JP3163929B2

JP3163929B2 - 真空遮断器の電磁反発駆動装置

Info

Publication number: JP3163929B2
Application number: JP02246195A
Authority: JP
Inventors: 優磯崎
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1995-02-10
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 2001-05-08
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: JPH08222092A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、真空遮断器に付加さ
れ、内蔵接点の開極時間を極端に短くするための装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】真空遮断器の開極時間を短くするため
に、その可動軸に電磁反発型の駆動装置を付加すること
が従来から行われている。図７は、従来の電磁反発駆動
装置の付加された真空遮断器の構成を示す断面図であ
る。真空容器１が両端に蓋１Ａ，１Ｃを備え、真空封止
された絶縁筒１Ｂよりなり、この真空容器１内に可動接
触子４と固定接触子５よりなる接点６が収納され、真空
バルブ５０が構成されている。可動接触子４と固定接触
子５とには、それぞれ金属性の可動軸２、固定軸３が接
合されている。可動軸２はベローズ１５を介して蓋１Ａ
に気密に取り付けられるとともに、真空容器１の外部に
引き出されている。一方、固定軸３は、直接的に蓋１Ｃ
を気密に貫通し、真空容器１の外部に引き出されてい
る。また、可動軸２には導体１６が接続され、さらに可
とう導体８を介して主回路端子９に接続されている。一
方、固定軸３にも、もう一つの主回路端子７がボルト止
めされている。

【０００３】図７の可動軸２の上端は、さらに絶縁連結
軸１００が固定されている。この絶縁連結軸１００は絶
縁棒よりなり、その上端はピン２Ａを介して変換レバー
１０が連結され、この変換レバー１０の右端もピン１１
Ａを介して操作ロッド１１が連結されている。操作ロッ
ド１１の上部には金具１４が固定されるとともに、圧縮
スプリング１３を介してリング状の金具１２が嵌めら
れ、金具１２は圧縮スプリング１３の押圧力によって常
時、変換レバー１０の端部を押圧している。操作ロッド
１１と変換レバー１０とはリンク機構１９を形成し、操
作ロッド１１の下方に連結されている図示されていない
操作部によって接点６を開閉駆動させる。操作ロッド１
１がＱ方向に引かれると、変換レバー１０が固定ピン１
０Ａを支点にして時計方向に回動する。この回動によっ
て、可動軸２が上方に駆動され、接点６が開極する。一
方、接点６が開極状態のときに、操作ロッド１１をＰ方
向に押圧すると、変換レバー１０が反時計方向に回動
し、この回動によって可動軸２が下方に駆動され、接点
６が閉極する。その際、圧縮スプリング１３が金具１２
を介して変換レバー１０を押圧しているので、接点６の
極間は常時押圧され、固定接触子５と可動接触子４との
接触状態が常時良好に保たれている。主回路端子７と９
とは、外部の図示されていない主回路に接続され、主回
路の投入遮断が行われる。

【０００４】図７の装置には電磁反発駆動装置２０が付
加されている。絶縁連結軸１００にリング状の短絡リン
グ２３がピン１０１Ａを介して同軸に固定され、この短
絡リング２３の下面に対向して駆動コイル２４が配され
ている。駆動コイル２４は、可動軸２を巻回するととも
に樹脂モールド３３内に収納、固定されている。この樹
脂モールド３３の下部には固定ベース３０が当てられ、
この固定ベース３０は、周囲の図示されていない固定部
によって決して動かないように固定されている。

【０００５】図８は、図７の駆動コイル２４の両端に結
線される駆動電源の構成を示す回路図である。駆動電源
１８が、交流電源２５と、この交流電源２５に整流器２
６を介して接続されたコンデンサ２７とを備え、コンデ
ンサ２７の両端がスイッチ２８を介して駆動コイル２４
に接続されている。交流電源２５からの出力が整流器２
６によって直流化され、コンデンサ２７に直流電圧が充
電される。スイッチ２８を投入することにより、コンデ
ンサ２７からパルス状の高周波電流が駆動コイル２４に
流される。

