JP2011525686A - 中圧又は高圧スイッチギヤアセンブリの電極部及び電極部の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、請求項１、９及び１０の前提部に記載の低圧、中圧又は高圧スイッチギヤアセンブリに関する。この場合、発生した熱が対流のために外部へ逃げやすくするために、本発明はこの場合、円筒状ケーシングの形式の熱伝導性伝熱エレメントが、真空断続器チャンバと、接点ホルダと、カプセル封じケーシングとの間に提供され、伝熱エレメントの内面が真空断続器チャンバ及び接点ホルダに当接し、伝熱エレメントの外面がカプセル封じケーシングの内面に当接する。さらに、射出成形又は成形コンパウンド製造プロセスを用いて熱伝導性プラスチックから製造することができる熱伝達器が提案される。これは、次いで、開口を通じて電極部に結合することができる。別のオプションは、これらの熱伝達器を、カプセル封じコンパウンドによるアセンブリのカプセル封じの前に取付け、次いで、熱伝達器を埋め込み成形することである。

Description

本発明は、請求項１、９及び１０の前提部に記載の、中圧又は高圧スイッチギヤアセンブリのための電極部、及び該電極部を製造するための方法に関する。

中圧又は高圧スイッチギヤアセンブリのための電極部は、高い電流容量を有さなければならない。この場合、接触抵抗はできるだけ低く保たれる。しかしながら、接続された状態（負荷時）において流れる高い電流は、接触抵抗が低い場合でさえも、著しい量の熱エネルギを生ぜしめる。この熱は適切に逃がさねばならない。

このような電極部の誘電性の密閉したシーリングに関する理由から、真空断続器チャンバは、通常、かなり低い熱伝導率を有するセラミックから成り、熱エネルギの大部分は、給電線（一般的に銅材料から成る）によってチャンバから逃がされ、この領域に集中させられる。真空断続器チャンバは、全体が、電気的に絶縁性のカプセル封じケーシングに封じ込められている。カプセル封じケーシングの電気的な絶縁特性も、もちろん、このような伝熱を低減する。

従って、本発明は、発生された熱が、対流のために外部へ逃がされやすくなるように、この一般的な形式の電極部、及び電極部を製造する方法を改良するという課題に基づく。

請求項１の前提部に記載の電極部の場合、前記課題は、本発明によれば、請求項１の顕著な特徴によって解決される。

別の有利な改良は、従属請求項２から８に示されている。

方法に関して、本発明の前記課題は、請求項９の顕著な特徴によって解決される。

発明の本質は、この場合、真空断続器チャンバとカプセル封じケーシングとの間に、円筒状のケーシングとして形成された、電気的に絶縁性の、又は導電性でありひいては熱伝導性の伝熱エレメントが設けられており、熱伝導エレメントの内面が、ここからの熱の流れを伝達する接点ホルダに当接しており、これにより、外面によって、カプセル封じケーシング内面における熱伝導を、大きな面積に亘って、絶縁材料に伝達することができる。この接点ホルダは、熱流を、真空断続器チャンバの２つの給電線のうちの一方から外部へ逃がし、外部への接続部を介して定格電流を伝達し、インターフェースから電極部へ、ここから熱流を伝達し、外面によって、カプセル封じケーシング内面における熱伝導を、大きな面積に亘って、絶縁材料へ伝達することができる。すなわち、金属部分と、熱伝導性材料から形成された絶縁体との間に、熱伝達エレメントが配置されている。熱伝導性エレメントは、射出成形に適していることもでき、第２の成形プロセスの中で埋め込まれる。

真空断続器チャンバがカプセル封じコンパウンドに直接に封入されているか又は射出成形コンパウンドを用いて封入されている公知のタイプと比較して、円筒状ケーシングの形式の熱伝導性の伝熱エレメントは、今や接点ホルダの間で伝達し、接点ホルダにおいては、真空断続器チャンバからの電流及び熱伝達が主に熱伝導性伝熱エレメントへ生じ、ひいてはケーシング外面を介して電極部の材料、カプセル封じケーシングへ生じる。この手段は、より大きな、特に有効な、熱伝導性の中間層を生じる。これは、有効に、内側から外方へ伝達される熱パワーを増大し、同様に、電極部の外部における熱伝送器面積を拡大する。

別の有利な改良において、円筒状ケーシングの形式の伝熱エレメントの外面は折り畳まれている。これは、カプセル封じケーシングの側部における伝熱のための有効面積を著しく増大する。

その代わりに、円筒状ケーシング形式の伝熱エレメントの外面は、波形であるか又は粗くなっていてよい。

１つの有利な改良において、円筒状ケーシングの形式の伝熱エレメントは、金属、好適には銅又は銅合金から成るか、又は、その代わりに、アルミニウム又はアルミニウム合金、又はこの目的のために十分に熱伝導性のセラミックから成る。

