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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stromkreis-Unterbrecher
und insbesondere auf eine Vakuum-Schaltröhre für einen Vakuum-Leistungsschalter,
der die Stromunterbrechungsfunktion dadurch verbessern kann, dass
eine Elektrodenstruktur als axiale Magnetfeldmethode geschaffen wird.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDES
DER TECHNIK
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Im
Allgemeinen ist ein Stromkreis-Unterbrecher eine elektrische Schutzvorrichtung,
die zwischen einer Stromquelle und Lasteinheiten eingebaut wird,
um eine Lasteinheit und eine Lastleitung, wie einen Motor, und einen
Umformer von einem abnormalen Strom (ein hoher Strom verursacht
durch Unfälle
wie Kurzschluss- und Erdungsfehler) zu schützen, der erzeugt wird in einem
elektrischen Stromkreis wie einer Übertragungs-/Verteilungsleitung
und einer Umformungseinrichtung für den Hausanschluss, zum Öffnen/Schließen von
Laststromkreisen und um eine Verteilungsfunktion auszuführen, um
die elektrische Stromleitung zu einer anderen Leitung umzuschalten.
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Zusätzlich kann
der Stromkreis-Unterbrecher eingeteilt werden in einen Öl-Stromkreis-Unterbrecher,
der Öl
verwendet, einen Gas-Stromkreis-Unterbrecher, der SF6-Gas
verwendet, das ein inertes Gas ist, einen Luft-Stromkreis-Unterbrecher, der
Luft verwendet, einen magnetischen Ausstoß-Stromkreis- Unterbrecher, der
Magnetismus verwendet und einen Vakuum-Leistungsschalter, der ein Vakuum
benutzt gemäß dem benutzten
Medium zur Lichtbogen-Auslöschung.
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Dabei
weist der Vakuum-Leistungsschalter einen höheren Isolationsgrad in einem
Vakuumzustand von 10–3 torr auf, weshalb
er meistens für Stromkreis-Unterbrecher mittlerer
Spannung verwendet wird. Außerdem
werden Entwicklungen für hohe
Spannungen, hohe Stromstärke
und geringe Größe vorangetrieben.
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Eine
Vakuum-Schaltröhre,
die eine hauptsächliche
Aufbaukomponente des Vakuum-Leistungsschalters darstellt, wird geschaffen,
um den elektrischen Strom dadurch zu unterbrechen, dass eine bewegliche
Elektrode und eine stationäre
Elektrode getrennt werden, falls ein mechanischer Betätigungsmechanismus
in Betrieb gesetzt wird durch ein elektrisches Signal des abnormalen
Stroms, der in einer Steuereinheit festgestellt wird, wenn der abnormale
Strom erzeugt wird.
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Die
Vakuum-Schaltröhre
zum Unterbrechen starker Ströme
kann eingeteilt werden in einen Radialmagnetfeld-Typ und einen Axialmagnetfeld-Typ.
Im Fall des radialen Magnetfeld-Typs der Vakuum-Schaltröhre wird
ein Lichtbogen gelöscht,
während
ein Bogenmagnetfeld, das radial erzeugt wurde, entsprechend dem
Lichtbogen bewegt wird, der auf natürliche Weise in axialer Richtung
entsteht, wenn die Kontakte getrennt werden. In einer Vakuum-Schaltröhre des
Radialfeld-Typs
ist der Lichtbogen jedoch auf einen Punkt auf den Kontakten konzentriert,
wenn eine hohe Stromstärke
von mehr als 40 kA erzeugt wird und kann daher die Kontakte durch
den konzentrierten Lichtbogen schmelzen. Außerdem wird auf den Kontakten
eine Schmelzlinie gebildet entlang dem Bewegungspfad des konzentrierten
Lichtbogens.
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Um
die Probleme der Vakuum-Schaltröhre vom
Radialmagnetfeld-Typ zu lösen,
wurde deshalb eine Vakuum-Schaltröhre der axialen Magnetfeldform
geschaffen wie in
US-Patent Nr.
6,163,002 vom Anmelder der vorliegenden Erfindung. In der
Vakuum-Schaltröhre
des obigen Patents werden drei oder vier Magnetfelder gebildet unter
Benutzung einer beweglichen Elektrode und einer stationären Elektrode, welche
drei oder vier elektrische Stromschleifen bilden, wodurch der Lichtbogen
auf dem Kontakt nicht konzentriert wird. Obwohl dieser wirksam ist,
in dem Fall, dass der Lichtbogen in drei oder vier axialen Magnetfeldern
erzeugt wird, können
jedoch nur ein oder zwei Lichtbogen erzeugt werden und diese können auf
einem Randabschnitt erzeugt werden zwischen den axialen Magnetfeldern.
Deshalb ist es schwierig mit einem oder zwei Lichtbogen fertig zu
werden, die konzentriert mit den drei oder vier Magnetfeldern erzeugt
werden und die Lichtbogen-Verteilungsoperation wird nicht ausgeführt für den Lichtbogen,
welcher an den Grenzen zwischen den axialen Magnetfeldern erzeugt
wird. Deshalb können
die Probleme des Standes der Technik, wie eine Verhärtung der
Oberfläche
auf dem Kontakt, nicht gelöst
werden.
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Die
DE 32 45 609 A1 offenbart
einen Vakuumschutzschalter mit einer Elektrodenanordnung in Form
einer scheibenförmigen
Elektrode mit vier Spulenabschnitten, die durch vier kurze, in gleichen
Winkelabständen
vom Umfang aus radial einwärts
verlaufenden Radialschlitzen und vier an deren Enden anschließenden Umfangsschlitzen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vakuum-Schaltröhre zu schaffen für einen
Vakuum-Leistungsschalter, mit dem ein Lichtbogen schnell ausgelöscht wird
und eine Schmelz-Erscheinung auf einem Kontakt verhindert werden
kann, wenn ein hoher abnormaler Strom unterbrochen wird durch Bildung
von einem Magnetfeld, das auf die gesamte Oberfläche des Kontakts gleichmäßig wirkt
in axialen Richtung parallel zu dem Lichtbogen, wenn eine Elektrode
getrennt wird.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch
eine Vakuum-Schaltröhre
gemäß Anspruch
1 erfüllt.
Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Um
das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wie hierin realisiert
und ausführlich
beschrieben, wird eine Vakuum-Schaltröhre für einen Vakuum-Leistungsschalter
geschaffen, der aufweist: einen Vakuumbehälter, der so verschlossen ist,
dass darin ein Vakuumzustand herrscht; eine stationäre, zylindrische
Elektrode, die am Oberteil des Vakuumbehälters befestigt ist so, dass
sie abgedichtet wird und verbunden ist mit der elektrischen Quelle;
eine stationäre
Scheibenelektrode, in der eine Anzahl von Schlitzen sich erstrecken
von Positionen, die eine äußere Umfangsfläche in drei
Teile teilen als vorbestimmte Winkel hin zu Positionen, die exzentrisch sind,
für einen
bestimmten Winkel vom Mittelpunkt und die mechanisch und elektrisch
mit der stationären
zylindrischen Elektrode verbunden sind innerhalb des Vakuumbehälters, sowie
eine Anzahl von elektrischen Pfaden, die durch Schlitze gebildet
werden, um ein axiales Magnetfeld zu erzeugen, sind eingeschlossen.
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Außerdem wird
ein Vakuum-Schaltröhre
für einen
Vakuum-Leistungsschalter geschaffen, der aufweist: eine stationäre Kontaktplatte,
die mit der stationären
Scheibenelektrode verbunden ist; eine erste abschirmende Platte,
die angelegt ist, zwischen der stationären Scheibenelektrode und der
stationären
Kontaktplatte, um die stationäre
Scheibenelektrode und die stationäre Kontaktplatte elektrisch
und magnetisch zu trennen; eine Anzahl von ersten leitfähigen Stiften,
die angelegt sind auf einer äußeren Seite
der abschirmenden Platte zwischen der stationären Scheibenelektrode und der
stationären
Kontaktplatte, um die stationäre
Scheibenelektrode und die stationäre Kontaktplatte elektrisch
zu verbinden; eine bewegliche Kontaktplatte, die so angelegt ist, dass
sie der stationären
Kontaktplatte gegenüberliegt
und die beweglich ist zwischen Stellungen, die sie mit der stationären Kontaktplatte
verbinden, und die sie von der stationären Kontaktplatte trennen. Eine
bewegliche Scheibenelektrode, die mit der beweglichen Kontaktplatte
elekt risch verbunden ist, wobei eine Anzahl von Schlitzen beinhaltet
sind, die sich erstrecken von Positionen, die die äußere Umfangsfläche in drei
Teile unter einem vorbestimmten Winkel teilen, auf die Positionen
zu, die exzentrisch vom Mittelpunkt aus vorbestimmte Winkel sind,
und wobei eine Anzahl elektrischer Pfade, die durch Schlitze gebildet
werden, um ein axiales Magnetfeld zu erzeugen, dadurch, dass ein
Magnetfeld zusammengesetzt wird, das gebildet wird durch die stationäre Scheibenelektrode
und ein Magnetfeld, das gebildet wird durch eine Anzahl elektrischer
Pfade von elektrischem Strom, der in dieselbe Richtung fließt wie der elektrische
Strom, der auf dem elektrischen Pfad der Scheibenelektrode fließt, eine
zweite abschirmende Platte, die angelegt ist, zwischen der beweglichen Scheibenelektrode
und der beweglichen Kontaktplatte, um die stationäre Scheibenelektrode
und die stationäre
Kontaktplatte elektrisch und magnetisch abzuschirmen; eine Anzahl
zweiter leitfähiger
Stifte, die angelegt sind auf einer Außenseite bezüglich der
abschirmenden Platte zwischen der beweglichen Scheibenelektrode
und der beweglichen Kontaktplatte, um die stationäre Scheibenelektrode
und die stationäre
Kontaktplatte elektrisch zu verbinden, sowie eine bewegliche zylindrische
Elektrode, die elektrisch und mechanisch mit der beweglichen Scheibenelektrode
verbunden ist, die verbunden ist mit der elektrischen Last und die
angelegt ist auf einem unteren Teil des Vakuumbehälters, so
dass sie abgedichtet wird.
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Die
vorangegangenen und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung der vorliegenden Erfindung offenkundiger werden, wenn
sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
verstanden werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
begleitenden Zeichnungen, welche beigefügt sind, um ein weiteres Verständnis der
Erfindung zu schaffen und die eingeschlossen sind in und einen Teil
dieser Beschreibung bilden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung
und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der Erfindung
zu erläutern.
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In
den Zeichnungen ist:
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1 eine
Ansicht im Längsschnitt,
die eine Vakuum-Schaltröhre
für einen
Vakuum-Leistungsschalter gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 eine
aufgebrochene perspektivische Ansicht, die die Vakuum-Schaltröhre für den Vakuum-Leistungsschalter
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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3 eine
Vorderansicht einer Scheibenelektrode, die elektrischen Strom zeigt,
der in der Vakuum-Schaltröhre
für den
Vakuum-Leistungsschalter gemäß der vorliegenden
Erfindung fließt;
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4 eine
Durchführungszustands-Ansicht, welche
die Richtung eines Magnetfeldes zeigt in Übereinstimmung mit dem Fließen von
elektrischem Strom in dem Vakuum-Leistungsschalter der vorliegenden
Erfindung;
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5 eine
aufgebrochene perspektivische Ansicht, die einen Vakuum-Leistungsschalter
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 eine
Schnittansicht, die den Verbindungszustand des Vakuum-Leistungsschalters
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 eine
Ansicht, die einen Betriebszustand des Vakuum-Leistungsschalters
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 eine
aufgebrochene perspektivische Ansicht, die einen Vakuum-Leistungsschalter
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9 eine
Schnittansicht, die einen Verbindungszustand des Vakuum-Leistungsschalters
gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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10 eine
Ansicht, die einen Betriebszustand des Vakuum-Leistungsschalters
gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
wird nun ausführlich
Bezug genommen auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt
sind.
