JP7405534B2 - 火工品特徴部を組み込むスイッチング装置と共に使用するための受動トリガー機構 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

［技術分野］
本出願は、２０１８年８月２７日に出願された、「Ｐａｓｓｉｖｅ Ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｆｏｒ Ｕｓｅ ｗｉｔｈ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ Ｐｙｒｏｔｅｃｈｎｉｃ Ｆｅａｔｕｒｅｓ」という名称の、Ｄａｎｉｅｌ Ｓｕｌｌｉｖａｎらに対する米国特許出願第１６／１１４，８０２号の一部継続出願であり、その利益を主張する。

接触器装置および電気ヒューズ装置などの電気的スイッチング装置と共に使用するためのトリガー機構および構成に関する装置が本明細書に記述される。
［背景技術］
電気回路を接続及び切断することは、電気回路自身と同程度に古く、接続された電気装置に対する電力を「オン（ｏｎ）」状態と「オフ（ｏｆｆ）」状態との間で切り替える方法としてしばしば利用される。回路を接続及び切断するために一般に利用される１つの装置の例は、１つまたは複数の装置または電源に電気接続される接触器である。接触器は、装置への又は装置からの電力を制御するために回路を遮断または完成できるように構成される。１つのタイプの従来の接触器は密閉式接触器である。

装置の通常運転中に電気回路を接続及び切断する目的に役立つ接触器に加えて、種々のさらなる装置が、過電流防止を提供するために使用され得る。これらの装置は、電気システムまたは接続された電気装置に対する短絡、過負荷、および永続的損傷を防止し得る。これらの装置は、切断装置を含み、切断装置は、永続的な方法で回路を急速に遮断することができ、それにより、切断装置が修理、交換、またはリセットされるまで回路は遮断されたままとなる。１つのそのようなタイプの切断装置はヒューズである。従来のヒューズは、犠牲装置として働く低抵抗の抵抗器のタイプである。典型的なヒューズは金属ワイヤまたはストリップを備え、金属ワイヤまたはストリップは、過剰の電流が金属ワイヤまたはストリップを流れると溶融し、金属ワイヤまたはストリップが接続する回路を遮断する。

社会が進歩するにつれて、電気システムおよび電子装置に対する種々の革新が、益々一般的になっている。そのような革新の例は、電気自動車における最近の進歩を含み、電気自動車は、或る日、エネルギー効率のよいスタンダードなものとなり、伝統的な石油駆動式車両を置き換える場合がある。そのような高価でかつ日常的に使用される電気装置において、過電流保護は、装置故障を防止し、装置に対する永続的損傷を防止するために特に適用可能である。さらに、過電流保護は、電気火災などの安全上の危険を防止し得る。電気システムおよび装置に対するこれらの最新の改善は、ヒューズ装置を発動（トリガー）するための機構の便宜および効率を向上させるための最新の解決策を必要とする。
［発明の概要］
接触器またはヒューズ装置などのスイッチング装置内でヒューズ機構として機能する火工品特徴部を起動するための受動トリガーの特徴および構成が本明細書で記述される。これらの受動トリガー構成は、危険な過電流に対応する装置を通って流れる電流の閾値レベルに対応する閾値磁界強度に応答して発動するように構成され得る。これらの受動トリガー構成を発動するために必要とされる電流の閾値レベルは、リードスイッチなどの受動トリガー機構と、電力端子または電力端子に接続される特徴部などの装置の一部分との間の距離に関連し得る。

本発明による電気スイッチング装置の一実施形態は、内部コンポーネントを有するハウジングを備え、内部コンポーネントは、スイッチング装置の状態を、スイッチング装置を通る電流を可能にする閉鎖状態からスイッチング装置を通る電流を遮断する開放状態に変更するように構成される。火工品特徴部が含まれ、火工品特徴部は、起動されると、内部コンポーネントと相互作用して、スイッチング装置を閉鎖状態から開放状態に移行させるように構成される。受動トリガースイッチ構造が含まれ、受動トリガースイッチ構造は、発動されると、火工品特徴部を起動するように構成され、高電流信号がスイッチング装置を通して流れることに応答して始動するように構成される。受動トリガースイッチは、高電流信号を用いて火工品特徴部を起動するためにも配置される。

本発明による電気システムの一実施形態は、電流経路によって運転負荷に連結された運転電源を備える運転電力回路を備え、運転電力回路は電源と負荷との間に接触器を有する。火工品起動回路が含まれ、火工品起動回路は、運転電力回路内の高電流を検知するために配置されたトリガーを備え、起動回路は、火工品アクチュエーターをさらに備え、トリガーは上記火工品アクチュエーターを起動して、運転電力回路内の電流経路を遮断するように接触器を操作する。

本発明による火工品起動回路の一実施形態は、回路内の高電流による磁界を検知するために配置されたトリガーを備える。火工品アクチュエーターが含まれ、トリガーは、高電流レベルに応答して火工品アクチュエーターを起動して、高電流を運ぶ回路を遮断し、トリガーは、火工品アクチュエーターを起動するために高電流を使用する。

本発明の上記及びその他のさらなる特徴および利点は、添付図面と以下の詳細な説明から当業者に明らかになる。添付図面において、同様の符号は対応する部品を指し示す。

装置を通る電気の流れを可能にする「閉じた」位置にある、本発明の特徴部を組み込むことができる接触器の一実施形態の正面断面図である。 装置を通る電気の流れを遮断する「開いた」または「切断された」位置にある、図１の接触器装置の実施形態の正面断面図である。 切断要素が「発動された」異なる位置にある、図１の接触器装置の実施形態の正面断面図である。 休止している「発動されていない」状態にある、本発明の特徴部を組み込むことができるヒューズ装置の正面断面図である。 起動され「発動された」状態にある、本発明の特徴部を組み込むことができるヒューズ装置の正面断面図である。 本発明の特徴部を組み込む火工品トリガー構成の前方上方斜視図である。 図６の火工品トリガー構成の後方上面図である。 本発明の特徴部を組み込む別の火工品トリガー構成の前方上方斜視図である。 図８の火工品トリガー構成の後方上面図である。 本発明の特徴部を組み込むなお別の火工品トリガー構成の前方上方斜視図である。 図１０の火工品トリガー構成の一部分の正面断面図である。 本発明による火工品電力スイッチング回路の一実施形態の略図である。 本発明による火工品電力スイッチング回路の別の実施形態の略図である。

［発明の詳細な説明］
本開示は、種々の実施形態の詳細な説明をここで記述する。これらの実施形態は、火工品回路遮断特徴部を一体化する、接触器またはヒューズ装置などのスイッチング装置と共に使用するための受動スイッチング特徴部および構成を説明する。これらのスイッチング装置は、電気的な装置またはシステムに電気接続されて、接続された装置またはシステムに対する電力を「オン」または「オフ」することができる。本明細書で開示する例示的な装置は、開示される受動特徴部に加えてまたはその代わりに、能動トリガー構成を利用し得るが、受動特徴部は、閾値電流レベルに応答して火工品回路遮断を自動的に発動する利点を提供する。

幾つかの実施形態において、プリント基板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）または外部トリガー機構は、火工品装薬と通信状態にある火工品ピンに信号を向けるように構成される。スイッチング装置の火工品特徴部を発動するこの信号のための電力は、別個の電源（すなわち、スイッチング装置が接続される先の装置または電気的システムの電源以外の電源）によって提供され得る。代替的に、信号のための電力は、スイッチング装置が接続される先の装置または電気的システムの電源から提供または分流され得る。火工品装薬は、ヒューズとして機能するように構成され、例えば、可動接点を固定接点との接触から外すことによって、接触器またはヒューズ装置を通る回路を永続的に遮断する。

ＰＣＢまたは外部トリガー機構は、リードスイッチなどの受動トリガースイッチを組み込み、受動トリガースイッチは、その休止状態において開放しており、トリガー信号が火工品ピンに送信されることを防止し、したがって、装置を通って電流が流れることを可能にする。受動トリガースイッチは、装置を通る所望の閾値レベルの電流、例えば、危険な過電流に対応するように計算され得る十分な強度の磁界に応答して発動するように構成され得る。受動トリガースイッチを始動するために必要とされる磁界の必要な閾値強度は磁界源に対する受動トリガースイッチの近接性に依存するため、受動トリガースイッチは、「近接スイッチ」として構成され得る。これは、所望のトリップ電流が、受動トリガースイッチと、電力端子のうちの１つの電力端子などの装置の或る領域との間の距離に基づいて設定されることを可能にする。

