JP3840935B2 - 真空インタラプタの接触子及び真空インタラプタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空インタラプタの接触子及びそれを用いた真空インタラプタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空インタラプタの遮断性能を向上させるためには、遮断時に電極間に発生するアークを一個所に集中させることなく、電極表面全体でアークを受け止める必要がある。電極表面全体でアークを受け止めるものとして、電極間に縦磁界を形成する構造（縦磁界印加方式）が採用されている。電極間に縦磁界を発生させることにより、アークは磁界により閉じ込められ、荷電粒子のアーク柱からの損失が少なくなり、アークが安定し、電極部の温度上昇が抑制され、遮断性能が向上する。
【０００３】
縦磁界印加方式を採用したものの一例として、特公平３−５９５３１号公報には「真空スイッチの接触子装置」が開示されている。これは、端面に接触板が設けられた中空円筒状の接点台の周面にスリットを形成したもので、接点台の外径に対し、接点台の深さ（つぼ深さ）、スリット数、スリットの方位角が規定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
真空インタラプタにおいて、高電圧大電流遮断性能を出すためには、接触子の径を大きくし、かつ対向する接触子間の距離（解離距離）を大きくとる必要がある。しかし、特公平３−５９５３１号公報に記載のものでは、そのように接触子の径、解離距離を設定すると、電極間の磁束密度が不足して電極間アークが不安定となり、遮断不能となる。
【０００５】
また、発生磁界を確保するため、接点台に形成するスリットの方位角を大きくすると、接触子自体の強度が不足し、開閉操作力により変形して耐電圧性能と遮断性能が悪くなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１の発明に係る真空インタラプタの接触子は、接触台の端面に接触板を設ける一方、この接触台の周面にスリットを形成することによりコイル部を形成し、このコイル部に流れる電流により前記接触台の軸方向に沿う縦磁界を形成するようにした真空インタラプタの接触子において、前記スリットを、前記接触台の前記端面の表面に形成した円周スリット部とその端につなげて前記接触台の軸線に対し傾斜させて形成した傾斜スリット部とからなる第１のスリットと、前記接触台の軸方向途中から、前記接触台の軸線に対し傾斜させて形成した第２のスリットとからなるものとし、前記第１のスリットと前記第２のスリットとは、前記接触台軸方向において所定の範囲が重なり合い、前記接触板には、直線状のスリットが形成されることを特徴とする。
【０００７】
上記課題を解決する第２の発明に係る真空インタラプタの接触子は、上記第１の発明に係る真空インタラプタの接触子において、前記第２のスリットが、前記接触台の他端面に開口していることを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する第３の発明に係る真空インタラプタの接触子は、上記第１又は第２の発明に係る真空インタラプタの接触子において、
前記接触台の外径Ｄが、
６０mm≦Ｄ≦２００mm
であるとき、
この接触台の外径Ｄに対し、前記接触台の長さＬ、前記スリットの数Ｓが、
０．２Ｄ≦Ｌ≦Ｄ
０．１Ｄ／mm≦Ｓ≦０．２Ｄ／mm
と規定され、
前記第１のスリットにおける傾斜スリット部及び前記第２のスリットの前記接触台の軸線に対する傾斜角αが、
６０°≦α≦８０°
と規定され、
前記第１のスリットにおける傾斜スリット部及び前記第２のスリットの方位角βが、
（５４０／Ｓ）°≦β≦（１４４０／Ｓ）°
と規定され、
前記第１のスリットの傾斜スリット部と前記第２のスリットとの間の方位角γが、
（１２０／Ｓ）°≦γ≦（６００／Ｓ）°
と規定され、
前記第１のスリットの円周スリット部の方位角δが、
（１２０／Ｓ）°≦δ≦（６００／Ｓ）°
と規定されることを特徴とする。
【０００９】
この真空インタラプタの接触子においては、第１のスリット間、第１のスリットと第２のスリットとの間及び第２のスリット間がコイル部となる。電流は、これらのコイル部を経路として流れ、磁界を発生させる。
又、接触台の端面に円周スリット部があることから、電流は、接触板で円周方向に旋回してから第１のスリット間に流れる。電流の経路が長くなるので、それだけ強い磁界が発生する。
