JP6548660B2

JP6548660B2 - 真空切換装置、電極延長アセンブリ及びその関連する組立方法

Info

Publication number: JP6548660B2
Application number: JP2016556858A
Authority: JP
Inventors: ビー．ジェー．リウセンカンプ、マーティン; リー、ユーチェン; チェン、スーフェイ; バオ、リーファ; ジー．キャンベル、ルイス
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2035-04-01
Also published as: US20150332879A1; EP3143634A1; WO2015175103A1; JP2017516257A; KR20170004997A; CN106463298A; US9330867B2

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年５月１３日に出願された米国特許出願第１４／２７５，９９２号に対する優先権を主張するものであり、その開示内容は、参照することにより、その全てが本書に含まれる。

開示された概念は、真空切換装置に関し、具体的には、例えば、真空遮断器等の真空切換装置に関する。また、開示された概念は、電極延長アセンブリ及び真空遮断器の組立方法に関する。

例えば、電力回路遮断器等のいくつかの回路遮断器は、切換装置として真空遮断器に用いられている。通常、真空遮断器は、絶縁性のハウジング内に対応する電極の端部に配置された分離可能な電気接点を含む。一般的に、接点の一つは、ハウジング及び外部の導電体の両方に対して固定され、真空遮断器に関連する電力回路と電気的に相互接続される。他の接点は、円形断面の電極ステムを含む可動接点アセンブリの一部であり、接点が電極ステムの一端に配置され、真空ハウジング内で囲まれている。駆動機構は、他端に配置され、真空チャンバの外部にある。一般的に、真空遮断器が製造されるとき、電極は、ろう付け又は他の方法で適切に接合される。

電極（すなわち、電極ステム）の外端は、顧客からの設計要件を満たすための機能、及び、様々な異なる真空遮断器の設計に使用するための機能で比較的に制限されている。更に、真空遮断器が組み立てられた後（すなわち、真空エンベロープが密閉された後）でないと、電極ステムの変化に関して多くの潜在的な問題がある。例えば、電極の酸化が生じる可能性があり、及び／又は、好ましくない低い導電性及び熱伝導性を有する接点又は密閉された真空エンベロープの損傷が生じることとなる。

従って、真空遮断器等の真空切換装置、電極延長アセンブリ及びそれらに関連する組立方法を改善するための余地がある。

これらの必要性及びその他は、開示された概念の実施形態によって達成され、開示された概念の実施形態は、電極延長アセンブリ及び真空遮断器等の真空切換装置のための関連した組立方法に向けられる。

開示された概念の一態様として、電極延長アセンブリは、真空切換装置を含む。この真空切換装置は、真空エンベロープと、分離可能な接点アセンブリと、を含む。真空エンベロープは、内部及び外部を有する。接点アセンブリのそれぞれは、内部に配置された接点と、接点から外部に外側に延びる電極ステムと、を含む。電極延長アセンブリは、真空エンベロープの外部で、接点アセンブリの対応する一つの電極ステムに接合されるように構成される複数の延長部材を備える。

延長部材のそれぞれは、溶接継ぎ手によって電極ステムに接合することができる。この溶接継ぎ手は、電子ビーム溶接又はプラズマ溶接によって形成することができる。分離可能な接点アセンブリは、固定接点アセンブリ及び可動接点アセンブリを備え、複数の延長部材は、第１延長部材及び第２延長部材とすることができ、第１延長部材は、真空エンベロープの外部で、固定接点アセンブリの電極ステムに溶接され、第２延長部材は、真空エンベロープの外部で、可動接点アセンブリの電極ステムに溶接される。

電極ステムのそれぞれは、第１材料から作ることができ、第１延長部材及び第２延長部材の少なくともの一つは、第２材料から作ることができ、第２材料は、第１材料と異なる。

開示された概念に従った他の態様として、真空切換装置は、内部及び外部を有する真空エンベロープと、内部に配置された接点及び接点から外部に外側へ延びる電極ステムを含む分離可能な接点アセンブリと、真空エンベロープの外部で、接点アセンブリの対応する一つの電極ステムに接合される複数の延長部材と、を備える。

