專利名稱：具有l形靜止和可移動導體結構的真空開關齒輪裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有L形靜止和可移動導體結構的真空開關齒輪裝置，更具體地說，涉及一種組合型真空開關齒輪裝置，其中特別對可移動導體與設置在由可移動導體支承的可移動電極上的電弧凹槽之間的結構進行了改進。
在真空電路斷路器中，起弧和斷弧工序是通過開、關一對相對設置在真空閥內的電極實現的。通常，借助設置在真空閥外側的操作機構相對靜止桿或導體豎直移動可移動桿或導體，以開、關設置在相應每一桿端的電極。
此外，在JP-A-55-143727(1980)中公開的真空電路斷路器中，可移動電極設計成可圍繞一根主軸線轉動，用以將其相對靜止電極進行開、關。
通常，在電路斷路器的電路斷路工序期間，當電弧保持于兩個電極之間時，由于電弧中熱能的輸入，電極的表面溫度升高，從而引起電極金屬的融熔。在此情況，電極的消耗可觀，再加上產生于電極間的過量的蒸汽金屬粒子，使其電路斷路性能大為下降。
因此，在真空電路斷路器中，特別在中斷大電流的真空電路斷路器中，對電弧電極結構提出了各種改進措施。例如，當電弧電極具有若干條螺旋電弧凹槽時，由通過兩個電極的電流對產生于電極間的電弧在旋轉方向施加一個驅動力，使電弧總是在兩個電極間移動，從而抑止電極金屬表面的融熔，改進其電路斷路性能。
但是，上述裝備有常規可移動導體或桿的旋轉型真空電路斷路器應用具有螺旋電弧凹槽的電極，由于電流通過電極附近的可移動導體，感生磁通量，從而使產生于電極間的電弧遭受額外的電磁力。結果，電弧能點燃的電極區域，也即電極上的有效燃弧區域受到限制，從而降低其電路斷路性能。
本發明的目的是提出一種真空開關齒輪裝置，它具有L形的靜止和可移動導體結構，其中，流經可移動導體的電流環對產生于可移動和靜止電極之間的電弧的不利影響受到限制，從而改進其電路斷路性能，更具體講，是提出一種組合真空型開關齒輪裝置，它得以對產生于電極間的電弧進行沿電極外周邊的主動磁驅動，并改進其電路斷路性能。
為達到以上目的，本發明的一個方面提出一種真空開關齒輪裝置，它具有L形的靜止和可移動導體的結構，該裝置包括一個真空閥；一個靜止導體，其一部分放置在真空閥內；一個靜止電極，它由靜止導體在真空閥內的一端所支承；一個可移動導體，它設置在真空閥內，并基本垂直于靜止導體的延伸方向而延伸，可移動導體可轉動地由真空閥加以支承；一個可移動電極，它由可移動導體在真空閥內的一端所支承，并通過可移動導體的轉動，得以與靜止電極進行嚙合或松開；若干螺旋形電弧凹槽，它們設置在面向可移動電極的靜止電極的表面上；和若干螺旋形電弧凹槽，它們設置在面向靜止電極的可移動電極的表面上，其中從可移動電極的表面上的一個螺旋形電弧凹槽至相鄰另一螺旋形電弧凹槽的過渡部分由以下部分限定，即一個螺旋形凹槽的終點部分、相鄰另一螺旋形凹槽的起始端部和可移動電極的外周邊邊緣部分，并基本重疊地布置在與可移動導體垂直的方向。
為達到以上目的，本發明的另一方面提出一種組合真空型開關齒輪裝置，該裝置包括一個可移動電極，它設計成相對靜止電極和接地電極而開、關，而靜止電極和接地電極則相對地設置在真空閥內；和一個可移動導體，其一端與可移動電極連接，而其另一端伸展至真空閥的外側，其中，可移動導體可轉動地由主軸支承，從而得以相對靜止和接地這兩個電極進行可移動電極的開、關，并在可移動電極接觸靜止和接地這兩個電極的一個可移動電極表面上設置若干電弧凹槽，此外，還包括一個由一個電弧凹槽的頂端部分、相鄰的另一電弧凹槽和可移動電極的外周邊邊緣部分圍繞的部分，該部分布置成貼在可移動導體上。
圖1是本發明一個實施例的組合真空型開關齒輪裝置的橫截面圖；圖2是圖1實施例應用的可移動構件的立體圖，它包括一個可移動電極和一個支承可移動電極的可移動導體；
