CN1776855A - 电极和电触点及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐熔敷性能优良的真空断路器用电极以及使用该电极的真空断路器。本发明特征在于使用在高导电性金属和低熔点金属的合金中耐火性金属粒子为分散的电触点，特别是在于使用在含有Sn、Te、Bi中至少一种及Cu的合金中Cr粒子为分散的电触点的真空断路器用电极，以及使用该电极的真空阀、或真空断路器。此外，本发明的特征还在于制造上述电触点的方法。

Description

电极和电触点及其制造方法

技术领域

本发明涉及用于真空断路器、真空开关等的新型真空阀用电触点和其他电触点及其制造方法。

背景技术

由于对真空断路器等的配电设备提出了小型化要求，所以需要抑制真空阀内的电触点的熔敷、减小真空断路器的操作力而使操纵器小型化。作为实现上述目的的手段，可向电触点成分中添加低熔点金属、使电极材料脆化，以降低用于分离已熔敷的电极间的力。

专利文献1(特愿2002-22657)

专利文献2(特愿2003-371369)

在向电触点成分中直接添加低熔点金属的方法中，低熔点金属以单体存在于材料组织内。因此，由于通电时的焦耳热和电流短路时的电弧热，低熔点金属挥发而降低真空阀内的真空度，从而产生耐电压性能下降，短路性能不稳定的问题。

而且，虽然上述电触点由烧结法和熔渗法制造，但是在制造过程的加热工序中低熔点金属挥发、污染制造装置等有对周围环境产生影响的担忧。

于是，需要提供没有由低熔点金属的挥发等所产生的电极性能下降、耐熔敷性能优越、并且在熔敷的情况下分离力也很小的电触点及其制造方法。

发明内容

本发明的电触点是在含有高导电性金属和低熔点金属的合金的基质(母相)中耐火性金属粉末成为分散的组织。

在本发明的电触点的高导电性金属是Cu，低熔点金属是Sn、Te、Bi中的一种，耐火性金属是Cr，高导电性金属和低熔点金属的合金是0.5～3％重量百分比的低熔点金属和几乎占据剩余部分的高导电性金属的合金。

本发明的电极具有圆盘形状，并且具有形成于圆盘圆心的中心孔、以及相对于中心孔非接触地从圆心向外周部形成的多个贯通的切槽。而且，该圆盘形状的电极具有由切槽沟分开的叶片型的平面形状。

本发明的电触点的制造方法是混合含有高导电性金属和低熔点金属的合金粉末与耐火性金属粉末，做成混合粉末，加压成型该混合粉末后进行烧结。

特别地，在电触点的制造方法中，最好是含有高导电性金属和低熔点金属的合金粉末的粒径为104μm或以下，并且耐火性金属粉末的粒径为75μm或以下。

再有，在本发明的电触点的制造方法中，最好是混合粉末的加压成型压力是120～500MPa，烧结是在真空中或在惰性气体中并在高导电性金属和低熔点金属的合金的熔点或以下的温度下进行。

而且，电触点的制造方法也可是混合含有高导电性金属和低熔点金属的合金粉末及耐火性金属粉末，做成混合粉末，并且在加压成型该混合粉末的压型体中熔融浸渍高导电性金属和低熔点金属，或在熔融高导电性金属和低熔点金属及耐火性金属后，使其凝固。

本发明的真空阀用电极具有圆盘状部件、以及与该圆盘状部件的电弧产生面的相反面一体化接合的电极棒，并且圆盘状部件是本发明的电触点。

本发明的真空阀是在真空容器内配备有一对固定侧电极及可动侧电极的真空阀，固定侧电极及可动侧电极的至少一方是本发明的真空阀用电极。

本发明的真空断路器是配备有本发明相的真空阀、与在该真空阀内的各固定侧电极及可动侧电极连接的导体端子、以及驱动可动侧电极的开关单元的真空断路器。

本发明的电触点是在含有高导电性金属和低熔点金属的合金的基质中耐火性金属粉末成为分散的组织。由此，由于低熔点金属不是以单质存在，所以电极性能不会下降、耐熔敷性能优越、且在熔敷情况下分离力也很小。

