(57)【要約】【解決手段】真空スイッチ(2,2’)に設けられる電極アセンブリ(100,200,300)は、真空エンベロープ(4,4’)と、真空エンベロープ(4,4’)内に配置された固定接点(8,8’)を含んでいる固定接点アセンブリ(6,6’)と、前記真空エンベロープ(4,4’)内に配置されて固定接点(8,8’)と電気的に接触する閉位置と固定接点(8,8’)から離れた開位置との間で移動可能な可動接点(12,12’)とを含んでいる。電極アセンブリ(100,200,300)は、固定接点アセンブリ(6,6’)と可動接点アセンブリ(10,10’)との対応する一方と連結される、複数の電極(106,108,206,208,306)を有する少なくとも一つの電極束(102,104,202,204,302)を含んでいる。電極(106,108,206,208,302)は、固定接点(8,8’)と可動接点(12,12’)の対応する一方またはその付近から、真空エンベロープ(4,4’)の第１端部(14,14’)と、前記真空エンベロープ(4,4’)の第２端部(16,16’)との閉じている部分に向かって延びている。
2014533427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空スイッチ（２、２’）用の電極アセンブリ（１００、２００、３００）であって、
前記真空スイッチ（２、２’）は、真空エンベロープ（４、４’）と、前記真空エンベロープ（４、４’）内に配置された固定接点（８、８’）を含んでいる固定接点アセンブリ（６、６’）と、前記真空エンベロープ（４、４’）内に配置された可動接点（１２、１２’）を含み、固定接点（８、８’）と電気的に接触する閉位置と固定接点（８、８’）から離れた開位置との間で移動可能な可動接点アセンブリ（１０、１０’）とを備えており、前記真空エンベロープ（４、４’）は、第１端部（１４、１４’）と、該第１端部（１４、１４’）から離れて反対側に配置された第２端部（１６、１６’）とを含んでおり、前記電極アセンブリ（１００、２００、３００）は、
前記固定接点アセンブリ（６、６’）と前記可動接点アセンブリ（１０、１０’）との対応する一方と連結されるよう構成された複数の電極（１０６、１０８、２０６、２０８）を含んでいる、少なくとも一つの電極束（１０２、２０２，２０４）を備えており、
前記電極（１０６、１０８、２０６、２０８）が、固定接点（８、８’）と可動接点（１２、１２’）の対応する一方またはその付近から、前記真空エンベロープ（４、４’）の第１端部（１４、１４’）と前記真空エンベロープ（４、４’）の第２端部（１６、１６’）との接続器に向かって延びるよう構成されている、電極アセンブリ（１００、２００、３００）。
【請求項２】
前記電極（１０６）は、前記真空エンベロープ（４）内に完全に配置されるよう構成さている、請求項１に記載の電極アセンブリ（１００）。
【請求項３】
前記電極（１０８）は、前記真空エンベロープ（４）内から、前記真空エンベロープ（４）の第１端部（１４）と前記真空エンベロープ（４）の第２端部（１６）との対応する一方を貫通して延びるよう構成されている、請求項１に記載の電極アセンブリ（１００）。
【請求項４】
前記少なくとも一つの電極束は、第１電極(１０６)の複数を有する第１電極束（１０２）と、第２電極（１０８）の複数を有する第２電極束（１０４）であり、前記第１電極束（１０２）は、前記固定接点アセンブリ（６）に配置されるよう構成されており、前記第２電極束（１０４）は、前記可動接点アセンブリ（１０）に配置されるよう構成されている、請求項１に記載の電極アセンブリ（１００）。
【請求項５】
前記第１電極(１０６)は、固定接点（８）と前記真空エンベロープ（４）の第１端部（１４）との間に延びるように構成されており、第２電極（１０８）は、可動接点（１２）の近くから前記真空エンベロープ（４)の第２端部（１６）を貫通して延びるように構成されている、請求項４に記載の電極アセンブリ（１００）。
【請求項６】
前記第１電極束（１０２）は、同心状に配置された１２個の第１電極（１０６）を備えており、前記第２電極束（１０４）は、同心状に配置された５個の第２電極（１０８）を備えている、請求項５に記載の電極アセンブリ（１００）。
【請求項７】
前記真空スイッチ（２’）はさらに、長手方向の軸（４００）を有しており、前記電極（２０６）は、前記長手方向の軸（４００）に対して捻じられている、請求項１に記載の電極アセンブリ（２００）。
【請求項８】
