CN103026444B - 真空阀 - Google Patents

Abstract

提供一种真空阀，其能减小因固定侧电极与可动侧电极的接触情况的不同而产生的接触阻力的个体差异。本发明的真空阀包括：真空容器（1、2、3、8）；一对电极（5、6），这一对电极（5、6）以能接触、分离的方式相对地配置在真空容器内；以及加强板（10、11），该加强板（10、11）配置在一对电极相互相对的相对面的背面侧。此外，其特征是包括电极的变形吸收构件（5e），该变形吸收构件（5e）在电极与加强板之间被固定在电极和加强板上。

Description

真空阀

技术领域

本发明涉及一种用于真空断路器的真空阀。

背景技术

真空阀一般包括气密的真空容器，该真空容器的由陶瓷或玻璃制成的绝缘圆筒的两端开口部分别被固定侧端板及可动侧端板密封，在上述真空容器内，在固定侧端板上支承固定有将固定侧电极接合而成的固定侧电极棒，并以与该固定侧电极相对的形态配置有沿绝缘圆筒的轴向可动的可动侧电极，将可动侧电极棒与可动侧电极连接。上述可动侧电极棒与可动侧端板通过蛇腹状的波纹管而被气密地连接，不仅可维持真空容器内的真空，还可使可动侧电极及可动侧电极棒动作。此外，因在电流断路时在电极间会出现电弧，来自电极的金属蒸汽会飞散，存在金属蒸汽附着在绝缘圆筒内表面上而使内沿面的绝缘性能降低这样的问题，因此，以抑制绝缘圆筒内表面的污损为目的，在电极周围设置有电弧屏蔽罩（arc shield）。

在进行超过几十kA的大电流断路的情况下，有时使用例如螺旋结构的电极来作为提高断路性能的元件之一。由于在电极上设置有螺旋状的狭缝，因此，电流会在通过该狭缝划分出的电极部分（叶片部分）流动。由于电流沿上述叶片部分在周向上流动而生成径向的磁场，在该径向的磁场中，在两个电极间会产生轴向的电弧电流，因此，该电弧电流在周向上受到驱动力（洛伦兹力）。通过这样，由于电弧电流在周向上旋转，因此，可抑制电极表面的局部加热，并能提高断路性能。

叶片部分呈细长形状且强度比较弱，若开关操作力较大，会使叶片部分发生变形，因而会引起断路性能及耐电压性能的降低。因此，使圆盘状的加强板固接在电极的背面以提高叶片部分的刚性，一般使用机械刚性高且电阻大的材料即奥氏体类不锈钢等来作为加强板，并通过焊接等工艺将其固接在电极的背面上（例如专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平9－190744（第3－7页、图1－9）

发明内容

发明所要解决的技术问题

在现有的真空阀中，由于通过固接于电极背面侧的加强板而使整体的刚性提高，因此，电极基本不会产生局部变位（挠曲），仅利用电极表面的微小变形的接触面积来确定固定侧电极与可动侧电极的接触电阻，因此，存在因固定侧电极和可动侧电极的接触情况的不同而使接触电阻值出现个体差异这样的问题。

本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种能减小因固定侧电极与可动侧电极的接触情况不同而产生的接触阻力的个体差异的真空阀。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的真空阀包括：真空容器；一对电极，这一对电极以能接触、分离的方式相对地配置在真空容器内；以及加强板，该加强板配置在一对电极相互相对的相对面的背面侧。

此外，其特征是，包括电极的变形吸收构件，该变形吸收构件在电极与加强板之间被固定在电极和加强板上。

发明效果

根据本发明的真空阀，由于设置有在电极与加强板之间固定于两者上的电极的变形吸收构件，因此，通过使该变形吸收构件压缩或弯曲变形，能吸收电极的变形，使其局部挠曲，因而能使电极变形，以在固定侧和可动侧彼此吻合对方电极的表面形状。因此，能稳定地获得电极的多个部位的接触部，从而能减小接触阻力的个体差异。

