(57)【要約】【課題】電力送配電系統の開閉装置などの開閉に用いられる操作装置は、ヨークや可動鉄心がソリッド構造が採用されているのでコイル励磁による渦電流が流れやすく、開閉装置の駆動効率を向上させることができない。一方、積層ヨーク構造も示されているが、コイルからの漏れ磁場を少なくする配慮がなされてなく、その漏れ磁場によって近接配置されている電子機器へのノイズ混入や誤動作が発生するという問題があった。そこで渦電流発生や漏れ磁場の少ない操作装置を提供する。【解決手段】積層構造のヨーク内に設けられた可動子コイル、永久磁石が、コイルの作る磁束が通るヨークによって、磁気的に密閉されることにより漏れ磁場および渦電流発生を少なくした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨークと、前記ヨーク内に設けられた可動子とコイルと永久磁石とを備えた操作装置であって、前記ヨークには前記可動子が接する第１、第２の部位を有しており、前記可動子は前記ヨークの第１、第２の部位間を前記コイルの励磁により往復動するものであり、前記永久磁石は前記可動子に対向して前記ヨークに設けられ、前記可動子を前記ヨークの第１または第２の部位で保持するものであり、前記コイルの作る磁束が通る前記ヨーク内に、前記可動子、コイルおよび永久磁石が磁気的に密閉され、前記ヨークを積層構造としたことを特徴とする操作装置。
【請求項２】
互いに対向して設けられた第１、第２のヨークで形成される箱体と、前記箱体内部に設けられた可動子と第１、第２のコイルと永久磁石とを備えた操作装置であって、前記箱体には前記可動子が接する第１、第２の部位を有しており、前記可動子は前記箱体の第１、第２の部位間を前記第１または第２のコイルの励磁により往復動するものであり、前記永久磁石は前記可動子に対向して前記第１、第２のヨークにそれぞれ設けられ、前記可動子を前記箱体の第１または第２の部位で保持するものであることを特徴とする操作装置。
【請求項３】
互いに対向して設けられ正面形状がＥ型であるヨークと、前記ヨークに設けられた端板とで形成される箱体と、前記箱体内部に設けられた可動子と第１、第２のコイルと永久磁石とを備えた操作装置であって、前記ヨークには前記可動子が接する第１、第２の部位を有しており前記可動子は前記ヨークの第１、第２の部位間を前記第１または第２のコイルの励磁により往復動するものであり、前記永久磁石は前記可動子に対向して前記ヨークに設けられ、前記可動子を前記ヨークの第１または第２の部位で保持するものであることを特徴とする操作装置。
【請求項４】
前記箱体を形成する第１のヨークがＥ型であるとともに、前記第２のヨークが日型であることを特徴とする請求項２に記載の操作装置。
【請求項５】
前記箱体を形成する第１、第２のヨーク形状が共にＥ型であることを特徴とする請求項２に記載の操作装置。
【請求項６】
前記第２のヨークに端板が設けられたことを特徴とする請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の操作装置。
【請求項７】
前記ヨークが薄板積層構造であることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の操作装置。
【請求項８】
前記可動子が薄板積層構造であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の操作装置。
【請求項９】
前記可動子が可動軸に設けられた鉄心核に係合して固着されていることを特徴とする請求項８に記載の操作装置。
【請求項１０】
前記永久磁石は、前記第１または第２のヨークに設けられていることを特徴とする請求項２に記載の操作装置。
【請求項１１】
前記永久磁石は、前記ヨークに少なくとも１個設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の操作装置。
【請求項１２】
開閉器と、前記開閉器を開閉駆動する操作装置とを備えた開閉装置であって、前記操作装置は前記請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の操作装置を使用したことを特徴とする開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、操作装置に関するものであり、特に電力送配電系統に用いられている開閉器を駆動する操作装置およびその操作装置を使用した開閉装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチギヤや真空遮断器の新しい駆動方式として、近年、高信頼性や省エネルギを目的として、電磁アクチュエータが従来までのバネ機構に置き換わろうとしている。省エネルギ化には、アクチュエータ自体の動作効率向上が必須であり、またアクチュエータ自体の信頼性のみならず、周辺の電子機器への電磁ノイズの影響も配慮した遮断器や、スイッチギヤ全体としての信頼性向上が必要である。このような観点から従来、ヨーク内にて移動可能な可動鉄心と、永久磁石、および駆動コイルを備えた電磁アクチュエータが示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
