(57)【要約】【課題】可動部を操作する際の駆動力を低減する。【解決手段】固定接点４０と、固定接点４０に対して接離可能に移動し、パッファ室１２およびこのパッファ室１２に一端が繋がった絶縁ガスの第１流路１３を内部に有し、かつ、第１流路１３の他端に位置する絶縁ガスの噴出口１４およびパッファ室１２と外部とを繋ぐ通気口１５を有する可動接点１０と、可動接点１０の移動によってパッファ室１２内の空間を増減するように可動接点１０と摺動可能に同軸配置され、パッファ室１２に一端が繋がった絶縁ガスの第２流路２１を内部に有するピストン２０とを備える。可動接点１０が固定接点４０に近づくように移動して可動接点１０が固定接点４０に接触し始める切換位置にあるときに、通気口１５が開放されてパッファ室１２と繋がっている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接点間にガスを噴き付けることにより接点開離時に発生するアークを消孤して開極する開閉装置であって、
固定接点と、
前記固定接点に対して接離可能に移動し、パッファ室および該パッファ室に一端が繋がった前記ガスの第１流路を内部に有し、かつ、前記第１流路の他端に位置する前記ガスの噴出口および前記パッファ室と外部とを繋ぐ通気口を有する可動接点と、
前記可動接点の移動によって前記パッファ室内の空間を増減するように前記可動接点と摺動可能に同軸配置され、前記パッファ室に一端が繋がった前記ガスの第２流路を内部に有するピストンと
を備え、
前記可動接点が前記固定接点から離れるように移動している間に、前記ピストンによって前記第１流路の前記一端および前記通気口がこの順に閉塞され、かつ、前記パッファ室内の前記空間が前記ピストンによって次第に埋められ、
前記可動接点が前記固定接点から所定の距離だけ離れた開極位置にあるときに、前記第１流路の前記一端と前記第２流路の他端とが繋がることにより、前記パッファ室と前記噴出口とが、前記第１流路および前記第２流路を通じて連通し、
前記可動接点が前記固定接点に近づくように移動して前記可動接点が前記固定接点に接触し始める切換位置にあるときに、前記通気口が開放されて前記パッファ室と繋がっている、開閉装置。
【請求項２】
前記可動接点は、筒状部および該筒状部内に同軸配置された軸部を含み、
前記筒状部は、前記固定接点側の端部を前記軸部によって塞がれ、
前記ピストンは、前記固定接点側とは反対側において、前記筒状部と前記軸部との間を塞ぐように固定され、
前記パッファ室は、前記筒状部と前記軸部と前記ピストンとによって囲まれた空間であり、
前記第１流路の前記一端は、前記軸部の外周面の一部に位置し、
前記通気口の一端は、前記筒状部の内周面の一部に位置し、かつ、前記可動接点の軸方向において、前記第１流路の前記一端より前記固定接点側に位置している、請求項１に記載の開閉装置。
【請求項３】
前記可動接点における前記固定接点側の内部に収容された磁石をさらに備え、
前記磁石は、前記アークにローレンツ力を作用させて駆動させる、請求項１または２に記載された開閉装置。
【請求項４】
前記可動接点は、前記可動接点の軸方向において、前記切換位置にあるときの前記可動接点と前記固定接点との接触部より前記固定接点側に突出し、かつ、前記接触部の外径より細い細径部を有し、
前記磁石は、前記細径部の内部に収容されている、請求項３に記載の開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開閉装置に関し、特に、断路器または接地開閉器などの開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パッファ機構を用いた開閉装置の構成を開示した先行文献として、特開昭６２−２６７２５号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載のガス遮断器は、共通の中心軸上に互いに接離可能に配置された第１の固定電極および可動電極と、第１の固定電極および可動電極の周囲に位置する円筒状の第１のガス流路並びに上記中心軸の周囲に位置するガス噴出口を形成する絶縁ノズル、およびこの絶縁ノズルを一体的に固着した可動シリンダとを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２６７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されたガス遮断器においては、可動シリンダを第１の固定電極側に移動させる際に、圧縮室内のガスが膨張して負圧になる。