真空阀的制作方法

专利名称：真空阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及真空阀(真空开关)。
背景技术：
过去，为了提高真空阀的断路性能，采用电弧控制法，该电弧控制法通过外加与在电极间产生的真空电弧平行的磁场来消弧。采用这种控制法的真空阀有纵磁场型真空阀，就其电极构造来说，已有几种得到实施或被提出，但这里是以示于图11的纵磁场电极构造的真空阀进行说明。另外，虽然仅在图11中示出可动侧的电极构造。但固定侧的电极构造也一样，并且与其相向地配置。
在图11中，在由铜棒制成的可动侧通电轴6B的前端形成圆形的锪孔部6a，不锈钢制的加强构件18的纵断面大体为T字状并且在未图示的平面图中为环状，在该加强构件18的下部凸起设置有轴部18a，该轴部18a配合并钎焊在该锪孔部6a中。在该轴部18a的外周插入环状的轴部14a，并钎焊于轴部18a和可动侧通电轴6B。该环状的轴部14a由铜材制作，凸起设置在下面将要说明的线圈电极14的中心部。
该线圈电极14从轴部14a的外圆凸起设置4根臂部14b。该4根臂部14b在未图示的平面图中成辐射状，相隔90°，并且处于与轴向垂直相交的方向。在这些臂部14b的前端钎焊线圈部14c的基端，该线圈部14c在未图示的平面图中为弧状。在该线圈部14c的前端沿轴向形成通孔14d。在通孔14d中插入略成T字形而铜材制成在未图示的平面图中为圆形的端子13的轴部并将其钎焊于线圈部14c的前端。
加强构件18的上端面载置电极板2B，该电极板2B由铜板形成为圆板状，并且从中心部向外周方向形成辐射状的槽。该电极板2B钎焊于加强构件18和端子13的表面。在电极板2B的上面以钎焊的方式接合有触头1A，该触头1A由钨合金制成为圆板状，并且与电极板2B一样从中心部向外周方向形成辐射状的槽，其外周倒角成弧状。
在这样构成的真空阀的电极中，从可动侧爱电轴6B流往触头1A的断路电流的大部分从线圈电极14的轴部14a经过臂部14b流向该臂部14b前端的线圈部14c。余下的一部分电流经加强构件流入电极板2B。
其中，流入线圈部14c的电流在那里大约沿周向流过1/2转、产生纵向磁场，然后从线圈部14c前端的端子13经电极板2B的外周背面流入电极板2B，再从该电极板2B的表面流出到触头1A。流出到该触头1A的电流从触头1A流入到与该触头1A的表面接触的固定侧电极(未图示)的触头，然后经该固定侧电极的电极板和端子以及线圈电极，流出到固定侧通电轴。
由该线圈电极14在电极间(可动侧与固定侧电极离开相距规定间隙长度时的中间点)产生的磁通密度分布示于图12中。电极间的轴向磁通密度在电极中心最强，越向电极外周部走则越小。在这一场合，为了充分抑制线圈电极14产生的涡流，在电极板2B以及触头1A切有狭缝。另外，线圈电极14的设计使得直到电极外周附近磁通密度比Bcr更大，Bcr为对于各断路电流值电弧电压为最低时的磁通密度。
由这样的磁通密度分布来控制电极间产生的真空电弧时，与没有磁场的情况相比，可以大幅度地提高电弧开始集中时的断路电流，从而大幅度地改善断路性能。然而，电极直径一定时，并不是无论电流多大电弧也不集中，当在某一临界电流值以上时，电弧在磁场强的电极中心附近(阳极侧近旁)集中。
并且，即使电极间的电流密度分布在临界电流值以下的区域，也如图12的磁通密度分布图可看出的那样，到此为止测定出电极中心部的电流密度高。因此，在电流密度高的中心部有可有达到临界电流密度，电弧从扩散状态转移到集中状态，结果陷入不能断路的境地。
为了提高该临界电流值，可以考虑改变控制的磁通密度的大小和分布来实现电流密度分布的均匀化。然而，本发明人针对磁场强度采用增加产生的磁场强度的试验用电极进行断路试验的结果表明，其效果并不显著。
