内部に、可動ヨーク２４のツバ部２４ａが入ると、ラッチリング２３の角部２３ａと頭頂部２４ｂとの間隙は、エアーギャップ２６ａを形成する。
【００３３】
（閉路側磁気回路）
以下、図１に示すように、固定電極３と可動電極４が当接して、開閉器１が閉路している状態を閉路状態と呼ぶ。この閉路状態では、固定ヨーク２１の吸着面２１ａと可動ヨーク２４の頭頂部２４ｂが近接し、ラッチリング２３と可動ヨーク２４のツバ部２４ａが近接する。このため、破線で示すように、上記の近接した部材による閉路側磁気回路２５が形成される。これにより、可動ヨーク２４はラッチリング２３に永久磁石２２の磁力で吸引される。頭頂部２４ｂの上面の面積は拡張されているので、強い磁気吸引力が得られる。
【００３４】
（回路側磁気回路）
また、図２に示すように、固定電極３と可動電極４とが離れて、開閉器１が開路している状態を開路状態と呼ぶ。この開路状態では、固定ヨーク２１の突出部２１ｂとツバ部２４ａが近接し、ラッチリング２３の角部２３ａと可動ヨーク２４の頭頂部２４ｂの角部が近接する。このため、破線で示すように、上記の近接した部材による開路側磁気回路２６が形成される。これにより、可動ヨーク２４は、ラッチリング２３側に永久磁石２２の磁力で吸引される。
【００３５】
ラッチリング２３の角部２３ａは内側に突出し、頭頂部２４ｂの角部は外側に突出しているので、エアーキャップ２６ａの拡大による磁気抵抗の増加を抑え、磁気吸引力を確保できる。ただし、図２に示すラッチリング２３の角部２３ａと頭頂部２４ｂの角部との間のエアーギャップ２６ａは、図１に示す固定ヨーク２１の吸着面２１ａと可動ヨーク２４の頭頂部２４ｂと間のエアーギャップ２５ａより大きい。このため、図２に示す開路状態は、図１に示す閉路状態とを比較した場合に、磁気抵抗が大きくなり、磁気吸引力は小さくなる。
【００３６】
［ばね駆動部］
ばね駆動部３０は、支持フレーム３１、ばね保持板３２、開路ばね３３、ダンパー部４０、第１の電磁ソレノイド５０、第２の電磁ソレノイド６０を有する。
【００３７】
（支持フレーム）
支持フレーム３１は、非磁性材料で構成された容器であり、その上面が、固定ヨーク２１の開口端に固設されている。支持フレーム３１は、その上面の摺動穴に挿通された可動軸５を、摺動自在に支持する。
【００３８】
（ばね保持板）
ばね保持板３２は、円筒形の頭頂部とその端部の周囲に円環状に突出したツバ部を有する部材であり、支持フレーム３１内の可動軸５の端部が、頭頂部に固着されている。
【００３９】
（開路ばね）
開路ばね３３は支持フレーム３１と、ばね保持板３２のツバ部との間に可動軸５を取り囲むように配置され、常に開路方向に可動軸５を付勢するばね力を有している。
【００４０】
（ダンパー部）
ダンパー部４０は、流体である作動油４１、シリンダー４２、ピストン４３、シール板４４、復帰ばね４５、ピストンヘッド４６を有する。シリンダー４２は、可動軸５の延長方向の支持フレーム３１上に固設され、内部空間に作動油４１が封入されている。ピストン４３は、シリンダー４２に、可動軸５と同軸方向に摺動可能に配置されている。シール板４４は、作動油４１の密封とピストン４３の可動範囲を規制するように、シリンダー４２の端部に固着されている。シリンダー４２の底部とピストン４３との間には、復帰ばね４５が配置されている。復帰ばね４５は、ピストン４３をシール板４４の方向に押し出す方向に常に付勢するばね力を有している。
【００４１】
ピストン４３におけるシリンダー４２の外部に突き出ている端部には、ピストンヘッド４６が固着されている。ピストンヘッド４６とシール板４４とは、復帰ばね４５が縮む方向に移動すると当接し、ピストン４３の可動範囲を規制するように構成されている。また、ピストン４３には速度制御や緩衝用のオリフィス穴４３ａが配置され、シリンダー４２内における復帰ばね４５が収容された空間と、シール板４４の下部の空間との連通を開閉する。
【００４２】
