(57)【要約】【課題】均一な縦磁界を得ることが可能なコイル電極およびそのコイル電極を用いた真空遮断器用真空バルブを得る。【解決手段】真空遮断器用真空バルブを構成するコイル電極１２を、コイル電極の軸に対して直交する平面上に、同心となるように設けられたリング部１２ａと、そのリング部１２ａ外周に沿って等間隔で配置され、外側に延出する複数本のアーム部１６ａと、そのアーム部１６ａにおいてコイル電極１２の軸から最も離れた最大外径端部から、隣接する別のアーム部１６ａ最大外径端部よりも内側の位置に向って、一方向に折り曲げるように形成されたコイル部とによって主に構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空遮断器を構成するコイル電極が、上記コイル電極の軸に対して直交する平面上に、同心となるように設けられたリング部、そのリング部外周に沿って等間隔に配置され、上記平面内において上記リング部外側に延出する複数本のアーム部、そのアーム部における上記軸から最も離れた最大外径端部から、隣接する別の上記アーム部最大外径端部よりも内側に向って、上記平面内において、一方向に折り曲げるように形成されたコイル部、上記コイル部の終端に位置し、上記軸に沿う方向に突出する接続部を備えてなることを特徴とする真空遮断器用コイル電極。
【請求項２】
真空容器内に対向配置され、一つの軸上において接離自在に設けられた一対の接点、上記接点の接離面に対してその裏面側に配置され、上記軸に沿って伸びる電極棒、上記接点裏面と上記電極棒との間に配置され、上記軸方向に磁界を発生するコイル電極を備え、上記コイル電極は、上記軸に対して直交する平面上に、同心となるように設けられたリング部、そのリング部外周に沿って等間隔に配置され、上記平面内において上記リング部外側に延出する複数本のアーム部、そのアーム部における上記軸から最も離れた最大外径端部から、隣接する別の上記アーム部最大外径端部よりも内側の位置に向って、上記平面内において、一方向に折り曲げるように形成されたコイル部、上記コイル部の終端に位置し、上記軸に沿う方向に突出する接続部よりなることを特徴とする真空遮断器用真空バルブ。
【請求項３】
上記コイル部は、その終端が、隣接する別の上記アーム部の最大外径の１／２から最大外径未満の位置に向うように、折り曲げ形成されることを特徴とする請求項２記載の真空遮断器用真空バルブ。
【請求項４】
上記コイル電極を、上記接点裏面側に、それぞれ上記軸方向に２個以上重ねて配置し、重なり合う上記コイル電極のコイル部を流れる電流の向きが、同一方向となるように構成したことを特徴とする請求項２記載の真空遮断器用真空バルブ。
【請求項５】
上記接点裏面側に２個以上重ねて配置された上記コイル電極は、重なり合う上記コイル電極同士で、上記コイル部の折り曲げ方向が逆向きとなるように配置されたことを特徴とする請求項４記載の真空遮断器用真空バルブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、縦磁界を発生させる真空遮断器用コイル電極および真空遮断器用真空バルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の真空バルブ（真空遮断器用真空バルブに相当する。）は、真空容器内に互いに対向するように配置され、固定電極と可動電極によって構成され、二つの電極は同じ構造の電極を対向配置させたものとして構成されている。その電極は、対向する電極側に対して、接触・非接触状態となる円板状の接点と、縦磁界を発生させるコイル電極と、その接点およびコイル電極を取り付けるべき電極棒とにより構成される。コイル電極は、電極棒に嵌合するリング部と、リング部を周方向に４等分した位置から放射状に外側に延出する４本のアーム部と、各アーム部の最終端（最大外径端に相当。）から、接点の外周に沿うように同じ方向に湾曲させて形成した４つのコイル部によって構成され、４つのコイル部によって、全体として略円筒状のコイルを形成していた。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、一般に、遮断電流が増加するにつれ、接点面積は増加する傾向がある。縦磁界（電極軸に沿う方向の磁界、軸方向磁界。）を発生する電極を利用して電流を遮断する場合、同じ電流でコイル電極の分割数やコイル電極の高さ等が同じ条件であれば、接点径が大きくなるに従って発生する縦磁界強度が低下する。そのため、大電流を遮断する場合、コイル電極の分割数を減らし、電流の分流を少なくするなどして遮断に必要な縦磁界強度を維持していた。
【０００４】
