JP2017506813A - 真空スイッチング・デバイス - Google Patents

Abstract

負荷および無負荷条件、ならびに任意選択で短絡条件下で電気回路をスイッチングするための真空スイッチング・デバイス（１００）が開示される。具体的には、スイッチング・デバイス（１００）は、真空排気されたハウジング（１１０）と、ハウジング内の第１の電極（１２２）および第２の電極（１２０）と、第１の電極（１２２）を第２の電極（１２０）に対して移動し、電極同士を機械的に係合および係合解除し、スイッチング機能を実施するためのアクチュエータ（１４４）とを備え、第１の電極（１２２）が真空排気されたハウジング（１１０）内に全体として配置され、その結果、スイッチング機能の動きがハウジング（１１０）内だけで行われる。スイッチング機能の動きをハウジング内だけにすることによって、真空スイッチング・デバイスの信頼性が改善される。【選択図】図５

Description

本発明は、真空スイッチング・デバイスについて述べる。詳細には、負荷および無負荷条件、ならびに任意選択で短絡条件下で電気回路をスイッチングするための真空スイッチング・デバイスについて述べる。

真空スイッチング・デバイスは、大多数の現代の中電圧電気設備で使用されている。真空スイッチング・デバイスは、一般に、スイッチギヤの一部として使用され、スイッチギヤは、電気機器および回路を制御、保護、および隔離するために使用される電気構成部品の組合せのための広い用語である。スイッチギヤは、一般に、真空インタラプタ、スイッチング・デバイスをスイッチングするために力をかけ、加えるためのアクチュエータ、および電気機器／回路内のスイッチング要件（障害を含む）を検出するための検出システムなど、スイッチング・デバイスを備える。

一般に真空インタラプタと呼ばれる真空スイッチング・デバイスは、スイッチギヤ内のスイッチング・デバイスとして非常に適したものとして十分に確立されている。知られている真空インタラプタが図１に示されている。図１に示されているタイプの真空インタラプタは、一般に、絶縁構成部品１２と金属のエンド・プレート１４、１６とによって形成された、真空排気された包被またはハウジング１０を備える。ハウジング１０は、機械的に係合および係合解除しスイッチング機能を実施するように設計されている固定電極２０および可動電極２２を封入する。通常、この動きは、ベローズまたはダイアフラム構成２４により真空排気された包被１０の封止を破ることなしに可能にされる。典型的には、各電極は、ロッドまたはステム３０、３２と呼ばれる導電棒に結合された接点アセンブリまたは接点２６、２８を備える。

既存の真空インタラプタに伴う問題は、ベローズまたはダイアフラム構成がデバイス内の弱点であることである。ベローズは、ステムの動き、したがって可動電極／接点の動きをもたらし、かつハウジングの一部であるため、複数回の作動後、ベローズが摩耗し故障する可能性がある。典型的には、この故障は、ハウジング内の真空の損失に通じる。使用される比較的大きな電圧、典型的には１０００Ｖ〜５０ｋＶのために、このような真空の損失は、パッシェンの法則により真空インタラプタの絶縁効果の損失を引き起こす。これにより、真空インタラプタは、必要とされる低電流で遮断できなくなる。真空インタラプタの成功により、多数のデバイスがそれらの当初の所期の使い方よりはるかに長い、数十年の間使用されることにもなり、そのような機械的な故障のリスクが当初説明されていたものより高くなった。

真空インタラプタ、および同様の機能デバイスは、回路ブレーカまたはモータ・コントロール・センタまたは他のスイッチング・デバイスを形成する、またはその一部となり得る電気スイッチギヤ内の重要な構成部品である。スイッチギヤの現行の設計では、アクチュエータが真空スイッチング・デバイスの移動電極に（典型的には、連接棒またはステムを介して）機械的に接続され、ステムに作用することによって移動電極を固定電極と係合または係合解除するように働く。従来、しばしば３相回路である電気設備には、複数の真空インタラプタが必要とされ、１相当たり１つまたは複数の真空インタラプタを備えており、次いで、単一のアクチュエータを使用し、複数の真空インタラプタを作動させることができる。したがって、使用されるアクチュエータは大きくなる傾向があり、追加の構成部品または各ステムへの複数の接続部を必要とする。アクチュエータは、磁気式、ばね式、液圧式、または空気式を含めて、いくつかのタイプのものであってよい。