他の実施形態において、さらなる特徴部が含まれ得る。例えば、鉄系コア構造は、スイッチング装置の電力端子のうちの１つの電力端子を少なくとも部分的に囲んで配置されることができ、トリップ電流は、コア構造と受動トリガースイッチとの間の距離によって決定され得る。幾つかの実施形態において、外部トリガー機構を利用でき、外部トリガー機構は、導電性バス部分および非磁性スペーサ部分によって導電性バス部分から離間した受動トリガースイッチを組み込み得る。これらの実施形態において、トリップ電流は、非磁性スペーサ部分の厚さによって決定され得る。

この説明全体を通して、示す好ましい実施形態および例は、本発明に対する限定としてではなく、代表例として考えられるべきである。本明細書で使用するとき、用語「発明（ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「装置（ｄｅｖｉｃｅ）」、「本発明（ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、または「本装置（ｐｒｅｓｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ）」は、本明細書で記述する本発明の実施形態および任意の等価物の任意の１つを指す。さらに、本文書全体を通した、「発明」、「装置」、「本発明」、または「本装置」の種々の特徴部（複数可）に対する言及は、特許請求された全ての実施形態または方法が、参照された特徴部（複数可）を含まなければならないことを意味しない。

要素または特徴部が別の要素または特徴部「の上に（ｏｎ）」あるまたはそれ「に隣接して（ａｄｊａｃｅｎｔ）」存在すると言及されるとき、その要素または特徴部が、直接、他の要素または特徴部の上にまたは隣接して存在し得る、あるいは、介在する要素または特徴部が存在する場合があることが同様に理解される。要素が別の要素に「取り付けられる（ａｔｔａｃｈｅｄ）」、「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、または「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」ものとして言及されるとき、その要素が、直接、他の要素に取り付けられ得る、接続され得る、または結合され得る、あるいは、介在する要素が存在する場合があることが同様に理解される。対照的に、要素が、別の要素に「直接取り付けられる（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｔｔａｃｈｅｄ）」、「直接接続される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、または「直接結合される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」ものとして言及されるとき、介在する要素は何も存在しない。

「外の（ｏｕｔｅｒ）」、「上の（ａｂｏｖｅ）」、「低い（ｌｏｗｅｒ）」、「下の（ｂｅｌｏｗ）」、「水平の（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」、「垂直の（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、および同様の用語などの相対的用語は、１つの特徴部と別の特徴部の関係を記述するために本明細書で使用される場合がある。これらの用語が、図に示す配置に加えて、異なる配置を包含することが意図されることが理解される。

第１、第２などの用語は、種々の要素またはコンポーネントを記述するために本明細書で使用される場合があるが、これらの要素またはコンポーネントは、これらの用語によって制限されるべきでない。これらの用語は、１の要素またはコンポーネントを別の要素またはコンポーネントから識別するために使用されるだけである。そのため、以下で論じる第１の要素またはコンポーネントは、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素またはコンポーネントと称される可能性がある。

本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態のみを記述するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。本明細書で使用するとき、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が別段に明確に示さない限り、複数の形態を同様に含むことを意図する。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が、本明細書で使用されるとき、記述した特徴部、整数、ステップ、オペレーション、要素、および／またはコンポーネントの存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴部、整数、ステップ、オペレーション、要素、コンポーネント、および／またはその群の存在または付加を排除しないことがさらに理解されるであろう。

本発明の実施形態は、本発明の理想化された実施形態の概略的例証である異なる図および例示を参照して本明細書で記述される。したがって、例えば、製造技法および／または公差の結果としての例証の形状からの変更が予想される。本発明の実施形態は、本明細書で示す領域の特定の形状に限定されるものと解釈されるべきでなく、例えば、製造から生じる形状における逸脱を含む。

第１の要素が２つ以上の他の要素「の間にある（ｂｅｔｗｅｅｎ）」、「挟まれる（ｓａｎｄｗｉｃｈｅｄ）」、２つ以上の他の要素「の間に挟まれる（ｓａｎｄｗｉｃｈｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ）」ものとして言及されるとき、第１の要素が、直接、２つ以上の他の要素の間にあり得る、または、介在する要素が、２つ以上の他の要素の間に同様に存在する場合があることが理解される。例えば、第１の要素が第２の要素と第３の要素と「の間にある」または「の間に挟まれる」場合、第１の要素は、介在する要素なしで、直接、第２の要素と第３の要素との間にあり得る、または、第１の要素は、１つまたは複数のさらなる要素に隣接し、第１の要素およびこれらのさらなる要素全てが第２の要素と第３の要素との間にあり得る。

本発明の特徴部を組み込む特定の火工品トリガー構成を詳細に記述する前に、火工品特徴部を組み込み、本開示による受動トリガー構成のための例示的な環境を提供する例示的なスイッチング装置が最初に記述される。これらのスイッチング装置は、火工品特徴部、例えば、「オン」状態と「オフ」状態との間での装置の切り替えを可能にするように構成される接触器を組み込む任意のスイッチング装置を含み得る。

一部の接触器装置において、火工品特徴部は、接触器装置に組み込まれたヒューズ要素として機能する。そのような接触器装置の例は、「Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ Ｐｙｒｏｔｅｃｈｎｉｃ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｆｅａｔｕｒｅｓ」という名称の米国出願第１６／１０１，１４３号に記載され、その出願は、本出願の譲受人であるＧｉｇａｖａｃ，Ｉｎｃ．に譲渡されており、また、参照により本明細書に取り込まれる。「オン」と「オフ」の状態間を自由に切り替えるように構成された接触器に加えて、本開示による火工品トリガー構成は、発動されていないときに電気システムまたは装置を通る電流を可能とし、発動されると電気システムまたは装置を通る電流を防止する犠牲ヒューズ装置と共に使用することもできる。そのようなヒューズ装置の例は、米国出願第１５／８８９，５１６号に記載され、その出願は、本出願の譲受人であるＧｉｇａｖａｃ，Ｉｎｃ．に譲渡されており、また、参照により本明細書に取り込まれる。

火工品特徴部を組み込む例示的な接触器装置を参照すると、図１は、過電流の場合に犠牲切断として機能し得る一体型火工品切断コンポーネントを備える接触器装置１００の例示的な実施形態の断面図を示す。図１は、接触器装置を通る電気の流れが可能とされる「閉鎖（ｃｌｏｓｅｄ）」回路位置の接触器装置１００を示す。図１は、その発動されていないまたは「セットされた（ｓｅｔ）」機械配置における接触器装置１００の火工品切断部分をさらに示し、接触器装置１００が、その「閉鎖」位置と「開放（ｏｐｅｎ）」位置との間で運転するために通常通り機能することを可能にする。接触器装置１００の切断部分は、「発動された」配置を同様に有し、回路は遮断され、装置が交換または修理され、リセットされるまで、接触器装置を通る電気の流れは永続的に不可能とされる。「閉鎖」および「開放」接触器モードならびに「セットされた」および「発動された」切断モードは共に、本明細書でさらにより詳細に記述される。

図１の接触器装置１００は、本体１０２（同様に、ハウジング１０２とも呼ばれる）、および、２つ以上の固定接点構造１０４、１０６（２つが示される）を備え、２つ以上の固定接点構造１０４、１０６は、接触器装置の内部コンポーネントを、外部回路要素に、例えば、電気システムまたは装置に電気接続するように構成される。本体１０２は、本明細書で開示される接触器装置１００の構造および機能を支持し得る任意の適した材料を含むことができ、好ましい材料は、装置の固定接点１０４、１０６および内部コンポーネントを通る電気の流れに干渉することなく、接触器装置１００に対する構造的支持を提供し得る丈夫な材料である。幾つかの実施形態において、本体１０２は、耐久性のあるプラスチックまたはポリマーを含む。本体１０２は、本明細書でさらにより詳細に記述する接触器装置１００の種々の内部コンポーネントを少なくとも部分的に囲む。

本体１０２は、任意の規則正しいまたは不規則な多角形を含む種々の内部コンポーネントを収容するのに適する任意の形状を備え得る。本体１０２は、連続構造であり得る、または、共に接合された複数のコンポーネント部を備え得る、例えば、ベース本体「カップ（ｃｕｐ）」およびエポキシ材料でシールされた上部「ヘッダ（ｈｅａｄｅｒ）」部分を備え得る。幾つかの例示的な本体構成は、米国特許第７，３２１，２８１号、第７，９４４，３３３号、第８，４４６，２４０号、および第９，０１３，２５４号に記述する構成を含み、それらの特許は全て、本出願の譲受人であるＧｉｇａｖａｃ，Ｉｎｃ．に譲渡されており、また、参照によりその全体が本明細書に取り込まれる。

