(57)【要約】駆動ユニット（２）が、磁石体（６）と、少なくとも部分的に磁石体内に移動可能に配置された接極子（８）と、永久駆動磁界を発生する少なくとも１つの駆動磁石（５）と、少なくとも部分的に駆動磁界内を延びる少なくとも１つの導体（１０）とを有し、接極子を少なくとも一方の終端位置に保持するための保持ユニット（３）が設けられた開閉器用の電磁式駆動装置（１）を、特に簡単な様式でその終端位置に固定し、しかも単純な制御が可能なように改良する。このため保持ユニットが、接極子に固く結合された少なくとも１つの軟磁性可動部品（１５）を有し、該部品が、接極子の各終端位置において、永久保持磁界に対する空隙（１８）を塞ぎ、この保持磁界が、駆動磁界に無関係に少なくとも１つの保持磁石（１６）で発生され、この保持磁石に、接極子を終端位置から変位させるために導体と無関係に給電される引き離しコイル（１７）が付設される。
2006516799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動ユニット（２）を備え、該ユニット（２）が、磁石体（６）と、少なくとも部分的に磁石体（６）内に移動可能に配置された接極子（８）と、永久駆動磁界を発生する少なくとも１つの駆動磁石（５）と、少なくとも部分的に駆動磁界内を延びる少なくとも１つの導体（１０）とを有し、前記接極子（８）を少なくとも一方の終端位置に保持するための保持ユニット（３）を備える開閉器用の電磁式駆動装置（１）において、
保持ユニット（３）が、接極子（８）に固く結合された少なくとも１つの軟磁性可動部品（１５）を有し、該部品（１５）が、接極子（８）の各終端位置において、永久保持磁界に対する空隙（１８）を塞ぎ、該磁界が、駆動磁界に無関係に少なくとも１つの保持磁石（１６）によって発生され、該磁石（１６）に、接極子（８）を終端位置から変位させるべく、導体と無関係に給電される引き離しコイル（１７）が付設されたことを特徴とする電磁式駆動装置。
【請求項２】
保持ユニット（３）が磁石体に結合された保持体（１４）を有し、該保持体（１４）と可動部品（１５）との間に空隙（１８）が形成されたことを特徴とする請求項１記載の電磁式駆動装置。
【請求項３】
保持体（１４）が２つの保持体で形成され、可動部品（５）の両側に配置されたことを特徴とする請求項２記載の電磁式駆動装置。
【請求項４】
保持磁石（１６）および引き離しコイル（１７）が保持体（１４）に配置されたことを特徴とする請求項２又は３記載の電磁式駆動装置。
【請求項５】
保持ユニット（３）と駆動ユニット（２）との間に、磁束を遮断するための手段が設けられたことを特徴とする請求項１から４の１つに記載の電磁式駆動装置。
【請求項６】
接極子（８）が絶縁材料から成るコイルホルダ（９）を有し、その導体がコイルホルダ（９）上に配置された巻線（１０）として形成されたことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の電磁式駆動装置。
【請求項７】
磁石体が駆動磁石（５）並びに軟磁性継鉄（６）から成り、駆動磁界が、磁石体に設けられた凹所（７）を透過し、該凹所（７）内に導体（１０）が少なくとも部分的に配置されたことを特徴とする請求項１から６の１つに記載の電磁式駆動装置。
【請求項８】
所定の時間依存制御信号を発生する制御装置（２２）と、前記制御信号に関係して導体（１０）に給電するための電流増強操作部最終段（２８）と、対応した引き離しコイル（１７）に制御信号に関係して給電するための少なくとも１つの電流増強操作部最終段（２３）とを備えることを特徴とする請求項１から７の１つに記載の電磁式駆動装置。
【請求項９】