圖3是圖1和圖2中所示的可移動電極的平面圖；圖4是圖1和2中所示的可移動電極在逆時針方向上移動后的可移動電極的平面圖；圖5是圖1和2中所示的可移動電極在逆時針方向上進一步移動后的可移動電極的平面圖；圖6是圖1和2中所示的可移動電極在順時針方向上移動后的可移動電極的平面圖；圖7是圖1和2中所示的可移動電極在順時針方向上進一步移動后的可移動電極的平面圖；圖8是一個特征圖表，它表示圖1所示可移動電極相對可移動導體的移動角與所考慮真空開關齒輪裝置的電路分斷性能之間的關系；圖9是本發明圖1實施例的修改方案的部分立體圖，它表示圍繞在其靜止導體周圍的部件；和圖10表示圖9所示修改實施例的復合真空型開關齒輪裝置的橫截面圖。
現在將參照圖1和2來說明本發明的一個實施例。
真空閥30的結構將在下文加以說明，其內部被抽真空并加以密封。在金屬殼體16的上部設置著一個絕緣體圓筒2A。靜止桿4由設置在絕緣體圓筒2A頂部的密封金屬附件3A加以固定。在金屬殼體16的底部設置了一個絕緣體圓筒2C，在其上裝配了一個密封金屬附件3C。在密封金屬附件3C和接地導體42之間固定了一段波紋管6C，它使接地導體42得以移動。在相對靜止桿4的垂直方向設置了一根可移動桿5，它伸出至真空閥30的外側，并由通過波紋管6B和密封金屬附件3B而固定至金屬殼體16的絕緣體圓筒2B夾持。在可移動桿5與攜帶靜止電極8的靜止桿4和接地電極42的接觸表面處連接了一個可移動電極9，靜止電極8和可移動電極9則連接至靜止桿4和可移動桿5的各自內端。
可移動桿5制作成可由一件四位置型操作組件(未表示)像轉軸一樣圍繞主軸18進行轉動，并設計成在以下四個位置上停頓。即，電路接通位置Y1，此處，可移動電極9接觸靜止電極8；電路分斷位置Y2，此處，可移動桿5由電路接通位置Y1向下轉動以中斷流徑此處的電流；隔離位置Y3，此處，可移動桿5繼續向下轉動至一個絕緣距離，通過此距離，諸如雷涌都能經受；以及接地位置Y4，此處可移動桿5繼續轉動以便將可移動電極與接地導體42接觸。
在靜止桿4和可移動桿5的相應頂端設置了靜止電極8和可移動電極9，它們由諸如Cu-Pb合金的高融熔溫度的材料制成。當電弧A在靜止和可移動的兩電極8和9之間的某一個點上同軸地產生時，靜止和可移動電極8和9的表面溫度都上升，引起靜止和可移動電極均融熔和汽化，因此，必須對電弧A施加一個磁驅動力，從而使電弧A總是在靜止和可移動電極8和9之間移動或運動。為此目的，在靜止和可移動電極8和9上均設置了若干電弧凹槽，在本實施例中設置了三個電弧凹槽10(10A、10B和10C)，以便對電弧A施加一個磁驅動力。布置了一個從一個電弧凹槽至另一電弧凹槽的貼在可移動桿5上的過渡部分S，它由例如電弧凹槽10A的頂端部分10E、與其相鄰的另一電弧凹槽10B及電極外周邊邊緣9E所包圍，換言之，過渡部分S的投影布置成在垂直方向是在重疊在可移動桿5上的。
現在對作用于電弧A上的電磁力進行解釋。如圖1和2所示，通過電弧A而流經靜止和可移動電極8和9的電流在箭頭方向產生一個磁場，按Fleming定理，在圖中的向右方向，對產生于靜止和可移動電極8和9之間的電弧A作著一個電磁力F2。當電弧A產生于可移動電極9的最外側位置P時，電磁力F2最大。
(1)當θ=0°的情況另一方面，由于可移動桿5緊靠可移動電極9而放置，流經可移動桿5的電流產生的磁場所感生的電磁力F1不能忽視，該力與電磁力F2方向相反地作用于電弧A上。如圖3所示，當位于可移動電極9上的部分S布置成貼在可移動桿5上時，流經部分S的電流，特別是由兩個電極和電弧A構成的電流環引起的電磁力F2大于電磁力F1，也即，電磁力F2＞電磁力F1。這是因為當電弧A產生于最靠近可移動桿5的位置P時，電磁力F2最大。由此感生的電磁力F2將電弧A推向電極的外周邊邊緣9E，并沿著電極外周邊邊緣9E，磁力推動電弧A，從而本真空電路斷路器的電路斷路性能如圖8所示地大大改善。