【特許文献１】
特公平２−３０１３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の真空遮断器用真空バルブでは、コイル電極の中央に生じる縦磁界強度に比べ、アーム部とコイル部で囲まれた領域に生じる縦磁界強度がかなり大きくなる傾向があり、一つのコイル電極内で均一な縦磁界を得ることが難しかった。そのため、電流の遮断に必要なアークが縦磁界の強い部分に停滞し、接点全体にアークを均一に拡散することができず、接点全域を電流遮断に有効に使用できないという問題があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、大電流の遮断、即ち、接点径が大きな場合においても、均一で強い縦磁界を発生させることで、遮断に必要な縦磁界強度を維持し、アークを均一に拡散させ、接点の局部的な過熱が少ない、安定した遮断が可能な真空遮断器用コイル電極および真空遮断器用真空バルブを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る真空遮断器用コイル電極は、真空遮断器用真空バルブを構成するコイル電極が、上記コイル電極の軸に対して直交する平面上に、同心となるように設けられたリング部、そのリング部外周に沿って等間隔に配置され、上記平面内において上記リング部外側に延出する複数本のアーム部、そのアーム部における上記軸から最も離れた最大外径端部から、隣接する別の上記アーム部最大外径端部よりも内側に向って、上記平面内において、一方向に折り曲げるように形成されたコイル部、上記コイル部の終端に位置し、上記軸に沿う方向に突出する接続部を備えてなるものである。
【０００８】
また、この発明に係る真空遮断器用真空バルブは、真空容器内に対向配置され、一つの軸上において接離自在に設けられた一対の接点、上記接点の接離面に対してその裏面側に配置され、上記軸に沿って伸びる電極棒、上記接点裏面と上記電極棒との間に配置され、上記軸方向に磁界を発生するコイル電極を備え、上記コイル電極は、上記軸に対して直交する平面上に、同心となるように設けられたリング部、そのリング部外周に沿って等間隔に配置され、上記平面内において上記リング部外側に延出する複数本のアーム部、そのアーム部における上記軸から最も離れた最大外径端部から、隣接する別の上記アーム部最大外径端部よりも内側の位置に向って、上記平面内において、一方向に折り曲げるように形成されたコイル部、上記コイル部の終端に位置し、上記軸に沿う方向に突出する接続部よりなるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である真空遮断器用コイル電極を示す斜視図である。図１に示すように、コイル電極１２は、真空遮断器用真空バルブを構成する電極棒の取付部となる突起を嵌合させるための嵌合孔１２ｂを有し、コイル電極１２の軸となる方向に対して直交する平面上に同心となるように設けられたリング部１２ａと、そのリング部１２ａの周方向を４等分した各位置（リング部１２ａ外周に沿って等間隔となる位置。）から外側に延出する４本（複数本。）のアーム部１６ａと、アーム部１６ａの先端から、隣接する一方のアーム部１６ａの最大外径端部よりも内側（軸側。）の位置に向って、一方向に折り曲げるように形成されるコイル部１４ａによって主に構成されている。また、コイル部１４ａの先端部には、真空遮断器用真空バルブを構成する接点と対向する側に、軸に沿う方向に適長延出させて厚く形成した接続部１５ａが設けられている。図１に示したように、コイル電極１２の全体的な平面形状は、風車（かざぐるま。）のような形状となっている。
リング部１２ａの外周を等間隔に４等分して、アーム部１６ａ等を配置する以外に、３等分、５等分とすることも可能である。
【００１０】
図２は、この発明の実施の形態１である真空遮断器用真空バルブを示す要部分解斜視図である。図２のように、一つの軸（電極の軸。）上において、互いに対向するように配置され、接離自在な固定電極と可動電極は、同様に構成されている。例えば、固定電極１０は、円板状の接点１１と、接点面と反対側である裏面側に配置される縦磁界（電極の軸に沿う方向に発生する磁界。軸方向磁界。）を発生させるコイル電極１２と、接点１１およびコイル電極１２を取り付けるべき電極棒１３とにより主に構成される。コイル電極１２は、電極棒１３の先端に形成された突起状の取付部１３ａにコイル電極１２の嵌合孔１２ｂを嵌合させることで固定する。接点１１の裏面側にコイル電極１２の接続部１５ａが接続される。なお、真空遮断器用真空バルブに必要となる真空容器等の構成については、ここでは図示を省略しており、発明の特徴を示す電極部のみを図示している。
