专利名称：开关的旋转型操作装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及断路器和切断开关等开关的旋转型操作装置。
在以往，作为对真空断路器等开关进行开关动作的操作装置，其主流为所谓的机械式，预先通过电机在弹簧蓄积能量，然后将机械式锁键松开，释放能量，使动作开始。而在近年来，一般采用的是同时使用了永久磁铁和电磁线圈的电磁激励器方式，作为断路器的开关操作装置。
下面用
图1说明有代表性的适用于真空断路器的电磁激励器方式的操作装置的结构和动作。在图1中，表示的是驱动单相真空阀的操作装置的结构，对于同时操作3相真空阀的情况也是同样。在以下用虚线表示永久磁铁的磁通形成的磁路。用实线表示电磁线圈的磁通形成的磁路。如图1(a)所示，在固定铁心83的中心部设置可动铁心84，可动铁心84可沿其轴方向进行直线运动，在固定铁心83和可动铁心84之间配置有沿与轴成直角的方向磁化的永久磁铁85，并配置有将可动铁心84包围的2个电磁线圈86a、86b。可动铁心84经过可动轴88与未图示的真空断路器的真空阀相连，在该可动铁心84和真空阀接点之间，设置有用于在闭合状态对接点产生一定的压缩力的接帚式(wipe)弹簧89。
图1(a)是断路器的断路状态(电流为0)，虚线表示的是，从永久磁铁85的内侧的磁极(N)开始，经过可动铁心84及固定铁心83，然后返回永久磁铁的外侧的另一个磁极(S)，形成了构成磁回路的磁路，在这样形成磁路的状态下，可动铁心84被吸附到下部吸附面87a，保持真空断路器的接点的断开状态。当接通电磁线圈86b被励磁时，如图1(b)所示，产生从接通电磁线圈86b开始向着断路器的纵向方向(Z)的磁场，其结果，构成下述磁路从接通电磁线圈86b内向Z+方向发出的磁通，经过固定铁心83及可动铁心84，从Z-方向返回电磁线圈86b。从而形成实线所示磁回路。虚线所示磁路与实线所示的磁路叠加的结果是，在下部吸附面87a附近，磁通相互抵销，使下部吸附面87a的吸引力下降，而上部吸附面87b附近的磁通密度增加，从而在上部吸附面87b的吸引力增加。其结果，可动铁心84被向上方吸引，开始接点的接通动作。图1(c)是接通前的状态，在该状态下，由于永久磁铁85产生的磁通偏向上部吸附面的周边，如图所示磁路进行切换，增强与接通电磁线圈86b的磁路之间的磁通，向上的吸引力比永久磁铁85单体时要大，对接帚式弹簧89进行压缩的同时，完成接通动作。永久磁铁85的吸引力被设计成在接通后超过弹簧力，可动铁心84被吸附到上部吸附面87b，保持电流为0的闭合状态。
图2表示上述接通动作的作用于可动铁心84的吸引力(将向上方的吸引力用正表示)和行程(stroke)(间隔)的关系，虚线表示只由永久磁铁85产生的吸引力，实线表示将接通电磁线圈86b在接通方向励磁时的总的吸引力。点划线表示接帚式弹簧89产生的力，用相反符号表示向下方(Z-)的相反力。A点表示断路状态的可动铁心的位置，可动铁心84被吸引到下方。通过对接通电磁线圈86b的励磁，在可动铁心84上产生作为合力的向上的吸引力，产生超过接帚式弹簧89的压缩力的吸引力，完成接通动作(B点)，在电流为0的接通状态下，只通过C点所示永久磁铁85的吸引力，克服D点所示弹簧力，保持真空阀的闭合状态。
断路动作的磁路的变化与上述接通动作的磁路相反，通过预先压缩的弹簧力，可动铁心84被向下方加速，使高速的断路动作成为可能。在图1中，以将2个电磁线圈86a、86b分别作为断路用和接通用为例进行了说明，但也可以将2个电磁线圈串联连接，通过断路和接通使励磁方向反转，可以实现同样的动作。
该电磁激励器方式的优点有以下2点。第1点是可以得到稳定的2个磁回路，即所谓的双稳定型特性。如上所述，由于只通过永久磁铁的吸引力来保持断路器的“断开位置”、“闭合位置”，所以不需要特别的固定装置和电力，而且由于部件数量少，与机械式相比，具有价格低廉、寿命长等优点。第2点是，在减少永久磁铁的吸引力的方向将电磁线圈励磁，开始运动后，在运动终点，向增强永久磁铁的吸引力的方向切换磁路。由于这个特性，在运动终点附近可以使弹簧变形。以下将第2个特性称为“吸引力的增减切换”。
但是，在已有的电磁激励器方式的操作装置中，永久磁铁和电磁铁的吸引力当磁极间的间隔增大时有急剧下降的趋势。因此，电磁激励器方式的操作装置的适用范围很小，进行开关动作的间隔距离的极限为20mm，难以实现长行程化。另外，在图1的结构例中，可动铁心基本上为直线运动，但作为断路器的整体的结构，操作装置的驱动轴不一定只和真空阀轴直接连接。例如有时在开关齿轮的布线时，将电磁激励器的操作轴和断路器的操作轴通过旋转杆结合，将电磁激励器的直线运动一度变换为旋转运动后，使真空阀断开和闭合。而且还有一种通过旋转运动将接点接通切断的断路器，所以需要有一种能进行旋转运动的操作装置。
本发明的目的是解决上述操作的问题，提供一种开关的旋转型操作装置，通过紧凑简单的结构，能够利用旋转运动进行接点的开、关动作，应用范围广、具有以下特性双稳定型特性、永久磁铁的吸引力增减切换特性、长行程的开、关操作性、高可靠性、节省电力、高速响应性及具有大的保持力。