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Dabei
kann es eine Vielzahl von Ausführungsformen
eines Vakuum-Leistungsschalters
eines axialen Magnetfelds gemäß der vorliegenden
Erfindung geben und die am meisten bevorzugten Ausführungsformen
werden beschrieben.
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1 ist
eine Schnittansicht, die die Vakuum-Schaltröhre für einen Vakuum-Leistungsschalter gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, 2 ist eine aufgebrochene perspektivische
Ansicht, die die Vakuum-Schaltröhre
für den
Vakuum-Leistungsschalter
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt und 3 ist eine Vorderansicht, die
einen stationäre
und beweglichen Spiralleiter in der Vakuum-Schaltröhre gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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Die
Vakuum-Schaltröhre
vom axialen Magnetfeld-Typ gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst: einen Vakuumbehälter 2; eine stationäre, zylindrische
Elektrode 4, die am oberen Mittelpunkt des Vakuumbehälters 2 befestigt
ist; eine bewegliche zylindrische Elektrode 6, die angeordnet
ist auf dem unteren Mittelpunkt des Vakuumbehälters 2, so dass sie auf
und ab bewegt werden kann; und sowohl eine bewegliche Kontaktanordnung 8 als
auch eine stationäre
Kontaktanordnung 10, die angeordnet sind auf der stationären, zylindrischen
Elektrode 4 bzw. auf der beweglichen zylindrischen Elektrode 6,
um ein axiales Magnetfeld zu bilden, welches parallel verläuft mit dem
Lichtbogenstrom, der erzeugt wird in axialer Richtung, wenn Kontakte
getrennt werden, während ein
starker Strom unterbrochen wird.
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Der
Vakuumbehälter 2 ist
hergestellt unter Verwendung eines isolierenden Materials von zylindrischer
Gestalt. Und der Vakuumbehälter 2 umfasst eine
stationäre
Teilabdeckung 12, die auf dem oberen Teil angelegt ist,
auf welcher die stationäre,
zylindrische Elektrode 4 befestigt ist und eine bewegliche Teilabdeckung 14,
die auf dem unteren Teil angelegt ist, auf welcher die bewegliche
zylindrische Elektrode 6 angeordnet ist, so dass sie geradlinig
bewegt werden kann.
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Die
stationäre
zylindrische Elektrode 4 ist hergestellt unter Benutzung
von desoxydiertem Kupfer, welches eine hohe elektrische Leitfähigkeit
aufweist; und ihr eines Ende ist befestigt auf der stationären Teilabdeckung 12,
so dass sie abgedichtet wird. Außerdem ist ein stationärer Anschluss 16 angelegt
auf dem unteren Teil der stationären
zylindrischen Elektrode 4 und eine stationäre Kontaktanordnung 8 ist
angelegt auf dem unteren Teil der stationären zylindrischen Elektrode 4.
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Die
bewegliche zylindrische Elektrode 4 ist angelegt auf der
beweglichen Teilabdeckung 14, so dass sie gleitend bewegt
werden kann; und ein Balg 18 ist angelegt in Richtung des
Umfangs der beweglichen zylindrischen Elektrode 4, so dass
der abgedichtete Zustand aufrecht erhalten wird, wenn die bewegliche
zylindrische Elektrode 4 auf zylindrische Elektrode ab
bewegt wird; und eine stationäre
Kontaktanordnung 10 ist angelegt auf dem oberen Ende. Außerdem ist
zum Abdichten eine Buchse 20 eingefügt zwischen der beweglichen
zylindrischen Elektrode 6 und der beweglichen Teilanordnung 14.
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Die
bewegliche zylindrische Elektrode 6 ist axial aufwärts und
abwärts
beweglich in Übereinstimmung
mit Arbeitsvorgängen
eines (nicht gezeigten) äußeren mechanischen
Betätigungsmechanismus', wenn ein abnormaler
Strom erzeugt wird.
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2 ist
eine aufgebrochene perspektivische Darstellung, welche die stationäre Kontaktanordnung
und die bewegliche Kontaktanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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Die
stationäre
Kontaktanordnung 8 umfasst eine stationäre Scheibenelektrode 30,
die auf dem unteren Teil der stationären zylindrischen Elektrode 4 angeordnet
ist, um den Strom zu induzieren, welcher in radialer Richtung fließt; eine
stationäre
Kontaktplatte 32, die auf der stationären Scheibenelektrode 30 angeordnet
ist, so dass sie der stationären
Scheibenelektrode 30 gegenüberliegt; eine abschirmende Platte 34,
die angelegt ist zwischen der stationären Scheibenelektrode 30 und
der stationären
Kontaktplatte 32, um das Fließen elektrischen Stroms abzuschirmen
zwischen der stationären
Scheibenelektrode 30 und der stationären Kontaktplatte 32 sowie eine
Anzahl leitfähiger
Stifte 36, die auf äußeren Positionen
angebracht sind, horizontal zu dem äußeren Umfang der abschirmenden
Platte 34 mit einem vorbestimmten Winkel (vorzugsweise
120°) zwischen der
stationären
Scheibenelektrode 30 und der stationären Kontaktplatte 32,
um elektrische Pfade zu schaffen zwischen der stationären Scheibenelektrode 30 und
der stationären
Kontaktplatte 32.
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Eine
tragende Platte 38, welche die stationäre Scheibenelektrode 30 trägt, ist
eingerichtet zwischen der stationären Scheibenelektrode 30 und
der stationären
zylindrischen Elektrode 4.
