JP7441605B2 - Contactor device with integrated pyrotechnic cutting function - Google Patents

Contactor device with integrated pyrotechnic cutting function Download PDF

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Description

関連出願の相互参照Cross-reference of related applications

本出願は、2018年2月6日に出願された、マレー ステファン マクティーグ他による米国出願第15/889,516号「機械式ヒューズ装置」の一部継続出願であり、米国出願第15/889,516号に基づく優先権を主張するものである。 This application is a continuation-in-part of U.S. Application No. 15/889,516, "Mechanical Fusing Device," by Murray Stephen McTeague et al., filed on February 6, 2018. It claims priority based on No. 516.

米国出願第15/889,516号は、2016年5月4日に出願された、マレー ステファン マクティーグ他による米国出願第15/146,300号「機械式ヒューズ装置」の一部継続出願であり、米国出願第15/146,300号に基づく優先権を主張するものであり、米国出願第15/146,300号は、2015年5月18日に出願された、マレー S マクティーグ他による米国仮出願第62/163,257号「機械式ヒューズ装置」に基づく優先権を主張するものである。 U.S. Application No. 15/889,516 is a continuation-in-part of U.S. Application No. 15/146,300, “Mechanical Fusing Device,” filed May 4, 2016 by Murray Stephen McTeigue et al. Claims priority from U.S. Application No. 15/146,300, which is a U.S. provisional application filed May 18, 2015 by Murray S. McTeague et al. No. 62/163,257 ``Mechanical fuse devices'' is claimed.

さらに、米国出願第15/889,516号および本出願は、いずれも2018年1月2日に出願された、ダニエル サリバン他による米国仮出願62/612,988号「パイロテクニック式切断器一体型接触器装置」に基づく優先権を主張するものであり、米国出願第15/889,516号および米国仮出願62/612,988号それぞれの全内容を本出願に参照により援用する。 Additionally, U.S. Application Serial No. 15/889,516 and this application refer to U.S. Provisional Application No. 62/612,988 by Daniel Sullivan et al. 15/889,516 and U.S. Provisional Application No. 62/612,988, each of which is incorporated by reference into this application.

発明の詳細な説明Detailed description of the invention

[背景技術]
[発明分野]
本明細書では、電気機器や電気システムとともに使用する電気接触器に関する装置について記載する。また、本明細書に記載する装置は、過電流保護用のヒューズ状犠牲装置として機能するように構成された、電気式切断器にも関する。
[Background technology]
[Field of invention]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Devices related to electrical contactors for use with electrical equipment and systems are described herein. The apparatus described herein also relates to an electrical disconnector configured to function as a fuse-like sacrificial device for overcurrent protection.

関連技術Related technology

電気回路の接続および切断は、電気回路そのものと同じくらい古く、回路に接続された電気機器への電力を、「オン」の状態と「オフ」の状態との間で切替える方法としてよく用いられている。回路の接続および切断のために一般的に用いられる装置の一例は、接触器である。接触器は、1つ以上の装置または電源に電気的に接続される。接触器は、装置へ入力される、または装置から出力される電力を制御するために、回路を中断または完成できるように構成されている。従来型の接触器のひとつが、気密封止接触器である。 Connecting and disconnecting electrical circuits is as old as electrical circuits themselves, and is a commonly used method of switching power to electrical equipment connected to a circuit between an "on" and an "off" state. There is. One example of a commonly used device for connecting and disconnecting circuits is a contactor. The contactor is electrically connected to one or more devices or power sources. The contactor is configured to interrupt or complete a circuit to control power input to or output from the device. One conventional type of contactor is a hermetically sealed contactor.

装置の通常運転中に電気回路を接続および切断する目的を果たす接触器に加えて、過電流保護を提供するために、種々の付加的装置を採用することが可能である。これらの装置は、電気系統または、装置に接続された電気機器における短絡、過負荷、および永久的な損傷を防ぐことができる。これらの装置は、回路を素早く永久的に遮断することができる切断装置を備え、当該切断装置が修理、交換、またはリセットされるまで回路が遮断されたままになるようにされている。このような切断装置のひとつが、ヒューズである。従来型のヒューズは、犠牲装置として働く低抵抗器の一種である。一般的なヒューズは、過剰な電流が流れると溶けて接続されている回路を中断する、金属線または金属帯板を備える。 In addition to the contactors that serve the purpose of connecting and disconnecting electrical circuits during normal operation of the device, various additional devices can be employed to provide overcurrent protection. These devices can prevent short circuits, overloads, and permanent damage to the electrical system or electrical equipment connected to the device. These devices are equipped with a disconnection device that can quickly and permanently interrupt the circuit so that the circuit remains disconnected until the disconnection device is repaired, replaced, or reset. One such cutting device is a fuse. A conventional fuse is a type of low resistance resistor that acts as a sacrificial device. A typical fuse comprises a metal wire or metal strip that melts when excessive current flows, interrupting the connected circuit.

社会の発展とともに、電気系統や電気機器における種々のイノベーションはますますありふれたものになってきている。このようなイノベーションの一例が、昨今の電気自動車の進歩である。いずれは電気自動車が省エネルギーの標準となって、在来の石油燃料で動く車両に取って代わるかもしれない。このように高価で日常的に使用される電気機器にとっては、装置の故障や永久的な損傷を防ぐために、過電流保護は特に適切である。さらに、過電流保護によって、電気火災などの安全上の問題を防ぐこともできる。 BACKGROUND OF THE INVENTION As society develops, various innovations in electrical systems and equipment are becoming more and more commonplace. One example of such innovation is the recent advances in electric vehicles. Electric vehicles may eventually become the energy-saving standard, replacing traditional petroleum-powered vehicles. For such expensive and routinely used electrical equipment, overcurrent protection is particularly appropriate to prevent failure or permanent damage to the equipment. Additionally, overcurrent protection can also prevent safety hazards such as electrical fires.

従来の接触器および従来の切断装置を使用するうえでの問題のひとつに、回路設計上、接触器と切断装置との両方が必要な場合、例えば、通常運転用のスイッチと過電流保護要素との両方を提供するために、少なくとも2つの別々の装置を使用しなければならないという問題がある。特に、電気自動車などの高価な最新の電気機器では、複数の装置を収容するために貴重なスペースが追加で必要となるうえに、複数の装置を当該電気機器へ繋がる回路に接続するために、設計のさらなる検討が必要となる。
[発明の概要]
本明細書では、接続する回路を中断または完結させるように構成された接触器について記載する。当該回路は、接続された回路を永久的に遮断することにより過電流保護を提供し、当該切断要素が修理、交換、またはリセットされるまで回路が遮断されたままにするように構成された、少なくとも1つの切断要素を備える。切断要素がパイロテクニック機能を備える実施形態もある。このパイロテクニック機能が作動すると、結果として起きる爆発は、接触器の内部機能間の配向に移動または変更を生じさせる十分な力を発生させ、その結果、永久的な回路遮断が生じる。
One problem with using conventional contactors and conventional disconnect devices is that the circuit design requires both a contactor and a disconnect device, e.g. a switch for normal operation and an overcurrent protection element. The problem is that at least two separate devices must be used to provide both. In particular, expensive modern electrical equipment, such as electric vehicles, requires valuable additional space to accommodate multiple devices, and the need to connect multiple devices to the circuits that lead to the equipment. Further design consideration is required.
[Summary of the invention]
Contactors configured to interrupt or complete connecting circuits are described herein. the circuit is configured to provide overcurrent protection by permanently interrupting a connected circuit, and to cause the circuit to remain interrupted until the disconnecting element is repaired, replaced, or reset; comprising at least one cutting element. In some embodiments, the cutting element has pyrotechnic functionality. When this pyrotechnic feature is activated, the resulting explosion generates sufficient force to cause a shift or change in orientation between the contactor's internal features, resulting in a permanent circuit interruption.

一実施形態において、接触器装置はハウジングと、ハウジング内の内部部品とを備え、当該内部部品は入力に応じて接触器装置の状態を閉状態から開状態へ、またはその反対へと変更するように構成される。閉状態では当該装置に電流を流すことができ、開状態では当該装置を流れる電流が中断される。接触器装置はさらに、外部回路およびパイロテクニック要素へ接続するために当該内部部品に電気的に接続された接触構造を備える。当該接触器装置は、閾値電流レベルの電流が当該内部部品を流れると、当該パイロテクニック機能が作動するように構成されている。これにより、当該内部部品は、接触器装置を開状態に移行させるように構成されている。 In one embodiment, the contactor device includes a housing and an internal component within the housing that changes the state of the contactor device from a closed state to an open state, or vice versa, in response to an input. It is composed of A closed state allows current to flow through the device, and an open state interrupts current flow through the device. The contactor device further includes contact structures electrically connected to the internal components for connection to external circuitry and pyrotechnic elements. The contactor device is configured to activate the pyrotechnic function when a threshold current level of current flows through the internal component. Thereby, the internal component is configured to transition the contactor device into an open state.