【０００６】図７に戻り、駆動コイル２４に電流を流す
と、この電流によって形成される磁界を打ち消そうとし
て短絡リング２３内に渦電流が発生する。この渦電流は
駆動コイル２４に流れる電流とは逆の方向に、かつ短絡
リング２３の中を絶縁連結軸１００を巻回するようにし
て流れる。そのために、渦電流が流れると駆動コイル２
４と短絡リング２３とが互いに反発し合う。その場合、
駆動コイル２４は、固定ベース３０によって固定されて
いるので、短絡リング２３が絶縁連結軸１００とともに
上方へ移動する。

【０００７】図７において、接点６を開極するときに操
作ロッド１１をＱ方向に引っ張ることによって可動接触
子４を固定接触子５から引き離すが、同時に駆動コイル
２４を図８の駆動電源１８によって励磁する。これによ
って、可動接触子４と固定接触子５との間に反発力が加
わり、接点６の開極時間が大幅に短縮される。接点６の
開極時間は、電磁反発駆動装置２０がないときに２０ｍ
ｓ程度であったものが、電磁反発駆動装置２０が付加さ
れたことによって、その開極時間が１ｍｓ程度に短縮さ
れる。この電流反発駆動装置２０の付加によって主回路
を高速に遮断することが可能になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の装置は、電流遮断が繰り返し実施され，
接点が消耗して来ると、固定接触子と可動接触子との通
電時の接触状態が次第に悪くなるという問題があった。
すなわち、図７において、短絡リング２３と駆動コイル
２４、および可動接触子４と固定接触子５は、それぞれ
密接して配されている。しかし、電流遮断が繰り返され
るにつれて、可動接触子４と固定接触子５とは次第にそ
の対向面が消耗して来る。スプリング１３が可動軸２を
下方に押圧しているが、短絡リング２３が駆動コイル２
４に当たっているので、可動軸２の下方向への移動が抑
制されている。電流遮断が繰り返されると、次第に可動
接触子４と固定接触子５との間にすき間ができ、通電時
の接点６の接触状態が悪くなって来る。したがって、従
来の装置には、電流の遮断回数に限りがあり、装置の寿
命が短かった。

【０００９】なお、短絡リング２３と駆動コイル２４と
の間に若干のギャップを予め介在させておき、接点６の
消耗をこのギャップによって補償することも考えられ
る。しかし、そのギャップが介在すると、駆動コイル２
４から遠ざかるので短絡リング２３側に形成される磁界
が弱まり、その分だけ渦電流も小さくなる。したがっ
て、電磁反発力が弱くなり、遮断時の接点の開極時間が
長くなって来るので不利である。

【００１０】この発明の目的は、接点が消耗しても通電
時にその接触状態を良好に保つとともに、遮断時の接点
の開極時間も長くならないようにすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明によれば、真空容器内に固定接触子と可動
接触子とを互いに開閉可能に対向配置して開閉部を形成
し、前記固定接触子および可動接触子をそれぞれ真空容
器内で固定軸および可動軸の一方端に接合し、この固定
軸および可動軸の他方端をそれぞれ前記真空容器の両端
から固定的または可動的に外部へ引出すとともに、前記
真空容器の外部へ引出された可動軸の他方端を絶縁連結
軸を介して前記開閉部に開閉操作力を与える操作部に連
結し、さらに前記絶縁連結軸の途中に固定された短絡リ
ングと、この短絡リングと対向配置され励磁によってこ
の短絡リングに前記開閉部を開極する方向の駆動力を発
生させる駆動コイルと、この駆動コイルを支持する固定
ベースと、前記開閉部を開極させる際に前記駆動コイル
に励磁電流を供給する駆動電源とを備えるものにおい
て、前記駆動コイルを固定ベースに弾性的に支持してな
るものとするとよい。

