WO2024252578A1 - 開閉装置 - Google Patents

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淳一 安部
敏宏 松永
耕一 香川
貴広 江戸
基宗 佐藤
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Mitsubishi Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02Details
    • H01H33/04Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/18Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/44Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet

Definitions

  • This application relates to an opening and closing device.
  • Switchgear a type of high-voltage distribution equipment, is used to interrupt current when high-voltage distribution equipment breaks down or becomes abnormal.
  • gas-insulated switchgear contains switching devices such as circuit breakers, disconnectors, and earthing switches that interrupt current by contacting and separating a pair of electrodes arranged opposite each other, housed in a container filled with insulating gas such as SF6 gas (sulfur hexafluoride gas) or dry air.
  • SF6 gas sulfur hexafluoride gas
  • dry air dry air.
  • the normal breaking method is a method of breaking the current by extending the path of the arc current generated when the contacts are opened using a driving device.
  • Known technologies for improving current interruption performance include the early-break method and the magnetic drive method.
  • the early-break method is a method in which a quick-acting mechanism is provided on one side of the electrodes, and the opening speed of the electrodes is increased to extend the arc to the length required for extinguishing within a time period in which the electrode contacts are not damaged, thereby obtaining interruption performance.
  • the magnetic drive method is a method in which a magnet is installed inside the switchgear to magnetically drive the arc, thereby obtaining interruption performance.
  • a second electrode that can be driven to move toward and away from a first electrode, and electrical continuity between the electrodes is maintained by the attractive force of magnets arranged inside each electrode.
  • the first terminal and the second terminal are opened by separating the first electrode from the second electrode, and the first electrode is connected to the first terminal by a spring.
  • This opening of the circuit between the first terminal and the second terminal utilizes the attractive force of the magnet between the first electrode and the second electrode that is driven in the opening direction while maintaining electrical continuity, and the restoring force of the spring that connects the first electrode.
  • An arc generated by the separation of the first electrode from the second electrode rotates in the circumferential direction of the electrodes due to the magnetic field created by the magnet, and is interrupted by being stretched and cooled (see, for example, Patent Document 1).
  • the arc generated when the current is interrupted is rotated in the circumferential direction of the electrodes by the magnetic field created by the magnet, and the opening speed of the electrodes is increased by the restoring force of the spring that holds the first electrode, and the arc is extinguished by instantly extending the path.
  • the magnetic attraction force of the magnets arranged inside the first electrode and the second electrode is weak, the contact between the first electrode and the second electrode may be released before the restoring force of the spring that holds the first electrode is charged, and sufficient opening speed may not be obtained, resulting in a deterioration in the interruption performance of the arc.
  • the present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and has an object to provide a low-cost switching device while ensuring arc interruption performance.
  • the opening and closing device disclosed in the present application is A switching device including a pair of electrodes arranged with their electrode surfaces facing each other in a first direction and movable toward and away from each other in the first direction, Each of the electrodes has a receiving hole recessed from the electrode surface, A magnet is accommodated in the accommodation hole of each of the electrodes so that the electrodes have opposing polarities that attract each other due to magnetic force; A ferromagnetic body is disposed on each of the magnets housed in each of the electrodes on a surface of the magnet that faces the electrodes, the magnet surface being covered with the ferromagnetic body, and a first substance having a relative permeability lower than that of the ferromagnetic body is disposed adjacent to a magnet side surface of each of the magnets along the first direction. It is something.
  • the switching device disclosed in this application provides a low-cost switching device while ensuring arc interruption performance.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a switching device according to a first embodiment.
  • 4 is a conceptual diagram for explaining magnetic characteristics in the switching device according to the first embodiment.
  • FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing another configuration of the switching device according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a switching device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a switching device according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing a current path in a switching device according to a third embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a switching device 100 according to a first embodiment.
  • the switching device 100 includes a pair of electrodes, a first electrode 1A and a second electrode 1B, which are movable toward and away from each other.
  • the first electrode 1A and the second electrode 1B are cylindrical and are housed inside hollow cylindrical first terminals 2A and second terminals 2B, respectively.
  • FIG. 1 shows a state in which the first electrode 1A and the second electrode 1B are separated from each other.
  • first electrode 1A and second electrode 1B are indicated as X and Y, respectively.
  • electrode 1A and Y are indicated as electrode 1A and Y, respectively.
  • the first electrode 1A and the second electrode 1B have respective electrode surfaces SA and SB facing each other in the axial direction X as a first direction, on which accommodating holes HA and HB are formed, which are recessed in the axial direction X.
  • Cylindrical magnets 10 are accommodated in the accommodating holes HA and HB, respectively.
  • the magnet 10 has a side cover 21 attached to its side along the axial direction X, and is fixed to the inner circumferential surfaces of the receiving holes HA, HB by this side cover 21.
