JP7405853B2 - 負荷電流を誘導およびスイッチングするためのスイッチングデバイス - Google Patents

Description

本開示は、特に電気可動性の分野における用途のための、負荷電流、例えば高ＤＣ電流を誘導およびスイッチングするためのスイッチングデバイスに関する。

１０ｋＡ以上の範囲の短絡電流の安全なスイッチオフを可能にするために、スイッチングデバイスに及ぼす短絡電流から生成される電気アークの衝撃の持続時間を可能な限り小さい時間に制限することは、特に電気自動車の運転および充電動作での使用に必要とされるようなコンパクトなスイッチングデバイスの場合、基本的に重要である。

スイッチングサイクル数が大きいスイッチング公称電流の場合、スイッチングデバイスの耐用年数は、スイッチングデバイスが、スイッチング接点の表面からスイッチング接点を開く間に発生する電気アークを迅速に遠ざけ、電気アークをできるだけ迅速に消弧する能力によって大きく決まる。これらの要件を実現するために不可欠な要素は、例えば５ｍｍを超える十分に長い開口距離で接点を高速に開くことができる高速スイッチングドライブを達成できること、アーク誘導レールに基づくアークドライバデバイス、効率的な磁気ブローフィールド構成、および好適な消弧システムである。

短絡、特に高い短絡電流が発生した場合、高い電流力により、スイッチング接点の高速で動的な開放／断裂が現れる可能性がある。短絡電流によって生成され、スイッチング接点の開放中に検出することができる電気アークの高エネルギー含有量は、スイッチングデバイスを破壊する可能性がある。さらに、電気アークのエネルギーを短時間で消散でき、したがってアークを迅速に消弧できることが建設的に保証されていない場合、スイッチングデバイスのスイッチング経路の必要なガルバニック絶縁はもはや発生しない。

公称電流の場合のスイッチングデバイスの前述の特性に加えて、この要件を満たすために不可欠な基準は、短絡が発生した場合に強力で動的な磁気ブローフィールドが構築されるように、スイッチングデバイスの固定および可動のスイッチング部品を建設的に構成することである。

ＥＰ２１３１３７７Ａ１は、磁気ドライブを有する継電器に関する。磁気ドライブは、スライダに係合して接触ばねをそれぞれの継電位置に移動させるアーマチュアを備える。ＵＳ４，０４８，６００Ａは、２つの接点を有する接点ブリッジがその上に取り付けられたピボットアーマチュアを備え、２つの接点は固定接点キャリア上の接点と協働する、電力継電器に関する。ＵＳ２０１４／０３６０９８２Ａ１は、第１および第２の接点間で発生するアークを消弧デバイスに向けて誘導するために設けられたアーク誘導アセンブリを備えるスイッチングデバイスに関する。ＵＳ２０１４／００６１１６０Ａ１は、複数のアークスプリッタプレートを備える直流アークシュートを有する回路ブレーカを示す。

特に、好ましくは１００Ａを超えるＤＣ電流および最大約１０００Ｖまでの電圧に対して、多数のスイッチング動作を実行できる、短絡防止され、極性に依存せず、遠隔制御されるコンパクトなスイッチングデバイスを提供することが望まれる。

発明の概要
負荷電流を誘導およびスイッチングするためのスイッチングデバイスであって、多数のスイッチング動作を確実に処理することができるスイッチングデバイスを、請求項１に特定する。

考え得る実施形態によると、スイッチングデバイスは、第１の可動接点および第２の可動接点可を有する可動スイッチング部品を備える。スイッチングデバイスは、第１の固定接点および第２の固定接点をさらに備える。スイッチングデバイスは、スイッチング部品を支持するための支持デバイスを備える。スイッチング部品のスイッチオン状態では、第１の可動接点は第１の固定接点と接触し、第２の可動接点は第２の固定接点と接触している。スイッチング部品のスイッチオフ状態では、第１の可動接点は第１の固定接点から電気的に分離され、第２の可動接点は第２の固定接点から電気的に分離されている。さらに、スイッチング部品は、少なくともスイッチング部品の回転運動と支持デバイスの並進運動とによって、スイッチング部品がスイッチオン状態とスイッチオフとの間で動くように配置されている。スイッチング部品は、スイッチング部品が回転可能に配置されるベアリング位置を有する。スイッチング部品は、スイッチング部品の加力エリアで支持デバイスに機械的に結合され、加力エリアの箇所は、ベアリング位置の箇所とは異なる。

提案されたスイッチングデバイスは、公称負荷条件下で多数のスイッチング動作、例えば１００，０００回を超えるスイッチング動作を実行することができる、１００Ａを超える双方向負荷電流および双方向過電流、特に短絡電流を誘導およびスイッチングするための、遠隔制御されるコンパクトなＤＣスイッチングデバイスとして具現化される。

