CN114175200A - 铁道车辆用开关及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的课题为提供一种因为承重的制约而要实现轻量化的铁道车辆用开关及其制造方法。为了解决上述课题，本发明的铁道车辆用开关包括：具有固定电极和能够与固定电极接触和分离的可动电极的真空断路器；与固定电极连接的固定导体；与固定导体电连接的第一衬套导体；与可动电极连接的可动导体；与可动导体电连接的第二衬套导体；与可动导体同轴地配置的气体绝缘操作杆；热固化性树脂制的固体绝缘部件，其覆盖真空断路器和第一及第二衬套导体；和热可塑性树脂制的结构部件，其与形成气体绝缘操作杆的周边部的气体绝缘空间的固体绝缘部件的部分接合，热固化性树脂制的固体绝缘部件和热可塑性树脂制的结构部件所形成的空间构成气体绝缘空间的一部分。

Description

铁道车辆用开关及其制造方法

技术领域

本发明涉及铁道车辆中搭载的开关。

背景技术

铁道车辆中搭载的开关，配置在铁道车辆的车顶上或地板下。然后，对于该开关，因承重的制约、降低空气阻力、通过隧道时的车辆高度、车顶上/地板下空间的制约等观点，特别要限制重量和产品尺寸。

作为铁道车辆用开关，例如有专利文献1中记载的铁道车辆用开关。专利文献1中以提供一种能够减小高度尺寸和宽度尺寸、并且不受设置场所的制约的铁道车辆用开关为目的，公开了使产品的较长方向沿着车辆行进方向设置，在与车辆行进方向垂直的上下左右的任一方配置连接线缆的衬套，并且在与开关大致同一直线上配置操作机构箱体，由此抑制高度尺寸和宽度尺寸的结构。

能够用该结构抑制高度尺寸和宽度尺寸，但另一方面产生使大致直线状地排列的开关与操作机构绝缘的必要性，所以通过在开关与操作机构之间配置将两者连接的气体绝缘操作杆而使两者远离。另外，为了延长绝缘距离，需要延长气体绝缘操作杆的尺寸，但存在因此定心精度降低、损害开关操作的流畅性的担忧。于是，专利文献1中，通过用两个轴承支承包括气体绝缘操作杆的可动轴而提高气体绝缘操作杆的定心精度，实现开关的流畅的操作。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-137862号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1是涉及能够减小高度尺寸和宽度尺寸的结构的，对于为了铁道车辆用而要求的轻量化并没有考虑。

于是，本发明中，在减小高度尺寸和宽度尺寸以外，也将实现轻量化作为目的。

用于解决课题的技术方案

对于本发明，举其一例，是一种铁道车辆用开关，其包括：具有固定电极和能够与固定电极接触和分离的可动电极的真空断路器；与固定电极连接的固定导体；与固定导体电连接的第一衬套导体；与可动电极连接的可动导体；与可动导体电连接的第二衬套导体；与可动导体同轴地配置的气体绝缘操作杆；热固化性树脂制的固体绝缘部件，其覆盖真空断路器和第一及第二衬套导体；和热可塑性树脂制的结构部件，其与形成气体绝缘操作杆的周边部的气体绝缘空间的固体绝缘部件的部分接合，热固化性树脂制的固体绝缘部件和热可塑性树脂制的结构部件所形成的空间构成气体绝缘空间的一部分。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够减小产品重量的铁道车辆用开关及其制造方法。

附图说明

图1是表示实施例1中的铁道车辆用开关的外观的平面图。

图2是实施例1中的铁道车辆用开关的在包括中心轴的平面上切断的截面图。

图3是实施例1中的铁道车辆用开关的在与中心轴正交的平面上切断的截面图。

图4是实施例2中的铁道车辆用开关的在包括中心轴的平面上切断的截面图。

图5是实施例3中的铁道车辆用开关的在包括中心轴的平面上切断的截面图。

图6是说明实施例4中的铁道车辆用开关的制造方法的图。

图7是实施例4中的铁道车辆用开关的在包括中心轴的平面上切断的截面图。

具体实施方式

以下，对于实施本发明时优选的实施例使用附图进行说明。

实施例1

首先，对于作为本实施例的前提的铁道车辆的概要和其中使用的开关的概要进行说明。

如专利文献1所记载，铁道车辆是由多个车辆编组而成的，在该各车辆的车顶上配置高压引通线缆，铁道车辆经由与该高压引通线缆连接的受电弓从电线接受电力。另外，对于各车辆的高压引通线缆，用直线接头将车辆之间连接，用T分支接头使其分支至车辆地板下方向。然后，T分支接头与直线接头构成一体的开关。该开关是安装在铁道车辆的固定部上使用的。

