JP4455257B2 - 開閉器 - Google Patents

Description

本発明は、真空遮断器、真空開閉器などの開閉器の開閉特性を改善し得る開閉器に関する。

従来の真空遮断器および真空断路器などの開閉器の操作機構においては、開路、閉路操作を行うために、必要な操作力を発生させる電磁アクチュエータを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この種の開閉器は、図５に示すように、図示上段から電流を遮断する遮断部１ａ、遮断部１ａの閉路時に接触荷重を加えるワイプバネ部１ｂ、および図示最下段に遮断部１ａを開閉する操作機構部１ｃが配置され構成されている。なお、図５において、図示右に閉路状態、図示左に開路状態を示している。

遮断部１ａには、真空絶縁容器２内に接離自在の一対の電極３、４を有する三相分の真空バルブ５が設けられている。真空絶縁容器２外の固定側は、一方の電路となる上部導体６が支持碍子７を介して上部固定部材８にそれぞれ固定されている。また、真空絶縁容器２外の可動側には、軸方向に移動自在の可動通電軸９が他方の電路となる下部導体１０を貫通して設けられている。この可動通電軸９の軸方向には、絶縁操作ロッド１１の一方端が連結されている。

ワイプバネ部１ｂには、絶縁操作ロッド１１の他方端に連結された第１の可動軸１２とこの第１の可動軸１２の軸方向に配置された第２の可動軸１３とを連結するワイプバネフォルダ１４が設けられている。ワイプバネフォルダ１４内には、一対の電極３、４間に接触荷重を加えるワイプバネ１５、および開閉時の衝撃力を吸収する緩衝部材１６が設けられている。

操作機構部１ｃには、三相分の第２の可動軸１３を連結する連絡梁１７、および電磁アクチュエータ１８が設けられている。電磁アクチュエータ１８は、磁路を形成するヨーク１９、ヨーク１９内を移動するように設けられた磁性体のアーマチュア２０、アーマチュア２０を移動もしくは閉路保持をする永久磁石２１、永久磁石２１に固定されアーマチュア２０と接離する磁性体のコア２２、ヨーク１９内の磁束を増減させる閉路、開路コイル２３、２４、およびアーマチュア２０を図示上方と下方間で挟持した非磁性体の操作ロッド２６から構成されている。また、この操作ロッド２６は、永久磁石２１、コア２２、ヨーク１９、ヨーク１９を固定する架台２５を貫き、連絡梁１７に連結されている。

電磁アクチュエータ１８の両側には、アーマチュア２０を永久磁石２１から離す方向に常時付勢する弾性部材の開路バネ２７が、連絡梁１７と下部固定部材２８間に設けられている。

そして、閉路状態にする場合には、永久磁石２１の磁束と同方向の磁束が生じる閉路コイル２３を励磁して、アーマチュア２０を永久磁石２１の方向に吸引させる。この吸引力は閉路時の操作力となって、アーマチュア２０とともに操作ロッド２６、そして連絡梁１７、ワイプバネフォルダ１４、絶縁操作ロッド１１が図示上方の閉路方向に移動し、電極３、４間を接触させる。閉路後には、閉路コイル２３を無励磁にして、永久磁石２１の吸引力によりアーマチュア２０を常時吸引している。

また、開路状態にする場合には、永久磁石２１の磁束と逆方向の磁束が生じる開路コイル２４を励磁して、アーマチュア２０と永久磁石２１との吸引力を減少させる。それに伴って吸引状態は、開路バネ２７のバネ力が勝ることでアーマチュア２０とともに操作ロッド２６を図示下方の開路方向に移動させる。更に、この開路バネ２７により、電極３、４間を最終の位置まで開離する。

一方、操作機構となる電磁アクチュエータ１８を二個直列に連結して、一方の電磁アクチュエータで閉路と開路との操作をし、他方の電磁アクチュエータで更に開路方向の操作をするものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

