(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に配置され、前記真空容器の外側に配設されている外部導体に接続される一対の電極棒に固着された接離可能な風車形電極を備え、前記風車形電極には中心部から周縁部にわたって渦巻き状の複数の溝が形成されており、前記風車形電極は、その中心部に位置して、前記溝によって分画されている複数の風車部と、その周縁部に位置して、径の異なる２つの同心円間の部位であり、前記溝によって周方向に分割され、前記風車部から電極開閉方向へ突出した円弧部が円環状に複数個配列されて形成される接触部とを有し、前記風車形電極の閉極時に互いの前記接触部同士が対向して接触するように配置され、前記風車形電極が開極された際に前記接触部に発生したアークを介して電路に流れる電流のうち、前記風車部及び前記円弧部に流れる電流によって発生し、前記アークに対して作用する第１の駆動力と、前記風車形電極が開極された際に前記接触部に発生したアークを介して電路に流れる電流のうち、前記外部導体に流れる電流によって発生し、前記アークに対して作用する第２の駆動力との合成駆動力を受け、この合成駆動力を構成する径方向成分と接線方向成分のうち、前記径方向成分が外向きの力を備えるとともに、前記風車形電極は、前記円弧部における前記溝より外径側に位置する周方向先端部の電極開閉方向への突出高さが、前記周方向先端部を除く円弧部の電極開閉方向への突出高さよりも低く構成されたことを特徴とする真空バルブ。
【請求項２】
真空容器内に配置され、前記真空容器の外側に配設されている外部導体に接続される一対の電極棒に固着された接離可能な風車形電極を備え、前記風車形電極には中心部から周縁部にわたって渦巻き状の複数の溝が形成されており、前記風車形電極は、その中心部に位置して、前記溝によって分画されている複数の風車部と、その周縁部に位置して、径の異なる２つの同心円間の部位であり、前記溝によって周方向に分割され、前記風車部から電極開閉方向へ突出した円弧部が円環状に複数個配列されて形成される接触部とを有し、前記風車形電極の閉極時に互いの前記接触部同士が対向して接触するように配置され、前記風車形電極が接触部を形成しているそれぞれの前記円弧部の内周に沿った位置であって、隣接する円弧部における前記溝より外径側に位置する周方向先端部と前記溝を介して径方向に対向する風車部位置に、前記円弧部と同じ突出高さの突出部をそれぞれ設け、前記円弧部と前記突出部の互いに同一の突出高さの面を合わせたもので接触部を形成したことを特徴とする真空バルブ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の真空バルブを備えたことを特徴とする真空開閉器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、風車形電極を有する真空バルブおよびこの真空バルブを備えた真空開閉器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１９、図２０および図２１は、例えば特開平４−３６８７３４号公報に示された従来の真空バルブにおける風車形電極構造を示す平面図、側面図および動作原理の説明図である。図１９、図２０、図２１において、図示しない真空容器内に配置された一対の電極棒１は固定電極棒と、この固定電極棒の直下に位置して対向する上下動可能な可動電極棒とからなり、これらの電極棒の対向端部には接離可能な風車形電極２がそれぞれ取り付けられている。そして、風車形電極２はリング状電極３と補助電極４とから一体的に構成されている。
【０００３】
補助電極４は電極棒１の端部に取り着けられた中心部４０と、この中心部４０に風車状または略卍状に延設されて中心部４０から外周部に向かう円弧状の複数の腕４１と、この複数の腕４１の先端にそれぞれ配置された接合部４２とから構成されている。リング状電極３はその幅が補助電極４の腕４１の幅と合致しており、複数の接合部４２で接合されている。
【０００４】
例えば、図２１に示す補助電極４とリング状電極３の接合部４２のＡ点でアークが発生すると、補助電極４の腕４１に流れる電流経路Ｉがアークの駆動方向Ｆａと一致しているため、アークが速やかにリング状電極３上を回転する。
また、アークの発生点がＥ点の場合には、補助電極４とリング状電極３に流れる電流経路が、上記と同様にアークの駆動方向Ｆａと一致しているため、アークはリング状電極３上を回転する。
すなわち、リング状電極３で発生したアークは、任意の点でアーク発生後すぐにアークの駆動方向Ｆａに駆動力を受けることになり、速やかにリング状電極３上を回転する。
【０００５】
