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Stand der
Technik
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Allgemein
ist, um eine Unterbrechungs-(Auslöse-)-Effizienz eines Vakuumventils
zu verbessern, ein Bogensteuerverfahren zum Anlegen eines Magnetfelds
parallel zu einem Vakuumbogen, der zwischen Elektroden erzeugt wird,
verwendet worden, um den Bogen zu unterdrücken. Ein typisches Vakuumventil,
das das Verfahren einsetzt, ist ein Vakuumventil vom longitudinalen
Flusstyp. Eine der Elektrodenstrukturen des Vakuumventils vom longitudinalen Flusstyp
ist in 11 gezeigt. 11 zeigt
einen Aufbau einer beweglichen Elektrode. Ein Aufbau einer stationären Elektrode
ist der gleiche wie der Aufbau der beweglichen Elektrode, und die
stationäre Elektrode
ist angeordnet, der beweglichen Elektrode gegenüberzustehen, um diese zu kontaktieren.
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In 11 ist
ein rundes Konkavelement 6a an einer Oberseite einer beweglichen
Leitungssäule 6B aus
Kupfer gegraben. Ein ringförmiges
Verstärkungselement 18 aus
Edelstrahl weist eine Manschette 18a an seinem unteren
Abschnitt auf, und die Manschette 18a ist in Eingriff in
das runde Konkavelement 6 und an dieses gelötet. Eine
Muffe 14a aus Kupfer, die aus einer Mitte einer Spulenelektrode 14a hervorsteht,
ist um die Manschette 18a herum eingeführt und mit der Manschette 18a und
der beweglichen Leitungssäule 6B verlötet.
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Vier
Arme 14b stehen von der Muffe 14a in einem radialen
Muster vor, um einander um 90° um die
Muffe 14a herum und in der Richtung senkrecht zu der axialen
Richtung der Muffe 14a zu beabstanden. Ein Basisabschnitt
eines Bogenspulenelements 14c ist an jedes Ende der Arme 14b gelötet. Ein Durchloch 14d ist
an einer Oberseite des Spulenelements 14c entlang der axialen
Richtung gebohrt. Ein plattenförmiges
Kontaktelement 13, das aus Kupfer ausgeführt ist
und eine Mittelsäule
aufweist, ist an der Oberseite des Spulenelements 14c bereitgestellt, und
die Mittelsäule
davon ist in die Oberseite des Spulenelements 14c eingeführt und
damit verlötet.
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Eine
plattenförmige
Elektrodenplatte 2B, die aus Kupfer mit Nuten in einem
radialen Muster von der Mitte zu dem Umfang davon ausgeführt ist,
ist an dem Ende des Verstärkungselements 18 bereitgestellt,
und ist an die Oberflächen
des Verstärkungselements 18 und
des Kontaktelements 13 gelötet. Ein plattenförmiges Kontaktelement 1A,
das aus Wolframlegierung mit Nuten ausgeführt ist, die in einem radialen
Muster von der Mitte zu dem Umfang davon geschnitten sind, und mit
einer rund abgefrästen äußeren Kante
ist an die Elektrodenplatte 2B gelötet.
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In
diesem Vakuumventil, das die Elektrode des oben offenbarten Aufbaus
aufweist, fließt
ein Unterbrechungs-(Auslöse-)-Strom
von der beweglichen Leitungssäule 6B zu
dem Kontaktelement 1A hauptsächlich von der Muffe 14a durch
die Arme 14b zu dem Ende des Spulenelements 14c der
Spulenelektrode 14 und der kleine Teil des Stroms fließt durch das
Verstärkungselement 18 zu
der Elektrodenplatte 2B.
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Der
Strom, der in das Spulenelement 14c fließt, läuft dort
halb herum, um so ein longitudinales Magnetfeld zu erzeugen und
fließt
in die Elektrodenplatte 2B über das Kontaktelement 13 an
dem Ende des Spulenelements 14c und der unteren Oberfläche der
Elektrodenplatte 2B. Der Strom läuft weiter durch die obere
Oberfläche
der Elektrodenplatte 2B und kommt aus dem Kontaktelement 1A heraus.
Dieser Strom, der aus dem Kontaktelement 1A herauskommt,
fließt
in ein Kontaktelement der stationären Elektrode (in 11 nicht
gezeigt), die die Oberfläche
des Kontaktelements 1A kontaktiert, und läuft durch
eine Elektrodenplatte, ein Kontaktelement und ein Spulenelement
der stationären
Elektrode und fließt
in eine stationäre
Leitungssäule
heraus.
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12 zeigt
eine Verteilung einer Magnetflussdichte zwischen den Elektroden,
die durch die Spulenelektrode 14 erzeugt wird (gegeben
in einer Fläche
in der Mitte zwischen den beweglichen und stationären Elektroden,
wenn sie auseinandergezogen wird). Die longitudinale Flussdichte
zwischen den Elektroden ist am größten in der Mittenfläche der Elektrode,
und sie nimmt allmählich
zu dem Umfang davon ab. Hier sind, um einen Wirbelstrom, der durch die
Spulenelektrode 14 erzeugt wird, effizient zu unterdrücken, Schlitze
in der Elektrodenplatte 2B und dem Kontaktelement 1A ausgeführt. Die
Spulenelektrode 14 ist ausgelegt, dass die Flussdichte
auch an dem Umfang der Elektrode größer als eine Flussdichte Bcr
ist, was zu der niedrigsten Bogenspannung zu jeweiligen Unterbrechungsströmen führt.
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Durch
ein Steuern des Vakuumbogens, der zwischen den Elektroden erzeugt
wird, über
diese Verteilung der Flussdichte, wird der Unterbrechungsstrom,
der eine Bogenkonzentration herbeiführt, in hohem Maße verbessert
verglichen zu jenen, der in dem Zustand ohne dem Magnetfeld herbeigeführt wird,
und die Unterbrechungseffizienz wird auch in hohem Maße verbessert.
Jedoch bedeutet dies nicht, dass die Bogenkonzentration auf einen
unbegrenzt großen
Strom in dem Zustand verhindert werden kann, indem der Durchmesser
der Elektrode definiert ist. Die Bogenkonzentration neigt dazu,
in dem Mittenbereich der Elektrode (in der Nachbarschaft einer Anode)
in einem starken Magnetfeld aufzutreten, das durch einen größeren Strom
als ein kritischer Wert erzeugt wird.
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Zusätzlich ist,
wie in 12 der Verteilung der Magnetflussdichte
gezeigt, die Stromdichte in dem Mittenbereich der Elektrode sehr
groß auch
in dem Niedrigstrombereich als der kritische Strom erfasst worden.
Dies kann dazu führen,
dass die Stromdichte in dem Mittenbereich die kritische Stromdichte erreicht,
so dass sich der Bogen von seinem dispergierten Zustand zu einem
konzentrierten Zustand verschiebt und schließlich in den nicht-unterbrechbaren
Zustand fällt.
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Um
den kritischen Strom zu erhöhen,
scheint es wirksam zu sein, die Verteilung der Stromdichte durch
ein Ändern
der Größe und der
Verteilung der Flussdichte, die eingestellt werden muss, zu vereinheitlichen.