为达到上述目的，本发明采取以下技术方案一种开关的旋转型操作装置，其特征在于，包括固定铁心；
旋转铁心，其相对于该固定铁心的旋转被限定在与开关的开、关对应的两端位置间的一定范围；永久磁铁，当上述旋转铁心旋转到上述两端的各位置时，形成通过上述固定铁心及旋转铁心的闭合磁路，并通过超过上述弹簧装置的弹性力的吸引力，将上述旋转铁心保持在上述两端的各位置；电磁线圈，当上述旋转铁心被保持在上述两端的某一端的位置时，通过励磁形成与上述永久磁铁的磁路的磁通相反方向的磁通，使上述永久磁铁的吸引力减弱到上述弹簧装置的弹性力以下，当上述旋转铁心旋转到另一端的位置时，形成与上述永久磁铁的磁路相同方向的磁路。
所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，上述旋转铁心，其一个端部和另一个端部在上述一定范围内旋转，以吸附于上述固定铁心的各个预定部分；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向被配置在各固定铁心侧部分，该固定铁心与上述旋转铁心的一个端部及另一个端部的各旋转范围对应；上述电磁线圈配置在上述固定铁心的周围。
所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，上述旋转铁心，其一个端部和另一个端部在上述一定范围内旋转，以吸附于上述固定铁心；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向被配置在各固定铁心侧部分，该固定铁心与上述旋转铁心的一个端部及另一个端部的各旋转范围对应；上述电磁线圈分别配置在配置有上述各永久磁铁部分以外的固定铁心部分的周围。
所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，上述旋转铁心，其一个端部和另一个端部在上述一定范围旋转，以吸附于上述固定铁心；上述电磁线圈分别配置在与上述旋转铁心的一个端部及另一个端部的各旋转范围对应的各固定铁心部分的周围；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向，分别配置在配置有上述各电磁线圈的各固定铁心部分以外的各固定铁心侧部分。
所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，上述旋转铁心具有从旋转中心向半径方向伸展的偶数个臂部，上述各臂部在上述一定范围内旋转运动，被上述固定铁心的偶数个面吸附；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向，被分别配置在与上述旋转铁心的各臂部的旋转范围对应的各固定铁心部分侧部分；上述电磁线圈配置在上述旋转铁心的各臂部的周围。
所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，上述旋转铁心具有从旋转中心向半径方向伸展的偶数个臂部，上述各臂部在上述一定范围内旋转，以被上述固定铁心的偶数个面吸附；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向，被分别配置在与上述旋转铁心的各臂部的旋转范围对应的各固定铁心侧部分；上述电磁线圈配置在配置有上述各永久磁铁的各固定铁心侧部分以外的固定铁心部分的周围。
所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，上述旋转铁心具有从旋转中心向半径方向伸展的偶数个臂部，上述各臂部在上述一定范围内旋转，以被上述固定铁心的偶数个面吸附；上述电磁线圈分别配置在与上述旋转铁心的各臂部的旋转范围对应的各固定铁心部分的周围；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向，配置在配置有上述各电磁线圈的各固定铁心部分以外的各固定铁心侧部分。
所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，上述永久磁铁及电磁线圈的各磁路，在上述旋转铁心的旋转平面上形成。
所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，设有与上述旋转铁心一体旋转的可动体。
所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，上述固定铁心或旋转铁心的至少一方，沿该旋转铁心的旋转轴方向迭层硅钢板而形成的。