この文献には、真空排気されたチャンバ内に配置されたより小さなアクチュエータが記載されており、いくつかの単回使用のスイッチングまたはブレーカ・デバイス内で使用され得る。しかし、そのようなデバイスは、直流デバイスおよび／または低電圧デバイスであり、交流および／または中電圧領域に対しては、そのような条件下での予測不能または不確実なスイッチング挙動のために適さない。典型的に記載されているそのようなブレーカ内のより小さなアクチュエータは、Ｔｈｏｍｓｏｎコイル・アクチュエータを含む。しかし、そのようなアクチュエータは、交流真空スイッチング・デバイス、およびそれらの関連のスイッチギヤにおいて実用的なものでない。なぜなら、作動のために生成される力が、導電ディスク内での渦電流の誘導に依拠し、次いでこれが関連の接点を反発させ移動するからである。しかし、交流および中電圧領域スイッチング・デバイスで使用されるアクチュエータに必要とされる力は、非常に小さい。さらに、渦電流は、コイル電流の磁界の変化によって生成され、その結果、その力は、コイル電流が変化している間しか持続しない。電流は、増大によって変化する場合、すぐに電源によって供給されるには大きくなりすぎ、減少によって変化する場合、すぐにゼロに達する。したがって、この力は、時間の限られたものである。それに対して、従来の磁気アクチュエータでは、経時的な力のプロファイルを、コイル電流のパルスをシェーピングすることによって要件に合わせて調整することができ、必要とされる場合、無限に継続させることができる。また、Ｔｈｏｍｓｏｎコイル・アクチュエータなど、そのようなより小さなアクチュエータは、絶えず変化する磁界を必要とするので、開位置または閉位置でスイッチをラッチすることができず、ブレーカおよび単回使用デバイスにおけるそれらの所期の使用を強固なものにする。最後に、大きな短絡電流を遮断しようとするとき、この状態は、Ｔｈｏｍｓｏｎコイルの動作と干渉することになる大きな渦電流を誘導することになる。これは、中電圧用のスイッチング・デバイスで使用された場合、スイッチの、指令なしの動作を引き起こし、または潜在的に破壊的な作用で指令動作を妨げる可能性がある。そのような指令なしの動作は、スイッチギヤに関する国際標準では特に禁じられている。

要するに、少なくとも上記で概説した理由のために、改良された真空スイッチング・デバイスが望まれている。

本発明の第１の態様によれば、負荷および無負荷条件、ならびに任意選択で短絡条件下で電気回路をスイッチングするための交流真空スイッチング・デバイスであって、真空排気されたハウジングと、ハウジング内の第１および第２の電極と、第１の電極を第２の電極に対して移動し、電極同士を機械的に係合および係合解除し、スイッチング機能を実施するためのアクチュエータとを備え、第１の電極が真空排気されたハウジング内に全体として配置され、その結果、スイッチング機能の動きがハウジング内だけで行われる、スイッチング・デバイスが提供される。

上記で定義される交流真空スイッチング・デバイスを提供することは、移動スイッチング構成部品とハウジングの間の従来のリンクを切り、使用される従来のベローズを除去することを可能にする。そのような構成は、多数の利点をもたらす。ハウジングに対する機械的ひずみを除去し、付随するスイッチギヤの機械設計を非常に単純化し、スイッチング中のハウジングの機械的な故障の可能性を低減する。これは、デバイスの期待耐用年数を延ばす。

移動構成部品、すなわち第１の電極を真空ハウジング内に全体として配置することによって、電極が完全に真空下にあり、その結果、ハウジング内で封入されることが意図されている。したがって、真空スイッチング・デバイスは、外部の移動部品を有していないように設計される。

さらに、移動構成部品、すなわち第１の電極がハウジング内だけに、またはハウジング内に全体として配置される上記で定義されるスイッチング・デバイスを提供することによって、デバイスは、自己作動式であるものと考えてよい。すなわち、スイッチング機能を実施するために嵩張る外部アクチュエータを必要としない。これは、スイッチング・デバイスを制御するために必要なスイッチギヤのサイズを削減し、スイッチギヤからスイッチング・デバイスを機械的に切り離すことを可能にする。さらに、ベローズまたはダイアフラム構成の使用、およびそれらに固有の、関連の欠点を回避する。

また、外部の移動構成部品の除去は、壊れやすいベローズを損傷することもねじることもなくデバイスを設置するために必要とされる組付工技能のレベルをより低くすることを可能にする。また、単純な標準的電気接続を固定された分離でなすことを可能にすることによって設置が単純化される、

屋外使用のためには、スイッチング・デバイスは、絶縁ガスまたは絶縁液を含む絶縁コンテナ内で封入されてもよい。代替として、スイッチング・デバイスは、プラスチックなど絶縁材料内でカプセル封じされてもよい。これらの構成の設計は、その動きに対処しなければならない外部部品がない場合、非常に単純化される。

第１の電極を真空ハウジング内に全体として配置することは、通常、共通の故障の弱点をもたらす、ハウジングによって画定された真空境界を移動部品が通過することがないので、上記で定義される交流スイッチング・デバイスにとって特に有用であることを理解されたい。

