JP2009199978A - 回路遮断器のリモート操作装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電磁リニアアクチュエータの小形化と併せて、励磁電流、消費電力を低減化した回路遮断器のリモート操作装置を提供する。
【解決手段】回路遮断器1のハンドルに連結した電磁リニアアクチュエータでON、OFF、RESET操作するリモート操作装置において、逆極性に着磁された一対の棒状永久磁石8bを直列に連ねてガイドパイプ8aに内装した固定子8と、コイル巻枠9bに第1、第2のコイル9a−1、9a−2を巻装した操作コイル組立体を前記ガイドパイプ8aに沿って移動可能に案内支持した可動子9とで構成し、前記可動子9を当該回路遮断器1のハンドルに連結した上で、電磁リニアアクチュエータの推力特性を回路遮断器のON、OFF、RESET負荷に整合させるように、前記可動子9の移動ストローク途上で前記第1、第2のコイルに通電する励磁パターンをストロークの前半行程と後半行程とで異なる励磁パターンに切換え制御する。
【選択図】図1
【解決手段】回路遮断器1のハンドルに連結した電磁リニアアクチュエータでON、OFF、RESET操作するリモート操作装置において、逆極性に着磁された一対の棒状永久磁石8bを直列に連ねてガイドパイプ8aに内装した固定子8と、コイル巻枠9bに第1、第2のコイル9a−1、9a−2を巻装した操作コイル組立体を前記ガイドパイプ8aに沿って移動可能に案内支持した可動子9とで構成し、前記可動子9を当該回路遮断器1のハンドルに連結した上で、電磁リニアアクチュエータの推力特性を回路遮断器のON、OFF、RESET負荷に整合させるように、前記可動子9の移動ストローク途上で前記第1、第2のコイルに通電する励磁パターンをストロークの前半行程と後半行程とで異なる励磁パターンに切換え制御する。
【選択図】図1
Description
この発明は、配線用遮断器,漏電遮断器などの回路遮断器に取付けて遠隔指令により回路遮断器のハンドルをON,OFF、RESET位置に切換え操作する回路遮断器のリモート(remote)操作装置に関する。
低圧配電設備のコンポーネント(component)として使用する頭記の回路遮断器は配電盤,制御盤などに装備して集中管理しており、この回路遮断器には外部付属装置として、遠隔指令(電気信号)により回路遮断器のハンドルをON,OFF,RESET位置に切換え操作するようにしたリモート操作装置がある。また、このリモート操作装置として、駆動モータ,減速歯車,送りねじ機構を組合せた在来の電動駆動方式に代えて、電磁リニアアクチュエータ(electromagnetic linear actuator)の電磁推力で回路遮断器のハンドルを切換位置に向けて駆動するようにしたリモート操作装置が既に製品化されて公知である(例えば、特許文献1参照)。
次に、回路遮断器,および特許文献1に開示されているリモート操作装置の構成,動作を図7,図8で説明する。
図7(a),(b)において、1は回路遮断器(配線用遮断器)、2は回路遮断器1に装着したリモート操作装置である。また、1aは回路遮断器1のカバー1bから突き出たロッカー式ハンドル、1cはトグルリンク(toggle link)式の開閉機構、1dは主回路接点、1eは過電流引外し装置、1fはケースである。
一方、リモート操作装置2は、ケース3の内部にガイドレール4と、該ガイドレール4に沿って移動可能に案内支持した可動子5(可動子の詳細構造については後記する)と、E字形の磁気ヨーク6aの中央脚に操作コイル6bを巻装して前記可動子5の左右両側に配置した一対の固定子6とからなる。このリモート操作装置2は、回路遮断器1に装着した状態で前記可動子5の下面に形成した凹所にハンドル1aの先端を嵌合して係合連結する。なお、7は前記可動子5に備えたリモート操作装置2の手動ハンドルである。
次に、回路遮断器,および特許文献1に開示されているリモート操作装置の構成,動作を図7,図8で説明する。
図7(a),(b)において、1は回路遮断器(配線用遮断器)、2は回路遮断器1に装着したリモート操作装置である。また、1aは回路遮断器1のカバー1bから突き出たロッカー式ハンドル、1cはトグルリンク(toggle link)式の開閉機構、1dは主回路接点、1eは過電流引外し装置、1fはケースである。
一方、リモート操作装置2は、ケース3の内部にガイドレール4と、該ガイドレール4に沿って移動可能に案内支持した可動子5(可動子の詳細構造については後記する)と、E字形の磁気ヨーク6aの中央脚に操作コイル6bを巻装して前記可動子5の左右両側に配置した一対の固定子6とからなる。このリモート操作装置2は、回路遮断器1に装着した状態で前記可動子5の下面に形成した凹所にハンドル1aの先端を嵌合して係合連結する。なお、7は前記可動子5に備えたリモート操作装置2の手動ハンドルである。
上記回路遮断器1の開閉動作は周知の通りであり、ハンドル1aをOFFからON,ONからOFF位置に切換え操作すると、ハンドル1aに連動して開閉機構1c(トグルリンクが開閉ばねで蓄勢されている)が反転動作し、主回路接点1dが閉極,開極する。また、過電流引外し装置1eが主回路の過電流を検知して開閉機構1cのラッチ機構を釈放すると、回路遮断器1はトリップ動作して主回路接点1dが開極し、ハンドル1aはトグルリンク機構の復元力を受けてON位置とOFF位置との略中間位置に停止してトリップ動作を表示する。なお、トリップ動作後に主回路接点1dを再投入させるには、ハンドル1aをTRIP位置から一旦RESET位置に移動して前記ラッチ機構をリセットさせた後、改めてハンドル1aをON位置に投入する。これにより、主回路接点が閉極する。