  • a facing cover 20 is disposed on each of the magnet surfaces 10S of the magnet 10 of the first electrode 1A and the magnet surface 10S of the magnet 10 of the second electrode 1B, which face each other in the axial direction X, to cover these magnet surfaces 10S.
  • the magnets 10 provided on the first electrode 1A and the second electrode 1B are arranged so that when the first electrode 1A and the second electrode 1B are brought close to each other, the magnetic poles that attract each other due to magnetic force face each other.
  • the S pole is arranged on the electrode surface SA side of the first electrode 1A
  • the N pole is arranged on the electrode surface SB side of the second electrode 1B.
  • the material of the facing cover 20 is a ferromagnetic material such as iron or nickel.
  • the material of the side cover 21 is a first material that has a lower relative permeability than ferromagnetic materials such as iron or nickel.
  • the first material that constitutes the side cover 21 is a non-magnetic material such as aluminum or stainless steel that has a relative permeability of 10 or less.
  • the first electrode 1A and the second electrode 1B are supported by guide parts (not shown) inside the hollow cylindrical first terminal 2A and second terminal 2B so that they can move in the axial direction X. Furthermore, the second electrode 1B is connected to a drive device (not shown) that drives the second electrode 1B in the axial direction X so that it can come into contact with and separate from the first electrode 1A.
  • a contact 5A is provided on the outer circumferential surface of the first electrode 1A, and a contact 5B is provided on the outer circumferential surface of the second electrode 1B.
  • the first electrode 1A and the second electrode 1B are electrically connected to a first terminal 2A and a second terminal 2B that are provided on the outer side in the radial direction Y.
  • a movement stopper 7 is attached to the outer circumferential surface of the first electrode 1A.
  • an outer end face 7OUT of the movement stopper 7 in the radial direction Y comes into sliding contact with the inner circumferential surface of the first terminal 2A.
  • a fixed stopper 6 is attached to the inner peripheral surface of the first terminal 2A.
  • a spring 8 is provided between the moving stopper 7 and the fixed stopper 6, and the spring 8 expands and contracts in response to the movement of the first electrode 1A in the axial direction X.
  • the driving device moves the second electrode 1B in the axial direction X1, which is the direction of the arrow D, so that the second electrode 1B comes into contact with the first electrode 1A and is conductive.
  • the contact between the first electrode 1A and the second electrode 1B is maintained by the magnetic attraction force between the magnets 10 provided on the first electrode 1A and the second electrode 1B, respectively.
  • the drive device moves the second electrode 1B toward the other axial direction X2, which is the opposite direction of the arrow D.
  • the first electrode 1A is kept in contact with the second electrode 1B by the magnetic attraction force of the magnet 10, so it moves toward the other axial direction X2 together with the second electrode 1B while maintaining its contact with the second electrode 1B.
  • the movement stopper 7 fixed to the first electrode 1A also moves toward the other axial direction X2, so the spring 8 is compressed and its restoring force is stored.
  • the magnetic attraction between the first electrode 1A and the second electrode 1B is released when the restoring force of the spring 8 and the magnetic force between the magnets 10 are balanced, and the first electrode 1A moves vigorously in the one axial direction X1 as the spring 8 returns to its original position, opening the electrodes.
  • the opening speed between the first electrode 1A and the second electrode 1B increases, so that the current path can be extended to the length required for arc extinguishing within a time period in which the electrode 1 is not damaged, and high arc current interruption performance can be obtained.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the magnetic characteristics of the electrode 1 in the switching device 100 according to the first embodiment when the electrodes are closed.
  • the switching device 100 of this embodiment has a facing cover 20 made of a ferromagnetic material disposed on each of the magnet surfaces 10S that face each other between the electrodes 1.
  • a side cover 21 made of aluminum, stainless steel, or the like as a first material having a lower relative magnetic permeability than the facing cover 20 is disposed adjacent to the magnet side surface of the magnet 10.
  • the inventors of the present application have repeatedly analyzed the magnetic properties of the opening and closing device 100 configured in this way, and have discovered that the magnetic attraction force of the magnet 10 between the electrodes 1 is large. This is thought to be because in the opening and closing device 100 of this embodiment, a magnetic circuit is not formed by the magnetic flux M2 passing through the inside of the side cover 21 of the magnet 10 as shown in Figure 2, and as a result, the magnetic flux density of the magnetic flux M1 having a component parallel to the axial direction X between the electrodes 1 is large.
  • the arc current flowing between the electrodes 1 bulges outward in the radial direction Y. That is, the arc current flows at an angle of a certain angle or more with respect to the magnetic flux M1 having an axial component X. Therefore, when the magnetic flux density of the magnetic flux M1 having the axial component X between the electrodes 1 is increased in this way, the radial and circumferential Lorentz forces acting on the arc current also increase.
  • the inventors of the present application have discovered that this makes it possible to quickly rotate the arc generated between the electrodes 1 on the outer periphery of the electrodes 1 in the radial direction Y, thereby extinguishing the arc.
