JPH0424812B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、それぞれが導電性材料製の固定ま
たは可動接点棒の端にとり付けられた、相互に近
ずきまたは離れるように動くことができる導電性
材料製の２個の接点を備えた真空スイツチに関す
るものである。その真空スイツチでは、層になつ
た馬蹄形鉄磁石エレメントが各接点棒の周囲に付
いている結果、馬蹄形鉄磁石エレメントの位置の
ために接点棒の周囲に、磁気抵抗が低い部分と磁
気抵抗が高い部分とでできた磁気回路が形成さ
れ、馬蹄形鉄磁石エレメントのＵ字型内部空洞の
円形基板は関連接点棒と隣接しており、同エレメ
ントは相互に180度ずれているため、真空スイツ
チを電流が流れるとき馬蹄形鉄磁石エレメント内
に作られる内部磁場は主として、磁気抵抗が高い
部分に近づく程度にまで、２個の馬蹄形鉄磁石エ
レメント間の軸方向に向く。

このタイプの真空スイツチは、オランダ特許第
168361号から知られている。

この発明においては、非常に簡単な方法で、強
力な軸方向磁場を馬蹄形鉄磁石エレメントを手段
として作ることができるので、その結果、アーク
電圧が制御され、真空スイツチの回路遮断特性を
改善することができる。

上記オランダ特許による馬蹄形鉄磁石エレメン
トはアーク電圧に関して、したがつて、真空スイ
ツチのスイツチング性能に関して、著しい改善を
示すが、スイツチング性能にはまだ多数の欠点が
ある。

特に、アーク電圧を増大させ、したがつて、軸
方向磁場を強化させることによつて回路遮断能力
をさらに増大させる必要があるときは、馬蹄形鉄
磁石エレメントの体積を増大させなければならな
いことを意味する。しかし、３真空スイツチ内に
おける馬蹄形鉄磁石エレメントの位置を考慮すれ
ば、そのように体積を増大させることは、同時に
真空スイツチの寸法を増大させることを暗に示す
ことになる。しかしこのことは、真空スイツチの
寸法を可能な限り限定するという一般的目的と両
立しない。その上、可動接点の質量も同様に増大
するため、駆動機構に求める要求が高くなり、閉
止時に接点がどすんと音を立てる傾向が高くな
る。

したがつて、この発明の目的は、上に挙げた悪
影響を生じることなく回路遮断能力を増大させる
方法で、さらに改善された、序論部に挙げたタイ
プの真空スイツチを提供することである。この点
に関しては、この発明による真空スイツチは、Ｕ
字型基板部分から、磁気抵抗が高い部分に動くに
つれ、内部磁場に対する磁気抵抗が増大するよう
に馬蹄形鉄磁石エレメントが設計されていること
が特徴となつている。

この発明による真空スイツチの別の実施例によ
れば、この発明の特徴は、内部磁場が遭遇する磁
場抵抗が、Ｕ字型基板部分からの距離が接点表面
からの距離に比例して増大するにつれて増大する
ことである。

この発明による真空スイツチの望ましい実施例
においては、各馬蹄形鉄磁石エレメントは、片方
の側では、接点棒に対して垂直であつて接点表面
の側に置かれた平坦な境界面で限られており、他
の側では、Ｕ字型基板部分から磁気抵抗が高い部
分に進むにつれ上記の平坦な境界面に近づく境界
面によつて限られている。

この発明によれば、馬蹄形鉄磁石エレメントの
鉄磁石材料としては、例えば、純鉄のような飽和
誘導値が高い材料が選ばれる。純鉄とコバルトを
合金にすると、材料の電気抵抗も同時に高くな
る。ある範囲の可能性の中から、FeCo50／50の
材料が好ましいものとして選ばれたが、これは、
この材料が高い飽和誘導度と高い電気抵抗を併せ
備えているからである。

以下この発明を、一実施例を示した図面を参考
にしてさらに詳細に説明する。

第１図ａから明白であるように、接点１と２に
はそれぞれ馬蹄形鉄磁石エレメント５と６が備わ
つており、接点１と２の下に位置している。接点
１と２はそれぞれ、関係する馬蹄形鉄磁石エレメ
ント５と６と共に、接点棒３および４の上にそれ
ぞれ付いているので、接点棒３または４を動かす
ことによつて、接点１と２は、相互に接触したり
離れたりすることができる。

真空スイツチ内を電流が流れると、電流は馬蹄
形鉄磁石エレメント５と６の中に内部磁場を誘導
する。すなわち、接点棒の周囲を同心的に流れ
る。しかし、その磁場は馬蹄形鉄磁石エレメント
の形状と配置によつて、徐々に、また大きな程度
まで軸方向に向いた磁場７に変換され、真空スイ
ツチの消弧特性を改善する。軸方向の磁場７は第
１図ｂに示す通り、ほぼ馬蹄形鉄磁石エレメント
５と６の間を流れる。

