JP2012243444A

JP2012243444A - 真空インタラプタ

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Publication number: JP2012243444A
Application number: JP2011110163A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Matsui; 松井芳彦; Takaaki Furuhata; 古畑高明; Hideki Komatsu; 小松秀樹
Original assignee: Japan AE Power Systems Corp
Current assignee: Japan AE Power Systems Corp
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2012-12-10
Anticipated expiration: 2031-05-17
Also published as: JP5648577B2

Abstract

【課題】縦磁界電極の磁束密度分布および磁界強度を改善することにより、遮断性能を向上させた真空インタラプタを提供する。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明の真空インタラプタは、向かい合う一対の電極の背面にそれぞれ通電軸を有し、当該各通電軸の周囲に磁性体を設けた真空インタラプタにおいて、一方の電極の背面から前記通電軸の軸方向に所定の距離を保って配置された、Ｕ字形でかつ該Ｕ字の両端部から前記通電軸の軸方向に伸びた柱状部が前記電極と当接する磁性体と、他方の電極の背面に当接した、円弧形でかつその両端部が前記Ｕ字形磁性体の柱状部の軸方向の延長線上に位置する磁性体とを１組として第一の磁気経路を形成し、さらに前記Ｕ字形および円弧形を１組とする磁性体と同一形状のもう１組の磁性体を、それぞれ対向する電極の背面に約１８０度ずらして配置し、第二の磁気経路を形成したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、縦磁界発生用の手段として磁性体を設けた真空インタラプタに関する。

従来より、遮断性能を上げるために、接点間に発生するアークに対して平行な磁界を発生させる、いわゆる縦磁界電極を組み込んだ真空インタラプタが採用されている。

この縦磁界電極は、一般的に、接点となる接触子の背面に設けたコイル電極やスリット入り電極に流れる電流により発生する磁界を利用している。一方、接点となる平板電極の背面に接続された通電軸に流れる電流により発生する磁界を、通電軸の周囲に設けた磁性体によって接点間に導くことにより、縦磁界を発生させる構成も知られている。

このような磁性体を設ける構成として、図４に示すように、対向配置されるそれぞれの電極５０、５１の背面に馬蹄形（Ｕ字形）の磁性体５２、５３を設けたタイプの真空インタラプタが知られている。２つの磁性体５２、５３は通電軸の周囲を各々約１８０度超ずつ、例えば２００度程度覆うように形成されるとともに、互いを約１８０度ずらした位置に配置されている。磁性体５２、５３は２つ合わせて通電軸の周囲を３６０度以上覆う形となるため、磁性体５２、５３の端部同士は一部ラップするように配置される。このため磁性体ラップ箇所の磁気抵抗が下がり、磁力線が通過しやすくなっている。（例えば特許文献１参照。）

図５は図４の真空インタラプタの磁性体のみを取り出し、磁性体を通る磁力線により形成される磁気経路を示した図である。この図５に示すように、磁性体５２、５３を通過する磁力線Φ５４（以下「ループ」と称す。）が２回電極間（以下「ギャップ」と称する。）を通過する。ここでは磁性体５２、５３のラップ箇所を通過する磁力線を１本のループΦ５４で示しているが、実際にはループΦ５４の周囲には縦方向の磁束が発生している。このような構成によれば、ギャップには図６に模式的に示すように、磁束密度が一定以上の双極の範囲（点線部）が形成される。即ち、磁性体のラップ部であるため磁気抵抗が低く磁束密度が高くなっているループΦ５４の磁気経路Φ５４ａ、Φ５４ｂを中心として、その周囲に磁束密度が一定以上の略円状の範囲が２箇所形成される。ここで一定以上の磁束密度とは、遮断性能に寄与する程度の磁束密度を指す。

