JP6405361B2 - 電気スイッチデバイスおよび電気スイッチデバイスを作動する方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１及び第２の端子を備え、コンタクトサブアセンブリは、少なくとも２つのコンタクト部材を有し、コンタクト部材が互いに接触する接続位置から、コンタクト部材が互いから離間する遮断位置へ移動するように構成され、電流路は、コンタクトサブアセンブリの接続位置では、コンタクトサブアセンブリを介して第１の端子から第２の端子へ延在し、コンタクトサブアセンブリの遮断位置では遮断される、リレーのような電気スイッチデバイスに関する。

このような電気スイッチデバイスは、従来の技術から一般的に知られている。コンタクト部材が接続位置にある場合、電流路は、電気スイッチデバイス内を途切れなく延在し、電流は、電流路に沿って電気スイッチデバイス内を流れる。コンタクト部材同士が離間すると、電流路、従って電気スイッチデバイス内を流れる電流は遮断される。

電気スイッチデバイス、特にリレーは、大量製造物品であり、単純な構造で、製造が安価である必要がある。更に、スイッチ動作は、何周期にも渡って信頼性のあるものであるべきである。

本発明は、これらの課題に対処することを目指し、製造コストが高くなく、単純な構造を有し且つ信頼性のあるリレーのような電気スイッチデバイスを提供することを目標とする。更に、本発明は、電気スイッチデバイスを作動する方法を提供することを目標とする。

本発明に係る電気スイッチデバイスは、電流路に位置する少なくとも２つの導体部材を備え且つ導体部材に作用するローレンツ力を生じるように配置されたローレンツ力発生器を更に備え、ローレンツ力は、コンタクトサブアセンブリにおいて開放力に機械的に変換され、開放力は、前記コンタクトサブアセンブリを遮断位置へ付勢する。

本発明に係るこの電気スイッチデバイスは、コンタクト部材を互いから離すための開放力に機械的に変換されるローレンツ力を提供するために、電流路を流れる電流を使用する。これにより、製造が安価な単純な構造を有する電気スイッチデバイスを設計することが出来る。また、ローレンツ力の発生は、導体部材における機械的摩耗又はその他の摩耗を引き起こさないので、本発明に係る電気スイッチデバイスは、多くのスイッチサイクルに渡って信頼できる。

従来の技術では、コンタクトサブアセンブリのコンタクト部材間の接触圧力を増大するためにローレンツ力を使用することが知られている。しかしながら、本発明は、ローレンツ力を異なる方法で使用する。即ち、ローレンツ力は、特定の時点（ゼロ電流交差）で、例えばコンタクト部材同士を離すことにより、電流路を遮断又は遮断を支援するために機械的に変換される。ローレンツ力は、本発明によれば、接触を確立するためにコンタクト部材同士をくっつけるために使用されてもよい。以下で論じられる特定の実施形態から分かるように、これは、ローレンツ力が、コンタクト部材同士間に接触圧力を加えるために追加的に使用され、後の時点で遮断位置を引き起こすことを排除しない。

本発明の以下の記述は、互いに独立して、電気スイッチデバイスの更なる向上へ繋がってもよい。特に指示の無い限り、様々な特徴は、本発明の具体的な用途の求めに応じて組み合わされてもよい。

例えば、開放力へのローレンツ力の機械的変換は、導体部材が、例えばコンタクト部材同士を押し離すことによって、コンタクト部材の少なくとも一方に直ちにローレンツ力を加えるという点で直接的であってもよい。また、この機械的変換は、少なくとも１つの機械的要素がローレンツ力発生器とコンタクトサブアセンブリとの間で動作可能に介在されるという点で間接的であってもよい。次に、ローレンツ力の作用路は、機械的要素を介してコンタクトサブアセンブリまで延在している。

ローレンツ力の作用路は、それに沿ってローレンツ力が作用力に変換されて、力束路を画定してもよい。電気スイッチデバイスは、単安定又は双安定リレーであってもよい。電流路における電流は、用途に応じてミリアンペアから数キロアンペアの範囲としてもよい。

ローレンツ力発生器は、コンタクトサブアセンブリに対して直列に、即ち、電流路におけるコンタクトサブアセンブリの前又は後の何れかに配置されることが好ましい。

他の有利な一実施形態によれば、導体部材の少なくとも一つは、起動状態において、初期の無電流状態と比べてローレンツ力によって撓むように構成されてもよい。この撓みは、スイッチデバイスの被駆動要素に対する、及び最終的にはコンタクトサブアセンブリに対する開放力を変換する駆動運動として使用されてもよい。また、この撓みは、ばね部材のようなエネルギー蓄積装置に負荷をかけ、次にコンタクトサブアセンブリにおいて開放力を生じるように使用されてもよい。このように、ローレンツ力は、ばね部材を介して開放力に変換される。ばね部材は、ローレンツ力の作用路内に位置される。ローレンツ力によって動力供給されるエネルギー蓄積装置の使用は、電流路が遮断されてローレンツ力が止まった後でも、コンタクトサブアセンブリに開放力が印加されるという利点を有する。