スイッチングデバイスの遠隔制御特性は、アクチュエータ、例えば磁気アクチュエータを使用してスイッチング部品を動かすことによって実現され得る。したがって、スイッチングデバイスは、スイッチング部品をスイッチオフ状態とスイッチオン状態との間で動かすための機械的ロックまたは手動スイッチを必要としない。

スイッチングデバイスの一実施形態によれば、可動スイッチング部品は、スイッチング動作の間、純粋な線形運動を実行するのではなく、好適な接続または継ぎ手、例えば球形自在継ぎ手ベアリングを使用して、回転運動、または線形運動と回転運動の組み合わせを実行し、したがって、拡大された開放距離で接点を高速開放するためのレバー動作が生成され、かつ一方または両方の溶着した接点対を破断するための追加レバー効果が提供されて、高電流をスイッチオンしたときの溶着傾向を低減する。可動スイッチング部品の動きに回転成分を含めることにより、より高速の開放を達成し得る。これは、スイッチング接点の溶着傾向の低減につながり得る。

スイッチングデバイスの一実施形態によれば、可動スイッチング部品は、効率的な動的磁気ブローフィールドを生成するためのＥ字形部品として具現化され、Ｅ字形部品は、２つの外肢と中肢とを備える。中肢の端部部分は、関節、例えば球形自在継ぎ手として具現化することができ、可動スイッチング部品の線形および回転を組み合わせたスイッチング運動の実現に役立つ。

スイッチングデバイスの一実施形態によると、両方の可動接点に対して共通アーク誘導レールが提供される。共通アーク誘導レールは、移動質量を減らすために、可動スイッチング部品と物理的に固定されていない。

別の実施形態によれば、スイッチングデバイスは、ただ１対のアーク誘導レールと、接点対ごとにただ１つの脱イオン化消弧チャンバとをそれぞれ備える、コンパクトな電気アークドライバ構成および電気アーク消弧構成を提供する。

スイッチングデバイスの別の実施形態によれば、電気アーク消弧構成は、接点対ごとに２つ以上の同一の、直列に配置され、傾斜された脱イオン化チャンバを備える部品として具現化され、電気アークに面するチャンバの側面は、磁気ブローフィールド内で電気アークの運動方向に膨らむ電気アークに平行に配置されている。

別の実施形態によれば、スイッチングデバイスは、接点対ごとにそれぞれの長い脱イオン化消弧チャンバを備える電気アーク消弧構成を備え、電気アークに面する消弧チャンバの側面が、磁気ブローフィールド内で電気アークの運動方向に膨らむ電気アークと平行に向くように、チャンバの個々の消弧プレートは互いに対してシフトおよび／または傾斜されている。

追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載されており、その説明から当業者には容易に明らかになるか、または本明細書の書面による説明および特許請求の範囲ならびに添付の図面に記載されているような実施形態を実施することによって認識されるであろう。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は、単なる例示であり、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概要またはフレームワークを提供することを意図していることを理解されたい。

添付の図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施形態を示し、詳細な説明とともに、さまざまな実施形態の原理および動作を説明するのに役立つ。したがって、本開示は、添付の図と併せて、以下の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。

負荷電流を誘導およびスイッチングするためのスイッチングデバイスの第１の実施形態を示す。 負荷電流を誘導およびスイッチングするためのスイッチングデバイスの可動スイッチング部品および磁気アクチュエータの簡略図を示す。 動的磁気ブローフィールドを構築するためのスイッチングデバイスの可動スイッチング部品のスイッチオフ状態に発生する電流経路を示す 負荷電流を誘導およびスイッチングするためのスイッチングデバイスの第２の実施形態を示す。

負荷電流を誘導およびスイッチングするためのスイッチングデバイスの第１の実施形態を、図１～図３を参照して以下に説明する。

負荷電流を誘導およびスイッチングするためのスイッチングデバイス１は、第１の可動接点１０および第２の可動接点２０を有する可動スイッチング部品１００を備える。スイッチングデバイスは、第１の固定接点３０および第２の固定接点４０をさらに備える。スイッチングデバイス１は、スイッチング部品１００を支持するための支持デバイス／ブリッジ２００をさらに備える。スイッチング部品１００のスイッチオン状態では、第１の可動接点１０は第１の固定接点３０と接触し、第２の可動接点２０は第２の固定接点４０と接触している。さらに、スイッチング部品１００のスイッチオフ状態では、第１の可動接点１０は、第１の固定接点３０から電気的に分離され、第２の可動接点２０は、第２の固定接点４０から電気的に分離されている。スイッチング部品１００は、スイッチング部品１００の回転運動と支持デバイス２００の並進運動とによって、スイッチング部品がスイッチオン状態とスイッチオフ状態との間で動けるように構成されている。

