JP7412876B2 - 真空開閉装置 - Google Patents
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- High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
Description
(1)両端に開口部を有する円筒形状の筒状筐体と、前記筒状筐体の一方の開口部を封止する第1の封着板、および前記筒状筐体の他方の開口部を封止する第2の封着板により負圧に封止された真空絶縁容器。
(2)前記真空絶縁容器の第1の封着板に、固定して配置された固定電極。
(3)前記真空絶縁容器の第2の封着板に、前記固定電極と接触または離間するように可動に配置された可動電極。
(4)前記第1の封着板および前記第2の封着板は、ろう付けにより前記筒状筐体に接合している。
(5)前記第1の封着板は、絶縁材料により構成され、前記真空絶縁容器の外部方向に突出する延伸部を有する。
(6)前記第2の封着板は、金属材料により構成される。
(7)前記延伸部が前記第1の封着板を構成する絶縁材料と同一の材料から成る。
(8)前記延伸部と前記第1の封着板は、間に他の部材が介在することなく繋がっている。
[1-1.概略構成]
以下では、図1~図3を参照しつつ、本実施形態の真空開閉装置1の全体構成を説明する。本実施形態の真空開閉装置1の全体構成の断面図を図1に示す。図1は、真空開閉装置1が開路状態である時の内部構造を示している。真空開閉装置1は、工場やビルの配電室等に設置される。
固定電極2は、固定電極接点21、固定軸22を有する。固定電極2は、真空絶縁容器5と同心円を描くように真空絶縁容器5に固定され、配置される。固定電極2は、可動電極3と対向するように配置される。固定電極2は、真空絶縁容器5の外部で電源側の電力供給線に接続される。固定電極2は、真空開閉装置1の閉路状態時に、可動電極3と接触し、電源側の電力供給線と負荷側の電力供給線を電気的に導通させる。一方、固定電極2は、真空開閉装置1の開路状態時に、可動電極3と離間し、電源側の電力供給線と負荷側の電力供給線を電気的に遮断する。
固定電極接点21は、CuCr合金等の金属導体により構成された円板状の電極である。固定電極接点21は、固定軸22より大きい径を有する円板状に構成される。固定電極接点21は、固定軸22と同心円を描くように固定電極2の駆動方向に、固定軸22に接合して固定される。固定電極接点21は、可動電極3との接触面となる円板の外周端面が、削り出し加工等により曲面状に構成される。
固定軸22は、無酸素銅等の金属導体により構成された円柱状の部材である。固定軸22は、固定電極接点21より小さい径を有する円柱状に構成される。固定軸22は、固定電極接点21と同心円を描くように固定電極2の反駆動方向に、固定電極接点21に接合して配置される。
可動電極3は、可動電極接点31、可動軸32を有する。可動電極3は、ベローズ4を貫通し、真空絶縁容器5と同心円を描くように真空絶縁容器5に配置される。可動電極3は、固定電極2と接触または離間するように可動に配置される。可動電極3は、固定電極2と対向するように配置される。可動電極3は、真空絶縁容器5の外部で負荷側の電力供給線に接続される。可動電極3は、駆動装置9に駆動され、真空開閉装置1の閉路状態時に、固定電極2と接触し、電源側の電力供給線と負荷側の電力供給線を電気的に導通させる。一方、可動電極3は、駆動装置9に駆動され、真空開閉装置1の開路状態時に、固定電極2と離間し、電源側の電力供給線と負荷側の電力供給線を電気的に遮断する。
可動電極接点31は、CuCr合金等の金属導体により構成された円板状の電極である。可動電極接点31は、可動軸32より大きい径を有する円板状に構成される。可動電極接点31は、可動軸32と同心円を描くように可動電極3の反駆動方向に、可動軸32に接合し固定される。可動電極接点31は、固定電極2との接触面となる円板の外周端面が、削り出し加工等により曲面状に構成される。
可動軸32は、無酸素銅等の金属導体により構成された円柱状の部材である。可動軸32は、可動電極接点31より小さい径を有する円柱状に構成される。可動軸32は、可動電極接点31と同心円を描くように可動電極3の駆動方向に、可動電極接点31に接合して配置される。