可撓性の導体部材は、固定端と、固定端の反対側に可動端とを備えることができる。かかるレバー状構成は、ローレンツ力を増大又は減少するため、又はローレンツ力によって駆動される動きを変更するために使用することができる。

他の一実施形態によれば、好ましくは可撓性の導体部材の可動端は、少なくとも１つのコンタクト部材、特に、スイッチデバイスの少なくとも１つのスイッチコンタクトを備えてもよい。そのような一実施形態では、スイッチコンタクトは、ローレンツ力によって直接駆動されることができる。

可撓性の導体部材は、トリガーばねであってもよく、ローレンツ力によって、初期の無電流状態に比べて起動状態、即ち、撓み状態に弾性的に変形される。トリガーばねの使用により、ローレンツ力発生器によってローレンツ力が与えられる方法を調整することが出来る。例えば、コンタクトサブアセンブリで生じる開放力の一時的な変化が、ローレンツ力の一時的な変化に対して線形比例する必要が無いように、トリガーばねは、特定の力や撓み特性を有するように構成されることができる。トリガーばねが使用される場合、その弾性変形によって、少なくとも部分的に導体部材の撓みが引き起こされることができる。更に、剛体撓み、即ち回転及び／又は並進が、変形と併発されてもよい。

より具体的な一実施形態によれば、リレーにおいて広く使用されているコンタクトばねがトリガーばねを兼ねてもよい。

ある構成において、少なくとも１つの導体部材は、トリガーばねよりも固くてもよい。特に、より固いコンタクト部材は、ローレンツ力発生器の電流の動作範囲に渡って剛体とみなされてもよい。或いは、ローレンツ力発生器の両方又は全ての導体部材は、トリガーばねとして構成されてもよい。

キロアンペア範囲の非常に大きな電流用に構成されたスイッチデバイスでは、電流路の様々な構成部品は、電流を安全に伝導するために大きな断面積を有する必要がある。トリガーばねが使用される場合、大きな電流に必要な大きな断面積は、トリガーばねの柔軟性には悪影響がある可能性がある。しかしながら、電流路における所与の電流ひいては所与のローレンツ力に対して大きな撓みを得るためには、トリガーばねは、ある程度の柔軟性を有する必要がある。かかる柔軟性を得るためには、トリガーばねは、中央部及び端部を備え、端部が中央部に隣接し、トリガーばねの可撓性が、端部よりも中央部において大きいと有利である可能性がある。中央部において増大した可撓性により、この領域におけるトリガーばねの変形がより容易になり、ひいてはローレンツ力発生器によって生じる大きなストロークに繋がる。

数層の導電性金属板を備える多層トリガーばねが使用される場合、これらの層は、中央部において、そこでの可撓性を増大するために、少なくとも部分的に互いに非平行とすることができる。例えば、これらの層の内の少なくとも１つの層が、中央部において屈曲されてもよい。

他の一実施形態によれば、旋回可能な作動レバーが設けられてもよく、このレバーは、ローレンツ力又はローレンツ力発生器夫々によって駆動される。上記に説明したように、レバーは、ローレンツ力が開放力としてコンタクトサブアセンブリに作用する前にローレンツ力を変換及び変化させるように使用することができる。旋回可能レバーを使用することは、例えば、ローレンツ力の方向を逆にすべき場合に有用である可能性がある。かかる逆転は、中央部で支持されるレバーを有することによって達成されてもよい。作動レバーは、オーバーストロークばねを兼ねてもよい。コンタクトばねがローレンツ力発生器のトリガーばねとして使用される場合、コンタクトサブアセンブリは、作動レバー用の支持点として使用することができる。

コンタクトサブアセンブリは、作動レバーがローレンツ力発生器によって旋回される際の支持点を形成してもよい。かかる一実施形態では、ローレンツ力発生器は、コンタクト部材を互いに対して押圧し、且つコンタクト部材において開放力を引き起こし、後にコンタクトアセンブリを開放するように構成されることができる。

