JP7314428B2 - プラズマ室付き遮断装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気遮断装置の一般分野に関し、より詳細には、火工作動式の電気遮断装置に関する。

起動させられる時に、切断するべき導電性バーの方向においてレリーフを備えるピストンを作動させるように構成された火工式起爆装置が内部にある本体を備える火工式遮断装置が知られている。

例えば、火工式遮断装置を記載する特許文献１（仏国特許出願公開第１９０８４６６号明細書）で出願された文献が公知である。既知の特許文献１で提供される装置は、特に５００Ｖを超える電圧及び１０ｋＡを超える強度で満足できる結果を得ることができる。しかしながら、本出願人は、導電性バーが破壊するときに引き起こされるプラズマの発生が電気的遮断を制限する傾向があることを見出した。

仏国特許出願公開第１９０８４６６号明細書

従って、高電圧及び高強度でより信頼性の高い遮断装置が必要とされている。

このために、本発明は、導電性素子と可動ピストンとを備える遮断装置であって、前記ピストンは、電流が前記導電性素子内を通過する第１の位置と、前記電流が遮断される第２の位置との間を移動することができ、前記ピストンは、第１の位置から第２の位置に移動するときに、前記導電性素子を遮断するように構成されており、前記ピストンは、第２の位置にあるときに、受容素子の受容空洞内に位置決めされ、前記受容素子は、さらに、前記受容空洞とは別個でありかつ少なくとも１つの流路によって前記受容空洞に連結された、少なくとも１つの追加の空洞を備え、前記少なくとも１つの流路は、前記導電性素子が前記ピストンによって破壊されるときに開いていることを特徴とする遮断装置を提案する。

このような遮断装置は、導電性素子が壊れたときに発生するプラズマを追加の空洞に向かって放電させることができ、したがって、受容空洞内のプラズマの量を制限し、これにより、ピストンを減速させ、導電性素子の複数の破壊した先端同士の間の電気的導通を保証する役割がある。

１つの可能な特徴によれば、この装置は、火工式起爆装置を備える火工式遮断装置であり、このピストンは、火工式起爆装置の作動に続いて、第１の位置と第２の位置との間で移動することができる。

１つの可能な特徴によれば、少なくとも１つの流路は、前記ピストンが第２の位置にあるときに、ピストンによって閉塞させられる。

１つの可能な特徴によれば、少なくとも１つの流路は、導電性素子の破壊点に沿って位置決めされている。

１つの可能な特徴によれば、受容素子は、少なくとも１つの流路によって受容空洞にそれぞれが連結された少なくとも２つの別個の追加の空洞を備える。

１つの可能な特徴によれば、導電性素子は、２つの破壊点においてピストンによって破壊されるように構成されている。

１つの可能な特徴によれば、各追加の空洞は、導電性素子の破壊点に沿って位置決めされている少なくとも１つの流路によって受容空洞に連結されており、少なくとも１つの流路は、導電性素子の各破壊点に沿って位置決めされている。

１つの可能な特徴によれば、少なくとも１つの追加の空洞は、受容空洞の長さの少なくとも半分に等しい長さを備える。

１つの可能な特徴によれば、少なくとも１つの追加の空洞の容積は、受容空洞の容積よりも大きいか又は等しい。

１つの可能な特徴によれば、少なくとも１つの流路は、ピストンの一部分に相補的な形状の円錐面を有する前記受容空洞の一部分上の受容空洞内に開口する。

１つの可能な特徴によれば、導電性素子は、ピストンによって破壊点で破壊されて曲げられるように構成されている。

本発明は、第２の態様によれば、上記の可能な特徴の内のいずれか１つによる遮断装置と、この遮断装置の導電性素子に連結された電気回路とを備える、安全な電気設備に関する。

本発明は、第３の態様によれば、上記の可能な特徴のいずれかによる、安全な電気設備を備える車両に関する。

図１は、ピストンが第１の位置にある、本発明の一実施形態による遮断装置の断面図の略図である。 図２は、ピストンが第２の位置にある、図１の遮断装置に相当する。 図３は、本発明の１つの可能な実施形態による遮断装置の受容素子の斜視図である。 図４は、本発明による遮断装置が存在する、安全な電気回路の略図である。 図５は、本発明の１つの可能な実施形態による遮断装置の断面図の略図である。

