JP7433080B2

JP7433080B2 - 引き出し可能タイプの改善された固体スイッチングデバイス

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Publication number: JP7433080B2
Application number: JP2020028488A
Authority: JP
Inventors: アレッシオベルガミーニ; マッテオミヌティ
Original assignee: ABB SpA
Current assignee: ABB SpA
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2024-02-19
Anticipated expiration: 2040-02-21
Also published as: US20200313404A1; EP3716324B1; US11152771B2; CN111740728B; JP2020162408A; EP3716324A1; CN111740728A

Description

本発明は、回路遮断器、断路器、接触器などの低電圧スイッチングデバイスの技術分野に関する。

本発明においては、「低電圧」（LV）という用語は、１ kV ACおよび１．５ kV DCより低い電圧を意味する。

周知のように、低電圧スイッチングデバイスは電気回路またはネットワークで使用され、これらの特定の部品に正しい動作をさせる。

たとえば、低電圧スイッチングデバイスは、様々な設備に必要な公称電流の可能性を確保し、電気負荷の適切な挿入と切断を可能にし、送電網と設置された電気負荷（特に回路ブレーカー）を、過負荷や短絡のような障害事故から保護する。

前述のスイッチングデバイスに対する種々の工業的な解決策が市場で入手可能である。

従来の電気機械式スイッチングデバイスは、一般に、外部ケースを備え、その外部ケースは、それぞれが電流を遮断および導通するための分離可能な一対の接点を備えた１つ以上の電極(electric pole) を収容する。

駆動機構により、可動接点が第１閉鎖位置と第２開放位置の間を移動し、第１閉鎖位置では対応する固定接点に結合し、第２開放位置では対応する固定接点から離れる。

このような装置は、直流（「DC」）の用途および主に比較的高電圧（最大１５００V）において非常に堅牢で信頼性が高いことが証明されたが、遮断時間が非常に長くなる。

結果として、通常、分離中の機械的接点間で生じる電気アークは、比較的長時間続くことになる。

したがって、電極の接点の過酷な摩耗が、電気的耐久性の著しい低下、すなわちスイッチングデバイスが実行できるスイッチング動作回数の著しい減少を招く可能性がある。

このような問題に対処するために、いわゆる固体サーキットブレーカー（SSCB）が製作されてきている。

これらのスイッチングデバイスには、電極ごとに、電流遮断の目的で１つ以上の固体スイッチが設けられている。

通常、固体スイッチは、導通状態と遮断状態とを転換できる半導体ベースのスイッチングデバイスである。

SSCBの主な利点は、アークなしの遮断動作により、潜在的に無限の電気的耐久性があることである。

さらに、それらの遮断時間は、電気機械的スイッチングデバイスの遮断時間と比較して著しく短い。

残念なことには、SSCBは、固体スイッチが導通状態にあるときに、固体スイッチを流れる電流によって生成される熱を除去するために強力な冷却を一般に必要とする。

この問題に対処するために、最新技術のいくつかのSSCBには、固体スイッチによって生成された熱を除去する空気流を生成するように構成された通気装置が設けられてきた。

この解決策の主な欠点は、SSCBのサイズと重量が増加することと、過剰な熱を除去する効率が比較的低いことである。

固体スイッチによって生成された熱を除去するための液圧回路を備えたSSCBが知られている。

このタイプの現在利用可能なSSCBは複雑な構造を持ち、スイッチングユニットに搭載された液圧回路に冷却流体が供給されるように液圧接続を手動で配置する必要があるため、現場への設置が困難である。したがって、これらの装置は通常、比較的高い産業コストを示す。

さらに、上記の液圧接続を配置するための現在利用可能な解決策は、いわゆる「引き出しタイプ」の、つまり、電気配電盤に固定された支持フレームに対して挿入位置と引き出し位置の間で可逆的に移動可能なスイッチングユニットを備えるSSCBでの実装には一般的に適していない。

市場では、上記欠点を解決または軽減できる革新的な技術的解決策の要求が依然として感じられる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、以下の請求項１および関連する従属請求項に基づいて、引き出し可能なタイプの固体スイッチングデバイスを提供する。

全般的な定義においては、本発明によるスイッチングデバイスは、スイッチングユニットと、支持フレームとを備える。
スイッチングユニットは、１つ以上の電極 (electric pole) を有し、かつ、線電流が循環できる第１電力接点および第２電力接点を電極ごとに備えると共に、前記第１および第２電力接点に電気的に接続されて前記線電流の流れを許可または阻止するために導通状態または非導通状態に切り替え可能である１つ以上の固体スイッチを備える。
支持フレームは支持構造体に固定されるように構成され、前記線電流が循環できる第3電力接点および第４電力接点を電極ごとに備える。

作動時には、スイッチングユニットは、挿入位置と引き出し位置との間で、前記支持フレームに対して可逆的に移動可能である。

前記スイッチングユニットが前記挿入位置にあるとき、前記第１電力接点と前記第２電力接点は、それぞれ、前記第３電力接点と前記第４電力接点とに結合される。

前記スイッチングユニットが前記引き出し位置にあるとき、前記第１電力接点と前記第２電力接点は、それぞれ前記第３電力接点と前記第４電力接点から分離される。

本発明によれば、前記スイッチングユニットは、電極ごとに、少なくとも前記第１液圧コネクタと第２液圧コネクタとを備え、前記固体スイッチにより発生した熱を除去するように作られた冷却流体が、それらに沿って循環できる。

本発明によれば、前記支持フレームは、前記冷却流体が循環できる少なくとも第３液圧コネクタおよび第４液圧コネクタを備える。

好ましくは、前記第３液圧コネクタおよび前記第４液圧コネクタは、作動時に、前記冷却流体の流体源と流体力学的に連通する。

前記スイッチングユニットが前記挿入位置にあるとき、前記第１液圧コネクタおよび前記第２液圧コネクタは、それぞれ前記第３液圧コネクタおよび前記第４液圧コネクタと結合される。