第２図には、第１図の２個の馬蹄形鉄磁石エレ
メント５と６の断面形が、両エレメントを重ねて
描かれている。接触面８は両エレメントの間にあ
り、点線で示されている。

すでに述べた通り、スイツチを通る電流Ｉが例
えば馬蹄形鉄磁石エレメント６内に誘導した磁場
φは、主として馬蹄形鉄磁石エレメントを流れる
内部コンポネントφrと、馬蹄形鉄磁石エレメン
ト５を横切るコンポネントφaとに分割される。

断面線Ａの位置、すなわちＵ字型基板部分にお
ける総磁束は、その全部が同心的に接点棒を囲ん
でいるＵ字型エレメントの長さ方向に向くが、軸
方向コンポネントφaがある結果、この断面線Ａ
に対する距離が増大するにつれ、徐々に減少す
る。その結果、馬蹄形鉄磁石エレメント内の磁気
抵抗が高い位置においては、比較的小さな磁束コ
ンポネントφrだけが残る。しかしこれは、馬蹄
形鉄磁石エレメント５と６が磁気飽和に関しては
最適に使用することができないことを意味してい
る。これは、断面線Ａの位置の部分が磁気飽和点
にすでに達しているが、これは、磁気抵抗が高い
部分に隣接する部分の位置の場合と隔つているか
らである。この飽和のため、馬蹄形鉄磁石エレメ
ント内の総磁場φrはそれ以上増大することがで
きず、その結果、軸方向磁場φaもそれ以上増大
することができない。

さて、軸方向磁場を増大させることができるよ
うにするためには、馬蹄形鉄磁石エレメントの総
体積を増大させることができるに違いないが、そ
の結果、磁気飽和点だけが高い方の長さ方向磁束
コンポネントφrに達し、その結果、軸方向磁束
コンポネントφaもまた高い値を持つことができ
る。馬蹄形鉄磁石エレメントの体積は、軸方向の
寸法を増大させることによつてしか増大させるこ
とはできない。これは、半径方向寸法は主として
関連する接点によつて決まるからである。

接点組立ての寸法と総重量に関して導入図で挙
げた欠点と、上に略述した馬蹄形鉄磁石エレメン
トの効率的でない使用は別としても、その場合、
有用な軸方向磁束コンポネントφaはさらに増大
するが、その程度は、長さ方向磁束コンポネント
φrの場合より低い。これは、総磁束φの効率が
減少することを意味する。とくに、馬蹄形鉄磁石
エレメントが厚くなる結果、表面積が増大した結
果開放部分の磁気抵抗は減少し、この点を横切る
磁束φrは増大する。このためには、軸方向磁束
φaが犠牲になる。

第３図においては、この発明の望ましい具体例
による２個の馬蹄形鉄磁石エレメントが、第２図
と同様に重なつた断面形として示されている。こ
の場合も、接触面８は、２個の馬蹄形鉄磁石エレ
メントの間にある。

第３図に示す形状は、磁気飽和点に関して馬蹄
形鉄磁石エレメントが最適に使用される結果を生
むだけでなく、接点組立ての重量が同時に減少す
る一方、軸方向の寸法を変更することなく、同一
の総磁束φに対して、軸方向の磁束コンポネント
φaを著しく増大させる。第３図を参照すれば、
このことは容易に知ることができる。これは、コ
ンポネントφrに対する磁気抵抗が著しく増大し
たのに対し、軸方向コンポネントφaに対する抵
抗が一定にとどまつたからである。その結果、総
磁束のより大きなコンポネントが軸方向に流れ
る。この発明によるこの方法によつて、導入部で
述べた真空スイツチの特性の著しい改善を非常に
簡単な方法で行うことができる。

もちろん、この改善は、スイツチの消弧特性の
改善のために磁場を使用することに限定されるも
のではなく、接点間の磁気反発力または磁気牽引
力を作るためにスイツチ電流が使用されている場
合における改善を得るためにも使用することがで
きる。

第４図は、相互の頂上に鉄磁性材料の小板を使
用した、この発明による接点組立体を示す。この
図においても８は両接点１と２の間の接触面を示
す。３と４はそれぞれ関連した接点棒であり、相
互の頂上に重ねた小板から成る馬蹄形鉄磁石エレ
メントがその周囲に付いている。これらの小板
は、リベツト・ピンまたは同様な装置を使用して
結合させることができ、一方、軸方向の寸法は使
用する小板の数を変動させることによつて変動さ
せることができる。