Jedoch haben die Erfinder, was die Intensität des Magnetfelds betrifft,
Stromunterbrechungstests unter Verwendung von Versuchselektroden ausgeführt, die
es ermöglichen,
intensivierte Magnetfelder zu erzeugen, aber das Ergebnis zeigte
die Wirksamkeit nicht.
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Dementsprechend
ist erwartet worden, dass die Verteilungsverbesserung der Flussdichte
eine Lösung
zum Erhöhen
des kritischen Stroms ist, und es sind verschiedene Verfahren gemäß diesem
Zugang in der Vergangenheit vorgeschlagen worden. Hier wird ein
typisches Verfahren zum Verbessern der Verteilung der Flussdichte
erläutert
werden.
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13 zeigt
Kurven einer Verteilung der Flussdichte zwischen den Elektroden
in einer radialen Verteilung, was aus dem Papier (IEEE Transs. on Power
Delivery, Bd. PWTD-1, Nr. 4, Oktober 1986) zitiert ist, das von
den Erfindern vorgelegt ist. Diese Kurven zeigen, dass, obwohl sich
die Verteilung der Flussdichte gemäß dem Spaltabstand zwischen
den Elektroden unterscheidet, der Maximalwert der Flussdichte immer
an der Umfangsseite der Elektrode auftritt. Jedoch tritt die Maximaldichte
in der radialen Richtung bei ungefähr 55% Punkt des Radius 28,5
mm der Elektrode auf, und sie ist damit außerhalb des Umfangs der Verteilungscharakteristik
der Flussdichte, die durch diese Erfindung vorgeschlagen wird.
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Ferner
kann die herkömmliche
Verteilungscharakteristik der Flussdichte den Bogen, der zwischen
den Elektroden erzeugt wird, nicht effektiv zu ihren Umfangsgebieten
dispergieren.
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Es
sind drei Arten eines Verfahrens bekannt, das die Flussdichte in
dem Mittenbereich der Elektrode absenken kann.
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Eines davon ist ein Verfahren zum Erzeugen eines magnetischen Gegenfelds
durch einen Wirbelstrom, der in der Elektrodenplatte und dem Kontaktelement
fließt,
indem die Schlitze in die Elektrodenplatte 2B und das Kontaktelement 1A nicht
geschnitten werden.
- (2) Ein weiteres Verfahren ist eines, das eine weitere Spulenelektrode
zum Erzeugen des magnetischen Gegenfelds in dem Mittenbereich der
Elektrode bereitstellt.
- (3) Das dritte Verfahren ist eines, das die Spulenelektroden 14 der
beweglichen Seite und der stationären Seite so nah wie möglich aneinander bringt.
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Die
offengelegte japanische Anmeldung PS57-212719, die der US-A-4430536
entspricht, offenbart einen Elektrodenaufbau unter Verwendung des
Verfahrens (1). 14(a) zeigt eine Verteilung der
Flussdichte dieser Elektrode, und 14(B) zeigt
den Aufbau der Elektrode. Eine Spulenelektrode 14 ist mit
einem Ende einer beweglichen Leitungssäule 6C verbunden und
ein Verbindungsanschluss 14 ist darin ausgeführt, und
ein Abstandselement 18 ist in dem Mittenbereich davon verbunden.
Eine Elektrodenplatte 12 ist mit der Spulenelektrode 11 über den
Verbindungsanschluss 15 und das Abstandselement 18 verbunden.
Eine Feldeinstellplatte 36 aus reinem Kupfer ist in einer
Oberfläche 35 der
Elektrodenplatte 12 vergraben, damit so das magnetische Gegenfeld
durch den Wirbelstrom erzeugt werden kann, der durch diese Feldeinstellplatte 36 erzeugt wird.
Ein Kontaktelement 37 ist mit der oberen Oberfläche der
Feldeinstellplatte 36 verbunden.
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Die
Verteilung der Flussdichte, die durch dieses Vakuumventil des Aufbaus
erzeugt wird, ist durch eine gekrümmte Linie F2 in 14(a) gezeigt. In 14(a) zeigt
eine gestrichelte Linie F1 eine Verteilung der Flussdichte, die
durch eine Elektrode erzeugt wird, die keine derartige Feldeinstellplatte
wie die Platte 36 aufweist. Wie aus 14(a) ersehen werden
kann, tritt die maximale Dichte des Flusses in dem Umfangsgebiet
durch den Gegenstrom auf, der durch die Feldeinstellplatte 36 erzeugt
wird, aber die radiale Position der maximalen Dichte beträgt ungefähr 40% des
Radius der Elektrode und ist nicht außerhalb des Umfangs dieser
Erfindung.
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Obwohl
diese nicht darauf abzielt, die Verteilung der Flussdichte zu verbessern,
zeigt die japanische Patentveröffentlichung
PH4-3611 eine Elektrode, die die ähnliche Verteilung der Flussdichte
erzeugt. 15 zeigt den Aufbau der Elektrode
und die Charakteristik der Verteilung der Flussdichte, die an der
Elektrode erzeugt wird. In diesem Aufbau wird, wenn eine Spule 31,
die an einer externen Stelle einer Elektrode 32 zum Erzeugen
eines Magnetfelds bereitgestellt ist, angeregt wird, die Verteilung
der Flussdichte der Elektrode 32 wie eine gekrümmte Linie
G2 durch einen Wirbelstrom, der durch ein Kontaktelement 1B erzeugt
wird, und der Punkt, der maximalen Flussdichte tritt an dem Umfang
der Elektrode 32 auf. In dieser 15 zeigt
eine gestrichelte Kurve G1 eine Verteilungscharakteristik der Flussdichte,
die nur durch die Spule 31 erzeugt wird.
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Es
ist unmöglich,
Schlüsse
zu ziehen, da in dieser Publikation konkrete numerische Werte nicht gezeigt
sind. Indem aus der Position, die den Maximalwert ergibt, und dem
Verhältnis
der Dichtewerte zwischen dem Maximalpunkt und dem Mittenbereich beurteilt
wird, scheint sie in den Umfang dieser Erfindung zu fallen.
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Jedoch
ist sie, indem aus der Beschreibung der Publikation geurteilt wird,
außerhalb
des Umfangs dieser Erfindung, weil die Beschreibung ausdrückt, dass
die Flussdichte des Mittenbereichs der Elektrode in hohem Maße abgesenkt
wurde und das longitudinale Magnetfeld nicht effektiv beeinflusst wurde,
und weiter ist die Flussdichte in dem Mittenbereich der Elektrode
offensichtlich niedriger als die Flussdichte, auf die diese Erfindung
abzielt. Überdies ist,
wie aus 15 ersehen werden kann, die
Flussdichte des Umfangsendes der Elektrode auf nahezu Null gezogen
und sie kann nicht die Kriterien der Bedingung wie der Stand der
Technik erfüllen,
der dieser Erfindung entspricht (die Flussdichte sollte gleich oder
größer als
2mT/KA an dem Umfangsende der Elektrode sein).
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Die
offengelegte japanische Anmeldung PS57-20206 offenbart einen Elektrodenaufbau
unter Verwendung des oben stehend offenbarten Verfahrens (2). 16 zeigt
eine Charakteristik einer Verteilung der Flussdichte zwischen den
Elektroden unter Verwendung des Verfahrens (2). In der Verteilung der
Flussdichte, die in 16 gezeigt ist, scheint die Position,
die die maximale Flussdichte ergibt, in den Umfang dieser Erfindung
zu fallen. Jedoch ist die Flussdichte, die durch eine Spule zum
Erzeugen eines Magnetfelds in dem Mittenbereich der Elektrode erzeugt
wird, umgekehrt und der Wert in dem Mittenbereich der Elektrode
unterscheidet sich von jenem, der durch diese Erfindung gefordert
ist.