即ち、一方の電磁アクチュエータで閉路位置と開路位置とを操作し、他方の電磁アクチュエータで開路位置となった電極３、４間を更に広げる操作をして、断路位置にするものとなっている。
特開２００２−２７０４２３号公報（第４〜５ページ、図１） 特開２０００−１６４０８４号公報（第１４ページ、図１３）

上記の従来の開閉器の操作機構においては、次のような問題がある。

開閉器を６０ｋＶクラスのような高電圧化しようとする場合、真空バルブ５の電極３、４間のキャップ長を数十ｍｍと広くしなければならなかった。これに伴って、アーマチュア２０が移動する距離も大きくなり、アーマチュア２０とコア２２とが対向するギャップ長が電極３、４間と同様に長ギャップとなっていた。なお、真空バルブ５のギャップ長は、定格電圧２０ｋＶクラス以下では一般的に十数ｍｍ以下の短ギャップとなっている。

このように高電圧化によってギャップ長が広くなると、ヨーク１９、アーマチュア２０、永久磁石２１、コア２２で形成される磁気回路の磁気抵抗が増加し、開閉器を操作する操作力が急激に小さくなる。そして、例えば１ｍ／秒のような所定の開閉速度を必要とする開閉特性が得られ難くなる。このため、必要な操作力を得るため、アーマチュア２０とコア２２とが対向する面積を広くしたり、閉路コイル２３を太径の素線として通電する電流を大きくしたりしなければならなかった。

これにより、アーマチュア２０、閉路コイル２３、開路コイル２４などを大型化せざるを得なかった。更には、これらのコイル２３、２４を大型化すると、コイル抵抗の増加やインダクタンスの増加などが起こり、操作力に与える影響が大きくなり、更なる大型化をしなければならなかった。

一方、電磁アクチュエータ１８を二個直列に連結したものでは、一方と他方の電磁アクチュエータを個別に操作して、閉路位置、開路位置そして断路位置としているので、それぞれが十数ｍｍ以下の短ギャップの操作となっていた。したがって、所定の操作力を有して数十ｍｍのような長ギャップを操作することができなかった。

このため、アーマチュア２０や閉路コイル２３などを大型化しないで、所定の操作力を有して数十ｍｍの長ギャップの開閉ができる開閉器の操作機構が望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、所定の操作力を有し、長ギャップの開閉特性を改善し得る開閉器を得ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の開閉器は、接離自在の一対の電極を有する遮断部と、前記遮断部を開閉する可動軸に連結された操作ロッド、この操作ロッドに狭持されたアーマチュア、および前記アーマチュアに働く電磁力を増減させるコイルを有する電磁アクチュエータと、前記一対の電極を離す方向に付勢する弾性部材とを備え、前記電磁アクチュエータを複数直列に配置するとともに、それぞれの前記操作ロッドを軸上に配置して接離自在とし、前記アーマチュアが移動する距離を、前記可動軸側から反可動軸側に向かって順次小さくしたことを特徴とする。

本発明によれば、開閉器の可動軸に、この可動軸に連結されたアーマチュア、永久磁石、ソレノイドコイルを有する電磁アクチュエータを複数連結し、これらを同時に操作しているので、開閉器の閉路時に大きな操作力が得られ、長ギャップの開閉特性を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る開閉器の操作機構を図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る開閉器の操作機構を示す断面図である。なお、図１において、開路状態を示し、従来と同様の構成部分については、同一符号を付した。また、開閉器は、従来の図５と同様であるので、その説明を省略する。

図１に示すように、操作機構となる電磁アクチュエータ１８は、図示上段の第１の電磁アクチュエータ１８ａと図示下段の第２の電磁アクチュエータ１８ｂとを直列に連結して構成されている。