スイッチング部品１００は、ベアリング位置１０１を有し、そこに、スイッチング部品１００が回転可能に配置されている。スイッチング部品１００は、スイッチング部品の加力エリア１０２において支持デバイス２００に機械的に結合されている。加力エリア１０２の箇所は、ベアリング位置の箇所とは異なる。スイッチング部品１００は、ベアリング位置１０１の周りでのスイッチング部品１００の回転運動と支持デバイス２００の並進運動とによって、スイッチング部品がスイッチオン状態とスイッチオフ状態との間で動くように構成されている。支持デバイスの並進運動は、スイッチング部品１００の加力エリアにおいてスイッチング部品１００に作用する。結果として、スイッチング部品のベアリング位置は、スイッチング部品の加力エリア１０２の並進運動に対して固定位置に留まり、すなわち、ベアリング位置は並進的に動かされない。

考え得る実施形態によれば、スイッチングデバイス１は、磁気アクチュエータを備える。支持デバイス２００および磁気アクチュエータ３００は、支持デバイス２００の並進運動が磁気アクチュエータ３００の作動によって引き起こされるように構成される。

スイッチング部品１００は、磁気アクチュエータ３００がスイッチング部品１００の加力エリア１０２に力を加えたときにスイッチング部品がベアリング位置１０１の周りで回転運動を実行するように構成されたレバーとして有効である。

スイッチングデバイスの考え得る実施形態によれば、スイッチング部品１００の加力エリア１０２は、スイッチング部品１００の加力エリア１０２の回転運動が第１および第２の可動接点１０および２０の回転運動を引き起こすように、ベアリング位置１０１と、第１の可動接点１０と第２の可動接点２０との間の仮想接続線とに対して配置されている。第１および第２の可動接点１０および２０の回転運動は、スイッチング部品１００の加力エリア１０２の回転運動よりも大きい。

これは、加力エリアが、スイッチング部品１００に機械的運動の並進が提供されるように、回転可能に具現化されたスイッチング部品１００に配置されることを意味する。磁気アクチュエータ３００または支持デバイス２００は、ベアリング位置１０１と加力エリア１０２との間の短いレバーに作用し、したがって、磁気アクチュエータ３００／支持デバイス２００の小さな（並進）運動が可動接点１０、２０の大きな（回転）運動を引き起こす。

図１～図３に示されたスイッチングデバイス１の一実施形態によれば、スイッチング部品１００は、第１の外肢１１０と第２の外肢１２０と中肢１３０とを有するＥ字形部品として具現化される。中肢１３０は、第１の外肢１１０と第２の外肢１２０との間に配置されている。中肢１３０は、第１および第２の外肢１１０および１２０よりも長い。第１の可動接点１０は、第１の外肢１１０の端部部分に配置されている。第２の可動接点２０は、第２の外肢１２０の端部部分に配置されている。スイッチング部品１００のベアリング位置１０１は、中肢１３０の端部部分に配置されている。

スイッチングデバイス１の考え得る実施形態によれば、加力エリア１０２は、ベアリング位置１０１と、第１の可動接点１０と第２の可動接点２０との間の仮想接続線との間にある中肢１３０の位置に配置されている。

図１～図３に示されたようなスイッチンデグバイス１の別の実施形態によれば、スイッチング部品１００は、スイッチング部品のベアリング位置１０１に置かれた球形自在継ぎ手１４０によって保持デバイス４００に回転可能に結合されている。中肢１３０の端部部分は、スイッチングデバイス１の内側ハウジングの一部である支持デバイス４００のソケットに回転可能かつ傾斜可能に配置されている。摩擦を最小限に抑えるために、玉継ぎ手は、好適な潤滑剤を永久的に提供されたり、例えばテフロンなどの最小限の表面摩擦を有する好適な材料で作ることができる。

可動スイッチング部品１００への磁気アクチュエータ３００の力の伝達は、回転可能つめ接続によって加力エリア１０２で行われる。加力エリア１０２へのアクチュエータ３００の力の伝達の間、保持デバイス４００のソケットおよびスイッチング部品１００のベアリング位置１０１は、不変／固定位置のままである。加力エリア１０２は、玉継ぎ手１４０と、第１および第２の可動接点１０および２０間の仮想接続線との間に位置する。これは、接点が開状態および閉状態に動くときのスイッチング動作の間、回転可動部品を提供するレバーアームの特徴を中肢１３０に与える。考え得る実施形態によれば、加力エリア１０２は、玉継ぎ手１４０と、第１および第２の可動接点１０および２０間の仮想接続線との間のほぼ中央に位置し得る。

