JPH05334945A - 開閉装置の電極構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極間に十分に高い縦磁界を発生させてアー
クを分散化し、もって遮断能力を高める。 【構成】 電極軸１９に２個のコイル電極５１，５２を
装着し、そのコイル電極に相手側電極と対向する面に接
触子５４を設ける。コイル電極５１は、ボス部５１ｂ
と、このボス部５１ｂから径方向に延びる連結部５１ｃ
と、この連結部５１ｃの端部に周方向に延びるように連
続形成された円弧状のコイル部５１ｄとを一体に有する
形態で、２個のコイル電極のうち相手電極から遠い側の
コイル電極のボス部は電極軸１９に直接に装着されると
共に相手電極に近い側のコイル電極のボス部は電極軸１
９に高抵抗部材５３を介して固着されている。また、両
コイル電極の各コイル部の先端５１ｅ，５２ｅは互いに
電気的に低抵抗導通状態で接合されると共に接触子５４
は相手電極に近い側のコイル電極のボス部５１ｂに固着
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定電極軸と可動電極
軸とを同軸上で接離させて回路を開閉する開閉装置の電
極構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば真空開閉器の真空バルブ内には、
固定電極とこれに対して同軸上で移動する可動電極とか
らなる開閉装置が設けられ、操作機構からの駆動力を受
けて可動電極が固定電極に接離することによって回路が
開閉される。この開閉装置では、例えば１０ＫＡ以上と
いう大きな電流を遮断するような場合には、アークが電
極面に一様に広がらず、特に電極の鋭角部分に集中して
発生することがある。このようになると、電極面の一部
が集中的に加熱・溶融されることになるため、多量の金
属蒸気が発生して再発弧の原因となり遮断不能状態に陥
ることがある。

【０００３】そこで、この種の開閉装置では、遮断性能
を高めるためにアークの局部的集中を防止できる電極構
造が種々工夫されている。その一例として、いわゆる縦
磁界印加方式がある。これは、電極面に垂直な方向の磁
界を印加することによりアークを分散・安定化するもの
で、例えば図９に示される構造を備える。

【０００４】即ち、この電極構造は、基本的には電極軸
１の先端にコイル電極２を装着し、そのコイル電極２に
重ねて接触子３を固着した構成である。上記コイル電極
２は、電極軸１の先端に直接に固着されるボス部２ａ
と、このボス部２ａから径方向に延びる連結部２ｂと、
この連結部２ｂの端部に周方向に延びるように連続形成
されたコイル部２ｃとから構成される。また、前記接触
子３には径方向に複数本のスリット３ａが形成され、こ
れがコイル電極２の全体を覆う形態で固着されている。
この構造によれば、アーク電流は同図中矢印で示すよう
に流れ、実質的に電極軸１を１回りするようなループ電
流となるため、電極面に垂直な方向の磁界が発生するの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種の電極構造で
は、アークの十分な分散を図って遮断性能を高めるに
は、十分な強度の磁界を得ることが必要である。

【０００６】磁界強度を高めるにはループ電流のターン
数を増やすことが考えられる。そこで、上述のコイル電
極２のコイル部２ｃを広い角度範囲にわたるように長く
して例えば図１０に示すようにコイル部２ｃを二段にす
る構成も想起される。しかし、これではコイル部２ｃが
長くなる分、コイル電極２の全体の強度が低下し、特に
回路遮断時に両電極間に作用する電磁吸引力に耐えられ
なくなるという問題が生ずる。また、図９に示したコイ
ル電極２を２段重ねにする構成も想起されるが、このよ
うにしてもアーク電流のほとんどは相手電極に近いコイ
ル電極２にしか流れないため、ターン数が増大したこと
にはならない。

【０００７】そこで、本発明の目的は、実質ターン数を
増大させて十分な強度の縦磁界を発生させることがで
き、もって遮断能力が高い開閉装置の電極構造を提供す
るにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る開閉装置の
電極構造は、電極軸に２個のコイル電極を装着し、その
コイル電極に相手側電極と対向する面に接触子を設けた
構造である。そして、上記コイル電極は、ボス部と、こ
のボス部から径方向に延びる連結部と、この連結部の端
部に周方向に延びるように連続形成された円弧状のコイ
ル部とを一体に有する形態で、２個のコイル電極のうち
相手電極から遠い側のコイル電極のボス部は電極軸に直
接に装着されると共に相手電極に近い側のコイル電極の
ボス部は電極軸に高抵抗部材を介して固着されている。
また、両コイル電極の各コイル部の先端は互いに電気的
に低抵抗導通状態で接合されると共に接触子は相手電極
に近い側のコイル電極のボス部に固着された構成であ
る。