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Mehrere
andere Vorschläge,
die Elektrodenstrukturen zum Erzeugen eines magnetischen Gegenfelds
in dem Mittenbereich davon offenbaren, wurden gefunden. Jedoch unterscheiden
sich diese vorgeschlagenen Strukturen von dieser Erfindung, weil
sie sämtlich
das Magnetfeld der Gegenrichtung in dem Mittenbereich der Elektroden
erzeugen.
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Die
japanische Patentveröffentlichung PH2-30132
offenbart einen Elektrodenaufbau unter Verwendung des Verfahrens
(3).
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17 zeigt
eine Verteilungscharakteristik der Flussdichte zwischen den Elektroden
unter Verwendung des Verfahrens (3). Verglichen mit dem Verfahren
(2) ist die Flussdichte in dem Mittenbereich der Elektrode nicht
Minus und die radiale Position, die die maximale Flussdichte ergibt,
scheint in den Umfang dieser Erfindung zu fallen. Jedoch ist der maximale
Wert der Flussdichte ungefähr
2,5 Mal größer als
jener, der an der radialen Position 40% von der Mitte der Elektrode
gegeben ist, und diese Charakteristik ist außerhalb des Umfangs dieser
Erfindung. Ferner nimmt eine axiale Flussdichte Verteilung von der
Mitte zu dem Umfang der Elektrode nicht monoton zu, und unterscheidet
sich an diesem Punkt von dieser Erfindung.
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In
dem herkömmlichen
Vakuumventil, wie es oben stehend offenbart ist, besteht ein Nachteil
dahingehend, dass der Bogen, der erzeugt wird, dazu neigt, sich
in dem Mittenbereich der Anode zu konzentrieren, da die Flussdichte
des Mittenbereichs der Elektrode zu groß oder zu klein ist. Zusätzlich wird, da
der Bogen dazu neigt, sich in einem Gebiet zu konzentrieren, die
Energiedichte zu hoch, wenn der Bogen in die Oberfläche der
Anode fließt.
Deswegen erfährt
die Oberfläche
der Elektrode große
Wärmebeschädigungen
und die Temperatur der Oberfläche wird
während
des Stromunterbrechens hoch gehalten, und dies macht die Stromunterbrechung
unmöglich.
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Offenbarung
der Erfindung
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Eine
der Aufgaben dieser Erfindung besteht darin, ein Vakuumventil bereitzustellen,
das den kritischen Strom erhöhen
kann, der eine Bogenkonzentration startet, indem die Flussdichte
entlang der Oberfläche
der Elektrode vereinheitlicht wird.
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Eine
weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein Vakuumventil
bereitzustellen, das die Effizienz eines Stromunterbrechens dadurch
verbessert, dass der Bogen an mehreren Punkten auf dem Umfangsgebiet
der Elektrode konzentriert wird, um so die Stromdichte in dem Gebiet
zu verringern, wo sich der Bogenstrom konzentriert, auch wenn die Stromdichte
auf der Oberfläche
der Elektrode höher als
der kritische Stromwert wird und sich zu konzentrieren beginnt.
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Im
Allgemeinen bezieht sich ein Spannungsabfall Vcolm in einer Bogensäule auf
eine axiale Flussdichte Bz und eine Flussdichte Jz, wie unten stehend
ausgeführt. Vcolm ∝ Jz/Bz (1)
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Deswegen
neigt, wenn die Flussdichte in dem Mittenbereich einer Elektrode
hoch ist, der Spannungsabfall Vcolm dazu, abzunehmen, auch wenn
ein Strom der gleichen Dichte fließt. Da das Ausmaß des Spannungsabfalls
Vcolm zwischen den Elektroden auf der ganzen Oberfläche der
Elektrode konstant ist und mit dem Vcolm in dem Umfangsgebiet der
Elektrode ausgleicht, wird die Stromdichte Jz in dem Mittenbereich
hoch, wo die Flussdichte auch hoch ist. Dies führt nach dem Stand der Technik
dazu, dass die Stromdichte zwischen den Elektroden in dem Mittenbereich
davon genauso wie die Flussdichte hoch wird, und sie nimmt allmählich zu
dem Umfang davon ab, wie in 12 gezeigt.
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Um
die Stromdichte über
der Oberfläche
der Elektrode zu vereinheitlichen, ist es notwendig, die Stromdichte
in dem Mittenbereich der Elektrode zu unterdrücken und die Stromdichte in
dem Umfangsgebiet davon zu erhöhen.
Dementsprechend schlägt, um
die Stromdichte in dem Mittenbereich der Elektrode zu unterdrücken, diese
Erfindung vor, die axiale Flussdichte in dem Mittenbereich abzusenken
und den Spannungsabfall in der Bogensäule in der Mitte der Elektrode
groß auszuführen, um
den Strom erschwert fließen
zu lassen. Unter Verwendung dieses Verfahrens wird die Flussdichte
des Umfangsgebiets der Elektrode relativ hoch verglichen mit der
Flussdichte in dem Mittenbereich davon, um es so herbeizuführen, dass
der Spannungsabfall in der Säule klein
wird und der Strom erschwert fließt. Der Vakuumbogen trägt seinen
Strom hauptsächlich
durch einen Elektronenfluss, und in dem Bereich einer intensivierten
Flussdichte ist der Lamor-Radius klein und der Bogen wird wirksam
durch die magnetische Kraftlinie eingeschlossen. Folglich gelangt
der Strom zu einem gleichmäßigen Fluss
in dem Umfangsgebiet der Elektrode, was ein starkes Magnetfeld erzeugt, und
es wird möglich,
die Stromdichte zwischen den Elektroden verglichen mit dem Stand
der Technik zu vereinheitlichen.
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Ferner
sind, um zu verhindern, dass sich der Bogen in dem Mittenbereich
der Elektrode konzentriert, wenn der Strom größer als der kritische Stromwert
zunimmt, mehrfache Gebiete, wo die Stromdichte geringfügig höher wird,
mittels eines Änderns
der Stärke
der Flussdichte entlang der Umfangsrichtung der Elektrode bereitgestellt,
und dies konzentriert den Bogen jeweils und dezentralisiert auf
mehrfache Gebiete. Folglich gelangt der Bogen zu einer Konzentration
auf mehrfachen Gebieten und die Stromdichte jedes Gebiets kann auf
eine geringere als jene nach dem Stand der Technik, wo der Bogen
dazu neigt, sich auf einen Punkt zu konzentrieren, herabgedrückt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Magnetventil bereitgestellt, das eine Einrichtung
zum Erzeugen eines axialen Magnetfelds parallel zu einem Bogen aufweist,
der zwischen einer beweglichen und einer stationären Elektrode erzeugt wird, die
einander gegenüberstehen,
und die Größe der erzeugten
Flussdichte zwischen den Elektroden nimmt allmählich von einem Mittenbereich
zu einem Umfangsbereich jeder Elektrode zu, wobei ein Punkt, der einen
maximalen Wert (Bp) der axialen Flussdichte ergibt, an einer Stelle
gleich oder weiter als 70% eines Radius von der Mitte jeder Elektrode
liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Wert (Bp) der erzeugten
axialen Flussdichte in einer radialen Linie von dem Mitten- zu dem
Umfangsbereich 1,4 bis 2,4 Mal größer als eine Flussdichte in
der Mitte (Bct) jeder Elektrode ist.
