JPH10112246A

JPH10112246A - 真空バルブ

Info

Publication number: JPH10112246A
Application number: JP26497496A
Authority: JP
Inventors: Isao Okutomi; 功奥富; Yoshimasa Kagenaga; 宜賢影長; Kenji Watanabe; 憲治渡辺; Yoshimi Uchiyama; 工美内山; Yoshimitsu Niwa; 芳充丹羽; Mitsutaka Honma; 三孝本間; Hiromichi Somei; 宏通染井; Keisei Seki; 経世関; Takashi Kusano; 貴史草野
Original assignee: SHIBAFU ENG KK; Toshiba Corp
Current assignee: SHIBAFU ENG KK; Toshiba Corp
Priority date: 1996-10-07
Filing date: 1996-10-07
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2016-10-07
Also published as: JP2895449B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡素な構造により接触子上の広い領域で縦磁
界を発生し、遮断性能、通電性能にすぐれた小型で軽量
な真空バルブを提供すること。【解決手段】真空容器内に外部と電気的に接続するた
めの一対の通電軸を介して接離可能に一対の接触子を設
けてなる真空バルブに、通電軸１と接触子４との間にほ
ぼ同心な円上に配置され基端が前記通電軸側に接合され
る複数の通電棒２と、この通電棒の周辺領域において少
なくとも全ての通電棒の中心を結ぶ円の内側かつ電極中
心と通電棒の中心とを結ぶ直線より同一方向片側の領域
に磁性体が存在し、この領域と通電棒の中心について点
対称になる領域には磁性体が存在しないように通電棒の
周囲に配置された磁性体部３とを備えてなる。

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】ギャップ間に軸方向磁界を発生させる真
空バルブの電極として、電流を周方向に回転させて磁界
を形成する、いわゆる縦磁界電極が知られている。ま
た、最近では、特願平８−１４１５３１号のように磁性
体を活用することが試みられている。

【０００３】この特願平８−１４１５３１号の発明を第
１５図を用いて簡単に説明すると、１は図示しない円筒
状の真空容器の両端に支持された通電軸で、この先端に
は通電板１３を介して通電棒２磁性体３０が取り付けら
れ、さらにこの先端に接触子４が対向配置されている。

【０００４】このような構成により、通電棒２に電流が
流れることにより、通電棒２周辺に発生する磁束が磁性
体３０中を通り、磁性体３０の空隙部において磁束の向
きが、図示しない対向する電極の磁性体に向かって曲げ
られることにより、対向する電極のギャップ間において
アークに平行な軸方向磁束を発生させ、これによりアー
クを安定化し遮断性能を向上するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】真空遮断器を小型化す
るためには、真空バルブを小型軽量化することが必要不
可欠である。磁性体を用いた電極は従来の縦磁界コイル
を用いた電極に比べ構造を大幅に簡略化し得るが、上述
のような構造では通電棒の外側に磁性体部を配置するた
めに、通電棒の径方向位置を電極内側に配置しなければ
ならない。このため、接触子表面全体にアークを安定化
させるのに十分な軸方向磁束を発生することができず、
軸方向磁束を発生する領域が狭くなり、接触子表面を十
分に利用できないという問題があった。そして、このこ
とがさらには電極を小型化することを困難にしていた。

【０００６】そこで本発明の目的は、より簡素な構造に
より接触子上の広い領域で縦磁界を発生し、遮断性能、
通電性能にすぐれた小型で軽量な真空バルブを提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、真空容器内に外部と電気的に接続するための一対の
通電軸を介して接離可能に一対の接触子を設けてなる真
空バルブの、通電軸と前記接触子との間でこれらにほぼ
同心円上に配置され基端が前記通電軸側に接合される複
数の通電棒と、この通電棒の周辺領域において少なくと
も全ての通電棒の中心を結ぶ円の内側かつ電極中心と通
電棒の中心とを結ぶ直線より同一方向片側の領域に磁性
体が存在し、この領域と通電棒の中心について点対称に
なる領域には磁性体が存在しないように通電棒の周囲に
配置された磁性体部とを備えたことを特徴とする。

【０００８】ここで、磁性体が存在する領域と、存在し
ない領域について図１に図示して説明する。すなわち、
電極に配置された複数の通電棒２に対する磁性体の位置
を特定するために、電極の中心９０、電極外周９１、全
ての通電棒２が内接する円９２、全ての通電棒２の中心
を通る円９３、電極の中心９０から通電棒の中心に至る
線９４を描き、少なくとも円９３の内側で線９４により
分割される領域の一方である領域Ａには磁性体が存在
し、円９３の外側で線９４により分割される領域の内の
領域Ａと通電軸２の中心に対して対称となる領域Ｂには
磁性体が存在しないように配置する。