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Die
stationäre
Scheibenelektrode 30 beinhaltet ein Verbindungsloch 40,
welches durchgehend ausgebildet ist auf dem Mittelteil, in welches
ein vorstehendes Endstück
der stationären
zylindrischen Elektrode 4 eingefügt und verbunden ist, sowie
drei Schlitze 42, um den elektrischen Strom von der stationären zylindrischen
Elektrode 4 in drei Teile zu teilen und zu drehen, wie
in 3 dargestellt. Die jeweiligen Schlitze 42 sind
derart ausgebildet, dass sie sich erstrecken von einer äußeren umfänglichen
Fläche
der stationären
zylindrischen Elektrode 30 hin zu den Positionen, welche
um 45° exzentrisch
sind zum Mittelpunkt der stationären
Scheibenelektrode 30. Auf Endabschnitten der entsprechenden
elektrischen Pfade, welche durch die Schlitze geteilt werden, sind Zapfenlöcher 46 ausgebildet,
in welche die leitfähigen
Stifte 36 eingefügt
sind.
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In
dem Fall, dass der elektrische Strom angelegt wird an der stationären zylindrischen
Elektrode 4, ist der elektrische Strom angelegt am Mittelteil, welches
verbunden ist mit dem vorstehenden Endstück der stationären zylindrischen
Elektrode 4 und fließt
nach außen.
Und ein Drittel des elektrischen Stroms fließt auf den entsprechenden elektrischen Pfaden,
welche durch die Schlitze geteilt sind und wird induziert auf die
stationäre
Kontaktplatte 32 durch die leitfähigen Stifte 36.
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Zu
der Zeit werden die elektrischen Ströme, welche auf den entsprechenden
elektrischen Pfaden der drei Bogenformen auf der stationären Scheibenelektrode 30,
gedreht in der gleichen Richtung zueinander und bilden ein magnetisches
Feld in axialer Richtung.
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Die
stationäre
Kontaktplatte 32 beinhaltet als kreisförmige Platte sechs Schlitze 50,
welche die stationäre
Kontaktplatte 32 in sechs Teile teilen, ausgehend vom Mittelteil
in radialer Richtung ausgebildet mit einer 60°-Öffnung dazwischen vom Mittelteil
zur umfänglichen
Richtung, um die Reibung zu reduzieren, wenn die stationäre Kontaktplatte 32 getrennt wird
von der beweglichen Kontaktanordnung 10 sowie Zapfenlöcher 52,
die auf den Endabschnitten der drei elektrischen Pfade ausgebildet
sind zwischen jenen sechs elektrischen Pfaden, welche geteilt werden
von den Schlitzen 50 damit darin die leitfähigen Stifte 36 eingesetzt
werden können.
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Auf
der stationären
Kontaktplatte 32 fließt, wie
oben beschriebenen, der elektrische Strom von der Außenseite
des elektrischen Pfades, auf welchem das Zapfenloch 52 ausgebildet
ist zum Mittelteil der stationären
Kontaktplatte 32, wenn elektrischer Strom an die stationäre Scheibenelektrode 30 durch den
leitfähigen
Stift 36 angelegt wird.
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Es
ist wünschenswert,
dass die abschirmende Platte 34 ausgebildet ist unter Verwendung
von rostfreiem Stahl, welcher ein nicht-magnetisches Material ist,
das einen hohen Widerstand aufweist, um das Fließen von elektrischem Strom
abzuschirmen mit Ausnahme des elektrischen Pfades durch den leitfähigen Stift 36 zwischen
der stationären
Scheibenelektrode 30 und der stationären Kontaktplatte 32,
um gleichzeitig Hitzebildung zu verhindern, welche induziert wird
durch den magnetischen Fluss.
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Die
bewegliche Kontaktanordnung 10 umfasst: eine bewegliche
Scheibenelektrode 60, welche gekoppelt ist mit der beweglichen
zylindrischen Elektrode 6; eine bewegliche Kontaktplatte 62,
angeordnet auf der Oberfläche
der beweglichen Scheibenelektrode 60 und beweglich zur
Kontaktstellung oder einer trennenden Stellung mit der stationären Kontaktplatte 32;
eine abschirmende Platte 64, um den elektrischen Strom
abzuschirmen, welcher zwischen der beweglichen Kontaktplatte 62 und
der beweglichen Scheibenelektrode 60 fließt; sowie
drei leitfähige
Stifte 66, die an äußeren Positionen
angebracht sind horizontal zu dem äußeren Umfang der abschirmenden
Platte 64 zwischen der beweglichen Scheibenelektrode 60 und
der beweglichen Kontaktplatte 62, um einen elektrischen
Pfad zu schaffen von der beweglichen Kontaktplatte 62 zu
der beweglichen Scheibenelektrode 60. Außerdem wird
die bewegliche Scheibenelektrode 60 getragen von der beweglichen
zylindrischen Elektrode 6 durch die tragende Platte 68.
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Die
bewegliche Scheibenelektrode 60 hat ein Verbindungsloch 74,
das den Mittelteil durchdringt, so dass das vorstehende Endstück der beweglichen
zylindrischen Elektrode 6 darin eingefügt und gekoppelt ist mit der
beweglichen zylindrischen Elektrode 6 sowie Schlitze 70,
um den elektrischen Strom in drei Teile zu teilen, welcher übertragen
wird von der stationären
Kontaktanordnung 8 durch die bewegliche Kontaktplatte 62 und
den leitfähigen
Stift 66 und ihn zu drehen in die gleichen Richtungen wie in
der unteren Ansicht in 3 dargestellt.
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Die
Schlitze 70 sind so ausgebildet, dass sie sich erstrecken
von den jeweiligen Positionen, welche die äußere umfängliche Fläche der beweglichen Scheibenelektrode 60 in
drei Teile teilen, zu den Positionen, welche um 45° exzentrisch sind
vom radialen Zentrum der beweglichen Scheibenelektrode 60 gleichermaßen wie
die Schlitze 42 auf der stationären Scheibenelektrode 30.
