JP6253651B2 - 単一の直流アークシュート及びこれを利用する双方向の直流電気スイッチング装置 - Google Patents

Description

本出願は、参照によって本明細書に組み込まれる、２０１２年９月５日出願の米国特許出願番号第１３／６０３，５７４号の優先権及び利益を主張するものである。

本発明は、概して電気スイッチング装置に関するものであり、より詳しくは、例示のためであり限定するものではないが、直流遮断器といった直流電気スイッチング装置に関するものである。更に、本発明は、直流アークシュートに関するものである。

空気に露出した分離可能端子を利用する電気スイッチング装置は、相当量の電流が流れる電力回路を開放するように構成できる。例えば遮断器といった、これらの電気スイッチング装置は、通常、端子が離れる際にアークが発生するものであり、一般的に、アークを消弧する助けとなるアークシュートを搭載している。通常、そのようなアークシュートは、電気絶縁性のハウジングによって、分離可能端子の周りに間隔をあけた関係で保持された、複数の導電性プレートを含んでいる。アークはアークプレートに移動し、そこで、アークが消弧されるまで引き延ばされ、冷却される。

通常、配線用遮断器（ＭＣＣＢｓ）は、直流（ＤＣ）の用途で使用するように専用に設計されていない。従来の交流（ＡＣ）配線用遮断器に対して、直流の用途に適用することを求める場合は、所望のシステムＤＣ電圧及びシステムＤＣ電流に基づいて要求される、遮断やスイッチングの性能を満たすように、複数の電極（pole）を直列に電気的に接続する。

ＤＣ遮断の１つの試みは、特に比較的低い電流レベルにおいて、アークシュートへアークを誘導することである。いくつかの既存のＤＣスイッチング装置は、永久磁石を利用して、アーク分離板へアークを誘導している。しかしながら、それらは、一方向のみの電流遮断を提供するものであるか、或いは、双方向の性能を満たすために、２つのアークシュートを利用していることによって、比較的大型のものであるか、の何れかである。

このため、直流電気スイッチング装置には、改善の余地がある。
又、直流アークシュートにも、改善の余地がある。

このような要求等は、本発明の実施形態によって満たされる。

本発明の１つの実施形態に従えば、直流アークシュートは、第１端部及びその反対側の第２端部を有する強磁性基部と、強磁性基部の第１端部から設けられる第１の強磁性側面部材と、強磁性基部の反対側の第２端部から設けられる第２の強磁性側面部材と、強磁性基部の、第１の強磁性側面部材と第２の強磁性側面部材との中間位置から設けられ、強磁性基部と反対側に先端部を有する第３の強磁性部材と、第１の強磁性側面部材上に設置され、第３の強磁性部材へ向かって第１の磁極を有する第１の永久磁石と、第２の強磁性側面部材上に設置され、第３の強磁性部材へ向かって第１の磁極を有する第２の永久磁石と、第１の強磁性側面部材と第３の強磁性部材との間に設置され、複数のアーク分離板を含む第１アークチャンバと、第２の強磁性側面部材と第３の強磁性部材との間に設置され、複数のアーク分離板を含む第２アークチャンバと、を含んでいる。そして、第１の永久磁石と第１の強磁性側面部材とは、強磁性基部の第１端部から延在し、第３の強磁性部材の先端部を越えて延びており、第２の永久磁石と第２の強磁性側面部材とは、強磁性基部の反対側の第２端部から延在し、第３の強磁性部材の先端部を越えて延びている。又、第１の永久磁石と第１の強磁性側面部材とは、第３の強磁性部材の先端部を過ぎた位置で、第２の永久磁石及び第２の強磁性側面部材へ向かって延びており、第２の永久磁石と第２の強磁性側面部材とは、第３の強磁性部材の先端部を過ぎた位置で、第１の永久磁石及び第１の強磁性側面部材へ向かって延びている。

本発明の別の実施形態として、双方向の直流電気スイッチング装置は、分離可能端子と、分離可能端子を開閉するように構成された制御機構と、単一の（singe）直流アークシュートとを含んでいる。単一の直流アークシュートは、第１端部及びその反対側の第２端部を有する強磁性基部と、強磁性基部の第１端部から設けられる第１の強磁性側面部材と、強磁性基部の反対側の第２端部から設けられる第２の強磁性側面部材と、強磁性基部の、第１の強磁性側面部材と第２の強磁性側面部材との中間位置から設けられ、強磁性基部と反対側に先端部を有する第３の強磁性部材と、第１の強磁性側面部材上に設置され、第３の強磁性部材へ向かって第１の磁極を有する第１の永久磁石と、第２の強磁性側面部材上に設置され、第３の強磁性部材へ向かって第１の磁極を有する第２の永久磁石と、第１の強磁性側面部材と第３の強磁性部材との間に設置され、複数のアーク分離板を含む第１アークチャンバと、第２の強磁性側面部材と第３の強磁性部材との間に設置され、複数のアーク分離板を含む第２アークチャンバと、を含んでいる。そして、第１の永久磁石と第１の強磁性側面部材とは、強磁性基部の第１端部から延在し、第３の強磁性部材の先端部を越えて延びており、第２の永久磁石と第２の強磁性側面部材とは、強磁性基部の反対側の第２端部から延在し、第３の強磁性部材の先端部を越えて延びている。又、第１の永久磁石と第１の強磁性側面部材とは、第３の強磁性部材の先端部を過ぎた位置で、第２の永久磁石及び第２の強磁性側面部材へ向かって延びており、第２の永久磁石と第２の強磁性側面部材とは、第３の強磁性部材の先端部を過ぎた位置で、第１の永久磁石及び第１の強磁性側面部材へ向かって延びている。