【００１２】また真空容器内に固定接触子と可動接触子
とを互いに開閉可能に対向配置して開閉部を形成し、前
記固定接触子および可動接触子をそれぞれ真空容器内で
固定軸および可動軸の一方端に接合し、この固定軸およ
び可動軸の他方端をそれぞれ前記真空容器の両端から固
定的または可動的に外部へ引出すとともに、前記真空容
器の外部へ引出された可動軸の他方端を絶縁連結軸を介
して前記開閉部に開閉操作力を与える操作部に連結し、
さらに前記絶縁連結軸の途中に固定された短絡リング
と、この短絡リングと対向配置され励磁によってこの短
絡リングに前記開閉部を開極する方向の駆動力を発生さ
せる駆動コイルと、この駆動コイルを支持する固定ベー
スと、前記開閉部を開極させる際に前記駆動コイルに励
磁電流を供給する駆動電源とを備えるものにおいて、短
絡リングと駆動コイルとの対向部にギャップを介して二
次リングが介装され、この二次リングは駆動コイルが励
磁されていないときは駆動コイル側に密接して配されて
なるものとしてもよい。

【００１３】また、かかる構成において、ギャップにワ
イプ力が二次リングの重力より大きい圧縮性の圧接スプ
リングが介装されてなるものとしてもよい。また、かか
る構成において、リング状の磁性体が駆動コイルと固定
ベースとの間に介装され、駆動コイルが磁性体の短絡リ
ング側に形成された周回溝内に収納されてなるものとし
てもよい。

【００１４】

【作用】この発明の構成によれば、駆動コイルが固定ベ
ースに弾性的に支持される。これにより、接点の消耗と
ともに駆動コイルの位置が接点を圧縮する方向に変位す
るので、接点の接触状態は常に良好に保たれる。しか
も、駆動コイルが固定ベースに弾性的に支持されている
ことによる反発力によって、駆動コイルと短絡リングと
は常に密接したままに保たれるので、電磁反発力も低下
せず、接点の開極時間も長くならない。

【００１５】また、短絡リングと駆動コイルとの対向部
にギャップを介して二次リングが介装され、この二次リ
ングは駆動コイルが励磁されていないときは駆動コイル
側に密接して配される。駆動コイルの励磁によって、二
次リング内に絶縁連結軸を周回する渦電流が流れる。そ
のために駆動コイルと二次リングとが反発し合い、二次
リングが反駆動コイル側へ移動する。この移動によって
二次リングが短絡リングに衝突するので、可動軸が反固
定軸側へ急激に移動し接点の開極時間をさらに短くする
ように働く。ギャップが介在しているので接点が消耗し
ても、このギャップがその消耗分を補償し通電時の接点
の接触状態は常に良好である。

【００１６】また、かかる構成において、ギャップに圧
縮性の圧接スプリングが介装される。この圧接スプリン
グが通電時に二次リングを駆動コイル側に密接させてい
る。圧接スプリングのワイプ力は、二次リングの重力よ
り大きくしておく。そのために、装置全体の方向をいか
なる向きに配置しても二次リングが駆動コイルから離れ
ることはなくなり、安定した衝撃力を短絡リングに与え
ることができる。

【００１７】また、かかる構成において、リング状の磁
性体が駆動コイルと固定ベースとの間に介装される。こ
の駆動コイルは、磁性体の短絡リング側に形成された周
回溝内に収納される。磁性体が短絡リング側または二次
リング側の磁界を強めるので、短絡リングまたは二次リ
ングに働く反発力をさらに高める。したがって、接点の
開極時間がさらに短くなる。

【００１８】

【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図１は、この発明の実施例にかかる真空遮断器の電
磁反発駆動装置の構成を示す断面図である。駆動コイル
２４と固定ベース３０との間に樹脂モールド３３を介し
て圧縮性の押圧スプリング３１が介装され、固定ベース
３０の上方はキャップ２９が被さっている。その他の構
成は、図７で説明された従来の構成と同じである。同じ
部分には、同一参照符号を付けることにより詳細な説明
を繰り返すことは省略する。キャップ２９は固定ベース
３０に固着されてあり、樹脂モールド３３が固定ベース
３０から外へ出ないようにするためのストッパである。

【００１９】図１において、押圧スプリング３１は圧縮
可能なので、接点が消耗するにつれて絶縁連結軸１００
は下方に移動する。押圧スプリング３１の圧縮可能な寸
法を接点の消耗寸法以上にしておく。一般に、接点は可
動接触子と固定接触子との対向部に耐弧メタルが張られ
ているが、その大部分の耐弧メタルが消耗するまで許容
される。このように、通電時は、可動軸が常に下方に移
動可能なので、接点は、その許容消耗寸法（通常は数ｍ
ｍ）まで良好な接触状態を保っていられる。また、押圧
スプリング３１が常時、駆動コイル２４を上方へ押圧し
ているので、駆動コイル２４と短絡リング２３とが離れ
ることがない。そのために、電流遮断時における短絡リ
ング２３の電磁反発力が低下することがなく、接点の開
極時間が長くなることはない。