  • the opening and closing device 100 of this embodiment has a configuration that can supply the strong magnetic field required for extinguishing the arc to the arc as soon as the pair of electrodes 1 are separated.
  • the inventors discovered that the adhesion of magnetic foreign matter generated by the arc to the facing cover 20 is suppressed. This is thought to be because, as described above, the Lorentz force in the radial outward direction Y increases, causing the arc current to move quickly from above the facing cover 20 to the outer periphery of the electrode 1 on the outside in the radial direction Y. In this way, unevenness caused by foreign matter is prevented from adhering to the surface of the electrode 1, ensuring a reliable state of contact between the electrodes 1 and suppressing demagnetization and damage to the magnet 10 caused by the arc.
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view showing another configuration example of the switching device 100 according to the first embodiment.
  • the length W1 in the radial direction Y which is a direction perpendicular to the axial direction X of the facing cover 20, is configured to be smaller by a set dimension than the length W2 in the radial direction Y of the magnet 10.
  • the length W1 in the radial direction Y of the facing cover 20 is configured to be approximately 5% to 12% smaller than the length W2 in the radial direction Y of the magnet 10.
  • the first material constituting the side cover 21 arranged on the side of the magnet 10 may be any material that has a lower relative magnetic permeability than the facing cover 20 made of a ferromagnetic material, and may be, for example, a gas or an insulator.
  • a gas is disposed on the side surface of magnet 10 as the first substance, a gap may be provided between magnet 10 and the inner peripheral surfaces of accommodation holes HA and HB.
  • a configuration in which magnet 10 is fixed to the bottom surfaces of accommodation holes HA and HB with an adhesive or the like may be considered.
  • the side cover 21 does not need to be provided. In this case, the electrode 1 itself becomes the first material that is arranged on the side of the magnet 10.
  • the length of the side cover 21 in the axial direction X is shown to be a length that covers the entire side surface of the magnet 10, but is not limited to this. Even if the side cover 21 is shorter than the length of the axial direction X of the magnet 10, as long as it covers at least a part of the electrode surfaces SA and SB of the side surface of the magnet 10, the above-mentioned effect is achieved. Furthermore, the side cover 21 does not need to be attached around the entire circumference of the side of the magnet 10, and the same effect can be achieved by attaching it to only a portion of the circumference of the side of the magnet 10.
  • a switching device including a pair of electrodes arranged with their electrode surfaces facing each other in a first direction and movable toward and away from each other in the first direction, Each of the electrodes has a receiving hole recessed from the electrode surface, A magnet is accommodated in the accommodation hole of each of the electrodes so that the electrodes have opposing polarities that attract each other due to magnetic force; A ferromagnetic body is disposed on each of the magnets housed in each of the electrodes on a surface of the magnet that faces the electrodes, the magnet surface being covered with the ferromagnetic body, and a first substance having a relative permeability lower than that of the ferromagnetic body is disposed adjacent to a magnet side surface of each of the magnets along the first direction. It is something.
  • a ferromagnetic material is disposed on the surface of the magnets provided on each electrode, and a first material with a lower relative magnetic permeability than the ferromagnetic material is disposed on the side of the magnet.
  • the magnetic flux density with the axial component X between the electrodes is increased, so that the arc can be quickly extinguished. This prevents the magnetic force of the magnet from decreasing due to the arc, ensures a stable magnetic attraction force, and stabilizes the current interruption performance. It also has the effect of mitigating the electric field and protecting the electrodes from damage caused by the arc.
  • the length of the ferromagnetic body in the direction perpendicular to the first direction is configured to be smaller by a set dimension than the length of the magnet in the direction perpendicular to the first direction.
  • the length of the ferromagnetic material in a direction perpendicular to the first direction is configured to be greater than the length of the ferromagnetic material in the first direction.
  • the magnetic flux density between the electrodes with a component parallel to the X-axis can be increased.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a switching device 200 according to the second embodiment.
  • the facing covers 20 provided on each electrode 1 are each formed with a recess 20G recessed in the axial direction X.
  • the contact area between the facing covers 20 is reduced when the electrode 1 is closed, so that the magnetic flux density passing through the facing covers 20 can be increased, and the magnetic attraction force of the magnet 10 between the electrodes 1 can be increased. This makes it possible to miniaturize the magnet.
  • the contact area between the facing covers 20 can be reduced.
  • the contact area between the facing covers 20 is adjusted taking magnetic saturation into consideration.
  • the inventors of the present application discovered that by configuring the opening and closing device 200 as follows, the magnetic adhesion force, which is the force by which the magnets 10 attract each other between the electrodes 1, can be increased. That is, the depth W4 in the axial direction X of the recess 20G of the facing cover 20 is configured to be smaller than the length W1 in the radial direction Y, which is a direction perpendicular to the X-axis of the facing cover 20.
  • At least one of the ferromagnetic bodies disposed on each of the electrodes has a recess formed therein that is recessed from a surface facing the electrodes. It is something.
