JPS6332209B2 - - Google Patents

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JPS6332209B2
JPS6332209B2 JP19272683A JP19272683A JPS6332209B2 JP S6332209 B2 JPS6332209 B2 JP S6332209B2 JP 19272683 A JP19272683 A JP 19272683A JP 19272683 A JP19272683 A JP 19272683A JP S6332209 B2 JPS6332209 B2 JP S6332209B2
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JP
Japan
Prior art keywords
movable electrode
electrode rod
fixed
vacuum switch
movable
Prior art date
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Application number
JP19272683A
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English (en)
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JPS60160527A (ja
Inventor
Shinichi Aoki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPS60160527A publication Critical patent/JPS60160527A/ja
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  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は真空開閉器に係り、特にその電極開
閉操作に関するものである。
〔従来技術〕
第1図は従来の真空開閉器の断面構成を示す模
式図であつて、図において1は真空容器を構成す
るセラミツク等の絶縁筒、2a,2bは真空容器
を構成する端板、3はベローズ、4a,4bはそ
れぞれ電極、5a,5bはそれぞれ電極4a,4
bが接続されている電極棒、6は固定部、7は可
動操作棒、8はリンク機構、9は駆動源、10は
固定部である。また、電極4a,4bの間の空隙
xを仮にストロークと称し、x=0が閉極点、x
=dが全開極点とする。
第2図は真空開閉器に希望される開閉動作を示
す図で、縦軸はストロークx、横軸は時間tを表
す。したがつて電極速度はdx/dt、電極加速度
はd2x/dt2で表され、電極に加えられる力は電極
加速度d2x/dt2に比例する。
すなわち、理想的な駆動特性としては、 (1) 開極動作においては、開極開始点近傍の速
度、すなわち初開離速度が大きく、終速度、す
なわちx=d近傍の速度が小さく、又全開極点
すなわちx=d点においては速度変化(すなわ
ち加速度)が零で、衝撃的な衝突なしに静止す
ること。
(2) 閉極動作においては、x=0に接近する速度
すなわち終速度は大きいが、しかもx=0とな
る寸前では速度が0に近くなることが望まし
い。
また、第2図に示す特性以外に希望される特性
としては、 (3) 事故時の短絡電流を投入したり、通電する責
務においては、電磁力による電極開離アークを
防止するため、大きな電極加圧力を発生し、通
常時の定格電流域の投入、通電に際しては、僅
小の電極加圧力を発生するような操作機構の出
現が要望される。
(4) 機械的係合部がなるべく少く、機械的摩耗が
少なく、かつ軽量な駆動機構の出現が要望され
る。
ところで、第1図に示す従来の構造では、駆動
源9から可動操作棒7に伝達される力は電極棒5
bの軸方向の分力ばかりでなく、其他の方向の分
力をも持つていることになり、駆動源9、リンク
機構8、可動操作棒7として大別される各部分の
動力伝達上の摩擦、摩耗変形、遊び、時間応答性
などから電極棒5bを、電極棒5aの軸心によつ
て定められる直線方向へ正確に駆動することは困
難であつた。また第2図について説明した希望特
性に対し、第1図に示す構造では、初開離速度は
小さく、終速度は大きく、この大きな終速度がx
=dの附近での衝撃的な衝突によつて急に速度零
