JP5111623B2

JP5111623B2 - 接触子装置

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Publication number: JP5111623B2
Application number: JP2010550375A
Authority: JP
Inventors: 慎一朗中内; 芳則清水; 博之中川; 秀昭島津
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: CN102318154A; US20110266120A1; EP2398120A4; WO2010092682A1; JPWO2010092682A1; EP2398120A1

Description

本発明は、接触子を介して一対の接離可能な導体を接触させることで導体間を通電することが可能な接触子装置に関するものである。

例えばガス絶縁開閉装置における従来の接触子装置として、同軸上に配置された一対の導体を軸方向に移動して端部で嵌合させ、嵌合面で上記一対の導体を導電性の接触子を介して通電する装置が知られている。このとき、接触子は、上記一対の導体のいずれか一方の嵌合面に設けられており、嵌合時に他方の導体の嵌合面と摺動接触する。また、嵌合面に設けられる接触子の個数は大電流用の場合など一般に複数であり、これらの接触子は軸方向に所定の距離を隔てて設けられ、導体間の通電容量を確保する。

また、特許文献１では、上記接触子装置と異なる構成の母線接続装置が開示されている。この母線接続装置は一対の絶縁母線を接続する接続導体部材を有し、この接続導体部材の内部には貫通穴が形成され、各絶縁母線の先端にねじ込みにより結合された挿入導体がこの貫通穴に挿入される。ここで、各挿入導体の外径は、上記ねじ込み側に形成される大径部分と、先端側に形成される小径部分とからなる。また、各挿入導体の大径部分の外周には、貫通穴の内面に接触する接触子が設けられている。さらに、貫通穴のほぼ中央にはばね接触子が装着され、このばね接触子の各一端部は各挿入導体の小径部分の外周に接触し、かつ、このばね接触子の中央部分は貫通穴の内面に接触している。この構成により、組立上の誤差および母線の伸縮が十分吸収され、接触部の確実な接触が確保されるとともに、母線接続の作業性も良好になるとしている。

特開昭５８−１１９７１０号公報

しかしながら、上記従来の接触子装置では、接触子は一対の導体のいずれか一方の嵌合面にのみ設けられ、さらに接触子は導体間の通電容量を確保するために複数個設けられることが一般的であり、その結果、嵌合時に複数個の接触子が他方の嵌合面の同一の接触箇所を順に摺動接触して移動することとなり、他方の嵌合面の損傷が大きくなるという問題点があった。

また、特許文献１では、大径部分と小径部分とでそれぞれ異なる接触子を用い、これらの異なる接触子の接触部分が分離されているが、この母線接続装置は絶縁母線の母線間接続の構造に関するものであり、接触子を摺動接触させて開閉部の開閉を行うものとはそもそも構造が異なるため、上記従来の接触子装置の問題点を解消するものではない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接触子の摺動による嵌合面の損傷を軽減することが可能な接触子装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る接触子装置は、第１の導体と、この第１の導体と同軸上に配置され、この第１の導体が挿入可能な嵌合穴が形成された第２の導体と、を備え、前記第１および第２の導体の少なくとも一方を軸方向に移動して嵌合させ、接触子を介して前記第１および第２の導体間を通電させることが可能な接触子装置において、前記第１の導体の外周面に周方向に沿って設けられ、前記嵌合穴の内周面と接触可能な導電性の第１の接触子と、前記嵌合穴の内周面に周方向に沿って設けられ、前記第１の導体の外周面と接触可能な導電性の第２の接触子と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、一対の導体にそれぞれ接触子を設けるようにしたので、嵌合時に、第１の接触子は嵌合穴の内周面を摺動し、第２の接触子は第１の導体の外周面を摺動することになり、接触子の摺動による嵌合面の損傷が上記内周面と上記外周面とに分けられたため、いずれか一方の導体に第１および第２の接触子をともに設ける従来の構成に比べて、接触子の摺動による嵌合面の損傷が軽減されるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る接触子装置の縦断面図である。図２は、従来の接触子装置の縦断面図である。図３は、実施の形態２に係る接触子装置の縦断面図である。図４は、実施の形態３に係る接触子装置の縦断面図である。