真空絶縁容器5は、アルミナセラミックや碍子等の材料からなる円筒状の密閉容器であり、内部が負圧となるように封止される。真空絶縁容器5は、内部を10-2Pa以下の真空に保つ。また、真空絶縁容器5は、固定電極2および可動電極3を支持する。真空絶縁容器5は、筒状筐体51、封着板52、封着板53、封着部54、封着部55、アークシールド56を有する。封着板52が請求項における第1の封着板に、封着板53が請求項における第2の封着板に相当する。
筒状筐体51は、アルミナセラミックや碍子等の材料からなる円筒状の筐体である。筒状筐体51の外周はエポキシ樹脂のような絶縁材料でモールドされている。筒状筐体51の反駆動方向の開口部には、封着部54を介し封着板52が装着される。筒状筐体51の駆動方向の開口部には、封着部55を介し封着板53が装着される。封着板52には、固定電極2が配置され、封着板53には、ベローズ4を介し可動電極3が配置される。
封着板52は、中心部に貫通穴を有する円板状の部材である。封着板52は、アルミナセラミック等の絶縁材料により構成される。封着板52は、封着部54を介し筒状筐体51の反駆動方向の開口部に装着される。封着部54は、銅等の金属材料により構成されたリング状の部材である。封着部54は封着板52と銀ろう付けされ、また封着部54は筒状筐体51と銀ろう付けされ、真空絶縁容器5内を負圧に保つ。
封着板53は、中心部に貫通穴を有する円板状の部材である。封着板53は、銅等の金属材料により構成される。封着板53は、封着部55を介し筒状筐体51の駆動方向の開口部に装着される。封着部55は、銅等の金属材料により構成されたリング状の部材である。封着部55は封着板53と銀ろう付けされ、また封着部55は筒状筐体51と銀ろう付けされ、真空絶縁容器5内を負圧に保つ。
アークシールド56は、ステンレス等の材料により構成された円筒状の部材である。アークシールド56は、固定電極2の固定電極接点21、可動電極3の可動電極接点31を覆う、筒状筐体51の円筒内の位置に配置される。アークシールド56は、電流遮断時に発生した金属蒸気が拡散し、筒状筐体51を構成するセラミック碍管内面に付着することを防止する。
ベローズ4は、SUS、インコネル等の材料により伸縮自在に構成された蛇腹状の円筒形状の部材である。ベローズ4は、可動電極3が貫通されて封着板53に配置される。ベローズ4は、ベローズ4と封着板53との間、およびベローズ4と可動電極3の可動軸32との間の気密を保つ。これにより、真空絶縁容器5の内部が負圧となるように保たれる。真空絶縁容器5は、内部を10-2Pa以下の真空に保つ。
次に、本実施形態の真空開閉装置1の作用を、図1~3に基づき説明する。
最初に、本実施形態の真空開閉装置1が閉路状態である場合について説明する。真空開閉装置1が閉路状態である場合、固定電極2と可動電極3は電気的に接続される。その結果、固定電極2に接続された電源側の電力供給線と、可動電極3に接続された負荷側の電力供給線は、電気的に導通状態となる。
次に、本実施形態の真空開閉装置1が開路状態となる場合について説明する。真空開閉装置1が開路状態となる場合、固定電極2と可動電極3は離間される。その結果、固定電極2に接続された電源側の電力供給線と、可動電極3に接続された負荷側の電力供給線は、電気的に遮断状態となる。
次に、封着板52の作用について説明する。前述の通り、封着板52は、中心部に貫通穴を有する円板状の部材であり、アルミナセラミック等の絶縁材料により構成される。
(1)本実施形態によれば、真空開閉装置1は、円筒形状の筒状筐体51と、筒状筐体51の一方の端部を封止する第1の封着板52、および筒状筐体51の他方の端部を封止する第2の封着板53により負圧に封止された真空絶縁容器5と、真空絶縁容器5の第1の封着板52に、固定して配置された固定電極2と、真空絶縁容器5の第2の封着板53に、固定電極2と接触または離間するように可動に配置された可動電極3とを有し、第1の封着板52は、絶縁材料により構成されるので、真空絶縁容器の端部における電位勾配を緩和し、絶縁低下を軽減することができる、より小型な真空開閉装置を提供することができる。
上記実施形態では、封着板53は、銅等の金属材料により構成されるものとしたが、封着板53は、アルミナセラミック等の絶縁材料により構成されるものであってもよい。このように構成することで、封着板53と筒状筐体51の接合部周辺の電位勾配が緩やかになる。封着板53と筒状筐体51の接合部周辺の電界強度が緩和され、絶縁破壊による真空開閉装置1の絶縁性能の低下を軽減することができる。
[2-1.構成]
第2実施形態にかかる真空開閉装置1について図4~図5を参照して説明する。なお、この第2実施形態の真空開閉装置1の構成において、図1~図3に示す第1実施形態と同一部分は同一符号で示す。
