(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのコイルおよび前記コイルを流れる電流に対して移動可能に応答する少なくとも１つのプランジャを備えるソレノイドと、
接触板と、
複数の導電性端子であって、
前記ソレノイドが励磁されたとき、前記プランジャが、前記接触板を移動させることで前記接触板を前記複数の導電性端子と強制的に接触させて、その間に電気回路を完成するように、前記ソレノイドおよび前記接触板と協働する複数の導電性端子と、
複数のアーク消滅磁石であって、前記複数の磁石によって生成される磁界の一部分が、主に前記接触板の第１の部分に影響を与え、一方、前記磁界の別の部分が、前記第１の部分から離隔された前記接触板の第２の部分に主に影響を与えるように、前記接触板と前記複数の導電性端子の間の前記接触によって少なくとも部分的に画定された領域の周辺に配置される複数のアーク消滅磁石とを備え、
前記複数の導電性端子は、第１の端子および第２の端子を備え、
前記接触板は、前記接触板の前記第１の部分が前記第１の端子と選択的に接触し、一方前記接触板の前記第２の部分が前記第２の端子と選択的に接触するように、前記第１の端子と前記第２の端子との間で長手方向に広がり、
前記複数のアーク消滅磁石は、前記接触板の前記第１の部分と前記第２の部分との間の領域に与えられる前記ローレンツ力が、前記接触板の前記第１の部分および前記第２の部分に与えられるローレンツ力に比べて小さくなり、かつ前記ソレノイドが励磁されたときに前記プランジャが前記接触板を前記移動させる方向とは逆方向に作用するように、配置されている切換え組立体。
【請求項２】
前記複数の磁石が、前記第１の部分に主に影響を与える前記磁界の前記部分が第１の組によって生成され、一方、前記第２の部分に主に影響を与える前記磁界の前記部分が第２の組によって生成されるように、少なくとも２つの組として配置される請求項１に記載の組立体。
【請求項３】
前記磁石の少なくとも２つの組の前記第１の組によって生成された前記磁界の前記一部分が、前記プランジャの１つの側面上に広がり、一方、前記磁石の少なくとも２つの組の前記第２の組によって生成された前記磁界の前記一部分が、前記プランジャの実質的に反対側の側面上に広がるように、前記磁界が、前記プランジャの移動方向に対して実質的に垂直に広がる請求項２に記載の組立体。
【請求項４】
前記磁石の少なくとも２組が、第１の磁石の組によって生成される前記磁界の部分が第１の前記複数の端子に最も近い前記接触板の２分の１未満を覆うように広がり、一方、第２の磁石の組によって生成される前記磁界の部分が第２の前記複数の端子に最も近い前記接触板の２分の１未満を覆うように広がるように、４つの正方形パターンに配置される請求項２に記載の組立体。
【請求項５】
前記接触板上に与えられる前記ローレンツ力が、前記プランジャの移動方向に対して実質的に平行な方向に沿って作用する請求項１に記載の組立体。
【請求項６】
前記接触板が、前記第１の部分が前記第２の部分に重ならない細長い形状に形成される請求項１に記載の組立体。
【請求項７】
複数の電池と、
原動力と、
前記複数の電池から前記原動力への電流の選択的配送を可能にするように構成された切換え組立体とを備える車両推進システムであって、前記切換え組立体が、
少なくとも１つのコイルおよび前記コイルを流れる電流に対して移動可能に応答する少なくとも１つのプランジャを備えるソレノイドと、
接触板と、
電流を通して伝達するように構成された複数の端子であって、前記ソレノイドが励磁されたとき、前記プランジャが、前記接触板を移動させることで前記接触板を前記複数の端子と強制的に接触させて、その間に電気回路を完成するように、前記ソレノイドおよび前記接触板と協働する複数の端子と、
複数のアーク消滅磁石であって、前記複数の磁石によって生成される磁界の一部分が、主に前記接触板の第１の部分に影響を与え、一方、前記磁界の別の部分が、前記第１の部分から離隔された前記接触板の第２の部分に主に影響を与えるように、前記接触板と前記複数の導電性端子の間の前記接触によって少なくとも部分的に画定された領域の周辺に配置される複数のアーク消滅磁石とを備え、
前記複数の導電性端子は、第１の端子および第２の端子を備え、
前記接触板は、前記接触板の前記第１の部分が前記第１の端子と選択的に接触し、一方前記接触板の前記第２の部分が前記第２の端子と選択的に接触するように、前記第１の端子と前記第２の端子との間で長手方向に広がり、
