JP6334555B2 - 安定した可動コンタクトを備える電磁スイッチ - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１２年１２月１０日付出願の米国特許仮出願第６１／７３５１２８号の出願日の利益を主張し、該出願の全内容は本明細書に組み入れられる。

電気自動車等の各種用途は、種々の電力線の開閉を制御するためのコンタクタ及びリレーを使用することを必要とする。一定の条件の下では、電気自動車及び／又は他の電気装置類は、可聴ノイズ及び／又は振動を生成し得る。

第１の態様では、電磁スイッチは、少なくとも２つの固定電気コンタクト（stationary electric contact）と、可動コンタクト（moveable contact）とを備え、前記電磁スイッチは、前記可動コンタクトが前記固定電気コンタクトとの接触状態と非接触状態をもたらす往復運動をするように構成され、前記可動コンタクトは、前記往復運動において少なくとも３つの接点が生じ、かつ前記少なくとも３つの接点によって画定される三角形がその運動の力の中心を取り囲むように構成される。

発明の実施形態は、次に述べる特徴のいずれか又は全てを含み得る。第１及び第２の固定電気コンタクトが存在し、前記可動コンタクトは、前記固定電気コンタクトに対して３つの接点が生ずるように構成され、第１及び第２の接点は前記第１の固定電気コンタクト上に生じ、前記第３の接点は前記第２の固定電気コンタクト上に生ずる。前記電磁スイッチは、少なくとも１つの平坦な面を有する矩形の金属ブロックから形成され、前記金属ブロックは、前記平坦な面に前記第１及び第２の接点を形成するための第１の凹部を有し、かつ前記第３の接点を形成するための前記２及び第３の凹部を有する。シャフトのための開口が、前記力の中心において前記金属ブロックを貫通し、前記シャフトは前記可動コンタクトを駆動する。

第１及び第２の固定電気コンタクトと、少なくとも１つの非導電性機械的コンタクトとが存在し、前記可動コンタクトは、前記第１の固定電気コンタクトと第１の接点を生じ、前記第２の固定コンタクトと第２の接点を生じ、かつ前記非導電性機械的コンタクトと第３の接点を生ずるように構成される。前記非導電性機械的コンタクトは、前記第３の接点が前記往復運動の末端で生じて前記往復運動の別の部分にある間では生じないように配置される。前記電磁スイッチは、前記非導電性機械的コンタクトと熱的に接触するヒートシンクを更に含む。前記電磁スイッチは、前記往復運動の開始時に前記可動コンタクトによって接触される別の非導電性機械的コンタクトを更に含む。前記非導電性機械的コンタクトは、前記第３の接点が前記往復運動の間に継続して生ずるように配置される。前記電磁スイッチは、前記非導電性機械的コンタクトと熱的に接触するヒートシンクを更に含む。前記電磁スイッチは別の非導電性機械的コンタクトを更に含み、前記可動コンタクトは前記往復運動の間に継続して両機械的コンタクトの間に制限される。前記非導電性機械的コンタクトは、前記可動コンタクトの前記電磁スイッチへの取り付け部を含む。前記取り付け部は、前記往復運動を許容する曲げ部材を含む。前記電磁スイッチは、前記取り付け部と熱的に接触するヒートシンクを更に含む。

前記可動コンタクトは、前記３つの接点に対応する実質的に三角の形状を有する。前記実質的に三角の形状は、少なくとも１つの切頭角部（頂部が切り欠かれた角）を有する。第１、第２、及び第３の固定電気コンタクトが存在し、前記可動コンタクトは、少なくとも１つの接点が前記第１、第２、及び第３の固定電気コンタクトの各々と生ずるように構成される。前記第１、第２、及び第３の固定電気コンタクトは、前記接点が前記往復運動の末端で生じ、前記往復運動の別の部分にある間では生じないように配置される。前記可動コンタクトは、ばね付勢される。

前記運動の力の中心は、前記少なくとも３つの接点によって画定される三角形の重心から離れた位置にある。

本発明の実施形態は、次に述べる利点のいずれか又は全てを提供し得る。スイッチにおけるコンタクタは、三角接点の幾何学的特徴を組み込むことによって機械的に安定な電気コンタクトを提供することができる。大きい振幅の電流から生ずる電気力学的運動又は振動性の不安定さを、取り除くか低減させることができる。

