JPH09231882A

JPH09231882A - 真空バルブ

Info

Publication number: JPH09231882A
Application number: JP3608896A
Authority: JP
Inventors: Kenji Watanabe; 憲治渡辺; Yoshimi Uchiyama; 工美内山; Junichi Sato; 純一佐藤; Yoshimasa Kagenaga; 宜賢影長; Hiromichi Somei; 宏通染井; Mitsutaka Honma; 三孝本間
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 1997-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】大電流遮断時における電極間で発生したアーク
の中央部への集中を防ぐ。【解決手段】コイル電極４のコイル部４ｃの内側に対し
て、円筒状の磁性管３Ａを遊嵌する。この磁性管３Ａの
内側には、縦断面が略逆Ω字状の逆コイル電極２を遊嵌
し、この逆コイル電極２の外周に形成されたフランジ部
２ａの裏面をコイル電極４の前面の接続子13にろう付す
る。逆コイル電極２のフランジ部２ａの前面に対して、
環状の接触子１をろう付し、この接触子１の中心に対し
て、円板状の接触子５を設け、この接触子５は、コイル
電極４の底部２ｃの底の中心にろう付した接続軸８の前
面にろう付で固定する。

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。
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、図７に示した縦磁界
電極の構造のものを基に説明する。なお、図７は、一例
として可動側の電極の場合を示すが、固定側の電極も同
一構造である。

【０００３】図７において、銅棒で製作された可動側通
電軸６Ｂの先端には、円形の座ぐり部６ａが形成され、
この座ぐり部６ａには、縦断面が略Ｔ字状で図示しない
平面図では環状となるステンレス鋼製の補強部材18の下
部に突設された軸部18ａが嵌合し、ろう付けされてい
る。

【０００４】この軸部18ａの外周には、銅材で製作され
以下説明するコイル電極14の中心部に形成された環状の
軸部14ａが挿入され、軸部18ａと可動側通電軸６Ｂにろ
う付されている。

【０００５】このコイル電極14は、軸部14ａの外周から
４本の腕部14ｂが、図示しない平面図において放射状に
90゜間隔に、且つ、軸方向と直交方向に突設され、これ
らの腕部14ｂの先端には、図示しない平面図では弧状の
コイル部14ｃの基端がろう付されている。これらのコイ
ル部14ｃの先端には、貫通穴14ｄが図７に示すように軸
方向に形成されている。

【０００６】これらの貫通穴14ｄには、図７においては
略Ｔ字状で、図示しない平面図では円形の銅材製の接続
子13の軸部が挿入され、コイル部14ｃの先端にろう付さ
れている。

【０００７】補強部材18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図示しない溝
が形成された電極板11が載置されている。この電極板11
は、補強部材18と接続子13の表面にろう付されている。

【０００８】電極板11の上面には、銅・クロム合金から
円板状に形成され電極板11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が弧状に面取りされた接点
１Ａがろう付で接合されている。

【０００９】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６Ｂから接点１Ａに流れ
る電流の大部分は、コイル電極14の軸部14ａから複数本
の腕部14ｂを経て、この腕部14ｂの先端のコイル部14ｃ
に流れる。なお、一部の電流は、補強部材18を経て、電
極板11に流入する。

【００１０】このうち、コイル部14ｃに流入した電流
は、各コイル部14ｃの先端の接続子13から電極板11の外
周の裏面を経て電極板11に流入し、この電極板11の表面
から接点１Ａに流出する。

【００１１】この接点１Ａに流出した電流は、この接点
１Ａからこの接点１Ａの表面と接触した固定側電極の接
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。

【００１２】図７は、このように構成された可動側電極
と固定側電極において、各コイル電極に流れる電流によ
って発生する軸方向の磁界、すなわち、縦磁界の磁束密
度Ｂｚの分布状態を示すグラフである。なお、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
し、このアーク電流で発生した磁束も傾向は同様であ
る。

【００１３】図７に示すように、縦磁界の磁束密度Ｂｚ
は、電極の軸心０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っている。ま
た、図７の電極両端部の磁束密度Ｂｃは、その真空バル
ブの定格遮断電流に対して、アーク電圧が最低となる磁
束密度の約 1.2倍の値となるように、図６で示したコイ
ル電極14は設計されている。

【００１４】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
がっていく。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。

【００１５】

【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。

【００１６】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、アーク電流が強い磁界の領域に集中する特性のた
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。