次に、前記リモート操作装置2に設けた電磁リニアアクチュエータの構造を図8に示す。回路遮断器1のハンドル1aに連結した電磁リニアアクチュエータの可動子5(図7のガイドレール4に沿ってON,OFF方向へ移動可能に案内支持されている)は、図8で示すように固定子6に対峙して左右側面に界磁用の永久磁石5aを備えている。一方、電磁リニアアクチュエータの固定子6は、E字形の磁気ヨーク6aの中央脚に操作コイル6bを巻装しており、この操作コイル6bが遠隔操作部に備えたON,OFF,RESET操作用のスイッチを介して励磁電源に接続されている。
次に、前記リモート操作装置2に設けた電磁リニアアクチュエータの構造を図8に示す。回路遮断器1のハンドル1aに連結した電磁リニアアクチュエータの可動子5(図7のガイドレール4に沿ってON,OFF方向へ移動可能に案内支持されている)は、図8で示すように固定子6に対峙して左右側面に界磁用の永久磁石5aを備えている。一方、電磁リニアアクチュエータの固定子6は、E字形の磁気ヨーク6aの中央脚に操作コイル6bを巻装しており、この操作コイル6bが遠隔操作部に備えたON,OFF,RESET操作用のスイッチを介して励磁電源に接続されている。
上記の構成で、リモート操作装置2に遠隔制御部からON,OFF,RESET操作指令を与え、その指令に基づいて電磁リニアアクチュエータの操作コイル6bに励磁電流を通電すると、その指令に対応した向きの励磁電流に対応して固定子6と可動子5との間に矢印方向の電磁推力が発生する。そして、この電磁推力を受けて可動子5がガイドレール4に沿って一方のストロークエンドから他方のストロークエンドに向けて矢印P方向に移動し、可動子5に連結した回路遮断器1のハンドル1aをON,OFF,RESET位置に切り換える。なお、可動子5のストロークエンドには検知スイッチ10(マイクロスイッチ)を備え、ハンドル1aの切換え操作時に電磁リニアアクチュエータの可動子5がストロークエンドに到達すると、前記検知スイッチ10の動作信号により操作コイル6bの励磁を停止するようにしている。
ところで、リモート操作装置に搭載した前記の電磁リニアアクチュエータは、構造,機能面で次記のような問題点がある。すなわち、図8に示した電磁リニアアクチュエータの固定子6はE字形の磁気ヨーク6aに操作コイル6bを巻装したコア付き構造であり、このために電磁リニアアクチュエータ,リモート操作装置2が大形化する。また、操作コイル6bの非励磁状態では、可動子5の永久磁石5aと固定子6の磁気ヨーク6aとの間に磁気吸引力が作用し、これにより可動子5はONあるいはOFFに対応するストロークエンド位置に吸引保持される。このために、電源の停電時などのように操作コイル6bを無励磁状態で、図7に示した手動ハンドル7に手を掛けて回路遮断器のハンドル1aを切換えようとすると、前記した永久磁石5aの磁気吸引力が反力(機械的負荷)として加わり、このために手動によるハンドルの切換えに大きな力を加える必要があって操作性が悪化する。さらに、回路遮断器が過電流を検出してトリップ動作した場合でも、リモート操作装置2の可動子5は永久磁石5aの磁力によりON位置に吸引保持されたままであるために、回路遮断器のトリップ動作状態を外部から目視確認することができない。
ところで、リモート操作装置に搭載した前記の電磁リニアアクチュエータは、構造,機能面で次記のような問題点がある。すなわち、図8に示した電磁リニアアクチュエータの固定子6はE字形の磁気ヨーク6aに操作コイル6bを巻装したコア付き構造であり、このために電磁リニアアクチュエータ,リモート操作装置2が大形化する。また、操作コイル6bの非励磁状態では、可動子5の永久磁石5aと固定子6の磁気ヨーク6aとの間に磁気吸引力が作用し、これにより可動子5はONあるいはOFFに対応するストロークエンド位置に吸引保持される。このために、電源の停電時などのように操作コイル6bを無励磁状態で、図7に示した手動ハンドル7に手を掛けて回路遮断器のハンドル1aを切換えようとすると、前記した永久磁石5aの磁気吸引力が反力(機械的負荷)として加わり、このために手動によるハンドルの切換えに大きな力を加える必要があって操作性が悪化する。さらに、回路遮断器が過電流を検出してトリップ動作した場合でも、リモート操作装置2の可動子5は永久磁石5aの磁力によりON位置に吸引保持されたままであるために、回路遮断器のトリップ動作状態を外部から目視確認することができない。
そこで、上記問題の対策として、発明者等は図9,図10で示すようにコアレス(core less)方式の電磁リニアアクチュエータを採用したリモート操作装置を考案した。
図9に示すリモート操作装置2においては、回路遮断器1のハンドル1aを挟んでその左右両側に配置した2組のコアレス型の電磁リニアアクチュエータを装備している。ここで、電磁リニアアクチュエータは、図10で示すように互いに逆極性に着磁された一対の棒状永久磁石8bを直列に連ねて可動子案内用のガイドパイプ8aに内装した固定子8と、コイル巻枠9bに操作コイル9aを巻装したコイル組立体を前記ガイドパイプ8aの外周に介挿して移動可能に案内支持した可動子9との組立体で構成したコアレス型のボイスコイルモータ(voice coil motor)になり、左右に並ぶ2組の電磁リニアアクチュエータの可動子8を一体に結合して回路遮断器1のハンドル1aに係合連結している。