【００２０】図２はこの発明の異なる実施例にかかる真
空遮断器の電磁反発駆動装置の構成を示す断面図であ
る。短絡リング２３と駆動コイル２４と間にギャップ４
２を介して二次リング３２が介装されている。その他
は、図７のものと同じである。この構成において、接点
に消耗が発生していてもギャップ４２があるので、絶縁
連結軸１００は常時下方に押圧されている。このギャッ
プ４２の間隙Ｇを接点の許容消耗寸法以上にしておけ
ば、通電時、接点は常時良好な接触状態を保っていられ
る。また、電流遮断時、駆動コイルを励磁することによ
って、二次リング３２内に渦電流が流れるので、二次リ
ング３２が反発されてギャップ４２内を上方ヘ移動す
る。この移動によって、二次リング３２が短絡リング２
３に勢いよく衝突する。この衝突によって、絶縁連結軸
１００が上方への衝撃力を受けるので、接点の開極時間
が短くなるように働く。この衝撃力は、二次リング３２
が駆動コイル２４との間に働いた反発力を力積として瞬
時に短絡リング２３に作用するので、接点の開極時間が
非常に短くなり、従来のものよりも１／２から１／３に
短絡されることが実験により確認された。

【００２１】図３は、この発明のさらに異なる実施例に
かかる真空遮断器の電磁反発駆動装置の構成を示す断面
図である。短絡リング３４に周回溝３４Ａが形成される
とともに、二次リング３５の内径側に周回状の突出部３
５Ａが形成されている。また、短絡リング３４と二次リ
ング３５との間に二次リング３５の重力より大きいワン
プ力を備えた圧縮性の圧接スプリング３７が介装される
とともに、ギャップ２１が確保されている。その他は、
図２の構成と同じである。圧接スプリング３７は、通電
時に二次リング３５を駆動コイル２４側に密接させてい
る。圧接スプリング３７のワイプ力が二次リング３５の
落下しようとする重力より大きいので、装置全体の方向
をいかなる向きに配置しても二次リング３５が駆動コイ
ル２４から離れることがない。したがって、安定した衝
撃力を短絡リング３４に与えることができ、装置をどの
方向に配置しても同一の接点開極時間が得られる。

【００２２】図６は、この発明のさらにことなる実施例
にかかる真空遮断器の電磁反発駆動装置の構成を示す断
面図である。周回溝３６Ａを備えたリング状の磁性体３
６が樹脂モールド３３内に埋め込まれ、周回溝３６Ａ内
に駆動コイル２４が収納されている。その他は、図１の
構成と同じである。磁性体３６によって短絡リング２３
側の磁界が強まるので、短絡リング２３に働く反発力が
非常に高くなる。

【００２３】磁性体３６の有無によって短絡リング２３
に働く反発力の違いを磁界計算によって求めた例を次に
示す。図１０は磁性体のない図１の構成について計算さ
れた磁界分布図、図１１は磁性体３６の配された図６の
構成について計算された磁界分布図である。いずれの場
合も、駆動コイル２４の体格は外径９０ｍｍ，内径６０
ｍｍ，軸方向長５ｍｍ、また、短絡リング２３（銅、そ
の導電率は２μ・Ω・ｃｍ）の体格は外径１００ｍｍ，
内径４０ｍｍ，軸方向の外周側厚さ３ｍｍ，軸方向の内
周側厚さ６ｍｍとし、駆動コイル２４と短絡リング２３
との間の絶縁のために必要な絶縁間隙２０１は３ｍｍと
した。なお、磁界の分布に影響を与えない絶縁体は含め
ていない。図１１の磁性体３６の比透磁率は１，０００
とし、その体格は外径１００ｍｍ，内径５０ｍｍ，軸方
向長１０ｍｍとした。