図１Ａは電磁スイッチの立面図、図１Ｂは電磁スイッチの断面図である。 従来技術のコンタクトを示す図である。 運動の力の中心を取り囲む接点によって画定される三角形を概略的に示す図である。 図１Ａ及び図１Ｂにおける可動コンタクトの斜視図である。 図１Ａ及び図１Ｂにおける可動コンタクトの側面図である。 追加のコンタクトを有する電磁スイッチの例を示す図である。 実質的に三角の形状を有する可動コンタクトの例を示す図である。 実質的に三角の形状を有する可動コンタクトの別の例を示す図である。 実質的に三角の形状を有する可動コンタクトの別の例を示す図である。 追加のコンタクトを有する電磁スイッチの別の例を示す図である。 可動コンタクトが玉継ぎ手によって取り付けられる電磁スイッチの一例を示す図である。 可動コンタクトが曲げ部材によって取り付けられる電磁スイッチの一例を示す図である。 可動コンタクトがヒンジによって取り付けられる電磁スイッチの一例を示す図である。

本明細書は、それぞれ往復運動させられる可動コンタクトを有し、往復運動の間に少なくとも３つの接点が生ずる電磁スイッチの複数の実施例について記載している。いくつかの実施形態では、可動コンタクトは、同様に電磁スイッチの一部である複数の固定コンタクトと少なくとも３つの接点を形成する。いくつかの実施形態では、２つの接点が複数の固定コンタクトに対して形成され、第３の接点は非導電性機械的コンタクトのような別のコンタクトと形成され得る。前記３つの接点によって画定される三角形は、可動コンタクトの動きを駆動する力の中心を取り囲む。例えば、そのような構成により、使用中に可動コンタクトで生じ得る望ましくない共振によって引き起こされるノイズを除去又は低減することができる。

図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ電磁スイッチ１００の立面図と断面図である。いくつかの実施形態では、スイッチは、電気モータのパワーエレクトロニクスの一部である。例えば、電気自動車はインバータに電磁スイッチ群を有することがあり、電磁スイッチ群はインバータにおいて、バッテリー又は他の蓄電手段からのＤＣを、モータを駆動するためのＡＣに変換するために用いられる。本実施例では、１つの電磁スイッチのみが図示されており、その部品のいくつかは明示のために図示されていない。とはいえ、本明細書に明示的には記載されていない特性や態様に関して、当該電磁スイッチは従来型のスイッチと同様又は同一に動作し得る。

電磁スイッチ１００は、固定コンタクト１０４Ａ及び１０４Ｂに対して接触状態になったり、非接触状態となったりするように動かされるべく構成される可動コンタクト１０２を有する。例えば、両固定コンタクトは、それぞれ電気回路の正（＋）及び負（−）の端子と考えることができる。閉位置では、可動コンタクトは両固定コンタクトとの間に電路を形成する。例えば、これにより、電流は固定コンタクトの一方から他方に流れることが可能となる。

電磁スイッチ１００は、シャフト１０８を作動させるソレノイド１０６を有する。詳細には、ソレノイドは、その内部においてシャフト１０８に接続されるアーマチャ１１０と相互作用して、シャフトを駆動して往復運動させる。可動コンタクト１０２はシャフトに取り付けられる。例えば、シャフトのための開口１１２が可動コンタクトに形成される。開口は、本実施例に示すように、可動コンタクトの厚さ全体を貫通する孔であり得る。

シャフト及び可動コンタクトの往復運動は、１つ以上のばねによって促進され得る。いくつかの実施形態では、可動コンタクトはばね付勢される。例えば、ここでは、らせんばね１１４がソレノイドの外側にて可動コンタクト１０２とソレノイドの上部との間でシャフト１０８の周囲に配置される。別の例として、ここでは、ばね１１６がソレノイドの内側にてアーマチャ１１０とソレノイドの上部との間でシャフトの周囲に配置されている。

図２は、従来技術のコンタクト２００を示す。ここに示すコンタクト２００は閉位置にあり、コンタクトが固定コンタクト２０２Ａ及び２０２Ｂ間の電路を導通させている。固定コンタクトの各々は、コンタクトの寸法より大きい曲率半径を有する円筒形の面のような、コンタクトに対向する非平面的な面を有し得る。コンタクトはばね付勢され、シャフト２０４によって固定コンタクトとの接触状態と非接触状態との間を移動可能である。

コンタクト２００が使用されているとき、いくつかの望ましくない影響が生じ得る。種々の理由のために、コンタクトは、共振又は他の振動にさらされることがあり、これがもたらし得る状態の例を２、３挙げるとすれば、望ましくないノイズ又は抵抗の上昇等が挙げられる。例えば、コンタクトは、シャフト２０４を通る長手軸２０６の周りで振動することがある。そのような振動は、長手軸の周囲でコンタクトに作用するトルクによって生じる、又は増大し得る。