可動電極４が固定電極３から離れて開路動作をすると、ばね保持板３２とピストンヘッド４６とが当接する。さらに、可動電極４により付勢されて一定距離ピストン４３が移動すると、ピストンヘッド４６とシール板４４が当接し、ピストンヘッド４６とばね保持板３２と可動軸５が停止する。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、開閉器１の閉路状態において、磁気ラッチ部２０の磁気吸引力をFmc、開路ばね３３の弾性力をFkcとしたとき、Fmc＞Fkcとなるように設定されている。また、開閉器１の開路状態において、磁気ラッチ部２０の磁気吸引力をFmo、開路ばね３３の弾性力をFko、ダンパー部４０の復帰ばね４５の弾性力をFdoとしたとき、Fko＞(Fmo+Fdo)となるように設定されている。
【００４４】
（電磁ソレノイド）
電磁ソレノイド５０、６０は、ダンパー部４０の周囲に複数配置され、支持フレーム３１に固設されている。複数の電磁ソレノイド５０は、異なる電磁吸引特性を持つものを含んでいる。
【００４５】
まず、代表的な電磁ソレノイドとしての第１の電磁ソレノイド５０を、図４、図５に示す。図４は、第１の電磁ソレノイド５０の開路位置での構造図であり、図５は、第１の電磁ソレノイド５０の閉路位置での構造図である。第１の電磁ソレノイド５０は、プランジャー５１、ソレノイドヨーク５２、ソレノイドコイル５３、アーマチャー５４、ばね受け５５、復帰ばね５６、支持部５８を有する。
【００４６】
ソレノイドヨーク５２は、電磁ソレノイド５０の外部骨格であり、磁性材料で構成され、内部に空間を有している。内部空間の上部には、ソレノイドコイル５３が配置されている。プランジャー５１は、ソレノイドヨーク５２の中心軸上に配置された棒状の部材である。プランジャー５１は、ソレノイドヨーク５２の上面の穴に挿通されて、一端が外部に突出して、ばね保持板３２と接離する。また、プランジャー５１の中央部には、アーマチャー５４が固着されている。
【００４７】
アーマチャー５４は、磁性材料で構成された円筒形の部材である。アーマチャー５４は、ソレノイドヨーク５２の内部空間の中央部に形成された収容部に、プランジャー５１の軸方向に移動可能に収容されている。このアーマチャー５４の外径は、ソレノイドコイル５３の内径よりも小さく、アーマチャー５４は、ソレノイドコイル５３内にも進退可能に設けられている。
【００４８】
また、プランジャー５１の他端は、ソレノイドヨーク５２の底面の穴に挿通されて、外部に突出し、ばね受け５５に固着されている。ばね受け５５は、プランジャー５１と同軸の円板状の部材である。ばね受け５５とソレノイドヨーク５２との間には、プランジャー５１を取り巻くように復帰ばね５６が配置されている。復帰ばね５６は、プランジャー５１をばね受け５５側に移動させる方向に付勢するばね力を有している。さらに、支持部５８は、プランジャー５１及び復帰ばね５６を収容する筒状の部材であり、その上端がソレノイドヨーク５２の下端に固着されている。支持部５８の下端は、支持フレーム３１の内底に固設されている。
【００４９】
第１の電磁ソレノイド５０のアーマチャー５４は、ソレノイドコイル５３に電流が流れると励磁され、図５に示すように、アーマチャー５４の上部の吸引面５４ａが、ソレノイドヨーク５２の吸引面５２ａに向かって移動して当接した後、停止する。その時の磁路５７を破線で示す。さらに、電流の供給が無くなると、復帰ばね５６のばね力により、図４に示すように、アーマチャー５４は励磁前の位置に移動する。
【００５０】
次の代表的な電磁ソレノイドとして、第２の電磁ソレノイド６０を、図６、図７に示す。図６は、第２の電磁ソレノイド６０の開路位置での構造図であり、図７は、第２の電磁ソレノイド６０の閉路位置での構造図である。第２の電磁ソレノイド６０は、プランジャー６１、ソレノイドヨーク６２、ソレノイドコイル６３、アーマチャー６４、ばね受け６５、復帰ばね６６、支持部６８を有する。
【００５１】
ソレノイドヨーク６２は、電磁ソレノイド６０の外部骨格であり、磁性材料で構成され、内部に空間を有している。内部空間の上部には、ソレノイドコイル６３が配置されている。プランジャー６１は、ソレノイドヨーク６２の中心軸上に配置された棒状の部材である。プランジャー６１は、ソレノイドヨーク６２の上面の穴に挿通されて、一端が外部に突出して、ばね保持板３２と接する。また、プランジャー６１の中央部には、アーマチャー６４が固着されている。