コンタクトサブアセンブリは、起動状態において、ローレンツ力発生器の可撓性の導体部材の支持部として使用されることができる。

他の一実施形態によれば、少なくとも２つの導体部材は、好ましくはそれらの端部の少なくとも一方の端部において、互いに対して取付けられてもよい。少なくともコネクタ部材を互いに対しての取付けは、それらを電気的に接続する簡単な方法である。当然のことながら、この取付けは、例えば、導体部材の少なくとも一つの撓みを可能にすることによってローレンツ力が取り出されることが出来るようにするべきである。

ローレンツ力発生器の少なくとも２つの導体部材は、スイッチデバイスの単純な構成を得るために直列接続されてもよい。

他の一実施形態によれば、スイッチデバイスは、ローレンツ力発生器によって、特に、ローレンツ力によって、閉位置から開位置へ駆動されるように構成されるアクチュエータサブアセンブリを更に含んでもよい。アクチュエータサブアセンブリは、コンタクトサブアセンブリに動作可能に接続されてもよく、少なくとも遮断位置から開位置へコンタクトサブアセンブリを駆動するように構成されてもよい。更に、アクチュエータサブアセンブリが開位置にあり、コンタクトサブアセンブリが接続位置にある場合に開放力を発生するばね部材が設けられてもよい。この構成では、アクチュエータサブアセンブリは、ローレンツ力によって起動され、エネルギー蓄積装置として機能するばね部材に負荷をかける。次に、ばね部材は、コンタクトの実際の分離を引き起こし、それは、電流路の電流が減少し、コンタクト部材において有効な引き付けローレンツ力が、負荷されたばね部材によって発揮される力を下回るまで減少した時に発生し得る。

アクチュエータサブアセンブリは、一実施形態では、電磁石のような作動部材と、電磁石によって生じる磁場に応じて移動されるアーマチュアとを備えることができる。かかるアクチュエータサブアセンブリでは、ローレンツ力は、電磁石によって生じる電磁場に加えて、又はそれの代わりとして、アクチュエータを駆動するために使用されてもよい。

ばね部材は、アクチュエータサブアセンブリとコンタクトサブアセンブリの間で動作可能に相互接続されることが好ましい。アクチュエータサブアセンブリを閉位置から開位置へ動かすことによって負荷をかけられるばね部材は、トリガーばねのような導体部材の内の一つであってもよい。この構成では、トリガーばねは、まず、ローレンツ力によって撓ませられ、次に、アクチュエータサブアセンブリの作用による他の撓みを生じる。また、ばね部材は、他の構成では、オーバーストロークばねを含んでもよく、オーバーストロークばねは、コンタクト部材を押し付け合う明確なコンタクト力を生じるために閉位置におけるアクチュエータサブアセンブリによって異なる方法で使用される。

アクチュエータサブアセンブリは、少なくとも開位置では安定しているべきである。これは、アクチュエータサブアセンブリを開位置に維持するためにエネルギーが必要とされないことを意味する。アクチュエータサブアセンブリは、従って、アクチュエータサブアセンブリがローレンツ力によって起動されると直ぐに開位置になるようにしてもよい。

スイッチデバイスは、他の有利な一実施形態によれば、ローレンツ力発生器に隣接して、特に可撓性の導体部材に隣接して、障害のないデフレクタ容積が設けられるべきである。デフレクタ容積は、好ましくは、起動状態においてローレンツ力によって撓ませられる少なくとも１つの導体部材を受容するように構成される。

また、本発明は、電気スイッチデバイスを作動する方法によって実施されてもよい。本発明の方法によれば、コンタクト部材同士を離したりくっつけたりするように使用されるローレンツ力を生じるために電流路に沿って電流が提供される。上記に説明したように、ローレンツ力は、ばね部材に負荷をかけ、次に、ばね部材は、コンタクト部材同士を押し離す。アクチュエータサブアセンブリを使用することによって行われてもよいこの後者の側面は、カスケード作用に繋がり、まず、ローレンツ力が生成され、次に、ばね部材に負荷をかける。最後に、ばね部材は、コンタクト部材に開放力を向ける。このように、ローレンツ力は、中間のばね部材によって開放力に変換されてもよい。ばね部材の代わりに、他の種類の力変換器、又は補助デバイスが使用されてもよい。

かかる設計は、電流路に過電流のような高電流が存在する場合にコンタクトサブアセンブリにおいて電流路を遮断する安全解放機構を実施するのに特に有用であり得る。電流路を遮断することにより、電気スイッチデバイスに接続された回路群又は機械群は、その回路又は機械群のガルバニック分離を維持することによって過電流から保護されることができる。ローレンツ力による導体部材の撓みストロークは、過電流の測定単位として使用されてもよい。

