JP2023528356A - スイッチング装置 - Google Patents

Abstract

スイッチング装置（１００）は、スイッチングチャンバ（１１）内に２つの固定接点（２、３）と可動接点（４）とを有する。固定接点（２、３）は、長手方向（９２）に沿って並んで配置されている。スイッチングチャンバ（１１）は、相互に対向する横方向側壁部（１２１）と相互に対向する長手方向側壁部（１２２）とを有するスイッチングチャンバ壁（１２）を有する。２つの固定接点のそれぞれは、前記長手方向側壁部からの離隔距離（Ｌ）よりも小さい、前記横方向側壁部からの離隔距離（Ｔ）を備えている。【選択図】図１Ｂ

Description

スイッチング装置について説明する。

スイッチング装置は、特に、導電性電流によって動作することができる電磁的に作用する遠隔制御スイッチとして設計される。スイッチング装置は、制御回路を介して起動することができ、負荷回路をスイッチングすることができる。特に、スイッチング装置は、リレーとして、または接触器として、特に電力接触器として設計することができる。特に好ましくは、スイッチング装置は、ガス充填電力接触器として設計することができる。
このようなスイッチング装置、特に電力接触器の可能な用途はバッテリ回路の開閉であり、例えば電気的または一部電気的に作動する自動車などの自動車での用途、またはリニューアブルエネルギー分野でのバッテリ回路の開閉である。

安全部品としての機能において、接触器は、通常、リチウムイオン電池などの電池と電気モータとの間のヒューズと組み合わせて使用され、誤動作の場合、電源を負荷から切り離すことができなければならない。現今、そのようなシステムは、通常、約４５０ Ｖの電圧で動作する。次世代のそのようなシステムでは、電圧は８００ Ｖまでであり得る。さらに、例えば特殊な用途では、最大１５００ ＶのＤＣ電圧が求められる。

使用される電圧が高ければ高いほど、不具合の際にこのような高電圧環境での高電流を遮断しなければならない接触器の設計に対する課題が大きくなる。これはアークにつながり、接触器部品を損傷する可能性がある。したがって、アークをできるだけ効果的に消すことが重要である。さらに、アークが、損傷のリスクができるだけ低い領域でのみ発生する場合に有利であり、接触器を双方向に、したがって接触器を通る電流方向とは無関係に使用できることも望ましい。

ある実施形態の少なくとも１つの課題は、スイッチング装置を指定することである。

この課題は、独立請求項による主題によって解決される。有利な実施形態および発展形態は、従属項に記載されていて、以下の説明及び図面から明らかになる。

少なくとも１つの実施形態によれば、スイッチング装置は、少なくとも２つの固定接点と、少なくとも１つの可動接点とを有する。少なくとも２つの固定接点及び少なくとも１つの可動接点は、スイッチング装置に、特に少なくとも２つの固定接点に接続することができる負荷回路をオン及びオフにスイッチングするように設けられ、設定される。可動接点は、スイッチング装置内でスイッチング装置の非導通状態と導通状態との間で移動可能であり、可動接点はスイッチング装置の非導通状態で固定接点から離れていて電気的に絶縁され、そして可動接点の導通状態では前記少なくとも２つの固定接点と機械的に接触及び電気的に接続されている。これにより、固定接点は、スイッチング装置内で互いに別々に配置され、可動接点の状態に応じて、可動接点によって互いに導電的に接続されるか、または互いに電気的に絶縁することができる。

更なる実施形態によれば、スイッチング装置はスイッチングチャンバを有し、このスイッチングチャンバ内に可動接点及び固定接点が配置されている。特に、可動接点は、スイッチングチャンバ内に完全に配置することができる。固定接点がスイッチングチャンバ内に配置されていることは、特に、導通状態で可動接点と機械的に接触している固定接点の少なくとも１つの接点領域がスイッチングチャンバ内に配置されていることを意味することができる。スイッチング装置によってスイッチングされる回路の供給線を接続するために、スイッチングチャンバ内に配置されている固定接点は、外部から、すなわちスイッチングチャンバの外部から、電気的に接続することができる。このために、スイッチングチャンバ内に配置された固定接点の一部がスイッチングチャンバから突出し、スイッチングチャンバ外にある供給線用接続手段を有することができる。したがって、好ましくは、スイッチングチャンバは固定接点がスイッチングチャンバ内に突出する開口を有する。固定接点は、例えば、スイッチングチャンバの開口部にはんだ付けされ、スイッチングチャンバの内部に及びスイッチングチャンバの外部に突出する。

更なる実施形態によれば、スイッチング装置は、可動接点及び固定接点が配置されているハウジングを有する。特に、可動接点は、ハウジング内に完全に配置することができる。固定接点がハウジング内に配置されているということは、特に、導通状態で可動接点と機械的に接触している固定接点の少なくとも１つの接点領域がハウジング内に配置されていることを意味することができる。スイッチング装置によってスイッチングされる回路の供給線を接続するために、ハウジング内に配置されている固定接点は、外部から、すなわちハウジングの外部から、電気的に接続することができる。このために、ハウジング内に配置された固定接点の一部は、ハウジングから突出し、また、ハウジング外にある供給線用接続手段を有することができる。特に、これは、任意の固定スイッチング接点に適用することができる。

さらなる実施形態によれば、接点は、ハウジング内のガス雰囲気内に配置されている。特に、これは、可動接点がハウジング内のガス雰囲気中に完全に配置され、固定接点の接続領域などの固定接点の少なくとも一部もハウジング内のガス雰囲気中に配置されることを意味することができる。それに応じて、スイッチング装置は、特に好ましくは、ガス充填されたスイッチング装置、例えばガス充填された接触器とすることができる。特に、ガス雰囲気は、スイッチング中に発生することがあるアークの消火を促進することができる。ガス雰囲気のガスは、例えば、特に高圧下で水素及び／又は窒素を含有するガスを含むことができ、又はそのようなガスであってもよい。ガスは、好ましくは少なくとも５０％のＨ_２の割合を有することができる。水素に加えて、ガスは、不活性ガス、特に好ましくはＮ_２及び／又は１種以上の希ガスを含むことができる。

