(57)【要約】【課題】可動・固定接触子の接触時に必要な永久磁石の吸引力を得、その質量を極小化し、永久磁石に逆磁束を極力与えず起磁力を安定させ、起磁力の小さい一つの駆動コイルで安価で品質安定性のある操作装置とする。【解決手段】可動する永久磁石の磁極面に突出部のある第一の可動鉄心、他方にも同様の第二の可動鉄心を設け、第一、二の可動鉄心と永久磁石を一体で往復運動させる。第一の固定鉄心部を第一の可動鉄心に対向させ、第二の固定鉄心部を第二の可動鉄心の突出部に同方向に対向させ、第三の固定鉄心部を第一の可動鉄心の突出部に逆方向に対向させる。開閉装置の接触位置でそれぞれの間隙と磁気磁路の断面積との比率の合計を、永久磁石の厚みと磁極面積との比率にほぼ等しくする。閉路時の永久磁石の磁気回路に飽和磁束密度を超える狭小部を設ける。【選択図】図１
2012150899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動コイルと永久磁石とを有する操作装置であって、上記操作装置は、第一の固定鉄心部と第二の固定鉄心部と第三の固定鉄心部からなる固定鉄心を有し、それぞれの固定鉄心部が磁気的に連結されたものであり、上記永久磁石の一方の磁極面に、上記永久磁石の磁極面より突出した突出部を有する第一の可動鉄心と、上記永久磁石の他方の磁極面に、上記永久磁石の磁極面より突出した突出部を有する第二の可動鉄心を有しており、上記第一の固定鉄心部が上記第一の可動鉄心に対向して、上記第二の固定鉄心部が上記対向方向と同方向に上記第二の可動鉄心の突出部に対向して、上記第三の固定鉄心部が上記対向方向と逆方向に第一の可動鉄心の突出部に対向して配置され、開閉装置の上記駆動対象体と連結した駆動軸と上記第一の可動鉄心と上記第二の可動鉄心と上記永久磁石を機械的に一体としたことを特徴とする開閉装置の操作装置。
【請求項２】
上記永久磁石から、上記第一の可動鉄心、上記第一の可動鉄心と上記第一の固定鉄心部との第一の間隙、上記第一の固定鉄心部、上記第二の固定鉄心部、上記第二の固定鉄心部と上記第二の可動鉄心の突出部の第二の間隙、上記第二の可動鉄心、上記永久磁石までの磁気回路における上記永久磁石による磁束により、上記第一の間隙における吸引力と、上記第二の間隙における吸引力で、開閉装置の上記駆動対象体の動作に必要な上記永久磁石の吸引力を得る請求項１の操作装置において、上記開閉装置の可動接触子と固定接触子の接触位置で、上記第一の間隙と上記第一の間隙における磁気磁路の断面積との比率と、上記第二の間隙と上記第二の間隙における磁気磁路の断面積との比率の合計を、上記永久磁石の磁極間の厚みと上記永久磁石の磁極面積との比率にほぼ等しくしたことを特徴とする開閉装置の操作装置。
【請求項３】
上記永久磁石から、上記第一の可動鉄心、上記第一の可動鉄心と上記第一の固定鉄心部との第一の間隙、上記第一の固定鉄心部、上記第二の固定鉄心部、上記第二の固定鉄心部と上記第二の可動鉄心の突出部の第二の間隙、上記第二の可動鉄心、上記永久磁石までの磁気回路における上記永久磁石による磁束により、上記第一の間隙における吸引力と、上記第二の間隙における吸引力で、開閉装置の上記駆動対象体の動作に必要な上記永久磁石の吸引力を得る請求項１の操作装置において、上記磁気回路の上記固定鉄心、又は上記第一の可動鉄心、又は上記第二の可動鉄心の一部に、上記開閉装置の閉路位置にて飽和磁束密度を超える狭小部を設けたことを特徴とする開閉装置の操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開閉装置の磁気による操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
開閉装置の磁気による操作装置は、一つの可動鉄心がヨーク内で往復駆動され、この可動鉄心に連結された開閉装置の可動接触子を開閉している。可動接触子の開路位置又は閉路位置を維持するために、磁性体の可動鉄心を永久磁石の磁束によって開路側又は閉路側の固定鉄心に吸引保持する。真空遮断器のような開閉装置では、閉路位置にて可動・固定接触子間の安定した通電能力が必要なため、可動・固定接触子の接触中に接触荷重が作用するように、可動接触子に連結された接圧ばね装置が設けられ、永久磁石によりこの接圧ばね装置のばね荷重に抗して吸引されて閉路位置が保持される。