固定接点１０４、１０６は、本体１０２内に収容される接触器装置１００の種々の内部コンポーネントが外部の電気的なシステムまたは装置と電気的に通信することができ、それにより、接触器装置１００が、本明細書で記述する電気回路を遮断または完成させるスイッチとして機能できるように構成される。固定接点１０４、１０６は、接触器装置１００の内部コンポーネントに対する電気的接触を提供するための任意の適した導電性材料、例えば、当技術分野で知られている種々の金属および金属材料あるいは任意の電気接点材料または構造を備え得る。固定接点１０４、１０６は、単一連続接点構造（図示する）を備え得る、または、電気接続された複数の構造を備え得る。例えば、幾つかの実施形態において、固定接点１０４、１０６は、２つの部分を備えることができ、第１の部分は、本体１０２から延在し、本体１０２の内部の第２の部分に電気接続され、第２の部分は、本明細書で記述するように、本体１０２の内部の他のコンポーネントと相互作用するように構成される。

本体１０２は、接触器装置１００の種々の内部コンポーネントを収容する本体１０２の内部空間が密閉されるように構成され得る。電気陰性気体の使用と結合されると、この密閉式構成は、隣接する導電性要素の間の電気アーク発生を軽減または防止するのを助けることができ、幾つかの実施形態において、空間的に分離した接点間の電気的絶縁を提供するのを助ける。幾つかの実施形態において、本体１０２は真空状態下にあり得る。本体１０２は、密閉式電気装置を生成する任意の知られている手段を用いて密閉され得る。密閉式装置の幾つかの例は、米国特許第７，３２１，２８１号、第７，９４４，３３３号、第８，４４６，２４０号、および第９，０１３，２５４号に記述する装置を含み、それらの特許は全て、本出願の譲受人であるＧｉｇａｖａｃ，Ｉｎｃ．に譲渡されており、また、参照によりその全体が本明細書に取り込まれる。

幾つかの実施形態において、本体１０２は、電気陰性気体、例えば、六フッ化硫黄または窒素と六フッ化硫黄の混合気体が少なくとも部分的に充填され得る。幾つかの実施形態において、本体１０２は、ハウジング内に注入される気体に対して透過性が低いかまたは実質的に全くない材料を含む。幾つかの実施形態において、本体は、装置の性能を上げるように構成される種々の気体、液体、または固体を含み得る。

過電流保護のために使用される接触器装置１００の火工品切断コンポーネントを記述する前に、接触器装置１００の通常の切り替え使用中に利用される接触器コンポーネントが最初に記述される。本体１０２の内部の他のコンポーネントのいかなるコンポーネントとも相互作用しないとき、固定接点１０４、１０６は、互いから電気的に絶縁され、それにより、固定接点間で電気が自由に流れることができない。固定接点１０４、１０６は、電気的絶縁のための任意の既知の構造または方法により、互いに電気的に絶縁されていてもよい。

接触器装置１００が、図１に示す、その「閉鎖」位置にあるとき、それ以外のときは電気的に絶縁される固定接点１０４、１０６は、可動接点１０８によって接触される。可動接点１０８は、電気信号が、装置を通して、例えば、第１の固定接点１０４から、可動接点１０８を通って、第２の固定接点１０６まで、または、その逆に、流れることを可能にするブリッジとして機能する。したがって、接触器装置１００は、電気的な回路、システム、または装置に接続され、可動接点が両固定接点と電気接触状態にある間、回路を完成し得る。

可動接点１０８は、固定接点１０４、１０６に関して本明細書で論じた材料のうちの任意の材料を含む任意の適した導電性材料を含み得る。固定接点１０４、１０６の場合と同様に、可動接点１０８は、単一連続接点構造（図示する）を備え得て、または、互いに電気接続された複数コンポーネント部を備え得て、電気的に絶縁される固定接点１０４、１０６の間の接触ブリッジとして機能し得て、それにより、接触器装置１００を通して電気が流れ得る。

可動接点１０８は、固定接点１０４、１０６と電気接触し、また、電気接触から外れるように構成され得る。これは、可動接点が固定接点１０４、１０６と電気接触状態にあるとき、回路を「閉鎖」または完成させ、可動接点が固定接点１０４、１０６と電気接触状態にないとき、回路を「開放」または遮断させる。固定接点１０４、１０６は、可動接点１０８と接触しないとき、互いから電気的に絶縁される。図１に示す実施形態を含む幾つかの実施形態において、可動接点１０８は、シャフト構造１１０に物理的に接続され、シャフト構造１１０は、接触器装置１００内で所定の距離に沿って移動するように構成される。シャフト１１０は、可動接点１０８がシャフト１１０と共に移動するように、可動接点１０８に物理的に接続される内部可動コンポーネントとしてのその機能に適する任意の材料または形状を含み得る。

シャフト１１０の移動は可動接点１０８の移動を制御し、それは、次に、固定接点１０４、１０６に対する可動接点１０８の位置を制御し、それは、次に、本明細書で記述するように、接触器装置１００を通る電気の流れを制御する。シャフトの移動は、限定はしないが、電気および電子、磁気およびソレノイド、ならびに手動を含む、種々の構成を通して制御され得る。可動接点に接続されたシャフトを制御するための例示的な手動構成は、本出願の譲受人であるＧｉｇａｖａｃ，Ｉｎｃ．に対する米国特許第９，０１３，２５４号に記述され、その特許の全てが、参照により本明細書に取り込まれる。手動制御特徴部のこれらの例示的な構成の一部は、磁気的構成、ダイアフラム構成、およびベローズ式構成を含む。

図１に示す実施形態において、シャフト１１０の移動はソレノイド構成の使用によって制御される。プランジャー構造１１１は、シャフト１１０の一部分に接続され、または、シャフト１１０の一部分を少なくとも部分的に囲む。本体１０２はまた、ソレノイド１１２を収容する。多くの異なるソレノイドを使用することができ、適したソレノイドの一例は、低電圧下でかつ比較的大きな力で動作するソレノイドである。適したソレノイドの一例は、Ｂｉｃｒｏｎ Ｉｎｃ．からの商業的に入手可能なソレノイド モデル番号ＳＤ１５６４ Ｎ１２００であるが、多くの他のソレノイドが使用され得る。示す実施形態において、プランジャー構造１１１は、ソレノイド１１２によって移動され制御され得る金属材料を含み得る。プランジャー構造１１１の移動は、接続されたシャフト１１０の移動を制御し、シャフト１１０の移動は、次に、接続された可動接点１０８の移動を制御する。

シャフト１１０の走行距離は、種々の特徴部、例えば、走行／過剰走行距離を制御するばね、またはシャフト１１０の走行距離をブロックまたは制限し得る本体１０２の種々の部分を用いて制御され得る。図１に示す実施形態において、シャフト１１０の走行距離は、ハードストップ１１３によって部分的に制御され、ハードストップ１１３は、固定接点１０４、１０６から十分な距離だけシャフト１１０が走行すると、シャフト１１０の翼付き部分１１４に当接して、シャフト１１０の距離を制限するように構成される。ハードストップ１１３は、シャフト１１０の移動または走行距離を制限するためにシャフト１１０と相互作用する表面を提供するのに適する任意の材料または形状を含み得る。図１に示す実施形態において、ハードストップ１１３はプラスチック材料を含む。幾つかの実施形態において、ハードストップ１１３は、以下でさらにより詳細に論じるように、火工品切断要素が発動されると、破壊または切断するように構成される。

接触器装置１００の基本的な切り替え特徴部が記述されたので、火工品切断要素がここで記述される。接触器装置１００は、火工品装薬２０２およびピストン構造２０４を含む、過電流保護として機能する幾つかの要素を備え得る。ピストン構造２０４は、内部コンポーネントの１つまたは複数、例えば、示すシャフト１１０の近くにまたは少なくとも部分的にその周りに位置決めされ得る。休止位置からのピストンの移動は、例えば、本明細書で記述するようにシャフト１１０を押すか、またはその他の方法で移動させることによって、装置を通る電気の流れを遮断するように内部コンポーネントの構成を変更し得る。火工品装薬２０２は、電流が所定の閾値レベルを超えると起動されて、接続された電気装置に対する永続的な損傷または電気火災などの安全上の危険を防止するように構成され得る。