電磁式駆動装置（１）が予め定められた力・行程特性曲線を示すように、引き離しコイル（１７）を導体（１０）の電流に関係して励磁することを特徴とする請求項１から８の１つに記載の電磁式駆動装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置を備え、該装置が、磁石体と、少なくとも部分的に磁石体内に移動可能に配置された接極子と、永久駆動磁界を発生する少なくとも１つの駆動磁石と、少なくとも部分的に駆動磁界内を延びる少なくとも１つの導体とを有し、接極子を少なくとも一方の終端位置に保持するための保持ユニットが設けられた、特に中電圧分野の開閉器用の電磁式駆動装置に関する。
【０００２】
該電磁式駆動装置は、例えば独国特許出願公開第１９８１５５３８号明細書で公知である。この装置は、複数のモータモジュールで構成した三相リニアモータを備える。モータモジュールは、所定数の固定モータコイルとそれに対し長手方向に移動可能に案内される永久磁石付き可動部品とを備える。モータコイルの励磁に伴い磁界が生じ、磁界内に可動部品の永久磁石が配置される。開閉ロッドを経て開閉器の可動接触子に結合された可動部品が、発生したローレンツ力で駆動される。真空遮断器を投入すべく、可動接触子は三相リニアモータで開閉器の固定接触子に押し付けられ、可動部品は終端位置に達する。
【０００３】
国際公開第９５／０７５４２号パンフレットにより、渦電流を防止すべく、薄板を積層して構成した軟磁性材料から成る枠形閉鎖継鉄を持つ電磁式駆動装置が公知である。継鉄は空所を有し、軟磁性材料から成る接極子が、その空所内に両終端位置間で移動可能に案内されている。接極子はその各終端位置で、各々その片側端面が軟磁性継鉄に接触し、接極子の接触個所と反対側の、他方の端面と枠形閉鎖継鉄との間に空隙が生ずる。継鉄の空所内に、更に接極子の両端面を各々包囲するコイルが固定されている。該両コイル間に、磁束を発生する永久磁石がある。空隙に基づき、接極子は各々の終端位置に固定保持される。接極子の空隙側端面を包囲するコイルを励磁することで、磁気抵抗を減少すべく、接極子を継鉄から引き離し、空隙を閉じながら安定した第２終端位置に移動させる程の大きな磁束が空隙内に発生する。その終端位置で、接極子はそれ迄空隙を境界づけていた端面で継鉄に接触する。接極子がこの第２終端位置でも固定されるので、コイルの励磁電流を中断できる。
【０００４】
上述の公知の両電磁式駆動装置は異なる物理的作用に基づいている。即ち、独国特許出願公開第１９８１５５３８号明細書の電磁式駆動装置は、駆動作用を発生すべく、磁界内での荷電粒子の運動中に生ずる所謂ローレンツ力を利用している。これに対し国際公開第９５／０７５４２号パンフレットの電磁式駆動装置は、磁界が特に高透磁率の材料内、即ち小さな磁気抵抗の材料内を伝播する物理的作用に基づく。接極子の移動に伴い、装置全体が、大きな磁位のエネルギ的不良状態から、空隙が閉じられ、磁束が殆ど小さな磁気抵抗の材料のみを透過するエネルギ的良好状態に移る。装置をエネルギ的良好状態に移すための力はグラジエント形成によって生ずる。そのような効果を基礎とする駆動装置はリラクタンス式駆動装置とも呼ばれる。
【０００５】
ローレンツ力を基礎とする電磁式駆動装置は大きな運動性を有し、更に単純な様式で、つまり磁界を経て導かれる電流で制御される。しかし、この駆動装置は安定した終端位置も中間位置も持たず、必要なら補助手段で各々の終端位置に固定せねばならない。そのために、通常、ばねや爪等が採用され、その力の増大には大きな費用を要する。リラクタンス式駆動装置は一般に終端位置に安定して固定可能な点で優れている。しかし力・行程特性曲線がかなり非線形的であると言う欠点があり、これは、厄介であるか或いは終端位置における保持力の荷重或いは構造空間の荷重に影響を及ぼしてしまう。