(2)當θ=30°的情況如圖4所示，在可移動電極9上的部分S相對可移動桿5的中心線0逆時針移動30°。由流經部分S的電流引起的電磁力F2等于或略大于電磁力F1，即電磁力F2≥電磁力F1，因此，與θ=0°的情況相比，電弧A由磁力沿著電極最外周邊邊緣9E的稍靠里的一側加以驅動。因此，與θ=0°的情況相比，如圖8所示，本實施例的電路斷路性能略有下降，但此性能仍令人滿意。
(3)當θ=60°的情況如圖5所示，在可移動電極9上的部分S相對可移動桿5的中心線0逆時針移動60°。電磁力F2變得弱于電磁力F1，即電磁力F1＞電磁力F2。因此，電弧A被電磁力F1向內推動至靜止和可移動電極8和9之間，在那里，對電弧A的磁驅動力小于θ=30°的情況，從而電弧A可停留在靜止和可移動電極8和9之間的中心部分。因此，與θ=30°的情況相比，本真空電路斷路器的電路斷路性能變壞，使用中不能令人滿意。
(4)當θ=-30°的情況本真空電路斷路器的性能與θ=30°的情況的相同。當在可移動電極9上的部分S如圖6所示地相對可移動桿5的中心線0順時針移動30°(-30°)時，由流經部分S的電流引起的電磁力F2等于或略大于電磁力F1，即電磁力F1≤電磁力F2。因此，與θ=0°的情況相比，電弧A由磁力沿著電極最外周邊邊緣9E的電極上稍靠里的周邊加以驅動，因此，與θ=0°的情況相比，本實施例的電路斷路性能略有下降，但此性能仍令人滿意。
(5)當θ=-60°的情況本真空電路斷路器的性能與θ=60°的情況的相同。如圖7所示，在可移動電極9上的部分S相對可移動桿5的中心線0順時針移動60°(-60°)。電磁力F2變得弱于電磁力F1，即電磁力F1＞電磁力F2。因此，電弧A被電磁力F1向內推動至靜止和可移動電極8和9之間，在那里，對電弧A的磁驅動力小于θ=-30°的情況，從而電弧A可停留在靜止和可移動電極8和9之間的中心部分。因此，與θ=-30°的情況相比，本真空電路斷路器的性能變壞，使用中不能令人滿意。
根據已說明的本發明的組合真空型開關齒輪裝置，當由電弧凹槽10A的頂端部分10E、與此相鄰的另一電弧凹槽10B、和電極外周邊邊緣9E圍繞的可移動電極上的部分S被布置成貼在可移動桿5上時，即當θ=0°時，電磁力F2＞電磁力F1的關系保持，因此，通過電磁力F2，電弧A被推向電極外周邊邊緣9E，并被磁力沿著其外周邊邊緣的電極表面驅動，這樣，如圖8所示，真空電路斷路器的電路斷路性能大為改善，與普通真空電路斷路器相比，其中上述部分S不是布置成貼在可移動桿5上的，且本發明提出的真空閥的尺寸也可減小。
此外，在組裝真空閥30之前，預先將可移動電極9連接至可移動桿5上，使部分S貼在可移動桿5上，這樣，部分S就不可能按其它方式相對可移動桿5而布置，可移動電極9與可移動桿5的組裝工作也可大大加快。可移動電極9與可移動桿5的連接組裝可由下述方法進行，諸如將這兩者由融熔金屬一體鑄成、將可移動電極9焊接至可移動桿5等。在這些情況下，當然將可移動電極9上的部分S布置成貼在可移動桿5上。
在上述實施例中，通過順時針或逆時針移動部分S相對可移動桿5的角度，可自由地調節電磁力F2的大小，這樣，電弧A可相對外周邊邊緣在任一徑向位置上沿電極表面被磁力所驅動。
此外，對上述實施例可加以修正，即將其中的部分S布置成相對可移動桿5在順時針方向30°和逆時針方向30°間的范圍內移動，由這些修正可在不惡化它們的電路斷路性能的前提下獲得穩定的電路斷路性能。
雖然對形成于靜止電極8上的若干電弧凹槽的布置未作具體展示和說明，但它們與可移動電極9上的布置相同，且在兩個電極上的部分S都相互面對面地布置在同一方向上。
作為替代方案，電弧凹槽也可或設置在靜止電極8上，或設置在可移動電極9上。
此外，圖9和10展示了另一實施例，其中靜止桿4從靜止電極8的背面伸展至真空閥30的外側，外導體7沿相對靜止桿4的豎直方向伸展，若干電弧凹槽設置在靜止電極8的表面。假定形成于電弧凹槽10A的頂端部分10E、與此相鄰的另一電弧凹槽10B和電極外周邊邊緣之間的部分為S，在靜止桿4的可見區域的、與部分S的同一側上標上標記S*，而外導體7從靜止桿4由標記S*的一側向外伸展，從而將部分S布置成對應外導體7的組裝工作就能大大加快，組裝工作的效率也顯著提高。此外，當相對靜止電極8上的部分S而布置外導體7時，流經外導體7的電流對電弧A的有害影響也可加以控制。