【００１１】
可動電極２０も同様の構成であり、円板状の接点２１と、接点２１の裏面側に配置されるコイル電極２２と電極棒２３により構成されている。
固定電極１０側の接点１１と可動電極２０側の接点２１は、接離可能に適長離隔させた状態で、固定電極１０と可動電極２０とが対向配置される。
また、接点１１、２１には、銀系合金または銅系合金が使用されている。
【００１２】
強い縦磁界を発生させるためには、アーム部１６ａとコイル部１４ａを近づけるほうが良いが、接続部１５ａがコイル電極最大外径から離れると最大外径付近の縦磁界が弱くなるため、この接続部１５ａは、接点１１、１２の半径の中央から外径までの間に配置するのが好ましい。接点１１、２１の外径（Ｒｍａｘ）と、コイル電極１２、２２のアーム部１６ａの最大外径（ｒ）は、重なり合う位置にあり、一致した寸法である。つまり、一つのコイル部１４ａの終端が、隣接する別のコイル部１４ａにおけるアーム部１６ａ最大外径の１／２（図１中、１／２ｒ。）から最大外径（図１中、ｒ。）未満の位置に向うように、コイル部１４ａを折り曲げ形成することが好ましい。
【００１３】
また、互いに対向して配置される固定電極１０側のコイル電極１２と、可動電極２０側のコイル電極２２の位置関係は、接続部１５ａの外径付近の縦磁界強度が弱くなるため、一方のコイル電極１２（またはコイル電極２２。）において縦磁界強度か最大となるアーム部１６ａとコイル部１４ａで囲まれた部分（図１中の記号Ａで示す部分に相当する。）が、対向配置されたもう一方のコイル電極２２（またはコイル電極１２。）におけるコイル部１４ａ先端の接続部１５ａ方向にくるように配置することが好ましい。
【００１４】
このような風車型構造を特徴とするコイル電極１２、２２の場合、従来のコイル電極と同様に、アーム部１６ａとコイル部１４ａで囲まれた部分（図１中、Ａ部。）の磁界が最も強くなるが、各コイル電極１２、２２において、縦磁界強度が最大となる部分が一致しないように対向配置することで、発弧直後に均一な縦磁界が発生し、アークが縦磁界強部で停滞しないため、接点１１、２１が局部的に加熱されるのを防ぐことができるという効果がある。図３は、３次元有限要素法によって求めた、この発明の実施の形態１による、発弧直後の縦磁界強度分布を示している。図中の縦軸は、縦磁界の強さ（磁束密度のＺ方向成分。Ｂｚ／Ｂｚｍａｘ。）を示し、横軸は電極中心からの距離（接点外径をＲｍａｘとしたときの値。Ｒ／Ｒｍａｘ。）を示している。
【００１５】
ここで、比較のために、従来技術による真空遮断器用真空バルブのコイル電極斜視図を図４（ａ）に示す。その従来のコイル電極１１２では、４本のコイル部１４が、全体として略円筒状となるように、コイル部１４が接点（図示せず。）の外周に沿う形状に形成されており、コイル部１４は、アーム部１６ａの最大外径端部から、隣接する別のアーム部１６ａの最大外径端部に向かって伸びている。従来の真空遮断器用真空バルブでの、発弧直後の縦磁界強度分布を、３次元有限要素法によって求めた結果を図４（ｂ）に示す。図４（ａ）に示した符号は、既に説明に用いた符号と同一符号は、同一または相当部分を示している。
図３、図４（ｂ）では、縦磁界が最大となる半径方向（図１中、電極中心Ｂから領域Ａを通る矢印Ｃに沿う方向。）のデータ（破線で示すデータ。）と、アーム方向（図１中、電極中心Ｂからアーム１６ａを通る矢印Ｄに沿う方向。）のデータ（実線で示すデータ。）の、２つのデータをそれぞれ示している。
【００１６】
図３と図４（ｂ）を比較してわかるように、図４（ｂ）に示す従来の真空遮断器用真空バルブでの縦磁界強度分布に比べ、この発明による真空遮断器用真空バルブではコイル電極１２、２２の中央に生じる縦磁界強度と最大縦磁界強度との差がほとんど無く、縦磁界強度が最大となる電極中心からの距離におけるアーム方向の縦磁界強度と比較してもその差が改善されている。
従って、コイル電極１２、２２によって発生する縦磁界を均一に近づけることができ、接点１１、２１の局部的な加熱を軽減し、安定した遮断が可能となる。
【００１７】
実施の形態２．
先述の実施の形態１では、風車型コイル電極を、可動電極と固定電極にそれぞれ１個づつ組み込んだ例を示したが、この実施の形態２では、一方の電極に、同型の２個のコイル電極を、同軸上に２個重ねて配置し、その向き（表裏。）を逆に向けるように、つまり、それぞれの接続部が外側を向くように重ねて組み込む場合について説明する。
なお、同型の２個のコイル電極を、向きが逆になるように重ねて配置することで、重なり合うコイル電極同士で、コイル部の折り曲げ方向が逆向きになるように配置される。