【０００９】この磁性体は閉ループ形状になっていない
ために、その端部が磁極の働きをする。対向する電極も
同じ構造をしており、同様に磁性体の端部に磁極が発生
する。このため磁極間に軸方向の磁束を発生し、これに
よりア−クを安定化させ、接触子の消耗を抑制するため
遮断性能が向上する。また、従来の縦磁界コイルを必要
としないため構造がシンプルになり重量も軽くできる。

【００１０】請求項２に記載の発明は、さらに、通電棒
が全て内接する円の外側の領域には磁性体が存在しない
ようにして通電棒の周囲に磁性体部を配置したことを特
徴とする。

【００１１】このように構成することにより、通電棒を
通電軸の外周側におくことができ、磁界分布を良好な形
にできるので、アークを安定化させることができる。請
求項３に記載の発明は、磁性体の比透磁率μｒを１００
以上にすることを特徴とする。

【００１２】このように構成することにより、ギャップ
間のアークを安定化させるのに十分な軸方向の磁束を発
生させることが可能になる。請求項４に記載の発明は、
絶縁円筒の両端から前記絶縁円筒の内部に貫挿された通
電軸と、この通電軸の前面に環状に配置され基端が通電
軸側に接合される複数の通電棒と、この通電棒の先端に
設けられた接触子と、通電軸と接触子の間に設けられた
磁性体部とを備えて、通電棒が全て内接する円の直径が
電極径の９０％以上になるように前記通電捧を通電軸と
ほぼ同心な円上に配置し、その周辺領域に磁性体部を配
置したことを特徴とする。

【００１３】すなわち、図１において通電軸と同心円上
に配置される通電棒２が全て内接する円の直径Ｒ２が、
電極径Ｒ１の９０％以上となるように通電捧２が配置さ
れている。

【００１４】これにより、接触子表面で軸方向磁束を発
生させ、アークを広げて安定化させることが可能とな
り、接触子を有効に活用することができるため、電極を
より小さくすることができる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、通電棒の本数を
Ｎ（本）、電極径をＤ［ｍｍ］としたとき、０．０５Ｄ
＜Ｎを満たす本数の通電棒を設けることを特徴と
する。これにより、軸方向磁束密度の空間的なばらつ
きを抑え、接触子表面にひろくアークを点弧させること
ができる。

【００１６】請求項６に記載の発明は、通電棒とその周
辺に配置された磁性体との円周方向距離（Ｗ１）が、磁
性体を挟んでこの通電棒の反対側に位置する通電棒と磁
性体との円周方向距離（Ｗ２）よりも大きくなるように
配置したことを特徴とする。

【００１７】ここで、各通電棒と磁性体との相対的な位
置関係を図２に示して説明する。隣り合う１組の通電棒
２，２間には磁性体３が配置されるが、ある通電棒２と
これに対応する磁性体３との円周方向距離（Ｗ１）は、
隣接する通電棒との円周方向距離（Ｗ２）よりも大きく
なるように配置している。

【００１８】このように配置することにより、この磁性
体中には最も近い通電棒中を流れる電流によりこの通電
棒の周囲に発生した磁束が通り、隣接する通電棒の周囲
に発生するこれと逆向きの磁束の影響を小さく抑えるこ
とができる。

【００１９】これにより、磁性体の端部に発生する磁極
の強度がより強くなり、高い軸方向磁束密度を発生する
ことができる。請求項７に記載の発明は、円盤状の磁性
体を電極中心部に設け、この磁性体と通電棒周辺に配置
された磁性体とを接合し一体形状にすることを特徴とす
る。

【００２０】このような構成により構造の簡素化が可能
になる。請求項８に記載の発明は、円盤状の磁性体の中
心部などに穴を設けたことを特徴とする。

【００２１】これによりギャッブ間に発生する軸方向磁
束密度が、接触子端部に比べ中心付近の方が低くなり、
大電流遮断時において接触子中心部へのアーク集中を抑
制し接触子の局部的な加熱溶融を防ぎ、遮断性能を向上
することができる。

【００２２】請求項９に記載の発明は、磁性体の電極外
周部にあたる側面部にステンレス（ＳＵＳ）などからな
る筒状の覆いを設けることを特徴とする。このような構
成により、アークが磁性体に直接点弧すると大量のガス
が放出されるが、この覆いによリガスの放出を防ぐこと
ができる。従って、真空バルブ内の真空度が急激に低下
し、真空絶縁性能の急激な低下を防ぐことができる。