さらに図７に示すように、対向配置される電極５５、５６のそれぞれの背面に２つずつ円弧形の磁性体５７、５８および５９、６０を設けた四重極タイプの真空インタラプタも知られている。電極５５の背面に設けられた磁性体５７、５８は通電軸の周囲を各々約９０度超、例えば１１０度程度覆うように形成されるとともに、互いに約１８０度ずらして配置されている。さらに、電極５６の背面には磁性体５７、５８と同一形状でかつこれらの磁性体とそれぞれ約９０度ずらした位置に、磁性体５９、６０を配置している。即ち磁性体５７、５９、６０の端部同士を一部ラップさせるように配置すると共に、磁性体５８、５９、６０端部同士もラップさせることで、それぞれのラップ箇所の磁気抵抗が下がり、磁力線が通過しやすくなっている。（例えば特許文献２参照。）

この構造においては図８に示すように、４つの磁性体を通過するループΦ６１が４回ギャップを通過する。具体的には、磁性体５７、５９、５８、６０の順にループΦ６１が通過する。ここでも磁力線は各々の磁性体のラップ箇所を通過する１本のループΦ６１で示しているが、実際にはループΦ６１の周囲には縦方向の磁束が発生している。このような構成によれば、ギャップには図９に模式的に示すように、磁束密度が一定以上の四重極の範囲（点線部）が形成される。即ち、磁性体のラップ部のため磁気抵抗が低く磁束密度が高くなっているループΦ６１の磁気経路Φ６１ａ、Φ６１ｂ、Φ６１ｃ、Φ６１ｄを中心として、その周囲に磁束密度が一定以上の略円状の範囲が４箇所形成される。

特開昭６０−２５８８１６ＥＰ１１１６３８Ａ２

縦磁界の効果を増加させ、遮断性能を向上するためには、電極径方向全体での磁束の密度分布が均一であること、磁界の強度が強いことが求められている。しかしながら、上述の馬蹄形タイプの真空インタラプタでは、１本のループあたり２箇所でギャップを通過するので、磁気抵抗の低下については抑えられる一方、電極上には磁束密度が一定以上の略円状の範囲が２つ形成されるのみである。このため、電極の径方向に対して均一な磁束密度分布が得られないという問題があった。

また、四重極タイプの真空インタラプタでは、１本のループあたり４回ギャップを通過することで、電極上には磁束密度分布が一定以上の略円状の範囲が４つ形成され、馬蹄形タイプに比べて電極全体への磁束密度の分布は改善される。しかし、電極上で隣り合う磁気経路Φ６１ａ、Φ６１ｂ、Φ６１ｃ、Φ６１ｄは互いに磁力線の進行方向が異なるため、各磁気経路の周囲には各々独立し、且つ磁束密度が一定以上の略円状の範囲が４つ形成されることになる。即ち、磁束密度が一定以上の４つの略円状の範囲間には、その略円状の範囲が重ならず、磁束密度の低い空間ができる。このため電極全体における磁束密度分布の均一性についてなお問題が残る。

さらには、１本のループあたり４回ギャップを通過するので、磁気経路の磁気抵抗が増加する。このため、縦磁界電極の軸方向の磁束密度が低下し、強力な磁界を得ることができないという問題があった。

上記課題を解決するために本発明は、縦磁界電極の磁束密度分布および磁界強度を改善することにより、遮断性能を向上させた真空インタラプタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の真空インタラプタは、向かい合う一対の電極の背面にそれぞれ通電軸を有し、当該各通電軸の周囲に磁性体を設けた真空インタラプタにおいて、一方の電極の背面から前記通電軸の軸方向に所定の距離を保って配置された、Ｕ字形でかつ該Ｕ字の両端部から前記通電軸の軸方向に伸びた柱状部が前記電極と当接する磁性体と、他方の電極の背面に当接した、円弧形でかつその両端部が前記Ｕ字形磁性体の柱状部の軸方向の延長線上に位置する磁性体とを１組として第一の磁気経路を形成し、さらに前記Ｕ字形および円弧形を１組とする磁性体と同一形状のもう１組の磁性体を、それぞれ対向する電極の背面に約１８０度ずらして配置し、第二の磁気経路を形成したことを特徴とする。