符号の説明

１，２，５導体
３，４，７，８嵌合溝
６突起部
１０〜１２，３０接触子装置
１５，２０，４５嵌合穴
１６，１７領域
１８端部
１９基部
Ａ１，Ｂ１コイルばね接触子
Ｚ軸線

以下に、本発明に係る接触子装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る接触子装置１０の縦断面図である。接触子装置１０は、例えばガス絶縁開閉装置内の開閉部で用いられる接触子装置であり、図１（ａ）は開放状態を、図１（ｂ）は投入途中状態を、図１（ｃ）は完全投入状態を示している。

図１（ａ）に示すように、接触子装置１０は、主たる構成要素として、通電経路を形成することが可能な一対の導体である導体１（第２の導体）および導体２（第１の導体）と、導体１の内周面に周方向に沿って環状に形成された嵌合溝３（第２の嵌合溝）に嵌め込まれた導電性のコイルばねＡ１（第２のコイルばね接触子）と、導体２の外周面に周方向に沿って環状に形成された嵌合溝４（第１の嵌合溝）に嵌め込まれた導電性のコイルばねＢ１（第２のコイルばね接触子）と、を備える。

導体１は、その端部に例えば円筒状の嵌合穴１５が設けられた中空構造の導電性部材からなる。導体２は、例えば円柱状の導電性部材からなる。嵌合穴１５の内径は、導体２の外径に比べてわずかに大きく、導体２が嵌合穴１５と嵌合できるように構成されている。導体１，２は、それぞれ中心軸線を一致させ、同一の軸線Ｚ上に互いに対向して配置されている。なお、導体１，２はともに接触部を拡大して示したものであり、ガス絶縁開閉装置の場合、それぞれ高電圧が印加される中心導体（図示せず）に接続される。また、本実施の形態では、例えば、導体１は固定され、導体２は可動であり、導体２は図示しない駆動装置により軸線Ｚに沿って往復動可能とする。

コイルばねＡ１は、導体１に設けられる接触子の一例であり、導電性のばね材からなる素線をその巻回軸に対して傾斜させて螺旋状に巻回し両端部を接合して形成される。嵌合溝３は、導体１の内周面に沿って環状に形成され、また、その断面は例えば底部ほど幅が狭く形成される。嵌合溝３に嵌め込まれたコイルばねＡ１の断面は楕円形状であり、その頂部は嵌合溝３から突出し、嵌合溝３の側面に接触して係止されている。このように、コイルばねＡ１は、導体１と二点で接触させるようにしてその接触電気抵抗を低減させている。なお、嵌合溝４とコイルばねＢ１についても同様である。

次に、本実施の形態の動作について図１（ａ）〜図１（ｃ）を参照して説明する。なお、以下では投入動作について説明するが、遮断動作についても順序を逆にたどることで同様に説明することができる。

まず、図１（ａ）では、接触子装置１０は開放状態にあり、導体１と導体２とは電気的に接触しておらず、離隔された状態である。なお、導体１の開口端とコイルばねＡ１の断面中心との間の軸方向距離をＬ５とする。その他の構成等については上述のとおりである。

続いて、図１（ｂ）では、接触子装置１０は投入途中状態にある。すなわち、導体２は図１（ａ）の状態から駆動装置によって軸方向に直線動してその一部が嵌合穴１５内に挿入された状態にある。ただし、コイルばねＡ１は導体２と接触しておらず、また、コイルばねＢ１も導体１と接触していないため、導体１，２間は通電されていない。なお、導体１の開口端と導体２の挿入方向先端との間の軸方向距離をＬ１とする。

次に、図１（ｃ）では、接触子装置１０は、導体１が移動を完了して嵌合した完全投入状態にあり、導体１，２間は通電状態にある。すなわち、導体２が図１（ｂ）の状態からさらに駆動されると、コイルばねＢ１は導体１の開口端まで達しこれ以降嵌合穴１５の内周面とコイルばねＢ１との間で摺動接触がなされ、また、導体２の挿入方向先端はコイルばねＡ１の配置箇所まで達しこれ以降導体２の外周面とコイルばねＡ１との間で摺動接触がなされる。なお、コイルばねＢ１と導体１との摺動接触と、コイルばねＡ１と導体２との摺動接触のいずれが先に開始されるかは、導体２の挿入方向先端からコイルばねＢ１の断面中心までの軸方向距離とＬ５との大小関係により決まる。