図１及び図２に図示するように、一実施形態による遮断装置１００は、火工式起爆装置２０、ピストン３０及び導電性素子４０が内部に設置された本体１０を備える。ピストン３０は、第１の蓄積位置と第２の破壊位置との間で移動可能であるように取り付けられており、ピストン３０は、火工式起爆装置２０の作動によって、第１の位置から第２の位置に移動させられる。ピストン３０は、第１の位置から第２の位置に移動する際に導電性素子４０を破壊し、したがって、導電性素子４０を通過する電流の流れを遮断する機能を有する。

遮断装置１００は、第１の電気端子４１及び第２の電気端子４２を備え、これら電気端子は、遮断されるべき電気回路に連結されることが意図されており、本明細書では導電性素子４０の２つの先端に対応する。本明細書では、導電性素子４０は、導電性バー又はタブの形態である。図示されていない一実施形態では、装置１００は、複数の導電性素子を備えうる。電気端子４１、４２に連結された電気回路を備える設置の一例を図４との関連で説明する。ピストン３０が導電性素子４０を破壊しやすくするために、導電性素子４０は、導電性素子４０の破壊点を形成することを意図した、少なくとも１つの脆弱領域４３を備えている。図に示される例示的な実施形態において、導電性素子４０は、２つの脆弱領域４３を備え、したがって、２つの破壊点における導電性素子４０の破壊を保証し、かつ犠牲部分４４を導電性素子４０の残りの部分から切り離すことができる。

本体１０は、図に例示されているように、主軸線Ｚを有する（円）筒状を有することができるが、他の形状も可能である。図示の実施形態では、本体１０は、共に組み立てられる、格納素子１１と受容素子１２とによって形成されている。格納素子１１は、ピストン３０が第１の位置にあるときにピストン３０が位置決めされている格納空洞を有する。受容素子１２は、格納空洞１１ａと位置合わせされておりかつ該格納空洞１１ａと連通する、受容空洞１２ａを有する。受容空洞１２ａは、図２に示すように、前記ピストン３０が第２の位置にあるときにピストン３０を受容するものである。受容空洞１２ａは、内部でピストン３０が移動しうるハウジングを形成し、このハウジングは、導電性部分４０によって横断されている。

火工式起爆装置２０は、コネクタ２１に連結された火薬を備える。火薬は、例えばコネクタ２１を通過する電流を使用して起爆させられるときに、その燃焼によって加圧ガスを発生させることができる。導電性素子２１は、異常が検出されたときに火工式起爆装置２０を作動させるように構成された監視装置Ｃ（図４）に連結させることができる。

ピストン３０は、この例では、軸線Ｚを中心とした回転の形状を有している。軸線Ｚは、ピストン３０の変位軸に対応している。ピストン３０は、シール３１、例えばＯリングが収納されている、円周溝を備えている。ピストン３０は、図１のような高い位置（第１の位置）と図２のような低い位置（第２の位置）との間で、本体１０の内部の軸線Ｚに沿って変位方向Ａに移動することができる。火工式起爆装置２０が起動させられていない限り、ピストン３０は第１の位置にある。

図１～図３に見られるように、受容素子１２は、受容空洞１２ａの周囲に位置決めされている少なくとも１つの追加の空洞５０を備え、該空洞５０は、少なくとも１つの流路５１によって前記受容空洞１２ａと連通している。図に示される例示的な実施形態において、受容素子１２は、複数の追加の空洞５０を備える。これらの追加の空洞５０は、受容空洞１２ａとは別個の空洞であり、特に、ピストン３０が受容空洞１２ａ内に位置決めされたときには、ピストン３０は追加の空洞５０内に侵入しない。追加の空洞５０を受容空洞１２ａに連結させる流路５１は、ピストン３０が導電性素子４０を破壊するときに開口し、前記ピストン３０が第２の位置にあるときはピストン３０によって閉塞させられる。このような追加の空洞５０は、導電性素子４０が破壊したときに発生するプラズマを受容することができ、このようにして、プラズマは、受容空洞１２ａからチャンネル５１を介して追加の空洞５０に向かって放出される。本願の出願人は、確かに、プラズマが受容空洞１２ａ内に停滞するという事実は、一方ではピストン３０の動きを遅くする役割があり、他方では、導電性素子４０の破壊にもかかわらず電流の流れを許容するという事実を見出した。したがって、プラズマを受容空洞１２ａから移動させるという事実により、電流の電圧及び強度が高い（特に、５００Ｖより大きい電圧及び１０ｋＡより大きい強度）にもかかわらず、装置１００が導電性素子４０の２つの端子４１及び４２とこれとの間の電流の流れをより迅速かつ効果的に遮断することができ、導電性素子４０が破壊するときにプラズマの発生を引き起こす。

