JPH09115398A

JPH09115398A - 真空バルブ

Info

Publication number: JPH09115398A
Application number: JP27264095A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sato; 純一佐藤; Yoshimi Uchiyama; 工美内山; Yoshimasa Kagenaga; 宜賢影長; Kenji Watanabe; 憲治渡辺; Eiji Kaneko; 英治金子; Hiromichi Somei; 宏通染井; Mitsutaka Honma; 三孝本間
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1997-05-02
Anticipated expiration: 2015-10-20
Also published as: JP3231595B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電極中心部へのアークの集中を防いで、遮断性
能の更なる向上を図る。【解決手段】固定側通電軸１Ａの先端の内部に永久磁石
５ＡをＮ極側を下向きにして収納する。同じく可動通電
軸１Ｂの先端にも、永久磁石５ＢのＮ極側を上向きにし
て収納する。上下の永久磁石５Ａ，５Ｂによる磁石は、
対向側が同極のために、電極間において横磁界となり、
電極の中央部で発生したアークに対して、外周方向の駆
動力となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空バルブに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から真空バルブの遮断性能を向上さ
せるために、電極間に発生した真空アークと平行に磁界
を印加して、アークを消弧する方法が採用されている。

【０００３】このような真空バルブとしては、縦磁界形
真空バルブがあり、その電極構造には、いくつかの種類
のものが実施され提案されているが、ここでは、特公昭
54−12622号公報で開示された電極の縦断面図となる図
７に示した縦磁界電極の構造のものを基に説明する。

【０００４】なお、図７は、可動側の電極を示すが、固
定側の電極も同一構造である。

【０００５】図７において、銅棒で製作された可動側通
電軸11の先端には、円形の座ぐり部11ａが形成され、こ
の座ぐり部11ａには、縦断面が略Ｔ字状で、図示しない
平面図では環状のステンレス鋼製の補強部材14の下部に
突設された軸部14ａが嵌合し、ろう付されている。

【０００６】この軸部14ａの外周には、銅材で製作され
以下説明するコイル電極15の中心部に突設された環状の
軸部15ａが挿入され、この軸部14ａと可動側通電軸11に
ろう付されている。

【０００７】このコイル電極15は、軸部15ａの外周から
３本の腕部15ｂが、図７の横断面図を示す図８に示すよ
うに放射状に 120゜間隔に、且つ、軸方向と直交方向に
突設され、これらの腕部15ｂの先端には、図８で示す平
面図では弧状のコイル部15ｃの基端がろう付されてい
る。これらのコイル部15ｃの先端には、貫通穴15ｄが図
７に示すように軸方向に形成されている。

【０００８】これらの貫通穴15ｄには、図７においては
略Ｔ字状で、図８に示す平面図では円形の銅材製の接続
子７ｂの軸部が挿入され、コイル部15ｃの先端にろう付
されている。

【０００９】補強部材14の上端面には、銅板から円板状
に形成され中心部から外周方向に放射状に溝が形成され
た電極板13が載置されている。この電極板13は、補強部
材14と接続子７ｂの表面にろう付されている。

【００１０】電極板13の上面には、接点16がろう付で接
合されている。この接点16は、銅クロム合金から円板状
に形成され、電極板13と同様に中心部から外周方向に放
射状に溝が形成され、外周の表面側が弧状に面取りされ
ている。

【００１１】このように構成された真空バルブの電極に
おいて、例えば、可動側通電軸11から接点16に流れる電
流の大部分は、コイル電極15の軸部15ａから複数本の腕
部15ｂに分流し、この腕部15ｂの先端のコイル部15ｃに
流れる。なお、一部の電流は、固有抵抗の高い補強部材
14を経て、電極板13に流入する。

【００１２】このうち、コイル部15ｃに流入した電流
は、各コイル部15ｃの先端の接続子７ｂから電極板13の
外周の裏面を経て電極板13の内部に流入し、この電極板
13の表面から接点16に流出する。

【００１３】この接点16に流出した電流は、この接点16
からこの接点16の表面と接触した図示しない固定側電極
の接点に流入し、以下、この固定側電極の電極板と接続
子及びコイル電極を経て、固定側通電軸に流出する。

【００１４】このように構成された可動側電極と固定側
電極が組み込まれた真空バルブにおいては、可動側電極
が固定側電極から開離して、両電極間にアークが発生す
ると、このアーク電流によって、各コイル電極15の各コ
イル部15ｃに流れる電流に伴い、両電極間には軸方向の
磁界、いわゆる縦磁界が発生する。