さらなる実施形態によれば、スイッチングチャンバは、ハウジング内に配置されている。さらに、特に、ガス、すなわちガス雰囲気の少なくとも一部は、スイッチングチャンバ内にある。

さらなる実施形態によれば、可動接点は、電磁石によって移動させることができる。このために、電磁石は、特に、一端で可動接点に接続する軸を有し、可動接点がこの軸によって移動でき、つまり軸の移動によって可動接点を移動させることができる。特に、軸は、スイッチングチャンバ内の開口を通ってスイッチングチャンバ内に突出することができる。特に、スイッチングチャンバは、軸が通る開口を有するスイッチングチャンバ底を有することができる。電磁石は、上述のスイッチングをもたらすために磁気回路によって移動させることができる。このために、磁気回路は、電磁石の軸が通る開口を有するヨークを有することができる。

スイッチング中、電磁石、軸及び可動接点は、好ましくは、軸に沿った方向への昇降運動の形態での直線運動により移動する。軸の主方向に対応する可動接点の移動方向は、ここでは、及び以下では、上下方向と呼ぶこともできる。

固定接点は、長手方向に沿って並んで配置されていて、長手方向は、上下方向に垂直な水平面内にある。可動接点は、例えば、板状であり、水平面に平行な主延在面を有することができる。横方向は、上下方向及び長手方向に対して垂直と定義され、その結果、水平面は長手方向及び横方向によって広げられる。

さらなる実施形態によれば、スイッチングチャンバは、スイッチングチャンバ壁を有する。水平断面図、すなわち、上下方向に垂直な断面軸を有する断面図において、スイッチングチャンバ壁は、好ましくは、長方形の断面形状、又は少なくとも長方形に近似した断面形状を有することができる。特に、スイッチングチャンバ壁は、対向する長手方向側壁部と横方向側壁部とを有することができ、それらの外側及び／又は内側輪郭が水平断面図において長方形状となる。言い換えれば、長手方向側壁部は、実質的に上下方向及び長手方向に延びており、一方、横方向側部は、実質的に上下方向及び横方向に延びている様にすることができる。この場合、長手方向側壁部、横方向側壁部、及び固定接点用の開口を有するカバー部は、好ましくは一体に設計され、スイッチングチャンバ壁を形成することができる。スイッチングチャンバは、スイッチングチャンバ壁と共にスイッチングチャンバを形成するスイッチングチャンバ底をさらに有することができる。代わりに、側壁部はスイッチングチャンバ底と共に一体として形成することもできる。さらに、側壁部は、カバー部を有さず、かつスイッチングチャンバ底を有さずにスイッチングチャンバ壁を形成することができ、これは、別個に製造されたカバー部及び別個に製造されたスイッチングチャンバ底と一緒に、スイッチングチャンバを形成する。

さらなる実施形態によれば、各固定接点のより近くに位置されている横方向側壁部までの離隔距離は長手方向側壁部までの離隔距離より小さい。特に、各固定接点は、横方向側壁部のうちの１つまでへの離隔距離Ｔにあり、離隔距離Ｔは、それぞれの長手方向側壁部への離隔距離Ｌより小さい。言い換えれば、各固定接点は、それぞれのより近くに位置されている横方向側壁部までへの離隔距離Ｔを有する。特に、離隔距離Ｔは、それぞれ長手方向に沿って測定することができ、これらの固定接点において、それぞれより近い位置にある横方向側壁部に対して同じまたは少なくとも実質的に同じであることができる。本明細書及び以下において「実質的に同じ」とは、２０％未満、好ましくは１０％未満の偏差を意味することができる。さらに、各固定接点は、長手方向側壁部までへの離隔距離Ｌを有し、離隔距離Ｌが特に横方向に測定されることができる。より好ましくは、各固定接点は、両方の長手方向側壁部へ等しい又は実質的に等しい離隔距離Ｌを有する。離隔距離Ｔ及びＬは、特に好ましくは、固定接点の上側とそれぞれの側壁部の内面との間の最小離隔距離に関連し、その結果、離隔距離Ｔ及びＬは、それぞれ、固定接点と側壁部との間のギャップ幅又は空間幅として理解することができる。

特に好ましくは、Ｔ／Ｌ≦０．５又はＴ／Ｌ≦０．３又はＴ／Ｌ≦０．２５が適用され得る。言い換えれば、固定接点と長手方向側壁部との間の最小空間は、固定接点とより近い横方向側壁部との間の最小空間の少なくとも約２倍、または少なくとも約３倍、好ましくは少なくとも約４倍であり得る。

さらなる実施形態によれば、固定接点及び可動接点は、長手方向に沿って永久磁石間に配置される。言い換えると、永久磁石と固定接点とは、長手方向に沿って一列に配置することができる。特に好ましくは、各永久磁石は、固定接点及び可動接点の反対方向に向いている横方向側壁部の外側に、したがってスイッチングチャンバ内部の外に、配置することができる。

永久磁石は、特に、ブローアウト磁石とすることができ、これは、固定接点と可動接点との間のスイッチング中に発生し得るスイッチングアーク、すなわち、スイッチングアークを偏向させ、それによって長くするように設けられ、構成される。永久磁石の長手方向の配置により、スイッチングアークは、各固定接点の長手方向側壁部のうちの１つの方向に偏向される。言い換えれば、永久磁石は、固定接点と可動接点との間のスイッチング中に発生し得るスイッチングアークを横方向に偏向させることができる。特に、永久磁石は、永久磁石の極に対して長手方向に沿って並進対称に配置することができる。これにより、固定接点の一方で発生し得るスイッチングアークが、他方の固定接点で発生し得るスイッチングアークとは異なる長手方向側壁部に偏向されることができる。言い換えれば、２つの固定接点におけるスイッチングアークは、電流方向にかかわらず、反対の横方向に、したがって、反対の長手方向側壁部に向かって偏向される。これにより、短絡を起こし得る両方の固定接点上で同時に発生するアークがつながってしまうことを防止することができる。