以上對根據本發明提出的組合真空型開關齒輪裝置進行了說明。當電極上的、由電弧凹槽10A的頂端部分10E、與此相鄰的另一電弧凹槽10B和電極外周邊邊緣9E所圍繞的部分S布置成貼在可移動桿5上時，在電極側的電磁力F2變得大于在可移動桿5側的電磁力F1，產生的電弧A被推向電極的外周邊邊緣，并沿著電極的外周邊邊緣附近的表面被磁力驅動，因此，本真空電路斷路器的電路斷路性能如圖8所示地大為改善，與普通真空電路斷路器相比，其中的部分S不是布置成貼在可移動桿5上的，本發明提出的真空閥30的尺寸也可縮減。
此外，在組裝真空閥30之前，預先將可移動電極9連接至可移動桿5上，使部分S貼在可移動桿5上，這樣，部分S就不可能按其它方式相對可移動桿5而布置，可移動電極9相對可移動桿5的組裝工作也大大加快。
權利要求
1．一種組合真空型開關齒輪裝置，該裝置包括一個可移動電極(9)，它設計成相對靜止電極(8)和接地電極(42)而開、關，而靜止電極(8)和接地電極(42)則相對地設置在真空閥(30)內；和一個可移動導體(5)，其一端與可移動電極(9)連接，而其另一端伸展至真空閥(30)的外側，其中，可移動導體(5)可轉動地由主軸(18)支承，從而得以相對靜止和接地這兩個電極(8、42)進行可移動電極(9)的開、關，并在可移動電極(9)接觸靜止和接地這兩個電極(8、42)的一個可移動電極表面上設置若干電弧凹槽(10A、10B、10C)，其特征在于，由電弧凹槽之一(10A)的頂端部分(10E)、相鄰的另一電弧凹槽(10B)和可移動電極(9)外周邊邊緣部分(9E)圍繞的部分(S)是布置成貼在可移動導體(5)上的。
2．一種組合真空型開關齒輪裝置，該裝置包括一個可移動電極(9)，它設計成相對靜止電極(8)和接地電極(42)而開、關，而靜止電極(8)和接地電極(42)則相對地設置在真空閥(30)內；和一個可移動導體(5)，其一端與可移動電極(9)連接，而其另一端伸展至真空閥(30)的外側，其中，可移動導體(5)可轉動地由主軸(18)支承，從而得以相對靜止和接地這兩個電極(8、42)進行可移動電極(9)的開、關，并在可移動電極(9)接觸靜止和接地這兩個電極(8、42)的一個可移動電極表面上設置若干電弧凹槽(10A、10B、1C)，其特征在于，作用在產生于可移動電極(9)和靜止電極(8)之間的電弧A上的電磁力，可通過在順時針方向或逆時針方向相對可移動電極(9)移動部分(S)而對其加以調節，這里的部分(S)由電弧凹槽之一(10A)的頂端部分(10E)、相鄰的另一電弧凹槽(10B)和可移動電極(9)外周邊邊緣部分(9E)所圍繞。
3．一種組合真空型開關齒輪裝置，該裝置包括一個可移動電極(9)，它設計成相對靜止電極(8)和接地電極(42)而開、關，而靜止電極(8)和接地電極(42)則相對地設置在真空閥(30)內；和一個可移動導體(5)，其一端與可移動電極(9)連接，而其另一端伸展至真空閥(30)的外側，其中，可移動導體(5)可轉動地由主軸(18)支承，從而得以相對靜止和接地這兩個電極(8、42)進行可移動電極(9)的開、關，并在可移動電極(9)接觸靜止和接地這兩個電極(8、42)的一個可移動電極表面上設置若干電弧凹槽(10A、10B、10C)，其特征在于，由電弧凹槽之一(10A)的頂端部分(10E)、相鄰的另一電弧凹槽(10B)和可移動電極(9)外周邊邊緣部分(9E)圍繞的部分(S)按順時針方向或逆時針方向在與中心部分(0)相距30°的范圍內，沿可移動導體(5)的寬度方向進行移動。