【００５２】
アーマチャー６４は、磁性材料で構成された円筒形の部材である。アーマチャー６４は、ソレノイドヨーク６２の内部空間の中央部に形成された収容部に、プランジャー６１の軸方向に移動可能に収容されている。このアーマチャー６４の外径は、ソレノイドコイル６３の内径よりも小さく、アーマチャー６４は、ソレノイドコイル６３内にも進退可能に設けられている。
【００５３】
第２の電磁ソレノイド６０のアーマチャー６４は、径の異なる２つの円筒形から構成されている。アーマチャー６４における下部は、大径の円筒形の第１のアーマチャー６４ａであり、上部は、これに固着された小径の円筒形の第２のアーマチャー６４ｂである。ソレノイドヨーク６２の上底面の内部におけるソレノイドコイル６３の内側には、円筒形の突出部６２ｂが形成されている。突出部６２ｂの内径は、第２のアーマチャー６４ｂの外径より僅かに大きいため、図７に示すように、第２のアーマチャー６４ｂが突出部６２ｂの内部に入り込むことができるが、第１のアーマチャー６４ａは突出部６２ｂの内部には入り込まない。
【００５４】
また、プランジャー６１の他端は、ソレノイドヨーク６２の底面の穴に挿通されて、外部に突出し、ばね受け６５に固着されている。ばね受け６５は、プランジャー６１と同軸の円板状の部材である。ばね受け６５とソレノイドヨーク６２との間には、プランジャー６１を取り巻くように復帰ばね６６が配置されている。復帰ばね６６は、プランジャー６１をばね受け６５側に移動させる方向に付勢するばね力を有している。さらに、支持部６８は、プランジャー６１及び復帰ばね６６を収容する筒状の部材であり、その上端がソレノイドヨーク６２の下端に固着されている。支持部６８の下端は、支持フレーム３１の内底に固設されている。
【００５５】
第２の電磁ソレノイド６０のアーマチャー６４は、ソレノイドコイル６３に電流が流れると励磁され、図６に示すように、アーマチャー６４の上部の吸引面６４ｃが、ソレノイドヨーク６２の突出部６２ｂとの間に発生した電磁力により、突出部６２ｂに向かって移動する。その時の磁路６７を破線で示す。さらに、アーマチャー６４が移動すると、吸引面６４ｃはソレノイドヨーク６２の吸引面６２ａに吸着して停止する。その時の磁路６７を図７に示す。さらに、電流の供給が無くなると、復帰ばね６６のばね力により、図６に示すように、アーマチャー６４は励磁前の位置に移動する。
【００５６】
上記のような第１の電磁ソレノイド５０と第２の電磁ソレノイド６０の変位と磁気吸引力の関係を、図８に示す。図８において、横軸は電磁ソレノイドの変位を示し、縦軸は電磁ソレノイドの磁気吸引力を示す。図８の破線Fm1は、第１の電磁ソレノイド５０の磁気吸引力の特性を示す。図８の１点鎖線Fm2は、第２の電磁ソレノイド６０の磁気吸引力の特性を示す。図８の実線Fmは、第１の電磁ソレノイド５０と第２の電磁ソレノイド６０の磁気吸引力の合力特性を示す。横軸の左側は電磁ソレノイドの閉路位置を示し、右側は開路位置を示す。
【００５７】
この図８において、開路位置におけるFm1は、吸引面５４ａと吸引面５２ａが遠く離れているため、磁気吸引力は小さい。しかし、吸引面５４ａと吸引面５２ａが近づくにつれて、磁気吸引力は指数的に大きくなる。これに対し、Fm2は、開路位置において、吸引面６４ｃと突出部６２ｂが、第１の電磁ソレノイド５０の吸引面５４ａ、５２ａ間の距離より近いため、磁気吸引力は第１の電磁ソレノイド５０より大きくなっている。
【００５８】
また、吸引面６４ｃと突出部６２ｂが更に近づきほぼ接する位置にくると電磁吸引力は一つ目のピーク値を迎える。さらに吸引面６４ｃが吸引面６２ａに近づくと、磁路６７は突出部６２ｂの方向に形成されるとともに、吸引面６４ｃと吸引面６２ａ間でも形成されるため、電磁吸引力は大きくなる。Fmは第１の電磁ソレノイド５０と第２の電磁ソレノイド６０を同時に励磁した時の合力に相当し、２つの電磁ソレノイドを併用すれば、開路位置に近い状態でも大きな電磁吸引力が得られることを示している。
【００５９】
［作用］