接触器装置１００は、種々のセンサ特徴部を備えることができ、種々のセンサ特徴部は、装置を通る電流が危険なレベルに達したときを検出でき、この閾値レベルが検出されると、火工品装薬を発動することができる。幾つかの実施形態において、接触器装置１００は、装置を通して流れる電流のレベルを検出するように構成される専用の電流センサを備え得る。電流センサは、電流が閾値レベルに達すると、火工品装薬を直接的にまたは間接的に起動するように構成され得る。幾つかの実施形態において、電流センサは、検出される電流に比例する信号を送信して、閾値電流レベルが検出されると火工品装薬を起動し得る。幾つかの実施形態において、電流センサは、ホール効果センサ、変圧器または電流クランプメータ、抵抗器、光ファイバー電流センサ、または干渉計を備え得る。

幾つかの実施形態において、火工品装薬２０２は、電気パルスによって起動されるように構成され、今日の車両で利用されるエアバッグシステムと同様に、複数の因子を検出するように構成されるエアバッグシステムによって駆動される。幾つかの実施形態において、接触器装置１００は、１つまたは複数の火工品ピン２０３を備えることができ、火工品ピン２０３は、起動信号を受信すると、火工品装薬２０２を発動するように構成され得る。幾つかの実施形態において、火工品装薬は、流れる電流を既にモニターしている別の特徴部に接続され得る。この他の特徴部、例えば、電池管理コンポーネントは、その後、閾値電流レベルが検出されると火工品装薬を起動する信号を送信するように構成され得る。

火工品装薬２０２は、単一装薬構造または複数装薬構造であり得る。幾つかの実施形態において、火工品装薬２０２は、最初にイニシエーター装薬、次に二次ガス発生器装薬を備える２重装薬構造を備える。多くの異なるタイプの火工品装薬が利用され得る。ただし、本明細書で記述するように、使用される火工品装薬が、接触器装置１００の回路を永続的に破断するようにピストン構造２０４を移動させるために十分な力を提供するのに十分である場合に限る。幾つかの実施形態において、火工品装薬２０２は、ジルコニウム過塩素酸カリウムを含み、イニシエーター装薬とガス発生器装薬の両方として使用するのに適する利点を有する。幾つかの実施形態において、イニシエーター装薬は、ジルコニウム過塩素酸カリウム、ジルコニウムタングステン過塩素酸カリウム、チタン過塩素酸カリウム、水素化ジルコニウム過塩素酸カリウム、または水素化チタン過塩素酸カリウムなどの急速燃焼材料を含む。幾つかの実施形態において、ガス発生器装薬は、ボロン硝酸カリウムまたは黒色火薬などの低速燃焼材料を含む。

火工品装薬２０２が起動されると、結果として得られる力は、ピストン構造２０４を、火工品装薬２０２に近いかまたはその周囲のピストン構造２０４の休止位置から遠ざけるように駆動し、それにより、ピストン構造２０４はシャフト１１０を押し、シャフトを、固定接点１０４、１０６から遠ざけるように駆動する。結果として得られる力は、ハードストップ１１３を破壊または切断するのにも十分であり、シャフト１１０を、固定接点１０４、１０６からさらに一層遠くへ押しやり、例えば、本体１０２の別の内部区画２０６内に押し入れる。ピストン構造２０４は、接触器装置を通して電気が流れることができない位置または構成で内部コンポーネントを保持できるのに十分な寸法（例えば、形状、サイズ、空間的配置、または他の構成）を有し得る。これは、固定接点１０４、１０６からさらに離れた所定の位置でシャフト１１０を保持することによって行われ、例えば、シャフト１１０が実質的に本体１０２の別の内部区画２０６内にあるようにシャフト１１０を保持することなどによって行われる。これは、次に、シャフト１１０に接続される可動接点１０８を、固定接点１０４、１０６からさらに大きな空間的ギャップをもって離隔させ、装置を、装置を通して電気が流れることができない「発動された」または永続的な「開放」の構成にあるようにさせる。いくつかの実施形態において、ピストン構造２０４は、火工品特徴部２０２の起動によって一旦変位すると、本体１０２の一部分と相互作用して容易に移動できなくなる位置に押し込まれるのに十分な寸法を有する。

固定接点１０４、１０６と可動接点１０８との間で急速に生成される大きな空間ギャップに加えて、さらなる構造が利用され得る。例えば、幾つかの実施形態において、１つまたは複数のアークブローアウト磁石２０８（２つを示す）が利用されて、電気アーク放電をさらに制御し得る。電流を遮断するための主要な方法は、本明細書で記述するように、より大きな空気ギャップになるまで接点を急速に開放することであるが、例えば、ガス発生器装薬により得られる、アークへ向けられた二次ガスブラストにより、さらなる性能も獲得し得る。

図１に示す実施形態を含む幾つかの実施形態において、火工品装薬２０２の起動に起因するガスの急速な蓄積によって生じる危険を防止する助けとなり得る、他のオプションの設計の特徴が含まれ得る。これらの実施形態において、本体１０２は、火工品装薬２０２が起動されると、本体１０２の一部分を穿孔するのに十分な力によってピストン構造２０４がシャフト１１０を駆動するように構成され得る。これは、ガスの急速な蓄積物が漏出することを可能にする。これは、幾つかの実施形態において、火工品切断サイクル中に穿孔され得る膜を含む本体１０２の部分によって、例えば、シャフト１１０の鋭利部分２１０によって達成され、ガスが、高温フィルタ膜であり得る本体１０２の接続されたベント部分２１２から漏出することを可能にする。高温ガスは、その後、本体１０２から流出し得る。圧力解放は、電気アークを冷却し、また、性能を改善すると共に、接触器ハウジングの破裂を防止し得る。

通常のスイッチング運転中に、接触器装置１００を通る電気の流れの回路を遮断することと、装置がその「発動された」状態にあるときに接触器装置１００を通る電気の流れの回路を永続的に遮断することとの間の差は、図２～３によりよく示される。図２～３は、図１のものであるが異なる配置にある接触器装置１００を示す。接触器装置１００は、本体１０２、固定接点１０４、１０６、可動接点１０８、シャフト１１０、プランジャー構造１１１、ソレノイド１１２、ハードストップ１１３、シャフト１１０の翼付き部分１１４、火工品装薬２０２、火工品ピン２０３、ピストン構造２０４、本体１０２の別の区画２０６、アークブローアウト磁石２０８、シャフト１１０の鋭利部分２１０、および本体１０２のベント部分２１２を備える。

接触器装置１００は、図２においてその「開放」状態で示され、図２は、接続された可動接点１０８が切断空間ギャップ３０２によって固定接点１０４、１０６から分離されるように移動したシャフト１１０を示す。接触器装置１００は、図２に示すように、火工品特徴部が起動されていない状態で依然として「セットされた」位置にある。切断空間ギャップ３０２は、互いから電気絶縁される固定接点１０４、１０６から十分な距離だけ可動接点１０８を離間させて、装置を通る電気の流れを遮断する。対照的に、図３は、発動状態にある接触器装置１００を示し、発動状態においては、火工品装薬２０２が起動され、ピストン構造２０４が、固定接点１０４、１０６からさらに離れる方向にシャフト１１０および可動接点１０８を押す。これは、固定接点１０４、１０６と可動接点１０８との間により大きな回路遮断空間ギャップ３５０を急速に形成する。

火工品装薬２０２の起動による結果として得られる力ならびにピストン構造２０４およびシャフト１１０の結果として得られる突然の移動は、ハードストップ１１３を破壊または切断するために十分であり、ハードストップ１１３は、本体１０２に接続されたその元の位置から変位されるように図３に示される。ハードストップ１１３は、本体１０２に接続されるかまたはそれと一体化される丈夫な材料を含むことができ、それにより、ハードストップ１１３は、「閉鎖」回路状態と「開放」回路状態との間の通常装置運転中にシャフト１１０のための停止部として機能する。しかしながら、火工品切断特徴部の運転中には、ハードストップ１１３は、停止構造として「役立たたない（ｆａｉｌ）」ように意図的に設計され、破壊または切断して、シャフト１１０が、別の本体区画２０６内に進むことを可能にし得る。

幾つかの実施形態において、ピストン構造２０４は、火工品装薬２０２が起動された後に本体１０２のピストン停止部分３５２と相互作用できるように構成され得る。これは、例えば、ピストン構造２０４の或る位置、例えば、ピストン構造２０４上の別の部分と相互作用または嵌合するように構成されるピストン停止部分３５２の部分と相互作用することによって行われ得る。

