JP2006147212A - 切換開閉装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 確実に切換ができるとともに、2組の開閉接点がともに開となる状態を実現できる切換開閉装置及び開閉速度を高速にできる切換開閉装置を得る。
【解決手段】 真空スイッチ2、4及び駆動装置5の駆動軸51を直線状に配設し、駆動コイル装置60により駆動軸51を左右に直線駆動するとともに、磁石装置80の永久磁石82〜85の磁力により、固定ヨーク81の左方あるいは右方の内壁に可動ヨーク86が当接して真空スイッチ2及び4の内の一方が閉路し他方が開路した状態と、可動ヨーク86が固定ヨーク81の左右いずれの内壁にも当接していなくて両真空スイッチ2,4がともに開路した状態と、の三つの状態を実現できるようにした。また、一つの駆動装置5で二つの真空スイッチ2,4を開閉状態が互いに逆になるように駆動するので、両真空スイッチ2,4が同時に閉路するおそれがなく、確実に切換ができる。
【選択図】 図1
【解決手段】 真空スイッチ2、4及び駆動装置5の駆動軸51を直線状に配設し、駆動コイル装置60により駆動軸51を左右に直線駆動するとともに、磁石装置80の永久磁石82〜85の磁力により、固定ヨーク81の左方あるいは右方の内壁に可動ヨーク86が当接して真空スイッチ2及び4の内の一方が閉路し他方が開路した状態と、可動ヨーク86が固定ヨーク81の左右いずれの内壁にも当接していなくて両真空スイッチ2,4がともに開路した状態と、の三つの状態を実現できるようにした。また、一つの駆動装置5で二つの真空スイッチ2,4を開閉状態が互いに逆になるように駆動するので、両真空スイッチ2,4が同時に閉路するおそれがなく、確実に切換ができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、例えば複数の電源や負荷を切り換える切換開閉装置に関する。
従来の切換開閉装置は、2台の開閉器を用いて互いに開閉を逆動作させるものや、一つの駆動装置で2組の開閉接点の開閉を互いに逆動作させるものがあった。そして、開閉接点が摩耗した場合にも開閉接点の接触圧力を確保するために可動接点を含む可動部分側に皿ばねが設けられていた(例えば、特許文献1参照)。
このような2台の開閉器を用いる切換開閉装置にあっては、各開閉器の駆動制御が複雑になりまた2台が同時に閉状態になるおそれがあった。また、一つの駆動装置で開閉逆操作を行うものにおいては、2組の開閉接点をともに開状態にする中間状態を作れなかったなどの問題点があった。また、可動部分側にばねを設けているために、可動部分の質量が増加し、動作速度が制限され開閉動作を高速にできないという問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、確実に切換ができるとともに、2組の開閉接点がともに開となる状態を実現できる切換開閉装置を得ることを目的とする。さらに、開閉速度を高速にできる切換開閉装置を得ることを目的とする。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、確実に切換ができるとともに、2組の開閉接点がともに開となる状態を実現できる切換開閉装置を得ることを目的とする。さらに、開閉速度を高速にできる切換開閉装置を得ることを目的とする。
この発明に係る切換開閉装置は、
第一及び第二の開閉器並びに駆動装置を有するものであって、
第一の開閉器は、対向配置された第一及び第二の接点を有し、
第二の開閉器は、対向配置された第三及び第四の接点を有し、
駆動装置は、駆動軸と三位置停止装置と電磁駆動装置とを有し、駆動軸と三位置停止装置と電磁駆動装置とが連結され駆動軸が電磁駆動装置により駆動され所定方向に直線移動するとともに三位置停止装置により第一と第二の位置及び第一と第二の位置の間の第三の位置において安定して停止しうるようにされ、
駆動軸により第一及び第三の接点を所定方向に駆動することにより第一の位置において第一の開閉器を閉路するとともに第二の開閉器を開路し、所定方向と逆方向に駆動することにより第二の位置において第一の開閉器を開路するとともに第二の開閉器を閉路し、かつ第三の位置において第一及び第二の開閉器をともに開路するものである。
第一及び第二の開閉器並びに駆動装置を有するものであって、
第一の開閉器は、対向配置された第一及び第二の接点を有し、
第二の開閉器は、対向配置された第三及び第四の接点を有し、
駆動装置は、駆動軸と三位置停止装置と電磁駆動装置とを有し、駆動軸と三位置停止装置と電磁駆動装置とが連結され駆動軸が電磁駆動装置により駆動され所定方向に直線移動するとともに三位置停止装置により第一と第二の位置及び第一と第二の位置の間の第三の位置において安定して停止しうるようにされ、
駆動軸により第一及び第三の接点を所定方向に駆動することにより第一の位置において第一の開閉器を閉路するとともに第二の開閉器を開路し、所定方向と逆方向に駆動することにより第二の位置において第一の開閉器を開路するとともに第二の開閉器を閉路し、かつ第三の位置において第一及び第二の開閉器をともに開路するものである。
この発明に係る切換開閉装置においては、
第一及び第二の開閉器並びに駆動装置を有するものであって、
第一の開閉器は、対向配置された第一及び第二の接点を有し、
第二の開閉器は、対向配置された第三及び第四の接点を有し、
駆動装置は、駆動軸と三位置停止装置と電磁駆動装置とを有し、駆動軸と三位置停止装置と電磁駆動装置とが連結され駆動軸が電磁駆動装置により駆動され所定方向に直線移動するとともに三位置停止装置により第一と第二の位置及び第一と第二の位置の間の第三の位置において安定して停止しうるようにされ、
駆動軸により第一及び第三の接点を所定方向に駆動することにより第一の位置において第一の開閉器を閉路するとともに第二の開閉器を開路し、所定方向と逆方向に駆動することにより第二の位置において第一の開閉器を開路するとともに第二の開閉器を閉路し、かつ第三の位置において第一及び第二の開閉器をともに開路するものであるので、
第一及び第二の開閉器が同時に閉路するおそれがなく、確実に切換ができるとともに、第一及び第二のの開閉接点がともに開となる状態を実現することができる。
第一及び第二の開閉器並びに駆動装置を有するものであって、
第一の開閉器は、対向配置された第一及び第二の接点を有し、
第二の開閉器は、対向配置された第三及び第四の接点を有し、
駆動装置は、駆動軸と三位置停止装置と電磁駆動装置とを有し、駆動軸と三位置停止装置と電磁駆動装置とが連結され駆動軸が電磁駆動装置により駆動され所定方向に直線移動するとともに三位置停止装置により第一と第二の位置及び第一と第二の位置の間の第三の位置において安定して停止しうるようにされ、
駆動軸により第一及び第三の接点を所定方向に駆動することにより第一の位置において第一の開閉器を閉路するとともに第二の開閉器を開路し、所定方向と逆方向に駆動することにより第二の位置において第一の開閉器を開路するとともに第二の開閉器を閉路し、かつ第三の位置において第一及び第二の開閉器をともに開路するものであるので、
第一及び第二の開閉器が同時に閉路するおそれがなく、確実に切換ができるとともに、第一及び第二のの開閉接点がともに開となる状態を実現することができる。
実施の形態1.