本実施形態の作用を、図１〜図３を参照して説明する。なお、以下の説明では、可動軸５とともに移動する部材群を可動部とする。
［開路動作］
まず、開閉器１の操作機構が、図１に示す閉路状態から、図２に示す開路状態に至る開路動作について説明する。図１に示す閉路状態において、図示しない駆動電源からパルス電流を反発コイル１２に流すと、反発コイル１２と反発リング１３の間に磁界が発生し、反発リング１３に渦電流が発生する。
【００６０】
この渦電流は、反発コイル１２に流れる電流と逆向きに流れるため、電磁反発力が発生する。この電磁反発力は、磁気ラッチ部２０の磁力より大きいため、反発リング１３と補強板１４および可動軸５が、ダンパー部４０の方向に移動を開始する。可動軸５を含む可動部がある一定距離変位すると、ばね保持板３２がダンパーヘッド４６に当接する。
【００６１】
この時点では可動部の慣性力と開路ばね３３のばね力がダンパーヘッド４６に作用するため、ピストン４３が開路動作方向に押し込まれる。すると、ダンパー部４０では制動力が発生し、可動部全体を停止させる。以上の動作により、可動電極４は固定電極３から離間し、可動電極４と固定電極３との間の絶縁距離が確保される。
【００６２】
［閉路動作］
次に、開閉器の操作機構が、図２に示す開路状態から、図３に示す閉路動作途中の状態を介して、図１に示す閉路状態に至る閉路動作について説明する。図２に示す開路状態において、外部指令（電力供給）が、第１の電磁ソレノイド５０と第２の電磁ソレノイド６０に入力されると、ソレノイドコイル５３、６３が励磁される。
【００６３】
このとき発生する電磁力により、アーマチャー５４、６４が閉路動作方向に移動を開始し、図３に示すように、プランジャー５１、６１はばね保持板３２に当接する。そして、開路ばね３３を押し縮めながら閉路方向に可動部を移動させる。可動ヨーク２４がある一定距離変位すると、永久磁石２２の磁気吸引力により、可動ヨーク２４が固定ヨーク２１に吸引される。その後、第１の電磁ソレノイド５０と第２の電磁ソレノイド６０への外部指令が打ち切られ、図１に示すように、アーマチャー５４と６４は復帰ばね５６、６６により開路位置まで戻され、プランジャー５１、６１がばね保持板３２から離れて、閉路動作が完了する。
【００６４】
［効果］
以上のような本実施形態によれば、可動軸５にコイル等の重量物を設ける必要がないため、駆動に必要な電気エネルギーを低減できるとともに、応答性や速度の低下を防止できる。つまり、電磁反発機構部１０における反発コイル１２は反発固定部材１１に固着され、可動軸５には反発リング１３と補強板１４が固着されているだけなので、可動部が軽量になる。特に、反発リング１３は薄く、補強板１４は軽量な材料で構成できるので、軽量化しやすい。また、磁気ラッチ部２０も、固定ヨーク２１に固着された永久磁石２２とラッチリング２３を用いることにより、可動軸５に固着された可動ヨーク２４にコイルを設ける必要がないので、可動部を軽量化できる。
【００６５】
さらに、磁気ラッチ部２０における可動ヨーク２４を断面ハット型形状とするとともに、この可動ヨーク２４の頭頂部２４ｂにコイルを設ける必要がないため、固定ヨーク２１の吸着面２１ａに接近する頭頂部２４ｂの面積を大きくすることができ、磁気吸引力の低下を防止できる。特に、開路状態において、ラッチリング２３の角部２３ａ、頭頂部２４ｂの角部が接近するようにしているので、ラッチリング２３の内壁全体、頭頂部２４ｂの外壁全体を接近させる場合に比べて、重量化を防止して、磁気吸引力を確保できる。
【００６６】
また、ばね駆動部３０により、動作停止時の衝撃力を吸収することにより、各部品の強度低下を防止できる。特に、ばね駆動部３０における開路ばね３３を、補助駆動源として適用したため、比較的長いストロークでも駆動力を継続することができ、速度の低下を抑えることができる。さらに、磁気ラッチ部２０を適用したことにより、開路ばね３３のばね力を解放するための時間遅れが無くなり、応答性が向上する。
【００６７】