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Das
Vakuumventil kann den maximalen Wert (Bp) der erzeugten axialen
Flussdichte in der radialen Linie von dem Mitten- zu dem Umfangsbereich
1,05 bis 2,16 Mal größer als
die axiale Flussdichte (Bcr) aufweisen, die erzeugt wird, wenn eine
Bogenspannung die niedrigste (Bmin) gemäß einer Beziehung zwischen
der Bogenspannung und der axialen Flussdichte wird, wobei die Bogenspannung
durch den Radius jeder Elektrode und einen Unterbrechungsstrom definiert
ist.
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Die
axiale Flussdichte des Umfangsbereichs jeder Elektrode kann gleich
oder größer als
2mT/KA sein.
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Die
Flussdichte (Bct) in der Mitte jeder Elektrode kann 0,75 bis 0,9
Mal größer als
die Flussdichte (Bcr) sein, die die niedrigste Bogenspannung (Vmin) ergibt.
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Eine
radiale Position, die die Flussdichte (Bcr) gemäß der niedrigsten Bogenspannung
erzeugt, kann innerhalb des 20%- bis
40%-Bereichs des Radius jeder Elektrode gelegen sein.
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An
mehrfachen Abschnitten auf einer kreisförmigen Linie, die durch einen
radialen Punkt an jeder Elektrode verläuft, an welchem die maximale Flussdichte
(Bp) erzeugt wird, können
die Flussdichten 0,6 bis 0,9 Mal größer als der größte Wert
(Bmax) unter den maximalen Flussdichten (Bp) sein.
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Eine
Verteilung der axialen Flussdichte entlang der kreisförmigen Linie,
die durch den radialen Punkt an jeder Elektrode verläuft, an
welchem die maximale Flussdichte (Bp) erzeugt wird, kann an mehr
als einer Hälfte
der kreisförmigen
Linie eine Flussdichte größer als
(Bmax + Bmin)/2 aufweisen, wobei der größte Wert der Flussdichte auf
Bmax gesetzt ist, und der kleinste Wert der Flussdichte auf Bmin
unter den maximalen Flussdichten (Bp) gesetzt ist.
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Es
kann ein Kontaktelement auf einer Oberfläche jeder Elektrode vorhanden
sein, wobei das Kontaktelement eine abgestufte Charakteristik derart aufweist,
dass sich ein Ausmaß eines
Kathodenspannungsabfalls kontinuierlich oder stufenweise von der
Mitte zu dem Umfang davon verringert.
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Das
Kontaktelement kann aus Kupfer-Chrom (CuCr) ausgeführt sein,
und ein Gewichtprozent des Chroms darin kann eingestellt sein, allmählich von dem
Mittenbereich zu dem Umfang zuzunehmen.
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Das
Vakuumventil kann eine Vakuumkammer, Leitungssäulen in der Vakuumkammer, wobei die
Elektroden in der Vakuumkammer untergebracht sind und mit einer
jeweiligen Leitungssäule
für eine elektrische
Verbindung mit einem externen Element verbunden sind, wobei die
Elektroden einander zum Kontaktieren gegenüberstehen, eine mittlere Leitungsspule
zum Erzeugen des axialen Magnetfelds, die hinter einem Mittenabschnitt
jeder Elektrode bereitgestellt ist, eine Mehrzahl peripherer Leitungsspulen,
die eine ähnliche
Charakteristik wie die mittlere Leitungsspule aufweisen und um die
mittlere Leitungsspule herum hinter jeder Elektrode zum Erzeugen
des axialen Magnetfelds bereitgestellt sind, und ein Strombegrenzungselement
einschließen,
das zwischen einer oberen Oberfläche
der mittleren Leitungsspule und jeder Elektrode eingefügt ist.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Verteilung einer axialen Flussdichte zwischen Elektroden, gegeben
entlang einer radialen Richtung der Elektroden, in der ersten Ausführungsform
dieser Erfindung;
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2 eine
Verteilung des axialen Flusses zwischen den Elektroden, gegeben
entlang einer Umfangsrichtung der Elektroden, in der ersten Ausführungsform;
-
3 eine
Beziehung zwischen einer Bogenspannung, die zwischen den Elektroden
erzeugt wird, und der axialen Flussdichte in der ersten Ausführungsform;
-
4(a), (b) jeweils Ansichten eines Kontaktelements,
das in der ersten Ausführungsform
verwendet wird;
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5 eine
Ansicht einer allgemeinen flachen Elektrode;
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6 einen
Querschnitt einer Elektrode, die in der ersten Ausführungsform
verwendet wird;
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7 eine
Unterbrechungscharakteristik der ersten Ausführungsform;
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8(a) eine Explosionsansicht einer Elektrode,
die in der zweiten Ausführungsform
dieser Erfindung verwendet wird; und
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8(b) eine ebene Ansicht der Elektrode;
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9(a) eine Explosionsansicht einer Elektrode,
die in der dritten Ausführungsform
dieser Erfindung verwendet wird und 9(b) zeigt
eine ebene Teilansicht der Elektrode;
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10(a) eine Verteilungscharakteristik einer
axialen Flussdichte zwischen Elektroden, gegeben entlang einer radialen
Richtung der Elektroden in der vierten Ausführungsform dieser Erfindung;
und
-
10(b) eine Ansicht eines magnetischen Elements,
das in der Ausführungsform
verwendet wird;
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11 einen
Querschnitt eines der herkömmlichen
Vakuumventile mit einer Elektrode mit longitudinalem Magnetfeld;
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12 eine
Verteilungscharakteristik einer Flussdichte eines der herkömmlichen
Vakuumventile mit einer Elektrode mit longitudinalem Magnetfeld;
-
13 eine
Verteilungscharakteristik einer Flussdichte eines anderen herkömmlichen
Vakuumventils mit einer Elektrode mit longitudinalem Magnetfeld;
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14(a) eine Verteilungscharakteristik einer
Flussdichte des dritten herkömmlichen
Vakuumventils mit einer Elektrode mit longitudinalem Magnetfeld;
-
14(b) eine Ansicht der Elektrode an dem dritten
herkömmlichen
Vakuumventil;
-
15 eine
Verteilungscharakteristik einer Flussdichte des vierten herkömmlichen
Vakuumventils mit einem longitudinalen Magnetfeld;
-
16 eine
Verteilungscharakteristik einer Flussdichte des fünften herkömmlichen
Vakuumventils mit einem longitudinalen Magnetfeld; und
-
17 eine
Verteilungscharakteristik einer Flussdichte des sechsten herkömmlichen
Vakuumventils mit einem longitudinalen Magnetfeld.