例如，某一车辆的高压引通线缆中发生了接地故障Fault的情况下，通过用来自外部的指令使开关工作，自动地使直线接头断开，而将受到接地故障Fault影响的车辆中搭载的主变压器和与其连接的电动机电切断。此时，不受到接地故障Fault影响的其他车辆的主变压器仍保持连接，所以能够使用与它们连接的电动机继续进行车辆的运转。另外，无需由作业人员登上车辆的车顶上，就能够使包括故障场所的高压线缆与正常的高压线缆自动地分离。

图1是表示本实施例中的使T分支接头与直线接头一体化而成的铁道车辆用开关的外观的平面图。图1中，开关70具有电连接部10A、10B、10C，电连接部10B和10C在开关70的内部电连接，电连接部10B和10C构成T分支接头。另外，在电连接部10A与10B和10C之间，在开关70的内部具有由后述的固定电极和可动电极构成的开闭部，由电连接部10A与10B和10C构成直线接头。另外，虽然未图示，但开关70是在将T型线缆头与电连接部10A、10B、10C连接的状态下使用的。另外，20是气体绝缘操作杆、21是固体绝缘部件，30是结构部件，详情后述。

图2是图1的开关70的、在包括气体绝缘操作杆20的中心轴的平面上切断的截面图。另外，图3是图2所示的开关70的在与气体绝缘操作杆20的中心轴正交的平面A-A＇上切断的截面图。

如图2所示，开关70具有固定电极3a、与固定电极3a接触和分离的可动电极5a、覆盖固定电极3a和可动电极5a的周围的电弧遮护件6、构成支承电弧遮护件6的外侧容器的一部分的圆筒形状的陶瓷绝缘筒7和由波纹管2等构成的真空断路器1。

真空断路器1的外侧容器，是用端板覆盖陶瓷绝缘筒7的两端构成的，使内部维持真空状态。固定电极3a与固定导体3b连接，固定导体3b被引出至真空断路器1外，与固定导体3b一侧的衬套导体12B、12C电连接。图中，有时用附图标记3表示将固定电极3a与固定导体3b合并得到的部分。

可动电极5a与可动导体5b连接，可动导体5b被引出至真空断路器1外，与可动导体5b一侧的衬套导体12A电连接。图中，有时用附图标记5表示将可动电极5a与可动导体5b合并得到的部分。对于真空断路器1和固定导体3b一侧的衬套导体12B、12C、可动导体5b一侧的衬套导体12A等部件，以用环氧树脂等热固化性树脂制的固体绝缘部件21覆盖外周部的方式使其一体化成形、并绝缘。

在真空断路器1的可动侧，在可动导体5b与可动侧的端板之间配置波纹管2，使得能够维持真空断路器1的真空状态地使可动导体5b移动。另外，适配器24是将可动导体5b与气体绝缘操作杆20同轴地连结的部件。另外，27是挠性导体。

在气体绝缘操作杆20的前端部，设置了对气体绝缘操作杆20进行操作的电磁操作部(未图示)。该电磁操作部例如使永磁体和电磁体与弹簧组合，通过对构成电磁体的线圈的通电进行ON/OFF切换来产生驱动力。电磁操作部对于用适配器24一体地连结的可动导体5b和气体绝缘操作杆20，经由被支承在壳体25上的轴承26，以使其在同轴方向上移动的方式进行操作。