本发明的开关的旋转型操作装置包括固定铁心；旋转铁心，其相对于该固定铁心的旋转被限定在与开关的开、关对应的两端位置间的一定范围；永久磁铁，当上述旋转铁心旋转到上述两端的各位置时，形成通过上述固定铁心及旋转铁心的闭合磁路，并通过超过上述弹簧装置的弹性力的吸引力，将上述旋转铁心保持上述两端的各位置；电磁线圈，当上述旋转铁心被保持在上述两端的某一端的位置时，通过励磁形成与上述永久磁铁的磁路的磁通相反方向的磁通，使上述永久磁铁的吸引力减弱到上述弹簧装置的弹性力以下，当上述旋转铁心旋转到另一端的位置时，形成与上述永久磁铁的磁路相同方向的磁路。
根据这种结构，通过将向旋转铁心的两端位置的旋转与开关的开、关动作对应，可以适用于通过旋转运动进行接点的开、关动作的断路器。而且，在该两端位置，可以得到只通过永久磁铁的吸引力保持断开位置或闭合位置的双稳定型特性。旋转铁心的旋转能量变换为弹簧力，蓄积在弹簧装置中。由此可以避免旋转铁心和固定铁心在动作终端的冲突，提高可靠性。另外，由于蓄积的弹簧力作为下一次旋转起动时的驱动力加以利用，所以可以使动作开始时刻的励磁电流变小，实现节省电力的操作装置。通过在动作开始时对电磁线圈进行励磁，该磁通向减弱永久磁铁的磁力的方向作用，旋转铁心的旋转通过弹簧力起动。电磁线圈的磁通在旋转铁心的动作终端附近向相反的增强永久磁铁的磁力方向作用，帮助进行弹簧装置的压缩。通过该电磁线圈对永久磁铁的吸引力的控制特性和旋转铁心的惯性效果，可以进行长行程的开、关操作。
本发明的第2个技术方面的特征是，上述旋转铁心的一个端部和另一个端部在上述一定范围内旋转运动，被上述固定铁心的2个预定部分吸附；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向被配置在各固定铁心侧部分，该固定铁心与上述旋转铁心的一个端部及另一个端部的各旋转运动范围对应；上述电磁线圈配置在上述固定铁心的周围。根据这种结构，在对应于开关的开、关动作的旋转铁心的旋转两端位置，通过使该旋转铁心被固定铁心的2个位置吸附，吸附力矩大致成为2倍，可以得到大的保持力，因而能实现大容量的操作装置。
本发明的第3个技术方面的特征是，上述旋转铁心的一个端部和另一个端部在上述一定范围内旋转运动，被上述固定铁心的2个位置吸附；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向被分别配置在各固定铁心侧部分，该固定铁心与上述旋转铁心的一个端部及另一个端部的各旋转运动范围对应；上述电磁线圈分别配置在配置有上述各永久磁铁部分以外的固定铁心部分的周围。根据该结构，可以使电磁线圈的配置空间的自由度增大。
本发明的第4个技术方面的特征是，旋转铁心的一个端部和另一个端部在上述一定范围旋转运动，被上述固定铁心的2个面吸附；上述电磁线圈分别配置在与上述旋转铁心的一个端部及另一个端部的各旋转运动范围对应的各固定铁心部分的周围；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向，分别配置在配置有上述各电磁线圈的各固定铁心部分以外的各固定铁心侧部分。根据该结构，通过将一般比电磁线圈小的永久磁铁配置在旋转铁心的旋转范围以外的固定铁心侧部分，可以实现旋转角度大的操作装置。
本发明的第5个技术方面的特征是，上述旋转铁心具有偶数个臂部，该各臂部在上述一定范围内旋转运动，被上述固定铁心的偶数个面吸附；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向，被分别配置在与上述旋转铁心的各臂部的旋转运动范围对应的各固定铁心部分侧部分；上述电磁线圈配置在上述旋转铁心的各臂部的周围。根据该结构，可以得到适用于需要旋转角小、大容量的旋转力矩的开关的操作装置。
本发明的第6个技术方面的特征是，上述旋转铁心具有偶数个臂部，该各臂部在上述一定范围内旋转运动，被上述固定铁心的偶数个面吸附；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向，被分别配置在与上述旋转铁心的各臂部的旋转运动范围对应的各固定铁心侧部分；上述电磁线圈配置在配置有上述各永久磁铁的各固定铁心侧部分以外的固定铁心部分的周围。根据该结构，可以使电磁线圈的配置空间的自由度增大。
本发明的第7个技术方面的特征是，上述旋转铁心具有偶数个臂部，该各臂部在上述一定范围内旋转运动，被上述固定铁心的偶数个面吸附；上述电磁线圈分别配置在与上述旋转铁心的各臂部的旋转运动范围对应的各固定铁心部分的周围；上述永久磁铁分别以磁极相互排斥的朝向，配置在配置有上述各电磁线圈的各固定铁心部分以外的各固定铁心侧部分。根据该结构，通过将一般比电磁线圈小的永久磁铁配置在旋转铁心的旋转范围以外的固定铁心侧部分，可以实现旋转角度大的操作装置。
以下参照附图详细说明本发明的实施例。
图1是用于说明已有的开关的操作装置的动作的纵剖面图。
图2是表示已有技术例中行程和吸引力的关系的特性图。
图3是本发明的第1实施例的断路动作的结构的侧面图。
图4是本发明的第1实施例的接通动作的结构的侧面图。
图5表示开关动作中旋转铁心的吸引力矩和旋转角度的关系，用逆时针方向表示正的吸引力矩。
图6是图3(a)Ⅵ-Ⅵ线的剖面图。