上記の構成で、回路遮断器1のハンドル切換え操作時には前記操作コイル9aに通電する励磁電流の向きを図11(a),(b)で示すように切替えてハンドル1aをON,OFF,RESET位置に移動する。ここで、ハンドル1aをOFFからON位置に移動して回路遮断器1をON操作するには、操作コイル9aに通電する励磁電流を図11(a)の向きに流す。これにより、操作コイル9aの励磁電流と固定子8の永久磁石8bの磁界との間に作用する矢印方向の電磁推力Fを受けて可動子9が左方向に移動し、回路遮断器のハンドル1aをON位置に切換える。一方、回路遮断器1のハンドル1aをOFF操作する場合には、前記と逆に操作コイル9に通電する励磁電流の向きを図11(b)のように切換える。これにより電磁推力Fの向きが反転して可動子9が右方向に移動する。なお、回路遮断器のトリップ動作後にハンドル1aをRESET操作する場合も図11(b)と同様である。
図9に示すリモート操作装置2においては、回路遮断器1のハンドル1aを挟んでその左右両側に配置した2組のコアレス型の電磁リニアアクチュエータを装備している。ここで、電磁リニアアクチュエータは、図10で示すように互いに逆極性に着磁された一対の棒状永久磁石8bを直列に連ねて可動子案内用のガイドパイプ8aに内装した固定子8と、コイル巻枠9bに操作コイル9aを巻装したコイル組立体を前記ガイドパイプ8aの外周に介挿して移動可能に案内支持した可動子9との組立体で構成したコアレス型のボイスコイルモータ(voice coil motor)になり、左右に並ぶ2組の電磁リニアアクチュエータの可動子8を一体に結合して回路遮断器1のハンドル1aに係合連結している。
上記の構成で、回路遮断器1のハンドル切換え操作時には前記操作コイル9aに通電する励磁電流の向きを図11(a),(b)で示すように切替えてハンドル1aをON,OFF,RESET位置に移動する。ここで、ハンドル1aをOFFからON位置に移動して回路遮断器1をON操作するには、操作コイル9aに通電する励磁電流を図11(a)の向きに流す。これにより、操作コイル9aの励磁電流と固定子8の永久磁石8bの磁界との間に作用する矢印方向の電磁推力Fを受けて可動子9が左方向に移動し、回路遮断器のハンドル1aをON位置に切換える。一方、回路遮断器1のハンドル1aをOFF操作する場合には、前記と逆に操作コイル9に通電する励磁電流の向きを図11(b)のように切換える。これにより電磁推力Fの向きが反転して可動子9が右方向に移動する。なお、回路遮断器のトリップ動作後にハンドル1aをRESET操作する場合も図11(b)と同様である。
この構成により、図8に示したコア付き電磁リニアアクチュエータと比べて小形で構造も簡単であり、これによりリモート操作装置をコンパクトに構成できる。しかも、可動子9がコアレス構造であるので、操作コイル9aの無励磁状態では可動子9が固定子8の永久磁石8bの磁力の影響を受けることがない。したがって、手動で可動子9を動かしてハンドル1aを切換え操作する場合でも、永久磁石8bの磁力の影響を受けることがないので楽に手動操作できる。
さらに、回路遮断器のトリップ動作時には、その開閉機構の復元力によりハンドルと一緒にリモート操作装置2の可動子9がON位置とOFF位置の中間のトリップ表示位置に移動するので、この可動子9の停止位置から回路遮断器のトリップ動作状態を外部から目視確認できる。
特開2002−319504号公報
さらに、回路遮断器のトリップ動作時には、その開閉機構の復元力によりハンドルと一緒にリモート操作装置2の可動子9がON位置とOFF位置の中間のトリップ表示位置に移動するので、この可動子9の停止位置から回路遮断器のトリップ動作状態を外部から目視確認できる。
ところで、発明者等は図9,図10に示したリモート操作装置を試作し、回路遮断器に装着して実機テストを行ったところ、次記のような課題のあることが判った。すなわち、回路遮断器をON,OFF操作する場合には操作コイル9aに通電する励磁電流が比較的小さな値でも電磁リニアアクチュエータの電磁推力で回路遮断器のハンドルを切換え操作できる。しかしながら、ON,OFF操作時と同じ励磁電流で回路遮断器をRESET操作しようとするとハンドルがRESET位置に到達する手前で停止してしまう。このために、RESET操作を確実に行うには操作コイル9aに通電する励磁電流をさらにまして電磁推力を高める必要がある。
次に、前記構造の電磁リニアアクチュエータで回路遮断器のハンドルを操作する際の推力特性を、図12に示す棒状永久磁石8bの周域磁界分布図、および図13に示す推力/負荷特性図で説明する。
すなわち、N極同士を突き合わせて直列に並べた棒状永久磁石8bの周囲磁界は図12で表すような分布となる。この様な磁界分布では、操作コイル9aに鎖交する永久磁石8bの磁力線φ、および磁力線φの向きは可動子9の移動位置によって変化し、図示のストローク中央位置(永久磁石8bの突き合わせ端)ではN極から出た磁力線φが操作コイル9aと集中的に鎖交する。これに対して、可動子9が図示の中央位置から両端のストロークエンド寄りに移動すると、操作コイル9aの先端部分には前記とは逆にS極に戻る磁力線φが鎖交して電磁推力にブレーキを掛けるようになる。これにより、可動子の移動経路に沿った電磁リニアアクチュエータの電磁推力は図13に表すような推力特性になる。
次に、前記構造の電磁リニアアクチュエータで回路遮断器のハンドルを操作する際の推力特性を、図12に示す棒状永久磁石8bの周域磁界分布図、および図13に示す推力/負荷特性図で説明する。