このように、アーク発生点が電極の外周に位置するリング状電極３上であり、その点では速やかにアークの駆動方向Ｆａに駆動力を受けてアークが回転するため、アークによる局部的な熱の集中を防止し、遮断性能を向上させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような風車形電極構造を備えた真空バルブが真空開閉器として使用される場合には、風車形電極で発生するアーク駆動力Ｆａだけでなく、真空バルブに接続される図示されない外部導体、あるいはその周囲に配置された外部導体によって発生する電磁力もアークに対して駆動力の一つとなる。このため、リング状電極３上を回転しながら移動していたアークが、外部導体による電磁力によって回転方向以外の力を受けることで、電極の内部側にアークが移動する場合がある。結果として、電極上を移動していたアークの軌跡は偏心したような形になり、電流経路とアークの駆動方向が一致しなくなるために、速やかに移動することができなくなり、アークによる熱的な集中を招き、遮断性能が低下する。このように、アークの偏心が真空バルブの遮断性能低下を引き起こす原因となっていた。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、真空バルブの周囲にアークに対して駆動力を与えるような外部導体が存在する場合においても、リング状電極上を回転しているアークが内部側に偏心することなく、リング状電極上を回り続けることができる真空バルブおよびこの真空バルブを備えた真空開閉器を得るものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る真空バルブにおいては、真空容器内に配置され、真空容器の外側に配設されている外部導体に接続される一対の電極棒に固着された接離可能な風車形電極を備え、風車形電極には中心部から周縁部にわたって渦巻き状の複数の溝が形成されており、風車形電極は、その中心部に位置して、溝によって分画されている複数の風車部と、その周縁部に位置して、溝によって分割されており、風車部より厚さが厚い複数の円弧部から形成される接触部とを有している。そして、風車形電極の閉極時に互いの接触部同士が対向して接触するようにしており、風車形電極が開極された際に接触部に発生したアークに風車部を介して流れ込む電流によって発生し、アークの足部の接触部への接触面から０．５ｍｍの範囲における第１の駆動力と、外部導体から電極棒を介して風車部に流れ込む電流によって発生し、アークの足部の接触部への接触面から０．５ｍｍの範囲における第２の駆動力との合成駆動力において、この合成駆動力を構成する径方向成分と接線方向成分のうち、径方向成分が外向きの力を備えたものである。
【０００９】
また、風車形電極が、接触部を形成している円弧部の先端部に欠切部を有したものである。
【００１０】
また、風車形電極が、接触部を形成している円弧部の先端部に接触面よりも高さが低い低突出部を有したものである。
【００１１】
また、真空容器内に配置され、真空容器の外側に配設されている外部導体に接続される一対の電極棒に固着された接離可能な風車形電極を備え、風車形電極には中心部から周縁部にわたって渦巻き状の複数の溝が形成されており、風車形電極は、その中心部に位置して、溝によって分画されている複数の風車部と、その周縁部に位置して、溝によって分割されており、風車部より厚さが厚い複数の円弧部から形成される接触部とを有しており、風車形電極の閉極時に互いの接触部同士が対向して接触するようにしており、風車形電極が、接触部を形成している円弧部の内周に沿って円弧部と同じ突出高さの突出部を風車部に設け、隣接する円弧部の先端部と対向し、円弧部と同じ高さを有する接触部の面積を広げるようにしたものである。
【００１２】
また、真空容器内に配置され、真空容器の外側に配設されている外部導体に接続される一対の電極棒に固着された接離可能な風車形電極を備え、風車形電極には中心部から周縁部にわたって渦巻き状の複数の溝が形成されており、風車形電極は、その中心部に位置して、溝によって分画されている複数の風車部と、その周縁部に位置して、前記溝によって分割されており、風車部より厚さが厚い複数の円弧部から形成される接触部とを有しており、風車形電極の閉極時に互いの接触部同士が対向して接触するようにしており、風車形電極が、接触部を形成している円弧部の外側の周縁部にテーパー部を設けたものである。
【００１３】