図1〜図4は、この発明を実施するための実施の形態1を示すものであり、図1は切換開閉装置の構成を示す断面図、図2〜図4は動作を説明するための説明図である。図1において、切換開閉装置は、第一の真空スイッチ2、第二の真空スイッチ4、駆動装置5、第一の端子板11、第一の摺動集電部12、第一の皿ばね13、第二の端子板16、第二の摺動集電部17、第二の皿ばね18を有する。第一の開閉器である第一の真空スイッチ2は、セラミック筒21の図1における左方の端部に気密に固着された金属円板22を気密に貫通して固定電極23が設けられ、固定電極23の右方の端部に固定接点24が固着されている。セラミック筒21の右方の端部に気密に固着された側板26に設けられた図示しないベローズを気密に貫通して可動電極27が設けられている。可動電極27の左方の端部には、可動接点28が固着されている。固定電極23、固定接点24、可動電極27、可動接点28はセラミック筒21の中心軸A上にあり、固定接点24と可動接点28が対向配置されている。可動電極27には接続板29が固着されている。
図1〜図4は、この発明を実施するための実施の形態1を示すものであり、図1は切換開閉装置の構成を示す断面図、図2〜図4は動作を説明するための説明図である。図1において、切換開閉装置は、第一の真空スイッチ2、第二の真空スイッチ4、駆動装置5、第一の端子板11、第一の摺動集電部12、第一の皿ばね13、第二の端子板16、第二の摺動集電部17、第二の皿ばね18を有する。第一の開閉器である第一の真空スイッチ2は、セラミック筒21の図1における左方の端部に気密に固着された金属円板22を気密に貫通して固定電極23が設けられ、固定電極23の右方の端部に固定接点24が固着されている。セラミック筒21の右方の端部に気密に固着された側板26に設けられた図示しないベローズを気密に貫通して可動電極27が設けられている。可動電極27の左方の端部には、可動接点28が固着されている。固定電極23、固定接点24、可動電極27、可動接点28はセラミック筒21の中心軸A上にあり、固定接点24と可動接点28が対向配置されている。可動電極27には接続板29が固着されている。
第一の真空スイッチ2は以上のように構成され、固定接点24及び可動接点28が、固定接点24がセラミック筒21、金属円板22、側板26にて形成される真空容器20に収容されている。固定接点24は、図示しない支持架台に固定された第一の端子板11に固定電極23、第一の摺動集電部12を介して電気的に接続されている。第一の皿ばね13が、固定電極23に挿通されるとともに金属円板22と第一の端子板11との間にあるようにして介挿され、固定電極23すなわち第一の真空スイッチ2が図1の右方から中心軸A方向の所定の力を受けたとき、第一の皿ばね13が弾性変形して、第一の真空スイッチ2が左方へ所定の距離(例えば1〜2mm)移動しうるようにされている。そして、第一の皿ばね13は固定接点24及び可動接点28が消耗した時も両者の接触圧力を確保するためのワイプ手段として機能する。
第二の開閉器である第二の真空スイッチ4は、セラミック筒41の右方の端部に気密に固着された金属円板42を貫通して固定電極43が設けられ、固定電極43の左方の端部に固定接点44が固着されている。セラミック筒41の左方の端部に固着された側板46を貫通して可動電極47が設けられている。可動電極47の右方の端部には、可動接点48が固着されている。固定電極43、固定接点44、可動電極47、可動接点48はセラミック筒41の中心軸B上にあり、固定接点44と可動接点48が対向配置されている。可動電極47には接続板49が固着されている。第二の真空スイッチ4は以上のように構成され、固定接点44及び可動接点48が、固定接点44がセラミック筒41、金属円板42、側板46にて形成される真空容器40に収容されている。
固定接点44は、図示しない支持架台に固定された第二の端子板16に固定電極43、第二の摺動集電部17を介して電気的に接続されている。第二の皿ばね18が、固定電極43に挿通されるとともに金属円板42と第二の端子板16との間にあるようにして介挿され、固定電極43すなわち第二の真空スイッチ4が図1の左方から中心軸B方向の所定の力を受けたとき、第二の皿ばね18が弾性変形して、第二の真空スイッチ4が右方へ所定の距離(例えば1〜2mm)移動しうるようにされている。そして、第二の皿ばね18は固定接点44及び可動接点48が消耗した時も両者の接触圧力を確保するためのワイプ手段として機能する。なお、この実施の形態においては、第一の真空スイッチ2と第二の真空スイッチ4とはほぼ直線上にあるように、すなわち中心軸Aと中心軸Bとが同じ軸線D(詳細後述)上にあるように配設されている。
駆動装置5は、駆動軸51と絶縁部材53と絶縁部材54と電磁駆動装置としての駆動コイル装置60と三位置停止装置としての磁石装置80を有する。この実施の形態においては、駆動軸51と第一の真空スイッチ2と第二の真空スイッチ4とはほぼ直線上にあるように、すなわち駆動軸51の中心軸Cと中心軸Aと中心軸Bとが同じ軸線D上にあるように配設されている。駆動軸51は、図1における左右の端部に設けられた絶縁部材53及び絶縁部材54を介して第一の真空スイッチ2の可動電極27及び第二の真空スイッチ4の可動電極47に連結されている。駆動コイル装置60は、渦電流反発体及び主反発導体としての第一の反発銅板61、渦電流反発体及び副反発導体としての第二の反発銅板62及び第三の反発銅板63、電磁コイル装置としての第一の反発コイル67及び第二の反発コイル68を有する。
