JP2003100184A - 真空インタラプタ用接触子及び真空インタラプタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い磁界強度、高い機械強度が得られる真空
インタラプタの接触子を得る。 【解決手段】 真空インタラプタのカップ形の接触子に
おいて、円筒状の接触台１の一方の端面側からスリット
５を形成すると共に、他方の端面側からもスリット６を
形成し、これらのスリット５、６の接触台１の軸方向の
最適な長さを、接触台１の軸方向の長さを１とし、スリ
ット５、６の接触台１の軸方向の長さを、ｘ，ｙとした
とき、ｘ，ｙを所定のパラメータに基づき定めるように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【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３−５９
５３１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、円筒状の接
触台の一方の端面に接触板を設ける共に、前記接触台の
他方の端面に、接触子端板を設ける一方、前記接触台の
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
一方の端面側から形成した第１のスリットと、前記接触
台の前記他方の端面側から形成した第２のスリットと
し、前記接触台の軸方向長さを１とし、前記第１のスリ
ットの前記接触台の軸方向の長さをｘ、前記第１のスリ
ットの前記接触台の軸方向の長さをｙとしたとき、 ０．９≧ｘ ｘ≧ｙ≧０．２ｘ １．４≧ｘ＋ｙ≧０．８ を満たすことを特徴とする。この真空インタラプタの接
触子により構成した真空インタラプタにおいては、遮断
時の電流は、第１及び第２のスリットが作るコイル部に
沿って流れる。

【０００７】上記構成の真空インタラプタの接触子にお
いては、前記接触板が設けられる前記接触台の端面に、
前記第１のスリットにつながる円周方向のスリット
（溝）を設けてもよく、又、同様に、前記接触子端板が
設けられる前記接触台の端面に、前記第２のスリットに
つながる円周方向のスリット（溝）を設けてもよい。

【０００８】上記課題を解決する第２の発明に係る真空
インタラプタは、上記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て構成されることを特徴とす
る。

【０００９】

【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用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
インタラプタ用接触子の側面を示してあり、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には、真空インタラプタとして対向させた接触
子を示してある。

【００１０】円筒状の接触台１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。筒状の接触台１と接触子端板３とによりカップ状を
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。

【００１１】筒状の接触台１の全周面には、接点台１の
軸線に対し角度（傾斜角）α傾斜する第１のスリット
５、第２のスリット６が形成されている。第１のスリッ
ト５は、一方の端面１ａに開口している。図中、５ａが
その開口部である。第２のスリット６は、もう一方の端
面１ｂに開口している。図中、６ａがその開口部であ
る。弧状をなす各スリット５、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５、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間に挟まれた部
分のコイル部７ａ、第１のスリット５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。

【００１２】前記第１及び第２のスリット５、６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。スリット５、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、スリッ
ト５と６の、これらに垂直な方向の距離ｅは、７〜１８
mm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。

【００１３】前記各スリット５、６の方位角βは、（５
４０／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。

【００１４】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、（１
２０／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。

【００１５】各スリット５、６の長さを短くし、円周方
向においてスリット５と６との間に間隔（方位角γ）が
できるようにしたので、スリット５と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。

【００１６】第１のスリット５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の端面１ａにおける開口部５ａに合わせて、取
付けられる。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。

【００１７】図５には、上記構成の真空インタラプタ用
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
用接触子１１、１２を、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。この接触子間距離Ｇは、電圧階級により経験的
に定められたものである。

【００１８】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、１
２の回りにはシールド２０が設けられる。

【００１９】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、図５及び図１に示すよ
うに接触板３から接触台１の各第１のスリット５間のコ
イル部７ａに入り、更に第１のスリット５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
流が流れることにより、縦磁界Ｂが発生する。電流の経
路が多く、長くなることから、第１のスリット５だけの
場合に比べて２倍の磁界が発生する。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。尚、電流は、図１において実線で示した流れるだ
けでなく、破線で示したように迂回する如くも流れる。

【００２０】ところで、電極間のギャップに発生する磁
界を考えた場合、接触板２側の第１のスリット５の方が
極間ギャップに近いため、この部分で発生する磁界の方
が真空アークに対してより効果的に働くことになる。す
なわち、接触板側、接触子端板側双方のスリット５、６
を同一にした場合、必ずしも最適な磁界が得られないこ
とになる。そこで、スリット５、６の接触台１の軸方向
の長さ（以下、「高さ」と呼ぶ）を変えて接触子を作製
し、磁界強度について調べた。