向かい合う一対の電極の一方の背面に配置されるＵ字形および他方の背面に配置される円弧形の１組の磁性体によって磁気経路を形成するとともに、当該２つ１組の磁性体と同一形状のもう１組の磁性体を、それぞれ対向する電極の背面に約１８０度ずらして配置したため、計２箇所にループが形成されることにより電極径方向の磁束密度分布が改善される。さらにギャップの通過回数が１ループあたり２回に抑えられるので、強い磁界強度を得ることができ、遮断性能を向上することができる。

本発明に係る縦磁界電極の斜視図である。図１の磁性体により形成される磁気経路の説明図である。図１の電極の磁界を模式的に示した平面図である。従来の馬蹄形タイプの縦磁界電極の斜視図である。図４の磁性体により形成される磁気経路の説明図である。図４の電極の磁界を模式的に示した平面図である。従来の四重極タイプの縦磁界電極を示した斜視図である。図７の磁性体により形成される磁気経路の説明図である。図７の電極間の磁界を模式的に示した平面図である。本発明および従来の縦磁界電極の軸方向磁束密度の比較図である。本発明の磁性体のねじ止め固定方法を示した全体図である。本発明の磁性体のねじ止め固定時の通電軸の構造を示した図である。本発明の磁性体のろう付けによる固定方法を示した工程図である。

以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１において、図示しない真空バルブの固定側端板に貫設された固定側通電軸１Ａの下端には、円板状に形成された電極２Ａがろう付けされている。電極２Ａは遮断性能および通電性能に優れた部材、例えば銅−クロム材によって形成されている。

図１、図２に示すように、電極２Ａの背面に当接するように円弧形磁性体３Ａが配置されている。さらに円弧形磁性体３Ａから通電軸１Ａの軸線方向に所定の距離を保った位置に、通電軸１Ａを周方向に覆うようなＵ字形でかつ両端部（開極部）に柱状部４ａを有するＵ字形磁性体４Ａが配置されている。ここで、所定の距離としては、後述する２つの磁気経路Φ５、Φ６が互いに干渉しないために、ギャップと同等以上の距離を持たせることが望ましい。

柱状部４ａは通電軸１Ａの軸方向で、かつ電極２Ａ側（図中下方）に伸びており、その下端が電極２Ａと当接している。なお、円弧形磁性体３ＡおよびＵ字形磁性体４Ａは、通電軸１Ａの周囲を各々約９０度超（例えば１１０度程度）、２７０度超（例えば２９０度程度）ずつ覆うように形成されている。

同様に、図１において、図示しない真空バルブの可動側端板に貫設された可動側通電軸１Ｂの上端にも、可動側と同一形状の電極２Ｂがろう付けされている。電極２Ｂの背面には、図１、図２に示すように可動側の円弧形磁性体３Ａと同一形状の円弧形磁性体３Ｂが電極２Ｂと当接するように配置されている。この円弧形磁性体３Ｂはその両端部が、可動側のＵ字形磁性体４Ａの柱状部４ａの軸方向の延長線上に位置するように配置されている。

さらに、円弧形磁性体３Ｂから通電軸１Ｂの軸方向に所定の距離を保った位置に、Ｕ字形磁性体４Ａと同一形状のＵ字形磁性体４Ｂが配置されている。このＵ字形磁性体４Ｂの柱状部４ｂは通電軸１Ｂの軸線方向でかつ電極２Ｂ側（図中上方）に伸びており、その上端が電極２Ｂと当接している。さらに、柱状部４ｂの軸線方向の延長線上に、可動側の円弧形磁性体３Ａの両端が位置するように配置されている。

