(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの端プレートによって閉鎖された明らかに円筒形形状の包囲体及びこの包囲体の内部で軸線方向に延びる二つの接点を含み、これらの接点のうちの少なくとも一方は可動接点と呼ばれ、作動機構に連結されており、装置の休止位置に対応する接点閉鎖位置と、これらの接点を離間し、それらの間に電気アークを形成する位置との間で摺動自在に取り付けられており、接点を離間することによって、電気回路を遮断し、アーク形成領域内でアークを拡散するための軸線方向磁界を発生するための手段を更に含む、特にスイッチや回路遮断器等の電気的保護装置用の真空カートリッジにおいて、遮断中に前記接点（４、５）の接触面（７）上を流れる特に液体形態の接触材料（８）の冷却速度を高めるための第１手段と呼ばれる手段を含み、前記液体は、遮断中のアーク集中効果による接触材料の溶融によって生じ、
前記第１手段は、接点（４、５）と前記液体との間の接触面（７）を増大し、アークに対して隠されているけれども液体がアクセスできる表面（２２）を形成するための第２手段と呼ばれる手段を含む、真空カートリッジ。
【請求項２】
前記第２手段は、前記接点（４、５）の一方又は各々に形成された少なくとも一つのスリット（１０）を含み、前記スリットは、前記液体を受け入れてこの液体の流れを促進するように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の真空カートリッジ。
【請求項３】
前記第２手段は、接点（４、５）の全周に亘って配置された幾つかのスリット（１０）を含み、これらのスリット（１０）は、アーク接点（４、５）の中央部分（１１）の近くからその周囲（１２）まで半径方向に延びる、ことを特徴とする請求項２に記載の真空カートリッジ。
【請求項４】
各スリット（１０）は、接点（４、５）の接触面（７）の平面（Ｐ）に関して１０°乃至８０°をなす角度βを形成する平面内を延びる、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の真空カートリッジ。
【請求項５】
前記第２手段は、前記液体を受け入れるように設計された少なくとも一つの溝（１３）を含み、この溝は、接点（４、５）の中央部分（１１）の近くからその周囲（１２）まで接点（４、５）の内側を半径方向に延びる、ことを特徴とする請求項１に記載の真空カートリッジ。
【請求項６】
前記第２手段は、前記接点（４、５）の一方又は各々に形成された少なくとも一つのオリフィスを含み、前記オリフィスは、接点の上面と下面との間を連結する、ことを特徴とする請求項１に記載の真空カートリッジ。
【請求項７】
前記第２手段は、前記接点（４、５）の一方又は各々の中央に設けられた第１オリフィス（１４）を少なくとも有し、このオリフィスは、前記接点（４、５）のロッド（１６）に設けられた円筒形第２オリフィス（１５）へのアクセスを提供する、ことを特徴とする請求項１に記載の真空カートリッジ。
【請求項８】
前記第１手段は、液体の流れ速度を高めるための第３手段と呼ばれる手段を含み、
前記第３手段は、液体をスリット（１０）の入口の方向に推進する方向の軸線方向磁界を発生するための手段を含む、ことを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の真空カートリッジ。
【請求項９】
前記第２手段は、請求項２又は３によるスリット（１０）を有し、前記第３手段によれば、液体の初期流れとスリット内への液体の入口方向との間に形成される角度αが、９０°と等しいか或いはそれよりも小さい、ことを特徴とする請求項１及び８に記載の真空カートリッジ。
【請求項１０】
前記アーク接点（４、５）の接触面（７）は、液体の流れを容易にするように磨かれている、ことを特徴とする請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の真空カートリッジ。
【請求項１１】
幾つかの熱源を生成するようにアークを細分するための手段（１９）を更に含む、ことを特徴とする請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の真空カートリッジ。
