CN102754175B - 真空阀 - Google Patents

Abstract

在本发明的真空阀中，以能接触分离的方式收纳于真空容器内的一对电极的可动电极(1)包括呈同心圆状配置的外周线圈电极(3)和内周线圈电极(4)，所述外周线圈电极(3)和内周线圈电极(4)具有线圈部(3d)、(4d)，所述线圈部(3d)、(4d)被切缝(3b)、(4b)分割，且与从杯状的底部朝向外周分支的辐条部(3c)、(4c)相连接，并在圆周方向上形成圆弧状的通电路径，外周线圈电极(3)和内周线圈电极(4)的一端与用于将电流引出到真空容器外的电极棒(5)相连接，另一端与接点(2)相连接，从而使接点(2)分离时产生的磁场均匀化，通过分散电弧，能提高切断性能。

Description

真空阀

技术领域

本发明涉及在真空断路器中使用的、具有开闭接点且能提高切断性能的真空阀。

背景技术

真空阀包括：圆筒状的真空容器，该真空容器以陶瓷或玻璃材料这样的绝缘物作为材质，在高真空下保持气密；一对电极，这一对电极以彼此相对的方式设于真空容器的两端且能接触分离；以及筒状的电弧屏蔽件，该电弧屏蔽件设于真空容器内，且围住这些电极。真空阀的作用在于：在切断电流时，消除随着电极的分离而在电极之间产生的电弧。

然而，若该电弧在局部持续产生，则电极会局部熔融，从而使电极受到损伤。为了避免这样的问题，提出有以下的方案：夹置线圈，利用由线圈产生的纵向磁场，使电流切断时所产生的电弧在电极直径内广范围地进行扩散，从而能抑制因电弧而产生的金属蒸汽或带电粒子，提高了切断性能，且能抑制电极的熔融。

作为进一步提高包括线圈的真空阀的切断性能的方案，例如，专利文献1所示的真空阀中，形成有朝向与电弧电极的圆周方向以规定的角度交叉的方向的切缝，并将绝缘性的嵌合体嵌入该切缝。由此，绝缘恢复电压上升，能提高额定电压。此外，在嵌合体的线圈电极侧形成有宽度比切缝宽度大的绝缘性的大宽度部，因此，嵌合体不易从电弧电极脱出，能提高机械方面的可靠性。

此外，作为进一步提高包括线圈的真空阀的切断性能的方案，例如，专利文献2所示的真空阀中，杯状的插槽电极(slit electrode)在外周侧面形成有多根斜向横切通电轴的轴向的切缝。即使电极之间的距离扩大也能产生较高的纵向磁场，能提高切断性能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2002―150902号公报

专利文献2：日本专利特开2008―135338号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，在专利文献1及专利文献2所示的真空阀中，存在以下的问题：线圈仅设于电弧电极或接点(本申请中相当于接点，以下称为接点)的外周部，所产生的磁场并不一定在整个接点均匀地形成，所产生的电弧无法在整个接点充分分散，从而制约了切断性能。

本发明是为了解决上述技术问题而完成的，其目的在于提供能提高接点分离时所产生的磁场的均匀性、且能提高切断性能的真空阀。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述技术问题，在本发明的具有以能接触分离的方式收纳于真空容器内的一对电极的真空阀中，上述电极包括：多个线圈电极，这些线圈电极形成为杯状，并以在间隙中设置绝缘构件的方式呈同心圆状配置，且外径不同；电极棒，该电极棒与上述多个线圈电极的一端牢固接合，将电流引出到上述真空容器的外部；以及接点，该接点与上述多个线圈电极的另一端牢固接合。

