(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の接点と、
第２の接点と、
前記第１の接点に電気的に接続された第１の導体と、
前記第２の接点に電気的に接続された第２の導体と、
アーク消滅部と、
前記接点間に発生するアークを前記アーク消滅部に導くように構成された電磁構造と、
前記電磁構造のコア内に配置された永久磁石と、を含み、
前記第１または第２の接点の少なくとも一方が、他方の接点に対して移動可能であり、
前記永久磁石が、前記電磁構造によって生じた電磁場に対して旋回可能に配向し、
前記永久磁石が、前記接点の極性と無関係に前記アークを前記アーク消滅部に導くように構成された、回路遮断器。
【請求項２】
少なくとも一方が他方に対して移動可能である第１の接点及び第２の接点と、
前記第１の接点に電気的に接続された第１の導体と、
前記第２の接点に電気的に接続された第２の導体と、
アーク消滅部と、
前記接点間に発生するアークを前記アーク消滅部に向けて導くように構成された電磁構造と、
前記接点の極性と無関係に前記アークを前記アーク消滅部に導くように配置された永久磁石と、を含み、
前記永久磁石が電磁場によって配向される、回路遮断器。
【請求項３】
前記永久磁石が前記電磁構造内に少なくとも部分的に配置された、請求項２に記載の回路遮断器。
【請求項４】
前記電磁場が前記電磁構造によって生じる、請求項２に記載の回路遮断器。
【請求項５】
前記永久磁石の磁場が、前記第１の接点及び前記第２の接点が互いに接触するように移動し、接触しなくなるように移動する領域を通って流れるように、前記永久磁石が配置された、請求項２に記載の回路遮断器。
【請求項６】
前記電磁構造が電磁石を含む、請求項２に記載の回路遮断器。
【請求項７】
前記電磁構造がコアの周囲に巻きつけられた導体を含む、請求項２に記載の回路遮断器。
【請求項８】
前記永久磁石が前記コア内に配置された、請求項７に記載の回路遮断器。
【請求項９】
前記永久磁石が前記コア内で旋回可能である、請求項７に記載の回路遮断器。
【請求項１０】
前記電磁構造によって生じた電磁場が、前記永久磁石を配向させることができる、請求項２に記載の回路遮断器。
【請求項１１】
前記電磁構造が、前記第１の電気的導体及び前記第２の電気的導体を含む、請求項２に記載の回路遮断器。
【請求項１２】
前記第１の導体を通って流れる電流が、電流が前記第２の導体を通って流れる方向とは実質的に反対の方向に流れる、請求項１１に記載の回路遮断器。
【請求項１３】
前記第１の導体、前記第１の接点、前記第２の接点、及び前記第２の導体を通って流れる前記電流が、前記アークを前記アーク消滅部の方へ動かす磁気的な力を発生させる、請求項１１に記載の回路遮断器。
【請求項１４】
少なくとも一方が他方に対して移動可能である第１の接点及び第２の接点と、
前記第１の接点に電気的に接続された第１の導体と、
前記第２の接点に電気的に接続された第２の導体と、
アーク消滅部と、
前記接点間に発生するアークを前記アーク消滅部に向けて導くように構成された電磁構造と、
前記接点の極性と無関係に前記アークを前記アーク消滅部に導くように配置された永久磁石と、を含み、
前記電磁構造がコアの周囲に巻きつけられた導体を含み、前記永久磁石が前記コア内に配置された、回路遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、電気的デバイスの保護に関し、より具体的には、回路遮断器を通る電流の極性と無関係に、低電流状態において電気アークを急速に消滅させることを支援するように構成されたアーク消滅構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路遮断器は、電気回路を開回路にし、電流を遮断するために使用することができる電気的構成要素である。回路遮断器の基本的な例はスイッチであり、これは、一般に２つの状態のうち１つにある２つの電気的接点からなる。閉状態は、接点が接触し、電流がその間を流れることができることを意味し、開状態は、接点が分離され、これらの間を電流が流れることができないことを意味する。スイッチは、コンピュータのキーボードのボタンなど、システムに制御信号を提供するために人間によって直接操作され、または光スイッチなど、回路内を電力が流れるのを制御するために操作されうる。
【０００３】