在这里可以考虑将改善磁通密度分布作为提高临界电流值的解决办法，采用这种方法的提案过去有好几个。这里将说明有代表性的磁通密度分布的改善例子。
图13是从属于本发明申请人的技术人员过去报告的论文(IEEETranss.on Power Delivery、Vol.PWTD-1，No.4，Oct.1986)中引用的图，该图示出电极径向位置与电极间磁通密度分布的关系的一个例子。从该图可知，虽然随着电极间的间隙长度的不同磁通密度的分布也不一样，但在所有的场合磁通密度的极大值都存在于电极外周部。但磁通密度为极大值的半径位置是电极半径(28.5mm的约55％的位置，处在本发明提示的真空阀的磁通密度分布特性的范围外。而且以这样的磁通密度分布，难以使在电极间触发的电弧充分地向电极外周部扩展，不能获得本发明那样的显著效果。
进一步降低电极中心附近的磁通密度的方法已知有以下3种。
(1)不在电极板2B和触头1A形成狭缝，而是通过流过电极板和触头的涡流产生反向的磁场的方法。
(2)在电极中心部设有用于产生反向磁场的第2线圈电极的方法。
(3)使可动侧和固定侧的磁场发生线圈电极14间的距离尽可能接近的方法。
日本专利公报特开昭57-212719号所公开的电极就是采用其中(1)方法的一例。该电极的磁通密度分布如图14(a)所示，构造如图14(b)所示。在可动侧通电轴6c的前端接合有线圈电极11，在该线圈电极11上设有连接部15，在中心部接合有隔板18。电极板12通过这些连接部15和隔板18接合于线圈电极11。在该电极板12的表面35埋设有纯铜材的磁场控制板36，由在该磁场控制板36中产生的涡流来形成反向磁场。在磁场控制板36上面接合有触头37。
具有这样构造的真空阀中的磁通密度分布具有图14(a)中曲线F2所示的特性。图14(a)中虚线的曲线F1为没有磁场控制板36的场合的磁通密度分布特性。由此可知，由在磁场控制板36中产生的反向磁通使得磁通密度的极大值存在于电极外周部，但为极大值时的半径位置大约在电极半径的40％之处，不在本发明的范围内。
日本专利公报特公平4-3611号公开了类似的磁通密度分布，该技术并不采用以改善磁通密度分布为目的的构造的电极。图15示出其电极构造和磁通密度分布特性，在对配置于外部的磁场发生线圈31进行励磁的场合，通过触头1B所产生的涡流，可以使电极32的磁通密度分布如曲线G2所示那样在外周部存在磁通密度的最大值。图15中的曲线G1示出仅由磁场发生线圈31获得的磁通密度分布特性。
在该例的场合，虽然由于不知道磁通密度的具体数值而不能肯定，但如仅考虑极大值处的半径位置以及电极中心磁通密度与极大值的比，可以看出包含于本发明提示的真空阀的磁通密度分布特性的范围内。
然而，从该公报的说明书所记载的内容判断，则可认为在本发明的范围外。这是由于，对于图15所示磁通密度分布，有“电极中心的磁通密度显著降低、不能充分发挥纵磁场的效果”这样的叙述，而且电极中心部的磁通密度在本发明磁通密度特性的范围以下。另外，由图15的特性图可知，由于电极端部的磁通密度基本上为零，所以不满足与本发明相对应的现有技术的基准条件(在电极端部具有2mT/KA以上的磁通密度)。
作为采用上述(2)方法的一例，有日本专利公报特开昭57-20206号所公开的方法。采用该方法的电极间的磁通密度分布特性如图16所示。对于该现有技术例的磁通密度分布来说，虽然可以认为极大值处的位置在本发明的磁通密度分布特性的范围内，但配置在电极中心部的磁场发生线圈使电极中心部的磁通密度为反向，与本发明在电极中心部所要求的磁通密度值不同。
