JP5275301B2

JP5275301B2 - 気中遮断器

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Publication number: JP5275301B2
Application number: JP2010180976A
Authority: JP
Inventors: 雅詞澤田; 歩森田; 雅人藪; 元輝澁谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2030-08-12
Also published as: KR20120016010A; KR101250166B1; JP2012043540A; SG178670A1; BRPI1106265A2; US8570121B2; TW201230109A; CN102420081A; EP2418667A3; EP2418667A2; US20120038438A1

Description

本発明は、気中遮断器に係り、さらに詳しくは、電磁操作式の気中遮断器に関する。

一般に、気中遮断器は、固定集電子に対し、刀型の可動接触子を回動させて投入・遮断する構成の開閉接触部と、遮断時のアーク長を引き伸ばして限流させるための消弧装置と、リンク機構を介して開閉接触部を駆動する投入操作用電磁石と、遮断指令に伴って動作する引外し装置とを備えて構成されている。

このような気中遮断器において、刀形の可動接触子と、この可動接触子に連結した第１のレバー機構と、投入操作用の電磁石と、この電磁石のプランジャの先端に連結部材を介して連結した第２のレバー機構とを備え、第１のレバー機構を作用させる作用点に第２のレバー機構の先端に回転自由に設けたローラが当接するように構成することで、投入操作用の電磁石のストロークの増加を抑制可能とし、電磁石の小型化を図ったものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−４４９２７号公報

上述した特許文献１記載の気中遮断器においては、可動接触子に連結した第１のレバー機構において、力の作用点の腕の長さを短くすることができるので、投入操作用の電磁石のストロークの増加を抑制できる。この結果、電磁石を小型化できる。

しかしながら、特許文献１記載の気中遮断器においては、電磁石のプランジャを重力に逆らって上方に移動させて、可動接触子を遮断方向に駆動するため、遮断スピードを確保するために大型化せざるを得ず、電磁石の小型化が制約されるという課題がある。また、いわゆる倍力機構として２つのレバー機構を関連させる構成であるため、部品数が増加するという課題がある。

一方、需要者からは、気中遮断器に対して、さらなる小型化と低廉化の要求がある。

本発明は、上記事項に基づいてなされたもので、その目的は、操作器としての電磁石と倍力機構とを大形複雑化することなく、より小型化するとともに、低廉化を図った気中遮断器を提供するものである。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、固定子と前記固定子に対向させて回動可能に支持軸に軸支された刃形の可動子とを有する開閉器部と、上方に配置した固定鉄心と前記固定鉄心に対向して下方に配置した可動鉄心と前記固定鉄心と前記可動鉄心とを電磁力により接離させるコイルと前記可動子の投入位置を保持する保持力を生じさせる永久磁石とを有する電磁操作器と、前記電磁操作器の前記コイルを励磁するための電力を蓄積するコンデンサと、前記開閉器部に対する投入指令または遮断指令に応答して前記コンデンサから前記コイルに供給する電流の通電方向を制御する制御基板と、前記電磁操作器における前記可動鉄心に連結され前記電磁操作器の電磁力による駆動力を前記開閉器部に伝達するように、前記電磁操作部の上方に配設した倍力機構部と、前記倍力機構部に一端が取付けられ、他端が前記気中遮断器の底板に取付けられる遮断ばねを備え、前記遮断ばねは、前記開閉器部における前記可動子が投入されたときに蓄勢され、前記倍力機構部は、３相分独立して構成される前記可動子と、前記可動子のそれぞれに連結された絶縁ロッドに連結ピンを介して一端が連結された３相分それぞれのレバーと、前記３相分それぞれのレバーの他端を貫通軸支する回転軸と、前記電磁操作器の可動鉄心と前記レバーとを連結する連結部材とを備えたものとする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記電磁操作器の前記永久磁石は、前記可動鉄心が前記固定鉄心と接したときに、前記可動鉄心の下部に接するように前記コイルの支持板の下部に配置されていることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、前記倍力機構部の前記連結ピンに前記遮断ばねの一端が取付けられ、前記遮断ばねは、前記開閉器部における前記可動子が投入され、前記連結ピンが上方に引き上げられたときに伸長し蓄勢されることを特徴とする。