ばね部材は、最小撓みが超過されれば負荷されてよく、及び／又は、コンタクトサブアセンブリにおけるローレンツ力が開放力を下回った後にコンタクト部材同士を押し離すためのエネルギー蓄積装置として使用されてもよい。かかる一連の流れにより、コンタクト部材同士が離される前に過電流が所定の値まで減少したことが確実となる。このように、開放処理におけるコンタクト部材同士間のスイッチアークの発生が減少、更には回避される可能性がある。

開放力をローレンツ力に適応させることにより、ゼロに近い電流、更にはぴったりゼロである電流が電流路を流れる場合に、コンタクト部材を互いから離すことが出来る。

以下では、本発明は、添付の図面を使用して一実施形態を参照して例示的に記述される。上述の改良点を考慮すると、実施形態の様々な特徴は、専ら説明のために組み合わされて示されていることは明らかである。具体的な用途に向けて、個々の特徴は、上記に説明したそれらの関連する利点が必要なければ省略されてもよい。

接続位置にある本発明に係る電気スイッチデバイスの概略的な側面図を示す。 遮断位置にある図１の電気スイッチデバイスの概略的な側面図を示す。 起動状態における図１及び図２の電気スイッチデバイスの概略的な側面図を示す。 起動状態における図１乃至図３の電気スイッチデバイスを示す。 電気スイッチデバイスによってスイッチオフされた電流の一時的な変化の概略的な図を示す。 本発明に係る電気スイッチデバイスに使用されるトリガーばねの概略図を示す。

まず、本発明に係る電気スイッチデバイスの構成は、図１及び図２を参照して説明される。図２では、図１の参照番号の一部は、明解さのために省略されている。電気スイッチデバイス１は、第１の端子２及び第２の端子４を備え、これらの端子は、機械群又は回路群（両方とも図示せず）に電気的に接続されてもよい。

電気スイッチデバイス１は、少なくとも２つのコンタクト部材８，１０を含むコンタクトサブアセンブリ６を更に備える。コンタクトサブアセンブリ６は、コンタクト部材８，１０が互いに接触する接続位置１２から図２に示す遮断位置１４へ移動することができる。遮断位置１４では、コンタクト部材８，１０は、互いから離間している。

接続位置では、電流路１６は、接続位置１２において第１及び第２の端子２，４間に延びている。よって、電流は、電流路１６に沿って第１及び第２の端子２，４の間を流れることができる。遮断位置では、電流路は、コンタクトサブアセンブリにおいて遮断され、電流が端子２，４間を流れることはない。

電気スイッチデバイス１は、図３及び図４を参照して以下に更に説明されるローレンツ力発生器１８を更に備える。ローレンツ力発生器１８は、コンタクトサブアセンブリ６に直列接続されることができる。ローレンツ力発生器１８は、電流路１６においてコンタクトサブアセンブリ６の前又は後ろに位置することができる。

図１及び図２に示すように、電気スイッチデバイス１は、アクチュエータサブアセンブリ２０を更に備えることができ、アクチュエータサブアセンブリ２０は、接続位置１２から遮断位置１４へ及びその逆へコンタクトサブアセンブリ６を駆動するように構成されることができる。

アクチュエータサブアセンブリ２０は、アーマチュア２４に作用する電磁駆動システム２２を備え、アーマチュア２４は、電磁駆動システム２２によって生じる電磁場に応じて移動される。アクチュエータサブアセンブリは、少なくとも１つの制御端子２６に印加される信号を切り替えると同時に駆動されることができる。

アクチュエータサブアセンブリ２０は、図２では開位置２８に示され、開位置は、ローレンツ力発生器１８が休止状態の場合のコンタクトサブアセンブリ６の遮断位置１４に関連する。アクチュエータサブアセンブリ２０の閉位置３０は、図１に示されるように、コンタクトサブアセンブリ６の接続位置１２に関連する。

アクチュエータサブアセンブリ２０は、開位置２８では少なくとも単安定である。このように、アクチュエータサブアセンブリ２０は、アクチュエータサブアセンブリ２０に外力が作用しない場合、又は、制御端子２６に外部エネルギーが供給されない場合、開位置２８で安定的に静止している。その他の変形例では、アクチュエータサブアセンブリ２０は、２つ以上の安定位置を有してもよく、即ち、双安定又は三安定でもよく、或いは、それ以上の安定状態を有してもよい。双安定構成では、閉位置３０も安定していてもよい。

本例では、アクチュエータサブアセンブリ２０の安定性は、アーマチュア２４が、遮断位置１４において磁石３２、例えば永久磁石によって引き付けられた状態にとどまるように、アーマチュア２４の近傍に磁石３２を配置することによって達成される。また、ばねのような、磁石以外の手段によって、安定的な開位置２８をもたらしてもよい。閉位置３０を達成するためには、磁石３２の引力により、アーマチュア２４が図２に示す開位置３０へ自動的に動かされるように、電磁駆動システム２２の電磁場が崩壊すれば済む。