となるような動作特性になり勝ちであり、このた
め電流しや断時のアーク時間が延びたり、再点弧
を生じる等のトラブルの一因になつていた。ま
た、閉極動作のとき、第1図に示す構造では、終
速度が大きければ大きい程、この終速度が電極4
aに衝突することによつて速度零となるために、
電極4aへの衝撃的な衝突力が過大となり、いわ
ゆるチヤタリングがひどくなり、チヤタリングア
ークにより電極の損耗を大きくし、電極溶着の原
因ともなつていた。また電極損耗や溶着による電
極表面荒れのために真空開閉器の耐電圧性能を低
下させる欠点があつた。
一方、閉極時の終速度が小さすぎる場合は、プ
リアーク現象により、電極損耗の原因となるの
で、上記(2)の特性が希望されるのであるが、第1
図に示す構造ではこのような特性を実現すること
はできなかつた。
また、第1図の構造では上記(3)、(4)の特性を実
現することができないという欠点があつた。
〔発明の概要〕
この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、この発明において
は、リニアインダクシヨンモータ(linear
induction moter、以下LIMと略記する)の原理
を応用し、可動側電極棒の軸によつてLIMの2
次側導体を構成し、この2次側導体に当該電極棒
の軸方向に走行する磁界をその電極棒と間隙gを
隔てて配設された固定鉄心内に設けた1次側多相
誘導コイルによつて発生させ、上記走行磁界とこ
の磁界により発生した電圧のため上記電極棒に流
れる電流との間に作用する力によつて上記電極棒
にその軸心方向の推力を与えるのである。インダ
クシヨンモータのトルクとその速度との関係から
第2図に示し、上記(1)、(2)として説明した希望特
性が得られる。
〔発明の実施例〕
以下この発明の実施例を図面について説明す
る。第3図はこの発明の一実施例の断面構成を示
す模式図で、図において第1図と同一符号は同一
又は相当部分を示し、21はLIMの1次側の多
相コイルでその磁極数p、ピツチτとし、これに
周波数fの多相電流を流す。22は固定部10に
固定された固定鉄心で、図に示す例では電極棒5
bに対しギヤツプgを介して同心円筒状に形成さ
れ、その中に多相コイル21が設けられている。
23は液体ダンパである。また電極棒5bは短絡
された2次側導体を形成し、21,22,5bに
よりLIMを構成する。このようなLIMによつて
可動棒5bには軸方向の推力が作用し、この推力
の方向は多相コイル21に流す多相電流の相回転
方向を反転すれば反転する。また、電極棒5bの
直線走行距離dは第3図において電極4a,4b
の全開距離として示すdに等しい。第3図に示す
実施例ではg≪d≦τとする。第1図に示す場合
と同様、ベローズ3は大気圧力によるベローズ自
閉力F0(d=0において)を有し、ストロークx
=dにおいてはベローズ保持力Fdを有する。
第4図は第3図に示す構成のLIMの速度と推
力特性を示す特性図で、縦軸は推力、横軸は速度
を示す。但し推力FはKに対して正規化した値
F/Kで表し、速度vは同期速度vsに対する比
v/vsで表している。ここにK=k1p/g・I2…(1) でk1は定数、IはLIMの電流である。第5図の
曲線A、B、Cはそれぞれ構造の異なるLIMに
ついての特性を示すが、これらは、一般のインダ
クシヨンモータの特性からよく知られているの
で、その一般的な説明は省略する。LIMのすべ
り(スリツプ)sはs=(vs―v)/vsであるが、
s/sのかわりにv/vsを用いて第4図の特性を
表すと F/K=f(v/vs)=sG{1+(sG)2}…(2)の如
く表わされる。但しG=k2τ2/g.ρ…(3)で、k2
定数である。v=0すなわちs=1におけるFの
値を始動推力FsとするとFs=KG(1+G2)…(4)
となり、第3図に示す装置ではFsの値が大きいこ
とが望ましく、第4図に示すようにFs/K≧0.8
となるようにLIMを設計する。すなわちGの値
は0.5〜2であることが望ましい。更に、Fsを大
きくするために、電極棒5bの表面材質を銅、銅
合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の実施
例について実験し、最適の磁極ピツチτは20mmか
ら50mmの範囲にあることがわかつた。各種の実施
例から、τ≧dとすることが必要なことがわかつ
た。また、電気的特性からはgをなるべく小さく
することがのぞましいがgを0.1mm以下にすると
電極棒5bの固定鉄心22との接触摩擦が生じる