本発明の別の実施形態として、双方向の直流電気スイッチング装置は、移動可能端子と固定端子とを含む分離可能端子と、分離可能端子を開閉するように構成され、移動可能端子を保持移動する移動可能端子アームを含む制御機構と、単一の直流アークシュートとを含んでいる。単一の直流アークシュートは、第１端部及びその反対側の第２端部を有する強磁性基部と、強磁性基部の第１端部から設けられる第１の強磁性側面部材と、強磁性基部の反対側の第２端部から設けられる第２の強磁性側面部材と、強磁性基部の、第１の強磁性側面部材と第２の強磁性側面部材との中間位置から設けられ、強磁性基部と反対側に先端部を有する第３の強磁性部材と、第１の強磁性側面部材上に設置され、第３の強磁性部材へ向かって第１の磁極を有する第１の永久磁石と、第２の強磁性側面部材上に設置され、第３の強磁性部材へ向かって第１の磁極を有する第２の永久磁石と、第１の強磁性側面部材と第３の強磁性部材との間に設置され、複数のアーク分離板を含む第１アークチャンバと、第２の強磁性側面部材と第３の強磁性部材との間に設置され、複数のアーク分離板を含む第２アークチャンバと、第１の永久磁石と隣接して配置される第１の輪郭ガス処理壁（contoured gassing wall）と、第２の永久磁石と隣接して配置される第２の輪郭ガス処理壁と、を含んでいる。そして、第１の永久磁石と第１の強磁性側面部材とは、強磁性基部の第１端部から延在し、第３の強磁性部材の先端部を越えて延びており、第２の永久磁石と第２の強磁性側面部材とは、強磁性基部の反対側の第２端部から延在し、第３の強磁性部材の先端部を越えて延びている。又、移動可能端子アームにより保持移動される移動可能端子は、分離可能端子の閉位置と分離可能端子の開位置との間で、移動の軌道を描き、この移動の軌道は、第３の強磁性部材の先端部と第１及び第２の輪郭ガス処理壁との間に位置するものである。

以下の好ましい実施形態についての説明を、添付の図面と組み合わせて読むことで、本発明を完全に理解することができる。

単一のアークシュートのための２つの永久磁石を含む鋼製永久磁石構造の等角投影図である。 移動可能端子アームと開位置にある分離可能端子とを含む、図１の鋼製永久磁石構造の概略的な平面図である。 ２つの永久磁石を有する鋼製永久磁石構造を含む、本発明の実施の形態に係る双方向アークシュートの等角投影図である。 図３の双方向アークシュートの半部の等角投影図である。 図３の双方向アークシュートの正面視の等角投影図である。 図３の双方向アークシュートの正面視の等角投影図である。 図３の双方向アークシュートの平面図である。 内部構造を示すために一部を破断した、本発明の実施の形態に係る電気スイッチング装置の開位置にある状態の等角投影図である。 内部構造を示すために一部を破断した、本発明の別の実施の形態に係る電気スイッチング装置の開位置にある状態の等角投影図である。 図９のガス処理挿入体の１つの等角投影図である。

本明細書で使用される用語「数（number）」は、１又は１よりも大きい整数（すなわち複数）を意味するものとする。

又、本明細書において、２つ以上の部材が互いに「接続された（connected）」又は「結合された（coupled）」状態とは、部材が直接的に結合される、或いは、１つ以上の中間部材を介して結合されることを意味するものとする。更に、本明細書において、２つ以上の部材が「取り付けられた（attached）」状態とは、部材が直接的に結合されることを意味するものとする。

本発明を直流の遮断器に関連して説明しているが、本発明は、直流電気スイッチング装置の広い範囲に適用可能なものである。

図１及び図２を参照すると、鋼製永久磁石構造２は、単一の直流アークシュート８のための、２つの永久磁石４、６を含んでいる。永久磁石４、６は、鋼製構造体１４の２つの垂直脚部１０、１２の正確に内側に示されており、鋼製構造体１４と絶縁ハウジング（図示省略）との間にある。単一の直流アークシュート８は、第１端部２０とその反対側の第２端部２２とを有する強磁性基部１８を含んでいる。第１端部２０から第１の強磁性側面部材２４が設けられ、反対側の第２端部２２から第２の強磁性側面部材２６が設けられ、強磁性基部１８の、第１の強磁性側面部材２４と第２の強磁性側面部材２６との中間位置から、第３の強磁性部材２８が設けられている。第１の永久磁石４は、第１の磁極（Ｓ）を有し、第１の強磁性側面部材２４上に配置されており、第３の強磁性部材２８に面している。第２の永久磁石６は、第１の磁極（Ｓ）を有し、第２の強磁性側面部材２６上に配置されており、第３の強磁性部材２８に面している。