4．一種組合真空型開關齒輪裝置，該裝置包括一個可移動電極(9)，它設計成相對靜止電極(8)和接地電極(42)而開、關，而靜止電極(8)和接地電極(42)則相對地設置在真空閥(30)內；和一個可移動導體(5)，其一端與可移動電極(9)連接，而其另一端伸展至真空閥(30)的外側，其中，可移動導體(5)可轉動地由主軸(18)支承，從而得以相對靜止和接地這兩個電極(8、42)進行可移動電極(9)的開、關，外導體(7)在與靜止導體(4)相垂直的方向伸展，而靜止導體(4)從靜止電極(8)的背面伸展至真空閥(30)的外側，并在與可移動電極表面相對的一個靜止電極表面上設置了若干電弧凹槽(10A、10B、10C)，其特征在于，由電弧凹槽之一(10A)的頂端部分(10E)、相鄰的另一電弧凹槽(10B)和靜止電極(8)外周邊邊緣部分圍繞的部分(S)是面向外導體(7)而布置。
5．根據權利要求4的組合真空型開關齒輪裝置，其特征在于，在靜止導體(4)可見區域的、與部分(S)相同的一側上加上標記(S＇)，該部分(S)由電弧凹槽之一(10A)的頂端部分(10E)、相鄰的另一電弧凹槽(10B)和靜止電極(8)外周邊邊緣部分所圍繞。
6．一種真空開關齒輪裝置，該裝置具有L形靜止和可移動導體結構，并包括一個真空閥(30)；一個靜止導體(4)，其一部分放置在所述真空閥(30)內；一個靜止電極(8)，它由所述靜止導體(4)在所述真空閥(30)內的一端所支承；一個可移動導體(5)，它設置在所述真空閥(30)內，并基本垂直于所述靜止導體(4)的延伸方向而延伸，所述可移動導體(5)可轉動地由所述真空閥(30)加以支承；一個可移動電極(9)，它由所述可移動導體(5)在所述真空閥(30)內的一端所支承，并通過所述可移動導體(5)的轉動，得以與所述靜止電極(8)進行嚙合或松開；若干螺旋形電弧凹槽(10A、10B、10C)它們設置在面向所述可移動電極(9)的所述靜止電極(8)的表面上；和若干螺旋形電弧凹槽(10A、10B、10C)，它們設置在面向所述靜止電極(8)的所述可移動電極(9)的表面上，其中從所述可移動電極(9)的表面上的一個螺旋形電極凹槽(10A)至相鄰另一螺旋形電弧凹槽(10B)的過渡部分(S)由以下部分限定，即一個螺旋形凹槽(10A)的終點端部(10E)、相鄰另一螺旋形凹槽(10B)的起始端部和所述可移動電極(9)的外周邊邊緣部分(9E)，并基本重疊地布置在與所述可移動導體(5)垂直的方向。
7．根據權利要求6的真空開關齒輪裝置，其特征在于，從所述靜止電極(8)的表面上的一個螺旋形電弧凹槽(10A)至相鄰另一螺旋形電弧凹槽(10B)的過渡部分(S)由以下部分限定，即一個螺旋形凹槽(10A)的終點端部(10E)、相鄰的另一螺旋形凹槽(10B)的起始端部和所述靜止電極(8)的外周邊邊緣部分，并基本重疊地布置在與所述可移動電極(9)上過渡部分(S)垂直的方向。
8．根據權利要求7的真空開關齒輪裝置，其特征在于，該裝置還包括一個與所述靜止導體(4)連續的外導體(7)，其特征在于，所述外導體(7)基本在所述靜止導體(4)的伸展方向的垂直方向伸展，并布置成在垂直方向基本與所述靜止電極(9)上的過渡部分(S)相重疊。
全文摘要
在一種具有L形靜止和可移動導體結構的真空開關齒輪裝置中,從可移動電極(9)的表面上的一個螺旋形電弧凹槽(10A)至相鄰另一螺旋形電弧凹槽(10B)的過渡部分(S)由一個螺旋形凹槽(10A)的終止端點部分、相鄰另一螺旋形凹槽(10B)的起始端點部分、和可移動電極(9)的外周邊邊緣部分(9E)所限定,并基本重疊地布置在與可移動導體垂直的方向,從而流經可移動導體(5)的電流圈對產生于可移動和靜止電極(9、8)之間的電弧A的有害影響受到限制,從而改進其電路斷路性能。
文檔編號H01H33/664GK1204135SQ98115178
公開日1999年1月6日 申請日期1998年6月26日 優先權日1997年6月27日
發明者森田步, 佐藤隆, 大下陽一, 谷水徹, 早川正義, 堀越俊夫, 山本龍太郎 申請人:株式會社日立制作所, 東京電力株式會社