結果として、スイッチング部品１００の純粋な線形運動と比較して、より高速なスイッチング運動と、可動接点と固定接点との間の増加された開口距離とが達成される。スイッチングデバイスは、例えば２ミリ秒の短い開放時間内に可動接点と固定接点との間の大きな開放経路を実現することを可能にする。固定接点と可動接点との間の距離が増加するとともにスイッチング電気アークの可動性も増加するので、スイッチングデバイスは、電気アークがスイッチング接点から早く離れることを可能にする。さらに、すでに消弧された電気アークの再点火のリスクも、スイッチング接点１０、３０または２０、４０間の増加された合計開放距離によって減少される。

スイッチングデバイス１のスイッチングドライブはさらに、スイッチング接点の溶着を防ぐことを可能にする。高電流のスイッチを入れると、固定接点と可動接点との間の最初の機械的接触の間の可動スイッチング部品１００の短期間のリバウンドによって引き起こされる接触の危険性があり、これは、負荷がかかった状態でスイッチングしたときの、短期間のいわゆるバウンスアークの形成に関連する。アーク電力が十分に高い場合、スイッチング接点は特定のポイントで溶けることがあり、これは、接点がすぐに再閉鎖されると、接点が溶着する結果となる。

短絡電流の場合にも、接点溶着が発生することがある。接点が開いたとき、スイッチング接点の短時間断裂が起こり得る。これは、可動スイッチング部品１００のＥ字形形態の故に、短絡電流の動的磁力によって引き起こされる。Ｅ字形形態は、電流を、それが可動スイッチング部品１００の外肢１１０、１２０内を、端子接触レール５０、６０におけるように反対方向に流れるように誘導する。これにより、可動スイッチング部品に開放力がもたらされる。結果として生じる高エネルギーアークは、スイッチング接点の接触表面の溶融を引き起こし、これが、短絡アークが消弧され、動的開放力がフェードアウトしたときにスイッチングドライブがまだ「オン状態」にあるが故に、スイッチング接点の急速な再閉鎖の場合しばしば溶着をもたらす。

図１～図３に示されたスイッチングデバイス１の実施形態によれば、接点溶着の場合、ねじりモーメントが、可動スイッチング部品１００において有効であり、スイッチング部品１００の開放の間、磁気アクチュエータ３００の運動方向に力を生成する。ねじりモーメントは、磁気アクチュエータ３００および支持デバイス２００の力によって引き起こされ、その力は、中肢１３０の加力エリア１０２に影響を与える。ねじりモーメントは、すでに溶着したスイッチング接点の断裂を促進する。

基本的に、スイッチング部品１００の回転運動部品は、例えば、スイッチング部品１００のベアリング位置１０１に置かれた、環状ベアリング支持体によってまたは円筒形もしくは円筒円錐形支持体によっても実現することができる。

摩擦を最小限に抑えるために、支持体は、好適な潤滑剤が提供されたり、例えばテフロンなどの最小限の表面摩擦を有する好適な材料で作ることができる。

スイッチング部品の玉継ぎ手取り付け懸架部は、接点溶着を破断するための追加レバー効果の利点を提供する。例えば負荷がかかった状態での再接触の間のわずかに異なる接触トポグラフィの故に、溶着が２つの接点対のうちの一方のみで発生したが、他方の接点対では発生していない場合、スイッチング部品１００の球形自在継ぎ手懸架部１４０は、玉継ぎ手と溶着接点との間の仮想接続線に沿って溶着接点対に、増大したレバー作用を引き起こし、溶着が破断することを可能にする。

公称電流と過電流および短絡電流との両方の高速スイッチオフに有利なのは、スイッチング動作中の移動質量の減少である。アークドライバ部品およびアーク消弧部品を有する従来のスイッチングデバイスのほとんどで、可動スイッチング部品１００には、電気アークの高速開始のための誘導レールが設けられている。

スイッチングデバイス１の一実施形態によれば、スイッチングデバイスは、図１に示されたように、第１および第２の可動接点１０、２０のための共通アーク誘導レール５００を備える。共通アーク誘導レール５００は、スイッチング部品のスイッチオン状態ではスイッチング部品１００と接触しておらず、スイッチング部品のスイッチオフ状態でのみスイッチング部品１００と接触している。共通アーク誘導レール５００は、第１のアーク誘導レール部分５１１と、第２のアーク誘導レール部分５２１と、第１および第２のアーク誘導レール部分を接続する連結部分５０１とを含む。

スイッチングデバイス１は、第１の電気アーク消弧チャンバ６００と第２の電気アーク消弧チャンバ７００とを備える。第１の対５１０のアーク誘導レールは、第１の電気アーク消弧チャンバ６００と、１対をなす第１の可動接点１０および第１の固定接点３０との間に配置されている。第２の対５２０のアーク誘導レールは、第２の電気アーク消弧チャンバ７００と、１対をなす第２の可動接点２０および第２の固定接点４０間との間に配置されている。