アーマチュア２４を開位置２８から閉位置３０へ動かすために、電磁駆動システム２２は、アーマチュア２４に対する磁石３２の引力に対抗する力を発揮する電磁場を構築しなければならない。電磁駆動システム２２によって生じる力が磁石３２の引力に打ち勝った場合、アーマチュア２４は、閉位置３０に移動し、それによってコンタクトサブアセンブリ６を遮断位置１４から接続位置１２へ駆動する。接続位置１２と遮断位置１４との間の電気スイッチデバイス１の可動性は、両頭矢印Ａによって示される。

以下では、ローレンツ力発生器１８の構成が、図３及び図４を参照して説明される。図面を簡潔に保つため、図１及び図２の参照番号の一部は省略されている。

図３は、接続位置におけるコンタクトサブアセンブリ６と、閉位置１２におけるアクチュエータサブアセンブリ２０とを示す。ローレンツ力発生器１８は、少なくとも２つの導体部材３４，３６を備える。導体部材３４，３６は、電流路１６に位置することが好ましい。電流路１６に沿って電流が印加される場合、導体部材３４，３６同士間に作用するローレンツ力３８が生じる。ローレンツ力の方向は、導体部材３４，３６における電流の方向によって決まる。電流が導体部材３４，３６において同じ方向であれば、ローレンツ力３８は、導体部材３４，３６を互いに引き付け合うように作用する。従って、ローレンツ力３８は、開放力４０としてコンタクトサブアセンブリ６に直接作用してもよい。

図示の実施形態では、導体部材３４における電流の方向は、導体部材３６における電流の方向と逆である。従って、ローレンツ力３８は、導体部材３４，３６を押し離す。このように、ローレンツ力３８が直ちに影響することによって、コンタクト部材８，１０における閉鎖力４１となるが、ローレンツ力３８は、力束路４２に沿って変換されることによって開放力４０にも変換される。この機械的変換は、例えば、ローレンツ力発生器１８をコンタクトサブアセンブリ６に機械的にリンクすることによって達成されるので、ローレンツ力は、機械的連結に沿って変換される。かかる構成では、ローレンツ力は、力束路４２に沿って作用する。

以下に説明するように、上記機械的変換は、アクチュエータサブアセンブリ２０を作動するために使用される即時作動力４３の発生を伴っていてもよい。アクチュエータサブアセンブリ２０は、同様に、作動と同時に開放力４０を生成する。

図３に示すように、導体部材３４，３６の内の少なくとも一方は、図２に示す開状態１４である初期の無電流状態と比べてローレンツ力３８によって撓むように構成されてもよい。単に一例として、以下では、ローレンツ力３８によって撓むのは導体部材３４である。

可撓性の導体部材３４は、一端４４が固定され、他端４６は可動である。導体部材３４の撓みは、特に弾性変形としてもよい。この場合、導体部材３４は、トリガーばね４８であり、その撓みにより、コンタクトサブアセンブリ６の開放が引き起こされる。

トリガーばね４８としては、電気スイッチデバイス１には通常コンタクトばねが存在するので、そのコンタクトばねが使用されてもよい。

導体部材３４が撓み状態であれば、可動端４６は、図３に示す起動状態におけるコンタクトサブアセンブリ６によって支持されることができる。

ローレンツ力３８による撓みは、固定端４４及びコンタクトサブアセンブリ６における２つの支持点によって湾曲した形の導体部材３０に繋がる。

ローレンツ発生器１８の少なくとも２つの導体部材３４，３６は、好ましくは、図面に示すように、互いに平行及び隣接するように延在している。これにより、ローレンツ力３８が最大の効率で生成されることが確実となる。

導体部材３４，３６が導体部材３４の固定端４４において互いに固定される場合、導体部材３４，３６は、電流路１６内で直列接続される。

図１乃至図４に示す実施形態によれば、ローレンツ力発生器１８は、安全解除機構の一部として使用され、電流路１６に過電流が存在している又は存在していた場合、コンタクトサブアセンブリ６を接続位置１２から遮断位置１４へ自動的に移行する。

少なくとも１つの可撓性の導体部材３４の撓み量は、電流路１６を流れる電流の強度によって決まるため、コンタクトサブアセンブリ６における電流路１６の遮断は、所定の最大撓みを超えた場合にのみ開始する。