前記複数のアーク消滅磁石は、前記接触板の前記第１の部分と前記第２の部分との間の領域に与えられる前記ローレンツ力が、前記接触板の前記第１の部分および前記第２の部分に与えられるローレンツ力に比べて小さくなり、かつ前記ソレノイドが励磁されたときに前記プランジャが前記接触板を前記移動させる方向とは逆方向に作用するように、配置されている、車両推進システム。
【請求項８】
切換え組立体を動作させる方法であって、
複数の導電性端子を、接触板との間に接触点が選択的に確立され得るように前記接触板に隣接して配置するステップと、
ソレノイドを、前記ソレノイドが励磁されたとき、前記接触板と前記複数の端子との間に電気回路を完成するように、前記接触板を移動させることで前記接触板を強制的に前記複数の端子と接触させ、前記ソレノイドが消勢されたとき、前記接触板と前記複数の端子との間の電気回路を開くように、前記接触板が前記複数の導電性端子から分離することを可能にするように動作させるステップとを含み、前記切換え組立体が、複数のアーク消滅磁石であって、前記複数の磁石によって生成される磁界の一部分が、主に前記接触板の第１の部分に影響を与え、一方、前記磁界の別の部分が、前記第１の部分から離隔された前記接触板の第２の部分に主に影響を与えるように、前記接触板と前記複数の端子の間の前記接触点によって少なくとも部分的に画定された領域の周辺に配置され、
前記複数の導電性端子は、第１の端子および第２の端子を備え、
前記接触板は、前記接触板の前記第１の部分が前記第１の端子と選択的に接触し、一方前記接触板の前記第２の部分が前記第２の端子と選択的に接触するように、前記第１の端子と前記第２の端子の間で長手方向に広がり、
前記複数のアーク消滅磁石は、前記接触板の前記第１の部分と前記第２の部分との間の領域に与えられる前記ローレンツ力が、前記接触板の前記第１の部分および前記第２の部分に与えられるローレンツ力に比べて小さくなり、かつ前記ソレノイドが励磁されたときに前記プランジャが前記接触板を前記移動させる方向とは逆方向に作用するように、配置されている複数のアーク消滅磁石を備える方法。
【請求項９】
前記切換え組立体が自動車の継電器を備える請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年１月１３日の出願の米国仮出願第６１／４３２，３２９号の利益を主張するものである。
[0001]本発明は、一般に、ソレノイドベースの直線状接触板上に形成されるローレンツ力の大きさを低減する装置および方法に関し、より詳細には、接触板が開かれるかまたは消勢されたとき、アーク消滅機能を維持する一方でローレンツ力の大きさを低減する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]ソレノイドは、継電器、スイッチおよび関連する電気回路の接点を開閉するのにしばしば使用される。一般に、高電圧接触器は、端子間の電気回路を完成するために、接触板を１対の静止した電流搬送端子と選択的に接続させるように移動するのにソレノイドを使用する。この回路は、ソレノイドが消勢されると開き（すなわち不完全になり）、ソレノイドが励磁されると閉じる（すなわち完成する）。回路内の高電圧および大電流の存在が、接触が中断された直後に接触板と端子の間にアーク発生をもたらす可能性がある。アークによって生成される電力は、電気的に強化されていない可能性がある近くの素子に吸収される（または同素子に対して作用する）傾向があるので、このようなアーク発生は特に大電流の動作モードでは望ましくない。
【０００３】
[0003]アークを低減するかまたは消滅させる試みは、アーク形成の期間中、エネルギーのいくらかを吸収することによってアークを抑止する機能を生じさせる誘電体ガスで満たされたチャンバの内部に接触板および端子を密封することを含んでいる。このような構成は、実装を縮小し、何らかのレベルの環境に左右されない使用法をもたらす。これにもかかわらず、このような解決策は、装置の原価および複雑さの上昇から好まれない。
【０００４】