さらに、本発明は、真空スイッチング・デバイスが組み入れられる回路遮断デバイスの設計をかなり単純化する効果を有する。既存の構成では、スイッチング・デバイスは、スイッチングされる高電圧にあり、アクチュエータは、一般に接地電位にあり、その結果、絶縁材料製であり、機械的な力を両者間で伝達するように働く駆動絶縁体（ｄｒｉｖｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）が必要とされる。

第１の電極と第２の電極は、スイッチング・イベント中に電極の移動を最小限に抑えるために、相互に対向してもよい。他の例では、第２の電極は、真空排気されたハウジング内に全体として配置されてもよい。

本発明の実施形態では、電極は、アクチュエータによってかけられる力によって直接作動される接点だけを備えてもよい。典型的には、既存の設計では、移動電極ステムと固定バスバーの間に、可撓性または摺動式の電気接続部が必要とされる。しかし、駆動絶縁体の必要を取り除くことによって、アクチュエータを使用して電極を直接駆動することができるので、そのような可撓性または摺動式の電気接続部は、もはや不可欠なものではない。この要件を解消することによって、スイッチング・デバイスは、その両端をそれらのバスバーに直接固定することによって、より簡単に設置することができる。

さらに、従来のスイッチギヤでは、インタラプタまたはスイッチが（外部の）アクチュエータによって提供されるスイッチング力に抗してしっかり保持されるように、固定の接点端部が十分剛性に保持されなければならない。これは、剛性かつしっかり配置されたバスバー、または他の方法によって行われる。本発明の実施形態では、アクチュエータによってかけられる機械的な力をハウジングの境界内に含めることによって、デバイスの重量が外部の支持を必要とするだけであり、外部接続部および実装具の設計を単純化する。

アクチュエータは、移動構成部品／部品（電極）およびドライブ（任意選択で絶縁体を介したアクチュエータ）の慣性に抗してデバイスの接点を素早く引き離すことができなければならず、再び接点を押し合わせ、２つの電流担持導体が両端を突き合わせて接触するとき生じる開始力（ｔｈｒｏｗ−ｏｆｆ ｆｏｒｃｅ）を克服するのに十分な力で共に保持することができなければならない。他の利点は、従来技術のデバイスで使用される駆動絶縁体、およびその関連の構成部品の慣性が解消され、それにより必要とされるアクチュエータ力が低減されることである。従来技術では、アクチュエータはまた、ベローズの領域の上に作用する空気圧の力に抗して働かなければならず、この複雑さは、上記の構成によって解消される。

実施形態では、第１の電極は、ハウジングから独立して移動することができる。この構成は、移動構成部品をハウジングからさらに分離し、デバイスのスイッチング中、ハウジングが機械的な摩耗を確実に受けないようにする。さらに、ハウジングは、ハウジングが可撓性または可動の部品を含まないように全体として剛性であってもよい。

実施形態では、第１のロッドに対するアクチュエータの動作は、ハウジングを通じて行うことができる。たとえば、アクチュエータの動作は、第１のロッドを介して第１の接点を第２の接点に向かって変位し、機械的な接続をなし、それを切るようにハウジングを通じて作用する磁界を介してもよい。

アクチュエータは、少なくとも部分的にハウジング内に配置されてもよい。そのような実施形態では、アクチュエータは、その一部または全部が真空包被内にある状態で、真空スイッチング・デバイスの設計に組み込まれる。たとえば、永久磁石アクチュエータの極が、ハウジング内に配置されてもよい。これは、アクチュエータによる第１の電極の直接作動を可能にすることができ、スイッチング・デバイスのためのよりコンパクトな構成を提供することができる。

いくつかの実施形態では、アクチュエータの移動部品は、ハウジング内に配置される。そのようなデバイスでは、第１の電極は、アクチュエータの作動ロッドと考えてよい。これは、機械的な故障のより大きなリスクがあり得る、または定期的な保守を必要とする外部の移動部品がないことを確実にする。また、いくつかの実施形態は、アクチュエータの固定の部品をハウジングの外側に配置することを含んでもよい。同様にして、これは、保守のためにアクチュエータの少なくとも一部にアクセスすることを可能にする。

異なる実施形態は、スイッチング・デバイスに合わせて設計された異なるタイプのアクチュエータを使用してもよい。そのようなアクチュエータの例は、ばね機構、ソレノイド機構、永久磁石機構、または他の機構の形態を含む。各機構は、移動接点を開位置または閉位置で保持するために１つまたは複数の機械的または磁気的なラッチを含んでもよい。

第１の電極は、接点同士が係合解除されたとき第１の位置で、また接点同士が係合されたとき第２の位置で、アクチュエータによってラッチされてもよい。そのようなラッチングは、第１の電極が第２の電極に対して、必要な場合係合して、または係合解除された位置で真空スイッチングに必要な降伏電圧に合わせて調整された互いの適正な距離で、適所で確実に保持されるようにする。第１の電極は、アクチュエータによって磁気的にラッチされることが好ましい。磁気ラッチングもやはり、デバイス内の機械的または移動部品の数を最小限に抑え、デバイスの寿命を改善する。

