(57)【要約】      （修正有）【課題】アークレス電気スイッチギアを提供する。【解決手段】電気スイッチは、第１の電気抵抗率を有する第１の端部１１２および第１の電気抵抗率より大きい電気抵抗率を有する第２の端部１１４を備えた段階的抵抗ブロック１１０を含む。電気スイッチは、段階的抵抗ブロックの第１の端部に電気的に結合された固定接触子１２０および、段階的抵抗ブロックの上でスライドするように構成されたスライド接触子１３０をさらに含む。電気スイッチの構成要素に加えて、回路遮断器はまた、スライド接触子を段階的抵抗ブロックの上で第１の端部から第２の端部までスライドさせるための強制機構を含む。【選択図】図１
2013115045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電気抵抗率を有する第１の端部（１１２、２１２）および前記第１の電気抵抗率より大きい電気抵抗率を有する第２の端部（１１４、２１４）を備えた段階的抵抗ブロック（１１０、２１０）と、
前記段階的抵抗ブロック（１１０、２１０）の前記第１の端部（１１２、２１２）に電気的に結合された固定接触子（１２０、２２０）と、
前記段階的抵抗ブロック（１１０、２１０）の上でスライドするように構成されたスライド接触子（１３０、２３０）と、
前記スライド接触子（１３０、２３０）を前記段階的抵抗ブロック（１１０、２１０）の上で前記第１の端部（１１２、２１２）から前記第２の端部（１１４、２１４）までスライドさせるための強制機構と
を備えた電気スイッチ（１００、２００）。
【請求項２】
前記段階的抵抗ブロック（１１０、２１０、６１０、７１０）の電気抵抗率が前記第１の端部（１１２、２１２、６１２、７１２）と前記第２の端部（１１４、２１４、６１４、７１４）との間の１２段階までの大きさだけ変わる、請求項１記載の電気スイッチ（１００、２００、６００、７００）。
【請求項３】
前記段階的抵抗ブロック（１１０、２１０、６１０、７１０）が、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、銀、モリブデン、またはそれらの組合せを備えるセラミック一体式カセットを備えた請求項１記載の電気スイッチ（１００、２００、６００、７００）。
【請求項４】
前記段階的抵抗ブロック（１１０、２１０、６１０、７１０）が共役ポリマーカセットを備えた請求項１記載の電気スイッチ（１００、２００、６００、７００）。
【請求項５】
前記スライド接触子（１３０、２３０、６３０、７３０）に対して正常な接触力をかけるために前記段階的抵抗ブロック（１１０、２１０、６１０、７１０）に機械的に結合されたばねアセンブリをさらに備えた請求項１記載の電気スイッチ（１００、２００、６００、７００）。
【請求項６】
第１の電気抵抗率を有する第１の端部（６１２）および前記第１の電気抵抗率より大きい電気抵抗率を有する第２の端部（６１４）を備えた段階的抵抗ブロック（６１０）と、
段階的抵抗ブロック（６１０）の上でスライドするように構成された第１のスライド接触子（６２０）と、
前記段階的抵抗ブロック（６１０）の上でスライドするように構成された第２のスライド接触子（６３０）とを備え、前記第１のスライド接触子（６２０）および前記第２のスライド接触子（６３０）が、前記第１のスライド接触子（６２０）および前記第２のスライド接触子（６３０）の移動の方向で測定された予め決められた離隔距離で前記段階的抵抗ブロック（６１０）に接触するように構成された、
電気スイッチ（６００）。
【請求項７】
前記予め決められた離隔距離が固定離隔距離である、請求項６記載の電気スイッチ（６００）。
【請求項８】
前記予め決められた離隔距離が連続して変わる離隔距離である、請求項６記載の電気スイッチ（６００）。
【請求項９】
第１の接触子（７３０）と、
前記第１の接触子（７３０）にスライド可能に結合され、第１の電気抵抗率を有する第１の端部（７１２）および前記第１の電気抵抗率より大きい電気抵抗率を有する第２の端部（７１４）を備えた段階的抵抗ブロック（７１０）と、
前記段階的抵抗ブロック（７１０）の前記第１の端部（７１２）に電気的に結合された第２の接触子（７２０）と、
前記第１の接触子（７３０）と前記第２の接触子（７２０）との間の電流経路が伝導性状態から非伝導性状態に移行するように前記段階的抵抗ブロック（７１０）を前記第１の接触子（７３０）横切ってスライドさせるための強制機構と
を備えた電気スイッチ（７００）。
【請求項１０】
前記段階的抵抗ブロック（７１０）に正常な接触力をかけるために前記第１の接触子（７３０）に機械的に結合されたばねアセンブリをさらに備えた請求項９記載の電気スイッチ（７００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に提示されている諸実施形態は、一般に電気スイッチギアに関し、より具体的にはアークレス電気スイッチギアに関する。
【背景技術】
【０００２】