【０００９】

【作用】例えば電極軸側からコイル電極を経て接触子側
に電流が流れる状態を考えると、電極軸には相手電極か
ら遠い側のコイル電極のボス部が直接に装着されている
から、電流は電極軸からそのボス部を通ってコイル電極
に流れ込み、更に、連結部を経て円弧状をなすコイル部
を周方向に流れる。

【００１０】そして、両コイル電極の各コイル部の先端
は互いに電気的導通状態で接合されると共に接触子が相
手電極に近い側のコイル電極のボス部に固着されている
から、相手電極から遠い側のコイル電極のコイル部を流
れた電流は、各コイル部の先端の接合部を介して相手電
極に近い側のコイル電極のコイル部に流れ込み、連結部
を通ってボス部に至り、ここから接触子に流れ込む。従
って、２つのコイル電極の各コイル部には同一方向に電
流が流れることになり、ターン数が実質的に２倍になっ
て起磁力も２倍になる。

【００１１】また、相手電極に近い側のコイル電極のボ
ス部は電極軸に固着され、且つ各コイル部の互いに接合
されているから、全体の剛性が高く、遮断時における大
きな電磁力に十分に耐えることができる。しかも、その
コイル電極のボス部が機械強度を確保するために電極軸
に固着されているとしても、それは高抵抗部材を介して
電極軸に固着されているから、電極軸から相手電極に近
い側のコイル電極への電流のバイパス現象はほとんど発
生せず、アーク電流のほとんどが２つのコイル電極の各
コイル部に流れるようになり、ターン数の実質増加に効
果的に寄与する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を真空開閉器に適用した一実施
例について具体的に説明する。

【００１３】全体の概略的構成は図７に示す通りで、角
形の接地ケース１１の左右両側壁部にそれぞれブッシン
グ１２、１３が取り付けられ、吊り板１１ａによって所
要箇所に吊り下げ固定される。各ブッシング１２、１３
の先端には端子１２ａ，１３ａが設けられ、ここに図示
しない電線路が接続される。

【００１４】２個のブッシングのうち同図の左側に示し
たブッシング１２内には、上記端子１２ａに連なる導体
棒（図示せず）が貫通しており、これの接地ケース１１
内側の端部に固定接触子１４が設けられている。また、
接地ケース１１の後壁部には図示しない断路部開閉機構
の駆動軸１５が支持され、この駆動軸１５の回動に伴い
駆動される可動接触子１６が前記固定接触子１４と共に
断路部１７を構成する。

【００１５】一方、同図の右側に示したブッシング１３
内には、後に詳述するように真空バルブ１８が内蔵さ
れ、その真空バルブ１８の可動電極軸１９がブッシング
蓋２０を貫通して外部に導出されている。この可動電極
軸１９は図示しない真空バルブ開閉機構の駆動軸２１の
回動に伴って同図矢印Ａ方向に駆動され、もって真空バ
ルブ１８内で回路が開閉される。

【００１６】ブッシング１３内の構造は図８に詳細に示
してある。ブッシング１３は周知の通り磁器製であっ
て、接地ケース１１内に位置する基部には径大な中空の
バルブ収納部２２が形成され、接地ケース１１から導出
された軸部には貫通孔２３が形成されている。

【００１７】ブッシング１３のバルブ収納部２２に内蔵
された真空バルブ１８は、磁器製の本体筒３０の左右両
側にステンレス鋼製の端板３１、３２を取り付けて気密
に構成され、左側の端板３１には例えば弗素樹脂製の軸
受３３を設けてここに前記可動電極軸１９が軸方向移動
可能に支持され、右側の端板３２には固定電極軸３４が
貫通状態に固着されている。なお、両電極軸１９、３４
の先端の電極構造については後述するが、その周囲には
ステンレス鋼製のシールド筒３５が設けられ、また前記
端板３１には軸受３３部分の気密性を確保するためにス
テンレス鋼製のベローズ３６が設けられている。

【００１８】一方、端板３２に固定された固定電極軸３
４にはバネガイド筒３７が嵌合され、これとバルブ収納
部２２の内部に設けたバネケース３８との間に圧縮バネ
３９が装着されている。これは、回路投入時に可動電極
軸１９が固定電極軸３４の先端に衝突する際の衝撃を和
らげてブッシング１３の損傷を防止する機能を有する。
なお、上記バネケース３８の周囲とバルブ収納部２２の
内周面との間には半導電性のゴムリング４０が嵌合さ
れ、回路投入時の緩衝と電界集中の緩和を図っている。
また、上記固定電極軸３４の他端部は、ブッシング１３
の軸部先端に設けた蓋４２を貫通する端子１３ａにター
ンバックル４３を介して連結されている。