回路遮断器のもう一つの例は、回路ブレーカーである。回路ブレーカーは、例えば、電気配線を通して送られる電流を制限するために、電気パネルで使用されうる。回路ブレーカーは、過負荷または回路のショートによって引き起こされる損傷から電気回路を保護するために設計される。電力サージなどの異常状態が電気配線に発生すると、ブレーカーが切れる。これは、「オン」位置にあったブレーカーを、「オフ」位置に切り替え、ブレーカーから導かれる電力を遮断することとなる。回路ブレーカーが切れると、過負荷状態となった回路が発火することを防ぎうる。また、電力を供給されているデバイスの破壊も防ぐことができる。
【０００４】
標準的な回路ブレーカーは、電力会社からの電力線のような電源に接続された端子と、ブレーカーが保護することを意図された回路に接続された別の端子と、を有する。従来、これらの端子は、それぞれ「配電線」及び「負荷」と称される。配電線は、回路ブレーカーへの入力と称される場合もありうる。負荷は、出力とも称されることがあり、回路ブレーカーの外部へ導かれ、回路ブレーカーから電力を供給される電気機器に接続する。
【０００５】
回路ブレーカーは、個別のデバイスまたは複数のデバイスを保護するために使用されうる。例えば、単一の空調機などの個別に保護されるデバイスは、回路ブレーカーに直接接続されうる。回路ブレーカーはまた、複数の構成要素を、例えば電気コンセントに終端する配線を通して複数の機器に接続することによって、複数のデバイスを保護するためにも使用されうる。
【０００６】
回路ブレーカーは、ヒューズの代わりとして使用することができる。しかし、１回動作すると交換しなければならないヒューズとは異なり、回路ブレーカーは、通常の作動状態に戻すためにリセット（手動または自動のいずれかで）することができる。ヒューズは、回路ブレーカーと同じ回路保護の役割を果たす。しかし、回路ブレーカーは、いくつかの状況ではヒューズよりも使用が安全でありえ、より容易に固定されうる。
【０００７】
ヒューズが切れ、例えば建物の１つの区画への電力を遮断する状況では、どのヒューズが遮断された回路を制御するかが明らかでない場合がある。この場合、どのヒューズが焼損しまたは使用されたことを示しているかを判断するために、電気パネルのヒューズの全てを調べる必要がある。次いで、このヒューズをヒューズボックスから取り外す必要があり、新しいヒューズを取り付ける必要がある。
【０００８】
この点において、回路ブレーカーは、ヒューズよりもはるかに簡単に使用をすることができる。回路ブレーカーが作動し、例えば建物の１つの区画への電力を遮断する状況では、どの回路ブレーカーが遮断された回路を制御しているかは、電気パネルを見てどのブレーカーが「オフ」位置に切れたかを確認することによって容易に明らかになりうる。次いで、このブレーカーを単に「オン」位置に切り替えることができ、電力は復旧する。
【０００９】
一般的に、典型的な回路遮断器は、筐体の内部に配置された２つの接点を有する。第１の接点は固定されており、配電線または負荷のいずれかに接続されうる。第２の接点は第１の接点に対して動くことができ、回路ブレーカーが「オフ」または遮断位置にあるときに、第１の接点と第２の接点との間に間隙が存在する。
【００１０】
回路ブレーカーが作動し、可動接点が閉位置から開位置に移動すると接点の間の間隔が広くなり、電圧のかかった接点が分離するため、分離する接点によって動作する回路遮断器に伴う課題がある。
【００１１】
接点が閉じられ、または開けられる際に、接点が閉位置から分離し始め、または開位置から完全に閉じた状態に近づくと、非常に小さな間隙が接点間に短時間存在することとなる。接点間の電圧が十分高い場合、電気アークがこの間隙に渡って発生しうる。これは、接点間の降伏電圧が、所定の圧力及び電圧の条件下で距離に対して正の相関を有するためである。
【００１２】
回路遮断器の切り替えまたは動作においてアークが発生すると、回路遮断器の動作に悪影響を及ぼす可能性があり、安全上の問題を生じさせる可能性がある望ましくない副作用を発生させる可能性がある。
【００１３】
これらの効果は、回路遮断器の動作に対する影響を有する可能性がある。
【００１４】
可能性のある１つの影響は、アークが回路遮断器の他の物体及び／または周囲の物体と短絡し、損傷を引き起こし、発火や感電といった安全上の問題をもたらしうる。
【００１５】
アークの発生によるもう１つの影響は、アークのエネルギーが接点を損傷し、物質の一部が空気中に微粒子状の物体として飛び出すことである。接点から溶融した破片は、回路遮断器の機構内に移動し、または飛散し、機構を破壊し、またはその動作寿命を短くする可能性がある。
【００１６】