中田高義他「有限要素法による交直電磁石の設計と応用」第１版、森北出版株式会社、１９９１年８月７日、１０１頁、図１０、１３
【０００４】
上記特許文献１では、アクチュエータを軸対称構造（円柱形状）とし、コイルを鉄心で完全に囲い、コイル磁場がアクチュエータ外部空間にほとんど漏れることなく鉄心中に導入した構造を採用しているが、ヨークや可動鉄心が積層構造を採用していないため、ヨークや可動鉄心の表面を流れる渦電流の影響があるため磁束は磁性体中をとおり、可動鉄心の駆動効率を上げることはできないという問題点があった。
また、この特許文献１に示された構造の円柱形状を積層構造とするのは、製作にかなり困難を伴い、コスト高となるとともに量産に適さないという問題点もあった。
一方、積層ヨーク内にて可動鉄心、コイル、永久磁石を備えた構成のアクチュエータが示されている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献２】
国際公開ＷＯ第９５／０７５４２号パンフレット  アブストラクト
【０００６】
しかしながら上記特許文献２では、積層ヨークを用いているため、渦電流を抑制できるメリットを有するが、略四角形状のコイルの２辺のみを磁気回路に使用するため、他の２辺から発生する磁場が漏れ、その分可動鉄心の駆動効率が低くなるという問題点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように特許文献１に示されているものでは、コイルが完全にヨークに囲われる形状であるためコイルの漏れ磁場は抑制されるが、ヨークや可動鉄心の表面を流れる渦電流の影響のため、駆動効率を上げることができないという問題点があった。
一方特許文献２では、略四角形状のコイルの２辺のみを磁気回路に使用するため、他の２辺から発生する磁場が漏れるため、その分駆動効率が低くなるという問題点があった。また、電子機器や電子回路が近接配置されていると、これら機器のノイズ混入や誤動作が発生するという問題点もあった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ヨーク内にコイル、永久磁石、可動子を設けるとともに、コイルの作る磁束が通るヨーク内に磁気的に密閉する構造を採用し、電子機器類への漏れ磁場の影響を少なくし、かつヨーク、可動鉄心を積層構造とすることにより、渦電流の影響をなくし、駆動特性を向上させた操作装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
ヨークと、前記ヨーク内に設けられた可動子とコイルと永久磁石とを備えた操作装置であって、前記ヨークには前記可動子が接する第１、第２の部位を有しており、前記可動子は前記ヨークの第１、第２の部位間を前記コイルの励磁により往復動するものであり、前記永久磁石は前記可動子に対向して前記ヨークに設けられ、前記可動子を前記ヨークの第１または第２の部位で保持するものであり、前記コイルの作る磁束が通る前記ヨーク内に、前記可動子、コイルおよび永久磁石が磁気的に密閉され、前記ヨークを積層構造としたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１はこの実施の形態１の操作装置１００の斜視図、図２は前記操作装置１００を構成する各構成要素の組み立て状態を透視した図、図３は図１のＳ−Ｓ断面を示す図である。図１、図２において、第１のヨーク１、第２のヨーク２とを組み立てることで形成される箱体５０と、箱体５０の内部に設けられた第１のコイル３、第２のコイル４と、可動子５および図２に示すように第１のヨーク１および第２のヨーク２に、可動子５にそれぞれ対向して設けられた永久磁石６Ａ、６Ｂ、さらには可動子５に設けられた可動軸７と、可動軸７の軸受８によって前記操作装置１００が構成されている。なお、軸受８は箱体５０に取り付けられている。ここで、第１、第２のヨーク１、２および可動子５は薄鋼板あるいは電磁鋼板の積層構造である。箱体５０を、矢印Ａの方向より見た第１のヨーク１の正面形状はＥ型であり、第２のヨーク２は日型である。
第１、第２のコイル３、４は前記箱体５０内に収納されており、第２のヨークの両端よりコイル端がはみ出してはない。端板９は第２のヨーク２に取り付けられ、箱体５０の磁気シールドをなしている。
【００１０】