すなわち、N極同士を突き合わせて直列に並べた棒状永久磁石8bの周囲磁界は図12で表すような分布となる。この様な磁界分布では、操作コイル9aに鎖交する永久磁石8bの磁力線φ、および磁力線φの向きは可動子9の移動位置によって変化し、図示のストローク中央位置(永久磁石8bの突き合わせ端)ではN極から出た磁力線φが操作コイル9aと集中的に鎖交する。これに対して、可動子9が図示の中央位置から両端のストロークエンド寄りに移動すると、操作コイル9aの先端部分には前記とは逆にS極に戻る磁力線φが鎖交して電磁推力にブレーキを掛けるようになる。これにより、可動子の移動経路に沿った電磁リニアアクチュエータの電磁推力は図13に表すような推力特性になる。
図13において、横軸は可動子の移動ストローク(Stroke)、縦軸はON,OFF側での操作時に回路遮断器のハンドルに作用する機械的な反力特性(負荷)および電磁リニアアクチュエータの電磁推力特性(Force)を表す。なお、推力特性Aは励磁電流小の場合、推力特性Bは励磁電流大の場合を示している。ここで、回路遮断器の開閉機構(開閉ばねで付勢されたトグルリンク機構)に連係したハンドルをOFFからON位置に切り換える操作行程で電磁リニアアクチュエータに加わる負荷(図中のON負荷)の最大反力は移動ストロークの後半に発生し、OFF操作時の最大反力 (図中のOFF負荷) は移動ストロークの中央位置を超えた付近に発生する。これに対して、RESET操作における最大反力(図中のRESET負荷)はOFF側のストロークエンド近くに発生する。一方、操作コイル9aの励磁電流と永久磁石8bの磁界との作用により発生する電磁推力は、図12に表す磁力線φの分布に対応して移動ストロークの中央位置(永久磁石8bのN極端面位置)で最大で、両端のストロークエンドに近づくにしたがって操作コイルの先端側には逆向きの磁力線φが鎖交して電磁推力が減少するような推力特性となる。
これにより、回路遮断器のハンドルをON,OFF位置に切換える操作では、可動子9の操作コイル9aに通電する励磁電流が比較的小さな適正電流であっても、図中に表したON推力特性A,OFF推力特性Aの電磁推力がハンドルのON負荷,OFF負荷に打ち勝ってハンドルをON,OFF位置に切換え操作することができる。しかしながら、この推力特性Aはストロークエンド近くでの電磁推力が低下することから、OFF推力特性A では前記と同じ励磁電流では移動ストロークのエンド付近で最大反力となるRESET負荷を超えることができない。このために、RESET操作の行程ではハンドルがストロークエンドより手前で停止してしまい、このままでは回路遮断器のハンドルを確実にRESET操作できなくなる。
これにより、回路遮断器のハンドルをON,OFF位置に切換える操作では、可動子9の操作コイル9aに通電する励磁電流が比較的小さな適正電流であっても、図中に表したON推力特性A,OFF推力特性Aの電磁推力がハンドルのON負荷,OFF負荷に打ち勝ってハンドルをON,OFF位置に切換え操作することができる。しかしながら、この推力特性Aはストロークエンド近くでの電磁推力が低下することから、OFF推力特性A では前記と同じ励磁電流では移動ストロークのエンド付近で最大反力となるRESET負荷を超えることができない。このために、RESET操作の行程ではハンドルがストロークエンドより手前で停止してしまい、このままでは回路遮断器のハンドルを確実にRESET操作できなくなる。
そこで、RESET操作を確実に行うには、電磁リニアアクチュエータの操作コイル9aに通電する励磁電流を増してその推力特性を図中に表した推力特性Bに高める必要がある。しかしながら、操作コイル9aの励磁電流を大きく設定すると、ON,OFF操作では回路遮断器の機械的な負荷に対して電磁推力が過剰となり、電磁リニアアクチュエータが必要以上の電力を浪費することになる。なお、ON,OFF操作時には操作コイルの励磁電流を低く設定し、RESET操作時に励磁電流を増加させる制御方法も考えられるが、制御ロジックが複雑化して実用化には得策ではない。
この発明は上記の点に鑑みなされたものであり、図9,図10に示した先記コアレス式の電磁リニアアクチュエータを基本構造として、その推力特性を回路遮断器のON,OFF,RESET操作に対応する反力特性に整合させて消費電力の低減化が図れるように改良した回路遮断器のリモート操作装置を提供することを目的とする。
この発明は上記の点に鑑みなされたものであり、図9,図10に示した先記コアレス式の電磁リニアアクチュエータを基本構造として、その推力特性を回路遮断器のON,OFF,RESET操作に対応する反力特性に整合させて消費電力の低減化が図れるように改良した回路遮断器のリモート操作装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、この発明によれば、ロッカー式ハンドルを備えた回路遮断器に装着して前記ハンドルをON,OFF,RESET位置に切換え操作する回路遮断器のリモート操作装置であって、該リモート操作装置は電磁リニアアクチュエータを備え、該電磁リニアアクチュエータの可動子を前記ハンドルに連結してハンドルを切換え操作するようにしたものにおいて、
前記電磁リニアアクチュエータが、互いに逆極性に着磁された一対の永久磁石を直列に連ねて可動子案内用のガイドパイプに内装した固定子と、直列に並ぶ第1および第2のコイルからなる操作コイルを前記ガイドパイプの外周に嵌挿して移動可能に案内支持した可動子とからなり、前記可動子を回路遮断器のハンドルに連結した上で、ON,OFF,RESET操作時に前記操作コイルの第1,第2コイルに通電する励磁電流,および電流の向きを選択的に切替えてハンドルを切換え操作するようにし(請求項1)、具体的には操作コイルに通電する励磁電流の制御、および電磁リニアアクチュエータの構造を次記のような態様で実施するものとする。