这样的在电极中心部产生反向磁场的电极构造除此之外还有几种，但都是在电极中心部使磁场的方向为反向，与本发明不同。
作为(3)方法的一例，有日本专利公报特公平2-30132号所记载的情形。采用该方法的电极间的磁通密度分布如图17所示。该场合与(2)的方法相比，电极中心部的磁场不为负。另外磁通密度为极大值时的半径位置也可以认为在本发明要求的范围内。然而，磁通密度的极大值为电极半径40％的位置处的磁通密度的大约2.5倍，处于本发明提示的范围外。另外，轴向磁通密度不是从电极到外周单调地增大这种分布，这一点也与本发明不同。
因此，现有的真空阀存在这样的问题，即或者是电极中心部的磁通密度大，或是电极中心部的磁通密度过小使得电弧在阳极侧电极的中心部集中。另外，由于电弧集中的部位只有1处，所以集中时流入阳极侧电极表面的能量密度高，电极表面的热损伤增大，因此，即使在断开电流时阳极侧电极表面的温度也为高温状态，从而导致不能断路的问题。
本发明的目的在于提供一种真空阀，该真空阀通过在电极面使电流密度均化，使电弧开始集中的临界电流值提高。
本发明的目的还在于提供一种真空阀，该真空阀即使在电极面的电流密度达到临界电流值以上、电流集中的情况下，也可以通过使分散地集中在电极外周部的多个点上，从而减小电流集中区域的电流密度，提高断路性能。
一般情况下弧柱内的电压降Vcolm与轴向磁通密度Bz及电流密度Tz之间有以下关系。
Vcolm∝Jz/Bz ………(1)因此，当电极中心的磁通密度大时，即使相同电流密度的电流流过，电压降Vcolm的值也变小。电极间的电压降Vcolm的值相对于电极面整体来说为一定，因此，为了与电极外周部区域的Vcolm值平衡，会导致在磁通密度大的电极中心部电流密度Jz变大。由于这一原因，在现有技术中，如图12所示，电极间的电流密度分布与磁场分布一样是在电极中心部高，随着向电极外周部前进则逐渐变小。
为了在电极面使电流密度均化，需要抑制电极中心部的电流密度，增加电极外周部的电流密度。因此，为了抑制电极中心部的电流密度，将中心部的轴向磁通密度降低，增大电极中心部的弧柱内的电压降，使电流难以流过。由此使电极外周部相对于电极中心部具有更强的磁通密度，弧柱内的电压降减小，处于电流易于流过的状态。真空电弧的绝大部分的电流由电子电流运送，在磁通密度强的区域电子的拉莫尔半径小，受到磁力线路有力的捕捉。因此，电流在磁场强的电极外周部区域稳定地流动，可以使电极间的电流密度比现有技术更均匀化。
另外，如果通过在电极外周部的磁通密度的周向分布上形成多处磁通密度的强弱、设置若干个电流密度要高一些的区域，使得在达到临界电流值以上时电弧不集中在电极中心，而是使电弧在该区域分散地集中，则可使电弧集中的区域为多个，将可使各区域的电流密度比现有技术那样电弧集中在1处的场合被抑制得更低。
因此，为了达到上述目的，权利要求1的发明的真空阀产生轴向的磁场，该磁场平行于在可自由接离地接近的、相向的可动侧电极与固定侧电极之间产生的电弧，在上述电极间的轴向磁通密度的大小从上述电极中心越向外周部走越大，轴向磁通密度在上述电极半径的70％以上外侧的区域具有极大值(BP)，在上述电极的外周端具有2mT/KA以上的磁通密度，而且从上述电极中心向外周端延伸的任意的辐射线上的上述极大值(BP)为上述电极中心的磁通密度(Bct)的1.4～2.4倍。
权利要求2的发明是在权利要求1的真空阀中，使上述电极中心的磁通密度(Bct)为磁通密度(Bcr)的0.75～0.9倍，该磁通密度(Bcr)为上述电极半径和断路电流所决定的电弧电压与轴向磁通密度的关系中电弧电压最低时的磁通密度。
权利要求3的发明是在权利要求2的真空阀中，使外加上述电弧电压为最低时的磁通密度(Bcr)的径向位置在上述电极半径的20～40％的范围。