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Auf
der beweglichen Scheibenelektrode ist, wie oben beschriebenen, im
Fall, dass elektrischer Strom angelegt ist durch den leitfähigen Stift 76 an der
beweglichen Kontaktplatte 62 der elektrische Strom angelegt
am äußeren umfänglichen
Abschnitt, welcher verbunden ist mit dem leitfähigen Stift 76 und der
zum radialen Zentrum fließt.
Danach fließt
ein Drittel des elektrischen Stroms auf den entsprechenden elektrischen
Pfaden, welche durch die Schlitze 70 geteilt und induziert
werden auf die bewegliche zylindrische Elektrode durch das vorstehende
Endstück der
beweglichen zylindrischen Elektrode 6.
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Die
elektrischen Ströme,
welche auf den entsprechenden elektrischen Pfaden von bogenförmiger Gestalt
auf der beweglichen Scheibenelektrode 60 fließen, werden
zu der Zeit in dieselbe Richtung zueinander gedreht und bilden ein
zusammengesetztes magnetisches Feld in axialer Richtung. Ebenso
liegen, wie in 3 gezeigt, die Drehrichtung
des elektrischen Stroms, der auf dem elektrischen Pfad der stationären Scheibenelektrode 30 fließt, und
die Drehrichtung des elektrischen Stroms, der auf dem elektrischen
Pfad der beweglichen Scheibenelektrode 60 fließt, in den
Zeichnungen alle in der gegen den Uhrzeigersinn gerichteten Richtung.
Deshalb bilden die stationär
Scheibenelektrode 30 und die bewegliche Scheibenelektrode 60 ein
starkes axiales Magnetfeld.
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Weiterhin
beinhaltet die bewegliche Kontaktplatte 62 sechs Schlitze 76,
welche den elektrischen Pfad in sechs Teile in umfänglicher
Richtung teilen, um sie schnell voneinander zu trennen, wenn die
bewegliche Kontaktplatte 62 getrennt wird von der stationären Kontaktplatte 62 durch
Verminderung der Reibung. Und die Schlitze 76 sind auf
Positionen angeordnet, welche um 60° gedreht sind bezüglich der Schlitze 50 der
stationären
Kontaktplatte 32. D. h. die Kontaktfläche der stationären Kontaktplatte 32,
auf welcher der leitfähige
Stift 36 angelegt ist und die Kontaktfläche der beweglichen Kontaktplatte 62,
auf welcher der leitfähi ge
Stift 66 nicht angelegt ist, sind so angeordnet, dass sie
sich gegenüberliegen
und sich entweder in Kontakt befinden oder voneinander getrennt
sind.
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Eine
Ausnehmung 80 wird gebildet auf dem Mittelteil der stationären Kontaktplatte 32 und
der beweglichen Kontaktplatte 62, um den Lichtbogen so
zu verteilen, dass er nicht auf dem Mittelteil der Kontaktplatten
konzentriert wird.
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Die
Betriebsweise der Vakuum-Schaltröhre vom
axialen Magnetfeld-Typ für
den Vakuum-Leistungsschalter gemäß der vorliegenden
Erfindung wird wie folgt beschrieben.
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4 ist
eine zustandsbeschreibende Ansicht, die zeigt, wie ein elektrischer
Strom fließt
und dabei die Richtung des magnetischen Feldes in der Vakuum-Schaltröhre gemäß der vorliegenden
Erfindung bildet.
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Wenn
ein starker Strom erzeugt wird und deshalb der (nicht gezeigte) äußere Betätigungsmechanismus
betätigt
wird, zieht sich die bewegliche zylindrische Elektrode 6 zurück, wodurch
die stationäre Kontaktplatte 32 und
die bewegliche Kontaktplatte 62 getrennt werden und ein
Lichtbogen zwischen ihnen erzeugt wird.
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Andererseits
fließt
der elektrische Strom von der stationären zylindrischen Elektrode 4 zur
stationären
Kontaktplatte 32 und zu der beweglichen Kontaktanordnung 10 durch
die stationäre
Scheibenelektrode 30 und den leitfähigen Stift 36 und
danach fließt der
elektrische Strom von der beweglichen Kontaktplatte 62,
wobei er den leitfähigen
Stift 66 und die bewegliche Scheibenelektrode 60 passiert
zu der (nicht gezeigten) elektrischen Last durch die bewegliche zylindrische
Elektrode 6.
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Genauer
gesagt, wenn der elektrische Strom durch die stationäre zylindrische
Elektrode 4 eingeführt
wird, fließt
der elektrische Strom zum leitfähigen Stift 36,
indem er vom Mittelteil der stationären Scheibenelektrode 30 in äußere radiale Richtung
als P-Richtung in 4 fließt. Zu der Zeit ist die stationäre Scheibenelektrode 30 in
drei Teile geteilt durch die Schlitze 42 und weist dann
drei elektrische Pfade auf. Deshalb fließt ein Drittel des elektrischen
Stroms auf den entsprechenden leitfähigen Stiften 36.
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Der
elektrische Strom, der in den leitfähigen Stift 36 induziert
wird, fließt
von der Außenseite
der stationären
Kontaktplatte 32 zum radialen Zentrum und fließt zu der
beweglichen Kontaktplatte 62, welche in Kontakt steht zu
der stationären
Kontaktplatte 32. Und ein Drittel des Stroms fließt auf den
entsprechenden elektrischen Pfaden der beweglichen Kontaktplatte 62.
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Dabei
sind die Ausnehmungen 80 auf den Mittelpunkten des kontaktierten
Teils in der stationären
Kontaktplatte 32 und der beweglichen Kontaktplatte 62 ausgebildet
und deshalb ist der Lichtbogen nicht konzentriert auf den Mittelpunkt
und wird radial nach außen
verteilt, wenn der Lichtbogen erzeugt wird. Deshalb fließt eine
entsprechend geringere Lichtbogenspannung auf der stationären Kontaktplatte 32 und
der beweglichen Kontaktplatte 62.