第５図は、各種の小板の形状を例示したもので
ある。この場合、内部の長さ方向磁束コンポネン
トに対する磁気抵抗もまた急激に増加すること
は、積重ねた組立体から明白である。これは、馬
蹄形鉄磁石エレメントが最も厚い部分では、中央
部分からの距離が増大するからである。したがつ
て、この場合には第３図に示す形状に到達する。

第６図は、この発明の実施例の他の望ましい形
による馬蹄形鉄磁石エレメントを示す。この実施
例では、小板は接点棒の周囲に、軸方向に曲げら
れている。

このタイプのエレメントは、鉄磁性のテープま
たはストリツプのロールを順次成形具の周りに連
続させて巻くという簡単な方法で作ることができ
る。成形具の内径は、接点棒がその中にはまる寸
法である。例えばケースに包み込むような適当な
方法で、巻きが一緒になつていることを確認する
ための手段を講じる。それから、例えばフライス
削りによつてロールの壁の一部を取り除き、最後
にロールを先細にすることによつて、磁場の内部
の長さ方向コンポネントに対する磁気抵抗を増大
させて、磁気抵抗の高い部分を導入することがで
きる。

他の可能性を第７図に示す。この場合も、馬蹄
形鉄磁石エレメント小板で作られているが、小板
には軸方向に、接点棒が共軸に取り付けてある。
小板は正確なパータンにしたがつた特殊な形状で
あつて、曲げ所要の形にしてあり、やはり例えば
リベツトなどで相互に固定されている。

第７図の最下部には、一番内側と一番外側の小
板を例として展開したところを示す。この選択が
第６図の選択より優れている長所は、最終の馬蹄
形鉄磁石エレメントの形状を多様な要件に適合さ
ることができることである。

第８図には、軸方向の磁場がない真空スイツチ
の場合（曲線Ａ）、層になつていない馬蹄形鉄磁
石エレメント付きのスイツチの場合（曲線Ｂ）、
層になつた馬蹄形鉄磁石エレメント付きのスイツ
チの場合（曲線Ｃ）と、最後に、この発明による
馬蹄形鉄磁石エレメントの付いた真空スイツチの
場合（曲線Ｄ）それぞれの、スイツチを通る電流
kAの関数としての最大アーク電圧Ｖを示す。曲
線Ｃは、この出願の導入部に記載した真空スイツ
チのために得たものである。曲線Ｄは、この発明
による手段が採用されたとき、継続電流が増大す
ると、アーク電圧が減少することを示している。
測定値は、曲線ＣとＤが25kAまでしか上昇しな
いことを示している。しかし、延長法を適用する
と、特に曲線Ｄの場合、電流が非常に高い場合で
もアーク電圧は非常に低いレベルにとどまると推
論することができる。馬蹄形鉄磁石エレメントの
各種の形の実施例の場合、飽和の増加はそれぞれ
急激であるか遅いかであるので、この延長法は許
容できる。

磁性を有する大部分の材料に課せられた要件と
は対照的に、重要なのは曲線の勾配ではなく、飽
和誘導値の高さである。このため、純鉄の方が、
多く使用されているいわゆる変圧器積層体より望
ましい。この高い飽和誘導値の結果として、馬蹄
形鉄磁石エレメントが一定の磁束に対して、飽和
誘導が低い材料の場合より小さくすることができ
る。

材料の電気抵抗や高いことも重要である。電気
抵抗が高いと、やつかいな渦電流を生じることな
く、さらに厚い層を使用することができるからで
ある。その結果、鉄磁石エレメントを作る層の数
を少なくすることができる。これは、製造技術の
見地から有利なことである。飽和誘導を高く保ち
ながら高い電気抵抗を得るため、コバルト含有量
が24％のいわゆるVacoflux24S2や、コバルト含
有量が50％のFeCo50／50のような鉄−コバルト
合金が多く使用されている。FeCo50／50は望ま
しいものである。

第９図には、多数の材料に関する磁化曲線が描
かれている。磁性を有する多数の材料に課される
要件とは対照的に、重要なのは曲線の勾配ではな
く、達成することができる飽和誘導値の高さであ
る。このため、純鉄（曲線１）の方が、３％のシ
リコン鋼から成る、多く使用されているいわゆる
変圧器積層体（曲線２）より望ましい。この高い
飽和誘導値の結果、一定の磁束に対して馬蹄形鉄
磁石エレメントを小さくすることができる。

材料の電気抵抗が高いことも重要である。電気
抵抗が高いと、やつかいな渦電流を生じることな
く、さらに厚い層を使用することができるからで
ある。その結果、鉄磁石エレメントを作る層の数
を少なくすることができる。これは、製造技術の
見地から有利なことである。この見地から望まし
い材料は、例えば、高い飽和誘導と高い電気抵抗
を共に備えたFeCo50／50（曲線３）である。