前記スイッチングユニットが前記引き出し位置にあるとき、前記第１液圧コネクタおよび前記第２液圧コネクタは、それぞれ前記第３液圧コネクタおよび前記第４液圧コネクタから分離される。

本発明の一形態によれば、前記第１液圧コネクタ、第２液圧コネクタ、第３液圧コネクタ、および第４液圧コネクタは、それぞれ、
前記冷却流用の、第１通路、第２通路、第３通路、および第４通路と、
前記第１通路、第２通路、第３通路および第４通路にそれぞれ作動的に結合された第１バルブ手段、第２バルブ手段、第３バルブ手段および第４バルブ手段を備える。

都合が良いことには、前記第１バルブ手段、第２バルブ手段、第３バルブ手段および第４バルブ手段は、前記冷却流体が前記第１通路、第２通路、第３通路および第４通路に沿って流れることを可能にするか、または前記第１通路、第２通路、第３通路および第４通路を遮断するように構成される。

本発明の一形態によれば、前記第１および第２電力接点は、前記スイッチングユニットの第１後壁の外側に配置され、前記第３および第４電力接点は、前記支持フレームの第２後壁の内側に配置される。

本発明の一形態によれば、前記第１および第２液圧コネクタは、前記スイッチングユニットの第１後壁の外側に配置され、前記第３および第４液圧コネクタは、前記支持フレームの第２後壁の内側に配置される。

都合が良いことには、前記スイッチングユニットが前記挿入位置にあるとき、前記第１および第２後壁は互いに作動的に連結される。

本発明の一形態によれば、前記支持フレームは、電極ごとに、前記線電流が循環できる第５電力接点および第６電力接点を備え、前記第５および第６電力接点は、それぞれ前記第３および第４電力接点と電気的に接続されると共に、作動時には、それぞれ第１電線部分および第２電線部分に電気的に接続される。

好ましくは、前記第５および第６電力接点は、前記支持フレームの第２後壁の外側に配置される。

本発明の一形態によれば、前記スイッチングユニットは、前記第１および第２液圧コネクタと流体力学的に連通する中間液圧回路部を備える。

好ましくは、前記中間液圧回路部は、互いに流体連通する１つ以上の熱交換部を備える。好都合なことに、各熱交換部は、対応する固体スイッチから熱を吸収するための１つ以上の熱交換表面を備える。

本発明のさらなる特徴および利点は、添付図面に単に例として限定することなく示されている好ましいが排他的ではない実施形態の説明から更に明らかになるであろう。
本発明によるスイッチングデバイスの種々の図の１つを概略的に示している。本発明によるスイッチングデバイスの種々の図の１つを概略的に示している。本発明によるスイッチングデバイスの種々の図の１つを概略的に示している。本発明によるスイッチングデバイスの種々の図の１つを概略的に示している。本発明によるスイッチングデバイスの種々の図の１つを概略的に示している。本発明によるスイッチングデバイスの種々の図の１つを概略的に示している。本発明によるスイッチングデバイスの種々の図の１つを概略的に示している。本発明によるスイッチングデバイスの、種々の動作位置の１つにおける、異なる部分図を概略的に示している。本発明によるスイッチングデバイスの、種々の動作位置の１つにおける、異なる部分図を概略的に示している。本発明によるスイッチングデバイスの、種々の動作位置の１つにおける、異なる部分図を概略的に示している。本発明によるスイッチングデバイスの、種々の動作位置の１つにおける、異なる部分図を概略的に示している。本発明によるスイッチングデバイスの、種々の動作位置の１つにおける、異なる部分図を概略的に示している。本発明によるスイッチングデバイスの、種々の動作位置の１つにおける、異なる部分図を概略的に示している。

引用された図を参照すると、第１実施形態において、本発明は、ＬＶ回路遮断器、断路器、接触器などのＬＶ回路用のスイッチングデバイス１に関する。

スイッチングデバイス１は、１つ以上の電極 (electric pole)２Ａを有するスイッチングユニット２を備える。スイッチングユニット２の電極の数は、必要に応じて変えてもよい。

引用図に示される実施形態では、図６に示すように、スイッチングユニット2は単一の電極２Ａを備える。しかし、本発明の他の実施形態（図示せず）によれば、スイッチングユニット２は２つ以上の電極を備えてもよい。

好ましくは、スイッチングユニット２は、箱状の構造で形成され、複数の第１壁を有し、これらは、電極２Ａおよび他の構成要素が収容される容積を形成する内側と、内側と反対側の外側とを有する。

好ましくは、スイッチングユニット２は、互いに対向する第１前壁２４および第１後壁２５と、互いに対向し、かつ、壁２４および２５にほぼ垂直な第１側壁２６、２７と、互いに対向し、かつ、壁２４、２５、２６、２７にほぼ垂直な第１上下壁２６Ａ、２７Ａとを備える。

スイッチングデバイス１の通常の動作位置では（引用図に示されているように）、壁２４、２５、２６、２７は地面に対して垂直に向けられ、上部および下部壁２６Ａ、２７Ａは水平に向けられている。

電極２Ａごとに、スイッチングユニット２は、それに沿って線電流が循環できる第１電力接点２１および第２電力接点２２を備える。

好ましくは、電力接点２１、２２は、スイッチングユニット２の第１後壁２５に、より具体的には前記第１後壁の後壁ユニット２５Ｂに配置される。

電力接点２１、２２は、既知のタイプのものであってもよい。

引用図に示された実施形態では、各電気接点２１、２２は複数のプライヤーグループ２１０－２２０によって形成され、その各々は互いに向き合う柔軟で導電性形状のアームの複数の重なり合った対を備える。好都合なことに、各電気接点２１、２２は平行な接触部分を備え、それぞれが同じ軸に沿って整列した２つ以上のプライヤーグループを形成することができる（図６）。