図１を再度参照すると、可動コンタクト１０２は、固定コンタクト１０４Ａ及び１０４Ｂと複数の接点を形成するべく構成されている。例えば可動コンタクトは、固定コンタクト１０４Ｂに対する領域１１８Ａと、固定コンタクト１０４Ａに対する領域１１８Ｂ及び１１８Ｃとを有し得る。領域１１８Ａ〜１１８Ｃは、対応する接点がシャフト１０８の周囲に特定の形で位置するように配置されている。これのいくつかの例について、以下説明する。

図３は、一方の固定コンタクト１０４Ａ及び１０４Ｂと他方の可動コンタクト（明示のため図示省略）との間に形成された、接点領域３０２Ａ〜３０２Ｃによって画定される三角形３００を概略的に示す。即ち、可動コンタクト１０２（図１Ａ及び図１Ｂ）が閉位置にあるとき、可動コンタクトは、固定コンタクトと領域３０２Ａ〜３０２Ｃ内でそれぞれ接点を形成する。接点の各々は、固定コンタクトと可動コンタクトとの間を流れる電流に関連している。この例では、三角形３００は二等辺三角形である。他の実施形態では、接点は他の種類の三角形を形成し得る。いくつかの実施形態では、可動コンタクトと複数の固定コンタクトのいくつか又は全ては限定された曲率半径を有する。

中心３０４は、可動コンタクトに力が作用する場所を示す。中心３０４は、領域３０２Ｂ及び３０２Ｃの間に直接には位置しておらず、むしろ領域３０２Ａの側に方向に位置をずらせて配置されている。いくつかの実施形態では、コンタクトの往復運動がシャフト（図示せず）によって駆動される場合、中心３０４の位置はシャフトに一致する。別の例として、駆動力が２つ以上の位置でコンタクトに作用する場合、中心３０４は、コンタクトを駆動する力の中心を示す。

中心３０４は、三角形３００によって取り囲まれている。即ち、可動コンタクトは、それが領域３０２Ａ〜３０２Ｃ内で固定コンタクトと接点を形成するときに、これらの接点がコンタクトの動きを駆動する力の中心を取り囲む三角形を形成するように構成される。即ち、接点のどの２つをとっても、それらを結ぶ直線上に中心３０４が存在することはない。

いくつかの実施形態では、中心３０４は、接点によって形成されるそのような三角形の重心に一致する。他の実施形態では、その中心は、（形成される三角形に囲まれてはいるが）重心からは離れた位置にある。

図４は、図１Ａ及び図１Ｂにおける可動コンタクト１０２の斜視図を示す。可動コンタクトは、平坦な面４０２を有する矩形の金属ブロック４００から形成される。更に、金属ブロックは、平坦な面に形成された凹部４０２Ａ〜４０２Ｃを有する。凹部４０２Ａ及び４０２Ｂは、ここでは、ブロックの一端の対応する角部に位置しており、それによって接触領域１１８Ａを形成する。凹部４０２Ｃは、同様に、金属ブロックの短い端部に沿って他の２つの角部の間に位置し、それによって接触領域１１８Ｂ及び１１８Ｃを形成する。例えば、凹部は、金属ブロックを機械加工することによって形成することができる。別の例として、金属ブロックは、所望の形状に鋳造することができる。この図では、シャフトは現時点で開口１１２内に存在していない。

図５は、図１Ａ及び図１Ｂにおける可動コンタクト１０２の側面図を示す。ここでは、矩形の金属ブロックの側面が示されており、凹部４０２Ａが見える。凹部４０２Ｂ及び開口１１２は、仮想線で示される。

可動コンタクトは、意図される実施形態に基づいて、選択される特性を有するように製造することができる。例示的な実施形態では、コンタクトは導電性材料（例えば、金属）から作製され、ある一定の長さ、幅、高さを有し、凹部はそれぞれの特定の寸法を有する。ここに述べた特性のいずれか又は全てを、実施形態に関連する１つ以上の要因に基づいて選択することができる。例えば、限定を意図しないが、そのような要因として、以下のものを挙げることができる。
スイッチにおいて使用されることが期待される電圧及び／又は電流の大きさ。
コンタクトの往復運動の速度及び／又は駆動力。
固定コンタクトの上面のサイズ及び／又は形状。
製造及び／又は材料のコスト。