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Bester Weg
zum Ausführen
der Erfindung
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Nachstehend
werden die Ausführungsformen
dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert werden. 1 (diese 1 entspricht
der 12, die den Stand der Technik zeigt) zeigt eine
Verteilung einer axialen Flussdichte zwischen Elektroden, gegeben
entlang einer radialen Richtung der Elektroden, der ersten Ausführungsform
dieser Erfindung eines Vakuumventils. Die Erfindung verwirklicht
die Verteilung der Flussdichte, die eine niedrige axiale Flussdichte
Bct in der Mitte der Elektrode ergibt und allmählich zu dem Umfang der Elektrode
zunimmt, und sie ergibt den Maximalwert Bp an dem nächsten Punkt
zu der äußersten
Elektrode, indem ein Aufbau der Elektrode verwendet wird, wie er
in 5 gezeigt ist. 2 zeigt
eine Verteilungscharakteristik der axialen Flussdichte, die entlang
des Kreises gegeben ist, der durch den radialen Punkt des Vakuumventils
dieser Erfindung verläuft, wobei
der Punkt den Maximalwert Bp ergibt. Hier ergibt die Verteilungscharakteristik
drei Konkavelemente und Konvexelemente entlang des Kreises. Die Charakteristik
wird nachstehend präzise
erläutert werden.
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Zunächst wird
eine Beziehung zwischen einer Bogenspannung zwischen den Elektroden
und der Verteilung der axialen Flussdichte erläutert werden. Im Allgemeinen
zeigt, wenn ein Radius der Elektrode und ein Unterbrechungsstrom
definiert sind, dann die Beziehung der Bogenspannung zwischen den
Elektroden zu der Verteilung der axialen Flussdichte eine Charakteristik,
wie sie in 3 gezeigt ist. Wenn die axiale
Flussdichte geändert
wird, kann ein Punkt einer Flussdichte Bcr gefunden werden, der
die niedrigste Bogenspannung Vmin ergibt. Hier ändert sich die Flussdichte
selbst gemäß dem Unterbrechungsstrom,
dem Radius der Elektrode und Materialien eines Kontaktelements,
aber die Tendenz der Charakteristik ist üblich.
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Indem
diese Charakteristik berücksichtigt wird,
wie in 1 gezeigt, schlägt diese Erfindung eines Vakuumventils
vor, eine Flussdichte Bct in den Mittenbereich der Elektrode anzulegen.
Die Flussdichte Bct wird innerhalb eines Bereichs von 0,75 bis 0,9
Mal größer als
die axiale Flussdichte Bcr (in 3 gezeigt)
eingestellt, die die niedrigste Bogenspannung zwischen den Elektroden
gegenüber
jedem Unterbrechungsstrom ergibt. Diese Erfindung schlägt auch
vor, die axiale Flussdichte von dem Mitten- zu dem Umfangsbereich
der Elektrode monoton zu erhöhen.
Hier ist eine radiale Position, wo die axiale Flussdichte Bcr, die
die niedrigste Bogenspannung Vmin ergibt, innerhalb eines Bereichs
B von 20% bis 40% des Radius der Elektrode eingestellt.
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Die
axiale Flussdichte wird in einem äußeren Gebiet von dem Bereich
A monoton erhöht
und ergibt den Maximalwert Bp in einem Umfangsgebiet gleich oder
außerhalb
70% des Radius der Elektrode. Der Maximalwert Bp wird innerhalb
eines Bereichs von 1,4 bis 2,5 Mal größer als die Flussdichte Bcd
eingestellt, die in der Elektrodenmitte gegeben ist. Beziehungen
zwischen der Flussdichte Bct der Mitte jeder Elektrode, dem Maximalwert
Bp der axialen Flussdichte und der axialen Flussdichte, die die
minimale Bogenspannung Vmin ergibt, sind wie unten stehend, Bct/Bcr = 0,45 bis 0,9 Bp/Bct
= 1,4 bis 2,4
-
Dann
wird, um diese Beziehungen in eine Beziehung zwischen dem Maximalwert
Bp der axialen Flussdichte und der axialen Flussdichte Bcr, die die
minimale Bogenspannung Vmin ergibt, umzuschreiben, wie unten stehend
ausgedrückt. Bp/Bcr = Bp/Bct·Bct/Bcr
-
Wenn
in der obigen Beziehung Zahlenwerte eingesetzt werden, wird der
maximale zugelassene Bereich wie unten stehend. Bp/Bcr
= 0,75·1,4
bis 0,9·2,4
=
1,05 bis 2,16
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Weiter
wird, wie in 2 gezeigt, eine Umfangsverteilung
der Flussdichte, die radiale Position durchläuft, wo die axiale Flussdichte
den Maximalwert ergibt, hoch und niedrig fluktuierend ausgeführt. Die
Umfangsverteilung der Flussdichte wird eingestellt, zumindest zwei
Spitzenwerte auf dem Kreis zu ergeben. Hier sind der größte Wert
Bmax und der kleinste Wert Bmin in der Umfangsrichtung der Flussdichte
innerhalb eines Bereichs von 1,4 bis 2,4 Mal größer als die axiale Flussdichte
Bct der Elektrodenmitte eingestellt und auch eingestellt, einen
Bereich D gleich oder breiter als 50% des Kreises aufzuweisen, wo
ein Flussdichtewert gleich oder größer als (Bmax + Bmin)/2 auf
zeigt.
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Durch
ein Einstellen der Verteilung der axialen Flussdichte zwischen den
Elektroden wird, wie oben stehend offenbart, da die untere Flussdichte
als die Flussdichte Bcr, die die niedrigste Bogenspannung Vmin ergibt,
in dem Mittenbereich der Elektrode erzeugt wird, ein Spannungsabfall
in einer Bogensäule,
die in der Mitte der Elektrode angeregt wird, größer als jener in dem Umfangsbereich
der Elektrode. Dementsprechend neigt die Flussdichteverteilung dazu,
das Ausmaß des
Spannungsabfalls in der Bogensäule
kleiner zu machen und mit dem Spannungsabfall in den Umfangsbereich
der Elektrode auszugleichen. Folglich wird gemäß der Beziehung des Ausdrucks
(1) die Dichte des Stroms, der in dem Mittenbereich der Elektrode
fließt,
gedrückt,
niedriger als die Dichte des Stroms zu sein, der in dem Umfangsbereich
der Elektrode fließt.
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Zusätzlich wird,
da die axiale Flussdichte dazu neigt, von dem Mittenbereich zu dem
Umfangsbereich der Elektrode hin zuzunehmen, wie in 1 gezeigt,
eine Bogenerzeugung in dem Umfangsbereich der Elektrode einfacher
als bei der herkömmlichen
Elektrode. Beispielsweise kann in dem Fall, dass ein Kontaktelement,
das aus CuCr ausgeführt ist,
verwendet wird, da die Bogenspannung nicht so hoch ansteigt, auch
wenn die axiale Flussdichte höher
als die Flussdichte Bcr wird, die die niedrigste Spannung Vmin ergibt,
der zu erzeugende Bogen breit zu dem Umfangsende der Elektrode hin
streuen. Jedoch geht, wenn der Unterbrechungsstrom zunimmt, die
Bogenspannung hoch in den Bereich der hohen Flussdichte, wie bei
der Beziehung zwischen der Bogenspannung und der Flussdichte, die
in 3 gezeigt ist. Um dieses Phänomen zu verhindern, wird es
möglich,
den Bogen in dem Umfangsbereich der Elektrode unter Verwendung eines
Kontaktelements mit einer abgestuften Charakteristik eines allmählichen
Abnehmens des Ausmaßes
eines Kathodenspannungsabfalls von der Mitte zu dem Umfang der Elektrode
hin einfacher zu erzeugen. Folglich wird, da die Stromdichte in
dem Mittenbereich der Elektrode unterdrückt wird und die Stromdichte
in dem Umfangsbereich der Elektrode erhöht wird, die Verteilung der
Stromdichte in der Elektrode vereinheitlicht.