また、真空容器内に配置され、真空容器の外側に配設されている外部導体に接続される一対の電極棒に固着された接離可能な風車形電極を備え、風車形電極には中心部から周縁部にわたって渦巻き状の複数の溝が形成されており、風車形電極は、その中心部に位置して、溝によって分画されている複数の風車部と、その周縁部に位置して、溝によって分割されており、風車部より厚さが厚い複数の円弧部から形成される接触部とを有しており、風車形電極の閉極時に互いの接触部同士が対向して接触するようにしており、風車形電極が、風車部と接触部を形成している円弧部の高さとの差をｈ、風車形電極間の最大開極距離をＨとすると、ｈ／Ｈ≧１／１０としたものである。
【００１４】
また、この発明に係る真空開閉器においては、前記載の真空バルブを備えたものである。
【００１５】
また、真空容器内に配置され、真空容器の外側に配設されている外部導体に接続される一対の電極棒に固着された接離可能な風車形電極を備え、風車形電極には中心部から周縁部にわたって渦巻き状の複数の腕が形成されており、この腕の周縁部には該腕より厚い接触部が接続され、風車形電極の閉極時に互いの接触部同士が対向して接触するように形成された真空バルブに対して、外部導体が接触部において作り出す磁束密度が、電流１ｋＡに対して０．００４テスラ以下となるような配置にしたものである。
【００１６】
また、真空容器内に配置され、真空容器の外側に配設されている外部導体に接続される一対の電極棒に固着された接離可能な風車形電極を備え、風車形電極には中心部から周縁部にわたって渦巻き状の複数の溝が形成されており、風車形電極は、その中心部に位置して、溝によって分画されている複数の風車部と、その周縁部に位置して、該溝によって分割されており、風車部より厚さが厚い複数の円弧部から形成される接触部とを有しており、風車形電極の閉極時に互いの接触部同士が対向して接触するように形成された真空バルブに対して、外部導体が接触部において作り出す磁束密度が電流１ｋＡに対して０．００４テスラ以下となるような配置にしたものである。
【００１７】
また、外部導体が真空バルブに対してコの字状の電流経路を形成するように配置したものである。
【００１８】
また、外部導体が真空バルブに対してＺ字状の電流経路を形成するように配置したものである。
【００１９】
また、風車形電極と外部導体との間に磁気シールド板を備えたものである。
【００２０】
【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である真空バルブの風車形電極の構造を示す図で、その（ａ）が風車形電極の平面図、その（ｂ）が図１（ａ）の矢視Ｉｂ−Ｉｂ線からみた断面図である。図２は図１の風車形電極の構造を示した斜視図である。図１（ａ）、図１（ｂ）、図２において、図示しない真空容器内に配置された一対の電極棒１６は、対向する固定側の電極棒１６と可動側の電極棒１６からなり、これらの電極棒の対向端部には接離可能な風車形電極１１がそれぞれ取り付けられている。風車形電極１１は図示しない真空容器の外部から電極棒１６を介して該真空容器内の風車形電極１１に電流が通電されるように構成されている。また、真空容器の外側に配置される図示しない駆動機構部によって、可動側の電極棒１６を駆動し、その結果、可動側の風車形電極１１が駆動して固定側の風車形電極１１と接離可能な構成となっている。
【００２１】
風車形電極１１はその中心部から周縁部に向けて複数箇、例えば４箇の渦巻き状の溝１２が形成されている。また、風車形電極１１は、風車形電極の中心部に位置して４箇の溝１２によって分画されている風車部１３と、風車形電極１１の周縁部で風車部１３よりも電極棒１６の軸方向に突出した４箇の円弧部１４ａから形成される接触部１４とから構成されている。そして、固定側あるいは可動側の風車部１３と接触部１４は、それぞれ互いに対向して配置され、可動側あるいは固定側の接触部１４、１４は互いに接触する構造になっている。また、風車形電極１１の裏面には補強板１５が設けられており、風車形電極１１の機械的強度を補う役割をしている。このように、真空バルブの風車形電極は、周縁部で接触部１４を有する構成となっている。
【００２２】
次に、この真空バルブの開極動作について説明する。図１において、電流が通電されている場合には、固定側の風車形電極１１の接触部１４と可動側の風車形電極１１の接触部１４とが閉極している。電流を遮断する場合には、それら接触部１４を開極させることによって、固定側と可動側の接触部１４上の任意点にアーク１７が発生する。風車形電極１１に通電された電流Ｉｘは風車部１３を通って接触部１４に流れ、さらにアーク１７を介して対向する風車形電極１１の接触部１４に流れていく。この際に、風車部１３を流れる電流Ｉｘによって、風車形電極１１上には図示しない磁束密度Ｂｘが発生する。アーク１７はこの磁束密度Ｂｘに比例した駆動力Ｆｘを受け、接触部１４上を図１（ａ）においては左回りに移動する。
