CN102034643B - 开关用的电极及真空开关，以及开关用的电极或真空开关的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开关用的电极及真空开关，以及开关用的电极或真空开关的制造方法。本发明的目的在于提供通过防止在电极和导体杆(1)之间产生空隙部，并且电极和导体杆(1)不产生位置偏移而实现了降低电力消耗及提高传热性能的真空开关(70)。本发明的开关用的电极的特征是，通过具备导体杆(1)、插入导体杆(1)的接点电极(2)、以及在导体杆(1)和接点电极(2)的径向外侧固定两者的连接板(3)而固定导体杆(1)和接点电极(2)这两者。

Description

开关用的电极及真空开关,以及开关用的电极或真空开关的制造方法

技术领域

本发明涉及开关用的电极及真空开关，以及开关用的电极或真空开关的制造方法。

背景技术

真空开关由于采用绝缘性能高的真空绝缘材料，并且未使用地球温室效应系数高的SF6等气体，因而是同时实现了小型化并且降低了环境负荷的开关。

真空开关虽然在真空容器的内部进行电流的阻断等，但作为真空容器的制造方法，存在在高真空中制造真空容器的方法。在此，真空容器的制造工序的钎焊需要分别使用与构成真空容器的零部件间的材质相应的钎料，因而，钎焊至少需要分成两个工序。

第一工序是电极与导体杆的连接之类的使金属彼此连接的工序，第二工序是将由第一工序连接的部件包含在内部，并将绝缘筒与金属制的端板连接而构成真空密封了的真空容器的工序。第一工序是连接金属彼此之间的工序，相对于此，第二工序是必须连接绝缘物与金属，需要分别使用不通的钎料。

因此，在第一工序中所使用的钎料有可能在第二工序中再次熔融，若钎料在第二工序中熔融，则在第一工序中连接电极与导体杆所使用的钎料将变形，在电极与导体杆之间有可能产生空隙，或者产生电极与导体杆的位置错位。

为了防止产生如上所述的电极与导体杆的位置错位，有例如专利文献1(日本特开平5-298971号公报)所记载的方法。专利文献1记载有在端部具有突出部6a、7a的电极棒，以及具有与该电极棒的端部相同形状的插入孔，并在内部形成槽4a、5b的电极，作为该电极棒与电极的组装方法，其记载的是预先将钎料设置在电极棒与电极的接合位置，分别将电极棒插入电极的电极棒插入口，通过以将电极棒端部的突出部6a、7a引导到电极内部的槽的方式旋转约90°并卡定而完成组装的电极棒与电极的组装方法(见专利文献1的说明书的[0008]～[0009]段)。并且，作为发明的课题记载的内容是以提供一种可靠性高的真空阀为目的(见专利文献1的说明书的[0005]段)，该真空阀在部分组装工序中进行的钎焊温度与在最终组装工序中进行真空密封的钎焊温度相同的情况下，可以防止最终组装工序的电极的脱落、倾斜及电极棒与电极的位置错位，并且不会降低作为真空部阀的性能。

在此，在电极与导体杆之间产生了空隙的场合，则空隙部被真空等的绝缘介质所占据，由于该部分显示出高的绝缘特性，因而在电流导通时成为高电阻部分，电流的导通特性降低，另外，在空隙部(例如，在空气绝缘开关的场合充满了空气，在气体绝缘开关的场合充满了气体，在真空气绝缘开关的场合充满了真空)中，由于与作为金属材料的电极比较其导热率低，妨碍了在该空隙中的热传导，因而在电流断开时成为高温的电极难以散热，电极部件熔融的可能性增高。这有导致开关的可靠性降低的危险。

在上述的专利文献1中，虽然以将电极棒端部的突出部引导到电极内部的槽的方式使其旋转并卡定，但作为实现该组装方法的前提，则需要在电极棒端部的突出部与电极内部的槽之间存在某种程度的间隙。因为，在没有间隙的场合，则不能使电极棒端部的突出部相对于电极内部的槽旋转。并且，该间隙在效果上就相当于上述的空隙部。因此，要通过旋转来固定电极棒与电极的情况下，空隙部就不得不在某种程度上存在或者较大。