[0004]別の試みでは、磁界に露出した端子または他の電流搬送部材に作用するローレンツ力をうまく利用するように、追加の磁石対が接触板と端子の対向する面に設置されている。本来のローレンツ力は、接触板において回路が開かれた直後の瞬間に、アーク消去を促進するように、アークの極性を利用してより大きな領域にアークを広げることにより用いられ得る。このような手法は、一般に、アークを消すのを支援するのに十分である。残念ながら、追加の磁石によって生成されるローレンツ力も、通常の閉回路動作の期間中、近くの接触板上に与えられる。この力（一般に、接触板を通る電流の流れに対する磁石の配向により、端子から接触板の早すぎる分離を促進する可能性がある方向の力）が、一般にソレノイドの動作、特に接触板の動作を妨害する可能性があるので、ソレノイドの動作が改善され得るやり方がある。
【０００５】
[0005]さらに別の試みでは、高電圧接触器を閉じるのに使用されるばねは、大電流（または短絡故障）の状況の期間中、接点を閉じておくためにより大きなばね定数を有するように設計され得る。このような改善されたスプリング力は、上記で論じられた追加の磁石のローレンツ力から、接触板が早まって開くのに耐える傾向を有することができるが、あいにく、ばねがより強いと、接触を開くのにより大きな力のソレノイドを必要とすることになる。これは、その結果として、より大きなコイルを通るものなど、より大きなエネルギーを必要とする。このような解決策は、重さ、体積、電気エネルギー使用および原価の増加を伴うことにより、好ましくない。
【０００６】
[0006]自動車リチウムイオン電池は、部分的（ハイブリッドシステムの場合）または全体的（全電気式システムの場合）に動力を供給するのに用いられている。電動機に電力を供給し、その結果として１組の車輪に推進力を供給することができるには、電圧および電流の一方または両方のかなりのレベルが必要である。このような電池システムによって利用される高レベルの電力は、補正されなければ、継電器および関連したスイッチの動作を通じて顕著なアークをもたらす。何らかの形の磁石ベースのアーク消滅（上記で論じられたものなど）を利用するシステムでは、磁界によって誘起されるローレンツ力が、接触板および従来型の継電器の接点および関連したスイッチ組立体を、それらが設計されたものとは異なる度合いに（または異なる時間に）それらを移動させることにより、妨げになるほど十分に大きい。具体的には、この下方に向けられた力が、ソレノイドのプランジャ上に誘起される磁力によって確立されるバイアスに打ち勝つ可能性があり、その結果として意図せず接点が開き、追加の磁石によって回避しようとしていたアークの発生を引き起こす恐れがある。このように接触板が不時に開くと、電池式自動車の推進システムの動作に有害な影響を及ぼす恐れがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
[0007]消勢された接点に関連したアークを低減し、同時に、形成されたローレンツ力が電気端子および接触板の動作に影響を与える傾向を低減するために、２重双極性磁界を設定するように、継電器、スイッチまたは関連するソレノイドベースの装置に使用される追加の磁石が形成され得る。磁石対の組によって生成された２つの別々の磁界の結果として形成される、この２重双極性の構成は、継電器の接触器部分に隣接した領域に確立される。磁界のこの分離は、磁気密度の集中を、接触器部分を構成する接触板および端子を密封するチャンバの側面に沿って形成された領域へ移動する。結果として、磁気密度は、一般により小さな接触板の表面領域に与えられ、特に接触器部分の中心では激減する。磁界に露出される接触板の表面領域の量をできるだけ小さく保つことにより、接触板に与えられるローレンツ力の量が付随的に小さく保たれ、その結果として、このような力によって接触板と端子が意図せず分離する可能性を減少させる。現在の２重双極性の設計は、高電圧接触器の安定性を改善するためにアーク消滅の制御を維持するのに役立ち、その結果として、リチウムイオン電池システムに見られるものなどの高電圧接触器向けのより頑健な継電器設計をもたらす。磁石を分離して、継電器またはスイッチの接触器部分のまわりの４つの角にそれらを設置することにより、それによって形成される双極性の設計が、短絡故障などの極限状態を通じて導入される物理的影響をかなり低下することができる。
【０００８】