【００２３】
図３は、風車形電極１１の中心部と溝１２で分画された風車部１３および接触部１４で構成された１枚の羽根部分に、磁界解析によって求めたアーク１７の各位置で受ける駆動力Ｆｘを示している。アーク１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄはそれぞれ、風車形電極１１の接触部１４の表面から高さ０．５ｍｍの各点における駆動力ベクトルを示している。
【００２４】
また、図４はアーク１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄにおける駆動力Ｆｘの大きさについて示している。風車形電極１１の接触部１４上で発生したアークは１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄと羽根の先端に向かうにつれて、より強い駆動力Ｆｘを受けることになる。また、アーク１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄにおける駆動力Ｆｘの向きは電流が流れる方向にほぼ等しく、常に径方向外側の駆動力成分を備えている。アーク１７Ａは駆動力Ｆｘを受けることによって、接触部１４の先端部のアーク１７Ｄまで移動すると、溝１２を飛び越えて隣の羽根の接触部１４へと移動する。このように接触部１４上において発生したアーク１７が駆動力Ｆｘを受けて接触部１４上を速やかに回転することになるため、アーク１７による熱的な集中を防ぐことができ、遮断性能を向上させている。
【００２５】
次に、例えば図５のように真空バルブに導体が配置されている場合を考える。図５において、真空容器１０の周囲に配置される外部導体１８に、電流Ｉｙが通電されている。このため、この外部を流れる電流Ｉｙによっても、風車形電極１１上に図示しない磁束密度Ｂｙが発生しており、アーク１７はこの磁束密度Ｂｙに比例した駆動力Ｆｙを受ける。
【００２６】
図６には、風車形電極１１、１１間の中心から外部導体１８までの距離ｄと、外部導体１８が風車形電極１１におよぼす駆動力Ｆｙとの関係を示している。風車形電極１１の中心から外部導体１８までの距離ｄと駆動力Ｆｙの関係はおよそ反比例しており、距離ｄが小さくなる、すなわち外部導体１８が風車形電極１１に近づくほど、外部導体１８が作り出すアーク１７に作用する駆動力Ｆｙは大きくなる。このように、アーク１７は風車形電極１１で作られる駆動力Ｆｘと外部導体１８によって作られる駆動力Ｆｙとの合成駆動力Ｆｚ＝（Ｆｘ＋Ｆｙ）を受けている。
【００２７】
アーク１７に作用する合成駆動力Ｆｚにおいて、その径方向成分をＦｒ、接線方向成分をＦｔとする。この場合において、図７に示すように、合成駆動力Ｆｚの径方向成分Ｆｒが接触部１４上において外向きになる場合には、アーク１７が接触部１４上を速やかに回転し続けることができるため、アーク１７による熱的な集中を防ぐことができる。
【００２８】
また、図８に示すように、径方向成分Ｆｒが接触部１４上において内向きになるような場合には、アーク１７はＦｒによって接触部１４から内側に位置する風車部１３上へ移動することになり、その結果として、風車形電極１１でつくられる駆動力Ｆｘが低下するために、アーク１７による熱的な集中を招くことになる。すなわち、アーク１７に作用する径方向成分Ｆｒが、接触部１４上の任意の点において常に外向きになるようにすれば、アーク１７が風車部１３に移動して風車形電極１１上でアーク１７の描く軌跡が偏心することなく、接触部１４上に存在し続けて速やかに回転することになり、良好な遮断性能を備えた電極構造を有する真空バルブを得ることができる。
【００２９】
次に、接触部１４において、アーク１７に作用する合成駆動力Ｆｚの径方向成分Ｆｒを外向きにする構成例を説明する。
風車形電極の構成においては、風車部１３を流れる電流Ｉｘによって生じる駆動力Ｆｘは、磁界解析からも電流Ｉｘの流れる方向にほぼ等しいので、接触部１４の羽根の先端においては風車部１３によって作られる駆動力Ｆｘは大きくなる。しかし、アーク１７が接触部１４上を回転するのに作用する駆動力、すなわち接線方向成分の駆動力が大きくなり、径方向成分の力は小さくなる。このため、接触部１４の羽根の先端部においては特に、外部導体１８によってアーク１７に作用する駆動力Ｆｙの大きさによっては、アーク１７が風車部１３へ移動する場合も考えられる。
【００３０】
