专利名称：用于真空断路器的电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于真空断路器的具有导弧槽的改进电极。
过去，用于真空断路器的电极设有多个螺旋形槽以便控制电极内的电流通道并在圆周方向形成一圆环形电流通道，从而电极间产生的弧被环流感应的磁场推动并在电极上沿圆周移动，于是防止弧停留在电极上避免电极局部熔化且加强断流能力。而且，为了在产生弧时产生作用于弧的强磁场推动力，已公知形成也用作电极接触面的通弧面部。即，绕电极圆周的通弧面部突出且电极中心部下凹，于是电极可通过通弧面部与相对电极接触。
可是，上述构造的电极有下列缺陷。即，由于电极设有通过切削电极形成的并从电极中心凹部伸至圆周的多个导弧槽或螺旋槽以及由各导弧槽分隔确定的多个通弧面部，所以弧移过通弧面部后到达电极外圆周边缘，停留在通弧面部末端。当弧以这种方式停留时，电极局部被弧加热，产生电极熔化，可能导致中断失败。
JP-A-60-74320(1985)和JP-A-61-29027(1986)公开了一种真空断路器的结构，其中由多个导弧槽确定的电极多个通弧面部的外圆周部分由具有高电阻的金属件连接以便弧移至相邻通弧面部。可是，所公开的真空断路器需要混合其它材料导致电极上的材料不连续。由于真空中的弧电压取决于所用电极材料且真空中的弧稳定在具有低弧电压的材料处。相应地，根据所用材料的混合，弧容易停留在电极材料分界处和插入件处。而且，从构造上说，在两种材料的连接部容易产生间隔，弧会停留在连接部。
而且，多个分隔的通弧面部通过在电极中心部的边缘牢固地相连，当通弧面部与相对的电极通弧面部接触时通弧面部容易受冲击变形。当通弧面部变形时，电极不能均匀接触，可能增加接触电阻。增加接触电阻引起麻烦，如电极的异常发热。为了解决这些问题，JP-A-63-158722(1988)公开了一种用于真空断路器的改进电极。利用显示本发明实施例之一的图7和8说明该改进电极结构。电极20在面对相对电极侧设有一环形连接部14A(为了说明图7中只示出一部分)，它连接由多个导弧槽13分隔的多个相邻通弧面部5且弧被磁力推过环形连接部14A。
在所公开的电极20中，环形连接部14A的宽度由其外直径与内直径之差确定，与同时示于图7的本发明环形连接部14相比，由于连接部14A的宽度太大，分支中断电流i3在一个通弧面部5上的电流通道长度基本与分支中断电流i3′在相邻通弧面部5上的电流通道长度相同，因而推动弧的磁力微弱且弧容易停留。造成环形连接部14A过宽的原因是认为，由于环形连接部14A通过银焊料之类的焊接材料连接通弧面部5，当弧被磁力推过环形连接部14A时，环形连接部14A可能发热至熔化银焊料的高温并导致中断失败，所以增加环形连接部14A的宽度，加强其冷却能力并防止银焊料的可能熔化。本发明人对所公开的电极进行试验研究，发现所公开的电极有缺点，弧容易停留，可能引起电极过热，熔化银焊料并最终导致断流失败。
本发明的目的是提供一种用于真空断路器的电极，其断流容量可自由设计并且还可根据断流容量自由设计其体积和重量。
达到上述目的的用于真空断路器的电极包括一对位于真空罐中的可分离电极和至少一对与其相连并以真空密封方式从真空罐向外延伸的导体，且电极设有多个从其中心侧伸至其外圆周侧的导弧槽，由所述多个导弧槽确定的多个通弧面部以及连接部，该连接部由导电率与通弧面部相同的材料制成，它跨过相应的导弧槽在其外圆周边将各相邻通弧面部连接成整体，其特征在于，可调整确定构成连接部电流通道的横截面范围，以便在相邻通弧面部上的电流通道长度不同时控制从相邻通弧面部流入的电流。
更具体地，设连接部外直径为D1且连接部内直径为D2，选择连接部的宽度使之满足比值D2/D1在大于0.9且小于1.0的范围内。