图7是第1实施例用于断路器时与断路器的可动轴的关系，是从图6的Y2箭头方向看去的图。
图8是本发明的第2实施例的结构的侧面图。
图9是本发明的第3实施例的结构的侧面图。
图10是本发明的第4实施例的结构的侧面图。
本发明的最佳实施例图3至图7表示本发明的第1实施例。图3的(a)、(b)、(c)是用于说明磁回路的结构的旋转型操作装置的侧面图，图6是图3(a)Ⅵ-Ⅵ线的剖面图，图7表示旋转型操作装置用于断路器时旋转型操作装置与断路器的可动轴的关系，是从图6的Y2箭头方向看去的图。
首先说明旋转型操作装置10F的结构。如图3(a)所示，固定铁心51是按下面的方式形成的在下部铁心51b和上部铁心51a之间，将2个永久磁铁5极性向同一方向使磁极性相互排斥地夹持，并用非磁性的双头螺栓23固紧。在其内侧配置旋转铁心52，该旋转铁心52被固定铁心51和2个面26a、26b吸附。旋转铁心52的轴杆3被固定在固定铁心51的非磁性体制造的支架24支撑。断路用及接通用电磁线圈4a、4b以包围旋转铁心52的方式固定在固定铁心51侧。旋转铁心52的旋转被固定铁心51限定在一定的角度范围。如图6所示，旋转铁心52和轴杆3被一体固定，被固定在固定铁心51的支架24支撑，以能够旋转的方式接合。旋转圆板25作为可动体被固定在轴杆3的前端部分。通过该旋转圆板25将旋转力向开关装置传递。
如图7所示，旋转圆板25和断路器的可动轴13通过连接栓14连接。断路器的可动轴13能够沿上下方向在图中所示范围内运动，在可动轴13侧的法兰部13a和固定在旋转型操作装置侧的台座15之间设有弹簧16，在断路动作的终点附近，法兰部13a将弹簧16压缩。该可动轴13的上方与未图示的真空阀连接，在接通状态下，将未图示的接帚式弹簧压缩，保持断路器接点的接通状态。
接着说明以上述方式构成的旋转型操作装置10F的作用。图3(a)表示旋转铁心52被能够旋转的一端吸引的状态，使这种状态为断路器的接通状态。该状态的磁回路状态为图中虚线所示，从纸面上位于左右两侧的永久磁铁5的磁极发出的磁通都经过上部铁心51a，在旋转铁心52合流，在下部铁心51b再次分开，返回各自的永久磁铁5，构成形成了2个回路(loop)的磁回路(s)。因此，固定铁心51的2个吸附面26a、25c吸引旋转铁心52的各个端部的结果是，产生在纸面上看为顺时针转向的力矩，通过轴杆3压缩上述接帚式弹簧。
图3(b)是断路动作开始时的状态，在消除纸面上向左(X-)方向的磁通即永久磁铁5的磁通的方向对断路用电磁线圈4a进行励磁。其结果，由于在放置在断路用电磁线圈4a内的旋转铁心52中，沿消除永久磁铁的方向产生磁通，因此作用于旋转铁心52的吸引力矩降低，当低于接帚式弹簧的反作用力产生的力矩时，旋转铁心52开始向逆时针方向旋转，开始断路动作。
在旋转中途，由于旋转铁心52的端部和吸附面间的间隔增大，由磁场产生的吸引力矩下降，但通过旋转铁心52和旋转圆板25的惯性运动(惯性(flywheel)效果)，克服中途的摩擦力，向着旋转范围的终端继续旋转运动。
图3(c)是断路动作即将结束前的状态，在该状态下，通过旋转铁心52的旋转，永久磁铁5产生的磁回路从图3(a)所示状态切换，通过旋转铁心52内的磁通的方向反转。另一方面，电磁线圈4a在旋转铁心52产生的磁通方向(X-)不变化。其结果，在图3(c)的状态下，虚线的磁通和实线的磁通向增强的方向叠加作用，在旋转范围的终端，逆时针转向的旋转力矩增加。旋转铁心52的旋转能量增加的结果是，通过轴杆3和旋转圆板25将弹簧16压缩，断路动作结束。
在该状态下，永久磁铁5单独产生的逆时针方向的旋转力矩被设计成超过弹簧16的反作用力产生的力矩，通过永久磁铁5单独产生的吸引力，旋转铁心52被吸附到吸附面26b、26d，保持断路状态。
本实施例的上述作用在下述情况下成立当在图3中将固定铁心51用吸附部位26a、26b、26c、26d假想地分割为4个时，将2个永久磁铁5配置在旋转侧部位26b-26c间和26d-26a间。该旋转侧部位26b-26c和26d-26a对应于旋转铁心52两个端部的各旋转运动范围。
通过将接通电磁线圈4b按照与断路时相反方向进行励磁，可以实现与上述动作相反的的接通动作。图4(a)是旋转铁心52被可旋转范围的一端吸引的状态，与图3(c)相同，是表示断路器的断路状态。该状态的磁回路状态如图中虚线所示，从左右的永久磁铁5的磁极发出的磁通都经过上部铁心51a，在旋转铁心52合流，在下部铁心51b再次分开，返回各自的永久磁铁5，构成形成了2个回路的磁回路(s)。因此，固定铁心51的2个吸附面26b、26d吸引旋转铁心52的各端部，其结果产生在纸面上看为逆时针方向的力矩，通过轴杆3压缩上述接帚式弹簧。
图4(b)是接通动作开始时的状态，在消除纸面上向右(X+)方向的磁通即永久磁铁5的磁通的方向对接通用电磁线圈4b进行励磁。其结果，由于在放置在接通用电磁线圈4a内的旋转铁心52中，在消除永久磁铁的方向产生磁通，因此作用于旋转铁心52的吸引力矩降低，当低于接帚式弹簧的反作用力产生的力矩时，旋转铁心52开始向顺时针方向旋转，开始接通动作。
