JP5610995B2 - 真空バルブ - Google Patents
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Description
ここでコイル電極とは、主電極としての固定側接点及び可動側接点の接離方向に軸方向磁界を発生させるものであり、当該両接点の背面側に、接点の外周縁に沿った円周方向に向けて複数の弧状のコイル部が分割配置され、コイルの一端は軸心方向へのアーム部を有し、他端は接点と接続する接続部を有しているものをいう。
真空バルブの遮断容量をより大きくするためには、このコイル電極の構造と接点材料の開発が必要不可欠であり、これまでに様々な研究がなされてきた。その結果、真空バルブの遮断性能は、コイル電極が発生させる軸方向磁界強度が強いほど良いことが分かっている。
抵抗を下げるための対策の一つとして、接点の外周縁に沿った円周方向に向けて配置される弧状のコイル部の分割数を増やすことが考えられる。それぞれのコイル部の抵抗が並列で接続されることにより抵抗を下げるものである。
また、コイル通電部の断面積を大きくすることによっても抵抗を下げることができる。
その他の抵抗を下げる手段としては、真空バルブの接触部にかかる外部加圧力を増大させ、接触部の抵抗を低減させる方法もある。
また、通電容量を増やすためにコイル部の断面積を増やす方法では、軸方向磁界は主にコイル内径より内側に分布するため、遮断性能を低下させずに断面積を増やすためにはコイル外径側を大きくする必要があった。いずれの方法も電極径を大きくすることになり、真空バルブの大型化につながりコストアップの要因になっていた。
支持部材の材料として強度の高いインコネルなどの材料を用いる方法もあるが、インコネル材はステンレス材に比べて非常に高いため、やはりコストアップの要因となる。
また、補強部材の挿入により、簡単な構造で支持部材の強度を向上させ、安価で遮断性能にすぐれ、外部加圧力に十分耐えうる低抵抗の真空バルブを提供することができる。
図1は、実施の形態1による真空バルブを示す断面図であり、図2は、図1の固定側電極の構成を説明する分解斜視図、図3は、図1及び2の固定側コイル電極の平面図及び正面図である。以下、図に基づいて説明する。
図1に示すように、アルミナセラミックス等からなる絶縁円筒1と、この絶縁円筒1の一方の端部開口部を覆う固定側端板2と、他方の端部開口部を覆う可動側端板3とで真空容器が構成されている。固定側端板2及び可動側端板3は、それぞれ絶縁円筒1の端面にろう付けにより同軸上に取付けられている。固定側端板2には、固定側電極棒4がろう付け接合され、その容器内側には固定側電極10がろう付け接合されている。一方、可動側端板3には、可動側電極棒5がベローズ6を介してろう付け接合され、その容器内側に可動側電極20がろう付け接合されている。両電極10,20は、同軸上に対向配置されている。ベローズ6は、例えば薄いステンレス板で蛇腹状に製作されており、容器内を真空気密に保ちながら可動側電極棒5を軸方向に移動可能にするものであり、これにより、固定側電極10と可動側電極20とが真空気密を保持しつつ接離可能となっている。
また、電流遮断時に固定側電極10と可動側電極20との間で発生するアークによる金属蒸気が絶縁円筒1の内面に付着するのを抑制するため、両電極10,20の周囲を囲むようにアークシールド8が配設されている。
固定側電極10と可動側電極20は、基本的に同様の構造をしているため、以下では固定側電極10で代表して説明する。なお、参考のために、図中では、固定側電極10に対応する可動側電極20の各部分の符号を括弧内に示している。したがって、可動側電極20の場合は、以下の説明の「固定側」を[可動側]と読み替えて、図中の括弧内の符号を使用すればよい。必要に応じそれら符号も参照しながら説明する。
なお、以下の各部品の説明において、両電極の対向側に近い側を前面側、その反対側すなわち電極棒に近い側を背面側と称すことにする。
固定側コイル電極12の、後述する固定側コイル円盤部17の背面の中心に、固定側電極棒4がろう付け接合されている。
上記の固定側接点11は、銀系合金や銅系合金等の材料を使用するのが好ましい。また、固定側コイル電極12は、銅または銅系の材料を使用する。
上記の固定側コイル部15は、固定側リング部13の外側の同心円上で、円周上を均等に3分割した位置に配置されており、磁界発生コイルの役目をするものである。
また、固定側接続部16は、固定側コイル部15の先端側で固定側接点11の背面と対向する側の一部分を、適当長さ軸方向に突出させて形成したものであり、固定側接点11の背面側にろう付けにより固定される部分である。
図1〜3では、固定側コイル円盤部17は、固定側リング部13及び固定側アーム部14と同一部材で一体に製作したものを示している。したがって、材料もリング部13及びアーム部14と同じく銅または銅系の材料である。
ここで、固定側電極棒4の外径をD1、固定側コイル円盤部17の外径をD3、固定側コイル部15の内径をD2とした場合、D1<D3<D2となるように形成する。
固定側電極10を流れる電流の通電経路は、固定側電極棒4から固定側コイル円盤部17,固定側リング部13及び固定側アーム部14を通り、各固定側コイル部15に分流される。次に、各固定側コイル部15の先端側の固定側接続部16から固定側接点11へと流れる。一方、可動側電極20側は、可動側接点21から可動側接続部26,可動側コイル部25,可動側アーム部24を通り、可動側リング部23と可動側コイル円盤部27を介して可動側電極棒5へと流れる。
