真空閥的製作方法

2023-10-22 07:52:17

專利名稱：真空閥的製作方法
技術領域：
本發明涉及在真空斷路器中使用的、具有開閉接點且能提高切斷性能的真空閥。
背景技術：
真空閥包括圓筒狀的真空容器，該真空容器以陶瓷或玻璃材料這樣的絕緣物作為材質，在高真空下保持氣密；一對電極，這一對電極以彼此相對的方式設於真空容器的兩端且能接觸分離；以及筒狀的電弧屏蔽件，該電弧屏蔽件設於真空容器內，且圍住這些電極。真空閥的作用在於在切斷電流時，消除隨著電極的分離而在電極之間產生的電弧。然而，若該電弧在局部持續產生，則電極會局部熔融，從而使電極受到損傷。為了避免這樣的問題，提出有以下的方案夾置線圈，利用由線圈產生的縱向磁場，使電流切斷時所產生的電弧在電極直徑內廣範圍地進行擴散，從而能抑制因電弧而產生的金屬蒸汽或 帶電粒子，提高了切斷性能，且能抑制電極的熔融。作為進一步提高包括線圈的真空閥的切斷性能的方案，例如，專利文獻I所示的真空閥中，形成有朝向與電弧電極的圓周方向以規定的角度交叉的方向的切縫，並將絕緣性的嵌合體嵌入該切縫。由此，絕緣恢復電壓上升，能提高額定電壓。此外，在嵌合體的線圈電極側形成有寬度比切縫寬度大的絕緣性的大寬度部，因此，嵌合體不易從電弧電極脫出，能提高機械方面的可靠性。此外，作為進一步提高包括線圈的真空閥的切斷性能的方案，例如，專利文獻2所示的真空閥中，杯狀的插槽電極(slit electrode)在外周側面形成有多根斜向橫切通電軸的軸向的切縫。即使電極之間的距離擴大也能產生較高的縱向磁場，能提高切斷性能。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本專利特開2002 — 150902號公報專利文獻2 :日本專利特開2008 — 135338號公報

發明內容
發明所要解決的技術問題然而，在專利文獻I及專利文獻2所示的真空閥中，存在以下的問題線圈僅設於電弧電極或接點(本申請中相當於接點，以下稱為接點)的外周部，所產生的磁場並不一定在整個接點均勻地形成，所產生的電弧無法在整個接點充分分散，從而制約了切斷性能。本發明是為了解決上述技術問題而完成的，其目的在於提供能提高接點分離時所產生的磁場的均勻性、且能提高切斷性能的真空閥。解決技術問題所採用的技術方案為了解決上述技術問題，本發明的真空閥包括一對接點，這一對接點收納於被保持成真空的真空容器內且能接觸分離；外徑不同的多個杯狀的線圈電極，這些線圈電極與接點相連接，且呈同心圓狀配置；以及電極棒，該電極棒對多個線圈電極進行固定和通電。
發明的效果根據本發明，不僅在接點的外周部設置線圈，而且還在內周部設置線圈，因此，具有能提高磁場的均勻性、使所產生的電弧分散到整個接點、從而提高切斷性能這樣的顯著效果。


圖I是實施 方式I中的真空閥的可動電極及固定電極的側視圖。圖2是實施方式I中的可動電極的結構圖。圖3是實施方式I中的由複合線圈電極所產生的圓周方向上的磁場分布圖。圖4是表示實施方式I中的複合線圈電極的利用衝壓加工法的製造方法的圖。圖5是實施方式2中的可動電極的結構圖。圖6是表示實施方式2中的複合線圈電極的利用衝壓加工法的製造方法的圖。圖7是實施方式3中的可動電極的結構圖。圖8是實施方式3中的由複合線圈電極所產生的半徑方向上的磁場分布圖。圖9是實施方式I及實施方式3中的多個線圈電極的分支數不同的情況下的線圈電極的俯視圖。圖10是實施方式I中的多個線圈電極的線圈部的位置相對於圓周方向為相同的情況下的線圈電極的俯視圖。