図１に示されたように、第１の対５１０のアーク誘導レールは、第１の可動接点１０と第１の電気アーク消弧チャンバ６００との間に配置された第１のアーク誘導レール部分５１１を備える。第２の対５２０のアーク誘導レールは、第２の可動接点２０と第２の電気アーク消弧チャンバ７００との間に配置された第１のアーク誘導レール部分５２１を備える。第１の対５１０のアーク誘導レールの第１のアーク誘導レール部分５１１および第２の対５２０のアーク誘導レールの第１のアーク誘導レール部分５２１は、共通アーク誘導レール５００の一部として形成され得る。

図１に示されたスイッチングデバイス１の考え得る実施形態によれば、第１の対５１０のアーク誘導レールの第１のアーク誘導レール部分５１１は、第１の電気アークの消弧チャンバ６００の消弧プレート６０１の延長部として形成されている。第２の対５２０のアーク誘導レールの第１のアーク誘導レール部分５２１は、第２の電気アーク消弧チャンバ７００の消弧プレート７０１の延長部として形成されている。第１の対５１０のアーク誘導レールの第１のアーク誘導レール部分５１１および第２の対５２０のアーク誘導レールの第１のアーク誘導レール部分５２１は、スイッチング部品１００のスイッチオン状態では、スイッチング部品と接触していない。

可動接点のためのアーク誘導レールは、可動スイッチング部品１００の移動質量を減らすために、可動スイッチング部品１００に直接接続されていない。第１のアーク誘導レール部分５１１および５２１は、連結部分５０１によって接続され、したがって、ほぼＵ字形のプロファイルを有する単一シートとして形成されている。アーク誘導レール部分５１１および５２１の外端は、端部消弧プレート６０１、７０１に直接接続されている。アーク誘導レール部分５１１および５２１の外端は、２つの電気アーク消弧チャンバ６００および７００の端部にある端部消弧プレート６０１および７０１として設計されている。

誘導レール部分５１１および５２１と連結部分５０１とを含む弓形の共通アーク誘導レール５００は、スイッチングデバイスのハウジングに永久的に接続されている。スイッチング部品１００のスイッチオン状態では、共通アーク誘導レール５００と可動スイッチング部品１００との間に物理的な接続は存在しない。可動スイッチング部品１００の上面は、可動スイッチング部品１００のスイッチオフ状態で、アーク誘導レール５００の弓形内側部分と物理的に接触するのみである。結果として、開放接点間の磁気ブローフィールド内で発生する電気アークは、アーク誘導レール５００と可動スイッチング部品１００との間の固定された堅固な接続の場合と同じ方法で、電気アーク消弧チャンバ６００および７００に向かって移り去ることができる。

図３に最もよく示されているように、スイッチングデバイス１は、第１の端子接触レール５０および第２の端子接触レール６０を備える。第１の固定接点３０は、第１の端子接触レール５０上に置かれ、第２の固定接点４０は、第２の端子接触レール６０上に置かれている。スイッチング部品１００のスイッチオン状態で、またはスイッチオフしたときに、第１の電流経路が形成され、電流伝導アークが、スイッチング部品の第１の外肢１１０と第１の端子接触レール５０と間に発生し、Ｕ字形に形成される。同様に、第２の電流経路が、スイッチング部品１００の第２の外肢１２０と第２の端子接触レール６０との間にＵ字形に形成される。

短絡時に高い動的磁気強度を達成するために、可動スイッチング部品１００は、上で説明したように、Ｅ字形プロファイルを有するように具現化されている。この可動スイッチング部品１００の形状の故に、スイッチング部品１００のスイッチオン状態で、またはスイッチングアークが発生したときに、電気アークの形成によって生成される第１および第２の電流経路はそれぞれＵ字形を有する。短絡電流の場合、これらのＵ字形ループは、動的開放力と強い動的ブローフィールドとの両方を両側に引き起こし、それが、両方の接点対１０、３０および２０、４０の電気アークを、電流の流れの方向に依存せずに、それぞれの電気アーク消弧チャンバ６００および７００の方向に迅速に動かす。

公称電流の場合のアーク消弧では、２つの接点対１０、３０および２０、４０の各々、ならびにアーク誘導レール部分５１１、５２１は、永久磁気ドライバ構成８００内に配置される。図１に示されたように、永久磁石ドライバ構成８００は、側方極板８２０を有する、中央に配置された長方形の永久磁石８１０を含む。これらの極板８２０と可動接点１０および２０との間の所望の距離は、１つまたは複数の長方形の磁束伝導性強磁性スペーサ８３０によって調整され得、スペーサ８３０の側面は各々、その表面全体にわたって磁極８１０および一方の極板８２０への接点を有する。

このようにして構築された永久磁気ブローフィールドでは、電流の流れの方向に応じて、可動スイッチング部品１００が、負荷がかかった状態でスイッチオフ状態に動かさたときに、両電気アークのうちの一方が、電気アーク消弧チャンバ６００、７００のうちの一方の方向に動き、他方の電気アークは、スイッチングデバイスのスイッチングチャンバの壁に向かって反対方向に動く。スイッチングチャンバの壁は、少なくともこのエリアでは、十分に熱安定性の断熱材で作られる。