回路遮断器は、回路内の電流が予め定義された限度を超えたときに回路を遮断するために使用される装置である。従来の回路遮断器は、電気接点が障害状態に反応して開いたときに電気アークを生じさせる可能性がある。電気アーキングは、特に火災の危険がある危険な環境では望ましくない。
【０００３】
アーキングを消すためのいくつかの知られている解決策は、アークランナ、アークシュート、アブレーティブ冷却などを利用する。アークを消すのにかかる時間は非常に大きく、接点が開いている時間よりも大きい。さらに、アークは、ＡＣ回路遮断器において発生する自然電流ゼロの場合に除去される。ＤＣ回路遮断器は、自然電流ゼロの場合を表示しない。したがって、電流ゼロの場合を強制するために追加の回路および構成が必要とされる。
【０００４】
１つの知られている解決策は、２つの金属接点間の可撓管に入れられた導電性液体混合物を利用する。正常な動作状態中は、導電性液体混合物は低抵抗率を提供する。しかし、障害状態が発生したときは、可撓管は絞られて管の横断面面積を低減し、したがって２つの金属接点間の抵抗率を高める。そのような抵抗率の増大は、開回路状態を効果的に生成する。しかし、そのようなスイッチギアは、導電性液体混合物の定常状態抵抗率によって限定される可能性がある。例えば、導電性液体混合物の高い導電性のために、電流伝導面積が１０ｅ−６平方メートルに低減される必要があり得る。そのような締付けは、達成するのが非常に難しい可能性がある。さらに、そのような締付けの必要は、高いスイッチング速度と相まって、耐久力のある可撓管を生産するために外国産の材料の使用を正当化する可能性がある。
【発明の概要】
【０００５】
したがって、当技術分野では、知られている解決策に関連するこれらおよび他の欠点を克服するスイッチギアが必要である。
【０００６】
一実施形態によれば、電気スイッチが開示される。電気スイッチは、第１の電気抵抗率を有する第１の端部および第１の電気抵抗率より大きい電気抵抗率を有する第２の端部を備えた段階的抵抗ブロックを含む。電気スイッチは、段階的抵抗ブロックの第１の端部に電気的に結合された固定接触子、および段階的抵抗ブロックの上でスライドするように構成されたスライド接触子をさらに含む。回路遮断器はまた、スライド接触子を段階的抵抗ブロックの上で第１の端部から第２の端部までスライドさせるための強制機構を含む。
【０００７】
一実施形態によれば、電気スイッチが開示される。電気スイッチは、第１の電気抵抗率を有する第１の端部および第１の電気抵抗率より大きい電気抵抗率を有する第２の端部を備えた段階的抵抗ブロックを含む。段階的抵抗ブロックは、第１の接触子にスライド可能に結合される。回路遮断器は、段階的抵抗ブロックの第１の端部に電気的に結合された第２の接触子をさらに含む。電気スイッチはまた、第１の接触子と第２の接触子との間の電流経路が伝導状態から非伝導状態に移行するように段階的抵抗ブロックを第１の接触子を横切ってスライドさせるための強制機構を含む。
【０００８】
一実施形態によれば、電気スイッチが開示される。電気スイッチは、第１の電気抵抗率を有する第１の端部および第１の電気抵抗率より大きい電気抵抗率を有する第２の端部を備えた段階的抵抗ブロックを含む。電気スイッチは、段階的抵抗ブロックの上でスライドするように構成された第１のスライド接触子、および段階的抵抗ブロックの上でスライドするように構成された第２のスライド接触子をさらに含む。第１のスライド接触子および第２のスライド接触子は予め決められた離隔距離において段階的抵抗ブロックに接触するように構成されてよく、予め決められた離隔距離は、第１のスライド接触子および第２のスライド接触子の移動の方向で測定される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態による電気スイッチの簡略化された概略図である。
【図２】他の実施形態による電気スイッチの簡略化された概略図である。
【図３Ａ】一実施形態による例示的回路遮断器アセンブリを示す図である。
【図３Ｂ】一実施形態による例示的回路遮断器アセンブリを示す図である。
【図４】他の実施形態による例示的回路遮断器アセンブリを示す図である。
【図５】他の実施形態による例示的回路遮断器アセンブリを示す図である。
【図６】他の実施形態による電気スイッチの簡略化された概略図である。
【図７】他の実施形態による電気スイッチの簡略化された概略図である。
【図８】一実施形態による電気パラメータ対スイッチング時間のグラフである。
【図９】一実施形態による電気スイッチを通る電流の流れ対スイッチング時間のグラフである。