いくつかの例では、アクチュエータは、永久磁石アクチュエータである。そのような実施形態では、第１の電極およびアクチュエータを共に、永久磁石アクチュエータを形成すると考えることができる。永久磁石アクチュエータは、保守要件が低く、最小限の保守で数百回または数千回、素早くかつ確実にスイッチングすることができるので、スイッチング・デバイスで使用するのに適していることが理想的である。さらに、永久磁石アクチュエータは、必要とされる中電圧および真空条件で作動することができる。

永久磁石アクチュエータは、電気巻線の励起により第１の電極がコイルに対して移動するようにハウジングの外部に配置された１つまたは複数の電気巻線を備えてもよい。電気巻線をハウジングの外側に置くことは、必要に応じて巻線を置き換えることを、また後の段階で永久磁石アクチュエータによって生成される磁界の強度を調整することを可能にする。代替として（または追加として）、永久磁石アクチュエータは、電気巻線の励起により第１の電極がコイルに対して移動するようにハウジング内に配置された１つまたは複数の電気巻線を備えることができる。巻線の少なくともいくつかを真空排気されたハウジング内に配置することは、汚れや蓄積した塵にさらされるのを防止し、デバイスの寿命を通して信頼性ある磁界が確実に生成されるようにする。

上述の実施形態に基づいて、アクチュエータは、ハウジングを通じて第１の電極に対して、少なくとも部分的に力をかけることができる。代替として、または追加として、アクチュエータは、ハウジング内からだけ、またはハウジング内から少なくとも部分的に第１の電極に対して力をかけることができる。アクチュエータが磁気アクチュエータである場合、ハウジングは、磁気的に透過性の材料製であってよい。これは、アクチュエータをハウジングの外部に設け、ハウジングを通じて第１の電極に対して力をかけることを可能にし、一方、スイッチング構成部品がハウジングの外部にないことを確実にする。ステンレス綱が磁気的に透過性のハウジングとして使用することができる材料の一例であるが、他の材料もまた使用可能である。

永久磁石アクチュエータを含むそのような例では、第１の電極を、接点同士が係合解除されたとき第１の位置で、また接点同士が係合されたとき第２の位置で、永久磁石アクチュエータによって磁気的にラッチすることができる。

第１の電極は、平面方向で、すなわち単一の軸に沿って第２の電極に向かって、かつ離れるようにのみ移動するように制約されてもよい。ガイド手段を使用し、制約を実施してもよい。第１のロッドの回転移動または角移動を最小限に抑えることによって、デバイスの信頼性が改善される。

第１の電極は、第１の接点に結合された第１のロッドを備えることができ、第１のロッドは、アクチュエータによって移動されるように構成される。次いで、第１のロッドの動きもまた、第１の接点を移動する。そのような実施形態では、第１のロッドは、アクチュエータの一部を形成してもよい。

典型的には、第１の接点および第１のロッドは、１個の構成部品とすることができる。これは、アクチュエータによって第１の接点に加えられる力の一貫した、直接的な結合を確保する。第１の接点および第１のロッドのそのような構成は、電極と呼ばれることがある。しかし、第１の接点と第１のロッドは機械的に結合されず、ロッドの動きによって第１の接点が間接的に移動するように動作可能に結合されるにすぎないことを想定することができる。さらに、第１のロッドは、第１の接点がアクチュエータによって直接作動されるように第１の接点の一部を形成してもよい。第２の電極が第２の接点および第２のロッドを含むように、同様の構成が第２の電極に使用されてもよい。

いくつかの例では、第２の電極の位置は、ハウジングに対して固定とすることができる。たとえば、第２の電極、または存在する場合、第２の接点は、第２のロッドによってハウジングに配置可能に固定されてもよい。この場合、第２の電極は固定電極、第１の電極は移動電極と考えてよい。しかし、第２の電極は、他の実施形態では、たとえば、第２のロッドによってなど第２の電極に結合された第２のアクチュエータを使用することによって可動であってもよいことを理解されたい。

本発明の第２の態様では、負荷および無負荷条件、ならびに任意選択で短絡条件下で電気回路をスイッチングするためのアーク真空スイッチング・デバイスであって、真空排気されたハウジングと、スイッチング機能を実施するためのスイッチング構成部品であって、スイッチング構成部品のどの移動要素もハウジング内に配置される、スイッチング構成部品とを備えるスイッチング・デバイスが提供される。