上述したように、対向する可動側電極２Ａおよび固定側電極２Ｂの背面には、それぞれ同一形状の円弧形磁性体３Ａ、３ＢおよびＵ字形磁性体４Ａ、４Ｂが互いに約１８０度ずらした状態で配置されている。また、通電軸１の周囲を円弧形磁性体３は９０度超、Ｕ字型磁性体４は２７０度超程度覆うように形成しているので、２つの磁性体３、４を合わせて通電軸１の周囲を３６０度以上覆う形となる。このため、例えば円弧形磁性体３ＢとＵ字型磁性体４Ａは互いにその両端がラップするように配置される。よって、磁性体のラップ箇所において磁気抵抗が下がり、磁力線が通過しやすくなるので、所定のループが形成されやすくなる。

これらの各磁性体は、電極および通電軸にろう付けもしくはねじ止めによって固定される。なお、固定側、可動側で磁性体の固定方法は同一のため、ここでは、一方の電極の背面に設けられた磁性体の固定方法のみ説明する。

ねじ止めの場合、図１１、図１２に示すように円弧形磁性体３ＢおよびＵ字形磁性体４Ｂに複数箇所形成した貫通孔７と、それと対応するように通電軸１Ａに形成したねじ穴８にねじ９を螺合させる。本実施例では、円弧形磁性体３Ｂに２箇所の貫通孔７ａ、７ｂを設け、通電軸１Ｂにはこれらと対応するねじ穴８ａ、８ｂを形成し、ねじ９を螺合させることでねじ止めを行っている。

一方、Ｕ字形磁性体４Ｂには３箇所の貫通孔７ｃ、７ｄ、７ｅを設け、通電軸１Ｂにはこれらと対応する８ｃ、８ｄ、８ｅを形成し、ねじ９を螺合させてねじ止めを行う。これにより円弧形磁性体３ＢおよびＵ字形磁性体４Ｂを、通電軸１Ｂと一体化し固定する。

ろう付け固定の場合、図１３に示すように、円弧形磁性体３Ａと電極２Ａとの当接面にろう材１０を設ける。さらに、円弧形磁性体３Ａと通電軸１Ａとの周方向の当接部にろう材１１を挟み込むことで、円弧形磁性体３Ａを電極２Ａおよび通電軸１Ａにろう付け固定する。

一方、Ｕ字形磁性体４Ａと電極２Ａとの当接面、即ち柱状部４ａの先端部と電極２Ａとの当接面にろう材１２を設ける。さらに、Ｕ字形磁性体４ＡのＵ字形状部で、かつ通電軸１Ａとの周方向の当接部にろう材１３を挟み込むことで、電極２Ａと通電軸１Ａにろう付け固定を行う。

次に、上述の磁性体配置による磁気経路および電極径方向の磁束密度分布につき説明する。図２では、通電時に各磁性体を磁力線が通過することで形成される磁気経路を点線で示している。図の矢印で示す通り、円弧形磁性体３Ａを通る磁力線はギャップを通過した後、Ｕ字形磁性体４Ｂに至り、さらに円弧形磁性体３Ａへ戻ることで、ループΦ５を形成している。

また、Ｕ字形磁性体４Ａを通る磁力線は、ギャップを通過した後、円弧形磁性体３Ｂに至り、さらにＵ字形磁性体４Ａへ戻ることでループΦ６を形成している。ここでは磁気経路はそれぞれ１本ずつのループΦ５、Φ６で示しているが、実際にはループΦ５、Φ６の周囲に縦方向の磁束が発生している。

このような構成によれば、ギャップには図３に模式的に示すように、磁束密度が一定以上の範囲（点線部）が形成される。即ち、磁性体３、４のラップ部であるため磁気抵抗が低く磁束密度が高くなっているループΦ５、６の磁気経路Φ５ａ、Φ６ａおよびΦ５ｂ、Φ６ｂを中心として、その周囲に磁束密度が一定以上の略長円状の範囲が２箇所形成される。また、本構成では、隣り合う磁気経路Φ５ａ、Φ６ａおよびΦ５ｂ、Φ６ｂの磁力線の進行方向が同一のため、磁束密度が一定以上の範囲が四重極タイプのように独立に形成されることなく、互いに合わさるように広がる。このため、２つのループΦ５、Φ６を中心として分布する磁束密度が一定以上の範囲は長円状となり、磁束密度分布が電極上を左右対称に均一に広がる。