【００２４】図１０、図１１において、２００は有限要
素法による計算によって求められた磁束を示す。図１０
における磁性体の無い場合に比べて、磁性体３６が配さ
れると図１１のように磁束が磁性体を介するようにな
り、その磁路長が極端に短くなることが判る。そのため
に、磁気抵抗が減少し短絡リング２３側の磁界が強くな
る。これによって、短絡リング２３内を流れるうず電流
も増加し、短絡リング２３が受ける反発力が大きくな
る。

【００２５】図９は、短絡リング２３に働く反発力を計
算によって求めた特性線図である。横軸に中心からの半
径Ｒが目盛られ、縦軸に短絡リング２３の軸方向に働く
反発力Ｆが目盛られている。特性４０は図６の構成（磁
性耐３６が有る場合）のもの、また、特性４１は図１の
構成（磁性体の無い場合）のものである。反発力の計算
は、図１０、図１１で計算された磁界分布から短絡リン
グ２３の軸方向へ受ける反発力Ｆが算出された。なお、
駆動コイル２４には１，０００ＡＴの電流を流した。

【００２６】図９より特性４０のピーク値が特性４１の
それより約３倍も大きいことが判る。磁性体３６によっ
て短絡リング２３の反発力Ｆが増している。電流遮断時
の接点の開極時間も反発力Ｆの増加によって短くなり、
図６の構成における接点の開極時間は、図１の構成のも
のに対して約１／２も短縮さていることが実験により確
認された。所定の反発力を得るために駆動コイル２４に
流す電流も少なくてよくなる。したがって、図８のコン
デンサ２７も小容量のものとすることができ、駆動電源
１８の出力容量は小さいもので済む。

【００２７】図４は、この発明のさらに異なる実施例に
かかる真空遮断器の電磁反発駆動装置の構成を示す断面
図である。周回溝３６Ａを備えたリング状の磁性体３６
が樹脂モールド３３内に埋め込まれ周回溝３６Ａ内に駆
動コイル２４が収納されている。その他は、図２の構成
と同じである。図６の場合と同様に磁性体３６によって
二次リング３２側の磁界が集中し、二次リング３２に働
く反発力が高くなる。

【００２８】図５は、この発明のさらに異なる実施例に
かかる真空遮断器の電磁反発駆動装置の構成を示す断面
図である。周回溝３６Ａを備えたリング状の磁性体３６
が樹脂モールド３３内に埋め込まれ、周回溝３６Ａ内に
駆動コイル２４が収納されている。その他は、図３の構
成と同じである。磁性体３６によって二次リング３５側
の磁界が集中するので、二次リング３５に働く反発力が
高くなる。

【００２９】

【発明の効果】この発明は前述のように、前記駆動コイ
ルが固定ベースに弾性的に支持される。これにより、電
流遮断を繰り返しても通電時における接点の接触状態が
良好であり、真空遮断器の寿命が長くなる。また、短絡
リングと駆動コイルとの対向部にギャップを介して二次
リングが介装され、この二次リングは駆動コイルが励磁
されていないときは駆動コイル側に密接して配される。
この構成により、真空遮断器の寿命が長くなるととも
に、接点の開極時間が、従来のものよりも１／２から１
／３に短縮される。

【００３０】また、かかる構成において、ギャップにワ
イプ力が二次リングの重力より大きい圧縮性の圧接スプ
リングが介装される。これにより、二次リングがずれる
ことがないので、真空遮断器をどの方向に向けても使う
ことができ、装置の盤への取り付けを自由にレイアウト
することができるようになり、取り付け上の制約がなく
なった。

【００３１】また、かかる構成において、リング状の磁
性体が駆動コイルと固定ベースとの間に介装される。こ
の駆動コイルは、磁性体の短絡リング側に形成された周
回溝内に収納される。これにより、短絡リングまたは二
次リングの受ける反発力が約３倍も増し、電流遮断時の
接点の開極時間が磁性体のない場合に比べて１／２に短
縮された。また、所定の反発力を得るために駆動コイル
に流す電流も少なくてよいので、駆動電源の出力容量も
小さいもので済むという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例にかかる真空遮断器の電磁反
発駆動装置の構成を示す断面図