发明内容

于是，本发明的目的在于提供一种能够提高开关的可靠性的电极或开关，或者开关用的电极或真空开关的制造方法。

为了达到上述目的，本发明的开关用的电极的特征是，具备导体杆、插入该导体杆的接点电极，以及将导体杆和接点电极两者固定在上述导体杆和上述接点电极的径向外侧的连接板。

另外，为了达到上述目的，本发明的开关用的电极制造方法的特征是，具有在将导体杆插入具有插入孔的电极之后，将连接板嵌合在该导体杆和上述接点电极的径向外侧的工序。

本发明的效果是，根据本发明，能够提供一种能提高开关的可靠性的电极或开关，或者开关用的电极或真空开关的制造方法。

附图说明

图1是第一实施方式中电极部分的轴向剖视图。

图2是表示第一实施方式的导体杆的图。

图3是表示第一实施方式的接点电极的图。

图4是表示第一实施方式的连接板的图。

图5是表示在第一实施方式中将导体杆插入接点电极的状况的图。

图6是表示在第一实施方式中将连接板嵌入电极部分的状况的图。

图7是表示在第一实施方式中将连接板嵌入电极部分的状况的图。

图8是表示第二实施方式的电极部分的主要部分的图。

图9是表示第二实施方式的接点电极部分的图。

图10是表示第二实施方式的连接板的图。

图11是表示第二实施方式的环形销的图。

图12是表示在第二实施方式中将导体杆插入接点电极的状况的图。

图13是表示在第二实施方式中将连接板嵌入电极部分的状况的图。

图14是表示在第二实施方式中将连接板嵌入电极部分的状况的图。

图15是表示在第二实施方式中将环形销嵌入电极部分的状况的图。

图16是第二实施方式的电极部分的完成图。

图17是真空开关机构的剖视图。

图18是真空开关的放大图。

图中：

1-导体杆，1a-导体杆1的前端，1b-第一槽，2-接点电极，2-接点电极，2a-接点电极2的底部，2b-第二槽，2c-接点电极外径，2d-接点电极中央部孔，2e-接点电极螺旋状的槽，2e′-接点电极螺旋状的槽的起点，2e″-接点电极螺旋状的槽的终点，3、4-连接板，3a、4a-连接板的内周端部，3b、4b-连接板的外周端部，5-环形销(リングピン)，52b-凸部，52c-凹部，53、60-槽，70-真空开关，71-电缆，72-母线，73-操作器，74-绝缘筒，75-端板。

具体实施方式

以下，说明实施本发明的优选实施方式。

第一实施方式

下面，对本发明的第一实施方式进行说明。如图17及图18所示，本实施方式的真空开关机构主要包括：真空开关70，向负荷侧供电的电缆71，向真空开关侧供电的母线72，以及进行真空开关70的开、关、断路的操作器73。并且，真空开关70主要包括：由绝缘筒74及金属制的端板75构成，内部为真空的真空容器，装在真空容器内部的固定侧及可动侧的导体杆1及接点电极2。

如图1所示，由铜材构成的圆筒状的导体杆1插入到设置于接点电极2的内侧的与导体杆1的形状相对应的插入孔中，在导体杆1与接点电极2之间设有在第一工序中使用的第一钎料，使导体杆1与接点电极2无间隙地固定。并且，在导体杆1中，通过插入到圆筒轴的接点电极2中而在上方形成有外径1b′比轴向的其它区域的外径1c′细的区域(第一槽1b)。另外，在接点电极2上形成有外径2b′比轴向的其它区域的外径2c′细的区域(第二槽2b)。如图4所示，通过在该第一槽和第二槽中嵌入例如以SUS等弹性构件形成为半圆形的两个连接板3、4而将导体杆1与接点电极2连接在一起。这时对于形成为半圆形的两个连接板3、4，如图1的剖视图所示，在将作为圆形状的连接板的内径形成为导体杆1的第一槽1b的外径1b′以上，将将半圆形的连接板3、4的外径形成为接点电极2的槽2b以外的区域的外径2c′以上之后，通过将该圆形状连接板在径向上分割成两块以上，从而如图4所示形成半圆形。另外，对于这些连接板3、4以能够自由嵌入的方式以弹性优良的材料形成。