スイッチングユニット２は電極ごとに１つ以上の固体スイッチ２０を備え、その固体スイッチ２０は、有利には、半導体ベースのスイッチングデバイス、例えば電力MOSFET、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）、ゲートターンオフサイリスタ（GTO）、統合ゲート整流サイリスタ（IGCT）などである。

引用図に示されるように、各電極に対して、スイッチングユニット２は、必要に応じて既知の方法で直列または並列に電気的に接続される複数の固体スイッチ２０を備えることが好ましい。

好ましくは、固体スイッチ２０は、スタック軸に沿って配置され、適切な支持装置２９と、スイッチングユニット２の壁にしっかりと固定された他の支持部品（図示せず）とによって作動位置に固定される。

しかしながら、本発明の他の実施形態（図示せず）では、スイッチングユニット２は、電極ごとに単一の固体スイッチングデバイスを備えてもよい。この場合には、前記単一の固体スイッチをその作動位置に固定するための異なる配置が都合よく採用される。

本発明によれば、スイッチングユニット２は、電極ごとに、冷却流体が循環して固体スイッチ２０により発生した熱を除去することができる液圧回路１０を少なくとも備える（図７）。

一般的に、冷却流体には、既知のタイプの任意の適切な伝熱液体（例えば水）または既知のタイプの任意の適切な伝熱ガス（例えばＲ４１０Ａまたは空調システムで使用されるタイプの他の冷媒ガス）を用いることができる。

引用図に示される実施形態では、スイッチングユニット２は、各電極（この場合、単一の電極２Ａに対して単一の液圧回路１０を備える。

しかしながら、本発明の他の実施形態（図示せず）によれば、スイッチングユニット２は、電極ごとに２つ以上の液圧回路１０を備えることができる。

スイッチングユニット２は、対応する液圧回路１０の一部である少なくとも第１液圧コネクタ１１および第２液圧コネクタ１２を備える（図７）。

好ましくは、第１液圧コネクタ１１は、冷却流体用の第１通路１１０と、前記第１通路１１０に作動的に結合して冷却流体が第１通路１１０に沿って流れることを可能に又は防止する第１バルブ手段１１１とを備える（図１０）。

好ましくは、第２液圧コネクタ１２は、冷却流体用の第２通路１２０と、前記第２通路１２０に作動的に連結して冷却流体が第２通路１２０に沿って流れることを可能に又は防止する第２バルブ手段１２１とを備える。

液圧コネクタ１１、１２は既知のタイプのものであってもよい。例として、それらは、それぞれの通路１１０、１２０を形成するために、引用図に示されるように、適切な形状のスリーブ（例えば、雄型の外部形状を有する）を備えてもよい。

バルブ手段１１１、１２１も、既知のタイプのものであってもよい。例として、それらは、引用図に示されるような固定形状のピン、または前記液圧コネクタ１１、１２の固定スリーブ部分、または適切な弾性手段、例えばばねまたは柔軟な舌片に作動的に結合した可動ピン又はボールを備えてもよい。

好ましくは、液圧コネクタ１１、１２は、スイッチングユニット２の第１後壁２５に、より具体的には第１後壁２５の後壁ユニット２５Ｂに配置される。

好ましくは、液圧回路１０は、対応する液圧回路１０の一部である中間液圧回路部１３を備える。

中間液圧回路部１３は、前記第１および第２液圧コネクタ１１、１２と流体力学的に連通している。

明確にするために、本発明の範囲内で、スイッチングデバイスのいくつかの部分に引用される「流体力学的に連通する」という表現は、動作状態に関連して用いられる必要があることを明記する。上記の冷却流体は、上記部品間を適切なダクトまたはポートを通過して流れることができる。

好ましくは、中間液圧回路部１３は、適切なダクト１５を介して互いに流体連通する１つ以上の熱交換部１４を備える。

好ましくは、各熱交換部１４は、対応する固体スイッチ２０が導通状態にあるときに、対応する固体スイッチ２０によって生成される熱を吸収するための１つ以上の熱交換面（図示せず）を備える。

各熱交換部１４は、対応する固体スイッチ２０と熱接触する、いわゆる「コールドプレート」要素を形成するように都合よく配置されることができる。

しかしながら、本発明の他の実施形態によれば、熱交換部１４は、異なるように構成されてもよい。

好ましくは、中間液圧回路部１３（例えば、熱交換部１４およびダクト１５）は、少なくとも部分的に電気絶縁材料、例えば、プラスチック材料から作られる。

本発明のいくつかの実施形態によれば、中間液圧回路部１３の少なくともいくつかの部分は、金属材料、例えばアルミニウムから作られる。

本発明によれば、スイッチングデバイス１は、支持構造体、例えば電気配電盤の支持構造体に固定されるように構成された支持フレーム５を備える。

好ましくは、支持フレーム５は、オープンボックス状の形状構造で形成され、それは、スイッチングユニット２を少なくとも部分的に収容できる体積を画定する内側側面を有する複数の第２壁と、上記の内側側面に対向する外側とを有する。

好ましくは、支持フレーム５は、前部開口部５００と、前部開口部５００に対向し遠位位置にある第２後壁５０５と、互いに対向し後壁５０５にほぼ垂直な第２側壁５０１、５０２と、互いに対向し壁５０１、５０２、５０５にほぼ垂直な第２上壁５０３および第２下壁５０４とを備える。

引用図に示されるように、スイッチング装置１の通常の動作位置では、壁５０１、５０２、５０５は地面に対して垂直に向けられ、一方、上部および下部壁５０３、５０４は水平に向けられる。