別の実施形態では、接触器装置はハウジングと内部部品とを備え、当該内部部品は、電気的に互いに隔離され少なくとも部分的にハウジングに包囲された複数の固定接触子と、1つまたは1つ以上の可動接触子であって、当該可動接触子が固定接触子に接触しているときに固定接触子間に電流が流れることを可能にする可動接触子と、可動接触子に接続されたシャフト構造と、外部回路との接続のために内部部品に電気的に接続される複数の接触構造とを備える。接触器装置はパイロテクニック機能をさらに備え、当該パイロテクニック機能は、閾値電流レベルの電流が内部部品を流れると作動して、シャフト構造と相互作用するように構成され、それによりシャフト構造が構成を変更し、それにより可動接触子が固定接触子から離れるように構成されている。 In another embodiment, a contactor device comprises a housing and an internal part, the internal part including a plurality of stationary contacts electrically isolated from each other and at least partially enclosed by the housing, and one or more fixed contacts. The above movable contact includes a movable contact that allows current to flow between the fixed contacts when the movable contact is in contact with the fixed contact, and a shaft connected to the movable contact. and a plurality of contact structures electrically connected to the internal components for connection with external circuitry. The contactor device further comprises a pyrotechnic feature, the pyrotechnic feature being configured to be activated when a threshold current level of current flows through the internal component to interact with the shaft structure, thereby causing the shaft structure to change its configuration. The movable contact is configured to be modified such that the movable contact is separated from the fixed contact.

さらに別の実施形態では、接触器装置は、ハウジングと内部部品とを備える。当該内部部品は、電気的に互いに隔離され少なくとも部分的にハウジングに包囲された複数の固定接触子と、当該可動接触子が固定接触子に接触しているときに固定接触子間に電流が流れることを可能にする1つまたは1つ以上の可動接触子と、可動接触子に接続されたシャフト構造と、シャフト構造に接続されたプランジャ構造と、外部回路との接続のために内部部品に電気的に接続される複数の接触構造と、プランジャ構造の動作を制御するように構成されたソレノイドとを備える。接触器装置はパイロテクニック機能をさらに備え、当該パイロテクニック機能は、閾値電流レベルの電流が内部部品を流れると作動して、シャフト構造と相互作用するように構成され、それによりシャフト構造が構成を変更し、それにより可動接触子が固定接触子から離れるように構成されている。 In yet another embodiment, a contactor device includes a housing and an internal component. The internal component includes a plurality of fixed contacts that are electrically isolated from each other and at least partially surrounded by a housing, and a current flows between the fixed contacts when the movable contact is in contact with the fixed contacts. one or more movable contacts, a shaft structure connected to the movable contacts, a plunger structure connected to the shaft structure, and an electrical connection to the internal components for connection to an external circuit. and a solenoid configured to control operation of the plunger structure. The contactor device further comprises a pyrotechnic feature, the pyrotechnic feature being configured to be activated when a threshold current level of current flows through the internal component to interact with the shaft structure, thereby causing the shaft structure to change its configuration. The movable contact is configured to be modified such that the movable contact is separated from the fixed contact.

本発明の、上述のおよびその他のさらなる特徴や利点は、以下に述べる詳細な説明および添付の図面の参照により、当業者に明白なものとなるであろう。なお、図面では、類似する参照番号は図中の対応する部分を示す These and other additional features and advantages of the invention will become apparent to those skilled in the art upon reference to the following detailed description and accompanying drawings. In addition, in the drawings, similar reference numbers indicate corresponding parts in the drawings.

図1は、本発明の特徴を備える接触器の実施形態の正面断面図であり、装置内に電気が流れることを可能にする「閉」配向の状態を示す。FIG. 1 is a front cross-sectional view of an embodiment of a contactor incorporating features of the present invention, showing a "closed" orientation that allows electricity to flow within the device. 図2は、図1に示す接触器装置の実施形態の正面断面図であり、装置内に電気が流れることを防ぐ「開」または「切断」配向の状態を示す。FIG. 2 is a front cross-sectional view of the embodiment of the contactor device shown in FIG. 1, showing an "open" or "disconnected" orientation that prevents the flow of electricity into the device. 図3は、図1に示す接触器装置の実施形態の異なる配向を示す正面断面図であり、切断要素が「トリガ」された状態を示す。3 is a cross-sectional front view of the embodiment of the contactor device shown in FIG. 1 showing different orientations, with the cutting element in a "triggered" state; 図4は、図1に示す接触器装置の実施形態の上面斜視図である。FIG. 4 is a top perspective view of the embodiment of the contactor device shown in FIG.

以下に、本開示の種々の実施形態を詳細に説明する。以下に説明する実施形態では、内部部品を収納するハウジングを備える接触器装置であって、当該内部部品は、当該装置の状態を、装置を電流が流れることができる状態と、装置を電流が流れることができない状態とを切替えるよう構成されている接触器装置について明記する。 Various embodiments of the present disclosure will be described in detail below. In the embodiments described below, a contactor device includes a housing containing internal components that determine the state of the device, the state in which current can flow through the device, and the state in which current can flow through the device. Specify contactor devices that are configured to switch between conditions in which the

上述した2つの状態は、受信可能な種々の形態の入力に応じて切り替えられ得る。入力には例えば、使用者が接触器装置を作動させる「スイッチング」機能を実行させるためにボタンを押す等する、手動入力がある。そのほかにも、例えば自動入力もあり得る。自動入力には例えば、センサや、プロセッサによって実行される、非一過性の記録媒体に保存されたコンピュータコマンド一式があり、例えば、電流センサ、電圧センサ、または温度センサ等の、切断装置と通信しているセンサによって検知されたタイミング情報またはシステム情報に応じて、内部部品に状態を切り替えさせる。内部部品は、この入力に応じて、例えばソレノイドまたは手動機構を作動させる等して、本明細書に記載のように作動し、2つの状態間を移行するように構成を変更することができる。 The two states described above may be switched depending on the various forms of input that can be received. The input may include, for example, a manual input such as a user pressing a button to perform a "switching" function that activates the contactor device. In addition, for example, automatic input may also be possible. Automated inputs include, for example, sensors or a set of computer commands stored on a non-transitory storage medium that are executed by a processor and communicate with a cutting device, such as, for example, a current sensor, a voltage sensor, or a temperature sensor. cause internal components to switch states in response to timing or system information detected by sensors that are running. In response to this input, internal components can operate as described herein, such as by activating a solenoid or manual mechanism, and change configuration to transition between the two states.

いくつかの実施形態では、本発明の特徴を備える接触器装置の内部部品は、電気的に互いに隔離された複数の固定接触子と、当該固定接触子に電気的に接触するように構成され、固定接触子間に電流が流れることを可能にする1つまたは1つ以上の可動接触子とを備える。また、いくつかの実施形態では、可動接触子がシャフト構造と接続されて、使用者による入力によりシャフトの動作が制御され、それに伴って可動接触子が制御され、装置に電気が流れないように可動接触子を選択的に固定接触子から離すことができる。同様に、可動接触子は、装置に電気が流れるように選択的に固定接触子と接触するように設けられることができる。 In some embodiments, internal components of a contactor device having features of the present invention are configured to electrically contact a plurality of stationary contacts that are electrically isolated from each other; one or more movable contacts that allow current to flow between the fixed contacts. Additionally, in some embodiments, a movable contact is coupled to the shaft structure such that user input controls movement of the shaft and accordingly controls the movable contact to prevent electrical flow to the device. The movable contacts can be selectively separated from the fixed contacts. Similarly, movable contacts may be provided to selectively contact fixed contacts so that electricity flows through the device.

上述した通常運転に加えて、本発明の特徴を備える装置は、例えばヒューズまたはサーキットブレーカと同様の方法で過電流保護として機能するパイロテクニック式切断機能を備えることもでき、結果として、例えば犠牲装置として機能する等、装置が永久に操作不可能となる。接続されている高価な電気機器に永久的な損害を与え得る危険なレベルの電流を意味する、または電気火災を引き起こすような危険なレベルの電流を意味する、十分なレベルの電流が装置に流れることをきっかけとして、装置内のパイロテクニックチャージが作動する。その結果として起きるパイロテクニック爆発により、内部部品を相互に作用させるのに十分な力が発生し、可動接触子が固定接触子から永久的に離されることになる。 In addition to the normal operation described above, a device with features of the invention can also be equipped with a pyrotechnic disconnection function, which acts as overcurrent protection, e.g. in a similar way to a fuse or a circuit breaker, and as a result e.g. The device will become permanently inoperable. Sufficient levels of current flow through the device, meaning dangerous levels of current that could cause permanent damage to expensive electrical equipment to which it is connected, or that could cause an electrical fire. As a result, the pyrotechnic charge inside the device is activated. The resulting pyrotechnic explosion generates enough force to cause the internal parts to interact, causing the movable contact to become permanently separated from the stationary contact.

いくつかの実施形態では、本発明の特徴を備える装置は、パイロテクニックチャージの近くまたは周りに設けることができるピストン構造を備えることができる。パイロテクニックチャージが作動すると、結果として生じる力がピストン構造を押してパイロテクニックチャージから遠ざけ、ピストン構造を可動接触子のアセンブリ上へと動かし、可動接触子を押して固定接触子から遠ざける。 In some embodiments, devices incorporating features of the invention can include a piston structure that can be provided near or around the pyrotechnic charge. When the pyrotechnic charge is actuated, the resulting force pushes the piston structure away from the pyrotechnic charge, moves the piston structure onto the assembly of movable contacts, and pushes the movable contact away from the fixed contacts.