次に、本発明の縦磁界電極における磁界強度を、従来の四重極タイプ電極と比較して説明する。

磁界強度は、起磁力／磁気抵抗で求められる。起磁力は通電軸の周囲に発生する磁束により得られる力であり、磁性体によってギャップ間に導かれる。図８の四重極タイプでは起磁力は１本のループΦ６１に導かれる。一方、図２の本発明においては各々の通電軸１Ａ、１Ｂの周囲に同等の力で発生する起磁力を２本のループΦ６、Φ５にそれぞれ導く。

磁気経路全体の磁気抵抗はギャップ間距離をｇ、接触子の厚さをｄとするとｇ+２ｄに比例する。なお、接触子には非磁性材料が使われており、この部分の磁気抵抗は無視できる。

四重極タイプは１本のループあたり４回ギャップを通過するため、磁気抵抗は４（ｇ+２ｄ）に比例する。一方本発明の場合、電極全体として２本のループあたり４回ギャップを通過する。即ち、１本のループあたりギャップを通過する回数は２回であり、磁気抵抗は２（ｇ+２ｄ）に比例する。各通電軸に発生する起磁力の条件を同じにした場合において、本発明の場合、磁気抵抗は四重極タイプの１／２となるため、より強い磁界強度を得ることが出来る。

図１０はギャップ長を３０ｍｍとした場合の、従来と本発明の真空インタラプタの電極上の軸方向磁束密度分布を比較した図である。縦軸は軸方向の磁束密度、横軸は電極の径方向の距離を示している。また、曲線Ｃ〜Ｅはそれぞれ図９に示す四重極タイプ、図６に示す馬蹄形タイプおよび図３に示す本実施例における真空インタラプタの電極を径方向に切り出した部分の磁束密度を示す。

電極部（３０〜７０ｍｍ）の範囲をみると、四重極タイプＣの磁束密度の最大値が０．００４Ｔ程度であるのに対し、馬蹄形タイプＤおよび本実施例Ｅの電極最大磁束密度は０．０１２〜０．０１３Ｔ程度であり、磁束密度が高くなっていることが分かる。即ち、ギャップ間においてより強い磁界強度が得られていることを意味する。

上述のように本発明によれば、１ループあたり２ギャップの磁気経路を２つ設けた構成としたことで、従来の馬蹄形タイプに比べ電極径方向の磁界分布が改善される。また、四重極タイプと比べても電極径方向の磁界分布が改善されるとともに、さらにはギャップの磁界強度を高めることが可能となるので、磁束密度分布、磁界強度の改善の両立を図ることができ、ひいては縦磁界電極の遮断性能を向上させることが出来る。

１Ａ、１Ｂ通電軸
２Ａ、２Ｂ接触子
３Ａ、３Ｂ円弧形磁性体
４Ａ、４ＢＵ字形磁性体
Φ５、Φ６閉じた磁力線（ループ）
ｇ電極間（ギャップ）
ｄ接触子の厚さ

Claims

向かい合う一対の電極の背面にそれぞれ通電軸を有し、当該各通電軸の周囲に磁性体を設けた真空インタラプタにおいて、一方の電極の背面から前記通電軸の軸方向に所定の距離を保って配置された、Ｕ字形でかつ該Ｕ字の両端部から前記通電軸の軸方向に伸びた柱状部が前記電極と当接する磁性体と、他方の電極の背面に当接した、円弧形でかつその両端部が前記Ｕ字形磁性体の柱状部の軸方向の延長線上に位置する磁性体とを１組として第一の磁気経路を形成し、さらに前記Ｕ字形および円弧形を１組とする磁性体と同一形状のもう１組の磁性体を、それぞれ対向する電極の背面に約１８０度ずらして配置し、第二の磁気経路を形成したことを特徴とする真空インタラプタ。