アークの発生のもう１つの効果はアークの極端な高温（数万℃）から生じ、これは、周囲の気体分子を破壊し、オゾン、一酸化炭素及びその他の化合物を発生させる可能性がある。アークはまた、周囲の気体をイオン化し、導電経路を変化させる可能性がある。
【００１７】
アークのこれらの有害な効果のために、回路遮断器への損傷を防ぐために急速にアークを冷却し、消滅させることが非常に重要になる可能性がある。
【００１８】
アークの消滅を改善するための様々な技術が知られている。例えば、Ｃａｒｌｉｎｇ  Ｔｅｃｈｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．が出願した特許文献１及び２は、アークをアーク分離部に導くための電磁場の使用に関する。
【００１９】
しかし、アークを移動させるための電磁場を発生させることは電力を消費し、デバイス内に熱を発生させ、この手法の適用性を制限することとなる。さらに、電磁場の強さは、回路遮断器を流れる電流に依存し、ある条件下では、アークに十分な影響を与えるほど大きくない場合がある。例えば、ある用途において、臨界電流遮断が、アーク消滅構造内にアークを移動させるために十分な電磁場を発生させないような、または実現困難な電磁石の設計を必要とすることとなる小さな電流で必要となる場合がある。
【００２０】
この問題への１つの可能性のある手法は、電流供給を必要とすることなく磁場を発生させる永久磁石を組み込むことである。しかし、永久磁石は、磁石の配向に関して固定した方向を有する磁場を発生させ、回路ブレーカーを流れる電流には無関係である。そのため、永久磁石を用いてアークをアーク経路内に導くための数多くの周知の解決手段は、回路の電気的極性に依存する。これは、アークが固定磁場によって動かされる方向が、電流が回路遮断器を流れる方向に依存するからである。
【００２１】
これは、そのようなデバイスを電気的極性が反転されうる回路に取り付けることができないこととなるために、顕著な制限となる可能性がある。アーク消滅を支援するために通常使用される磁場は、実際にはアークをアーク経路から離れる方向に動作するため、そのようなデバイスが誤って反対に取り付けられるような状況において、危険な状況が発生しうる。電気的極性に対する反応性は、永久磁石による解決手段を、繰り返し電気的極性が反転する交流用途の使用から除外することにもなる。
【００２２】
アーク消滅技術の最近の開発は、アークを、回路の電気的極性に対して反応しないようにしてアーク分離部に導く永久磁石を利用する構成を含むこれらの制限のいくつかに対する解決手段を得ている。
【００２３】
しかし、これらの構成は、回路ブレーカー内に特別な構造を追加する必要がある場合があり、そのため、特定の用途について、または設計の再使用、既存の設計の改良またはアップグレードする観点から、実現困難でありうる。そのような構成はまた、電磁設計において電流を増加させる利点を有しない、固定強度を有する磁場を組み込む。
【００２４】
従って、電気的極性と無関係である永久磁石解決手段の低電流アーク拘束と、電磁石解決手段の磁場強度の増大を組み合わせることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／００３７５９８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１２／０２６１３８２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
従って、本発明の目的は、接点間のアークをアーク消滅構造内に移動させるための磁場を有する回路遮断器を提供することである。
【００２７】
本発明のさらなる目的は、回路遮断器の電気的極性と無関係に、アークをアーク消滅構造内に移動させる磁場を提供することである。
【００２８】
本発明のまたさらなる目的は、回路遮断器を流れる電流の量と無関係に、最小の強度を有する磁場を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明の目的は、少なくとも一方が他方に対して移動可能である第１の接点及び第２の接点と、第１の接点に電気的に接続された第１の導体と、第２の接点に電気的に接続された第２の導体と、アーク消滅部と、接点の極性と無関係に、接点が外れた際に接点間のアークをアーク消滅部の方へ動かすように配置された電磁構造と、電磁構造のコア内に配置された永久磁石と、を有し、永久磁石が電磁構造によって発生した磁場に対して旋回可能に配向し、永久磁石が、接点の極性と無関係に、接点が外れた際に、接点間のアークをアーク消滅部の方へ動かすように配置された、回路遮断器を提供することによって達成される。