此处，在形成气体绝缘空间33的圆筒形状的固体绝缘部件21的内侧使结构部件30接触而接合。由此，用由热固化性树脂制的固体绝缘部件21和与固体绝缘部件21接合的热可塑性树脂制的结构部件30所形成的气体绝缘操作杆20周边部的气体绝缘空间33，确保真空断路器1与电磁操作部之间的绝缘性。即，为了确保该绝缘性，使气体绝缘空间33中的真空断路器1与电磁操作部之间的绝缘距离适当化。

另外，在固体绝缘部件21的形成气体绝缘空间33的部分中，包含了为了屏蔽电磁波、使电场密度平准化、提高强度等目的而使用的金属遮护件13。

作为固体绝缘部件21中使用的热固化性树脂，使用以环氧(Epoxy)树脂、酚醛(Phenol)树脂、聚酯(Polyester)树脂等为主成分的树脂材料。另外，作为结构部件30中使用的热可塑性树脂，使用以PBT(Polybutylene Terephthalate)树脂、PPS(Poly PhenyleneSulfide)树脂、PP(Poly Propylene)树脂、ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)树脂、PS(Polystyrene)树脂、PE(Poly Ethylene)树脂、PVC(Polyvinyl Chloride)树脂、PC(Polycarbonate)树脂、PET(Polyethyleneterephthalat)树脂、LCP(Liquid CrystalPolymer)树脂、PPO(Polyphenyleneether)树脂、Si(Silicone)树脂等为主成分的树脂材料。另外，在固体绝缘部件21的热固化性树脂和结构部件30的热可塑性树脂中，也可以填充填料。作为填料，例如能够使用包括氧化硅、云母、滑石等成分的无机材料、包括碳和高分子材料等成分的有机材料、包括铜、铝、金、银、铁等成分的金属材料。

固体绝缘部件21密合地覆盖真空断路器1、衬套导体12A、12B、12C，并且形成了气体绝缘操作杆20周边的气体绝缘空间33。另外，在由固体绝缘部件21和与固体绝缘部件21接合的热可塑性树脂制的结构部件30所形成的气体绝缘空间33中，封入干燥空气或SF6气体等绝缘气体。另外，虽然未图示，但包括气体绝缘空间33和与气体绝缘操作杆20连接的电磁操作部的空间是与外部空间隔离的密闭结构。

热固化性树脂制的固体绝缘部件21是使用对预先设置了真空断路器1、衬套导体12A、12B、12C等部件的模具内填充液体树脂的模塑方法，一体化成形为密合地覆盖这些部件的状态的。

此处，因为固体绝缘部件21中使用的热固化性树脂粘度较低，所以一般能够用10MPa以下的低压成形。由此，能够减小对因成形时的压力而发生滑动不良等的真空断路器1等部件施加的负荷。进而，因为粘度较低，所以电场密度高，能够防止不允许绝缘不良的真空断路器1周边部中的空洞等未填充。

但是，热固化性树脂制的固体绝缘部件21，存在因为为了提高强度等目的而填充了氧化硅等填料所以密度较高的问题，和因为是通过加热而硬化的复杂的树脂材料配方所以材料成本高的问题。进而，固体绝缘部件21需要通过加热而使树脂硬化的长时间的硬化工艺。

于是，本实施例中，对于电流流过的部件的周边部即因为电场密度高所以不允许空洞导致的绝缘不良的真空断路器1和衬套导体12A、12B、12C，用热固化性树脂制的固体绝缘部件21覆盖，另一方面，用低密度且材料成本低廉的热可塑性树脂形成不易受到空洞的影响的、除此以外的区域、即形成气体绝缘空间33的结构部件30。

构成结构部件30的热可塑性树脂用注塑成形工艺成形，对低温的模具填充高温的树脂材料之后，通过模具内的树脂冷却而形成。因此，热可塑性树脂不需要使树脂硬化的长时间的硬化工艺。

另外，使热固化性树脂制的固体绝缘部件21与真空断路器1等部件一体化成形用的模塑装置，具有为了抑制空洞发生而对模具内进行减压的机构、分为形成热固化性树脂的主剂和硬化剂这2种液体进行保管的容器、以及使2种液体混合的混合部，设备成本高。