【００１７】そのため、図７で示した磁束密度を更に高
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。

【００１８】さらに、図６に示した電極板11に流れる渦
電流によって、電極の中心に発生する縦磁界の強度を低
下させる方法も試みられているが、この方法も、電極中
心部へのアークの集中を効果的に防ぐことはできない。
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、遮断性能を上げることのできる真空バルブを得
ることである。

【００１９】

【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、コイル電極の前端に接点が設けられた電
極が通電軸を介して絶縁円筒の内部に対置された真空バ
ルブにおいて、接点を環状の通電接点とこの通電接点の
中央部に遊嵌されるアーク接点に分割し、これらの通電
接点及びアーク接点の背面とコイル電極との間に、中央
部がアーク接点に接続され外周のフランジ部が通電接点
の背面とコイル電極の前面に接続される逆コイル電極を
介在させたことを特徴とする。

【００２０】また、請求項２に記載の発明に真空バルブ
は、逆コイル電極の中央部とフランジ部との間に円筒部
を形成し、縦磁界を発生させる溝を円筒部に形成したこ
とを特徴とする。

【００２１】また、請求項３に記載の発明の真空バルブ
は、逆コイル電極の円筒部とコイル電極のコイル部との
間に磁性体を挿着したことを特徴とする。

【００２２】また、請求項４に記載の発明の真空バルブ
は、磁性体の形状を、逆コイル電極の円筒部が内側に挿
入される円筒状としたことを特徴とする。

【００２３】また、請求項５に記載の発明の真空バルブ
は、円筒状の磁性体の接点側に複数の凹凸部を形成した
ことを特徴とする。

【００２４】また、請求項６に記載の発明の真空バルブ
は、逆コイル電極の中心部に、アーク接点を支持する支
持部を設けたことを特徴とする。

【００２５】また、請求項７に記載の発明の真空バルブ
は、アーク接点の材料を通電接点の陰極降下電圧よりも
高い材料としたことを特徴とする。

【００２６】また、請求項８に記載の発明の真空バルブ
は、支持部をステンレス鋼材としたことを特徴とする。

【００２７】さらに、請求項９に記載の発明の真空バル
ブは、アーク接点の前面の位置を通電接点の前面の位置
よりも後方としたことを特徴とする。

【００２８】このような手段によって、本発明の真空バ
ルブでは、逆コイル電極で発生した軸方向の磁束で、磁
界の強さが中心部において凹状となる縦磁界を電極間に
発生させて、アークの中央部への集中を防ぐ。

【００２９】

【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
空バルブの一実施形態を示す縦断面図で、従来の技術で
示した図６に対応し、この図６と同様に、可動電極のみ
を示す。

【００３０】図１において、従来の技術で示した図６と
大きく異なるところは、接触子が環状の接触子１とこの
内側の小径で円板状の接触子５に分割され、接触子１と
コイル電極３Ａとの間に対して、以下説明する縦磁界を
改善するための逆コイル電極２などが介在されているこ
とである。

【００３１】すなわち、可動側通電軸６Ａの先端に形成
された凸部６ａには、図６で示したコイル電極14とほぼ
同形で軸方向がやや長い図３で後述するコイル電極３の
中央部に形成された環状部が挿入され、凸部６ａにろう
付されている。このコイル電極４の図３で示す環状部４
ａの内周には、ステンレス鋼で製作された管状の補強管
７が挿入され、凸部６ａと環状部４ａにろう付されてい
る。

【００３２】コイル電極４のコイル部４ｃの内側には、
軟鋼製の磁路管３が遊嵌されている。この磁路管３の更
に内側には、図１においては、略凸字状で図示しない平
面図では環状の銅材で製作された図２の拡大図で示す逆
コイル電極２の筒部２ｂが遊嵌されている。

【００３３】この逆コイル電極２の底部２ｃは、前述し
た補強管７の上端面にろう付され、逆コイル電極２の外
周に形成されたフランジ部２ａの下面は、コイル電極４
の上端の接続子13の上面に載置され、この接続子13にろ
う付されてる。

【００３４】逆コイル電極２の内部には、銅材から製作
された円柱状の接続軸８が同軸に挿入され、この接続軸
８の下端に突設された凸部が、逆コイル電極２の底部２
ｃの中心に貫設された位置決め穴２ｅに挿入され、底部
２ｃの内面にろう付されている。