附图说明

图1是本发明实施方式1的真空阀的剖视图。

图2（a）是本发明实施方式1的真空阀的固定侧电极的放大俯视图，图2（b）是放大剖视图。

图3是将本发明实施方式1的真空阀的固定侧电极从背面侧投影所得到的图。

图4（a）是本发明实施方式2的真空阀的固定侧电极的放大俯视图，图4（b）是放大剖视图。

图5是本发明实施方式2的真空阀的环的俯视图。

图6是本发明实施方式2的真空阀的环的俯视图。

图7（a）是本发明实施方式2的真空阀的环的俯视图，图7（b）是D－D剖视图。

具体实施方式

实施方式1

图1是本发明实施方式1的真空阀的剖视图，图2（a）是上述真空阀的固定侧电极周边的放大俯视图，图2（b）是上述真空阀的固定侧电极周边的放大剖视图，图3是将固定侧电极从背面侧投影所得到的图。在图1中，符号1是由氧化铝陶瓷等形成的绝缘圆筒，符号2是覆盖绝缘圆筒1的一方的端部开口部的固定侧端板，符号3是覆盖绝缘圆筒1的另一方的端部开口部的可动侧端板，固定侧端板2、可动侧端板3分别通过焊接而被同轴地安装在绝缘圆筒1的端面上。

符号4是被焊接接合在固定侧端板上的固定侧电极棒，符号5是被焊接接合在固定侧电极棒4上的固定侧电极，符号6是与固定侧电极5相对配置的可动侧电极，符号7是被焊接接合在可动侧电极6上的可动侧电极棒，符号8是例如用薄的不锈钢形成为蛇腹状且被配置成能在保持真空气密的同时使可动侧电极棒7在绝缘圆筒1的轴向上移动的波纹管。通过上述波纹管8，固定侧电极5与可动侧电极6能在保持真空气密的同时接触、分离，由绝缘圆筒1、固定侧端板2、可动侧端板3及波纹管8来构成真空容器。为了抑制因电流断路时在电极间产生的电弧而使金属蒸汽附着在绝缘圆筒1的内表面上的量，电弧屏蔽罩9配置成围住固定侧电极5和可动侧电极6的周围。

在固定侧电极5与可动侧电极6相对的相对面的背面侧分别配置有加强板10、11，该加强板10、11在通过后面详细说明的突起部（变形吸收构件）5e与固定侧电极5及可动侧电极6焊接的同时，通过焊接而被接合在固定侧电极棒4和可动侧电极棒7上。由于上述加强板10、11与各电极5、6一体化而对各电极5、6赋予适当的刚性，因此，可防止在断路器闭合时因两个电极5、6碰撞时的机械冲击或分离时的熔敷解扣力而使电极严重变形、破损。

接着对电极结构的详细情况进行说明，由于固定侧电极5与可动侧电极6关于各相对面彼此间的中间位置的面对称，因此，仅使用图2对固定侧电极5进行说明。对于固定侧电极5的外形，作为在进行超过几十kA的大电流断路时有效的电极结构之一，在本实施方式中，如图2所示采用螺旋形状，通过设置螺旋形状的狭缝5a，就可形成螺旋形状的叶片部分5b。如图2所示，由于电流在螺旋形状的叶片部分中沿周向流动，因此，会生成径向的磁场，在该径向的磁场中，由于在两个电极间会产生轴向的电弧电流，因此，该电弧电流受到周向的驱动力（洛伦兹力）。在图2中示出了螺旋形状的叶片部分，但只要是电流能沿周向流动的形状，也可以是其它形状，例如可以是具有圆形形状的叶片部分。

固定侧电极棒4的前端形成直径较小的部分4a，将该直径较小的部分4a嵌入加强板10的孔部10a和固定侧电极5的孔部5c中并通过焊接固定。固定侧电极5具有与可动侧电极6相对的相对面的中央部呈圆形凹陷的形状，在将固定侧电极5的外径尺寸设为ΦA，将中央凹陷部的直径尺寸设为ΦB，将固定侧电极5的孔部5c的直径尺寸设为ΦC时，固定侧电极5的与可动侧电极6接触的接触部5d限定为尺寸ΦA与尺寸ΦB间的区域，此外，尺寸ΦB在尺寸ΦC以上。

对于固定侧电极5的中央凹陷部分与接触部5d之间的台阶尺寸，从断路性能的观点出发，设定为6mm以内较为理想。这是因为除了台阶越大，电极5就越厚，材料费用就越贵之外，还由于作用于上述电弧的磁场强度降低，从结果上说会使驱动力变小，因而会使电弧在电极5的外周部沿周向旋转的速度降低，从而导致断路性能降低的缘故。

在固定侧电极5的与接触部5d相对应的背面侧通过车削加工等形成有突起部（变形吸收构件）5e，并将该突起部5e与加强板10通过焊接来固定。在将断路器闭合时，因两个电极5、6碰撞而产生的机械冲击力，会使上述变形吸收构件5e压缩或弯曲变形，因而能吸收电极5的叶片部分5b的变形，使其局部挠曲。