因此，用模塑方法成形的热固化性树脂制的固体绝缘部件21的尺寸较大时，需要使用大型的模塑设备，存在设备成本升高的问题。因此，通过使用热可塑性树脂制的结构部件30作为形成气体绝缘空间33的区域的一部分或全部，也能够降低设备成本。

此处，在热固化性树脂制的固体绝缘部件21与热可塑性树脂制的结构部件30的接合部，使结构部件30的形状成为与固体绝缘部件21相同的圆筒形状，以将结构部件30插入固体绝缘部件21的内侧的方式连接。另外，也可以以将固体绝缘部件21插入结构部件30的内侧的方式连接。

虽然未图示，但固体绝缘部件21与结构部件30用粘合剂接合。通过使用粘合剂，能够容易地接合，并且也能够保持绝缘性。另外，接合中也可以使用螺钉，关于螺钉，为了提高绝缘性而可以使用树脂螺钉。另外，为了确保接合部中的绝缘性和防止气体绝缘空间33的气体流出，优选在接合部中使用绝缘性的油脂和粘合剂、O型环等密封材。

如以上所说明，根据本实施例的开关70，通过在形成气体绝缘空间33的区域的一部分中使用密度低的热可塑性树脂制的结构部件30，能够实现重量减小。进而，通过减少热固化性树脂制的固体绝缘部件21的使用量，也能够降低材料成本、设备成本。

实施例2

本实施例对于防止与结构部件30接合时的固体绝缘部件21的破损、同时为了进一步轻量化而进一步减小固体绝缘部件21的体积的结构进行说明。

图4是本实施例中的铁道车辆用开关的在包括气体绝缘操作杆20的中心轴的平面上切断的截面图。图4中，对于与图2相同的结构附加相同的附图标记，省略其说明。图4中，与图2的不同点在于固体绝缘部件21与结构部件30的接合部和金属遮护件13的结构不同。

实施例1中，说明了固体绝缘部件21中包含了金属遮护件13的结构。另外，示出了使结构部件30与形成气体绝缘空间33的圆筒形状的固体绝缘部件21的内侧接触并接合的结构。但是，形成固体绝缘部件21的热固化性树脂较硬，存在易于因与结构部件30接合时的摩擦和冲击而破裂的问题。

于是，本实施例中，采用防止与结构部件30接合时的固体绝缘部件21的破裂、并且为了进一步轻量化而进一步减小固体绝缘部件21的体积的结构。即，如图4所示，以从固体绝缘部件21部分露出的状态形成金属遮护件13，使结构部件30在与露出的金属遮护件13接触的状态下接合。

通过本实施例的结构，与图2的结构相比，能够与金属遮护件露出的部分相应地，减小固体绝缘部件21的体积，能够增加结构部件30的比例，所以能够实现进一步的轻量化、成本降低，并且通过用金属遮护件13保护固体绝缘部件21的接合部，能够防止与结构部件30接合时的固体绝缘部件21的破裂。

另外，图4中，示出了从形成气体绝缘空间33的结构部件30的外侧使用自攻螺钉31紧固的结构，但也能够用使用螺钉与螺栓进行的接合或粘合剂进行紧固。另外，作为螺钉的材料，为了提高绝缘性也能够使用树脂制的。

另外，为了确保接合部中的绝缘性和防止气体绝缘空间33的气体流出，优选在接合部中使用绝缘性的油脂和粘合剂、O型环等密封材。

实施例3

本实施例对于为了实现相对于实施例2的结构进一步的轻量化和成本降低、而进一步减小固体绝缘部件21的体积的结构进行说明。

图5是本实施例中铁道车辆用开关的在包括气体绝缘操作杆20的中心轴的平面上切断的截面图。图5中，对于与图4相同的结构附加相同的附图标记，省略其说明。图5中，与图4的不同点在于将金属遮护件13分割为固体绝缘部件21侧和结构部件30侧。

本实施例中，如图5所示，将金属遮护件13分割，设置固体绝缘部件21侧的金属遮护件13A和结构部件30侧的金属遮护件13B，使用结构部件30作为形成圆筒形状的气体绝缘空间33的一部分或全部。