特别地，高导电性金属是Cu，低熔点金属是Sn、Te、Bi中的一种，耐火性金属是Cr，高导电性金属和低熔点金属的合金最好是重量百分比为0.5～3％的低熔点金属和实质上占据剩余部分的高导电性金属的合金。由此，对于低熔点金属的环境影响较小，并可保持优秀的通电性能和耐电压性能。

本发明的电极由于具有圆盘形状，且具有形成于圆盘圆心的中心孔、以及相对于中心孔非接触地从圆心向外周部形成的多个贯通的切槽，所以呈由切槽分开的叶片型的平面形状。由此，可防止在电极中心产生电弧，并且由切槽将电弧向外周方向驱动，可防止由电弧停滞所引起的无法断路。

本发明的电触点的制造方法是混合含有高导电性金属和低熔点金属的合金粉末、与耐火性金属粉末，做成混合粉末，加压成型该混合粉末后进行烧结。通过由烧结法进行制造，可使最终形状的近似精确成型成为可能，且不需要后续加工，从而可得到价格低廉的电触点。而且，由于含有高导电性金属和低熔点金属的合金粉末的粒径为104μm或以下，且耐火性金属粉末的粒径为75μm或以下，所以可得到成型性优秀、组织均匀的电触点。此外，含有高导电性金属和低熔点金属的合金粉末可通过雾化法得到。而且，如果含有大于或等于95％的上述范围的粒子，则可得到实用上问题较少的均匀电触点。

而且，在电触点的制造方法中，最好是混合粉末的加压成型压力是120～500MPa，烧结在真空中或在惰性气体中并在高导电性金属和低熔点金属的合金的熔点或以下的温度中进行。如果成型压力低于120MPa，则压型体的处理较困难，如果高于500Mpa，则原料粉末易于附着在模具中，从而生产率下降。而且，由于在熔点或以下的温度下进行烧结，可进行保持最终形状的近似精确的烧结。

而且，电触点的制造方法也可是混合含有高导电性金属和低熔点金属的合金粉末与耐火性金属粉末，制成混合粉末，且在加压成形该混合粉末的压型体中熔融浸渍有高导电性金属和低熔点金属。由此，可得到气孔少的致密的电触点，从而断路性稳定。再有，也可在熔融高导电性金属和低熔点金属及耐火性金属后，再使其凝固，同样可得到致密的电触点。

本发明的真空阀用电极具有圆盘状部件、以及与该圆盘状部件的电弧产生面的相反面一体化接合的电极棒，并且圆盘状部件是本发明的电触点。由此，可得到具有期望的性能的电极。

本发明的真空阀是在真空容器内配备有一对固定侧电极及可动侧电极的真空阀，并且固定侧电极及可动侧电极的至少一方是本发明的真空阀用电极的真空阀。而且，本发明的真空断路器配备有本发明的真空阀、与在该真空阀内的各固定侧电极及可动侧电极连接的导体端子、以及驱动可动侧电极的开关单元。由此，可得到兼有优越的电极性能和耐熔敷性能的真空断路器以及各种真空开关装置。