【００３０】
さらに、本発明の目的は、少なくとも一方が他方に対して移動可能である第１の接点及び第２の接点と、第１の接点に電気的に接続された第１の導体と、第２の接点に接続された第２の導体と、アーク消滅部と、接点の極性と無関係に、接点が外れた際に、接点間のアークをアーク消滅部の方へ動かすように配置された電磁構造と、接点の極性と無関係に、接点が外れた際に、接点間のアークをアーク消滅部の方へ動かすように配置された永久磁石と、を有する回路遮断器を提供することによって達成される。
【００３１】
いくつかの実装形態において、永久磁石は、電磁構造内に少なくとも部分的に配置される。
【００３２】
いくつかの実装形態において、永久磁石は電磁場によって配向される。電磁場は、電磁構造によって発生しうる。
【００３３】
いくつかの実装形態において、永久磁石の磁場が、第１の接点及び第２の接点が互いに接触するように移動し、接触しなくなるように移動する領域を通って流れるように、永久磁石が配置される。
【００３４】
いくつかの実装形態において、電磁構造は電磁石を含む。
【００３５】
いくつかの実装形態において、電磁構造はコアの周囲に巻きつけられた導体を含む。永久磁石はコア内に配置され、永久磁石はコア内で旋回可能でありうる。
【００３６】
いくつかの実装形態において、電磁構造によって生じた電磁場は、永久磁石を配向させることができる。
【００３７】
いくつかの実装形態において、電磁構造は、第１の電気的導体及び第２の電気的導体を含む。第１の導体を通って流れる電流は、電流が第２の導体を通って流れる方向とは実質的に反対の方向に流れ、第１の導体、第１の接点、第２の接点、及び第２の導体を通って流れる電流は、アークをアーク消滅部の方へ動かす磁気的な力を発生させうる。
【００３８】
さらに、本発明の目的は、少なくとも一方が他方に対して移動可能である第１の接点及び第２の接点と、第１の接点に電気的に接続された第１の導体と、第２の接点に電気的に接続された第２の導体と、アーク消滅部と、接点の極性と無関係に、接点から外れた際に接点間のアークをアーク消滅部の方へ動かすように配置された磁場と、を有し、磁場が、導体を通る電流の増加とともに大きさが増加し、磁場が、導体を通る電流と無関係にゼロでない最小の大きさを有する、回路遮断器を提供することによって達成される。
【００３９】
本発明の他の目的並びにその具体的な特徴及び利点は、以下の図面及び添付した詳細な説明を考慮して、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の態様に従う例示的な回路ブレーカーの一部を示す。
【図２】電気的極性が反転した、図１の例示的な回路ブレーカーの一部を示す。
【図３Ａ】永久磁石を有する、図１及び２に類似した回路ブレーカーを流れる電流と回路ブレーカー内の磁束との間の関係を示すグラフである。
【図３Ｂ】永久磁石を有しない、図１及び２に類似した回路ブレーカーを流れる電流と回路ブレーカー内の磁束との間の関係を示すグラフである。
【図４Ａ】図１に示された例示的な回路遮断器の一部の側面図である。
【図４Ｂ】図１に示された例示的な回路遮断器の一部の前面図である。
【図４Ｃ】図１に示された例示的な回路遮断器の一部の上面図である。
【図５Ａ】図２に示された例示的な回路遮断器の一部の側面図である。
【図５Ｂ】図２に示された例示的な回路遮断器の一部の前面図である。
【図５Ｃ】図２に示された例示的な回路遮断器の一部の上面図である。
【図６】図２、５Ａ、５Ｂ及び５Ｃに示されるような例示的な回路遮断器の一部の３次元図である。
【図７Ａ】図１に示されたような回路遮断器に使用可能な例示的な磁石構造を示す。
【図７Ｂ】図１に示されたような回路遮断器に使用可能な例示的な磁石構造を示す。
【図８】図７Ａ及び７Ｂの磁石構造に使用可能な例示的なコアアセンブリーの部分分解図である。
【図９】図７の磁石構造を組み込む図１に示されるような例示的な回路ブレーカーの一部の３次元図である。
【図１０】反転された電気的極性を有する、図９に示された例示的な回路ブレーカーの一部の３次元図である。
【図１１】代替的な磁石ユニットを含む、図９及び１０の例示的な回路ブレーカーの一部の３次元図である。
【図１２】電気的接点の代替的な構成を有する、図１０及び１１に類似する例示的な回路ブレーカーの一部の３次元図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下の例は、一般的に回路遮断器を示しており、当業者であれば、本発明は回路ブレーカーやスイッチなどの様々な具体的な種類の回路遮断器に適用可能であることを了解するであろう。