图1是本发明用于图5所示真空断路器的可动电极实施例的平面图；图2是沿图1中线II-II剖开的横截面图；图3是图1所示可动电极的剖视图；图4是用于说明功能的图1所示可动电极的相同平面图；图5是应用本发明的真空断路器截面侧图；图6是本发明用于真空断路器的电极的另一实施例平面图；图7是本发明用于真空断路器的电极的再一实施例平面图；图8是图7所示电极的横截面图。
下面参照图1至5说明本发明的一个实施例。
图5所示为真空断路器全图。真空罐3由一绝缘圆筒1与一对固定在绝缘圆筒1两端的端板2和12构成。真空罐3中有一对固定电极4和可动电极5，且一对导体6和7在真空密封下从各电极背面伸向绝缘罐3的外侧。在可动电极5侧的导体7和端板2之间固定一个波纹管8。波纹管8位于固定金属件9和端板2之间，金属件9固定在可动电极5侧的导体7上。波纹管8使可动电极5侧的导体7能通过操作机构(未示出)轴向移动，而不断开真空罐3中的真空，操作机构与可动电极5侧的导体7相连。通过可动电极5侧导体7的轴向移动固定电极4与可动电极5可电气接触与分离。靠近绝缘圆筒1的内表面有一保护罩10以便沉淀弧A产生的微小金属颗粒，弧A是可动电极5与固定电极4分离时在电极之间产生的。
参照图1至图4说明固定电极4与可动电极5的结构。由于两电极结构相同，因此以可动电极5为例说明其结构，并不再说明固定电极。可动电极5主要由具有高导电性的金属(如铜)层11与另一具有耐弧性的金属(如铬铜)层12构成。高导电性金属层11与耐弧性金属层12的组合如下将铬粉压制成圆筒形生坯，然后加热圆筒形生坯形成烧结合金，烧结合金放入圆筒形模具后，将熔化的铜倒入模具形成渗透合金。这样，烧结合金空隙中的空气由熔化铜取代并被挤出，因而用这种渗透合金的电极在真空罐中进行抽空处理时不会劣化真空。通过切削渗透合金形成上述电极。高导电性金属层11与耐弧性金属层12之间的边界层构成一种合金，其熔点高于焊接材料，如银焊料，在其中几乎不可熔，且其耐弧性高，还可提高电极的断流容量。可动电极5有一中心凹部5A以及绕中心凹部5A的通弧面部5B，5C和5D，它们整体形成并也作为接触面。各通弧面部5B，5C和5D由切入电极5的导弧槽13A，13B和13C确定，它们以螺旋形从中心凹部5A的外圆周伸至接近电极5的外圆周边5E处。各连接部14横贯电极5外圆周边5E处的各导弧槽13A，13B和13C，同时在各通弧面部5B，5C和5D上确定各导弧槽13A，13B和13C的外圆周端并在其外边缘连接相邻的各通弧面部。换句话说，各连接部14跨接各导弧槽。而且，各连接部14由导电材料构成并与各通弧面部5B，5C和5D形成整体，该导电材料的电阻率与各通弧面部的相同。
因为这个原因，当弧经过各通弧面部5B，5C和5D以及连接部14时，发热受到抑制并提高电极断流能力。而且，通过各通弧面部5B，5C和5D以及各连接部14的整体化，其高度相等，与图8所示实施例相比减小了电极轴向长度并进一步消除电场密度，换句话说，降低电场密度进一步提高电极断流能力。
假定弧A闪至图4所示位置，分支电流i1沿通弧面部5B流动且另一分支电流i2沿相邻通弧面部5D流向弧A，且分支电流i1的电流通道比分支电流i2的电流通道长。可是，本实施例中，各连接部14的宽度L由外直径D1与内直径D2之间的差决定，可调节确定该宽度使分支电流i1通过有关连接部14顺利地流向相邻通弧面部5D，换言之，不阻止弧A通过其它分支电流i2移动。具体地说，在大于0.9且小于1.0的范围内选择比值D2/D1。
固定电极4和可动电极5以图5所示的相对方式布置时，如上所述调节分支电流i1流过电极的通道，从而大体在圆周方向形成往返式电流通道。流过上述电流通道的分支电流i1感应出磁场H，通过该磁场将电极间产生的弧A带入圆周方向移过通弧面部。