好ましくは、一旦、導電性素子４０が破壊すると、その後、ピストン３０は流路５１を閉塞し、したがって、追加の空洞５０内でプラズマを維持し、したがって、導電性素子４０の遮断にもかかわらず、電流が流れ続けるリスクを制限する。

追加の空洞（複数可）５０に向かってのプラズマのより良い放電を可能にする１つの好ましい特徴によれば、流路（複数可）５１は、導電性素子４０の破壊点に沿って位置決めされる。実際、プラズマは、導電性素子４０の破壊点のレベルで発生させられる。

流路５１は、好ましくは、導電性素子４０の破壊点に近接して位置決めされ、したがって、追加の空洞５０に向かってプラズマをより良好に排出させることができる。したがって、流路は、導電性素子４０の破壊点から５ｍｍ以下の距離に位置決めされる。

受容空洞１２ａ内に残留するプラズマの量を最小にするために、追加の空洞（複数可）５０の寸法は、受容空洞１２ａの寸法に対して十分に大きいことが有利である。従って、追加の空洞（複数可）５０は、受容空洞１２ａの長さに少なくとも等しい長さを有する。更に有利には、追加の空洞（複数可）５０の総容積は、受容空洞１２ａの容積よりも大きいか又は等しい。好ましくは、追加の空洞（複数可）５０の総容積は、受容空洞１２ａの容積よりも大きい。

より良好な絶縁を得ることを可能にする１つの好ましい特徴によれば、受容素子１２は、プラズマの絶縁されたポケットを作り出すために、複数の追加の空洞５０を備える。受容素子１２は、例えば、図３の例のように、４つの追加の空洞５０を備えうる。

図１～図３に示される実施形態において、流路５１は、円錐面を有する前記受容空洞１２ａの一部分Ｐ上の受容空洞１２ａ内に開口する。受容空洞１２ａの一部分Ｐの円錐面の形状は、ピストン３０の一部分の形状と相補的であるため、ピストン３０による流路５１の閉塞の密封性を向上させることができる。

図に示されていない１つの可能な実施形態によれば、導電性素子４０は、脆弱領域４３を備え、破壊点で破壊される。犠牲部分４４は、導電性素子４０の残りの部分から切り離されず、受容空洞１２ａ内のピストン３０によって曲げられる。

図４は、本発明による遮断装置１００を実施する安全な電気設備３００の一例を概略的に示す。

安全な電気設備３００は、（非常に概略的に表される）遮断装置１００を備える安全な電源システム３１０と、電源回路３１１とを備える。本明細書では、電源回路３１１は、遮断装置１００の導電性部分４０の第２の端子４２に連結された発電機Ｇを備える。発電機Ｇは、例えば、バッテリ又は交流発電機としうる。

安全な電源システム３１０は、異常が検出されたときに火工式起爆装置２０を作動させるように構成された監視素子Ｃをさらに備える。監視素子Ｃは、コネクタ２１を介して火工式起爆装置２０に接続される。監視素子Ｃがそれに応答して火工式起爆装置２０を起動することができる、異常は、回路内の超過電流閾値などの電気的異常、又は、温度変化、圧力変化などの衝撃、例えば監視素子の急激な減速の検出などの非電気的異常としうる。異常を検出した場合、監視素子Ｃは、前述のように、電流を遮断するために、火工式起爆装置２０の起動のために火工式起爆装置２０に電流を送ることができる。

安全な電気設備３００は、最終的に、ここで、安全な電源システム３１０によって給電されるように、遮断装置１００の導電性部分４０の第１の端子４１に連結された電気装置Ｄを備える。