【図１０】他の実施形態による電気スイッチを通る電流の流れ対スイッチング時間のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に提示されている諸実施形態は、電気スイッチおよび回路遮断器を示す。従来の電気スイッチおよび回路遮断器では、通常、閉回路位置から開回路位置への移行は急激であり、接点間の電流の流れは突然停止する。そのような急激な遮断は、スイッチング動作中に電気アーキングを生じさせる可能性がある。本明細書に提示されている諸実施形態は、段階的抵抗ブロックを利用して、閉回路（ゼロ抵抗）から開回路（無限抵抗）への切り換え中に抵抗の滑らかな増大を提供する電気スイッチおよび回路遮断器を示す。段階的抵抗ブロックは、段階的に一連の抵抗を導入し、したがって、２つの接点間の電流を徐々に低減し、電気アーキングを大幅に低減する。本明細書に提示されている諸実施形態は、特定の電気スイッチおよび回路遮断器に関連して示されているが、そのような教示は、他のタイプの電気スイッチギアにも同様に適用されてよいことに留意するべきである。
【００１１】
図１は、一実施形態による例示的電気スイッチ１００の簡略化された概略図である。電気スイッチ１００は、段階的抵抗ブロック１１０、固定接触子１２０、およびスライド接触子１３０を含む。段階的抵抗ブロック１１０は、段階的抵抗ブロック１１０の長さに沿って段階付けられた電気抵抗率を有する。段階的抵抗ブロック１１０は、それぞれ第１の電気抵抗率および第２の電気抵抗率を有する端部１１２および１１４を含む。端部１１４における電気抵抗率は、端部１１２における電気抵抗率より大きい１２段階までの大きさである。例えば、端部１１２における電気抵抗率は、１００マイクロオームメートルでよく、端部１１４における電気抵抗率は、１オームメートルでよい。代替として、端部１１４における電気抵抗率は、端部１１２における電気抵抗率より大きい１２段階を超える大きさでもよい。段階的抵抗ブロック１１０の電気抵抗率は、どちらかの端部（すなわち、端部１１２または端部１１４）からの距離の連続関数として、または個別ステップで、第１の電気抵抗率から第２の電気抵抗率まで段階付けられてよい。
【００１２】
一実施形態では、段階的抵抗ブロック１１０は、個別抵抗カセットの電気抵抗率の順にスタックされた複数の個別抵抗カセットを含む。図１は、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、およびＲ６として示されているそれぞれ異なる電気抵抗率の複数の抵抗カセットのスタック構成を示す。抵抗カセットは、抵抗カセットＲ１が最低の電気抵抗率を有し、抵抗カセットＲ６が最高の電気抵抗率を有するように昇順に配列される。抵抗カセットＲ１の一部分または全体は、端部１１２を形成してよく、抵抗カセットＲ６の一部分または全体は、端部１１４を形成してよい。通常、スタックする前に、抵抗カセットの接触面は、必要とされる粗度に加工されてよい。個別抵抗カセット（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、およびＲ６）は、例えば接着剤接着、ろう付け、またははんだ付けなどの適切な技法を使用して相互に接着されてよい。代替として、個別抵抗カセット（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、およびＲ６）は、予め定義された締付圧の下で、クランプアセンブリを使用して相互に機械的に締め付けられてよい。１つのそのような締付実施形態では、導電性混合物が抵抗カセット（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、およびＲ６）の接触面に貼り付けられてよい。導電性混合物は、例えば電気接合ペーストでよい。導電性混合物は、２つの表面間のいかなるエアギャップをも低減し、抵抗カセット間の必要とされる電気伝導性を維持することができる。一実施形態では、抵抗カセットは、スライド接触子１３０の厚さに事実上等しい厚さを有する。抵抗カセットのそのような寸法は、スライド接触子１３０の動きに反応して抵抗率の均一な移行を提供することができる。
【００１３】
他の実施形態では、段階的抵抗ブロック１１０は、一体式カセット構造体でよい。一体式カセットは、連続粒構造体を示してよい。一例示的一体式カセットはサーメット一体式カセットを含む。一体式カセットは、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、二酸化ケイ素、酸化インジウムスズ、およびそれらの組合せなどのしかしそれらに限定されないセラミック材料から作られてもよく、銀、銅、金、アルミニウム、インジウム、スズ、ガリウム、ニッケル、チタン、亜鉛、鉛、炭素、鉄、タングステン、モリブデン、それらの合金、およびそれらの混合物などのしかしそれらに限定されない導電性材料から作られてもよい。サーメット一体式カセットは、１２段階まで、例えば、１０〜１００マイクロオームメートルから１〜１０オームメートルまでの大きさだけ変わる段階的電気抵抗率を提供することができる。
【００１４】