[0008]本発明の第１の態様によれば、切換え組立体が開示される。現在の状況では、切換え組立体は、電気回路の選択的開閉を可能にする構成要素の配置に対応する。そのため、切換え回路を通過する電流は、２次電気回路の電源を入れたり切ったりするのに用いられ得る。一例では、このような２次回路は、１つまたは複数の電池（リチウムイオン電池など）から、自動車、トラックまたは関連した車両もしくは原動力の用途に推進力を供給することができる電動機または他の装置に電流を配送するように構成された作業遂行回路であり得る。特定の形態では、本発明の切換え組立体は、継電器、スイッチまたは関連した回路の開閉機構として構成されてよい。切換え組立体は、ソレノイドのコイルを通過する電流に対して移動可能に応答するプランジャを有するソレノイドを含む。一般に、プランジャは、コイルの励磁および消勢に際して、（ソレノイドの配向次第で、例えば上下方向または横方向に）並進運動を経験する。この組立体は、電流を伝えることができてプランジャによって移動され得る接触板をさらに含む。好ましい一実施形態は、互いに直接接触するプランジャおよび接触板を有するが、プランジャから接触板に与えられる力を減じない介在する構造体が存在し得るので、このような直接接触は必要ではない。この組立体は、移動する接触板によって端子どうしが接触したとき、両端子に接続された電気回路が完成され得るように、互いに離れて設置された２つ以上の端子をさらに含む。このような電気回路の一例は、リチウムイオン動力装置から自動車用途向けの電動機または車輪の組に電気を供給するための、上記で論じられたものなどの働きを遂行することができる電流を伝えるのに使用され得る任意の回路である。ソレノイドが励磁されると、プランジャが、接触板を各端子と強制的に接触させて、それらの間に回路を完成する。
【０００９】
[0009]この組立体は、多数のアーク消滅磁石をさらに含む。これらの磁石（本明細書では追加の磁石とも称される）は、少なくとも接触板および接触板と協働する端子の部分によって画定される領域のまわりに設置される。こうして、このような協働によって確立された接触点が、低減された磁界に露出される。具体的には、磁石は、接触板の一部分だけが磁界に露出されるように配置される。磁石によって生成される磁界の適切な配置、サイジングおよび区分化により、磁界の一部分が、接触板の第１の部分に主に影響を与える一方で、磁界の一部分が、第１の部分から離隔された接触板の第２の部分に主に影響を与える。このような構造により、接触板に与えられるローレンツ力（磁界の副産物である）は、接触板の全体が磁界に露出された場合より小さく、その一方で、ソレノイドが消勢されて接触板と端子の間の接触が遮断された直後の期間を通じて、依然としてアーク消滅機能を促進することができる。
【００１０】
[0010]一形態では、追加の磁石が２重双極性の組として配置され、このような構造は、ローレンツ力の一部分を、接触板に対する動作（または結合）から除去する。接触板と相互作用する磁界の大きさを低減することにより、接触板に与えられるローレンツ力（プランジャの動きが上下方向で、接触板も上下に移動するようにプランジャ上に配置される用途では、下方へ向けられる）の大きさが低減される。これは、その結果として、接触板が早まって端子から分離する傾向を低減する。この２重双極性の組は、第１の部分に主に影響を与える磁界の部分が第１の組によって生成され、一方、第２の部分に主に影響を与える磁界の部分が第２の組によって生成されることを意味する。より詳細には、この構成では、磁界が、プランジャの移動方向に対して実質的に垂直に広がり、このようにして、第１の磁石の組によって生成される磁界の部分が、プランジャの１つの側面上に広がり、一方、第２の磁石の組によって生成される磁界の部分が、プランジャの実質的に反対側の側面上に広がる。さらに詳細には、磁石の２つの組は、第１の磁石の組によって生成される磁界の部分が第１の端子に最も近い接触板の２分の１未満を覆うように広がり、一方、第２の磁石の組によって生成される磁界の部分が第２の端子に最も近い接触板の２分の１未満を覆うように広がるように、４つの正方形パターンに配置される。別の選択肢では、端子は第１の端子および第２の端子で構成され、一方、接触板は、接触板の第１の部分が全体的に第１の端子に隣接する一方で、接触板の第２の部分が全体的に第２の端子に隣接するように、第１の端子と第２の端子の間の長手方向に広がる。より詳細には、接触板は、第１の部分が第２の部分に重ならない細長い形状に形成される。接触板および磁石組のこのような構造によって、接触板のかなりの部分（具体的にはその中央のまわりに領域）は、磁界と端子および接触板を通る電流の流れとの相互作用によって生成されるローレンツ力に対する露出が実質的に縮小される。このような構成は、かけられるローレンツ力とソレノイドのプランジャの動きが、全体的に平行な経路に沿うものであることを意味する。