  • the depth of the recess in the ferromagnetic body in the first direction is configured to be smaller than the length of the ferromagnetic body in a direction perpendicular to the first direction. It is something. This makes it possible to further increase the magnetic attraction force of the magnet, thereby enabling the magnet to be made smaller, lighter, and less expensive.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a switching device 300 according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing a current path in a switching device 300 according to the third embodiment.
  • an insulating tape 22 is disposed as an insulator between the side surface of the magnet 10 and the inner walls of the accommodation holes HA and HB.
  • the electrode 1 When the electrode 1 is opened, if the arc is ignited not between the electrode surfaces SA and SB of the electrode 1 but between the side cover 21, the current may flow from the magnet 10 to the facing cover 20 to the electrode 1. In this case, the magnet 10 is demagnetized by the current, and the magnetic attraction force decreases.
  • the current i flows in a path that avoids the magnet 10, as shown in FIG.
  • the insulating tape 22 may be provided between the magnet 10 and the side cover 21, or may be provided between the outside of the side cover 21 and the inner walls of the receiving holes HA, HB. Even when insulating tape 22 is provided between the outside of side cover 21 and the inner walls of accommodating holes HA and HB, current can be prevented from flowing from the electrode 1 side to the magnet 10 side, thereby preventing demagnetization of the magnet.
  • An insulator is disposed between the magnet and the inner wall of the receiving hole. It is something. This makes it possible to prevent the magnet from being demagnetized by the current and the magnetic attraction force from decreasing, thereby ensuring a stable magnetic attraction force between the electrodes.

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Abstract

開閉装置(100)は、第1方向に電極表面(SA、SB)を対向させて配置され、前記第1方向に互いに接離可能な一対の電極(1A、1B)を備える。各前記電極(1A、1B)は、前記電極表面(SA、SB)から窪む収容孔(HA、HB)が形成され、前記電極間(1A、1B)で磁力により互いに引き合う極性が対向するように、各前記電極(1A、1B)の前記収容孔(HA、HB)に磁石(10)がそれぞれ収容され、各前記電極(1A、1B)にそれぞれ収容された前記磁石(10)の、前記電極間(1A、1B)で対向する各々の磁石表面(10S)には、該磁石表面(10S)を覆う強磁性体(20)がそれぞれ配設されるとともに、前記磁石(10)の前記第1方向に沿う磁石側面に隣接して、前記強磁性体(20)の比透磁率よりも低い比透磁率を有する第1物質(21)がそれぞれ配設される。

Description

開閉装置