そのため、可動シリンダを駆動する操作機構に大きな駆動力が必要となる。また、可動シリンダを第１の固定電極内に挿通する際に、さらに大きな駆動力が操作機構に必要となる。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、可動部を操作する際の駆動力を低減できる開閉装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に基づく開閉装置は、接点間にガスを噴き付けることにより接点開離時に発生するアークを消孤して開極する開閉装置である。開閉装置は、固定接点と、固定接点に対して接離可能に移動し、パッファ室およびこのパッファ室に一端が繋がった上記ガスの第１流路を内部に有し、かつ、第１流路の他端に位置する上記ガスの噴出口およびパッファ室と外部とを繋ぐ通気口を有する可動接点と、可動接点の移動によってパッファ室内の空間を増減するように可動接点と摺動可能に同軸配置され、パッファ室に一端が繋がった上記ガスの第２流路を内部に有するピストンとを備える。可動接点が固定接点から離れるように移動している間に、ピストンによって第１流路の一端および通気口がこの順に閉塞され、かつ、パッファ室内の上記空間がピストンによって次第に埋められる。可動接点が固定接点から所定の距離だけ離れた開極位置にあるときに、第１流路の一端と第２流路の他端とが繋がることにより、パッファ室と噴出口とが、第１流路および第２流路を通じて連通している。可動接点が固定接点に近づくように移動して可動接点が固定接点に接触し始める切換位置にあるときに、通気口が開放されてパッファ室と繋がっている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、可動部を操作する際の駆動力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態１に係る開閉装置が閉極した状態示す断面図である。
【図２】同実施形態に係る開閉装置における可動接点の先端部を拡大して示す断面図である。
【図３】同実施形態に係る開閉装置における可動接点が固定接点から離れるように移動して切換位置にある状態を示す断面図である。
【図４】同実施形態に係る開閉装置における可動接点が固定接点から離れるように移動して、可動接点と固定接点とが開離してアークが発生した状態を示す断面図である。
【図５】同実施形態に係る開閉装置における可動接点が固定接点から所定の距離だけ離れた開極位置にある状態を示す断面図である。
【図６】同実施形態に係る開閉装置における可動接点が固定接点に近づくように移動して、パッファ室内が減圧されている状態を示す断面図である。
【図７】同実施形態に係る開閉装置における可動接点が固定接点に近づくように移動して切換位置にある状態を示す断面図である。
【図８】同実施形態に係る開閉装置において、アークに作用するローレンツ力を模式的に示す断面図である。
【図９】図８に示す状態をＩＸ−ＩＸ線矢印方向から見た断面図である。
【図１０】本発明の実施形態２に係る開閉装置開閉装置が閉極した状態示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態１に係る開閉装置について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１０】
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る開閉装置が閉極した状態示す断面図である。図２は、本実施形態に係る開閉装置における可動接点の先端部を拡大して示す断面図である。
【００１１】
本発明の実施形態１に係る開閉装置は、接点間に絶縁ガスを噴き付けることにより接点開離時に発生するアークを消孤して開極する開閉装置である。絶縁ガスとしては、ＳＦ６ガス、乾燥空気、窒素ガスまたは二酸化炭素ガスなどを用いることができる。開閉装置は、絶縁ガスの雰囲気中に配置されている。
【００１２】
図１，２に示すように、本実施形態に係る開閉装置においては、開口を有するシールド３０内に、円筒状の固定接点４０が配置されている。シールド３０の開口の中心軸と固定接点４０の中心軸とは、略一致している。また、シールド３０の開口の直径と固定接点４０の内径とは、略一致している。なお、固定接点４０の形状は、円筒状に限られず、横断面形状が多角形である筒状、または、板状でもよい。
【００１３】