強磁性基部１８の第１端部２０と、この第１端部２０から延在する第１の強磁性側面部材２４とで、第１の角部３０が形成され、強磁性基部１８の反対側の第２端部２２と、この反対側の第２端部２２から延在する第２の強磁性側面部材２６とで、第２の角部３２が形成されている。単一の直流アークシュート８は、磁界パターン３４を備えている。移動可能端子アーム３８が移動可能端子４０を保持移動し、この移動可能端子４０は、設置型導体４４に保持される固定端子４２と電気的に接続される。第１及び第２の強磁性側面部材２４、２６の間に配置されている、移動可能端子４０と固定端子４２との間でアーク（図示省略）が発生する度に、アークを流れる電流の方向に応じて第１及び第２の角部３０、３２の何れか一方へ向けてアークが誘導されるように、磁界パターン３４が形成される。例えば、移動可能端子４０から固定端子４２へ電流が流れる場合は、アークが軌道４５に沿って角部３０の方へ誘導される。これとは反対に、固定端子４２から移動可能端子４０へ電流が流れる場合は、アークが軌道４６に沿って角部３２の方へ誘導される。

図１及び図２と異なり、本発明は、図３〜図７に示されているような、磁界の方向性を改善するように構成された、曲げ加工された永久磁石側壁を利用するものである。これは、アークを次々とアーク分離板２２２、２２６内へ誘導する。改善された磁界の方向性によって、アークシュート２００の２つのアークチャンバ２２０、２２４から、磁界の中立ポイント２４４と反転磁界とが引き離され、分離可能端子２３８近傍の磁界の大きさが増大する。第３の強磁性部材２１２の先端部（部材２１２と分離可能端子２３８との間）を越えた磁界の方向は、電流の極性に応じて、アークを第１アークチャンバ２２０又は第２アークチャンバ２２４へ誘引する。アークシュート２００は、永久磁石の配置とシングルブレイク（single-break）の端子構造とを利用して、比較的低レベルな電流の場合を含み、双方向のＤＣスイッチングと遮断機能（interruption capability）とを達成するものである。

図１及び図２では、磁界の中立ポイント４８と反転磁界とが、分離可能端子４２、４４とアーク分離板（図示省略）とに非常に近い。比較的高レベルな電流でアークコラムの大きさが大き過ぎる場合の事例では、アークが、中立ポイント４８を越えて、アークをアーク分離板から引き離す反転磁界に入ってしまう虞がある。

図３は、双方向直流アークシュート２００を示している。直流アークシュート２００は、第１端部２０４及びその反対側の第２端部２０６を有する強磁性基部２０２と、第１端部２０４から設けられている第１の強磁性側面部材２０８と、反対側の第２端部２０６から設けられている第２の強磁性側面部材２１０と、強磁性基部２０２の、第１の強磁性側面部材２０８と第２の強磁性側面部材２１０との中間位置から設けられている第３の強磁性部材２１２と、を含んでいる。第３の強磁性部材２１２は、強磁性基部２０２と反対側に先端部２１４を有している。第１の強磁性側面部材２０８上には、第１の永久磁石２１６が配置されており、第３の強磁性部材２１２へ向かって第１の磁極（Ｓ）を有している。又、第２の強磁性側面部材２１０上には、第２の永久磁石２１８が配置されており、第３の強磁性部材２１２へ向かって第１の磁極（Ｓ）を有している。第１の強磁性側面部材２０８と第３の強磁性部材２１２との間に、第１アークチャンバ２２０が配置されている。第１アークチャンバ２２０は、複数のアーク分離板２２２を含んでいる。又、第２の強磁性側面部材２１０と第３の強磁性部材２１２との間に、第２アークチャンバ２２４が配置されている。第２アークチャンバ２２４は、複数のアーク分離板２２６を含んでいる。第１の永久磁石２１６と第１の強磁性側面部材２０８とは、強磁性基部２０２の第１端部２０４から延在しており、第３の強磁性部材２１２の先端部２１４よりも延びている。又、第２の永久磁石２１８と第２の強磁性側面部材２１０とは、強磁性基部２０２の反対側の第２端部２０６から延在しており、第３の強磁性部材２１２の先端部２１４よりも延びている。第１の永久磁石２１６と第１の強磁性側面部材２０８とは、第３の強磁性部材２１２の先端部２１４を過ぎた位置で、第２の永久磁石２１８と第２の強磁性側面部材２１０とに向かって延びている。又、第２の永久磁石２１８と第２の強磁性側面部材２１０とは、第３の強磁性部材２１２の先端部２１４を過ぎた位置で、第１の永久磁石２１６と第１の強磁性側面部材２０８とに向かって延びている。

図３のアークシュート２００は、アークシュート２００の両側面２２８、２３０に沿って、夫々、延ばされて曲げ加工された、強磁性側面部材２０８、２１０と永久磁石２１６、２１８とを利用するものであり、第３の強磁性部材２１２により形成される強磁性中央防壁を備えた、二重のアークチャンバ構造２２０、２２４を提供する。

曲げ加工された永久磁石と強磁性側面部材とによる、アークチャンバ２００の側壁構造は、磁界の方向性を改善して、アークを二重のアークチャンバ２２０、２２４の一方（電流の方向に応じて）へ誘導し、アークを分離する。図３〜図７に示されているように、曲げ加工された永久磁石と強磁性側面部材とによる側壁構造の、例えばＶ字状部２３２、２３４の底部は、互いに向きあっている。