好ましくは、第２後壁５０５は、スイッチングユニット２の前部開口部５００および第１後壁２５の後壁ユニット２５Ｂに概ね面する内側５０５Ａと、支持フレーム５が上述の支持構造に固定されるように構成されている反対側の外側５０５Ｂとを有する。

支持フレーム５は、スイッチングユニット２の電極ごとに、電力線電流がそれに沿って循環できる第３電力接点５１および第４電力接点５２を備える。

好ましくは、電力接点５１、５２は、スイッチングユニット２の第２後壁５０５に、より具体的には第２後壁の内側５０５Ａに配置される。

電力接点５１、５２は、既知のタイプのものであってもよい。一例として、各電力接点５１、５２は、互いに平行な一対の刃(blade) によって形成され（図４）、電力接点２１、２２の上記の部分に対して整列し、かつ、相補的な形状を有するように配置される。このようにして、電力接点２１、２２および５１、５２は、機械的カップリングで結合することができる。

好ましくは、支持フレーム５は、スイッチングユニット２の電極ごとに、第５電力接点５７および第６電力接点５８を備え、これらに沿って線電流が循環することができる。第５および第６の電力接点５７、５８は、それぞれ第３および第４電力接点５１、５２と電気的に接続される。この目的のために、既知のタイプの電気的接続手段が適切に採用される。

電力接点５７、５８は、それぞれ、ＬＶ電線の第１電力線部分および第２電力線部分（図示せず）と電気的に接続されるようになっている。この目的のために、既知のタイプの追加の電気的接続手段を適切に採用することができる。

好ましくは、電力接点５７、５８は、スイッチングユニット２の第２後壁５０５、より具体的には第２後壁５０５の外側５０５Ｂに配置される。

電力接点５７、５８は既知のタイプのものでよい。一例として、各電力接点５７、５８は、一組の平行なブレードよって形成されてもよい。

好ましくは、支持フレーム５は、前記冷却流体がそれに沿って循環できる第３液圧コネクタ５３および第４液圧コネクタ５４を備える。

好ましくは、第３液圧コネクタ５３は、冷却流体用の第３通路５３０と、第３通路５３０に沿った冷却流体の流れを可能にする又は阻止するために第３通路５３０に作動的に結合された第３バルブ手段５３１とを備える。

好ましくは、第４液圧コネクタ５４は、冷却流体用の第４通路５４０と、第４通路５４０に沿った冷却流体の流れを可能にする又は阻止するために第４通路５４０に作動的に結合された第４バルブ手段５４１とを備える。

液圧コネクタ５３、５４は、前記冷却流体の流体源（図示せず）と流体力学的に連通するようになっている。この目的のために、それらは、支持フレーム５の第２後壁５０５を貫通するように配置され、既知のタイプの液圧接続手段９０（例えば、液圧コネクタ５３、５４にねじ留めできるネジ山端部を有するパイプによって）を介して冷却流体源と液圧的に接続される。

液圧コネクタ５３、５４は既知のタイプのものでもよい。一例として、それらは、それぞれの通路５３０、５４０を形成する適切な形状のスリーブを備えることができる。液圧コネクタ５３、５４のスリーブは、引用図に示されるように、液圧コネクタ１１、１２のスリーブに対して相補的な幾何学的形状（例えば、雄タイプの外部形状）を有することが好都合である。

また、バルブ手段５３１、５４１は既知のタイプであってもよい。一例として、それらは、適切な弾性手段、例えば、引用図に示されているようなばね又は柔軟な舌片に作動的に結合した可動ピン又はボールを備えるか、又は液圧コネクタ５３、５４の固定された形状のピンまたは固定されたスリーブ部分を備えてもよい。

本発明によれば、スイッチングユニット２は、支持フレーム５に対して、すなわち挿入位置Ａ（図８）と引き出し位置Ｂ（図９）との間で移動可能であり、逆もまた同様である。

スイッチングユニット２の挿入位置Ａと引き出し位置Ｂとの間の移動は、スイッチングユニット２の引き出し動作を形成し、一方、引き出し位置Ｂと挿入位置Ａとの間のスイッチングユニット２の反対の移動は、スイッチングユニット２の挿入動作を形成する。

スイッチングユニット２の引き出し動作は、例えば、保護機能および／または他のネットワーク管理機能を提供するため、またはスイッチングデバイス１のメンテナンス作業を実行するために、外部デバイスまたは電力バスからスイッチングユニット２を電気的に絶縁することを目的とすることができる。

スイッチングユニット２の挿入動作は、例えば、保護機能および／または他のネットワーク管理機能を提供するため、又はスイッチングデバイス１のメンテナンス作業の実行後に、スイッチングユニット２と外部デバイスまたは電力バスとの電気接続を再確立することを目的とすることができる。

挿入位置Ａと引き出し位置Ｂの間、またはその逆の間の移行中に、スイッチングユニット２は、支持フレーム５の第２後壁５０５にほぼ垂直な方向に沿って生じる並進運動を行う。好ましくは、スイッチングユニット２の側壁２６、２７は、支持フレーム５の側壁５０１、５０２とそれぞれ摺動可能に結合される。この目的のために、引用図に部分的に示されるように、ローラーやガイドエッジ５００Ａなどを含む適切な結合手段が、適切に配置されてもよい。

支持フレーム５に対するスイッチングユニット２の相対的な位置に応じて、支持フレーム５の第２後壁５０５は、その内側面５０５Ａで、第１後壁の後壁ユニット２５Ｂにおいて、スイッチングユニット２の第１後壁２５に対して作動的に結合または分離される。

スイッチングユニット２が挿入位置Ａにあるとき、スイッチングユニット２は、支持フレーム５によって形成される内部容積内に収容され、スイッチングユニット２の後壁ユニット２５Ｂは、支持フレーム5の第２後壁５０５と作動的に結合される。