(1)前記の電磁リニアアクチュエータに対し、回路遮断器のON,OFF,RESET操作時には、可動子の移動ストロークの前半行程で第1および第2のコイルに同じ向きの励磁電流を同時通電し、後半行程では可動子の移動方向に対する先行側コイルを非励磁として、後行側コイルに励磁電流を通電する(請求項2)。
(2)前項(1)において、可動子の移動ストロークの後半行程で後行側コイルに通電する励磁電流を、前半行程で通電する励磁電流の略2倍に設定する(請求項3)。
(3)前記構成のリモート操作装置において、永久磁石を内装した固定子のガイドパイプを回路遮断器のハンドルの側方に敷設し、該ガイドパイプの外周に嵌挿してスライド可能に案内支持した可動子を回路遮断器のハンドルに係合連結する(請求項4)。
(4)前項(3)において、回路遮断器のハンドルを挟んでその左右両側に2組の電磁リニアアクチュエータを並置配備し、かつ各組の電磁リニアアクチュエータの可動子を一体結合した上でハンドルに係合連結する(請求項5)。
前記電磁リニアアクチュエータが、互いに逆極性に着磁された一対の永久磁石を直列に連ねて可動子案内用のガイドパイプに内装した固定子と、直列に並ぶ第1および第2のコイルからなる操作コイルを前記ガイドパイプの外周に嵌挿して移動可能に案内支持した可動子とからなり、前記可動子を回路遮断器のハンドルに連結した上で、ON,OFF,RESET操作時に前記操作コイルの第1,第2コイルに通電する励磁電流,および電流の向きを選択的に切替えてハンドルを切換え操作するようにし(請求項1)、具体的には操作コイルに通電する励磁電流の制御、および電磁リニアアクチュエータの構造を次記のような態様で実施するものとする。
(1)前記の電磁リニアアクチュエータに対し、回路遮断器のON,OFF,RESET操作時には、可動子の移動ストロークの前半行程で第1および第2のコイルに同じ向きの励磁電流を同時通電し、後半行程では可動子の移動方向に対する先行側コイルを非励磁として、後行側コイルに励磁電流を通電する(請求項2)。
(2)前項(1)において、可動子の移動ストロークの後半行程で後行側コイルに通電する励磁電流を、前半行程で通電する励磁電流の略2倍に設定する(請求項3)。
(3)前記構成のリモート操作装置において、永久磁石を内装した固定子のガイドパイプを回路遮断器のハンドルの側方に敷設し、該ガイドパイプの外周に嵌挿してスライド可能に案内支持した可動子を回路遮断器のハンドルに係合連結する(請求項4)。
(4)前項(3)において、回路遮断器のハンドルを挟んでその左右両側に2組の電磁リニアアクチュエータを並置配備し、かつ各組の電磁リニアアクチュエータの可動子を一体結合した上でハンドルに係合連結する(請求項5)。
上記したリモート操作装置は、回路遮断器のハンドルを切換え操作する電磁リニアアクチュエータがコアレスで、特許文献1に開示されている従来のコア付き電磁リニアアクチュエータと比べて小形,コンパクトな構成となる。また、その操作コイルの無励磁状態では可動子が永久磁石の保持力の影響を受けることがなく、これにより停電時の手動によるハンドル切換え操作が楽に行えるほか、回路遮断器のトリップ動作時にはハンドルに連結した電磁リニアアクチュエータの可動子がトリップ表示位置に移動するので、この可動子の停止位置から回路遮断器のトリップ動作状態を目視確認できる。
しかも、前記可動子の操作コイルを直列に並ぶ第1,第2コイルに分割した上で、ハンドルの切換え操作時には可動子の移動ストロークの前半行程で第1および第2のコイルに同じ向きの励磁電流を同時通電し、後半行程では可動子の移動方向に対する先行側コイルを非励磁として後行側コイルの励磁電流を通電制御するようにしたことにより、電磁リニアアクチュエータの推力特性を回路遮断器の反力特性に整合させてハンドルを的確にON,OFF,RESET操作でき、併せて電磁リニアアクチュエータに通電する消費電力の低減化が図れる。
また、2組の電磁リニアアクチュエータを左右対象に並べて回路遮断器のハンドルに連結するよう配置したことにより、2組の電磁リニアアクチュエータの電磁推力を合算してハンドルを駆動できるほか、左右に並ぶ電磁リニアアクチュエータの電磁推力をハンドルの操作方向に沿って偏りなしに作用させて可動子が固定子に対して回動するのを防止できる。
しかも、前記可動子の操作コイルを直列に並ぶ第1,第2コイルに分割した上で、ハンドルの切換え操作時には可動子の移動ストロークの前半行程で第1および第2のコイルに同じ向きの励磁電流を同時通電し、後半行程では可動子の移動方向に対する先行側コイルを非励磁として後行側コイルの励磁電流を通電制御するようにしたことにより、電磁リニアアクチュエータの推力特性を回路遮断器の反力特性に整合させてハンドルを的確にON,OFF,RESET操作でき、併せて電磁リニアアクチュエータに通電する消費電力の低減化が図れる。
また、2組の電磁リニアアクチュエータを左右対象に並べて回路遮断器のハンドルに連結するよう配置したことにより、2組の電磁リニアアクチュエータの電磁推力を合算してハンドルを駆動できるほか、左右に並ぶ電磁リニアアクチュエータの電磁推力をハンドルの操作方向に沿って偏りなしに作用させて可動子が固定子に対して回動するのを防止できる。