開示された概念に従った更なる態様として、組立方法は、内部及び外部を有する真空エンベロープと、それぞれが内部に配置された接点及び接点から外部に外側へ延びる電極ステムを含む分離可能な接点アセンブリとを有する真空切換装置を設け、複数の延長部材を含む電極延長アセンブリを設け、真空エンベロープの外部で、延長部材の少なくとも一つを接点アセンブリの対応する一つの電極ステムに溶接することを含む。

更に、溶接するステップは、電子ビーム溶接又はプラズマ溶接を用いて、各延長部材と電極ステムとの間で溶接継ぎ手を形成することを含み、更に、取付具を用いて、真空チャンバ内で、電極ステムに対して延長部材を位置決めし、電極延長部を電極ステムに溶接し、真空チャンバから溶接アセンブリを取除くことを含むことができる。

添付した図面に関連して好ましい実施形態の以下の説明を読むことにより、開示された概念の十分な理解を得ることができる。

開示された概念の実施形態に従った、真空遮断器及び電極延長アセンブリの断面図である。図１の真空遮断器及び電極延長アセンブリの正面図であり、開示された概念に従った組立方法を示す。開示された概念の他の実施形態に従った、真空遮断器及び電極延長アセンブリの正面図である。

開示された概念は、真空遮断器に関して説明されるが、他の真空切換装置及び電気切換装置と共に用いるために、接点アセンブリの広い範囲に適用できる。

例えば、上、下、及び、その派生語の本明細書に使用される方向の表現は、図に示された要素の方向に関連し、本明細書に明確に記載されていない限り、特許請求の範囲を限定するものではない。

本明細書に用いられる二以上の部品が「接続される」又は「結合される」という文は、部品が直接的に接合されるか、一以上の中間部品を介して一体に接合されることを意味するものとする。更に、本明細書に用いられる二以上の部品が「取付けられる」又は「固定される」という文は、部品が直接的に一体に接合されることを意味するものとする。

本明細書に用いられる用語「真空エンベロープ」は、その内部を部分真空にするエンベロープを意味する。
本明細書に用いられる用語「数」は、１又は１より大きい整数（すなわち、複数）を意味するものとする。

図１を参照して、真空遮断器２等の真空切換装置が示されている。真空遮断器２は、真空エンベロープ４を含み、この真空エンベロープ４は、図１に断面図が示され、隠された構造が示されている。真空エンベロープ４は、内部６及び外部８を有する。真空遮断器２は、分離接点アセンブリ１０，１２を用いる。具体的には、固定接点アセンブリ１０は、真空エンベロープ４の内部６に配置された固定接点１４と、この固定接点１４から真空エンベロープ４の外部８に外側へ延びる電極ステム１８と、を含む。また、可動接点アセンブリ１２は、図に示されるように、真空エンベロープ４の内部６に配置された可動接点１６と、この可動接点１６から真空エンベロープ４の外部８に外側へ延びる電極ステム２０と、を含む。この可動接点アセンブリ１２は、固定接点アセンブリ１０の固定接点１４と電気的な接続及び遮断を行う可動接点１６の移動のために、例えば、限定しないが矢印方向１５０の上下に移動可能である。

更に、図１及び図２を参照して、本実施形態の概念に従って、各接点アセンブリ１０，１２は、電極延長アセンブリ１００，１００´（図３の電極延長アセンブリ２００，２００´も参照）を含む。

本開示の説明の容易さ及び簡潔さのために、電極延長アセンブリ１００（電極延長アセンブリ１００´も参照）のみが本明細書に詳細に記載され、更に、図を参照して（図３の真空装置２´も参照）、真空遮断器２に関してのみ本明細書に記載されていることが理解されるであろう。しかしながら、開示された概念から逸脱することなく、開示された概念に従った電極延長アセンブリ（例えば、限定されないが電極延長アセンブリ１００，１００´，２００，２００´）が公知の又は適切な組合せ、又は、公知又は適切な別の真空切換装置（図示せず）を伴う他の構造、及び／又は、これらのための分離可能な接点アセンブリ（例えば、限定しないが分離可能な接点アセンブリ１０，１２）に用いることができることが理解されるであろう。例えば、限定されないが、電極延長アセンブリ１００，１００´，２００，２００´は、固定接点アセンブリ１０及び可動接点アセンブリ１２の上述の配置ではなく、２つの可動接点アセンブリ（図示せず）を有する真空切換装置にも用いることができる。