開閉装置は、固定接点４０に対して接離可能に移動する可動接点１０を備える。可動接点１０は、パッファ室１２およびパッファ室１２に一端が繋がった絶縁ガスの第１流路１３を内部に有し、かつ、第１流路１３の他端に位置する絶縁ガスの噴出口１４およびパッファ室１２と外部とを繋ぐ通気口１５を有する。
【００１４】
具体的には、可動接点１０は、円筒状の筒状部１０ａと、筒状部１０ａ内に同軸配置された略円柱状の軸部１０ｂとを含む。軸部１０ｂは、筒状部１０ａの両端から突出するように設けられている。軸部１０ｂにおける固定接点４０側の端部は、筒状部１０ａ内を閉塞するように広がっている。筒状部１０ａと軸部１０ｂとに囲まれた空間が、パッファ室１２となりうる空間である。
【００１５】
可動接点１０は、可動接点１０の中心軸と固定接点４０の中心軸とが略一致するように配置されている。可動接点１０の筒状部１０ａの外径と固定接点４０の内径とは、略一致している。可動接点１０は、固定接点４０の内周面に筒状部１０ａの外周面を摺接しつつ、固定接点４０内に挿通可能である。可動接点１０の筒状部１０ａにおいて、固定接点４０と接触する部分が接触部１８となる。
【００１６】
軸部１０ｂにおいて筒状部１０ａから突出して接触部１８の近傍に位置する部分に、噴出口１４が放射状に設けられている。噴出口１４は、可動接点１０の中心軸を中心とした円周上において所定の間隔を置いて複数設けられている。噴出口１４は、軸部１０ｂ内を可動接点１０の軸方向に延びつつ可動接点１０の径方向に曲折した第１流路１３の他端に位置している。
【００１７】
第１流路１３の周囲に、可動接点１０内を可動接点１０の軸方向に延びるパッファ室１２が設けられている。第１流路１３の一端側は軸部１０ｂ内を軸部１０ｂの径方向に延びており、第１流路１３の一端が軸部１０ｂの外周面の一部に位置している。
【００１８】
通気口１５の一端は、筒状部１０ａの内周面の一部に位置している。通気口１５の他端は、筒状部１０ａの外周面の一部に位置している。通気口１５の一端は、可動接点１０の軸方向において、第１流路１３の一端より固定接点４０側に位置している。
【００１９】
開閉装置は、固定接点４０側とは反対側において、筒状部１０ａと軸部１０ｂとの間を塞ぐように固定された円筒状のピストン２０を備える。筒状部１０ａと軸部１０ｂとピストン２０とによって囲まれた空間が、パッファ室１２となる。
【００２０】
ピストン２０は、可動接点１０の移動によってパッファ室１２内の空間を増減するように可動接点１０と摺動可能に同軸配置され、パッファ室１２に一端が繋がった絶縁ガスの第２流路２１を内部に有する。すなわち、ピストン２０は移動せず、可動接点１０が移動することによって、ピストン２０と可動接点１０とが相対的に移動する。
【００２１】
具体的には、ピストン２０の外周面は、筒状部１０ａの内周面と摺接する。ピストン２０の内周面は、軸部１０ｂの外周面と摺接する。ピストン２０の外周面と筒状部１０ａの内周面との間に、Ｏリング９０が嵌め込まれている。ピストン２０の内周面と軸部１０ｂの外周面との間に、Ｏリング９１が嵌め込まれている。このＯリング９０，９１により、可動接点１０とピストン２０との間が、機密に保持されている。
【００２２】
第２流路２１の一端側はピストン２０内をピストン２０の軸方向に延びており、第２流路２１の一端がピストン２０における固定接点４０側の端面の一部に位置している。第２流路２１の他端側はピストン２０の径方向に延びており、第２流路２１の他端がピストン２０の内周面の一部に位置している。
【００２３】
可動接点１０の軸方向における可動接点１０の固定接点４０側の端部には、細径部１１が設けられている。細径部１１は、可動接点１０の軸方向において接触部１８より固定接点４０側に突出し、かつ、接触部１８の外径より細い。すなわち、軸部１０ｂにおいて固定接点４０側に筒状部１０ａから突出した部分が細径部１１である。
【００２４】
本実施形態においては、細径部１１の内部に永久磁石７０が収容されている。この永久磁石７０は、後述するように、接点開離時に発生するアークにローレンツ力を作用させて駆動させる。
【００２５】
図２に示すように、細径部１１は、永久磁石７０を収容するための凹部１６と、凹部１６内に配置された永久磁石７０を覆うカバー１７とを含む。カバー１７の外径は、接触部１８の外径より小さい。
【００２６】
図１に示すように、可動接点１０の軸方向における可動接点１０の固定接点４０側とは反対側の端部が、絶縁性の部材からなる鍔５０と連結されている。具体的には、軸部１０ｂにおける固定接点４０側とは反対側の端部は、鍔５０と連結されている。鍔５０の外径は、ピストン２０の内径より大きい。
【００２７】