【請求項１２】
アークを拡散するために軸線方向磁界を発生するための手段は、アークが置かれた場所に限定して磁界を発生するための手段（２０）である、ことを特徴とする請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載の真空カートリッジ。
【請求項１３】
前記第２手段によれば、アーク接点（４、５）の一方又は各々は中空であり、接点の反対側の表面（１８）に対するアクセスを提供するオリフィス（１７）をその接触面（７）に有し、かくして前記反対側の表面（１８）は冷却に関与し、接点（４、５）の周囲部分（１２）を介して接点（４、５）としての機能が果たされる、ことを特徴とする請求項１に記載の真空カートリッジ。
【請求項１４】
前記接点の縁部は、アークを拡散するために、前記軸線方向磁界を発生するように設計されたコイルを形成するように切られている、ことを特徴とする請求項１３に記載の真空カートリッジ。
【請求項１５】
前記オリフィス（１４、１７）の直径は、前記接点（４、５）の外径の０．１倍乃至０．３倍である、ことを特徴とする請求項６、７、又は１３に記載の真空カートリッジ。
【請求項１６】
発生された軸線方向拡散磁界は多極磁界であり、前記接点（４、５）の一方又は各々には極と同数のオリフィス（１９）が設けられている、ことを特徴とする請求項６及び１１に記載の真空カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空カートリッジに関し、詳細には、スイッチや回路遮断器等の電気的保護装置用の真空カートリッジに関する。このカートリッジは、二つの端プレートによって閉鎖された明らかに円筒形形状の包囲体及びこの包囲体の内部で軸線方向に延びる二つの接点を含む。これらの接点のうちの一方は可動接点と呼ばれ、作動機構に連結されており、装置の休止位置と対応する接点の閉鎖位置と、これらのアーク接点を離間し、その間に電気アークを形成する位置との間で摺動自在に取り付けられている。これらの接点を離間することによって電気回路を遮断する。アークをアーク形成領域で拡散するための軸線方向磁界を発生するための手段を更に含む。
【０００２】
【従来の技術】
現在この種のカートリッジは、例えば、フランス特許第２，６８２，８０８号又はフランス特許第２，７２６，３９６号に記載されている。
【０００３】
本発明は、以下の新たな観察に基づく。アークは、大きな軸線方向磁界が存在するにも拘わらず、電流が強くなればなるほど、アークが集中するように挙動する。接点の全面を覆う拡散アークは、弱い電流について遮断を行う場合、コラム形態のアークになる。このアークは、アーク接触子表面の小さな部分（１０％）を強く加熱する。
【０００４】
このアークは、その強さが高度に集中しているため、アークの発生部で接点材料を溶融してしまう。その結果、液体が接触面全体に亘って拡がる。かくして、液体がアークエネルギを接点の上側で分配する。これにより、アークは、二つの工程で冷却される。第１に、アークが接点材料を溶融するまで加熱した後、液体がアーク領域から流出する。アークエネルギを良好に分配し、遮断容量を高めるため、解決策が提案された。これらの解決策は全て、アークと直接的に関連しており、例えばアークの表面を拡大し、アークを細分するか或いはアークを移動させる。
【０００５】
更に、接点にスリットが設けられたカートリッジもまた既知である。これらのスリットは、軸線方向磁界を使用した場合の誘導電流を減少するように、又は半径方向磁界又は軸線方向磁界のいずれかを発生するように設計されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、アークを全く操作せずにこの種のカートリッジの遮断容量を改善することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的について、本発明の目的は、遮断中に接点の接触面上を流れる特に液体形態の接触材料の冷却速度を高めるための第１手段と呼ばれる手段を持つことを特徴とする、上文中に言及した種類の真空カートリッジを提供することである。前記液体は遮断中のアーク集中効果による接点材料の溶融により生じる。