磁界の中立ポイント４８と反転磁界とが、移動可能端子４０と固定端子４２との比較的近くにある、図２の磁界パターン３４とは対照的に、図３〜図７のアークシュート２００の構造については、磁界の中立ポイント２４４と反転磁界とが、分離可能端子２３８（図８参照）の右側（図７に関して）へと比較的遠くに移動され、分離可能端子２３８の近傍で磁界の大きさが増大する。図２に示されているように、磁界の中立ポイント４８における磁界はゼロである。磁界の中立ポイントを分離可能端子２３８から離すように移動させることによって、分離可能端子２３８の位置における磁界が比較的大きくなる。

磁界の中立ポイントと反転磁界の境界とを移動させることの利点は、以下のようなものである。アークは、端子が離れる当初に、分離可能端子２３８（図８参照）の間で発生する。このアークを、アーク内の電流の方向に応じて、右側又は左側（図５及び図６に関して）へ向かって、右側又は左側（図５及び図６に関して）の分離板２２６、２２２へ移動する必要がある。磁界が比較的大きい場合、アークは、分離可能端子２３８からアーク分離板２２２、２２６へ、より迅速に（更により確実に）移動し、（電流を遮断するために）消弧されることとなる。比較的迅速にアークの消弧と電流の遮断とが行えることで、遮断毎の、分離可能端子２３８とアーク分離板２２２、２２６とに対する損傷が小さくなり、遮断器２４０（図８参照）といった、対応する電気スイッチング装置の寿命が長くなる。

下記の要素は、固定端子２４２（図８参照）近傍の磁界の大きさを増大させることができるものである。（１）永久磁石２１６、２１８の肉厚を大きくする。（２）比較的強い磁性材料は、一般的に、比較的低温度での減磁の影響を受けやすいが、永久磁石２１６、２１８の材料の強度を増大させる。（３）分離可能端子２３８（図８参照）と中間強磁性（例えば、これに限定するものではないが、鋼製）部材２１２との間の距離を小さくする。（４）分離可能端子２３８と磁界の中立ポイント２４４（図７参照）との間の距離を大きくする。

第１の永久磁石２１６及び第１の強磁性側面部材２０８は、強磁性基部２０２の第１端部２０４と第３の強磁性部材２１２の先端部２１４との間において、第２の永久磁石２１８及び第２の強磁性側面部材２１０と平行になっている。第２の永久磁石２１８及び第２の強磁性側面部材２１０は、強磁性基部２０２の反対側の第２端部２０６と第３の強磁性部材２１２の先端部２１４との間において、第１の永久磁石２１６及び第１の強磁性側面部材２０８と平行になっている。

第１の永久磁石２１６と第１の強磁性側面部材２０８との双方は、第３の強磁性部材２１２の先端部２１４を過ぎた後で、第２の永久磁石２１８及び第２の強磁性側面部材２１０の方へ向かって曲がっている。又、第２の永久磁石２１８と第２の強磁性側面部材２１０との双方は、第３の強磁性部材２１２の先端部２１４を過ぎた後で、第１の永久磁石２１６及び第１の強磁性側面部材２０８の方へ向かって曲がっている。これにより、アークの初期の移動方向に関わらず、磁界によってアークを所望のアーク分離板２２２又は２２６へ向けて誘引することができる。第３の強磁性部材２１２の先端部２１４（部材２１２と分離可能端子２３８（図８参照）との間）を越えた磁界の方向は、電流の極性に応じて、アークを第１のアークシュート２２０又は第２のアークシュート２２４へ誘引する。

永久磁石２１６、２１８と、強磁性側面部材２０８、２１０と、強磁性部材２１２により形成された強磁性中央防壁とは、アークコラムのショートを防止するために、電気絶縁体（図示省略）で覆われていることが好ましい。アークシュート２００は、別々のアーク分離板２２２、２２６を備えた２つのアークチャンバ２２０、２２４へ分けられるものである。

永久磁石２１６、２１８は、ポリマーが充填された磁性材料を成形して作られる。

第１の永久磁石２１６と第１の強磁性側面部材２０８との双方は、第２の永久磁石２１８及び第２の強磁性側面部材２１０へ向かう第１の稜線部２４６を有する、第１のＶ字状部２３２を形成している。第２の永久磁石２１８と第２の強磁性側面部材２１０との双方は、第１の永久磁石２１６及び第１の強磁性側面部材２０８へ向かう第２の稜線部２４８を有する、第２のＶ字状部２３４を形成している。第１の稜線部２４６は、第２の稜線部２４８と近接している。

稜線部２４６、２４８は、移動可能端子２５２（図８参照）と移動可能端子アーム２５０（図８参照）の回動軸２５４（図８参照）との間において、移動可能端子アーム２５０へ接近し、又、移動可能端子２５２へ接近する。Ｖ字状部２３２、２３４は、製作が容易になるように、例えば直線状（図３、図４、図７に最もよく示されている）を成しており、又、移動可能端子２５２と回動軸２５４との間に位置しながら、移動可能端子アーム２５０と移動可能端子２５２とへ可能な限り近いことが好ましい。