以下、本発明の実施の形態を図1〜図6に示す実施例に基づいて説明する。なお、図1(a)は回路遮断器に装着したリモート操作装置の主要部構造を表す俯瞰図、図1(b)はリモート操作装置の中核部品である電磁リニアアクチュエータを模式的に表した構成図、図2,は図1(a)のリモート操作装置にケースを被せて回路遮断器に取付けた状態の外観図、図3はリモート操作装置のケースを外した状態の側面図、図4(a),(b)はそれぞれON操作、OFF,RESET操作に対応した電磁リニアアクチュエータの動作説明図、図5は図1に示した電磁リニアアクチュエータの推力/負荷特性図、図6は電磁リニアアクチュエータの操作コイルに通電する励磁電流の制御パターンを表す図であり、図9,図10に対応する部材には同じ符号を付している。
この実施例においては、回路遮断器1に装着したリモート操作装置2の電磁リニアアクチュエータが次記構造の固定子と可動子を組合せたコアレス型のボイスコイルモータで構成されている。すなわち、図1(b)で示すように、電磁リニアアクチュエータの固定子8は、非磁性材で作られたガイドパイプ(中空軸)8aの中に逆極性に着磁された一対の棒状永久磁石8bを直列に並べ、そのN極の磁極面を突き合わせて挿入した構造になる。一方、可動子9は、操作コイルを第1の操作コイル9a−1と第2の操作コイル9a−2とに分けて各操作コイルが直列に並ぶようにコイル巻枠(ボビン:bobbin)9bに巻装した組立体になり、コイル巻枠9bを前記したガイドパイプ8aの外周に嵌挿してガイドパイプ8aの軸方向へスライド移動可能に案内支持している。なお、可動子9の軸方向の長さL1は固定子8に配した棒状永久磁石8bの一本分の長さL2に略対応し、また第1の操作コイル9a−1と第2の操作コイル9a−2はコイルの巻回数が同じで、コイル巻枠9bをその長手方向で二分するように分けて巻装されている。
この実施例においては、回路遮断器1に装着したリモート操作装置2の電磁リニアアクチュエータが次記構造の固定子と可動子を組合せたコアレス型のボイスコイルモータで構成されている。すなわち、図1(b)で示すように、電磁リニアアクチュエータの固定子8は、非磁性材で作られたガイドパイプ(中空軸)8aの中に逆極性に着磁された一対の棒状永久磁石8bを直列に並べ、そのN極の磁極面を突き合わせて挿入した構造になる。一方、可動子9は、操作コイルを第1の操作コイル9a−1と第2の操作コイル9a−2とに分けて各操作コイルが直列に並ぶようにコイル巻枠(ボビン:bobbin)9bに巻装した組立体になり、コイル巻枠9bを前記したガイドパイプ8aの外周に嵌挿してガイドパイプ8aの軸方向へスライド移動可能に案内支持している。なお、可動子9の軸方向の長さL1は固定子8に配した棒状永久磁石8bの一本分の長さL2に略対応し、また第1の操作コイル9a−1と第2の操作コイル9a−2はコイルの巻回数が同じで、コイル巻枠9bをその長手方向で二分するように分けて巻装されている。
また、図示実施例のリモート操作装置2は、前記した電磁リニアアクチュエータの2組を左右対象に並べて回路遮断器1のハンドル1aの両側に配置し、各組の可動子9を一体に相互結合した上で、図3で示すように可動子9のコイル巻枠9bの下面側に設けた連結板9cを介して回路遮断器1のハンドル1aに係合連結している。なお、連結板9cにはハンドル1aが挿入される係合穴が形成されている。また、各組の固定子8はガイドパイプ8aの両端をリモート操作装置2のケース3の内部に組み付け、このケース3を回路遮断器1のカバーの上面にねじ止めして所定位置に固定している。
なお、前記ケース3の上面には窓穴3aを開口した上で、電磁リニアアクチュエータの可動子9には手動ハンドル7(このハンドルは図7に示した従来装置に備えた手動ハンドル7に対応する)を設け、前記窓穴3aを通してハンドル1aの位置確認,および停電時でも手動でハンドル1aの切換え操作が行えるようにしている。
次に上記構成のリモート操作装置2の動作について説明する。回路遮断器1のハンドル1aをON,OFF,RESET位置に切換え操作する場合には、外部からの指令で電磁リニアアクチュエータの操作コイルに次記のように励磁電流を通電する。
まず、回路遮断器のハンドル1aをOFFからON位置に切換え操作する場合には、電磁リニアアクチュエータの操作コイルに通電する励磁電流を図4(a)で表す向きに流す。これにより、第1,第2の操作コイル9a−1,9a−2と固定子8に配した永久磁石8bの磁界(図12参照)との作用により生じる矢印方向の電磁推力Fを受けて可動子9がON側のストロークエンドに向けて移動し、該可動子9に連結した回路遮断器のハンドル1aをON位置に切換える。また、ハンドル1aをOFF操作する場合には、前記とは逆に操作コイル9a−1,9a−2に通電する励磁電流を図4(b)の向きに反転させる。これにより、可動子9が右方向の電磁推力Fを受けて回路遮断器のハンドル1aをOFF位置に駆動する。また、回路遮断器のトリップ動作後にハンドル1aをRESET操作する場合は図4(b)と同様である。
なお、前記ケース3の上面には窓穴3aを開口した上で、電磁リニアアクチュエータの可動子9には手動ハンドル7(このハンドルは図7に示した従来装置に備えた手動ハンドル7に対応する)を設け、前記窓穴3aを通してハンドル1aの位置確認,および停電時でも手動でハンドル1aの切換え操作が行えるようにしている。
次に上記構成のリモート操作装置2の動作について説明する。回路遮断器1のハンドル1aをON,OFF,RESET位置に切換え操作する場合には、外部からの指令で電磁リニアアクチュエータの操作コイルに次記のように励磁電流を通電する。