それぞれ固定接点とより近い横方向側壁部との離隔距離Ｔは、特に好ましくは可能な限り小さく、例えば、長手方向において、スイッチングチャンバの寸法、特にスイッチングチャンバの内部の寸法の１／１０以下、または好ましくは１／２０以下である。これにより、永久磁石のうちの１つは、固定接点のうちの１つに可能な限り近接して、したがって、アークの開始点に可能な限り近接して配置することができる。長手方向側壁部と固定接点との離隔距離が横方向側壁部と固定接点との離隔距離より大きいため、アークが横方向にスイッチングチャンバ内のフリースペースで十分に広がることができ、十分に冷却することができる。アークは、好ましくは、スイッチングチャンバ壁、特に長手方向側壁部にほとんど到達しないか、または特に好ましくは全く到達しない。これにより、スイッチングチャンバ壁へのアーク損傷のリスクを下げることができ、又は完全に防止することさえできる。

さらなる実施形態によれば、スイッチングチャンバは、上下方向の上面図において少なくともほぼ正方形の断面を有する。さらに、長手方向側壁部は、横方向において間隔Ｂを持つことができ、間隔Ｂは、少なくとも２つの固定接点の反対方向外側相互の長手方向間隔Ｋと実質的に同じである。言い換えれば、スイッチングチャンバ、特にその内部空間は、横方向に幅Ｂを有し、これは、実質的に、長手方向における固定接点の配置に必要な空間に対応する。「実質的に対応する」は、前記長さ寸法の２０％以下、好ましくは１０％以下の偏差に対応し得る。より好ましくは、スイッチングチャンバは、２つの固定接点の反対方向外側相互の長手方向間隔Ｋよりもわずかに小さい横方向の間隔Ｂを有する。

さらなる実施形態によれば、スイッチングチャンバは、少なくとも２つの固定接点の間の長手方向位置に配置された、少なくとも１つの長手方向側壁部から横方向にスイッチングチャンバ内に延びている少なくとも１つのウェブを有する。スイッチングチャンバの内部の少なくとも１つのウェブは、スイッチングチャンバの内部を別々のアークチャンバに、言い換えれば固定接点で発生するスイッチングアークのための別々の空間領域に、少なくとも部分的に分離することができる。これによりスイッチングチャンバの絶縁性を大きく高めることができる。

特に、少なくとも１つのウェブは、スイッチングチャンバの内部で、可動接点を超えて、長手方向側壁部の一方から長手方向側壁部の他方まで横方向に延びていても良い。この場合、少なくとも１つのウェブは、スイッチング中に可動接点が移動することができる凹部を有することができる。さらに、少なくとも１つのウェブは、スイッチングチャンバのカバー部に直接接続することができる。少なくとも１つのウェブは、特に、スイッチングチャンバの側壁部及び／又はカバー部と一体に形成することができる。

さらなる実施形態によれば、スイッチングチャンバは、少なくとも２つのウェブを有し、その両方が、少なくとも２つの固定接点の間に長手方向に並んで配置され、その各々が、少なくとも１つの長手方向側壁部から横方向にスイッチングチャンバ内に延びている。ウェブは、長手方向に互いに離間している。特に、両方のウェブは、スイッチングチャンバの内部の可動接点を超えて、長手方向側壁部の一方から長手方向側壁部の他方まで横方向に延びていることができる。特に、ウェブは、スイッチングチャンバのカバー部に沿って、直接隣接して延びていても良い。少なくとも２つのウェブによって、固定接点間のスイッチングチャンバの内部に１つ以上の空間を形成することができ、この空間は、固定接点から少なくとも部分的に分離され、電気的に絶縁される。このようにして形成された少なくとも１つの隔離された空間内に、追加の部品、例えば追加の接点及び／又は上述のガスを充填してスイッチングチャンバ内にガス雰囲気を得るためのガス充填ノズルを配置することができる。

好ましくは、２つのウェブの長手方向間に、したがってその空間に、少なくとも１つの永久磁石がスイッチングチャンバ内に配置されている。特に好ましくは、２つのウェブの間に２つの永久磁石を可動接点に対して対称的に、すなわち長手方向及び上下方向により広げられる対称面に対して対称的に配置することができる。ウェブ間のスイッチングチャンバ内に配置された１つ又は２つの永久磁石は、ブローアウト磁石として、したがって接点で発生するアークのための偏向磁石として設計することもできる。これにより、スイッチングチャンバ外に配置されているブローアウト磁石に加えてスイッチングチャンバ内に追加のブローアウト磁石を配置することができる。ウェブは、ブローアウト磁石をスイッチングアークから保護することができる。

さらなる利点、有利な実施形態及び発展形態は、図面に関連して下記に記載される例示的な実施形態によって説明する。示されるのは、

スイッチング装置の実施形態の略図である。 スイッチング装置の実施形態の略図である。 スイッチング装置の実施形態の略図である。 スイッチング装置の実施形態の略図である。 さらなる例示的な実施形態によるスイッチング装置用のスイッチングチャンバの略図である。 別の実施形態によるスイッチング装置用のスイッチングチャンバ及びスイッチングチャンバ壁の略図である。 別の実施形態によるスイッチング装置用のスイッチングチャンバ及びスイッチングチャンバ壁の略図である。 別の実施形態によるスイッチング装置用のスイッチングチャンバ及びスイッチングチャンバ壁の略図である。 さらなる例示的な実施形態によるスイッチング装置用のスイッチングチャンバの略図である。 従来のスイッチングチャンバの略図である。