スイッチングユニット２が挿入位置Ａにあるとき、スイッチングユニット２の第１および第２電力接点２１、２２と、支持フレーム５の第３および第４電力接点５１、５２は、それぞれ電気的に接続するように互に結合し、電力線電流がそれらの間を流れることができる。

スイッチングユニット２が挿入位置Ａにあるとき、第１および第２液圧コネクタ１１、１２は、液圧接続されるように、それぞれ第３および第４液圧コネクタ５３、５４と接続され、冷却流体はそれらの間を循環することができる。

スイッチングユニット２が引き出し位置Ｂにあるとき、スイッチングユニット２は支持フレーム５によって形成される内部容積から外れて位置し、スイッチングユニット２の後壁ユニット２５Ｂは支持フレーム５の第２後壁５０５から分離される。スイッチングユニット２が引き出し位置Ｂにあるとき、スイッチングユニット２の電力接点２１、２２と支持フレーム５の電力接点５１、５２は、電気的に非接続されるように分離され、電力線電流はそれらの間を流れることができない。

スイッチングユニット２が引き出し位置Ｂにあるとき、第１および第２液圧コネクタ１１、１２は、液圧的に非接続されるように第３および第４液圧コネクタ５３、５４から分離され、冷却流体はそれらの間を循環できない。

好ましくは、スイッチングデバイス１は、前述の挿入位置Ａと引き出し位置Ｂとの間でスイッチングユニット２を可逆的に移動させる作動手段３を備える（図７）。

スイッチングユニット２を動かすための機械的エネルギーを提供するために、作動手段３は、好ましくは、補助電源により適切に給電され得る少なくとも電気モータ（図示せず）を備える。

好ましくは、スイッチングユニット２は手動で操作することもできる。

好ましくは、作動手段３は、例えばアクセス可能な適切な操縦シート３１１に挿入される作動ツール（図示せず、例えばクランク）によって手動で操作できる作動機構（図示せず）を備え、操縦シート３１１はスイッチングユニット２の前壁２４において、ユーザによってアクセス可能である。

好ましくは、スイッチングデバイス１は、作動手段３から受け取った、スイッチングユニット２を動かすための機械的エネルギーを伝達するように構成された運動伝達手段を備える。

前記運動伝達手段は、スイッチングユニット２の第１後壁２５および第１側壁２６、２７にしっかりと接続されたキャリッジ３２と、キャリッジ３２つまりスイッチングユニット２の並進運動において作動手段３（特に上記モータまたは作動機構）によって与えられる運動を変換する少なくとも１つの運動チェーン（図示せず）とを備えてもよい。

本発明の可能な実施形態（図示せず）では、作動手段３は、スイッチングユニット２（すなわちキャリッジ３２）および支持フレーム５に作動的に結合した１つ以上の作動ばね（図示せず）を備えることができる。

好都合なことに、前記作動バネは、圧縮時にスイッチングユニット２の挿入動作中に蓄積された弾性エネルギーを解放することにより、スイッチングユニット２の引き出し動作中のみにスイッチングユニット２を動かすように構成される。

スイッチングデバイス１は、スイッチングデバイスの動作を制御するように構成された制御手段（図示せず）を備えることが好ましい。

好ましくは、前記制御手段は、１つ以上のデジタル処理装置（図示せず）、例えば、マイクロコントローラーを備える。

好ましくは、前記制御手段は、スペース節約のために支持フレーム５の側壁５０１、５０２の１つに配置され、作動手段３を制御する制御モジュールと、スイッチングユニット２の内部に設置されるか又はスイッチングユニット２から遠隔の位置に設置される、さらなる制御ユニットを備える。

好ましくは、上記の制御手段は、補助電源（図示せず）によって給電される。

以下では、スイッチングユニット２の挿入動作または引き出し動作時の、第１および第２液圧コネクタ１１、１２および第３および第４液圧コネクタ５３、５４の動作を、引用図（図８～１３）に示された本発明の実施形態を参照して詳細に説明する。

前記スイッチングユニット２が挿入位置Ａに達するか、挿入位置Ａにあるとき、第１および第２液圧コネクタ１１、１２は、それぞれ第３および第４液圧コネクタ５３、５４と結合する（図８、１０）。

この状況では、冷却流体の供給源から液圧回路１０の間（およびその逆）の冷却流体の自由循環は、液圧コネクタ１１、１２、５３、５４のバルブ手段１１１、１２１、５３１、５４１の相互結合と相互作用により達成される。

特に、スイッチングユニット２が挿入位置Ａに到達するか、挿入位置Ａにあるとき：
第１液圧コネクタ１１の第１バルブ手段１１１および第３液圧コネクタ５３の第３バルブ手段５３１は、第１および第３液圧コネクタ１１、５３の第１および第３通路１１０、５３０を空けるように相互結合および相互作用する。このようにして、冷却流体は、第１および第３通路１１０、５３０に沿って自由に流れることができる；
第２液圧コネクタ１２の第２バルブ手段１２１および第４液圧コネクタ５４の第４バルブ手段５４１は、第２および第４液圧コネクタ１２、５４の第２および第４通路１２０、５４０を空けるように相互連結および相互作用する。このようにして、冷却流体は、第２および第４通路１２０、５４０に沿って自由に流れることができる。

前記スイッチングユニット２が挿入位置Ａから引き出し位置Ｂに向かって移動するとき、第１および第２液圧コネクタ１１、１２は、それぞれ第３および第４液圧コネクタ５３、５４から分離される（図１１～１３）。

この状況では、液圧コネクタ１１、１２、５３、５４からの冷却流体の流出を防止する必要がある。

好ましくは、スイッチングユニット２が挿入位置Ａから離れて少なくとも所定距離Ｄを進んだときに、液圧コネクタ１１、１２、５３、５４からの冷却流体の流出はバルブ手段１１１、１２１、５３１、５４１自体によって防止される。