【０００８】
本発明の特定の実施形態によれば、これらの第１手段は、接点と上文中に言及した液体との間の接触面を増大し、アークに対して隠されているけれども液体がアクセスできる表面を形成するための第２手段と呼ばれる手段を含む。
【０００９】
特定の実施形態によれば、これらの手段は、接点の一方又は各々に形成された少なくとも一つのスリットを含み、このスリットは、上文中に言及した液体を受け入れてその流れを助長するように配置されている。
【００１０】
かくして、この実施形態では、スリットは、接点にスリットが設けられた従来技術の既知のカートリッジとは異なり、液体を受け入れるように構成されている。後者のカートリッジでは、接点液体は、その毛管作用及びこれらのスリットの構成により、スリットの内側に流れない。
【００１１】
別の特定の実施形態によれば、これらの第２手段は、接点の中央部分の近くからその（それらの）周囲まで接点の半径方向内側を延びる、上述の液体を受け入れるように設計された少なくとも一つの溝を含む。
【００１２】
別の実施形態によれば、第２手段は、接点の一方又は各々に形成された少なくとも一つのオリフィスを含み、前記オリフィスは、接点の上面と下面との間を連結し、電気アークの直径よりも小さな直径を備えている。
【００１３】
別の特徴によれば、第１手段は、液体の流れ速度を高めるための第３手段と呼ばれる手段を含む。
【００１４】
有利には、第１手段は第２手段及び第３手段を含み、第２手段はスリットを有し、第３手段によれば、液体の初期流れとスリット内への液体の入口方向との間に形成される角度が、９０°と等しいか或いはそれ以下である。
【００１５】
別の特徴によれば、第２手段によれば、アーク接点の一方又は各々は中空であり、接点の反対側の表面へのアクセスを提供するオリフィスをその接触面に有し、かくして反対側の表面は冷却に関与し、接点の周囲を介して接点の供給が行われる。
【００１６】
特定の特徴によれば、接点の縁部は、アークを拡散するため、上述の軸線方向磁界を発生するように設計されたコイルを形成するように切られている。
【００１７】
別の特定の特徴によれば、発生された軸線方向拡散磁界は多極磁界であり、接点の一方又は各々には極と同数のオリフィスが設けられている。
【００１８】
本発明のこの他の利点及び特徴は、単なる非限定的例として与えられた添付図面を参照してなされた以下の詳細な説明から更に明らかになるであろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１及び図７において、真空カートリッジＡは、故障時に又は電気回路の計画的開放コマンドを実行する場合に電気回路の遮断を行うため、特に中圧電気回路遮断器と一体化するように設計されている。
【００２０】
このカートリッジＡは、既知のように、円筒形形状の包囲体１、この包囲体を閉鎖する二つの端プレート２、３、一方の端プレート２に固定的に取り付けられた定置接点と呼ばれる接点４、及び作動機構（図示せず）に連結された可動接点と呼ばれる接点５を含む。接点４、５は、遮断器の休止位置に対応する閉鎖位置と、これらの接点４、５を離間し、その間に電気アークを形成する位置との間で軸線方向に摺動するように包囲体１の内部に取り付けられている。接点を離間することにより電気回路の遮断を行う。このカートリッジＡは、接点間でアークの拡散を行うように設計された軸線方向磁界を発生するための手段Ｍ（図７参照）を更に含む。各接点４、５は、接点材料８と呼ばれる材料をその接触面７に備えたベース材料６でできた部品によって形成されている。接点材料は、ベース材料と同じ材料で形成できる。
【００２１】
本発明によれば、このカートリッジＡは、遮断中に接点４、５の接触面７上を流れる液体形態の接点材料８をフォスター冷却するための、第１手段と呼ばれる手段を備えている。
【００２２】
本発明の第１実施形態によれば、これらの手段は、液体と接点４、５との間の接触面を大きくするための第２手段と呼ばれる手段を備えている。
【００２３】