【００２１】図６には、接触台１の長さを１とし、第１
のスリット５の接触台１の高さをｘ、第２のスリット６
の高さをｙとし（０＜ｘ，ｙ＜１）、ｘ＝ｙとして、そ
の割合を変えた接触子を示す。つまり、スリット５、６
の形状のパラメータは、ｘとｙの大小関係、ｘ＋ｙの値
によって分類される。

【００２２】図６には、ｘ＝ｙとして、つまり、スリッ
ト５と６の高さを同じにして、ｘ＋ｙを変えた場合を示
す。図６（ａ）は、ｘ＋ｙ＞１とした場合である。つま
り、双方のスリット５、６は高さ方向に互いに食い込む
部分を有する。図６（ｂ）は、ｘ＋ｙ＝１とした場合で
ある。つまり、双方のスリット５、６の高さ方向の食い
込みは０となる。図６（ｃ）は、ｘ＋ｙ＜１とした場合
である。つまり、双方のスリット５、６は高さ方向には
重なる部分を有しない。

【００２３】図７には、ｘ＞ｙとして、つまり接触板２
側のスリット５の高さを高くして、ｘ＋ｙを変えた場合
を示す。図７（ａ）は、ｘ＋ｙ＞１とした場合である。
つまり、双方のスリット５、６は高さ方向に互いに食い
込む部分を有する。図７（ｂ）は、ｘ＋ｙ＝１とした場
合である。つまり、双方のスリット５、６の高さ方向の
食い込みは０となる。図７（ｃ）は、ｘ＋ｙ＜１とした
場合である。つまり、双方のスリット５、６は高さ方向
には重なる部分を有しない。

【００２４】図８、９には、図６、７に示した接触子を
用いた真空インタラプタにおける磁界分布を示す。横軸
は、電極の中心軸からの半径方向の距離を表し、縦軸
は、磁界強度を表す。図８は、ｘ＝ｙ、すなわち接触板
２側のスリット５と接触子端板３側のスリット６の高さ
を等しくした場合であり、図９は、ｘ＞ｙ、すなわち接
触板２側のスリット５の高さを接触子端板３側のスリッ
ト６の高さより高くした場合（スリット５がスリット６
より長い場合）である。図８、９において、破線は、ｘ
＋ｙ＝１、すなわち接触板２側のスリット５の下端の高
さと接触端子板３側のスリット６の上端の高さとを等し
くした場合を示し、実線は、ｘ＋ｙ＞１、すなわち接触
板２側のスリット５の下端の高さを、接触端板３側のス
リット６の上端の高さより低くした場合を示す。図８、
９からわかるように、ｘ＋ｙ＞１とした方が、スリット
５、６が長くなるため、より強力な磁界強度分布が得ら
れる。

【００２５】図１０には、ｘ＋ｙの値と磁界強度との関
係を示す。横軸は、ｘ＋ｙの値であり、縦軸は、磁界強
度である。図１０において、破線は、ｘ＝ｙ、すなわち
接触板２側のスリット５と接触子端板３側のスリット６
の高さを等しくした場合であり、実線は、ｘ＞ｙ、すな
わち接触板２側のスリット５の高さを接触子端板３側の
スリット６の高さより高くした場合である。図１１に
は、ｘ＋ｙの値と機械強度との関係を示す。横軸は、ｘ
＋ｙの値であり、縦軸は、機械強度である。図１１にお
いて、破線は、ｘ＝ｙ、すなわち接触板２側のスリット
５と接触子端板３側のスリット６の高さを等しくした場
合であり、実線は、ｘ＞ｙ、すなわち接触板２側のスリ
ット５の高さを接触子端板３側のスリット６の高さより
高くした場合である。図１０、１１からわかるように、
ｘ＞ｙの場合、同じ機械強度で、より強力な磁界強度が
得られる。