更に、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記電磁操作器は、正面視幅方向略中央に配置したことを特徴とする。

本発明によれば、単純な倍力機構と永久磁石付き電磁操作器を組み合わせて気中遮断器の操作機構を構成したので、永久磁石を小型化できるとともに、遮断スピードを十分に確保することができる。この結果、より小型化および低廉化を図った気中遮断器を提供することができる。

本発明の気中遮断器の一実施の形態の遮断状態を一部断面にて示す側面図である。図１に示す本発明の気中遮断器の一実施の形態の遮断状態を一部断面にて示す正面図である。本発明の気中遮断器の一実施の形態の投入状態を一部断面にて示す側面図である。図３に示す本発明の気中遮断器の一実施の形態の投入状態を一部断面にて示す正面図である。

以下に、本発明の気中遮断器の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１乃至図４は本発明の気中遮断器の一実施の形態を示すもので、図１は本発明の気中遮断器の一実施の形態の遮断状態を一部断面にて示す側面図、図２は図１に示す本発明の気中遮断器の一実施の形態の遮断状態を一部断面にて示す正面図、図３は本発明の気中遮断器の一実施の形態の投入状態を一部断面にて示す側面図、図４は図３に示す本発明の気中遮断器の一実施の形態の投入状態を一部断面にて示す正面図である。なお、本実施の形態において、説明の便宜のため、遮断器の操作部側を前側及び正面側、遮断部側を後側及び背面側とする。

これらの図において、気中遮断器１は、車輪を有する移動可能な台車３と、この台車３に載置された箱型の金属フレーム２とを備え、この金属フレーム２の背面側（図１及び図３の左側）には、絶縁架台２ａが固定されている。

絶縁架台２ａには、上部側に固定側導体４が、下部側には可動側導体５がそれぞれ貫通する形で固定されている。固定側導体４と可動側導体５の外部端には、断路クリップ６，７がそれぞれ取り付けられている。これらの断路クリップ６，７は盤側の図示しないブッシング部に挿抜可能となっている。この結果、盤に対する気中遮断器１の引出し位置を変更することで、気中遮断器１における固定側導体４と可動側導体５のそれぞれを盤側の電源側母線，負荷側母線と接離可能としている。

可動側導体５の内部端には支持部材８が固定されている。この支持部材８には、一端側（基端側）を回転軸９で回動自在に軸支した１枚の刀形の帯板状導体部材からなる可動子１０が設けられている。

固体側導体４の内部端には、固定側導体４に電気的に接続され、可動子１０の他端側（先端側）の外側面にそれぞれ接離するように配置された固定子１１ａ，１１ｂが設けられている。この結果、可動子１０が回転軸９を支点として固定子１１ａ，１１ｂに対向して回転することにより、可動子１０の先端側が固定子１１ａ，１１ｂに対向して挿抜されるので、気中遮断器１の投入・遮断を実現する。換言すると、可動子１０と固定子１１ａ，１１ｂで開閉器部を構成している。なお、図１及び図３では１相分のみを表しているが、図２及び図４に示すように、同一構成のものが３相分正面視幅方向に並べて設けられていて、後述する電磁石には正面視幅方向で中央の相（以下第２相という）のものが連結されている。

可動子１０の側面略中央部には、絶縁ロッド１２の一端が連結されている。絶縁ロッド１２の他端は連結ピン１３を介してレバー１４の一端に連結されている。レバー１４の他端は、回転自由に軸支された主回転軸１５に軸支されている。ここで、連結ピン１３は３相分それぞれ独立して３個で構成されているが、主回転軸１５は、１個で３相分それぞれのレバー１４の他端を貫通軸支し、その両端部が金属フレーム２の両側面に回転自在に設けられている。また、図２及び図４に示すように、絶縁ロッド１２とレバー１４は、それぞれ一対の板状部材を対向させて形成され、連結ピン１３はこれら一対の板状部材に渡して設けられている。

いわゆる倍力機構１６としては、３相分それぞれ独立して構成される絶縁ロッド１２，連結ピン１３，レバー１４と、主回転軸１５と、後述する電磁石２０のシャフト３４と第２相のレバー１４とを連結する連結部材２８とを備えている。この倍力機構１６の詳細については後述する。