実施例及び図において、同じ、同じタイプの、または同じ効果を持つ部分には、それぞれ同じ参照符号を付すことがある。図示された部分及びそれらの互いに対する比率は、縮尺通りではないと見なされるべきであり、むしろ、層、構成要素、構造要素、およびエリアなどの個々の部分は、より良好な表現及び／又はより良好な理解のために誇張された大きさで示され得る。

図１Ａ～図１Ｄには、例えば強い電流及び／又は高電圧をスイッチングするために使用することができる、リレー又は接触器、特に電力接触器とすることができるスイッチング装置１００の実施例が示されている。図１Ａは、垂直断面を利用して３次元断面図を示し、こちらに対して図１Ｂ～図１Ｄのスイッチング装置１００の部分を通る２次元断面図は、図１Ｂ及び図１Ｃにおいて水平断面を利用、図１Ｄにおいて垂直断面を利用して示す。以下の説明は、図１Ａ～１Ｄに等しく適用される。示された幾何学的形状は、例としてのみ理解されるべきであり、限定的なものとして理解されるべきではなく、代替的に構成することもできる。

スイッチング装置１００は、ハウジング１内に２つの固定接点２，３と可動接点４とを有する。可動接点４は、接点板として構成されている。固定接点２，３は、可動接点４と共にスイッチング接点を形成する。図示の接点の数の代替として、他の数の固定接点及び／又は可動接点も可能である。ハウジング１は、主に、内部に配置された構成部品の接触に対する保護として機能し、プラスチック、例えばＰＢＴ又はガラス繊維充填ＰＢＴを有するか、又はそれから作製される。固定接点２、３及び／又は可動接点４は、例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｗｏ、Ｎｉ及び／又はＣｒなどの１つ以上の高融点金属、又は上述の材料の混合物、例えば、銅と、Ｗｏ、Ｎｉ及び／又はＣｒなどの少なくとも１つの他の金属との混合物で作製することができるか、又はそれらで作製することができる。

図１Ａでは、スイッチング装置１００は、停止状態で示されており、可動接点４は、固定接点２、３から離間されており、これにより、接点２、３、４は、互いに電気的に絶縁されている。図示されたスイッチング接点の設計、特にそれらの幾何学的形状は、例示的なものであり、限定するものとして理解されるべきではない。あるいは、スイッチング接点は、他のように設計することもできる。

スイッチング装置１００は、実質的にスイッチング動作を行う可動する電磁石５を有する。電磁石５は、例えば強磁性材料を有する、又は強磁性材料で構成られた磁気コア６を有する。さらに、電磁石５は、磁気コア６を通って案内される、軸の一端で磁気コア６にしっかりと接続される軸７を有する。軸７は、好ましくは、ステンレス鋼を含む様に作られているかステンレス鋼で作られている。可動接点４を軸７から電気的に絶縁するために、ブリッジ絶縁体とも呼ばれる絶縁体４７をそれらの間に配置することができる。

磁気コア６は、コイル８に囲まれている。制御回路によって外部からスイッチオンされ得るコイル８内の電流は、可動接点４が固定接点２、３と接触するまで、磁気コア６、ひいては電磁石全体の軸方向の動きを生成する。図示の例では、磁石コアは上方に移動する。したがって、電磁石５は、図示のアイドル状態、同時に遮断状態、ひいては非スイッチング状態すなわちスイッチオフ状態に対応する第１の位置からアクティブ状態、ひいては導電状態すなわちスイッチオン状態に対応する第２の位置に移動する。アクティブ状態では、接点２、３、４は互いに電気的に接続される。

軸７ひいては電磁石５を案内するために、スイッチング装置１００はヨークを有し、ヨークは、純鉄または低ドープ鉄合金を有することができ、またはそれから構成することができ、磁気回路の一部を形成する。 ヨーク９は、軸７が案内される開口を有する。コイル８内の電流が遮断されると、電磁石５は、１つ以上のばね１０によって第１の位置に戻される。 図示の例では、電磁石５は、このようにして再び下方に移動する。次いで、スイッチング装置１００は再びアイドル状態にあり、接点２、３、４は開いている。

電磁石５の移動方向、ひいては可動接点４の移動方向を、以下、上下方向９１と呼ぶ。 固定接点２，３の上下方向９１に直交する配列方向を、以下、長手方向９２と呼ぶ。 上下方向９１に直交し、かつ長手方向９２に直交する方向を、以下、横方向９３と呼ぶ。 方向９１、９２、及び９３は、説明されたスイッチング動作とは無関係に適用され、方向付けを容易にするために図に示されている。

例えば、接点２、３、４が開くとき、図１Ｄに示されるように、少なくとも１つのアーク９９が発生することがあり、このアークは、接点２、３、４の接続面を損傷し得る。 これにより、接点２、３、４が、アークによって引き起こされる溶接によって互いにくっついたままになり、もはや互いに分離されなくなる危険性があり得る。 したがって、コイル８内の電流は遮断されていて、負荷回路は遮断されてなければいけないはずにもかかわらず、スイッチング装置１００はスイッチングオン状態のままである。 このようなアークが発生するのを防止するために、または少なくとも発生するアークの消火を支援するために、接点２、３、４は、ガス雰囲気中に配置され、これにより、スイッチング装置１００は、ガス充填リレー又はガス充填接触器として設計される。 この目的のために、接点２、３、４は、スイッチングチャンバ壁１２及びスイッチングチャンバ底１３によって形成されたスイッチングチャンバ１１内に、密閉された部分によって形成された気密領域１４内に配置され、スイッチングチャンバ１１は気密領域１４の一部とすることができる。 気密領域１４は、外部接続のために用意されている固定接点２、３の部分を除いて、電磁石５及び接点２、３、４を完全に取り囲む。気密領域１４、ひいてはスイッチングチャンバ１１の内部１５もガスで満たされている。 気密領域１４は、実質的に、スイッチングチャンバ１１とヨーク９のそれぞれ一部、及びさらなる壁によって形成される。 水素含有ガスがアーク消火を促進することができるので、スイッチング装置１００の製造中にガス充填ノズルを使用して気密領域１４に充填され得るガスは、特に好ましくは、水素を含む、例えば不活性ガス中の２０％以上のＨ_２を含も、又は１００％のＨ_２からなることでも良い。