導体２が駆動されている間は、コイルばねＢ１は、嵌合穴１５の内周面との間で接圧力を保持しながら摺動し、また、コイルばねＡ１は、導体２の外周面との間で接圧力を保持しながら摺動する。そして、導体２が所定の位置まで挿入されると、図１（ｃ）に示すように、コイルばねＡ１とコイルばねＢ１との間に所定の距離を保持した状態で、駆動が停止される。図１（ｃ）では、コイルばねＡ１は、嵌合溝３の側面と導体２の外周面とに接触して導体１と導体２間を導通させ、また、コイルばねＢ１は、嵌合溝４の側面と嵌合穴１５の内周面とに接触して導体１と導体２間を導通させる。なお、導体１の開口端と導体２の挿入方向先端との間の軸方向距離をＬ２、コイルばねＢ１の断面中心と導体１の開口端との間の軸方向距離をＬ３、導体２の挿入方向先端とコイルばねＡ１の断面中心との間の軸方向距離をＬ４とする。

さらに、接触子装置１０は、Ｌ４＜Ｌ５となるように構成することが好ましい。すなわち、コイルばねＡ１の断面中心から導体１の開口端までの軸方向距離（Ｌ５）が、コイルばねＡ１の断面中心から導体２の挿入方向先端までの軸方向距離（Ｌ４）よりも長くなるようにする。このような構成が好ましい理由を、以下、接触子装置１０と図２の従来の接触子装置３０とを対比して説明する。図２は、従来の接触子装置３０の縦断面図である。

図２（ａ）に示すように、従来の接触子装置３０は、通電経路を形成することが可能な一対の導体である導体２１，２２と、導体２２の外周面に周方向に沿って環状に形成された嵌合溝２３に嵌め込まれた導電性のコイルばねＡ２と、同じく導体２２の外周面に周方向に沿って環状に形成された嵌合溝２４に嵌め込まれた導電性のコイルばねＢ２と、を備える。

導体２１は、その端部に例えば円筒状の嵌合穴２５が設けられた中空構造の導電性部材からなる。導体２２は、例えば円柱状の導電性部材からなる。嵌合穴２５の内径は、導体２２の外径に比べてわずかに大きく、導体２２が嵌合穴２５と嵌合できるように構成されている。導体２１，２２は、それぞれ中心軸線を一致させ、同一の軸線Ｚ上に互いに対向して配置されている。なお、導体２１，２２はともに接触部を拡大して示したものであり、ガス絶縁開閉装置の場合、それぞれ高電圧が印加される中心導体（図示せず）に接続される。また、導体２１は固定され、導体２２は可動であり、導体２２は図示しない駆動装置により軸線Ｚに沿って往復動可能とする。

このように、従来の接触子装置３０では、コイルばねＡ２，Ｂ２はともに可動側の導体２２に設けられている。その他は、図１（ａ）と同様である。

次に、従来の接触子装置３０の投入動作について図２（ａ）〜図２（ｃ）を参照して説明する。まず、図２（ａ）では、接触子装置３０は開放状態にあり、導体２１と導体２２とは電気的に接触しておらず、離隔された状態である。

続いて、図２（ｂ）では、接触子装置３０は投入途中状態にある。すなわち、導体２２はその一部が嵌合穴２５内に挿入され、コイルばねＡ２のみが導体２１と接触面で摺動している。このように従来技術では、投入途中でコイルばねＡ２の摺動が始まっているのに対して、本実施の形態では、コイルばねＡ１，Ｂ１の両接触子とも摺動が始まっていない（図１（ｂ））。したがって、本実施の形態では、この間の摺動による操作エネルギーは生じないことになる。なお、図２（ｂ）におけるＬ１は図１と同様である。