【００１５】この縦磁界の磁束密度は、電極の軸心にお
いて最大で、電極の外周に向かうほど少なくなり、ほぼ
正弦波の曲線となる。このような縦磁界を発生させる電
極間に発生したアークは、縦磁界を発生させない電極と
比べて、両電極の表面に局部的に集中せず、全体に且つ
均一に広がる。したがって、局部的集中による接点表面
の溶融を防ぎ、この溶融で生じた金属蒸気圧の上昇を防
ぎ、アークの増加を抑えることができ、遮断性能を上げ
ることができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された真空バルブにおいても、遮断電流が更に増え
ると、磁束密度の高い接点の中央部分で発生するアーク
が増え、遮断性能の更なる向上を図るうえで障害とな
る。

【００１７】このアークが接点の中央部に集中する原因
は、アークに作用する自己電流によるピンチ力による効
果と、強い磁界の領域にアークが集中する特性のためと
考えられており、前者のピンチ力による効果よりも、後
者の強い磁界に集中する効果の方が大きいことが、実験
でも確認されている。

【００１８】そのため、電極間の磁束密度を更に高くし
て遮断性能を上げる方法も考えられるが、発明者らの実
験結果では、遮断電流が増えると、やはり中央部分にア
ークが集中する。

【００１９】すると、アークが集中した電極中心部の電
流の密度が増え、この熱入力により接点の表面が局部的
に溶融する。この溶融量が臨界値を超えると、この部分
から発生して電極間に浮遊する金属蒸気によって、電流
遮断後の絶縁回復が遅れて、アークが遮断できなくなる
おそれがある。

【００２０】この結果、アークが更に増えると、陰極側
においては単に陰極点が増えるに止まるが、陽極側で
は、ピンチ効果で合流したアークの陽極が形成される。
そこで、本発明の目的は、電極中央部へのアークの集中
を防ぎ、遮断性能の更なる向上を図ることのできる真空
バルブを得ることである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明の
真空バルブは、絶縁円筒容器の片側の軸心に貫設された
固定側通電軸の先端と絶縁円筒容器の他側の軸心に貫設
された可動側通電軸の先端に電極が設けられ、これらの
電極の先端に接点がろう付された真空バルブにおいて、
固定側通電軸の先端と可動側通電軸の先端に対して、永
久磁石を極性を逆向きに軸方向に収納したことを特徴と
する。

【００２２】なお、電極をコイル電極とし、接点側から
みて左巻きのコイル電極の永久磁石の対向側をＳ極と
し、右巻きのコイル電極をＮ極としてもよく、電極をカ
ップ電極とし、接点を上にして横からみてスリットの向
きが右上がりの電極の永久磁石の対向側をＳ極とし、右
下がりの電極をＮ極としてもよい。

【００２３】また、請求項４に記載の発明の真空バルブ
は、絶縁円筒容器の片側の軸心に貫設された固定側通電
軸の先端と絶縁円筒容器の他側の軸心に貫設された可動
側通電軸の先端にコイル電極が設けられ、これらのコイ
ル電極の先端に接点がろう付された真空バルブにおい
て、コイル電極を内側コイルと外側コイルで構成し、固
定側の内側コイルと可動側の内側コイルの巻き方向を逆
向きとしたことを特徴とする。

【００２４】また、請求項５に記載の発明の真空バルブ
は、接点材料は、中心部のアーク電圧が大で外周部のア
ーク電圧を小としたことを特徴とする。

【００２５】さらに、請求項６に記載の発明の真空バル
ブは、接点の中心に貫通穴を形成したことを特徴とす
る。

【００２６】このような手段によって、請求項１乃至請
求項３に記載の発明においては、極性が逆向きの永久磁
石により、電極間の中央部においては軸方向と直交方向
の横磁界を発生させ、この横磁界によって、電極面の中
央部のアークを、外周方向へ駆動する。

【００２７】また、請求項４に記載の発明においては、
内側コイルを流れるアーク電流によって、電極間の中央
部においては、軸方向と直交方向の横磁界が発生し、こ
の横磁界によって、電極面の中央部のアークは、外周方
向へ駆動される。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の真空バルブの一実
施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の真
空バルブの第１の実施形態を示す部分縦断面図で、従来
の技術で示した図７に対応する図である。

【００２９】図１において、従来の技術で示した図１と
大きく異るところは、固定側通電軸１Ａ及び可動側通電
軸１Ｂの電極側の端部に対して、永久磁石を埋設したこ
とで、他は、図７とほぼ同一である。