第２の態様では、スイッチング構成部品は、第１の態様の任意の実施形態のアクチュエータならびに第１および第２の電極と考えてよい。同様に、真空排気されたハウジングは、第１の態様の上述の実施形態および例の真空排気されたハウジングと同様のものと考えてよい。

本発明の第３の態様では、第１または第２の態様による複数の真空スイッチング・デバイスの１つを備える電気スイッチギヤが提供される。

電気スイッチギヤ内で第１および第２の態様の真空スイッチング・デバイスの１つまたは複数を使用することは、スイッチング・デバイスの１つまたは複数を作動させるために大きな外部アクチュエータがないので、電気スイッチギヤをよりコンパクトにすることを可能にする。さらに、第１の態様に関連して上述したように、大夫の移動部品がないスイッチング・デバイスのハウジングを提供することの利点は、設置および保守の助けとなる。

本発明の第４の態様では、真空スイッチング・デバイスをスイッチングする方法であって、真空チャンバ内で保持されたスイッチ構成部品に磁界を加え、真空チャンバを通過する機械的な構成部品を移動させることなしに開状態から閉状態または閉状態から開状態にスイッチ構成部品を移動させることを含む方法が提供される。

ベローズまたはダイアフラムは、設計の最も弱い点であり、通常、デバイスの機械的な寿命を制限するので、本発明は、真空スイッチング・デバイスの真空封止を単純化し、その信頼性を改善する。

本発明のこれらの、および他の態様は、以下で述べられる実施形態から明らかとなり、それらを参照して解明されることになる。

実施形態について、単に例として、図面を参照して述べる。

従来技術の真空スイッチング・デバイスの図である。 図１の真空スイッチング・デバイスを含む従来技術のスイッチギヤの図である。 本発明によるスイッチング・デバイスの図である。 本発明で使用するための磁気アクチュエータの図である。 本発明による真空スイッチング・デバイスの一実施形態の図である。 本発明による真空スイッチング・デバイスの代替の実施形態の図である。 図６に示されているものなど、本発明の実施形態と共に使用するための永久磁石アクチュエータの図である。 図５に示されているものなど、本発明の実施形態と共に使用するための代替の永久磁石アクチュエータの図である。

図１に関する上記のように、本発明は、真空壁を通じて動きが伝達される必要を取り除き、その結果、ベローズまたはダイアフラムの必要をなくする。本発明の原理は、図５、６、８に示されており、それらについて下記で述べる。

本発明は、真空スイッチング・デバイスが組み入れられる回路遮断デバイスの設計をかなり単純化する効果を有する。既存の構成（図２）では、スイッチング・デバイス１０は、スイッチングされる高電圧にあり、アクチュエータ４０は、一般に接地電位にあり、その結果、絶縁材料製であり、機械的な力を両者間で伝達するように働く駆動絶縁体４２が必要とされる。駆動絶縁体は、空気であり得るその周りの絶縁媒体を通じてアーク放電する高電圧によって短絡されないように十分長くなければならない。駆動絶縁体の必要をなくすることによって、機器全体がよりコンパクトになり、単純化される。また、既存の設計では、可撓性または摺動式の電気接続部４４が移動電極ステムと固定バスバーの間に必要とされる。この要件を解消することによって、スイッチング・デバイスは、その両端をそれらのバスバー４６に直接固定することによって、より簡単に設置することができる。図３は、簡易構成を示し、バスバー４６に直接結合された真空スイッチング・デバイス１００を示す。

本願で広く使用される電磁アクチュエータの２つの形態がある。これらのうちの第１のものは、磁気アクチュエータまたはソレノイド・アクチュエータとして知られ、図４に示されている。磁気アクチュエータ１４０は、典型的には、ソレノイド・コイル１４４内に引き込まれる、鉄など磁化可能な材料製のロッドまたはステム１４２を有する。たとえば、図１および図２に示されている従来技術の構成では、ステム１４２のこの作用は、駆動絶縁体４２に作用し、接点２６、２８を引き離し、またばね（図示せず）を圧縮し接点をラッチする。ばね力は、接点が閉じられるべきとき使用される。ソレノイドは、一般に少なくとも１つのコイル１４４と、ステムまたは鉄片１４２とを含むが、追加の永久磁石など追加の磁気回路部品を有してもよく、摩擦の作用を克服するのに十分な高電流の特別に形成されたパルスによって作動され、コイル１４４にエネルギーを供給する。接点２６、２８が開かれた後で、機構が時期的または機械的にその位置でラッチされ、または連続する作動電流によって開いたまま保持されてもよい。