【０００３】
開路操作時は、開路方向の上記ばね荷重に加えて、操作装置の開路用駆動コイルによって開路方向に吸引力を作用させるとともに、永久磁石による磁束に逆の磁束を与えて永久磁石の閉路方向の吸引力を減じる。
【０００４】
開路位置で開路状態を保持する保持力は上記ばね荷重などが作用しないため、永久磁石の吸引力は可動・固定接触子の接触時の吸引力に比べて小さくてよい。そのため、従来は開路状態における永久磁石による磁気回路内に空隙や非磁性材料介在による磁気的空隙を設けて吸引力を調整している。
【０００５】
閉路操作時は、操作装置の閉路用駆動コイルによって閉路方向に吸引力を作用させるとともに、永久磁石による磁束に逆の磁束を与えて永久磁石の開路方向の吸引力を減じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許４５１５９７６号。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の開閉装置の磁気操作装置は、以上のように構成され、永久磁石による磁気回路内に空隙や非磁性材料介在による磁気的空隙を設けて吸引力を調整するなどの改善はなされる。しかし、閉路位置での衝突による機械的な跳ね返りや、手動操作におけるゆっくり操作などを念頭におくと、可動・固定接触子の接触中において、常に永久磁石の吸引力が上記接圧ばね装置のばね荷重を上回って確実に閉路する必要があるが、従来の開閉装置では、このような開閉装置の機能に沿った永久磁石の極小化は考慮されていない。  
【０００８】
開路途中でも閉路途中でも、動作につれて、永久磁石の磁気回路の磁気抵抗が大きくなり、駆動コイルの磁束が内部磁気抵抗の小さい永久磁石自体に逆磁束として流れるようになるため、永久磁石の起磁力の劣化が心配される。特に、永久磁石を薄くして内部磁気抵抗を小さく設計するほど、永久磁石自体に大きな逆磁束が流れてしまう。
【０００９】
開路状態では可動鉄心と閉路側の固定鉄心との空隙が大きく、可動鉄心と開路側の固定鉄心にも磁気的空隙などが介在し、可動鉄心を閉路側に吸引する閉路用駆動コイルの磁気回路の磁気抵抗が大きいため、閉路操作時に大きな操作力を得るには、大きな起磁力の閉路用駆動コイルが必要である。
【００１０】
開路操作時は、開路用駆動コイルの磁気回路の磁気抵抗が同様に大きいため、大きな操作力を得るには、大きな起磁力の開路用駆動コイルが必要である。
【００１１】
従来の操作装置は、駆動コイルの通電、励磁方向を切り替えて、開路用、又は閉路用の一つの駆動コイルで開閉動作させることは、一方の操作には有効な磁気回路を構成できても、他方の操作では、駆動コイルの磁束が、内部磁気抵抗の小さい永久磁石自体へ逆磁束として流れて永久磁石の吸引力は減じるが、磁気抵抗が大きい操作側へはあまり流れず、動作に足りる駆動コイルの吸引力を得ることが困難であった。
【００１２】
開閉装置の機能を考慮して永久磁石の質量を極小化し、永久磁石自体に与えられる逆磁束を極力少なくして起磁力の安定化を図り、閉路用駆動コイルの起磁力を極力小さくした安価な操作装置が要請される。駆動コイルは一つだけにして、より安価とすることが望まれる。本発明は、このような要請に応えるためになされたもので、永久磁石の質量を極小化し、操作時には永久磁石に逆磁束を極力与えないで永久磁石の起磁力を安定させ、開路用と閉路用とを兼用した起磁力の小さい一つの駆動コイルで構成できる安価で品質安定性のある操作装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る操作装置においては、二つの可動鉄心と永久磁石が往復運動する構造であるので、永久磁石を固定した従来例と異なった構造によって課題を解決している。