【００４２】
図１は、本発明の態様に従う例示的な回路ブレーカー１００の一部を示す。
【００４３】
回路遮断器１００は、第１の導体１１０と、可動接点１２０と、第２の導体１３０と、固定接点１４０と、を含む。導体１１０は、発電機などの電源「配電線」１５０と電気的に連通し、導体１３０は、例えば電球や台所家電などの電気デバイス「負荷」１６０と電気的に連通しうる。当業者には明らかなように、また本明細書においてさらに議論するように、この構成は、導体１１０が負荷に接続され、その一方導体１３０が配電線に接続されるように反転されてもよい。
【００４４】
回路遮断器１００は、接点１２０及び１４０が、電気的接続を形成するように接触するか、電気的接続を遮断するように分離されるように、アームを動かすことによって配電線と負荷との間の接続を形成し、遮断するように動作する。
【００４５】
示された例において、導体１１０および接点１２０は、矢印１７０によって示された方向に、ピボット１８０上を前後に回動することができるアームを形成し、電気的接続を形成し、遮断する。他の実装形態（図示されない）において、本発明から逸脱することなく、接点１２０及び１４０の両方が、互いに対して相対的に移動し、または導体１１０が例えば旋回するのではなくむしろ湾曲するように変形するような異なる構成が可能である。
【００４６】
接点１２０及び１４０が接触している（図示されない）場合、電流１８０が配電線１５０から導体１１０、可動接点１２０、固定接点１４０、及び導体１３０を通って負荷１６０に流れる。
【００４７】
接点１２０及び１４０が導体１１０を旋回させて接点１２０を図１に示された位置に移動させることによって分離されると、電流が流れ続けるようにアーク１９０が接点１２０から１４０へ移動しうる。
【００４８】
アークを消滅させることができるように、回路遮断器１００はアーク消滅部１９１を含む。アーク消滅部１９１は、アークランナー及び複数のアーク分離板を有するアーク分離部として実装されていることが示されているが、当業者であれば、アーク分離部は、図示とは異なる構成にされうること、またはその他の種類のアーク消滅特徴体が、本発明から逸脱することなくアーク分離部に加えて、またはアーク分離部の代わりに使用されうることを了解するであろう。
【００４９】
配電線１５０から負荷１６０へ導体１１０及び１３０を通って流れる電流は、図に示されるように各導体の周囲に磁場を発生させる。導体１１０及び１３０が、電流が図示されるように反対に流れるように構成されるため、これらの効果は組み合わされることで、アーク１９０の近傍に、紙面に向かう方向に流れる集中した合成磁束Ｂを生じさせることとなる。
【００５０】
磁束Ｂは、アーク１９０と相互作用し、アーク１９０に、アーク１９０をアーク消滅部１９１に向けて移動させる直交する力Ｆを発生させる。
【００５１】
導体１１０及び１３０を通って流れる電流によって発生した磁場に加えて、永久磁石１９２が、合成磁束Ｂを増強させる磁束をアーク１９０の近傍に発生させるように配置され、配向される。
【００５２】
これは、導体１１０及び１３０を通って流れる電流による磁場がより低いような低電流の条件においても、アーク１９０の近傍において、磁束Ｂのベースラインレベルを提供するという利点を有することができる。
【００５３】
図２は、図１に対して反転した電気的極性を有する例示的な回路ブレーカー１００の一部を示しており、配電線電源１５０が導体１３０及び、導体１１０に接続された負荷１６０に接続されている。
【００５４】
接点１２０及び１４０が接触している（図示されない）場合、電流１８０は配電線１５０から導体１３０、固定接点１４０、可動接点１２０、及び導体１１０を通って負荷１６０に流れる。
【００５５】
導体１２０及び１４０が、導体１１０を旋回させ、図２に示される位置まで接点１２０を移動させることによって分離されると、アーク１９０は接点１４０から接点１２０まで、電流が流れ続けるように発生しうる。
【００５６】
導体１１０及び１３０を通って配電線１５０から負荷１６０まで流れる電流は、図に示されるように各導体を取り囲む磁場を発生させる。
【００５７】
導体１１０及び１３０が、電流が図示されるように反対方向に流れるように配置されるため、これらの効果は組み合わされることで、アーク１９０の近傍に、紙面の外側に向かう方向に流れる集中した合成磁束Ｂを生じることとなる。