そこで、図９のように、その先端部分に欠切部２５を有した形状の電極構成とすることによって、風車形電極１１でつくられる駆動力Ｆｘの径方向の外向き成分が小さくなる羽根の先端部分がないため、駆動力Ｆｘの径方向の外向き成分が小さくなることを防ぐことができる。このように欠切部２５を設けることによって、接触部１４の任意の点において合成駆動力Ｆｚの径方向成分Ｆｒが常に外向きとなり、アーク１７が接触部１４上を速やかに回転することができるため、アーク１７が内側へ偏心するのを防止することができる。この結果、真空バルブの遮断性能低下を引き起こすのを抑止することが可能となる。
【００３１】
また、図１０に示すように、接触部１４の先端部に接触面よりも高さが低い低突出部１９を設けた電極構造にする。このような電極構造にすることによって、図９に示した先端に欠切部２５を有した電極構造と同様に、アーク１７が接触部１４の任意の点で径方向成分Ｆｒが常に外向きとなり、アーク１７が内側に設けられた風車部１３部側に移動して、風車形電極１１上でアーク１７の描く軌跡が偏心することを防止できる。このため、真空バルブの遮断性能低下を引き起こすのを抑止することが可能となる。
【００３２】
実施の形態２．
図１１はこの発明の実施の形態２である真空バルブの風車形電極の構造を示すもので、その（ａ）が風車形電極の平面図、その（ｂ）が図１１（ａ）の矢視ＸＩｂ−ＸＩｂ線からみた断面図である。この実施の形態２は、合成駆動力の径方向成分Ｆｒが内向き成分を有する場合でも風車部へのアークの移動が防止できるものである。図１１（ａ）、図１１（ｂ）において、図１（ａ）、図１（ｂ）と同じ符号を付けたものは、同一または相当のものを示しており、その説明を省略する。図１１（ａ）、図１１（ｂ）では、アーク１７が接触部１４上の羽根の先端部において、風車部１３で作られた図示しない磁束密度Ｂｘによって形成されるアーク駆動力Ｆｘと、外部導体１８で作られた磁束密度Ｂｙによって形成されるアーク駆動力Ｆｙとの合成駆動力Ｆｚの径方向成分Ｆｒが内向きになる部分がある場合を考える。
【００３３】
接触部１４の羽根の先端で径方向成分Ｆｒが内向きとなる駆動力を得たアーク１７は、内側方向、すなわち風車部１３部側へ移動しようとする。そこで、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すように、接触部１４と同じ高さの突出部２０を風車部１３に設け、隣接する円弧部１４ａの先端部と対向し、この円弧部１４ａと同じ突出高さを有する接触部１４の面積を広げるようにする。これによって、接触部１４の羽根の先端で径方向成分Ｆｒによって内向きの駆動力を得たアーク１７は、溝１２を飛び越えて突出部２０に移動する。しかし、その突出部２０において、径方向成分Ｆｒは外向きの駆動力を持つため、突出部２０に存在するアーク２１は風車部１３に移動することなく、接触部１４上へ移動する。このように、突出部２０を設けることによって、Ｆｒが内向きになる部分があってもアーク１７が接触部１４から風車部１３に移動するのを防止することができ、真空バルブの遮断性能低下を引き起こすのを抑止することが可能となる。
【００３４】
実施の形態３．
図１２は、この発明の実施の形態３である真空バルブの風車形電極の構造を示すもので、その（ａ）が風車形電極の平面図、その（ｂ）が図１２（ａ）の矢視ＸＩＩｂ−ＸＩＩｂ線からみた断面図である。図１２（ａ）、図１２（ｂ）において、図１（ａ）、図１（ｂ）と同じ符号を付けたものは、同一または相当のものを示しており、その説明を省略する。図１２（ａ）、図１２（ｂ）では、アーク１７が接触部１４上の羽根の先端部において、風車部１３で作られた図示しない磁束密度Ｂｘによって形成されるアーク駆動力Ｆｘと、外部導体１８で作られた磁束密度Ｂｙによって形成されるアーク駆動力Ｆｙとの合成駆動力Ｆｚの径方向成分Ｆｒが内向きになる部分がある場合を考える。
【００３５】
図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すように、接触部１４の周縁部にテーパー２２を設けることにより、接触部１４上で発生したアーク１７は風車形電極１１で得られるアーク駆動力の径方向外向き成分によって、テーパー２２に移動する。この場合、テーパー２２に移動したアーク１７は、図１２（ｂ）に示すように電極の外側方向への拡がりを持っているために、径方向成分Ｆｒによって内向きの駆動力を得ていたときでも、アーク１７がテーパー２２部に存在し続けることになる。このため、アーク１７が接触部１４から風車部１３に移動するのを防止することができ、また、真空バルブの遮断性能低下を引き起こすのを抑止することが可能となる。
【００３６】
実施の形態４．