前記固定接点アセンブリ（６’）はさらに、ステム（１８’）と、第１平面部材（２０’）と、第１平面部材（２０’）から離れて対向するよう配置された第２平面部材（２２’）とを含んでおり、前記電極（２０６）のそれぞれが、第１平面部材（２０’）と結合されるよう構成された第１端部（２１０）と、第２平面部材（２２’）と結合されるよう構成された第２端部（２１２）とを含んでおり、各電極（２０６）の第２端部（２１２）が、前記電極（２０６）の第１端部(２１０)に対してオフセットされている、請求項７に記載の電極アセンブリ（２００）。
【請求項９】
前記電極（３０６、３０８、３１０、３１２）は、織るかまたは編むことによって配置されている、請求項１に記載の電極アセンブリ（３００）。
【請求項１０】
前記電極（３０６、３０８、３１０、３１２）は、直径（３１４、３１６、３１８、３２０）を有しており、前記電極（３０６、３０８、３１０、３１２）のうちの幾つかの直径（３１４、３１６、３１８、３２０）は、少なくとも幾つかの他の電極（３０６、３０８、３１０、３１２）の直径（３１４、３１６、３１８、３２０）と異なっている、請求項１に記載の電極アセンブリ（３００）。
【請求項１１】
第１端部（１４、１４’）と、第１端部（１４、１４’）から離れて対向するよう配置された第２端部（１６、１６’）とを含んでいる真空エンベロープ（４、４’）と、
前記真空エンベロープ（４、４’）内に配置された固定接点（８、８’）を含んでいる固定接点アセンブリ（６、６’）と、
前記真空エンベロープ（４、４’）内に配置されて、固定接点（８、８’）と電気的に接触する閉位置と固定接点（８、８’）から離れた開位置との間で移動可能な可動接点（１２、１２’）を含む可動接点アセンブリ（１０、１０’）と、
請求項１−１０のいずれかに記載の電極アセンブリ（１００、２００、３００）とを備えている、真空スイッチ（２、２’）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示したコンセプトは、例えば真空インターラプト装置（vacuum interrupters）などの真空エンベロープ（vacuum envelope）を含む、例えば真空スイッチ（vacuum switches）など、真空スイッチング装置（vacuum switching apparatus）に関連する。開示したコンセプトはまた、真空インターラプト装置用の電極アセンブリにも関係する。
【背景技術】
【０００２】
真空インターラプト装置は、真空チャンバ内に絶縁され気密に配置された分離可能な主接点を含んでいる。真空チャンバは、典型的に、限定するものではなく一例として、部分的な真空を引き出すエンベロープを形成する幾つかの端部部材（例えば、限定するものではないが、金属エンドプレート、金属キャップ、シールカップなどの金属構成部品）が被せられ、電気的に絶縁する幾つかのセラミックの領域（例えば、限定するものではないが、管状のセラミック部分）を含んでいる。セラミックの領域の例は、典型的に円筒形であるが、他の適当な断面形状を用いることができる。２つの端部部材が典型的に採用される。複数のセラミックの領域が存在する場所では、内部中心シールドが一例のセラミックの領域の間に配置される。
【０００３】
真空回路インターラプト装置（限定するものではないが、例えば真空回路ブレーカー（vacuum circuit breakers）、真空スイッチ（vacuum switches）、ロードブレイクスイッチ（load breake switches））などの真空電気スイッチング装置は、例えば電流過負荷（current overload）、ショート（short circuits）、および低レベル電圧状態（low level voltage conditions）などの電気的な故障の状態から電気系統を保護する。典型的に、真空回路インターラプト装置は、ばね動力や他の適当な作動機構を含んでおり、異常状態に応答して幾つかの真空インターラプト装置の電気接点を開いて電気系統の導体を通る電流の流れを中断する。
【０００４】