この発明が上記で説明し図面に示した形の実施
例に限定されるものでなく、この発明の範囲から
出ることなく修正することができることは言うま
でもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、上記のオランダ特許から知られる真
空スイツチを示す。第２図は、第１図のスイツチ
内の磁束コンポネントの経路を示す。第３図は、
この発明のスイツチ内の磁束コンポネントの経路
を示す。第４図は、この発明の真空スイツチの例
となる実施例を示す。第５図は、水平層から成る
馬蹄形鉄磁石エレメントとして可能性がある実施
例の形と構造を示す。第６図は、垂直で、巻いた
層から成る馬蹄形鉄磁石エレメントとして可能性
がある実施例の形と構造を示す。第７図は、垂直
で同心となつた層から成る馬蹄形鉄磁石エレメン
トとして可能性がある実施例の形と構造を示す。
第８図は、現在の技術にしたがつた真空スイツチ
と、この発明にしたがつて真空スイツチの場合
の、電流の関数としての最大アーク電圧を示す。
第９図は、さらに説明するための多数の磁化曲線
を示す。 １，２……接点、３，４……接点棒、５，６…
…馬蹄形鉄磁石エレメント、７……磁場、８……
接触面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ それぞれが導電性材料製の固定または可動接
   点棒の端の上に取り付けられていて、相互に近づ
   いたり離れたりすることができる導電性材料製の
   ２個の接点を備えており、各接点棒の周囲には層
   になつた馬蹄形鉄磁石エレメントが付いていて位
   置によつて磁気抵抗が高い部分と磁気抵抗が低い
   部分で構成された磁気回路が接点棒の周囲に作ら
   れており、馬蹄形鉄磁石エレメントのＵ字型の内
   部空洞の円形基板は関連接点棒と隣接しており、
   馬蹄形鉄磁石エレメントは相互に180度ずれてい
   るため、スイツチを電流が通るとき、磁気抵抗が
   高い部分に近づく程度に応じて馬蹄形鉄磁石エレ
   メント内に生じる内部磁界は、主として、２個の
   馬蹄形鉄磁石エレメント間の軸方向に向き、馬蹄
   形鉄磁石エレメントは、内部磁場に対するその磁
   気抵抗が、Ｕ字型基板部分から磁気抵抗が高い部
   分に動くにつれ増大するように設計されているこ
   とを特徴とする軸方向磁場を作るための馬蹄形鉄
   磁石エレメント付き真空スイツチ。 ２ 内部磁界が、接触表面からの距離に対してＵ
   字型基板部分からの距離が増大するにつれて増大
   する磁気抵抗と遭遇することを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項記載の真空スイツチ。 ３ 馬蹄形鉄磁石エレメントには、接点棒に対し
   て垂直で接触表面の側に置かれた平坦な境界面
   と、Ｌ字型基板部分から磁気抵抗が高い部分に向
   かつて動くと平坦な境界面に近づく境界面がある
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の真空スイツチ。 ４ 層になつた馬蹄形鉄磁石エレメントが、平坦
   な境界面と平行に置かれた積重なつた鉄磁性小板
   から作られており、Ｕ字型内部空洞部を包含する
   両脚が、接触表面からの距離が増大するにつれて
   増大する角を含んでいることを特徴とする、特許
   請求の範囲第３項記載の真空スイツチ。 ５ 馬蹄形鉄磁石エレメントが、接点棒の周囲に
   取付られて共軸の円筒形部分を成している鉄磁性
   小板でできており、平坦境界面から測定したその
   軸方向寸法がＵ字型内部空洞の円形基板から開放
   された端に進むにつれて減少することを特徴とす
   る、特許請求の範囲第３項記載の真空スイツチ。 ６ 共軸円筒形部分を構成する鉄磁性小板が同心
   であることを特徴とする、特許請求の範囲第５項
   記載の真空スイツチ。 ７ 共軸円筒形部分を構成する鉄磁性小板がスパ
   イラル状であることを特徴とする、特許請求の範
   囲第５項記載の真空スイツチ。 ８ 鉄磁性材料が高い飽和誘導値を有し、例えば
   純鉄から成る馬蹄形鉄磁石エレメントを有するこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第７
   項のいずれか１項に記載された真空スイツチ。 ９ 鉄磁性材料が同時に高い電気抵抗を有し、例
   えば、FeCo50／50から成る馬蹄形鉄磁石エレメ
   ントを有することを特徴とする、特許請求の範囲
   第８項記載の真空スイツチ。