发明的效果

根据本发明，不仅在接点的外周部设置线圈，而且还在内周部设置线圈，因此，具有能提高磁场的均匀性、使所产生的电弧分散到整个接点、从而提高切断性能这样的显著效果。

附图说明

图1是实施方式1中的真空阀的可动电极及固定电极的侧视图。

图2是实施方式1中的可动电极的结构图。

图3是实施方式1中的由复合线圈电极所产生的圆周方向上的磁场分布图。

图4是表示实施方式1中的复合线圈电极的利用冲压加工法的制造方法的图。

图5是实施方式2中的可动电极的结构图。

图6是表示实施方式2中的复合线圈电极的利用冲压加工法的制造方法的图。

图7是实施方式3中的可动电极的结构图。

图8是实施方式3中的由复合线圈电极所产生的半径方向上的磁场分布图。

图9是实施方式1及实施方式3中的多个线圈电极的分支数不同的情况下的线圈电极的俯视图。

图10是实施方式1中的多个线圈电极的线圈部的位置相对于圆周方向为相同的情况下的线圈电极的俯视图。

具体实施方式

以下，根据图1～图10对本发明的实施方式中的真空阀的可动电极进行说明。

实施方式1

图1是实施方式1中的真空阀的可动电极及固定电极的侧视图。图2是可动电极的结构图，图2(a)是可动电极的分解立体图，图2(b)是线圈电极的俯视图。此外，图3是表示由线圈电极所产生的圆周方向上的磁场分布的图。

如图1所示，真空阀由收纳在被保持成真空的真空容器内的可动电极1和固定电极11这一对电极所构成，但由于是相同的结构，因此，此处仅对可动电极1的结构进行说明。在图2中，符号1是可动电极，其包括：接点2；与该接点2相连接的、呈同心圆状配置的杯状的外周线圈电极3及内周线圈电极4；与外周线圈电极3及内周线圈电极4相连接、将电流引出到真空容器(未图示)外的电极棒5；用于加强接点2的加强件6；以及为了使外周线圈电极3和内周线圈电极4绝缘而被插入的绝缘环7。

外周线圈电极3包括：线圈部3d，该线圈部3d被相对于可动电极1的轴向1a平行地设于杯状的侧面3a的切缝3b分割，与从杯状的底部朝外周分支的辐条部3c相连接，且在圆周方向上形成圆弧状的通电路径；端子部3e，该端子部3e与接点2相连接；以及嵌合孔3f，该嵌合孔3f与电极棒5的嵌合部5a嵌合而牢固接合。内周线圈电极4也与外周线圈电极3相同，包括：线圈部4d，该线圈部4d被相对于轴向1a平行地设于杯状的侧面4a的切缝4b分割，与从杯状的底部朝外周分支的辐条部4c相连接，且在圆周方向上形成圆弧状的通电路径；端子部4e，该端子部4e与接点2相连接；以及嵌合孔4f，该嵌合孔4f与电极棒5的嵌合部5b嵌合而牢固接合。

另外，多个外周线圈电极3和内周线圈电极4的嵌合孔径3f、4f分别依次改变，相对应的电极棒5的嵌合部5a、5b的外径也对应地依次改变，因此，能将各个外周线圈电极3和内周线圈电极4固定于规定的位置。

此处，将作为外周线圈电极3的通电路径的线圈部3d的位置与作为内周线圈电极4的通电路径的线圈部4d的位置配置成在圆周方向上不同的位置。

此外，加强件6利用突起部6a与电极棒5的嵌合孔5c嵌合而牢固接合，加强件6与接点2的背面接触，从背面支承接点2来进行加强。接点2、外周线圈电极3、内周线圈电极4及电极棒5由电阻较小的铜类材料所构成，加强件6由电阻较大的不锈钢类金属或绝缘体所构成。

接下来，参照图1至图3对实施方式1中的真空阀的动作进行说明。另外，由于本发明的主体在于可动电极和固定电极的结构，因此，省略对可动电极进行驱动的说明。

在实施方式1的真空阀中，通常，在通电时，电流从固定电极11的电极棒15流过外周线圈电极13及内周线圈电极14、接点12，并从可动电极1的接点2流过外周线圈电极3及内周线圈电极4而进一步流向电极棒5。若使可动电极1后退而切断电流，则可动电极1的接点2从固定电极11的接点12分离，在接点2与接点12之间产生电弧。由电弧引起的电流沿半径方向流过接点2，然后，从端子部3e和端子部4e流过外周线圈电极3和内周线圈电极4的线圈部3d和线圈部4d，并通过辐条部3c和辐条部4c流向电极棒5。此时，由于线圈部3d、线圈部4d形成为圆弧状，电流在圆周方向上流过，因此，产生相对于可动电极1的轴向1a平行的纵向磁场。绝缘环7是为了防止因外周线圈电极3的线圈部3d与内周线圈电极4的线圈部4d接触扰乱磁场分布而被插入的。