図６は、追加のコンタクトを有する電磁スイッチ６００の一例を示す。一般的には、スイッチは、開閉されるべき外部の回路に接続される端子を有する固定電気コンタクト６０２を少なくとも２つ含む。図示された見え方では、固定電気コンタクトの１つが他の電気コンタクトの背後に位置しており、従ってここでは見えていない。可動コンタクト６０４は、アクチュエータ６０６（例えば可動コンタクトに取り付けられたプランジャに結合される磁石に作用するソレノイド等）によって往復運動するように駆動される。これらの構成部品は、外部に対する電気的な絶縁を提供し、かつ内部を液体や破片から保護する非導電性材料の筐体のようなハウジング６０８上に取り付けられるか、又はその内部に包入される。作用する力はｆ_ａで示され、可動コンタクトにおける、力の中心と呼ばれることもある点に作用する。

電磁スイッチ６００は、可動コンタクトを機械的に安定化させる意図で設けられた少なくとも１つの追加のコンタクト６１２を備える。いくつかの実施形態では、これは、非導電性機械的コンタクトである。例えば、その機械的コンタクトは、ハウジング６０８と同じ材料から（例えば、その表面上に一体的に形成される突出部として）作製されるか、又は別の絶縁性材料から作製され得る。往復運動の末端においては、可動コンタクトは、それが両方の固定電気コンタクト６０２に加えて追加のコンタクト６１２に接触する位置６１４にある。従って、これにより、少なくとも固定コンタクト６０２の間での電気的接続を形成する。少なくとも３つの接点が存在することが、可動コンタクトにおける振動の発生を防止又は低減させる高められた剛性を生じさせる。

アクチュエータ６０６が可動コンタクト６０４をコンタクト６０２から離れるように動かすと、そのように形成された電気的接続は切断されることになる。可動コンタクト６０４は、多かれ少なかれ固定的な方式で即ち規制される形でアクチュエータ６０６に接続され得る。例えば、可動コンタクトがシャフトに取り付けられているとき、適用可能な製造誤差及び／又は関連する材料の特性が、コンタクトの取り付けにおいていくつかの役割を担うことができる。これにより、可動コンタクトは、往復運動の１つ以上の段階においてある程度水平面から離れるように傾斜させることも可能にできる。しかし、コンタクトの傾斜が大きすぎる場合には、コンタクト６０４が離れた方向に動いても、固定電気コンタクトの両方又はいずれか一方との接点が残った状態になる（又は再接触する）ことも起こり得る。その場合、電気的接続は完全には切断されず、スイッチが満足に動作できなくなる。

可動コンタクト６０４は、往復運動の途中の少なくとも部分的に１つ以上の方法で動きを規制され得る。いくつかの実施形態では、可動コンタクトの一方の端部が追加のコンタクト６１２から離れて移動しすぎないように規制するコンタクト６１６を設けることができる。例えば、これにより、可動コンタクトの他方の端部が、固定電気コンタクト６０２のいずれかに接触するのを防止することができる。コンタクト６１６はハウジング６０８に取り付けられるか、又はハウジングの一部として一体的に形成することができる。

他の例として、可動コンタクト６０４は、その往復運動の間中ほぼ継続してその一方の端部がコンタクト６１６上に載るように構成することができる。そのような実施形態のいくつかでは、追加のコンタクト６１２は、突出度を小さく形成するか、又は完全に取り除くこともできる。

追加のコンタクト６１２及び／又は機械的コンタクト６１６は、可動コンタクト６０４に対する接点を提供することに加えて、１つ以上の他の目的のために使用することができる。例えば、可動コンタクト６０４に電流が流れると、コンタクト及び電磁スイッチ６００の残部に通電抵抗熱が発生する。いくつかの実施形態では、スイッチは、スイッチから熱を放散させる役目を果たし得る、ハウジング６０８に結合された１つ以上のヒートシンク６１８を含む。これは、スイッチの可動コンタクトと周囲環境との間での熱的接触の追加の経路を提供し得る。

任意の適切な種類のヒートシンクを用いることができ、そのようなヒートシンクとして、限定を意図しないが、スイッチの周囲の環境中に延出する非孤立型の放熱フィンが挙げられる。例えば、追加のコンタクト６１２が、ハウジング６０８の壁に一体化されている場合には、追加のコンタクトは、可動コンタクトからの熱がヒートシンクに伝達されるように、比較的薄い壁の材料から形成することができる。即ち、ヒートシンクを含む、導体、材料塊、又は熱交換部材等を、電熱性のグリース、ペースト、ろう付け具、接着剤等によって、追加のコンタクトの可動コンタクトとは反対側に熱的に密接させることができる。いくつかの実施形態では、ヒートシンクが固定コンタクト６０２から電気的に絶縁されるので、流体による冷却を容易に行うことができる。例えば、追加のコンタクトに熱交換用流体チャネルを組み込んで、コンタクトから冷却用流体への直接の熱交換を行うことができる。