本明細書中では、好ましい実施形態および実施例は、本発明における限定としてではなく、一例として見なされるべきである。明細書中で使われる表現である「発明」、「装置」、「本発明」、または「本装置」とは、本明細書中に記載された実施形態および実施形態に相当するもののうちのいずれかを指す。さらに、本明細書中では「発明」、「装置」、「本発明」、または「本装置」の種々の特徴に関する言及があるが、言及された特徴が請求項に記載の実施形態または方法のすべてに含まれなければならないという意味ではない。 The preferred embodiments and examples herein are to be considered by way of example and not as limitations on the invention. The expressions "invention," "apparatus," "this invention," or "apparatus" as used in the specification refer to any of the embodiments and equivalents of the embodiments described herein. point to something. Furthermore, although there are references herein to various features of the "invention," "apparatus," "invention," or "apparatus," the mentioned features may be of interest in the claimed embodiments or methods. That doesn't mean it has to be included in everything.

また、要素または特徴が別の要素または特徴の「上に(on)」ある、または「隣接して(adjacent)」いると言及されている場合は、その要素または特徴は別の要素または特徴の上に直接あっても、直接隣接していてもよいし、介在する要素が存在していてもよいと理解される。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「接続される(coupled)」と言及されている場合は、その要素は別の要素に直接取り付けられても、直接接続されてもよいし、介在する要素が存在していてもよいと理解される。反対に、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「直接接続される(directly coupled)」と言及されている場合は、介在する要素はないものと理解される。 Additionally, when an element or feature is referred to as being "on" or "adjacent" to another element or feature, it is referred to as being "on" or "adjacent" to another element or feature. It is understood that there may be directly above, immediately adjacent, or there may be intervening elements. When an element is referred to as being "attached," "connected," or "coupled" to another element, it means that the element is attached directly to another element. It is understood that they may be directly connected, or that intervening elements may be present. Conversely, when an element is referred to as being "directly attached," "directly connected," or "directly coupled" to another element, an intervening It is understood that there is no element to do so.

本明細書では、ある特徴と別の特徴との関係性を説明するために「外に(outer)」、「上に(above)」、「下の(lower)」、「下に(below)」、「水平な(horizontal)」、「垂直な(vertical)」などの相対する表現および同様の表現が用いられることもある。これらの表現は図面に描写されている位置関係に加えて、異なる位置関係を包含することを意図するものと理解される。 In this specification, the words "outer", "above", "lower", and "below" are used to describe the relationship between one feature and another feature. ”, “horizontal”, “vertical” and similar expressions may also be used. It is understood that these expressions are intended to encompass different positional relationships in addition to those depicted in the drawings.

本明細書では、種々の要素や部品を説明するために、第1の、第2のなどの表現を用いることもあるが、これらの表現によって要素や部品が限定されるべきではない。これらの表現はある要素または部品と別の要素または部品とを区別するためだけの目的で用いられる。したがって、後述する第1の要素または部品は、第2の要素または部品と呼ばれても、本発明の開示内容から離れることはない。 In this specification, expressions such as first, second, etc. may be used to describe various elements and parts, but the elements and parts should not be limited by these expressions. These expressions are only used to distinguish one element or component from another. Therefore, a first element or part described below may be referred to as a second element or part without departing from the disclosure of the present invention.

本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態を説明するためだけに用いられるものであり、本発明を限定するために用いられるものではない。本発明における単数の表現「1つの(a)」、「1つの(an)」、および「その(the)」には、文章から明確に複数を除外する意図が読める場合を除き、複数の表現も含まれる。さらに、本明細書中で用いられる「備える(comprises)」および「備えている(comprising)」という表現は、記載される特徴、整数、工程、作業、要素、および/または部品の存在を述べるものであるが、1つまたは複数の別の特徴、整数、工程、作業、要素、部品、および/またはこれらの群の存在あるいは追加を除外するものではないと理解される。 The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not used to limit the invention. In the present invention, the singular expressions "a," "an," and "the" include plural expressions, unless the intent to exclude the plural can be clearly read from the sentence. Also included. Furthermore, as used herein, the expressions "comprises" and "comprising" refer to the presence of the described feature, integer, step, operation, element, and/or part. However, it is understood that this does not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, parts, and/or groups thereof.

本発明の実施形態を、本発明の理想的な実施形態の概要を解説する種々の図面および図解を参照して説明する。したがって、例えば製造技術および/または許容誤差などから生じる、図示する形状からの変形が想定される。本発明の実施形態は、本明細書において図示される部分の特定の形状に限定して解釈されるべきではなく、例えば製造時に生じる形状のずれを包含するものである。 Embodiments of the invention are described with reference to various drawings and illustrations that outline idealized embodiments of the invention. Accordingly, variations from the shapes shown, resulting from, for example, manufacturing techniques and/or tolerances, are to be expected. Embodiments of the present invention should not be construed as limited to the particular shapes of the parts illustrated herein, but are intended to encompass variations in shape that occur, for example, during manufacturing.

第1の要素が2つまたはそれ以上の別の要素の「間にある(between)」、「挟まれている(sandwiched)」、または「間に挟まれている(sandwiched between)」と言及されるときは、第1の要素は2つまたはそれ以上の別の要素の間に直接存在することもできるし、介在する要素を介して存在できると理解される。例えば、もし第1の要素が第2の要素と第3の要素との「間にある(between)」または「間に挟まれている(sandwiched between)」ならば、第1の要素は第2の要素と第3の要素との間に介在する要素を有さずに直接存在することもできるし、または第1の要素は1つまたはそれ以上の追加要素と隣り合って、共に第2の要素と第3の要素との間に存在することもできる。 When a first element is referred to as being "between," "sandwiched," or "sandwiched between" two or more other elements, It is understood that when a first element exists, it can exist directly between two or more other elements or through intervening elements. For example, if a first element is "between" or "sandwiched between" a second element and a third element, then the first element and the third element may exist directly without any intervening elements, or the first element may be adjacent to one or more additional elements, together with the second element. It can also be present between an element and a third element.

図1は、過電流が生じた場合に犠牲切断装置として機能することができる一体型パイロテクニック式切断部品を備える接触器装置100の一実施例の断面図である。図1では、接触器装置を通る電気の流れが可能になる「閉」回路状態にある接触器装置100を示す。図1はさらに、接触器装置が「閉」配置および「開」配置の切替え動作をするために正常に機能できるようにする、非トリガメカニカル配向、つまり「セット」メカニカル配向状態にある、接触器装置100のパイロテクニック式切断装置部分を示す。接触器装置100の切断装置部分は「トリガ」配向をも有する。トリガ配向では回路が遮断されて、接触器装置が交換されるか、または修理されてリセットされるまで、装置を通る電気の流れが永久的に不能になる。「閉」および「開」接触器モード、ならびに、「セット」および「トリガ」切断モード両方の、より詳細な説明を以下に記す。 FIG. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of a contactor device 100 with an integrated pyrotechnic cutting component that can function as a sacrificial cutting device in the event of an overcurrent event. In FIG. 1, the contactor device 100 is shown in a "closed" circuit state, allowing the flow of electricity through the contactor device. FIG. 1 further shows that the contactor is in a non-triggered mechanical orientation, or a "set" mechanical orientation, which allows the contactor device to function normally for switching operations between "closed" and "open" configurations. The pyrotechnic cutting device portion of apparatus 100 is shown. The cutting device portion of contactor device 100 also has a "trigger" orientation. In the triggered orientation, the circuit is interrupted, permanently disabling electrical flow through the contactor device until it is replaced or repaired and reset. A more detailed description of both the "closed" and "open" contactor modes and the "set" and "triggered" disconnection modes is provided below.

図1に示す接触器装置100は、本体102(ハウジング102とも呼ぶ)と、接触器装置の内部部品を、例えば電気系統または電気装置などの外部回路と電気的に接続するように構成された、2つまたはそれ以上の固定接触構造104,106(図示は2つ)とを備える。本体102は、本開示の接触器装置100の構造および機能を支持し得る、あらゆる適切な材料を備えることもできるが、固定接触子104,106および装置の内部部品を通る電気の流れを妨げることなく接触器装置100を構造的に支持することができる頑丈な材料が好ましい。いくつかの実施形態では、本体102は耐久性プラスチックまたは耐久性ポリマーを備える。本体102は、以下に詳細に説明する接触器装置100の種々の内部部品を、少なくとも部分的に包囲する。 The contactor device 100 shown in FIG. 1 includes a body 102 (also referred to as a housing 102) configured to electrically connect internal components of the contactor device with an external circuit, such as an electrical system or device. two or more fixed contact structures 104, 106 (two shown). The body 102 may comprise any suitable material that may support the structure and function of the contactor device 100 of the present disclosure, but does not impede the flow of electricity through the stationary contacts 104, 106 and internal components of the device. A sturdy material that can structurally support the contactor device 100 is preferred. In some embodiments, body 102 comprises a durable plastic or durable polymer. Body 102 at least partially encloses various internal components of contactor apparatus 100, which are described in detail below.

本体102は、上述した種々の内部部品を収容するのに適した、すべての正多角形または正多角形以外の多角形を含む、あらゆる形状で構成され得る。本体102は、連続的な構造であっても、例えば、基体である「カップ」と上面である「ヘッダ」部分とをエポキシ材料で密封したものなどの、連結された複数の部品のパーツを有してもよい。本体の構成例には、米国特許第7,321,281号、7,944,333号、8,446,240号、9,013,254号に記載の構成を含み、これらの特許は全て本願の譲受人であるギガヴァック インコーポレーテッドに譲渡されたものであり、これらの特許の全内容は参照により本願に援用される。 Body 102 may be constructed of any shape, including any regular or non-regular polygon, suitable for accommodating the various internal components described above. Even if the main body 102 has a continuous structure, it may include a plurality of connected parts, such as a base "cup" and an upper surface "header" sealed with an epoxy material. You may. Examples of the structure of the main body include structures described in U.S. Patent Nos. 7,321,281, 7,944,333, 8,446,240, and 9,013,254, all of which are incorporated herein by reference. GigaVac, Inc., Assignee of the US Pat.