他の実施形態では、段階的抵抗ブロック１１０は、共役ポリマーから作られたカセットを含む。共役ポリマーは、共役系の導電性ポリマーを含む。導電性ポリマーは、高い電気伝導性を示す有機ポリマーである。金属伝導性および半導性を有するポリマーが使用されてよい。共役ポリマーは、ポリマーの加工性および機械的特性を機能性有機分子のカスタマイズ可能な電気特性と結合することができる。これらの材料の電子特性は、分子共役の性質によって主に支配されるが、分子間相互作用も、巨視的材料特性にかなりの影響を及ぼす。例示的共役ポリマー抵抗ブロック１１０は、トランス−ポリアセチレン（ｔ−ＰＡ）、ポリチオフェノール（ＰＴ）、およびポリピロール（ＰＰＹ）を含む。そのような共役ポリマーの電気伝導性は、ドーピングレベルに応じて様々であり得る。
【００１５】
段階的抵抗ブロック１１０は、段階的抵抗ブロック１１０が動作環境において化学的に安定しているように選択されてよい。段階的抵抗ブロック１１０は、スイッチ１００の定格寿命の間ずっと耐摩耗性を保証するために、モーススケール上で３より大きい硬度を有するように選択されてよい。他の特性は、３００度より高い熱安定性を含んでよい。ブロックユニットの熱安定性が高いほど、より高い温度での分解耐性が高くなる。
【００１６】
固定接触子１２０は、端部１１２に電気的に結合される。固定接触子１２０は、端部１１２において段階的抵抗ブロック１１０の縦面に結合されてよい。代替として、固定接触子１２０は、端部１１２において段階的抵抗ブロック１１０の１つまたは複数の側面に結合されてもよい。固定接触子１２０は、銅、真鍮、鋼などのしかしそれらに限定されない金属から作られてよい。固定接触子１２０のための材料は、電気伝導性、硬度もしくは耐摩耗性、機械的強度、コストなどに基づいて選ばれてよい。段階的抵抗ブロック１１０の材料に応じて、固定接触子１２０を段階的抵抗ブロック１１０の端部１１２に接着するために、適切な接着処理、例えば接着剤接着、はんだ付け、ろう付けなどが選ばれてよい。いくつかの実施形態では、固定接触子１２０は、例えばばねアセンブリを使用して端部１１２と接触して配置されてもよい。ばねアセンブリは、固定接触子１２０と端部１１２との間に予め定義された接触圧を維持するように構成されてよい。ばねアセンブリは、限定なしに、コイルばね、板ばね、空気ばねなどを含めて任意の適切なアセンブリでよい。１つのそのような実施形態では、電気接合ペーストなどの電気伝導性混合物が固定接触子１２０および段階的抵抗ブロック１１０の端部１１２の接触面に貼り付けられてよい。電気伝導性混合物は、ペーストが固定接触子１２０および端部１１２の亜鉛めっき腐食を大幅に低減またはまとめて除去し、一方、固定接触子１２０と端部１１２との間の必要とされる電気伝導性を維持するように選ばれてよい。
【００１７】
スライド接触子１３０は、段階的抵抗ブロック１１０の上でスライドするように構成される。スライド接触子１３０は、段階的抵抗ブロック１１０のスライド面１１６の上でスライドすることができる。段階的抵抗ブロックのスライド面１１６は、円弧状の表面でよいが、他の実施形態も考えられる。そのような円弧状の実施形態では、スライド接触子１３０は、円弧状のスライド面１１６に沿ってスライド接触子１３０をスライドさせる回転アセンブリ上に配置されてよい。
【００１８】
適切な強制機構（図示せず）がスライド接触子１３０に結合されてよい。強制機構は、スライド接触子１３０を、段階的抵抗ブロック１１０の上でスライド面１１６を横切ってスライドさせるように構成される。強制機構は、ばね作動機構でよい。代替として、強制機構は、プランジャ機構、てこ機構などのしかしそれらに限定されない手動操作機構でもよい。
【００１９】
図２は、他の実施形態による一例示的電気スイッチ２００の簡略化された概略図である。電気スイッチ２００は、段階的抵抗ブロック２１０、固定接触子２２０、およびスライド接触子２３０を含む。段階的抵抗ブロック２１０は、段階的抵抗ブロック２１０の長さに沿って段階付けられた電気抵抗率を有する。段階的抵抗ブロック２１０は、それぞれ第１の電気抵抗率および第２の電気抵抗率を有する端部２１２および２１４を含む。端部２１４における電気抵抗率は、端部２１２における電気抵抗率より大きい１２段階までの大きさである。例えば、端部２１２における電気抵抗率は、１マイクロオームメートルでよく、端部２１４における電気抵抗率は、１オームメートルでよい。代替として、端部２１４における電気抵抗率は、端部２１２における電気抵抗率より大きい１２段階を超える大きさでもよい。段階的抵抗ブロック２１０の電気抵抗率は、どちらかの端部（すなわち端部２１２または端部２１４）からの距離の連続関数として、または個別ステップで、第１の電気抵抗率から第２の電気抵抗率まで段階付けられてよい。スライド接触子２３０は、段階的抵抗ブロック２１０の上でスライドするように構成される。スライド接触子２３０は、段階的抵抗ブロック２１０のスライド面２１６の上でスライドすることができる。段階的抵抗ブロックのスライド面２１６は、平らな表面でよい。そのような実施形態では、スライド接触子２３０は、スライド接触子２３０を平らなスライド面２１６に沿ってスライドさせるように構成された併進アセンブリ上に配置されてよい。電気スイッチ２００の様々な態様の動作および構成は、上記で図１に関連して説明されたものと同様である。