【００１１】
[0011]本発明の別の態様によれば、車両の推進システムが開示される。このシステムは、多数の電池、原動力、および電池から原動力への電流の選択的配送を可能にするように構成された切換え組立体を含む。切換え組立体は、少なくとも１つのコイルおよび同コイルを流れる電流に対して移動可能に応答する少なくとも１つのプランジャを備えるソレノイドを含む。さらに切換え組立体は、接触板と、互いに接触したとき接触板を介して電流を伝達するように構成された少なくとも２つの端子とを含む。これらの端子は、ソレノイドが励磁されたとき、プランジャが、電気回路を完成するために接触板を端子と強制的に接触させるように、ソレノイドおよび接触板と協働する。切換え組立体は、磁石によって生成される磁界の一部分が、接触板の第１の部分に主に影響を与える一方で、磁界の別の部分が、第１の部分から離隔された接触板の第２の部分に主に影響を与えるように、接触板と諸端子の接触によって少なくとも部分的に画定される領域の周辺に配置された多数のアーク消滅磁石をさらに含む。磁石の数および配置は、磁界の部分が接触板上に与えるローレンツ力が、接触板の全体が磁界に露出された場合（実質的に接触板の全体に及ぶ寸法を有する磁石によって形成されたＮ−Ｓ磁界が存在する状況など）のローレンツ力を下回るようなものである。
【００１２】
[0012]任意選択で、電池はリチウムイオン電池である。別の選択肢では、原動力は、車両の１つまたは複数の車輪に回転式に結合された電動機で構成される。より詳細には、電動機によって１つまたは複数の車輪に対して生成される回転力の量を変化させるために、電動機と１つまたは複数の車輪の間に車両変速機が配置されてよい。
【００１３】
[0013]本発明の別の態様によれば、切換え組立体を動作させる方法が開示される。この方法は、導電性端子に隣接して接触板を配置するステップおよびソレノイドを動作させるステップを含む。ソレノイドが励磁されると、接触板を端子と接触させて電気回路を完成する。同様に、ソレノイドが消勢されると、接触板が複数の端子から分離することが可能になり、電気回路が開く（すなわち電気回路が無効になる）。切換え組立体は、接触点によって少なくとも部分的に画定された領域の周辺に配置された多数のアーク消滅磁石も含む。このようにして、接触板の全体が磁界に露出される場合より、磁界の諸部分が接触板に与えるローレンツ力が小さくなるように、磁石によって生成された磁界の一部分が、接触板の第１の部分に主に影響を与える一方で、磁界の別の部分が、第１の部分から離隔された接触板の第２の部分に主に影響を与える。
【００１４】
[0014]任意選択で、切換え組立体は自動車の継電器を備える。より詳細には、電気回路は、複数の電池と、それらの複数の電池から継電器を通して原動力まで電流を伝えるように構成された配線とを備える電力回路の一部分を形成する。さらに詳細には、原動力は、車両の少なくとも１つの車輪に回転結合された電動機を備える。さらに詳細には、複数の電池が複数のリチウムイオン電池を備える。一形態では、ソレノイドの構成要素（ソレノイドのコイルに設定された磁界に応答して動くプランジャなど）が、接触板を、ソレノイドの励磁／消勢次第で端子の方へ／端子から遠ざけて押し進めるように、ソレノイドと接触板が互いに貼り付けられる。
【００１５】
[0015]特定の実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面とともに読み取られたとき最もよく理解され得るものであり、類似の構造体は類似の参照数字で示される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】従来技術による一般的な直線動作の電気的継電器の簡易斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの継電器の部分断面図である。