【００１４】
本発明に係る操作装置の構造は、以下のとおりである。永久磁石の一方の磁極面に突出部を有する第一の可動鉄心を設け、他方の磁極面に突出部を有する第二の可動鉄心を設ける。開閉装置の可動接触子などの駆動対象体と機械的に連結した往復運動する駆動軸と、第一の可動鉄心、第二の可動鉄心、上記永久磁石を一体とする。
【００１５】
それぞれが磁気的に連結された第一の固定鉄心部と第二の固定鉄心部と第三の固定鉄心部からなる固定鉄心とし、駆動コイルを第一の固定鉄心部、又は第三の固定鉄心部の外周側に配置する。第一の固定鉄心部を第一の可動鉄心に対向させ、第二の固定鉄心部を上記対向方向と同方向に第二の可動鉄心の突出部に対向させ、第三の固定鉄心部を上記対向方向と逆方向に第一の可動鉄心の突出部に対向させる。
【００１６】
開路用と閉路用とを兼用した一つの駆動コイルとし、閉路操作時には、開路用に使用した駆動コイルに逆に電流を流して逆に励磁する。
【００１７】
本発明では、開閉装置の機能として従来考慮されていなかった、可動・固定接触子の接触時において、上記接圧ばね装置のばね荷重を上回る永久磁石の吸引力を与えることに鑑み、この時の永久磁石の吸引力の簡易計算式を数学的に微分することによって、吸引力を極小の永久磁石の質量で得られる条件を導き出した。可動・固定接触子の接触時に、永久磁石の磁気回路に可動鉄心、固定鉄心からなる間隙を直列に二か所設け、それぞれの間隙と間隙を通過する磁気磁路の断面積、永久磁石厚さと磁極面積の関係を最適化する。
【００１８】
すなわち、第一の可動鉄心と第一の固定鉄心部との第一の間隙と、第二の固定鉄心部と第二の可動鉄心突出部の第二の間隙をほぼ等しくし、第一の間隙とその間隙を通過する磁気磁路の断面積との比率と、第二の間隙とその間隙を通過する磁気磁路の断面積との比率の合計を、永久磁石の厚みと磁極面積との比率にほぼ等しくする。
【００１９】
また、閉路位置で永久磁石の過大な吸引力を小さくし、開路操作時に駆動コイルの起磁力が小さくても動作できるようにするため、固定鉄心、又は第一の可動鉄心、又は第二の可動鉄心の一部に狭小部を設ける。可動・固定接触子の接触時では狭小部の磁性体が飽和磁束密度を超えないようにし、閉路位置では狭小部の磁性体が飽和飽磁束密度を超えるようにする。閉路位置では狭小部の磁気抵抗が大きくなって永久磁石の閉路方向に働く吸引力が少なくなり、開路方向に働く接圧ばねの荷重に近づくので、小さい起磁力の駆動コイルで開路動作ができる。永久磁石への駆動コイルの逆励磁磁束も少なくなる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明に係る操作装置においては、閉路操作時には、開路用に使用した駆動コイルに逆に電流を流して逆に励磁することによって、駆動コイルの起磁力により閉路方向に吸引力が得られ、開路用と閉路用とを兼用した一つの駆動コイルで操作装置が構成できる。また、操作時に駆動コイルの磁束が永久磁石自体を極力逆励磁せず、永久磁石の起磁力の安定化が図れる。
【００２１】
第一の可動鉄心と第一の固定鉄心部との第一の間隙と、第二の固定鉄心部と第二の可動鉄心の突出部との第二の間隙をほぼ等しくし、第一の間隙と第一の間隙における磁気磁路の断面積との比率と、第二の間隙と第二の間隙における磁気磁路の断面積との比率の合計を、永久磁石の厚みと磁極面積との比率にほぼ等しくすることにより、可動・固定接触子接触時における吸引力を極小の永久磁石の体積・質量で得られる。
【００２２】
また、固定鉄心、又は第一の可動鉄心、又は第二の可動鉄心に狭小部を設けることによって、閉路位置では永久磁石による過大な吸引力を低下できるので、開路操作時には、駆動コイルからの少ない磁束で操作でき、駆動コイルの起磁力を小さくできる。
【００２３】
本発明は、以上のような構造としたことにより、永久磁石の質量を極小化でき、開路用と閉路用とを兼用した一つの駆動コイルで構成でき、駆動コイルの起磁力を小さくでき、操作時には永久磁石に駆動コイルによる逆磁束を極力与えないで永久磁石の起磁力を安定させることができるので、安価で、品質安定性のある操作装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による操作装置の枠体を切り欠いて内部構造を示した斜視図である。