【００３５】接続軸８の上端面には、銅・クロム合金で
製作された円板状の接触子５が載置され、この接触子５
の下面には、接続軸８が嵌合する座ぐり穴が形成されて
いる。この結果、接触子５の表面の位置は、逆コイル電
極２の前面と同一高さとなっている。

【００３６】さらに、逆コイル電極２のフランジ部２ａ
の前面には、冒頭で述べた環状で銅・クロム合金で製作
された接触子１の裏面がろう付されている。この接触子
１の内周の直径は、逆コイル電極２のフランジ部２ａの
内周の直径と同一で、接触子１の内外周と、接触子５の
外周の前面側は、弧状に面取りされ、アークの膠着を防
ぐように考慮されている。

【００３７】次に、このように電極が構成された真空バ
ルブの作用を説明する。事故電流の遮断時に可動側電極
が固定側電極から開極して、両電極間にアークが発生
し、このアークの特性によってこのアークが両電極間の
中央部の方向へ移動し、更に接触子５に転移したと仮定
する。

【００３８】すると、アーク電流は、この接触子５から
接続軸６と逆コイル電極２の底部２ｃ，筒部２ｂ（図２
の矢印Ｂ１参照）とフランジ部２ａを経て、コイル電極
４の接続子13からコイル部４ｃに流れる（これは、固定
側から可動側へ流れる場合で、固定側電極の内部では、
この逆となる）。

【００３９】すると、図２の矢印Ｂ１で示すアーク電流
によって、逆コイル電極２の筒部２ｂでは、内側におい
ては図２の矢印Ｂ２に示すように下向きの磁束、外側に
おいては上向きの磁束が発生する。

【００４０】一方、コイル電極４に流れる電流の向き
は、図１の平面図を示す図３の矢印Ｂ３に示すように、
図３において反時計方向となり、この電流で発生する磁
束の向きも、コイル部４ｃの内側では上向きとなるの
で、逆コイル電極２の筒部２ｂの外側の磁束と磁路管３
Ａで合流する。

【００４１】この結果、上下の電極間には、接触子１の
環状部の中央で強力な縦磁界が発生し、この縦磁界によ
って、中心の接触子５の間で放電していたアークは、接
触子１の表面に移行する。したがって、大電流の遮断時
におけるアークの電極中心部への移行と集中を防ぐこと
ができるので、遮断容量を上げることができる。

【００４２】図４は、このように構成された電極によっ
て発生した軸方向の磁束密度の半径方向の分布を示すグ
ラフで、従来の技術で示した図７に対応する図である。
図４において、実線で示す曲線Ａは、コイル電極４のみ
で発生した軸方向の磁束の分布を示し、これに対して、
逆コイル電極２に流れる電流によってこの逆コイル電極
２の筒部２ｂで発生する磁束は、実線で示す曲線Ｂのよ
うになる。

【００４３】すなわち、筒部２ｂの内側では、コイル電
極４で発生した磁束の方向と逆向きとなり、筒部２ｂの
外側では、コイル電極で発生した図３の矢印Ｂ４で示す
磁束の方向と同一となる。

【００４４】したがって、曲線Ａと曲線Ｂの合成によっ
て、両電極間に形成される縦磁界は、曲線Ａ，Ｂのベク
トル和となるので、図４の破線Ｃに示す分布となり、電
極の中心部において磁束密度が低く、外周において高い
環状部を示す分布となる。

【００４５】ここで、遮断電流が増えれば増える程、す
なわち、電極の中心部に移行したアークの比率が高くな
るほど、逆コイル電極２に流れるアーク電流は増えるの
で、このアーク電流で発生した軸方向の磁束も増え、図
４の曲線Ｂの波高は高くなるので、曲線２Ｃの波高も増
える。したがって、遮断電流に比例して、曲線Ｃの波高
が増えるので、電極の中心部のアークを抑えることがで
き、広い放電面積の環状部で放電させることができる。
ここで、磁路管３Ａは、図５で示す磁路管３Ｂのよう
に、接点側に凹凸を形成することが望ましい。

【００４６】図５（ａ）は、磁路管３Ａの他の実施形態
を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ断面図を示
す。図５（ａ），（ｂ）において、筒状の磁路管３Ｂに
は、接点側に対して、凹部３ｂが 120°間隔に形成さ
れ、この結果、これらの凹部３ｂの間には、凸部３ａが
形成されている。