附图说明

图1是表示本发明第一实施例的电极的构造的图。

图2是说明本发明第一实施例的电极的组织的模式图。

图3是表示本发明第二实施例的真空阀的构造的图。

图4是表示本发明第三实施例的真空断路器的构造的图。

图5是表示本发明第五实施例的路肩设置变压器用负荷开关的构造的图。

符号说明

1  电触点，1a  固定侧电触点，1b  可动侧电触点，2  螺旋槽，3、3a、3b加强板，4、4a、4b  电极棒，5  焊料，6a  固定侧电极，6b  可动侧电极，7  护罩，8  可动侧护罩，9a  固定侧端板，9b  可动侧端板，10  波纹管，11  导引体，12  可动侧支架，13  绝缘筒，14  真空阀，15  环氧筒，16绝缘操作杆，17  上部端子，18  集电器，19  下部端子，20  接触弹簧，21  支撑杠杆，22  支撑物，23  柱塞，24  撞击杆，25  滚子，26  主杠杆，27  解扣线圈  28  断开杠杆，29  复位弹簧，30  闭合线圈，31  排气筒，32  外侧真空容器，33  上部板材，34  下部板材，35  侧部板材，36  上部贯通口，37  上部基板，38  外侧波纹管，39  下部贯通口，40  绝缘性套筒，41  下部基板，42  柔性导体，43  柔性导体贯通孔，51  中央孔

具体实施方式

虽然将在下面根据实施例来详细说明用于实施发明的优选方式，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

以高导电性金属Cu和低熔点金属Te的合金为基质，制造耐火性金属Cr的粉末成为分散的组织的电触点，并使用该电触点制造电极。图1是表示制造的电极的构造的图。在图1中，1是电触点，2是用于向电弧提供驱动力并使之不停滞的螺旋槽，3是不锈钢制的加强板，4是电极棒、5是焊材，51是形成用来不在电极中央产生电弧的凹部的中央孔。

电触点1的制造方法如下：首先，将用雾化法得到的粒径小于或等于104μm的Cu-Te合金粉末、以及粒径小于或等于75μm的Cr粉末以成为下述表1的触点组成的配比用V型混合器进行混合。就合金粉末的粒径而言，在本实施例中几乎全部粒子皆是该范围的粒径。该Cr粉末中含有氧680ppm、Al700ppm、Si800ppm。其次，将该混合粉末填充到形成贯通的螺旋槽2及中央孔51、可做成期望的电触点形状的模具中，并用压力机以400MPa的压力来加压成型。压型体的密度约为71％。将其在真空中在1050℃加热2小时来进行烧结来制造电触点1。而且，本实施例的合金的熔点约1060～1080℃。根据组成，虽然熔点高低变化，但如果是合金熔点或以下的烧结，则可形成所要的电极。所得的电触点1的相对密度约为95％。此外，上述“密度”指“相对密度”，其由(试样的密度/理论密度)×100算出。

再有，电极的制造方法如下：预先通过机械加工用无氧铜制造电极棒4，并用SUS304制造加强板3，向上述烧结所得的电触点1的中央孔51及加强板3的中央孔中插入电极棒4的凸部，并通过焊料5使电极棒4的凸部嵌合，再在电触点1和加强板3之间配置焊料5，然后将其在小于或等于8.2×10^-4Pa的真空中在970℃加热10分钟，从而制成图1所示的电极。该电极是用于额定电压7.2kV、额定电流600A、额定断路电流20kA的真空阀的电极。再有，如果电触点1的强度足够，则也可省去加强板3。

除上述方法在将Cu-Te合金粉末和Cr粉末混合并加工成型的压型体中熔融浸渍Cu-Te合金也可制造电触点1。此外，将所希望的配比的Cu、Te和Cr熔化后再使其凝固也可进行制造。图2中表示各种制造方法制造的电极的组织的模式图。