【図２】本発明による図１の操作装置の断面図であり、右側は第一の可動鉄心の長手方向を中心に見た縦断面図、左側は第二の可動鉄心の長手方向を中心に見た縦断面図を示す。なお、切断面を示す平行斜線は引いていない。
【図３】本発明による図１の第一の可動鉄心、第二の可動鉄心、永久磁石、駆動軸などからなる操作装置の可動部の上面図を示す。
【図４ａ】図２と同様に見た操作装置の閉路位置の縦断面図を示す。
【図４ｂ】図２と同様に見た操作装置の開路位置の縦断面図を示す。
【図４ｃ】図２と同様に見た操作装置の可動・固定接触子の接触位置の縦断面図を示す。
【図５ａ】図４ａに対応した位置の磁束を示す模式図である。
【図５ｂ】図４ｂに対応した位置の磁束を示す模式図である。
【図５ｃ】図４ｃに対応した位置の磁束を示す模式図である。
【図６】駆動コイルを第三の固定鉄心部の外周側に配設した本発明による操作装置の他の例の図２と同様に見た縦断面図である。
【図７】第一の可動鉄心の長手方向と第二の可動鉄心の長手方向を同方向とした本発明による操作装置の他の例の縦断面図である。なお、切断面を示す平行斜線は引いていない。
【図８】図２と同様に示した応用例の操作装置の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１、図２、図３において、操作装置の可動部は、永久磁石１、永久磁石１の一方の磁極面に接触し、突出部２ａを有する磁性体の第一の可動鉄心２、永久磁石１の他方の磁極面に接触し、突出部３ａを有する磁性体の第二の可動鉄心３、ステンレスや銅合金などの非磁性の駆動軸４、第一の可動鉄心２に接触した非磁性体のストッパ８、駆動軸４とストッパ８を固定するロールピンなどの固定部材８ａ、第二の可動鉄心３に連接した皿ばね、ゴムなどのばね１０、ワッシャ９を介して操作装置の可動部を駆動軸４から抜け防止するロールピンなどの固定部材９ａ、開閉装置の駆動対象体と連結するロッドエンド１９などからなる。駆動軸４の図下方先端は、図示していない補助スイッチや開閉表示装置などが連結される。
【００２６】
なお、永久磁石１は複数個の永久磁石を並列配置しても効果は同じである。また、永久磁石１の形状は円板状、矩形板状など種々考えられる。ばね１０は永久磁石１のガタ付きを防止するとともに、開閉動作時の衝撃を緩和するものである。可動鉄心２、３は薄板を重ねて構成してもよい。また、永久磁石１の駆動軸４の貫通部に局所的な応力が加わって損傷しないように、駆動軸４にテープが巻かれている。閉路動作時に永久磁石に直接衝撃を与えないため、ストッパ８と第一の固定鉄心部５との接触位置では、第一の可動鉄心２とその突出部２ａが、第一の固定鉄心部５と第二の固定鉄心部６に接触しないように、この間に微小な隙間を設けている。
【００２７】
駆動コイル７が第一の固定鉄心部５の外周側に配置され、第一の固定鉄心部５は磁性体の端板１２にボルト等にて固定されている。駆動コイル７は、第一の固定鉄心部５と端板１２の間に挟み込んで固定しているが、過度な応力が与えられないように、図示していないゴムシート、皿ばね、波型ばね、板ばねなどの弾性部材を介している。第二の固定鉄心部６と第三の固定鉄心部１１は、継鉄である端板１２に固定されている。磁性体の端板１２は複数の薄板を重ねてもよく、継鉄として他の磁性体の構造体と兼用してもよい。端板１２と端板１４は枠体１３を挟んで、ねじ棒等で固定され、異物が内部に入らないように操作装置の可動鉄心、固定鉄心、永久磁石、駆動コイルなどの主要部を包囲している。枠体１３、端板１４は磁性体として外部の磁性体等の影響を防止しているが、非磁性とすることもできる。枠体１３や端板１４に寸法精度が要求されて高価となるが、磁性体の枠体１３、磁性体の端板１４に第二の固定鉄心部６と第三の固定鉄心部１１を固定することもできる。枠体１３を方形として、可動鉄心の突出部２ａ、３ａを方形の枠体１３の隅部に向けて配置して、枠体１３との距離をとって、その間の漏れ磁束の影響を低減している。軸受１５は駆動軸４をガイドするものであり、磁性体の微小異物が永久磁石１などの磁力により吸引されて軸受１５内に噛みこまないように非磁性としている。駆動軸４の一部を円形とし、微小異物が軸受１５内にさらに噛みこまないようにシール部材１５ａを設けている。異物が少ない場合等では、端板１４を軸受に兼用して軸受１５を無くしてもよく、シール部材１５ａも必要ない。