図１及び図２に示す実施形態によれば、これらの第２手段は、接点４、５の一方又は両方に形成されたスリット１０を含む。二つの接点４、５の各々（又は一方）が、接点４、５の厚さを部分的に通過し且つ接点４、５の中央部分１１の近くから最大でその（それらの）周囲（１２）まで半径方向に延びる所定数のスリット１０を含む。図１では、詳細には、スリット１０の各々は、接点４、５の接触面７の平面Ｐに関して１０°乃至８０°、好ましくは１０°乃至４５°、有利には３０°の角度βを形成する平面内を延び、液体の流入を容易にする。
【００２４】
図３に示す実施形態によれば、接点４、５の一方又はこれらの接点の各々には、上文中に言及した液体を受け入れるように設計された半径方向に延びる溝１３が設けられている。これらの溝は、接点４、５の接触面７に配置されており、接点４、５の全体に亘り、接点４、５の中央部分１１の近くからその（それらの）周囲１２まで延びている。
【００２５】
ここに図示していない別の実施形態によれば、これらの第２手段は、接点４、５の中央に配置されたオリフィスを含む。このオリフィスは、接点の上面を下面に連結する。この構成は、アーク発生部（ａｒｃ  ｒｏｏｔ）がオリフィスに亘って焼ける場合に効率的である。
【００２６】
図４に示す別の実施形態によれば、これらの第２手段は、接点４、５の一方又は各々について、接点のロッド１６に設けられた円筒形第２オリフィス１５へのアクセスを提供する接点４の中央に設けられた第１オリフィス１４を含む。この実施形態では、オリフィスの直径はアークの直径よりも小さい。
【００２７】
更に、この実施形態では、アークの周囲が増大し、これには、アークから接点の外周又は内周へ流れることのできる液体の量を増大する効果がある。
【００２８】
図５に示す別の実施形態によれば、アーク接点の一方又は各アーク接点は中空であり、その（それらの）接触面７にオリフィス１７が設けられており、このオリフィスは反対側の表面１８に対するアクセスを提供する。この場合、接点４、５の供給は、その（それらの）周囲を介して行われ、従って、反対側の表面１８が冷却に参加する。
【００２９】
有利には、上文中に言及したアークを拡散するための軸線方向磁界を発生するように設計されたコイル（図示せず）を形成するように接点４、５を切る。
【００３０】
接触面にオリフィスを形成するこれらの全ての実施形態では、液体と接点との間の接触面を増大するため、オリフィスの直径は電気アークの直径よりも小さくなければならない。
【００３１】
有利には、オリフィスの直径は、接点の外径の０．１倍乃至０．３倍である。
【００３２】
かくして、全てのこれらの実施形態では、アーク接点４、５と液体との間の接触面が大きくなる。この追加の表面は、アークプラズマについて隠されている（隠された表面２２）が、これと同時に、液体にアクセスでき、特に液体がスリット１０の翼部の僅かな傾斜に従って流れる場合に液体にアクセスできる。接触面を５０％増大することにより、遮断容量を２０％増大できるということがわかった。
【００３３】
本発明の別の実施形態によれば、接点材料の冷却を容易にするためのこの第１手段は、接点上での液体形態の材料の流れの速度を増大し、液体がアーク発生部から遠くに配置された表面に更に容易に届くようにするための第３手段と呼ばれる手段を含む。アーク発生部から遠くに配置された表面の方向での液体の流れを改善するための手段の一つは、液体とベース材料との間の湿潤性について役割を果たすことを含む。この湿潤性は、溶融状態の接点材料の組成を調節すること、又は接点材料が上側を流れる材料の性質を変更することのいずれかによって改善できる。
【００３４】
流れの速度を増大するための別の手段は、例えば機械的手段又は化学的手段によって表面を研磨することによって、或いはアークによって研磨を行うことによって、接触面の粗さを減少することである。
【００３５】
接触面を増大するための手段及び流れを助長するための手段を組み合わせて使用するのが有利である。
【００３６】