固定接触子104,106は、本体102に収容される接触器装置100の種々の内部部品が、外部の電気系統または電気装置と電気的に接続することができるように構成され、それにより接触器装置100は、本明細書に記載のように、電気回路を遮断または完成するためのスイッチとして機能できる。固定接触子104,106は、接触器装置の内部部品に電気接触を提供するのに適した、例えば、当該技術分野において周知の種々の金属および金属製材料、或いは、あらゆる電気接触材料または電気接触構造などの、あらゆる導電性材料を備えることができる。固定接触子104,106は、単一の連続的な接触構造(図示のとおり)を備えることができ、または、複数の電気的に接続された構造を備えることができる。例えば、いくつかの実施形態では、固定接触子104,106は、2つの部分を備えることができる。本明細書に記載のように、2つの部分のうちの第1の部分は本体102から延出し、本体102の内部にあり、本体内部の別の部品と相互に作用するように構成された第2の部分と、電気的に接続できる。 The fixed contacts 104, 106 are configured so that various internal components of the contactor device 100 housed in the body 102 can be electrically connected to an external electrical system or device, thereby allowing the contactor Device 100 can function as a switch to break or complete an electrical circuit, as described herein. The stationary contacts 104, 106 may be made of, for example, various metals and metallic materials known in the art, or any electrical contact material or contacts suitable for providing electrical contact to the internal components of the contactor device. It can include any electrically conductive material, such as a structure. The stationary contacts 104, 106 can include a single continuous contact structure (as shown) or can include multiple electrically connected structures. For example, in some embodiments, fixed contacts 104, 106 can include two parts. As described herein, a first of the two portions extends from the body 102, is internal to the body 102, and is configured to interact with another component within the body. It can be electrically connected to part 2.

本体102は、接触器装置100の種々の内部部品を収容する本体102の内部空間が気密封止されるように構成され得る。この気密封止された構成は、電気的負性ガスの使用と併用すると、隣接する導電性要素間の電気アークの軽減または防止を促進することができ、いくつかの実施形態では、空間的に離間する接触子間の電気的分離を促進する。いくつかの実施形態では、本体102は真空状態であり得る。本体102は、電気機器を気密封止するあらゆる周知の方法を使って気密封止することができる。気密封止機器の例には、米国特許第7,321,281号、7,944,333号、8,446,240号、9,013,254号に記載のものを含み、これらの特許は全て本願の譲受人であるギガヴァック インコーポレーテッドに譲渡されたものであり、これらの特許の全内容は参照により本願に援用される。 Body 102 may be configured such that an interior space of body 102 that houses various internal components of contactor device 100 is hermetically sealed . This hermetically sealed configuration, when used in conjunction with the use of electrically negative gases, can help reduce or prevent electrical arcing between adjacent conductive elements, and in some embodiments, spatially Promotes electrical isolation between spaced apart contacts. In some embodiments, body 102 may be under vacuum. Body 102 may be hermetically sealed using any known method of hermetically sealing electrical equipment. Examples of hermetically sealed devices include those described in U.S. Pat. All of these patents are assigned to Gigavac, Inc., the assignee of this application, and the entire contents of these patents are incorporated herein by reference.

いくつかの実施形態では、本体102には少なくとも部分的に、例えば、六フッ化硫黄、または窒素と六フッ化硫黄との混合物などの、電気的負性ガスが充填され得る。いくつかの実施形態では、本体102は、ハウジングに導入されるガスに対する通気性が低いか、または通気性がほぼない材料で構成される。いくつかの実施形態では、本体は、機器の性能を向上させる種々の気体、液体、または固体から構成され得る。
過電流保護に用いられる接触器装置100のパイロテクニック式切断部品について説明する前に、まず接触器装置100が通常のスイッチとして使用されている際に利用される接触器部品について説明する。本体102内部の別の部品のいずれとも相互作用していないとき、固定接触子104,106は、互いの間を電気が自由に流れることができないように、互いに電気的に分離されている。固定接触子104,106は、電気的分離のあらゆる周知の構造または方法によって、互いに電気的に分離され得る。
In some embodiments, body 102 may be at least partially filled with an electrically negative gas, such as, for example, sulfur hexafluoride or a mixture of nitrogen and sulfur hexafluoride. In some embodiments, the body 102 is constructed of a material that has low or nearly no air permeability to gases introduced into the housing. In some embodiments, the body may be composed of various gases, liquids, or solids that enhance the performance of the device.
Before describing the pyrotechnic cutting components of the contactor device 100 used for overcurrent protection, the contactor components utilized when the contactor device 100 is used as a normal switch will first be described. When not interacting with any of the other components within the body 102, the stationary contacts 104, 106 are electrically isolated from each other such that electricity cannot freely flow between them. Fixed contacts 104, 106 may be electrically isolated from each other by any known structure or method of electrical isolation.

図1に示すように、接触器装置100が「閉」状態であるとき、電気的に分離されていた固定接触子104,106両方に可動接触子108が接触し、可動接触子108は、例えば、第1の固定接触子104から可動接触子108へ、次いで第2の固定接触構造106へ、またはその逆方向へと、装置に電気信号が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は電気回路、電気系統、または電気機器に接続され、可動接触子が固定接触子と電気的に接触している間、回路を完結させることができる。 As shown in FIG. 1, when the contactor device 100 is in the "closed" state, the movable contact 108 contacts both of the fixed contacts 104 and 106, which are electrically separated. , acts as a bridge that allows electrical signals to flow through the device from the first fixed contact 104 to the movable contact 108 and then to the second fixed contact structure 106, or vice versa. Accordingly, the contactor device 100 can be connected to an electrical circuit, electrical system, or electrical equipment to complete the circuit while the movable contact is in electrical contact with the fixed contact.

可動接触子108は、固定接触子104,106との関係において、本明細書に記載したすべての材料を含む、あらゆる適切な導電性材料から構成され得る。固定接触子104,106と同様に、可動接触子108も、電気的に分離された固定接触子104,106間の接触ブリッジとして機能して、接触器装置100に電気が流れることを可能にするために、単一の連続的な構造(図示のとおり)を備えることができ、または、互いに電気的に接続された複数の構成部品を備えることができる。 Movable contacts 108, in relation to fixed contacts 104, 106, may be constructed of any suitable electrically conductive material, including all materials described herein. Similar to the fixed contacts 104, 106, the movable contact 108 also functions as a contact bridge between the electrically separated fixed contacts 104, 106 to allow electricity to flow through the contactor device 100. This may include a single continuous structure (as shown) or may include multiple components electrically connected to each other.

可動接触子108は、固定接触子104,106と電気的に接触または非接触するように移動可能に構成され得る。固定接触子104,106は可動接触子108と接触していないときには互いに電気的に分離されているため、上記の構成により、可動接触子が固定接触子104,106と電気的に接触しているときは回路を「閉」つまり完結させ、可動接触子108が固定接触子104,106と電気的に非接触であるときは回路を「開」にする、つまり、遮断する。図1に示す実施形態を含むいくつかの実施形態では、可動接触子108は、接触器装置100内において所定の距離を移動するように構成されたシャフト構造110と、物理的に接続している。可動接触子108がシャフト110とともに移動できるように、シャフト110は、可動接触子108と物理的に接続する内部可動部品としての機能に適したあらゆる材料または形状で構成され得る。 The movable contact 108 may be configured to be movable so as to be in electrical contact or non-contact with the fixed contacts 104, 106. Since the fixed contacts 104 and 106 are electrically isolated from each other when they are not in contact with the movable contact 108, the above configuration allows the movable contact to be in electrical contact with the fixed contacts 104 and 106. When the movable contact 108 is not in electrical contact with the fixed contacts 104 and 106, the circuit is "open", that is, is interrupted. In some embodiments, including the embodiment shown in FIG. . Shaft 110 may be constructed of any material or shape suitable for functioning as an internal moving part that physically connects with movable contact 108 so that movable contact 108 can move therewith.

本明細書に記載のように、シャフト110の運動は可動接触子108の運動を制御し、それにより固定接触子104,106に対する可動接触子108の位置が制御され、それにより、接触器装置100を通る電気の流れが制御される。シャフトの運動は、電気的および電子的な、磁性的および電磁性的な、ならびに手動的な構成を含む種々の構成によって制御され得るが、これらに限定はされない。可動接触子に接続されたシャフトを制御する手動的構成の例は、本願の譲受人であるギガヴァック インコーポレーテッドに付与された米国特許第9,013,254号に記載されており、当該特許の全内容は参照により本願に援用される。例示された手動制御機能には、磁性的構成、ダイヤフラム的構成、およびベローズ(bellowed configuration)構成を含む。 As described herein, movement of shaft 110 controls movement of movable contact 108, thereby controlling the position of movable contact 108 relative to fixed contacts 104, 106, thereby controlling contactor apparatus 100. The flow of electricity through the is controlled. Movement of the shaft may be controlled by a variety of configurations including, but not limited to, electrical and electronic, magnetic and electromagnetic, and manual configurations. An example of a manual arrangement for controlling a shaft connected to a movable contact is described in U.S. Pat. The contents are incorporated herein by reference. Exemplary manual control features include magnetic configurations, diaphragm configurations, and bellows configurations.