【００２０】
適切な強制機構（図示せず）がスライド接触子２３０に結合されてよい。強制機構は、スライド接触子２３０を、段階的抵抗ブロック２１０の上でスライド面２１６を横切ってスライドさせるように構成される。強制機構は、ばね作動機構でよい。代替として、強制機構は、プランジャ機構、てこ機構などのしかしそれらに限定されない手動操作機構でもよい。
【００２１】
図１および図２は、段階的抵抗ブロックを利用する電気スイッチの２つの可能な実施形態を示すが、他の実施形態も考えられる。例えば、段階的抵抗ブロックは、円筒の長さに沿って段階付けられた電気抵抗率を有する円筒などの他の形状で構成されてもよい。スライド接触子は、円筒状の段階的抵抗ブロックの外側曲面上でスライドするように構成されてよい。代替として、段階的抵抗ブロックは、中空円筒の形状でもよく、スライド接触子は、中空円筒の内側曲面に沿ってスライドするように構成されてもよい。円筒の縦端部は、段階的抵抗ブロックの端部を表してよい。スライド接触子は、段階的抵抗ブロックとの予め定義された接触圧を維持するのに適した任意のアセンブリ上に配置されてよい。代替として、円筒の縦断面のような形をして、軸の回りに放射状に配置された複数の段階的抵抗ブロックが使用されてもよい。スライド接触子は、軸に沿って、縦断面の内側に沿ってスライドする円盤でよい。代替として、スライド接触子は、縦断面の外側に沿ってスライドする環状輪でもよい。そのような実施形態では、段階的抵抗ブロック（１つまたは複数）は、スライド接触子との予め定義された接触圧を維持するのに適したばねアセンブリ上に配置されてよい。
【００２２】
上記で提示されている諸実施形態は、電気スイッチを例示する。これらの諸実施形態はまた、従来のスイッチギアと直列に配置されてもよい単一使用の電流制限デバイスとして利用されてもよい。そのような単一使用の電流制限デバイスは、例えば、工場、配電網などの重電設備において使用されてよい。電気スイッチはまた、アークレス電流遮断をすることができる回路遮断器の一部分でもよい。障害状態中に回路遮断器をトリップするためには、スライド接触子を段階的抵抗ブロックの上で移動させるために電気スイッチにおいて強制機構が利用される。強制機構は、段階的抵抗ブロックおよび電気スイッチの構成に基づいて段階的抵抗ブロックに関してスライド接触子に回転運動または並進運動のいずれかを提供するように設計されてよい。
【００２３】
回転強制機構は、回転アクチュエータ、ラッチ、およびピボット／ヒンジジョイントを含んでよく、スライド接触子に回転運動を提供するように構成されてよい。回転アクチュエータは、ばね作動または空気作動などの機械式でよい。正常な動作状態中は、スライド接触子は、段階的抵抗ブロックの導電性端部（例えば、端部１１２または２１２）と接触して保持される。回転アクチュエータは、ラッチによってそのような閉回路位置に保持される。障害状態中には、トリップ機構は、ラッチを外すことができ、したがって、回転アクチュエータを外し、スライド接触子を導電性端部から抵抗端部（例えば、端部１１４、または２１４）に押しやり、回路遮断器を開回路位置にトリップする。強制機構は、毎秒１〜１０メートル（ｍ／ｓ）の範囲のスライド接触子速度を提供することができる。
【００２４】
併進強制機構は、並進アクチュエータ、ラッチ、およびガイド溝を含んでよく、スライド接触子に並進運動を提供するように構成されてよい。並進アクチュエータは、ばね作動または空気作動などの機械式でよい。正常な動作状態中は、スライド接触子は、段階的抵抗ブロックの導電性端部（例えば、端部１１２または２１２）と接触して保持される。並進アクチュエータは、ラッチによってそのような閉回路位置に保持されてよい。障害状態中は、トリップ機構がラッチを外すことができ、したがって、並進アクチュエータを外し、スライド接触子を導電性端部から抵抗端部（例えば、端部１１４または２１４）に押しやり、回路遮断器を開回路位置にトリップする。強制機構は、毎秒１〜１０メートル（ｍ／ｓ）の範囲のスライド接触子速度を提供することができる。
【００２５】
本明細書では回転強制機構および並進強制機構が説明されてきたが、回転運動および並進運動の組合せでよい他の強制機構も本開示の範囲内で考えられることが理解されるべきである。
【００２６】
図３Ａおよび３Ｂは、一実施形態による例示的回路遮断器３００を示す。回路遮断器３００は、段階的抵抗ブロック３１０、固定接触子３２０、スライド接触子３３０、および強制機構を含む。強制機構は、プランジャ３４２、プランジャ３４２にピボット的に結合された回転スイープアーム３４４、回転スイープアーム３４４上に配置されたガイドピン３４６、およびガイドピン３４６がその中で移動するガイド３４８を含む。強制機構はまた、障害状態中回路遮断器３００を閉回路位置から開回路位置に押しやるための逆電流ループ３５０を含む。回路遮断器３００はまた、回路遮断器３００が障害状態によってトリップされた後に回路遮断器３００をリセットするためのリセット棒３６０を含む。例えば、リセット棒３６０を段階的抵抗ブロック３１０から離す方向に引き出すことは、トリップされた回路遮断器３００をリセットすることができる。プランジャ３４２は、強制機構のために高慣性システムを提供することができ、その結果、スライド接触子３３０と段階的抵抗ブロック３１０との間のチャタリングまたは接点バウンスが少なくとも事実上低減される。図３Ａは、回路遮断器３００の開回路位置を示し、一方、図３Ｂは、回路遮断器の閉回路位置を示す。