しかしながら、本例では、ローレンツ力３８は、コンタクトサブアセンブリ６に間接的に作用する。これは以下で説明される。

ローレンツ力発生器１８は、アクチュエータサブアセンブリ２０に機械的にリンクされるので、ローレンツ力３８は、アクチュエータサブアセンブリ２０に作用する。このリンケージは、可撓性の導体部材３４を直接アクチュエータサブアセンブリ２０に機械的に結合することによって実現されてもよい。しかしながら、本例では、ローレンツ力発生器１８は、オーバーストロークばね５０が間に配置されている点で、アクチュエータサブアセンブリ２０に間接的に結合されているに過ぎない。

オーバーストロークばね５０は、導体部材３４と共に作動レバー５２を形成する。一方、コンタクトサブアセンブリ６は、作動レバー５２のための旋回支持部として作用する。従って、ローレンツ力３８による可撓性の導体部材３４の撓みは、コンタクトサブアセンブリ６回りの作動レバー５２の旋回運動に繋がる。ローレンツ力３８は、作動レバー５２のための支持点としても機能するコンタクト部材８，１０同士の閉鎖力４１による押圧と、コンタクトサブアセンブリ６に対するローレンツ力発生器１８とは反対の作動レバー５２の側における旋回運動の両方に作用する。その結果、オーバーストロークばね５０は、矢印４８で示す反対方向に動かされる。従って、レバー状構造により、ローレンツ力３８は、オーバーストロークばね５０の端部では、異なる強度及び反対方向の作動力４３に変換される。オーバーストロークばね５０及び作動力４３を介して、アクチュエータサブアセンブリ２０は、開位置２８へ付勢されて起動される。

スイッチデバイス１が単安定である場合、アクチュエータサブアセンブリ２０を開位置２８へ移動するためには、アクチュエータサブアセンブリ２０に作用する非常に小さい力で十分である可能性がある。閉位置においても安定的に静止する双安定アクチュエータサブアセンブリ２０の場合は、ローレンツ力３８、即ち、より具体的には、そこから生じる作動力４３は、アクチュエータサブアセンブリ２０を安定的な閉位置から動かすための閾値を超える必要がある。

図４では、アクチュエータサブアセンブリ２０は、ローレンツ力３８によって開位置２８へ移動している。本実施形態では、オーバーストロークばね５０又はトリガーばね４８等のばね部材５６は、アクチュエータサブアセンブリ２０とコンタクトサブアセンブリ６との間に配置される。従って、アクチュエータサブアセンブリ２０は開位置２８になるが、コンタクトサブアセンブリ６は、接続位置１４で静止したままである。これは、中間ばね部材５６が負荷をかけられる場合にのみ可能である。

トリガーばね４８が中間ばね部材５６を兼ねる本例では、アクチュエータサブアセンブリ２０が開位置２８にあり、コンタクトサブアセンブリ６が接続位置１２である場合、トリガーばね４８の変形が大きくなる。アクチュエータサブアセンブリ２０は開位置２８で安定しているため、コンタクトサブアセンブリ６が遮断位置１４へ動かされるまでは、アクチュエータサブアセンブリ２０は、中間ばね部材が負荷をかけられた状態を維持する。ばね部材５６の負荷は、この時、ローレンツ力ひいては電流路１６における電流から独立している。

ローレンツ力発生器１８によって開始される閉位置１２から開位置１４への移行は、電流路１６における電流が減少した場合に発生する。

ローレンツ力は、コンタクトサブアセンブリ６において作用し、電流路１６における電流が十分に大きい場合は、ローレンツ力発生器１８においてローレンツ力３８によって生成された開放力４０を過大に補償する。電流が減少すると、ばね部材５６によって発生する開放力４０の方が強くなるまで、コンタクトサブアセンブリ６において作用しているローレンツ力も低減する。この場合、コンタクト部材８，１０は離され、トリガーばね１４は弛緩する。スイッチデバイスは、矢印Ｄで示すように、図２に示す状態となる。

従って、図１乃至図４に示す実施形態は、ローレンツ力は閉鎖状態のコンタクトサブアセンブリ６に直接的には作用していないが、ローレンツ力を用いて、まずトリガーばね４８を撓ませ（矢印Ｂ）、次に、コンタクトサブアセンブリ６が未だ接続位置１２にある間にアクチュエータサブアセンブリ２０を安定的な開位置２８へ移行させる（矢印Ｃ）というカスケードシステムを使用している。これにより、アクチュエータサブアセンブリ２０とコンタクトサブアセンブリ６との間に動作可能に配置されたばね部材５６に負荷がかけられ、開放力４０を生成する。

導体部材３４の撓みを収容するため、ローレンツ力発生器１８に隣接して、障害のないデフレクタ容積５７が設けられてもよい。撓んだ状態で、導体部材３４は、デフレクタ容積５７内へ延在する。