幾つかの実施形態において、ピストン構造２０４は、火工品装薬２０２の起動によってピストン構造２０４が変位される後まで、ピストン停止部分３５２と接触状態になる位置にないことになる。これにより、火工品装薬２０２が起動され、ピストン構造２０４がその休止位置から押し出されると、ピストン構造２０４はピストン停止部分３５２と可動接点１０８との間で保持される。図３に示すように、この構成は、可動接点１０８に対してピストン構造２０４を保持またはロックする位置にピストン構造２０４を設置する。ピストン構造２０４は、可動接点１０８を所定の場所に保持し、また、固定接点１０４、１０６および可動接点１０８が互いに接触状態に滑り戻らないように回路遮断空間ギャップ３５０を維持するのを助け、接触器装置１００を非稼動とする。

幾つかの実施形態において、本体１０２のピストン停止部分３５２の代わりにまたはそれに加えて、本体１０２の別の区画２０６は、例えば、サイズおよび形状を含む十分な寸法を有することができ、それにより、別の区画２０６は、火工品装薬２０２の起動によって別の区画２０６内に移動したシャフト１１０の部分と相互作用し得る。

幾つかの実施形態において、別の区画は、切断されるハードストップ１１３、または、火工品装薬２０２の起動によって別の区画２０６内に移動したシャフト１１０に接続される別の構造と相互作用するように構成され得る。シャフト１１０のこれらの部分または接続される構造は、通常の装置運転中に別の区画２０６内に以前はなかったが、過電流保護運転中の火工品サイクル中に別の区画２０６に押し込まれる。別の区画２０６は、シャフト１１０を所定の場所に保持するために、十分なサイズ、形状、またはさらなる特徴部、例えば、シャフト１１０上の対応する特徴部または接続される構造と相互作用または嵌合するように構成される特徴部を備えるため、シャフト１１０に接続される可動接点１０８は、固定接点１０４、１０６と接触状態に滑り戻ることができない。

上記特徴部に加えて、図１～３の接触器装置１００は、ＰＣＢ４００をさらに備え得る。本明細書でさらに論じるように、ＰＣＢは、本発明の特徴部を組み込む火工品トリガー構成に対する、接触器装置１００の内部コンポーネントの効率的かつ便利な接続を可能にする。ＰＣＢ４００は、本発明の特徴部を組み込む火工品トリガー構成を収容するように設計されたＰＣＢであり得る。図１～３に示す実施形態において、接触器装置１００の上部部分の近くに位置するＰＣＢ４００が示される。しかしながら、ＰＣＢ４００が接触器装置１００の任意の部分内にまたは任意の部分上に位置することができ、また、接触器装置１００の内部または接触器装置１００の外部にあることができることが理解される。

通常運転中に装置を通る電気の流れを制限するかまたは可能にするように運転し得る接触器装置の他、受動火工品トリガー構成と共に使用するための例示的な環境として役立ち得る別のタイプのスイッチング装置はヒューズ装置である。ヒューズ装置は、通常運転中に装置を通る電気の流れのみ可能にし、閾値電流レベルが装置を通過すると、犠牲回路遮断部として機能する。図４～５は、そのような例示的なヒューズ装置４３０を示し、ヒューズ装置４３０は、図１～３の接触器装置１００と同様の特徴部を備え、同様に運転するが、固定接点および可動接点を開放および閉鎖するためのソレノイドおよび他の機構などの特徴部の一部を備えない。通常運転中、ヒューズ装置４３０は、火工品特徴部が起動されて、その結果、装置が「開放」状態となり、それ以後、装置を通る電流が防止されるまでは、常に装置を通る電流を可能にする「閉鎖」状態にある。図４～５は、本体４３２（上記図１～３の本体１０２と同様）、固定接点４３４、４３６（上記図１～３の固定接点１０４、１０６と同様）を示す。しかしながら、この実施形態において、固定接点４３４、４３６は、電力端子４３８、４４０とは別個に形成され、電力端子４３８、４４０は、外部回路要素との接続のために固定接点４３４、４３６に電気接続され、電力端子および固定接点は、図１～３の実施形態において全く同一である。図４～５は、可動接点４４２（上記図１～３の可動接点１０８と同様）、シャフト構造４４４（異なる形状とされていることを除き、図１～３のシャフト構造１１０と同様）をさらに示す。

シャフト構造４４４は、可動接点４４２およびピストン構造４４６（上記図１～３のピストン構造２０４と同様）に接続される。ピストン構造４４６は、火工品装薬４４８を少なくとも部分的に囲むことができ、それにより、火工品装薬４４８が起動されると、可動接点４４２およびピストン構造４４６は、固定接点４３４、４３６から離れる方向に押され、したがって、回路を遮断する。幾つかの実施形態において、ヒューズ装置４３０は、固定接点４３４、４３６および可動接点４４２を所定の場所に保持するのを助けるように構成される支持構造４５０を備え得る。幾つかの実施形態において、火工品装薬４４８の発動は、支持構造４５０が破壊または変位されるような力でピストン構造４４６を火工品装薬から離れる方向に駆動する。幾つかの実施形態において、ヒューズ装置４３０は、アクティブ信号によって発動され得る。幾つかの実施形態において、ヒューズ装置４３０は、本明細書で論じたような受動トリガー構成によって発動され得る。図４は、その「閉鎖」状態のヒューズ装置４３０を示し、固定接点４３４、４３６および可動接点４４２は合わさり、装置４３０を通る電気の流れは許可される。対照的に、図５は、火工品装薬４４８が発動された後のその「開放」状態のヒューズ装置４３０を示し、固定接点４３４、４３６および可動接点４４２は分離し、装置４３０を通る電気の流れは防止される。

２つのタイプのスイッチング装置、すなわち接触器およびヒューズ装置が、本発明による火工品トリガー機構を利用し得る例示的な環境として記述されたため、火工品トリガー機構の実施形態が、ここでより完全に記述され得る。図６～１１に関して記述する以下の実施形態において、火工品トリガー構成は、図１～３の接触器装置への適用を参照して記述される。しかしながら、図６～１１に関して記述する火工品トリガー構成が、例えば、図４～５に関して記述したヒューズ装置を含む火工品特徴部を組み込む任意のスイッチング機構におけるトリガー装置として適用され得ることが理解される。

図６は、火工品トリガー構成５００を示し、火工品トリガー構成５００は、図１～３のＰＣＢ４００と同様のＰＣＢ５０２（配線は示さず）、図１～３の固定接点構造１０４、１０６と同様の電力端子５０４、および受動トリガースイッチ５０６を備える。図６は、電気装置５０３と一体化された火工品トリガー構成５００をさらに示し、電気装置５０３は、本体１０２と同様であり得る本体５０８を備え、本体５０８は内部に内部コンポーネントを収容し得る。図６の火工品トリガー構成５００は、ＰＣＢ５０２が目に見え、露出されるように本体の上部「キャップ（ｃａｐ）」部分がない状態で示される。しかしながら、通常装置運転時に、キャップおよびエポキシ材料を含む閉鎖された本体などの特徴部が含まれ得ることが理解される。図６は、図１～３の火工品ピン２０３と同様である火工品ピン５１０も示す。コイルピン５１２が含まれ、コイルピン５１２は、内部コイル、または、例えば図１～３のソレノイド１１２と同様のソレノイドに対する電気接続を可能にする。チューブ取付構造５１４も含まれ、チューブ取付構造５１４は、内部密閉の形成または電気装置５０３内の電気陰性気体の管理を容易にし得る。

図６の火工品トリガー構成５００の運転時、所定のレベルの電流、例えば、装置に対する永続的損傷または火災などの危険の発生をもたらし得る危険なレベルの電流を示すレベルの電流が装置５０３を通過すると、受動トリガースイッチ５０６が起動することになる。これは、次に、回路を完成して、火工品ピン５１０に信号を送信し、それにより、例えば、図１～３の火工品装薬２０２などの内部火工品要素を起動させる。これらの実施形態において、ＰＣＢ５０２は、装置５０３の内部の火工品特徴部と電気的通信状態にある火工品ピン５１０にトリガー信号を送るように構成され得る。このトリガー信号のための電気経路は、受動トリガースイッチ５０６を閉鎖することまたは起動することに依存することができ、それにより、受動トリガースイッチ５０６が開放しているかまたは発動されていない（休止状態にある）とき、火工品ピン５１０へのトリガー信号のための電気経路は塞がれる。同様に、受動トリガースイッチ５０６が閉鎖されるかまたは起動されるとき、トリガー信号は火工品ピン５１０に向けて送られ得て、内部火工品特徴部を発動し得る。