【００２３】請求項１０に記載の発明は、磁性体の表面
にセラミックコーティングなどの絶縁物皮膜を施すこと
を特徴とする。これにより通電軸と磁性体間の電気的接
続は絶たれ、通電軸から磁性体に分流していた電流を全
て通電棒に流すことが可能となる。また、通電棒の周辺
に発生する磁束密度は通電棒中を流れる電流に比例する
ため、通電棒中を流れる電流が大きくなる分、より高い
磁束密度を発生することができ、遮断性能を向上させる
ことができる。またアークが直接磁性体部分に点弧する
ことを防ぐことができる。これにより、真空バルブ内の
真空度が急激に低下し真空絶縁性能の急激な低下を防ぐ
ことができる。

【００２４】請求項１１に記載の発明は、磁性体の移動
を防止するまわり止めを設けたことを特徴とする。通電
棒と磁性体との距離が離れると磁性体中に流れる磁束が
小さくなり、ギャップ間に発生する軸方向磁束密度が小
さくなるが、このような構成を採用することにより、磁
性体が移動、回転しないため、通電棒と磁性体の位置関
係が変わらず、ギャップ間に発生する磁東密度が低下す
ることを防ぐことができる。

【００２５】請求項１２に記載の発明は、通電軸と通電
棒の間に通電板を設けることを特徴とする。このように
構成することにより通電軸を細くすることができるた
め、通電軸中に発生する渦電流を低減させ、電流に対す
る軸方向磁束の位相遅れを小さくすることができる。ま
た、通電軸が細くなるため、電極をより軽量化すること
ができる。

【００２６】請求項１３に記載の発明は、通電軸と接触
子の間に高導電率材からなる電極板を設けることを特徴
とする。このことにより、各通電棒に流れる電流をより
均一化することができ、アークの偏りを抑制することが
できる。また、通電棒とのロウ付け強度が増し、耐溶着
性に優れた電極を実現できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図３は本発明の１実施例の電極構
造を示す分解斜視図である。図において、１は図示しな
い円筒状の真空容器の両端からそれぞれ対向支持される
１対の通電軸の片方である。この通電軸１の先端には、
通電軸１とほぼ同心な円上に、ほぼ等間隔で通電棒２が
４個固定配置され、それぞれの通電棒２の近傍には磁性
体３が配置される。ここで通電棒２と磁性体３の相対的
な位置関係は、円周方向に同一になるように配置してい
る。通電棒２の先端にはさらに接触子４が固定配置さ
れ、この接触子４が、同様に構成される他方の接触子と
真空容器中で対向する。

【００２８】図４は接触子４を除いた電極を接触子方向
から見た平面図である。通電棒２に図２に示すような手
前から紙面を突き抜く向きの電流が流れると、通電棒３
の周囲に磁束Ｃが発生し、この磁束Ｃは磁性体３の内部
を通る。磁性体３は閉ループになっていないために、磁
性体両端部３ａ，３ａが互いに逆極性の磁極の働きをす
る。

【００２９】ここで、対抗する電極にも同じ形状の通電
棒２と磁性体３が同様に配置してあるが、通電棒２に流
れる電流はそれぞれの電極で反対方向（一方は通電軸側
から接触子側に、他方は接触子側から通電軸側に）にな
るため、異なる磁極が発生する。このため対向する磁性
体の磁極間に軸方向磁界が発生する。

【００３０】これにより、従来の縦磁界コイルに比べて
より簡単な構造で軸方向磁界を発生させることが可能と
なり、電極をより小型、軽量化することができる。ま
た、通電棒２の外側側面と電極中心との距離が電極半径
の９０％以上になるように配置しているため、接触子表
面のほぼ全域において軸方向磁界を発生させ、接触子表
面を有効に利用することができる。

【００３１】さらに、従来の縦磁界コイルに比べて、電
流を周方向に回転させる必要がないので、電流経路が非
常に短く端子間抵抗が低く抑えることが可能になるの
で、優れた通電性能を有する。

【００３２】図５は、この様に構成された電極に電流を
流した場合の、電極間に発生する軸方向磁束密度を電磁
界解析により求めた結果のグラフである。同図から明ら
かな様に、磁性体に発生する磁極の位置に応じて４か所
に磁束密度の極大値が現れている。

【００３３】次に、本発明の第２の実施例を図６、図７
を用いて説明する。図６は分解斜視図で、図７はその作
用を説明するための部分図である。図６に示す第２の実
施例では、複数個配置された磁性体３１を電極中心部の
円盤状の磁性体により結合し、一体形状にしている。こ
のように構成された場合には、図７に示すように、通電
棒２の中を流れた電流により発生した磁束Ｃが磁性体３
１中を通り、磁性体先端部３１ａと磁性体中心部３１ｂ
とに互いに逆向きの磁極を形成する。このため同様の電
極を組み合わせて対向させて使用する場合には、図１の
実施例と同様に通電棒２に流れる電流の向きが逆方向に
なるため、ギャッブ間に軸方向の磁束が発生する。