本发明人观察到下述现象。例如，弧A经过通弧面部5B到与通弧面部5D的交界处时，希望弧A通过有关连接部14移至通弧面部5D。可是，分支电流i2已在通弧面部5D上流动，它阻止电流i1流入通弧面部5D，使弧A停留在有关连接部14附近，引起电极局部过热且产生局部熔化，可能导致断流失败。
鉴于上述观察，本发明人通过调节连接部14的宽度和厚度确定作为电流通道的连接部14的横截面，控制分支电流i1和i2流过有关连接部14，从而解决上述问题。即，假设连接部14的外直径为D1而内直径为D2，比值D2/D1在大于0.9且小于1.0的范围内。结果，弧A在圆周方向适当地被磁推过有关通弧面部，从而大大增加电极断流容量。例如，假定传统电极断流容量为1，其连接部宽度L不象本发明可调，则本发明电极断流容量可增至2。所以，对应于增加的断流容量，本发明电极的体积和重量都比传统电极小。
如果连接部14所选比值D2/D1小于0.9，连接部14的宽度相对加大且较大的分支电流i2可流入连接部14，阻止弧A移过连接部14并导致弧A停留在连接部14，可能引起断流失败。
如果比值D2/D1接近1.0，连接部14的宽度减小且基本上没有分支电流i2流过连接部14，因而电流i1感应的磁场H增加且弧A可能被强磁场H和大分支电流i1感应出的强电磁力推出电极撞上保护罩10，使真空断路器无法工作。通过将比值D2/D1设定在大于0.9且小于1.0的范围内，正确控制流过有关连接部14的分支电流i1和i2。这种情况下，如果首先控制分支电流i2，而不是分支电流i1，有关连接部14的宽度可变窄，从而带来减小电极重量的优点。从上述可知，只调节连接部宽度L就可改变电极断流容量并且根据所需断流容量可自由设计电极的体积和重量。后面还将说明，除了调节其宽度以外，调节连接部14的厚度更好。
下表所示为根据不同比值D2/D1，本发明不同直径电极与JP-A-63-158722公开的传统电极性能对照。
电极性能对照表
比较表中第二，第四和第六行的可断电流可看出，本发明电极的可断电流约为传统电极的两倍。
下面说明上一实施例的修改形式以及其它实施例。
(1)其确定电流路径的横截面范围被控制的连接部14设在导弧槽13B的外圆周边13E和电极5的外圆周边5E之间宽度最窄处，其中，当连接部14的一侧与连接电极5中心和有关导弧槽最外边13E的切线S成直线且连接部14的另一侧也相对电极5外圆周切线S位于同一侧时，为控制分支电流i1和i2调节连接部14的横截面范围方便且调节能力提高。
(2)将连接部14的厚度定在0.5-5mm范围内较好。如果厚度超过5mm，连接部14到达高导电材料层11，使大量分支电流i2流入连接部14并减小由电流i1感应的用于推动弧A的磁力。于是，电极具有与上述一样的缺点。而且，如果厚度小于0.5mm，电极上的连接部14容易被弧A磨损，降低电极机械强度并缩短其寿命，不经济。
可见，联合调节连接部14的厚度与宽度，可更有效地控制分支电流i1和i2。
(3)在各通弧面部5B，5C和5D的外圆周边形成圆范围为0.5mm-1.5mm的圆面15较好。如果圆小于0.5mm，电极的介质击穿电压降低且电极容易产生放电，而如果圆大于1.5mm，弧A容易增长向保护罩10扩展，可能增加真空断路器的体积。
(4)导弧槽13A，13B和13C可以直线形从中心凹部5A伸至通弧面部的外圆周边，如图6所示。此时，连接部14分别设在各导弧槽13A，13B和13C的外圆周边与通弧面部5B，5C和5D的外圆周边之间。
(5)图7和图8的实施例中，电极20设有多个导弧槽13和由多个导弧槽13确定的多个通弧面部5，还设有一环形连接部14，它围绕电极5的外圆周边缘，跨接各导弧槽并连接各通弧面部且面对相对电极。与第一实施例相同，确定环形连接部14的宽度L使之满足比值D2/D1在大于0.9且小于1.0的范围内，这样，即使分支电流i3的电流通道比分支电流i3′的电流通道长，弧A也能通过环形连接部14移向相邻通弧面部。