具體實施例方式以下，根據圖I 圖10對本發明的實施方式中的真空閥的可動電極進行說明。實施方式I圖I是實施方式I中的真空閥的可動電極及固定電極的側視圖。圖2是可動電極的結構圖，圖2(a)是可動電極的分解立體圖，圖2(b)是線圈電極的俯視圖。此外，圖3是表示由線圈電極所產生的圓周方向上的磁場分布的圖。如圖I所示，真空閥由收納在被保持成真空的真空容器內的可動電極I和固定電極11這一對電極所構成，但由於是相同的結構，因此，此處僅對可動電極I的結構進行說明。在圖2中，符號I是可動電極，其包括接點2 ;與該接點2相連接的、呈同心圓狀配置的杯狀的外周線圈電極3及內周線圈電極4 ；與外周線圈電極3及內周線圈電極4相連接、將電流引出到真空容器(未圖示)外的電極棒5 ;用於加強接點2的加強件6 ;以及為了使外周線圈電極3和內周線圈電極4絕緣而被插入的絕緣環7。外周線圈電極3包括線圈部3d，該線圈部3d被相對於可動電極I的軸向Ia平行地設於杯狀的側面3a的切縫3b分割，與從杯狀的底部朝外周分支的輻條部3c相連接，且在圓周方向上形成圓弧狀的通電路徑；端子部3e，該端子部3e與接點2相連接；以及嵌合孔3f，該嵌合孔3f與電極棒5的嵌合部5a嵌合而牢固接合。內周線圈電極4也與外周線圈電極3相同，包括線圈部4d，該線圈部4d被相對於軸向Ia平行地設於杯狀的側面4a的切縫4b分割，與從杯狀的底部朝外周分支的輻條部3c相連接，且在圓周方向上形成圓弧狀的通電路徑；端子部4e，該端子部4e與接點2相連接；以及嵌合孔4f，該嵌合孔4f與電極棒5的嵌合部5b嵌合而牢固接合。
另外，多個外周線圈電極3和內周線圈電極4的嵌合孔徑3f、4f分別依次改變，相對應的電極棒5的嵌合部5a、5b的外徑也對應地依次改變，因此，能將各個外周線圈電極3和內周線圈電極4固定於規定的位置。此處，將作為外周線圈電極3的通電路徑的線圈部3d的位置與作為內周線圈電極4的通電路徑的線圈部4d的位置配置成在圓周方向上不同的位置。此外,加強件6利用突起部6a與電極棒5的嵌合孔5c嵌合而牢固接合,加強件6與接點2的背面接觸，從背面支承接點2來進行加強。接點2、外周線圈電極3、內周線圈電極4及電極棒5由電阻較小的銅類材料所構成，加強件6由電阻較大的不鏽鋼類金屬或絕緣體所構成。接下來，參照圖I至圖3對實施方式I中的真空閥的動作進行說明。另外，由於本發明的主體在於可動電極和固定電極的結構，因此，省略對可動電極進行驅動的說明。 在實施方式I的真空閥中，通常，在通電時，電流從固定電極11的電極棒15流過外周線圈電極13及內周線圈電極14、接點12，並從可動電極I的接點2流過外周線圈電極3及內周線圈電極4而進一步流向電極棒5。若使可動電極I後退而切斷電流，則可動電極I的接點2從固定電極11的接點12分離，在接點2與接點12之間產生電弧。由電弧引起的電流沿半徑方向流過接點2，然後，從端子部3e和端子部4e流過外周線圈電極3和內周線圈電極4的線圈部3d和線圈部4d,並通過福條部3c和福條部4c流向電極棒5。此時，由於線圈部3d、線圈部4d形成為圓弧狀，電流在圓周方向上流過，因此，產生相對於可動電極I的軸向Ia平行的縱向磁場。絕緣環7是為了防止因外周線圈電極3的線圈部3d與內周線圈電極4的線圈部4d接觸擾亂磁場分布而被插入的。圖3中示出由線圈電極所產生的圓周方向上的磁場分布與現有例的比較結果。磁通密度B是沿著圖2(b)的箭頭方向L測定得到的，在圖3中，符號T是現有的線圈電極的結果，符號C是實施方式I的外周線圈電極3與內周線圈電極4的複合線圈電極的結果。由於外周線圈電極3的端子部3e的位置和內周線圈電極4的端子部4e的位置被配置成在圓周方向L上不同的位置，因此，由複合線圈電極所產生的磁場與單一的線圈電極的情況相比，圓周方向上的磁場分布得到大幅度的改善，進一步提高了均勻性，其結果是，電弧被限制在接點的範圍內，且向整個接點2擴散，從而阻礙局部集中，能保護接點2免受損傷。