【００２８】
第一の固定鉄心部５が第一の可動鉄心２に対向し、第二の固定鉄心部６がこの対向方向と同方向に第二の可動鉄心２の突出部２ａに対向し、第三の固定鉄心部１１がこの対向方向と逆方向に第一の可動鉄心２の突出部２ａに対向して配設されている。
【００２９】
第一の可動鉄心２の突出部２ａが第二の固定鉄心部６と、第二の可動鉄心３の突出部３ａが第三の固定鉄心部１１と、往復運動時に機械的に干渉しないように、第一の可動鉄心２の突出部２ａと第二の可動鉄心３の突出部３ａの突出の方向をずらせている。本発明の例では、ほぼ直角に交差させている。図２では、可動鉄心２、３の突出部２ａ、３ａは両側の二か所に振り分けており、対向する第二の固定鉄心部６、第三の固定鉄心部１１も二か所に振り分けているが、往復運動時に機械的に干渉しなければ、分ける箇所数は何か所でもかまわず、一か所として分けないこともある。
【００３０】
図２に示すように、駆動軸４は図示していないリンク機構を介して接圧ばね装置１６、可動接触子１７に連結されている。接圧ばね装置１６には圧縮コイルばねからなる接圧ばね１６ａが設けられており、可動接触子１７の固定接触子１８への接触位置から閉路完了位置まで、接圧ばね１６ａの初荷重から終荷重まで大きなばね力が作用する。
【００３１】
図４ａの閉路位置では、永久磁石１の起磁力により、第一の可動鉄心２が第一の固定鉄心部５に吸引されるとともに、第二の可動鉄心の突出部３ａが第二の固定鉄心部６に吸引され、接圧ばね１６ａの終荷重に抗して閉路位置に吸引保持されている。図５ａに、永久磁石１による磁束の流れを実線太線の矢印の方向に示す。
【００３２】
図５ａに、開路操作時の駆動コイル７による磁束の流れを破線太線の矢印の方向に示す。駆動コイル７を励磁して、永久磁石１による磁束を相殺する方向に流して磁束を少なくし、第一の可動鉄心２と第一の固定鉄心部５の吸引力と、第二の可動鉄心の突出部３ａと第二の固定鉄心部６の閉路方向の吸引力を低下させる。第一の可動鉄心２の突出部２ａから第三の固定鉄心部１１への駆動コイル７からの磁束により、第一の可動鉄心の突出部２ａに開路方向の吸引力が働き、その吸引力と接圧ばねのばね荷重により開路動作する。
【００３３】
図４ｂの開路位置では、永久磁石１の起磁力により、第一の可動鉄心の突出部２ａが第三の固定鉄心部１１へ吸引され、開路位置に吸引保持されている。図５ｂに、永久磁石１による磁束の流れを実線太線の矢印の方向に示す。第二の可動鉄心の突出部３ａが第二の固定鉄心部６に永久磁石１の磁束により閉路方向に吸引されるが、第二の可動鉄心３の突出部３ａと第二の固定鉄心部６との距離が大きいので、その吸引力は小さい。端板１４から第二の可動鉄心３へも磁束が流れるが、その間の距離が大きいので、その開路方向の吸引力は小さい。
【００３４】
図５ｂに、閉路操作時の駆動コイル７による磁束の流れを破線太線の矢印の方向に示す。駆動コイル７を開路操作の逆方向に励磁して、永久磁石１による第一の可動鉄心の突出部２ａと第三の固定鉄心部１１に流れる磁束を相殺する方向に流して磁束を少なくし、その開路方向の吸引力を低下させるとともに、駆動コイル７の起磁力による磁束を第一の可動鉄心２から第一の固定鉄心部５へと流し、可動鉄心２が閉路方向に吸引されて閉路動作する。駆動コイル７による磁束は、閉路操作の最初から最後まで永久磁石１自体を消磁する方向には流れないため、永久磁石１自体を逆励磁して永久磁石１を劣化させない。
【００３５】
