特許 7588604 漸進的接触スイッチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-14

(45)【発行日】2024-11-22

(54)【発明の名称】漸進的接触スイッチ

(51)【国際特許分類】

   H01H 9/38 20060101AFI20241115BHJP

   H01H 50/54 20060101ALI20241115BHJP

【ＦＩ】

H01H9/38

H01H50/54 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021573342

(86)(22)【出願日】2020-06-05

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-08-17

(86)【国際出願番号】 US2020036403

(87)【国際公開番号】W WO2020251856

(87)【国際公開日】2020-12-17

【審査請求日】2023-06-02

(31)【優先権主張番号】16/438,713

(32)【優先日】2019-06-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】513113895

【氏名又は名称】ランディス・ギア イノベーションズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＬＡＮＤＩＳ＋ＧＹＲ ＩＮＮＯＶＡＴＩＯＮＳ， ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 英隆

(74)【代理人】

【識別番号】100161883

【弁理士】

【氏名又は名称】北出 英敏

(72)【発明者】

【氏名】ブードロー，フランク ジェイ，ジュニア

(72)【発明者】

【氏名】クラウス，マット イー

【審査官】井上 信

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１４６６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５８－３４３２９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１３－１４３３８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ ９／３８

Ｈ０１Ｈ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１部材に沿って直列に配置された第１の接点の組を備え、入力部に接続された移動可能な第１部材であって、
前記第１部材において前記入力部に対する遠位部に配置され、第１導電率および第１融点を有する第１金属で形成される、第１犠牲接点と、
前記第１部材において前記入力部に対する近位部に配置され、前記第１導電率より大きな第２導電率および前記第１融点より低い第２融点を有する第２金属で形成される、第１導電接点と、
を備える、移動可能な第１部材と、
第２部材に沿って直列に配置された第２の接点の組を備え、出力部に接続された第２部材であって、
前記第２部材において前記出力部に対する遠位部に配置され、前記第１金属で形成された第２犠牲接点と、
前記第２部材において前記出力部に対する近位部に配置され、前記第２金属で形成された第２導電接点と、
を備える、第２部材と、
部材であって、
前記第１犠牲接点が第１時間に前記第２犠牲接点と接続し、それによって前記第１犠牲接点および前記第２犠牲接点を介して電源から電気負荷へと電流が流れ、
前記第１犠牲接点が前記第２犠牲接点と接続されたままである間、前記第１導電接点が前記第１時間の後の第２時間に前記第２導電接点と接続し、前記第１導電接点および前記第２導電接点を介して前記電源から前記電気負荷へとさらなる電流が流れる、
ように前記第１の接点の組を前記第２の接点の組に接続するように構成された部材と、
を備える、電気メータ用電気スイッチ。

【請求項2】

さらなる信号を受信するように構成されたさらなる入力部をさらに備え、前記さらなる信号を受信すると前記第１の接点の組の接続を解除する、請求項１に記載の電気スイッチ。

【請求項3】

前記部材は、
前記第１犠牲接点が前記第２犠牲接点と接続されたままである間、前記第１導電接点が前記第２時間の後の第３時間に前記第２導電接点から離れ、
前記第１犠牲接点が前記第３時間の後の第４時間に前記第２犠牲接点から離れ、それによって電流が前記入力部から前記出力部へ流れるのを停止させる、
ように前記第１の接点の組の接続を解除するようにさらに構成される、請求項１又は請求項２に記載の電気スイッチ。