アクチュエータサブアセンブリ２０は、電流路１６における電流からは独立して開位置２８で安定的に静止するので、電流路１６における電流が減少した場合でも未だ開放力４０は加えられる。また、電流路１６における電流の減少により、コンタクトサブアセンブリ６内に作用してコンタクト部材８，１０を押し付け合う局所的なローレンツ力も減少する。開放力４０が局所的なローレンツ力を超えると、コンタクトサブアセンブリ６は、遮断位置１４へ移行される（矢印Ｄ）。一方、両頭矢印Ａは、通常のスイッチ動作を示す。

このカスケードシステムの利点は、電流路１６に電流がない又は低電流が存在するときにコンタクト部材８，１０の開放が行われることである。従って、コンタクト部材８，１０が分離を開始する場合にスイッチングアークが生じる危険性が無い。

従って、図１乃至図４に示す実施形態は、電流路１６に沿って数千アンペアが流れる高電流用途に特に適している。しかしながら、適宜定義された部品同士の関係によって、当該機能はより低い電流でも可能である。

図５は、時間ｔに渡る電流Ｉの挙動を例示的に示す。時間ｔ₁では、過電流Ｉ₀が発生する。過電流Ｉ₀が存在する間、スイッチデバイス１は、図３及び図４に示すように、起動状態に移行される。電流が更に減少すると、開放力４０は、時間ｔ₂ではコンタクト同士を押し離し、電流路１６を遮断する。従って、時間ｔ₂から開始すると、電流路１６の電流Ｉはゼロになる。ばね部材５６の性質を綿密に調整することにより、電流路１７の遮断は、ゼロ電流付近、即ち、Ｉ＝０に設定することが出来る。

ローレンツ力３８は、交流電流（ＡＣ）が使用されるか直流電流（ＤＣ）が使用されるかに拘らずローレンツ力発生器１８によって生成されるので、スイッチデバイス１は、ＡＣ用途及びＤＣ用途の両方に使用されてよい。

電流路１６における電流が低く、コンタクト部材８，１０の分離と同時にスイッチングアークが発生しないと予想される場合、上述のカスケードシステムを使用する必要はない可能性がある。代わりに、ローレンツ力３８は、コンタクト部材８，１０を直接開放するために使用されてもよい。

更に、アクチュエータサブアセンブリ２０は、外部信号を受けてコンタクトサブアセンブリ６を駆動するために使用されるアクチュエータサブアセンブリ２０である必要はない。アクチュエータサブアセンブリ２０は、ローレンツ力発生器１８によって専ら駆動されるように構成されてもよい。

トリガーばね４８の柔軟性は、起動状態につながる過電流Ｉ₀に応じて調整されなければならない。大きな電流は電流路１６に大きな断面を必要とするため、トリガーばね３８は、可撓性を大きくした中央部を備えてもよい。これは図６を参照して説明される。

図６では、トリガーばね４８が示され、スイッチデバイス１の残りの要素は除かれている。

大きな電流に対して、トリガーばね４８は、２つ以上の平行な部分に分割されてもよい。トリガーばね４８は、コンタクトばねも兼ねており、２つのコンタクト部材８と、固定端の反対にオーバーストロークばね５０とを備えてもよい。トリガーばね４８の２つの隣接する端部６０の間に位置する中央部５８では、斜線領域で示すように、可撓性を増してもよい。

トリガーばね４８が２つ以上の層６２，６４を含む場合、これらの層は、例えば層６２，６４を真っ直ぐに保つ一方で層５６を屈曲することによって中央部５８にて分離されてもよい。これにより、高電流に必要な大きな断面があってもトリガーばね４８の高い柔軟性が確実なものとされる。

１ 電気スイッチデバイス
２ 第１の端子
４ 第２の端子
６ コンタクトサブアセンブリ
８ コンタクト部材
１０ コンタクト部材
１２ 接続位置
１４ 遮断位置
１６ 電流路
１８ ローレンツ力発生器
２０ アクチュエータサブアセンブリ
２２ 電磁駆動システム
２４ アーマチュア
２６ 制御端子
２８ 開位置
３０ 閉位置
３２ 磁石
３４ （可撓性の）導体部材
３６ 導体部材
３８ ローレンツ力
４０ 開放力
４１ 閉鎖力
４２ 力束路
４３ 作動力
４４ 固定端
４６ 可動端
４８ トリガーばね
５０ オーバーストロークばね
５２ レバー
５４ 矢印
５６ ばね部材
５７ デフレクタ容積
５８ トリガーばねの中央部
６０ トリガーばねの端部
６２，６４ トリガーばねの層

Claims (11)