本発明によるアクチュエータの１つの形態の実装の例が、図５に示されている。図５は、真空スイッチング・デバイス１００の一実施形態の断面図を示す。スイッチング・デバイス１００と、図１に示されているデバイス１０との１つの重要な違いは、ベローズまたはダイアフラムがないことである。その代わりに、スイッチング・デバイスは、絶縁側壁１１２を有するハウジング１１０を有し、絶縁側壁１１２は、上部プレート１１４と底部プレート１１６を分離し、ハウジング１１０を形成する。ハウジングは、円筒として示されているが、他の形状および構成が知られており、代わりに用いられてもよい。絶縁側壁は、典型的には、ガラス・セラミック・アルミナなどセラミック材料であり、一方、上部プレートおよび底部プレートは、一般に金属製、典型的にはステンレス綱である。この場合も、必要とされる特性に応じて、銅など他の材料が使用されてもよい。

図５に示されている例では、真空デバイス１００は、２つの対向する電極１２０、１２２を有する。第１の電極１２０は、ハウジング１１０に対して固定されており、一方、第２の電極１２２は、ハウジング１１０に対して移動することが可能である。第２の電極１２２の動きがハウジング１１０内だけで、またはハウジング１１０内で全体として行われることがきわめて重要である。ハウジング１１０それ自体は、第２の電極１２２に加えて、またはそれと共に移動しない。

第１の電極１２０および第２の電極１２２は、それぞれ第１の接点１２６および第２の接点１２８内で終わる。共に接続された後で、第１の接点１２６および第２の接点１２８は、通常の負荷条件下で電気回路を形成する。代替として、これらの接点が分離される場合、アークが消弧した後で、回路は遮断される。したがって、接点の動きは、電気回路を形成し遮断するためのスイッチング・デバイスとして働く。そのような回路に典型的に使用される高電圧により形成される電流アークを消弧するために、ハウジングは、一般に、約１０^−６ｍｂａｒ／１０^−４Ｐａの圧力に真空排気される。

第２の電極１２２は、ロッド１４２に結合されたステム１３０を有する。ロッド１４２は、典型的には、磁化することが可能な鉄または任意の他の材料である。鉄部品またはロッド１４２は、ステンレス綱または銅など概して磁気的に透過性の材料の閉じた突起１５０内に配置され、閉じた突起１５０は、真空ハウジング１１０または包被の一部を形成し、包被の通常のエンド・プレート１１６を越えてソレノイド・コイル１４４内に延び、ソレノイド・コイル１４４は、真空コンテナ１００のエンド・プレート１１６に固定されている。このようにして、アクチュエータ１４４は、ハウジングを通じて、ロッド１４２およびステム１３０を介して第２の電極１２２に対して力をかける。アクチュエータは、ハウジングの壁を通じて、ハウジングの外部のスイッチング構成部品の動きに影響を及ぼすことなしに接点または電極を移動するように働くと考えることができることを理解されたい。

この実施の他の形態では、図６に示されているように、真空包被１１０がソレノイド１４４全体を、その鉄片１４２と共に含むように延長され、１つまたは複数のコイルへのワイヤ１５４が真空包被１１０（すなわち、真空チャンバの壁）を通過する。この第１のアクチュエータの変形形態では、２つのコイルがあり、一方の作動により鉄片１４２が一方向に引かれ、他方の作動によりロッド１４２が他方向に引かれるように離隔される。これはまた、図５を参照して述べられているように本発明に従って実装されてもよい。

図７は、永久磁石アクチュエータとして知られる、広く使用されるアクチュエータの第２の形態を示し、鉄など磁化可能な材料製のステムまたは部品１４２が、接点１２６、１２８に対応する２つの位置間で移動され、磁気回路により電気接点を出入りする。回路内に含まれる永久磁石１６２は、鉄片１４２をどちらかの位置で保持する、すなわち電気回路を形成する（接点１２６、１２８が接触する）、または遮断する（接点１２６、１２８が分離される）ように働く。これは、デバイスのスイッチング作用を可能にする。動きは、一般に、永久磁石１６２によって引き起こされる磁気吸引を一時的に克服し、鉄片１４２をたとえば一方の位置から、次いで永久磁石１６２の作用により保持される他方の位置に移動させる、コイル１６４により磁気回路を妨げることによって実施される。この一例が図７に示されており、鉄片１４２は、コアの２分の１または他方を磁気的に橋渡しすることができるように、磁化可能な材料のコア１６０と共に作用する。永久磁石１６２は、Ｅ字形コア１６０の中央棒をキャップする。鉄片１４２がコア１６０の第１の半分１６０ａを橋渡ししているとき、磁石１６２からの磁束は、コア１６０のその半分１６０ａ周りを流れ、次いで磁力が鉄片１４２をその位置で保持する。Ｅコアの他方の半分１６０ｂ周りの巻線１６４は、電流のパルスが磁石の磁力に一時的に逆らい、鉄片１４２をＥコア１６０のその半分１６０ｂに吸引することを可能にする。次いで、永久磁石１６２からの磁束は、Ｅコアのこの他方の半分１６０ｂ周りを流れ、これは、鉄片１４２をその新しい位置で保持する効果を有する。鉄片１４２は、Ｅコアの第１の半分１６０ａ内の電流のパルスによってその第１の位置に戻すことができる。鉄片１４２は、非磁性ロッド１６６によって駆動絶縁体１２２に接続される。コアがＥ字形である必要がないこと、および他の形状を使用することができることを、当業者なら理解するであろう。