【図２】この発明の異なる実施例にかかる真空遮断器の
電磁反発駆動装置の構成を示す断面図

【図３】この発明のさらに異なる実施例にかかる真空遮
断器の電磁反発駆動装置の構成を示す断面図

【図４】この発明のさらに異なる実施例にかかる真空遮
断器の電磁反発駆動装置の構成を示す断面図

【図５】この発明のさらに異なる実施例にかかる真空遮
断器の電磁反発駆動装置の構成を示す断面図

【図６】この発明のさらに異なる実施例にかかる真空遮
断器の電磁反発駆動装置の構成を示す断面図

【図７】従来の電磁反発駆動装置の付加された真空遮断
器の構成を示す断面図

【図８】図７の駆動コイル２４に結線される駆動電源の
構成を示す回路図

【図９】短絡リングに働く反発力を計算によって求めた
特性線図

【図１０】図１の構成における磁界分布図

【図１１】図６の構成における磁界分布図

【符号の説明】

１：真空容器、２：可動軸、３：固定軸、４：可動接触
子、５：固定接触子、６：接点、１９：リンク機構、２
４：駆動コイル、２３，３４：短絡リング、３０：固定
ベース、３１：押圧スプリング、３７：圧接スプリン
グ、３２，３５：二次リング、３６：磁性体、３６Ａ：
周回溝、４２，２１：ギャップ、５０：真空バルブ、１
００：絶縁連結軸

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内に固定接触子と可動接触子とを
互いに開閉可能に対向配置して開閉部を形成し、前記固
定接触子および可動接触子をそれぞれ真空容器内で固定
軸および可動軸の一方端に接合し、この固定軸および可
動軸の他方端をそれぞれ前記真空容器の両端から固定的
または可動的に外部へ引出すとともに、前記真空容器の
外部へ引出された可動軸の他方端を絶縁連結軸を介して
前記開閉部に開閉操作力を与える操作部に連結し、さら
に前記絶縁連結軸の途中に固定された短絡リングと、こ
の短絡リングと対向配置され励磁によってこの短絡リン
グに前記開閉部を開極する方向の駆動力を発生させる駆
動コイルと、この駆動コイルを支持する固定ベースと、
前記開閉部を開極させる際に前記駆動コイルに励磁電流
を供給する駆動電源とを備えるものにおいて、前記駆動
コイルを固定ベースに弾性的に支持してなることを特徴
とする真空遮断器の電磁反発駆動装置。
【請求項２】真空容器内に固定接触子と可動接触子とを
互いに開閉可能に対向配置して開閉部を形成し、前記固
定接触子および可動接触子をそれぞれ真空容器内で固定
軸および可動軸の一方端に接合し、この固定軸および可
動軸の他方端をそれぞれ前記真空容器の両端から固定的
または可動的に外部へ引出すとともに、前記真空容器の
外部へ引出された可動軸の他方端を絶縁連結軸を介して
前記開閉部に開閉操作力を与える操作部に連結し、さら
に前記絶縁連結軸の途中に固定された短絡リングと、こ
の短絡リングと対向配置され励磁によってこの短絡リン
グに前記開閉部を開極する方向の駆動力を発生させる駆
動コイルと、この駆動コイルを支持する固定ベースと、
前記開閉部を開極させる際に前記駆動コイルに励磁電流
を供給する駆動電源とを備えるものにおいて、短絡リン
グと駆動コイルとの対向部にギャップを介して二次リン
グが介装され、この二次リングは駆動コイルが励磁され
ていないときは駆動コイル側に密接して配されてなるこ
とを特徴とする真空遮断器の電磁反発駆動装置。
【請求項３】請求項２記載のものにおいて、ギャップに
ワイプ力が二次リングの重力より大きい圧縮性の圧接ス
プリングが介装されてなることを特徴とする真空遮断器
の電磁反発駆動装置。
【請求項４】請求項１ないし３記載のものにおいて、リ
ング状の磁性体が駆動コイルと固定ベースとの間に介装
され、駆動コイルが磁性体の短絡リング側に形成された
周回溝内に収納されてなることを特徴とする真空遮断器
の電磁反発駆動装置。