【００５８】
磁束Ｂは、アーク１９０と相互作用し、アーク１９０をアーク消滅部１９１に向けて移動させる直交する力Ｆを発生させる。
【００５９】
アーク１９０の方向及び合成磁束Ｂの方向の両方が、図１の構成に示されるそれらそれぞれの方向とは反対向きであることが、図２から分かる。これは、回路遮断器１００の電気的極性の反転に起因する。しかし、図２の構成においてアーク１９０に対して生じる力Ｆは、図１の構成における方向と同じ、すなわちアーク消滅部１９１に向かう方向となる。
【００６０】
導体１１０及び１３０を通って流れる電流によって発生した磁場に加えて、永久磁石１９２が、アーク１９０の近傍に、合成磁束Ｂを増強させる磁束を発生させるように配置され、配向される。
【００６１】
これは、導体１１０及び１３０を通って流れる電流による磁場がより低いような低電流の条件においても、アーク１９０の近傍において、磁束Ｂのベースラインレベルを提供するという利点を有することができる。
【００６２】
永久磁石１９２は、図１の方向とは反対に配向されているように示されていることに注意すべきである。永久磁石１９２は、導体を通る電流による磁束に従って、軸の周りに旋回し、またはそうでなければそれ自体を配向させる（もしくは再配向させる）ことができるような構造を有する。
【００６３】
そのため、図１及び図２の両方において、アーク１９０の近傍に永久磁石１９２によって生じた磁場は、導体１１０及び１３０を通って流れる電流によって発生した磁場に、この磁場の方向が回路遮断器１００の電気的極性とともに反転した場合であっても、付加することとなる。
【００６４】
これは、回路遮断器１００を流れる電流の方向及び電流の大きさのいずれにも無関係に、アーク１９０をアーク消滅部１９１に向けて移動させるように、アーク１９０に力のベースラインレベルを提供するという利点を有することができる。
【００６５】
図３Ａ及び３Ｂは、このベースライン磁束を示すグラフであり、これは、図Ａ及びＢに示されるように、再配向可能な永久磁石を電磁アシストアーク消滅部に付加するという利点である。
【００６６】
図３Ａは、回路遮断器１００と同様に、電流による磁場を発生するように構成されているが、永久磁石を含まない回路遮断器を通る電流Ｉに対する磁束Ｂの大きさのグラフを示す。
【００６７】
図から分かるように、磁束Ｂの大きさは電流がゼロの場合には最小値ゼロとなり、磁束飽和のレベルに漸近的に到達するまで、電流とともに増加する。
【００６８】
このような回路のいくつかの用途において、アークが遮断器内で発生するが磁束がアーク捕捉構造内に十分動かすには低すぎるような電流レベルが存在しうる。
【００６９】
図３Ｂは、回路遮断器１００と同様に電流による磁場を発生するように構成され、永久磁石も含む回路遮断器を通る電流に対する磁束Ｂの大きさのグラフを示す。
【００７０】
図から分かるように、磁束Ｂの大きさは、永久磁石によって発生した磁場により、ゼロ電流においてゼロでない最小のベースラインを有し、磁束飽和のレベルに漸近的に到達するまで、電流とともに増加する。
【００７１】
このような回路のいくつかの応用において、永久磁石によって提供されるベースライン磁束は、回路遮断器内で電磁的に発生する磁束が、アークをアーク捕捉構造内に十分動かすには低すぎる状態を補償する。
【００７２】
図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃはそれぞれ、図１に示された電流を有する例示的な回路遮断器１００の一部の側面図、前面図、及び上面図であり、さらに永久磁石１９２によって生じた磁場のアーク１９０との相互作用を示し、また、この構成のアーク電流、合成磁場、及び力のベクトルの直交関係も示す。
【００７３】
図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃはそれぞれ、図２に示された電流を有する例示的な回路遮断器１００の一部の側面図、前面図、及び上面図であり、さらに永久磁石１９２によって生じた磁場のアーク１９０との相互作用を示し、また、この構成のアーク電流、合成磁場、及び力のベクトルの直交関係も示す。
【００７４】
図６は、図２、５Ａ、５Ｂ及び５Ｃに示された電流を有する例示的な回路遮断器１００の一部の３次元図である。
【００７５】
図７Ａ及び７Ｂは、本発明の態様に従う別の磁石構造７００の例示的な実装形態を示す。
【００７６】
磁石構造７００は、電磁石及び永久磁石の組み合わせであり、旋回可能な永久磁石７１０及び内部に永久磁石７１０が回転可能に配置された電磁石７０５を含む。