【００１９】次に、上述した可動電極軸１９及び固定電
極軸３４の各電極構造を詳述する。なお、両電極軸１
９、３４の電極構造は同一であるから、図１ないし図６
を参照して可動電極軸１９についてのみ説明する。

【００２０】可動電極軸１９は銅の丸棒製であり、その
先端部に第１及び第２の各コイル電極５１、５２が軸方
向に２段に並んで固着されている。このうち相手側電極
に近い方の第１のコイル電極５１は、図２に示すよう
に、中央に嵌合孔５１ａを有する円形板状のボス部５１
ｂと、このボス部５１ｂから径方向に延びる３本の連結
部５１ｃと、これらの連結部５１ｃの延長端部に周方向
に延びるように連続形成された３本の円弧状をなすコイ
ル部５１ｄとから構成され、且つ各コイル部５１ｄの先
端部には下向きに僅かに突出する接合突部５１ｅが設け
られている。また、上記連結部５１ｃは１２０度の角度
間隔を隔てて設けられると共に、コイル部５１ｄは隣接
する連結部５１ｃの近くまで延ばされており、結局、３
本のコイル部５１ｄが共同してボス部５１ｂの回りを１
回りするようになっている。

【００２１】また、相手側電極から遠い方の第２のコイ
ル電極５２も、図２に示された形状であるが、これは上
記第１のコイル電極５１と同一部品であって、これを表
裏反転させて使用したものである。従って、図面では第
１のコイル電極５１と同一部分にはそれと同一の添字を
符号「５２」に付して示してある。

【００２２】さて、上記両コイル電極５１、５２のうち
相手側電極に遠い方の第２のコイル電極５２は、図５及
び図６に示すように電極軸１９の先端面に直接にロウ付
けによって固着され、相手側電極に近い側の第１のコイ
ル電極５１はスペーサ５３を介して電極軸１９に固着さ
れている。即ち、第２のコイル電極５２のボス部５２ｂ
の嵌合孔５２ａを電極軸１９の先端面に突設した嵌合突
部１９ａに嵌合し、その状態で第２のコイル電極５２と
電極軸１９との接触面がロウ付けされている。従って、
電極軸１９と第２のコイル電極５２との間は電気的に低
抵抗の接合状態にある。

【００２３】一方、第１のコイル電極５１を電極軸１９
に接合するためのスペーサ５３は、銅に比較して高抵抗
であるステンレス鋼製であって、図２に示すように円筒
状の本体部５３ａとその本体部５３ａに一体に設けた鍔
部５３ｂとからなる。そして、本体部５３ａの下端部が
電極軸１９にロウ付けされると共に、第１のコイル電極
５１のボス部５１ｂの下面がそのスペーサ５３の鍔部５
３ｂにロウ付けされており、もって第１のコイル電極５
１が電極軸１９に対し電気的に高抵抗の接合状態にあ
る。また、コイル電極５１、５２のコイル部５１ｄ、５
２ｄの先端に位置している各接合突部５１ｅ、５２ｅは
互いに対向する位置関係になっており、両者はやはりロ
ウ付けされて電気的に低抵抗で接続された状態にある。

【００２４】また、相手側電極に近い側の第１のコイル
電極５１のボス部５１ｂには、図５及び図６に示すよう
に接触子５４が固着されている。これは例えば銅或いは
銅合金製の円盤形をなし、下面中央に嵌合突部５４ａを
備え、この嵌合突部５４ａを第１のコイル電極５１の嵌
合孔５１ａに嵌め込んだ状態で同コイル電極５１にロウ
付けされている。

【００２５】上記構成において、真空開閉器が回路閉成
状態にあるときには、可動及び固定の両電極軸１９、３
４の各接触子５４は互いに接触状態にあり、これを通じ
て電流が流れている。この状態で回路を遮断する場合に
は、真空バルブ開閉機構の操作部を遮断側に操作する。
これにより、真空バルブ１８の可動電極軸１９が固定電
極軸３４から離れる方向に移動し、各電極軸１９、３４
の接触子５４が互いに離れる。ここで、各接触子５４間
に一時的にアークが発生するが、そのアーク電流は次の
ような経路を通って流れる。