鍔５０における可動接点１０と連結されている側とは反対側は、図示しない操作機構と連結された駆動軸６０と連結されている。駆動軸６０の中心軸と可動接点１０の中心軸とは、略一致している。操作機構は、駆動軸６０を駆動軸６０の軸方向のいずれかに選択的に駆動する。
【００２８】
以下、本実施形態に係る開閉装置の動作について説明する。
図３は、本実施形態に係る開閉装置における可動接点が固定接点から離れるように移動して切換位置にある状態を示す断面図である。図４は、本実施形態に係る開閉装置における可動接点が固定接点から離れるように移動して、可動接点と固定接点とが開離してアークが発生した状態を示す断面図である。
【００２９】
図５は、本実施形態に係る開閉装置における可動接点が固定接点から所定の距離だけ離れた開極位置にある状態を示す断面図である。図６は、本実施形態に係る開閉装置における可動接点が固定接点に近づくように移動して、パッファ室内が減圧されている状態を示す断面図である。図７は、本実施形態に係る開閉装置における可動接点が固定接点に近づくように移動して切換位置にある状態を示す断面図である。
【００３０】
開閉装置は、図１に示す閉極した状態から、開極した状態に移行する際に、操作機構を稼働させる。図３に示すように、操作機構が稼働すると、駆動軸６０は矢印１で示すように移動する。これにより、鍔５０を介して駆動軸６０と繋がっている可動接点１０は、可動接点１０の軸方向において、固定接点４０から離れる方向に移動する。
【００３１】
上記のように、第１流路１３の一端は、可動接点１０の軸方向において、通気口１５の一端より固定接点４０から離れているため、可動接点１０が固定接点４０から離れるように移動している間に、ピストン２０によってまず第１流路１３の一端が閉塞される。
【００３２】
一方、図３に示すように、可動接点１０と固定接点４０とが開離する直前の切換位置にあるとき、通気口１５は開放されている。そのため、パッファ室１２内の圧力は、パッファ室１２の外部の圧力と等しくなっている。
【００３３】
可動接点１０が固定接点４０から離れるようにさらに移動することにより、図４に示すように可動接点１０と固定接点４０とが開離すると、固定接点４０と可動接点１０との間にアーク９が発生する。このアーク９は、可動接点１０においては、接触部１８の近傍に主に発生する。
【００３４】
また、ピストン２０によって通気口１５の一端が閉塞される。このように、パッファ室１２内の空間がピストン２０によって次第に埋められる。第１流路１３の一端および通気口１５の一端が閉塞された状態において、パッファ室１２は閉鎖空間になっている。この状態において、パッファ室１２内の空間がピストン２０によって次第に埋められることにより、パッファ室１２内の絶縁ガスが圧縮される。その結果、パッファ室１２内の圧力が上昇する。
【００３５】
図５に示すように、可動接点１０が固定接点４０から所定の距離だけ離れた開極位置に至るまで、パッファ室１２内の絶縁ガスは圧縮され続ける。可動接点１０が開極位置にあるときに、第１流路１３の一端と第２流路２１の他端とが繋がる。これにより、パッファ室１２と噴出口１４とが、第１流路１３および第２流路２１を通じて連通する。
【００３６】
その結果、パッファ室１２内で圧縮されていた絶縁ガスが、噴出口１４から噴出される。噴出された絶縁ガスは、可動接点１０と固定接点４０との間を仕切るように流動するため、アーク９を遮断して消孤する。絶縁ガスの噴出が終了した後においては、パッファ室１２内の圧力は、パッファ室１２の外部の圧力と等しくなっている。
【００３７】
開閉装置は、図５に示す開極した状態から、閉極した状態に移行する際に、操作機構を稼働させる。図６に示すように、操作機構が稼働すると、駆動軸６０は矢印２で示すように移動する。これにより、鍔５０を介して駆動軸６０と繋がっている可動接点１０は、可動接点１０の軸方向において、固定接点４０に近づく方向に移動する。
【００３８】
図６に示すように、第１流路１３の一端および通気口１５の一端が閉塞された状態において、パッファ室１２は閉鎖空間になっている。この状態において、可動接点１０が移動してパッファ室１２内の空間が広がることにより、パッファ室１２内の絶縁ガスは膨張する。その結果、パッファ室１２内の圧力が減少して負圧になる。そのため、可動接点１０を駆動する操作機構には、パッファ室１２内の圧力とパッファ室１２の外部の圧力との圧力差以上の大きさの駆動力が必要になる。
【００３９】