真空インターラプト装置の主接点は、典型的には高純度の銅で作られた細長い部材である電極ステム（electrode stem）によって、真空回路インターラプト装置により保護されるべき外部回路に電気的に接続されている。一般に、接点の一方は、外部回路と同様に真空チャンバに関連して固定されている。固定接点は、一方の端部部材を通って延びる第１電極の真空エンベロープに取り付けられる。他方の接点は、真空エンベロープに対して可動である。可動接点は、他方の端部部材を通って軸方向に摺動する可動電極に取り付けられている。可動接点は、作動機構によって駆動されると、シールされた金属製のベローズを含むカップリングによって、作動機構の動きが真空エンベロープ内に伝達される。固定接点と可動接点は、真空エンベロープの外側に位置する作動機構に対する可動電極の移動によって開閉する個別の接点の一組を形成する。電極、端部部材、ベローズ、セラミックシェル（単数または複数）、およびもし有るなら内部シールドは、もし有るなら、互いに連結されて、延長された時間、適当なレベルで、部分的な真空を維持することが可能な真空インターラプト装置（ＶＩ）を形成する。
【０００５】
真空インターラプト装置は、異常な状態において、可動接点が固定接点から開くことによって故障電極電流（fault current）を中断するために積極的に必要とされるだけである。多くのときでは、真空インターラプト装置は閉位置にあり、可動接点が固定接点と電気的に接続しており、定格（すなわち正常の）回路電流を連続して無抵抗で流す。真空インターラプト装置自体の固有電気抵抗により、連続して流れる電流は熱を発生させ、真空インターラプト装置に接続されるバスバーと同様に、真空インターラプト装置の構成部品の温度を上昇させることとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
中電圧開閉装置に真空インターラプト技術が幅広く受け入れられるのに伴って、真空インターラプト装置を使用することがますます必要となってきている。その一例は、定常電流の必要性が常に増加していることである。その結果、電極ステムの直径がますます大きくなっている。しかしながら、例えば直径が２インチよりも大きい電極にとって、交流（ＡＣ）抵抗は、実用的には５０Hzまたは６０Hzの電流では、表皮効果および近接効果のために、直流（ＤＣ）抵抗よりもかなり大きい。真空インターラプト装置の大きさは、その内部に合わせることができる電極の直径を制限する。そのため、一定の真空インターラプト装置の大きさで相対的に高い直流の負荷通電容量（continuous current carrying capability）を達成するのは困難である。
【０００７】
したがって、真空インターラプト装置のような真空スイッチとその電極アセンブリに改良する余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
必要なことおよびその他のことは、改良された真空スイッチ用の電極アセンブリを示す本発明のコンセプトを開示した実施の形態で触れる。
【０００９】
開示したコンセプトのうちの一つのものは、電極アセンブリが真空スイッチに設けられる。真空スイッチは、真空エンベロープと、真空エンベロープ内に配置された固定接点を含んでいる固定接点アセンブリと、真空エンベロープ内に配置された可動接点を含んでおり、固定接点と電気的に接触する閉位置と固定接点から離れた開位置との間で移動可能な可動接点アセンブリとを備えている。真空エンベロープは、第１端部と、該第１端部から離れて対向するように配置された第２端部とを含んでいる。電極アセンブリは、固定接点アセンブリと可動接点アセンブリとの対応する一方と連結されるよう構成された複数の電極を含んでいる、少なくとも一つの電極束を備えている。電極は、固定接点と可動接点の対応する一方またはその付近から、真空エンベロープの第１端部と真空エンベロープの第２端部の閉じている部分に向かって延びるよう構成されている。
【００１０】
電極は、真空エンベロープ内に完全に配置されるか、あるいは、真空エンベロープの第１端部と真空エンベロープの第２端部との対応する一方を貫通し、真空エンベロープ内から延びるよう構成することができる。
【００１１】
第１電極束が複数の第１電極を有し、第２電極束が複数の第２電極を有しており、第１電極束が固定接点アセンブリに配置されるように構成されるとともに、第２電極束が可動接点アセンブリに配置されるように構成することができる。
【００１２】