いくつかの例では、コンタクト６１２及び／又は６１６は非導電性機械的コンタクトである。例えば、コンタクトは、特定の実施形態の電気的及び他の特性を考慮して、十分な絶縁性を有する任意の適切な材料から作製することができる。

しかし、他の実施形態では、コンタクト６１２及び／又は６１６は、電気コンタクトであり得る。これにより、その実施形態のために利用可能な材料の種類を増やすことが可能となり、例えば選択された材料を、より頑強で、より摩擦が小さく、より伝熱性が高く（又は低く）、及び／又はより耐衝撃性が高いものとすることができる。次に可動コンタクト６０４は、往復運動の一端の位置にて少なくとも３つの別々の電気的接点と接触する。例えば、これにより、１つのコンタクトを入力用とし、他の２つを出力用とすることが可能となる。別の例として、２つの電気コンタクトを（例えば、追加のコンタクト６１２を固定コンタクト６０２の１つに）電気的に接続しておくことができる。いくつかの実施形態では、この電気的接続部は絶縁性のハウジング材料に取り付けることができる。ハウジングが導電性材料を含む他の実施形態では、電気コンタクトと導電性ハウジングとの間に、絶縁性スペーサ、固定具、又は他の層（例えば接着剤）を配設することができる。

図７は、実質的に三角の形状を有する可動コンタクト７００の一例を示す。ここで、可動コンタクトは、固定コンタクト７０２、７０４、及び７０６とともに図示されており、可動コンタクトが力の中心７０８においてアクチュエータ（明示のために図示せず）によって駆動されると、少なくとも接点ａ、ｂ、及びｃが形成されるように構成される。例えば、固定コンタクト７０２は非導電性機械的コンタクトで、他の２つの固定コンタクトは導電性であり得る。別の例として、３つのコンタクト７０２〜７０６が全て導電性であり得る。

通常は、力の中心７０８は、可動コンタクトに対するシャフトの取り付け方に起因して可動コンタクト７００に対して実質的に固定される。しかし、上記したように、可動コンタクトは、ある程度の回転の自由度を有し得る。例えば、可動コンタクトが、接点ｂ及びｃの間の直線ｂ−ｃと平行な軸周りに回転する場合、この回転により、接点ｂ及びｃが、ｂ−ｃと駆動力ｆ_ａの両方に対して垂直な方向に可動コンタクトの表面上を動くことになる。この回転運動が駆動力ｆ_ａと組み合わせられることで、可動コンタクト上のトルク又はモーメント、即ち力の中心７０８と直線ｂ−ｃとの間の距離７１０を乗じたトルクの評価量が生成されることになる。例えば、生成された力は、可動コンタクトの角度変位の単調関数であり、かつ可動コンタクトを角度平衡状態に戻そうとする向きを持つものとされ得る。可動コンタクトと固定コンタクト７０４〜７０６との間に表面接触のゼロスリップ状態が存在する場合には、この回転の結果、ｂ−ｃと駆動力ｆ_ａの両方に対して垂直な方向への可動コンタクトの平行移動も生じ得る。

いくつかの状況では、固定電気コンタクト７０４と７０６との間を、可動コンタクトを介して大電流が流れると、自立的で電気機械的な揺動が励起されることになる。この状態は、電流がＤＣである場合に観察されたが、電流がＡＣである場合にも同様の挙動が生じ得ると考えられる。この動きは、コンタクタの性能や予測寿命に悪影響を与える。例えば、コンタクト間での過渡的電圧降下及びコンタクタにおける電力損失は構成部品の材料を劣化させることがあり、また過渡的なアーク放電はコンタクト材料の再配分及びコンタクトの幾何学的形態の劣化をもたらすことがある。

ここで、コンタクト７０２で形成された接点ａは、直線ｂ−ｃによって定められる可動コンタクトの回転軸周りの剛性を提供し、これは望ましくない回転及び／又は平行移動を防止又は低減することができる。可動コンタクトは、接点ａ、ｂ、及びｃが、限定しないが、正三角形又は直角二等辺三角形を含むあらゆる適切な三角の形状を形成するように形成され得る。力の中心７０８は、ここでは三角形ａ−ｂ−ｃの内側に位置している。この構成及び他の構成は、３点ａ、ｂ、及びｃの全てが正の垂直抗力をもって接触する状態で機械的に安定的となる剛性の高い本体システムに相当する。例えば、力の中心７０８は、直線ｂ−ｃから距離７１０だけ離され、同様に力の中心は接点ａから距離７１２だけ離される。距離７１０及び７１２は、可動コンタクトが往復運動で移動する距離と比較して、相対的に短いものであり得る。いくつかの実施形態では、距離７１０及び７１２は互いに異なる比率を有し得る。