ため、これは避けねばならぬ。
第5図はこの発明の一実施例における真空開閉
器の開極力および閉極力の動作特性を示す特性図
である。横軸は時間tを示し、縦軸は力を示すも
のであるが、開極開始点と閉極開始点とはほぼ第
2図に対応して示してある。図に示すF0,Fd
さきに説明したようにそれぞれベローズ自閉力、
ベローズ開極保持力であり、F1,F2,F3,F4
F5,F6,F7はそれぞれLIMが電極棒5bに作用
する推力である。さきに説明したように、推力の
方向は、誘導コイル21に流れる多相交流の相回
転方向を反転することによつて反転することがで
き、かつ式(4)と式(1)から明らかなようにFsはI2
比例して増減するのでIを変化することによつて
Fsを変化することができる。
以下、第2図と第5図とを対応して第3図の装
置の動作を説明する。開極開始点では開極方向の
推力を生ずるような相回転で誘導コイル21にI1
の電流を流し、I1に対応するFsであるF1を発生す
る。電極棒5bが開極を始め、第2図に示される
速度dx/dtを得た後、次に相回転を反転し電流I2
に変化すると、推力F2を生じ、電極棒5bの開
極方向の運動は制動され速度dx/dtは減少する。
そして全開極位置付近において再び相回転を反転
し電流をI3に変化して、I3に対応するFsであるF3
を加えると、F3+Fd=0となつて電極棒5bは
x=dの状態で平衡静止する。従つて、電極棒5
bは全開極位置付近においては衝突力を受けるこ
となく運動を停止する。
また閉極開始点では閉極方向の推力を生ずるよ
うな相回転で誘導コイル21にI4の電流を流しI4
に相当する推力F4を発生させ、第2図に示すよ
うに漸次加速してゆき、閉極点x=0の直前で相
回転を反転し電流I5に対応する制動力F5を加えて
急激に減速し、速度dx/dtをほぼ零にして電極
4bを電極4aに当接して完全閉極を実現し、然
る後、短絡電流投入による電磁開離力に充分に打
勝つ強力な閉極加圧力F6を加えて、チヤタリン
グアークを抑止し、そして真空開閉器が短絡電流
状態から定常電流領域に復した場合は、電極加圧
力はF6からF7に減少させることが可能である。
もちろん、真空開閉器が最初から短絡電流条件に
無い場合は第5図に示すF1及びF6は第5図に示
す大きさより小さな推力に設定し得るもので、定
常電流の開閉時には、衝撃力の少ない動作が可能
で、真空開閉器の安定動作ひいては長寿命化に貢
献することができる。なお、第5図に示す実施例
ではF1,F5,F6の大きさは一般にFdの大きさよ
り充分大きくなるように設計されている。
以上を要約すると、この発明によれば、真空開
閉器の開極開始点および閉極開始点の直後におい
ては大きな始動推力を加えて可動側の電極4bを
真空開閉器にとつて望ましい速度まで急速に加速
し、その後開極動作および閉極動作の終期におい
て電気的制動力を作用させて速度dx/dtをほぼ
零とした後開極動作及び閉極動作を完了させこの
動作完了時点における衝撃を除去することができ
る。開極動作が完了した後はLIMの推力をベロ
ーズ開極保持力と平衡静止させ、閉極動作が完了
した後はチヤタリングや短絡電流による電磁開離
力を完全に抑制する推力を加えることができる。
また、第3図の構造から明らかなように可動側
に機械的係合部分が存在しないので、真空開閉器
の可動部重量が軽減され、可動側が固定側に対し
非接触構造になつているため操作エネルギーが少
く、かつ摩擦、摩耗部分が殆んど無いので信頼性
が高くかつ長寿命である。
なお、第3図に示す実施例では、誘導コイル2
1と固定鉄心22の部分を固定部10に対して固
定しているが、この発明はこのような構造に限定
されるものではない。第6図はこの発明の他の実
施例の断面構成を示す模式図で、図において第3
図と同一符号は同一又は相当部分を示すが、第3
図と構造の異る部分は、誘導コイル21と固定鉄
心22が絶縁筒1、端板2a,2b、ベローズ3
で構成される真空容器に装着され、かつ誘導コイ
ル21と固定鉄心22の部分が1部ベローズ3の
内径側に収納されている点である。第6図に示す
構造でも、第3図に示す構造と同様な効果を得る
ことができ、かつ第6図に示す構造では、固定鉄
心22の軸方向の長さを大きくすることができ、
したがつてLIMの磁極ピツチτを大きくしてよ
り大きな推力を得ることができる(式(3)参照)。
さらに、第3図に示す実施例では、電極棒5b
の断面を円形と想定しているが、この電極棒5b
はLIMの短絡された2次側導体となり得る構造