【００２６】即ち、例えばアーク電流の向きが可動電極
軸１９について、接触子５４から電極軸１９側に向かう
ものと仮定すると、まず、接触子５４から第１のコイル
電極５１のボス部５１ｂに流れ、ここから連結部５１ｃ
を介してコイル部５１ｄに流れ込む。そして、各コイル
部５１ｄを図１の矢印に示すように先端側に向かって流
れ、第１のコイル電極５１の接合突部５１ｅから第２の
コイル電極５２の接合突部５２ｅを通じてそのコイル部
５２ｄに流れる。更に、この電流はコイル部５１ｄをや
はり図１の矢印に示すように流れ、連結部５２ｃを通っ
てボス部５２ｂから可動電極軸１９に流れる。従って、
アーク電流は、第１及び第２の各コイル電極５１、５２
の各コイル部５１ｄ，５２ｄを同一方向に流れ、電極軸
１９を取り囲むループ電流となる。この実施例の構成で
は、相手側電極に近い第１のコイル電極５１が高抵抗部
材であるステンレス鋼製のスペーサ５３を介して電極軸
１９に固着されていることから、接触子５４から第１の
コイル電極５１に流れ込んだアーク電流はスペーサ５３
を通って電極軸１９にバイパスすることなく、ほとんど
が第２のコイル電極５２のコイル部５２ｄを流れる。従
って、本実施例では、アーク電流が電極軸１９の回りに
２ターン分のループ電流となって流れることになり、従
来の１ターン分のループ電流に比べて約２倍の起磁力が
得られる。

【００２７】この結果、本実施例では電極軸１９の軸方
向に添って強い縦磁界が発生し、両接触子５４間に発生
したアークはその磁界によって分散され、従来生じ勝ち
であったアークの膠着及びこれに起因する接触子５４の
局部加熱・溶融が防止され、遮断能力が飛躍的に向上す
るのである。

【００２８】また、このように十分に大きな起磁力を確
保できながら、第１のコイル電極５１は上述のようにス
ペーサ５３を介して電極軸１９に固着されると共に、第
２のコイル電極５２は直接に電極軸１９に固着され、且
つ、両コイル電極５１、５２の接合突部５１ｅ，５２ｅ
が互いに接合されているから、各コイル部５１ｄ，５２
ｄの剛性は十分に高くなる。このため、アーク発生時に
は各コイル部５１ｄ，５２ｄに極めて大きな電磁力が作
用するという事情があっても、コイル電極５１，５２が
変形・破損することもなく、信頼性が高くなる。

【００２９】なお、上記実施例では、真空開閉器におけ
る開閉装置に適用した例を示したが、本発明はこれに限
られず例えば真空接触器等の他の開閉装置に適用しても
よく、要は、固定電極に対して可動電極を同軸上で接離
させて回路を開閉する構成に広く適用することができる
ものである。また、コイル電極は可動電極及び固定電極
のうちの少なくとも一方に設けるのみであっても良い
等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実
施することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の開閉装置の
電極構造によれば、コイル電極による起磁力を２倍にで
きるから電極間に発生するアークの効果的な分散化を図
って遮断能力を高くでき、しかもコイル電極全体の剛性
を高くすることができるから、遮断時の強い電磁力に十
分に耐えることができるようになって構造的な信頼性も
高くなるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電極全体の斜視図

【図２】同分解斜視図

【図３】相手側電極に近いコイル電極の平面図

【図４】相手側電極から遠いコイル電極の平面図

【図５】図３及び図４に示したＡーＡ線で断面にした電
極の縦断面図

【図６】図３及び図４に示したＢーＢ線で断面にした電
極の縦断面図

【図７】真空開閉器全体の一部破断側面図

【図８】ブッシング部分の断面図

【図９】従来のコイル電極を示す斜視図

【図１０】参考例を示す斜視図

【符号の説明】

１９…可動電極軸 ３４…固定電極軸 ５１…コイル電極 ５１ａ…嵌合孔 ５１ｂ…ボス部 ５１ｃ…連結部 ５１ｄ…コイル部 ５１ｅ…接合突部 ５２…コイル電極 ５３…スペーサ（高抵抗部材） ５４…接触子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定電極に対して可動電極を同軸上で接
   離させて回路を開閉する開閉装置において、ボス部と、
   このボス部から径方向に延びる連結部と、この連結部の
   端部に周方向に延びるように連続形成された円弧状のコ
   イル部とを一体に有するコイル電極を前記各電極の少な
   くとも一方の電極軸の先端部に装着すると共に、このコ
   イル電極の相手側電極と対向する面に接触子を設けた電
   極構造であって、前記電極軸には２個のコイル電極が装
   着され、これらのうち相手電極から遠い側のコイル電極
   のボス部は前記電極軸に直接に装着されると共に相手電
   極に近い側のコイル電極のボス部は前記電極軸に高抵抗
   部材を介して固着され、且つ両コイル電極の各コイル部
   の先端は互いに電気的に低抵抗導通状態で接合されると
   共に前記接触子は相手電極に近い側のコイル電極のボス
   部に固着されていることを特徴とする開閉装置の電極構
   造。