另外，通過在外周線圈電極3與內周線圈電極4之間設置間隙，能省略絕緣環7。此外，也可以在內周線圈電極的杯狀的外側面或外周線圈電極的杯狀的內側面上鍍敷絕緣膜來替代絕緣環7。即使線圈電極彼此接觸而使磁場的均勻性下降，但還是能發揮效果的。作為實施方式I中的線圈電極的製造方法，可動電極I及固定電極11通過將多個線圈電極組合而構成，各個線圈電極的厚度可以較薄，因此，對板材進行衝壓加工的方法是有效的。圖4表示利用衝壓加工法製造線圈電極的製造方法。首先，從平板10 (圖4(a))衝裁加工出嵌合孔3f和形成線圈部3d的以外的部分(圖4 (b))，接著，通過拉伸加工，形成側面3a而加工成杯狀(圖4(c))。進一步將外徑不同的線圈電極3、4進行組合，製造出作為目的的複合線圈電極(圖4(d))。此處，表示的是外周線圈電極3的線圈部3d和內周線圈電極4的線圈部4d在圓周方向上處於相同位置的情況。此外，圖4中，雖未圖示絕緣環7，但可以根據需要插入。在對棒材進行切削加工的方法中，這樣複雜的加工較難，且製造成本也較高，但在利用衝壓加工的方法中，通過將多個線圈進行組合，能廉價地製造出複合線圈電極。由此，實施方式I中的真空閥中，通過在杯狀的側面相對於軸向平行地設置切縫，將在圓周方向上形成圓弧狀的通電路徑的、外徑不同的多個杯狀的線圈電極呈同心圓狀配置，並產生磁場，從而具有能改善電弧產生時所產生的圓周方向上的磁場分布的均勻性、阻礙電弧局部集中、保護接點免受損傷、提高切斷性能這樣的顯著效果。
實施方式2圖5是表示實施方式2中的真空閥的可動電極的結構的分解立體圖。在圖5中，符號21是可動電極，其包括接點22 ;與該接點22相連接的、呈同心圓狀配置的杯狀的外周線圈電極23及內周線圈電極24 ;與外周線圈電極23及內周線圈電極24相連接、將電流引出到真空容器(未圖示)外的電極棒25;加強接點22的加強件26;以及為了使外周線圈電極23和內周線圈電極24絕緣而被插入的絕緣環27。外周線圈電極23包括線圈部23d，該線圈部23d因相對於可動電極21的軸向21a傾斜地設於杯狀的側面23a的切縫23b而在圓周方向上形成圓弧狀的通電路徑；端子部23e，該端子部23e與接點22相連接；以及嵌合孔23f，該嵌合孔23f與電極棒25的嵌合部25a嵌合而牢固接合。內周線圈電極24也與外周線圈電極23相同，包括線圈部24d，該線圈部24d因相對於軸向21a傾斜地設於杯狀的側面24a的切縫24b而在圓周方向上形成圓弧狀的通電路徑；端子部24e，該端子部24e與接點22相連接；以及嵌合孔24f，該嵌合孔24f與電極棒25的嵌合部25b嵌合而牢固接合。此處，將作為外周線圈電極23的通電路徑的線圈部23d的位置與作為內周線圈電極24的通電路徑的線圈部24d的位置配置成在圓周方向上位於不同的角度。此外,加強件26利用突起部26a與電極棒25的嵌合孔25c嵌合而牢固接合,加強件26與接點22的背面接觸，從背面支承接點22來進行加強。與實施方式I相同，接點22、外周線圈電極23、內周線圈電極24及電極棒25由電阻較小的銅類材料所構成，加強件26由電阻較大的不鏽鋼類金屬或絕緣體所構成。接下來，參照圖5對實施方式2中的真空閥的動作進行說明。在實施方式2的真空閥中，若使可動電極21後退而切斷電流，則可動電極21從固定電極(未圖示)分離，在接點22與固定電極的接點之間產生電弧。由電弧引起的電流沿半徑方向流過接點22，然後，從端子部23e和24e流過外周線圈電極23的線圈部23d和內周線圈電極24的線圈部24d，並通過外周線圈電極23和內周線圈電極24的底部流向電極棒25。