次に、図２（ｃ）では、接触子装置３０は完全投入状態にあり、導体２１，２２間は通電状態にある。すなわち、導体２２が図２（ｂ）の状態からさらに駆動されると、コイルばねＡ２に続いてコイルばねＢ２も嵌合穴２５の内周面と摺動し、導体２２が嵌合穴２５内に所定距離挿入された後、図２（ｃ）の状態に至る。なお、図２（ｃ）におけるＬ２，Ｌ３，Ｌ５は図１と同様である。

図２（ｃ）に示すように、従来の接触子装置３０では、開放状態から完全投入状態に至るまでに、コイルばねＡ２の摺動距離はＬ５、コイルばねＢ２の摺動距離はＬ３であり、総摺動距離は（Ｌ３＋Ｌ５）である。一方、図１（ｃ）に示すように、本実施の形態に係る接触子装置１０では、開放状態から完全投入状態に至るまでに、コイルばねＡ１の摺動距離はＬ４、コイルばねＢ１の摺動距離はＬ３であり、総摺動距離は（Ｌ３＋Ｌ４）である。なお、完全投入状態における接触子の配置は、本実施の形態と従来技術の双方に対して同じになるようにしている。したがって、本実施の形態においてＬ４＜Ｌ５となるように接触子装置１０を構成することで、（Ｌ３＋Ｌ４）＜（Ｌ３＋Ｌ５）となり、本実施の形態における接触子の摺動距離は、従来に比べて減少することになる。例えば、Ｌ３＝Ｌ４とし、Ｌ５＝２×Ｌ３とすると、本実施の形態における接触子摺動距離は２×Ｌ３、従来技術における接触子摺動距離は３×Ｌ３となる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、接触子としてのコイルばねＡ１，Ｂ１をそれぞれ導体１，２に設けるようにしたので、導体１，２の嵌合時に、コイルばねＡ１は導体２の外周面を摺動し、コイルばねＢ１は導体１の内周面を摺動することになり、摺動による嵌合面の損傷が上記内周面と上記外周面とに分けられるため、図２のように導体２２にコイルばねＡ２，Ｂ２をともに設ける従来の構成に比べて、摺動による嵌合面（図２との比較では内周面）の損傷が軽減されるという効果を奏する。

これに対して、従来の接触子装置３０では、導体２１，２２の嵌合時に、コイルばねＡ２が嵌合穴２５の内周面を摺動した後、続いて同一の接触箇所をコイルばねＢ２が摺動することになるので、内周面の損傷が二重となり大きくなってしまう。なお、コイルばねＡ２，Ｂ２がともに固定側の導体２１に設けられる場合についても同様であり、この場合は、摺動により外周面の損傷が大きくなってしまう。

また、本実施の形態では、接触子装置１０をＬ４＜Ｌ５となるように構成したので、従来の接触子装置３０に比べて接触子の摺動距離が短くなり、接触子の損傷を軽減できるとともに駆動装置のエネルギーを軽減することができる。

また、接触子としてコイルばねＡ１，Ｂ１を用いることで、導体１，２との間の接触抵抗を低減することができる。その結果、発熱が抑制されて、接触子装置１０を大型化することなく、大電流を流すことが可能となる。

なお、本実施の形態では、一例としてコイルばねＡ１とコイルばねＢ１をそれぞれ一つずつ設ける構成としたが、これに限定されず、電流容量に応じて、コイルばねＡ１もしくはコイルばねＢ１の一方を複数、またはコイルばねＡ１およびコイルばねＢ１の双方を複数とすることができる。例えば、導体１に２個のコイルばねＡ１を設ける場合には、これらのコイルばねＡ１を軸方向に所定の距離を隔てて嵌合穴１５の内周面に設ける。なお、導体１に複数個のコイルばねＡ１を設ける場合には、上記のＬ４＜Ｌ５の条件は、各コイルばねＡ１について成り立つようにする。すなわち、各コイルばねＡ１について、コイルばねＡ１の断面中心から導体１の開口端までの軸方向距離が、コイルばねＡ１の断面中心から導体２の挿入方向先端までの軸方向距離よりも長くなるように構成することで、同数の接触子を有する従来の接触子装置に比べて、接触子の摺動距離が低減されるという効果がある。