利用本发明，可自由改变真空断路器电极的断流容量，并且可根据所需断流容量自由设计电极的体积和重量。
权利要求
1.一种用于真空断路器的电极，包括一对位于真空罐中的可分离电极和至少一对与其相连并以真空密封方式从真空罐向外延伸的导体，电极设有多个从其中心侧伸至其外圆周侧的导弧槽，由所述多个导弧槽确定的多个通弧面部以及连接部，所述连接部由导电率与通弧面部相同的材料制成，它跨过相应的导弧槽在其外圆周边将各相邻通弧面部连接成整体，其特征在于，构成连接部电流通道的横截面范围可调整确定，以便在相邻通弧面部上的电流通道长度不同时控制从相邻通弧面部流入的电流。
2.一种用于真空断路器的电极，包括一对位于真空罐中的可分离电极和至少一对与其相连并以真空密封方式从真空罐向外延伸的导体，电极设有多个从其中心侧伸至其外圆周侧的导弧槽，由所述多个导弧槽确定的多个通弧面部以及连接部，所述连接部由导电率与通弧面部相同的材料制成，它跨过相应的导弧槽在其外圆周边将各相邻通弧面部连接成整体，其特征在于，可调整确定构成连接部电流通道的横截面范围，以便在相邻通弧面部上的电流通道长度不同时控制从相邻通弧面部流入的电流，使得假设连接部外直径为D1且连接部内直径为D2，选择连接部的宽度使之满足比值D2/D1在大于0.9且小于1.0的范围内。
3.一种如权利要求1或2的用于真空断路器的电极，其特征在于，连接部与相邻通弧面部的表面高度相等。
4.一种如权利要求1或2的用于真空断路器的电极，其特征在于，连接部与通弧面部使用同一种材料。
5.一种如权利要求1至4之一的用于真空断路器的电极，其特征在于，连接部设在沿连接电极中心和各导弧槽外圆周边的切线在各导弧槽外圆周边与电极外圆周边缘间附近。
6.一种如权利要求1至5之一的用于真空断路器的电极，其特征在于，电极使用一种渗透合金，它通过将具有高导电性的熔化金属倒入有空隙的耐弧金属烧结合金中而形成。
7.一种如权利要求1至6之一的用于真空断路器的电极，其特征在于，用于各导弧槽的连接部厚度在0.5-5mm范围内。
8.一种如权利要求1至7之一的用于真空断路器的电极，其特征在于，通弧面部外圆周边被制成0.5-1.5mm倒圆范围的圆形表面。
9..一种如权利要求1的用于真空断路器的电极，其特征在于，设连接部外直径为D1且连接部内直径为D2，选择连接部的宽度使之满足比值D2/D1在大于0.9且小于1.0的范围内，用于各导弧槽的连接部厚度在0.5-5mm范围内，且通弧面部外圆周边被制成0.5-1.5mm倒圆范围的圆形表面。
10.一种用于真空断路器的电极，包括一对位于真空罐中的可分离电极和至少一对与其相连并以真空密封方式从真空罐向外延伸的导体，电极设有多个从其中心侧伸至其外圆周侧的导弧槽，由所述多个导弧槽确定的多个通弧面部以及环形连接部，环形连接部围绕电极的外圆周边缘，跨接各导弧槽并连接各通弧面部且面对相对电极，其特征在于，可调整确定构成环形连接部电流通道的横截面范围，以便在相邻通弧面部上的电流通道长度不同时控制从相邻通弧面部流入的电流，使得假设环形连接部外直径为D1且连接部内直径为D2，选择环形连接部的宽度使之满足比值D2/D1在大于0.9且小于1.0的范围内。
全文摘要
一种用于真空断路器的电极，设有使用与通弧面部导电率相同的材料制成的连接部，它在外圆周边跨过有关导弧槽，其中，设连接部外直径为D1且连接部内直径为D2，选择连接部的宽度使之满足比值D2/D1在大于0.9且小于1.0的范围内。于是，电极间产生的弧通过连接部被磁力推动越过通弧面部，从而提高电极断流容量并减小电极的体积和重量。
文档编号H01H33/664GK1139285SQ96105468
公开日1997年1月1日 申请日期1996年4月25日 优先权日1995年4月26日
发明者田好美, 谷水彻, 小林将人, 冈部均, 小室胜博, 和田昭 申请人:株式会社日立制作所