接点ａ、ｂ、及びｃの各角部では、可動コンタクト７００が、切頭側部を有する。例えば、接点ｂ及びｃに対応する切頭側部はここでは互いに平行であり、接点ａの切頭側部に対して垂直である。可動コンタクトは、２つ以上の切頭側部の間において曲線をなす形状の縁部を有し得る。

上述の例では、可動コンタクトは、角度に関して２つの自由度を有する。即ち、直線ｂ−ｃに平行かつ力の中心７０８を通る軸線周りの回転及び力の中心７０８と接点ａとをつなぐ軸線周りの回転である。いくつかの実施形態では、可動コンタクトの動きに対する必要な規制が、可動コンタクト自体の自由度に対する規制となるように設計され得る。例えば上述の軸線周りの許容される回転は、可動コンタクトのアクチュエータに対する適切な接続によって規制され得る。可動コンタクトが、純粋な直線運動を行うように規制されて可動コンタクトの孔を貫通する駆動ロッドによってアクチュエータに取り付けられる場合には、可動コンタクトと駆動ロッドとの間の嵌め合いにおける寸法許容差の適切な選択が動きの規制としての役目を果たし得る。前記許容差に対する機械的摩耗の影響についても適宜考慮されなければならない。

ｆ_ａによって定められる軸線周りの可動コンタクトの回転運動も規制されることが必要であるか、望ましいことであり得る。例えば、可動コンタクトの形状が三角である場合は、規制は、可動コンタクトと固定コンタクトとの間の接点が適切に形成されることを確実にするように利用され得る。例えば、ｆ_ａ軸周りでの可動コンタクトの±６０°の回転により、可動コンタクタが動作できない状態に置かれる。この実施形態では、１つ以上の追加の（機械的又は電気的）コンタクトに組み込まれた特徴、又はそのコンタクトの近傍に配置された補助的な特徴（例えばポスト）によって、いくつかの形態の規制が与えられ得る。他方、可動コンタクトが、力の中心の周りの回転について十分対称的である場合には、コンタクタは、あらゆる回転位置において正しく動作することになる。例えば、回転について完全に対称的であるならば、可動コンタクトは円盤状であり三角形ではない。

図８は、実質的に三角の形状を有する可動コンタクト８００の別の例を示す。可動コンタクトは、固定コンタクト８０２、８０４、及び８０６とともに図示されており、接点にも同様にａ、ｂ、及びｃの符合が付されている。可動コンタクトは、駆動力ｆ_ａによって力の中心８０８で駆動される。ここでは、接点ａが形成される可動コンタクトの角部は、固定コンタクト８０２Ａ及び８０２Ｂの間に実質的に動きを規制される。例えば、固定コンタクト８０２Ａ及び８０２Ｂの間隔の大きさは、可動コンタクトの適切な厚さに基づいて選択することができ、それにより可動コンタクトの（接点ｂ及びｃを有する）他方の側が、駆動力ｆ_ａによって上下にある一定の幅だけ動くことが可能となる。この例では、可動コンタクトは実質的に一様な厚さを有し、正三角形を形成している。いくつかの実施形態では、コンタクト８０２は非導電性で、他の電気コンタクトは電気コンタクトであり得、他の実施形態では、コンタクト８０２〜８０６の全てが電気コンタクトであり得る。

図９は、実質的に三角の形状を有する可動コンタクト９００の別の例を示す。固定コンタクト９０２、９０４、及び９０６が図示されている。また、接点ａ、ｂ、及びｃ、並びに力の中心９０８も示されている。

接点ａ、ｂ、及びｃの各角部において、可動コンタクト９００は、切頭側部を有する。例えば、ここでは、接点ｂ及びｃに対応する切頭側部は互いに平行であり、接点ａの切頭側部に対して垂直である。また、可動コンタクトは、各接点に対応する切頭側部を互いに結合する直線的な縁部を有する。

使用中におけるコンタクトの機械的摩耗及び変形により、接点が、その意図された又は元の位置からずれる傾向が生じ得る。例えば、接点ａは、ここでは可動コンタクトの中央線からずれて、接点ｂよりｃの側に近づいている。同様に、接点ｂ及びｃは、両者が元の位置から互いに接近するように互いに逆方向に位置がずれている。即ち、たとえ接点の各々が、初めはそれぞれに対応する各コンタクトの中心に位置するように配置されていたとしても、その接点は、図示された位置のように移動してしまう。しかし、可動コンタクトは、そのような摩耗／変形にも関わらず、接点によって形成される三角９１０が、依然として力の中心９０８を取り囲むように構成される。このことが、可動コンタクトの安定性及び剛性を維持する助けとなる。