图3中示出由线圈电极所产生的圆周方向上的磁场分布与现有例的比较结果。磁通密度B是沿着图2(b)的箭头方向L测定得到的，在图3中，符号T是现有的线圈电极的结果，符号C是实施方式1的外周线圈电极3与内周线圈电极4的复合线圈电极的结果。由于外周线圈电极3的端子部3e的位置和内周线圈电极4的端子部4e的位置被配置成在圆周方向L上不同的位置，因此，由复合线圈电极所产生的磁场与单一的线圈电极的情况相比，圆周方向上的磁场分布得到大幅度的改善，进一步提高了均匀性，其结果是，电弧被限制在接点的范围内，且向整个接点2扩散，从而阻碍局部集中，能保护接点2免受损伤。

另外，通过在外周线圈电极3与内周线圈电极4之间设置间隙，能省略绝缘环7。此外，也可以在内周线圈电极的杯状的外侧面或外周线圈电极的杯状的内侧面上镀敷绝缘膜来替代绝缘环7。即使线圈电极彼此接触而使磁场的均匀性下降，但还是能发挥效果的。

作为实施方式1中的线圈电极的制造方法，可动电极1及固定电极11通过将多个线圈电极组合而构成，各个线圈电极的厚度可以较薄，因此，对板材进行冲压加工的方法是有效的。图4表示利用冲压加工法制造线圈电极的制造方法。首先，从平板10(图4(a))冲裁加工出嵌合孔3f和形成线圈部3d的以外的部分(图4(b))，接着，通过拉伸加工，形成侧面3a而加工成杯状(图4(c))。进一步将外径不同的线圈电极3、4进行组合，制造出作为目的的复合线圈电极(图4(d))。此处，表示的是外周线圈电极3的线圈部3d和内周线圈电极4的线圈部4d在圆周方向上处于相同位置的情况。此外，图4中，虽未图示绝缘环7，但可以根据需要插入。在对棒材进行切削加工的方法中，这样复杂的加工较难，且制造成本也较高，但在利用冲压加工的方法中，通过将多个线圈进行组合，能廉价地制造出复合线圈电极。

由此，实施方式1中的真空阀中，通过在杯状的侧面相对于轴向平行地设置切缝，将在圆周方向上形成圆弧状的通电路径的、外径不同的多个杯状的线圈电极呈同心圆状配置，并产生磁场，从而具有能改善电弧产生时所产生的圆周方向上的磁场分布的均匀性、阻碍电弧局部集中、保护接点免受损伤、提高切断性能这样的显著效果。

实施方式2

图5是表示实施方式2中的真空阀的可动电极的结构的分解立体图。

在图5中，符号21是可动电极，其包括：接点22；与该接点22相连接的、呈同心圆状配置的杯状的外周线圈电极23及内周线圈电极24；与外周线圈电极23及内周线圈电极24相连接、将电流引出到真空容器(未图示)外的电极棒25；加强接点22的加强件26；以及为了使外周线圈电极23和内周线圈电极24绝缘而被插入的绝缘环27。

外周线圈电极23包括：线圈部23d，该线圈部23d因相对于可动电极21的轴向21a倾斜地设于杯状的侧面23a的切缝23b而在圆周方向上形成圆弧状的通电路径；端子部23e，该端子部23e与接点22相连接；以及嵌合孔23f，该嵌合孔23f与电极棒25的嵌合部25a嵌合而牢固接合。内周线圈电极24也与外周线圈电极23相同，包括：线圈部24d，该线圈部24d因相对于轴向21a倾斜地设于杯状的侧面24a的切缝24b而在圆周方向上形成圆弧状的通电路径；端子部24e，该端子部24e与接点22相连接；以及嵌合孔24f，该嵌合孔24f与电极棒25的嵌合部25b嵌合而牢固接合。

此处，将作为外周线圈电极23的通电路径的线圈部23d的位置与作为内周线圈电极24的通电路径的线圈部24d的位置配置成在圆周方向上位于不同的角度。

此外，加强件26利用突起部26a与电极棒25的嵌合孔25c嵌合而牢固接合，加强件26与接点22的背面接触，从背面支承接点22来进行加强。与实施方式1相同，接点22、外周线圈电极23、内周线圈电极24及电极棒25由电阻较小的铜类材料所构成，加强件26由电阻较大的不锈钢类金属或绝缘体所构成。

