專利名稱：用于真空斷路器的電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于真空斷路器的具有導(dǎo)弧槽的改進(jìn)電極。
過去，用于真空斷路器的電極設(shè)有多個螺旋形槽以便控制電極內(nèi)的電流通道并在圓周方向形成一圓環(huán)形電流通道，從而電極間產(chǎn)生的弧被環(huán)流感應(yīng)的磁場推動并在電極上沿圓周移動，于是防止弧停留在電極上避免電極局部熔化且加強斷流能力。而且，為了在產(chǎn)生弧時產(chǎn)生作用于弧的強磁場推動力，已公知形成也用作電極接觸面的通弧面部。即，繞電極圓周的通弧面部突出且電極中心部下凹，于是電極可通過通弧面部與相對電極接觸。
可是，上述構(gòu)造的電極有下列缺陷。即，由于電極設(shè)有通過切削電極形成的并從電極中心凹部伸至圓周的多個導(dǎo)弧槽或螺旋槽以及由各導(dǎo)弧槽分隔確定的多個通弧面部，所以弧移過通弧面部后到達(dá)電極外圓周邊緣，停留在通弧面部末端。當(dāng)弧以這種方式停留時，電極局部被弧加熱，產(chǎn)生電極熔化，可能導(dǎo)致中斷失敗。
JP-A-60-74320(1985)和JP-A-61-29027(1986)公開了一種真空斷路器的結(jié)構(gòu)，其中由多個導(dǎo)弧槽確定的電極多個通弧面部的外圓周部分由具有高電阻的金屬件連接以便弧移至相鄰?fù)ɑ∶娌??？墒?，所公開的真空斷路器需要混合其它材料導(dǎo)致電極上的材料不連續(xù)。由于真空中的弧電壓取決于所用電極材料且真空中的弧穩(wěn)定在具有低弧電壓的材料處。相應(yīng)地，根據(jù)所用材料的混合，弧容易停留在電極材料分界處和插入件處。而且，從構(gòu)造上說，在兩種材料的連接部容易產(chǎn)生間隔，弧會停留在連接部。
而且，多個分隔的通弧面部通過在電極中心部的邊緣牢固地相連，當(dāng)通弧面部與相對的電極通弧面部接觸時通弧面部容易受沖擊變形。當(dāng)通弧面部變形時，電極不能均勻接觸，可能增加接觸電阻。增加接觸電阻引起麻煩，如電極的異常發(fā)熱。為了解決這些問題，JP-A-63-158722(1988)公開了一種用于真空斷路器的改進(jìn)電極。利用顯示本發(fā)明實施例之一的圖7和8說明該改進(jìn)電極結(jié)構(gòu)。電極20在面對相對電極側(cè)設(shè)有一環(huán)形連接部14A(為了說明圖7中只示出一部分)，它連接由多個導(dǎo)弧槽13分隔的多個相鄰?fù)ɑ∶娌?且弧被磁力推過環(huán)形連接部14A。
在所公開的電極20中，環(huán)形連接部14A的寬度由其外直徑與內(nèi)直徑之差確定，與同時示于圖7的本發(fā)明環(huán)形連接部14相比，由于連接部14A的寬度太大，分支中斷電流i3在一個通弧面部5上的電流通道長度基本與分支中斷電流i3′在相鄰?fù)ɑ∶娌?上的電流通道長度相同，因而推動弧的磁力微弱且弧容易停留。造成環(huán)形連接部14A過寬的原因是認(rèn)為，由于環(huán)形連接部14A通過銀焊料之類的焊接材料連接通弧面部5，當(dāng)弧被磁力推過環(huán)形連接部14A時，環(huán)形連接部14A可能發(fā)熱至熔化銀焊料的高溫并導(dǎo)致中斷失敗，所以增加環(huán)形連接部14A的寬度，加強其冷卻能力并防止銀焊料的可能熔化。本發(fā)明人對所公開的電極進(jìn)行試驗研究，發(fā)現(xiàn)所公開的電極有缺點，弧容易停留，可能引起電極過熱，熔化銀焊料并最終導(dǎo)致斷流失敗。
本發(fā)明的目的是提供一種用于真空斷路器的電極，其斷流容量可自由設(shè)計并且還可根據(jù)斷流容量自由設(shè)計其體積和重量。