 本願は、開閉装置に関するものである。
 高電圧配電設備のひとつである開閉装置は、高電圧配電設備の故障、異常時等において電流を遮断するために用いられている。一般的に、ガス絶縁開閉装置は、SF6ガス(六フッ化硫黄ガス)またはドライエア等の絶縁ガスを充填した容器内に、対向して配置される一対の電極の接触、開離により電流を断続させる遮断器、断路器、接地開閉器等の開閉機器が収納されている。一対の電極を開離した開極時においては、放電現象であるアークが電極間に発生する。各開閉機器においては、絶縁性を確保するためにこの開極時に生じるアークを素早く消弧する性能が求められている。
 ガス絶縁開閉装置内部の絶縁ガスが遮断性能の高いSF6ガスの場合は、後述する並み切り方式によりアークを消弧できるものの、SF6ガスよりも遮断性能が1/100程度であるドライエアの場合は、アークの消弧は困難となることが知られている。並み切り方式とは、開極時に生じるアーク電流を駆動装置によりその経路を引き伸ばすことによって電流を遮断する方式である。
 電流遮断性能を向上させる技術としては、早切り方式と磁気駆動方式が知られている。早切り方式は、電極の片側に速動機構を備え、電極の開離速度を上昇させることにより、電極の接点の損傷が生じない時間内で消弧に必要な長さにまでアークを引き伸ばして遮断性能を得る方式である。また、磁気駆動方式は、開閉装置内に磁石を設置することでアークを磁気駆動して遮断性能を得る方式である。このような早切り方式と磁気駆動方式とを備えた、以下のような構成の開閉装置が開示されている。
 即ち、従来の開閉装置においては、第一の電極と接離可能に駆動される第二の電極が設けられ、各電極の内部に配置された磁石の引力により電極間の導通が保持される構成を有する。第一の端子と第二の端子との開路は、第一の電極と第二の電極との開離によって行われ、第一の電極はバネによって第一の端子に繋止されている。この第一の端子と第二の端子との開路は、導通を保持したまま開路方向に駆動される第二の電極と第一の電極との間の磁石の引力と、第一の電極を繋止するバネの復元力と、を利用する。第一の電極と第二の電極との開離により発生したアークは、磁石が作る磁界により電極の円周方向に回転し、引き伸ばされ冷却されることで遮断される(例えば、特許文献1参照)。
特許第7162782号公報
 上記従来の開閉装置では、電流遮断時に発生するアークを、磁石が作る磁界により電極の円周方向に回転させると共に、第一の電極を繋止するバネの復元力によって電極の開離速度を上昇させて瞬時にその経路を引き延ばすことにより消弧している。しかしながら、第一の電極と第二の電極の内部にそれぞれ配置された磁石の磁気吸着力が弱い場合、第一の電極を繋止するバネの復元力が蓄勢される前に、第一の電極と第二の電極との接触が解除されてしまい、十分な開離速度を得られず、その結果、アークの遮断性能が低下する場合があった。磁石の十分な磁力を確保するために磁石を大型化させると、磁石価格が高くなると共に、電極の重量が増大するために電極を駆動する周辺機器の価格も高くなる。そのため、コストが増大するという課題が生じる。
 本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、アークの遮断性能が確保されつつ、低コストな開閉装置を提供することを目的とする。
 本願に開示される開閉装置は、
第1方向に各電極表面を対向させて配置され、前記第1方向に互いに接離可能な一対の電極を備えた開閉装置であって、
各前記電極は、前記電極表面から窪む収容孔が形成され、
前記電極間で磁力により互いに引き合う極性が対向するように、各前記電極の前記収容孔に磁石がそれぞれ収容され、
各前記電極にそれぞれ収容された前記磁石の、前記電極間で対向する各々の磁石表面に、該磁石表面を覆う強磁性体がそれぞれ配設されると共に、各前記磁石の前記第1方向に沿う磁石側面に隣接して、前記強磁性体の比透磁率よりも低い比透磁率を有する第1物質がそれぞれ配設される、
ものである。
 本願に開示される開閉装置によれば、アークの遮断性能が確保されつつ、低コストな開閉装置が得られる。
実施の形態1による開閉装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態1による開閉装置における磁気特性を説明するための概念図である。 実施の形態1による開閉装置の他の構成を示す断面図である。 実施の形態2による開閉装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態3による開閉装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態3による開閉装置における電流経路を示す概念図である。
実施の形態1.
 本実施の形態の開閉装置は、配電設備、車両用機器等に用いられるガス絶縁開閉装置に備えられ、異常発生時などにおいて電流を遮断するものである。
 図1は、実施の形態1による開閉装置100の概略構成を示す断面図である。
 図1に示すように、開閉装置100は、互いに接離可能な一対の電極としての第1電極1Aと第2電極1Bとを備える。これら第1電極1A、第2電極1Bは、円柱形状であり、中空筒形状の第1端子2A、第2端子2Bの内側にそれぞれ収容されている。
 図1では、第1電極1Aと第2電極1Bとが開離した開極時を示している。
 図において、円柱形状の第1電極1A、第2電極1Bにおける軸方向、径方向をそれぞれ、X、Yとして示している。なお、以降の説明において、第1電極1A、第2電極1Bのそれぞれを区別しない場合は、単に電極1と称す。