在旋转中途，通过上述惯性运动，克服中途的摩擦力，向旋转范围的终端继续旋转运动。
图4(c)是接通动作即将结束前的状态，在该状态下，通过旋转铁心52的旋转，永久磁铁5产生的磁回路从图4(a)所示状态开始切换，通过旋转铁心52内的磁通的方向反转。另一方面，电磁线圈4b在旋转铁心52产生的磁通方向(X+)不变化。其结果，在图4(c)的状态下，虚线的磁通和实线的磁通向磁通增强的方向叠加作用，在旋转范围的终端，顺时针转向的旋转力矩急剧增加。旋转铁心52的旋转能量增加的结果是，通过轴杆3和旋转圆板25将弹簧16压缩，接通动作结束。这是图3(a)的状态，通过永久磁铁5的磁回路维持接通状态。
下面说明本实施例的效果。图5表示上述开关动作的作用于旋转铁心的吸引力矩(用逆时针表示正)和旋转角度的关系，虚线表示只由永久磁铁产生的力矩，实线表示对电磁线圈在断路方向励磁时(C-F)或在接通方向励磁时(G-H)的吸引力矩的总和。点划线表示弹簧产生的排斥力矩，用符号反转来表示。接通状态用A点表示，被超过弹簧的排斥力矩(B点)的力矩吸引。在断路动作中，通过对电磁线圈的励磁，旋转铁心的吸引力矩减小到弹簧的排斥力矩以下(C点)，旋转铁心向断路方向旋转。在中间位置(N)附近，驱动旋转的力矩很小，但通过惯性的运动到达断路侧。进而，在断路侧，通过超过弹簧的排斥力矩(D点)的吸引力矩(F点)来吸引旋转铁心，结束断路动作，在电流为0的断路状态，通过E点所示永久磁铁的吸引力矩，克服D点所示弹簧的排斥力矩，保持真空阀的断路状态。接通动作的情况也同样。
因此，在本实施例中，在旋转范围的两端侧，只通过永久磁铁5的磁通的磁回路，在接通位置或闭合位置(图3(a))产生顺时针方向的力矩，而在断路位置或断开位置(图4(a))产生逆时针方向的力矩，成为保持该状态的双稳定型。而且，在断开位置和闭合位置，都被吸附到对每个磁路大致点对称的2个位置，产生相对的力矩对，与已有技术的例子相比，吸附力矩大致为2倍。
对于在动作开始时刻在闭合位置为磁稳定状态的磁回路，电磁线圈4a的磁通，通过使永久磁铁5产生的吸附力向减少的方向作用，成为磁不稳定的状态。另外，在磁的稳定动作的终点附近，相反地具有使永久磁铁5的磁力向增强的方向作用的吸引力减增(控制)特性。
在动作的终点附近的吸引力的急剧增加具有有助于压缩弹簧16的作用。因此，虽然结构非常简单，但通过该吸引力切换装置和旋转铁心52及旋转圆板25的惯性运动，使长行程的驱动成为可能，而在动作终点附近，将弹簧16变形，使运动能量的一部分作为下一个动作的弹性能量予以蓄积，以缓解在固定铁心51和旋转铁心52的吸附面由冲突产生的冲击。从而，可以将励磁电流抑制为很小，并可以减轻固定铁心51和旋转铁心52的冲突造成的部件的损失，能够实现可靠性高的旋转型操作装置。
在本实施例中，由于将所有的磁路在旋转平面上形成，所以可以将装置整体设计为薄的形状。而且，如图6所示，当将旋转铁心52或固定铁心51在旋转轴方向迭层在硅钢板17上时，由于涡旋电流的影响降低，能够实现高速响应的操作装置。
另外，由于设有与旋转铁心一体旋转的旋转圆板25，所以可以以设计最佳的磁路结构为优先来设计旋转铁心，惯性运动的不足可以通过旋转圆板的惯性运动来独立地补偿。因此可以用充分的惯性运动克服摩擦力，确实实现进行长行程的开、关操作的操作装置。另外，与旋转铁心52一体设置的可动体25不限于圆板形状，可以为具有预定惯性运动、能进行旋转的任意的形状。
在本实施例中，电磁线圈4a、4b以包围旋转铁心52的方式配置在固定铁心51侧，但在旋转速度缓慢的旋转型操作装置中，也可以固定在旋转铁心52上进行旋转。而且当旋转铁心52的惯性运动充分大时，旋转圆板25也可以为简单的杠杆形状。
图8(a)、(b)、(c)表示本发明的第2实施例。由于旋转型操作装置整体的基本结构与第1实施例大致相同，在本实施例以后的部分，只通过固定铁心、旋转铁心、永久磁铁及电磁线圈的结构说明磁回路及其作用、效果。
首先说明旋转型操作装置10G的结构。在图8(a)中，将2个永久磁铁5围在中间的固定铁心61被配置在外侧，永久磁铁5的磁极按照相互排斥的朝向设置，在其内侧配置被2个面26a、26b吸附的旋转铁心62。在固定铁心61的上部和下部，分别配置电磁线圈4。
下面说明以上述方式构成的旋转型操作装置10G的作用。图8(a)表示接通状态。在该状态，磁回路状态如虚线所示，从左右的永久磁铁5发出的磁路都通过旋转铁心62，形成2个环路，返回各自的磁极，因此通过2个吸附面26a、26c沿顺时针方向吸引旋转铁心62，通过未图示的接帚式弹簧压缩轴杆3。
图8(b)是断路动作开始时的状态，在纸面上向右(X+)方向即消除2个永久磁铁5的磁通的方向将电磁线圈4、4励磁。其结果，2个永久磁铁产生的磁通减弱，在吸附面26a、26c作用于旋转铁心62的吸引力矩降低，当低于接帚式弹簧的反作用力产生的力矩时，旋转铁心62开始向逆时针方向旋转，开始断路动作。在旋转中途，虽然由磁产生的吸引力矩下降，但通过旋转铁心62和旋转圆板25的惯性运动，克服中途的摩擦力，向旋转范围的终端继续旋转运动。