電極延長アセンブリ１００，１００´のそれぞれは、それぞれ接点アセンブリ１０，１２の対応する一つの対応する電極ステム１８，２０に真空エンベロープ４の外部８で接合されるように構成される延長部材１０２，１０４を含む。開示された概念に従って、延長部材１０２，１０４は、真空エンベロープ４が真空密閉された後、対応する電極ステム１８，２０に有利に接合される。言い換えれば、図に示すように、延長部材１０２，１０４は、真空エンベロープ４の外部８又は外側で接合される。

他の有利な点では、電極延長アセンブリ１００，１００´（図３の電極延長アセンブリ２００，２００´も参照）は、新規又は既存の適用例において、顧客要求を満たすために、及び／又は、既存の真空切断機２を比較的容易に変更するために、接点アセンブリ１０，１２のカスタマイズを可能にする。例えば、限定されないが、比較的複雑な形状は、開示された電極延長アセンブリ１００，１００´の延長部材１０２，１０４を用いて対応することができる。次に、これは、他の標準的な真空遮断器２のために、多種多様の異なってカスタマイズされた電極構成を比較的容易に作ることができることによって、製造効率を上げることができる。また、多種多様の材料（例えば、限定されないがアルミニウム）を電極ステム１８，２０に取付けることを可能とし、少なくともこれらの電極ステムのいくつかは、従来の真空ろう付け又は他の真空遮断器の組立工程には適合しない。例えば、限定されないが、アルミニウム製の延長部材１０２，１０４の使用は、真空遮断器２の総重量を効果的に減らすことができる。更なる利点は、例えば、限定されないが、すでにシルバーメッキされた延長部材１０２，１０４が電極ステム１８，２０に接合される。これは、取外された、すなわち、分離した延長部材１０２，１０４に、例えば、これらが真空遮断器２に接合される前に、めっきすることを可能にすることにより、電極ステム１８，２０及び延長部材１０２，１０４のそれぞれが真空遮断器２に取付けられた後にめっきされる場合に、そのために必要とされるより複雑なシルバーメッキ処理を行うよりも、シルバーメッキ処理を著しく容易にする。

図１〜図３を参照して、開示された概念の電極延長アセンブリ１００，１００´，２００，２００´及びそれらがもたらす利点は、これから説明される後述の実施例を参照してさらに理解されるであろう。後述の実施例が単に例示の目的のために提供され、開示された概念の範囲を限定することを目的としていないことが理解されるであろう。

実施例１
延長部材１０２，１０４，２０２，２０４のそれぞれは、溶接機３００（図２に簡略して示されている）を用いて電子ビーム又はプラズマ溶接によって、対応する電極ステム１８，２０に接合される。溶接継ぎ手１０６，１０６´（図１及び図２参照），２０６，２０６´（図３参照）は、溶接機３００によって、真空エンベロープ４の外部８で形成することができる。

実施例２
延長部材１０２，１０４，２０２，２０４のそれぞれは、ステム直径２２，２４を有する。第１延長部材１０２（図１及び図２参照），２０２（図３参照）は、両端の第１及び第２端部１０８，１１０（図１及び図２参照），２０８，２１０（図３参照）を有し、第２延長部材１０４（図１及び図２参照），２０４（図３参照）は、両端の第１及び第２端部１１２，１１４（図１及び図２参照），２１２，２１４（図３参照）を有する。図１及び図３に示すように、第１端部１０８，１１２，２０８，２１２は、直径１１６，１１８，２１６，２１８を有し、各々、対応するステム直径２２，２４とほぼ同じである。

実施例３
あるいは、直径が、異なる（図示せず）、及び／又は、第１端部が公知又は適切な別の形状、並びに／若しくは、本明細書に示され、記載された非限定的な実施例に関して示されるそれ以外の大きさ（図示せず）を有するように設計されることが理解されるであろう。