スイッチングチャンバ壁１２及びスイッチングチャンバ底１３は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３などの金属酸化物を含み、又はそれから作製されている。 さらに、十分に高い耐熱性を有するプラスチック、例えばＰＥＥＫ、ＰＥ及び／又はガラス繊維充填ＰＢＴも適している。代替的に又は追加的に、スイッチングチャンバ１１は少なくとも部分的にPOM、特に（ＣＨ_２Ｏ）_ｎの構造を有するＰＯＭを有することもできる。このようなプラスチックは、炭素の割合が比較的低く、グラファイトを生じる傾向が非常に低いことを特徴とすることができる。特に（ＣＨ_２Ｏ）_ｎの場合に炭素と酸素の同じ割合の結果、熱、特にアークによる分解で主にCOとH₂が生成され得る。追加の水素は、アーク消火を促進することができる。

図１Ｂ及び図１Ｃには、上下方向９１に垂直な水平断面におけるスイッチングチャンバ１１の断面略図が示されている。スイッチングチャンバ壁１２及び接点２、３、４は、明瞭さのために図１Ｂ及び図１Ｃの線だけによって示され、可動接点４は、断面の外側にあり、理解しやすくするためだけに示されている。さらに、例示的な電流方向が固定接点２、３に示されており、それによれば、スイッチング装置１００がスイッチオンされたときの負荷電流は、外部から固定接点２を通って可動接点４に流れ、さらに、固定接点３を通って外部接続に戻る可動接点４を通って流れる。図１Ｄは上下断面平面におけるスイッチング装置１００の一部の断面略図をまた簡易的に示す。

水平面図において、スイッチングチャンバ壁１２は、矩形の断面形状を有するか、または少なくとも矩形に近似した断面形状を有し、これは、図示のように、例えば、丸みを帯びた角を有することができる。スイッチングチャンバ壁１２は、対向する横方向側壁部１２１と対向する長手方向側壁部１２２とを有し、少なくともほぼ長方形の形状をもたらす。横方向側壁部１２１、長手方向側壁部１２２、及び固定接点２、３のための開口部１２０を有するカバー部１１９は、図示の例示的な実施形態に示されるように一体に設計され、スイッチングチャンバ壁１２を形成する。代わりに側壁部１２１、１２２は、スイッチングチャンバ底１３と一体に設計することもできる。さらに、側壁部１２１、１２２は、カバー部を有さず、スイッチングチャンバ底を有さずにスイッチングチャンバ壁１２を形成することができ、これは、次いで、別個に製造されたカバー部及び別個に製造されたスイッチングチャンバ底１３と共にスイッチングチャンバ１１を形成することができる。さらに、側壁部１２１、１２２は、カバー部を有さず、スイッチングチャンバ底を有さずにスイッチングチャンバ壁１２を形成することができ、これは、次いで、別個に製造されたカバー部および別個に製造されたスイッチングチャンバ底１３と共にスイッチングチャンバ１１を形成することができる。

各固定接点２、３は、長手方向側壁部１２２までへの離隔距離よりも、横方向側壁部の中のより近い横方向側壁部１２１までへの離隔距離が小さい。図１Ｂに示されるように、それぞれの固定接点２、３は、横方向側壁部１２１のうちの１つ、すなわち、より近い横方向側壁部１２１までへの離隔距離Ｔを有する。さらに、各固定接点２、３は、長手方向側壁部１２２までへの離隔距離Ｌを有し、各固定接点２、３から各長手方向側壁部１２２までへの離隔距離Ｌは、同じであっても異なっていても良い。特に、図で示された通り、離隔距離Ｔは、長手方向９２に沿って測定することができ、それぞれの固定接点２、３からより近い横方向側壁部１２１に関して、同じであるか、又は少なくとも実質的に同じであることができ、すなわち、２０％未満、好ましくは１０％未満の偏差がある。説明されている通り並びに図１Ｂに記載されている通りに離隔距離Ｌは横方向に各固定接点２、３と各長手方向側壁部１２２との間で測定することができる。場合によって離隔距離Ｌは、各固定接点２、３から長手方向側壁部１２２へのより小さい離隔距離を意味することもでき、関係Ｔ＜Ｌは、すべての固定接点２、３及び関連する離隔距離Ｔ及びＬに当てはまる。特に好ましくは、各固定接点２、３は、両方の長手方向側壁部１２２までへの同じ又は実質的に同じ離隔距離Ｌを有する。図で示されている通り、離隔距離Ｔ及びＬは、固定接点２、３と側壁部１２１、１２２の間のギャップ幅又は空間幅を意味し、固定接点２、３とそれぞれの側壁部１２１、１２２の内面との間の最小離隔距離に関連する。

特に、Ｔ／Ｌ≦０．５又は好ましくはＴ／Ｌ≦０．３又はより好ましくはＴ／Ｌ≦０．２５であり、したがって、固定接点２、３と長手方向側壁部１２２との間の最小空間は、固定接点２、３とより近い横方向側壁部１２１との間の最小空間の少なくとも約２倍または好ましくは少なくとも約３倍またはより好ましくは少なくとも約４倍である。