図１３（ａ）、図１３（ｂ）は、この発明の実施の形態４である真空バルブの風車形電極の構造を示すもので、その（ａ）が風車形電極の平面図、その（ｂ）が図１３（ａ）の矢視ＸＩＩＩｂ−ＸＩＩＩｂ線からみた断面図である。なお、図１３（ｂ）の一点鎖線部は、一対の対向する他方の電極を示している。図１３（ａ）、図１３（ｂ）において、図１（ａ）、図１（ｂ）と同じ符号を付けたものは、同一または相当のものを示しており、その説明を省略する。
【００３７】
この場合、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、接触部１４の風車部１３の表面からの突出高さｈと電極の最大開極距離Ｈとの関係を、ｈ／Ｈ≧１／１０とする。図１４に、風車部１３の表面からの接触部１４の突出高さｈと遮断可能な電流の限界との関係を示すが、突出高さｈが大きくなるにしたがって、遮断可能な電流の限界、すなわち遮断性能は向上することになる。これは接触部１４と風車部１３の高さの差によって、たとえ風車形電極１１によってつくられるアーク駆動力Ｆｘと外部導体１８によってつくられるアーク駆動力Ｆｙの合成駆動力Ｆｚの径方向成分Ｆｒが内向きになった場合でも、アークが接触部１４から風車部１３上に移動することができないことによるものである。このように、突出高さｈと電極の最大距離Ｈとの関係をｈ／Ｈ≧１／１０とすることによって、アーク１７が接触部１４から風車部１３に移動するのを防止することができ、また、真空バルブの遮断性能低下を引き起こすのを抑止することが可能となる。
【００３８】
なお、図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すように、風車部１３と接触部１４の間に溝２３を設け、溝２３から接触部１４までの高さｈ１と電極の最大開極距離Ｈとの関係をｈ１／Ｈ≧１／１０とすることによって、アーク１７が接触部１４から風車部１３に移動するのを防止してもよく、同様の作用効果を奏する。
【００３９】
実施の形態５．
以下、真空バルブに接続される外部導体による磁束密度について考察する。
例えば、図５に示したように、外部導体１８が真空バルブに対してコの字状の電流経路を形成するように配置されている場合を考える。外部導体が形成する磁束密度が、風車形電極１１において電流１ｋＡあたり０．００４テスラ以下となるような距離ｄに外部導体１８を配置する。
【００４０】
図１６は、図３で示した各アークの位置１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄとアーク駆動力Ｆｘの径方向成分との関係を示す説明図である。図１６に示すように、風車形電極１１の羽根の先端部において、電流１ｋＡあたり０．００４テスラ以上の径方向外向きの成分が存在するため、電流１ｋＡあたり０．００４テスラ以下の外部からの駆動力Ｆｙが加わってもアーク１７は接触部１４上に存在することになるので、遮断性能は変わらない。このように、外部導体１８が風車形電極１１に与える外部磁束密度が電流１ｋＡあたり０．００４テスラ以下となるような導体配置を備えた真空開閉器においては、真空バルブ内のアークが電極内部に偏心するのを防ぐことができ、真空バルブの備える遮断性能を確保することが可能となる。
【００４１】
また、例えば図１７に示すように、外部導体１８が真空バルブに対してＺ字状の電流経路を形成するように配置して外部導体１８が作り出す磁束密度を他の外部磁束密度がうち消すことができるようにすることによって、風車形電極１１における磁束密度が電流１ｋＡあたり０．００４テスラ以下となるような導体配置を備えた真空開閉器においては、真空バルブ内のアークが電極内部に偏心するのを防ぐことができ、真空バルブの備える遮断性能を確保することが可能となる。
【００４２】
また、例えば図１８に示すように、外部導体１８と風車形電極１１の間に磁気シールド板２４を備えることによって、風車形電極１１における磁束密度が電流１ｋＡあたり０．００４テスラ以下となるような導体配置を備えた真空開閉器においては、真空バルブ内のアークが電極内部に偏心するのを防ぐことができ、真空バルブの備える遮断性能を確保することが可能となる。
【００４３】
以上では、アーク駆動力が必ず外向きの成分を持つ場合を述べたが、電極周縁に位置する接触部が風車部より厚さが厚い風車形電極を有する真空バルブにおいては、接触部のある位置でアーク駆動力が内向き成分を有する場合でも、その内向きのアーク駆動力成分が小さければ、風車部と接触部の高さの差によってアークが接触部から風車部へ移動せずに接触部にとどまることができる。