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Beispielsweise
wird; wie in 4(a) gezeigt, Kupfer-Chrom
(CuCr)-Material für
das Kontaktelement 1 verwendet, und das Element 1 enthält Chrom zu
ungefähr
25 Gew.-% in dem Mittenbereich und ungefähr 50 Gew.-% in dem äußersten
Umfangsbereich, und Kontaminationsrate von Chrom wird kontinuierlich
von dem Mittenbereich zu dem Umfangsbereich hin in dem Kontaktelement
erhöht.
Ein weiteres verwendbares Material für das Kontaktelement ist jenes
in 4(b) gezeigte, wobei Kupfer-Chrom(CuCr)-Material
für das
Kontaktelement 1 verwendet wird, und das Element 1 enthält Chrom
zu ungefähr 25
Gew.-% in dem Zentralbereich, ungefähr 35 Gew.-% in dem mittleren
Bereich und ungefähr
45 Gew.-% in dem äußersten
Umfangsbereich, das heißt,
dass die Kontaminationsrate von Chrom allmählich in mehreren Schritten
von dem Zentralbereich zu dem Umfangsbereich hin in dem Kontaktelement
erhöht
wird.
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Während der
Unterbrechungsstrom zunimmt, tritt eine Schrumpfkraft in der Bogensäule zu der
Mitte der Elektrode hin um eine Anodenelektrode herum auf. Dies
ist die Pinch-Kraft,
die aus einer Wechselwirkung zwischen einer Umfangsmagnet-Kraftlinie
der Bogensäule,
die durch ihren Eigenstrom erzeugt wird, und dem Bogenstrom erzeugt wird.
Da ein stärkerer
Fluss als die Flussdichte, die durch die herkömmliche Bogensteuerung erzeugt wird,
in dem Umfangsbereich der Elektrode angelegt wird, werden Elektronen,
die den Strom tragen, durch den Fluss stark eingeschlossen und die
Schrumpfung in der Bogensäule
wird dadurch wirksam unterdrückt.
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Es
ist unvermeidbar, dass die Umfangsverteilung der axiale Flussdichte
der Elektrode hohe und niedrige Bereiche aufweist, und der Strom,
der in dem Bereich der niedrigen Flussdichte fließt, neigt dazu,
sich in dem Bereich der hohen Flussdichte zu konzentrieren, wenn
der Unterbrechungsstrom zunimmt. Dann neigt, in dem Fall, dass die
Umfangsverteilung der axialen Flussdichte eingestellt ist, in dem
Umfangsbereich der Elektrode vereinheitlicht zu sein, wenn der Bogen
beginnt, sich in einem bestimmten Bereich zu konzentrieren, der
Bogen dazu, sich in diesem Bereich der Elektrode zu konzentrieren.
Deswegen ist es wichtig, zunächst
die Umfangsverteilung der axialen Flussdichte so auszuführen, dass
mehrere Abschnitte einer hohen Dichte und Abschnitte einer niedrigen
Dichte vorhanden sind. Unter Verwendung dieses Verfahrens wird,
wenn der Bogen beginnt, sich auf die mehreren Abschnitte einer hohen
Dichte in dem Umfangsbereich der Elektrode mit zunehmendem Strom
zu konzentrieren, jede Größe der Stromdichte
der konzentrierten Abschnitte relativ niedrig, weil sich der Bogen
nicht auf einen Punkt wie bei dem herkömmlichen Aufbau konzentriert,
sondern in mehrere Abschnitte dispergiert. Dazu wird der kritische
Stromwert, der die Bogenkonzentration startet, wirksam erhöht. Zusätzlich ist,
da die Abschnitte der Bogenkonzentration in dem Umfangsbereich der
Elektrode sein sollen, der Bereich breiter als in der Mitte der
Elektrode und die Beschädigung,
die durch die Bogenenergie herbeigeführt wird, wird wirksam auf
der Oberfläche
der Anodenelektrode verringert.
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6 zeigt
eine Modellelektrode einer Ausführungsform
dieser Erfindung. Ein Unterbrechungseffizienztest wurde zwischen
der Modellelektrode, der herkömmlichen
Elektrode des longitudinalen Magnetfelds, die in 11 gezeigt
ist, und einer in 5 gezeigten flachen Elektrode
durchgeführt.
Die flache Elektrode, die in 5 gezeigt
ist, ist ein vereinfachtes Modell eines Kontaktelements mit einer
Leitungssäule 6,
und eine externe Spule 9 wurde zum Erzeugen eines gleichförmigen Magnetfelds
zwischen den im Test befindlichen Elektroden verwendet.
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Der
unterschiedliche Punkt der Modellelektrode des Vakuumventils dieser
Erfindung, die in 6 gezeigt ist, gegenüber der
herkömmlichen,
die in 11 gezeigt ist, besteht darin,
dass ein spulenförmiger
Kupferdraht für
einen Leitungspfad eines Stromflusses zwischen einem Kontaktelement
und einer Leitungssäule
in dem ersteren Modell verwendet wird. Andere Teile des Modells
sind jenen der in 11 gezeigten herkömmlichen
Elektrode gemeinsam.
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Nachstehend
wird der Aufbau der Modellelektrode, die in 6 gezeigt
ist, erläutert
werden. Eine Manschette 18a eines Verstärkungselements 18 ist
an das obere Ende einer beweglichen Leitungssäule 6 gelötet. Ein
Spulenhaltering 5, der aus Kupfer ausgeführt ist,
ist in Eingriff mit der Oberseite des Verstärkungselements 18 in
einem Positionierungsloch 5a und mit diesem verlötet. Eine
kreisförmige
schmale Nut ist in die obere Oberfläche des Halterings 5 geschnitten,
und sechs kreisförmige Punktflächen 5b sind
vergraben, wobei sie zueinander in der Umfangsrichtung um 60° beabstandet
sind.
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Eine
Mittenspule 7, die aus sauerstofffreiem Kupferdraht ausgeführt ist,
ist an dem oberen Ende des Verstärkungselements 18 angebracht
und damit verlötet.
Jede der sechs Umfangsspulen 3, die die gleichen wie die
Mittenspule 7 sind, ist in jeder Punktfläche 5b des
Spulenhalterings 5 befestigt und darin verlötet. Ein
Haltezylinder 8, der aus Edelstahl ausgeführt ist,
ist an einer Unterseite in die kreisförmige schmale Nut eingeführt, die
um das Positionierungsloch 5a des Spulenhalterings 5 herum
geschnitten ist, und ist darin verlötet. Eine Elektrodenplatte 2 ist
an den Oberseiten des Haltezylinders 8 und der Umfangsspulen 3 befestigt.
Ein Durchloch 2a ist in die Mitte der Elektrodenplatte 2 gebohrt,
und eine kreisförmige
schmale Nut ist eingeschnitten, um der kreisförmigen schmalen Nut des Spulenhalterings 5 gegenüber zu stehen.