第１の電磁アクチュエータ１８ａは、磁路を形成するヨーク１９ａ、ヨーク１９ａ内を移動するように設けられた磁性体のアーマチュア２０ａ、アーマチュア２０ａを移動もしくは閉路保持をする永久磁石２１ａ、永久磁石２１ａに固定されアーマチュア２０ａと接離する磁性体のコア２２ａ、ヨーク１９ａ内の磁束を増減させる閉路、開路コイル２３ａ、２４ａ、およびアーマチュア２０ａを図示上方と下方間で挟持した非磁性体の第１の操作ロッド２６ａから構成されている。また、この操作ロッド２６ａは、永久磁石２１ａ、コア２２ａ、ヨーク１９ａ、ヨーク１９ａを固定する架台２５ａを貫き、図示しない連絡梁に連結されている。

第２の電磁アクチュエータ１８ｂは、第１の電磁アクチュエータ１８ａと同様に構成されている。即ち、ヨーク１９ｂ、アーマチュア２０ｂ、永久磁石２１ｂ、コア２２ｂ、閉路、開路コイル２３ｂ、２４ｂ、架台２５ｂ、および第２の操作ロッド２６ｂから構成されている。

また、第１の操作ロッド２６ａと第２の操作ロッド２６ｂとは、軸上に配置され、対向する端部にそれぞれ円板状のカップリング３１ａ、３１ｂが固定されている。カップリング３１ａ、３１ｂ間は、ボルト３２で連結されている。そして、開路状態における第１の電磁アクチュエータ１８ａのコア２２ａとアーマチュア２０ａとのギャップ長ｇ１と、第２の電磁アクチュエータ１８ｂのコア２２ｂとアーマチュア２０ｂとのギャップ長ｇ２とは、同様となっている。

ここで、閉路コイル２３ａ、２３ｂと開路コイル２４ａ、２４ｂとを一体のソレノイドコイルとし、閉路時には永久磁石２１ａ、２１ｂの磁力と同方向の磁力が生じるように励磁し、また、開路時には永久磁石２１ａ、２１ｂの磁力と逆方向の磁力が生じるように励磁してもよい。

そして、閉路状態にする場合には、第１の電磁アクチュエータ１８ａと第２の電磁アクチュエータ１８ｂとを同時に操作する。即ち、永久磁石２１ａ、２１ｂの磁束と同方向の磁束が生じる閉路コイル２３ａ、２３ｂを同時に励磁し、それぞれのアーマチュア２０ａ、２０ｂを永久磁石２１ａ、２１ｂの方向に同時に吸引させる。

この吸引力は、第１の電磁アクチュエータ１８ａのコア２２ａとアーマチュア２０ａ間、および第２の電磁アクチュエータ１８ｂのコア２２ｂとアーマチュア２０ｂ間で生じ、閉路時の操作力となって、アーマチュア２０ａ、２０ｂとともに第１および第２の操作ロッド２６ａ、および２６ｂを図示上方の閉路方向に移動させる。閉路後には、閉路コイル２３ａ、２３ｂを無励磁にして、それぞれの永久磁石２１ａ、２１ｂの吸引力によりアーマチュア２０ａ、２０ｂを常時吸引している。

このように閉路時の操作力は、第１の電磁アクチュエータ１８ａと第２の電磁アクチュエータ１８ｂとを同時に操作しているので、吸引力が同時に発生し、従来に比べて操作力が２倍の大きさとなる。このため、数十ｍｍのような長ギャップにおいても、閉路時の速度を向上させることができる。

一方、開路状態にする場合には、永久磁石２１ａ、２１ｂの磁束と逆方向の磁束が生じる開路コイル２４ａ、２４ｂを同時に励磁して、アーマチュア２０ａ、２０ｂと永久磁石２１ａ、２１ｂとの吸引力を減少させる。それに伴って吸引状態は、図示しない開路バネのバネ力が勝ることでアーマチュア２０ａ、２０ｂとともに第１および第２の操作ロッド２６ａおよび２６ｂを図示下方の開路方向に移動させる。そして、開路バネにより、最終の位置まで開離する。