另外，关于突起部5e的形状，特别是与加强板10的接合面积及如图3所示从背面侧观察电极5时形成于一个叶片部分5b的突起部5e的截面积，必须确定为能克服装载于断路器时作用于电极5、6间的载荷、即闭合时的机械冲击力及分离时的熔敷解扣力，而使电极5不发生严重变形。此外，由于通过缩小突起部5e的从电极5的背面侧观察时的截面积，能使突起部5e的刚性降低而容易变形，因此，能改进因叶片部分5b挠曲而带来的电极5、6间的接触吻合。

如上所述，根据本实施方式的真空阀，由于在电极5与加强板10之间设置有固定于两者的电极5的突起部（变形吸收构件）5e，因此，在将断路器闭合时，因两个电极5、6碰撞而产生的机械冲击力会使上述变形吸收构件5e压缩或弯曲变形，从而能吸收电极5的叶片部分5b的变形，使其局部挠曲，因而，能使电极5变形，以在固定侧和可动侧彼此吻合对方电极的表面形状。因此，在多片叶片部分5b中能稳定地获得多个部位的接触部，从而能减小接触阻力的个体差异。

此外，电极5、6间的电磁反作用力与通电电流的平方大致成比例地增大，如上所述能容易地使两个电极5、6之间相吻合来增大接触部位，从而能使通电电流分流，因此，通过降低两个电极间的电磁反作用力，能抑制起弧现象。藉此，由于能使短时间大电流通电后或大电流接通后的熔敷解扣力减小，因此，能使断路器的操作机构及操作力传递机构简化、小型化。

而且，根据本实施方式的真空阀，通过将突起部（变形吸收构件）5e设置在与接触部5d相对应的背面侧，能直接受到由断路器闭合时的机械冲击带来的压缩力，因此，突起部（变形吸收构件）5e容易被压缩，能使电极的叶片部分5b更容易忠实地吻合对方的可动侧电极6的形状，因此，能进一步减小接触阻力的个体差异。

此外，由于突起部（变形吸收构件）5e形成在电极5的背面侧，因此，能通过车削加工等容易且廉价地进行加工，同时，由于其与电极5一体形成，因而能实现部件数的减少。

另外，对于如上所述的效果，虽然也可以通过设置在固定侧电极5和可动侧电极6中的任意一方的背面侧来实现，但由于设置在两个电极的背面侧时更能使两个电极的变形互补，从而能进一步改进与对方侧电极的吻合，因此，能获得更好的效果。

实施方式2

图4（a）是本发明实施方式2的真空阀的固定侧电极周边的放大俯视图，图4（b）是放大剖视图。由于在本实施方式的真空阀中，除了电极周边的部件之外其它均与实施方式1相同，因此，省略对该部分以外的说明。在实施方式1中，将突起部5e形成在固定侧电极5的接触部5d的背面侧，但在本实施方式中，就将与固定侧电极5分体的环12配置在固定侧电极5的背面侧、即固定侧电极5与加强板10之间这点上有所不同。

由于形成与固定侧电极5分体的构件，因此，能根据所需要的刚性来选择任意的材料。一般使用奥氏体类不锈钢作为加强板10，使用铜铬类合金作为电极5、6的材料，但作为刚性比上述材料的刚性更小的材料，例如也可使用无氧铜，藉此，能使电极5的叶片部分5b更吻合对方电极的表面形状。

作为环12的形状，从组装性、制造性方面出发，如图5所示的常用的环12a较为理想。但是，若将具有环12a形状的环通过焊接来固定在电极5、6的背面侧，则因具有螺旋形状的狭缝5a而被隔断的相邻的叶片部分5b彼此会因上述环12a而短路，从而会使通过相邻的叶片部分5b的漏电流变大，因此，会导致沿周向在叶片部分5b中流动的电流值降低及由此带来的磁场降低，因而存在对电弧的驱动力降低这样的问题。

因此，也可使用图6所示的环12b，虽然环12b在叶片部分5b的背面侧具有与环12a相同的宽度，但通过在狭缝5a的背面侧形成宽度比环12a的宽度窄的部分12c，来使该部分的电阻值上升，从而可以实现减少通过相邻的叶片部分5b的漏电流，以改善断路性能。或是，如图7所示的环12d那样，具有以在狭缝5a的背面侧减薄厚度的方式形成的12e（参照图7（b）的截面D－D），同样也能使12e部分的电阻值上升，因此，能减小漏电流，从而能有助于改善断路性能。