一例として、自動車は、安全な電気設備３００を備えうる。

図５に図示されている可能な一実施形態によれば、流路５１は、受容空洞１２ａの低い部分に位置決めすることができ、図１及び図２に図示されている実施形態では、受容空洞１２ａの高い部分において流路５１を備えている。受容空洞１２ａは、実際、第１の先端に位置しかつ格納空洞に開口する高い部分と、閉塞させられ、かつ、一旦、導電性素子４０から切り離されると、犠牲部分４４を受け入れる、第２の先端に位置決めされている低い部分とを備える。プラズマは、追加の空洞５０の壁２００に圧力を加え、かくして、ピストン３０によって形成された雄円錐部２０１の密封を、受容空洞１２ａによって形成された雌円錐部２０２で補強する。

Claims (12)

1. 導電性素子（４０）と可動ピストン（３０）とを有する遮断装置（１００）であって、前記可動ピストン（３０）は、電流が前記導電性素子（４０）内を通過する第１の位置と、前記電流が遮断される第２の位置との間を移動することができ、前記可動ピストン（３０）は、前記可動ピストン（３０）が前記第１の位置から前記第２の位置へ移動するときに前記導電性素子（４０）を破壊するように構成されており、前記可動ピストン（３０）は、前記可動ピストン（３０）が前記第２の位置にあるときに、受容素子（１２）の受容空洞（１２ａ）内に位置決めされている、遮断装置（１００）において、
   前記受容素子（１２）は、前記受容空洞（１２ａ）から別個でありかつ少なくとも１つの流路（５１）によって前記受容空洞（１２ａ）に連結されている、少なくとも１つの追加の空洞（５０）をさらに備え、
   前記少なくとも１つの流路（５１）は、前記導電性素子（４０）が前記可動ピストン（３０）によって破壊されたときに開いており、
   前記少なくとも１つの流路（５１）は、前記可動ピストン（３０）が前記第２の位置にあるとき、前記可動ピストン（３０）によって閉塞させられる、ことを特徴とする遮断装置（１００）。
2. 前記遮断装置は、火工式起爆装置（２０）を備える火工式遮断装置であり、前記可動ピストン（３０）は、前記火工式起爆装置（２０）の作動に続いて、前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動することができる、請求項１に記載の遮断装置（１００）。
3. 前記少なくとも１つの流路（５１）は、前記導電性素子（４０）の破壊点に沿って位置決めされている、請求項１又は２に記載の遮断装置（１００）。
4. 前記受容素子（１２）は、前記少なくとも１つの流路（５１）によって前記受容空洞（１２ａ）にそれぞれ連結された少なくとも２つの別個の追加の空洞（５０）を備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の遮断装置（１００）。
5. 前記導電性素子（４０）は、２つの破壊点において前記可動ピストン（３０）によって破壊されるように構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の遮断装置（１００）。
6. 各追加の空洞（５０）は、前記導電性素子（４０）の破壊点に沿って位置決めされている少なくとも１つの流路（５１）によって、前記受容空洞（１２ａ）に連結されており、前記少なくとも１つの流路（５１）は、前記導電性素子（４０）の各破壊点に沿って位置決めされている、請求項１～５のいずれか一項に記載の遮断装置（１００）。
7. 前記少なくとも１つの追加の空洞（５０）は、前記受容空洞（１２ａ）の長さの少なくとも半分に等しい長さを備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の遮断装置（１００）。
8. 前記少なくとも１つの追加の空洞（５０）の容積は、前記受容空洞（１２ａ）の容積よりも大きいか等しい、請求項１～７のいずれか一項に記載の遮断装置（１００）。
9. 前記少なくとも１つの流路（５１）は、前記可動ピストン（３０）の一部分に相補的な形状の円錐面を有する、前記受容空洞（１２ａ）の一部分（Ｐ）上の受容空洞（１２ａ）内に開口する、請求項１～８のいずれか一項に記載の遮断装置（１００）。
10. 前記導電性素子（４０）は、前記可動ピストン（３０）によって破壊点で破壊されかつ曲げられるように構成されている、請求項１～４及び６～９のいずれか一項に記載の遮断装置（１００）。
11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の遮断装置（１００）と、前記遮断装置の導電性素子（４０）に連結された電気回路とを備える、安全な電気設備（３００）。
12. 請求項１１に記載の安全な電気設備（３００）を備える車両。

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