図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、スイッチングチャンバ１１は、水平断面において、ほぼ正方形の断面を有している。さらに、好ましくは、長手方向側壁部１２２の横方向９３においての間隔Ｂは、長手方向９１において互いに反対方向に向いている２つの固定接点２、３の側部の間隔Ｋと実質的に同じである。特に好ましくは、スイッチングチャンバは、２つの固定接点２、３の反対方向外側同士の長手方向間隔Ｋと同じ、又はそれよりわずかに小さい横方向の幅Ｂを有する。

また、図１Ａ～図１Ｄに示されているように、スイッチングチャンバ１１の外側には、図１Ｄに示されるアーク９９を偏向させるように設けられた永久磁石１６、いわゆるブローアウト磁石が設けられている。特に、永久磁石１６は、アーク経路を長くし、したがって、アーク９９の消火を改善することができる。各永久磁石１６は、固定接点２、３及び可動接点４の反対方向に向いている横方向側壁部１２１の、固定接点２、３及び可動接点４の反対側に位置する外側、ひいてはスイッチングチャンバ１１の内部１５の外に配置される。特に、固定接点２、３及び可動接点４は、永久磁石１６の間に長手方向９２に沿って配置され、これにより永久磁石１６及び固定接点２、３は、長手方向９２に沿って列をなして配置される。

永久磁石１６の長手方向の配置により、アーク９９は、各固定接点２、３から長手方向側壁部１２２のうちの１つの方向に偏向され、その結果、永久磁石１６は、固定接点２、３と可動接点４との間のスイッチング中に生じるアーク９９を、図１Ｃに偏向方向９０が示すように、横方向９３に偏向される。図１Ｂ及び図１Ｃにさらに示されているように、永久磁石１６は、それらの極に関して長手方向９２に沿って並進対称に配置される。これにより、固定接点２に発生するアーク９９を、固定接点３に発生するアーク９９とは異なる長手方向側壁部１２２に偏向させることができる。固定接点２、３で示される負荷電流の方向が逆になると、それぞれの偏向方向９０も逆になる。したがって、２つの固定接点２、３におけるアーク９９は、負荷電流の方向にかかわらず、反対の横方向９３に、したがって反対の長手方向側壁部１２２に向かって偏向される。この双極性は、負荷電流の方向にかかわらず、２つの固定接点２、３で同時に発生するアーク９９がつながってしまうことを常に防止することができる。

特に好ましくは、固定接点２、３からそれぞれのより近い横方向側壁部１２１への離隔距離Ｔは、できるだけ小さく、好ましくは長手方向に対してスイッチングチャンバ１１の長さＧの約１／１０以下、又は特に好ましくは１／２０以下である。これにより、永久磁石１６のうちの１つは、固定接点２、３のうちの１つに可能な限り近接して、したがって、アーク９９の元点に可能な限り近接して配置することができる。図１Ｃでは、アーク９９を向けることができるスイッチングチャンバ壁１２の部分の方向が示されている。長手方向側壁部１２２と固定接点２、３との間の離隔距離Ｌは、横方向側壁部１２１と固定接点２、３との間の離隔距離Ｔよりも大きいので、アーク９９は、好ましくはスイッチングチャンバ壁１２、すなわち特に長手方向側壁部１２２に到達することなく、スイッチングチャンバ１１のフリースペース内で燃焼及び冷却するための十分な空間を有することが達成され得る。これにより、アークによるスイッチングチャンバ壁１２の損傷の可能性を低減することができ、又は完全に防止することさえできる。

比較のために、図５は、図１Ｂ及び図１Ｃの図による固定接点９９２、９９３及び可動接点９９４を有する従来のスイッチング装置のスイッチングチャンバ９１１を示す。従来のスイッチング装置は、接点２、３、４の形状及び配置に応じて、長手方向に通常の細長い構成を有するスイッチングチャンバ９１１を有する。ブローアウト磁石９１６は、スイッチングチャンバ９１１の長手方向の長い側に配置されている。このスイッチング装置が、示された好ましい電流方向を有する接点９９２、９９３、９９４を通って電流が流れるときにオフに切り換えられる場合、アークは、偏向方向９９０によって示されるように、スイッチングチャンバ９１１の短い横方向外側に飛ぶ。温度負担は、破線の四角により示された領域９９８において最も高い。これを下げる場合、スイッチングチャンバ９１１は、離隔距離を増加させるために長手方向に長くする必要がある。しかしながら、これは、通常、外部ハウジングの寸法の制約のため従来のスイッチング装置では容易に可能ではない。示されている通常の実施形態のさらなる欠点は、負荷電流の方向に関して双極性がないことである。これが逆転される場合、固定接点９９２、９９３で生じるアークは、示される偏向方向９９０とは反対の方向に互いに向かってつながり、直接短絡を引き起こすことになる。ブローアウト磁石９１６の他の配置では、双極性をもたらすことは可能であるとしても、アークは、フリースペース内での成長、燃焼と冷却のために十分な空間を形成しないので、スイッチングチャンバ壁には激しい高温負担がかかる。その結果、スイッチングチャンバ壁内に簡単に割れでき、又はハウジング材料が溶けてしまう可能性がある。

一方、図１Ａ～図１Ｄを参照して説明されたスイッチング装置１００では、従来のスイッチング装置と比べて消火能力を大幅に向上させることができる。記載された形状により、アーク９９の元点とスイッチングチャンバ１１の内壁との間の離隔距離の増加を達成することができ、これにより、スイッチングチャンバ壁への負担が大きく下がる。記載されたスイッチングチャンバ１１の形で形成された放電空間、好ましくは実質的に正方形である放電空間により、アーク９９を偏向するための永久磁石１６を、アーク元点により近く配置することができ、これは、さらなる利点をもたらす。加えて、接点２、３、４を通って流れる負荷電流の電流方向とは無関係に、アーク９９を同じく良好に消滅させることができるので、スイッチング装置１００の双極性が可能になる。特に、放電空間は、固定接点２、３と長手方向側壁部１２２への離隔距離が固定接点２、３とより近い横方向側壁部１２１への離隔距離より大きいので、アーク９９が横方向９３に、したがって可動接点４の主延在方向に直角に偏向されるのに十分な空間を提供する。