特に、スイッチングユニット２が、引き出し位置Ｂへの移動中に（図１２－１３）、挿入位置Ａから離れて少なくとも所定距離Ｄ（図１１）を進んだときに：
・第１バルブ手段１１１は、第３バルブ手段５３１から分離され、第１液圧コネクタ１１の第１通路１１０を閉塞する。このようにして、第１液圧コネクタ１１からの冷却流体の流出が防止される；
・第２バルブ手段１２１は、第４バルブ手段５４１から分離され、第２液圧コネクタ１２の第２通路１２０を閉塞する。このようにして、第２液圧コネクタ１２からの冷却流体の流出が防止される；
・第３バルブ手段５３１は、第１バルブ手段１１１から分離され、第３液圧コネクタ５３の第３通路５３０を閉塞する。このようにして、第３液圧コネクタ５３からの冷却流体の流出が防止される；
・第４バルブ手段５４１は、第２バルブ手段１２１から分離され、第４液圧コネクタ５４の第４通路５４０を閉塞する。このようにして、第４液圧コネクタ５４からの冷却流体の流出が防止される。

都合のよいことに、所定距離Ｄは数ｍｍ、例えば１０～２０ｍｍの範囲にある。

明らかに、前記スイッチングユニット２が引き出し位置Ｂにあるとき（図９、１３）：
・第１バルブ手段１１１は、第３バルブ手段５３１から分離され、第１液圧コネクタ１１の第１通路１１０を閉塞する。このようにして、第１液圧コネクタ１１からの冷却流体の流出が防止される；
・第２バルブ手段１２１は、第４バルブ手段５４１から分離され、第２液圧コネクタ１２の第２通路１２０を閉塞する。このようにして、第２液圧コネクタ１２からの冷却流体の流出が防止される；
・第３バルブ手段５３１は、第１バルブ手段１１１から分離され、第３液圧コネクタ５３の第３通路５３０を閉塞する。このようにして、第３液圧コネクタ５３からの冷却流体の流出が防止される；
・第４バルブ手段５４１は、第２バルブ手段１２１から分離され、第４液圧コネクタ５４の第４通路５４０を閉塞する。このようにして、第４液圧コネクタ５４からの冷却流体の流出が防止される。

スイッチングユニット２が挿入位置Ａから所定距離Ｄをまだ進んでいない場合、液圧コネクタ１１、１２、５３、５４からの冷却流体の流出は、液圧コネクタ１１、１２、５３、５４（図１１）の１つ以上のガスケット手段５３５、５４５によって防止されることが好ましい。

好ましくは、第１液圧コネクタ１１および第３液圧コネクタ５３の少なくとも一方は第１ガスケット手段５３５を備え、スイッチングユニット２が前記引き出し位置Ｂへの移動中に所定距離Ｄをまだ進んでいないとき、第１ガスケット手段５３５は第１および第３液圧コネクタ１１、５３からの冷却流体の流出を防止するようになっている。

スイッチングユニット２が所定距離Ｄをまだ進んでいない場合、実際には、対応する第１および第３バルブ手段１１１、５３１は互いに分離されるが、それらはまだ、対応する液圧コネクタ１１、５３の通路１１０、５３０の閉塞を完了していない。

好ましくは、第１ガスケット手段５３５は、第３液圧コネクタ５３に配置されたＯリングによって形成される。

しかしながら、本発明の異なる実施形態（図示せず）によれば、上述の第１ガスケット手段は、異なるタイプのものであってもよいし、或いは第１液圧コネクタ１１又は液圧コネクタ１１、５３のそれぞれに備えられてもよい。

好ましくは、第２液圧コネクタ１２および第４液圧コネクタ５４の少なくとも一方は、スイッチングユニット２が前記引き出し位置Ｂへの移動中に、所定距離Ｄをまだ進んでいない時に、第２および第４液圧コネクタ１２および５４からの冷却流体の流出を防止するようになっている第２ガスケット手段（図示せず）を備える。

スイッチングユニット２がまだ所定距離Ｄを進んでいない場合、実際には、対応する第２および第４バルブ手段１２１、５４１は互いに分離されるが、対応する液圧コネクタ１２および５３の通路１２０、５４０の閉塞はまだ完了していない。

好ましくは、第２ガスケット手段は、第４液圧コネクタ５４内に配置されたＯリングによって形成される。

しかしながら、本発明の異なる実施形態（図示せず）によれば、上記の第２ガスケット手段は、異なるタイプのものであってもよく、或いは第２液圧コネクタ１２又は液圧コネクタ１２、５４のそれぞれに備えられてもよい。

以下では、例示の目的で、第１液圧コネクタ１１と第３液コネクタ５３の結合および分離をより詳細に説明する（図１０～１３）。明らかに、第２液圧コネクタ１２および第４液圧コネクタ５４は同じように挙動する。

図１０は、挿入位置Ａにあるスイッチングユニット２を示している。

この場合、第１液圧コネクタ１１は第３液圧コネクタ５３に結合される。第１液圧コネクタ１１の第１バルブ手段１１１と第３液圧コネクタ５３の第３バルブ手段５３１とは相互に結合され、第１および第３液圧コネクタ１１、５３の第１および第３通路１１０、５３０を空にするように相互に作用する。従って、冷却流体は、第１および第３通路１１０、５３０に沿って流れることができる。

図１１は作動位置Ａ１にあるスイッチングユニット２を示し、ここではスイッチングユニット２は、引き出し位置Ｂへの移動中に、挿入位置Ａから所定距離Ｄをまだ進んでいない。

第１液圧コネクタ１１と第３液圧コネクタ５３は、互いに切り離し始める。

この場合、第１液圧コネクタ１１の第１バルブ手段１１１と第３液圧コネクタ５３の第３バルブ手段５３１とは互いに分離される。しかしながら、それらは、冷却流体のための対応する通路１１０、５３０をまだ完全に塞ぐことができない。ガスケット手段５３５は、第１および第３液圧コネクタ１１、５３からの冷却流体の流出を防ぐ。