【００４７】このように磁路管３Ｂが形成された電極が
組み込まれた真空バルブにおいては、図４の曲線Ｃで示
した環状部が一定の磁束密度の縦磁界に対して、電極の
側面側から見た頂部の形状を波状にすることができるの
で、接触子１の表面におけるアークを分散させることが
できる。

【００４８】なお、凸部３ａ，凹部３ｂの分割数は、図
５ではそれぞれ３分割としたが、接触子１の外形，環状
部の幅や遮断容量によって、例えば４分割から６分割に
増やしてもよく、或いは、２分割に減らしてもよい。

【００４９】また、磁性管３Ａ，３Ｂの内周に対して、
セラミック材のコーティング層を形成して、内側の逆コ
イル電極２の筒部２ｂの外周と密着させてもよい。ま
た、上記実施例では、接点５を逆コイル電極２に固定す
る接続軸６は銅棒としたが、銅管にしてもよく、さらに
ステンレス材として、請求項８に記載の発明としてもよ
い。

【００５０】さらに、接点５を逆コイル電極２に固定す
る手段として、接続軸６を設ける代りに、逆コイル電極
２の底部に対して円筒状の支柱部を突設してもよい。例
えば、旋盤加工で逆コイル電極を加工する場合には、図
１に示した接続軸６の部分を残し、この外周の環状部を
加工すればよい。また、プレス加工による絞り成形で製
作する場合には、逆コイル電極２の底部を図１において
上方に突き出す絞り加工で形成してもよい。

【００５１】さらに、上記実施例では、逆コイル電極２
の筒部２ｂとコイル電極４のコイル部４ｅを流れる電流
で発生する磁束の磁路を磁性管３Ａで形成したが、図４
（ａ）の斜線部に示す弧状の複数板の磁極片を等間隔に
配置してもよい。

【００５２】この場合には、コイル電極４のコイル部４
ｃの下端の内側に対して、図１で示す段付部を全周に形
成し、この段付部の上面に凹部を形成し、この凹部に磁
極片の下部を嵌合させてもよい。

【００５３】また、接触子５の材料は、陰極降下電圧が
接触子１の材料よりも高い材料を用いることで、接触子
５の表面から発生するアークを抑えて、請求項７に記載
の発明としてもよい。

【００５４】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
コイル電極の前端に接点が設けられた電極が通電軸を介
して絶縁円筒の内部に対置された真空バルブにおいて、
接点を環状の通電接点とこの通電接点の中央部に遊嵌さ
れるアーク接点に分割し、これらの通電接点及びアーク
接点の背面とコイル電極との間に、中央部がアーク接点
に接続され外周のフランジ部が通電接点の背面とコイル
電極の前面に接続される逆コイル電極を介在させること
で、この逆コイル電極で発生した軸方向の磁束で、磁界
の強さが中心部において凹状となる縦磁界を電極間に発
生させて、アークの中央部への集中を防いだので、遮断
性能を上げることのできる真空バルブを得ることができ
る。

【００５５】また、請求項２に記載の発明によれば、逆
コイル電極の中央部とフランジ部との間に円筒部を形成
し、縦磁界を発生させる溝を円筒部に形成することで、
逆コイル電極の溝の方向に流れる電流で発生した軸方向
の磁束で、磁界の強さが中心部において凹状となる縦磁
界を電極間に発生させて、アークの中央部への集中を防
いだので、遮断性能を上げ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３に記載の発明によれば、逆
コイル電極の円筒部とコイル電極のコイル部との間に磁
性体を挿着することで、逆コイル電極で発生した軸方向
の磁束を磁性体を介して電極間に導き、磁界の強さが中
心部において凹状となる縦磁界を電極間に発生させて、
アークの中央部への集中を防いだので、遮断性能を上げ
ることのできる真空バルブを得ることができる。

【００５７】また、請求項４に記載の発明によれば、磁
性体を、逆コイル電極の円筒部が内側に挿入される円筒
状とすることで、逆コイル電極で発生した軸方向の磁束
は円筒状の磁性体を介して電極間に導き、磁界の強さが
中心部において凹状となる縦磁界を電極間に発生させ
て、アークの中央部への集中を防いだので、遮断性能を
上げることのできる真空バルブを得ることができる。