閉路操作において、第一の可動鉄心２と第一の固定鉄心部５の間隙の磁路の断面積が大きいほど磁気抵抗が小さくなり、駆動コイル７からの磁束も大きくなるので、駆動コイル７の起磁力を小さくできる。
【００３６】
開路位置において、端板１４と第二の可動鉄心３との間隙が大きいほど、その間の磁気抵抗が大きくなり、第一の可動鉄心の突出部２ａから第三の固定鉄心部１１へ流れる永久磁石１からの磁束が少なくなる。閉路操作において、永久磁石１から第一の可動鉄心の突出部２ａと第三の固定鉄心部１１へ流れる磁束が小さくなれば、それを相殺する方向に流す駆動コイル７からの磁束も小さくてよい。すなわち、駆動コイル７の起磁力を小さくできる。第一の可動鉄心の突出部２ａから第三の固定鉄心部１１へ流れる磁束が少なくなるが、その間の磁路の断面積を小さくすれば、永久磁石１による充分な開路保持力が得られる。したがって、端板１４と第二の可動鉄心３との間隙を大きくすることが望ましい。端板１４を非磁性体とすることも一つの方法であるが、端板１４の下方近傍に磁性体等を配置しない配慮が必要である。
【００３７】
通常の閉路動作では、開閉装置の可動接触子など駆動対象体の慣性力により、図４ｃの可動・固定接触子の接触位置に留まることはない。しかし、閉路動作における閉路位置での衝突と機械的反発により開路方向に逆戻りすることも考えられ、手動投入操作にてゆっくり閉路することも考えられるので、この位置で静止していても永久磁石１の磁束のみで完全閉路位置まで確実に動作させる必要がある。補助スイッチが切状態のため、駆動コイル７は通電されていないので、駆動コイル７による第一の可動鉄心２と第二の可動鉄心の突出部３ａの閉路方向への吸引力は期待できない。
【００３８】
図５ｃに、接触位置での永久磁石１による磁束の流れを実線太線の矢印の方向に示す。永久磁石１の起磁力により、第一の可動鉄心２から第一の固定鉄心部５へと磁束が流れ、その間が吸引されるとともに、第二の固定鉄心部６から第二の可動鉄心の突出部３ａへと磁束が流れ、その間が吸引される。接圧ばね１６ａの開路方向の初荷重以上の吸引力で閉路方向に吸引されなければならない。
【００３９】
図５ｃにおいて、永久磁石１の磁極面積をＡｍとし、その厚みをＬｍとする。第一の可動鉄心２と第一の固定鉄心部５との間隙をＬｗとし、その間隙Ｌｗで対向する磁路の断面積をＡ１する。第二の固定鉄心部６と第二の可動鉄心の突出部３ａとの間隙をＬｗとし、その間隙Ｌｗで対向する磁路の断面積をＡ２とする。第二の固定鉄心部６、第二の可動鉄心の突出部３ａの対向箇所が数か所に並列して分割されている場合はその合計の面積とする。本発明例では二か所に並列して分割されているので、二か所の合計の面積である。なお、第一の可動鉄心２と第一の固定鉄心５部との間隙と、第二の固定鉄心部６と第二の可動鉄心の突出部３ａとの間隙は、吸引力を最大とするため、ほぼ同一とするのが一般的である。
【００４０】
鉄心の飽和、漏れ磁束を無視し、鉄心の磁界を零と近似する。永久磁石１の透磁率を空隙の透磁率と等しくμ０とする。永久磁石１の残留磁束密度をＢｒとする。永久磁石１の起磁力Ｖｍは、Ｌｍ・Ｂｒ／μ０となる。永久磁石１の内部磁気抵抗Ｒｍは、Ｌｍ／（μ０・Ａｍ）となり、第一の可動鉄心２と第一の固定鉄心部５との間隙の磁気抵抗Ｒ１は、Ｌｗ ／（μ０・Ａ１）、第二の固定鉄心部６と第二の可動鉄心の突出部３ａとの間隙の磁気抵抗Ｒ２は、Ｌｗ ／（μ０・Ａ２）となる。この時の磁束φは次のようになる。
【数１】
2012150899.tif 000003
【００４１】
永久磁石１の吸引力Ｆは、次式の数２のようになり、Ｆを（Ｌｗ ／Ａ１＋Ｌｗ ／Ａ２）で微分して零とおくと、Ｆが極大となる数３の条件式が求まる。
【数２】
2012150899.tif 000004
【数３】
2012150899.tif 000005
【００４２】
この条件に設定すると、吸引力Ｆは次のようになる。
【数４】
2012150899.tif 000006
【００４３】