図1に示す実施形態において、シャフト110の運動は電磁性的構成の使用によって制御される。プランジャ構造111は、シャフト110の一部分に接続されているか、または、シャフト110を少なくとも部分的に包囲する。本体102には、ソレノイド112も収容される。多くの異なるソレノイドが使用され得るが、適切なソレノイドの一例としては、低電圧で、且つ比較的強い力で作動するソレノイドが挙げられる。ほかに多くのソレノイドが使用可能だが、適切なソレノイドの一例は、ビクロン インコーポレーテッドから市販されている、型番SD1564 N1200のソレノイドである。図に示す実施形態においては、プランジャ構造111は、ソレノイド112によって運動し、制御される金属材料で構成され得る。プランジャ構造111の運動は、接続されているシャフト110の運動を制御し、それにより、接続されている可動接触子108の運動が制御される。 In the embodiment shown in FIG. 1, movement of shaft 110 is controlled through the use of electromagnetic configurations. Plunger structure 111 is connected to a portion of shaft 110 or at least partially surrounds shaft 110. A solenoid 112 is also housed in the main body 102 . Although many different solenoids may be used, one example of a suitable solenoid is one that operates at low voltage and relatively high force. Although many other solenoids may be used, one example of a suitable solenoid is the model number SD1564 N1200 solenoid available from Vicron, Inc. In the embodiment shown, the plunger structure 111 may be constructed of a metallic material that is moved and controlled by a solenoid 112. Movement of plunger structure 111 controls movement of connected shaft 110, which in turn controls movement of connected movable contact 108.

シャフト110の移動距離は、種々の機能を利用して制御される。種々の機能とは、例えば、移動/過移動距離を制御するバネや、シャフト110の移動距離を妨害または制限することが可能な本体102の種々の部分などが挙げられる。図1に示す実施形態では、シャフト110の移動距離は、ハードストップ113によって部分的に制御される。ハードストップ113は、シャフト110の翼部114に当接するように構成され、シャフト110が固定接触子104,106から十分な距離を移動すると、シャフト110の移動距離を制限する。ハードストップ113は、シャフト110の運動または移動距離を制限するためにシャフト110と接する面を提供するのに適した、あらゆる材料または形状で構成され得る。図1に示す実施形態では、ハードストップ113はプラスチック材で構成される。詳細は後述するが、いつくかの実施形態では、ハードストップ113は、パイロテクニック式切断要素がトリガされると破断または切除されるように構成される。 The distance traveled by shaft 110 is controlled using various functions. The various features include, for example, springs that control the distance of travel/overtravel, and various portions of the body 102 that can impede or limit the distance that the shaft 110 travels. In the embodiment shown in FIG. 1, the distance of movement of shaft 110 is controlled in part by hard stop 113. Hard stops 113 are configured to abut wings 114 of shaft 110 to limit the distance that shaft 110 moves once shaft 110 has moved a sufficient distance from fixed contacts 104, 106. Hard stop 113 may be constructed of any material or shape suitable for providing a surface in contact with shaft 110 to limit movement or travel distance of shaft 110. In the embodiment shown in FIG. 1, hard stop 113 is constructed of plastic material. As discussed in more detail below, in some embodiments, the hard stop 113 is configured to break or cut when the pyrotechnic cutting element is triggered.

以上、接触器装置110の基本的なスイッチ機能を説明したが、ここからはパイロテクニック式切断要素について説明する。接触器装置100は、パイロテクニックチャージ202およびピストン構造204など、過電流保護として機能できるいくつかの要素を備えることができる。ピストン構造204は、例えば図に示すシャフト110などの、1つまたはそれ以上の内部部品の近く、または少なくともその一部分の周りに配置され得る。そうすると、ピストンの静止位置からの運動によって内部部品の構成が、例えば、本明細書に記載のようにシャフト100に対して押し付ける、またはそうでなければシャフト100を移動させるなどして変化し、装置を通る電気の流れを中断することができる。パイロテクニックチャージ202は、装置に接続された電気機器の永久的な損傷、または電気火災などの安全上の問題を防ぐために、電流が所定の閾値レベルを超えると作動するように構成され得る。 Having described the basic switch function of the contactor device 110, we now describe the pyrotechnic disconnection element. The contactor device 100 may include several elements that can function as overcurrent protection, such as a pyrotechnic charge 202 and a piston structure 204. The piston structure 204 may be disposed near or around at least a portion of one or more internal components, such as the illustrated shaft 110, for example. Movement of the piston from its rest position then changes the configuration of the internal components, e.g., by pressing against the shaft 100 as described herein or otherwise moving the shaft 100, and the device can interrupt the flow of electricity through. The pyrotechnic charge 202 may be configured to activate when the electrical current exceeds a predetermined threshold level to prevent permanent damage to electrical equipment connected to the device, or a safety hazard such as an electrical fire.

接触器装置100は、種々のセンサ機能であって、装置を流れる電流が危険なレベルに達したことを検知することができ、この閾値レベルが検知されるとパイロテクニックチャージをトリガすることができる、種々のセンサ機能を備え得る。いくつかの実施形態では、接触器装置100は、装置を流れる電流のレベルを検知するように構成された、専用の電流センサを備え得る。電流センサは、電流が閾値に達すると、パイロテクニックチャージを直接的または非直接的に作動させるように構成され得る。いくつかの実施形態では、電流センサは、閾値電流レベルが検知されたときにパイロテクニックチャージを作動するために、検知された電流に比例した信号を送信することができる。いくつかの実施形態では、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、あるいは干渉計を備え得る。 The contactor device 100 has various sensor capabilities that can detect when the current flowing through the device reaches a dangerous level and trigger a pyrotechnic charge when this threshold level is detected. , may be equipped with various sensor functions. In some embodiments, contactor device 100 may include a dedicated current sensor configured to sense the level of current flowing through the device. The current sensor may be configured to directly or indirectly activate the pyrotechnic charge when the current reaches a threshold value. In some embodiments, the current sensor can send a signal proportional to the sensed current to activate the pyrotechnic charge when a threshold current level is sensed. In some embodiments, the current sensor may comprise a Hall effect sensor, a transformer or current clamp meter, a resistor, a fiber optic current sensor, or an interferometer.

いくつかの実施形態では、パイロテクニックチャージは、最新の車両で使用されているものと同様に、電気パルスによって作動され、複数の要素を検知するように構成されたエアバッグシステムによって駆動されるように構成されている。いくつかの実施形態では、接触器装置100は、1つまたはそれ以上のパイロテクニックピン203を備え得る。パイロテクニックピン203は、作動信号を受信すると、パイロテクニックチャージ202をトリガするように構成され得る。いくつかの実施形態では、パイロテクニックチャージは、すでに電流の監視をしている別の機能と接続されることができる。この別の機能は、例えば、バッテリ管理部品であり、閾値電流レベルが検知されるとパイロテクニックチャージを作動させる信号を送信するように構成され得る。 In some embodiments, the pyrotechnic charge may be activated by electrical pulses and driven by an airbag system configured to sense multiple elements, similar to those used in modern vehicles. It is composed of In some embodiments, contactor device 100 may include one or more pyrotechnic pins 203. Pyrotechnic pin 203 may be configured to trigger pyrotechnic charge 202 upon receiving an actuation signal. In some embodiments, the pyrotechnic charge can be connected to another function that is already monitoring current. This further functionality may be, for example, a battery management component configured to send a signal to activate the pyrotechnic charge when a threshold current level is detected.

パイロテクニックチャージ202は、単一のチャージ構造とすることも、複数のチャージ構造とすることもできる。いくつかの実施形態では、パイロテクニックチャージ202は二重チャージ構造を備え、まず第1にイニシエータチャージを備え、そして第2にガス生成チャージを備える。本明細書に記載のように、接触器装置100の回路を永久的に遮断するようにピストン構造204を運動させるのに十分な力を供給するのに十分なものであれば、多くの異なる型式のパイロテクニックチャージを利用することができる。いくつかの実施形態では、パイロテクニックチャージ202は、イニシエータチャージおよびガス生成チャージの両方としての利用に適しているという利点を持つ、ジルコニウム・過塩素酸カリウムを含む。いくつかの実施形態では、イニシエータチャージは、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、ジルコニウム水素化物・過塩素酸カリウム、またはチタン水素化物・過塩素酸カリウムなどの急速燃焼材料を備える。いくつかの実施形態では、ガス生成チャージは、ホウ素・硝酸カリウム、つまり黒色火薬、などの緩慢燃焼材料を備える。 Pyrotechnic charge 202 can be a single charge structure or multiple charge structures. In some embodiments, pyrotechnic charge 202 comprises a dual charge structure, first comprising an initiator charge and secondly comprising a gas generating charge. As described herein, many different types may be used, provided that they are sufficient to provide sufficient force to move the piston structure 204 to permanently interrupt the circuit of the contactor device 100. Can use pyrotechnic charges. In some embodiments, pyrotechnic charge 202 includes zirconium potassium perchlorate, which has the advantage of being suitable for use as both an initiator charge and a gas generating charge. In some embodiments, the initiator charge is zirconium/potassium perchlorate, zirconium/tungsten/potassium perchlorate, titanium/potassium perchlorate, zirconium hydride/potassium perchlorate, or titanium hydride/perchlorate. Contains a fast-burning material such as potassium acid. In some embodiments, the gas generating charge comprises a slow burning material such as boron-potassium nitrate, or black powder.