【請求項4】

前記第１金属は、タングステンを含む合金であり、前記第２金属は、銀又は銅の１種類以上を含む、請求項１に記載の電気スイッチ。

【請求項5】

前記第１犠牲接点を前記第２犠牲接点に接続し、それによって前記入力部から前記出力部に電流を流すことと、
前記第１犠牲接点が前記第２犠牲接点と接続されたままである間、前記第１時間の後の前記第２時間に前記第１導電接点を前記第２導電接点と接続することと、
前記第１犠牲接点が前記第２犠牲接点と接続されたままである間、前記第２時間の後の第３時間に前記第１導電接点を前記第２導電接点から離すことと、
前記第３時間の後の第４時間に前記第１犠牲接点を前記第２犠牲接点から離し、それによって電流が前記入力部から前記出力部への流れるのを停止させることと、
を含む、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の前記電気スイッチを動作する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、電気回路を接続及び切断するために使用されるスイッチに関する。一例では、本発明は、犠牲接点及び導電接点の組み合わせを使用して信頼性及び性能を改善する漸進的接触スイッチに関する。

【背景技術】

【0002】

スイッチは、接点を開閉することにより、電気回路を接続及び切断できる。しかし、スイッチに多量の電流が流れると、開閉中に電流のアークが発生し、接点が加熱され（オーム加熱）、プラズマが接点に堆積し得る。時間の経過とともに、開閉を繰り返すことにより、接点が摩耗して薄いブリッジを形成し、インピーダンスが増加し得る。このインピーダンスの増加は、不必要な熱を発生させ、構成部品を損傷し、電力伝達を妨害する。

【0003】

したがって、スイッチの信頼性と導電性を向上させる新しい解決策が必要である。

【発明の概要】

【0004】

特定の側面と特徴には、電気スイッチが含まれる。スイッチは、入力部に接続された移動可能な接点の組を有する。移動可能な接点の組は、第１金属によって形成された第１犠牲接点と、第２金属によって形成された第１導電接点と、を含む。スイッチは、出力部に接続された接点の組を有する。接点の組は、第１金属によって形成された第２犠牲接点と、第２金属によって形成された第２導電接点と、を含む。スイッチはさらに、第１犠牲接点が第１時間に第２犠牲接点と接続し、それによって電流が入力部から出力部に流れ、第１犠牲接点が第２犠牲接点に接続されたままである間に第１導電接点が第１時間の後の第２時間に第２導電接点と接続するように、移動可能な接点を接続するように構成可能な部材を含む。

【0005】

これらの例示的な例は、開示を限定又は定義するためではなく、その理解を助けるための例を提供するために言及されている。さらなる例と詳細な説明は、発明を実施するための形態に記載されている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

本開示のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、添付の図面を参照して以下の発明を実施するための形態を読むと、よりよく理解される。

【0007】

【図1】図１は、本開示の一態様による、漸進的接触スイッチの例を示す。

【図2】図２は、本開示の一態様による、漸進的接触スイッチを開閉するための処理の例を示す。

【図3】図３は、本開示の一態様による、開位置から閉位置に移動する漸進的接触スイッチの例を示す。

【図4】図４は、本開示の一態様による、閉位置から開位置に移動する漸進的接触スイッチの例を示す。

【図5】図５は、本開示の一態様による、電気的に制御される漸進的接触スイッチの例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本開示の態様は、漸進的接触スイッチを含む。スイッチの非限定的な例は、コンタクタ及びリレーを含む。漸進的接触スイッチは、通常の接点の組が閉じる前に閉じる犠牲的な接点の組を提供することにより、スイッチの接点の早期の消耗を防ぐ。犠牲接点は、通常の接点の組よりも本質的に耐久性があり、スイッチが閉じるときに最初の接点を作り、電流アークとその結果生じる高温に対してより強靱である。その結果、漸進的接触スイッチは、既存のスイッチよりも長持ちし得る。さらに、発生する熱を減らすことにより、銅、銀、又は他の希少金属が少ない、より小さなリレー又はコンタクタが可能になり、それによってコストを削減できる。

【0009】

漸進的接触スイッチの用途は、電力供給システム、大電流リレー、コンタクタ、スイッチ、及び電気メータを含むが、これらに限定されない。例えば、漸進スイッチを使用する電気メータは、発生する熱の量が少なく、性能が向上し、機器の寿命が長くなるという利点がある。漸進的接触スイッチは、障害発生前でのスイッチを閉じる最大回数を増やすことができる。対照的に、現在の解決策でのスイッチは閉じるたびに接点が劣化し、最終的には早期の故障につながる。