第一の反発銅板61、第二の反発銅板62、第三の反発銅板63は円板状の形状をしており、第二の反発銅板62と第三の反発銅板63の径は同じにされ、第一の反発銅板61の径は第二の反発銅板62及び第三の反発銅板63の径よりも所定寸法大きくされ、図1に示すように軸線D方向に所定の間隔を設けて駆動軸51に固定されている。第一の反発コイル67及び第二の反発コイル68は、断面矩形の中空円環状の形状を有し、第一の反発銅板61とほぼ同じ外径であり、その中空部の内径は第二の反発銅板62、第三の反発銅板63の外径より若干の大きくされ、中空部を第二の反発銅板62及び第三の反発銅板63が通過可能である。なお、第一の反発コイル67及び第二の反発コイル68は図示しない支持架台に軸線D方向に所定の間隔を有するようにして第一の反発銅板61が間にあるようにして固定されている。
磁石装置80は、固定ヨーク81、永久磁石82、永久磁石83、永久磁石84、永久磁石85、可動ヨーク87を有する。図示しない支持架台に固定された固定ヨーク81は、図1における紙面に垂直な方向の2つの面が開放された中空の直方体であり、電磁鋼板を積層して形成され、D軸方向の左右両側面部を駆動軸51が若干の隙間を有する状態で貫通している。固定ヨーク81は、実際は軸線D方向に二つに分割されており、図1における紙面に垂直な方向から見てコ状の二つの部材が軸線D方向に所定のエアギャップ86を設けて対向配置されている。永久磁石82ないし永久磁石85は、フェライトで形成された断面矩形の棒状のもので、永久磁石82と永久磁石84と及び永久磁石83と永久磁石85とは軸線D方向に方向にそれぞれ所定の間隔をおいて固定ヨーク81に密着させて、図1に示す通り固定ヨーク81の内周部の4個所に固着されている。
可動ヨーク87は、軸線D方向に所定の間隔(上述の永久磁石82と永久磁石84との間隔と同じ間隔である)をおいて上下におのおの第一の突設部87a、第二の突設部87bが設けられた矩形ブロック状のものであり、電磁鋼板を積層して製作されている。可動ヨーク87は、駆動軸51に締まり嵌め状態で装着され固定されている。なお、可動ヨーク87(第一の突設部87a,第二の突設部87b)と、永久磁石82ないし永久磁石85との間の図1における上下方向すなわち軸線Dと直交する方向のエアギャップ88は軸線Dの方向に設けられた上記エアギャップ86より小さくされている。
切換開閉装置は、以上のように構成され、第一の端子板11及び第二の端子板16が図示しない第一及び第二の電源にそれぞれ接続され、接続板29及び接続板49が共通に接続されて負荷に接続されている。このように構成された切換開閉装置により、負荷に第一電源からあるいは第二の電源から電力を供給するように切換が可能であるとともに、どちらの電源からも電力を供給しない状態とすることができる。以下、その動作について説明する。
図1は、第一の真空スイッチ2が開、第二の真空スイッチ4が閉の状態であり、第二の電源に、第二の端子板16、固定電極43、可動電極47、接続板49を介して負荷が接続されている。接続板29は第一の電源からは切り離されている。このとき、第一の反発銅板61の右側面が第二の反発コイル68に近接し、永久磁石84,85が可動ヨーク87の第一の突設部87aと軸線Dと直交する方向にエアギャップ88を設けて対向した位置にある。そして、永久磁石84による磁束が図2の磁束Φ1のように固定ヨーク81、可動ヨーク87を通過しており、この磁束Φ1による磁力及び永久磁石85による上記磁束Φ1と同様の磁束による磁力にて可動ヨーク87が駆動軸51及び可動電極47を介して図2及び図1における可動接点48を固定接点44に対して右方向に押圧力Frightで押圧している。そして、第二の皿ばね18がこの押圧力Frightを駆動軸51、可動電極47、可動接点48、固定接点44、固定電極43、金属円板42を介して受けることにより1mm圧縮されて第二の真空スイッチ4が1mm右方へ移動した状態で固定接点44、可動接点48間に所定の接触圧力を与えている。ここで、第二の皿ばね16が第三及び第四の接点が摩耗したときの接点間の接触圧力を確保するためのワイプ手段として機能するが、この第二の皿ばね16を駆動軸51により駆動しなくてよく駆動軸51及び可動ヨーク87を含む移動部分の質量が軽減されるので開極速度を高速にできる。
この図2に示す状態から第二の反発コイル68に高周波電流を流して磁束Φaを発生させることにより第一の反発銅板61に渦電流が誘起されて反発力が働き、この反発力Frepaが押圧力Frightを超えると、第一の反発銅板61及びそれに固着された駆動軸51及び可動ヨーク87を含む可動部分全体が左方向に駆動される。可動ヨーク87が左方向に所定距離移動すると可動ヨーク87と固定ヨーク81との間に軸線D方向のエアギャップができることにより押圧力Frightは急速に減衰しさらに左方向に動きやすくなる。可動ヨーク87が固定ヨーク81の中央付近に達すると、図3に矢印で示すように永久磁石82、永久磁石84が作る第一の突設部87a、第二の突設部87b、固定ヨーク81、及びエアーギャップ86を通る磁束Φ2並びに永久磁石83及び永久磁石85が作る上記磁束Φ2と同様の磁束による保持力Fholdにより、中央位置に停止する。