权利要求4的发明是在权利要求1～3的真空阀中，在示出上述电极的上述轴向磁通密度极大值(BP)的半径位置的周向多个位置，设置比该极大值中的最大值(Bmax)低0.6～0.9倍的部分。
权利要求5的发明是在权利要求4的真空阀中，使得在示出上述电极的上述轴向磁通密度的极大值(BP)的半径位置处的周向上的轴向磁通密度分布中，当该磁通密度的最大值为Bmax、最小值为Bmin时，在该圆周方向的全周50％以上的部分具有比(Bmax＋Bmin)/2大的值。
权利要求6的发明提供一种真空阀，该真空阀的真空容器内具有一对可相互接离的电极，该一对电极分别借助与之相连接的一对导电轴，与外部进行电连接；其中，在上述电极各自的相向的面上设有触头，该触头的触头材料具有其阴极电压降从中心部向外周连续地或阶段性地减少的倾斜特性。
权利要求7的发明是在权利要求6的真空阀中，以铜铬(CuCr)作为上述触头材料，并从触头中心向外周逐渐增加铬(Cr)的含量的百分比。
权利要求8的发明提供一种真空阀，该真空阀在真空容器内设有一对可相互接离的电极，该一对电极分别连接于一对导电轴上，该一对导电轴与外部进行电连接；其中，在上述电极的外周部设有多个磁场发生装置。
权利要求9的发明是在权利要求8的真空阀中，由线圈形成上述磁场发生装置。
权利要求10的发明是在权利要求8的真空阀中，由电极销与配置在其周围的磁性体形成上述磁场发生装置。
附图的简单说明图1为示出本发明第1实施例的电极间轴向磁通密度在电极径向的分布特性的图。
图2为示出上述实施例在电极间的轴向磁通密度在电极周向的分布特性。
图3为示出上述实施例的电极间电弧电压与轴向磁通密度的关系的图。
图4(a)、(b)分别是上述实施例中所用触头的透视图。
图5为一般的平板电极的正视图。
图6为上述实施例所用电极的剖视图。
图7为示出上述实施例的断路特性的图。
图8(a)为本发明第2实施例所用电极的分解透视图，图8(b)为用于说明其动作的俯视图。
图9(a)为本发明第3实施例所用电极的分解透视图，图9(b)为用于说明其动作的俯视图。
图10(a)为本发明第4实施例的电极间轴向磁通密度在电极径向的分布特性图，图10(b)为上述第4实施例所用磁性体的透视图。
图11为第1次现有真空阀的纵磁场电极的剖视图。
图12为第1现有真空阀的纵磁场电极的磁通密度分布特性图。
图13为第2现有真空阀的纵磁场电极的磁通密度分布特性图。
图14(a)为第3现有真空阀的纵磁场电极的磁通密度分布特性图。
图14(b)为示出上述第3现有真空阀的电极构造的局部剖视正视图。
图15为第4现有真空阀的纵磁场电极的磁通密度分布特性图。
图16为第5现有真空阀的纵磁场电极的磁通密度分布特性图。
图17为第6现有真空阀的纵磁场电极的磁通密度分布特性图。
下面根据


本发明的实施例。图1示出本发明一实施例的真空阀电极的径向位置与电极间的轴向磁通密度分布的关系。在本发明中，通过采用后述的图5中所示的电极构造相对于电极中心部的低轴向磁通密度Bct，沿着朝向电极外周的方向增加轴向磁通密度，实现在电极外周端部附近存在极大值BP的磁通密度分布。图2为本发明真空阀电极在示出上述极大值BP的半径位置处的轴向磁通密度的圆周方向分布图，在这显示出在圆周方向的3处凹凸的特性。这些特性将在后面详细进行说明。
首先根据图3说明真空阀电极间的电弧电区与轴向磁通密度的关系。一般当电极半径以及断路电流为一定时，电极间的电弧电压与轴向磁通密度之间具有图3所示关系。在改变轴向磁通密度的场合，存在使电弧电压为最低Vmin的轴向磁通密度Bcr。该磁通密度值本身虽然随断路电流、电极直径以及触头材料不同而变化，但倾向大体相同。