ここで前記永久磁石６Ａ、６Ｂの幅は、対向する可動子５の幅より小さい。そして図１に示したように、箱体５０によって第１、第２のコイル３、４、永久磁石６Ａ、６Ｂ、可動子５は囲まれた構造であるので、第１、第２のコイル３、４および永久磁石６Ａ、６Ｂの発生する磁場はほとんど漏れず、箱体５０内つまり操作装置１００内で収束する。従って永久磁石６Ａ、６Ｂによる保持力および第１、第２のコイル３、４の励磁による動作力は漏れ磁場がないことから最大限利用されることになり、小型でかつ、高効率な操作装置を実現することができる。なおこの実施の形態１では、端板９を設ける例を示しているが、第１、第２のコイル３、４の端部が、第２のヨーク端からはみ出していないので、第１、第２のコイル３、４の磁場は実質上遮蔽されていることになり、磁気シールドのみの目的に設ける必要はない。しかし、操作装置１００内部の防塵や防湿を目的とした保護カバーとして端板９を設けることにより、環境、雰囲気による腐食防止対策を容易に行うことができる。
【００１１】
また、永久磁石６Ａ、６Ｂを可動子５に対向して、第１、第２のヨーク１、２に４個設ける例を示しているが図４に示すように矩形リング形状とした１個の永久磁石６Ｃとしてもよく、このような構成により部品点数の縮減および組み立て工程の簡略化がはかれる。
またさらに、４個の永久磁石６Ａ、６Ｂのうち、いずれか１対、例えば永久磁石６Ｂのみをヨークに設けてもよい。つまり、操作装置１００の動作特性に応じて永久磁石の形状、数を選択してよい。
【００１２】
このように、この実施の形態１では操作装置１００の発生する磁場はほとんど遮蔽されているため、近年の開閉装置のコンパクト化に伴う電子機器類の密着配置による周辺電子機器へのノイズ混入や誤動作を小さく抑制できるとともに、渦電流の発生を抑制でき、動作特性の向上した操作装置となる。
【００１３】
次に実施の形態１および後述する実施の形態を含むこの発明による操作装置１００およびこの操作装置１００の可動軸７に直結された電路の開閉を行う開閉器の接点開閉の動作原理を図５（ａ）〜図５（ｃ）、図６に基づいて説明する。
なお、図６は開閉装置５００を示す概略図である。
（１）図５（ａ）は開閉器２００の接点２１０が閉状態であり、可動子５は箱体５０の第１の部位１０に保持されており、第１、第２のコイル３、４は励磁されていない。この状態において、永久磁石６Ａと６Ｂによって磁気回路Ｌ１とＬ２を形成し、それぞれの磁束ΦＰＭ１とΦＰＭ２を発生する。磁気回路Ｌ２には磁気的空隙Ｇ１を有しているためにΦＰＭ１の経路の方がΦＰＭ２の磁気抵抗より低くΦＰＭ１》ΦＰＭ２となり、可動子５と箱体５０の間で吸引力が発生し、可動子５は第１の部位１０で保持されていることになる。
（２）第２のコイル４を永久磁石６Ａ、６Ｂと同極性となるように励磁すると、図５（ｂ）に示すように磁束Φｃｏｉｌ２−１とΦｃｏｉｌ２−２が発生する。永久磁石６Ａ、６Ｂが発生している磁束ΦＰＭ１、ΦＰＭ２と合成して、ΦＰＭ２＋Φｃｏｉｌ２−１＞ΦＰＭ１−Φｃｏｉｌ２−２になると、可動子５をヨーク１の第２の部位１１方向に引っ張る力が発生する。
（３）可動子５が箱体５０の第１の部位１０から離れると、ΦＰＭ２＋Φｃｏｉｌ２−１》ΦＰＭ１−Φｃｏｉｌ２−２となるので、図５（ｃ）に示すように可動子５は移動して箱体５０の第２の部位１１に到達する。
（４）ここで第２のコイル４の励磁を止めると、同じく図５（ｃ）に示すように可動子５は箱体５０の第２の部位１１に保持される。
（５）次に図５（ｃ）の状態から図５（ａ）の状態に可動子５を駆動しようとするときは、第１のコイル３を励磁することによって、前記と同じ動作原理により、可動子５は移動し、第１の部位１０に到達する。
以上のように可動子５が箱体５０内で移動することにより、可動子５の可動軸７に連結され開閉器２００の接点２１０を開とすることにより、電力送配電系統の電流遮断が行われる。
【００１４】
実施の形態２．
次に実施の形態２を図７、図８に基づいて説明する。
図７は操作装置１００の斜視図、図８は断面図である。なおコイルは図示省略している。箱体５０Ａはヨーク１Ａと可動軸７の軸受８Ａおよび端板９によって形成されている。前記ヨーク１Ａの正面形状は実施の形態１と同様のＥ型である。そして、永久磁石６Ｃはヨーク１Ａの可動子５に対向する面にのみ設けている。他の構成要素は前記実施の形態１と同様である。この構造の特徴は、軸受８Ａの長さがヨーク１Ａの積層厚さと同じであり、箱体５０Ａを構成するヨークの部品数を少なくし、製作コストの低減を図ることができるという効果がある。
【００１５】
実施の形態３．
次に実施の形態３を図９、図１０に基づいて説明する。
図９は操作装置１００の組み立て透視図、図１０は操作装置１００の斜視図である。箱体５０を形成するヨークは、互いに対向する第１のヨーク１Ａおよび第２のヨーク２Ａの正面形状を共にＥ型を採用している。このような第１、第２のヨーク１Ａ、２Ａが形成する箱体５０により、第１、第２のコイル３、４および永久磁石６Ａ、６Ｂは、箱体５０内に囲まれて設けられることになり、磁場の漏れはより少なくなり、部品数の縮減、製作コストの低減が図れるという効果を奏する。