固定側コイル部15と可動側コイル部25に流れる円周方向の電流により、両電極間に軸方向磁界が発生するため、遮断時に両接点11,21間に発生するアークを、各接点11,21の径内に閉じ込めつつ接点表面に拡散させることで、遮断性能を向上させるようになっている。
図4は、実施の形態2による真空バルブの固定側電極部を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のb−bから見た正面断面図である。真空バルブの構成は、実施の形態1と同等なので図示及び説明は省略する。また、固定側電極の構造も同等部分は同一符号で示して詳細な説明は省略し、相違部分を中心に説明する。
なお、固定側補強部材19の形状は円形のリング状としたが、これに限定するものではなく、円柱であってもよく角形でも良い。
また、外部加圧力が同じ(すなわち、増加させない場合)であれば、固定側支持部材18の断面積は固定側補強部材19がない時より断面積を小さくすることができるため、漏れ電流を増加させることがなく遮断性能の低下を招くことがない。
図5は、この発明の実施の形態3による真空バルブの固定側電極部の断面図である。真空バルブの構成は、実施の形態1と同等なので図示及び説明は省略する。また、固定側電極の構造も同等部分は同一符号で示して詳細な説明は省略し、相違部分を中心に説明する。相違点はコイル電極のコイル円盤部の構成である。
本実施の形態の固定側コイル円盤部30は、図5に示すように、固定側リング部13,固定側アーム部14及び固定側コイル部15を構成する部材とは別部材で構成し、固定側リング部13及び固定側アーム部14の背面側にろう付け等により固着するものである。そして、固定側コイル円盤部30の背面側中心に固定側電極棒4がろう付け等に固着されている。固定側コイル円盤部30の材料としては、導電性に優れた銅材又は銅系材を使用すればよい。電極棒外径とコイル円盤部外径とコイル部内形との関係は、実施の形態1と同様である。また、固定側コイル電極12の製作は、実施の形態1の場合と同様に鍛造加工によって容易に行うことができる。
更に、実施の形態2と同様に、支持部材の背面側とコイル円盤部との隙間に固定側補強部材を挿入しても良い。
更に、従来から用いられているコイル電極を流用して使用することも可能であり、コイル円盤部を従来のコイル電極と電極棒の間に配置し付加するだけで低抵抗の真空バルブを得ることができる。
このような形状でも、コイル電極の固定側リング部13から固定側アーム部14への電流通電時の電流経路の抵抗を低減でき、更に、完全な円形のものに比べて軽量化できるので、電極を駆動する駆動機構の負担が軽くなる。
3 可動側端板 4 固定側電極棒
5 可動側電極棒 6 ベローズ
7 ベローズカバー 8 アークシールド
10 固定側電極 11 固定側接点
12 固定側コイル電極 13 固定側リング部
14 固定側アーム部 15 固定側コイル部
16 固定側接続部 17,30,31 固定側コイル円盤部
18 固定側支持部材 19 固定側補強部材
20 可動側電極 21 可動側接点
22 可動側コイル電極 23 可動側リング部
24 可動側アーム部 25 可動側コイル部
26 可動側接続部 27,40,41 可動側コイル円盤部
28 可動側支持部材 29 可動側補強部材。
Claims (4)
- 有底円筒状の真空容器の一方の端部に固設された固定側電極棒と、他方の端部に進退自在に設けられた可動側電極棒と、前記各電極棒の対向端に設けられ、通電により前記両電極棒の軸線に沿う方向に軸方向磁界を発生させる環状のコイル電極と、前記各コイル電極の対向側に設けられた円盤状の接点と、前記各接点の背面側に設けられて軸方向の強度を補強する支持部材とを備えた真空バルブにおいて、
前記各コイル電極は、前記軸線に対して直交する平面上に、前記軸線と同心に設けられたリング部と、前記リング部の外周から外側に延出された複数本のアーム部と、前記アーム部の先端側から周方向に折り曲げるように形成された円弧状のコイル部と、前記コイル部の先端側に設けられて前記接点に接合される接続部と、導電性材料からなり前記アーム部の背面に前記軸線と同心に設けられて中心に前記各電極棒が接続されるコイル円盤部と、を備え、
前記支持部材の背面側と前記コイル円盤部との隙間に、前記アーム部及び前記コイル部よりも高抵抗の材料からなる補強部材が挿入されていることを特徴とする真空バルブ。 - 請求項1記載の真空バルブにおいて、
前記コイル円盤部の外径は、前記コイル部の内径より小さく前記電極棒の外径より大きい寸法に形成されていることを特徴とする真空バルブ。 - 請求項1又は請求項2に記載の真空バルブにおいて、
前記コイル円盤部は、前記コイル電極の前記リング部,前記アーム部及び前記コイル部を構成する部材とは別部材で構成されていることを特徴とする真空バルブ。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の真空バルブにおいて、
前記コイル電極は鍛造加工で製作されていることを特徴とする真空バルブ。
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