別の極めて有利な改良は、円筒状ケーシングの形式の伝熱エレメントが、導電性プラスチック（充填されている又は充填されていない）から成ることである。部分的な層は電気的に絶縁性であってよい。これは、熱伝導率勾配を生じることを可能にする。

別の改良において、円筒状ケーシングの形式の伝熱エレメントは、二成分材料から層状に形成されており、外側の材料成分は高い熱伝導率を有し、内側の材料成分は低い熱伝導率を有する。

このような電極部を製造するための方法に関して、発明の本質は、真空断続器チャンバ及び／又は個々の接点ホルダに、外部カプセル封じケーシングに封入される前に伝熱エレメントが提供されるということであり、この伝熱エレメントは円筒状ケーシングの形式であり、真空断続器チャンバの外面に取り付けられ、次いで、カプセル封じケーシングコンパウンドで包囲又は押出被覆される。

別の有利な改良は他の従属請求項に記載されている。

発明の１つの典型的な実施形態は、以下でさらに詳細に説明され、図面に示されている。

中電圧又は高電圧の開閉装置アセンブリにおいて使用される電極部を示す図である。

図は、もはやこれ以上詳細に示されない中圧又は高圧スイッチギヤアセンブリにおいて使用される電極部の、本発明による１つの典型的な実施形態を示している。真空断続器チャンバが電極部内に配置されており、真空断続器チャンバには、少なくとも１つの可動接点と、必要であるならば固定接点とが配置されている。真空断続器チャンバはカプセル封じケーシングに埋め込まれており、このカプセル封じケーシングは、エポキシ樹脂封入、プラスチック射出成形又はプレス成形によって、又は、カプセル封じコンパウンド（ポリウレタン、シリコーン等）から形成されている。真空断続器チャンバの材料は通常はセラミックであり、金属カバーは端部に一体化されている。熱を外部へ逃がすために、カプセル封じ材料のケーシング面と、ヒートシンクの形式の伝熱手段とが設けられており、この伝熱手段は、例えば電極部に又は電極部に隣接して配置されており、外部から提供されている。

しかしながら、内部からの熱流は、まず外部へ送られなければならない。円筒状ケーシングの形式の、本発明による伝熱エレメントを、この目的のために使用することができる。この伝熱エレメントも、熱伝導性の金属シート又はフィルムの形式で電極部にカプセル封じされている。本発明による伝熱エレメントは、金属、又は意図した目的のための十分な熱伝導率を有するプラスチック材料から成ってよい。

しかしながら、伝熱エレメントは、導電性及び電気絶縁性のプラスチックから成る多層複合材料から、又は金属で被覆されたプラスチックから形成されてもよい。伝熱エレメントは、プレス成形又は射出成形プロセスを用いて製造されてもよく、通常のように適当な箇所に導入することができる。別の選択肢は、（ギャップを生ずることなく）伝熱エレメントも電極部材に直接にカプセル封じすることである。

図はこの場合、好適には専ら銅薄板から成るのではない、伝熱エレメントを備えた電極部の製造を示しており、その結果、熱を接点結合片から、例えば真空断続器チャンバの構成部材を介して、真空断続器チャンバのセラミック材料へ伝達する能力を生ずる。目的は、接点結合部において生じる熱を、対流による外部への放熱のために、成形樹脂コンポーネントへ"大面積"分配することである。

さらに、真空断続器チャンバセラミック（Ａｌ₂Ｏ₃）の熱伝導率は、（ＳｉＯ₂）（低コストのエポキシ充填材）の熱伝導率よりも高く、同様に、適切な形式で熱流をさらに伝達し、ひいては、電極部から包囲領域へより大きなエネルギ流を伝達することを可能にする。

全体的に、これから生ずる利点は：
熱伝達の領域及びカプセル封じ技術における著しい改良；完全に閉鎖された電極部を１つのステップで伝熱エレメントと共に製造することができる、ということである。これは、注型及び樹脂成形技術又は射出成形技術を用いて行うことができる。

これは、伝熱エレメントのためのコンポーネントコストの著しい低減につながる。なぜならば、伝熱エレメントは、銅又はアルミニウムから成る"金属ブロック"から製造する必要がなく、金属薄板又はフィルムから、又は射出成形されたコンポーネントとして製造されるからである。

著しくより複雑な伝熱エレメントジオメトリを達成することができ、ひいては対流による伝熱を改良する。

伝熱エレメントは、２つの異なる材料から成ってよく、２コンポーネントプロセスを用いて製造する。２コンポーネントプロセスは、この場合、比較的高い熱伝導率を備える（例えば導電性でもある）プラスチック１が、まず、より低い熱伝導率を備える材料２（例えば電気的に非導電性でもあるプラスチック）と共に押出被覆される。材料１を低い伝導率を有するプラスチック（充填材を含む又は含まない）から製造し、材料２をより伝導性のプラスチックから製造することも可能である。