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Der
elektrische Strom, der in die bewegliche Kontaktplatte 62 induziert
wird, fließt
vom Mittelteil zur radialen Außenseite
als T-Richtung in der Figur und wird angelegt an die bewegliche
Scheibenelektrode 60 durch den leitfähigen Stift 64. Danach
fließt der
elektrische Strom von der Außenseite
der Teilungen des spiralförmig
geteilten Leiters 60 zum radialen Zentrum als Q-Richtung
in der Figur und wird der Last zugeführt durch die bewegliche zylindrische Elektrode 60.
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Dabei
werden die elektrischen Ströme,
welche auf den entsprechenden elektrischen Pfaden der bogenförmigen Formen
der stationären
Scheibenelektrode 30 fließen, in gleiche Richtungen
zueinander gedreht und bilden ein zusammengesetztes magnetisches
Feld in axialer Richtung. Ebenso werden die elektrischen Ströme, die
auf den entsprechenden drei elektrischen Pfaden von bogenförmiger Gestalt auf
der beweglichen Scheibenelektrode fließen, gedreht in der gleichen Richtung
(im Gegenuhrzeigersinn) wie die des Stroms, welcher auf den elektrischen
Pfaden der stationären
Scheibenelektrode fließt
und bilden ein zusammengesetztes Magnetfeld in axialer Richtung
stark aus. Andererseits wird der Lichtbogen, der erzeugt wird zwischen
der stationären
Kontaktplatte 32 und der beweglichen Kontaktplatte 60 während des
Unterbrechungsvorgangs der Vakuum-Schaltröhre, entsprechend der Erzeugung eines
starken Stromes in axialer Richtung erzeugt. Deshalb, wenn ein starkes
Magnetfeld in axialer Richtung zum Lichtbogen angelegt wird, wird
der Lichtbogen nicht auf eine Position auf der stationären Kontaktplatte 32 und
der beweglichen Kontaktplatte 62 konzentriert, sondern
gleichmäßig verteilt
und dann ausgelöscht.
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5 ist
eine aufgebrochene perspektivische Ansicht, die eine Vakuum-Schaltröhre gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt, und 6 ist eine
Schnittansicht, die den verbundenen Zustand der Vakuum-Schaltröhre gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Eine
Kontaktanordnung der Vakuum-Schaltröhre gemäß der zweiten Ausführungsform
umfasst: eine stationäre
Scheibenelektrode 84, die gekoppelt ist mit der stationären zylindrische
Elektrode 4 und die einen elektrischen Pfad in drei Teile
teilt durch Ausbildung von drei Schlitzen 82 in radialer
Richtung auf einem umfänglichen
Teil; eine bewegliche Scheibenelektrode 85, die gekoppelt
ist mit der beweglichen zylindrischen Elektrode 6 und die
einen elektrischen Pfad in drei Teile teilt durch Ausbildung von drei
Schlitzen in radialer Richtung auf einem umfänglichen Teil; eine abschirmende
Platte 86, die eine Scheibenform aufweist und gekoppelt
ist an eine Oberfläche
der stationären
Scheibenelektrode 84, um die stationäre Scheibenelektrode und die
stationäre
Kontaktplatte elektrisch und mechanisch abzuschirmen; eine scheibenförmige Abschirmplatte 87, die
gekoppelt ist mit einer Oberfläche
der beweglichen Scheibenelektrode 85, um die bewegliche Scheibenelektrode 85 und
eine bewegliche Kontaktplatte 94 elektrisch und magnetisch
abzuschirmen; drei leitfähige
Stifte 88, die verbunden sind an Positio nen, die weiter
außen
liegen als der äußere Umfang der
abschirmenden Platte 86 zwischen der stationären Scheibenelektrode 84 und
der stationären
Kontaktplatte 93 mit vorbestimmten Öffnungen (120°) dazwischen,
um einen elektrischen Pfad zwischen der stationären Scheibenelektrode 84 und
der stationären
Kontaktplatte 93 zu schaffen; drei leitfähige Stifte 89,
die verbunden sind an Positionen, die weiter außen liegen als der äußere Umfang
der abschirmenden Platte 87 zwischen der beweglichen Scheibenelektrode 85 und
der beweglichen Kontaktplatte 94 mit vorbestimmten Öffnungen
(120°) dazwischen,
um einen elektrischen Pfad zwischen der beweglichen Scheibenelektrode 85 und
der beweglichen Kontaktplatte 94 zu schaffen; eine scheibenförmige stationäre Kontaktplatte 93,
die drei Schlitze 90 aufweist, welche in radialer Richtung
ausgebildet und elektrisch und mechanisch verbunden sind mit der
stationären Scheibenelektrode 84 durch
die leitfähigen
Stifte 88; sowie eine scheibenförmige bewegliche Kontaktplatte 94,
welche drei Schlitze 91 aufweist, die in radialer Richtung
ausgebildet und elektrisch und mechanisch verbunden sind mit der
beweglichen Scheibenelektrode 85 durch die leitfähigen Stifte 89.
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Dabei
weisen die stationäre
Scheibenelektrode und die bewegliche Scheibenelektrode 84 und 85 dieselben
Strukturen auf wie diejenigen der stationären Scheibenelektrode und der
beweglichen Scheibenelektrode 30 und 60 der ersten
Ausgestaltung und deren Beschreibungen ausgelassen werden.
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Die
stationäre
Kontaktplatte 93 enthält Schlitze 90,
die sich von entsprechenden Positionen erstrecken, welche die äußere umfängliche
Fläche der
stationären
Kontaktplatte 93 in drei Teile von 120° teilen zu Positionen, die um
45° exzentrisch
zum Mittelpunkt der stationären
Kontaktplatte 93 sind. Weiterhin sind Zapfenlöcher 96,
in die leitfähige
Stifte 88 eingefügt
sind, ausgebildet auf den Endabschnitten der drei elektrischen Pfade,
die durch die Schlitze 90 geteilt werden.