スイッチング装置１００用のスイッチングチャンバ１１のためのさらなる実施形態が図２～図４に関連して説明する。以下の図の説明は、前述の実施形態のとの相違点に実質的に限定される。明示的に言及されていない特徴および特徴の特性は、それぞれの前述の実施形態において既に説明されているように実装することができる。

図２では、図１Ｂ及び図１Ｃに対応する断面略図ではスイッチングチャンバ１１のスイッチングチャンバ壁１２が示されており、接点２、３、４の位置も示されている。この実施形態では、スイッチングチャンバ１１は、少なくとも１つのウェブ１２３を有し、このウェブは、少なくとも２つの固定接点２、３の間で長手方向９２に沿った方向に配置され、少なくとも１つの長手方向側壁部１２２から横方向９３に延びていて、スイッチングチャンバ１１の内部空間１５内に延びている。図示の実施形態では、ウェブ１２３は、長手方向側壁１２２のそれぞれに示されている。特に以下の実施形態に示すように、２つのウェブ１２３は、１つのウェブとして設計することができ、この１つのウェブはスイッチングチャンバ１１の内部１５で長手方向側壁部１２２の一方から横方向９３に可動接点４を超えて長手方向側壁部１２２の他方まで延びている。この場合、ウェブ１２３は、スイッチング中に可動接点４が移動できる凹部を有することができる。スイッチングチャンバ１１の内部１５内の少なくとも１つのウェブ１２３は、内部空間１５を、別個のアークチャンバを形成する異なる領域、すなわち、固定接点２、３上に発生するスイッチングアークのための異なる空間領域に、少なくとも部分的に分離することができる。これにより、スイッチングチャンバ１１の絶縁容量を大幅に増加させることができる。ウェブ１２３は、スイッチングチャンバ壁１２の一部であり、特に、スイッチングチャンバ壁１２と一体に形成することができる。

スイッチング装置１００用のスイッチングチャンバ１１のさらなる実施形態は図３Ａ～図３Ｃに示されており、図３Ａは図３に対応する。スイッチングチャンバ壁１１の３次元図は図３Ｂ及び図３Ｃに示されている。図３Ａ～図３Ｃで示されるように、この実施形態のスイッチングチャンバ１１は、２つのウェブ１２３を有し、その両方は、長手方向９２に固定接点２、３の間に配置され、ウェブ１２３は、長手方向９２に互いに離間している。両方のウェブ１２３は、スイッチングチャンバ１１の内部１５の可動接点４を超えて、長手方向側壁部１２２の一方から長手方向側壁部１２２の他方まで横方向９３に延びている。ウェブ１２３はそれぞれ、スイッチング中に可動接点４が移動することができる凹部１２４を有する。さらに、ウェブ１２３は、スイッチングチャンバ１１のカバー部１１９に沿って、直接隣接して延びている。図３Ｂで示されているように、側壁部１２１、１２２、カバー部１１９及びウェブ１２３は、図示の実施形態では一体に設計されている。

ウェブ１２３によって固定接点２、３の間に内部空間１５の領域が形成され、この領域は固定接点から少なくとも部分的に分離され、したがって電気的に絶縁されている。このように形成された隔離された空間１２７に、追加接点及び／又はガス雰囲気を形成するための上述のガスをスイッチングチャンバ内に充填するガス充填ノズルなどの追加部品を配置することができる。図３Ｃには追加接点のための開口１２５及びガス充填ノズルのための開口１２６が示されている。

図４は、スイッチング装置１００用のスイッチングチャンバ１１のさらなる実施形態を示し、スイッチングチャンバ壁１２は、上述のように設計され、長手方向９２に２つのウェブ１２３の間に、したがって、固定接点２から部分的に分離された空間１２７に永久磁石１７がスイッチングチャンバ１１の内部空間１５に配置されている。スイッチングチャンバ１１の外側に取り付けられた永久磁石１６に加えて、又は永久磁石１６の代わりに設けることができる永久磁石１７は、特に好ましくは、２つのウェブ１２３の間に可動接点４に対して対称的に配置されていて、すなわち、長手方向及び上下方向により広げられる対称面に対して対称的に配置されている。このために空間１２７は対称的に設計してある。また、スイッチングチャンバ１１には、１つ以上の空間を形成する他の数のウェブ及び永久磁石でも可能である。ウェブ１２３間のスイッチングチャンバ１１内に配置された永久磁石１７は、特に、ブローアウト磁石として、したがって、接点２、３、４で発生するスイッチングアークのための偏向磁石として設計することもできる。これにより、示された永久磁石１６のようなスイッチングチャンバ１１の外側にあるブローアウト磁石の代わりに又は特に好ましくは、これらに加えて追加のブローアウト磁石をスイッチングチャンバ１１内に配置することが可能になる。このブローアウト磁石はウェブ１２３によってアークに対して保護される。

図２～図４を参照して説明したように、スイッチングチャンバ１１の内部空間１５内の少なくとも１つの追加のウェブ１２３は、内部空間１５内に少なくとも別個のアークチャンバを形成することができ、これにより絶縁容量を大きく高めることができる。いくつかのウェブ１２３を設けることによって、１つまたは複数の空間を、追加の部品のための少なくとも部分的に絶縁されたチャンバの形態で作成することができ、追加の部品はスイッチングアークと接触することができなくなる。さらに、上述のように、放電空間内に空間を設けることができ、これは、絶縁離隔距離を長くし、絶縁抵抗を改善するだけでなく、さらなる永久磁石を取り付けることもできる。