この状態では、第一の真空スイッチ2及び第二の真空スイッチ4が両方とも開になり、負荷は第一及び第二の両方の電源と切り離された状態になる。第二の真空スイッチ4が開路されるとき、可動電極27は急速に左方向に駆動されるが、第二の皿ばね18によって左方向に力が加えられている第二の真空スイッチ4はそれ自身の質量があるため可動電極47よりも少し遅れて左側に移動を開始するので、可動接点48のワイプによる開極時間の遅れが発生しない。従って、可動接点48は固定接点44から瞬時に離れてアークが発生する。
ここで、可動ヨーク87が中間位置で停止することなく負荷が第二の電源に接続している図1の状態から第一の電源に接続する状態に高速で切り換える場合は、第二の反発コイル68に流す高周波電流を大きくし(図1、図2参照)駆動軸51に与える運動エネルギーを増加させて中間位置における永久磁石82ないし永久磁石85による保持力Fholdの積分値より大きくすると、中間位置では止まらずに負荷が第一の電源に接続する位置まで高速に切り換えることができる。このように、第二の反発コイル68に流れる高周波電流の大きさを制御することにより、全電源切り離しか、第一の電源への接続かの切換を制御することができる。
ここで、図3は駆動軸51が中間位置の状態で一旦停止している場合の永久磁石82及び永久磁石83による磁束Φ2の状態を矢印で表している。永久磁石84及び永久磁石85による磁束も図示していないが上記矢印で示した磁束Φ2と同様である。第二の反発コイル68に高周波を流し磁束Φsを発生させることにより近くの第三の反発銅板63に渦電流が誘起されて反発力が発生する。そして、第二の反発コイル68と第三の反発銅板63との間の反発力Frepcが永久磁石82ないし永久磁石85による保持力Fholdを超えると、駆動軸51及び可動ヨーク87を含む可動部分が図1及び図3における左方向に駆動されるとともに、保持力Fholdが急激に弱くなりさらに左方向に加速される。可動ヨーク87が左方向に駆動され第一の真空スイッチ2の可動接点28が固定接点24と接触するとそれまでの駆動軸51や可動ヨーク87等の可動部分の運動エネルギーと磁石装置80の永久磁石82、永久磁石83による磁力により固定接点24、固定電極23、金属円板22を介して第一の皿ばね13が圧縮され第一の真空スイッチ2を含めて可動軸51及び可動ヨーク87等の可動部分はさらに左方向へ移動し、可動ヨーク87が固定ヨーク81の可動ヨーク87と対向する左側面に接触して停止する。これにより、第一の真空スイッチ2が閉、第二の真空スイッチ4が開となり、第一の電源に負荷が接続される。
この状態では、図4に示すように第一の反発銅板61の左側面が第一の反発コイル67に近接し、永久磁石82が第一の突設部87aと径方向のエアギャップ88を設けて対向した位置にあり、永久磁石82による磁束Φ3が図4の矢印に示すように固定ヨーク81、可動ヨーク87を通過しており、この磁束Φ3及び永久磁石83による同様の磁束により可動ヨーク87及び駆動軸51が図4及び図1の左方向に押圧力Fleftにて押圧されている。そして、第一の皿ばね13がこの押圧力Fleftを可動接点28、固定接点24、固定電極23、金属円板22を介して受けることにより1mm圧縮されて第一の真空スイッチ2が左方へ移動するとともに固定接点24と可動接点28との間に所定の接触圧力を与えている状態にある。そして、第一の皿ばね13が固定接点24と可動接点28が摩耗したとき摩耗した接点間の接触圧力を確保するためのワイプ手段として機能するが、この第一の皿ばね13を駆動軸51により駆動しなくてよく駆動軸51及び可動ヨーク87を含む移動部分の質量が軽減されるので開極速度を高速にできる。
この図4の状態において、第一の反発コイル67に高周波電流を流し磁束Φtを発生させると近くの第一の反発銅板61に渦電流が誘起され反発力が発生し、駆動軸51は右方へ駆動される。これにより、負荷が第一の電源に接続された状態から全電源切り離し状態(中間状態)を経て第二の電源に接続される。なお、高速に電源を切り換えるまたは電源から負荷を切り離す場合は、第一の真空スイッチ2及び第二の真空スイッチ4が開極するとき時間遅れがないようにして高速に可動電極27及び可動電極47を駆動する必要があるので、駆動装置5における第一の反発銅板61は効率よく大きな電磁力を発生できる半径の大きな銅板を用いている。これに対して、全電源切り離し状態(中間状態)からどちらかの電源に接続する場合は第一の真空スイッチ2または第二の真空スイッチ4をそれほど高速に閉極する必要はないので第二の反発銅板62、第三の反発銅板63は第一の反発コイル67及び第二の反発コイル68の内径より小さい直径を持つ小型の銅板を用いて小形化を図っている。