【図２】図１Ａおよび図１Ｂの継電器の接触版および端子領域のまわりに配置された磁石によって生成される代表的な磁界の上面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、直線状の継電器によって接続された回路が不通になった直後の期間を通じて形成されるアークを抑制するのに、電流と磁界の関係によって生成される外向きのローレンツ力が使用され得る様子を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、通常の回路動作中に電流と磁界の関係によって生成されるローレンツ力が、直線状の継電器の接触板上に作用する下向きの成分を有する様子を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、直線状の継電器の高電圧電気接点が不通になった後の時間系列におけるアークの形成を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、直線状の継電器の高電圧電気接点が不通になった後の時間系列におけるアークの成長を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、直線状の継電器の高電圧電気接点が不通になった後の時間系列におけるアークの成長を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、直線状の継電器の高電圧電気接点が不通になった後の時間系列におけるアークの成長を示す図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、直線状の継電器の高電圧電気接点が不通になった後の時間系列におけるアークの消滅を示す図である。
【図５】本発明の一態様による直線状の電気的継電器の接触器部分を示す簡易斜視図である。
【図６】図５の継電器の接触板および端子領域のまわりに配置された磁石によって生成される代表的な磁界の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[0016]上記で論じられたように、直線状の切換え組立体（継電器など）の開く接触器部分におけるアーク発生の効果は、組立体および隣接した構成要素に有害な影響を及ぼす恐れがある。切換え組立体の構成次第で、電圧および回路を流れる電流と同様に、このようなアークは、しばしば数百マイクロ秒程度で非常に急速に生じる。上で述べたように、従来技術の手法は、接触板および高電圧接触器を確立するために使用される端子を含む接触器部分に隣接して磁石を設置するステップを含む。最初に図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、従来型の継電器１０（安全器、回路遮断器または関連したスイッチの形態であってもよい）は、アーク消滅磁石（以下でより詳細に論じられる）を装備される。継電器１０は、ソレノイド部分２０および接触器部分３０を含む。ソレノイド部分２０は、励磁されたとき、コイル２２内に設置される密封された磁心、軸またはプランジャ２４を長手方向に移動させる磁気流れを生成する１つまたは複数のコイル２２を含む。コイル２２およびプランジャ２４は、磁気流れを強化するように作用する磁化可能な枠または磁界２６内に密封される。頂部に示されている接触器部分３０は、一般に、１対の端子３２（３２Ａおよび３２Ｂとして別々に示される）とプランジャ２４の頂部に接続される移動接触板３４とを含む。接触板３４は、ソレノイド部分２０の励磁／消勢次第で、選択的に、端子３２に接続したり、端子３２から分離したりする。したがって、コイル２２が励磁されるとき、プランジャ２４は、接触板３４と端子３２の間の接点を押しつけ、１つの端子から別の端子に電流が流れ込むことを可能にする。同様に、コイル２２が励磁されないとき、プランジャは、高電圧接触器が開状態になるように、コイル２２の中へばね付勢手段の下で戻るように後退される。
【００１８】
[0017]次に、図１Ａおよび図１Ｂとともに図２を参照して、磁石３６と３８の対は、磁界４０が接触器部分３０を包み込むように、端子３２にまたがって設置される。図に示されたバージョンでは、磁石３６と磁石３８の間にＮ−Ｓの双極関係が存在するように、磁石３６が北極に対応し、磁石３８が南極に対応するが、当業者には反対の極性が確立され得ることが理解されよう。図１Ａに示された磁石３６と３８の対は、接触板３４と端子３２の間に形成された接触域の全体の長さの両端に設置して示されており、実際には、適切な磁界サイズを促進するために水平方向に越えて広がる。フレーム３９は、磁界が最も顕著な、端子３２および接触板３４のまわりの領域を画定するのを支援することに加えて、磁石３６および３８を枠２６に対して確実に取り付けるために使用される。