図７に示されているアクチュエータのこの形態については、本発明は、図５に示されていたように、鉄片１４２を真空包被の非磁性の閉じた突起内に封入することによって、または、図６に示されていたように、アクチュエータ全体を真空包被１１０内に置くことによって、または、図８に示されているように、磁気回路１６０の一部が真空包被１１０内にあり、一方、コイル１６４が周りにある磁気回路の一部が真空包被１１０の外側にあり、真空包被１１０の一部がＥコア１６０の脚部１６８周りで封止されるアセンブリまたはハウジング１１０を設計することによって実施されてもよい。この実装の他の形態では、図６に示されていたように、真空包被１１０がアクチュエータ全体を含むように延長され、ソレノイド・コイル１６４への接続部が真空包被１１０を通過する。

本発明のこれらの実装すべてにおいて、様々なラッチング機構が含まれてもよく、様々な可撓性または摺動式のコネクタを使用し、固定電極または第１の電極１２０を移動電極または第２の電極１２２に接続してもよい。さらに、両電極１２０、１２２が互いに移動してもよいことを理解されたい。そのような例では、両電極１２０、１２２の移動構成部品（すなわち、スイッチング構成部品）を、真空排気されたハウジング１１０内に全体として、または真空排気されたハウジング１１０内だけに閉じこめることができる。

上述の実施形態によれば、真空スイッチング・デバイス、特に真空ハウジングは、外部の移動部品がないように設計される。アクチュエータは、アクチュエータは、その一部または全部が真空包被内にある状態で、真空スイッチング・デバイスの設計に組み込まれ、可撓性または摺動式の電気接続部１５４が、真空包被内に設けられ、スイッチングされる回路への固定の電気接続を可能にする外部端子１５２を有する真空包被の導電部品に移動電極を接続する。

本発明は、いくつかの方法で真空スイッチング・デバイスに適用することができるが、外部の移動構成部品がない真空スイッチング・デバイスの基礎となる原理は存続することを、当業者なら理解するであろう。

図は概略的なものであり、原寸に比例して示されていないことを理解されたい。これらの図の各部の相対寸法および比率は、図面において見やすく好都合であるように誇張され、またはサイズが縮小されて示されている。全体的に、修正された、または異なる実施形態における対応する、または同様の特徴を参照するために、同じ符号が使用される。

本開示を読めば、他の変形形態および修正形態が当業者には明らかになろう。そのような変形形態および修正形態は、真空スイッチングの技術分野ですでに知られている、また本明細書にすでに記載されている特徴の代わりに、またはそれらに加えて使用することができる均等な他の特徴を含むことができる。

添付の特許請求の範囲は、特徴の特定の組合せを対象とするが、本発明の開示の範囲は、任意の請求項において現在特許請求されているものと同じ発明に関するか否か、また本発明が緩和するのと同じ技術的問題のいずれか、またはすべてを緩和するか否かにかかわらず、明示的もしくは暗黙に本明細書で開示されている任意の新規な特徴もしくは特徴の任意の新規な組合せ、またはそれらの任意の一般化したものをも含むことを理解されたい。

別々の実施形態の文脈で記載されている特徴が、組合せで単一の実施形態で提供され得る。逆に、簡単にするために単一の実施形態の文脈で記載されている様々な特徴もまた、別々に、または任意の好適なサブコンビネーションで提供され得る。したがって、出願人は、本願の、またはそこから導出される任意のさらなる出願の手続処理中にそのような特徴および／またはそのような特徴の組合せに対して新しい特許請求の範囲が作成され得ることを通告する。

完全を期して、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える、含む）」という用語は、他の要素またはステップを排除せず、「ａ」または「ａｎ」という用語は、複数を排除せず、特許請求の範囲内の符号は、それらの請求項の範囲を限定するものと解釈しないものとすることをも述べておく。

１０ スイッチング・デバイス
２６ 接点
２８ 接点
４０ アクチュエータ
４２ 駆動絶縁体
４４ 可撓性または摺動式の電気接続部
４６ 固定バスバー
１００ 真空スイッチング・デバイス
１１０ ハウジング
１１２ 絶縁側壁
１１４ 上部プレート
１１６ 底部プレート
１２０ 第１の電極
１２２ 第２の電極
１２６ 第１の接点
１２８ 第２の接点
１３０ ステム
１４０ 磁気アクチュエータ
１４２ ロッドまたはステム、鉄片
１４４ ソレノイド・コイル
１５０ 閉じた突起
１５２ 外部端子
１５４ ワイヤ、可撓性または摺動式の電気接続部
１６０ コア
１６０ａ 第１の半分
１６０ｂ 他方の半分
１６２ 永久磁石
１６４ コイル
１６６ 非磁性ロッド
１６８ 脚部