再有，即使在低熔点金属是Te以外的Sn、Bi中任意一种的情况下，也可用上述方法在较低温度下熔解并与Cu合金化来制造电触点1。

实施例2

将实施例1中制造的电触点用于电极以制造真空阀。真空阀的规格是额定电压7.2kV、额定电流600A、额定断路电流20kA。

图3是表示了本实施例的真空阀的构造的图。在图3中，1a、1b分别是固定侧电触点、可动侧电触点，3a、3b是加强板，4a、4b分别是固定侧电极棒、可动侧电极棒，用这些分别构成了固定侧电极6a、可动侧电极6b。可动侧电极6b通过防止断路时金属蒸气等的飞散的可动侧护罩8而焊接于可动侧支架12上。这些部件通过固定侧端板9a、可动侧端板9b、以及绝缘筒13被焊封于高真空中，并且用固定侧电极6a及可动侧支架12的螺纹部与外部导体连接。绝缘筒13的内面上设有防止断路时金属蒸气等的飞散的护罩7，而且，可动侧端板9b和可动侧支架12之间设有用于支撑滑动部分的导引体11。可动侧护罩8和可动侧端板9b之间设有波纹管10，在保持真空阀内真空的状态下使可动侧支架12上下移动，并可使固定侧电极6a及可动侧电极6b进行开关。

这样，将实施例1中制造的电触点用作图3所示的电触点1a、1b，从而制造本发明的真空阀。

实施例3

制造装载有实施例2中制造的真空阀的真空断路器。图4是表示本发明的真空阀14及其操作机构的真空断路器的构成图。

真空断路器的构造是：在前面配置有操作机构部，在后面配置有支撑真空阀14的3相一体型的三组环氧筒15。真空阀14通过绝缘操作杆16依靠操作机构来进行开关。

断路器处于闭路状态时，电流流过上部端子17、电触点1、集电器18、下部端子19。电极间的接触力由安装于绝缘操作杆16的接触弹簧20来保持。电极间的接触力及短路电流所引起的电磁力用支撑杠杆21及支撑物22来保持。如果激励闭合线圈30则柱塞23从开路状态通过撞击杆24压上滚子25，当转动主杠杆26并闭合电极间时，则用支撑杠杆21来保持闭合。

在断路器处于自动解扣状态下，解扣线圈27被激励，且解扣杠杆28解除支撑物22的卡紧，主杠杆26转动并打开电极间。

在断路器处于开路状态下，当电极间打开时，则通过复位弹簧29恢复连接，同时，支撑物22卡紧。在该状态下当激励闭合线圈30时，则成为闭路状态。此外，31是排气筒。

实施例4

将实施例1中制造的电触点用于实施例2中所示的额定电压7.2kV、额定电流600A、额定断路电流20kA的真空阀，并装载于实施例3中所示的真空断路器进行断路实验。表1表示触点组成和断路实验结果，No.1～No.5是本发明材料，No.6～No.12是比较材料。再有，No.10～No.12不使Te与Cu合金化而是添加Te单质。

                                                                 表1

区分	No.	触点组成				断路试验结果				备注
											Cr(重量％)	Cu-Te(重量％)	Cr-Te中的Te(重量％)		断路性能	耐电压性能	耐熔敷性能	熔敷分离力
		本发明材料	1	15	85	1.5		1.2	0.9										1	1.1
2	25									75	1.5		1	1	1	1	基准材料
			3	40	60	1.5		0.9	1.3									1.1	0.9
4	25									75	0.5		1	1	0.9	1.1
			5	25	75	3		1	0.9									1.2	0.8
比较材料	6									10	90	1.5		1.2	0.7	0.9	1.2
		7	45	55	1.5		0.8	1.4	1.1									0.9
	8									25	75	0.3		1	1.1	0.8	1.3
		9	25	75	3.5		0.9	0.8	1.3									0.8
	区分									No.	触点组成				断路试验结果					备注
Cr(重量％)		Cu(重量％)		Te(重量％)	断路性能	耐电压性能	耐熔敷性能	熔敷分离力
									比较材料		10	25	74.5		0.5	0.9	0.8	1	0.9		添加Te单质
11	25	73.5		1.5	0.8	0.7	1.2	0.7
										12	25	72		3	0.7	0.6	1.3	0.6