伝熱エレメントには、誘電性の理由から、プラスチック被膜が提供されてもよい。これは、"電気的に絶縁性"であるように設計された伝熱エレメントのためには要求されない。この場合、プラスチックに、Ｃ、Ａｌ₂Ｏ₃、又はＡｌＮを充填することができる。

これにより、伝熱エレメントは、固定接点取付け領域と、電極部のスイッチング接点領域とに取り付けられ、次いでねじ込まれ、及び／又は次いで完全にカプセル封じされる。従って、カプセル封じ技術を用いて、比較的コンパクトな電極部を製造することができ、この電極部は高い定格電流に適している。

伝熱エレメントが使用されると、全体的なコンポーネントの重量を同様に減じることができる。さらに、コンポーネントの機械的動作に対してほとんど影響することなく、熱伝達器を、フレキシブルなストリップ又は移動する電流伝達ピストン（又は対応するソケット）に隣接した領域において使用することもできる。

伝導性の箔又はストリップ（やはり２つ以上の層から形成される）が電極部に挿入されると、熱を"大きな面積に亘って"電極部に伝達することができる。全体的に、これにより、より大きなエネルギ流が外方へ包囲領域に伝達される。

Claims (13)

1. 外部カプセル封じケーシングに封入された真空断続器チャンバを有する低圧、中圧又は高圧スイッチギヤアセンブリの電極部であって、該電極部が、複合材料から成りかつ電極部の両端部において金属のカバーエレメントによって閉鎖されている形式のものにおいて、
   真空断続器チャンバと、接点ホルダと、カプセル封じケーシングとの間に、円筒状ケーシングの形式の熱伝導性伝熱エレメントが設けられており、該伝熱エレメントの内面が、真空断続器チャンバ外面及び接点ホルダに当接しているか又は前記真空断続器チャンバ外面及び前記接点ホルダの近傍に当接しており、前記伝熱エレメントの外面が、カプセル封じケーシング内面に当接しているか又は前記カプセル封じケーシング内に配置されていることを特徴とする、電極部。
2. 円筒状ケーシングの形式の伝熱エレメントの外面が折り畳まれている、請求項１記載の電極部。
3. 円筒状ケーシングの形式の伝熱エレメントの外面が波形である、請求項１記載の電極部
4. 円筒状ケーシングの形式の伝熱エレメントの外面が粗くなっている、請求項１記載の電極部。
5. 円筒状ケーシングの形式の伝熱エレメントが、金属、好適には銅又は銅合金から成る、請求項１から４までのいずれか１項記載の電極部。
6. 円筒状ケーシングの形式の伝熱エレメントが、アルミニウム又はアルミニウム合金から成る、請求項１から４までのいずれか１項記載の電極部。
7. 円筒状ケーシングの形式の伝熱エレメントが、熱伝導性プラスチックから成る、請求項１から４までのいずれか１項記載の電極部。
8. 円筒状ケーシングの形式の伝熱エレメントが、２コンポーネント、３コンポーネント又は多コンポーネント材料から層状に形成されており、外部材料コンポーネントが、高い熱伝導率を有し、内部材料コンポーネントが、低い熱伝導率を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の電極部。
9. 外部カプセル封じケーシングに封入された真空断続器を有する低圧、中圧又は高圧スイッチギャアセンブリの電極部を製造する方法において、前記電極部が、複合材料から成りかつ両端部において金属のカバーエレメントによって閉鎖されており、
   外部カプセル封じケーシングに封入する前に真空断続器チャンバに伝熱エレメントが提供され、該伝熱エレメントが真空断続器チャンバの外面に取り付けられ、次いで、カプセル封じケーシングコンパウンドで包囲又は押出被覆されることを特徴とする、電極部を製造する方法。
10. 外部カプセル封じケーシングに封入された、セラミック又はガラスの絶縁体が取り付けられた真空断続器チャンバを有する低圧、中圧又は高圧スイッチギヤの電極部を製造するための方法において、前記電極部が、複合材料から成りかつ両端部において金属カバーエレメントによって閉鎖されており、
    熱伝導性プラスチックから成る熱伝達器が、射出成形、注型又は成形コンパウンドプロセスを用いて製造され、次いで、カプセル封じケーシングコンパウンドに封入されるか、又は、カプセル封じの後に、開口を通じて電極部にねじ込まれ、この場合、このプラスチックに充填材を充填することができることを特徴とする、電極部を製造する方法。
11. 後で提供される熱伝達器が、接着剤を介して電極部に密に結合され、電気的に密な接合部が生ぜしめられる、請求項１０記載の電極部。
12. 後で提供される熱伝達器が、ねじユニオンを介して、１つ又は２つ以上の内部コンポーネントとのねじ結合を介して電極部に結合される、請求項１０又は１１記載の電極部。
13. 電極部を備える、後で提供される熱伝達器が、Ｏリング、平坦リングシール等のシールシステムを介して電極部に密に結合され、電気的に密な接合部が生ぜしめられる、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の電極部。

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