此時，由傾斜地設於杯狀的外周線圈電極23的側面23a和內周線圈電極24的側面24a上的切縫23b和切縫24b形成的線圈部23d和線圈部24d形成為圓弧狀，電流沿著圓周方向傾斜地流過，因此，產生相對於電極棒25的軸向21a平行的縱向磁場。由於將外周線圈電極23的線圈部23d的位置與內周線圈電極24的線圈部24d的位置配置成在圓周方向上不同的位置，因此，由多個線圈電極所產生的磁場與單一的線圈電極的情況相比，圓周方向上的磁場分布得到了改善，進一步提高了均勻性，其結果是，電弧被限制在接點的範圍內，且向整個接點22擴散，從而阻礙局部集中，能保護接點22免受損傷。作為實施方式2中的線圈電極的製造方法，與實施方式I相同，對板材進行衝壓加工的方法是有效的。圖6表示利用衝壓加工法製造線圈電極的製造方法。首先，從平板10(圖6(a))衝裁加工出嵌合孔23f和切縫23b(圖6 (b))，接著，通過拉伸加工，形成側面23a而加工成杯狀(圖6(c))。然後，將外徑不同的線圈電極22和線圈電極23進行組合，製造出作為目的的複合線圈電極(圖6(d))。絕緣環27可以根據需要插入。由此，實施方式2中的真空閥中，通過在杯狀的側面上相對於軸向傾斜地設置切縫，將在圓周方向上形成有圓弧狀的通電路徑的、外徑不同的多個杯狀的線圈電極呈同心圓狀配置，並使多個線圈電極產生磁場，從而與實施方式I相同，具有能改善電弧產生時所產生的圓周方向上的磁場分布的均勻性、阻礙電弧局部集中、保護接點免受損傷、提高切斷性能這樣的顯著效果。實施方式3圖7是可動電極的結構圖，圖7(a)是可動電極的分解立體圖，圖7 (b)是線圈電極的俯視圖。此外，圖8是表示由線圈電極所產生的半徑方向上的磁場分布的圖。如圖7所示，實施方式3的真空閥中，除了呈同心圓狀配置的杯狀的外周線圈電極 3與內周線圈電極4之間設有間隙d這一點以及省略了絕緣環7這一點以外，與實施方式I的圖I相同，因此，省略對其它構成要素的說明。此處，將作為外周線圈電極3的通電路徑的線圈部3d的位置與作為內周線圈電極4的通電路徑的線圈部4d的位置配置成在圓周方向上位於不同的位置。接下來，參照圖7對實施方式3中的真空閥的動作進行說明。在實施方式3的真空閥中，也與實施方式I相同，在切斷電流的情況下，可動電極I的接點2從固定電極I的接點12分離，在接點2與接點12之間產生電弧。由電弧引起的電流沿半徑方向流過接點2，然後，從端子部3e和端子部4e流過外周線圈電極3的線圈部3d和內周線圈電極4的線圈部4d,並通過福條部3c和福條部4c流向電極棒5。此時，由於線圈部3d和線圈部4d形成為圓弧狀，電流沿著圓周方向流動，因此，產生相對於軸向Ia平行的縱向磁場。圖8示出實施方式3中的由複合線圈電極所產生的圓周方向上的磁場分布與現有例的比較結果。磁通密度B是沿著圖7(b)的箭頭的半徑方向R測定得到的，符號T是現有的線圈電極的結果，符號C是實施方式3的外周線圈電極3與內周線圈電極4的複合線圈電極的結果。由於將外徑較小的內周線圈電極4相對於外周線圈電極3以設有間隙d的方式進行配置，因此，由複合線圈電極所產生的磁場與單一的線圈電極的情況相比，半徑方向上的磁場分布得到了改善，進一步提高了均勻性，其結果是，電弧被限制在接點的範圍內，且向整個接點2擴散，從而阻礙局部集中，能保護接點2免受損傷。由此，實施方式3中的真空閥中，通過在圓周方向上形成有圓弧狀的通電路徑的、外徑不同的多個杯狀的線圈電極之間設置間隙，並將它們呈同心圓狀配置而產生磁場，從而具有能改善電弧產生時所產生的半徑方向上的磁場分布的均勻性、阻礙電弧局部集中、保護接點免受損傷、提高切斷性能這樣的顯著效果。