【００１９】
[0018]当業者には十分に理解されるように、磁界４０は、端子３２と接触板３４が分離したとき生成されるアークを、接触域の面の外部、ならびに磁石３６、磁石３８、およびフレーム３９によって画定される領域の残りに向けて強制的に広げることになる。アーク拡張（および関連したエネルギー散逸）が磁石によって有利に促進されるものの、磁石３６および３８は、接触板３４上のローレンツ力も生成する。特定の動作条件（特に自動車または関連した車両を推進するのに使用されるものなど大電力電源に関連した条件）下では、予想以上の電流が見られることがあり、接触板３４が下方へ移動するほどローレンツ力が十分に大きくなって接触板３４と端子３２の間の接触が開く。
【００２０】
[0019]次に、図３Ａおよび図３Ｂを参照して、図１Ａおよび図１Ｂの継電器１０の構造により、接触板を通って流れる電流の方向は、磁石３６および３８のそれぞれの北極と南極の間に広がる磁界に対して直交する方向に沿って作動するように配向される。このようにして、生成される力
【００２１】
【数１】
0005303022.tif 000002
【００２２】
は、磁界
【００２３】
【数２】
0005303022.tif 000003
【００２４】
と電流
【００２５】
【数３】
0005303022.tif 000004
【００２６】
の相互作用にベクトル量
【００２７】
【数４】
0005303022.tif 000005
【００２８】
によって一般に関係づけられることに留意して、結果として生じるローレンツ力は、電流
【００２９】
【数５】
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【００３０】
と磁界
【００３１】
【数６】
0005303022.tif 000007
【００３２】
の間の協働平面に対して実質的に垂直な方向に向けられる。磁石３６および３８によって形成される磁界と右端の端子３２Ａおよび左端の端子３２Ｂを通って流れる電流との間のこの垂直の相互作用、ならびに２つの別々の環境において接触板３４に与えられる力が示されている。回路が開かれた直後（すなわち接触板３４と端子３２Ａおよび３２Ｂとの間の接続がたった今開かれたとき）のものである図３Ａの第１の例では、残留電流
【００３３】
【数７】
0005303022.tif 000008
【００３４】
が、右端の端子３２Ａを下方へ流れ、左端の端子３２Ｂを上方へ流れているので、磁界
【００３５】
【数８】
0005303022.tif 000009
【００３６】
との相互作用が、右端の端子３２Ａから右方向の力を生成し、左端の端子３２Ｂから左方向の力を生成して、それによって（どちらの場合も）、アークのエネルギーがより迅速に散逸することができるように、アーク（図示せず）を外へ押し進める。そのため、この力は、アークの期間を短縮する傾向があり、端子を通って流れる電流と磁石間を通る磁界との相互作用の概して望ましい副産物である。図３Ｂの第２の例（回路が開かれる直前を含めて回路が開かれるまでの通常の回路動作の期間に一致し得る）では、ローレンツ力
【００３７】
【数９】
0005303022.tif 000010
【００３８】
は、電流
【００３９】
【数１０】
0005303022.tif 000011
【００４０】
が右から左の方向に流れ、磁界
【００４１】
【数１１】
0005303022.tif 000012
【００４２】
が以前のままである接触板３４に作用して示される。結果として生じる力
【００４３】
【数１２】
0005303022.tif 000013
【００４４】
は下方へ向くことになり、接触板３４に対して早まって開くように強いることにより、望ましくない作用をする可能性がある。本発明者が、少なくとも端子と接触板の間に直線状の結合がある環境については、回避されるべきであると判断したのはこの状況である。
【００４５】
[0020]次に図４Ａから図４Ｅを参照して、アーク形成を支援する機構が順に示される。図４Ａで、端子３２が接触板３４から離れるとき形成される間隙からアークＡが開始する。図４Ｂは、図３Ａおよび図３Ｂの磁石３６および３８によって生成された磁界