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Außerdem beinhaltet
die bewegliche Kontaktplatte 94 Schlitze 91, die
sich erstrecken von entsprechenden Positionen, welche die äußere umfängliche
Fläche
der beweglichen Kontaktplatte 94 in drei Teile von 120° teilen,
zu Positionen, welche um 45° exzentrisch
vom Mittelpunkt der beweglichen Kontaktplatte 94 sind.
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Ein
Paar von Kontaktflächen 97 der
stationären
Kontaktplatte 93 und der beweglichen Kontaktplatte 94,
die sich gegenüber
liegen, sind um eine bestimmte Höhe
hervorstehend von den entsprechenden Mittelpunkten ausgebildet.
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7 ist
eine Ansicht, die einen Betriebszustand der Vakuum-Schaltröhre gemäß der zweiten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Wenn
der elektrische Strom übertragen
wird auf die bewegliche Kontaktplatte 94 von der beweglichen
zylindrischen Elektrode 4 durch die stationäre Scheibenelektrode 84,
die leitfähigen
Stifte 84 sowie die stationäre Kontaktplatte 93,
wird der elektrische Strom im Uhrzeigersinn gedreht durch die drei
bogenförmigen
elektrischen Pfade geteilt durch die Schlitze 91 und fließt von der
Kontaktfläche 97 zu den
leitfähigen
Stiften 89.
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Danach
wird der elektrische Strom übertragen
auf die bewegliche Scheibenelektrode 85 durch die leitfähigen Stifte 89,
wird im Uhrzeigersinn gedreht durch die elektrischen Pfade, die
durch die Schlitze 83 geteilt werden von den leitfähigen Stiften 89,
und fließt
zum Mittelteil der bewegliche Scheibenelektrode 85, in
die das vorstehende Endstück
der beweglichen zylindrischen Elektrode 6 eingefügt und gekoppelt
ist.
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Dabei
wird der elektrische Strom, der durch die stationäre Scheibenelektrode 84 und
die stationäre
Kontaktplatte 93 fließt,
in die Uhrzeigerrichtung gedreht, und daher wird ein starkes Magnetfeld
C gebildet in axialer Richtung auf der Kontaktanordnung. Deshalb
haben gemäß der Vakuum-Schaltröhre der zweiten
Ausführungsform
die stationäre
Scheibenelektrode 84, die stationäre Kontaktplatte 93,
die bewegliche Scheibenelektrode 85 und die bewegliche Kontaktplatte 94 alle
elektrische Pfade, die sich mittels dreier Schlitze alle in die
gleichen Richtungen (im Uhrzeigersinn) drehen und fließen, und
bilden entsprechend ein magnetisches Feld in der gleichen Richtung
(axialer Richtung). Deshalb kann das axiale magnetische Feld so
ausgebildet werden, dass es eine Stärke aufwiest, die zwei Mal
so groß ist
wie die des magnetischen Felds in der ersten Ausführungsform.
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Deshalb
können
die Verteilung und Auslöschung
des Lichtbogens, der erzeugt wird zwischen der stationären Kontaktplatte 93 und
der beweglichen Kontaktplatte 94, welche getrennt werden, wenn
der Stromkreis wegen eines starken Stroms unterbrochen ist, schneller
durchgeführt
werden als in der ersten Ausführungsform.
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8 ist
eine aufgebrochene perspektivische Darstellung, die eine bewegliche
Kontaktanordnung und eine stationäre Kontaktanordnung in einer Vakuum-Schaltröhre gemäß einer
dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt; 9 ist
eine Schnittansicht, welche die bewegliche Kontaktanordnung und
die stationäre
Kontaktanordnung in der Vakuum-Schaltröhre gemäß der dritten Ausgestaltung der
vorliegenden Erfindung in gekoppeltem Zustand zeigt; und 10 ist
eine Ansicht, die einen Betriebszustand der Vakuum-Schaltröhre gemäß der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Die
stationäre
Kontaktanordnung und die bewegliche Kontaktanordnung weisen jeweils
dieselbe Struktur auf, und deshalb wird die stationäre Kontaktanordnung
zwischen den beiden wie folgt beschrieben.
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Die
stationäre
Kontaktanordnung beinhaltet: eine stationäre zylindrische Elektrode 4,
die mit der Leistungsquelle verbunden ist und ein vorstehendes Endteil
aufweist; eine tragende Platte 38, welche die stationäre zylindrische
Elektrode 4 von einer unteren Position trägt; eine
erste stationäre
Scheibenelektrode 51, die gekoppelt ist mit der stationären zylindrischen
Elektrode 4, um den elektrischen Strom zu induzieren von
der stationären
zylindrischen Elektrode 4 in radiale Richtung; eine zweite
stationäre
Scheibenelektrode 53, die angeordnet ist auf der O berfläche der
ersten stationären
Scheibenelektrode 51, so dass sie der ersten stationären Scheibenelektrode 51 gegenüberliegt;
eine stationäre
Kontaktplatte 55 auf der Oberfläche der zweiten stationären Scheibenelektrode 53,
die einer beweglichen Kontaktplatte gegenüberliegt, und eine abschirmende
Platte 57 als einen leitfähigen Stift 59, die
jeweils zwischen der ersten stationären Scheibenelektrode 51 und
der stationären
Scheibenelektrode 53 angeordnet sind.
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Das
vorstehende Endstück
der stationären zylindrischen
Elektrode 4 ist eingefügt
in ein Verbindungsloch, welches auf dem Mittelteil der ersten stationären Scheibenelektrode 51 ausgebildet
ist. Und die erste stationäre
Scheibenelektrode 51 beinhaltet drei Schlitze 61,
die sich von entsprechenden Positionen erstrecken, welche die äußere umfängliche
Fläche
der ersten stationären
Scheibenelektrode 51 in drei Teile von 120° teilen,
zu Positionen, die um 45° exzentrisch
zum Mittelpunkt der ersten stationären Scheibenelektrode 51 sind,
und Zapfenlöcher 63,
in welche die leitfähigen
Stifte 59 eingefügt
sind, werden auf Endabschnitten der drei elektrischen Pfade durch
die Schlitze 61 geteilt.