【００３０】すなわち、図示しない真空絶縁容器の固定
側端板に上端が気密に貫設された固定側通電軸１Ａの下
端には、固定側端板がろう付された後に、永久磁石５Ａ
が管状の内部にＮ極側を下側にして挿入され、固定され
ている。

【００３１】固定側通電軸１Ａの下端の外周には、コイ
ル電極２Ａの軸部２ａ１が挿入されろう付されている。
固定側通電軸１Ａの下端面には、ステンレス鋼製で円板
状の補強板６Ａの中心部が同一軸心上に位置決めされろ
う付されている。

【００３２】コイル電極２Ａには、図１の部分前面図を
示す図２に示すように、軸部２ａ１の外周から腕部が 1
20°間隔に且つ放射状に形成されている。これらの腕部
の先端は、弧状のコイル部２ｂ１の片側に連続してい
る。コイル部２ｂ１の先端には、図２に示す接続子７Ａ
が挿入されろう付されている。

【００３３】各コイル部２ｂ１の更に先端面には、銅板
製の電極板３Ａがろう付され、この電極板３Ａの背面に
は、接続子７Ａの先端面が当接しろう付されている。電
極板３Ａの更に先端面には、接点４Ａがろう付されてい
る。この接点４Ａの中心には、貫通穴４ａ１が形成され
ている。この貫通穴４ａ１の外面側は、弧状に面取りさ
れている。

【００３４】同じく、図示しない真空絶縁容器の可動側
端板を中間部がベロースを介して気密に貫設された可動
側通電軸１Ｂの上端には、固定側端板がろう付された後
に、永久磁石５Ａが管状の内部にＮ極側を上側にして挿
入され、固定されている。

【００３５】可動側通電軸１Ｂの上端の外周には、コイ
ル電極２Ａと同形状で対称形に製作されたコイル電極２
Ｂの軸部２ａ２が挿入されろう付されている。可動側通
電軸１Ｂの上端面には、ステンレス鋼製で円板状の補強
板６Ｂが同一軸心上に位置決めされろう付されている。

【００３６】コイル電極２Ｂには、図１のコイル電極２
Ａの前面図を示す図２と同様に、軸部２ａ２の外周から
腕部が 120°間隔に且つ放射状に形成されている。これ
らの腕部の先端は、弧状のコイル部２ｂ２の片側に連続
している。コイル部２ｂ２の先端には、図２に示す接続
子７Ａが挿入されろう付されている。

【００３７】各コイル部２ｂ２の更に先端面には、銅板
製の電極板３Ｂがろう付され、この電極板３Ｂの背面に
は、接続子７Ａの先端面が当接しろう付されている。電
極板３Ｂの更に先端面には、接点４Ｂがろう付されてい
る。この接点４Ｂの中心にも、貫通穴４ａ２が形成され
ている。

【００３８】このように構成された真空バルブの電極に
おいて、例えば、可動側通電軸１Ｂから接点４Ｂに流れ
る電流の大部分は、コイル電極２Ｂの軸部２ａ２から複
数本の腕部を経て、この腕部の先端のコイル部２ｂ２に
流れる。なお、一部の電流は、固有抵抗の高い補強板６
Ｂを経て、電極板３Ｂに流入する。

【００３９】このうち、コイル部に流入した電流は、各
コイル部の先端の接続子７Ｂから電極板３Ｂの外周の裏
面を経て電極板３Ｂに流入し、この電極板３Ｂの表面か
ら接点４Ｂに流出する。

【００４０】この接点４Ｂに流出した電流は、この接点
４Ｂからこの接点４Ｂの表面と接触した固定側電極の接
点４Ａに流入し、以下、この固定側電極の電極板３Ａと
接続子７Ａ及びコイル電極２Ａを経て、固定側通電軸１
Ａに流出する。

【００４１】また、通電中の電極が開極した場合には、
接点間の中央部で発生したアークは、永久磁石５Ａ，５
Ｂによる図１及び図３の矢印Ａで示す方向の磁束によっ
て、外周方向に駆動される。

【００４２】ここで、矢印Ａで示す永久磁石の合成磁界
は、例えば、可動側電極から固定側電極に電流が流れた
場合には、矢印Ｂに示す方向の縦磁束によって、陽極側
となる接点４Ｂの方向に移動する。同じく、電流が反転
した場合にも、接点の極性の反転と縦磁束の反転によっ
て、陽極側となる接点４Ａの方向に移動する。また、接
点４Ａ，４Ｂの中心部には、貫通穴４ａ１，４ａ２が形
成されているので、中心部における放電を防ぐことがで
きる。