更に、第１のスリットの傾斜スリット部と第２のスリットとの間は中実の柱部分となり、この部分が接触台を補強する。
【００１０】
上記課題を解決する第４の発明に係る真空インタラプタの接触子は、上記第３の発明に係る真空インタラプタの接触子において、前記接触台の板厚Ｗが、６mm≦Ｗ≦１２mmと規定されることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第５の発明に係る真空インタラプタは、上記第１乃至第４の発明に係る真空インタラプタの接触子を同一軸上に対向させて配置し、対向する接触子間の距離Ｇを、１５mm≦Ｇ≦１００mmとしたことを特徴とする。
【００１２】
上記各発明において、前記接触台内には、その底面又は端板上に補強体が設けられる。この補強体の端面に前記接触板が接合され、補強体が接触板及び接触台の変形を防止する。補強体としては、例えば円筒体が用いられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る真空インタラプタ及び真空インタラプタの接触子の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１には、実施の一形態に係る真空インタラプタの接触子の側面を示し、図２には、その平面を示してある。図３には、方位角を示してあり、図４、図５には、真空インタラプタとして対向させた接触子を示す。
【００１４】
接触台１は円筒状をなし、その一方の端面１ａには接触板２がろう付けされ、接触台１の他方の端面１ｂには、リード棒が接続される接触子端板３がろう付けされる。この例では、接触子端板３の表面３ａにリング状のはめ込み部３ｂが形成されており、このリング状のはめ込み部３ｂが、中空円筒状の接触台１の内側に嵌め込まれ、かつろう付けされている。接触子端板３のはめ込み部３ｂの内側には、筒状の補強体４の一端が嵌め込まれている。接触台１の端面１ａにろう付けにより取付けられる前記接触板２は、この補強体４の端面に当接し、かつろう付けされる。つまり、筒状の補強体４は接触板２及び接触台１を補強し、これらの変形を防止する。尚、筒状の接触台１と接触子端板３とがカップ状をなすことから、このような接触子はカップ形と呼ばれている。
【００１５】
接触台１の直径Ｄは、遮断電流、電圧に応じて、６０mm≦Ｄ≦２００mmの範囲で選択される。この範囲は、電流遮断試験を行った結果に基づくものである。接触台１の長さ（つぼ深さ）Ｌは、０．２Ｄ≦Ｌ≦Ｄの範囲で設定される。これは、後述する傾斜角α、方位角βに基づき定まるものである。また、接触台１の厚さ（壁厚）Ｗは、６mm≦Ｗ≦１２mmの範囲で設定される。これは、強度等を考慮して定められた範囲である。図１に示すものでは、接触台１の厚さは全長に亘って均一となっているが、補強等の意味で、図４に示すように、６mm≦Ｗ≦１２mmの範囲で厚さに変化をつけてもよい。
【００１６】
カップ状の接触台１には、第１のスリット５、第２のスリット６が形成される。第１のスリット５は、接触台１の端面１ａに円周方向に形成された円周スリット部５ａと、円周スリット部５ａの端につながり、接触台１の軸線に対し角度（（傾斜角）α傾斜して接触台１の周面に形成された傾斜スリット部５ｂとからなっている。第２のスリット６は、接触台１の他方の端面１ｂから接触台１の軸方向中程あたりまで形成されている。つまり、第２のスリット６は、端面１ｂに開口している。図中、６ａがその開口部である。弧状をなす第１のスリット５の傾斜スリット部５ｂ及び第２のスリット６の接触台１の中心Ｏに対する開き角度である方位角βは一定となっている。これらのスリット部５ｂ、スリット６に挟まれた部分がコイル部となる。つまり、隣り合う第１のスリット５の傾斜スリット部５ｂ間に挟まれた部分のコイル部７ａ、第１のスリット５の傾斜スリット部５ｂと第２のスリット６とに挟まれた部分のコイル部７ｂ、隣り合う第２のスリット６間に挟まれた部分のコイル部７ｃが形成されるのである。
【００１７】
前記第１のスリット５（傾斜スリット部５ｂ）と第２のスリット６との総数は、０．１Ｄ／mm≦Ｓ≦０．２Ｄ／mmの範囲で設定される。従って、第１及び第２のスリット５、６は、このＳの半分の数となる。第１のスリット５の傾斜スリット部５ａ及び第２のスリット６の傾斜角αは、６０°≦α≦８０°の範囲で設定される。これは、接触台１の機械的強度と抵抗低減を要素に決められた範囲である。つまり、接触台１の機械的強度と抵抗低減のためには、隣り合うスリット５同士、スリット６同士又はスリット５と６の、これらに垂直な方向の距離ｘは、７〜１８mm程度がよい。とすると、接触台1 の直径Ｄ、スリットの数Ｓから、傾斜角αの範囲は、６０°≦α≦８０°となる。