であればよいので、多角形断面又は十字形断面或
はY字形断面を有し、固定鉄心22の断面をこれ
に合せて定めることができる。また、LIMの2
次側短絡導体を形成するものは電極棒5b自体で
なくてもそれに連結された導体であればよいこと
は明らかである。この明細書では電極棒5bに連
結された導体をも含めて電極棒ということにす
る。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、LIMの原理
によつて可動側電極棒を駆動するので、 (1) 可動側電極がその中心軸上を正しく直線運動
するので、開閉器の電流しや断能力が向上し
た。
(2) LIMの固定子側を構成する固定鉄心が可動
側電極棒のガイドとなるので、運動が円滑とな
り、短絡電流による電磁力のため可動側電極棒
が変形することを防止できる。
(3) ほとんど非接触で可動側電極棒を駆動するこ
とができるので、操作機構の損耗がなく、安定
かつ長寿命の真空開閉器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の真空開閉器の断面構成を示す模
式図、第2図は真空開閉器に希望される開閉動作
を示す動作図、第3図はこの発明の一実施例の断
面構成を示す模式図、第4図は第3図に示す構成
のLIMの速度と推力特性を示す特性図、第5図
はこの発明の一実施例における真空開閉器の開極
力及び閉極力の動作特性を示す特性図、第6図は
この発明の他の実施例の断面構成を示す模式図で
ある。 1…絶縁筒、2a,2b…端板、3…ベロー
ズ、4a…固定側電極、4b…可動側電極、5a
…固定側電極棒、5b…可動側電極棒、21…一
次側多相誘導コイル、22…固定鉄心。尚、各図
中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 絶縁筒、端板、ベローズからなる真空容器内
    で固定部に固定される固定側電極棒の端に接続さ
    れる固定側電極と、 この固定側電極に対向して上記真空容器内に設
    けられる可動側電極と、 この可動側電極が接続される可動側電極棒であ
    つて上記ベローズに固定され、このベローズの軸
    方向の弾性的伸縮に従つて上記可動側電極を上記
    固定側電極と当接する閉極位置から上記両電極の
    間に所定の距離が保たれる開極位置までの可動距
    離dの間を移動させる可動側電極棒と、 この可動側電極棒を短絡された2次側導体とし
    て、この2次側導体を間隙gを隔てて囲撓してリ
    ニアインダクシヨンモータを形成する筒状の固定
    鉄心及びこの固定鉄心内に設けられる1次側多相
    誘導コイルと、 この多相誘導コイルに流す多相交流電流の相回
    転方向及び振幅を制御する手段とを備えた真空開
    閉器。 2 可動側電極棒は、表面材質が銅、銅合金、ア
    ルミニウム、アルミニウム合金のうちの何れかで
    あり、かつその軸方向に垂直な平面による断面の
    形状が円、円環、多角形、Y字形、十文字形のう
    ちのいずれかであることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の真空開閉器。 3 リニアインダクシヨンモータを形成する1次
    側多相誘導コイルは、20mm乃至50mmの磁極ピツチ
    を有し、かつこの磁極ピツチτは可動側電極の可
    動距離d以上の値に定められることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の真空開閉器。 4 多相交流電流の相回転方向及び振幅を制御す
    る手段は、リニアインダクシヨンモータにより可
    動側電極棒に伝達される推力Fの大きさをベロー
    ズ開極保持力Fdに等しいか又はそれ以上になる
    よう上記多相交流電流の振幅を制御する手段を有
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の真空開閉器。 5 多相交流電流の相回転方向及び振幅を制御す
    る手段は、開極動作又は閉極動作の終期において
    可動側電極棒の速度と反対方向の推力を発生して
    上記可動側電極棒を制動するよう制御する手段を
    有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の真空開閉器。
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