受動トリガースイッチ５０６は、所定のレベルの電流が装置５０３を通過するときを検出するように構成されるセンサに接続されることができ、センサは、発動するように受動トリガースイッチ５０６に信号を送る。幾つかの実施形態において、装置５０３を通って流れる電流が所定のレベルに達するときを検出するかまたはそのときに受動的に応答し、発動するように構成されるのは、受動トリガースイッチ５０６自身である。例えば、幾つかの実施形態において、受動トリガースイッチ５０６は、装置５０３の電力端子５０４を通して流れる電流によってまたは装置５０３の或る領域を通る電流の流れから発生する磁界に反応するように構成されるスイッチを備える。

幾つかの実施形態において、受動トリガースイッチ５０６は、十分な強度の磁界の発生に応答して起動するように構成されるリードスイッチまたは他のスイッチング機構である。異なる構成が、リードスイッチと利用され得る。例えば、リードスイッチは、接点が、休止時に開放であり、十分な磁界が存在すると閉鎖する、または、休止時に閉鎖され、十分な磁界が存在すると開放するように構成され得る。さらに、幾つかの実施形態において、リードスイッチは、リードリレーとして編成され、磁気コイルによって起動され得る。リードスイッチを組み込む本明細書のほとんどの実施形態において、リードスイッチは、接点が、休止時に開放し、危険な電流レベルに対応する十分な磁界がリードスイッチを閉鎖するまでは、電気信号が火工品ピン５１０まで流れて火工品特徴部を起動させることを防止するように構成される。

実施形態の一部において、ＰＣＢ５０２は、火工品トリガー構成５００が所望のトリップ電流に従って調整されることを可能にする複数の受動トリガースイッチ搭載特徴部５１６を備える。例えば、図７は、火工品トリガー構成５００、ＰＣＢ５０２、電気装置５０３、電力端子５０４、受動トリガースイッチ５０６、本体５０８、火工品ピン５１０、コイルピン５１２、チューブ取付構造５１４、およびトリガースイッチ搭載特徴部５１６を示す。図７に示すように、所望のトリップ電流は、受動トリガースイッチ５０６をトリガースイッチ搭載特徴部５１６の異なる一つに搭載し、それが、次に、受動トリガースイッチ５０６と電力端子５０４の１つまたは複数との間のトリップ距離５１８を調整することによって調整され得る。

受動トリガースイッチ５０６と電力端子５０４の１つまたは複数との間のトリップ距離５１８を調整することによって、受動トリガースイッチ５０６を起動させ、それにより、装置の内部火工品特徴部を発動させるのに必要とされる、装置５０３を通して流れる電流量が調整され得る。例えば、受動トリガースイッチ５０６は、リードスイッチを備えることができ、リードスイッチは、所定のレベルの電流が電力端子５０４を通して流れることによって所定の磁界が発生するときに起動するように構成される。受動トリガースイッチ５０６を発動するために必要とされる磁界強度、したがって、受動トリガースイッチ５０６を発動するために必要とされる、装置を通して流れる対応する電流レベルは、受動トリガースイッチ５０６と電力端子５０４との間のトリップ距離５１８を単に変更することによって調整され得る。示す実施形態において、これは、受動トリガースイッチ５０６を異なる受動トリガースイッチ搭載特徴部５１６に搭載することによって達成され得る。

受動トリガースイッチ５０６を電力端子５０４からより遠くに移動させることによって、より大きな磁界、したがって、より大きな電流が、受動トリガースイッチ５０６を発動するため、したがって、装置５０３の火工品特徴部を発動するために必要とされることになる。これによれば、予め設計されたＰＣＢを有する予め設計されたスイッチング装置を提供し得るため、装置は、受動トリガースイッチ５０６を受動トリガースイッチ搭載特徴部５１６の異なる一つの特徴部に設置することに基づいて異なるトリップ電流を可能にしながら、大量生産され得る。例えば、受動トリガースイッチ搭載特徴部５１６は、磁界強度の異なるレベルに対応するＰＣＢ５０２の複数のロケーションにあることができ、その複数のロケーションは、次に、所望のトリップ電流の異なるレベルに対応し得る。会社は、１つのＰＣＢ構成を製造することができ、受動トリガースイッチ５０６を異なる受動トリガースイッチ搭載特徴部５１６に設置して、異なる電流で作動することになる装置を作ることができる。例えば、接触器の場合と同様にコイルまたはソレノイドを利用する実施形態において、受動トリガースイッチ５０６は、コイルに対する電力を切るように構成され得る。これらの実施形態において、この構成は、火工品特徴部が、コイルに抗する必要がないことになるため、接点を開放するためにかかる時間を短縮し得る。

他の実施形態において、受動トリガースイッチ５０６とさらに相互作用するために、さらなる特徴部が、トリガースイッチ搭載特徴部５１６の代わりにまたはそれに加えて含まれ得る。例えば、図８は、図６及び図７の火工品トリガー構成５００と同様の火工品トリガー構成６００を有する装置６０３を示す。装置６０３は、ＰＣＢ６０２（図７のＰＣＢ５０２と同様）、電気装置６０３（図７の電気装置５０３と同様）、および電力端子６０４（図７の電力端子５０４と同様）を含む。装置６０３は、受動トリガースイッチ６０６（図７の受動トリガースイッチ５０６と同様）、本体６０８（図７の本体５０８と同様）、火工品ピン６１０（図７の火工品ピン５１０と同様）、コイルピン６１２（図７のコイルピン５１２と同様）、およびチューブ取付構造６１４（図７のチューブ取付構造５１４と同様）をさらに備える。同様の実施形態はトリガースイッチ搭載特徴部を含む可能性があるが、図８に示す実施形態はトリガースイッチ搭載特徴部を含まない。代わりに、火工品トリガー構成６００は、火工品トリガー構成６００の目標とするトリップ電流を決定することに寄与するコア構造６３０を含む。

コア構造６３０は、装置６０３を通って流れる電流によって発生する磁界を通し得る、方向付け得る、または制御し得る任意の知られている材料を含み得る。例えば、幾つかの実施形態において、コア構造６３０は金属を含む。幾つかの実施形態において、コア構造６３０は、鉄、鉄合金、または別の鉄材料を含む。幾つかの実施形態において、コア構造６３０は磁性を持つ。コア構造６３０は、任意の規則正しいまたは不規則な多角形状あるいはカスタム形状を含む、所望の磁界特性を生成する任意の適した形状または構成を含み得る。図８に示す実施形態において、コア構造６３０は湾曲ストリップ形状を含む。コア構造６３０は、装置６０３およびＰＣＢ６０２に対して任意の空間的位置において構成されて、発生する磁界と受動トリガースイッチ６０６との間の相互作用を促進し得る。図８に示す実施形態において、コア構造６３０は、電力端子６０４のうちの１つの電力端子を少なくとも部分的に囲み、受動トリガースイッチ６０６に隣接する。

コア構造６３０から発生する磁界は、電力端子自身の磁界より大きな可能性があり、所望のトリガー電流は、図６～７の実施形態の場合の様に電力端子６０４および受動トリガースイッチ６０６によってではなく、コア構造６３０の一部分と受動トリガースイッチ６０６との間の距離を調整することによって制御され得る。例えば、図９は、火工品トリガー構成６００、ＰＣＢ６０２、電気装置６０３、電力端子６０４、受動トリガースイッチ６０６、本体６０８、火工品ピン６１０、コイルピン６１２、チューブ取付構造６１４、およびコア構造６３０を示す。図９は、受動トリガースイッチ６０６とコア構造６３０との間のトリップ距離６３６をさらに示す。図７～８の実施形態の場合と同様に、受動トリガースイッチ６０６は、所定のレベルの電流が電力端子６０４および／またはコア構造６３０を通して流れることによって所定の磁界が発生するときに起動するように構成される、リードスイッチまたは他の受動機構を備え得る。

受動トリガースイッチ６０６を発動するために必要とされる磁界強度、したがって、受動トリガースイッチ６０６を発動するために必要とされる装置を通して流れる対応する電流レベルは、受動トリガースイッチ６０６とコア構造６３０の一部分との間のトリップ距離６３６を単に変更することによって調整され得る。受動トリガースイッチ６０６をコア構造６３０からより遠くに移動させることによって、より大きな磁界、したがって、より大きな電流が、受動トリガースイッチ６０６を発動する、したがって、装置６０３の火工品特徴部を発動するために必要とされることになる。