パイロテクニックチャージ202が作動されると、作動の結果として生じる力が、ピストン構造204を、パイロテクニックチャージ202の近くまたは周辺の静止位置から遠ざけるように動かし、それによりピストン構造204がシャフト110を押して、シャフトが固定接触子104,106から遠ざかるように動かされる。また、作動の結果として生じる力は、ハードストップ113を破断または切除するのにも十分であり、シャフト110は、例えば、独立して設けられた本体102の内部コンパートメント206の内部に押し込まれるなどして、固定接触子104,106からさらに遠ざけられる。ピストン構造204は、例えば、シャフト110が、独立した本体102の内部コンパートメント206のほぼ内部にあるように保持するなど、シャフト110を固定接触子104,106からより離れた位置で保持して、電気が接触器装置を流れることができないような位置または構成で内部部品を保持するのに十分な規模(例えば、形状、寸法、空間的配向、またはほかの構成など)で構成され得る。これにより、シャフト110に接続された可動接触子108は、固定接触子104,106から空間的なギャップを一層大きく設けて離され、装置の構成を電気が装置を流れることができない「トリガ」または永久的な「開」構成にする。いくつかの実施形態では、ピストン構造204は、ひとたびパイロテクニック機能202の作動によって移動すると、容易に動けないように本体102の一部分と相互作用する位置に置かれるのに十分な規模で構成される。 When the pyrotechnic charge 202 is actuated, the force resulting from the actuation moves the piston structure 204 away from its rest position near or around the pyrotechnic charge 202, causing the piston structure 204 to push against the shaft 110. , the shaft is moved away from the stationary contacts 104,106. The force resulting from the actuation is also sufficient to rupture or cut off the hard stop 113, causing the shaft 110 to be forced, e.g., into the interior compartment 206 of the separately provided body 102. As a result, it is moved further away from the fixed contacts 104 and 106. The piston structure 204 may hold the shaft 110 at a greater distance from the stationary contacts 104, 106, such as holding the shaft 110 substantially within the internal compartment 206 of the separate body 102, to provide electrical power. The contactor device may be configured with sufficient scale (e.g., shape, size, spatial orientation, or other configuration) to maintain the internal components in a position or configuration such that water cannot flow through the contactor device. This causes the movable contacts 108 connected to the shaft 110 to be spaced apart from the fixed contacts 104, 106 by a larger spatial gap, causing the configuration of the device to become a "trigger" or "trigger" where electricity cannot flow through the device. Make it a permanent "open" configuration. In some embodiments, the piston structure 204 is configured with a size sufficient to place it in a position where it interacts with a portion of the body 102 so that it cannot readily move once moved by actuation of the pyrotechnic feature 202. .

固定接触子104,106と可動接触子108との間に急速に形成される大きな空間的ギャップに加えて、さらなる構造も利用され得る。例えば、いくつかの実施形態では、電気アークをより制御するために、1つまたはそれ以上のアーク吹き消し磁石208(図示では2つ)を利用することができる。電流の流れを中断する主たる方法が、本明細書に記載のように、接触子を急速に開放して大きな空隙を形成することである一方で、例えばガス生成チャージを使うなどして、アークに向けて二次的なガス吹付けを行うことで、付加的に得られる性能もあり得る。 In addition to a large spatial gap that rapidly forms between the fixed contacts 104, 106 and the movable contact 108, additional structures may also be utilized. For example, in some embodiments, one or more arc blowout magnets 208 (two shown) may be utilized to provide greater control of the electric arc. While the primary method of interrupting current flow is to rapidly open the contacts to form a large air gap, as described herein, the arc can be interrupted, for example by using a gas-generated charge. Additional performance may be obtained by applying a secondary gas blow to the target.

図1に示す実施形態を含むいくつかの実施形態では、パイロテクニックチャージ202の作動によって急速に蓄積したガスにより生じる危険を防止するのに役立つ、別の任意の設計上の特徴を含み得る。これらの実施形態では、本体102は、パイロテクニックチャージ202が作動すると、ピストン構造204が本体102の一部分に穴を開けるのに十分な力でシャフト110を動かすように構成され得る。これにより、急速に蓄積したガスを放出できる。これは、いくつかの実施形態では、本体102の一部分に、パイロテクニック式切断サイクルの間に、例えばシャフト110の先鋭部210によって、穴を開けられる膜を備え、本体102の接続通気部212からのガスの放出を可能にすることで達成される。当該膜は、高温対応フィルター膜であってもよい。高温ガスはこうして本体102から排出され得る。圧力の解放によって電気アークが冷却され、接触器ハウジングの破裂を防止するとともに、性能を向上させる可能性がある。 Some embodiments, including the embodiment shown in FIG. 1, may include other optional design features that help prevent the hazards posed by gases that rapidly accumulate due to operation of the pyrotechnic charge 202. In these embodiments, the body 102 may be configured such that upon actuation of the pyrotechnic charge 202, the piston structure 204 moves the shaft 110 with sufficient force to puncture a portion of the body 102. This allows the accumulated gas to be released quickly. This, in some embodiments, includes a membrane in a portion of the body 102 that is punctured during a pyrotechnic cutting cycle, such as by a sharp end 210 of the shaft 110, from a connecting vent 212 of the body 102. This is achieved by allowing the release of gas. The membrane may be a high temperature compatible filter membrane. Hot gases can thus be vented from the body 102. The release of pressure cools the electric arc, preventing rupture of the contactor housing and potentially improving performance.

図2および図3に、通常のスイッチ運転中に接触器装置100に流れる電気の回路を遮断することと、装置が「トリガ」状態にあるときに接触器装置100に流れる電気の回路を永久的に遮断することの違いが最適に示されている。図2および図3には、図1の接触器装置100を異なる配向で示す。図1と同様に、図2および図3は、本体102、固定接触子104,106、可動接触子108、シャフト110、プランジャ構造111、ソレノイド112、ハードストップ113、シャフト110の翼部114、パイロテクニックチャージ202、パイロピン203、ピストン構造204、本体102の独立コンパートメント206、アーク吹き消し磁石208、シャフト110の先鋭部210、および本体102の通気部212を示す。 2 and 3 illustrate breaking the circuit of electricity flowing to the contactor device 100 during normal switch operation and permanently blocking the circuit of electricity flowing to the contactor device 100 when the device is in a "triggered" condition. The difference between blocking is best shown. 2 and 3 show the contactor device 100 of FIG. 1 in different orientations. Similar to FIG. 1, FIGS. 2 and 3 show the main body 102, fixed contacts 104, 106, movable contact 108, shaft 110, plunger structure 111, solenoid 112, hard stop 113, wing portion 114 of shaft 110, Technique charge 202, pyro pin 203, piston structure 204, independent compartment 206 of body 102, arc blowout magnet 208, sharp end 210 of shaft 110, and vent 212 of body 102 are shown.

図2では、接触器装置100は「開」状態であり、シャフト110は、シャフト110に接続された可動接触子108が切断用空間ギャップ302によって固定接触子104,106から離れるように移動されている。図2に示すように、接触器装置100はまだ「セット」位置にあり、パイロテクニック機能は作動していない。切断用空間ギャップ302によって、可動接触子108は、装置を通る電気の流れを中断するために、互いに電気的に分離されている固定接触子104,106から十分な距離を空けている。対照的に、図3では、接触器装置100はパイロテクニックチャージ202が作動してトリガ状態にあり、ピストン構造204によって、シャフト110および可動接触子108を固定接触子104,106から一層遠ざかる方向に移動させる。これにより、固定接触子104,106と可動接触子108との間に、より大きな回路遮断用空間ギャップ350が急速に形成される。 In FIG. 2, the contactor apparatus 100 is in the "open" state and the shaft 110 is moved such that the movable contact 108 connected to the shaft 110 is moved away from the fixed contacts 104, 106 by the cutting space gap 302. There is. As shown in FIG. 2, the contactor device 100 is still in the "set" position and the pyrotechnic function is not activated. The cutting spacing gap 302 spaces the movable contacts 108 a sufficient distance from the fixed contacts 104, 106, which are electrically isolated from each other, to interrupt the flow of electricity through the device. In contrast, in FIG. 3, the contactor device 100 is in a triggered state with the pyrotechnic charge 202 activated, and the piston structure 204 causes the shaft 110 and movable contact 108 to be directed further away from the fixed contacts 104, 106. move it. As a result, a larger circuit-breaking spatial gap 350 is rapidly formed between the fixed contacts 104, 106 and the movable contact 108.