実施例４
図３に簡略して示されているように、電極延長アセンブリ２００，２００´の延長部材２０２，２０４の第２端部２１０，２１４のそれぞれは、形状が延長部材２０２，２０４の第１端部２０８，２１２と異なる。

実施例５
電極ステム１８，２０のそれぞれは、第１材料から作られ、第１延長部材１０２及び第２延長部材１０４の少なくとも一つは、第２材料から作られ、第２材料は、第１材料と異なる。

実施例６
延長部材１０２，１０４の異なる第２材料は、アルミニウムである。

実施例７
代わりに、開示された概念の範囲から逸脱せずに、第２材料を公知又は適切な別の材料とすることができることが理解されるであろう。

実施例８
第１及び第２延長部材１０２，１０４の少なくとも一方は、シルバーメッキされてもよい。

実施例９
開示された概念に従った組立方法は、従来の真空遮断器を設け、複数の延長部材１０２，１０４を含む電極延長アセンブリ１００を設け、真空切断機２の真空エンベロープ４の外部８で、延長部材１０２，１０４の少なくとも一つを対応する１つの接点アセンブリ１０，１２の電極ステム１８，２０のそれぞれに溶接するステップを含んでもよい。

実施例１０
更に、この組立方法は、取付具４００（図２に簡略して示されている）を用いて、電極延長部１０２，１０４を電極ステム１８，２０に対して適切に位置決めし、固定して、上述の溶接機３００を用いて所望の溶接処理を行うステップを含む。

実施例１１
取付具４００と、エレクトロン又はプラズマ溶接とを用いるステップは、真空チャンバ５００（図２に簡略して示されている）内で行うことができ、溶接アセンブリは、電極延長アセンブリ１００，１００´を適切に溶接した後、真空チャンバ５００から取り出される。

実施例１２
更に、この方法は、必要に応じて、電極ステム１８，２０の一方、他方又は両方に多数のヒートシンク部材６００（例えば、限定されないが、ヒートシンク部材６００の一つが図２のステム１８上に描かれた仮想線で簡略して示されている）を加えるステップを含む。ヒートシンク部材６００は、望ましくない過度な熱を適切に放散するための公知若しくは適切な機構又は構造（例えば、限定されないが、フィン、ヒートパイプ、強制空冷付属装置、水冷装置）を含むことができることが理解されるであろう。具体的には、電子ビーム溶接の熱効果は、他の溶接方法よりも実質的に小さいが、それにもかかわらず、ヒートシンク部材６００は、必要に応じて、熱上昇を抑えて、溶接処理から生成される放熱を絶縁するために用いられる。ヒートシンク部材６００は、公知又は適切な材料（例えば、限定されないが、銅、アルミニウム）で作られ、溶接作業が完了した後、取除かれる。

実施例１３
同様に、温度管理部材７００は、延長部材１０２，１０４の一方、他方又は両方に組込むことができる（例えば、限定されないが、温度管理部材７００の一つは、図２の延長部材１０４上に描かれた仮想線で簡略して示されている）。温度管理部材７００は、上述のヒートシンク部材６００と同様に、望ましくない過度な熱を適切に放散するための公知若しくは適切な機構又は構造（例えば、限定されないが、フィン、ヒートパイプ、強制空冷付属装置、水冷装置）を含むことができることが理解されるであろう。具体的には、真空遮断器によって流れる連続的な電流は、遮断器を通過する電流によって生成される熱によって制限される。温度管理部材７００の使用は、連続的な電流によって熱上昇を抑えるのに役立ち、真空遮断器を改善させる。温度管理部材７００は、公知又は適切な材料（例えば、限定されないが、銅、アルミニウム）で作られる。

従って、開示された真空切換装置２は、特有の電極延長アセンブリ１００，１００´，２００，２００´を含み、複数の延長部材１０２，１０４，２０２，２０４は、予め組み立てられ、真空密封された真空切換装置２の対応する電極ステム１８，２０に溶接される。延長部材１０２，１０４，２０２，２０４は、真空エンベロープ４の外部８で電極ステム１８，２０に溶接される。従って、多種多様の比較的複雑な形状を電極ステム１８，２０に加えることができ、及び／又は、従来の真空切換装置２は、様々な顧客要求を満たすように改良又はカスタマイズすることができる。