スイッチングチャンバ壁に向かう方向に走る電気アークは、一方の電気アーク消弧チャンバに向かって同時に走る他方の電気アークは、消弧チャンバに到着するとすぐに消えるので、チャンバ壁と直接接触しない。これは、これらのいわゆる脱イオン化消弧チャンバ６００および７００には、多数の消弧プレート６０１、７０１が設けられ、そのようにして、アークが対応する数の部分アークに分割されるが故に、高い合計アーク電圧が非常に迅速に形成されることによって達成される高い合計アーク電圧により、合計アーク電圧が第１の端子接触レール５０と第２の端子接触レール６０との間に印加される駆動電圧よりも高い場合、２つの電気アークは迅速に消弧することが保証される。

短絡電流の場合、可動スイッチング部品１００の形状によって生成される動的ブローフィールドの磁気強度は、永久磁気の強度を超える。結果として、各電気アークは、電流の流れの方向に依存せずに電気アーク消弧チャンバ６００、７００のうちの一方内で常に追い込まれ、したがって、両電気アークによって形成される部分アークは、高い合計電圧を非常に迅速に生成する。

このようにして、スイッチングデバイス１は、ただ２つの脱イオン化電気アーク消弧チャンバを有する高スイッチング電力用のコンパクトなスイッチとして具現化されている、アークドライバおよびアーク消弧構成を実現することを可能にする。ただ２つの接点対に限定することより、大電流を誘導するときに接点対から放出される熱が低いという追加利点が提供され、それは、ひいては、コンパクトなスイッチングデバイスの実現に有益である。

図４は、スイッチングデバイス２の第２の実施形態を示す。スイッチング部品１００は、スイッチング部品の並進および回転運動によって動かされる。スイッチング部品１００をスイッチオフ状態からスイッチオン状態に動かすために、スイッチング部品１００を支持する支持デバイス２００は、並進運動によって下向きに動かされる。支持デバイス２００の並進運動は、磁気アクチュエータ３００の作動によって引き起こされる。可動接点１０、２０が固定接点と接触すると、支持デバイス２００は、並進運動によってさらに下方に動かされ、それにより、ベアリング点１０１の周りでのスイッチング部品１００の回転運動が引き起こされる。

図４に示されたスイッチングデバイスの有利な実施形態によれば、第１の電気アーク消弧チャンバ６００と第２の電気アーク消弧チャンバ７００は、少なくとも第１の部分の消弧プレート６１０、７１０と、少なくとも第２の部分の消弧プレート６２０、７２０とを備える。図４に示すように、第１の部分の消弧プレート６１０、７１０は、第２の部分の消弧プレート６２０、７２０に対して、スイッチング部品１００向かって傾斜している。

図４に示されたスイッチングデバイス２の実施形態によれば、アーク消弧デバイスは、各接点対に対して、２つの別個の、直列に接続された同一の消弧チャンバに６００および７００を備える。可動スイッチング部品１００に面する２つの上方サブチャンバ６１０および６２０は、それぞれの場合において、可動スイッチング部品１００が完全なスイッチオフ状態に動かされたとき、２つの上方消弧サブチャンバ６１０、７１０の最上部の消弧プレート６０１、７０１が、アーク誘導レール部分５１１および５２１の端部に対して小さい距離を有するように、下方サブチャンバ６２０、７２０に対して傾斜されている。アーク消弧チャンバ６００および７００の傾斜構成により、可動スイッチング部品１００の側のアーク誘導レール部分５１１、５２１の長さを短くすることが可能であり、それは、電気アークが消弧チャンバ６００および７００に内に高速で走り込む結果となる。

傾斜アーク消弧チャンバのさらなる利点は、消弧プレートの構成の外縁が、磁気ブローフィールド内で電気アークの移動方向に膨らんだ膨張アークの輪郭をほぼ有することである。これは、多数の消弧プレートが備えられた脱イオン化チャンバ、消弧システム内への電気アーク前面全体の同時走り込み、したがって迅速なアーク消弧に特に有利である。

２つの同一の脱イオン化チャンバを傾斜させる代わりに、アーク消弧システムは、各々が互いに対して小さな角度で傾斜されているいくつかの同一の短い脱イオン化チャンバの構成を含み得る。

スイッチングデバイスの別の実施形態によれば、第１の電気アーク消弧チャンバ６００および第２の電気アーク消弧チャンバ７００はそれぞれ複数の消弧プレートを備える。消弧プレートは、第１および第２の電気アーク消弧チャンバ６００、７００のそれぞれの側面が、スイッチングデバイスの磁気ブローフィールド内で電気アークの走行方向に湾曲した電気アークと平行に置かれるように、互いに変位または傾斜される。ただ１つの長い消弧チャンバを備え、その個々の消弧プレートが、アーク前面に面する消弧チャンバの前面が磁気ブローフィールド内で膨張アークにほぼ平行であるように互いに変位および／または傾斜されている、消弧システムのこの実施形態は、図示されていない。