パイロテクニックチャージ202の作動の結果として生じる力、および、これに起因するピストン構造204およびシャフト110の急な運動は、ハードストップ113を破断または切除するのに十分である。図3では、ハードストップ113は、本体113に接続する初期位置から移動するところが示されている。ハードストップ113は、回路の「閉」状態と「開」状態との間の装置の通常運転中に、シャフト110のストップとして機能するように、本体102と接続または一体化する頑丈な材料によって構成され得る。しかしながら、パイロテクニック式切断機能の作動中には、ハードストップ113を意図的にストップ構造として「機能しない」ように設計し、シャフト110が本体の独立コンパートメント206内へと移動できるように、破断または切除可能なようにすることができる。 The force resulting from actuation of pyrotechnic charge 202 and the resulting sudden movement of piston structure 204 and shaft 110 is sufficient to rupture or ablate hard stop 113. In FIG. 3, hard stop 113 is shown moving from an initial position where it connects to body 113. The hard stop 113 is constructed of a sturdy material that connects or integrates with the body 102 to function as a stop for the shaft 110 during normal operation of the device between the "closed" and "open" states of the circuit. can be done. However, during actuation of the pyrotechnic cutting function, the hard stop 113 is intentionally designed to "not function" as a stop structure, allowing the shaft 110 to break or break into the independent compartment 206 of the body. Can be made resectable.

いくつかの実施形態では、ピストン構造204は、パイロテクニックチャージ202が作動したあと、本体102のピストンストップ部352と相互作用できるように構成されることができる。例えば、ピストンストップ部352がピストン構造204の位置と影響し合うことによって、例えば、ピストンストップ部352の一部分がピストン構造204の別の一部分と接触または結合するように構成されることによって、相互作用できる。いくつかの実施形態では、ピストン構造204は、パイロテクニックチャージ202の作動によって移動されるまで、ピストンストップ部352と接触する位置に置かれない。これにより、パイロテクニックチャージ202が作動され、ピストン構造204が静止位置から動かされると、ピストン構造204は、ピストンストップ部352と可動接触子108との間に保持される。図3に示すように、この構成により、ピストン構造204は、可動接触子108に対して保持または固定される位置に置かれる。ピストン構造204は可動接触子108を所定の位置に保持し、固定接触子104,106と可動接触子108とが逆戻りして互いに接触し、接触器装置100が操作不能になることがないように、回路遮断用空間ギャップ350を維持するのに役立つ。 In some embodiments, piston structure 204 can be configured to interact with piston stop 352 of body 102 after pyrotechnic charge 202 is activated. The interaction may occur, for example, by the piston stop 352 interacting with the position of the piston structure 204, such as by being configured such that a portion of the piston stop 352 contacts or couples with another portion of the piston structure 204. can. In some embodiments, piston structure 204 is not placed into contact with piston stop 352 until moved by actuation of pyrotechnic charge 202. This causes the piston structure 204 to be held between the piston stop 352 and the movable contact 108 when the pyrotechnic charge 202 is activated and the piston structure 204 is moved from its rest position. As shown in FIG. 3, this configuration places the piston structure 204 in a retained or fixed position relative to the movable contact 108. The piston structure 204 holds the movable contact 108 in place and prevents the fixed contacts 104, 106 and the movable contact 108 from backtracking into contact with each other and rendering the contactor device 100 inoperable. , which helps maintain the circuit-breaking spatial gap 350.

いくつかの実施形態では、本体102のピストンストップ部352に代えて、またはこれに加えて、本体102の独立コンパートメント206が、パイロテクニックチャージ202の作動によって独立コンパートメント206内に移動されたシャフト110の一部分と相互作用できるように、例えば寸法および形状などの、十分な規模を備え得る。いくつかの実施形態では、独立コンパートメントは、切除されたハードストップ113と、またはパイロテクニックチャージ202の作動によって独立コンパートメント206内に移動させられたシャフト110に接続された別の構造と、相互作用するように構成され得る。上述したシャフト110の一部分、またはシャフト110に接続された構造は、装置の通常運転中には独立コンパートメント206内に位置していなかったが、過電流保護運転中のパイロテクニックサイクルの間に、独立コンパートメント206内に移動させられる。独立コンパートメント206は、シャフト110に接続された可動接触子108が逆戻りして固定接触子104,106と接触することがないように、シャフト110を所定の位置に保持するのに十分な寸法、形状、または付加的な特徴を備え、付加的な特徴とは、例えば、シャフト110が有する、またはシャフト110に接続された構造が有する対応する特徴と、相互作用または結合するように構成された特徴などである。 In some embodiments, instead of or in addition to the piston stop 352 of the body 102 , the independent compartment 206 of the body 102 is configured to include a shaft 110 that is moved into the independent compartment 206 by actuation of the pyrotechnic charge 202 . It may have sufficient scale, eg, size and shape, to be able to interact with the portion. In some embodiments, the independent compartment interacts with the excised hard stop 113 or with another structure connected to the shaft 110 that is moved into the independent compartment 206 by actuation of the pyrotechnic charge 202. It can be configured as follows. A portion of the shaft 110 described above, or a structure connected to the shaft 110, which was not located within the independent compartment 206 during normal operation of the device, is isolated during the pyrotechnic cycle during overcurrent protection operation. It is moved into compartment 206. The independent compartment 206 is of sufficient size and shape to hold the shaft 110 in place so that the movable contact 108 connected to the shaft 110 cannot backtrack and contact the fixed contacts 104, 106. , or additional features, such as features configured to interact with or couple with corresponding features of the shaft 110 or of structures connected to the shaft 110. It is.

図4に、装置の外観の特徴を最適に示す。図4は、本体102と、本体102から延在して、本体の内部部品と外部の電気機器または電気系統との外部接続を可能にする固定接触子104,106とを備える接触器装置100を示す。さらに図4には、内部のソレノイド(図1ないし図3のソレノイド112)に電力を供給するように構成されたリードワイヤ400、および、例えばパイロテクニックピンなどの、内部のパイロテクニックチャージと相互作用するためのセンサ機能または作動機能を収容するように構成され得る、任意のパイロテニック機能コンパートメント402を示す。 FIG. 4 best illustrates the external features of the device. FIG. 4 shows a contactor device 100 comprising a body 102 and stationary contacts 104, 106 extending from the body 102 to enable external connections between internal components of the body and external electrical equipment or systems. show. Further shown in FIG. 4 is a lead wire 400 configured to power an internal solenoid (solenoid 112 of FIGS. 1-3) and interact with an internal pyrotechnic charge, such as a pyrotechnic pin. An optional pyrotechnic functional compartment 402 is shown that may be configured to house sensor functionality or actuation functionality for.

本発明を、その好適な構成をいくつか参照して詳細に説明したが、構成の別の変形も可能である。本発明の実施形態は、様々な図面に示す互換性のある特徴のあらゆる組み合わせによって構成されてもよく、これらの実施形態は明確に図示および議論したものに限定されるべきではない。したがって、本発明の趣旨および範囲は、上述したものに限定されるべきではない。 Although the invention has been described in detail with reference to some preferred configurations thereof, other variations in configuration are possible. Embodiments of the invention may be constructed from any combination of compatible features shown in the various drawings, and these embodiments should not be limited to what is specifically shown and discussed. Therefore, the spirit and scope of the invention should not be limited to what has been described above.

上述したものは、本発明の趣旨および範囲に収まる全ての変形例および代替構成を含むことを意図するものであり、本開示の内容は全て、明示的にまたは非明示的に請求の範囲に記載されていないとしても、公に提供するよう意図されたものではない。 What has been described above is intended to cover all modifications and alternative configurations falling within the spirit and scope of the invention, and all contents of this disclosure, expressly or implicitly, are intended to be included in the claims. If not, it is not intended to be made available to the public.

Claims (19)