形成气体绝缘空间33的固体绝缘部件21中的金属遮护件13A，以在固体绝缘部件21的内周侧部分露出的状态形成，结构部件30中的金属遮护件13B，以在结构部件30的外周侧部分露出的状态形成。然后，在使在固体绝缘部件21的内周侧部分露出的金属遮护件13A与在结构部件30的外周侧部分露出的金属遮护件13B的至少一部分接触的状态下进行接合。

这样，通过使金属遮护件相互接触地接合的结构，能够防止固体绝缘部件21与结构部件30接合时的破裂和磨损变形，并且与图4的结构相比，结构部件30的体积与结构部件30中包含金属遮护件13B相应地增加，固体绝缘部件21的体积减小，由此能够实现进一步的轻量化和成本降低。

另外，图5中，示出了将结构部件30的凸部30A插入固体绝缘部件21的凹部21A中并接合的结构，但也可以以将固体绝缘部件21的凸部插入结构部件30的凹部的方式接合。

另外，虽然图5中未图示，但采用用粘合剂将固体绝缘部件21与结构部件30紧固的结构。为了确保屏蔽性，优选在金属遮护件之间的接合部中使用导电性粘合剂和导电性油脂等导电性材料。另外，也能够用自攻螺钉、或螺钉与螺栓进行紧固，作为螺钉的材料，为了提高绝缘性也能够使用树脂制的。

另外，为了确保接合部中的绝缘性和防止气体绝缘空间33的气体流出，优选在接合部中使用绝缘性的油脂和粘合剂、O型环等密封材。

实施例4

本实施例对于铁道车辆用开关的制造方法进行说明。图6是说明本实施例中的铁道车辆用开关的制造方法的图。另外，图7是用本实施例中的制造方法制造的铁道车辆用开关的在包括气体绝缘操作杆20的中心轴的平面上切断的截面图。

图6中，预先形成使真空断路器1和固定导体3b侧的衬套导体12B、12C、可动导体5b侧的衬套导体12A等部件用环氧树脂等热固化性树脂制的固体绝缘部件21一体化成形得到的部件71。在将该部件71设置在注塑成形机80的模具81中的状态下，用注塑成形工艺将熔解的热可塑性树脂填充至模具内而形成结构部件30，并且形成后述的固体绝缘部件21与结构部件30的紧固部32。

另外，虽然未图示，但在气体绝缘空间33中，设置作为模具部件的活块等使得不对该部分填充树脂。

此处，将部件71设置在注塑成形用模具81中时，在模具81外设置真空断路器1的部分，在不用模具81夹持的状态下成形。由此，能够减小对真空断路器1施加的、存在因模具81夹持时的负重而产生滑动不良等的可能性的负荷。

在图7中，说明部件71中通过注塑成形用结构部件30紧固的结构。图7中，对于与图2相同的结构附加相同的附图标记，省略其说明。图7中，与图2的不同点在于具有空腔部34和紧固部32。

如图7所示，在部件71中部分地设置空腔部34，从该部件71的空腔部34的内侧向外侧用注塑成型工艺填充热可塑性树脂，由此形成紧固部32。

通过这样形成紧固部32，能够将固体绝缘部件21与结构部件30紧固。另外，虽然未图示，但在结构部件30与固体绝缘部件21的接合面上预先设置油脂等密封材，能够确保接合部中的绝缘性和防止气体绝缘空间33的气体流出。

通过本实施例的制造方法和结构，固体绝缘部件21与结构部件30的接合、紧固工艺变得容易，由此不需要粘合或螺合固定工序，也不需要其部件，所以能够实现成本降低，并且因为在液体状态下形成紧固部，所以没有固体之间的接触，能够防止接合面上的固体绝缘部件21和结构部件30的破裂和磨损变形。

另外，本实施例中，示出了关于在固体绝缘部件21中包含实施例1的金属遮护件13的结构的例子，但对于实施例2、3中的紧固也能够使用本制造方法和本结构。

另外，以上示出的粘合剂的主成分采用高分子化合物，合成高分子化合物包括三聚氰胺树脂、尿素树脂、酚醛树脂、乙酸乙烯树脂、乙烯-乙酸乙烯树脂、环氧树脂等合成树脂或氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、硅酮橡胶等合成橡胶的成分。