箱型の金属フレーム２の正面側上部には、天井カバー２ａが設けられている。この天井板２ａの上部には、３個のコンデンサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃが載置固定されている。具体的には、コンデンサ１７ｃの軸方向に沿って配置された支持金具１７ｄに両端を固着されたバンド（固定金具）１８が各コンデンサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃの周囲を囲むように径方向に沿って配置されている。支持金具１７ｄは、天井カバー２ａにボルとで固定されている。

各コンデンサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃの端子部には、図示しないケーブルが接続されていて、ケーブルを介して供給された電力がそれぞれに蓄積される。蓄積された電力は、後述する電磁石２０のコイルを励磁するために供給される。なお、後述する制御基板１９は、気中遮断器１に対する投入指令または遮断指令に応答して、各コンデンサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃから電磁石２０のコイルに供給する電流の通電方向を制御している。

制御基板１９は、図２及び図４に示すように、防振ゴムなどのスペーサを介して金属フレーム２の右側面にボルト，ナットで固定されている。制御基板１９には、図示しないデジタル継電器等からの投入指令や遮断指令を受け、電磁石２０の駆動を制御する制御ロジック部、コンデンサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを充放電するための充放電回路、及び電磁石２０のコイルの通電方向を制御するリレー等が実装されている（図示省略）。

電磁操作器として可動子１０を駆動する電磁石２０は、図２及び図４に示すように、金属フレーム２の正面視略中央部に配置され、コイル（電磁コイル）３０、コイルボビン３１、可動鉄心３２、固定鉄心３３、シャフト３４、３枚の可動平板３５，３６，３７、永久磁石３８、筒状に形成された鉄製のカバー４０、４２、鉄製の支持板４４，４５，４６，４７、固定ロッド４８等を備えている。

コイル３０は、支持板４４と支持板４７との間に配置されたコイルボビン３１内に収納され、固定ロッド４８は、金属フレーム２の底板部にボルト、ナットで固定されている。

シャフト３４は、電磁石２０の中央部に鉛直方向に沿って配置されている。シャフト３４は、その下部側が可動平板３５，３６，３７のそれぞれの貫通孔内に挿入され、その上部側が支持板４６，４７のそれぞれの貫通孔に挿入され、上下方向に摺動自在である。シャフト３４の外周面には可動鉄心３２、可動平板３５，３６，３７がナットで固定され、シャフト３４の上部側には、ピン２６を介して連結部材２８の一端が回動自在に連結されている。

シャフト３４には、３枚の可動平板３５，３６，３７が取り付けられている。最下部の可動平板３７を小さくしたのは、可動部の質量を適切にするためである。可動鉄心３２の周囲には支持板４５の下部に固定されている永久磁石３８が配置されている。この永久磁石３８は、可動鉄心３２が上方に移動し固定鉄心３３と接したときに、可動鉄心３２の周囲に接するように配置されている
固定鉄心３３は支持板４７の下部に例えばボルトで固定されている。磁気抵抗を減らすために、可動鉄心３２と固定鉄心３３とを純鉄やケイ素鋼にしてもよい。

シャフト３４の上部側に一端が連結された連結部材２８の他端は、第２相のレバー１４の連結ピン１３近傍にピン２９で連結されている。また、図２及び図４に示すように正面視幅方向で左側の相（以下第１相という）の連結ピン１３の軸方向外端部には、遮断ばね２５の一端が取り付けられ、遮断ばね２５の他端は、金属フレーム２の底板部に取り付けられている。遮断ばね２５は、可動子１０が投入され連結ピン１３が上方に引き上げられたときに伸長し蓄勢されるようになっている（図４参照）。

次に、上述した本発明の気中遮断器の一実施の形態の動作を説明する。図１及び図２に示す遮断状態において、制御基板１９に投入指令が入力されると、制御基板１９からの信号によって電磁石２０のコイル（電磁コイル）３０が通電され、コイル３０の周囲には、可動鉄心３２→固定鉄心３３→支持板４７，４６→カバー４２→支持板４４，４５→可動鉄心３２を結ぶ経路で磁界が形成され、可動鉄心３２の上部側側面には上向きの吸引力が働き、可動鉄心３２が固定鉄心３３側に移動し、可動鉄心３２が固定鉄心３３に吸着される。