図１０は、追加のコンタクトを有する電磁スイッチ１０００の別の例を示す。ここでは、駆動力ｆ_ａにより、可動コンタクト１００２の、固定コンタクト１００４との接触状態と非接触状態をもたらす往復運動が生ずる。可動コンタクトの別の端部は、追加のコンタクト１００６によって動きを規制される。この例では、追加のコンタクトが部分１００６Ａ及び１００６Ｂを有し、これらの両方がスイッチのハウジングの一部として形成される。このスイッチは、追加のコンタクトの近傍にヒートシンク１００８を有し得る。いくつかの実施形態では、追加のコンタクト１００６は電気コンタクトである。

図１１は、可動コンタクト１１０２が玉継ぎ手１１０４によって取り付けられる電磁スイッチ１１００の例を示す。前の例と同様に、アクチュエータが駆動力ｆ_ａを与えて、可動コンタクトを固定電気コンタクト１１０６に対して動かす。この例では、可動コンタクトの一端１１０２Ａが、継ぎ手のソケットの形状に少なくとも部分的に対応する丸められた形状を有し、これにより可動コンタクトの他端１１０２Ｂが、往復運動の間に固定コンタクトに接触できるように構成される。玉継ぎ手１１０４のソケットを後でスイッチのハウジングに取り付けられる別部品として作製しても、或いはソケットを、ハウジングの製造において一体的な部分としてもよい。いくつかの実施形態では、玉継ぎ手は、可動コンタクタがソケット部を形成し玉部がハウジングによって形成されるように反対に配向される。いくつかの実施形態では、玉継ぎ手は電気コンタクトである。玉継ぎ手の近傍にヒートシンク１１０８を設けることができる。

図１２は、可動コンタクト１２０２が曲げ部材１２０４によって取り付けられる電磁スイッチ１２００の例を示す。可動コンタクトは、駆動力ｆ_ａによって固定コンタクト１２０６に対して駆動される。この例では、曲げ部材１２０４が可動コンタクトの一端１２０２Ａに取り付けられ、これによって、可動コンタクトの１つ以上の端部１２０２Ｂが、往復運動の間に固定コンタクトに接触できるように構成される。曲げ部材は、金属（例えば鋼鉄又は青銅）等の任意の適切な材料から作製することができる。曲げ部材は、ハウジング上のベース部１２０６に取り付けることができる。ベース部１２０６は、ハウジング上の非導電性で突出部であるか、又はベース部は電気コンタクトであり得る。曲げ部材の近傍にヒートシンク１２０８を設けることができる。

図１３は、可動コンタクト１３０２がヒンジ１３０４によって取り付けられる電磁スイッチ１３００の例を示す。可動コンタクトは、駆動力ｆ_ａによって固定電気コンタクト１３０６に対して駆動される。この例では、ヒンジは可動コンタクトと一体的に形成される。即ち、ヒンジの一端１３０４Ａはハウジングに取り付けられ、他端１３０４Ｂは一定の長さまで延び出して、可動コンタクトを形成する。ヒンジ用として、例えば鋼鉄等の任意の適切な材料を用いることができ、材料の寸法（例えば厚さ）は、特定の実施形態に基づいて選択されることになる。いくつかの実施形態では、ヒンジ１３０４は電気コンタクトである。ヒンジの近傍にヒートシンク１３０８を設けることができる。

いくつかの実施形態では、可動コンタクトと１つ以上の追加のコンタクトとの間での熱的接触を、１つ以上の方法で向上させることができる。そのような方法としては、限定しないが、いくつかの例として、相互補完的な表面半径をもたせること、（例えば、玉継ぎ手を用いる場合のように）許容された運動の方向の下で小さいギャップをもたせること、表面間での熱伝達又は対流を許容するグリース、液体、又はペーストを適用すること、コンタクタの充填ガスによる対流熱交換を、対流を定められた長さのスケールに規制することによって促進する小さい凸部、ポケット、チャンネル等を反復する形で設けること、熱伝達材料で作製されたばね等の屈曲性接続部を設けること、及び可動コンタクトと１つ以上の他のコンタクトとの間の接続部に相変化流体を導入してヒートパイプ効果を発揮させること、等の方法が挙げられる。

負荷がかかっている状態で電磁スイッチを開放すると、電気アークが発生し得る。スイッチに１つ以上の永久磁石を組み込んで、その／それらの磁界がローレンツ力によって電気アークを導体から離れる方向に流す傾向をもたせることが必要か、又は望ましいことがある。いくつかの実施形態では、１つ以上の磁石が、可動コンタクトの動作に干渉しないように配置され得る。