更に、開示された概念に従った外部の電子ビーム溶接は、様々な異なる材料から作られた延長部材１０２，１０４，２０２，２０４を接合する能力を提供し、これらの材料は、ここで溶接される電極ステム１８，２０の材料と異なるものとすることができる。この利点は、不十分な導電性を有する接合又は結合を生じる従来の真空ろう付け又は他の真空遮断器の組立工程を用いては実現不可能である。また、開示された概念に従った電子ビーム溶接は、真空遮断器２の部品の損傷、及び／又は、それらの真空エンベロープ４の真空密封を危うくする電極ステム１８，２０の表面の酸化を防止し、溶接後の機械加工、化学的又は機械的な清掃等の要求を回避する。開示された電極延長アセンブリ１００，１００´，２００，２００´及びこれに関連する組立方法は、従来技術に関連する様々な問題に対処し、打開して、様々な異なる用途に真空切換装置２の実用性を著しく拡大させることが理解されるであろう。

開示された概念の具体的な実施形態を詳細に説明してきたが、これら詳細の様々な改良及び変更が本開示の全体の教示を考慮して開発できることを当業者によって理解されるであろう。従って、開示された特定の構造は、一例にすぎず、添付された特許請求の範囲の全容、及び、あらゆる及び全てのその均等物とが与えられる開示された概念の範囲を限定しないことが意図されている。