なお、本実施の形態では、導体１を固定とし導体２を可動としたが、導体１を可動とし導体２を固定とした場合、または、双方を可動とした場合についても同様であり、上記と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図３は、本実施の形態に係る接触子装置１１の縦断面図であり、（ａ）は開放状態を、（ｂ）は投入途中状態を、（ｃ）は完全投入状態を示している。実施の形態１では、接触子としてコイルばねＡ１，Ｂ１を用いる例を示したが、本実施の形態では、固定側の導体に用いる接触子をコイルばねＡ１の代わりにその内面に設けられた突起部６とする。なお、図３において、図１と同一の要素には同一の符号を付している。

図３において、複数個の導体５が相互に平行にそれぞれ軸線Ｚ方向に延伸して設けられており、これらの導体５は軸線Ｚを中心とする円周上に互いに離隔して配置されている。各導体５はその一端部の内面に設けられた突起部５１が、軸線Ｚ上に配置された円柱状の導体５０の一端部の外周面に接触している。すなわち、これらの導体５は導体５０と接触するようにして周方向に所定間隔で配置され、これにより、可動側の導体２が嵌合可能な嵌合穴４５が形成されている。また、各導体５の内面にはそれぞれ突起部６が設けられており、各突起部６は軸線Ｚを中心とする同一円周上に配置される構成である。さらにまた、複数個の導体５は、軸線Ｚを中心として環状に配置された例えば３つのばねＣ１〜Ｃ３により外周から押さえられている。これらのばねＣ１〜Ｃ３により、突起部５１と導体５０間の接圧力が確保されるとともに、嵌合穴４５の径が縮小されるように付勢される。また、図３（ｃ）では、ばねＣ１〜Ｃ３に付勢されて、突起部６は導体２の外周面との間で接圧力を保持しながら接触している。本実施の形態では、第２の導体は複数個の導体５および導体５０により構成される。なお、導体２，５０はともに接触部を拡大して示したものであり、ガス絶縁開閉装置の場合、それぞれ高電圧が印加される中心導体（図示せず）に接続される。

本実施の形態は、コイルばねＡ１を突起部６に代えたことを除けば実施の形態１と同様の構成であり、同様の動作に従い、よって実施の形態１と同様の効果を奏する。例えば、実施の形態１と同様に、Ｌ４＜Ｌ５とすることで、従来の接触子装置３０に比べて摺動距離を短くすることができる。

なお、本実施の形態において、コイルばねＢ１の代わりに導体２の外周面に突起部を設けて接触子として用いる形態、または突起部６の代わりにコイルばねＡ１を用いるとともにコイルばねＢ１の代わりに突起部を用いる形態も可能である。

実施の形態３．
図４は、本実施の形態に係る接触子装置１２の縦断面図であり、完全投入状態を示す図である。図４において、例えば可動側である導体３６は、挿入方向先端部である端部１８と、この端部１８の径よりも大径の基部１９とを有する。また、固定側である導体３５は、導体３６が嵌合可能な嵌合穴２０を有し、この嵌合穴２０の形状は導体３６の形状に合わせて、その底部付近の底側内径がその開口端付近の開口側内径よりも小さくなっている。したがって、嵌合穴２０の内周面は、底側内径の領域１６と、開口側内径の領域１７とからなる。

端部１８の外径は嵌合穴２０の底側内径よりもわずかに小さい。領域１６には周方向に沿って環状に嵌合溝７が形成され、この嵌合溝７には導体３５側接触子としてコイルばねＡ１が嵌め込まれている。コイルばねＡ１は嵌合溝７の側面と端部１８の外周面とに接触して導体３５，３６間を導通させる。また、基部１９の外径は嵌合穴２０の開口側内径よりもわずかに小さい。基部１９の外周面には周方向に沿って環状に嵌合溝８が形成され、この嵌合溝８には導体３６側接触子としてコイルばねＢ１が嵌め込まれている。コイルばねＢ１は嵌合溝８の側面と領域１７とに接触して導体３５，３６間を導通させる。