駆動軸51に作用する力は、第一及び第二のどちらかの電源に接続する場合は接続する側の固定電極と可動電極との間に働く電磁反発力に打ち勝つために大きな押圧力が必要であるので、磁石装置80の永久磁石82と第二の突設部87bと固定ヨーク81で構成される磁気回路(図4参照)、及び永久磁石83と第二の突設部87bと固定ヨーク81で構成される磁気回路はエアーギャップ88を小さくして接点間の接圧を与えるのに必要かつ十分な力を発生するように構成している。永久磁石84と第一の突設部87aと固定ヨーク81で構成される磁気回路(図2参照)、及び永久磁石85と第一の突設部87aと固定ヨーク81で構成される磁気回路についても同様である。他方、第一及び第二の電源から切り離された状態では、地震などの振動による誤投入を防ぐだけの力を発生すればよいので、エアーギャップ86を大きくして永久磁石82ないし永久磁石85による磁束(図3参照)を減らし、保持力Fholdを小さくしている。これにより、全電源切り離し状態から負荷を第一、第二のいずれかの電源に接続するための投入駆動力を小さくすることができ、駆動コイル装置60の消費エネルギーを削減できる。
以上のように構成することにより、第一及び第二の開閉器2,4を一つの駆動装置5で駆動でき、第一及び第二の開閉器2,4が同時に閉状態になるおそれがなく、信頼性が高くなる。さらに、第一及び第二の開閉器2,4の一方が閉となる状態と両方の開閉器2,4が共に開となる状態との三つ開閉状態を有する切換開閉装置を実現できる。また、駆動コイル装置60は、主反発導体としての第一の反発銅板61、副反発導体としての第二の反発銅板62及び第三の反発銅板63を有するので、図3に示す第一及び第二の真空スイッチ2,4がいずれも開路している状態においては、第一の反発銅板61が第一の反発コイル67及び第二の反発コイル68からかなりの距離離れているが、いずれかの真空スイッチを閉路するために駆動軸51を右あるいは左に駆動するとき、第一及び第二の反発コイルの近くに第二の反発銅板62及び第三の反発銅板63が位置するので、第二の反発銅板62あるいは第三の反発銅板63に効率よく反発電磁力を発生させることができ、電磁駆動装置としての駆動コイル装置60の小形化を図ることができる。また、三位置停止装置として永久磁石を有する磁石装置80を用いているので、各真空スイッチ2,4の接点間の接触圧力を永久磁石の磁力で得ることができ、消費電力を削減できる。
実施の形態2.
図5及び図6はこの発明の実施の形態2を示すものであり、図5は切換開閉装置の構成を示す断面図、図6は動作を説明するための説明図である。図5において、駆動装置105は三位置停止装置としての磁石装置180を有する。磁石装置180において、永久磁石82、永久磁石83、永久磁石84、永久磁石85を周回してそれぞれの磁力を消磁する方向に消磁コイル192、消磁コイル193、消磁コイル194、消磁コイル195が巻かれている。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
図5及び図6はこの発明の実施の形態2を示すものであり、図5は切換開閉装置の構成を示す断面図、図6は動作を説明するための説明図である。図5において、駆動装置105は三位置停止装置としての磁石装置180を有する。磁石装置180において、永久磁石82、永久磁石83、永久磁石84、永久磁石85を周回してそれぞれの磁力を消磁する方向に消磁コイル192、消磁コイル193、消磁コイル194、消磁コイル195が巻かれている。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
次に動作について説明する。全電源切り離し状態から第一、第二のいずれかの電源に接続するため、例えば第一の電源に接続するため、駆動軸51を図5に示した状態から左方向に駆動するには、まず消磁コイル192、消磁コイル193、消磁コイル194、消磁コイル195を励磁して、永久磁石82、永久磁石83、永久磁石84、永久磁石85によって作られている磁束を打ち消し、中間位置への保持力Fholdをほぼ零にするか大幅に減少させる。次に第二の反発コイル68に高周波電流を流すことにより、第一の反発銅板61に誘起される渦電流との間に電磁反発力Frepcが働き電磁反発力Frepcが保持力Fholdを超えると駆動軸51及び可動ヨーク87を含む可動部分は図5において左方向に駆動されるとともに、保持力Fholdが急激に弱くなりさらに左方向に加速される。
駆動軸51及び可動ヨーク87を含む可動部分が左方向に駆動され第一の真空スイッチ2の可動接点28が固定電極23と接触すると可動部分のそれまでの運動エネルギーと永久磁石82,83の磁力とにより可動接点28が固定電極23、金属円板22を介して第一の皿ばね13を圧縮してさらに左方向へ駆動され可動ヨーク87が固定ヨーク81に接触するところまで移動する。このとき、第一の真空スイッチ2の可動接点28は、図6に示されるように第一の永久磁石82によって作られ可動ヨーク87と固定ヨーク81を通る磁束Φ4及び第二の永久磁石83によって作られ可動ヨーク87と固定ヨーク81を通る上記磁束Φ4と同様の図示しない磁束によって固定電極23を左方向に押圧する接触圧力Fleftを受け、皿ばね13は所定寸法圧縮されて両接点24,25間に必要な接触圧力を与えた状態となる。
このように構成することにより、中間位置から第一及び第二のいずれかの電源に負荷を接続する投入動作において、動作時に保持力Fholdをほぼ零か任意の小さい値にできるため、駆動軸51及び可動ヨーク87を含む可動部分を駆動する第一ないし第三の反発銅板61〜63及び第一及び第二の反発コイル67,68の小形化が可能である。また、確実に速く切換動作を行うことができる。
実施の形態3.