すなわち、図１９から図２１で示すような補助電極４とリング電極３の接合部４２付近のように外向きの駆動力成分が小さい真空バルブを備えた真空開閉器であっても、該真空バルブに接続される図示されない外部導体によって形成される磁束密度が、電流１ｋＡあたり０．００４テスラ以下であれば、アークはリング電極３に留まれることができ、真空バルブ内のアークが電極内部に偏心するのを防ぐことが可能となり、遮断性能を確保することができる。
【００４４】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００４５】
この発明に係る真空バルブにおいては、中心部に位置し、渦巻き状の複数の溝によって分画されている複数の風車部と、その周縁部に位置して該溝によって分割されており、風車部より厚さが厚い複数の円弧部から形成される接触部とを有している風車形電極が、開極された際に接触部に発生したアークに風車部を介して流れ込む電流によって発生し、アークの足部の接触部への接触面から０．５ｍｍの範囲における第１の駆動力と、外部導体から電極棒を介して風車部に流れ込む電流によって発生し、アークの足部の接触部への接触面から０．５ｍｍの範囲における第２の駆動力との合成駆動力を受け、この合成駆動力を構成する径方向成分と接線方向成分のうち、径方向成分が外向きの力を備えることにより、アークが風車形電極の接触部の内側に偏心することを抑止でき、このため、アークが接触部を回り続けるので、遮断性能の低下を抑止することが可能となる。
【００４６】
また、風車形電極が、接触部を形成している円弧部の先端部に欠切部を有することにより、アークが受ける合成駆動力のうち、その径方向成分が内向きになる円弧部の先端が欠切されているので、接触部の任意の点において該径方向成分が外向きとなり、アークが風車形電極の接触部の内側に偏心することを抑止できる。
【００４７】
また、風車形電極が、接触部を形成している円弧部の先端部に接触面よりも高さが低い低突出部を有することにより、接触部の任意の点において該径方向成分が外向きになるので、アークが風車形電極の接触部の内側に偏心することを抑止できる。
【００４８】
また、風車形電極が、接触部を形成している円弧部の内周に沿って円弧部と同じ厚さの突出部を風車部に設け、隣接する円弧部の先端部と対向し、円弧部と同じ突出高さを有する接触部の面積を広げるようにすることにより、接触部の円弧部の先端部で、アークが受ける合成駆動力のうち、その径方向成分が内向きの駆動力を得たアークは、隣接する円弧部の先端部と対向し、円弧部と同じ突出高さを有する接触部に移動し、この移動したアークが外向きの径方向成分となるので、アークが風車形電極の接触部の内側に偏心することを防止でき、このため、アークが接触部から風車部に落ちることを抑止することが可能となる。
【００４９】
また、風車形電極が、接触部を形成している円弧部の外側の周縁部にテーパー部を設けることにより、接触部上で発生したアークは電極で発生するアーク駆動力の径方向外向き成分によって、テーパー部に移動する。このテーパー部に移動したアークは、アークが受ける合成駆動力のうち、その径方向成分が内向きの駆動力を得ていたときでも、テーパー部に存在するので、該アークそのものが外向き方向の成分を備えている。このため、アークが風車形電極の接触部の内側に偏心することを抑止できる。
【００５０】
また、風車形電極が、風車部と接触部を形成している円弧部の高さとの差をｈ、風車形電極間の最大開極距離をＨとすると、ｈ／Ｈ≧１／１０とすることにより、接触部と風車部の高さの差によってアークが接触部から風車部へ移動することを防止することができ、アークが風車形電極の接触部の内側に偏心することを抑止できる。
【００５１】
また、上記のような風車形電極を有した真空バルブを備えた真空開閉器とすることによって、アークが風車形電極の接触部の内側に偏心することを防止でき、このため、アークが接触部を回り続けるので、遮断性能の低下を抑止することが可能となる。
【００５２】
また、真空容器内に配置され、真空容器の外側に配設されている外部導体に接続される一対の電極棒に固着された接離可能な風車形電極を備え、風車形電極には中心部から周縁部にわたって渦巻き状の複数の腕が形成されており、この腕の周縁部には該腕より厚い接触部が接続されるように形成された真空バルブに対して、外部導体が接触部において作り出す磁束密度が、電流１ｋＡに対して０．００４テスラ以下となるような配置にすることにより、真空バルブ内のアークが接触部に留まれることができ、アークが電極内部に偏心するのを抑止することが可能となる。
【００５３】