まず、回路遮断器のハンドル1aをOFFからON位置に切換え操作する場合には、電磁リニアアクチュエータの操作コイルに通電する励磁電流を図4(a)で表す向きに流す。これにより、第1,第2の操作コイル9a−1,9a−2と固定子8に配した永久磁石8bの磁界(図12参照)との作用により生じる矢印方向の電磁推力Fを受けて可動子9がON側のストロークエンドに向けて移動し、該可動子9に連結した回路遮断器のハンドル1aをON位置に切換える。また、ハンドル1aをOFF操作する場合には、前記とは逆に操作コイル9a−1,9a−2に通電する励磁電流を図4(b)の向きに反転させる。これにより、可動子9が右方向の電磁推力Fを受けて回路遮断器のハンドル1aをOFF位置に駆動する。また、回路遮断器のトリップ動作後にハンドル1aをRESET操作する場合は図4(b)と同様である。
ここで、ハンドル操作時に固定子8に沿って一方のストロークエンドから反対側のストロークエンドに移動する可動子9のストローク全行程で、可動子9に巻装した第1の操作コイル9a−1および第2の操作コイル9a−2に同じ大きさの励磁電流を通電すると、電磁リニアアクチュエータの電磁推力は図5の推力特性図に表したON推力特性(A),OFF推力特性(A)のようにストロークの中央位置で電磁推力が最大、両端のストロークに近づくに連れて減少する。この推力特性は図13に示した推力特性と略同じパターンである。
これに対して、可動子9に巻装した第1,第2の操作コイル9a−1,9a−2のうち、可動子9の進行方向(ON,OFF方向)に対して、先行側のコイル(ON操作では第1の操作コイル9a−1、OFF操作では第2の操作コイル9a−2)を非通電として、後行側のコイル(ON操作では第2の操作コイル9a−2、OFF操作では第1の操作コイル9a−1)のみに前記した励磁電流の2倍の励磁電流を通電すると、電磁推力は図5に表したON推力特性(B),OFF推力特性(B)のようになる。なお、励磁電流を通電する操作コイルのアンペアターン(Ampere turn)は、推力特性(A),推力特性(B)とで同じである。この推力特性(B)は、移動ストロークの前半行程で得られる電磁推力が推力特性(A)よりも小さいが、後半行程に移動すると逆に推力特性(B)が推力特性(A)を上回るようになる。なお、この推力特性(B)の推移は、図12に示した永久磁石の磁界分布と励磁電流を通電する操作コイルとの相対的な位置関係から容易に理解される。
これに対して、可動子9に巻装した第1,第2の操作コイル9a−1,9a−2のうち、可動子9の進行方向(ON,OFF方向)に対して、先行側のコイル(ON操作では第1の操作コイル9a−1、OFF操作では第2の操作コイル9a−2)を非通電として、後行側のコイル(ON操作では第2の操作コイル9a−2、OFF操作では第1の操作コイル9a−1)のみに前記した励磁電流の2倍の励磁電流を通電すると、電磁推力は図5に表したON推力特性(B),OFF推力特性(B)のようになる。なお、励磁電流を通電する操作コイルのアンペアターン(Ampere turn)は、推力特性(A),推力特性(B)とで同じである。この推力特性(B)は、移動ストロークの前半行程で得られる電磁推力が推力特性(A)よりも小さいが、後半行程に移動すると逆に推力特性(B)が推力特性(A)を上回るようになる。なお、この推力特性(B)の推移は、図12に示した永久磁石の磁界分布と励磁電流を通電する操作コイルとの相対的な位置関係から容易に理解される。
そこで、前記した電磁推力の考察結果を基に、この発明では回路遮断器のON,OFF,RESET操作時に可動子9の第1,第2操作コイル9a−1,9a−2に通電する励磁電流を図6で表すようなパターンで制御する。すなわち、可動子9の移動ストロークを前半行程と後半行程とに分けた上で、スタート位置からストロークの中央位置までの前半行程では第1の操作コイル9a−1,および第2の操作コイル9a−2に同じ電流を通電する(フェーズ(phase)1)。これに対して、移動ストロークの中央位置から反対側のストロークエンドまでの後半行程では、可動子9の進行方向(ON,OFF方向)に対して先行側の操作コイル(ON操作では第1の操作コイル9a−1、OFF操作では第2の操作コイル9a−2)を非通電として、後行側の操作コイル(ON操作では第2の操作コイル9a−2、OFF操作では第1の操作コイル9a−1)に前記フェーズ1の約2倍の電流を通電する(フェーズ2)。なお、この励磁パターン制御を行うには、例えば可動子9の移動経路に沿ってストロークの中央位置に可動子9を検知するマイクロスイッチを配置し、このマイクロスイッチの動作信号により、操作コイルの励磁パターンをフェーズ1からフェーズ2に切替えるようにする。
上記のように可動子9の移動ストロークの途上でフェーズ1とフェーズ2の励磁パターンを組み合わせて励磁制御することにより、電磁リニアアクチュエータの電磁推力特性は図5の図中に太鎖線で表したON推力特性(C),OFF推力特性(C)のようになる。すなわち、移動ストロークの前半行程では図中の推力特性(A)に沿った電磁推力が得られ、後半行程では電磁推力が推力特性(B)に沿って増加する。なお、フェーズ1とフェーズ2の励磁パターンで操作コイルに通電する励磁電流の消費電力は同じである。