图8(c)是断路动作即将结束前的状态，在该状态下，通过旋转铁心62的旋转，永久磁铁5产生的磁回路从图8(a)所示状态开始切换，通过旋转铁心62内的磁通的方向反转。电磁线圈4产生的磁路也由于旋转铁心62的旋转而切换，而通过旋转铁心62内的磁通的方向不变化。其结果，在图8(c)的状态下，虚线的磁通和实线的磁通向增强磁通的方向叠加作用，使得在旋转范围的终端，逆时针转向的旋转力矩增加。旋转铁心62和旋转圆板25的的旋转能量增加的结果是，对设在操作装置外部的弹簧压缩，断路动作结束。在该状态下，永久磁铁5单独产生的逆时针转向的旋转力矩被设计成超过了弹簧16的反作用力的力矩，通过永久磁铁5单独的吸引力，旋转铁心62被吸附到吸附面26b、26d，保持断路状态。另外，通过在与断路时相反的方向对电磁线圈进行励磁，来实现与上述动作相反的接通动作。
本实施例的上述作用是通过以下结构来实现的当在图8中将固定铁心61用吸附部位26a、26b、26c、26d假想地分割为4个时，将2个永久磁铁5配置在与旋转铁心62两个端部的各旋转运动范围对应的旋转侧部位26b-26c之间和26d-26a之间，并将2个电磁线圈4配置在设置有永久磁铁5的各固定铁心侧部分以外的反旋转侧部位26a-26b之间和26c-26d之间。
下面说明本实施例的效果。本实施例具有将2个电磁线圈配置在固定铁心61周围的结构上与第1实施例基本相同，并且在实现长行程的操作装置的作用和效果方面，在以下部分与第1实施例中基本相同具有非常简单的结构，对每个磁路用2个面吸附，为双稳定型且具有吸引力增减特性。但是，与第1实施例相比，配置电磁线圈4的空间的自由度大。
本实施例分别设置接通用和断路用电磁线圈，在使用时也可以分开使用。当断路用和接通用分别使用不同的电磁线圈时，用于实现接通后的断路动作(即所谓C-O动作)的控制变得容易，因此能实现一种适用于高速响应所需要的断路器、价格低廉、可靠性高的操作装置。
图9的(a)、(b)、(c)表示本发明的第3实施例。本实施例主要是将上述第2实施例的永久磁铁5和电磁线圈4的配置关系进行交换。首先说明旋转型操作装置10H的结构。在图9(a)中，固定铁心71被配置在外侧，该固定铁心71将2个永久磁铁5磁极性相互排斥地围在中间，形成磁回路的一部分。在其内侧配置被上下面26a、26c吸附的旋转铁心72。在左右的固定铁心71的周围配置在固定铁心内产生上下方向(Z+或Z-)的磁通的电磁线圈4。
下面说明以上述方式构成的旋转型操作装置10H的作用。图9(a)表示接通状态。在该状态，磁回路状态如虚线所示，从上下的永久磁铁5发出的磁路都通过旋转铁心72，形成2个环路，返回各自的磁极，在吸附面26a、26c沿顺时针方向吸附旋转铁心72，通过未图示的轴杆3压缩接帚式弹簧。
图9(b)是断路动作开始时的状态，在消除永久磁铁5的磁通的方向(Z-)将左右的电磁线圈4励磁。其结果，永久磁铁5产生的磁通减弱，在吸附面26a、26c作用于旋转铁心72的吸引力矩降低，当低于接帚式弹簧的反作用力产生的力矩时，旋转铁心72离开吸附面26a、26c，开始向逆时针方向旋转，开始断路动作。在旋转中途，虽然由磁产生的吸引力矩下降，但通过旋转铁心72和旋转圆板25的惯性运动，克服中途的摩擦力，向旋转范围的终端继续旋转运动。
图9(c)是断路动作即将结束前的状态，在该状态下，通过旋转铁心72的旋转，磁回路从图9(a)所示状态开始切换，而通过旋转铁心72内永久磁铁5产生的磁通的方向不变化。另一方面，电磁线圈4产生的磁路通过旋转铁心72的旋转而切换，使通过旋转铁心72内的磁通的方向反转。其结果，在图9(c)的状态下，虚线的磁通和实线的磁通向增强磁通的方向叠加作用，使得在旋转范围的终端，逆时针转向的旋转力矩增加。旋转铁心72的旋转能量增加的结果是，对设在操作装置外部的弹簧进行压缩，断路动作结束。
在该状态下，永久磁铁5单独产生的逆时针方向的旋转力矩被设计成超过弹簧的反作用力产生的力矩，通过永久磁铁5单独产生的吸引力，旋转铁心72被吸附到吸附面26b、26d，保持断路状态。通过对电磁线圈4在与断路时相反的方向进行励磁，来实现与上述动作相反的接通动作。
本实施例的上述作用是通过以下结构来实现的当在图9中将固定铁心71用吸附部位26a、26b、26c、26d假想地分割为4个时，将2个电磁线圈4配置在与旋转铁心52两个端部的各旋转运动范围对应的旋转侧部位26b-26c之间和26d-26a之间，并将2个永久磁铁5配置在设置有电磁线圈4的各固定铁心侧部分以外的反旋转侧部位26a-26b之间和26c-26d之间。