開示したコンセプトの他のものとして、真空スイッチが、第１端部と、第１端部から離れて対向するように配置された第２端部とを含んでいる真空エンベロープと、真空エンベロープ内に配置された固定接点を含んでいる固定接点アセンブリと、真空エンベロープ内に配置されて、固定接点に電気的に接触する閉位置と固定接点から離れた開位置との間で移動可能な可動接点を含む可動接点アセンブリとを備えており、また、電極アセンブリが、固定接点アセンブリと可動接点アセンブリとの対応する一方と連結されるよう構成された複数の電極を含んでいる、少なくとも一つの電極束とを備えている。電極は、固定接点と可動接点の対応する一方またはその付近から、真空エンベロープの第１端部と真空エンベロープの第２端部の閉じている部分に向かって延びている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明のコンセプトを開示した実施の形態における真空インターラプト装置とその電極アセンブリの等角一部断面図である。
【図２】図２は、図１の電極アセンブリの一部分の等角図である。
【図３】図３は、図１の電極アセンブリの他の部分の等角図である。
【図４】図４は、本発明のコンセプトを開示した他の実施の形態における真空インターラプト装置とその電極アセンブリの等角一部断面図である。
【図５】図５は、図４の電極アセンブリの一部分の等角図である。
【図６】図６は、本発明のコンセプトを開示した他の実施の形態における真空インターラプト装置とその電極アセンブリの等角一部断面図である。
【図７】図７は、図６の電極アセンブリの一部分の等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（関連出願の相互参照）
本願は、本説明に参考として含まれる２０１１年１１月１５日出願の米国特許出願第１３／２９６，５０３の優先権を主張する。
本発明のコンセプトを開示した以下の好ましい実施の形態を図と併せて読めば、本発明のコンセプトの十分な理解を得ることができる。
【００１５】
ここで使用した、例えば左、右、上、下、トップ、ボトム、およびその派生後などの方向を示す用語は、図に示した要素の方向に関連しており、ここで明確に列挙しない限り本願発明を制限するものではない。
【００１６】
ここで採用した“真空エンべロープ”の用語は、部分的な真空に利用するエンベロープを意味する。
【００１７】
ここで採用した“部分的な真空”の用語は、空間（すなわち、真空エンベロープ内）が、適当な機構（すなわち、限定するものではないが、真空炉（vacuum furnace））によって（実行可能な範囲で最も高度に、相対的に高度に、真空スイッチング装置に使用するために適した程度に）部分的に排気されることを意味する。
【００１８】
ここで採用した“真空スイッチング装置”または単に“真空スイッチ”の用語は、固定接点、可動接点、および対応する固定接点と可動接点に対して、並びに、これらの接点から電流を送る可動電極を採用している真空エンベロープを意味する。本願を限定するものではないが、真空スイッチング装置は、回路ブレーカー、インターラプト装置、スイッチ、発電機サーキットブレーカー（generator circuit breaker）、ロードブレーカースイッチ（load breaker switch：ＬＢＳ）、接触子（contactor）、低電圧（ＬＶ）スイッチング装置、中電圧（ＭＶ）スイッチング装置、高電圧（ＨＶ）スイッチング装置、および真空電気スイッチング装置を含む。
【００１９】
ここで採用された二つまたはそれ以上の部品が互いに“結合された”状態は、部品が互いに直接連結されるか、または、一つまたはそれ以上の中間部品を介して連結されていることを意味する。
【００２０】
ここで採用された“数”の用語は、１または１より大きい整数（すなわち複数）を意味する。
【００２１】
図１は、限定するものではないが、開示したコンセプトの一実施の形態において、真空インターラプト装置２など、電極アセンブリ１００を採用した真空スイッチを示している。真空スイッチ２は、図１で隠れた構造を部分的に破断して示した真空エンベロープ４を含んでいる。固定接点アセンブリ６は、真空エンベロープ４の中に部分的に位置しており、固定接点８を含んでいる。可動接点アセンブリ１０も、真空エンベロープ４の中に部分的に位置しており、固定接点８に電気的に接触する閉位置と、固定接点８から離れた開位置との間で移動可能な（すなわち、図１の斜視図で昇降する）可動接点１２を含んでいる。真空エンベロープ４は、両側の第１および第２端部１４、１６を含んでいる。
【００２２】