幾つかの実施形態において、トリガースイッチ搭載特徴部６０６またはコア構造６３０の代わりにまたはそれに加えて、外部トリガー機構が利用され得る。幾つかの実施形態において、この外部トリガー機構は、ＰＣＢについての必要性に取って替わり得るが、他の実施形態において、外部トリガー機構は、ＰＣＢに加えて利用され得る。外部トリガー機構がＰＣＢについての必要性に取って替わる例示的な実施形態は図１０に示される。図１０は、火工品トリガー構成７００（図８の火工品トリガー構成６００と同様）を示す。構成７００は、電気装置７０３（図８の電気装置６０３と同様）、電力端子７０４（図８の電力端子６０４と同様）、受動トリガースイッチ７０６（図８の受動トリガースイッチ６０６と同様）、本体７０８（図８の本体６０８と同様）、火工品ピン７１０（図８の火工品ピン６１０と同様）、内部ソレノイドまたはコイルに対するワイヤアクセスを提供し得るアクセスポイント７１２、およびチューブ取付構造７１４（図８のチューブ取付構造６１４と同様）を備える。図１０は、電力端子７０４がそこを通して突出する上部またはキャップ部分７１６を備える本体７０８を示す。

図１０に示す本体７０８のキャップ部分７１６に対する同様の上部またはキャップ部分が、本発明の特徴を組み込む全ての他の実施形態に適用され得ることが理解される。例えば、図６及び図８の装置の実施形態が、下にあるＰＣＢ構成をよりよく示すためにキャップ部分なしで示されることが理解される。しかしながら、最終組み立て中に、図６及び図８の実施形態は、全ての内部コンポーネントを本体内に完全に囲い込み、本体のキャップ部分を備えるものとすることができる。

図１０の実施形態は、受動トリガースイッチ７０６、導電性バスバー７３２、およびスペーサ部分７３４を備える外部トリガー機構７３０をさらに示す。図１０に示すように、導電性バスバー７３２は、複数の接続部分を備えることができ、導電性バスバー７３２は、示す実施形態において、電力端子７０４のうちの１つの電力端子において装置７０８に接続するように構成される第１の接続ポイント７３６、および、外部電源に接続するように構成される第２の接続ポイント７３８を備える。

導電性バスバー７３２は、任意の導電性材料、例えば、金属材料を含み得る。幾つかの実施形態において、導電性バスバー７３２は銅を含む。スペーサ部分７３４は、非磁性材料を含み得る。導電性バスバー７３２は、電流が火工品ピン７１０まで流れることを可能にし、したがって、装置７０３の内部火工品特徴部を発動するように構成され得る。受動トリガースイッチ７０６は、図６および図８の実施形態の受動トリガースイッチと同様に、開放状態にあっては、電流が導電性バスバー７３２を通過して火工品特徴部の発動を可能とすることがないように構成される。

装置７０３からの電流が閾値レベルに達すると、受動トリガースイッチ７０６を発動するのに十分な磁界が発生する。これは、導電性バスバー７３２の第２の接続部７３８に接続される外部電源からの電流が、導電性バスバー７３２を通って火工品ピン７１０まで流れ、装置の火工品特徴部を発動することを可能にする。

受動トリガースイッチ７０６を起動するために必要とされる閾値磁界、したがって、火工品回路遮断特徴部を起動させることを保証するほどに十分に危険であるとして規定される必要な電流レベルは、導電性バスバー７３２からの受動トリガースイッチ７０６の距離を調整することによって調整され得る。これは、例えば、非磁性スペーサ部分７３４の厚さを調整することによって達成され得る。例えば、図１１は、図１０の外部トリガー機構７３０の拡大断面図を示し、外部トリガー機構７３０は、受動トリガースイッチ７０６、導電性バスバー７３２、スペーサ部分７３４、第１の接続ポイント７３６、および第２の接続ポイント７３８を含む。図１１は、非磁性スペーサ部分７３４の厚さに対応したトリップ距離７５０も示す。

上記で論じた実施形態の場合と同様に、受動トリガースイッチ７０６はリードスイッチまたは他の受動機構を備え得る。スイッチは、所定のレベルの電流が電力端子７０４、この場合、外部トリガー機構７３０と電気的通信状態にある電力端子７０４を通して流れることによって所定の磁界が発生するときに起動するように構成され得る。受動トリガースイッチ７０６を始動するために必要とされる磁界強度、したがって、受動トリガースイッチ７０６を始動するために必要とされる装置７０３を通して流れる対応する電流レベルは、受動トリガースイッチ７０６と導電性バス構造７３２との間のトリップ距離７５０を単に変更することによって調整され得る。非磁性スペーサ部分７３４の厚さを増加させること、したがって、受動トリガースイッチ７０６を導電性バス構造７３２からより遠くに移動させることによって、より大きな磁界、したがって、より大きな電流が、受動トリガースイッチ７０６を発動し、装置７０３の火工品特徴部を発動するために必要とされることになる。同様に、受動トリガースイッチ７０６を導電性バス構造７３２のより近くに移動させることによって、より小さい磁界、したがって、より小さい電流が、受動トリガースイッチ７０６を発動し、装置７０３の火工品特徴部を発動するために必要とされることになる。

異なる火工品受動スイッチング回路が本発明に従って多くの異なる方法で配置され得ることが理解される。図１２は、本発明による火工品受動スイッチング回路８００の一実施形態の簡略化された図を示す。回路８００は、電源８０４によってエネルギー供給され電力供給される運転負荷８０６に結合された標準的な運転電源８０４を備える運転電力回路８０２を一般に備える。接触器またはヒューズ８０８は、回路８００内に配置されて、危険な電流が回路８０２内に流れると、電源８０４と負荷との間の電気接続を遮断する。通常運転状態中に負荷から電源８０４を切断するために接触器として働く特徴部を有するヒューズ８０８が同様に含まれ得ることが理解される。ヒューズ８０８が、接触器を備えることができ、受動スイッチング回路８００が、上記で記述したように、回路経路を遮断するために接触器の状態を変更するように働くことが同様に理解される。

過電流状態から保護するために運転電力回路８０２と共に働くために配置される火工品起動回路８１０が含まれ得る。回路８１０は、起動されると、ヒューズ８０８の状態を変更するために配置される、上述した火工品アクチュエーター／起動器を備える。回路は、過電流作動式火工品ヒューズトリガー８１４も含み、過電流作動式火工品ヒューズトリガー８１４は、回路８０２に隣接して、過電流作動式火工品ヒューズトリガー８１４が回路８０２内の過電流状態を検知できる位置に配置される。示す実施形態において、トリガー８１４は、リードスイッチを備え得るが、多くの異なる代替の装置が使用され得ることが理解される。トリガー８１４は、上述したように電力端子に隣接して、または、運転電流を運ぶ回路内の他の導体に隣接してなど、回路８０２に対して多くの異なるロケーションに設置され得る。回路８１０は、ヒューズトリガーが高電流レベルに応答して閉鎖すると、火工品アクチュエーター８１２に結合され得る二次電源８１６も備え得る。

運転中に、ヒューズ８０８は閉鎖し、運転電源８０４が負荷８０６に電力供給することを可能にする。通常電流レベルが回路８０２を通って流れると、トリガー８１４は、開放したままであり、二次電源８１６は、火工品アクチュエーター８１２から切断される。或るレベル（危険なほどに高いレベル）を超える電流が回路８０２を通って流れると、トリガー８１４は、高磁界に応答して閉鎖する。このことは、二次電源を火工品アクチュエーター８１２に接続し、火工品アクチュエーター８１２を作動させ、ヒューズ８０８を破断させる。このことは、次に、負荷８０６から運転電源８０４を切断して、回路８０２内の高電流のための導電性経路を遮断する。

本発明による他の回路が多くの異なる装置および要素と共に多くの異なる方法で配置され得ることが理解される。多くの異なる二次電源が使用でき、幾つかの実施形態は、火工品アクチュエーター８１２を始動させるために十分な電荷を貯蔵する一体化電池またはキャパシターを使用する。他の実施形態において、二次電源は、火工品アクチュエーター８１２を始動させるために依然として十分であるオンボード低電圧電力を備え得る。

図１３は、図１２に示すスイッチング回路８００と同じ特徴部の多くを含む本発明による火工品受動スイッチング回路９００の別の実施形態を示す。回路９００は、運転負荷９０６に結合した標準的な運転電源９０４を備える運転電力回路９０２を備える。接触器またはヒューズ９０８は、回路９００内に配置されて、危険な電流が回路９０２内を流れると、電源９０４と負荷９０６との間の電気接続を遮断する。