【００１８】
図５は、一方の電極（例えば固定電極１０。）の分解斜視図を示すものであり、他方の電極（例えば可動電極２０。）も同様に構成され、接点１１に対して接離可能に対向配置されている。図５に示すように、図１で示したコイル電極１２（以下、この実施の形態２では、接点側コイル電極１２とする。）が接点１１の裏面側に配置され、さらに、後述する中央電極棒１８を介して電極棒側コイル電極１７が重なるように配置される。
【００１９】
この電極棒側コイル電極１７は、接点側コイル電極１２と同じ形状であり、その向きは、他方のコイル電極と表裏が逆になるように、つまり、電極棒側コイル電極１７の接続部１５ｂが電極棒１３側を向くように配置される。電極棒側コイル電極１７は、リング部１７ａとアーム部１６ｂとコイル部１４ｂにより主に構成され、コイル部１４ｂの先端に接続部１５ｂを持つ構成である。
【００２０】
接点側コイル電極１２の嵌合孔１２ｂ、電極棒側コイル電極１７の嵌合孔１７ｂには、二つのコイル電極を繋ぐ中央電極棒１８の接点側突起部１８ａ、電極棒側突起部１８ｂが嵌合するように構成される。
電極棒側コイル電極１７と電極棒１３との間には円板状のコイル電極用端板１９が配置され、このコイル電極用端板１９の接点側の面（表面。）に電極棒側コイル電極１７の接続部１５ｂが接続される。コイル電極用端板１９の中央部には、電極棒１３の取付部１３ａを嵌合させるための嵌合孔１９ａが設けられている。
【００２１】
この実施の形態２では、接点側コイル電極１２と、中央電極棒１８と、電極棒側コイル電極１７と、コイル電極用端板１９によってコイル電極部３０が構成されている。その他、図５において、既に説明に用いた符号と同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
【００２２】
なお、固定電極１０と可動電極２０との位置関係は、接続部１５ａ、１５ｂの外径付近の縦磁界強度が弱いため、一方の電極、例えば固定電極１０の縦磁界強度が最大となるアーム部１６ａとコイル部１４ａで囲まれた部分が、対向配置されたもう一方の電極、例えば可動電極２０の接続部１５ａまたは１５ｂの方向に来るように配置し、縦磁界強度の均一化を図ることが好ましい。また、アーム部１６ａ（１６ｂ）とコイル部１４ａ（１４ｂ）で囲まれた縦磁界強度が最大となる部分が、固定電極１０と可動電極２０で重なり合わないような配置とすることで、縦磁界強度を均一化することができる。
【００２３】
次に、電流が電極棒１３側から流れてくる場合の流れ方について、図５を用いて説明する。電流は電極棒１３からコイル電極用端板１９に流れ、電極棒側コイル電極１７の接続部１５ｂからコイル部１４ｂ、アーム部１６ｂを介してリング部１７ａへ流れ、その後、中央電極棒１８を介して、接点側コイル電極１２のアーム部１６ａに流れ、コイル部１４ａ、接続部１５ａを介して接点１１に至る。この時、接点側および電極棒側コイル電極１２、１７のコイル部１４ａ、１４ｂを流れる電流は、各コイル部１４ａ、１４ｂにおいて、同一回り（同一方向。）に流れる。
【００２４】
このような風車型コイル電極（接点側コイル電極１２および電極棒側コイル電極１７に相当する。）を、一方の電極の接点裏側に、２個以上異なる向きに配置し、コイル部１４ａ、１４ｂにおいて同一回りに電流が流れるように構成した場合、実施の形態１において示した効果に加え、さらに、縦磁界強度を大きくすることができ、縦磁界強度の均一性も向上するという効果が得られる。
【００２５】
図６は、３次元有限要素法によって求めた実施の形態２による真空遮断器用真空バルブの発弧直後における縦磁界強度分布を示している。図４（ｂ）に示した、従来の真空遮断器用真空バルブによる縦磁界強度分布と比較すると、接点１１の中央の縦磁界強度と最大縦磁界強度の差が小さく、また、アーム部１６ａ上（アーム方向。）の縦磁界強度分布と、縦磁界強度が最大となる半径方向の縦磁界強度分布の差が小さくなる。このように均一な縦磁界が、アークに流れる電流と平行に印可されると、縦磁界がないときに比べ、拡散アーク状態を高い電流値まで維持でき、大電流が遮断できるようになる。また、縦磁界を均一化することで、縦磁界が不均一な場合に生じる縦磁界強部でのアークの停滞を防ぐことができるため、接点１１の局部的な加熱を軽減して、安定した遮断が可能になるという効果がある。
【００２６】
なお、図６に示した例では、二つのコイル電極のアーム部１６ａ、１６ｂは重なるように配置されているため、アーム部１６ａの方向とアーム部１６ｂの方向は一致している。