【００１６】
実施の形態４．
次に実施の形態４による可動子５を図１１、図１２に基づいて説明する。
図１１は可動子５の組み立て透視図、図１２は斜視図である。可動子５は、可動軸７と、この可動軸７に設けられた鉄心核１４と積層鉄心１５とフタ１６とで構成されている。
積層鉄心１５は、薄鋼板または電磁鋼板による積層構造であり、渦電流の発生を少なくしている。また、積層鉄心１５に設けられた溝部１５Ａは前記鉄心核１４に係合し固着されている。フタ１６は可動子５の剛性を高めるとともに、対向するヨークに永久磁石が設けられている場合には磁路をなす。
なお、図１３に示すようにフタ１６に代替した積層鉄心１７を有する可動子５であれば、さらに渦電流を少なくすることができる。このように可動子５を積層構造とすることにより、渦電流を抑制して動作効率を向上させるという効果がある。
【００１７】
なお、この発明の実施の形態１〜４では、操作装置１００を開閉装置５００の開閉器２００の開閉動作に用いる例について示したが、これに限らず気体や液体の輸送路のバルブの開閉や、ドアの開閉等往復運動をする機器であれば適用可能であるのは言うまでもない。
【００１８】
【発明の効果】
この発明は以上述べたような操作装置およびその操作装置を利用した開閉装置であるので、以下のような優れた効果を奏する。
即ち、ヨークと、ヨーク内に設けられた可動子とコイルと永久磁石とを備えた操作装置であって、ヨークには可動子が接する第１、第２の部位を有しており、前記可動子は前記ヨークの第１、第２の部位間を前記コイルの励磁により往復動するものであり、前記永久磁石は前記可動子に対向して前記ヨークに設けられ、前記可動子を前記ヨークの第１または第２の部位で保持するものであり、前記コイルの作る磁束が通る前記ヨーク内に、前記可動子、コイルおよび永久磁石が磁気的に密閉され、前記ヨークを積層構造としているので、漏れ磁場の少ない操作装置となり、近接配置される電子機器へのノイズ混入や誤動作を小さく抑制することができるとともに、渦電流の発生も少なくし、動作特性の向上した操作装置となるという優れた効果を奏する。
さらにまた、この発明による操作装置を使用した開閉装置であるので、開閉器の開閉動作特性が向上するとともに、電子機器類の近接配置が可能となりコンパクトな開閉装置を提供可能となるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による操作装置の斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１による操作装置の組み立て透視図である。
【図３】この発明の実施の形態１による操作装置の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１による操作装置の永久磁石の斜視図である。
【図５】この発明による操作装置の動作原理を示す図である。
【図６】この発明の操作装置を使用した開閉装置を示す概略図である。
【図７】この発明の実施の形態２による操作装置の斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態２による操作装置の断面図である。
【図９】この発明の実施の形態３による操作装置の組み立て透視図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による操作装置の斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による可動子の組み立て透視図である。
【図１２】この発明の実施の形態４による可動子の斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に代る他の可動子を示す組み立て透視図である。
【符号の説明】
１  第１のヨーク、１Ａ  ヨーク、２，２Ａ  第２のヨーク、
３  第１のコイル、４  第２のコイル、５  可動子、
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ  永久磁石、７  可動軸、８，８Ａ  軸受、９  端板、
１０  第１の部位、１１  第２の部位、１４  鉄心核、１５  積層鉄心、
１６  フタ、１７  積層鉄心、５０，５０Ａ  箱体、１００  操作装置、
２００  開閉器、５００  開閉装置。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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