達(dá)到上述目的的用于真空斷路器的電極包括一對位于真空罐中的可分離電極和至少一對與其相連并以真空密封方式從真空罐向外延伸的導(dǎo)體，且電極設(shè)有多個從其中心側(cè)伸至其外圓周側(cè)的導(dǎo)弧槽，由所述多個導(dǎo)弧槽確定的多個通弧面部以及連接部，該連接部由導(dǎo)電率與通弧面部相同的材料制成，它跨過相應(yīng)的導(dǎo)弧槽在其外圓周邊將各相鄰?fù)ɑ∶娌窟B接成整體，其特征在于，可調(diào)整確定構(gòu)成連接部電流通道的橫截面范圍，以便在相鄰?fù)ɑ∶娌可系碾娏魍ǖ篱L度不同時控制從相鄰?fù)ɑ∶娌苛魅氲碾娏鳌?br> 更具體地，設(shè)連接部外直徑為D1且連接部內(nèi)直徑為D2，選擇連接部的寬度使之滿足比值D2/D1在大于0.9且小于1.0的范圍內(nèi)。


圖1是本發(fā)明用于圖5所示真空斷路器的可動電極實施例的平面圖；圖2是沿圖1中線II-II剖開的橫截面圖；圖3是圖1所示可動電極的剖視圖；圖4是用于說明功能的圖1所示可動電極的相同平面圖；圖5是應(yīng)用本發(fā)明的真空斷路器截面?zhèn)葓D；圖6是本發(fā)明用于真空斷路器的電極的另一實施例平面圖；圖7是本發(fā)明用于真空斷路器的電極的再一實施例平面圖；圖8是圖7所示電極的橫截面圖。
下面參照圖1至5說明本發(fā)明的一個實施例。
圖5所示為真空斷路器全圖。真空罐3由一絕緣圓筒1與一對固定在絕緣圓筒1兩端的端板2和12構(gòu)成。真空罐3中有一對固定電極4和可動電極5，且一對導(dǎo)體6和7在真空密封下從各電極背面伸向絕緣罐3的外側(cè)。在可動電極5側(cè)的導(dǎo)體7和端板2之間固定一個波紋管8。波紋管8位于固定金屬件9和端板2之間，金屬件9固定在可動電極5側(cè)的導(dǎo)體7上。波紋管8使可動電極5側(cè)的導(dǎo)體7能通過操作機構(gòu)(未示出)軸向移動，而不斷開真空罐3中的真空，操作機構(gòu)與可動電極5側(cè)的導(dǎo)體7相連。通過可動電極5側(cè)導(dǎo)體7的軸向移動固定電極4與可動電極5可電氣接觸與分離?？拷^緣圓筒1的內(nèi)表面有一保護(hù)罩10以便沉淀弧A產(chǎn)生的微小金屬顆粒，弧A是可動電極5與固定電極4分離時在電極之間產(chǎn)生的。
參照圖1至圖4說明固定電極4與可動電極5的結(jié)構(gòu)。由于兩電極結(jié)構(gòu)相同，因此以可動電極5為例說明其結(jié)構(gòu)，并不再說明固定電極?？蓜与姌O5主要由具有高導(dǎo)電性的金屬(如銅)層11與另一具有耐弧性的金屬(如鉻銅)層12構(gòu)成。高導(dǎo)電性金屬層11與耐弧性金屬層12的組合如下將鉻粉壓制成圓筒形生坯，然后加熱圓筒形生坯形成燒結(jié)合金，燒結(jié)合金放入圓筒形模具后，將熔化的銅倒入模具形成滲透合金。這樣，燒結(jié)合金空隙中的空氣由熔化銅取代并被擠出，因而用這種滲透合金的電極在真空罐中進(jìn)行抽空處理時不會劣化真空。通過切削滲透合金形成上述電極。高導(dǎo)電性金屬層11與耐弧性金屬層12之間的邊界層構(gòu)成一種合金，其熔點高于焊接材料，如銀焊料，在其中幾乎不可熔，且其耐弧性高，還可提高電極的斷流容量?？蓜与姌O5有一中心凹部5A以及繞中心凹部5A的通弧面部5B，5C和5D，它們整體形成并也作為接觸面。各通弧面部5B，5C和5D由切入電極5的導(dǎo)弧槽13A，13B和13C確定，它們以螺旋形從中心凹部5A的外圓周伸至接近電極5的外圓周邊5E處。各連接部14橫貫電極5外圓周邊5E處的各導(dǎo)弧槽13A，13B和13C，同時在各通弧面部5B，5C和5D上確定各導(dǎo)弧槽13A，13B和13C的外圓周端并在其外邊緣連接相鄰的各通弧面部。換句話說，各連接部14跨接各導(dǎo)弧槽。而且，各連接部14由導(dǎo)電材料構(gòu)成并與各通弧面部5B，5C和5D形成整體，該導(dǎo)電材料的電阻率與各通弧面部的相同。