【００１８】
第１のスリット５の傾斜スリット部５ｂ及び第２のスリット６の方位角βは、（５４０／Ｓ）°≦β≦（１４４０／Ｓ）°の範囲で設定される。下限値を（５４０／Ｓ）°としたのは、コイル部の長さを１．５ターンとしたもので、これ以下では、磁束が不足してしまう。上限値を（１４４０／Ｓ）°としたのは、コイル部の長さを４ターンとしたもので、これ以上では、抵抗が大きくなって発熱による不具合が発生する。また、接触台１の機械的強度が低くなってしまう。
第１のスリット５の円周スリット部５ａの方位角δは、（１２０／Ｓ）°≦γ≦（６００／Ｓ）°の範囲で設定される。これは、接触台１の機械的強度の点から定められている。
【００１９】
第１のスリット５及び第２のスリット６は、共に等間隔で形成されている。第１のスリット５の傾斜スリット部５ｂと第２のスリット６とは、円周方向においては所定の間隔（方位角）γ開けて形成される。この方位角γは、（１２０／Ｓ）°≦γ≦（６００／Ｓ）°の範囲で設定される。この範囲は、接触台１の機械的強度の点から定められている。
【００２０】
第１のスリット５の傾斜スリット部５ｂ及び第２のスリット６の長さを短くし、円周方向において傾斜スリット部５ｂと第２のスリット６との間に間隔（方位角γ）ができるようにしたので、傾斜スリット部５ｂと第２のスリット６との間に中実の柱部分１ｃが形成される。この柱部分１ｃにより、接触台１の強度が維持される。つまり、円周方向に長いスリットを設けてしまうと、接触台１の軸方向の強度が弱くなってしまうが、このように柱部分１ｃを作ることにより接触台１の軸方向の強度が維持されるのである。
【００２１】
第１のスリット５の傾斜スリット部５ｂと第２のスリット６とは、接触台１の軸方向においては所定の範囲が重なり合っている。第２のスリット６は、隣り合う二つの第１のスリット５の傾斜スリット部５ｂ間に望むように形成してもよい。前記接触板２には、図２に示すように直線状のスリット８が形成されている。スリット８の数は、第１のスリット５の数と同数となっている。スリット８の内側の延長上は、接触板２の中心Ｏからずれており、図２に示すように、全体としてスパイラル状をなすようになっている。接触板２は、そのスリット８の周面側の端８ａを、前記第１のスリット５の円周スリット部５ａの、前記傾斜スリット部５ｂがつながっている側と反対の側の端に合わせて、取付けられている。つまり、スリット８と第１のスリット５と繋がるように図られているのである。
【００２２】
尚、上記の実施の形態では、接触台１の他端側に接触子端板３を接合するようにしているが、この接触子端板３に相当する部分を接触台１と一体に形成してカップ形としておきこともできる。その場合には、例えば、接触台１の内底面に相当する位置を基準位置として第２のスリット６を形成する。カップ形の一体品の深さ（つぼ深さ）は接触台１の長さＬに相当する
又、上記実施の形態では、第１のスリット５のみ円周スリット部５ａと傾斜スリット部５ｂからなるものとしたが、第２のスリット６も同様に円周スリット部と傾斜スリットとからなるものとしてもよい。この場合、円周スリット部は、接触台１の他方の端面１ｂに形成される。
【００２３】
図６には、上記構成の真空インタラプタの接触子を用いて構成した真空インタラプタを概略的に示す。図１乃至３に示した構造の二つの真空インタラプタの接触子１１、１２を、図４、５に示すように所定の間隔（接触子間距離）Ｇをあけて同軸上で対向させて、真空容器１３の中に配置することにより、真空インタラプタ１０は構成される。接触子間距離Ｇは、１５mm≦Ｇ≦１００mmの範囲で設定される。
【００２４】
真空容器１３は、セラミック又はガラス等からなる絶縁筒１４の両端を、金属からなる端板１５、１６で塞ぎ、内部を高真空に排気して構成される。この真空容器１３の一方の端板１５を通して固定された固定ロッド１７の先端に一方の接触子１１が固定電極として固定される。真空容器１３のもう一方の端板１６を通し、かつベローズ１８により可動に設けられた可動ロッド１９の先端にもう一方の接触子１２が可動電極として固定される。真空容器１３内において、接触子１１、１２の回りにはシールド２０が設けられる。