図１−３の限定するものではない実施の形態では、電極アセンブリ１００は、固定接点アセンブリ６と可動接点アセンブリのうちの一方と対応して連結させるよう構成された複数の電極１０６、１０８を含んでいる、少なくとも一つの電極束（図では二つ）１０２、１０４を含んでいる。より具体的には、電極１０６、１０８は、固定接点８と可動接点１２のうちの対応する一方から、または、その付近から、真空エンベロープ４の第１端部１４と真空エンベロープ４の第２端部１６の閉じている部分（closer）に向かって延びている。言い換えると、従来の技術の真空インターラプト装置（図示していない）は、多数の電極を有し、固定端部に連結された電極が真空エンベロープの可動端部に向かって延びており、或いは、逆に可動接点アセンブリの電極が固定接点の電極の間を移動するようにし、アークを延ばして、これらの多数の電極の間で回転させて、より良くアークを遮断することを意図しているのとは異なり、開示したコンセプトの電極束１０２、１０４は、それぞれ、電極アセンブリのＡＣ抵抗を減少させることを意図して、概して、固定接点８または可動接点１２と対応する一方の側に設けられている。また、当然のことながら、開示したコンセプトによれば、固定接点アセンブリ６と可動接点アセンブリ１０の一方だけ、および／または、その一部または複数の部分だけが電極束（例えば、１０２、１０４に限定されることはない）を有していればよい。すなわち、図１−３に示すとともにこれらの図に基づいて説明した例では、固定接点アセンブリ６と可動接点アセンブリ１０の両方が電極束１０２、１０４を採用しているが、これは、本件に必須のことではない。
【００２３】
さらに、電極、例えば電極１０６は、真空エンベロープ４の中に完全に配置することができる、と認められる。その代り、電極、例えば電極１０８は、真空エンベロープ４の第１および第２端部１４、１６の対応する一方を貫通して、真空エンベロープ４内から延びてもよい。一例として限定するものではないが、図１の限定ではない例において、電極１０８は、真空エンベロープ４内で可動接点１２からまたはその付近から、真空エンベロープ４の第２端部１６を貫通してその外部に延びている。
【００２４】
引き続き図１を参照すると、図２および図３にも示されているが、電極アセンブリ１００は、複数の第１電極１０６を有する第１電極束１０２と、複数の第２電極１０８を有する第２電極束１０４とを含んでいる。第１電極束１０２は、固定接点アセンブリ６に配置されており、第２電極束１０４は、可動接点アセンブリ１０に配置されている。より具体的には、上述したように、第１電極１０６は、概ね固定接点８と真空エンベロープ４の第１端部１４との間に延びており、第２電極１０８は、可動接点１２の近くから真空エンベロープ４の第２端部１６を貫通して延びている。
【００２５】
図２および図３に示したように、電極アセンブリ１００の一例の第１電極束１０２は、同心円状のパターン（concentric circular pattern）で配置された１２個の第１電極１０６を含んでおり、第２電極束１０４は、同様にほぼ同心円状のパターンで配置された５個の第２電極１０８（全ての第２電極は図１に示されている）を含んでいる。開示したコンセプトの基本的な特色は、単体の電極の代わりに、電極の単数または複数の領域を小径のサブ電極の一群に置き換えて、渦電流効果を、したがって、電極アセンブリ１００全体の交流（ＡＣ）抵抗を低減することを意図して、ここでは“電極束”として形成することである、と認められる。しかしながら、一つの電極束（例えば、１０２、１０４に限定されない）だけは必要であり、開示したコンセプトから逸脱することがない範囲で、公知のまたは適当な代替の大きさ、数、および／または形状の電極（すなわち、１０６、１０８に限定されない）を採用することができる。
【００２６】
一例として限定するものではないが、図４と５は、限定しない他の実施の形態として、開示したコンセプトによる電極アセンブリ２００を示したものであり、真空スイッチ２’（図４）は、長手方向の軸４００を有しており、電極２０６が軸４００に対して捻じられている。より具体的には、図１−３でそれぞれ上述した真空スイッチ２のように、真空スイッチ２’は真空エンベロープ４’を含んでおり、固定接点アセンブリ６’は真空エンベロープ４’内に配置された固定接点を含んでおり、可動接点アセンブリ１０’は、真空エンベロープ４’内に配置されて固定接点８’と電気的に接触する閉位置と固定接点８’から離れた開位置との間で移動可能な可動接点１２’を含んでいる。真空エンベロープ４’はさらに、両側の第１および第２端部１４’、１６’を含んでいる。
【００２７】