下面说明本实施例的效果。本实施例主要是将上述第2实施例的永久磁铁5和电磁线圈4的配置位置进行交换而构成。本实施例与第2实施例同样具有非常简单的结构，都是在2个面被稳固吸附，为具有2个磁稳定状态的双稳定型、且具有吸引力增减特性的长行程的操作装置，但本实施例特别适用于旋转角度大的情况。当旋转铁心72的旋转范围变大时，(旋转范围外的)非旋转区域的距离26a-26b、26c-26d间变小，在该部分配置电磁线圈4很困难。由于永久磁铁的厚度一般为10mm～20mm，在本实施例中是在非旋转区域配置永久磁铁5，在旋转区域配置电磁线圈4，从而能够提供旋转角度大的操作装置。
图10(a)、(b)、(c)表示本发明的第4实施例。本实施例对第1实施例增加了磁极的数量。首先说明旋转型操作装置10I的结构。在图10(a)中，具有4个臂部(腕部)的旋转铁心82被配置在旋转型操作装置10I的中心部，在其外侧配置具有4个位置的突起部81a的圆环状的固定铁心81。旋转铁心82在旋转范围的两端各自以被固定铁心81吸附到4个面26b、26d、26f、26h的方式配置。如图所示，设8个位置的吸附部位分别为26a～26h，当用26a～26h将固定铁心81假想地分割为8个时，在对应于旋转铁心82的各臂部的旋转运动范围的旋转侧部位26a～26b、26c～26d、26e～26f、26g～26h间，配置永久磁铁5，使各个磁极按相互排斥的朝向配置。在旋转铁心82的4个臂部的周围，安装用于产生半径方向的磁通的断路用电磁线圈4a和接通用电磁线圈4b，并使每两个电磁线圈分别相对。
接着说明按上述方式构成的旋转型操作装置10I。图10(a)表示接通状态，由于配置在旋转铁心81的永久磁铁5的磁极被配置成相互排斥，如图所示，各永久磁铁5的磁极产生的磁路不贯穿其它的永久磁铁，从各永久磁铁的一个磁极出来，经过旋转铁心82的臂部，形成返回自己的另一个磁极的环路，整体形成4个磁回路。旋转铁心82在4个面26b、26d、26f、26h沿顺时针被吸引。
如图10(b)所示，当对相对的一对断路用电磁线圈4a以向着旋转轴方向产生磁通的方式进行励磁时，断路用电磁线圈4a产生的磁路构成沿如图所示沿实线表示的方向转向的磁回路，对旋转铁心82的4个臂部的永久磁铁5向着减弱磁通的方向产生作用。其结果，作用于吸附面的旋转铁心82的吸引力矩降低，当低于接帚式弹簧的反作用力产生的力矩时，旋转铁心82开始向逆时针方向旋转，开始断路动作。在旋转中途，虽然由磁产生的吸引力矩下降，但通过旋转铁心82等的惯性运动，克服中途的摩擦力，向旋转范围的终端继续旋转运动。
图10(c)是断路动作即将结束前的状态，在该状态下，通过旋转铁心82的旋转，永久磁铁5产生的磁回路从图10(a)所示状态开始切换，使通过旋转铁心82的臂部的磁通的方向反转。另一方面，由于旋转铁心82的臂部的断路用电磁线圈4a产生的磁回路的方向不随旋转而变化，因此在图10(c)的状态下，虚线的磁通和实线的磁通向增强磁通的方向叠加作用，使得在旋转范围的终端，逆时针方向的旋转力矩增加。旋转铁心82具有的旋转运动能量增加的结果是，对设在操作装置外部的弹簧压缩，断路动作结束。
在该状态下，永久磁铁5单独产生的逆时针方向的旋转力矩被设计成超过弹簧的反作用力的力矩，旋转铁心82在吸附面26a、26c、26e、26g沿逆时针被吸引，即使对断路用电磁线圈4a的励磁中断，也能保持断路状态。通过对接通用电磁线圈4b进行励磁，来实现与上述动作相反的接通动作。
下面说明本实施例的效果。本实施例是使上述第1实施例的磁极数为4个，更一般地是使磁极数为偶数个。在本实施例中，可以实现一个磁回路有2个吸附面、是有2个磁稳定点的双稳定型、且具有吸引力增减(控制)特性的长行程的操作装置，本实施例的磁极数为4个以上的结构，适用于旋转角度小、但需要大容量的旋转力矩的情况，由于可以配置多个小容量的价格低廉的永久磁铁来制造，所以可以使操作装置整体价格低廉。与本实施例的结构相反地，将内侧固定，使外侧旋转，也可以得到同样的效果。
本实施例在使磁极数为偶数个的结构中，永久磁铁5分别配置在与旋转铁心82的各臂部的旋转范围对应的各固定铁心侧部分，电磁线圈4分别配置在旋转铁心82的各臂部周围，在使磁极数为偶数个的结构中，永久磁铁和电磁线圈的配置状态可以具有与上述第2实施例或第3实施例相同的结构。即，永久磁铁分别配置在与旋转铁心的各臂部的旋转范围对应的各固定铁心侧部分，电磁线圈分别配置在配置有各永久磁铁的各固定铁心侧部分以外的各固定铁心部分的周围(对应于第2实施例)。
而且，电磁线圈可以分别配置在旋转铁心的与各臂部的旋转范围对应的各固定铁心侧部分的中周围，永久磁铁分别配置在配置有各电磁线圈的各固定铁心部分以外的各固定铁心侧部分(对应于第3实施例)。通过上述各个结构，可以得到上述本实施例的作用、效果、并进而得到第2实施例或第3实施例的作用、效果。
权利要求
1．一种开关的旋转型操作装置，其特征在于，包括固定铁心；旋转铁心，其相对于该固定铁心的旋转被限定在与开关的开、关对应的两端位置间的一定范围；永久磁铁，当上述旋转铁心旋转到上述两端的各位置时，形成通过上述固定铁心及旋转铁心的闭合磁路，并通过超过上述弹簧装置的弹性力的吸引力，将上述旋转铁心保持在上述两端的各位置；电磁线圈，当上述旋转铁心被保持在上述两端的某一端的位置时，通过励磁形成与上述永久磁铁的磁路的磁通相反方向的磁通，使上述永久磁铁的吸引力减弱到上述弹簧装置的弹性力以下，当上述旋转铁心旋转到另一端的位置时，形成与上述永久磁铁的磁路相同方向的磁路。