図7は、この発明の実施の形態3である切換開閉装置の構成を示す断面図である。実施の形態1との相違点は、中間位置から第一、第二のどちらかの電源に接続するために、駆動装置205の電磁駆動装置として駆動コイル装置260において駆動軸51を駆動するための第二の反発銅板62、第三の反発銅板63を無くするとともに、三位置停止装置としての磁石装置280において固定ヨーク281に永久磁石を取り付けないで代わりに突出部281a,281b,281c,281dを設け、可動ヨーク287の上下に永久磁石282,283をそれぞれ取り付け、併せて駆動コイル291,292を設けたことである。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
図7は、この発明の実施の形態3である切換開閉装置の構成を示す断面図である。実施の形態1との相違点は、中間位置から第一、第二のどちらかの電源に接続するために、駆動装置205の電磁駆動装置として駆動コイル装置260において駆動軸51を駆動するための第二の反発銅板62、第三の反発銅板63を無くするとともに、三位置停止装置としての磁石装置280において固定ヨーク281に永久磁石を取り付けないで代わりに突出部281a,281b,281c,281dを設け、可動ヨーク287の上下に永久磁石282,283をそれぞれ取り付け、併せて駆動コイル291,292を設けたことである。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
次に、動作について説明する。中間位置にある状態において、駆動軸51は永久磁石282,283による可動ヨーク287と固定ヨーク281とを通る磁束Φpmによって中間位置に固定されている。ここで、駆動コイル291を励磁して矢印線で示される磁束Φcをつくり保持力を発生している永久磁石282,283による磁束Φpmを一部打ち消すとともに左方向への磁力を発生させ駆動軸51を左方へ駆動する。右方へ駆動する場合は、駆動コイル292を励磁して発生する別の磁束により永久磁石による磁束Φpmを一部打ち消すとともに右方向へ駆動する磁力を発生させ駆動軸51を右方へ駆動する。
このように構成すれば、特に高速に駆動する必要のない投入動作においては、駆動コイル291、292を追加するだけで、反発コイル方式よりも効率の良い駆動コイル291,292による電磁吸引力を用いて小さいエネルギーで駆動でき、駆動電源部分を小形化できる効果がある。
実施の形態4.
図8はこの発明の実施の形態4を示す切換開閉装置の構成を示す断面図である。
以上の実施の形態1〜3においては、第一及び第二の真空スイッチ2,4と駆動装置5,105,205を同じ軸線D上に配置した例を示したが、これに限られるものではなく、例えば第一の真空スイッチ2の中心軸Aと第二の真空スイッチ4の中心軸Bが平行になるようにして並列に並べ、中心軸A及び中心軸Bと駆動装置の駆動軸51の移動方向(中心軸C)が平行になるように配設するようにしてもよい。すなわち、図8に示すように、第一の真空スイッチ2、駆動装置5、第二の真空スイッチ4を図8における上下方向に重なるようにかつ第一の真空スイッチ2、駆動装置5、第二の真空スイッチ4の各中心軸A,C,Bが平行になるように並列に配列する。そして、駆動装置5の駆動軸51の右端部と第一の真空スイッチ2の可動電極17の右端部とを連結部材311にて連結する。また、駆動装置5の駆動軸51の左端部と第二の真空スイッチ4の可動電極47の左端部とを連結部材312にて連結する。なお、これらの連結部には適宜補強部材や移動ガイド等を設けるが、図示を省略している。このように、第一の真空スイッチ2と駆動装置5と第二の真空スイッチ4とを並列に配設すれば駆動軸51の移動方向における切換開閉装置の全体の長さを短縮できる。
なお、以上の各実施の形態において、開閉器は真空スイッチに限定されるものではなく、開閉接点が直線駆動される断路器その他の開閉器であっても同様の効果を奏する。
図8はこの発明の実施の形態4を示す切換開閉装置の構成を示す断面図である。
以上の実施の形態1〜3においては、第一及び第二の真空スイッチ2,4と駆動装置5,105,205を同じ軸線D上に配置した例を示したが、これに限られるものではなく、例えば第一の真空スイッチ2の中心軸Aと第二の真空スイッチ4の中心軸Bが平行になるようにして並列に並べ、中心軸A及び中心軸Bと駆動装置の駆動軸51の移動方向(中心軸C)が平行になるように配設するようにしてもよい。すなわち、図8に示すように、第一の真空スイッチ2、駆動装置5、第二の真空スイッチ4を図8における上下方向に重なるようにかつ第一の真空スイッチ2、駆動装置5、第二の真空スイッチ4の各中心軸A,C,Bが平行になるように並列に配列する。そして、駆動装置5の駆動軸51の右端部と第一の真空スイッチ2の可動電極17の右端部とを連結部材311にて連結する。また、駆動装置5の駆動軸51の左端部と第二の真空スイッチ4の可動電極47の左端部とを連結部材312にて連結する。なお、これらの連結部には適宜補強部材や移動ガイド等を設けるが、図示を省略している。このように、第一の真空スイッチ2と駆動装置5と第二の真空スイッチ4とを並列に配設すれば駆動軸51の移動方向における切換開閉装置の全体の長さを短縮できる。
なお、以上の各実施の形態において、開閉器は真空スイッチに限定されるものではなく、開閉接点が直線駆動される断路器その他の開閉器であっても同様の効果を奏する。
以上のようにこの発明に係る切換開閉装置によれば、
第一及び第二の開閉器並びに駆動装置を有するものであって、
第一の開閉器は、対向配置された第一及び第二の接点を有し、
第二の開閉器は、対向配置された第三及び第四の接点を有し、
