JP2006147212A - 切換開閉装置 - Google Patents

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

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）。

特開２０００−１１３７８１公報（段落番号００１８、００１９及び図１）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

この発明を実施するための実施の形態１である切換開閉装置の構成を示す断面図である。 図１の切換開閉装置の動作を説明するための説明図である。 図１の切換開閉装置の動作を説明するための説明図である。 図１の切換開閉装置の動作を説明するための説明図である。 この発明を実施するための実施の形態２である切換開閉装置の構成を示す断面図である。 図５の切換開閉装置の動作を説明するための説明図である。 この発明を実施するための実施の形態３である切換開閉装置の構成を示す断面図である。 この発明を実施するための実施の形態４である切換開閉装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

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。

Claims (11)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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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