考虑到这一点，本发明的真空阀如图1所示那样，在电极中心外加磁通密度Bct，该磁通密度Bct在轴向磁通密度Bcr(参照图3)的0.75～0.9倍的范围A中，该轴向磁通密度Bcr为相对于各断路电流在电极间的电弧电压为最低时的轴向磁通密度。并且，从电极中心朝向电极外周部，使轴向磁通密度单调增加。在这里，产生最低电弧电压Vmin的轴向磁通密度Bcr的外加半径位置在电极半径的20～40％的范围B。
使轴向磁通密度从该范围A向外部也单调增加，在电极半径的70％以上之外的区域取极大值BP。该极大值BP在电极中心的磁通密度Bct的1.4～2.4倍的范围C内。
使在电极外周区域轴向磁通密度为极大值的半径位置处的电极在圆周方向上的磁通密度分布如图2所示那样呈现凹凸变化。该在圆周方向的轴向磁通密度在全周内至少出现2个峰值地进行分布。在这里，圆周方向磁通密度分布的最大值Bmax与最小值Bmin在电极中心部的轴向磁通密度Bct的1.4～2.4倍的范围C中，而且使磁通密度的值在(Bmax＋Bmin)/2以上的范围D占在该半径位置的全周的50％以上。
通过这样地控制电极间轴向磁通密度的分布，在电极中心部外加比产生最低电弧电压Vmin的磁通密度Bcr更低的磁通密度，所以在中心部触发的弧柱内的电压降比电极外周区域大。因此，使弧柱内的电压降下降，与电极外周部区域的电弧电压降相等。结果，根据上述式(1)的关系将流过电极中心部的电流密度抑制低，阻止如现有技术那样电极中心部的电流密度比外周部高的情形发生。
另外，如图1所示，由于从电极中心向外周部轴向磁通密度增加，所以在电极外周部也易于触发电弧。例如，采用CuCr触头的场合，由于即使轴向磁通密度比产生最低电弧电压Vmin的磁通密度Bcr高也不会使电弧电压过多上升，所以直到电极外周电弧都很好地展宽。但是，当断路电流上升时，如图3所示电弧电压与磁通密度的关系那样，在磁通密度大的区域电弧电压有可能增大。因此，通过将作为触头的、具有使阴极电压降从电极中心向电极外周部减少那样的特性的倾斜特性触头组合进去，可以使在电极外周部更容易触发电弧。结果，抑制了电极中心部的电流密度，使电极外周部的电流密度增加，从而可以实现电流密度分布的均匀化。
例如，如图4(a)所示那样，将铜铬(CuCr)作为触头材料，使触头1中心部含重量25％左右的Cr，在外周部含重量50％左右的Cr，Cr的含有重量的百分比从中心向外周逐渐增加到重量50％左右。另外，作为触头1的其它成分，也可以如图4(b)所示那样，同样用铜铬(CuCr)作为触头材料，使触头1中心部含重量25％左右的Cr，中间部含重量35％左右的Cr，外周部含重量45％左右的Cr，Cr的含有重量的百分比从中心向外周阶段性地增加。
当断路电流逐渐增加时，在阳极电极近旁存在使弧柱向电极中心收缩的力。该力是电流自身所产生的在弧柱圆周方向的磁力线与电弧电流相互作用而形成的收缩力。现在，由于在电极外周部外加比现有技术的电弧控制的磁通密度更强的磁通，所以运送电流的电子受到该磁力线强有力的捕捉，因而可以有效地抑制弧柱的收缩。
另外，在电极的轴向磁通密度沿圆周方向的分布中，不能避免出现强处和弱处，当断路电流增大时，磁通密度弱的区域的电流集中到磁通密度大的区域。因此，在将电极外周部的轴向磁通密度的圆周方向分布进行使其一定地控制的场合，当电弧开始在电极面的一部分集中时，就在该1处集中。因此，在轴向磁通密度的圆周方向分布上预先主动地在几个位置设置强弱是重要的。这样，当电流进一步增大时，虽然在磁通密度大的电极外周部的多个位置开始集中，但即使集中也不是象现有技术那样在1个位置集中，而是分散在多处，所以集中的区域的电流密度分别都比较低，从而可以提高集中变得激烈的临界电流值。而且，即使集中变得激烈，由于集中的位置在电极的外周部，所以集中的面积也比中心部宽阔，从而可以有效地抑制在阳极表面产生的电弧能量导致的损伤。