 第1電極1Aと第2電極1Bは、第1方向としての軸方向Xに向かい合うそれぞれの電極表面SA、SBにおいて、軸方向Xに窪む収容孔HA、HBが形成されている。そして、これら収容孔HA、HB内に、円柱状の磁石10がそれぞれ収容されている。
 磁石10は、軸方向Xに沿うその磁石側面に側面カバー21が取り付けられており、この側面カバー21によって収容孔HA、HBの内周面に固定されている。
 また、軸方向Xに対向する、第1電極1Aの磁石10の磁石表面10Sと、第2電極1Bの磁石10の磁石表面10Sには、これらの磁石表面10Sを覆う対面カバー20がそれぞれ配設されている。
 ここで、第1電極1Aおよび第2電極1Bにそれぞれ設けられた磁石10は、第1電極1Aと第2電極1Bとを近接させた時に、磁力により引き合う磁極が向かいあうように配置されている。本実施例では、第1電極1Aの電極表面SA側にS極側が配置され、第2電極1Bの電極表面SB側にN極側が配置されている。
 対面カバー20の材質は、鉄、ニッケル等の強磁性体である。また、側面カバー21の材質は、鉄、ニッケル等の強磁性体よりも比透磁率が低い第1物質が用いられる。本実施の形態では、側面カバー21を構成する第1物質は、比透磁率が10以下のアルミ、ステンレス等の非磁性体である。
 第1電極1Aおよび第2電極1Bは、中空筒形状の第1端子2Aおよび第2端子2Bの内側においてそれぞれ軸方向Xに移動可能に、図示しないガイド部品により支持されている。さらに第2電極1Bは、第1電極1Aに対しての接触、開離が可能なように、第2電極1Bを軸方向Xに駆動する図示しない駆動装置に接続されている。
 また、第1電極1Aの外周面には接触子5Aが設けられており、第2電極1Bの外周面には接触子5Bが設けられている。これらの接触子5A、5Bを介して第1電極1Aおよび第2電極1Bは、径方向Yの外側に設置された第1端子2Aおよび第2端子2Bに導通する。
 駆動装置により第1電極1Aが、図1に示す矢印D方向である軸方向一方X1側に移動されて第2電極1Bに接触すると、第1端子2Aおよび第2端子2Bを介した通電経路が形成されて、電力が伝送される。
 また、第1電極1Aの外周面には移動ストッパー7が取り付けられている。第1電極1Aが軸方向Xに移動した際には、この移動ストッパー7の径方向Yの外側の端面7OUTが第1端子2Aの内周面に摺接する。
 また、第1端子2Aの内周面には固定ストッパー6が取り付けられている。第1電極1Aが軸方向Xに移動した際には、この固定ストッパー6の径方向Yの内側の端面6INが第1電極1Aの外周面に摺接する。固定ストッパー6は第1端子2Aに固定されているため、第1電極1Aが軸方向Xに移動した場合でもその軸方向Xの位置は変化しない。
 移動ストッパー7と固定ストッパー6との間にはバネ8が設置されており、第1電極1Aの軸方向X側の移動に応じて、バネ8が伸縮される構造となっている。
 上記のように構成された開閉装置100における第1電極1Aと第2電極1Bとの接触、開離動作について説明する。
 第1電極1Aと第2電極1Bとを接触させて閉極するには、前述のように、駆動装置により第2電極1Bを矢印D方向である軸方向一方X1側に移動させ、第1電極1Aと接触させて導通させる。この時、第1電極1Aと第2電極1Bとにそれぞれ設けられた磁石10間の磁気吸着力により第1電極1Aと第2電極1Bとの接触が保持される。
 接触状態の第1電極1Aと第2電極1Bとを開離させて開極するには、駆動装置により第2電極1Bを矢印Dの反対方向である軸方向他方X2側に移動させる。この時、第1電極1Aは、磁石10の磁気吸着力により第2電極1Bとの接触が保持されているため、第2電極1Bとの接触状態を保ったままで、第2電極1Bと共に軸方向他方X2側に移動する。第1電極1Aが軸方向他方X2側へ移動すると、この第1電極1Aに固定されている移動ストッパー7も軸方向他方X2側に移動するため、バネ8が縮められ、その復元力が蓄勢される。
 駆動装置により第2電極1Bを更に軸方向他方X2側に移動させると、バネ8の復元力と磁石10間の磁力とが釣り合ったときに、第1電極1Aと第2電極1Bとの磁力による吸着が解除され、第1電極1Aは、バネ8の復元に応じて軸方向一方X1側に勢いよく移動し開極される。このように蓄勢されたバネ8の復元力を電極1の開極に利用することにより、第1電極1Aと第2電極1Bとの開離速度が上昇するため、電極1の損傷が生じない時間内で消弧に必要な長さにまで電流経路を引き延ばすことができ、高いアーク電流の遮断性能が得られる。
 ここで、本実施の形態の開閉装置100の磁気特性の解析結果について図を用いて説明する。
 図2は、実施の形態1による開閉装置100における電極1の閉極時における磁気特性を説明するための概念図である。
 本実施の形態の開閉装置100は、上記のように電極1間で対向する各々の磁石表面10Sにおいて、強磁性体で構成される対面カバー20をそれぞれ配設している。更に、磁石10の磁石側面に隣接して、対面カバー20よりも比透磁率が低い第1物質としてのアルミ、ステンレス等により構成される側面カバー21を配設している。
 本願の発明者らは、このような構成の開閉装置100における磁気特性の解析を重ねた結果、電極1間における磁石10の磁気吸着力が大きくなることを発見した。これは、本実施の形態の開閉装置100では、図2に示すような、磁石10の側面カバー21の内部を通る磁束M2による磁気回路が形成されておらず、これにより、電極1間において軸方向Xに平行な成分を持つ磁束M1の磁束密度が大きくなったためと考えられる。