傾斜および／または変位された傾斜消弧チャンバまたは消弧プレートを有する実施形態では、可動スイッチング部品１００の側の短いアーク誘導レール５１１、５２１は、可動スイッチング部品１００に固定されてもよいし、または、それらは、可動スイッチング部品１００の延長端部の形態の可動スイッチング部品１００の共通部分を形成してもよい。

１ スイッチングデバイスの第１の実施形態
２ スイッチングデバイスの第２の実施形態
１０ 第１の可動接点
２０ 第２の可動接点
３０ 第１の固定接点
４０ 第２の固定接点
５０ 第１の端子接触レール
６０ 第２の端子接触レール
１００ 可動スイッチング部品
１０１ ベアリング位置
１０２ 加力エリア
１１０ 第１の外肢
１２０ 第２の外肢
１３０ 中肢
１４０ 球形自在継ぎ手
２００ 固定接触ブリッジ
３００ 磁気アクチュエータ
４００ 支持デバイス
５００ アーク誘導レール
５０１ 第１および第２のアーク誘導レール部分の連結部分
５１０ 第１の対のアーク誘導レール
５１１ 第１のアーク誘導レール部分
５２０ 第２の対のアーク誘導レール
５２１ 第２のアーク誘導レール部分
６００ 第１の電気アーク消弧チャンバ
６０１ 消弧プレート
６１０ 第１の部分の消弧プレート
６２０ 第２の部分の消弧プレート
７００ 第２の電気アーク消弧チャンバ
７０１ 消弧プレート
７１０ 第１の部分の消弧プレート
７２０ 第２の部分の消弧プレート
８００ 永久磁石ドライバ構成
８１０ 永久磁石
８２０ 極板
８３０ スペーサ

Claims (12)