【００３４】本実施例の場合、磁性体が一体形状になる
ので組み立て性が大幅に向上する。次に、本発明の第３
の実施例を図８、図９を用いて説明する。図８（ａ）は
磁性体の斜視図で（ｂ）は磁性体の位置に応じた磁束密
度分布である。

【００３５】図８に示す第３の実施例では、（ａ）に示
すように一体化した磁性体の中心部に穴が設けてある。
このためギャップ間に発生する軸方向の磁束密度分布
は、（ｂ）に示すような中心部の磁束密度が端部に比ベ
相対的に低い分布となる。

【００３６】従って、中心部の磁束密度が端部に比べて
高い山なりの分布では、大電流遮断時においてアークが
電極中心部に集中してしまい局部的な加熱溶融により遮
断不能に至るが、本実施例のような磁束密度の分布では
遮断限界近くの大電流遮断時においてもアークを接触子
表面全体に広げることが可能となり、遮断性能が向上す
る。

【００３７】図９は、図８の磁性体を用いた場合の組み
立て状態を示す斜視図である。図において、２は通電軸
に取り付けられた通電棒で、この近傍に配置された磁性
体３２の側面を覆うようにＳＵＳ製の円筒６を設けてい
る。

【００３８】一般に磁性体にアークが点弧すると大量の
ガスが放出されることが知られている。このため、アー
クが発生すると真空度が瞬間的に大幅に低下し絶縁耐力
が弱まり、遮断失敗に至る。本実施例では磁性体３２に
アークが点弧する可能性がある側面部をＳＵＳ製の円筒
６により覆うことで、磁性体３２にアークが直接点弧す
るのを防ぐことができ、遮断性能の低下を防ぐことがで
きる。

【００３９】また、磁性体３２に絶縁物、例えばセラミ
ックのコーティングを施すことによっても同様の効果を
持たすことができる。さらに、この場合は通電軸を流れ
た電流が磁性体中に流れるのを防ぐ効果があるため、電
流は全て通電棒内を流れる。これにより通電棒２の周囲
に発生する磁束密度が高くなり、ギャッブ間に軸方向に
発生する軸方向磁束密度も高くなる。このためよりアー
クを安定化することができる。

【００４０】次に、本発明の第４の実施例を図１０、図
１１を用いて説明する。図１０は通電軸１の斜視図を示
すもので、磁性体を嵌め込み固定するためのくぼみ１１
が設けられている。これにより、磁性体の位置が変わる
ことによって、通電棒と磁性体との距離が離れて磁性体
中に流れる磁束が小さくなり、その分ギャッブ間に発生
する軸方向磁束密度も減少することが防げる。

【００４１】本実施例では磁性体の位置を固定すること
ができるため磁束密度の減少を抑えるようにしたが、同
様の窪みを接触子に設けても同じ効果が得られる。図１
１の実施例では通電棒２との間で磁性体を挟み込む突起
１２を設けたものであり、これにより磁性体の位置を固
定することができる。この場合にもまた、接触子側に突
起を設けても同じ効果が得られる。

【００４２】次に、本発明の第５の実施例を図１２を用
いて説明する。図１２の実施例では、磁性体３３を図に
示すようにリングの一部を切り欠いたような形状にする
ことで、通電棒２に巻き付くように固定させるもので、
同様の効果が得られる。この際に周方向に回動する場合
には、必要に応じて第４実施例に示したような突起を設
けたり、凹部を併設しても良い。

【００４３】次に、本発明の第６の実施例を図１３、図
１４を用いて説明する。図１３の実施例では通電軸１と
通電棒２の間に通電板１３を設けている。これにより通
電軸を電極径よりも細くすることができる。また、通電
軸内に発生する渦電流を低減することができるため、電
流と磁束の位相差を小さくすることができる。また、通
電軸が細くなる分だけ電極を軽量化することができる。

【００４４】図１４は図１３の実施例の変形例で、通電
棒２と接触子４の問に高導電率材からなる電極板４１を
設けている。これにより各通電棒２に流れる電流をより
均一化することができ、アークの偏りを抑制することが
できる。また、通電棒２と接触子４のロウ付け強度を増
すことができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば簡単
な構造で軸方向の磁界を発生することにより、アークを
接触子表面に一様に広げられるので、アーク処理面積が
増加し、真空バルブの遮断性能を向上することができ
る。また、これにより従来に比べて同遮断容量の真空バ
ルブを小型軽量化でき、また構造を簡略化することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための部分図。