2．根据权利要求1所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，上述旋转铁心，其一个端部和另一个端部在上述一定范围内旋转，以吸附于上述固定铁心的各个预定部分；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向被配置在各固定铁心侧部分，该固定铁心与上述旋转铁心的一个端部及另一个端部的各旋转范围对应；上述电磁线圈配置在上述固定铁心的周围。
3．根据权利要求1所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，上述旋转铁心，其一个端部和另一个端部在上述一定范围内旋转，以吸附于上述固定铁心；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向被配置在各固定铁心侧部分，该固定铁心与上述旋转铁心的一个端部及另一个端部的各旋转范围对应；上述电磁线圈分别配置在配置有上述各永久磁铁部分以外的固定铁心部分的周围。
4．根据权利要求1所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，上述旋转铁心，其一个端部和另一个端部在上述一定范围旋转，以吸附于上述固定铁心；上述电磁线圈分别配置在与上述旋转铁心的一个端部及另一个端部的各旋转范围对应的各固定铁心部分的周围；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向，分别配置在配置有上述各电磁线圈的各固定铁心部分以外的各固定铁心侧部分。
5．根据权利要求1所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，上述旋转铁心具有从旋转中心向半径方向伸展的偶数个臂部，上述各臂部在上述一定范围内旋转运动，被上述固定铁心的偶数个面吸附；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向，被分别配置在与上述旋转铁心的各臂部的旋转范围对应的各固定铁心部分侧部分；上述电磁线圈配置在上述旋转铁心的各臂部的周围。
6．根据权利要求1所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，上述旋转铁心具有从旋转中心向半径方向伸展的偶数个臂部，上述各臂部在上述一定范围内旋转，以被上述固定铁心的偶数个面吸附；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向，被分别配置在与上述旋转铁心的各臂部的旋转范围对应的各固定铁心侧部分；上述电磁线圈配置在配置有上述各永久磁铁的各固定铁心侧部分以外的固定铁心部分的周围。
7．根据权利要求1所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，上述旋转铁心具有从旋转中心向半径方向伸展的偶数个臂部，上述各臂部在上述一定范围内旋转，以被上述固定铁心的偶数个面吸附；上述电磁线圈分别配置在与上述旋转铁心的各臂部的旋转范围对应的各固定铁心部分的周围；上述永久磁铁以磁极相互排斥的朝向，配置在配置有上述各电磁线圈的各固定铁心部分以外的各固定铁心侧部分。
8．根据权利要求1至7的任一项所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，上述永久磁铁及电磁线圈的各磁路，在上述旋转铁心的旋转平面上形成。
9．根据权利要求1至7的任一项所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，设有与上述旋转铁心一体旋转的可动体。
10．根据权利要求1至7的任一项所述的开关的旋转型操作装置，其特征在于，上述固定铁心或旋转铁心的至少一方，沿该旋转铁心的旋转轴方向迭层硅钢板而形成的。
全文摘要
开关的旋转型操作装置,具有双稳定型特性、永久磁铁的吸引力增减切换特性、长行程的开、关操作性,其包括:旋转被限定在对应开关的开、关两端位置间范围的旋转铁心;由该铁心旋转蓄积弹力的各弹簧装置;永久磁铁,该铁心旋转到两端各位置时,由超过弹力的吸引力,将该铁心保持在所述各位置;电磁线圈,当该铁心位于一端位置时,使该磁铁的吸引力减弱到该弹性力以下,当该铁心旋转到另一端位置时,形成与该磁铁磁路同方向的磁路。
文档编号H01F7/08GK1312568SQ01103760
公开日2001年9月12日 申请日期2001年2月12日 优先权日2000年2月10日
发明者山崎利春, 德增正, 石川佳延, 村上伸, 越山哲志 申请人:东芝株式会社