因為這個原因，當(dāng)弧經(jīng)過各通弧面部5B，5C和5D以及連接部14時，發(fā)熱受到抑制并提高電極斷流能力。而且，通過各通弧面部5B，5C和5D以及各連接部14的整體化，其高度相等，與圖8所示實施例相比減小了電極軸向長度并進(jìn)一步消除電場密度，換句話說，降低電場密度進(jìn)一步提高電極斷流能力。
假定弧A閃至圖4所示位置，分支電流i1沿通弧面部5B流動且另一分支電流i2沿相鄰?fù)ɑ∶娌?D流向弧A，且分支電流i1的電流通道比分支電流i2的電流通道長?？墒?，本實施例中，各連接部14的寬度L由外直徑D1與內(nèi)直徑D2之間的差決定，可調(diào)節(jié)確定該寬度使分支電流i1通過有關(guān)連接部14順利地流向相鄰?fù)ɑ∶娌?D，換言之，不阻止弧A通過其它分支電流i2移動。具體地說，在大于0.9且小于1.0的范圍內(nèi)選擇比值D2/D1。
固定電極4和可動電極5以圖5所示的相對方式布置時，如上所述調(diào)節(jié)分支電流i1流過電極的通道，從而大體在圓周方向形成往返式電流通道。流過上述電流通道的分支電流i1感應(yīng)出磁場H，通過該磁場將電極間產(chǎn)生的弧A帶入圓周方向移過通弧面部。
本發(fā)明人觀察到下述現(xiàn)象。例如，弧A經(jīng)過通弧面部5B到與通弧面部5D的交界處時，希望弧A通過有關(guān)連接部14移至通弧面部5D。可是，分支電流i2已在通弧面部5D上流動，它阻止電流i1流入通弧面部5D，使弧A停留在有關(guān)連接部14附近，引起電極局部過熱且產(chǎn)生局部熔化，可能導(dǎo)致斷流失敗。
鑒于上述觀察，本發(fā)明人通過調(diào)節(jié)連接部14的寬度和厚度確定作為電流通道的連接部14的橫截面，控制分支電流i1和i2流過有關(guān)連接部14，從而解決上述問題。即，假設(shè)連接部14的外直徑為D1而內(nèi)直徑為D2，比值D2/D1在大于0.9且小于1.0的范圍內(nèi)。結(jié)果，弧A在圓周方向適當(dāng)?shù)乇淮磐七^有關(guān)通弧面部，從而大大增加電極斷流容量。例如，假定傳統(tǒng)電極斷流容量為1，其連接部寬度L不象本發(fā)明可調(diào)，則本發(fā)明電極斷流容量可增至2。所以，對應(yīng)于增加的斷流容量，本發(fā)明電極的體積和重量都比傳統(tǒng)電極小。
如果連接部14所選比值D2/D1小于0.9，連接部14的寬度相對加大且較大的分支電流i2可流入連接部14，阻止弧A移過連接部14并導(dǎo)致弧A停留在連接部14，可能引起斷流失敗。
如果比值D2/D1接近1.0，連接部14的寬度減小且基本上沒有分支電流i2流過連接部14，因而電流i1感應(yīng)的磁場H增加且弧A可能被強磁場H和大分支電流i1感應(yīng)出的強電磁力推出電極撞上保護(hù)罩10，使真空斷路器無法工作。通過將比值D2/D1設(shè)定在大于0.9且小于1.0的范圍內(nèi)，正確控制流過有關(guān)連接部14的分支電流i1和i2。這種情況下，如果首先控制分支電流i2，而不是分支電流i1，有關(guān)連接部14的寬度可變窄，從而帶來減小電極重量的優(yōu)點。從上述可知，只調(diào)節(jié)連接部寬度L就可改變電極斷流容量并且根據(jù)所需斷流容量可自由設(shè)計電極的體積和重量。后面還將說明，除了調(diào)節(jié)其寬度以外，調(diào)節(jié)連接部14的厚度更好。