【００２６】図８〜１１より、望ましい磁界強度、機械
強度が得られるｘ，ｙの範囲として、 ０．９≦ｘ ｘ≧ｙ≧０．２ｘ １．４≧ｘ＋ｙ≧０．８ を選択した。このパラメータの範囲を図１２に示す。図
１２のＰの範囲（パラメータ存在範囲）内でｘ，ｙを選
択することにより、磁界強度、機械強度に優れた真空イ
ンタラプタの接触子を得ることができる。範囲Ｐからわ
かるように、第１のスリット５の高さを第２のスリット
６と等しいかそれ以上とする。前述のように、接触板２
に近い側の第１のスリット５の高さを高くしたほうがよ
いのであるが、第１のスリット５の高さを少なくとも第
２のスリット６と等しくする。第２のスリット６の高さ
は、第１のスリット５の高さの１／５とする。１．４≧
ｘ＋ｙとは、第１と第２のスリット５、６が高さ方向に
食い込むようにすることを意味する。ｘ＋ｙ≧０．８と
は、第１と第２のスリット５、６は高さ方向に食い込む
ではいないが、かなり近づけることを意味する。

【００２７】他の実施の態様として、上記構成の真空イ
ンタラプタの接触子においては、前記接触板２が設けら
れる前記接触台１の端面１ａに、前記第１のスリット５
につながる円周方向のスリット（溝）を設けてもよく、
又、同様に、前記接触子端板３が設けられる前記接触台
１の端面に、前記第２のスリット６につながる円周方向
のスリット（溝）を設けてもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明に係る真空インタラプタ用接触子
及び真空インタラプタによれば、円筒状の接触台の一方
の端面に接触板を設ける共に、前記接触台の他方の端面
に、接触子端板を設ける一方、前記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、前記接触台の前記一方の端面側
から形成した第１のスリットと、前記接触台の前記他方
の端面側から形成した第２のスリットとし、前記接触台
の軸方向長さを１とし、前記第１のスリットの前記接触
台の軸方向の長さをｘ、前記第１のスリットの前記接触
台の軸方向の長さをｙとしたとき、０．９≧ｘ、ｘ≧ｙ
≧０．２ｘ、１．４≧ｘ＋ｙ≧０．８を満たすようにし
たので、当該真空インタラプタの接触子により構成した
真空インタラプタにおいては、遮断時の電流は、第１及
び第２のスリットが作るコイル部に沿って流れることに
なり、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。

【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用
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用接触子の平面
図である。

【図３】図１に示した真空インタラプタ用接触子の方位
角の説明図である。

【図４】図１に示した真空インタラプタ用接触子を対向
させた状態の斜視図である。

【図５】図１に示した真空インタラプタ用接触子を用い
た真空インタラプタの概略図である。

【図６】ｘ＝ｙとし、ｘ＋ｙを変えた場合の各接触子の
側面図である。

【図７】ｘ＞ｙとし、ｘ＋ｙを変えた場合の各接触子の
側面図である。

【図８】ｘ＝ｙの場合の磁界強度のグラフである。

【図９】ｘ＞ｙの場合の磁界強度のグラフである。

【図１０】ｘ＋ｙ値と磁界強度との関係を示すグラフで
ある。

【図１１】ｘ＋ｙ値と機械強度との関係を示すグラフで
ある。

【図１２】パラメータの存在範囲を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 接触台 ２ 接触板 ３ 接触子端板 ５ 第１のスリット 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）

フロントページの続き (72)発明者 西島 陽 東京都品川区大崎二丁目１番17号 株式会 社明電舎内 Ｆターム(参考） 5G026 DA07 DB06 5G027 AA03 BA02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状の接触台の一方の端面に接触板を
   設ける共に、前記接触台の他方の端面に、接触子端板を
   設ける一方、前記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、前記接触台の前記一方の端面側から形
   成した第１のスリットと、前記接触台の前記他方の端面
   側から形成した第２のスリットとし、 前記接触台の軸方向長さを１とし、前記第１のスリット
   の前記接触台の軸方向の長さをｘ、前記第１のスリット
   の前記接触台の軸方向の長さをｙとしたとき、 ０．９≧ｘ ｘ≧ｙ≧０．２ｘ １．４≧ｘ＋ｙ≧０．８ を満たすことを特徴とする真空インタラプタの接触子。
2. 【請求項２】 請求項１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て構成したことを特
   徴とする真空インタラプタ。