【0010】

漸進的接点スイッチは、２組の接点を含む。接点の各組は、導電接点に接続された犠牲接点を含む。犠牲接点は、耐久性があり、アーク消耗によって引き起こされる熱に耐性のある導電性材料で構成され得る。導電接点は、高い導電率を有する材料で構成され得る。スイッチが閉じられると、２組の接点が互いに接続し、犠牲接点が最初に互いに接触するため、電気アークと熱の大部分を担う。２つの犠牲接点が接触すると、２つの導電接点が互いに接続し、犠牲接点に比べて導電接点の導電率が高いため、電流の大部分をより低いインピーダンスで導通させる。

【0011】

ここで図を参照すると、図１は、本開示の一態様による、漸進的接触スイッチの例を示す。図１は、スイッチ環境１００を示し、スイッチ環境１００は、スイッチ１０１、電源１２０、及び負荷１３０を含む。スイッチ１０１は、電源１２０を負荷１３０に接続又は接続を解除できる。電源の例は、配電変圧器、発電機、及びバッテリを含む。負荷の例は、顧客施設、照明、及び機械装置を含む。

【0012】

スイッチ１０１は、接続１１０、１１１、１１２、及び１１３、犠牲接点１０２及び１０４、並びに導電接点１０３及び１０５を含む。スイッチ１０１が閉じられると、接続１１０と１１２が接続される。示されているように、接続１１１と１１３は常に接続されている。ただし、スイッチ１０１は、接続１１１と１１３も接続又は接続が解除され得るように、双極双投構成で構成され得る。他の構成の例は、単極双投及び双極双投である。

【0013】

犠牲接点１０２及び１０４並びに導電接点１０３及び１０５は、異なる種類の金属で作成され得る。例えば、依然として導電性を有するが、犠牲接点１０２及び１０４は、より耐久性のある材料から製造され得る。より高い融点を有することにより、犠牲接点１０２及び１０４は、電気によって生じるアーク放電及び熱によりよく耐えることができる。したがって、犠牲接点１０２及び１０４は、いくつかの場合では、導電接点１０３及び１０５を形成するために使用される材料よりも低い導電率及び／又は高い融点を有する材料で作成されてもよい。

【0014】

導電接点１０３及び１０５は、高い導電率を有する材料で作成され得る。いくつかの場合では、使用される材料は、犠牲接点１０２及び１０４に使用される材料よりも高い導電率を有し得る。導電接点１０３及び１０５に適した材料の例は、銀、銅、金、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、真ちゅう、青銅、又はそれらの合金を含む。犠牲接点１０２及び１０４に適した材料の例は、タングステン、マルチラム、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、真ちゅう、青銅、白金、鋼、鉛、及びそれらの合金を含む。

【0015】

犠牲接点と導電接点は組にまとめられ得る。例えば、接点の第１の組は、犠牲接点１０２及び導電接点１０３を含み得、第２の組は、犠牲接点１０４及び導電接点１０５を含み得る。例として、２つの組が示されているが、任意の数の組が可能である。さらに、任意の数の犠牲接点及び導電接点が可能である。例えば、大電流の用途において、各組は複数の犠牲接点及び／又は導電接点を有してもよい。

【0016】

一態様では、スイッチ１０１は手動で操作される。この場合、ユーザは部材、アクチュエータ、又はロッカー機構を動かしてスイッチを開閉できる。そして、当該機構は、本明細書に記載されているように、犠牲接点及び導電接点を開閉する。接点の１つ又は複数の組が移動できる。例えば、犠牲接点１０２及び導電接点１０３を含む第１の対の接点は移動可能であり得、一方、犠牲接点１０４及び導電接点１０５を含む第２の対の接点は固定され、又はその逆もまた同様である。いくつかの場合、両方とも１組の接点より多くを含んでもよい。