【０００６】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の電磁式駆動装置を、その終端位置に簡単な構成で固定でき、しかも駆動運動の単純制御を維持できるように改良することにある。
【０００７】
この課題は本発明に基づき、保持ユニットが、接極子に固く結合された少なくとも１つの軟磁性可動部品を有し、該部品が、接極子の各終端位置で、永久保持磁力に対する空隙を塞ぎ、該永久保持磁界が、駆動磁界と無関係に少なくとも１つの保持磁石によって発生され、この磁石に、接極子を終端位置から変位させるべく、導体と無関係に給電される引き離しコイルが付設されることで解決される。
【０００８】
本発明による電磁式駆動装置は、駆動ユニットと保持ユニットとを有し、その導体ないしコイルは互いに無関係に給電される。かくして、本発明による駆動装置は任意に制御でき、殆ど全部の要件に適合する。同時に、駆動装置の接極子の少なくとも１つの終端位置で電磁的な保持が生じ、この結果高価で保全を要する機械式保持ユニットは不要となる。保持ユニットに設けた空隙を塞ぐことで、保持磁石で発生された保持磁界に対する磁気抵抗が減少するか最小になり、このため終端位置からの接極子の移動は、保持ユニットのリラクタンス力に抗して初めて可能である。接極子の終端位置で、可動部品は、例えば保持ユニットの空隙を限定づける箇所に接触し、その結果この個所は、接極子のそれ以上の動きを阻止するストッパを形成する。
【０００９】
更に接極子、従って可動部品を真空バルブの可動接触子に固着してもよい。真空バルブの接触位置で、可動接触子が真空バルブの固定接触子に接する。接極子との固い結合に基づく接触子相互の突き当たりに伴い、接極子の最終位置も定まる。接極子がこの終端位置にある際、可動部品が保持ユニットの空隙を境界づける軟磁性部位に接している必要はない。可動部品は保持ユニットの空隙を境界づける箇所から離し得る。
【００１０】
一方で駆動ユニットの導体、他方で保持ユニットの引き離しコイルへの互いに独立した給電で、例えば一方の終端位置の範囲にある接極子をそこから移動させようとした際、引き離しコイルで保持磁界を中立化する引き離し磁界を発生させることで、駆動運転時のリラクタンス力の作用、即ち保持磁石の作用を、略完全に相殺できる。
【００１１】
更に本発明の特徴は、空隙に比べ僅かな磁気抵抗を持つ材料で可動部品を形成した点にある。この際、鉄、ミューメタル、ニッケル鉄合金等の任意の強磁性材料が使える。軟磁性材料とは、磁気特性を発生する磁界の遮断後、磁気特性が失われる材料を意味する。従って、軟磁性材料は細長いヒステリシス曲線、従って僅かな残留磁化を示す。
【００１２】
保持体を２つの保持体で構成し、可動部品の両側に配置するとよい。この本発明の有利な実施態様では、接極子に固く結合された可動部品の運動空間が両側で限界づけられるので、接極子の両側終端位置が定まる。従って、本発明の好適な実施態様では、接極子を真空バルブの駆動のために用いるとき、真空バルブを介する電流の流れを可能にする真空バルブの接触位置と、接触子が間隔を隔てた分離位置が存在する。
【００１３】
保持ユニットと駆動ユニットの間に、磁束を遮断する手段を設けるとよい。この手段で保持ユニットと駆動ユニットを磁気的に互いに分離する。該手段で、更に駆動磁界の重畳作用、従って保持磁界、更に引き離し磁界による不利な相互作用を回避できる。磁束の遮断手段として、例えば空気やアルミニウム等の、透磁率が１以下の非磁性物質が適する。
【００１４】
本発明の有利な実施態様では、保持体に保持磁石と引き離しコイルを配置する。かくして、保持磁石と引き離しコイルを、駆動中に移動できない保持体で保持し、もって、例えば真空バルブの投入時にこれらの敏感な部品の運動を防ぐ。この有利な実施態様では、電磁式駆動装置の保全感受性を減少できる。