Das obere Ende des Haltezylinders 8 ist in diese kreisförmige schmale
Nut der Elektrodenplatte 2 eingeführt und darin verlötet.
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Sechs
flache Punktflächen 2b sind
in die untere Oberfläche
der Elektrodenplatte 2 gegraben. Jede Punktfläche 2b weist
den gleichen Durchmesser wie die Punktflächen 5b auf und ist
angeordnet, jeder Punktfläche 5b auf
dem Spulenhaltering 5 gegenüber zu stehen. Das obere Ende
jeder Umfangsspule 3 ist in jede Punktfläche 2b gelötet. Ein
vorstehender Abschnitt eines kleinen Basiselements 4, das aus
Edelstrahl ausgeführt
ist, ist in das Durchloch 2a in der Mitte der Elektrodenplatte 2 eingeführt und
darin verlötet.
Das obere Ende der Mittenspule 7 kontaktiert die untere
Oberfläche
des kleinen Basiselements 4 und ist damit verlötet.
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Ein
Durchmesser eines Kontaktelements 1 ist der gleiche wie
der Durchmesser des herkömmlichen
Kontaktelements 1A, das in 11 gezeigt
ist. Jedoch ist ein flaches trapezförmiges Konkavelement in die
obere Mitte des Kontaktelements 1 gegraben. Das obere Umfangsende
des Kontaktelements 1 ist verrundet.
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Ein
Vakuumventil, das mit dieser Modellelektrode aufgebaut ist, arbeitet
wie unten stehend. Unter Bezugnahme auf 6 fließt der meiste
Bogenstrom, der zwischen dem Kontaktelement 1 der beweglichen
Elektrode und dem Kontaktelement der stationären Elektrode erzeugt wird,
fließt
von dem Kontaktelement 1 über jede Umfangsspule 3,
die zwischen der Elektrodenplatte 2 und dem Spulenhaltering 5 bereitgestellt
ist, und der Rest des Bogenstroms fließt über die Mittenspule 7.
Der Strom, der durch die Mittenspule 7 fließt, beträgt ungefähr ein Viertel
des Gesamtstroms, der durch die Umfangsspulen 3 fließt, da der
Widerstand des kleinen Basiselements bewirkt, dass der Strom, der
in die Mittenspule 7 fließt, geregelt wird. Hier ist
die stationäre Elektrode
in 6 nicht gezeigt, aber sie ist angeordnet, der
beweglichen Elektrode gegenüber
zu stehen, so dass die bewegliche Elektrode dazu gelangt, sich gegenüber der
stationären
Elektrode zurück
und vorwärts
zu bewegen.
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7 zeigt
das Ergebnis des Unterbrechungstests. Der Test wurde unter Verwendung
dreier Arten von Elektroden ausgeführt, die in 5, 6 und 11 gezeigt
wird. In diesem Test wird die externe Spule 9 verwendet
und das gleichförmige Magnetfeld,
das von der externen Spule 9 erzeugt wird, wird einem Magnetfeld überlagert,
das von jeder Versuchselektrode erzeugt wird, um so die beste Verteilung
der Flussdichte zu verwirklichen, weil die Verteilung der Flussdichte,
die von jeder Versuchselektrode erzeugt wird, durch sie selbst streng
nicht steuerbar ist.
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Wie
in 7 gezeigt, ergibt, wenn die Unterbrechungscharakteristik
D1 der herkömmlichen
Elektrode mit longitudinalem Magnetfeld, die in 11 gezeigt
ist, auf 1 gesetzt wird, dann die flache Elektrode, die in 5 gezeigt
ist, die maximale Unterbrechungsgrenze D2 zu 1,15 Mal höher als
jene der herkömmlichen
Elektrode unter der Bedingung, dass die externe Spule 9 das
gleichförmige
Magnetfeld erzeugt und die Stärke
des Magnetfelds, das von der externen Spule 9 erzeugt wird,
geeignet variiert wird. Die Modellelektrode dieser Erfindung, die
in 6 gezeigt ist, ergibt die maximale Unterbrechungsgrenze
d3 zu 1,4 mal höher
als jene der herkömmlichen Elektrode
und dies zeigt offensichtlich, dass die Unterbrechungseffizienz
durch diese Modellelektrode verbessert ist.
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Nachstehend
wird ein weiterer Aufbau einer Elektrode eines Vakuumventils dieser
Erfindung unter Bezugnahme auf die 8 bis 10 erläutert werden.
Ein Aufbau einer Elektrode, die in 8 gezeigt
ist, ist auch in einem Vakuumventil dieser Erfindung wie auch in
jenen in Fig. gezeigten verwendbar. In der Elektrode dieser Ausführungsform
sind zwei oder eine größere Anzahl
von Leitungsstiften 21 eines kleinen Durchmessers und Magnetelemente 22 zwischen
einem Kontaktelement 1 und einer Leitungssäule 6 angeordnet.
Die Leitungsstifte 21 sind umlaufend an der oberen Oberfläche der
Leitungssäule 6 platziert,
und der äußere Abschnitt
jedes Leitungsstifts ist eingestellt, an dem Punkt ungefähr 90% von
der Mitte in einer radialen Richtung der Elektrode weg gelegen zu
sein. Jedes Magnetelement 22 ist als ein rechtwinkliges
oder bogenförmiges
Element mit einem Winkel von höchstens
120° ausgeführt und
ist um jeden Leitungsstift 21 herum angeordnet.
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Wenn
der Strom von der Leitungssäule 6 über das
Kontaktelement 1 fließt
und in die gegenüberliegende
Elektrode fließt,
fließt
der Strom über
die jeweiligen Leitungsstifte 21 axial. Wie in 8(b) gezeigt, wird, während der Strom durch die Leitungsstifte 21 fließt, ein
Umfangsfluss 23 um jeden Leitungsstift 21 herum
erzeugt, und dieser Fluss 23 läuft durch jedes Magnetelement 22.
Jedes Magnetelement ist nicht ringförmig, sondern geöffnet und
deswegen wirken beide Enden 22a und 22b davon
als Magnetpole. In der gegenüberliegenden
Elektrode (hier nicht gezeigt), die den gleichen Aufbau aufweist, treten
die Magnetpole an beiden Enden jedes Magnetelements auch auf. Dann
werden axiale Flüsse zwischen
jeweils gegenüberliegenden
Magnetpolen erzeugt, und diese axialen Flüsse wirken, den Bogen zu stabilisieren,
der zwischen den gegenüberliegenden
Elektroden erzeugt wird, so dass der Verbrauch des Kontaktelements 1 begrenzt
wird und die Unterbrechungseffizienz verbessert wird.
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Durch
einen Einsatz dieser Elektrode des Aufbaus wird es außerdem möglich, das
axiale Magnetfeld auf der gesamten Oberfläche des Kontaktelements 1 zu
erzeugen, um so die Gesamtoberfläche davon
effektiv zu benutzen. Und die Elektrode zeigt eine effiziente Leitfähigkeit,
wenn die Länge
des Strompfads verkürzt
ist und der Widerstand zwischen Anschlüssen abgesenkt ist.