図４および５に示した実施の形態では、固定接点アセンブリ６’はさらに、ステム１８’、第１平面部材２０’、および第２平面部材２２’を含んでおり、第２平面部材は、第１平面部材２０’から離れて対向するように配置されている。上述したように、電極２０６は、長手方向の軸４００に対して捻じられている。各電極２０６は、第１平面部材２０’と結合される第１端部２１０と、第２平面部材２２’と結合される第２端部２１２とを含んでいる。各電極２０６の第２端部２１２は、図５に最も良く示しているように、電極２０６の第１端部２１０に対してオフセットしている。言い換えると、電極２０６は、渦電流効果とＡＣ抵抗を低減するように捻じられている。
【００２８】
図６および７は、さらに限定しない電極アセンブリ３００の他の実施の形態を示したもので、電極束３０２はさらに、スリーブ３５０を含んでおり、電極３０６、３０８、３１０、３１２（図７）がスリーブ３５０の中に配置されている。電極３０６、３０８、３１０、３１２は、電極における交流電流の表皮効果（skin effect）と近接効果（proximity effect）を、したがって電気抵抗を低減するために、限定するものではないが、リッツ線パターン（Litz Wire pattern）など、所定のパターンに織るか編む（woven or braided）ことができる。いずれにしろ、スリーブ（例えばスリーブ３５０）の中に電極が配置されているが、このスリーブは必須ではない。図７も、限定するものではない開示したコンセプトを示している。開示したコンセプトでは、どのような公知の電極または適当な電極の束（例えば、限定するものではないが、３０２）は、いろいろな直径を有することができる。図７において、スリーブ３５０内に織るか編んだ４つの異なる直径の電極が採用されている。具体的には、１０個の第１電極３０６がスリーブ３５０の内側の外周にほぼ環状に配置されている。第２電極３０８は、第１電極３０６の内側であって、第１電極３０６と中心電極３１０との間に配置されている。最後に、電極３０６の外側のほとんどの列の間には、図に示したように、第４電極３１２が分散している。全ての電極３０６、３０８、３１０、３１２は、どのような公知のまたは適当な直径を有することができる。一例であり限定するものではないが、例えば第１電極３０６は第１直径３１４を有しており、第２電極３０８は第２直径３１６を有しており、第３電極３１０は第３直径３１８を有しており、第４電極３１２の例は第４直径３２０を有しており、全ての直径が異なっている。
【００２９】
さらに、開示したコンセプトの限定しない他のものでは、電極束の電極の一つ以上、例えば限定するものではないが、図７で中心電極３１０を、機械的強度が大きい材料（例えば、限定するものではないが、ステンレス鋼）によって作成することによって、導電性を低下させることなく、機械的な強度を改良し、そしてさらに電極アセンブリ（例えば、３００）の導電性を犠牲にすることがないようにしている。
【００３０】
電極アセンブリ（例えば、限定するものではないが、１００、２００、３００）を備えている開示したコンセプトによれば、他の利点として、従来の単一の比較的大きいな直径の電極を、複数の比較的小さい直径の電極を一緒に束ねたものに代えることによって、真空インターラプト装置（例えば、限定するものではないが、２と２’）の連続通電容量（continuous current carrying capability）を増加させるよう構成して、比較的高い定常電流（high continuous currents）を流すことができる。
【００３１】
開示したコンセプトの実施の形態を詳細に説明してきたが、本発明に関連する技術に熟知した者であれば、全ての開示した教示を考慮してこれらの詳細を開発し、様々に変形したり代替させることができることを、認めることができるであろう。よって、開示した配置は、図示しただけにすぎず、添付した特許請求の範囲とその全ての相当物として与えられるべき開示したコンセプトの趣旨として制限されることはないことを意味する。
【図１】
2014533427.tif 000003
【図２】
2014533427.tif 000004
【図３】
2014533427.tif 000005
【図４】
2014533427.tif 000006
【図５】
2014533427.tif 000007
【図６】
2014533427.tif 000008
【図７】
2014533427.tif 000009
【国際調査報告】
2014533427.tif 000010
2014533427.tif 000011