回路９００は、上述したものと同様の火工品アクチュエーター／起動器９１２および過電流作動式火工品ヒューズトリガー９１４を含む。しかしながら、回路９００において、これらの要素は、火工品アクチュエーター９１２を始動させるために二次電源と共に働く別個の火工品起動回路内に配置されない。代わりに、これらの要素は運転電力回路９０２と一体化され、トリガー９１４は回路９０２内の高電流を検知するように配置され、かつ、高電流を運ぶ導体において回路９０２に結合される。示す実施形態において、トリガー９１４は、ヒューズ９０８と並列の回路導体に結合されるが、トリガー９１４が他の方法で配置され得ることが理解される。

通常運転中に、トリガー９１４は、開放し、電源９０４からの電力は、ヒューズ９０８を通して負荷９０６に導通される。トリガー９１４が高電流を検知すると、トリガー９１４は閉鎖し、高電流はトリガー９１４を通って火工品アクチュエーター９１２まで流れ、アクチュエーターを始動させ、ヒューズ９０８を破断させる。このことは、電源９０４と負荷９０６との間の通常導電経路を遮断する。

トリガー９１４は、電源９０４からの高電流がトリガー９１４を急速に破断させまたはその他の方法で破壊し、それにより、トリガー９１４を通る電流経路を遮断するようにも配置される。トリガー９１４は、アクチュエーターを起動するのに十分に長く電流を運ぶが、その直後に破壊される。このことは、電源９０４が負荷９０６から電気絶縁されること、および、いずれの高電流経路も遮断されることをもたらす。トリガー９１４およびアクチュエーター９１２が、エポキシのような収納材料などの、破断または始動中にそれらを収容する要素を有し得ることが理解される。

本発明による回路の要素が多くの異なる電気導体を使用して共に結合され得ることが同様に理解される。これは、プリント基板上の導電性経路またはワイヤを含み得る。上述した回路が接触器またはヒューズ上にかつそれと一体に配置されて、使用し易くコンパクトな装置を提供し得ることが同様に理解される。回路９００は、火工品アクチュエーター９１２を起動するために別個の二次電源を必要としないことなどの或る利点を提供し得る。これは、簡略化され、しかもより低廉な装置をもたらし得る。

本発明は、本発明の或る好ましい構成を参照して詳細に記述されたが、他のバージョンが可能である。本発明の実施形態は種々の図に示す同等の特徴部の任意の組み合わせを含むことができ、これらの実施形態は、明示的に示され論じられた実施形態に限定されるべきでない。したがって、本発明の趣旨および範囲は、上述したバージョンに限定されるべきでない。

上記は、本発明の趣旨および範囲内に入る全ての修正および代替構造をカバーすることを意図するものである。開示のいずれの部分も、いずれの請求項でも記述されない場合、パブリックドメインに献呈されていることを明示的にまたは暗黙的に意図するものではない。

Claims (19)

1. 電気的スイッチング装置であって、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内の内部コンポーネントであって、前記スイッチング装置の状態を、前記スイッチング装置を通る電流を可能にする閉鎖状態から、前記スイッチング装置を通る電流を遮断する開放状態に変更するように構成される、前記内部コンポーネントと、
   火工品特徴部であって、前記火工品特徴部が起動されると、前記内部コンポーネントと相互作用して、前記スイッチング装置を前記閉鎖状態から前記開放状態に移行させるように構成される、前記火工品特徴部と、
   発動されると、前記火工品特徴部を起動するように構成される受動トリガースイッチ構造であって、閾値電流レベルが前記スイッチング装置を通して流れるときに磁界が閾値強度に達することに応答して発動するように構成される、前記受動トリガースイッチ構造と、
   外部回路要素に接続するために前記内部コンポーネントに電気接続される電力端子とを備える、電気的スイッチング装置。
2. 前記受動トリガースイッチはリードスイッチを備える、請求項１に記載の電気的スイッチング装置。
3. 前記受動トリガースイッチはＰＣＢに接続される、請求項１に記載の電気的スイッチング装置。
4. 前記磁界の前記閾値強度は、前記電力端子のうちの少なくとも１つの電力端子からの前記受動トリガースイッチの距離によって少なくとも部分的に決定される、請求項３に記載の電気的スイッチング装置。
5. 前記ＰＣＢは複数の受動トリガースイッチ搭載特徴部を備える、請求項４に記載の電気的スイッチング装置。
6. 前記複数の受動トリガースイッチ搭載特徴部は、前記電力端子のうちの少なくとも１つの電力端子から異なる距離の複数の位置において構成され、それにより、前記複数の位置は、異なる磁界閾値強度に基づく異なる所望の発動閾値に対応する、請求項５に記載の電気的スイッチング装置。
7. 少なくとも１つのコア構造をさらに備える、請求項３に記載の電気的スイッチング装置。
8. 前記コア構造は、前記電力端子のうちの少なくとも１つの電力端子を少なくとも部分的に囲む、請求項７に記載の電気的スイッチング装置。
9. 前記磁界の前記閾値強度は、前記少なくとも１つのコア構造の一部分からの前記受動トリガースイッチの距離によって決定される、請求項８に記載の電気的スイッチング装置。
10. 電気的スイッチング装置であって、
    ハウジングと、
    前記ハウジング内の内部コンポーネントであって、前記スイッチング装置の状態を、前記スイッチング装置を通る電流を可能にする閉鎖状態から、前記スイッチング装置を通る電流を遮断する開放状態に変更するように構成される、前記内部コンポーネントと、
    火工品特徴部であって、前記火工品特徴部が起動されると、前記内部コンポーネントと相互作用して、前記スイッチング装置を前記閉鎖状態から前記開放状態に移行させるように構成される、前記火工品特徴部と、
    発動されると、前記火工品特徴部を起動するように構成される受動トリガースイッチ構造であって、高電流信号が前記スイッチング装置を通して流れることに応答して発動するように構成される、前記受動トリガースイッチ構造であって、前記受動トリガースイッチは、前記高電流信号を用いて前記火工品特徴部を起動するように配置される、受動トリガースイッチ構造と、
    前記受動トリガースイッチが接続されるＰＣＢと、
    外部回路要素に接続するために前記内部コンポーネントに電気接続される電力端子とを備え、
    前記受動トリガースイッチ構造は、複数の受動トリガースイッチ搭載特徴部を備える、電気的スイッチング装置。
11. 前記受動トリガースイッチはリードスイッチを備える、請求項１０に記載の電気的スイッチング装置。
12. 前記複数の受動トリガースイッチ搭載特徴部は、異なる所望の発動閾値に対応する複数の位置において構成される、請求項１０に記載の電気的スイッチング装置。
13. 電力端子をさらに備え、前記受動トリガースイッチは、前記電力端子内の高電流に応答して発動されるように配置される、請求項１０に記載の電気的スイッチング装置。
14. 電気システムであって、
    電流経路によって運転負荷に結合された運転電源を備える運転電力回路であって、前記電源と前記負荷との間に接触器を有する、前記運転電力回路と、
    前記運転電力回路内の高電流を検知するために配置されたトリガースイッチを備える火工品トリガー回路と、
    火工品アクチュエーターとを備え、前記トリガースイッチは前記運転電力回路内の前記高電流に応じて閉じ、前記火工品アクチュエーターを起動するのに十分な時間、前記高電流を通し、前記運転電力回路内の前記電流経路を遮断するように前記接触器を操作し、前記トリガースイッチは前記火工品アクチュエーターの起動の後、前記高電流によって破壊される、前記電気システム。
15. 前記接触器は、ハウジング内に内部コンポーネントを備え、前記内部コンポーネントは、前記スイッチング装置の状態を、前記接触器を通る電流を可能にする閉鎖状態から、前記接触器を通る電流を遮断する開放状態に変更するように構成される、請求項１４に記載の電気システム。
16. 前記火工品アクチュエーターは、前記火工品アクチュエーターが起動されると、前記内部コンポーネントと相互作用して、前記接触器を前記閉鎖状態から前記開放状態に移行させる、請求項１５に記載の電気システム。
17. 前記トリガー回路は、前記高電流を用いて前記火工品アクチュエーターを起動する、請求項１５に記載の電気システム。
18. 前記トリガー回路は、二次電源を用いて前記火工品アクチュエーターを起動する、請求項１５に記載の電気システム。
19. 前記二次電源は、電池、キャパシター回路、または低電圧電力を備える、請求項１８に記載の電気システム。

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