また、ここでは、一方の電極に２個のコイル電極１２、１７を重ねて用いる例を示したが、さらに多くのコイル電極を用いることも可能である。
【００２７】
上述した実施の形態１および実施の形態２では、コイル電極の一部であるアーム部１６ａ、または１６ｂが、円板状である接点１１の半径方向に沿う方向に放射状に伸びる例を示したが、リング部１２ａまたは１７ａの外周から、上記の半径方向とは異なる方向に伸びるようにアーム部を設けることもできる。その場合、同一コイル電極内に配置される複数のアーム部は、一様に同じ角度となるように配置され、また、同一のコイル電極部３０内で、接点側コイル電極１２と電極棒側コイル電極１７のそれぞれのアーム部１６ａ、１６ｂは、完全には重ならない配置となる。
このように、アーム延出角度を変化させた場合においても、対向する電極同士で、コイル電極の重なり方（対向させる配置。）を調節し、縦磁界強度が最大となる部分が重なり合わないような配置とすることで、縦磁界の均一化を図ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、この発明の真空遮断器用コイル電極によれば、真空遮断器用真空バルブを構成するコイル電極が、上記コイル電極の軸に対して直交する平面上に、同心となるように設けられたリング部、そのリング部外周に沿って等間隔に配置され、上記平面内において上記リング部外側に延出する複数本のアーム部、そのアーム部における上記軸から最も離れた最大外径端部から、隣接する別の上記アーム部最大外径端部よりも内側に向って、上記平面内において、一方向に折り曲げるように形成されたコイル部、上記コイル部の終端に位置し、上記軸に沿う方向に突出する接続部を備えてなるため、コイル電極が発生する縦磁界を均一化でき、安定した電流遮断が可能となる。
【００２９】
また、この発明の真空遮断器用真空バルブによれば、真空容器内に対向配置され、一つの軸上において接離自在に設けられた一対の接点、上記接点の接離面に対してその裏面側に配置され、上記軸に沿って伸びる電極棒、上記接点裏面と上記電極棒との間に配置され、上記軸方向に磁界を発生するコイル電極を備え、上記コイル電極は、上記軸に対して直交する平面上に、同心となるように設けられたリング部、そのリング部外周に沿って等間隔に配置され、上記平面内において上記リング部外側に延出する複数本のアーム部、そのアーム部における上記軸から最も離れた最大外径端部から、隣接する別の上記アーム部最大外径端部よりも内側の位置に向って、上記平面内において、一方向に折り曲げるように形成されたコイル部、上記コイル部の終端に位置し、上記軸に沿う方向に突出する接続部よりなるため、コイル電極が発生する縦磁界を均一化でき、安定した電流遮断が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による真空遮断器用コイル電極を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１による真空遮断器用真空バルブの要部を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるコイル電極が発生する縦磁界強度分布を示す図である。
【図４】従来のコイル電極を示す斜視図と、従来のコイル電極が発生する縦磁界強度分布を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２による、コイル電極を含む真空遮断器用真空バルブの要部を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態２による、コイル電極が発生する縦磁界強度分布を示す図である。
【符号の説明】
１０  固定電極                    １１、２１  接点
１２  コイル電極（接点側コイル電極）
１２ａ、１７ａ  リング部          １２ｂ、１７ｂ、１９ａ  嵌合孔
１３、２３  電極棒                １３ａ  取付部
１４ａ、１４ｂ  コイル部          １５ａ、１５ｂ  接続部
１６ａ、１６ｂ  アーム部          １８  中央電極棒
１８ａ  接点側突起部              １８ｂ  電極棒側突起部
１９  コイル電極用端板            ２０  可動電極
２２  コイル電極                  ３０  コイル電極部。
【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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