【００４３】この外周方向に駆動されたアークは、コイ
ル電極２Ａ，２Ｂのコイル部２ｂ１，２ｂ２によって発
生した軸方向の磁束によって消弧される。したがって、
電極の中央部に対するアークの集中を防ぐだけでなく、
陽極側に集中したアークを駆動することができるので、
消弧性能を上げることができ、遮断容量を更に上げるこ
とができる。

【００４４】なお、上記例において、接点４Ａ，４Ｂ
は、中心部における銅とクロムの含有量の比を、例え
ば、75：25とし、外周部の比を50：50とすることで、中
心部におけるアーク電圧を上げ、外周部におけるアーク
電圧を下げて、アークの消弧性能を更に上げてもよい。
また、永久磁石５Ａ，５Ｂの対向側の極性をＮ極とした
が、コイル電極２Ａ，２Ｂのコイル部の巻方向が図２の
逆の左向きの場合には、Ｓ極とすればよい。

【００４５】次に、図４は、本発明の真空バルブの第２
の実施形態を示す部分横断面図で、図２に対応し、請求
項４に対応する図である。また、図５は、図１の可動側
電極の横断面から上側を見た（すなわち、可動側通電軸
側から見た）可動側のコイル電極を示す図である。

【００４６】図４及び図５において、図１及び図２で示
したコイル電極２Ａ，２Ｂと異るところは、コイル部が
二重となっていることである。すなわち、固定側のコイ
ル電極を示す図４においては、軸部12ａ１の外周から放
射状に形成された腕部の先端から、小形の内側コイル部
12ｃ１が反時計方向に形成されている。

【００４７】これらの内側コイル部12ｃ１の先端には、
外側腕部が放射状に形成され、これらの外側腕部の先端
から、図８で示したコイル部15ｃと同一の外側コイル部
12ｂ１が反時計方向に形成されている。

【００４８】これに対して、可動側通電軸側からみた可
動側のコイル電極を示す図５においては、軸部12ａ２の
外周から放射状に形成された腕部の先端から、小形の内
側コイル部12ｃ２が固定側と逆向きの時計方向に形成さ
れている。

【００４９】これらの内側コイル部12ｃ２の先端には、
外側腕部が放射状に形成され、これらの外側腕部の先端
から、外側コイル部12ｂ２が固定側と同様に反時計方向
に形成されている。

【００５０】このようにコイル電極が形成された真空バ
ルブにおいては、固定側の内側コイル部12ｃ１と可動側
の内側コイル部12ｃ２に流れるアーク電流によって発生
する磁束の向きが互いに逆方向となる。したがって、図
１に示した永久磁石５Ａ，５Ｂを組み込んだ真空バルブ
と同様に、軸方向と直交方向となる接点中央部の磁束に
よって、中央部のアークは外周方向に駆動される。

【００５１】この場合には、図１で示した永久磁石５
Ａ，５Ｂで発生する磁束が、遮断電流の如何にかかわら
ず一定であるのに対し、遮断電流に比例した横磁界を発
生させることができるので、更に遮断容量を上げること
ができる。

【００５２】次に、図６は、本発明の真空バルブの第３
の実施形態を示す図で、請求項３に対応し、可動側電極
は、図１と同様に縦断面図を示す。図６において、図１
と異るところは、コイル電極２Ａ，２Ｂの代りに、断面
Ｕ字状のカップ電極８Ａ，８Ｂを採用したことである。

【００５３】すなわち、固定側通電軸１Ａの下端には、
外周に複数条のスリット８ａが斜めに形成されたカップ
電極８Ａがろう付され、同じく、可動側通電軸１Ｂの上
端にも、固定側のカップ電極１Ａと対称的に製作された
カップ電極８Ｂがろう付されている。

【００５４】このように構成された電極が組み込まれた
真空バルブにおいても、上下のカップ電極８Ａ，８Ｂの
外筒部を流れる電流で発生した縦磁界に対し、電極の中
央部では、永久磁石５Ａ，５Ｂで発生した互いに逆向き
の磁束で形成される横磁界によって、中心部に発生した
アークは、電極の外周方向に駆動されるので、接点の中
心部におけるアークの集中に起因する金属蒸気の増加に
伴う遮断特性の低下を防ぐことができる。なお、上記実
施例では、永久磁石５Ａ，５Ｂの対向側の極性をＮ極と
したが、カップ電極８Ａ，８Ｂのスリット８ａ，８ｂの
傾きが逆の場合には、Ｓ極とすればよい。