上記実施例１の開閉器の操作装置によれば、第１の電磁アクチュエータ１８ａと第２の電磁アクチュエータ１８ｂとを直列に連結して、コア２２ａ、２２ｂとアーマチュア２０ａ、２０ｂとが対向するギャップ長を同様にし、これらを同時に操作しているので、開閉時に大きな操作力が得られ、長ギャップにおける開閉特性を向上させることができる。

なお、上記実施例１では、第１の電磁アクチュエータ１８ａと第２の電磁アクチュエータ１８ｂとを同様の構成で説明したが、コア２２ａ、２２ｂとアーマチュア２０ａ、２０ｂとが対向するギャップ長ｇ１、ｇ２が同様であれば、閉路コイル２３ａ、２３ｂや開路コイル２４ａ、２４ｂの形状や容量などが異なっていてもよい。

また、カップリング３１ａ、３１ｂを直接、ボルト３２で固定して説明したが、カップリング３１ａ、３１ｂ間に、ゴムのような弾性体からなる緩衝層を介して固定すれば、第１の電磁アクチュエータ１８ａのギャップ長ｇ１と第２の電磁アクチュエータ１８ｂのギャップ長ｇ２が若干異なっていても、緩衝層によりこのギャップ長ｇ１、ｇ２の差異が吸収されるので好ましくなる。

また、永久磁石２１ａ、２１ｂにより、閉路を保持させることで説明したが、永久磁石２１ａ、２１ｂを取り除き、閉路時に第１の操作ロッド２６ａなどの可動部にラッチを掛けるラッチ式の機構で閉路の保持をさせてもよい。

また、第１の操作ロッド２６ａと第２の操作ロッド２６ｂとをカップリング３１ａ、３１ｂで連結して説明したが、一体の操作ロッドとしてもよい。

更に、電磁アクチュエータは、二個以上を直列に連結してもよい。直列に連結した割合に比例して大きな操作力が得られ、長ギャップの開閉に適するようになる。

次に、本発明の実施例２に係る開閉器の操作機構を図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施例２に係る開閉器の操作機構を示す断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、第１の電磁アクチュエータと第２の電磁アクチュエータとのヨークを一体化させたことである。図２において、開路状態を示し、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図２に示すように、第１の電磁アクチュエータ１８ａと第２の電磁アクチュエータ１８ｂとは、互いのヨーク１９ａ、１９ｂが接して構成されている。また、第３の操作ロッド２６ｃが、第１の電磁アクチュエータ１８ａのヨーク１９ａから第２の電磁アクチュエータ１８ｂのヨーク１９ｂを固定する架台２５ｂまで貫いて設けられている。なお、ヨーク１９ａ、１９ｂは、一体化されて構成されていてもよい。

上記実施例２の開閉器の操作装置によれば、実施例１による効果の他に、ヨーク１９ａ、１９ｂを小型化することができ、操作機構の全体構成を小型化することができる。

次に、本発明の実施例３に係る開閉器の操作機構を図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例３に係る開閉器の操作機構を示す断面図である。図３（ａ）は、開路状態、図３（ｂ）は、閉路中の状態、図３（ｃ）は、閉路状態を示す。なお、この実施例３が実施例１と異なる点は、第１の電磁アクチュエータと第２の電磁アクチュエータとを切り離し、それぞれのヨークとアーマチュアとが対向するギャップ長を異ならせたことである。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図３（ａ）に示すように、第１の電磁アクチュエータ１８ａの操作ロッド２６ａと第２の電磁アクチュエータ１８ｂの操作ロッド２６ｂとの端部に固定されているカップリング３１ａ、３１ｂは、軸方向に接離自在に設けられている。また、第１の電磁アクチュエータ１８ａのコア２２ａとアーマチュア２０ａとが対向するギャップ長ｇ３は、第２の電磁アクチュエータ１８ｂのコア２２ｂとアーマチュア２０ｂとが対向するギャップ長ｇ４よりも広くなっている。