下表所示為根據(jù)不同比值D2/D1，本發(fā)明不同直徑電極與JP-A-63-158722公開的傳統(tǒng)電極性能對照。
電極性能對照表
比較表中第二，第四和第六行的可斷電流可看出，本發(fā)明電極的可斷電流約為傳統(tǒng)電極的兩倍。
下面說明上一實施例的修改形式以及其它實施例。
(1)其確定電流路徑的橫截面范圍被控制的連接部14設(shè)在導(dǎo)弧槽13B的外圓周邊13E和電極5的外圓周邊5E之間寬度最窄處，其中，當(dāng)連接部14的一側(cè)與連接電極5中心和有關(guān)導(dǎo)弧槽最外邊13E的切線S成直線且連接部14的另一側(cè)也相對電極5外圓周切線S位于同一側(cè)時，為控制分支電流i1和i2調(diào)節(jié)連接部14的橫截面范圍方便且調(diào)節(jié)能力提高。
(2)將連接部14的厚度定在0.5-5mm范圍內(nèi)較好。如果厚度超過5mm，連接部14到達(dá)高導(dǎo)電材料層11，使大量分支電流i2流入連接部14并減小由電流i1感應(yīng)的用于推動弧A的磁力。于是，電極具有與上述一樣的缺點。而且，如果厚度小于0.5mm，電極上的連接部14容易被弧A磨損，降低電極機械強度并縮短其壽命，不經(jīng)濟。
可見，聯(lián)合調(diào)節(jié)連接部14的厚度與寬度，可更有效地控制分支電流i1和i2。
(3)在各通弧面部5B，5C和5D的外圓周邊形成圓范圍為0.5mm-1.5mm的圓面15較好。如果圓小于0.5mm，電極的介質(zhì)擊穿電壓降低且電極容易產(chǎn)生放電，而如果圓大于1.5mm，弧A容易增長向保護(hù)罩10擴展，可能增加真空斷路器的體積。
(4)導(dǎo)弧槽13A，13B和13C可以直線形從中心凹部5A伸至通弧面部的外圓周邊，如圖6所示。此時，連接部14分別設(shè)在各導(dǎo)弧槽13A，13B和13C的外圓周邊與通弧面部5B，5C和5D的外圓周邊之間。
(5)圖7和圖8的實施例中，電極20設(shè)有多個導(dǎo)弧槽13和由多個導(dǎo)弧槽13確定的多個通弧面部5，還設(shè)有一環(huán)形連接部14，它圍繞電極5的外圓周邊緣，跨接各導(dǎo)弧槽并連接各通弧面部且面對相對電極。與第一實施例相同，確定環(huán)形連接部14的寬度L使之滿足比值D2/D1在大于0.9且小于1.0的范圍內(nèi)，這樣，即使分支電流i3的電流通道比分支電流i3′的電流通道長，弧A也能通過環(huán)形連接部14移向相鄰?fù)ɑ∶娌俊?br> 利用本發(fā)明，可自由改變真空斷路器電極的斷流容量，并且可根據(jù)所需斷流容量自由設(shè)計電極的體積和重量。
權(quán)利要求
1.一種用于真空斷路器的電極，包括一對位于真空罐中的可分離電極和至少一對與其相連并以真空密封方式從真空罐向外延伸的導(dǎo)體，電極設(shè)有多個從其中心側(cè)伸至其外圓周側(cè)的導(dǎo)弧槽，由所述多個導(dǎo)弧槽確定的多個通弧面部以及連接部，所述連接部由導(dǎo)電率與通弧面部相同的材料制成，它跨過相應(yīng)的導(dǎo)弧槽在其外圓周邊將各相鄰?fù)ɑ∶娌窟B接成整體，其特征在于，構(gòu)成連接部電流通道的橫截面范圍可調(diào)整確定，以便在相鄰?fù)ɑ∶娌可系碾娏魍ǖ篱L度不同時控制從相鄰?fù)ɑ∶娌苛魅氲碾娏鳌?br> 2.一種用于真空斷路器的電極，包括一對位于真空罐中的可分離電極和至少一對與其相連并以真空密封方式從真空罐向外延伸的導(dǎo)體，電極設(shè)有多個從其中心側(cè)伸至其外圓周側(cè)的導(dǎo)弧槽，由所述多個導(dǎo)弧槽確定的多個通弧面部以及連接部，所述連接部由導(dǎo)電率與通弧面部相同的材料制成，它跨過相應(yīng)的導(dǎo)弧槽在其外圓周邊將各相鄰?fù)ɑ∶娌窟B接成整體，其特征在于，可調(diào)整確定構(gòu)成連接部電流通道的橫截面范圍，以便在相鄰?fù)ɑ∶娌可系碾娏魍ǖ篱L度不同時控制從相鄰?fù)ɑ∶娌苛魅氲碾娏?，使得假設(shè)連接部外直徑為D1且連接部內(nèi)直徑為D2，選擇連接部的寬度使之滿足比值D2/D1在大于0.9且小于1.0的范圍內(nèi)。