【００２７】
図４は、一実施形態による例示的回路遮断器４００を示す。回路遮断器４００は、段階的抵抗ブロック４１０、固定接触子４２０、スライド接触子４３０、および強制機構を含む。強制機構は、減衰ブロック４４２、減衰ブロック４４２を閉回路位置に保持するラッチ４４４、ハウジング上に配置されたガイドピン４４６、および減衰ブロック４４２がそれによってガイドピン４４６に沿って移動する減衰ブロック４４２上の対応するガイド４４８を含む。強制機構はまた、回路遮断器４００を閉回路位置から開回路位置に押しやるシャットオフばね４５０を含む。回路遮断器４００はまた、回路遮断器４００が障害状態によってトリップされた後に回路遮断器４００をリセットするためのリセット棒４６０を含む。リセット棒４６０を押し下げることで、トリップされた回路遮断器４００をリセットすることができる。回路遮断器４００はまた、手動トリップアーム４６２を含んでもよい。手動トリップアーム４６２に上方向の力をかけることは、回路遮断器４００を手動でトリップする。減衰ブロック４４２は、シャットオフばね４５０のために高慣性システムを提供することができ、その結果、スライド接触子４３０と段階的抵抗ブロック４１０との間のチャタリングまたは接点バウンスが少なくとも事実上低減される。回路遮断器４００は、接触圧ばね４８０をさらに含む。接触圧調整ねじ４８２もまた、接触圧ばね４８０の圧縮を調整し、それによってスライド接触子４３０と段階的抵抗ブロック４１０との間にかけられる力を制御するために提供されてよい。
【００２８】
図５は、一実施形態による例示的回路遮断器５００を示す。回路遮断器５００は、段階的抵抗ブロック５１０、固定接触子５２０、スライド接触子５３０、および強制機構を含む。強制機構は、減衰ブロック５４２、減衰ブロック５４２上に配置されたガイドピン５４６、およびガイドピン５４６がその中で移動する減衰ブロック５４２上のガイド５４８を含む。強制機構はまた、回路遮断器５００を閉回路位置から開回路位置に押しやるためのシャットオフばね５５０を含む。回路遮断器５００はまた、回路遮断器５００が障害状態によってトリップされた後に回路遮断器５００をリセットするためにリセット棒５６０を含む。強制調整ねじ５５２がシャットオフばね５５０のテンションを調整するために提供される。リセット棒５６０を引くことは、トリップされた回路遮断器５００をリセットすることができる。減衰ブロック５４２は、シャットオフばね５５０のために高慣性システムを提供することができ、その結果、スライド接触子５３０と段階的抵抗ブロック５１０との間のチャタリングまたは接点バウンスが少なくとも事実上低減される。回路遮断器５００は、段階的抵抗ブロック５１０をスライド接触子５３０の方に押し進めるための接触圧ばね５８０をさらに含む。接触圧調整ねじ５８２がまた接触圧ばね５８０の圧縮を調整するために提供されてもよい。
【００２９】
段階的抵抗ブロック５１０は、スライド接触子５３０の運動の平面に関して角度オフセットで回路遮断器５００のハウジング内に取り付けられてよい。一実施形態では、角度オフセットは、例えば５度でよい。そのような角度オフセットは、段階的抵抗ブロック５１０とスライド接触子５３０との間に一定不変で均一な接触圧を提供する。これは、結果として、回路遮断器５００がトリップしている間に接点バウンスまたはチャタリングをさらに低減することになる。
【００３０】
したがって、前述の諸実施形態は固定接触子およびスライド接触子をさらに含む。いくつかの実施形態では、電気スイッチは、２つのスライド接触子を含んでよい。図６は、一実施形態による電気スイッチ６００の簡略化された概略図を示す。電気スイッチ６００は、段階的抵抗ブロック６１０、第１のスライド接触子６２０、および第２のスライド接触子６３０を含む。スライド接触子６２０および６３０は、段階的抵抗ブロック６１０のスライド面６１６上でスライドするように構成される。
【００３１】