图6示出本发明的一个实施例的模型电极的构造。为了与该模型电极的断路性能进行比较，也对图11所示的现有的纵磁场电极和图5所示平板电极进行了比较试验。图5所示平板电极具有在通电轴6安装触头1的简单的构造。在进行断路试验时为了在电极间产生一样的磁场，采用了外部磁场线圈9。
图6所示本发明的真空阀的模型电极与图11所示现有纵磁场电极的大的差异点在于连接触头和通电轴的电路由制作成线圈状的铜线形成，其它部分的技术规格与图11所示电极相同。下面说明该图6所示模型电极的构成。在可动侧通电轴6的上端钎焊的加强构件18的轴部18a，在该加强构件18的上端通过形成于线圈支持环5的中心的定位孔5a载置由钢材制作成环状的线圈支持环5，并将其钎焊在加强构件18的上端。在线圈支持环5的上面于定位孔5a的外侧形成宽度狭小的环状槽，在该槽的外侧形成圆形的锪孔部5b，该锪孔部5b在未图示的模断面上以60°的间隔共形成有6处。
在加强构件18的上端面载置由无氧钼的线材形成线圈状的中心线圈7，并将其钎焊在加强构件18的上端。另外，在形成于线圈支持环5上面的6处的用于定位的各锪孔部5b也载置有与中心线圈7相同的外圆部线圈3，并将其钎焊在各锪孔部5b。在形成于线圈支持环5的定位孔5a外侧的宽度狭小的环状槽中插入由薄壁不锈钢管制作的支持管8的下端并加以钎焊。在这些支持管8以及外周部线圈3的上端面载置圆板状的电极板2。在该电极板2的中心部形成通孔2a，在该通孔2a外侧的下面同轴地形成宽度狭小的环状槽，该环状槽用于对支持管8的上端配合位置进行确定。上端插入该槽的支持管8也钎焊于电极板2。
在电极板2的内面侧的6处形成浅的锪孔部2b，该锪孔部2b具有与形成于线圈支持环5上面的锪孔部5b相同的直径并与锪孔部5b相向。下端钎焊于线圈支持环5的锪孔部5b的外周部线圈3各自的上端分别插入并钎焊于这些形成于电极板2的锪孔部2b。大体为凸字状的、在未图示的平面图上为圆板状的不锈钢制的座4上端插入形成于电极板2中心的通孔2a，钎焊于电极板2。中心线圈7的上端接触在座4的下面，并钎焊于该座4。
触头1虽然其外径与图11所示现有例的触头1A相同，但在上端面中心部形成倒锥台状的浅凹部1a。该凹部1a的上端外周倒角形成为弧状。
采用这样的构造的模型电极的组装好的真空阀如下述那样动作。在图6中，可动侧电极的触头1与固定侧电极的触头(未图示，与可动电极1相向地配置，与可动侧电极1接离)之间产生的电弧电流的大部分从触头1通过插入电极板2与线圈支持环5之间的各外周部线圈3，一部分流入中心线圈7。流入中心线圈7的电流根据介于该中心线圈7与电极板2之间的座4的电阻值大约为流入各外周部线圈3的电流值的4分之1。
针对分别示于上述图11、图5以及图6的3种电极进行断路试验的结果示于图7。在该试验中，对于上述构造的平板电极、模型电极来说，仅由这些电极不能对电极间的磁通密度分布进行详细的控制，所以通过准备外部磁场线圈9、将模型电极产生的磁场与该外部磁场线圈9产生的同样的磁场重叠，使得可获得最佳磁通密度。
由图7可知，当将用现有图11所示纵磁场电极获得的断路性能D1设为1时，对于图5所示平板电极来说，在由外部磁场线圈9外加同样磁场的条件下，使该外部磁场的强度作各种变化的场合的最大断流极限D2为1.15倍。对于图6所示本发明的模型电极来说，最大断流极限D3为1.4倍，确认可以提高断路性能。