接触器装置であって、
気密封止ハウジングと、
前記気密封止ハウジング内の内部部品と、
接触構造と、
前記気密封止ハウジング内のパイロテクニック要素と、を備え、
前記内部部品は、入力に応じて前記接触器装置の状態を閉状態と開状態との間で切替えるように構成され、
前記閉状態では前記接触器装置に電流が流れ、前記開状態では前記接触器装置を流れる電流が中断され、
前記接触構造は、外部回路との接続のために前記内部部品と電気的に接続され、
前記接触器装置は、閾値電流レベルの電流が前記内部部品を流れ、前記パイロテクニック要素が作動し、それにより前記内部部品が前記接触器装置を前記開状態に切替えるように構成され、
前記接触器装置を前記開状態に切替えることは、シャフト構造を作動させることを含み、前記シャフト構造は、前記パイロテクニック要素の作動に応じて前記気密封止ハウジングの一部分に穴を開けて、接触器装置内部の圧力を解放するように構成された先鋭部を備える、接触器装置。
A contactor device,
a hermetically sealed housing;
internal components within the hermetically sealed housing;
a contact structure;
a pyrotechnic element within the hermetically sealed housing;
the internal component is configured to switch the state of the contactor device between a closed state and an open state in response to an input;
in the closed state current flows through the contactor device and in the open state the current flow through the contactor device is interrupted;
the contact structure is electrically connected to the internal component for connection with an external circuit;
the contactor device is configured such that a current at a threshold current level flows through the internal component, activating the pyrotechnic element such that the internal component switches the contactor device to the open state;
Switching the contactor device to the open state includes actuating a shaft structure that pierces a portion of the hermetically sealed housing in response to actuation of the pyrotechnic element to make contact. A contactor device comprising a sharpened portion configured to relieve pressure within the contactor device .
前記パイロテクニック要素はパイロテクニックチャージを備え、前記接触器装置は、前記パイロテクニックチャージの近くにピストン構造をさらに備える、請求項1に記載の接触器装置。 The contactor apparatus of claim 1, wherein the pyrotechnic element comprises a pyrotechnic charge, and the contactor apparatus further comprises a piston structure proximate the pyrotechnic charge. 前記ピストン構造は前記内部部品の近くに備えられ、前記パイロテクニックチャージの作動によって、前記ピストン構造が移動して、前記内部部品の構成を変更する、請求項2に記載の接触器装置。 3. The contactor apparatus of claim 2, wherein the piston structure is provided near the internal component, and actuation of the pyrotechnic charge moves the piston structure to change the configuration of the internal component. 前記ピストン構造は、前記内部部品のうちの1つにおける一部分を少なくとも部分的に包囲する、請求項2又は3に記載の接触器装置。 4. A contactor device according to claim 2 or 3, wherein the piston structure at least partially surrounds a portion of one of the internal parts. 前記ピストン構造は、パイロテクニック要素が作動した後、前記ピストン構造が移動したときに、前記内部部品を前記開状態に保持して、前記内部部品が前記閉状態に切り替わることを防ぐのに十分な規模で構成される、請求項2~4のいずれか1項に記載の接触器装置。 The piston structure is configured to maintain the internal part in the open state and to prevent the internal part from switching to the closed state when the piston structure moves after actuation of the pyrotechnic element. Contactor device according to any one of claims 2 to 4, configured on a scale. 接触器装置であって、
気密封止ハウジングと、
前記気密封止ハウジング内の内部部品と、
前記気密封止ハウジングにおけるパイロテクニック機能と、を備え、
前記内部部品は、
固定接触子と、
1つまたはそれ以上の可動接触子と、
前記1つまたはそれ以上の可動接触子と接続されるシャフト構造と、
外部回路との接続のために前記内部部品と電気的に接続される接触構造と、を備え、
前記固定接触子は互いに電気的に分離され、前記気密封止ハウジングによって少なくとも部分的に包囲され、
前記1つまたはそれ以上の可動接触子は、前記1つまたはそれ以上の可動接触子が前記固定接触子に接触すると、前記固定接触子間に電流が流れることを可能にし、
前記パイロテクニック機能は、閾値電流レベルの電流が前記内部部品を流れると、前記パイロテクニック機能が前記シャフト構造を作動させて互いに作用し、それにより前記シャフト構造が構成を変更し、前記可動接触子が前記固定接触子から離れるように構成される、接触器装置。
A contactor device,
a hermetically sealed housing;
internal components within the hermetically sealed housing;
a pyrotechnic function in the hermetically sealed housing;
The internal parts are
a fixed contact;
one or more movable contacts;
a shaft structure connected to the one or more movable contacts;
a contact structure electrically connected to the internal component for connection to an external circuit;
the stationary contacts are electrically isolated from each other and at least partially surrounded by the hermetically sealed housing;
the one or more movable contacts allow current to flow between the fixed contacts when the one or more movable contacts contact the fixed contacts;
The pyrotechnic features actuate the shaft structures to interact with each other so that when a threshold current level of current flows through the internal components, the shaft structures change configuration and the movable contact is configured such that the contactor is spaced apart from the stationary contact.
前記気密封止ハウジングは、内部に独立した内部コンパートメントを備える、請求項6に記載の接触器装置。 7. The contactor apparatus of claim 6, wherein the hermetically sealed housing comprises a separate internal compartment therein. 前記パイロテクニック機能はパイロテクニックチャージを備え、前記接触器装置は、前記パイロテクニックチャージの近くにピストン構造をさらに備える、請求項7に記載の接触器装置。 8. The contactor apparatus of claim 7, wherein the pyrotechnic function comprises a pyrotechnic charge, and the contactor apparatus further comprises a piston structure proximate the pyrotechnic charge. 前記ピストン構造は、前記シャフト構造の近くに備えられ、前記パイロテクニックチャージの作動によって、前記独立した内部コンパートメントのほぼ内部に前記シャフト構造を押し入れる、請求項8に記載の接触器装置。 9. The contactor apparatus of claim 8, wherein the piston structure is provided proximate the shaft structure, and actuation of the pyrotechnic charge forces the shaft structure substantially within the separate internal compartment. 前記ピストン構造は、前記独立した内部コンパートメントのほぼ内部に前記シャフト構造が位置するように、前記シャフト構造を所定の位置に保持するのに十分な規模で構成される、請求項9に記載の接触器装置。 10. The contact of claim 9, wherein the piston structure is configured of sufficient scale to hold the shaft structure in place such that the shaft structure is located substantially within the separate internal compartment. equipment. 前記気密封止ハウジングは、前記ピストン構造が前記パイロテクニック機能の作動によって静止位置から移動させられると、前記ピストン構造が実質的に動くことができないように、前記ピストン構造を所定の位置に保持するように構成されたピストンストップ部をさらに備える、請求項8~10のいずれか1項に記載の接触器装置。 The hermetically sealed housing holds the piston structure in place such that the piston structure is substantially unable to move when the piston structure is moved from a rest position by actuation of the pyrotechnic feature. Contactor device according to any one of claims 8 to 10, further comprising a piston stop configured to. 前記シャフト構造は、前記パイロテクニック機能の作動に応じて前記気密封止ハウジングの一部分に穴を開けて、接触器装置内部の圧力を解放するように構成された先鋭部を備える、請求項6~11のいずれか1項に記載の接触器装置。 The shaft structure comprises a sharpened portion configured to puncture a portion of the hermetically sealed housing to relieve pressure within the contactor device upon actuation of the pyrotechnic function. 12. The contactor device according to any one of Item 11. 前記シャフト構造は翼部を備え、前記気密封止ハウジングは、前記翼部に当接して、前記シャフト構造が前記独立した内部コンパートメント内部に過移動するのを防ぐように構成されたハードストップ構造を備える、請求項7~11のいずれか1項に記載の接触器装置。 The shaft structure includes a wing, and the hermetically sealed housing includes a hard stop structure configured to abut the wing and prevent over-travel of the shaft structure into the separate internal compartment. Contactor device according to any one of claims 7 to 11, comprising: 前記ハードストップ構造は、前記シャフト構造が前記独立した内部コンパートメントのさらに内部に移動できるように、前記パイロテクニック機能が作動すると切除されるように構成された、請求項13に記載の接触器装置。 14. The contactor device of claim 13, wherein the hard stop structure is configured to dissect upon actuation of the pyrotechnic function to allow movement of the shaft structure further into the separate internal compartment. 接触器装置であって、
気密封止ハウジングと、
前記気密封止ハウジング内の内部部品と、
前記気密封止ハウジングにおけるパイロテクニック機能と、を備え、
前記内部部品は、
固定接触子と、
1つまたはそれ以上の可動接触子と、
前記1つまたはそれ以上の可動接触子と接続されるシャフト構造と、
前記シャフト構造と接続されるプランジャ構造と、
外部回路との接続のために前記内部部品と電気的に接続される接触構造と、
前記プランジャ構造の運動を制御するように構成されたソレノイドと、を備え、
前記固定接触子は互いに電気的に分離され、前記気密封止ハウジングによって少なくとも部分的に包囲され、
前記1つまたはそれ以上の可動接触子は、前記1つまたはそれ以上の可動接触子が前記固定接触子に接触すると、前記固定接触子間に電流が流れることを可能にし、
前記パイロテクニック機能は、閾値電流レベルの電流が前記内部部品を流れると、前記パイロテクニック機能が前記シャフト構造を作動させて互いに作用し、それにより前記シャフト構造が構成を変更し、前記可動接触子の前記固定接触子から離れるように構成される、接触器装置。
A contactor device,
a hermetically sealed housing;
internal components within the hermetically sealed housing;
a pyrotechnic function in the hermetically sealed housing;
The internal parts are
a fixed contact;
one or more movable contacts;
a shaft structure connected to the one or more movable contacts;
a plunger structure connected to the shaft structure;
a contact structure electrically connected to the internal component for connection to an external circuit;
a solenoid configured to control movement of the plunger structure;
the stationary contacts are electrically isolated from each other and at least partially surrounded by the hermetically sealed housing;
the one or more movable contacts allow current to flow between the fixed contacts when the one or more movable contacts contact the fixed contacts;
The pyrotechnic features actuate the shaft structures to interact with each other so that when a threshold current level of current flows through the internal components, the shaft structures change configuration and the movable contact a contactor device configured to be spaced apart from said stationary contact of said contactor device.
アーク吹き消し磁石をさらに備える、請求項15に記載の接触器装置。 16. The contactor apparatus of claim 15, further comprising an arc blowout magnet. 前記接触器装置は、前記パイロテクニック機能と通信するパイロテクニックピンをさらに備え、前記パイロテクニック機能は、前記ピンが受信する電気作動信号に応じて作動するように構成される、請求項15又は16に記載の接触器装置。 17. The contactor device further comprises a pyrotechnic pin in communication with the pyrotechnic feature, the pyrotechnic feature being configured to actuate in response to an electrical actuation signal received by the pin. Contactor device as described in. 前記パイロテクニック機能は、第1のイニシエータチャージと、第2のガス生成チャージとを備える二重チャージ構造を備える、請求項15~17のいずれか1項に記載の接触器装置。 Contactor arrangement according to any one of claims 15 to 17, wherein the pyrotechnic function comprises a dual charge structure comprising a first initiator charge and a second gas generating charge. 前記第1のイニシエータチャージは、急速燃焼材料を備え、前記第2のガス生成チャージは緩慢燃焼材料を備える、請求項18に記載の接触器装置。 19. The contactor apparatus of claim 18, wherein the first initiator charge comprises a fast burning material and the second gas generating charge comprises a slow burning material.
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