【００１５】
接極子が絶縁材料から成るコイルホルダを有し、導体をコイルホルダ上に巻線として配置するとよい。この実施態様で、電磁式駆動装置はリフト駆動装置である。コイルホルダは、例えば管部材として、換言すれば管状に形成される。
【００１６】
本発明の他の有利な実施態様では、磁石体は駆動磁石と軟磁性継鉄から成り、駆動磁界は磁石体に設けられた凹所を透過し、該凹所内に可動部品の導体が少なくとも部分的に配置される。この実施態様では、コイルが動き、これに対し敏感で重い永久磁石は磁石体内に固定している。永久磁石が不動なので、既述の如く寿命を延ばし又は保全感受性を減少できる。コイル運動に伴い、この駆動装置は可動コイル形とも呼び得る。
【００１７】
本発明に基づく電磁式駆動装置は、所定の時間依存制御信号を発生すべく、制御ユニットと、制御信号に応じ導体に給電するための電流増幅操作部最終段と、対応した引き離しコイルに制御信号に応じて給電する少なくとも１つの電流増幅コイル終端段とを有するとよい。この実施態様で用いる最終段は、制御ユニットの出力信号を増幅するために利用される。該ユニットの出力信号はコイルや導体に給電するのに十分でない。制御ユニットに実際の各要件に応じた制御データを記憶し、そのモデルで時間依存制御信号を発生する。この制御で、電磁式駆動装置の任意の力・行程特性曲線の特に単純な設定が可能となる。
【００１８】
本発明は更に、保持コイルが導体の電流に応じて給電される本発明に基づく電磁式駆動装置の制御方法に関する。かくして、相互干渉が殆ど完全に排除される。
【００１９】
本発明の他の目的に沿う実施態様と利点を、以下の図を参照した本発明の実施例の説明で明らかにする。なお各図において、同一部分には同一符号を付している。
【００２０】
図１は、本発明に基づく電磁式駆動装置１の実施例を断面図で示す。この装置１は駆動ユニット２と保持ユニット３を有し、両ユニット２、３は、環状アルミニウムブロック４として形成した絶縁手段を介して互いに結合されている。絶縁手段は駆動ユニット２の磁界を、保持ユニット３の磁界から遮断し或いは逆方向の遮断のために設けている。
【００２１】
駆動ユニット２は磁石体を有し、該磁石体は、永久駆動磁界を発生する駆動磁石５と、磁石５に固く結合された軟磁性継鉄６とから成っている。磁石体５、６に環状凹所７が設けられ、該凹所７内に接極子８の一部が延びている。接極子８は絶縁材料製のカップ状コイルホルダ９を有し、該ホルダ９の管状部分が導体の巻線を支持している。この導体の巻線は駆動コイル１０を形成している。
【００２２】
接極子８はコイルホルダ９のクロスビーム１１を経て運動伝達ロッド１２に固く結合されている。このロッド１２は通常の軸受によってその長手方向に移動可能に電磁式駆動装置１内に支持されている。
【００２３】
保持ユニット３は２つの保持体からなる軟磁性保持体１４を有し、各保持体１４は軟磁性材料から成る可動部品１５の両側に配置されている。可動部品１５は運動伝達ロッド１２に固く結合され、従って、接極子８に固く結合されている。本実施例では、保持体１４と可動部品１５に、軟磁性材料として、強磁性鋼が採用されている。各保持体１４、従って可動部品１５の両側に、保持磁石１６が存在する。該磁石１６は、接極子８の運動方向に延びる保持磁界を発生する。保持磁石１６は引き離しコイル１７で同心的に包囲されている。可動部分１５と保持体１４により空隙１８が境界づけられ、該空隙１８を保持磁界が可動部品１５の運動方向に主に軸方向に透過する。
【００２４】