【００５８】また、請求項５に記載の発明によれば、円
筒状の磁性体の接点側に複数の凹凸部を形成すること
で、逆コイル電極で発生した軸方向の磁束を磁性体の凸
部を介して電極間に導き、磁界の強さが中心部において
凹状となる縦磁界を電極間に発生させて、アークの中央
部への集中を防いだので、遮断性能を上げることのでき
る真空バルブを得ることができる。

【００５９】また、請求項６に記載の発明によれば、逆
コイル電極の中心部に、アーク接点を支持する支持部を
設けることで、逆コイル電極で発生した軸方向の磁束
で、磁界の強さが中心部において凹状となる縦磁界を電
極間に発生させて、アークの中央部への集中を防いだの
で、遮断性能を上げることのできる真空バルブを得るこ
とができる。

【００６０】また、請求項７に記載の発明によれば、ア
ーク接点の材料を通電接点の陰極降下電圧よりも高い材
料とすることで、逆コイル電極で発生した軸方向の磁束
を円筒状の磁性体を介して電極間に導き、磁界の強さが
中心部において凹状となる縦磁界を電極間に発生させ
て、アークの中央部への集中を防いだので、遮断性能を
上げることのできる真空バルブを得ることができる。

【００６１】また、請求項８に記載の発明によれば、支
持部をステンレス鋼材とすることで、逆コイル電極で発
生した軸方向の磁束を磁性体の凸部を介して電極間に導
き、磁界の強さが中心部において凹状となる縦磁界を電
極間に発生させて、アークの中央部への集中を防いだの
で、遮断性能を上げることのできる真空バルブを得るこ
とができる。

【００６２】さらに、請求項９に記載の発明によれば、
アーク接点の前面の位置を通電接点の前面の位置よりも
後方とすることで、逆コイル電極で発生した軸方向の磁
束で、磁界の強さが中心部において凹状となる縦磁界を
電極間に発生させて、アークの中央部への集中を防いだ
ので、遮断性能を上げ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の要部となる逆コイル電極を示す拡大詳細
図。

【図３】（ａ）は、図１の電極に組み込まれるコイル電
極を示す平面図。（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ断面図。

【図４】本発明の真空バルブの作用を示すグラフ。

【図５】（ａ）は、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。（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ断面
図。

【図６】従来の真空バルブの一例を示す縦断面図。

【図７】従来の真空バルブの作用を示すグラフ。

【符号の説明】１，５…接触子、２…逆コイル電極、２ａ…フランジ
部、２ｂ…筒部、２ｃ…底部、２ｄ…溝、３Ａ，３Ｂ…
磁性管、４…コイル電極、４ｃ…コイル部、６Ａ…可動
側通電軸、７…補強管、８…接続軸、13…接続子。

フロントページの続き (72)発明者影長宜賢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】コイル電極の前端に接点が設けられた電
極が通電軸を介して絶縁円筒の内部に対置された真空バ
ルブにおいて、前記接点を環状の通電接点とこの通電接
点の中央部に遊嵌されるアーク接点に分割し、これらの
通電接点及びアーク接点の背面と前記コイル電極との間
に、中央部が前記アーク接点に接続され外周のフランジ
部が前記通電接点の背面と前記コイル電極の前面に接続
される逆コイル電極を介在させたことを特徴とする真空
バルブ。
【請求項２】前記逆コイル電極の前記中央部と前記フ
ランジ部との間に円筒部を形成し、縦磁界を発生させる
溝を前記円筒部に形成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】前記逆コイル電極の円筒部と前記コイル
電極のコイル部との間に磁性体を挿着したことを特徴と
する請求項１又は請求項２に記載の真空バルブ。
【請求項４】前記磁性体を、前記逆コイル電極の円筒
部が内側に挿入される円筒状としたことを特徴とする請
求項３に記載の真空バルブ。
【請求項５】前記円筒状の磁性体の前記接点側に複数
の凹凸部を形成したことを特徴とする請求項４に記載の
真空バルブ。
【請求項６】前記逆コイル電極の中心部に、前記アー
ク接点を支持する支持部を設け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。
【請求項７】前記アーク接点の材料を前記通電接点の
陰極降下電圧よりも高い材料としたことを特徴とする請
求項１乃至請求項６のいずれかに記載の真空バルブ。
【請求項８】前記支持部をステンレス鋼材としたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の
真空バルブ。
【請求項９】前記アーク接点の前面の位置を前記通電
接点の前面の位置よりも後方としたことを特徴とする請
求項１乃至請求項８のいずれかに記載の真空バルブ。