このとき、永久磁石３８によって形成される磁界の向きもコイル３０の励磁に伴って発生する磁界の向きと同じになるので、吸引力が高められた状態で可動鉄心３２が固定鉄心３３側に移動する。ここで、支持板４６，４７，４４，４５では、コイル側すなわち支持板４７，４４側を厚くし、発生する衝撃に対する強度とコイル３０による磁束の流通面積とを確保している。

電磁石２０による投入動作がなされると、図３及び図４に示すように、シャフト３４が遮断ばね２５の弾性力に抗して上方に移動し、電磁石２０から発生する電磁力による駆動力が連結部材２８に伝達される。この駆動力は、連結部材２８、ピン２９を介して、第２相のレバー１４に伝達され、主回転軸１５を支点に第２相のレバー１４を時計回りに回転させる。この結果、主回転軸１５に他端を軸支している他の相のレバー１４，１４も同様に時計回りに回転させる。

これにより、３相分それぞれの連結ピン１３が上昇移動すると共に、この連結ピン１３に一端が連結された３相分それぞれの絶縁ロッド１２を、上昇移動させる。この絶縁ロッド１２の他端には、基端部を回転軸９に軸支した可動子１０が連結されているため、絶縁ロッド１２の一端側の上昇移動により、３相分それぞれの可動子１０は、回転軸９を中心に反時計回りに回動する。この結果、３相分それぞれの可動子１０の先端部は、３相分それぞれの固定子１１ａ，１１ｂに対向して挿入されるので、気中遮断器１の投入が実行される。

この結果、主回転軸１５とレバー１４と連結ピン１３と絶縁ロッド１２と可動子１０との連結点とを結ぶ線は略直線状となり、連結ピン１３が上方位置に配置され、遮断ばね２５は、気中遮断器１の投入動作中、常に伸長，蓄勢され続ける。

次に、制御基板１９に遮断指令（開極指令）が入力されると、制御基板１９からコイル３０に遮断指令に伴う信号が出力される。この結果、コイル３０には投入時とは逆方向の電流が流れ、コイル３０の周囲には投入動作時とは逆方向の磁界が形成される。コイル３０から発生する磁束と永久磁石３８から発生する磁束とが互いに打ち消し合い、軸方向端面（上面）における吸引力は、遮断ばね２５から発生する弾性力よりも弱くなるので、可動鉄心３２が固定鉄心３３から離れて下方向に移動する。

可動鉄心３２の移動に伴って連結ピン３４が下方に移動すると、図１及び図２に示すように、連結部材２８、ピン２９を介して、主回転軸１５を支点に第２相のレバー１４を反時計回りに回転させる。この結果、主回転軸１５に他端を軸支している他の相のレバー１４，１４も同様に反時計回りに回転させる。

これにより、３相分それぞれの連結ピン１３が下降移動すると共に、この連結ピン１３に一端が連結された３相分それぞれの絶縁ロッド１２を、下降移動させる。この絶縁ロッド１２の他端には、基端部を回転軸９に軸支した可動子１０が連結されているため、絶縁ロッド１２の一端側の下降移動により、可動子１０は、回転軸９を中心に時計回りに回動する。この結果、３相分それぞれの可動子１０の先端部は、３相分それぞれの固定子１１ａ，１１ｂに対向して抜出されるので、気中遮断器１の遮断が実行される。

この結果、主回転軸１５とレバー１４とを結ぶ線と、絶縁ロッド１２と可動子１０との連結点とを結ぶ線とは、連結ピン１３において、逆への字状となり、連結ピン１３が下方位置に配置され、遮断ばね２５の伸長は、解除される。

上述した本発明の気中遮断器の一実施の形態によれば、単純な倍力機構１６と永久磁石３８付き電磁操作器２０を組み合わせて気中遮断器１の操作機構を構成したので、永久磁石３８を小型化できるとともに、遮断スピードを十分に確保することができる。この結果、より小型化および低廉化を図った気中遮断器１を提供することができる。