另外，上述實施方式中，對由外周線圈電極及內周線圈電極這兩個線圈電極構成複合線圈電極的情況進行了敘述，但也可以是用三個以上的線圈電極構成的情況，而且，各個線圈電極的板的厚度也可以不同。此外，實施方式中，對將外周線圈電極及內周線圈電極各自的分支數(線圈部的數量)設為「3」的情況進行了敘述，但也可以如圖9所示，各個線圈電極的分支數不同，從而能調節磁場分布。圖9(a)表示實施方式I中的多個線圈電極的分支數不同的其它實施方式，圖9(b)表示實施方式3中的多個線圈電極的分支數不同的其它實施方式。尤其是外周線圈電極的分支數比內周線圈電極的分支數多的情況下，對改善磁場的均勻性是有效的。此外，實施方式中，對將外周線圈電極的線圈部的位置與內周線圈電極的線圈部的位置配置成在圓周方向上位於不同的位置的情況進行了說明，但圖10表示將實施方式I中的外周線圈電極3的線圈部3d的位置與內周線圈電極4的線圈部4d的位置配置成在圓周方向上位於相同位置的其它實施方式。即使多個線圈部在圓周方向上的位置相同，也能期待半徑方向上的磁場分布的改善效果。此外，也可以通過準備允許負載電流不同的線圈電極並將它們組合來提供具有各種允許負載電流的真空閥。此外，本發明並不僅限於上述實施方式，當然包含上述實施方式的可能的組合。
此外，附圖中，相同的符號表示相同或相當的部分。符號說明I、21可動電極2、12、22 接點3、13、23外周線圈電極3b、4b、24b 切縫3c、4c 輻條部3d、4d、24d 線圈部3e、4e、24e 端子部4、14、24內周線圈電極5、15 電極棒11固定電極
權利要求
1.一種真空閥，具有以能接觸分離的方式收納於真空容器內的一對電極，其特徵在於， 所述電極包括 多個線圈電極，這些線圈電極呈同心圓狀配置，且外徑不同； 電極棒，該電極棒與所述多個線圈電極的一端牢固接合，將電流引出到所述真空容器的外部；以及 接點，該接點與所述多個線圈電極的另一端牢固接合。
2.如權利要求I所述的真空閥，其特徵在於， 所述多個線圈電極形成為杯狀，從所述杯狀的底部中心朝向外周輻條狀分支，並沿著外周側面在圓周方向上形成通電路徑。
3.如權利要求I所述的真空閥，其特徵在於， 所述多個線圈電極形成為杯狀，被相對於軸向傾斜地設於所述杯狀的側面的多個切槽分支，並沿著外周側面在圓周方向上形成通電路徑。
4.如權利要求I至3中任一項所述的真空閥，其特徵在於， 將配置於外周側的所述線圈電極的通電路徑位置與配置於內周側的所述線圈電極的通電路徑位置配置成在圓周方向上位於不同位置。
5.如權利要求I至3中任一項所述的真空閥，其特徵在於， 配置於外周側的所述線圈電極的通電路徑分支數與配置於內周側的所述線圈電極的通電路徑分支數不同。
全文摘要
在本發明的真空閥中，以能接觸分離的方式收納於真空容器內的一對電極的可動電極(1)包括呈同心圓狀配置的外周線圈電極(3)和內周線圈電極(4)，所述外周線圈電極(3)和內周線圈電極(4)具有線圈部(3d)、(4d)，所述線圈部(3d)、(4d)被切縫(3b)、(4b)分割，且與從杯狀的底部朝向外周分支的輻條部(3c)、(4c)相連接，並在圓周方向上形成圓弧狀的通電路徑，外周線圈電極(3)和內周線圈電極(4)的一端與用於將電流引出到真空容器外的電極棒(5)相連接，另一端與接點(2)相連接，從而使接點(2)分離時產生的磁場均勻化，通過分散電弧，能提高切斷性能。
文檔編號H01H33/66GK102754175SQ20108006130
公開日2012年10月24日 申請日期2010年1月18日 優先權日2010年1月18日
發明者川田將司, 糸谷孝行 申請人:三菱電機株式會社