1. 負荷電流を誘導およびスイッチングするためのスイッチングデバイスであって、
   －第１の可動接点（１０）および第２の可動接点（２０）を有する可動スイッチング部品（１００）と、
   －第１の固定接点（３０）および第２の固定接点（４０）と、
   －前記スイッチング部品（１００）を支持するための支持デバイス（２００）と、
   －磁気アクチュエータ（３００）と、を備え、
   －前記スイッチング部品（１００）のスイッチオン状態では、前記第１の可動接点（１０）は前記第１の固定接点（３０）と接触し、前記第２の可動接点（２０）は前記第２の固定接点（４０）と接触し、
   －前記スイッチング部品（１００）のスイッチオフ状態では、前記第１の可動接点（１０）は前記第１の固定接点（３０）から電気的に分離され、前記第２の可動接点（２０）は前記第２の固定接点（４０）から電気的に分離され、
   －前記スイッチング部品（１００）は、少なくとも前記スイッチング部品の回転運動と前記支持デバイス（２００）の並進運動とによって、前記スイッチング部品が前記スイッチオン状態と前記スイッチオフ状態との間で動くように構成され、
   －前記支持デバイス（２００）および前記磁気アクチュエータ（３００）は、前記支持デバイス（２００）の前記並進運動が前記磁気アクチュエータ（３００）の作動によって引き起こされるように構成され、
   －前記スイッチング部品（１００）は、前記スイッチング部品が回転可能に配置されるベアリング位置（１０１）を有し、
   －前記スイッチング部品（１００）は、前記スイッチング部品の加力エリア（１０２）で前記支持デバイス（２００）に機械的に結合され、前記加力エリア（１０２）の箇所は、前記ベアリング位置（１０１）の箇所とは異なり、
   前記スイッチング部品（１００）は、第１の外肢（１１０）および第２の外肢（１２０）と、前記第１の外肢（１１０）と前記第２の外肢（１２０）との間に配置され、前記第１および第２の外肢（１１０、１２０）よりも長い中肢（１３０）とを有するＥ字形部品として具現化され、
   前記第１の可動接点（１０）は、前記第１の外肢（１１０）の端部部分に配置され、前記第２の可動接点（２０）は、前記第２の外肢（１２０）の端部部分に配置され、
   前記スイッチング部品（１００）の前記ベアリング位置（１０１）は、前記中肢（１３０）の端部部分に配置され、
   前記加力エリア（１０２）は、前記ベアリング位置（１０１）と、前記第１の可動接点（１０）と前記第２の可動接点（２０）との間の仮想接続線との間にある前記中肢（１３０）の位置に配置されていることを特徴とする、スイッチングデバイス。
2. 前記スイッチング部品（１００）は、前記磁気アクチュエータ（３００）が前記スイッチング部品（１００）の前記加力エリア（１０２）に力を加えたときに、前記スイッチング部品が前記ベアリング位置（１０１）の周りで前記回転運動を実行するように構成されたレバーとして有効である、請求項１に記載のスイッチングデバイス。
3. 前記スイッチング部品（１００）の前記加力エリア（１０２）は、前記スイッチング部品（１００）の前記加力エリア（１０２）の回転運動が、前記スイッチング部品（１００）の前記加力エリア（１０２）の前記回転運動よりも大きい前記第１および第２の可動接点（１０、３０）の回転運動を引き起こすように、前記ベアリング位置（１０１）と、前記第１の可動接点（１０）と前記第２の可動接点（２０）との間の仮想接続線とに対して配置されている、請求項１または２に記載のスイッチングデバイス。
4. 前記スイッチング部品（１００）は、前記スイッチング部品（１００）の前記ベアリング位置（１０１）に置かれた球形自在継ぎ手（１４０）によって保持デバイス（４００）に回転可能に結合されている、請求項２または３のいずれかに記載のスイッチングデバイス。
5. 前記第１および第２の可動接点（１０、２０）のための共通アーク誘導レール（５００）を備え、前記共通アーク誘導レール（５００）は、前記スイッチング部品の前記スイッチオン状態では前記スイッチング部品（１００）に接触していない、請求項１～４のいずれかに記載のスイッチングデバイス。
6. 第１の電気アーク消弧チャンバ（６００）および第２の電気アーク消弧チャンバ（７００）を備える、請求項１～５のいずれかに記載のスイッチングデバイス。
7. －前記第１の電気アーク消弧チャンバ（６００）と、第１の対をなす前記第１の可動接点（１０）および前記第１の固定接点（３０）との間に配置された第１の対（５１０）のアーク誘導レール、
   －前記第２の電気アーク消弧チャンバ（７００）と、第２の対をなす前記第２の可動接点（２０）および前記第２の固定接点（４０）との間に配置された第２の対（５２０）のアーク誘導レールを備える、請求項６に記載のスイッチングデバイス。
8. －前記第１の対（５１０）のアーク誘導レールは、前記第１の可動接点（１０）と前記第１の電気アーク消弧チャンバ（６００）との間に配置された第１のアーク誘導レール部分（５１１）を備え、
   －前記第２の対（５２０）のアーク誘導レールは、前記第２の可動接点（２０）と前記第２の電気アーク消弧チャンバ（７００）との間に配置された第１のアーク誘導レール部分（５２１）を備え、
   －前記第１の対（５１０）のアーク誘導レールの前記第１のアーク誘導レール部分（５１１）および前記第２の対（５２０）のアーク誘導レールの前記第１のアーク誘導レール部分（５２１）は、前記共通アーク誘導レール（５００）の一部として形成されている、請求項７に記載のスイッチングデバイス。
9. －前記第１の対（５１０）のアーク誘導レールの前記第１のアーク誘導レール部分（５１１）は、前記第１の電気アーク消弧チャンバ（６００）の消弧プレート（６０１）の延長部として形成され、
   －前記第２の対（５２０）のアーク誘導レールの前記第１のアーク誘導レール部分（５２１）は、前記第２の電気アーク消弧チャンバ（７００）の消弧プレート（７０１）の延長部として形成されている、請求項８に記載のスイッチングデバイス。
10. －第１の端子接触レール（５０）および第２の端子接触レール（６０）を備え、
    －前記第１の固定接点（３０）は、前記第１の端子接触レール（５０）上に置かれ、前記第２の固定接点（４０）は、前記第２の端子接触レール（６０）上に置かれている、請求項１～９のいずれかに記載のスイッチングデバイス。
11. －前記第１の電気アーク消弧チャンバ（６００）および前記第２の電気アーク消弧チャンバ（７００）は、少なくとも第１の部分の消弧プレート（６１０、７１０）と、少なくとも第２の部分の消弧プレート（６２０、７２０）とを備え、
    －前記第１の部分の消弧プレート（６１０、７１０）は、前記第２の部分の消弧プレート（６２０、７２０）に対して、前記スイッチング部品（１００）に向かって傾斜している、請求項６～１０のいずれかに記載のスイッチングデバイス。
12. －前記第１の電気アーク消弧チャンバ（６００）および前記第２の電気アーク消弧チャンバ（７００）はそれぞれ、複数の消弧プレートを備え、
    －前記消弧プレートは、前記第１および第２の電気アーク消弧チャンバ（６００、７００）のそれぞれの側面が、前記スイッチングデバイスの磁気ブローフィールド内で電気アークの走行方向に湾曲した前記電気アークに平行に置かれるように、互いに対して変位または傾斜されている、請求項６～１１のいずれかに記載のスイッチングデバイス。

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