下面，使用图5至图7说明使用了上述电极的真空开关的制造方法。首先，在导体杆1与接点电极2的接触面之间预先设置第一钎料，如图5所示将导体杆1插入接点电极2的插入孔中。在插入到插入孔中之后，如图6、图7所示，通过将连接板3、4的内周端部3a、4a在半径方向自由地嵌入到导体杆1的第一槽1b中，将连接板3、4的外周端部3b、4b嵌入到在接点电极2上形成的第二槽2b中而固定导体杆1与接点电极2。由于连接板3、4具有挠性而很容易嵌入。由此，导体杆1与接点电极2被固定。

其次，在高真空中或氢气中，在将上述固定好的导体杆1与接点电极2装在绝缘筒74内后通过对绝缘筒74及金属制的端板75进行钎焊而完成真空容器的密封。通过该钎焊工序，设置于导体杆1与接点电极2的接触面上的第一钎料也熔融，可同时被钎焊。另外，在正式钎焊工序之前需要预先在绝缘筒74及金属制的端板75之间设置第二钎料。

在本实施方式中，使用连接板3、4来固定导体杆1与接点电极2由于为了固定也未使用旋转动作，因而可以在电流导通的电极及导体的中央部分不会产生空隙地固定两者。此外，在本实施方式中，虽然为了方便而以包含电极、真空开关的真空开关装置的实施例进行说明，但发明本身对于单独的电极或真空开关也是成立的。

另外，作为本实施方式的非常大的优点可列举钎焊工序仅以用于绝缘筒74及金属制的端板75的钎焊的一个工序即能完成。这可以通过使用连接板3、4来进行导体杆1与接点电极2的固定，从而可以省略过去采用的部分组装工序。因此，能够实现作业效率的大幅度提高。

再有，通过将导体杆1与接点电极2的钎焊与绝缘筒74及金属制的端板75的钎焊工序同时进行，从而可以避免产生在第一工序中已钎焊的导体杆1与接点电极2在第二工序中产生位置偏移。电极的位置偏移将导致电极间的接触不良，在接触不良的情况下，由于在电极间非接触的部分因真空绝缘而成为高电阻部分，因而严重损害作为开关设备的性能。并且，即使导通也因电弧而导致处于接触的电极部分的熔融，有可能带来设备寿命的降低。本实施方式在能防止有关电极的位置偏移这方面也是非常有用的。

再有，产生空隙的场合，由于该空隙内仍然因真空绝缘而成为高电阻部分，因而严重损害作为开关设备的性能。另外，由于开关时产生电弧，因而接点电极2成为高温，从防止电极熔融的观点来看，要求立刻迅速地散热，针对于此，由于在电极内产生空隙，便产生了对金属导热率显著降低的真空部，因而存在散热性能降低、电极熔融的可能性。在电极熔融的场合，由于电极面变成非平坦面，因而会成为下次以后在开关时产生电弧的主要原因。在现有技术中，在开关中通过25kA的电流3秒钟左右时，电极部的温度将达到300K，而根据本实施方式，由于不产生电极内的导通部的空隙，因而可以将温度上升抑制到240K，能够降低约20％左右的热损失。另外，可以防止电极面熔融，可以降低开关时电弧的发生。

本实施方式的连接板3、4通过用例如SUS等具有挠性的部件构成，则增加了嵌入到导体杆1和接点电极2中时的柔软性，导体杆1与接点电极2在接触时的嵌入变得容易。

另外，在本实施方式中，虽然连接板3、4分割成两部分，但其既可以是一个，也可以是三个以上。这时，若在径向上以均匀的方式配置，则不会产生倾斜等，固定的稳定性提高。所谓径向上均匀地配置是指，在使用多个连接板时，在周向大致对称配置的情况。