駆動装置は、駆動軸と三位置停止装置と電磁駆動装置とを有し、駆動軸と三位置停止装置と電磁駆動装置とが連結され駆動軸が電磁駆動装置により駆動され所定方向に直線移動するとともに三位置停止装置により第一と第二の位置及び第一と第二の位置の間の第三の位置において安定して停止しうるようにされ、
駆動軸により第一及び第三の接点を所定方向に駆動することにより第一の位置において第一の開閉器を閉路するとともに第二の開閉器を開路し、所定方向と逆方向に駆動することにより第二の位置において第一の開閉器を開路するとともに第二の開閉器を閉路し、かつ第三の位置において第一及び第二の開閉器をともに開路するものであるので、
第一及び第二の開閉器が同時に閉路するおそれがなく、確実に切換ができるとともに、第一及び第二のの開閉接点がともに開となる状態を実現することができる。
第一及び第二の開閉器並びに駆動装置を有するものであって、
第一の開閉器は、対向配置された第一及び第二の接点を有し、
第二の開閉器は、対向配置された第三及び第四の接点を有し、
駆動装置は、駆動軸と三位置停止装置と電磁駆動装置とを有し、駆動軸と三位置停止装置と電磁駆動装置とが連結され駆動軸が電磁駆動装置により駆動され所定方向に直線移動するとともに三位置停止装置により第一と第二の位置及び第一と第二の位置の間の第三の位置において安定して停止しうるようにされ、
駆動軸により第一及び第三の接点を所定方向に駆動することにより第一の位置において第一の開閉器を閉路するとともに第二の開閉器を開路し、所定方向と逆方向に駆動することにより第二の位置において第一の開閉器を開路するとともに第二の開閉器を閉路し、かつ第三の位置において第一及び第二の開閉器をともに開路するものであるので、
第一及び第二の開閉器が同時に閉路するおそれがなく、確実に切換ができるとともに、第一及び第二のの開閉接点がともに開となる状態を実現することができる。
そして、第一の開閉器の第一及び第二の接点、駆動装置の駆動軸、第二の開閉器の第三及び第四の接点がこの順にほぼ直線状に配設されたものであることを特徴とするので、いずれも同じ直線上にあるので動作を単純化でき、ひいては構成を簡易にできる。
第一の開閉器は第一及び第二の接点が第一の軸線上に対向配置され、第二の開閉器は第三及び第四の接点が第一の軸線と平行な第2の軸線上に対向配置され、駆動装置の駆動軸は、第一及び第二の軸線と平行な方向に直線移動するものであることを特徴とするので、駆動軸の移動方向における切換開閉装置の全体の長さを短縮できる。
第一の開閉器の第一の接点及び第二の開閉器の第三の接点は駆動軸の移動方向に弾性変形可能な弾性部材を介して支持架台に支持されたものであって、弾性部材が第二または第四の接点を介して駆動軸から所定の力を受けることにより弾性変形して所定寸法弾性変形し第一又は第三の接点の移動を許容するものであることを特徴とするので、弾性部材が第一及び第二の接点が摩耗したとき並びに第三及び第四の接点が摩耗したとき摩耗した接点間の接触圧力を確保するワイプ手段として機能するが、この弾性部材を駆動軸により駆動しなくてよく駆動軸及び可動ヨークを含む移動部分の質量が軽減されるので開極速度を高速にできる。
三位置停止装置は、永久磁石を有し永久磁石による磁力により駆動軸を第一、第三、第二の位置の三つの位置に安定して停止させるものであることを特徴とするので、永久磁石を用いることにより使用エネルギーが少なく簡易な構成のものとすることができる。
三位置停止装置は、駆動軸に固着された可動ヨーク及び可動ヨークの駆動軸の移動方向の両端部とそれぞれ対向する対向部を有する固定ヨークを設けたものであって駆動軸が所定方向に移動したとき可動ヨークの両端部の一方が固定ヨークの対向部の一方と当接するようにされ所定方向と逆方向に移動したとき可動ヨークの両端部の他方が固定ヨークの対向部の他方と当接するようにされたものであり、永久磁石による可動ヨークと固定ヨークとを通る磁束により固定ヨークと可動ヨークとの間に働く磁力は可動ヨークが固定ヨークの対向部の一方あるいは他方に接触しているとき及び対向部のいずれにも接触していないときの三位置において安定状態であることを特徴とするので、このような構成により簡易な三位置停止装置を実現できる。
三位置停止装置は、可動ヨークが固定ヨークの対向部のいずれにも接触していない中間の安定位置において永久磁石による磁束が通過する磁気回路にエアーギャップを設けたことを特徴とするので、エアーギャップの長さを変化させることにより磁気回路を通過する磁束を調整することができ中間位置での保持力を自由に設定できる。
電磁駆動装置は、電磁コイル装置と渦電流反発体装置とを有し、渦電流反発体装置が駆動軸に固着され電磁コイル装置に電流を流すことにより渦電流反発体装置に生じる電磁反発力により駆動軸を駆動するものであることを特徴とするので、このような構成により簡易な電磁駆動装置を実現できる。
電磁コイル装置は駆動軸と同心に配設された一対の環状の反発コイルを有し、渦電流反発体装置は駆動軸に固着され一対の反発コイルの間に設けられた反発導電体を有するものであることを特徴とするので、一対の反発コイルの間に反発導電体を設ける簡易な構成で電磁駆動装置を実現できる。
反発導電体は、駆動軸の移動方向と直交する方向の大きさが反発コイルとほぼ同じにされた主反発導電体と駆動軸の移動方向と直交する方向の大きさが反発コイルの内側の寸法よりも小さくされた複数の副反発導電体を有するものであることを特徴とするので、副反発導電体を設けたことにより中間の安定位置から第一あるいは第二の開閉器を閉路するように駆動軸を移動させるときの反発力の発生効率を高めることができる。
電磁駆動装置は、三位置において永久磁石により作られる磁束を打ち消すことにより所定のレベル以下に低減するととも固定ヨークと可動ヨーク間に磁力を発生させて可動ヨークを三位置の間を移動させる駆動コイルを有するものであることを特徴とするので、中間の安定位置から第一あるいは第二の開閉器を閉路するように駆動軸を移動させるときの駆動を駆動コイルを追加するだけで効率の良く行うことができる。