しかし、本実施形態に係る開閉装置においては、図７に示すように、可動接点１０が固定接点４０に近づくように移動して可動接点１０が固定接点４０に接触し始める切換位置にあるとき、通気口１５が開放されている。そのため、パッファ室１２内の圧力は、パッファ室１２の外部の圧力と等しくなっている。これにより、パッファ室１２内の圧力とパッファ室１２の外部の圧力との圧力差を無くすことができ、可動接点１０を固定接点４０内に挿通する際に必要となる操作機構の駆動力を低減できる。
【００４０】
また、本実施形態に係る開閉装置においては、細径部１１内に永久磁石７０が設けられている。以下、永久磁石７０の作用および効果について説明する。
【００４１】
図８は、本実施形態に係る開閉装置において、アークに作用するローレンツ力を模式的に示す断面図である。図９は、図８に示す状態をＩＸ−ＩＸ線矢印方向から見た断面図である。
【００４２】
図８，９に示すように、固定接点４０と可動接点１０との開離時に発生するアーク９は、主に固定接点４０と可動接点１０の接触部１８とを繋ぐように発生する。ここで、可動接点１０の軸方向において、アーク９のうちの永久磁石７０より固定接点４０側に位置する部分を一端側アーク９ａ、アーク９のうちの永久磁石７０より接触部１８側に位置する部分を他端側アーク９ｂとする。
【００４３】
永久磁石７０のＮ極を固定接点４０側、Ｓ極を接触部１８側に配置することにより、図８に示すように、永久磁石７０の周囲に磁界７を発生させる。この磁界７は、一端側アーク９ａに対して、可動接点１０の径方向において可動接点１０から離れる方向に作用する。一方、他端側アーク９ｂに対して、可動接点１０の径方向において可動接点１０に近づく方向に作用する。
【００４４】
これにより、図９に示すように、ローレンツ力６が、他端側アーク９ｂに対して可動接点１０の周方向における一方向に向かって作用する。一方、可動接点１０の周方向における一方向とは逆方向に向かうローレンツ力が、一端側アーク９ａに対して作用する。
【００４５】
その結果、アーク９は、可動接点１０の周方向に引き伸ばされることにより、最小アーク電圧が高まってアーク９の電流が限流されて遮断されやすい状態になる。このように、接触部１８より細径部１１を固定接点４０側に突出させることにより、アーク９を遮断しやすくすることができる。
【００４６】
また、アーク９にローレンツ力６を作用させて駆動することにより、アーク９が同じ位置に膠着することを抑制して、接触部１８の消耗を低減できる。なお、永久磁石７０の磁束密度は、アーク９を駆動させるのに十分な磁束密度であるたとえば数十ｍＴ程度でよい。
【００４７】
本実施形態に係る開閉装置においては、可動接点１０が開極位置にあるときに、噴出口１４から一気に絶縁ガスを噴き付ける。そのため、噴き付けられる絶縁ガスの圧力は、パッファ室１２内の圧縮比にのみ依存し、可動接点１０の移動速度および絶縁ガスの種類には依存しない。
【００４８】
上記のように、本実施形態に係る開閉装置においては、可動部である可動接点１０を操作する際の駆動力を低減できる。また、可動接点１０および固定接点４０の消耗を低減できる。
【００４９】
以下、本発明の実施形態２に係る開閉装置について図を参照して説明する。なお、本実施形態に係る開閉装置は、永久磁石７０を備えない点のみ実施形態１に係る開閉装置と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【００５０】
(実施形態２)
図１０は、本発明の実施形態２に係る開閉装置開閉装置が閉極した状態示す断面図である。図１０に示すように、開閉装置が遮断する電流が比較的小さい場合には、接点の消耗を考慮する必要性が少ないため、細径部１１ａ内に永久磁石を設けなくてもよい。
【００５１】
本実施形態に係る開閉装置においても、可動部である可動接点１０を操作する際の駆動力を低減できる。
【００５２】
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
６  ローレンツ力、７  磁界、９  アーク、９ａ  一端側アーク、９ｂ  他端側アーク、１０  可動接点、１０ａ  筒状部、１０ｂ  軸部、１１  細径部、１２  パッファ室、１３  第１流路、１４  噴出口、１５  通気口、１６  凹部、１７  カバー、１８  接触部、２０  ピストン、２１  第２流路、３０  シールド、４０  固定接点、５０  鍔、６０  駆動軸、７０  永久磁石、９０，９１  Ｏリング。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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