スペーサアセンブリ６１８がスライド接触子６２０と６３０との間の予め定義された離隔距離を維持する。図示されているスペーサアセンブリ６１８は、スライド接触子６２０および６３０の移動方向に測定されたスライド接触子６２０と６３０との間の固定離隔距離を維持する。段階的抵抗ブロックの抵抗率は、スペーサアセンブリ６１８が低電気抵抗率端部６１２に最も近いときにスライド接触子６２０と６３０との間の抵抗率が非常に小さいように段階付けられてよい。次いで、抵抗は、スペーサアセンブリ６１８が端部６１２から端部６１２における電気抵抗率より大きい電気抵抗率を示す端部６１４の方へ離れてゆくにつれて徐々に増大してよい。スライド接触子６２０と６３０との間の抵抗は、スペーサアセンブリ６１８が端部６１４に最も近いときに最大値に達する。一実施形態では、端部６１４における電気抵抗率は、端部６１２における電気抵抗率より大きい１２段階までの大きさである。例えば、端部６１２おける電気抵抗率は、１００マイクロオームメートルでよく、端部６１４における電気抵抗率は、１オームメートルでよい。代替として、端部６１４における電気抵抗率は、端部６１２における電気抵抗率より大きい１２段階を超える大きさでもよい。
【００３２】
他のスペーサアセンブリも考えられる。例えば、１つのスペーサアセンブリは、スイッチオフ中に離隔距離を連続して増大させ、したがって、スライド接触子６２０と６３０との間の抵抗を徐々に増大させることができる。スペーサアセンブリは、スイッチオン中に離隔距離を連続して減少させ、したがって、スライド接触子６２０と６３０との間の抵抗を徐々に減少させることができる。そのようなスペーサアセンブリは、例えば、支点からの様々な距離においてピンを有するてこを使用して実現されることが可能であり、各ピンは、スライド面６１６に沿っての並進運動時にスライド接触子を駆動する。
【００３３】
図７は、電気スイッチの他の実施形態を示す。図７は、電気スイッチ７００の簡略化された概略図である。電気スイッチ７００は、段階的抵抗ブロック７１０を含む。段階的抵抗ブロック７１０は、低電気抵抗率を有する端部７１２、および端部７１２の電気抵抗率より高い電気抵抗率を有する端部７１４を含む。端部７１４における電気抵抗率は、端部７１２における電気抵抗率より大きい１２段階までの大きさである。例えば、端部７１２おける電気抵抗率は、１００マイクロオームメートルでよく、端部７１４における電気抵抗率は、１オームメートルでよい。代替として、端部７１４における電気抵抗率は、端部７１２における電気抵抗率より大きい１２段階を超える大きさでもよい。段階的抵抗ブロック７１０はまた、スライド面７１６を含む。
【００３４】
電気スイッチ７００は、段階的抵抗ブロック７１０の端部７１２に固定して電気的に結合された接触子７２０をさらに含む。他の接触子７３０は、電気スイッチ７００のハウジング（図示せず）に固定して結合されてよい。段階的抵抗ブロック７１０および接触子７２０は、図７に示されている両方向矢印の方向に接触子７３０に関してスライドするように構成される。言い換えれば、段階的抵抗ブロック７１０は、接触子７３０にスライド可能に結合され、接触子７２０に固定して結合される。閉回路位置では、段階的抵抗ブロック７１０は、接触子７２０と接触子７３０との間の電流経路が最小可能抵抗に出会うように配置されてよい。例えば、接触子７３０は、接触子７２０または端部７１２と直接接触していてもよい。スイッチ開動作中に、段階的抵抗ブロック７１０は、接触子７２０と接触子７３０との間の電流経路が最大抵抗に出会うように下方にスライドすることができる。例えば、接触子７３０は、端部７１４と直接接触していてもよい。適切な強制機構（図示せず）は、段階的抵抗ブロック７１０、または接触子７２０、あるいはこれら２つが取り付けられているアセンブリに結合されてよい。強制機構は、段階的抵抗ブロック７１０を接触子７３０の上でスライドさせるように構成される。強制機構は、ばね作動機構でよい。代替として、強制機構は、プランジャ機構、てこ機構などのしかしそれらに限定されない手動操作機構でもよい。
【００３５】
図８は、一実施形態による、抵抗対スイッチング時間のグラフを示す。段階的抵抗ブロックの可変抵抗パラメータが縦軸上にオーム（Ω）単位で示されており、一方、電気スイッチのスイッチング時間が横軸上にミリ秒（ｍｓｅｃ）単位で示されている。グラフは、スイッチング時間にわたる抵抗のほとんど幾何級数的な増加を示す。一実施形態によれば、段階的抵抗ブロックの抵抗は、スイッチング時間の、結合一次および指数関数である。スイッチング時間（Ｔ）にわたる抵抗（Ｒ）の数式は、Ｒ＝ａ．Ｔ＋ｂＴとして示されることが可能であり、ここでａおよびｂは実数である。スイッチング時間にわたる抵抗のグラフはまた、放物線関数、指数関数、一次関数、および階段関数を含むがそれらに限定されない他の数学的関数を示すことができる。
【００３６】
図９は、一実施形態によるスイッチング時間にわたる電気スイッチを通る電流の流れを示す。電気スイッチは、スライド接触子アセンブリの十分な減衰または十分な慣性がない場合、閉じた接触子が開く間にまたは開いた接触子が閉じる間にチャタリングを示す可能性がある。チャタリングは、閉回路から開回路への滑らかな移行ではなく、急速パルス電流である。通常、チャタリングは、接触圧を維持するためにスライド接触子上に配置されたばねの堅さ不足のために発生し、これはスライド接触子のバウンシングを引き起こす。図９では、電流が縦軸上にアンペア（ａｍｐ）単位でプロットされ、スイッチング時間が横軸上に秒単位でプロットされている。図９に示されているように、従来の電気スイッチは、時間帯０．００１秒および０．００３秒の間に急速パルス電流を生じさせる。チャタリングの量は、電気スイッチの設計に依存する。電気スイッチシステムにおけるスイッチング接点の開／閉速度、初期接触力、スイッチング接点の質量、および機械的共鳴はすべて、接点の開／閉中に生成されるチャタリングの量に影響を及ぼす。チャタリングは、結果として、過度の接点バウンスのためにスイッチ接点の寿命を縮めることになる。