駆動ユニット２により、ローレンツ力に基づく駆動運動が生ずる。そのために、接極子８の長手方向に軸方向駆動永久磁界を発生する。その磁力線は駆動磁石５内に生じ、軟磁性継鉄６を経て導かれる。該磁界は磁石体の凹所７内に配置された接極子８のコイル１０を横方向に透過する。従ってコイル１０の給電時、接極子８のリフト運動が生じ、この運動は運動伝達ロッド１２を経て可動部品１５に伝わる。従って、可動部品１５は運動の方向に応じていずれか一方の保持体１４に向けて移動し、この結果可動部品１５と保持体１４との間の空隙１８が小さくなる。この空隙１８の縮小は、保持磁石１６で発生された軸方向保持磁界に対する磁気抵抗を低下させる。この効果は、保持体１４が強磁性材料、即ち１よりはるかに大きな透過率をした材料から成り、これに対し空隙１８が空気、即ち相対透過率１の物質で充填されたことに起因する。可動部品が一方の保持体１４に突き当たると、接極子８は一方の終端位置に到達し、空隙縮小により発生したリラクタンス力でこの位置に保持される。接極子８を終端位置から引き離すべく、可動部品１５が接している保持磁石１６を包囲する引き離しコイル１７が励磁される。保持磁石１６の作用は、引き離しコイル１７で生じた引き離し磁界により弱められるか相殺され、従って駆動ユニット２により接極子８を終端位置から離し得る。接極子８は、接極子８が反対側の保持体１４に突き当たり、第２終端位置に到達する迄逆方向に移動する。この位置でも、その運動方向の側に位置する空隙１８が塞がれるので、保持磁界に対する磁気抵抗が最小となる。
【００２５】
図２は、図１の電磁式駆動装置の制御ユニット１９を概略的に示す。このユニット１９はインターフェース２０を有し、該インターフェース２０は、入力する投入信号又は遮断信号２１を制御装置２０が受容する制御入力信号に変換する。制御装置２２にはその記憶領域に、所定の信号モデルが時間に関する信号強さの形で記憶されている。選択された所定の信号モデルに応じ、制御ユニット１９が時間依存電流値２４で保持磁石操作部最終段２３を制御する。その結果制御ユニット１９の電流値２４が保持磁石操作部最終段２３で強化されて保持ユニット３の引き離しコイル１７に給電される。
【００２６】
制御装置２２は更に電流調整器２５に接続され、この調整器２５は制御装置２２から受けた設定電流値２６を、導体操作部最終段２８の出力端に生じる実際電流値２７と比較する。設定電流値２６と実際電流値２７が一致した際、進行信号２９が生ずる。実際の進路状態（Weglage）は図示しない測定系で検出される。従って、この制御装置の調整によって、電磁式駆動装置の力・行程特性曲線の特に正確な調整が可能となる。
【００２７】
本発明の枠内で、補助的調整を省き、導体操作部最終段２８を同様に制御装置２２によって直接制御してもよい。
【００２８】
制御装置２２、導体操作部最終段２８および保持磁石操作部最終段２３は、図２に概略的に示す電源３１に接続されている。電源３１は制御に必要なエネルギ３０を供給する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に基づく電磁式駆動装置の実施例の断面図。
【図２】図１における電磁式駆動装置の制御ブロック図。
【符号の説明】
【００３０】
１  電磁式駆動装置、２  駆動ユニット、３  保持ユニット、５  駆動磁石、６  継鉄、８  接極子、１０  導体、１４  保持体、１５  可動部品、１７  引き離しコイル、１８  空隙、２２  制御ユニット、２３  保持磁石操作部最終段、２８  導体操作部最終段
【図１】
2006516799.tif 000003
【図２】
2006516799.tif 000004
【国際調査報告】
2006516799.tif 000005
2006516799.tif 000006
2006516799.tif 000007
2006516799.tif 000008