关于各种性能，是将No.2的电触点的情况作为1来表示的。当Cr的组成在15～40％重量比的范围内(No.1～No.3)时，虽然具有如果Cr减少则耐电压性能下降，Cr增多则断路性能下降的趋势，但却是在实用上无碍的范围。当作为基质的Cu-Te合金中的Te含量为0.5～3％重量比(No.1～No.5)时，可得到优秀的耐熔敷性能和较小的熔敷分离力。

此外，以能否断路28kA的电流标准确定地进行上述性能的判断。No.2(基准材料)的断路性能为32kA，与基准材料的相对比0.9是28.8kA则合格，0.8是25.6kA则不合格。同样地，例如必要的耐电压性能是66kV，基准材料No.2是73kV，故0.9是66kA则判断为合格，0.8是58kA则判断为不合格。

再有，Te含量是0.6％重量比(No.4)的耐熔敷性能比基准材料(No.2)低，虽然熔敷分离力增加，但却是无碍的范围。而且，即使是在Cr为15％重量比的情况下(No.1)，虽然熔敷分离力增加但却无碍。

对此，如果Cr的重量比比15％小(No.6)，则特别地，耐电压性能明显下降，熔敷分离力增大。而且，如果Cr重量比比40％大(No.7)，则断路性能下降，可能会引起无法断路。再有，如果Cu-Te合金中的Te含量小于重量比0.5％(No.8)，则耐熔敷性能明显下降且熔敷分离力增大，如果大于重量比3％(No.9)，则断路性能和耐电压性能下降。

在No.10～No.12中的添加了Te单质的情况下，虽然可耐熔敷性能提高，且可以降低熔敷分离力，但是在Te添加量增加的同时断路性能和耐电压性能下降。

由以上可知，本发明的电触点没有像添加了单质Te的情况下断路性能和耐电压性能下降的问题，而且具有优秀的耐熔敷性能，并可降低熔敷分离力。

再有，不降低耐电压性能并提高耐熔敷性能是为了在断路时的电弧加热的作用下合金分解并使低熔点金属熔出。Sn、Bi的熔点都小于或等于300℃，与Te同样地熔出，所以在低熔点金属是Te以外的Sn、Bi中的一种时也可得到同样效果。

实施例5

将实施例2中制造的真空阀装载于真空断路器以外的真空开关装置中。图5是装载有实施例2中制造的真空阀14的路肩设置变压器用的负荷开关。

就该负荷开关而言，在真空密封的外侧真空容器32内容纳有多对相当于主电路开关部的真空阀14。外侧真空容器32配备有上部板材33和下部板材34及侧部板材35，各板材的周围(边缘)通过互相焊接来结合起来，同时与设备主体一同设置。

上部板材33上形成有上部贯通孔36，各上部贯通孔36的边缘上覆盖各上部贯通孔36地固定有的环状绝缘性上部基板37。而且，在各上部基板37的中央处形成的圆形空间部中可自由往返运动(上下运动)地插入圆柱状的可动侧电极棒4b。即，各上部贯通孔36由上部基板37和可动侧电极棒4b来封闭。

可动侧电极棒4b的轴向端部(上部侧)与设置在外侧真空容器32的外部的操纵器(电磁操纵器)连接。而且，上部板材33的下部侧沿各上部贯通孔36的边缘可自由往返运动(上下运动)地配置有外侧波纹管38，各外侧波纹管38的轴向一端侧固定于上部板材33的下部侧，轴向另一端侧安装于各可动侧电极棒4b的外周面上。即，为将外侧真空容器32做成密封构造，各上部贯通孔36的边缘上沿各可动侧电极棒4b的轴向配置有外侧波纹管38。此外，上部板材33上连接有排气管(未图示)，通过该排气管来进行外侧真空容器32内的真空排气。

一方面，在下部板材34上形成有下部贯通孔39，各下部贯通孔39的边缘上覆盖各下部贯通孔39地固定有的绝缘性套筒40。各绝缘性套筒40的底部上固定有环状的绝缘性下部基板41。而且，各下部基板41的中央的圆形空间部中插入圆柱状的固定侧电极棒4a。即，下部板材34上形成的下部贯通孔39分别由绝缘性套筒40、下部基板41、以及固定侧电极棒4a来封闭。而且，固定侧电极棒4a的轴向的一端侧(下部侧)与配置于外侧真空容器32的外部的电缆(配电线)连接。