【００２５】
上記構成の真空インタラプタにおいて、電流の遮断時、電極である接触子１１、１２間には、アークが発生する。一方、電流ｉは、接触板３と接触台１との間に絶縁層である円周スリット部５ａがあることから、接触板３に沿って旋回移動した後、接触台１の傾斜スリット部５ｂ間のコイル部７ａに入り、更に第１のスリット５の傾斜スリット部５ｂと第２のスリット６との間のコイル部７ｂ及び第２のスリット６間のコイル部７ｃに流れる。コイル部７ａ，７ｂ，７ｃに電流が流れることになり、接触板２間に縦磁界Ｂが発生する。電流の経路が多く、しかも長い経路を確保できることから、第１のスリット５だけの場合に比べて２倍以上の磁界を形成することができる。よって、アークを安定させることができ、良好な遮断性能を得ることができる。
【００２６】
次に、上記構成の真空インタラプタの接触子及び真空インタラプタの実施例について説明する。接触子１１、１２の各部の寸法を以下のように規定して、真空インタラプタを作製した。
接触台１の外径Ｄ＝８０mm、接触台１の長さＬ＝２７mm、スリットの数Ｓ＝１２（片側６）、第１のスリット５の傾斜スリット部５ｂ及び第２のスリット６の傾斜角α＝７０°、第１のスリット５の傾斜スリット部５ｂ及び第２のスリット６の方位角β＝６５°、第１のスリット５の傾斜スリット部５ｂと第２のスリット６との間の部分の方位角γ＝３０°、円周スリット部５ａの方位角δ＝１５°、接触台の壁厚Ｗ＝８．５mm
【００２７】
この真空インタラプタにおいては、接触子１１、１２を同一軸上に４０mmの距離（接触子間距離Ｇ）で対向配置させたときの中心部での発生磁束密度は４．２μＴ／Ａとなる。この真空インタラプタにより、定格電圧７２ｋＶ−定格遮断電流３１．５ｋＡの遮断性能を達成した。
【００２８】
他の実施例として、以下の寸法の真空インタラプタを作製した。
接触台１の外径Ｄ＝９０mm、接触台１の長さＬ＝３７mm、スリットの数Ｓ＝１２（片側６）、第１のスリット５の傾斜スリット部５ｂ及び第２のスリット６の傾斜角α＝７２°、第１のスリット５の傾斜スリット部５ｂ及び第２のスリット６の方位角β＝７５°、第１のスリット５の傾斜スリット部５ｂと第２のスリット６との間の部分の方位角γ＝１３°、円周スリット部５ａの方位各δ＝２０°、接触台の壁厚Ｗ＝８．５mm
【００２９】
この真空インタラプタにおいては、接触子１１、１２を同一軸上に４０mmの距離（接触子間距離Ｇ）で対向配置させたときの中心部での発生磁束密度は４．５μＴ／Ａとなる。この真空インタラプタにより、定格電圧７２ｋＶ−定格遮断電流４０ｋＡの遮断性能を達成した。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係る真空インタラプタの接触子及び真空インタラプタによれば、カップ状の接触台の端面に接触板を設け、この接触台の周面にスリットを形成することによりコイル部を形成し、このコイル部に流れる電流により前記接触台の軸方向に沿う縦磁界を形成するようにした真空インタラプタの接触子において、前記スリットを、前記接触台の前記端面の表面に形成した円周スリット部とその端につなげて前記接触台の軸線に対し傾斜させて形成した傾斜スリット部とからなる第１のスリットと、前記接触台の軸方向途中から、前記接触台の軸線に対し傾斜させて形成した第２のスリットとからなるものとし、前記第１のスリットと前記第２のスリットとは、前記接触台軸方向において所定の範囲が重なり合い、前記接触板には、直線状のスリットが形成されることにより、又、前記第２のスリットを、前記接触台の他端面に開口したことにより、この真空インタラプタの接触子を用いた作製した真空インタラプタにおいては、接触子間に発生する磁界強度をより大きくすることができ、遮断時に発生するアークを均一に分布させ、遮断性能を向上させることができる。
【００３１】
又、本発明に係る真空インタラプタの接触子及び真空インタラプタによれば、前記接触台の外径Ｄが６０mm≦Ｄ≦２００mmであるとき、この接触台の外径Ｄに対し、前記接触台の長さＬ、前記スリットの数Ｓを、０．１Ｄ≦Ｌ≦Ｄ、０．１Ｄ／mm≦Ｓ≦０．２Ｄ／mmと規定し、前記各スリットの前記接触台の軸線に対する傾斜角αを６０°≦α≦８０°と規定し、前記各スリットの方位角βを（５４０／Ｓ）°≦β≦（１４４０／Ｓ）°と規定し、前記第１と第２のスリット間の方位角γを（１２０／Ｓ）°≦γ≦（６００／Ｓ）°と規定し、前記第１のスリットの円周スリット部の方位角δを（１２０／Ｓ）°≦δ≦（６００／Ｓ）°と規定したことにより、この真空インタラプタの接触子を用いた作製した真空インタラプタにおいては、接触子間に発生する磁界強度をより大きくすることができ、遮断時に発生するアークを均一に分布させ、遮断性能を向上させることができる。