 更に、電極1間に流れるアーク電流は、径方向Yの外側に膨らむように流れる。即ち、アーク電流は、軸方向Xの成分を持つ磁束M1に対して、ある角度以上の角度を持って流れる。そのため、このように電極1間における上記軸方向Xの成分を持つ磁束M1の磁束密度が増大された場合に、アーク電流に作用する径方向、および周方向のローレンツ力も増大する。本願の発明者らは、これにより、電極1間において発生したアークを、素早く電極1の径方向Yの外側の外周上で回転させて消弧できることを発見した。このように本実施の形態の開閉装置100は、一対の電極1が開離すると同時にアークに対して消弧のために必要な強い磁界を供給できる構成を有する。
 さらに、発明者らは、アークによって発生する磁性材料の異物の対面カバー20への付着が抑止されていることを発見した。これは、上記のように、径方向Y外側へのローレンツ力が大きくなり、アーク電流が素早く対面カバー20上から径方向Yの外側の電極1の外周上に移動したことが理由と考えられる。こうして異物による凹凸が電極1の表面に付着することを抑止して、電極1間の確実な密着状態が確保できると共に、アークによる磁石10の減磁、損傷を抑止できる。
 さらに、発明者らが鋭意遂行を重ねた結果、開閉装置100を以下のような構成とした場合に、電極1間におけるX軸に平行な成分を持つ磁束M1の磁束密度をより大きくできることを発見した。
 図3は、実施の形態1による開閉装置100の他の構成例を示す一部拡大断面図である。
 図3に示すように、対面カバー20の軸方向Xに垂直な方向である径方向Yの長さW1は、磁石10の径方向Yの長さW2よりも、設定された寸法分小さく構成されている。本実施の形態では、対面カバー20の径方向Yの長さW1は、磁石10の径方向Yの長さW2よりも5%~12%程度小さく構成されている。このような寸法関係とすることで、電極1間におけるX軸に平行な成分を持つ磁束M1の磁束密度をより大きくできる。
 さらに、発明者らが鋭意遂行を重ねた結果、対面カバー20の軸方向Xに垂直な方向である径方向Yの長さW1を、対面カバー20の軸方向Xの長さW3、即ち、その厚みよりも大きく構成することで、電極1間における軸方向Xに平行な成分を持つ磁束M1の磁束密度をより大きくできることを発見した。
 なお、上記では、磁石10の側面に配される側面カバー21を構成する第1物質として、アルミ、ステンレス等を示したが、これに限定するものではない。磁石10の側面に配される第1物質は、強磁性体により構成される対面カバー20よりも比透磁率が低いものであればよく、例えば、気体、絶縁体であってもよい。
 第1物質として気体を磁石10の側面側に配する場合は、磁石10と収容孔HA、HBの内周面との間に空隙が設けられるように構成すればよい。この場合、例えば、収容孔HA、HBの底面において磁石10を接着剤などにより固定する等の構成が考えられる。
 また、電極1を構成する物質の比透磁率が、強磁性体により構成される対面カバー20の比透磁率よりも低い場合は、側面カバー21は設けなくともよい。この場合、電極1自体が磁石10の側面に配される第1物質となる。
 また、上記では、側面カバー21の軸方向Xの長さは、磁石10の側面を全て覆う長さのものを示したが、これに限定するものではない。側面カバー21は、磁石10の軸方向Xの長さよりも短い場合でも、少なくとも、磁石10の側面の電極表面SA、SB側の一部を覆っていれば、上述の効果を奏する。
 また、側面カバー21は、磁石10の側面の全周に渡って取り付ける必要は無く、磁石10の側面の周面の一部に取り付けることでも同様の効果を奏する。
 上記のように構成された本実施の形態の開閉装置は、
第1方向に各電極表面を対向させて配置され、前記第1方向に互いに接離可能な一対の電極を備えた開閉装置であって、
各前記電極は、前記電極表面から窪む収容孔が形成され、
前記電極間で磁力により互いに引き合う極性が対向するように、各前記電極の前記収容孔に磁石がそれぞれ収容され、
各前記電極にそれぞれ収容された前記磁石の、前記電極間で対向する各々の磁石表面に、該磁石表面を覆う強磁性体がそれぞれ配設されると共に、各前記磁石の前記第1方向に沿う磁石側面に隣接して、前記強磁性体の比透磁率よりも低い比透磁率を有する第1物質がそれぞれ配設される、
ものである。
 このように、各電極にそれぞれ設けられた磁石の磁石表面に、強磁性体がそれぞれ配設されると共に、磁石側面には強磁性体よりも比透磁率が低い第1物質が配設される。これにより磁石単体よりも磁気吸着力が大きくなるため磁石を小形化でき、軽量化、低コスト化が可能となる。
 また、電極間における軸方向Xの成分を持つ磁束密度が大きくなるため、発生したアークを素早く消弧できる。これにより、アークによる磁石の磁力低下が抑止して安定した磁気吸着力を確保できると共に、電流遮断性能の安定化を図ることができる。また、電界緩和、アークによる損傷から電極を守る効果も得られる。
 また、上記のように構成された本実施の形態の開閉装置においては、
前記強磁性体の前記第1方向に垂直な方向の長さは、前記磁石の前記第1方向に垂直な方向の長さよりも、設定された寸法分小さく構成されるものである。
 また、上記のように構成された本実施の形態の開閉装置においては、
 前記強磁性体の前記第1方向に垂直な方向の長さは、前記強磁性体の前記第1方向の長さよりも大きく構成されるものである。
 このような寸法関係とすることで、電極間におけるX軸に平行な成分を持つ磁束の磁束密度をより大きくできる。
実施の形態2.