下面根据图8～图10进一步说明本发明的真空阀可采用的其它电极构造。本发明的真空阀可以采用的电极构造除了图6所示的构造外，还有图8所示构造。该实施例的电极在触头1与通电轴6之间配置2个以上的多个小直径通电棒21和其周边区域的磁性体22。通电棒21配置在环状位置，各通电棒21的外侧侧面位置是电极半径的90％的位置。磁性体22为大约直角～120°的直角形或弧形，在各通电棒21的周边位置，并相对各通电棒21配置在圆周方向的同一方向上。
因此，当作为电极使电流从通电轴6通过触头1流到相向的另一方的电极时，如轴向电流流到通电棒21，则如图8(b)所示那样在通电棒21的周围产生周向的磁通23，该磁通23通过配置在通电棒21周围的磁性体22中。由于该磁性体22不是闭环，而有空隙部的形状，所以其端部21a、21b起到磁极的作用。即，由于相向的另一方的电极也具有相同的构造，所以电流流过时同样地在磁性体的端部产生磁极。因此，在与对方的电极的磁性体之间产生轴向磁通，由此可使电弧稳定化，抑制触头1的消耗，提高断路性能。
通过采用本实施例的电极构造，可以在触头1表面的大体全部区域产生轴向磁场，有效地利用触头1的表面。另外，可使电流通路变短，抑制端子间电阻，显示出优良的通电性能。
图9示出本发明第3实施例的真空阀的电极构造。该实施例的电极构造是这样的在触头1与通电轴6之间沿圆周方向离开地配置2个以上的多个小直径通电棒24；配置磁性体25，该磁性体25中央的圆盘部25b有多处沿周向的同一方向凸出的齿25a，该齿25a位于这些通电棒24的周围区域。
在该实施例的场合，作为电极使电流从通电轴通过触头1流到相向的另一方的电极时，如流过通电棒24的轴向电流26，则如图9(b)所示那样在通电棒24周围产生周向磁通27，在位于通电棒24周围的磁性体25的齿25a与中央圆盘部25b形成相反的磁极。因此，与图8所示实施例一样，在与相向的另一方磁极的间隙间产生轴向磁通，由此使电弧稳定化，抑制触头1的消耗，提高断路性能。另外，在该第3实施例的场合，由于磁性体为整体，所以与第2实施例的构造相比组装更容易。
作为第4实施例，可以将第3实施例的磁性体用图10(b)所示构造的磁性体25来代替作用。该磁性体25通过在该圆盘部25b的中央部设置孔25c，可以如图10(a)所示那样改善轴向磁通密度分布Bz。即，使电极中心部的磁通密度具有比外周部相对较低的分布，防止在中心部的磁通密度高的场合发生的切断大电流时电弧向电极中心部的集中，即使在切断接近断流极限的大电流时，也可以使电弧在触头1的表面整体扩展，从而提高断路性能。
在这些第2～第4各实施例中，在小直径通电棒的根数为N，电极直径为D(mm)时，如满足0.05D＜N的条件，可以抑制轴向磁通密度的空间性偏差，在触头表面一样地触发电弧。另外，在上述第2～第4的各实施例中，如图8、图9所示那样使磁性体22或磁性体25的齿25a与在圆周方向位于其两侧的通电棒21或24的距离不同(但是，某1磁性体22与位于其两侧的通电棒21、21的位置关系，或者磁性体25的某1个齿25a与位于其两侧的通电棒24、24的位置关系中，其磁性体22或磁性体25的齿25a在圆周方向上都是同样地配置)，通过对距离磁性体22或磁性体25的齿25a近的通电棒通电，使得在其周围产生的磁通穿过，通过对与其反向的相邻的通电棒中通电可以减小在其周围产生的磁通的影响，可以加大在磁性体端部产生的磁极强度，产生高的轴向磁通密度。
在上述第2～第4实施例中，也可通过将与图11所示现有技术例的纵磁场电极相同的内部构造(取下触头1A后的构造)作为通电轴6上部的构造，采用在其上面侧设有通电棒21或24与磁性体22或25的两层构造。
产业上利用的可能性按照以上权利要求1至权利要求3所述的发明，可以使电弧中的电流密度分布均化，可以改善电弧集中的临界电流值。