また、真空容器内に配置され、真空容器の外側に配設されている外部導体に接続される一対の電極棒に固着された接離可能な風車形電極を備え、風車形電極には中心部から周縁部にわたって渦巻き状の複数の溝が形成されており、風車形電極は、その中心部に位置して、溝によって分画されている複数の風車部と、その周縁部に位置して、溝によって分割されており、風車部より厚さが厚い複数の円弧部から形成される接触部とを有しており、風車形電極の閉極時に互いの接触部同士が対向して接触するように形成された真空バルブに対して、外部導体が接触部において作り出す磁束密度が電流１ｋＡに対して０．００４テスラ以下となるような配置にすることにより、真空バルブ内のアークがが電極内部に偏心するのを抑止することが可能となる。
【００５４】
また、真空バルブが外部導体に対してコの字状の電流経路を形成するような配置にすることにより、アークが風車形電極の接触部の内側に偏心することを抑止できる。
【００５５】
また、真空バルブが外部導体に対してＺ字状の電流経路を形成するような配置にすることにより、アークが風車形電極の接触部の内側に偏心することを抑止できる。
【００５６】
またさらに、風車形電極と外部導体との間に磁気シールド板を備えることにより、アークが風車形電極の接触部の内側に偏心することを抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１である真空バルブの風車形電極の構造を示す図で、その（ａ）が風車形電極の平面図、その（ｂ）が図１（ａ）の矢視Ｉｂ−Ｉｂ線からみた断面図である。
【図２】  図２は図１の風車形電極の構造を示した斜視図である。
【図３】  風車形電極における１枚の風車羽根部分による磁界解析によって求めたアークの各位置で受ける駆動力を示す説明図である。
【図４】  図３のアークの各位置におけるアーク駆動力を示す説明図である。
【図５】  真空バルブの外部に外部導体が配置されている様子を示す説明図である。
【図６】  図５の電極間の中心において外部導体までの距離と外部導体が作り出すアーク駆動力との関係を示す説明図である。
【図７】  風車形電極におけるアーク駆動力ベクトルを示す説明図である。
【図８】  風車形電極におけるアーク駆動力ベクトルを示す説明図である。
【図９】  羽根先端部に欠切部を有する形状の風車形電極を示す平面図である。
【図１０】  羽根先端部の突出高さが低い突出部を有する形状の風車形電極の構造を示す図で、その（ａ）が風車形電極の平面図、その（ｂ）が図１０（ａ）の矢視Ｘｂ−Ｘｂ線からみた断面図である。
【図１１】  この発明の実施の形態２である真空バルブの風車形電極の構造を示す図で、その（ａ）が風車形電極の平面図、その（ｂ）が図１１（ａ）の矢視ＸＩｂ−ＸＩｂ線からみた断面図である。
【図１２】  この発明の実施の形態３である真空バルブの風車形電極の構造を示す図で、その（ａ）が風車形電極の平面図、その（ｂ）が図１２（ａ）の矢視ＸＩＩｂ−ＸＩＩｂ線からみた断面図である。
【図１３】  この発明の実施の形態４である真空バルブの風車形電極の構造を示す図で、その（ａ）が風車形電極の平面図、その（ｂ）が図１３（ａ）の矢視ＸＩＩＩｂ−ＸＩＩＩｂ線からみた断面図である。
【図１４】  風車形電極における接触部の突出高さと遮断性能の関係を示す説明図である。
【図１５】  この発明の実施の形態４である真空バルブの他の風車形電極の構造を示す図で、その（ａ）が風車形電極の平面図、その（ｂ）が図１４（ａ）の矢視ＸＶｂ−ＸＶｂ線からみた断面図である。
【図１６】  図３のアークの各位置における駆動力の径方向外向き成分を作り出す磁束密度を示す説明図である。
【図１７】  この発明の実施の形態４である真空開閉器を示す説明図である。
【図１８】  この発明の実施の形態４である他の真空開閉器を示す説明図である。
【図１９】  真空バルブにおける風車形電極の平面図である。
【図２０】  図１９の真空バルブにおける風車形電極の側面図である。
【図２１】  図１９の真空バルブの動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１０  真空容器
２、１１  風車形電極
１２  溝
１３  風車部
１４  接触部
１４ａ  円弧部
１６  電極棒
１７、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、２１  アーク
１８  外部導体
１９  低突出部
２０  突出部
２２  テーパー部
２４  磁気シールド板
２５  欠切部
４１  腕
４２  接触部（接合部）
Ｆｘ  駆動力
Ｈ  最大開極距離
ｈ  円弧部の高さ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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