【図２】本発明を説明するための部分図。

【図３】本発明の実施例１の真空バルブの片側の電極の
分解斜視図。

【図４】本発明の実施例１の真空バルブの片側の電極の
平面図。

【図５】本発明の実施例１の真空バルブのギャッブ間に
発生した軸方向磁束密度の解析結果を示すグラフ。

【図６】本発明の第２実施例の真空バルブの片側の電極
の分解斜視図。

【図７】本発明の第２実施例の作用を説明する図。

【図８】本発明の第３実施例の磁性体形状（ａ）と磁束
密度分布（ｂ）を表す図。

【図９】本発明の第３実施例の磁性体とＳＵＳ円筒形状
の斜視図。

【図１０】本発明の第４実施例の通電軸の斜視図。

【図１１】本発明の第４実施例の通電軸の斜視図。

【図１２】本発明の第５実施例の通電棒と磁性体の形状
を示した図。

【図１３】本発明の第６実施例の断面図。

【図１４】本発明の第６実施例の断面図。

【図１５】磁性体を用いた電極例の斜視図。

【符号の説明】

１…通電軸２…通電棒３…磁性
体４…接触子５…磁東密度分布６…ＳＵ
Ｓ円筒１３…通電板４１…電極板９０…電極中心９１…電極外周９２…通
電棒が内接する円９３…通電棒の中心を通る円。

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者内山工美東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者丹羽芳充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 (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)発明者関経世東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者草野貴史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】真空容器内に外部と電気的に接続するた
めの一対の通電軸を介して接離可能に一対の接触子を設
けてなる真空バルブにおいて、前記通電軸と前記接触子との間で、これらとほぼ同心円
上に配置され、基端が前記通電軸側に接合される複数の
通電棒と、前記通電棒の周辺領域において、少なくとも全ての前記
通電棒の中心を結ぶ円の内側、かつ電極中心と前記通電
棒の中心とを結ぶ直線より同一方向片側の領域に磁性体
が存在し、前記通電棒の中心について前記領域と点対称
になる領域には磁性体が存在しないように前記通電棒の
周囲に配置された磁性体部とを備えたことを特徴とする
真空バルブ。
【請求項２】前記通電棒が全て内接する円の外側の領
域には磁性体が存在しないように前記通電棒の周囲に磁
性体部を配置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】前記磁性体の比透磁率（μｒ）は１００
以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の
真空バルブ。
【請求項４】絶縁円筒の両端から前記絶縁円筒の内部
に貫挿された通電軸と、前記通電軸の前面のほぼ同心
円上に配置され、基端が前記通電軸側に接合される複数
の通電棒と、前記通電棒の先端に設けられた接触子と、前記通電軸と前記接触子の間に設けられた磁性体部とを
備えてなり、前記通電棒が全て内接する円の直径が電極径の９０％以
上になるように前記通電捧を配置し、その周辺領域に磁
性体部を配置したことを特徴とする真空バルブ。
【請求項５】前記通電棒の本数をＮ（本）、電極径を
Ｄ（ｍｍ）としたとき０．０５Ｄ＜Ｎとなるようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれかに記載の真空バルブ。
【請求項６】前記通電棒とその周辺に配置された磁性
体との円周方向距離（Ｗ１）が、前記磁性体を挟んで前
記通電棒の反対側に位置する通電棒と前記磁性体との円
周方向距離（Ｗ２）よりも大きくなるように配置したこ
とを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の真空
バルブ。
【請求項７】前記磁性体を電極中心部に配置された円
盤状磁性体で結合し一体形状にしたことを特徴とする請
求項１乃至６のいずれかに記載の真空バルブ。
【請求項８】前記磁性体の円盤部に穴を設けたことを
特徴とする請求項７に記載の真空バルブ。
【請求項９】前記磁性体の側面に筒状の覆いを設けた
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の真
空バルブ。
【請求項１０】前記磁性体の表面に絶縁コーティング
を施したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに
記載の真空バルブ。
【請求項１１】前記磁性体の移動を防止するまわり止
めを設けたことを特徴とする請求項１〜１０記載の真空
バルブ。
【請求項１２】前記通電軸と前記通電棒の間に高導電
率材からなる通電板を設けたことを特徴とする請求項１
〜１１記載の真空バルブ。
【請求項１３】前記通電軸と前記接触子の間に高導電
率材からなる電極板を設けたことを特徴とする請求項１
〜１２記載の真空バルブ。