1. 電気スイッチデバイス（１）であって、
   第１及び第２の端子（２，４）と、
   少なくとも２つのコンタクト部材（８，１０）と、ローレンツ力発生器（１８）を有し、前記コンタクト部材（８，１０）が互いに接触する接続位置（１２）と、前記コンタクト部材（８，１０）が互いから離間する遮断位置（１４）との間を移動可能に構成されるコンタクトサブアセンブリ（６）と、
   前記コンタクトサブアセンブリ（６）の前記接続位置（１２）では、前記第１の端子（２）から前記コンタクトサブアセンブリ（６）を介して前記第２の端子（４）へ延在し、前記コンタクトサブアセンブリ（６）の前記遮断位置（１４）では遮断される電流路（１６）と、
   閉位置（３０）と開位置（２８）との間で移動可能に構成されるアクチュエータサブアセンブリ（２０）と、
   を備え、
   前記ローレンツ力発生器（１８）は、前記電流路（１６）に位置する少なくとも２つの導体部材（３４，３６）を備え、第２導体部材（３６）から第１導体部材（３４）を離す第１方向に作用するローレンツ力（３８）を生じるように配置され、
   前記第１導体部材（３４）は、前記第２導体部材（３６）に固定される固定端（４４）と、前記アクチュエータサブアセンブリ（２０）に支持される可動端（４６）と、を有し、
   前記コンタクト部材（８）は、前記固定端（４４）と前記可動端（４６）の間に設けられ、
   前記第１の方向に作用する前記ローレンツ力（３８）は、
   前記コンタクト部材（８，１０）を接触させる前記第１方向に向かう閉鎖力（４１）と前記第１方向と反対の第２方向に向かう開放力（４０）とを生じさせ、かつ、
   前記コンタクト部材（８，１０）を支持点として、前記可動端（４６）を前記第２方向に向けて旋回させる作動力（４３）に変換され、
   前記アクチュエータサブアセンブリ（２０）は、前記作動力（４３）により前記閉位置（３０）から前記開位置（２８）に向けて移動し、前記第１導体部材（３４）に負荷をかけるが、
   前記開放力（４０）が前記ローレンツ力（３８）を超えると、前記第１導体部材（３４）は前記遮断位置（１４）に移行する、
   電気スイッチデバイス（１）。
2. 起動状態では、前記第１導体部材（３４）は、無電流状態（１２，１４）に比べて前記ローレンツ力（３８）によって撓むように構成される、
   請求項１に記載の電気スイッチデバイス。
3. 可撓性の前記第１導体部材（３４）は、前記ローレンツ力（３８）によって弾性的に変形するように構成された板ばね（４８）である、
   請求項２に記載の電気スイッチデバイス（１）。
4. 前記ローレンツ力発生器（１８）の前記第１導体部材（３４）および前記第２導体部材（３６）は、互いに平行且つ隣接して延在する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気スイッチデバイス（１）。
5. 前記アクチュエータサブアセンブリ（２０）が前記開位置（２８）にあり、前記コンタクトサブアセンブリ（６）が前記接続位置（１２）にある場合に、前記開放力（４０）を発生するばね部材（５６）が設けられる、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気スイッチデバイス（１）。
6. 前記ばね部材（５６）は、前記導体部材（３４，３６）の内の少なくとも一方を備える、
   請求項５に記載の電気スイッチデバイス（１）。
7. 前記アクチュエータサブアセンブリ（２０）は、前記開位置（２８）で安定している、請求項５又は６に記載の電気スイッチデバイス（１）。
8. 前記スイッチデバイス（１）は、前記ローレンツ力発生器（１８）に隣接し、前記導体部材の撓みを収容する容積部（５７）を更に備える、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電気スイッチデバイス（１）。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に従って構成される電気スイッチデバイス（１）を作動する方法であって、
   導体部材（３４，３６）を押し離す方向に作用するローレンツ力（３８）が、コンタクトサブアセンブリ（６）のコンタクト部材（８，１０）の間に接触圧力が加えられる間に、前記導体部材の少なくとも１つの撓みにより前記コンタクト部材を互いから離すための開放力（４０）に機械的に変換され、前記開放力（４０）は、前記コンタクトサブアセンブリ（６）を遮断位置（１４）へ付勢する、
   電気スイッチデバイス（１）を作動する方法。
10. 前記ローレンツ力（３８）は、ばね部材（５６）に負荷をかけ、前記ばね部材は、前記コンタクト部材（８，１０）を互いから離すように移動する、
    請求項９に記載の方法。
11. 前記コンタクト部材（８，１０）は、電流路（１６）における電流がちょうど又は約ゼロであれば、互いから離れるように移動される、
    請求項９又は１０に記載の方法。
    

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