永久磁石２１６、２１８は、（例えば、これに限定するものではないが、ポリマーが充填された磁性材料で）適切に成形されている。このような設計の他の有利な効果は、流体力学を受けて、アークを前方へ（図７に関して左側へ）誘導するように、アークの「後方（behind）」（図７に関して右側）の断面を縮小する（cross-section-reduction）場合の作用である。例えば、分離可能端子２３８（図８参照）の「後方」（図７に関して右側）の稜線部２４６、２４８の断面を縮小することは、分離可能端子２３８の位置における磁界を増大させ、分離可能端子２３８の「後方」の磁界の方向性を改善し、磁界中立ポイントを分離可能端子２３８の「後方」へ更に移動させる。更に、この断面の縮小により、アークガス（arc gasses）が稜線部２４６、２４８へ向かう方向に流れることが、比較的より困難になる。

図８は、開位置にある分離可能端子２３８と、分離可能端子２３８を開閉するように構成された制御機構２５８と、図３の単一の直流アークシュート２００とを含む、例えば遮断器２４０といった、双方向直流電気スイッチング装置を示している。分離可能端子２３８は、固定端子２４２と、移動可能端子アーム２５０により保持移動される移動可能端子２５２とを含んでいる。制御機構２５８は、単一の直流アークシュート２００に対して移動可能端子２５２を保持移動する、移動可能端子アーム２５０を含んでいる。

移動可能端子アーム２５０により保持移動される移動可能端子２５２は、分離可能端子２３８の閉位置（図示は省略しているが、開位置と閉位置との中間位置を一点鎖線で示している）と、分離可能端子２３８の開位置（図８に示しているような）との間で、移動の全体的な軌道を描くものである。Ｖ字状部２３２、２３４（図３〜図６参照）は、製作を容易にするために直線状を成しており、又、移動可能端子２５２と移動可能端子アーム２５０の回動軸２５４との間に位置しながら、移動可能端子アーム２５０と移動可能端子２５２とへ可能な限り近いことが好ましい。

分離可能端子２３８が、分離可能端子２３８の閉位置から開位置へと移動する際に、固定端子２４２と移動可能端子２５２との間でアークが発生する。アークは、第３の強磁性部材２１２の先端部２１４と、第１及び第２の稜線部２４６、２４８との間に位置した状態から、第１及び第２アークチャンバ２２０、２２４の一方へ誘導される。

第１の永久磁石２１６と第１の強磁性側面部材２０８との双方は、第３の強磁性部材２１２の先端部２１４を過ぎた後で、移動可能端子２５２が移動する軌道の一部に沿って、第２の永久磁石２１８及び第２の強磁性側面部材２１０の方へ曲がっている。第２の永久磁石２１８と第２の強磁性側面部材２１０との双方は、第３の強磁性部材２１２の先端部２１４を過ぎた後で、移動可能端子が移動する軌道の一部に沿って、第１の永久磁石２１６及び第１の強磁性側面部材２０８の方へ曲がっている。

第１のＶ字状部２３２は、移動可能端子が移動する軌道の一部に沿った、第１の稜線部２４６を有しており、又、第２のＶ字状部２３４は、移動可能端子が移動する軌道の一部に沿った、第２の稜線部２４８を有している。

図９は、開位置にある、例えば遮断器３００といった、別の双方向直流電気スイッチング装置を示している。遮断器３００は、第１の永久磁石３０４と隣接して配置される第１の輪郭ガス処理壁３０２と、第２の永久磁石３０８と隣接して配置される第２の輪郭ガス処理壁３０６とを含む点を除き、図２の電気スイッチング装置１００と類似している。図２の電気スイッチング装置１００と同様に、遮断器３００は、移動可能端子３１２及び固定端子３１４を有する分離可能端子３１０と、分離可能端子３１０を開（図９に示す）閉（図示省略）するように構成された制御機構３１６とを含んでいる。制御機構３１６は、移動可能端子３１２を保持移動する移動可能端子アーム３１８を含んでいる。

図１及び図２の直流アークシュート８と少し類似していることに、単一の直流アークシュート３２０は、第１端部３２４及びその反対側の第２端部３２６を有する強磁性基部３２２と、第１端部３２４から設けられている第１の強磁性側面部材３２８と、反対側の第２端部３２６から設けられている第２の強磁性側面部材３３０と、強磁性基部３２２の、第１の強磁性側面部材３２８と第２の強磁性側面部材３３０との中間位置から設けられている第３の強磁性部材３３２とを含んでいる。第３の強磁性部材３３２は、強磁性基部３２２と反対側に、先端部３３４を有している。第１の永久磁石３０４は、第１の強磁性側面部材３２８上に設置されており、第３の強磁性部材３３２へ向かって第１の磁極を有している。第２の永久磁石３０８は、第２の強磁性側面部材３３０上に設置されており、第３の強磁性部材３３２へ向かって第１の磁極を有している。第１アークチャンバ３３６は、第１の強磁性側面部材３２８と第３の強磁性部材３３２との間に設置されており、複数のアーク分離板３３８を含んでいる。第２アークチャンバ３４０は、第２の強磁性側面部材３３０と第３の強磁性部材３３２との間に設置されており、複数のアーク分離板３４２を含んでいる。第１の永久磁石３０４と第１の強磁性側面部材３２８とは、強磁性基部３２２の第１端部３２４から延在しており、第３の強磁性部材３３２の先端部３３４を越えて延びている。第２の永久磁石３０８と第２の強磁性側面部材３３０とは、強磁性基部３２２の反対側の第２端部３２６から延在しており、第３の強磁性部材３３２の先端部３３４を越えて延びている。