Claims (21)

1. 負荷および無負荷条件、ならびに任意選択で短絡条件下で電気回路をスイッチングするための交流真空スイッチング・デバイスであって、
   真空排気されたハウジングと、
   前記ハウジング内の第１および第２の電極と、
   前記第１の電極を前記第２の電極に対して移動し、前記電極同士を機械的に係合および係合解除し、スイッチング機能を実施するためのアクチュエータとを備え、
   前記第１の電極が前記真空排気されたハウジング内に全体として配置され、その結果、スイッチング機能の移動が前記ハウジング内だけで行われる、スイッチング・デバイス。
2. 前記第１および第２の電極が相互に対向する、請求項１に記載のスイッチング・デバイス。
3. 前記第２の電極が、前記真空排気されたハウジング内に全体として配置される、請求項１または２に記載のスイッチング・デバイス。
4. 前記アクチュエータが、少なくとも部分的に前記ハウジング内に配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載のスイッチング・デバイス。
5. 前記アクチュエータの移動部品が、前記ハウジング内に配置される、請求項１から４のいずれか１項に記載のスイッチング・デバイス。
6. 前記アクチュエータの固定の部品が、前記ハウジングの外側に配置される、請求項１から５のいずれか１項に記載のスイッチング・デバイス。
7. 前記第１の電極が、前記電極同士が係合解除されたとき第１の位置で、また前記電極同士が係合されたとき第２の位置で、前記アクチュエータによってラッチされる、請求項１から６のいずれか１項に記載のスイッチング・デバイス。
8. 前記第１の電極が、前記アクチュエータによって磁気的にラッチされる、請求項７に記載のスイッチング・デバイス。
9. 前記アクチュエータが、前記第１の電極に対して磁力をかけ、前記第１の電極を移動する、請求項１から８のいずれか１項に記載のスイッチング・デバイス。
10. 前記アクチュエータが永久磁石アクチュエータである、請求項１から９のいずすれか１項に記載のスイッチング・デバイス。
11. 前記永久磁石アクチュエータが、電気巻線の励起により前記第１の電極がコイルに対して移動するように前記ハウジングの外部に配置された１つまたは複数の電気巻線を備える、請求項１０に記載のスイッチング・デバイス。
12. 前記アクチュエータが、前記ハウジングを通じて前記第１の電極に対して力をかける、請求項１から１１のいずれか１項に記載のスイッチング・デバイス。
13. 前記永久磁石アクチュエータは、電気巻線の励起により前記第１の電極がコイルに対して移動するように前記ハウジング内に配置された１つまたは複数の電気巻線を備える、請求項１０から１２のいずれか１項に記載のスイッチング・デバイス。
14. 前記アクチュエータが、前記ハウジング内からだけ、または前記ハウジング内から少なくとも部分的に前記第１の電極に対して力をかける、請求項１から１３のいすずれか１項に記載のスイッチング・デバイス。
15. 前記第１の電極が、軸に沿って前記第２の電極に向かって、かつ離れるようにのみ移動するように制約される、請求項１から１４のいずれか１項に記載のスイッチング・デバイス。
16. 前記第１の電極が、第１の接点に結合された第１のロッドを備え、前記第１のロッドが、前記アクチュエータによって移動されるように構成される、請求項１から１５のいずれか１項に記載のスイッチング・デバイス。
17. 前記第２の電極の位置が、前記ハウジングに対して固定される、請求項１から１６のいずれか１項に記載のスイッチング・デバイス。
18. 前記第２の電極が、第２のロッドによって前記ハウジングに配置可能に固定される、請求項１７に記載のスイッチング・デバイス。
19. 負荷および無負荷条件、ならびに任意選択で短絡条件下で電気回路をスイッチングするためのアーク真空スイッチング・デバイスであって、
    真空排気されたハウジングと、
    スイッチング機能を実施するためのスイッチング構成部品であって、スイッチング構成部品のどの移動要素も前記ハウジング内に配置される、スイッチング構成部品とを備えるスイッチング・デバイス。
20. 請求項１から１７のいずれか１項に記載
    の真空スイッチング・デバイスの１つまたは複数を備える電気スイッチギヤ。
21. 真空スイッチング・デバイスをスイッチングする方法であって、真空チャンバ内で保持されたスイッチ構成部品に磁界を加え、前記真空チャンバの壁を通過する機械的な構成部品を移動させることなしに開状態から閉状態または閉状態から開状態に前記スイッチ構成部品を移動させることを含む方法。

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