第二实施方式

下面，使用图8至图16说明在本发明的第二实施方式。在本实施方式中，如图9所示，在接点电极2上，在电极的上端部设有两个凹部(槽)52c。并且，在与凹部52c相同的圆周上设有未设凹部的凸部52b。在凸部52b的外周面上刻有槽53。并且如图10在所示，在本实施方式的连接板3、4上设有嵌入部以便与接点电极2的凹部52c相对应，就嵌入导体杆1的部分而言，其结构与第一实施方式相同。再有，在设置于连接板3、4上的嵌入部4c上刻有与槽53构成同一圆周的槽60，该槽53在嵌入接点电极2时刻在接点电极2凸部52b上。然后，通过将环形销5嵌入到槽53和槽60中而将接点电极2与连接板3、4进行固定。在此，环形销5设有从环形销5的中心为5°以上的圆周角的量的切口。之所以做成5°以上是因为，在将环形销5嵌入到接点电极与连接板上时需要暂时使环形销5扩张，这时若为5°以上扩张变得更容易。当然，这不是将小于5°完全排除的意思。此外，对于上述的部分以外的内容，因与第一实施方式相同而省略重复的说明。

在使用了上述电极的真空开关的制造方法中，使用图12至图16说明与第一实施方式不同之处。如图12所示，将导体杆1插入到接点电极2中，如图13、图14所示，将连接板3、4嵌入到接点电极2上。然后，将环形销5嵌入到设置于接点电极2上的槽53和设置于连接板3、4上的槽60中。由此，可以进行第一工序的导体杆1和接点电极2的固定。

本实施方式也可以起到实施方式1同样的效果。

另外，在本实施方式中，虽然对于作为固定连接板3、4和接点电极2的固定用部件使用环形销5进行了说明，但不言而喻，固定用部件不限定于环形销，只要是能通过在连接板和接点电极的外周嵌入到设置成同一个圆周状的槽中而固定的固定用部件都能代用。

再有，就环形销5而言，虽然在本实施方式中只说明了一条的情况，但并不排除将其分成多条的情况。

另外，在本实施方式中虽然在接点电极2上设置了两处凹部，但也可以设置三处以上。再有，对于环形销也可以考虑使用两条以上进行固定。此外，当然，在这种情况下，需要与其相对应地增加设置于接点电极及连接板上的槽的个数。

另外，对于上述第一、第二实施方式的任何一个，为了提高电极对接点电极2的阻断性，还可以采用在图1所示的接点侧的中央部形成有接点电极内径以下的孔2d，在轴向与电极中央部的导体外径1C′重合部分以外的部位设置两处以上的螺旋状的槽2e的螺旋电极。该螺旋状的槽2e通过使切槽从槽的起点2e′进入到槽的终点2e″而形成。在此，为了防止因螺旋状的槽2e而使电极分离，槽的终点2e″的位置必须终止于中央部接点孔2d的直径以上的外周的位置。在上述第一、第二实施方式中，由于采用螺旋电极而不会在电极与导体间产生空隙部，并且通过将插入到电极的接点附近，可以防止电极从螺旋电极的中心向端部产生翘曲，由于可以确保接点的接触面积而更加有效。

另外，在第一、第二实施方式中，虽未特别涉及，但也可以将连接板3、4固定在导体杆中轴向的任意位置。

另外，在上述各实施方式中，虽然涉及了真空开关，但也包含以该真空开关接地为目的的真空接地开关。即，不言而喻，第一、第二实施方式也能用于真空接地开关。

Claims (15)

1.一种开关用的电极，其特征在于，

具备：导体杆；插入该导体杆的接点电极；以及在上述导体杆和上述接点电极的径向外侧固定两者的连接板；

上述导体杆在外周部具备径向槽，

上述接点电极在外周部具备径向槽，

上述连接板嵌入上述导体杆在外周部具有的径向槽和上述接点电极在外周部具有的径向槽中，并固定上述导体杆和上述接点电极。

2.根据权利要求1所述的开关用的电极，其特征在于，

上述连接板在外周部具备连接板的径向槽，

上述接点电极在外周部中嵌入上述连接板的外周部以外的部位，具备与上述连接板在外周部具有的连接板的径向槽位于呈同一圆周状的位置的槽，

具备固定用部件，该固定用部件嵌入到上述连接板在外周部具有的连接板的径向槽和上述接点电极在外周部具有的槽，即与上述连接板在外周部具有的连接板的径向槽位于呈同一圆周状的位置的槽中。