【００７７】
永久磁石７１０は、ピボット構造を有する、直径方向反対に極性を有する磁石でありえ、図１から６に示され、説明された磁石１９２と実質的に同様でありうる。
【００７８】
電磁石７０５は、ボビン７２０、巻線７３０、磁極片７４０及びコア７５０を有する典型的なソレノイド型のものである。永久磁石７１０はコア７５０内に旋回可能に配置される。
【００７９】
電磁石７０５が図７Ａに示されるようにエネルギーを加えられると、永久磁石７１０によって生じた磁場が電磁石７０５によって生じた磁場に付加するように、永久磁石７１０が電磁石７０５によって生じた磁場内で旋回可能に配向する。
【００８０】
組み合わされた磁場Ｂは、示された方向に磁極片７４０間を流れる。
【００８１】
電磁石７０５が図７Ｂに示されるようにエネルギーを加えられると、永久磁石７１０によって生じた磁場が電磁石７０５によって生じた磁場に付加するように、永久磁石７１０が電磁石７０５によって生じた磁場内で旋回可能に配向する。
【００８２】
組み合わされた磁場Ｂは、図７Ａに示された流れの方向とは反対である図示された方向に磁極片７４０の間を流れる。
【００８３】
図８は、本発明の態様による例示的なコアアセンブリーの部分分解図を示す。コアアセンブリー８００は、図７Ａ及び７Ｂに示され、説明されたコア７５０及び永久磁石７１０の組み合わせに類似し、いくつかの実装形態ではこれらの構成要素と相互に交換可能である。
【００８４】
コアアセンブリー８００は、コアの半分の部分８１０及び８２０並びに永久磁石８３０及び８４０を含む。
【００８５】
コアの半分の部分８１０及び８２０は、ソレノイドコア内で使用されるような任意の好適な材料で形成され、永久磁石８３０及び８４０を収容するための凹部８５０を含みうる。
【００８６】
永久磁石８３０及び８４０は、永久磁石７１０と実質的に同様であり、ピボット８６０及び８７０を含む。
【００８７】
コアアセンブリー８００がソレノイド電磁石内に組み立てられ、取り付けられると、電磁石は図７Ａ及び７Ｂに示され、説明された磁石構造７００と同様に機能することとなる。
【００８８】
このようにソレノイドコア内に２つの永久磁石を使用することは、永久磁石による構造に寄与される磁束の量を増大させるという利点を有し、図３Ｂに示され、説明されたベースライン磁束を増大させることができる。
【００８９】
図９は、本発明の態様に従う例示的な回路遮断器９００の一部を示す３次元部分切断図である。
【００９０】
回路遮断器９００は、永久磁石１９２が図７Ａ及び７Ｂに示され、説明された磁石ユニット７００に実質的に類似する磁石ユニット９１０と置き換えられたことを除いて、図１から６に示され、説明された回路遮断器１００と類似する。
【００９１】
磁石ユニット９１０は、電磁石と永久磁石の組み合わせであり、内部に永久磁石９２０が旋回可能に配置された電磁石９０５を含む。
【００９２】
永久磁石９２０は、ピボット構造を有する、直径方向反対に極性を有する磁石であり、図１から６に示され、説明された磁石１９２に実質的に類似しうる。
【００９３】
電磁石９０５は、巻線９３０、磁極片９４０及びコア９５０を有する典型的なソレノイドタイプのものである。永久磁石９２０はコア９５０内に旋回可能に配置される。
【００９４】
電磁石９０５が、図９に示されるように接続部９５０によって導体１３０及び１１０にエネルギーが加えられると、永久磁石９２０によって生じた磁場が電磁石９０５によって生じた磁場に付加するように、永久磁石９２０が電磁石９０５によって生じた磁場内に旋回可能に配向する。
【００９５】
組み合わされた磁束Ｂは、示された方向に、磁極片９４０間を流れる。
【００９６】
導体１１０及び１３０が、電流が図示されるように反対方向に流れるように構成されるため、これらの効果が組み合わされて、アーク１９０の近傍における合成磁束Ｂに付加する集中した追加的な磁束を生じることに注意すべきである。しかし明確性のために、この磁束は図９には示されていない。
【００９７】
合成磁束Ｂは、アーク１９０と相互作用して、アーク１９０をアーク消滅部（図示されない）の方へ動かすアーク１９０に加えられる直交的な力Ｆを発生させる。
【００９８】
図１０は、図９に関して説明された例示的な回路遮断器９００の一部を示す３次元部分切断図であり、電気的極性が反転している。
【００９９】
ここで、電磁石９０５が接続部９５０によって導体１３０及び１１０にエネルギーを加えられると、永久磁石９２０によって生じた磁場が電磁石９０５によって生じた磁場に付加するように、永久磁石９２０が電磁石９０５によって生じた磁場内に旋回可能に配向する。