【００３２】
特に、高電圧大電流遮断性能を確保するために、接触子の径を大きく、解離距離（接触子間距離）を長くとる必要がある場合に、接触子間に発生する磁界強度を必要十分に大きくすることができ、安定した遮断性能を達成することができる。
【００３３】
又、円周方向において、第１のスリットの傾斜スリット部と第２のスリットとの間に中実の柱部分ができるので、同一の磁束密度を発生するカップ形接触子に比べて接触台の機械的強度が向上し、接触子の変形による遮断性能や耐電圧性能の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る真空インタラプタの接触子の側面図である。
【図２】図１に示した真空インタラプタの接触子の平面図である。
【図３】図１に示した真空インタラプタの接触子の方位角の説明図である。
【図４】図１に示した真空インタラプタの接触子を対向させた状態の一部断面とした側面図である。
【図５】図４に示した状態の斜視図である。
【図６】図１に示した真空インタラプタの接触子を用いた真空インタラプタの概略図である。
【符号の説明】
１ 接触台
２ 接触板
３ 接触子端板
４ 補強体
５ 第１のスリット
５ａ 円周スリット部
５ｂ 傾斜スリット部
６ 第２のスリット
７ａ，７ｂ，７ｃ コイル部
８ スリット
１０ 真空インタラプタ
１１ 接触子（固定電極）
１２ 接触子（可動電極）

Claims (5)

1. 接触台の端面に接触板を設ける一方、この接触台の周面にスリットを形成することによりコイル部を形成し、このコイル部に流れる電流により前記接触台の軸方向に沿う縦磁界を形成するようにした真空インタラプタの接触子において、
   前記スリットを、前記接触台の前記端面の表面に形成した円周スリット部とその端につなげて前記接触台の軸線に対し傾斜させて形成した傾斜スリット部とからなる第１のスリットと、前記接触台の軸方向途中から、前記接触台の軸線に対し傾斜させて形成した第２のスリットとからなるものとし、
   前記第１のスリットと前記第２のスリットとは、前記接触台軸方向において所定の範囲が重なり合い、
   前記接触板には、直線状のスリットが形成される
   ことを特徴とする真空インタラプタの接触子。
2. 請求項１に記載の真空インタラプタの接触子において、前記第２のスリットが、前記接触台の他端面に開口して形成されていることを特徴とする真空インタラプタの接触子。
3. 請求項１又は２に記載の真空インタラプタの接触子において、
   前記接触台の外径Ｄが、
   ６０mm≦Ｄ≦２００mm
   であるとき、
   この接触台の外径Ｄに対し、前記接触台の長さＬ、前記スリットの数Ｓが、
   ０．２Ｄ≦Ｌ≦Ｄ
   ０．１Ｄ／mm≦Ｓ≦０．２Ｄ／mm
   と規定され、
   前記第１のスリットにおける傾斜スリット部及び前記第２のスリットの前記接触台の軸線に対する傾斜角αが、
   ６０°≦α≦８０°
   と規定され、
   前記第１のスリットにおける傾斜スリット部及び前記第２のスリットの方位角βが、
   （５４０／Ｓ）°≦β≦（６００／Ｓ）°
   と規定され、
   前記第１のスリットの傾斜スリット部と前記第２のスリットとの間の方位角γが、
   （１２０／Ｓ）°≦γ≦（６００／Ｓ）°
   と規定され、
   前記第１のスリットの円周スリット部の方位角δが、
   （１２０／Ｓ）°≦δ≦（６００／Ｓ）°
   と規定されることを特徴とする真空インタラプタの接触子。
4. 請求項３に記載の真空インタラプタの接触子において、
   前記接触台の板厚Ｗが、
   ６mm≦Ｗ≦１２mm
   と規定されることを特徴とする真空インタラプタの接触子。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の真空インタラプタの接触子を同一軸上に対向させて配置し、対向する接触子間の距離Ｇを、
   １５mm≦Ｇ≦１００mm
   としたことを特徴とする真空インタラプタ。

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