【００３７】
本明細書に提示されている様々な実施形態では、接触圧を維持するためのばねアセンブリは、段階的抵抗ブロック上に配置されよい。そのような構成は、高慣性システムを提供することができ、接点バウンスに対する減衰を改善することができる。減衰をさらに向上させるために、より堅いばねが利用されてもよい。慣性をさらに増大させ減衰を改善するために、スライド接触子に減衰ブロックまたはバラストが固定されてもよい。図１０は、一実施形態による電気スイッチを通るスイッチング時間にわたる電流の流れを示す。図１０では、電流が縦軸上にアンペア（ａｍｐ）でプロットされ、スイッチング時間が横軸上に秒でプロットされている。図９と比べると、図１０におけるグラフは、スイッチング動作中のより明瞭な電流の流れを表し、大幅に低減されたチャタリングを示す。
【００３８】
本明細書に提示されている諸実施形態に関連する様々な技術的および商業的利点がある。例えば、本明細書に記載の電気スイッチおよび回路遮断器は、ＡＣ負荷に対してもＤＣ負荷に対しても働く。本明細書に記載の回路遮断器は、従来の設計の１５〜２０ミリ秒の障害除去時間に比較して１０ミリ秒未満のより速い障害除去時間を有する。さらに、電流を徐々に低減するための段階的抵抗ブロックの使用は、スイッチング中に電気アーキングを大幅に低減するまたは完全に除去することができる。回路遮断器の性能測定は、単位ｋＡ2秒を有する「レットスルー（ｌｅｔ−ｔｈｒｏｕｇｈ）」エネルギーの点から測定されることが可能である。レットスルーエネルギーは、障害状態の場合に回路遮断器から下流で受け取られるエネルギーの量を示す。過剰なレットスルーエネルギーは、望ましくなく、したがって低減される必要がある。本明細書に記載の回路遮断器は、従来の回路遮断器の約３ｅ6Ａ2に比較して約１ｅ6Ａ2のレットスルーエネルギーを有する。レットスルーエネルギーのそのような低減は、従来の回路遮断器より回路遮断器のサービス寿命を大幅に改善することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１００  電気スイッチ
１１０  段階的抵抗ブロック
１１２  第１の端部
１１４  第２の端部
１１６  スライド面
１２０  固定接触子
１３０  スライド接触子
２００  電気スイッチ
２１０  段階的抵抗ブロック
２１２  第１の端部
２１４  第２の端部
２１６  スライド面
２２０  固定接触子
２３０  スライド接触子
３００  回路遮断器
３１０  段階的抵抗ブロック
３２０  固定接触子
３３０  スライド接触子
３４２  プランジャ
３４４  回転スイープアーム
３４６  ガイドピン
３４８  ガイド
３５０  逆電流ループ
３６０  リセット棒
４００  回路遮断器
４１０  段階的抵抗ブロック
４２０  固定接触子
４３０  スライド接触子
４４２  減衰ブロック
４４４  ラッチ
４４６  ガイドピン
４４８  ガイド
４５０  シャットオフばね
４６０  リセット棒
４８０  接触圧ばね
４８２  接触圧調整ねじ
５００  回路遮断器
５１０  段階的抵抗ブロック
５２０  固定接触子
５３０  スライド接触子
５４２  減衰ブロック
５４６  ガイドピン
５４８  ガイド
５５０  シャットオフばね
５５２  強制調整ねじ
５６０  リセット棒
５８０  接触圧ばね
５８２  接触圧調整ねじ
６００  電気スイッチ
６１０  段階的抵抗ブロック
６１２  第１の端部
６１４  第２の端部
６１６  スライド面
６１８  スペーサアセンブリ
６２０  スライド接触子
６３０  スライド接触子
７００  電気スイッチ
７１０  段階的抵抗ブロック
７１２  第１の端部
７１４  第２の端部
７１６  スライド面
７２０  固定接触子
７３０  スライド接触子
【図１】
2013115045.tif 000003
【図２】
2013115045.tif 000004
【図３Ａ】
2013115045.tif 000005
【図３Ｂ】
2013115045.tif 000006
【図４】
2013115045.tif 000007
【図５】
2013115045.tif 000008
【図６】
2013115045.tif 000009
【図７】
2013115045.tif 000010
【図８】
2013115045.tif 000011
【図９】
2013115045.tif 000012
【図１０】
2013115045.tif 000013