複数の実施形態を例として説明してきた。しかし、他の実施形態も請求項に記載の発明の範囲に包含される。

Claims (17)

1. 第１及び第２の固定電気コンタクトと、
   非導電性機械的コンタクトと、
   可動コンタクトと、を備え、
   前記可動コンタクトが前記第１及び第２固定電気コンタクトとの接触状態と非接触状態をもたらす往復運動をするように構成され、
   前記可動コンタクトは、
   前記往復運動において少なくとも３つの接点が生じ、
   前記少なくとも３つの接点によって画定される三角形がその運動の力の中心を取り囲み、
   前記第１の固定電気コンタクトで第１の接点が生じ、
   前記第２の固定電気コンタクトで第２の接点が生じ、且つ、
   前記非導電性機械的コンタクトで第３の接点が生じるように構成されており、
   前記非導電性機械的コンタクトは、前記第３の接点が前記往復運動の末端で生じ、前記往復運動の別の部分にある間には生じないように配置され、
   前記往復運動の開始時に前記可動コンタクトによって接触される別の非導電性機械的コンタクトを更に含むことを特徴とする、電磁スイッチ。
2. 第１及び第２の固定電気コンタクトと、
   非導電性機械的コンタクトと、
   可動コンタクトと、を備え、
   前記可動コンタクトが前記第１及び第２固定電気コンタクトとの接触状態と非接触状態をもたらす往復運動をするように構成され、
   前記可動コンタクトは、
   前記往復運動において少なくとも３つの接点が生じ、
   前記少なくとも３つの接点によって画定される三角形がその運動の力の中心を取り囲み、
   前記第１の固定電気コンタクトで第１の接点が生じ、
   前記第２の固定電気コンタクトで第２の接点が生じ、且つ、
   前記非導電性機械的コンタクトで第３の接点が生じるように構成されており、
   前記非導電性機械的コンタクトは、前記第３の接点が前記往復運動の間に継続して生ずるように配置されることを特徴とする、電磁スイッチ。
3. 前記可動コンタクトは、少なくとも１つの平坦な面を有する矩形の金属ブロックから形成され、前記金属ブロックは、前記平坦な面に前記第１及び第２の接点を形成するための第１の凹部を有し、且つ、前記第３の接点を形成するための前記２及び第３の凹部を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の電磁スイッチ。
4. シャフトのための開口が前記力の中心において前記金属ブロックを貫通し、前記シャフトが前記可動コンタクトを駆動することを特徴とする、請求項３に記載の電磁スイッチ。
5. 前記非導電性機械的コンタクトと熱的に接触するヒートシンクを更に含むことを特徴とする、請求項１又は２の記載の電磁スイッチ。
6. 別の非導電性機械的コンタクトを更に含み、前記可動コンタクトは、前記往復運動の間に継続して両機械的コンタクトの間に制限されることを特徴とする、請求項２に記載の電磁スイッチ。
7. 前記非導電性機械的コンタクトは、前記可動コンタクトの前記電磁スイッチへの取り付け部を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の電磁スイッチ。
8. 前記取り付け部は、前記往復運動を許容する曲げ部材を含むことを特徴とする、請求項７に記載の電磁スイッチ。
9. 前記取り付け部と熱的に接触するヒートシンクを更に含むことを特徴とする、請求項７に記載の電磁スイッチ。
10. 前記可動コンタクトは、前記３つの接点に対応する実質的に三角の形状を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の電磁スイッチ。
11. 前記実質的に三角の形状は、少なくとも１つの切頭角部を有することを特徴とする、請求項１０に記載の電磁スイッチ。
12. 前記可動コンタクトは、少なくとも１つの接点が前記第１及び第２の固定電気コンタクトの各々と生ずるように構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電磁スイッチ。
13. 前記第１及び第２の固定電気コンタクトは、前記接点が前記往復運動の末端で生じ、前記往復運動の別の部分にある間には生じないように配置されることを特徴とする、請求項１２に記載の電磁スイッチ。
14. 前記可動コンタクトは、ばね付勢されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電磁スイッチ。
15. 前記運動の力の中心は、前記少なくとも３つの接点によって画定される三角形の重心から離れた位置にあることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電磁スイッチ。
16. 前記非導電性機械的コンタクトは固定式であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電磁スイッチ。
17. 前記可動コンタクトは、前記非導電性機械的コンタクトにヒンジ式に結合されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電磁スイッチ。

Images