按照权利要求4和权利要求5所述的发明，即使电极间的电流密度在临界电流值以上使得电弧集中，也可以使电弧分别在分散于电极外周部的圆周方向上的多个位置集中，与现有技术那样电弧集中在1个位置的场合相比，可以使集中的区域中的电流密度降低，仅此就可减轻电极的损伤，可以提高断路临界电流值。
按照权利要求6和权利要求7所述的发明，在可动侧与固定侧的电极的各自的相向的面上设触头，该触头具有从中心部向外周触头材料的阴极压降连续地或阶段性地减少的倾斜特性，所以电弧不在电极中心集中，由此可使电弧中的电流密度分布在电极面整体均化，改善电弧集中的临界电流值，提高断路性能。
按照权利要求8～权利要求10所述的发明，通过在电极外周部设置多个磁场发生装置，即使电极间的电流密度在临界电流值以上使电弧集中，也可以使电弧在沿电极外周部周向上分散的多处集中，与现有技术那样电弧集中在1处的场合相比，可以使集中的区域的电流密度降低，由此可相应地减轻电极的损伤，提高断流极限电流值。
权利要求
1.一种真空阀，其特征在于产生轴向磁场，该轴向磁场平行于在可自由接离地接近的、相向的可动侧电极与固定侧电极之间产生的电弧，在上述电极间的轴向磁通密度的大小从上述电极中心越向外周部走越大，轴向磁通密度在上述电极半径的70％以上的外侧的区域具有极大值(BP)，在上述电极的外周端具有2mT/KA以上的磁通密度，而且从上述电极中心向外周端延伸的任意的辐射线上的上述极大值(BP)为上述电极中心的磁通密度(Bct)的1.4～2.4倍。
2.如权利要求1所述的真空阀，其特征在于上述电极中心的磁通密度(Bct)为磁通密度(Bcr)的0.75～0.9倍，该磁通密度(Bcr)为由上述电极半径和断路电流所决定的电弧电压与轴向磁通密度的关系中电弧电压最低时的磁通密度。
3.如权利要求2所述的真空阀，其特征在于外加上述使电弧电压为最低时的磁通密度(Bcr)的径向位置在上述电极半径的20～40％的范围。
4.如权利要求1～3中任何一项所述的真空阀，其特征在于；在示出上述电极的上述轴向磁通密度极大值(BP)的半径位置的周向多个位置，设置比该极大值中的最大值(Bmax)低0.6～0.9倍的部分。
5.如权利要求4所述的真空阀，其特征在于在示出上述电极的上述轴向磁通密度的极大值(BP)的半径位置处的周向上的轴向磁通密度分布中，当该磁通密度的最大值为Bmax、最小值为Bmin时，在该圆周方向的全周50％以上的部分具有比(Bmax＋Bmin)/2大的值。
6.一种真空阀，在真空容器内具有一对可相互接离的电极，该一对电极分别连接于一对导电轴，该一对导电轴与外部进行电连接；其特征在于在上述电极各自的相向的面上设有触头，该触头具有触头材料的阴极电压降从中心部向外周连续地或阶段性地减少的倾斜特性。
7.如权利要求6所述的真空阀，其特征在于以铜铬(CuCr)作为上述触头材料，并从触头中心向外周逐渐增加所含铬(Cr)的重量的百分比。
8.一种真空阀，在其真空容器内设有一对可相互接离的电极，该一对电极分别连接于一对导电轴上，该一对导电轴与外部进行电连接；其特征在于在上述电极的外周部设有多个磁场发生装置。
9.如权利要求8所述的真空阀，其特征在于由线圈形成上述磁场发生装置。
10.如权利要求8所述的真空阀，其特征在于由电极销与配置在其周围的磁性体形成上述磁场发生装置。
全文摘要
本发明公开了一种真空阀，在其电极中心外加磁通密度B
文档编号H01H33/18GK1166232SQ9619116
公开日1997年11月26日 申请日期1996年9月4日 优先权日1995年9月4日
发明者渡边宪治, 内山工美, 影长宜贤, 佐藤纯一, 金子英治, 本间三孝, 染井宏道 申请人:株式会社东芝