開路動作を停止させるためのダンパー部４０を、可動軸５から切り離して別体としたことにより、可動部の重量を低減することができ、応答性や速度の低下が少なくなる。特に、閉路動作の駆動源となる電磁ソレノイド５０、６０を、可動軸５とは別体としたことにより、可動部の重量が低減し、応答性や速度の低下が少なくなる。
【００６８】
さらに、電磁ソレノイド５０、６０として、磁気吸引力の特性の異なる複数種のものを組み合わせることにより、開路位置においても、十分な吸引力を得ることができ、応答性や速度を向上させることができる。
【００６９】
磁気ラッチ部２０の磁気吸引力と開路ばね３３の弾性力の設定により、コイルを増大させることによる可動軸５の重量化を招くことなく、閉路動作の初期段階における電磁力を確保することができ、開路動作時の応答性と速度が向上する。また、可動コイルを不要として、磁気ラッチ部２０の磁気吸引力、開路ばね３３の弾性力、復帰ばね４５の弾性力の設定により、駆動電源を大型化させることなく、適切な制動力を得ることができる。
【００７０】
［第２の実施形態］
第２の実施形態の開閉器の操作機構を、図９を参照して説明する。図９は本実施形態の開閉器の操作機構の閉路状態を示す。なお、第１の実施形態と同じまたは類似の部分については、共通の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７１】
本実施形態は、基本的には、上記の実施形態と同様の構成である。ただし、本実施形態においては、図９に示すように、操作機構６の電磁反発機構部１０と磁気ラッチ部２０の配置を入れ替えた態様となっている。
【００７２】
より具体的には、固定部材である反発固定部材１１と固定ヨーク２１との位置が逆になることにより、固定ヨーク２１が圧力容器２に固設され、反発固定部材１１が固定ヨーク２１に固設されている。支持フレーム３１は反発固定部材１１に固設されている。反発固定部材１１を含む電磁反発機構部１０、固定ヨーク２１を含む磁気ラッチ部２０は、上下が入れ替わっただけで、それぞれの構成は、上記の実施形態と同様である。
【００７３】
以上のような本実施形態においても、第１の実施形態と同じ動作が行われ、その作用も同様となる。つまり、電磁反発機構部１０及び磁気ラッチ部２０の配置位置は、第１の実施形態の態様には限定されない。
【００７４】
［他の実施形態］
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７５】
１…開閉器
２…圧力容器
２ａ…気密穴
３…固定電極
４…可動電極
５…可動軸
６…操作機構
１０…電磁反発機構部
１１…反発固定部材
１１ａ…摺動穴
１２…反発コイル
１３…反発リング
１４…補強板
２０…磁気ラッチ部
２１…固定ヨーク
２１ａ…吸着面
２１ｂ…突出部
２２…永久磁石
２３…ラッチリング
２３ａ…角部
２４…可動ヨーク
２４ａ…ツバ部
２４ｂ…頭頂部
２５…閉路側磁気回路
２５ａ…エアーギャップ
２６…開路側磁気回路
２６ａ…エアーギャップ
３０…ばね駆動部
３１…支持フレーム
３２…ばね保持板
３３…開路ばね
４０…ダンパー部
４１…作動油
４２…シリンダー
４３…ピストン
４３ａ…オリフィス穴
４４…シール板
４５…復帰ばね
４６…ピストンヘッド
５０…第１の電磁ソレノイド
５１…プランジャー
５２…ソレノイドヨーク
５２ａ…吸引面
５３…ソレノイドコイル
５４…アーマチャー
５４ａ…吸引面
５５…ばね受け
５６…復帰ばね
５７…磁路
５８…支持部
６０…第２の電磁ソレノイド
６１…プランジャー
６２…ソレノイドヨーク
６２ａ…吸引面
６２ｂ…突出部
６３…ソレノイドコイル
６４…アーマチャー
６４ａ…第１のアーマチャー
６４ｂ…第２のアーマチャー
６４ｃ…吸引面
６５…ばね受け
６６…復帰ばね
６７…磁路
６８…支持部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015162338.tif 000009
【図８】
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【図９】
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