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9 zeigt
die dritte Ausführungsform
eines Elektrodenaufbaus dieser Erfindung eines Vakuumventils. In
der Elektrode dieser Ausführungsform
sind mehrfache Leitungsstifte 24 mit einem kleinen Durchmesser
umlaufend angeordnet, um zueinander zwischen einem Kontaktelement 1 und
einer Leitungssäule 6 beabstandet
zu sein. Ein Magnetelement 25, das mehrfache Vorsprünge 25a von
seinem Plattenkörper 25d aus
aufweist, ist auf der Oberseite der Leitungssäule 6 angeordnet,
damit so jeder Vorsprung 25a neben jedem Leitungsstift 24 gelegen
ist.
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Während ein
Strom von der Leitungssäule 6 über das
Kontaktelement 1 in die gegenüberliegende Elektrode (hier
nicht gezeigt) fließt,
fließt
der Strom 26 durch die Leitungsstifte 24 axial.
Dann wird, wie in 9(b) gezeigt, ein
Umfangsfluss 27 um jeden Leitungsstift 24 herum
erzeugt, und ein Magnetpol tritt in jedem Vorsprung 25a auf,
und der umgekehrte Magnetpol tritt in dem Plattenkörper 22b auf.
Durch dieses Phänomen
werden, genau wie bei 8 erläutert, axiale Flüsse zwischen
jeweils gegenüberliegenden
Magnetpolen erzeugt, und diese axialen Flüsse wirken, dem Bogen zwischen
den gegenüberliegenden
Elektroden zu stabilisieren, so dass der Verbrauch des Kontaktelements 1 begrenzt
ist und die Unterbrechungseffizienz verbessert ist. In dieser dritten
Ausführungsform
ist der Aufbau einer Elektrode außerdem einfacher als jener
der zweiten Ausführungsform,
weil das Magnetelement 25 von integralem Aufbau ist.
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Ein
Magnetelement 25 eines in 10(b) gezeigten
Aufbaus der vierten Ausführungsform
dieser Erfindung ist als Ersatz für das Magnetelement 25 der
dritten Ausführungsform,
die in 9 gezeigt ist, verwendbar. Das Magnetelement 25,
das in 10(b) gezeigt ist, ist durch
einen Plattenkörper 25b gekennzeichnet,
der ein Mittenloch 25c aufweist, das die axiale Verteilung
Bz einer Flussdichte verbessern kann, wie in 10(a) gezeigt.
Das heißt,
dass das Mittenloch 25c wirkt, die Flussdichte des Mittenbereichs
der Elektrode weiter abzusenken als diejenige des Umfangsbereichs
davon, um die Neigung einer Bogenkonzentration in den Mittenbereich
der Elektrode bei einem Unterbrechen eines großen Stroms zu verhindern, wobei
die Bogenkonzentration dazu neigt, dann aufzutreten, wenn die Flussdichte
in dem Mittenbereich hoch ist. Durch einen Einsatz jedes Magnetelements 25 des
in 10(b) gezeigten Aufbaus an der
Elektrode wird es dementsprechend möglich, den Bogen über die
gesamte Oberfläche des
Kontaktelements 1 zu verbreitern, auch wenn der große Strom
nahe der kritischen Grenze unterbrochen wird, und die Unterbrechungseffizienz
zu verbessern.
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In
diesen zweiten bis vierten Ausführungsformen
kann die Beziehung zwischen der Anzahl N der Leitungsstifte eines
kleinen Durchmessers und dem Durchmesser D (mm) der Elektrode zu
0,05 D < N eingestellt
werden, und folglich wird es möglich,
die räumliche
Fluktuation des Flusses zu beschränken und den Bogen gleichförmig über der
Oberfläche
des Kontaktelements ausbrechen zu lassen. Ferner neigt in den zweiten
bis vierten Ausführungsformen,
was jeweils zwei Leitungsstifte 21 oder Leitungsstifte 24 betrifft,
die an beiden Seiten jedes Magnetelements 22 oder jedes
Vorsprungs 25a des Magnetelements 25 gelegen sind,
indem jeweilige Abstände
zwischen dem Stift 21 und dem Magnetelement 22 oder
zwischen dem Stift 24 und dem Vorsprung 25a eingestellt
werden, sich voneinander zu unterscheiden, der Fluss, der um den
Leitungsstift, der an der näheren Seite
gelegen ist, durch den Strom erzeugt wird, der dort hindurchfließt, dazu,
hauptsächlich
durch jedes Magnetelement 22 oder jeden Vorsprung 25a zu
laufen, und der Einfluss von dem Fluss der umgekehrten Richtung,
der um den Leitungsstift, der an der ferneren Seite gelegen ist,
durch den Strom, der dort hindurchfließt, erzeugt wird, wird beschränkt. Deswegen wird
die Intensität
des Magnetpols, der an jedem Ende des Magnetelements auftritt, verstärkt, und
die hohe axiale Flussdichte ist verfügbar.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Wie
oben stehend offenbart, wird gemäß der Erfindung,
die in den Ansprüchen
1 bis 5 beansprucht wird, die Verteilung der Stromdichte in dem
Bogen vereinheitlicht und der kritische Wert, der die Bogenkonzentration
herbeiführt,
wird verbessert.
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Gemäß der Erfindung,
wie sie in den Ansprüchen
6 und 7 beansprucht wird, wird es, auch wenn die Bogenkonzentration
auftritt, weil die Stromdichte zwischen den Elektroden den kritischen
Wert erreicht, möglich,
den Bogen in mehrfachen umlaufenden dispergierten Punkten in den
Umfangsbereich der Elektrode zu konzentrieren, so dass die Stromdichte
jedes Bogenkonzentrationspunkts im Vergleich zu der herkömmlichen
Elektrode abgesenkt ist, bei welcher der Bogen dazu neigt, sich
in einem Punkt zu konzentrieren, und dementsprechend werden Beschädigungen
an der Elektrode verringert und der Unterbrechungsgrenzstrom kann
erhöht
werden.
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Gemäß der Erfindung,
die in den Ansprüchen
8 und 9 beansprucht wird, wird, indem das Kontaktelement einer abgestuften
Charakteristik verwendet wird, wo das Material eines Kontaktelements
so eingestellt ist, dass der Kathodenstrahlungsabfall kontinuierlich
oder stufenweise von dem Mittenbereich zu dem Umfangsbereich hin
abgesenkt ist, die Bogenkonzentration auf die Mitte der Elektrode
verhindert und die Verteilung der Stromdichte in dem Bogen wird über der
gesamten Oberfläche
der Elektrode vereinheitlicht, und folglich wird der kritische Stromwert
der Bogenkonzentration verbessert und die Unterbrechungseffizienz
wird erhöht.
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Gemäß der Erfindung,
wie sie in Anspruch 10 beansprucht wird, wird es, indem eine Mehrzahl von
Umfangsleitungsspulen in dem Umfangsbereich der Elektrode bereitgestellt
werden, auch wenn die Bogenkonzentration auftritt, weil die Stromdichte
zwischen den Elektroden den kritischen Stromwert erreicht, möglich, die
Bogenkonzentration auf mehrfache umlaufende dispergierte Punkte
in dem Umfangsbereich der Elektrode zu konzentrieren, so dass die
Stromdichte an jedem Bogenkonzentrationspunkt im Vergleich zu der
herkömmlichen
Elektrode abgesenkt ist, bei welcher der Bogen dazu neigt, sich
auf einen Punkt zu konzentrieren, und dementsprechend werden die
Beschädigungen
an der Elektrode verringert und der Unterbrechungsgrenzstrom kann
erhöht werden.