另外，油脂的主成分采用矿物油或合成油，合成油包括合成烃油、酯类油、硅酮油、氟油、苯醚油、聚乙二醇油的成分。

以上对于实施例进行了说明，但本发明不限定于上述实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须具备说明的全部结构。另外，能够将某个实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，也能够在某个实施例的结构上添加其他实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。

附图标记

1：真空断路器，2、2A：波纹管，3a：固定电极，3b：固定导体，5a：可动电极，5b：可动导体，6：电弧遮护件，7……陶瓷绝缘筒，10A、10B、10C：电连接部，12A、12B、12C：衬套导体，13、13A、13B：金属遮护件，20：气体绝缘操作杆，21：固体绝缘部件，21A：固体绝缘部件21的凹部，24：适配器，25：壳体，26：轴承，27：挠性导体，30：结构部件，30A：结构部件30的凸部，31：自攻螺钉，32：紧固部，33：气体绝缘空间，34：空腔部，70：开关。

Claims (9)

1.一种铁道车辆用开关，其特征在于，包括：

具有固定电极和能够与固定电极接触和分离的可动电极的真空断路器；

与所述固定电极连接的固定导体；

与所述固定导体电连接的第一衬套导体；

与所述可动电极连接的可动导体；

与所述可动导体电连接的第二衬套导体；

与所述可动导体同轴地配置的气体绝缘操作杆；

热固化性树脂制的固体绝缘部件，其覆盖所述真空断路器和所述第一衬套导体以及第二衬套导体；和

热可塑性树脂制的结构部件，其与形成所述气体绝缘操作杆的周边部的气体绝缘空间的所述固体绝缘部件的部分接合，

所述热固化性树脂制的固体绝缘部件和所述热可塑性树脂制的结构部件所形成的空间构成所述气体绝缘空间的一部分。

2.如权利要求1所述的铁道车辆用开关，其特征在于：

具有包含在所述固体绝缘部件中的金属遮护件，

以从所述固体绝缘部件部分露出的状态形成所述金属遮护件，在与该露出的金属遮护件接触的状态下接合所述热可塑性树脂制的结构部件。

3.如权利要求1所述的铁道车辆用开关，其特征在于：

具有包含在所述固体绝缘部件中的第一金属遮护件，以从所述固体绝缘部件部分露出的状态形成所述第一金属遮护件，

具有包含在所述热可塑性树脂制的结构部件中的第二金属遮护件，以从所述结构部件部分露出的状态形成所述第二金属遮护件，

使所述第一金属遮护件的部分露出的部分与所述第二金属遮护件的部分露出的部分接触而接合所述固体绝缘部件与所述结构部件。

4.如权利要求1所述的铁道车辆用开关，其特征在于：

在所述固体绝缘部件与所述结构部件的接合面上使用密封材。

5.如权利要求3所述的铁道车辆用开关，其特征在于：

在金属遮护件彼此的接合面上使用导电性材料。

6.如权利要求1所述的铁道车辆用开关，其特征在于：

用树脂制螺钉将所述固体绝缘部件与所述结构部件紧固。

7.如权利要求1所述的铁道车辆用开关，其特征在于：

用粘合剂将所述固体绝缘部件与所述结构部件紧固。

8.一种铁道车辆用开关的制造方法，其特征在于，包括：

形成用热固化性树脂制的固体绝缘部件覆盖真空断路器、第一衬套导体和第二衬套导体而一体化成形的部件的步骤，其中所述真空断路器具有固定电极和能够与该固定电极接触和分离的可动电极，所述第一衬套导体与所述固定电极电连接，所述第二衬套导体与所述可动电极电连接；和

在将所述部件设置在注塑成形机的模具中的状态下，通过注塑成形工艺将熔解的热可塑性树脂填充到模具内而形成结构部件的步骤，

形成所述固体绝缘部件与所述结构部件的紧固部来将所述固体绝缘部件与所述结构部件紧固。

9.如权利要求8所述的铁道车辆用开关的制造方法，其特征在于：

将所述部件设置在所述注塑成形机的模具中时，在所述模具外设置所述真空断路器的部分。

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