また、上述した本発明の気中遮断器の一実施の形態によれば、気中遮断器１の投入動作の後に、可動子１０の投入位置を保持する保持力は電磁石２０の永久磁石３８が担うが、倍力機構を採用しているため、永久磁石３８の保持力は遮断ばね２５のばね力と電磁石２０の可動鉄心３２の自重等を加えた程度でよい。このため、永久磁石３８を小型化することができ、低廉化を図った気中遮断器１を提供することができる。

また、従来の気中遮断器が備えていた可動子の投入位置を保持する機械式ラッチ機構を不要としたので、これらの機構を構成する部品の点数を低減することができ、低廉化を図った気中遮断器１を提供することができる。

更に、上述した本発明の気中遮断器の一実施の形態によれば、気中遮断器１の遮断動作は、電磁石２０の可動鉄心３２を下方に移動させて倍力機構１６を押し下げ、可動子１０を固定子１１から抜出させて実行しているが、電磁石２０の可動鉄心３２の自重が動作方向に作用し、遮断ばね力と加算されるため、気中遮断器１の遮断スピードを十分に確保することができる。この結果、小型の電磁石であっても、遮断スピードを確保した気中遮断器１を提供することができる。

また、上述した本発明の気中遮断器の一実施の形態によれば、倍力機構１６を３相連結する主回転軸１５を有し、中央の第２相の部分で電磁石２０のシャフト３４と連結して構成したので、気中遮断器１の動作が安定化すると共に、部品点数を低減化することができる。この結果、より小型化および低廉化を図った気中遮断器１を提供することができる。

１気中遮断器
２金属フレーム
３台車
４固定側導体
５可動側導体
６，７断路クリップ
８支持部材
９回転軸
１０可動子
１１固定子
１２絶縁ロッド
１３連結ピン
１４レバー
１５主回転軸
１６倍力機構
１７ａコンデンサ
１７ｂコンデンサ
１７ｃコンデンサ
１８バンド（固定金具）
１９制御基板
２０電磁石（電磁操作器）
２５遮断ばね
２８連結部材
３０コイル
３２可動鉄心
３３固定鉄心
３４シャフト
３８永久磁石

Claims

固定子と前記固定子に対向させて回動可能に支持軸に軸支された刃形の可動子とを有する開閉器部と、
上方に配置した固定鉄心と前記固定鉄心に対向して下方に配置した可動鉄心と前記固定鉄心と前記可動鉄心とを電磁力により接離させるコイルと前記可動子の投入位置を保持する保持力を生じさせる永久磁石とを有する電磁操作器と、
前記電磁操作器の前記コイルを励磁するための電力を蓄積するコンデンサと、
前記開閉器部に対する投入指令または遮断指令に応答して前記コンデンサから前記コイルに供給する電流の通電方向を制御する制御基板と、
前記電磁操作器における前記可動鉄心に連結され前記電磁操作器の電磁力による駆動力を前記開閉器部に伝達するように、前記電磁操作部の上方に配設した倍力機構部と、
前記倍力機構部に一端が取付けられ、他端が前記気中遮断器の底板に取付けられる遮断ばねを備え、
前記遮断ばねは、前記開閉器部における前記可動子が投入されたときに蓄勢され、
前記倍力機構部は、３相分独立して構成される前記可動子と、前記可動子のそれぞれに連結された絶縁ロッドに連結ピンを介して一端が連結された３相分それぞれのレバーと、前記３相分それぞれのレバーの他端を貫通軸支する回転軸と、前記電磁操作器の可動鉄心と前記レバーとを連結する連結部材とを備えた
ことを特徴とする気中遮断器。
請求項１記載の気中遮断器において、
前記電磁操作器の前記永久磁石は、前記可動鉄心が前記固定鉄心と接したときに、前記可動鉄心の下部に接するように前記コイルの支持板の下部に配置されている
ことを特徴とする気中遮断器。
請求項１に記載の気中遮断器において、
前記倍力機構部の前記連結ピンに前記遮断ばねの一端が取付けられ、
前記遮断ばねは、前記開閉器部における前記可動子が投入され、前記連結ピンが上方に引き上げられたときに伸長し蓄勢される
ことを特徴とする気中遮断器。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の気中遮断器において、
前記電磁操作器は、正面視幅方向略中央に配置した
ことを特徴とする気中遮断器。