接下来，参照图5对实施方式2中的真空阀的动作进行说明。

在实施方式2的真空阀中，若使可动电极21后退而切断电流，则可动电极21从固定电极(未图示)分离，在接点22与固定电极的接点之间产生电弧。由电弧引起的电流沿半径方向流过接点22，然后，从端子部23e和24e流过外周线圈电极23的线圈部23d和内周线圈电极24的线圈部24d，并通过外周线圈电极23和内周线圈电极24的底部流向电极棒25。此时，由倾斜地设于杯状的外周线圈电极23的侧面23a和内周线圈电极24的侧面24a上的切缝23b和切缝24b形成的线圈部23d和线圈部24d形成为圆弧状，电流沿着圆周方向倾斜地流过，因此，产生相对于电极棒25的轴向21a平行的纵向磁场。

由于将外周线圈电极23的线圈部23d的位置与内周线圈电极24的线圈部24d的位置配置成在圆周方向上不同的位置，因此，由多个线圈电极所产生的磁场与单一的线圈电极的情况相比，圆周方向上的磁场分布得到了改善，进一步提高了均匀性，其结果是，电弧被限制在接点的范围内，且向整个接点22扩散，从而阻碍局部集中，能保护接点22免受损伤。

作为实施方式2中的线圈电极的制造方法，与实施方式1相同，对板材进行冲压加工的方法是有效的。图6表示利用冲压加工法制造线圈电极的制造方法。首先，从平板10(图6(a))冲裁加工出嵌合孔23f和切缝23b(图6(b))，接着，通过拉伸加工，形成侧面23a而加工成杯状(图6(c))。然后，将外径不同的线圈电极22和线圈电极23进行组合，制造出作为目的的复合线圈电极(图6(d))。绝缘环27可以根据需要插入。

由此，实施方式2中的真空阀中，通过在杯状的侧面上相对于轴向倾斜地设置切缝，将在圆周方向上形成有圆弧状的通电路径的、外径不同的多个杯状的线圈电极呈同心圆状配置，并使多个线圈电极产生磁场，从而与实施方式1相同，具有能改善电弧产生时所产生的圆周方向上的磁场分布的均匀性、阻碍电弧局部集中、保护接点免受损伤、提高切断性能这样的显著效果。

实施方式3

图7是可动电极的结构图，图7(a)是可动电极的分解立体图，图7(b)是线圈电极的俯视图。此外，图8是表示由线圈电极所产生的半径方向上的磁场分布的图。

如图7所示，实施方式3的真空阀中，除了呈同心圆状配置的杯状的外周线圈电极3与内周线圈电极4之间设有间隙d这一点以及省略了绝缘环7这一点以外，与实施方式1的图1相同，因此，省略对其它构成要素的说明。

此处，将作为外周线圈电极3的通电路径的线圈部3d的位置与作为内周线圈电极4的通电路径的线圈部4d的位置配置成在圆周方向上位于不同的位置。

接下来，参照图7对实施方式3中的真空阀的动作进行说明。

在实施方式3的真空阀中，也与实施方式1相同，在切断电流的情况下，可动电极1的接点2从固定电极11的接点12分离，在接点2与接点12之间产生电弧。由电弧引起的电流沿半径方向流过接点2，然后，从端子部3e和端子部4e流过外周线圈电极3的线圈部3d和内周线圈电极4的线圈部4d，并通过辐条部3c和辐条部4c流向电极棒5。此时，由于线圈部3d和线圈部4d形成为圆弧状，电流沿着圆周方向流动，因此，产生相对于轴向1a平行的纵向磁场。

图8示出实施方式3中的由复合线圈电极所产生的圆周方向上的磁场分布与现有例的比较结果。磁通密度B是沿着图7(b)的箭头的半径方向R测定得到的，符号T是现有的线圈电极的结果，符号C是实施方式3的外周线圈电极3与内周线圈电极4的复合线圈电极的结果。由于将外径较小的内周线圈电极4相对于外周线圈电极3以设有间隙d的方式进行配置，因此，由复合线圈电极所产生的磁场与单一的线圈电极的情况相比，半径方向上的磁场分布得到了改善，进一步提高了均匀性，其结果是，电弧被限制在接点的范围内，且向整个接点2扩散，从而阻碍局部集中，能保护接点2免受损伤。