図１２は、さらなる作動位置Ａ２にあるスイッチングユニット２を示しており、この場合、スイッチングユニット２は、引き出し位置Ｂに向かう移動中に、挿入位置Ａから所定距離Ｄを既に進んでいる。

第１液圧コネクタ１１と第３液圧コネクタ５３は、互いに分離し続ける。

この場合、第１液圧コネクタ１１の第１バルブ手段１１１と第３液圧コネクタ５３の第３バルブ手段５３１とは互いに分離されている。さらに、それらは、冷却流体用の対応する通路１１０、５３０の閉塞を完了し、それにより、この冷却流体が第１および第３油圧コネクタ１１、５３から流出するのを防ぐ。

図１３は、引き出し位置Ｂにあるスイッチングユニット２を示している。

第１および第３液圧コネクタ１１、１３は完全に分離されている。第１液圧コネクタ１１の第１バルブ手段１１１と第３液圧コネクタ５３の第３バルブ手段５３１は相互に分離され、冷却流体用の対応する通路１１０、５３０を閉塞し、それにより第１および第３液圧コネクタ１１、５３からの冷却流体の流出を防止する。

スイッチングデバイス１は、上記のものとは異なる可能性がある。例えば、電力接点２１、２２、５１、５２、５７、５８は、引用図に示された実施形態に対して異なるように構成されてもよい。

液圧コネクタ１１、１２、５３、５４は、引用図に示された実施形態に対して異なるように構成されてもよい。

バルブ手段１１１、１２１、５３１、５４１は、引用図に示された実施形態に対して、冷却流体の流れを許可または阻止するために、異なるように配置され、異なるように動作してもよい。

支持フレーム５は、液圧コネクタ５３、５４を冷却流体源と流体力学的に連通させるための１つ以上の追加の液圧接続を備えることができる。

本発明のスイッチングデバイス１は、最新技術の解決策に関して重要性のある利点を提供する。

スイッチングデバイス１では、スイッチングユニット２が液圧コネクタ１１、１２を備え、それらは前記スイッチングユニットの引き出し位置Ｂから挿入位置Ａへの対向する並進運動の際に、支持フレーム５の対応する液圧コネクタ５３、５４と自動的に結合または分離できるように配置されている。

従って、スイッチングデバイス１は同様の方法で、つまり、引き出し位置Ｂから挿入位置Ａへのスイッチングユニット２の適切な単一の動きを利用することによるプラグ・アンド・プレイ・アプローチ (plug & play approach) によって、スイッチングユニット２の電気接続および液圧接続を管理することができる。

実際には、スイッチングユニット２の電極と外部電線部分との電気的接続または絶縁、ならびにスイッチングユニット２に搭載された液圧回路１０の冷却流体源との接続または分離が、追加の専用の電気的および液圧的接続を用いることなく、スイッチングユニット２の１回の挿入または引き出し操作によって実行される。

この方法では、特にスイッチングユニット２の液圧接続を調整するために、専門の人員による時間のかかる手動の介入は必要としない。

統合された電気的および液圧的な接続／分離機能を実行するこの機能により、スイッチングデバイス１は、使用の容易性、使用の柔軟性、および動作の信頼性に関して顕著な利点を有する。

スイッチングデバイス１は簡単な構造で比較的小さなサイズであるという特徴を有し、産業レベルで比較的容易に低コストで実現され、現場で実用的な実装が可能であることが証明された。

１スイッチングデバイス、２スイッチングユニット、２Ａ電極、３作動手段、５支持フレーム、１０液圧回路、１１第１液圧コネクタ、１２第２液圧コネクタ、１３中間液圧回路部、１４熱交換部、１５ダクト、２０個体スイッチ、２１第１電力接点、２２第２電力接点、２４第１前壁、２５第１後壁、２５Ｂ後壁ユニット、２６、２７第１側壁、２６Ａ第１上部壁、２７Ａ第１下部壁、２９支持装置、３２キャリッジ、５１第３電力接点、５２第４電力接点、５３第３液圧コネクタ、５４第４液圧コネクタ、５７第５電力接点、５８第６電力接点、９０液圧接続手段、１１０第１通路、１１１第１バルブ手段、３１１操縦シート、５００Ａガイドエッジ、５００前部開口部、５０１、５０２第２側壁、５０３第２上壁、５０４第２下壁、５０５第２後壁、５０５Ａ内壁、５０５Ｂ対向外壁５３０第３通路、５３１第３バルブ手段、５３５ガスケット手段、５４０第４通路、５４１第４バルブ手段、Ａ挿入位置、Ｂ引き出し位置、Ｄ所定距離、Ａ１、Ａ２作動位置