外侧真空容器32的内部中容纳有相当于负荷开关的主电路开关部的真空阀14，并且各可动侧电极棒4b通过具有两个弯曲部的柔性导体(可挠性导体)42互相连接。该柔性导体42由作为在轴向上具有两个弯曲部的导电性板材的铜板和不锈钢板交错地层叠数层而构成。柔性导体42上形成有贯通孔43，并且各贯通孔43中插入各可动侧电极棒4b以互相连接。

如上所述，实施例2中制造的根据本发明的真空阀也可适用于路肩设置变压器用的负荷开关，还可适用于其他的真空绝缘开关设备等的各种真空开关装置。

Claims (15)

1.一种电触点，其特征在于，

在高导电性金属和低熔点金属的合金中，耐火性金属的粒子是分散的。

2.根据权利要求1所述的电触点，其特征在于，

包含：含有Sn、Te、Bi中的至少一种和Cu的合金；以及Cr粒子，

在所述合金中所述Cr粒子是分散的。

3.根据权利要求2所述的电触点，其特征在于，

在所述合金中含有重量比为0.5～3％的Sn、Te、Bi，并且剩余部分的主要成分是Cu。

4.根据权利要求2所述的电触点，其特征在于，

含有重量比为60～85％的所述合金以及重量比为15～40％的所述Cr粒子。

5.一种电极，其特征在于，

使用根据权利要求1～4中任意一项所述的电触点，

所述电极具有圆盘形状，并且具有形成于该圆盘的圆心处的中心孔、以及相对于该中心孔非接触地从圆心朝向外周部形成的多条贯通的切槽。

6.根据权利要求5所述的电极，其特征在于，

所述圆盘形状具有由所述切槽分开的叶片型的平面形状。

7.一种电触点的制造方法，其特征在于，

混合含有Sn、Te、Bi中的至少一种和Cu的合金粉末、与Cr粉末，加压成型该混合的粉末，烧结该加压压型体。

8.根据权利要求7所述的电触点的制造方法，其特征在于，

将所述合金粉末中95％或以上的粉末的粒径做成104μm或以下，将所述Cr粉末中95％或以上的粉末的粒径做成75μm或以下。

9.根据权利要求7所述的电触点的制造方法，其特征在于，

所述加压成型的压力为120～500MPa。

10.根据权利要求7所述的电触点的制造方法，其特征在于，

所述烧结在真空中或在惰性气体中并在所述合金的熔点或以下的温度下进行。

11.一种电触点的制造方法，其特征在于，

混合含有Sn、Te、Bi中的至少一种和Cu的合金粉末、与Cr粉末，加压成型该混合的粉末，熔融浸渍所述合金。

12.一种电触点的制造方法，其特征在于，

混合、熔融Sn、Te、Bi中的至少一种、与Cu以及Cr，并使其凝固。

13.一种真空阀用电极，其特征在于，

具有：作为根据权利要求1所述的电触点的圆盘状部件；以及与该圆盘状部件的电弧产生面的相反面接合的电极棒。

14.一种真空阀，在真空容器内配备有一对固定侧电极和可动侧电极，其特征在于，

所述固定侧电极和可动侧电极中的至少一方为根据权利要求13所述的真空阀用电极。

15.一种真空断路器，包括：真空阀，在真空容器内配备有一对固定侧电极和可动侧电极；导体端子，与各所述固定侧电极以及可动侧电极连接且被设置于所述真空阀外；以及开关单元，驱动所述可动侧电极，其特征在于，

所述固定侧电极和可动侧电极中的至少一方为根据权利要求13所述的真空阀用电极。

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