Claims

真空切換装置（２，２´）用の電極延長アセンブリ（１００，２００）であって、
前記真空切換装置（２，２´）は、真空エンベロープ（４）と、分離可能な接点アセンブリ（１０，１２）と、を含み、
前記真空エンベロープ（４）は、内部（６）と、外部（８）と、を有し、
前記接点アセンブリ（１０，１２）のそれぞれは、前記内部（６）に配置された接点（１４，１６）と、前記接点（１４，１６）から前記外部（８）に外側へ延びる電極ステム（１８，２０）と、を含み、
前記真空エンベロープ（４）の前記外部（８）で、前記接点アセンブリ（１０，１２）の対応する一つの前記電極ステム（１８，２０）にそれぞれが接合されるように構成される複数の延長部材（１０２，１０４；２０２，２０４）を含み、
前記分離可能な接点アセンブリは、固定接点アセンブリ（１０）と、可動接点アセンブリ（１２）と、を含み、
前記複数の延長部材は、第１延長部材（１０２，２０２）と、第２延長部材（１０４，２０４）と、を含み、
前記第１延長部材（１０２，２０２）は、前記真空エンベロープ（４）の外部（８）で、前記固定接点アセンブリ（１０）の前記電極ステム（１８）に溶接され、
前記第２延長部材（１０４，２０４）は、前記真空エンベロープ（４）の外部（８）で、前記可動接点アセンブリ（１２）の前記電極ステム（２０）に溶接され、
前記電極ステム（１８，２０）のそれぞれは、ステム直径（２２，２４）を有し、
前記第１延長部材（１０２，２０２）及び前記第２延長部材（１０４，２０４）のそれぞれは、第１端部（１０８，１１２；２０８，２１２）と、前記第１端部（１０８，１１２；２０８，２１２）の反対側の末端に配置された第2端部（１１０，１１４；２１０，２１４）と、を有し
少なくとも前記第１端部（１０８，１１２；２０８，２１２）は、前記ステム直径（２２，２４）と略同じ直径（１１６，１１８；２１６，２１８）を有し、
前記第２端部（２１０，２１４）は、前記第１端部（２０８，２１２）に対して異なる形状であることを特徴とする電極延長アセンブリ。
前記第１及び第２延長部材（１０２，１０４；２０２，２０４）のそれぞれは、溶接継ぎ手（１０６，２０６）によって電極ステム（１８，２０）に接合されることを特徴とする請求項１に記載の電極延長アセンブリ。
前記溶接継ぎ手（１０６，２０６）は、電子ビーム溶接又はプラズマ溶接によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電極延長アセンブリ。
前記電極ステム（１８，２０）のそれぞれは、第１材料から作られ、
前記第１延長部材（１０２）及び前記第２延長部材（１０４）の少なくとも一方は、第２材料から作られ、
前記第２材料は、前記第１材料と異なることを特徴とする請求項１に記載の電極延長アセンブリ。
前記第１延長部材（１０２）及び前記第２延長部材（１０４）の少なくとも一方は、シルバーメッキが施されていることを特徴とす請求項１に記載の電極延長アセンブリ。
前記延長部材（１０２，１０４）の少なくとも一つは、複数の温度管理部材（７００）を含むことを特徴とする請求項１に記載の電極延長アセンブリ。
内部（６）と、外部（８）と、を有する真空エンベロープ（４）と、
前記内部（６）に配置された接点（１４，１６）と、該接点（１４，１６）から前記外部（８）に外側へ延びる電極ステム（１８，２０）と、をそれぞれ含む接点アセンブリ（１０，１２）と、
請求項１〜６のいずれかに記載の電極延長アセンブリ（１００）と、を含むことを特徴とする真空切換装置。
内部（６）及び外部（８）を有する真空エンベロープ（４）と、それぞれが前記内部（６）に配置された接点（１４，１６）及び該接点から前記外部（８）に外側へ延びる電極ステム（１８，２０）を含む分離可能な接点アセンブリ（１０，１２）と、を含む真空切換装置（２，２´）を設け、
複数の延長部材（１０２，１０４；２０２，２０４）を備える電極延長アセンブリ（１００，２００）を設け、
前記真空エンベロープ（４）の前記外部（８）で、前記延長部材（１０２，１０４；２０２，２０４）の少なくとも一つを前記接点アセンブリ（１０，１２）の対応する一つの前記電極ステム（１８，２０）に溶接し、
前記溶接するステップは、更に、取付具（４００）を用いて、真空チャンバ（５００）内で、前記電極ステム（１８，２０）に対して前記延長部材（１０２，１０４；２０２，２０４）を位置決めし、
前記延長部材（１０２，１０４）を前記電極ステム（１８，２０）に溶接し、
溶接アセンブリを前記真空チャンバ（５００）から取り出すことを特徴とする組立方法。
内部（６）及び外部（８）を有する真空エンベロープ（４）と、それぞれが前記内部（６）に配置された接点（１４，１６）及び該接点から前記外部（８）に外側へ延びる電極ステム（１８，２０）を含む分離可能な接点アセンブリ（１０，１２）と、を含む真空切換装置（２，２´）を設け、
複数の延長部材（１０２，１０４；２０２，２０４）を備える電極延長アセンブリ（１００，２００）を設け、
前記真空エンベロープ（４）の前記外部（８）で、前記延長部材（１０２，１０４；２０２，２０４）の少なくとも一つを前記接点アセンブリ（１０，１２）の対応する一つの前記電極ステム（１８，２０）に溶接し、
前記溶接するステップは、更に、複数のヒートシンク部材（６００）を前記電極ステム（１８，２０）の少なくとも一つに取付け、
前記延長部材（１０２，１０４）を前記電極ステム（１８，２０）に溶接し、
前記ヒートシンク部材（６００）を取除くことを含むことを特徴とする組立方法。
前記溶接するステップは、更に、電子ビーム溶接又はプラズマ溶接を用いて、前記延長部材（１０２，１０４；２０２，２０４）のそれぞれと電極ステム（１８，２０）との間で溶接継ぎ手を形成することを含むことを特徴とする請求項８又は９の組立方法。
前記分離可能な接点アセンブリは、固定接点アセンブリ（１０）と、可動接点アセンブリ（１２）と、を備え、
前記複数の延長部材は、第１延長部材（１０２，２０２）と、第２延長部材（１０４，２０４）と、を備え、
前記第１延長部材（１０２，２０２）は、前記真空エンベロープ（４）の外部（８）で、前記固定接点アセンブリ（１０）の前記電極ステム（１８）に溶接され、
前記第２延長部材（１０４，２０４）は、前記真空エンベロープ（４）の外部（８）で、前記可動接点アセンブリ（１２）の前記電極ステム（２０）に溶接されることを特徴とする請求項８又は９に記載の組立方法。