【0017】

スイッチ１０１は、開位置、閉位置、又は開位置と閉位置の間の移行状態にあることができる。例えば、開位置では、接点は接続されておらず、接続１１０と１１２との間に電流は流れない。スイッチ１０１が閉じられると、スイッチ１０１は、犠牲接点１０２が犠牲接点１０４と接続する移行状態に入り、犠牲接点１０２及び１０４を介して接続１１０と１１２との間で電流が流れるようにする。移行状態にあるとき、導電接点１０２と１０４は接続されていない。

【0018】

閉位置では、犠牲接点１０２と１０４が接続され、導電接点１０３と１０５も接続されている。閉位置では、電流は、接続１１０と接続１１２との間を１つ又は複数の経路で流れる。例えば、電流は、犠牲接点１０２と１０４を介して、また、導電接点１０３と１０５との間を流れることができる。いくつかの場合、全電流の大部分は、導電接点１０３と１０５との間を流れる。スイッチ１０１の開閉は、図２～４を参照してさらに説明される。

【0019】

スイッチ１０１が移行状態又は閉位置にあるとき、電流は接続１１０から接続１１２に、又はその逆に流れることができる。したがって、スイッチ１０１は、交流又は直流の用途に使用され得る。さらに、スイッチ１０１が閉位置にあるとき、任意の電流の流れは、犠牲接点と導電接点との間で分けることができる。

【0020】

一態様では、スイッチ１０１は、犠牲接点の後であるが導電接点の前に接触する中間の接点の組を含む。この場合、犠牲接点は最も導電率が低いが最も堅牢であり、導電接点は最も導電率が高いが最も堅牢性が低く、中間接点は堅牢性と導電性の間でバランスが取れている。例えば、中間接点は、犠牲接点よりも堅牢性が低く導電率が高く、導電接点よりも堅牢性が高く導電率が低くてもよい。

【0021】

図２は、本開示の一態様による、漸進的接触スイッチを開閉するための処理２００の例を示す。処理２００は、機械装置にスイッチ１０１の接点を開閉させる電子制御機構によって実施され得る。説明のため、処理２００は図３及び４を参照して説明される。

【0022】

図３は、本開示の一態様による、開位置から閉位置に移動する漸進的接触スイッチの例を示す。図３は、スイッチ位置３０１ａ～３０１ｃを示す。開位置３０１ａは、犠牲接点３０２ａ及び３０４ａと導電接点３０３ａ及び３０５ａとを含む。移行位置３０１ｂは、犠牲接点３０２ｂ及び３０４ｂと導電接点３０３ｂ及び３０５ｂとを含む。閉位置３０１ｃは、犠牲接点３０２ｃ及び３０４ｃと導電接点３０３ｃ及び３０５ｃとを含む。

【0023】

開位置３０１ａは、接点が接続されておらず、スイッチ１０１に電流が流れていない開状態を表す。移行位置３０１ｂは、電流が犠牲接点３０２ｂ及び３０４ｂを通って流れる移行状態を表す。閉位置３０１ｃは、電流が導電接点３０３ｃ及び３０５ｃ並びに犠牲接点３０２ｃ及び３０４ｃの両方を流れる閉状態を表す。

【0024】

処理２００は、スイッチが開位置３０１ａにあることを前提としている。犠牲接点３０２ａ及び３０４ａは接続されていない。導電接点３０３ａ及び３０５ａは接続されていない。電流は、スイッチを通じて流れることができない。

【0025】

ブロック２０１において、処理２００は、第１犠牲接点を第２犠牲接点に接続することを含み、それにより、電流が入力部から出力部に流れるようにする。スイッチは開位置３０１ａから移行位置３０１ｂに移動する。移行位置３０１ｂでは、犠牲接点３０２ｂが犠牲接点３０４ｂに接続されており、これにより電流がスイッチを通って流れることができる。しかし、導電接点３０３ｂと導電接点３０５ｂは接続されていない。