ここで、第１の電磁アクチュエータ１８ａが遮断部側、第２の電磁アクチュエータが下部固定部材側に配置されている。

そして、閉路状態にする場合には、第１の電磁アクチュエータ１８ａと第２の電磁アクチュエータ１８ｂとを同時に操作して、永久磁石２１ａ、２１ｂの磁束と同方向の磁束が生じる閉路コイル２３ａ、２３ｂを同時に励磁し、それぞれのアーマチュア２０ａ、２０ｂを永久磁石２１ａ、２１ｂの方向に吸引させる。

ここで、吸引力は、ギャップ長ｇ３もしくはｇ４により大きく左右され、ギャップ長が短い方が大きくなる。このため、先ず、図３（ｂ）に示すように、第２の電磁アクチュエータ１８ｂに大きな吸引力が生じて、コア２２ｂとアーマチュア２０ｂとが当接する。これにより、第２の操作ロッド２６ｂが図示上方の閉路方向に移動し、それに伴って第１の操作ロッド２６ａとこの操作ロッド２６ａに挟持されているアーマチュア２０ａも移動する。

このように第２の電磁アクチュエータ１８ｂのアーマチュア２０ｂが移動すると、第１の電磁アクチュエータ１８ａのコア２２ａとアーマチュア２０ａとのギャップ長がｇ４−ｇ３と短くなる。

すると、第１の電磁アクチュエータ１８ａはギャップ長ｇ３のときよりも大きな吸引力が得られ、図３（ｃ）に示すように、コア２２ａとアーマチュア２０ａとが当接する。同時に、第１の操作ロッド２６ａが図示上方の閉路方向に移動し、互いのカップリング３１ａ、３１ｂが開離して閉路状態となる。

これにより、閉路時においては、先ず、第２の電磁アクチュエータ１８ｂで大きな操作力が得られ、次に、第１の電磁アクチュエータ１８ａでも引き続いて大きな操作力が得られて閉路状態にすることができる。

一方、開路状態にする場合には、永久磁石２１ａ、２１ｂの磁束と逆方向の磁束が生じる開路コイル２４ａ、２４ｂを励磁して、アーマチュア２０ａ、２０ｂと永久磁石２１ａ、２１ｂとの吸引力を減少させ、第１の操作ロッド２６ａと第２の操作ロッド２６ｂとを図示下方の開路方向に移動させる。

上記実施例３の開閉器の操作装置によれば、コア２２ａ、２２ｂとアーマチュア２０ａ、２０ｂとが対向するギャップ長が異なる第１の電磁アクチュエータ１８ａと第２の電磁アクチュエータ１８ｂとを軸上に直列に配置して、互いの操作ロッド２６ａ、２６ｂを接離するようにし、これらを同時に操作しているので、閉路時に、先ずギャップ長が短い方で大きな操作力が得られ、次いで長い方のギャップ長が短くなって引き続いて大きな操作力が得られ、長ギャップにおける開閉特性を向上させることができる。

なお、上記実施例３では、電磁アクチュエータを二個用いて説明したが、二個以上のものを直列に配置してもよい。直列に連結した割合に比例して順次大きな操作力が得られ、長ギャップの開閉に適するようになる。

次に、本発明の実施例４に係る開閉器の操作機構を図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施例４に係る開閉器の操作機構を示す断面図である。なお、この実施例４が実施例１と異なる点は、第１の電磁アクチュエータと第２の電磁アクチュエータとを並列に連結したことである。図４において、開路状態を示し、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図４に示すように、第１の電磁アクチュエータ１８ａと第２の電磁アクチュエータ１８ｂとは、並列に配置され構成されている。そして、第１の電磁アクチュエータ１８ａの第４の操作ロッド２６ｄと第２の電磁アクチュエータ１８ｂの第５の操作ロッド２６ｅとが、上部連絡梁３３ａと下部連絡梁３３ｂ間に固定されている。また、上部連絡梁３３ａには、遮断部に連結される第６の操作ロッド２６ｆが固定されている。また、下部連絡梁３３ｂには、下部固定部材側に伸びる第７の操作ロッド２６ｇが固定されている。