3.一種如權(quán)利要求1或2的用于真空斷路器的電極，其特征在于，連接部與相鄰?fù)ɑ∶娌康谋砻娓叨认嗟取?br> 4.一種如權(quán)利要求1或2的用于真空斷路器的電極，其特征在于，連接部與通弧面部使用同一種材料。
5.一種如權(quán)利要求1至4之一的用于真空斷路器的電極，其特征在于，連接部設(shè)在沿連接電極中心和各導(dǎo)弧槽外圓周邊的切線在各導(dǎo)弧槽外圓周邊與電極外圓周邊緣間附近。
6.一種如權(quán)利要求1至5之一的用于真空斷路器的電極，其特征在于，電極使用一種滲透合金，它通過將具有高導(dǎo)電性的熔化金屬倒入有空隙的耐弧金屬燒結(jié)合金中而形成。
7.一種如權(quán)利要求1至6之一的用于真空斷路器的電極，其特征在于，用于各導(dǎo)弧槽的連接部厚度在0.5-5mm范圍內(nèi)。
8.一種如權(quán)利要求1至7之一的用于真空斷路器的電極，其特征在于，通弧面部外圓周邊被制成0.5-1.5mm倒圓范圍的圓形表面。
9..一種如權(quán)利要求1的用于真空斷路器的電極，其特征在于，設(shè)連接部外直徑為D1且連接部內(nèi)直徑為D2，選擇連接部的寬度使之滿足比值D2/D1在大于0.9且小于1.0的范圍內(nèi)，用于各導(dǎo)弧槽的連接部厚度在0.5-5mm范圍內(nèi)，且通弧面部外圓周邊被制成0.5-1.5mm倒圓范圍的圓形表面。
10.一種用于真空斷路器的電極，包括一對位于真空罐中的可分離電極和至少一對與其相連并以真空密封方式從真空罐向外延伸的導(dǎo)體，電極設(shè)有多個從其中心側(cè)伸至其外圓周側(cè)的導(dǎo)弧槽，由所述多個導(dǎo)弧槽確定的多個通弧面部以及環(huán)形連接部，環(huán)形連接部圍繞電極的外圓周邊緣，跨接各導(dǎo)弧槽并連接各通弧面部且面對相對電極，其特征在于，可調(diào)整確定構(gòu)成環(huán)形連接部電流通道的橫截面范圍，以便在相鄰?fù)ɑ∶娌可系碾娏魍ǖ篱L度不同時控制從相鄰?fù)ɑ∶娌苛魅氲碾娏?，使得假設(shè)環(huán)形連接部外直徑為D1且連接部內(nèi)直徑為D2，選擇環(huán)形連接部的寬度使之滿足比值D2/D1在大于0.9且小于1.0的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種用于真空斷路器的電極，設(shè)有使用與通弧面部導(dǎo)電率相同的材料制成的連接部，它在外圓周邊跨過有關(guān)導(dǎo)弧槽，其中，設(shè)連接部外直徑為D1且連接部內(nèi)直徑為D2，選擇連接部的寬度使之滿足比值D2/D1在大于0.9且小于1.0的范圍內(nèi)。于是，電極間產(chǎn)生的弧通過連接部被磁力推動越過通弧面部，從而提高電極斷流容量并減小電極的體積和重量。
文檔編號H01H33/664GK1139285SQ96105468
公開日1997年1月1日 申請日期1996年4月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月26日
發(fā)明者田好美, 谷水徹, 小林將人, 岡部均, 小室勝博, 和田昭 申請人:株式會社日立制作所