2 第一の真空スイッチ、4 第二の真空スイッチ、5 駆動装置、
13 第一の皿ばね、18 第二の皿ばね、23 固定電極、24 固定接点、
27 可動電極、28 可動接点、43 固定電極、44 固定接点、47 可動電極、
48 可動接点、51 駆動軸、60 駆動コイル装置、80 磁石装置、
105 駆動装置、180 磁石装置、192〜195 消磁コイル、
205 駆動装置、260 駆動コイル装置、280 磁石装置、
291,292 駆動コイル。
13 第一の皿ばね、18 第二の皿ばね、23 固定電極、24 固定接点、
27 可動電極、28 可動接点、43 固定電極、44 固定接点、47 可動電極、
48 可動接点、51 駆動軸、60 駆動コイル装置、80 磁石装置、
105 駆動装置、180 磁石装置、192〜195 消磁コイル、
205 駆動装置、260 駆動コイル装置、280 磁石装置、
291,292 駆動コイル。
Claims (11)
- 第一及び第二の開閉器並びに駆動装置を有するものであって、
上記第一の開閉器は、対向配置された第一及び第二の接点を有し、
上記第二の開閉器は、対向配置された第三及び第四の接点を有し、
上記駆動装置は、駆動軸と三位置停止装置と電磁駆動装置とを有し、上記駆動軸と上記三位置停止装置と上記電磁駆動装置とが連結され上記駆動軸が上記電磁駆動装置により駆動され所定方向に直線移動するとともに上記三位置停止装置により第一と第二の位置及び上記第一と第二の位置の間の第三の位置において安定して停止しうるようにされ、
上記駆動軸により上記第一及び第三の接点を所定方向に駆動することにより上記第一の位置において上記第一の開閉器を閉路するとともに上記第二の開閉器を開路し、上記所定方向と逆方向に駆動することにより上記第二の位置において上記第一の開閉器を開路するとともに上記第二の開閉器を閉路し、かつ上記第三の位置において上記第一及び第二の開閉器をともに開路するものである切換開閉装置。 - 上記第一の開閉器の第一及び第二の接点、上記駆動装置の駆動軸、上記第二の開閉器の第三及び第四の接点がこの順にほぼ直線状に配設されたものであることを特徴とする請求項1に記載の切換開閉装置。
- 上記第一の開閉器は上記第一及び第二の接点が第一の軸線上に対向配置され、上記第二の開閉器は上記第三及び第四の接点が上記第一の軸線と平行な第2の軸線上に対向配置され、上記駆動装置の駆動軸は、上記第一及び第二の軸線と平行な方向に直線移動するものであることを特徴とする請求項1に記載の切換開閉装置。
- 上記第一の開閉器の第一の接点及び上記第二の開閉器の第三の接点は上記駆動軸の移動方向に弾性変形可能な弾性部材を介して支持架台に支持されたものであって、上記弾性部材が上記第二または第四の接点を介して上記駆動軸から所定の力を受けることにより弾性変形して所定寸法弾性変形し上記第一又は第三の接点の移動を許容するものであることを特徴とする請求項1に記載の切換開閉装置。
- 上記三位置停止装置は、永久磁石を有し上記永久磁石による磁力により上記駆動軸を上記第一、第三、第二の位置の三つの位置に安定して停止させるものであることを特徴とする請求項1に記載の切換開閉装置。
- 上記三位置停止装置は、上記駆動軸に固着された可動ヨーク及び上記可動ヨークの上記駆動軸の移動方向の両端部とそれぞれ対向する対向部を有する固定ヨークを設けたものであって上記駆動軸が所定方向に移動したとき上記可動ヨークの両端部の一方が上記固定ヨークの対向部の一方と当接するようにされ上記所定方向と逆方向に移動したとき上記可動ヨークの両端部の他方が上記固定ヨークの対向部の他方と当接するようにされたものであり、上記永久磁石による上記可動ヨークと上記固定ヨークとを通る磁束により上記固定ヨークと上記可動ヨークとの間に働く磁力は上記可動ヨークが上記固定ヨークの対向部の一方あるいは他方に接触しているとき及び上記対向部のいずれにも接触していないときの三位置において安定状態であることを特徴とする請求項5に記載の切換開閉装置。
- 上記三位置停止装置は、上記可動ヨークが上記固定ヨークの対向部のいずれにも接触していない中間の上記安定位置において上記永久磁石による磁束が通過する磁気回路にエアーギャップを設けたことを特徴とする請求項6に記載の切換開閉装置。
- 上記電磁駆動装置は、電磁コイル装置と渦電流反発体装置とを有し、上記渦電流反発体装置が上記駆動軸に固着され上記電磁コイル装置に電流を流すことにより上記渦電流反発体装置に生じる電磁反発力により上記駆動軸を駆動するものであることを特徴とする請求項1に記載の切換開閉装置。
- 上記電磁コイル装置は上記駆動軸と同心に配設された一対の環状の反発コイルを有し、上記渦電流反発体装置は上記駆動軸に固着され上記一対の反発コイルの間に設けられた反発導電体を有するものであることを特徴とする請求項8に記載の切換開閉装置。
- 上記反発導電体は、上記駆動軸の移動方向と直交する方向の大きさが上記反発コイルとほぼ同じにされた主反発導電体と上記駆動軸の移動方向と直交する方向の大きさが上記反発コイルの内側の寸法よりも小さくされた複数の副反発導電体を有するものであることを特徴とする請求項8に記載の切換開閉装置。
- 上記電磁駆動装置は、上記三位置において上記永久磁石により作られる磁束を打ち消すことにより所定のレベル以下に低減するととも上記固定ヨークと上記可動ヨーク間に磁力を発生させて上記可動ヨークを上記三位置の間を移動させる駆動コイルを有するものであることを特徴とする請求項5に記載の切換開閉装置。
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