上記のように可動子9の移動ストロークの途上でフェーズ1とフェーズ2の励磁パターンを組み合わせて励磁制御することにより、電磁リニアアクチュエータの電磁推力特性は図5の図中に太鎖線で表したON推力特性(C),OFF推力特性(C)のようになる。すなわち、移動ストロークの前半行程では図中の推力特性(A)に沿った電磁推力が得られ、後半行程では電磁推力が推力特性(B)に沿って増加する。なお、フェーズ1とフェーズ2の励磁パターンで操作コイルに通電する励磁電流の消費電力は同じである。
これにより、電磁リニアアクチュエータの推力特性(C)を図中に表したON負荷,OFF負荷,RESET負荷の各反力特性に整合させて回路遮断器のハンドルを支障なく切換え操作することができる。ここで、ON,OFF操作の前半行程(フェーズ1)で得られる電磁推力がON負荷,OFF負荷を超えるように、第1および第2の操作コイル9a−1,9a−2に同時通電する励磁電流を設定すれば、後半行程のフェーズ2では同じ励磁電流でも電磁推力がフェーズ1よりもさらに増大してON負荷,OFF負荷,およびRESET負荷の最大反力を上回るようになる。これによりストロークの全行程で操作コイルに通電する励磁電流の消費電力を低く抑えて回路遮断器のハンドルを確実にON,OFF,RESET操作できる。
また、図示実施例のようにハンドル1aを挟んで2組の電磁リニアアクチュエータを左右対象に配置してその可動子同士を一体結合することにより、2組の電磁リニアアクチュエータの電磁推力を合算して回路遮断器のハンドル1aを駆動できるほか、左右に並ぶ電磁リニアアクチュエータの電磁推力をハンドルの操作方向に沿って偏りなしに作用させて可動子9が固定子8に対して回動するのを防止できる。
さらに、停電時のように操作コイルに励磁電流を通電できない状態でも、電磁リニアアクチュエータの可動子9に設けた手動ハンドル7(図2参照)に手をかけて回路遮断器1のハンドル1aを切換え操作することができる。しかも、この場合にコアレス型の可動子9は永久磁石8bの影響を受けることがないので、余分な力を加えずにハンドル1aの切換え操作が楽に行える。
また、図示実施例のようにハンドル1aを挟んで2組の電磁リニアアクチュエータを左右対象に配置してその可動子同士を一体結合することにより、2組の電磁リニアアクチュエータの電磁推力を合算して回路遮断器のハンドル1aを駆動できるほか、左右に並ぶ電磁リニアアクチュエータの電磁推力をハンドルの操作方向に沿って偏りなしに作用させて可動子9が固定子8に対して回動するのを防止できる。
さらに、停電時のように操作コイルに励磁電流を通電できない状態でも、電磁リニアアクチュエータの可動子9に設けた手動ハンドル7(図2参照)に手をかけて回路遮断器1のハンドル1aを切換え操作することができる。しかも、この場合にコアレス型の可動子9は永久磁石8bの影響を受けることがないので、余分な力を加えずにハンドル1aの切換え操作が楽に行える。
1 回路遮断器
1a ハンドル
2 リモート操作装置
8 電磁リニアアクチュエータの固定子
8a ガイドパイプ
8b 棒状永久磁石
9 電磁リニアアクチュエータの可動子
9a−1 第1の操作コイル
9a−2 第2の操作コイル
9b コイル巻枠
1a ハンドル
2 リモート操作装置
8 電磁リニアアクチュエータの固定子
8a ガイドパイプ
8b 棒状永久磁石
9 電磁リニアアクチュエータの可動子
9a−1 第1の操作コイル
9a−2 第2の操作コイル
9b コイル巻枠
Claims (5)
- ロッカー式ハンドルを備えた回路遮断器に装着して前記ハンドルをON,OFF,RESET位置に切換え操作する回路遮断器のリモート操作装置であって、該リモート操作装置は電磁リニアアクチュエータを備え、該電磁リニアアクチュエータの可動子を前記ハンドルに連結してハンドルを切換え操作するようにしたものにおいて、
前記電磁リニアアクチュエータが、互いに逆極性に着磁された一対の永久磁石を直列に連ねて可動子案内用のガイドパイプに内装した固定子と、直列に並ぶ第1および第2のコイルからなる操作コイルを前記ガイドパイプの外周に嵌挿して移動可能に案内支持した可動子とからなり、前記可動子を回路遮断器のハンドルに連結した上で、ON,OFF,RESET操作時に前記操作コイルの第1,第2コイルに通電する励磁電流,および電流の向きを選択的に切替えてハンドルを切換え操作することを特徴とする回路遮断器のリモート操作装置。 - 請求項1に記載のリモート操作装置において、ハンドルのON,OFF,RESET操作時に、可動子の移動ストロークの前半行程で第1および第2のコイルに同じ向きの励磁電流を同時通電し、後半行程では可動子の駆動方向に対する先行側コイルを非励磁として、後行側コイルに励磁電流を通電することを特徴とする回路遮断器のリモート操作装置。
- 請求項2に記載のリモート操作装置において、可動子の移動ストロークの後半行程で後行側コイルに通電する励磁電流を、前半行程で通電する励磁電流の略2倍に設定したことを特徴とする回路遮断器のリモート操作装置。
- 請求項1に記載のリモート操作装置において、永久磁石を内装した固定子のガイドパイプを回路遮断器のハンドルの側方に敷設し、該ガイドパイプの外周に嵌挿してスライド可能に案内支持した可動子を回路遮断器のハンドルに係合連結したことを特徴とする回路遮断器のリモート操作装置。
- 請求項4に記載のリモート操作装置において、回路遮断器のハンドルを挟んでその左右両側に2組の電磁リニアアクチュエータを並置配備し、かつ各組の電磁リニアアクチュエータの可動子を一体結合した上でハンドルに係合連結したことを特徴とする回路遮断器のリモート操作装置。
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