3.根据权利要求1～2任何一项所述的开关用的电极，其特征在于，

上述连接板具有挠性。

4.根据权利要求2所述的开关用的电极，其特征在于，

上述连接板及/或上述固定用部件由多个部件构成。

5.根据权利要求1所述的开关用的电极，其特征在于，

上述接点电极在上述导体杆的轴向与上述导体杆重合的部分以外的部位设有螺旋状的槽。

6.一种真空开关，具备权利要求1～5任何一项所述的开关用的电极，以及构成内部为真空的真空容器的绝缘筒及端板，其特征在于，

上述绝缘筒与上述端板之间进行钎焊，上述开关用的电极容纳在上述真空容器的内部。

7.一种真空开关，其特征在于，

具备：

导体杆，其轴向的一部分具有径向槽；

接点电极，其具备插入该导体杆的插入孔，将上述导体杆插入该插入孔中，并且在外周部具有径向槽；

连接板，其嵌入上述导体杆具有的径向槽和上述接点电极具有的外周部的径向槽中，并固定上述导体杆和上述接点电极；以及

真空容器，其由绝缘筒及金属性的端板构成，内部装有上述导体杆及上述接点电极，并且内部为真空，

在上述导体杆和上述接点电极的接触面上设有第一钎料，

在上述绝缘筒及上述金属性的端板之间设有第二钎料。

8.一种真空开关，其特征在于，

具备：

导体杆，其轴向的一部分具有径向槽；

接点电极，其具备该导体杆的插入孔，将上述导体杆插入该插入孔中，并且在外周部具备两处以上的凹部，在外周部中凹部以外的部分具有接点电极的径向槽；

连接板，其嵌入上述导体杆具有的槽和上述接点电极具有的凹部中，在嵌入该接点电极具有的凹部中的部分，具备与上述接点电极在外周部中凹部以外的部分具有的接点电极的径向槽构成同一圆周的槽；

环形销，其嵌入上述接点电极在外周部中凹部以外的部分具有的接点电极的径向槽及上述连接板具有的槽中，并固定上述接点电极和上述连接板；以及

真空容器，由绝缘筒及金属性的端板构成，内部装有上述导体杆及上述接点电极，并且内部为真空，

在上述导体杆和上述接点电极的接触面上设有第一钎料，

在上述绝缘筒和上述金属性的端板之间设有第二钎料。

9.根据权利要求7或8所述的真空开关，其特征在于，

上述连接板具有挠性。

10.根据权利要求7或8所述的真空开关，其特征在于，

上述连接板分割成两个以上。

11.根据权利要求7或8所述的真空开关，其特征在于，

上述接点电极在上述导体杆的轴向与上述导体杆重合的部分以外的部位设有两处以上的螺旋状的槽。

12.一种真空开关装置，其特征在于，

具备：权利要求6～11任何一项所述的真空开关；对负荷侧供给电力的电缆；对上述真空开关供给电力的母线；以及对上述真空开关进行开关的操作器。

13.一种开关用的电极制造方法，其特征在于，

具有下述工序：将导体杆插入到具有插入孔的接点电极中之后，将连接板嵌入到该导体杆和上述接点电极的径向外侧；

上述连接板在外周部形成有连接板的径向槽，上述接点电极在外周部中嵌入上述连接板的外周部以外的部位，形成有与上述连接板在外周部具有的连接板的径向槽位于呈同一圆周状的位置的槽；

并具有下述工序：在将连接板嵌入该导体杆与上述接点电极的径向外侧之后，通过将固定用部件嵌入到形成于上述连接板上的连接板的径向槽和形成于上述接点电极上的槽中，从而对上述连接板、上述导体杆和上述接点电极进行固定。

14.一种真空开关的制造方法，其特征在于，

具有下述工序：在权利要求13记载的开关用的电极制造方法中，在对上述连接板、上述导体杆和上述接点电极进行固定之后，将上述开关用的电极装在绝缘筒和端板内，并在真空中或氢气中对绝缘筒和端板进行钎焊。

15.根据权利要求14所述的真空开关的制造方法，其特征在于，

钎焊工序只有一次上述真空中或氢气中的钎焊工序。

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