【０１００】
組み合わされた磁束Ｂは、図９の構成における対応する磁束とは反対の方向である、図示された方向に磁極片９４０間を流れる。
【０１０１】
導体１１０及び１３０は、電流が図示されるように反対方向に流れるように構成されるため、これらの効果はアーク１９０の近傍における合成磁束Ｂに付加する集中した追加的な磁束を生じることに注意すべきである。しかし明確性のために、この磁束は図１０には示されていない。
【０１０２】
合成磁束Ｂは、アーク１９０と相互作用して、アーク１９０をアーク消滅部（図示されない）の方へ動かすアーク１９０に加えられる直交的な力Ｆを発生させる。力Ｆは図９の構成における対応する力と同じ方向を有する。
【０１０３】
図１１は、磁石ユニット９１０が磁石ユニット１１１０と置き換えられたことを除いて、図９及び１０に示され、説明されたような例示的な回路遮断器９００の一部を示す３次元部分切断図である。
【０１０４】
磁石ユニット１１１０は、磁極片９４０がないことを除いて、磁石ユニット９１０と実質的に同様である。このように磁極片がないことにより、図９及び１０と比べて磁石ユニット１１１０の磁極間の磁束分布が異なるものとなるが、合成力ベクトルＦの方向は図９及び１０と同じままである。
【０１０５】
図９及び１０に示されるように、導体１１０及び１３０が、電流が図示されるように反対方向に流れるように構成されるため、これらの効果は組み合わされてアーク１９０の近傍における合成磁束Ｂに付加する集中した追加的な磁束となることに注意すべきである。しかし明確性のために、この磁束は図１１に示されていない。
【０１０６】
また、図９及び１０に示されるように、ベクトルＦによって表される合成力は、回路の電気的極性と無関係にアーク１９０をアーク消滅構造（図示されない）の方へ動かす。
【０１０７】
このように簡略化された磁石ユニット１１１０を使用することは、製造コストの低減または設計の簡略化という利点を有することができる。
【０１０８】
図１２は、導体１１０が反対方向に延設することを除いて、図１１に示され、説明された回路遮断器９００と実質的に類似する例示的な回路遮断器１２００を示す３次元部分切断図である。
【０１０９】
回路遮断器１２００は、導体１１０及び１３０が電流が図示されるように反対方向に流れるようには構成されていないため、導体１１０及び１３０内の電流による磁場（図示されない）がアーク１９０の近傍に集中しないことを除いて、図１１に示され、説明された回路遮断器９００と同様に機能する。しかし、合成磁束Ｂは、依然としてアーク１９０と相互作用して、回路の電気的極性とは無関係にアーク１９０をアーク消滅部（図示されない）の方へ動かす合成直交力Ｆを発生させる。
【０１１０】
本発明は、部品、特徴などの特定の構成を参照して説明されたが、これらは可能な構成または特徴の全てを尽くすことを意図されない。
【０１１１】
例えば、本明細書に説明された特定の例示的な実装形態はソレノイド型の電磁石を参照しているが、当業者であれば、本発明がその他の種類の電磁石構造に適用されうることを了解するであろう。追加的な改良または変形もまた、本発明から逸脱することなく、当業者には確認可能であろう。
【符号の説明】
【０１１２】
１００  回路遮断器
１１０  第１の導体
１２０  可動接点
１３０  第２の導体
１４０  固定接点
１５０  配電線
１６０  負荷
１８０  ピボット
１９０  アーク
１９１  アーク消滅部
１９２  永久磁石
７００  磁石構造
７０５  電磁石
７１０  永久磁石
７２０  ボビン
７３０  巻線
７４０  磁極片
７５０  コア
８００  コアアセンブリー
８１０、８２０  コアの半分の部分
８３０、８４０  永久磁石
８５０  凹部
９００  回路遮断器
９０５  電磁石
９１０  磁石ユニット
９３０  巻線
９４０  磁極片
９５０  コア
１１１０  磁石ユニット
１２００  回路遮断器
【図１】
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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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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