しかしながら、図１及び図２の直流アークシュート８と対照的に、第１の輪郭ガス処理壁３０２が、第１の永久磁石３０４に隣接して設置されており、第２の輪郭ガス処理壁３０６が、第２の永久磁石３０８に隣接して設置されている。移動可能端子アーム３１８により保持移動される移動可能端子３１２は、分離可能端子３１０の閉位置（図示省略）と、分離可能端子３１０の開位置（図９に示す）との間で、移動の軌道を描くものであり、この移動の軌道は、第３の強磁性部材３３２の先端部３３４と、第１及び第２の輪郭ガス処理壁３０２、３０６との間に位置するものである。

図１０は、図９の第１及び第２の輪郭ガス処理壁３０２、３０６の一方の輪郭ガス処理壁３０６を示している。他方の輪郭ガス処理壁３０２は、壁３０６と面対称の関係である。分離可能端子３１０の「後方」（例えば、図９に関して右側）にガス処理材料（gassing materials）を付加することにより、単一の直流アークシュート３２０へ向かう、ガスの付加的な流れが発生し、アークシュート３２０へのアークの誘導が促進される。

第１の絶縁ケース又は絶縁体３４４が、第１の永久磁石３０４の周りに設置され、第２の絶縁ケース又は絶縁体３４６が、第２の永久磁石３０８の周りに設置されることが好ましい。

第１の輪郭ガス処理壁３０２は、第１の永久磁石３０４の周りの第１の絶縁ケース又は絶縁体３４４と接続され、第２の輪郭ガス処理壁３０６は、第２の永久磁石３０８の周りの第２の絶縁ケース又は絶縁体３４６と接続される。これらの輪郭ガス処理壁３０２、３０６は、２つのアーク分離板３３８、３４２の一方へアークを誘導することにより、比較的高い電流レベルにおける、双方向のスイッチングと遮断機能とを改善する。更に、これらは、アークが反転磁界に入ることを防止し、比較的高い直流レベルの場合を含み、双方向のＤＣスイッチングと遮断機能とを実現するものである。

第１及び第２の永久磁石３０４、３０８の間の磁界は、第１及び第２アークチャンバ３３６、３４０から離れ、第３の強磁性部材３３２の先端部３３４を越え、更に分離可能端子３１０の閉位置を越えた空間において、方向が反転する。第１及び第２の輪郭ガス処理壁３０２、３０６は、そのような空間を遮るように構成されている。さもなければ、反転した磁界が、アークをアーク分離板３３８又は３４２から離れるように押してしまうこととなる。

移動可能端子アーム３１８は、周囲に設置される絶縁ケース又は絶縁体３４８を含んでいる。

第１及び第２の輪郭ガス処理壁３０２、３０６の各々は、移動可能端子３１２の移動軌道に近接する、湾曲部３５０を含んでいる。

更に、第３の強磁性部材３３２の先端部３３４は、移動可能端子３１２の移動軌道に近接する、湾曲部３５２を含んでいる。

図１及び図２に関連して上記で説明したように、直流アークシュート８は、中立ポイント４８及び反転磁界を含む磁界を発生するものであり、これら中立ポイント４８及び反転磁界は、移動可能端子アーム３８の回動軸３９に隣接する、２つのアークチャンバ５０、５２の後端の、比較的近くに位置している。

図９に示されているように、比較的高い電流レベルにおいて、初めにアーク（図示省略）がアーク分離板３３８、３４２から離れるように移動する、稀な状態の間に、アークは、中立ポイント４８（図２示している）を通過して、アークをアーク分離板３３８、３４２から離すように押し出す反転磁界に入るほど、十分に大きいものである。開示の輪郭ガス処理壁３０２、３０６は、アークが反転磁界に入ることを防止して、比較的高い電流レベルでの、双方向のＤＣスイッチングと遮断機能とを実現するものである。ガス処理材料を分離可能端子３１０の「後方」に付加することにより、アークシュート３２０へ向かう付加的なガスの流れが発生し、アークシュート３２０に対するアークの誘導が促進される。

例示の２つのガス処理壁３０２、３０６は、磁石絶縁体（magnet insulator）３４４、３４６へ付加され、磁界が方向を反転する容量部分を塞ぐものであり、さもなければ、アークがアーク分離板３３８、３４２から離れるように押されることとなる。これに代えて、２つのガス処理壁３０２、３０６が、磁石絶縁体３４４、３４６に統合された部位であってもよい。これらは、磁界へ影響を及ぼすことなく、十分な電流レベルにおけるアークの消弧をサポートする。

磁石絶縁体３４４、３４６は、スイッチング及び遮断中の、故障や逆アークの発生（back striking）の可能性を阻むように利用されることが好ましい。

移動可能端子アーム３１８の全体と、設置型導体３５４の全体との双方は、絶縁されていることが好ましい。これにより、分離可能端子３１０の「後方」へ（例えば、図９に関して右側へ、移動可能端子アーム３１８の回動軸３５６へ向かって）のアークの形成が防止される。移動可能端子アーム３１８と設置型導体３５４との間の隙間が比較的小さい場合、アークは、初期のアークからのイオン化されたガスにより、分離可能端子３１０の「後方」へ形成される虞がある。