すなわち、Ｌｗ ／Ａ１＋Ｌｗ ／Ａ２＝Ｌｍ／Ａｍとなるように設計すると、吸引力Ｆが最大となり、Ｌｗの間隙の時の吸引力Ｆは、永久磁石１の残留磁束密度Ｂｒと体積Ｌｍ・Ａｍ、すなわち質量で決まることになる。
【００４４】
前述のように、第一の可動鉄心２と第一の固定鉄心部５の間隙の磁路の断面積Ａ１が大きいほど、閉路操作時に駆動コイル６の起磁力を小さくできる。図５ｃの位置で、磁路の断面積Ａ２を極力小さくし、Ａ１を大きくすることが望ましい。
【００４５】
完全閉路位置まで閉路すると、永久磁石１による磁束が可動・固定接触子の接触位置の二倍になり、吸引力が四倍になる。その磁気磁路の固定鉄心、又は第一の可動鉄心２、又は第二の可動鉄心３に、閉路位置でその材料の飽和磁束密度を超える狭小部を設け、狭小部の長さを調整すると、閉路位置の永久磁石１による磁束を少なくできる。閉路位置で過大な永久磁石１の吸引力にならないよう、閉路位置の接圧ばね１６ａの終荷重に抗する必要最小限の永久磁石１の吸引力にして、閉路保持力を確保できる。開路操作時には、駆動コイルからの少ない磁束で操作でき、駆動コイルの起磁力を小さくできるだけでなく、永久磁石への逆励磁磁束が少なくなり、永久磁石１自体の劣化に対し影響も与え難い。
【００４６】
図１に示すように、第二の固定鉄心部６に狭小部６ａを設け、接触位置では飽和磁束密度を超えないが、閉路位置では狭小部６ａで飽和磁束密度を超えるようにし、この部分の磁気抵抗を大きくして永久磁石１の吸引力を低下させ、開路操作での駆動コイル７から永久磁石１への逆励磁磁束を少なくしている。
【００４７】
図６に本発明による他の例を示す。駆動コイル７が、図１のように第一の固定鉄心部の外周側ではなく、第三の固定鉄心部の外周側に配設されている。永久磁石１の磁束による吸引、駆動コイル７の磁束による吸引と永久磁石１の吸引力の低減の原理は同様で、目的、手段、効果は同じである。開路操作時には、駆動コイル７により、突出部３ａの閉路方向の永久磁石１による吸引力は低下できないが、第一の可動鉄心部２の永久磁石１による閉路方向の吸引力が小さくなり、突出部２ａの開路方向の吸引力と接圧ばね１６ａの荷重により開路動作する。閉路位置では駆動コイル７による磁束が永久磁石１自体には流れない。閉路操作時には、駆動コイル７により、永久磁石１による突出部２ａの開路方向の吸引力が小さくなり、第一の可動鉄心部２に閉路方向の吸引力が作用して閉路動作する。なお、閉路操作時には、駆動コイル７による磁束は、第一の可動鉄心２、永久磁石１、第二の可動鉄心３、第二の固定鉄心部６を介した磁気回路にも流れ、永久磁石１を少し逆励磁する。
【００４８】
また、図７のように、第一の可動鉄心２の突出部２ａと第二の可動鉄心３の突出部３ａとの距離を大きくし、その間に第二の固定鉄心部６と第三の固定鉄心部１１を設けて、第一の可動鉄心２の突出部２ａが第二の固定鉄心部６と、第二の可動鉄心３の突出部３ａが第三の固定鉄心部１１と、往復運動時に機械的に干渉しないようにしている。また、第二の固定鉄心部６と第三の固定鉄心部１１を表裏に一体化している。構造は少し異なるが、動作原理、目的、手段、効果は図１と同じである。
【００４９】
以上のように、この発明に係る操作装置においては、永久磁石の一方の磁極面に突出部を有する第一の可動鉄心を設け、他方の磁極面に突出部を有する第二の可動鉄心を設けた。開閉装置の可動接触子などの駆動対象体と機械的に連結した駆動軸と、第一の可動鉄心、第二の可動鉄心、上記永久磁石を一体とした。第一の固定鉄心部を第一の可動鉄心に対向させ、第二の固定鉄心部をその対向方向と同方向に第二の可動鉄心の突出部に対向させ、第三の固定鉄心部をその対向方向と逆方向に第一の可動鉄心の突出部に対向させた構造にすることによって、開路用に使用した駆動コイルを逆に励磁することにより閉路操作ができ、駆動コイルを一つとできる。
【００５０】
第一の可動鉄心と第一の固定鉄心部との第一の間隙と、第二の固定鉄心部と第二の可動鉄心の突出部の第二の間隙をほぼ等しくし、第一の間隙と第一の間隙における磁気磁路の断面積との比率と、第二の間隙と第二の間隙における磁気磁路の断面積との比率の合計を、永久磁石の厚みと磁極面積との比率にほぼ等しくすることによって、可動・固定接触子の接触時に必要な永久磁石の吸引力を、極小の永久磁石の体積・質量で得られる。