由此，实施方式3中的真空阀中，通过在圆周方向上形成有圆弧状的通电路径的、外径不同的多个杯状的线圈电极之间设置间隙，并将它们呈同心圆状配置而产生磁场，从而具有能改善电弧产生时所产生的半径方向上的磁场分布的均匀性、阻碍电弧局部集中、保护接点免受损伤、提高切断性能这样的显著效果。

另外，上述实施方式中，对由外周线圈电极及内周线圈电极这两个线圈电极构成复合线圈电极的情况进行了叙述，但也可以是用三个以上的线圈电极构成的情况，而且，各个线圈电极的板的厚度也可以不同。

此外，实施方式中，对将外周线圈电极及内周线圈电极各自的分支数(线圈部的数量)设为“3”的情况进行了叙述，但也可以如图9所示，各个线圈电极的分支数不同，从而能调节磁场分布。图9(a)表示实施方式1中的多个线圈电极的分支数不同的其它实施方式，图9(b)表示实施方式3中的多个线圈电极的分支数不同的其它实施方式。尤其是外周线圈电极的分支数比内周线圈电极的分支数多的情况下，对改善磁场的均匀性是有效的。

此外，实施方式中，对将外周线圈电极的线圈部的位置与内周线圈电极的线圈部的位置配置成在圆周方向上位于不同的位置的情况进行了说明，但图10表示将实施方式1中的外周线圈电极3的线圈部3d的位置与内周线圈电极4的线圈部4d的位置配置成在圆周方向上位于相同位置的其它实施方式。即使多个线圈部在圆周方向上的位置相同，也能期待半径方向上的磁场分布的改善效果。

此外，也可以通过准备允许负载电流不同的线圈电极并将它们组合来提供具有各种允许负载电流的真空阀。

此外，本发明并不仅限于上述实施方式，当然包含上述实施方式的可能的组合。

此外，附图中，相同的符号表示相同或相当的部分。

符号说明

1、21可动电极

2、12、22接点

3、13、23外周线圈电极

3b、4b、24b切缝

3c、4c辐条部

3d、4d、24d线圈部

3e、4e、24e端子部

4、14、24内周线圈电极

5、15电极棒

11固定电极

Claims (5)

1.一种真空阀，具有以能接触分离的方式收纳于真空容器内的一对电极(1、11)，其特征在于， 

所述电极(1、11)包括： 

多个线圈电极(3、4、13、14)，这些线圈电极(3、4、13、14)形成为杯状，并以在间隙中设置环状的绝缘构件(7)的方式呈同心圆状配置，且外径不同； 

电极棒(5、15)，该电极棒(5、15)与所述多个线圈电极(3、4、13、14)的一端牢固接合，将电流引出到所述真空容器的外部；以及 

接点(2、12)，该接点(2、12)与所述多个线圈电极(3、4、13、14)的另一端牢固接合， 

在各所述多个线圈电极(3、4、13、14)中，沿着外周侧面在圆周方向上形成有多个通电路径，此外，配置于外周侧的所述线圈电极(3、13)的多个通电路径与配置于内周侧的线圈电极(4、14)的多个通电路径配置成其朝向在圆周方向上朝向同一方向。 

2.如权利要求1所述的真空阀，其特征在于， 

所述多个线圈电极(3、4、13、14)从所述杯状的底部中心朝向外周辐条状分支出辐条部(3c、4c)，并沿着外周侧面在圆周方向上形成通电路径。 

3.如权利要求1所述的真空阀，其特征在于， 

所述多个线圈电极(3、4、13、14)被相对于轴向倾斜地设于所述杯状的侧面的多个切槽(3b、4b)分支，并沿着外周侧面在圆周方向上形成通电路径。 

4.如权利要求1所述的真空阀，其特征在于， 

将配置于外周侧的所述线圈电极(3、13)的通电路径位置与配置于内周侧的所述线圈电极(4、14)的通电路径位置配置成在圆周方向上位于不同位置。 

5.如权利要求1所述的真空阀，其特征在于， 

配置于外周侧的所述线圈电极(3、13)的通电路径分支数与配置于内周侧的所述线圈电极(4、14)的通电路径分支数不同。