ここで、開路状態における第１の電磁アクチュエータ１８ａのコア２２ａとアーマチュア２０ａとのギャップ長と、第２の電磁アクチュエータ１８ｂのコア２２ｂとアーマチュア２０ｂとのギャップ長とは、同様となっている。

そして、閉路状態および閉路状態にする場合には、第１の電磁アクチュエータ１８ａと第２の電磁アクチュエータ１８ｂとを同時に操作する。

上記実施例４の開閉器の操作装置によれば、第１の電磁アクチュエータ１８ａと第２の電磁アクチュエータ１８ｂとを並列に連結し、コア２２ａ、２２ｂとアーマチュア２０ａ、２０ｂとが対向するギャップ長を同様にして、これらを同時に操作しているので、開閉時に大きな操作力が得られ、長ギャップにおける開閉特性を向上させることができる。

また、上記実施例４では、電磁アクチュエータを二個用いて説明したが、二個以上を並列に連結してもよい。並列に連結した割合に比例して大きな操作力が得られ、長ギャップの開閉に適するようになる。

本発明の実施例１に係る開閉器の操作機構を示す断面図。 本発明の実施例２に係る開閉器の操作機構を示す断面図。 本発明の実施例３に係る開閉器の操作機構を示す断面図。 本発明の実施例４に係る開閉器の操作機構を示す断面図。 開閉器の構成を示す断面図。

符号の説明

１ａ 遮断部
１ｂ ワイプバネ部
１ｃ 操作機構部
２ 真空絶縁容器
３、４ 電極
５ 真空バルブ
６ 上部導体
７ 支持碍子
８ 上部固定部材
９ 可動通電軸
１０ 下部導体
１１ 絶縁操作ロッド
１２ 第１の可動軸
１３ 第２の可動軸
１４ ワイプバネフォルダ
１５ ワイプバネ
１６ 緩衝部材
１７ 連絡梁
１８ 電磁アクチュエータ
１８ａ 第１の電磁アクチュエータ
１８ｂ 第２の電磁アクチュエータ
１９、１９ａ、１９ｂ ヨーク
２０、２０ａ、２０ｂ アーマチュア
２１、２１ａ、２１ｂ 永久磁石
２２、２２ａ、２２ｂ コア
２３、２３ａ、２３ｂ 閉路コイル
２４、２４ａ、２４ｂ 開路コイル
２５、２５ａ、２５ｂ 架台
２６ 操作ロッド
２６ａ 第１の操作ロッド
２６ｂ 第２の操作ロッド
２６ｃ 第３の操作ロッド
２６ｄ 第４の操作ロッド
２６ｅ 第５の操作ロッド
２６ｆ 第６の操作ロッド
２６ｇ 第７の操作ロッド
２７ 開路バネ
２８ 下部固定部材
３１ａ、３１ｂ カップリング
３２ ボルト
３３ａ 上部連絡梁
３３ｂ 下部連絡梁

Claims (1)

1. 接離自在の一対の電極を有する遮断部と、
   前記遮断部を開閉する可動軸に連結された操作ロッド、この操作ロッドに狭持されたアーマチュア、および前記アーマチュアに働く電磁力を増減させるコイルを有する電磁アクチュエータと、
   前記一対の電極を離す方向に付勢する弾性部材と
   を備え、前記電磁アクチュエータを複数直列に配置するとともに、それぞれの前記操作ロッドを軸上に配置して接離自在とし、
   前記アーマチュアが移動する距離を、前記可動軸側から反可動軸側に向かって順次小さくしたことを特徴とする開閉器。

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