かくして、流れを容易にするための手段をスリットと組み合わせて使用できる。この手段は、スリットへの流入を容易にすることからなるのがよい。これを行うため、及び図２に示すように、最初の液体の半径方向流れ方向とスリットの方向との間の角度αは、９０°と等しいか或いはそれ以下でなければならない。スリットのこのような入口角度は、遮断容量を最大５％上昇する効果がある。
【００３７】
スリットへの進入を容易にするための別の手段は、液体がスリットの方向に強制的に流されるように軸線方向磁界の方向を選択することである。実際、接点を流れる電流は、液体層を同様に流れる。表面では、電流は軸線方向成分及び半径方向成分を有する。磁界が存在している状態では、磁界が電流に関してローレンツ力を発生し、これが液体に作用する。この磁界が接点の外側又は後側に設けられたコイルによって発生されるということを思い出さなければならない。磁界の方向を適切に選択することにより、遮断容量を２％だけ高めることができる。
【００３８】
以下の表は、表面積、スリットの数、及び入口角度による様々な真空カートリッジの遮断容量を示す。
【表１】
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【００３９】
これらの手段の全てに加え、アークを細分し幾つかの熱源を形成するのが有利である。これにより流れ及び冷却が更に高まる。アークを分割するための既知の技術は、多極と呼ばれる磁界を加えることを含む。
【００４０】
図６に示す実施形態によれば、接点４の各々は、二つの接点部品４ａ、４ｂを含み、これらの接点部品の各々は、四つの貫通オリフィス１９を含む。接点部品のうちの一方４ａのオリフィス１９は、接点部品のうちの他方４ｂのオリフィス１９に面して配置されている。かくして、アークは幾つかの平行なアーク及び同数の液体金属源に細分される。磁界は、一方では、接点の上側に配置された強磁性体部品２１によって発生され、他方では、接点間の空間を通過する磁力線に対する磁気抵抗が最小であるように二つの接点間の相対的回転によって発生される。接点の供給は、強磁性体部品を正しく磁化できるように接点の中央で行われる。有利には、オリフィスの直径は、接点の外径の０．０５倍乃至０．４倍である。
【００４１】
本明細書の冒頭の観察によれば、アークがコラム形態の拡散アークとなり、このアークは軸線方向磁界を部分的にしか使用しない。かくして、図７の実施形態では、磁界の効果はアークの場所に限定される。これを行うため、縮径コイル２０を接点４、５の後側に置く。前記コイル２０は、接点４、５の中央に十分強い軸線方向磁界を発生するが、それ以外の場所では非常に弱いか或いは場合によっては方向が逆である。この特定の実施形態により、一方では、簡単な設計のカートリッジが得られ、他方では、コイルにより生じる損失、及び従って、磁界の発生による温度上昇を制限する。
【００４２】
本発明により、遮断容量が特に改善されており且つ構造が簡単で小型の真空カートリッジが得られる。当然のことながら、本発明は、単なる例示の目的で提供された例示の上述の実施形態に限定されない。
【００４３】
逆に、本発明は、本発明の精神に従って実施される限り、上文中に説明した手段の全ての技術的等価物及びその組み合わせを含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による真空カートリッジの斜視図である。
【図２】図１に示すカートリッジの一つのアーク接触子の斜視図である。
【図３】本発明の別の実施形態によるアーク接触子の別の実施形態の斜視図である。
【図４】本発明によるアーク接触子の更に別の実施形態の部分断面斜視図である。
【図５】本発明によるアーク接触子の他の実施形態の部分断面斜視図である。
【図６】本発明によるアーク接触子の更に他の実施形態の斜視図である。
【図７】簡単な設計の本発明による真空カートリッジの縦断面図である。
【符号の説明】
Ａ  真空カートリッジ
１  包囲体
２、３  端プレート
４  定置接点
５  可動接点
６  ベース材料
７  接触面
８  接点材料
９  オリフィス
１０  スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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