また、本実施の形態では、コイルばねＡ１の断面中心から軸線Ｚまでの距離と、コイルばねＢ１の断面中心から軸線Ｚまでの距離とが等しくなるように構成されている。一方、実施の形態１では、コイルばねＡ１の断面中心から軸線Ｚまでの距離は、コイルばねＢ１の断面中心から軸線Ｚまでの距離よりも大きい。したがって、実施の形態１では接触子装置１０の径方向の大きさが大きくなってしまう。これに対して、本実施の形態では、上記の理由から、径方向の大きさをより小さくすることができる。なお、本実施の形態のその他の構成、動作は実施の形態１と同様である。また、本実施の形態を、実施の形態２と組み合わせることも容易である。

本実施の形態では、実施の形態１と比べて、導体３６および嵌合穴２０の形状が異なるものの、コイルばねＡ１を導体３５に設けるとともにコイルばねＢ１を導体３６に設けるようにして、接触子を一対の導体にそれぞれ設ける構成は実施の形態１と同じであり、したがって、実施の形態１と同様の効果を奏する。

また、本実施の形態によれば、コイルばねＡ１の断面中心から軸線Ｚまでの距離と、コイルばねＢ１の断面中心から軸線Ｚまでの距離とが等しくなるようにしたので、実施の形態１に比べて、接触子装置１２の径方向の大きさを縮小することができる。したがって、ガス絶縁開閉装置においては、接触子装置１２を収納する金属容器との絶縁距離が縮小され、金属容器の細径化が可能となる。そのため、ガス絶縁開閉装置の設置スペースをより縮小化することができる。

なお、従来の接触子装置３０においても、コイルばねＡ２の断面中心から軸線Ｚまでの距離と、コイルばねＢ２の断面中心から軸線Ｚまでの距離とが等しくなっている。したがって、本実施の形態によれば、接触子装置１２は、接触子装置３０と同じ径方向の大きさで、同様の通電性能を保持することができる。

本発明は、ガス絶縁開閉装置内の開閉部に適用される接触子装置として有用である。

Claims

第１の導体と、この第１の導体と同軸上に配置されこの第１の導体が挿入可能な嵌合穴が形成された第２の導体と、を備え、前記第１および第２の導体の少なくとも一方を軸方向に移動して嵌合させ、接触子を介して前記第１および第２の導体間を通電させることが可能な接触子装置において、
前記第１の導体の外周面に周方向に沿って設けられ、前記嵌合穴の内周面と接触可能な導電性の第１の接触子と、
前記嵌合穴の内周面に周方向に沿って設けられ、前記第１の導体の外周面と接触可能な導電性の第２の接触子と、
を備え、
前記第１および第２の導体が相対移動を終了して嵌合した状態において、前記第２の接触子の断面中心から前記第２の導体の開口端までの軸方向距離が、前記第２の接触子の断面中心から前記第１の導体の挿入方向先端までの軸方向距離よりも長いことを特徴とする接触子装置。
前記第１の接触子は、前記第１の導体の外周面に周方向に沿って環状に形成された第１の嵌合溝に嵌め込まれた第１のコイルばね接触子であり、前記第２の接触子は、前記嵌合穴の内周面に周方向に沿って環状に形成された第２の嵌合溝に嵌め込まれた第２のコイルばね接触子であることを特徴とする請求項１に記載の接触子装置。
前記第１の導体は、基部とこの基部よりも外径の小さい端部とを有し、
前記嵌合穴の内径は、前記端部の外径よりも大きい底側内径と、前記基部の外径よりも大きくかつ前記底側内径よりも大きい開口側内径とからなり、
前記第１の接触子は、前記基部の外周面に設けられ、
前記第２の接触子は、前記内周面上における前記底側内径の領域に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の接触子装置。
前記第１の接触子の断面中心から前記同軸までの距離と、前記第２の接触子の断面中心から前記同軸までの距離とが等しいことを特徴とする請求項３に記載の接触子装置。
ガス絶縁開閉装置の開閉部に用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の接触子装置。