ガス処理壁３０２、３０６は、ガス抜き（out-gas）を行い、アークをアーク分離板３３８、３４２の方へ移動させる。対照的に、図１及び図２では、磁界の中立ポイント４８近傍の磁界が、分離板（図示省略）へ向けて、毎回確実にアーク（図示省略）を移動させるほど大きくない。ガス処理壁３０２、３０６のガス抜きは、アークがアーク分離板３３８、３４２から離れる（磁界の中立ポイントへ向かって）ように移動することを防ぎ、かつ、アークがアーク分離板３３８、３４２へ向かって移動することを助長するような、ガス圧力を提供する。

ガス処理壁３０２、３０６は、移動可能端子３１２の軌道の後方で可能な限り大きい、ガス処理挿入体（gassing inserts）であることが好ましい。

本発明の概念の具体的な実施形態について詳細に説明してきたが、当業者は、本明細書の全ての教示に照らして、それらの細部に対して様々な変更や代替が展開できることを認識するであろう。従って、開示した個々の形態は、単に説明のためのものであり、添付のクレームの全範囲と、それらの任意及び全ての同等のものとが与えられる、本発明の概念の範囲を限定するものではない。

２００、３２０：アークシュート、２０２、３２２：強磁性基部、２０４、３２４：第１端部、２０６、３２６：第２端部、２０８、３２８：第１の強磁性側面部材、２１０、３３０：第２の強磁性側面部材、２１２、３３２：第３の強磁性部材、２１４、３３４：先端部、２１６、３０４：第１の永久磁石、２１８、３０８：第２の永久磁石、２２０、３３６：第１アークチャンバ、２２２、３３８：アーク分離板、２２４、３４０：第２アークチャンバ、２２６、３４２：アーク分離板、２３２：第１のＶ字状部、２３４：第２のＶ字状部、２３８、３１０：分離可能端子、２４２、３１４：固定端子、２４６：第１の稜線部、２４８：第２の稜線部、２５０、３１８：移動可能端子アーム、２５２、３１２：移動可能端子、２５４：回動軸、２５８、３１６：制御機構、３４４：第１の絶縁ケース又は絶縁体、３４６：第２の絶縁ケース又は絶縁体

Claims (13)