【００４６】
【数１３】
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【００４７】
の影響下で外へ向かうアークＡの推移を示す。図４Ｃは、アーク電圧が一旦増加されるとアークが拡張することを示し、一方、図４Ｄは、大気の冷却効果が電圧をさらに増加させるときの、アークに対する周囲の大気の効果を示す。最後に、図４Ｅは、アーク電圧が接点間の電圧以上になったときアークが消滅することになる様子を示す。
【００４８】
[0021]次に図５および図６を参照すると、本発明は、図６に詳細に示されるように、迅速なアーク消滅と同時に、図２に示された単一の大きな双極性磁界を、１対のより小さな双極性磁界１４０Ａおよび１４０Ｂへと分割することにより、ローレンツ力を低減することを可能にする。継電器１００は、端子１３２および接触板１３４で構成された高電圧接触器を収容する接触器部分１３０を含む。図１Ａ、図１Ｂおよび図２に示された装置と異なり、磁石は、図６に示されるように４つのより小さな磁石１３６Ａ、１３６Ｂ、１３８Ａおよび１３８Ｂとして形成され、２つの左端の磁石１３６Ａと１３８Ａが協働して１つの磁界１４０Ａを形成し、一方、２つの右端の磁石１３６Ｂと１３８Ｂが協働して第２の磁界１４０Ｂを形成する。これによって、同じ極が接触板１３４の同じ側に配置された、Ｎ−ＳとＮ−Ｓの特定の配置が可能になり、このような構成によって、端子１３２および接触板１３４で構成される高電圧接触器部分１３０が、２重双極性の磁界属性を示す。図５に詳細に示されるように、接触板１３４のまわりの磁石１３６Ａ、１３６Ｂ、１３８Ａおよび１３８Ｂは、磁石１３６Ａ、１３６Ｂ、１３８Ａおよび１３８Ｂが、フレーム１３９によって、一般に矩形パターン、具体的には４つの正方形パターンを形成して固定されるように配置される。示され、かつ説明されたものに類似のやり方で接触板１３４に与えられるローレンツ力の減少をもたらすその他の磁石パターンは、本発明の範囲内であることが当業者には理解されよう。
【００４９】
[0022]重要なことには、磁界１４０Ａと１４０Ｂを分離すると、接触板１３４における磁気密度および接触板１３４のまわりの磁気密度をかなり低下させたまま、磁気密度の集中を、接触器部分１３０の外側の周辺へ移動させるという効果がある。示されるように、第１の端子および第２の端子で構成された２つの端子１３２が存在し、これらの端子がこれらの間の間隙に橋渡しする接触板１３４と接触したとき、端子１３２に接続された電気回路（図示せず）が完成され得る。これも示されるように、接触板１３４は、第１の端子と第２の端子の間の長手方向に、接触板の第１の部分が第１の端子と接触し得て、一方接触板の第２の部分が第２の端子と接触し得るように広がる全体的に長方形の構造体を画定する。図２の単一の双極性磁界４０の、より小さい分離された磁石群１３６Ａ、１３８Ａおよび１３６Ｂ、１３８Ｂで実現された２重双極性磁界１４０Ａおよび１４０Ｂによる置換がさらに示されている。前述のように、この２重双極性の設計の利点は、接触板１３４の中央のまわりの領域の磁界が弱められて、接触板１３４上へのローレンツ力の下向きの影響（図５に添付の直交軸の矢印Ｆの方向によって示される）が大幅に低減することである。これにより、結果として、磁石１３６Ａ、１３６Ｂ、１３８Ａおよび１３８Ｂによって形成され、接触板１３４にまたがって、図１Ａ、図１Ｂおよび図２の従来型の装置と類似のやり方でアーク消滅機能を全体的に遂行する磁界が可能になり、一方、図１Ａ、図１Ｂおよび図２の従来型装置の接触板３４および端子３２に対して、早まった分離および接触板１３４と端子１３２の間に形成された隙間に生成される関連した短絡に耐える改善された能力をさらにもたらす。
【００５０】
[0027]本発明を説明するために特定の代表的な実施形態および詳細が示されてきたが、添付の特許請求の範囲で定義されている本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が行なわれ得ることが当業者には明らかであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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