 以下、本願の実施の形態2を、上記実施の形態1と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
 図4は、実施の形態2による開閉装置200の概略構成を示す断面図である。
 図4に示すように、各電極1に設けられた対面カバー20には、軸方向Xに窪む凹部20Gがそれぞれ形成されている。このような凹部20Gを設けることで、電極1の閉路時において対面カバー20同士の接触面積が減少するため、対面カバー20を通過する磁束密度を大きくし、電極1間における磁石10の磁気吸着力を増大できる。こうして磁石の小形化が可能になる。
 なお、凹部20Gは、向かいあう2つの対面カバー20の内、少なくとも一方に設けていれば、対面カバー20同士の接触面積を減少させることができる。
 また、対面カバー20同士の接触面積は、磁気飽和を考慮し、調整されている。
 また、本願の発明者らは、磁気解析を重ねた結果、開閉装置200を以下のような構成とすることで、電極1間において各磁石10が引き合う力である磁気吸着力が大きくなることを発見した。
 即ち、対面カバー20の凹部20Gの軸方向Xの深さW4を、対面カバー20のX軸に垂直な方向である径方向Yの長さW1よりも小さく構成する。
 上記のように構成された本実施の形態の開閉装置においては、
各前記電極にそれぞれ配設された前記強磁性体の少なくとも一方は、前記電極間で対向する各々の表面から窪む凹部が形成される、
ものである。
 また、上記のように構成された本実施の形態の開閉装置においては、
前記強磁性体の前記凹部の前記第1方向の深さは、前記強磁性体の前記第1方向に垂直な方向の長さよりも小さく構成される、
ものである。
 これにより磁石の磁気吸着力を更に大きくできるため、磁石を小形化でき、軽量化、低コスト化が可能となる。
実施の形態3.
 以下、本願の実施の形態3を、上記実施の形態1と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
 図5は、実施の形態3による開閉装置300の概略構成を示す断面図である。
 図6は、実施の形態3による開閉装置300における電流経路を示す概念図である。
 本実施の形態の開閉装置300では、磁石10の側面と収容孔HA、HBの内壁との間に、絶縁体としての絶縁テープ22が配設される。
 電極1を開極した際に、アークの点弧箇所が、電極1の電極表面SA、SB間ではなく、側面カバー21間であった場合、磁石10→対面カバー20→電極1の経路で電流が流れる場合がある。この場合、電流により磁石10が減磁し、磁気吸着力が低下する。しかしながらこのように絶縁テープ22による絶縁層を磁石10の周りに設けることで、図6に示すように、磁石10を避けた経路で電流iが流れるようになる。
 なお、絶縁テープ22は、磁石10と側面カバー21との間に設けても良いし、あるいは、側面カバー21の外側と収容孔HA、HBの内壁との間に設けてもよい。
 側面カバー21の外側と収容孔HA、HBの内壁との間に絶縁テープ22を設けた場合においても、電極1側から磁石10側に電流が流れることを防止できるため、磁石の減磁を防止する効果が得られる。
 上記のように構成された本実施の形態の開閉装置においては、
前記磁石と前記収容孔の内壁との間に、絶縁体が配設される、
ものである。
 これにより、電流により磁石が減磁し、磁気吸着力が低下することを抑制できるため、電極間における安定的な磁気吸着力を確保できる。
 本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
1A 第1電極、1B 第2電極、10 磁石、10S 磁石表面、20 対面カバー(強磁性体)、20G 凹部、21 側面カバー(第1物質)、22 絶縁テープ(絶縁体)、100,200,300 開閉装置、HA,HB 収容孔、SA,SB 電極表面。

Claims (6)

  1. 第1方向に各電極表面を対向させて配置され、前記第1方向に互いに接離可能な一対の電極を備えた開閉装置であって、
    各前記電極は、前記電極表面から窪む収容孔が形成され、
    前記電極間で磁力により互いに引き合う極性が対向するように、各前記電極の前記収容孔に磁石がそれぞれ収容され、
    各前記電極にそれぞれ収容された前記磁石の、前記電極間で対向する各々の磁石表面に、該磁石表面を覆う強磁性体がそれぞれ配設されると共に、各前記磁石の前記第1方向に沿う磁石側面に隣接して、前記強磁性体の比透磁率よりも低い比透磁率を有する第1物質がそれぞれ配設される、
    開閉装置。
  2. 各前記電極にそれぞれ配設された前記強磁性体の少なくとも一方は、前記電極間で対向する各々の表面から窪む凹部が形成される、
    請求項1に記載の開閉装置。
  3. 前記磁石と前記収容孔の内壁との間に、絶縁体が配設される、
    請求項1または請求項2に記載の開閉装置。
  4. 前記強磁性体の前記第1方向に垂直な方向の長さは、前記磁石の前記第1方向に垂直な方向の長さよりも、設定された寸法分小さく構成される、
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の開閉装置。
  5. 前記強磁性体の前記第1方向に垂直な方向の長さは、前記強磁性体の前記第1方向の長さよりも大きく構成される、
    請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の開閉装置。
  6. 前記強磁性体の前記凹部の前記第1方向の深さは、前記強磁性体の前記第1方向に垂直な方向の長さよりも小さく構成される、
    請求項2に記載の開閉装置。
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