【0026】

ブロック２０２において、処理２００は、第１犠牲接点が第２犠牲接点に接続されたままである間、第１時間の後の第２時間に第１導電接点を第２導電接点に接続することを含む。それにより、スイッチは移行位置３０１ｂから閉位置３０１ｃに移動する。

【0027】

閉位置３０１ｃでは、導電接点３０３ｂは導電接点３０５ｂに接続され、犠牲接点３０２ｂは犠牲接点３０４ｂに接続される。電流は、導電接点３０３ｂ－３０５ｂと犠牲接点３０２ｂ－３０４ｂの両方を介してスイッチを通じて流れる。犠牲接点３０２ａと３０４ａは、導電接点３０３ｂと３０５ｂの前に接触するため、犠牲接点３０２ａ及び３０２ｂは、任意のアーク放電をより多く吸収し、導電接点３０３ｂ及び３０５ｂの電気的アーク放電及び消耗を最小限に抑える。スイッチは、スイッチの接続が解除される前に、かなりの時間、閉位置３０１にあってもよい。

【0028】

ブロック２０３において、処理２００は、第１犠牲接点が第２犠牲接点に接続されたままである間、第２時間の後の第３時間に第１導電接点を第２導電接点から離すことを含む。ブロック２０３及び２０４は、図４を参照して説明される。

【0029】

図４は、本開示の一態様による、閉位置から開位置に移動する漸進的接触スイッチの例を示す。図４は、図３に示されているスイッチ位置３０１ａ～３０１ｃを示す。図２に戻り、ブロック２０３で、スイッチは移行位置３０１ｂにある。移行位置３０１ｂでは、犠牲接点３０２ｂが犠牲接点３０４ｂに接続されており、これにより電流がスイッチを通って流れることができる。

【0030】

ブロック２０４において、処理２００は、第３時間の後の第４時間に第１犠牲接点を第２犠牲接点から離すことを含み、それにより、電流が入力部から出力部へ流れるのを停止させる。ブロック２０４で、スイッチは開位置３０１ａに戻る。

【0031】

別の態様では、図５に示されているように、スイッチは、外部で生成された電気信号によって制御される。

【0032】

図５は、本開示の一態様による、電気的に制御される漸進的接触スイッチの例を示す。図５は、スイッチ環境５００を示し、スイッチ環境５００は、漸進的接触スイッチ５０１を含む。漸進的接触スイッチ５０１は、犠牲接点１０２及び１０４、導電接点１０３及び１０５、接続１１０及び１１２、リレーコイル５３０、並びに制御接点５２０～５２１を含む。

【0033】

一例では、電圧信号が接点５２０と５２１との間に印加されると、リレーコイルが作動して磁場を発生させ、スイッチを動かして、それにより犠牲接点及び導電接点が図１～４に関して説明されたように一貫して動作できる。

【0034】

スイッチ５０１は、初期位置を開位置又は閉位置にできる。スイッチ５０１は、リレーコイル５３０で生成された電磁場がスイッチ５０１を開位置から閉位置に、又は閉位置から開位置に移動させるように構成される。他の態様では、スイッチ５０１は、１つ又は複数の制御信号を受信できる。例えば、第１制御信号は、スイッチ５０１を閉じることができ、第２制御信号は、スイッチ５０１を開くことができる。あるいは、スイッチ５０１は、初期位置が閉状態又は開状態のいずれかであり得、制御信号の存在は、状態を開から閉又は閉から開に変化させることができる。

【0035】

本主題は、その特定の態様に関して詳細に説明されてきたが、当業者は、前述の理解を得ると、そのような態様の変更、変形、及び同等物を容易に作成できることが理解されよう。したがって、本開示は、限定ではなく例示の目的で示されており、当業者に容易に明らかであるような本主題へのそのような修正、変形、及び／又は追加を含めることを排除するものではないことを理解されたい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】