【００５１】
また、固定鉄心、又は第一の可動鉄心、又は第二の可動鉄心に狭小部を設けることによって、閉路位置の永久磁石による過大な吸引力を低下できるので、開路操作時の駆動コイルの起磁力を小さくでき、永久磁石への逆励磁磁束も少なくできる。
【００５２】
また、操作装置の主要部を方形で磁性体の枠体内に収容することによって、スペースを有効に活用するとともに、異物や外部磁性体の影響を排除して品質安定性を高める方策も示した。
【００５３】
なお、本発明の応用例を図８に示す。図４ａ、図４ｃ、図５ａ、図５ｃに示した閉路位置、接触位置の原理をそのままに、開路位置にて第三の固定鉄心部１１を第二の固定鉄心部６に相当するものとし、周囲に閉路用駆動コイル２０を有する第四の固定鉄心部２１を設け、第二の可動鉄心と対向するようにすれば、そのまま開路位置でも閉路位置と同様の機能が得られる。開路、閉路の距離が大きい場合、すなわち可動鉄心の往復距離が大きい場合には、開路操作では第一の可動鉄心の突起部２ａと第三の固定鉄心部１１との吸引力が小さいので、開路のための操作力は十分得られないが、第一の可動鉄心２と第一の固定鉄心部５と、第二の固定鉄心部６と第二の可動鉄心の突出部３ａとの永久磁石１による吸引力を駆動コイル７により低下させれば、接圧ばねの荷重によるエネルギが主として与えられて開路できる。同様に、閉路位置でも、接圧ばね１６ａに相当するばね２２を設けて、閉路用駆動コイル２０により永久磁石１の開路方向の吸引力を低下させれば、接圧ばねに相当するばね２２の荷重にて、閉路操作でき、駆動体の慣性力にて閉路近くまで動作し、永久磁石１の閉路方向の吸引力にて閉路動作する。開路用駆動コイル７と閉路用駆動コイル２０の２つのコイルが必要で、開路位置にて接圧ばねに相当するばね２２が必要となるが、開路、閉路の距離が大きい場合でも、接圧ばね１６ａ又は接圧ばねに相当するばね２２が主として作用することにより、動作途中は駆動体の慣性力で開閉動作し、開路位置と閉路位置近くになると永久磁石１の吸引力により完全な開路位置、閉路位置まで吸引され、開路位置と閉路位置の保持力を得ることができる。
【００５４】
例えば、断路器などのように閉路位置で開路方向に作用する接圧ばねを有しないものでも、接圧ばねに相当するばねを付設し、開路位置でも接圧ばねに相当するばねを付設すれば、動作途中は可動接触子の通電のための接触摩擦などの負荷は小さくできるので、接圧ばねに相当するばねにより動作した駆動体の慣性力で動作でき、開路位置と閉路位置では永久磁石の吸引力により保持力を得られる。本発明を応用すれば、開路、閉路の操作に、開路用駆動コイルと閉路用駆動コイルの二つの駆動コイルが必要となるものの、二つの小さな起磁力の駆動コイルと、一つの質量の小さな起磁力の永久磁石で操作でき、安価な断路器の操作装置を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の開閉装置の操作装置は、電力用の開閉装置の開閉に用いる例を示したが、開閉装置の接圧ばねに相当するばねがあれば、又は付設すれば、他の機器の操作に広く適用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１    永久磁石  
２    第一の可動鉄心  
２ａ  第一の可動鉄心の突出部
３    第二の可動鉄心  
３ａ  第二の可動鉄心の突出部  
４    駆動軸  
５    第一の固定鉄心部  
６    第二の固定鉄心部  
６ａ  狭小部
７    駆動コイル  
１１  第三の固定鉄心部
１６  接圧ばね装置  
１７  可動接触子  
１８  固定接触子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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