封着板52aがアルミナセラミック等の絶縁材料により構成された場合、真空絶縁容器5内部と封着板52aとの境界面において電界が発生する。このため、真空絶縁容器5の外部であって封着板52aの近傍に、接地電位となる物体が配置されると、電位勾配が急峻になり電界強度が高くなる。その結果、真空開閉装置1の絶縁性能の低下を招くことが懸念される。
(1)本実施形態によれば、第1の封着板52aは、真空絶縁容器5の外部方向に延伸部6aを有するので、絶縁距離が確保される。真空絶縁容器5の外部であって封着板52aの近傍に、接地電位となる物体を配置されることが防止される。これにより、真空絶縁容器5内部と封着板52aとの境界面において発生する電位勾配が急峻になることを抑制することができる。その結果、電界強度が高くなることを抑制することができ、真空開閉装置1の絶縁性能の低下を軽減することができる。
(1)第1の変形例
真空開閉装置1の封着板52aは、アルミナセラミック等の絶縁材料により構成された円錐状の延伸部6aを有するものとしたが、延伸部6の構成はこれに限られない。図6に示すように、真空開閉装置1の封着板52bの延伸部6bは、固定電極2の周囲であって真空絶縁容器5の外部方向に円筒状に突出して形成されたものであってもよい。延伸部6bは、絶縁距離を確保する。
真空開閉装置1の封着板52aは、アルミナセラミック等の絶縁材料により構成された円錐状の延伸部6aを有するものとしたが、延伸部6の構成はこれに限られない。図7に示すように、真空開閉装置1の封着板52cの延伸部6cは、真空絶縁容器5の外部方向に複数の柱が突出して形成されたものであってもよい。複数の柱は円柱であってもよいし、角柱であってもよい。延伸部6cは、絶縁距離を確保する。
変形例を含めた実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。以下は、その一例である。
2・・・固定電極
3・・・可動電極
4・・・ベローズ
5・・・真空絶縁容器
6,6a,6b,6c・・・延伸部
9・・・駆動装置
21・・・固定電極接点
22・・・固定軸
25・・・凹部
31・・・可動電極接点
32・・・可動軸
33・・・ガード部
51・・・筒状筐体
52,52a,52b,52c,53・・・封着板
54,55・・・封着部
54a・・・銀ろう付け部
56・・・アークシールド
Claims (6)
- 両端に開口部を有する円筒形状の筒状筐体と、前記筒状筐体の一方の開口部を封止する第1の封着板、および前記筒状筐体の他方の開口部を封止する第2の封着板により負圧に封止された真空絶縁容器と、
前記真空絶縁容器の第1の封着板に、固定して配置された固定電極と、
前記真空絶縁容器の第2の封着板に、前記固定電極と接触または離間するように可動に配置された可動電極と、を有し、
前記第1の封着板および前記第2の封着板は、ろう付けにより前記筒状筐体に接合しており、
前記第1の封着板は、絶縁材料により構成され、前記真空絶縁容器の外部方向に突出する延伸部を有し、
前記第2の封着板は、金属材料により構成され、
前記延伸部は前記第1の封着板を構成する絶縁材料と同一の材料から成り、
前記延伸部と前記第1の封着板は、間に他の部材が介在することなく繋がっている、
真空開閉装置。 - 前記第1の封着板の前記延伸部は、前記固定電極の周囲であって前記真空絶縁容器の外部方向に円錐状に突出して形成された、
請求項1に記載の真空開閉装置。 - 前記第1の封着板の前記延伸部は、前記固定電極の周囲であって前記真空絶縁容器の外
部方向に円筒状に突出して形成された、
請求項1に記載の真空開閉装置。 - 前記第1の封着板の前記延伸部は、前記真空絶縁容器の外部方向に複数の柱が突出して
形成された、
請求項1に記載の真空開閉装置。 - 前記第1の封着板の誘電率は、前記筒状筐体の誘電率より大きい、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の真空開閉装置。 - 前記固定電極は、円板状の固定電極接点と、前記固定電極接点を支持する固定軸とを有
し、前記固定軸は前記第1の封着板との接合部分の外周に凹部を有し、
前記固定電極は、前記固定軸の凹部により、前記第1の封着板と接合された、
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の真空開閉装置。
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