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Außerdem beinhaltet
die zweite stationäre Scheibenelektrode 53 drei
Schlitze 65, die sich erstrecken von entsprechenden Positionen,
welche die äußere umfängliche
Fläche
der zweiten stationären Scheibenelektrode 53 in
drei Teile von 120° teilen,
zu Positionen, die um 45° exzentrisch
zum Mittelpunkt der zweiten stationären Scheibenelektrode 53 sind; und
Zapfenlöcher 67,
in welche die leitfähigen
Stifte 59 eingefügt
sind, sind ausgebildet auf drei Endabschnitten der drei elektrischen
Pfade, die durch die Schlitze 65 geteilt werden. Und ein
vorstehendes Teil 69 ist, um in eine Installationsausnehmung 73 der stationären Kontaktplatte 55 eingefügt zu werden und
die die stationäre
Kontaktplatte 55 und die zweite stationäre Scheibenelektrode 53 koppelt,
ausgebildet auf einer Fläche,
welche der beweglichen Kontaktanordnung gegenüberliegt.
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Die
stationäre
Kontaktplatte 55 beinhaltet sechs Schlitze 71 in
radialer Richtung mit einer vorbestimmten Öffnung dazwischen, eine Ausnehmung 73,
in welche das vorstehende Teil der zweiten stationären Scheibenelektrode 53 eingefügt ist,
die auf einer Fläche
ausgebildet ist, welche der zweiten stationären Scheibenelektrode 53 gegenüberliegt,
sowie eine Ausnehmung 75, um den Lichtbogen davon abzuhalten,
sich auf den Mittelabschnitt zu konzentrieren, der ausgebildet ist
auf einer Fläche,
welche der beweglichen Kontaktplatte gegenüberliegt.
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In
der oben beschriebenen Vakuum-Schaltröhre gemäß der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird der elektrische Strom übertragen
von der stationären
zylindrischen Elektrode 4 zu der beweglichen Kontaktplatte
durch die erste stationäre
Scheibenelektrode 51, die leitfähigen Stifte 59, die
zweite stationäre
Scheibenelektrode 53 und die stationäre Kontaktplatte 55,
wenn der Kontaktpunkt kontaktiert wird. Wie in 10 gezeigt,
wird der elektrische Strom, der auf der ersten stationären Scheibenelektrode 51 fließt, im Uhrzeigersinn
gedreht durch die drei elektrischen. Pfade von bogenförmiger Gestalt,
welche durch die Schlitze 61 geteilt werden, und fließt vom Mittelteil,
wo die stationäre
zylindrische Elektrode 4 mit den leitfähigen Stiften 59 gekoppelt
ist.
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Danach
wird der elektrische Strom, der übertragen
wird, zur zweiten stationären
Scheibenelektrode 53, gedreht in Uhrzeigerrichtung durch
die drei elektrischen Pfade von bogenförmiger Gestalt, welche durch
die Schlitze 65 geteilt werden, und fließt von den
leitfähigen
Stiften 59 zum vorstehenden Teil 69, welches eingefügt und gekoppelt
ist mit der Ausnehmung der stationären Kontaktplatte 55.
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Daher
bilden die erste stationäre
Scheibenelektrode 51 und die zweite stationäre Scheibenelektrode 53,
in welchen der durchfließende
elektrische Strom in gleicher Richtung (im Uhrzeigersinn) gedreht
wird, ein zusammengesetztes axiales Magnetfeld.
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Wenn
die elektrischen Ströme,
die durch die erste bewegliche Scheibenelektrode und die zweite bewegliche
Scheibenelektrode fließen,
werden sie ebenfalls im Uhrzeigersinn gedreht. Daher wird ein starkes
magnetisches Feld in axialer Richtung auf der Kontaktanordnung gebildet.
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In
der oben beschriebenen Vakuum-Schaltröhre weisen die erste stationäre Scheibenelektrode 51,
die zweite stationäre
Scheibenelektrode 53, die erste bewegliche Scheibenelektrode
und die zweite bewegliche Scheibenelektrode alle elektrische Pfade auf,
die in die gleiche Richtung (im Uhrzeigersinn) sich drehen und fließen mittels
dreier Schlitze und dementsprechend ein magnetisches Feld in der
gleichen Richtung (axialer Richtung) ausbilden. Deshalb kann das
axiale Magnetfeld so ausgebildet werden, dass es die doppelte Stärke des
Magnetfelds der ersten Ausführungsform
aufweist.
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Deshalb
können
Verteilung und Auslöschung des
Lichtbogens, der erzeugt wird zwischen der stationären Kontaktplatte 93 und
der beweglichen Kontaktplatte 94, welche getrennt werden,
wenn der Stromkreis wegen eines starken Stroms unterbrochen wird,
schneller durchgeführt
werden als in der ersten Ausführungsform.
Ebenso ist eine konkave Aussparung zur Verhinderung der Konzentration
des Lichtbogens im Mittelpunkt ausgebildet auf dem Mittelteil der
Kontaktplatte, und deshalb können
die Verteilungseffekte des Lichtbogens verbessert werden.
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Die
Vakuum-Schaltröhre
für den
Vakuum-Leistungsschalter gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie oben beschrieben, beinhaltet Elektroden, welche drei
elektrische Pfade von bogenförmiger
Gestalt schaffen, und induziert den elektrischen Strom in dieselben
Richtungen, und daher wird ein starkes axiales Magnetfeld ausgebildet.
Deshalb wird, wenn ein Lichtbogen erzeugt wird, der Lichtbogen rasch auf
der Kontaktfläche
verteilt und rasch ausgelöscht.