1. 直流アークシュート（２００）であって、
   第１端部（２０４）及びその反対側の第２端部（２０６）を有する強磁性基部（２０２）と、
   該強磁性基部の前記第１端部から設けられる第１の強磁性側面部材（２０８）と、
   前記強磁性基部の前記反対側の第２端部から設けられる第２の強磁性側面部材（２１０）と、
   前記強磁性基部の、前記第１の強磁性側面部材と前記第２の強磁性側面部材との中間位置から設けられ、前記強磁性基部と反対側に先端部（２１４）を有する第３の強磁性部材（２１２）と、
   前記第１の強磁性側面部材上に設置され、前記第３の強磁性部材へ向かって第１の磁極を有する第１の永久磁石（２１６）と、
   前記第２の強磁性側面部材上に設置され、前記第３の強磁性部材へ向かって前記第１の磁極を有する第２の永久磁石（２１８）と、
   前記第１の強磁性側面部材と前記第３の強磁性部材との間に設置され、複数のアーク分離板（２２２）を含む第１アークチャンバ（２２０）と、
   前記第２の強磁性側面部材と前記第３の強磁性部材との間に設置され、複数のアーク分離板（２２６）を含む第２アークチャンバ（２２４）と、を含み、
   前記第１の永久磁石と前記第１の強磁性側面部材とは、前記強磁性基部の前記第１端部から延在して、前記第３の強磁性部材の前記先端部を越えて延びており、
   前記第２の永久磁石と前記第２の強磁性側面部材とは、前記強磁性基部の前記反対側の第２端部から延在して、前記第３の強磁性部材の前記先端部を越えて延びており、
   前記第１の永久磁石と前記第１の強磁性側面部材とは、前記第３の強磁性部材の前記先端部を過ぎた位置で、前記第２の永久磁石及び前記第２の強磁性側面部材へ向かって延びており、
   前記第２の永久磁石と前記第２の強磁性側面部材とは、前記第３の強磁性部材の前記先端部を過ぎた位置で、前記第１の永久磁石及び前記第１の強磁性側面部材へ向かって延びていることを特徴とする直流アークシュート。
2. 前記第１の永久磁石及び前記第１の強磁性側面部材は、前記強磁性基部の前記第１端部と前記第３の強磁性部材の前記先端部との間で、前記第２の永久磁石及び前記第２の強磁性側面部材と平行であり、
   前記第２の永久磁石及び前記第２の強磁性側面部材は、前記強磁性基部の前記反対側の第２端部と前記第３の強磁性部材の前記先端部との間で、前記第１の永久磁石及び前記第１の強磁性側面部材と平行であることを特徴とする請求項１記載の直流アークシュート（２００）。
3. 前記第１の永久磁石と前記第１の強磁性側面部材との双方は、前記第３の強磁性部材の前記先端部を過ぎた位置で、前記第２の永久磁石及び前記第２の強磁性側面部材へ向かって曲がっており（２３２）、
   前記第２の永久磁石と前記第２の強磁性側面部材との双方は、前記第３の強磁性部材の前記先端部を過ぎた位置で、前記第１の永久磁石及び前記第１の強磁性側面部材へ向かって曲がっている（２３４）ことを特徴とする請求項２記載の直流アークシュート（２００）。
4. 前記第１の永久磁石と、前記第２の永久磁石と、前記第１の強磁性側面部材と、前記第２の強磁性側面部材と、前記第３の強磁性部材とが、電気絶縁体で覆われていることを特徴とする請求項１記載の直流アークシュート（２００）。
5. 前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石とは、ポリマーが充填された磁性材料を成形して作られていることを特徴とする請求項１記載の直流アークシュート（２００）。
6. 前記第１の永久磁石と前記第１の強磁性側面部材との双方は、前記第２の永久磁石及び前記第２の強磁性側面部材へ向かう第１の稜線部（２４６）を有する、第１のＶ字状部（２３２）を形成し、
   前記第２の永久磁石と前記第２の強磁性側面部材との双方は、前記第１の永久磁石及び前記第１の強磁性側面部材へ向かう第２の稜線部（２４８）を有する、第２のＶ字状部（２３４）を形成し、
   前記第１の稜線部が、前記第２の稜線部と近接していることを特徴とする請求項１記載の直流アークシュート（２００）。
7. 双方向の直流電気スイッチング装置（２４０）であって、
   分離可能端子（２３８）と、
   該分離可能端子を開閉するように構成された制御機構（２５８）と、
   請求項１記載の直流アークシュート（２００）と、を含むことを特徴とする双方向の直流電気スイッチング装置。
8. 前記分離可能端子は、移動可能端子（２５２）と固定端子（２４２）とを含み、前記制御機構は、前記直流アークシュートに対して前記移動可能端子を保持移動する移動可能端子アーム（２５０）を含むことを特徴とする請求項７記載の双方向の直流電気スイッチング装置（２４０）。
9. 前記第１の永久磁石と前記第１の強磁性側面部材との双方は、前記第２の永久磁石及び前記第２の強磁性側面部材へ向かう第１の稜線部（２４６）を有する、第１のＶ字状部（２３２）を形成し、
   前記第２の永久磁石と前記第２の強磁性側面部材との双方は、前記第１の永久磁石及び前記第１の強磁性側面部材へ向かう第２の稜線部（２４８）を有する、第２のＶ字状部（２３４）を形成し、
   前記第１の稜線部が、前記第２の稜線部と近接していることを特徴とする請求項８記載の双方向の直流電気スイッチング装置（２４０）。
10. 前記第１の永久磁石と前記第１の強磁性側面部材との双方は、前記第２の永久磁石及び前記第２の強磁性側面部材へ向かう第１の稜線部（２４６）を形成し、
    前記第２の永久磁石と前記第２の強磁性側面部材との双方は、前記第１の永久磁石及び前記第１の強磁性側面部材へ向かう第２の稜線部（２４８）を形成し、
    前記第１の稜線部と前記第２の稜線部とは、前記移動可能端子と前記移動可能端子アームの回動軸（２５４）との間において、前記移動可能端子アームへ近接すると共に、前記移動可能端子へ近接することを特徴とする請求項８記載の双方向の直流電気スイッチング装置（２４０）。
11. 前記固定端子に対して前記移動可能端子が移動されて、前記分離可能端子が、該分離可能端子の閉位置から該分離可能端子の開位置へ変化する際に、前記固定端子と前記移動可能端子との間でアークが発生し、
    該アークは、前記第３の強磁性部材の前記先端部と、前記第１及び第２の稜線部との間に位置した状態から、前記第１及び第２アークチャンバの一方へ誘導されることを特徴とする請求項１０記載の双方向の直流電気スイッチング装置（２４０）。
12. 前記分離可能端子は、移動可能端子（２５２）と固定端子（２４２）とを含み、
    前記制御機構は、前記移動可能端子及び前記固定端子が閉じる第１位置と、前記移動可能端子及び前記固定端子が開く第２位置との間の移動軌道で、前記移動可能端子を前記単一の直流アークシュートに対して保持移動する移動可能端子アーム（２５０）を含み、
    前記第１の永久磁石と前記第１の強磁性側面部材との双方は、前記第３の強磁性部材の前記先端部を過ぎた位置で、前記移動軌道の一部に沿って、前記第２の永久磁石及び前記第２の強磁性側面部材へ向かって曲がっており、
    前記第２の永久磁石と前記第２の強磁性側面部材との双方は、前記第３の強磁性部材の前記先端部を過ぎた位置で、前記移動軌道の一部に沿って、前記第１の永久磁石及び前記第１の強磁性側面部材へ向かって曲がっていることを特徴とする請求項７記載の双方向の直流電気スイッチング装置（２４０）。
13. 前記第１の永久磁石と前記第１の強磁性側面部材との双方は、前記移動軌道の一部に沿った第１の稜線部（２４６）を有する、第１のＶ字状部（２３２）を形成し、
    前記第２の永久磁石と前記第２の強磁性側面部材との双方は、前記移動軌道の一部に沿った第２の稜線部（２４８）を有する、第２のＶ字状部（２３４）を形成し、
    前記第１の稜線部が、前記第２の稜線部と近接していることを特徴とする請求項１２記載の双方向の直流電気スイッチング装置（２４０）。
    

Images