図に関連して説明される特徴及び実施形態は、すべての組み合わせが明示的に説明されていなくても、さらなる実施形態に従って互いに組み合わせることができる。さらに、図に関連して説明される実施形態は、代替的に又は追加的に、明細書の一般的な説明の部分に従うさらなる特徴を有することができる。

なお、本発明は実施形態上の説明に限定されるものではない。むしろ、本発明は、全ての新たな特徴及び全ての特徴の組み合わせを含み、特に、この特徴又はこの組み合わせ自体が特許請求の範囲又は実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、特許請求の範囲における全ての特徴の組み合わせを含む。

１ ハウジング
２，３ 固定接点
４ 可動接点
５ 電磁石
６ 磁気コア
７ 軸
８ コイル
９ ヨーク
１０ ばね
１１ スイッチングチャンバ
１２ スイッチングチャンバ壁
１３ スイッチングチャンバ底
１４ 気密領域
１５ 内部空間
１６ 永久磁石
１７ 永久磁石
４７ 絶縁体
９０ 偏向方向
９１ 上下方向
９２ 長手方向
９３ 横方向
９８ 領域
９９ アーク
１００ スイッチング装置
１１９ カバー部
１２０ 開口
１２１ 横方向側壁部
１２２ 長手方向側壁部
１２３ ウェブ
１２４ 凹部
１２５ 追加接点のための開口
１２６ ガス充填ノズルのための開口
１２７ 空間
９１１ スイッチングチャンバ
９１６ ブローアウト磁石
９９２， ９９３ 固定接点
９９４ 可動接点
９９０ 偏向方向
９９８ 領域
Ｂ 間隔
Ｇ 長さ
ｌ，Ｔ 離隔距離

Claims (14)

1. ２つの固定接点（２，３）とスイッチングチャンバ内の１つの可動接点（４）とを備え、前記固定接点（２，３）は、長手方向（９２）に沿って並んで配置され、前記スイッチングチャンバ（１１）は、相互に対向する横方向側壁部（１２１）と相互に対向する長手方向側壁部（１２２）とを有するスイッチングチャンバ壁（１２）を有し、前記２つの固定接点のそれぞれは、前記長手方向側壁部からの離隔距離（Ｌ）よりも小さい、前記横方向側壁部からの離隔距離（Ｔ）を有するスイッチング装置（１００）。
2. 前記固定接点及び前記可動接点は、長手方向に沿って永久磁石（１６）の間に配置されている、請求項１に記載のスイッチング装置。
3. 前記永久磁石は、固定接点と前記可動接点との間のスイッチング中で発生し得るアーク（９９）を横方向に偏向するように設けられている請求項２に記載のスイッチング装置。
4. 前記永久磁石のそれぞれは、前記横方向側壁部の、前記固定接点及び前記可動接点の反対側の外側に配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のスイッチング装置。
5. 前記長手方向側壁部相互の横方向間隔（B）は、前記２つの固定接点の反対方向外側相互の長手方向間隔（K）と実質的に同じである請求項１－４のいずれか一項に記載のスイッチング装置。
6. 前記スイッチングチャンバは少なくとも１つのウェブ（１２３）を有し、前記ウェブは前記少なくとも２つの固定接点の長手方向間に配置されていることと共に少なくとも１つの長手方向側壁部から横方向にスイッチングチャンバ内に延びている請求項１－５のいずれか一項に記載のスイッチング装置。
7. 前記少なくとも１つのウェブは、横方向に１つの前記長手方向側壁部から他方の前記長手方向側壁部に前記可動接点を超えて延びていることを特徴とする請求項６のスイッチング装置。
8. 前記少なくとも１つのウェブは凹部（１２４）を有し、凹部内で前記可動接点がスイッチング中に移動できる請求項７のスイッチング装置。
9. 前記スイッチングチャンバは少なくとも２つのウェブを有し、前記２つのウェブは前記少なくとも２つの固定接点の長手方向間に並んで配置されており、各ウェブは少なくとも１つの長手方向側壁部からスイッチングチャンバ内に横方向に延びている請求項７又は請求項８のスイッチング装置。
10. 少なくとも１つの永久磁石（１７）が前記２つのウェブの長手方向間のスイッチングチャンバ内に配置されていることを特徴とする請求項９のスイッチング装置。
11. 前記２つのウェブの間に２つの永久磁石が可動接点に対して対称的に配置されている請求項１０に記載のスイッチング装置。
12. 前記長手方向側壁部、前記横方向側壁部及び固定接点用の開口（１２０）を有するカバー部（１１９）が一体形成されていることを特徴とする請求項１－１１のいずれか一項に記載のスイッチング装置。
13. 前記スイッチングチャンバ（１１）がH₂を含むガス（１４）を含むことを特徴とする請求項１－１２のいずれか一項に記載のスイッチング装置。
14. ２つの固定接点（２，３）とスイッチングチャンバ内の１つの可動接点（４）を備え、固定接点（２，３）は、長手方向（９２）に沿って並んで配置されていて、前記スイッチングチャンバ（１１）は、対向する横方向側壁部（１２１）と対向する長手方向側壁部（１２２）を有するスイッチングチャンバ壁（１２）を有し、前記スイッチングチャンバは少なくとも２つのウェブ（１２３）を有し、前記ウェブは少なくとも前記２つの固定接点の長手方向間に配置されていて、各ウェブは一方の前記長手方向側壁部から他方の前記長手方向側壁部へ延びていて、永久磁石（１７）は前記２つのウェブの長手方向間に前記可動接点に対して対称的に配置されていることを特徴とするスイッチング装置（１００）。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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