更理想地，将环沿周向隔断，且仅在叶片部分的背面侧使用圆弧状的部件，这样，虽然会使部件数增加，但能最大程度地增大相邻的叶片部分5b间的电阻值。在上述任意一种情况下，均可以为了改善组装作业性而在固定侧电极5和加强板10中的任意一方、或是两侧上形成用于使环12a、12b、12d定位的台阶部。

如上所述，根据本实施方式的真空阀，由于在电极5与加强板10之间设置有固定于两者的环（变形吸收构件）12，因此，在将断路器闭合时，因两个电极5、6碰撞而引起的机械冲击力，会使上述变形吸收构件12压缩或弯曲变形，从而能吸收电极5的叶片部分5b的变形，使其局部挠曲，因而，能使电极5变形，以在固定侧和可动侧彼此吻合对方电极的表面形状。因此，在多片叶片部分5b中能稳定地获得多个部位的接触部，从而能减小接触阻力的个体差异。

此外，电极5、6间的电磁反作用力与通电电流的平方大致成比例地增大，如上所述能容易地使两个电极5、6之间吻合来增大接触部位，并能使通电电流分流，因此，通过降低两个电极间的电磁反作用力，能抑制起弧现象。藉此，由于能使短时间大电流通电后或大电流接通后的熔敷解扣力减小，因此，能使断路器的操作机构及操作力传递机构简化、小型化。

而且，根据本实施方式的真空阀，由于将环（变形吸收构件）12设置在与接触部5d相对应的背面侧，因此能直接受到由断路器闭合时的机械冲击带来的压缩力，因此，环（变形吸收构件）12容易被压缩，能使电极的叶片部分5b更容易忠实地吻合对方的可动侧电极6的形状，因此，能进一步减小接触阻力的个体差异。

根据本实施方式的真空阀，由于环（变形吸收构件）12构成为与电极5分体的构件，因此，可根据所需要的刚性来选择任意的材料，从而具有能提高设计自由度的优点。

此外，环（变形吸收构件）12b、12d在狭缝5a的背面侧形成宽度较窄的部分12c或厚度较薄的部分12e，没有被固定至电极5的叶片部分5b的部分的电阻值与被固定至叶片部分5b的电阻值相比较大，因此，能减少通过相邻的叶片部分5b的漏电流，能抑制作用于电弧电流的驱动力降低，因而能改善断路性能。

(符号说明)

1绝缘圆筒

2固定侧端板

3可动侧端板

5固定侧电极

5a狭缝

5b叶片部分

5d接触部

5e突起部（变形吸收构件）

6可动侧电极

8波纹管

10加强板

11加强板

12环（变形吸收构件）

12a环（变形吸收构件）

12b环（变形吸收构件）

12c宽度较窄的部分

12d环

12e厚度较薄的部分

Claims (6)

1.一种真空阀，包括：

真空容器；

一对电极，这一对电极以能接触、分离的方式相对地配置在所述真空容器内；

加强板，该加强板配置在所述一对电极相互相对的相对面的背面侧；以及

所述电极的变形吸收构件，该变形吸收构件设置在所述电极与所述加强板之间，

其特征在于，

所述变形吸收构件是与电极一体地形成在所述电极的背面侧的突起部。

2.如权利要求1所述的真空阀，其特征在于，

所述电极形成有叶片部分，该叶片部分的外形呈螺旋形状或圆形形状，设有狭缝并沿周向延伸。

3.如权利要求2所述的真空阀，其特征在于，

所述变形吸收构件的、没有被固定至所述电极的所述叶片部分的部分的电阻值比固定至所述叶片部分的部分的电阻值大。

4.一种真空阀，包括：

真空容器；

一对电极，这一对电极以能接触、分离的方式相对地配置在所述真空容器内；

加强板，该加强板配置在所述一对电极相互相对的相对面的背面侧；以及

所述电极的变形吸收构件，该变形吸收构件设置在所述电极与所述加强板之间，

其特征在于，

所述变形吸收构件为环状，并使用刚性比所述电极及所述加强板的材料的刚性小的材料。

5.如权利要求4所述的真空阀，其特征在于，

所述电极形成有叶片部分，该叶片部分的外形呈螺旋形状或圆形形状，设有狭缝并沿周向延伸。

6.如权利要求5所述的真空阀，其特征在于，

所述变形吸收构件的、没有被固定至所述电极的所述叶片部分的部分的电阻值比固定至所述叶片部分的部分的电阻值大。