Claims

スイッチングユニットと支持フレームとを備え、
前記スイッチングユニットは、１つ以上の電極を有し、それに沿って線電流が循環できる電極ごとの第１電力接点および第２電力接点と、前記第１および第２電力接点に電気的に接続され前記線電流の流れを許可または遮断するために導通状態または阻止状態に切り替え可能な１つ以上の固体スイッチとを備え、
前記支持フレームは、支持構造体に固定されるように構成され、電極ごとに、それに沿って前記線電流が循環できる第３電力接点および第４電力接点を備え、
前記スイッチングユニットは、作動中に、前記支持フレームに対して、挿入位置と引き出し位置との間で可逆的に移動可能であり、
前記スイッチングユニットが前記挿入位置にあるときには、前記第１電力接点および前記第２電力接点は、それぞれ前記第３電力接点および前記第４電力接点に結合され、
前記スイッチングユニットが前記引き出し位置にあるときには、前記第１電力接点および前記第２電力接点は、それぞれ前記第３電力接点および前記第４電力接点から分離され、
前記スイッチングユニットは、電極ごとに、少なくとも第１液圧コネクタおよび第２液圧コネクタを備え、それらに沿って、前記固体スイッチにより生成された熱を除去するための冷却流体が循環することができ、
前記支持フレームは、少なくとも第３液圧コネクタおよび第４液圧コネクタを備え、それらに沿って前記冷却流体が循環することができ、
前記スイッチングユニットが前記挿入位置にあるときには、前記第１液圧コネクタおよび前記第２液圧コネクタは、それぞれ前記第３液圧コネクタおよび前記第４液圧コネクタと連結され、
前記スイッチングユニットが前記引き出し位置にあるときには、前記第１液圧コネクタおよび前記第２液圧コネクタは、それぞれ前記第３液圧コネクタおよび前記第４液圧コネクタから分離されることを特徴とするスイッチングデバイス。
前記第１液圧コネクタ、第２液圧コネクタ、第３液圧コネクタおよび第４液圧コネクタは、それぞれ第１通路、第２通路、第３通路、および第４通路を前記冷却流体用に備えると共に、それぞれ前記第１通路、第２通路、第３通路および第４通路と作動的に結合する第１バルブ手段、第２バルブ手段、第３バルブ手段および第４バルブ手段を備え、前記第１バルブ手段、第２バルブ手段、第３バルブ手段および第４バルブ手段は、前記冷却流体が第１通路、第２通路、第３通路および第４通路に沿って流れることを許可するか、又は第１通路、第２通路、第３通路および第４通路を遮断するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチングデバイス。
前記スイッチングユニットが前記挿入位置に到達するか、又は挿入位置にあるとき、
前記第１液圧コネクタの第１バルブ手段および第３液圧コネクタの第３バルブ手段は、第１および第３液圧コネクタの第１および第３通路に沿って前記冷却流体を流すように相互結合および相互作用し、
第２液圧コネクタの第２バルブ手段および第４液圧コネクタの第４バルブ手段は、第２および第４液圧コネクタの第２および第４通路に沿って前記冷却流体を流すように相互結合および相互作用することを特徴とする請求項２に記載のスイッチングデバイス。
前記スイッチングユニットが、前記挿入位置から前記引き出し位置に向かって移動するとき、前記第１および第３バルブ手段が互に分離され、前記第２および第４バルブ手段が互に分離されることを特徴とする請求項３に記載のスイッチングデバイス。
前記スイッチングユニットが前記引き出し位置に向かう移動中に前記挿入位置から離れて少なくとも所定距離を進んだとき、または前記スイッチングユニットが前記引き出し位置にあるとき、
前記第１バルブ手段は、第３バルブ手段から分離されて第１液圧コネクタの第１通路を閉塞し、
前記第２バルブ手段は、第４バルブ手段から分離されて第２液圧コネクタの第２通路を閉塞し、
前記第３バルブ手段は、第１バルブ手段から分離されて第３液圧コネクタの第３通路を閉塞し、
前記第４バルブ手段は、第２バルブ手段から分離されて第４液圧コネクタの第４通路を閉塞する、ことを特徴とする請求項３又は４に記載のスイッチングデバイス。
前記第１および第３液圧コネクタの少なくとも１つは、前記第１および第３バルブ手段が互いに分離され、かつ、前記スイッチングユニットが、前記引き出し位置への移動中に、前記挿入位置（Ａ）から離れて前記所定距離をまだ行っていないときには、前記冷却流体の流出を防止する第１ガスケット手段を備えることを特徴とする請求項５に記載のスイッチングデバイス。
前記第２および第４液圧コネクタの少なくとも１つは、前記第２および第４バルブ手段が互いに分離され、かつ、前記スイッチングユニットが、前記引き出し位置への移動中に、前記挿入位置（Ａ）から離れて前記所定距離をまだ行っていないときには、前記冷却流体の流出を防止する第２ガスケット手段を備えることを特徴とする請求項５または６に記載のスイッチングデバイス。
前記第１および第２電力接点が前記スイッチングユニットの第１後壁の外側に配置され、前記第３および第４電力接点が前記支持フレームの第２後壁の内側に配置され、前記スイッチングユニットが前記挿入位置にあるとき前記第１および第２後壁は互いに作動的に結合されることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載のスイッチングデバイス。
前記第１および第２液圧コネクタが前記スイッチングユニットの第１後壁の後壁ユニットに配置され、前記第３および第４液圧コネクタが前記支持フレームの第２後壁の内側に配置され、前記第１および第２後壁は、前記スイッチングユニットが前記挿入位置にあるとき互に作動的に結合されることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載のスイッチングデバイス。
前記支持フレームは、電極ごとに、前記線電流が循環できる第５電力接点および第６電力接点を備え、前記第５および第６電力接点は、それぞれ前記第３および第４電力接点と電気的に接続され、作動中には、それぞれ第１電線部分および第２電線部分と電気的に接続されることを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載のスイッチングデバイス。
前記第５および第６電力接点は、前記支持フレームの第２後壁の外側に配置されることを特徴とする請求項９に記載のスイッチングデバイス。
前記第３液圧コネクタおよび前記第４液圧コネクタは、作動中に、前記冷却流体の流体源と流体力学的に連通することを特徴とする請求項１～１１のいずれか一項に記載のスイッチングデバイス。
前記スイッチングユニットが、前記第１および第２液圧コネクタと流体力学的に連通する中間液圧回路部を備え、前記中間油圧回路部は、互いに流体連通する１つ以上の熱交換部（１４）を備え、各熱交換部は、対応する固体スイッチから熱を吸収するための１つ以上の熱交換面を備えることを特徴とする請求項１～１２のいずれか一項に記載のスイッチングデバイス。