【００５５】

【発明の効果】以上、請求項１乃至請求項３に記載の発
明によれば、絶縁円筒容器の片側の軸心に貫設された固
定側通電軸の先端と絶縁円筒容器の他側の軸心に貫設さ
れた可動側通電軸の先端に電極が設けられ、これらの電
極の先端に接点がろう付された真空バルブにおいて、固
定側通電軸の先端と可動側通電軸の先端に、永久磁石を
極性を逆向きに軸方向に収納することで、極性が逆向き
の永久磁石により、電極間の中央部においては軸方向と
直交方向の横磁界を発生させて、電極面の中央部のアー
クを外周方向へ駆動したので、電極中央部へのアークの
集中を防ぎ、遮断性能の更なる向上を図ることのできる
真空バルブを得ることができる。

【００５６】また、請求項４に記載の発明によれば、絶
縁円筒容器の片側の軸心に貫設された固定側通電軸の先
端と絶縁円筒容器の他側の軸心に貫設された可動側通電
軸の先端にコイル電極が設けられ、これらのコイル電極
の先端に接点がろう付された真空バルブにおいて、コイ
ル電極を内側コイルと外側コイルで構成し、固定側の内
側コイルと可動側の内側コイルの巻き方向を逆向きとす
ることで、内側コイルを流れるアーク電流によって、電
極間の中央部において軸方向と直交方向の横磁界を発生
させて、電極面の中央部のアークを外周方向へ駆動した
ので、電極中央部へのアークの集中を防ぎ、遮断性能の
更なる向上を図ることのできる真空バルブを得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空バルブの第１の実施形態を示す部
分縦断面図。

【図２】図１の部分平面図。

【図３】本発明の真空バルブの第１の実施形態の作用を
示す説明図。

【図４】本発明の真空バルブの第２の実施形態を示す部
分平面図。

【図５】本発明の真空バルブの第２の実施形態を示す図
４と異る部分平面図。

【図６】本発明の真空バルブの第３の実施形態を示す部
分縦断面図。

【図７】従来の真空バルブの一例を示す部分縦断面図。

【図８】図７の部分平面図。

【符号の説明】

１Ａ…固定側通電軸、１Ｂ…可動側通電軸、２Ａ，２Ｂ
…コイル電極、３Ａ，３Ｂ…電極板、４Ａ，４Ｂ…接
点、４ａ１，４ａ２…貫通穴、５Ａ，４Ｂ…永久磁石、
６Ａ，６Ｂ…補強板、７Ａ，７Ｂ…接続子、８Ａ，８Ｂ
…カップ電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺憲治東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者金子英治東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者染井宏通東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者本間三孝東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁円筒容器の片側の軸心に貫設された
固定側通電軸の先端と前記絶縁円筒容器の他側の軸心に
貫設された可動側通電軸の先端に軸方向の磁界を発生す
る電極が設けられ、これらの電極の先端に接点がろう付
された真空バルブにおいて、前記固定側通電軸の先端と
前記可動側通電軸の先端に、永久磁石を極性を逆向きに
軸方向に収納したことを特徴とする真空バルブ。
【請求項２】前記電極をコイル電極とし、接点側から
みて左巻きの前記コイル電極の前記永久磁石の対向側を
Ｓ極とし、右巻きの前記コイル電極をＮ極としたことを
特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項３】前記電極をカップ電極とし、接点を上に
して横からみてスリットの向きが右上がりの前記電極の
前記永久磁石の対向側をＳ極とし、右下がりの前記電極
をＮ極としたことを特徴とする請求項１に記載の真空バ
ルブ。
【請求項４】絶縁円筒容器の片側の軸心に貫設された
固定側通電軸の先端と前記絶縁円筒容器の他側の軸心に
貫設された可動側通電軸の先端にコイル電極が設けら
れ、これらのコイル電極の先端に接点がろう付された真
空バルブにおいて、前記コイル電極を内側コイルと外側
コイルで構成し、固定側の内側コイルと可動側の内側コ
イルの巻き方向を逆向きとしたことを特徴とする真空バ
ルブ。
【請求項５】前記接点材料は、中心部のアーク電圧が
大で外周部のアーク電圧を小としたことを特徴とする請
求項１乃至請求項４のいずれかに記載の真空バルブ。
【請求項６】前記接点の中心に貫通穴を形成したこと
を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の
真空バルブ。