(57)【要約】      （修正有）【課題】高電流及び短絡条件下における回路遮断器の動作及び接点開放の時間を減少させることで、電流の制限を可能にする気中回路遮断器を提供する。【解決手段】回路遮断器２０は、副軸組立体２４がピン４０を介して接点アーム組立体３８に結合されている。当該接点アーム組立体３８は個々の接点アーム４４を支持及び分離する接点アームキャリア５８を含む。当該接点アーム組立体３８はピン４２を中心に旋回し、閉位置、開位置、トリップ位置の間を移動する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路遮断器であって、
閉位置と開位置との間で移動可能な接点構造（３８）と、
内部にスロット（８４）を有する前記接点構造に結合された接点キャリアと、
前記スロット（８４）内に配置され、前記スロット（８４）内で第一の位置と第二の位置との間で回転及び移動可能な軸（６６）により前記接点キャリアに結合された第一の機構（２２）と、
前記軸（６６）に適切に作用可能に結合されると共に、前記軸（６６）に結合された第一の連結部（７０）と、前記第一の連結部（７０）に適切に作用可能に結合された電機子（６２）とを含む第二の機構（６４）と、を備えた回路遮断器。
【請求項２】
前記電機子（６２）は、開位置と閉位置との間で移動するように配置され、前記第一の連結部（７０）は、前記電機子（６２）が前記開位置から前記閉位置へ移動するのに応答して、前記軸（６６）を回転させ、前記第一の位置から前記第二の位置へ移動させるように配置される、請求項１記載の回路遮断器。
【請求項３】
前記軸（６６）は、更に、前記スロット（８４）内で第三の位置へ移動するように配置される、請求項２記載の回路遮断器。
【請求項４】
当該軸（６６）は、更に、前記軸（６６）を前記第二の位置へ回転させる時に、前記第二の位置から前記第三の位置へ移動するように配置される、請求項３記載の回路遮断器。
【請求項５】
前記スロット（８４）は、前記軸（６６）の第一の位置に対応する円形部分（８６）と、細長い部分（８８）とを有し、前記細長い部分（８８）は、前記円形部分（８６）に隣接する第一の端部と、前記円形部分（８６）に対向する第二の端部とを有し、前記細長い部分（８８）の第二の端部は、前記軸（６６）の第三の位置に対応する、請求項４記載の回路遮断器。
【請求項６】
回路遮断器用磁気トリップデバイスであって、
閉位置と開位置との間で移動可能な電機子（６２）と、
第一の位置と第二の位置との間で移動可能で、電機子に適切に作用可能結合された、第一のリンク（７０）と、
第一のリンク（７０）と共に回転するように結合され、円筒部分（８０）と平坦部分（８２）とを有する軸（６６）と、
第一の端部及び第二の端部を備えたスロット（８４）を有し、前記軸（６６）が前記スロット（８４）内に配置されるように位置決めされた接点アームキャリア（５８）と、を備える回路遮断器用磁気トリップデバイス。
【請求項７】
更に、
第一及び第二の端部を有し、前記第一の端部が前記電機子に結合される第二のリンク（７８）と、
第一及び第二の端部と、その間のピボット（７６）とを有し、前記第二のリンク（７８）の第二の端部に結合される第三のリンク（７４）と、
前記第一のリンク（７０）と前記第三のリンク（７４）の第二の端部との間に結合された第四のリンク（７２）と、を備える、請求項６記載の回路遮断器用磁気トリップデバイス。
【請求項８】
前記接点アームキャリアスロット（８４）は、円形部分（８６）と細長い部分（８８）とを有する、請求項７記載の回路遮断器用磁気トリップデバイス。
【請求項９】
前記軸は、前記第一のリンク（７０）が前記第一の位置から前記第二の位置へ移動するのに応答して、前記円形部分（８６）から前記細長い部分（８８）へ移動するように配置される、請求項８記載の回路遮断器用磁気トリップデバイス。
【請求項１０】
前記軸の円筒部分（８０）は、前記リンク（７０）が前記第一の位置にある時、前記スロットの円形部分（８６）と同軸になる、請求項９記載の回路遮断器用磁気トリップデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の説明の対象は、回路遮断器用の機構に関する。特に、本明細書の説明の対象は、開放時間を低減することで電流制限機能を提供するために接点アームに結合された機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路遮断器は、配電システムにおいて一般的に使用される。通常の気中回路遮断器は、負荷と呼ばれる電力消費物に電源を接続するための構成要素の組立体を備える。これらの構成要素は、主接点組立体と呼ばれる。この組立体において、主接点は、通常、開状態にあり、電源から負荷へ移動する電力用の経路を遮断するか、或いは、閉状態にあり、電源から負荷へ移動する電力用の経路を提供する。気中回路遮断器と呼ばれる特定の種類の回路遮断器では、主接点組立体を開放又は閉鎖するのに必要な力は、圧縮バネの配置により提供される。圧縮バネは、解放された時に、主接点を開放又は閉鎖するのに必要なエネルギを提供する力を及ぼす。主接点を閉じる力を提供する圧縮バネは、閉鎖バネと呼ばれる場合が多い。主接点を開く力を提供する圧縮バネは、接点バネと呼ばれる場合が多い。
【０００３】
圧縮バネを制御するための機構は、ラッチ軸と作動デバイスとの間に、機械的連結の構造を備える。作動デバイスは、手動又は電気的に動作させ得る。電気的に動作させた作動デバイスは、一般に、特定の電気的状態、例えば、過電流又は短絡状態が検知された時に動作する。回路遮断器内の作動デバイスは、通常、連結組立体に力を及ぼす。連結組立体は、その後、作動デバイスからの力をラッチ軸に加わる回転力へと変化させる。これにより、ラッチ軸が回転する。この回転は、機械的連結により変換され、閉鎖バネ又は接点バネの何れかをラッチ解除するか、或いは作動させる。通常は、閉鎖軸と呼ばれる閉鎖バネと機械的に連結された第一のラッチ軸が存在する。第二のラッチ軸は、トリップ軸と呼ばれる接点バネに機械的に連結される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
各作動デバイスが対応する連結組立体を介してラッチ軸に作用する際に、連結組立体は、作動デバイスからの直線力をラッチ軸に対する回転力に変換する梃子の役割を果たす。作動デバイスを電気的に起動し、機構及び接点組立体の移動を開始させるのに必要な時間は、長引く可能性がある。望ましくない電気的状態が存在する場合、この接点組立体を開放するのに必要な期間は、所望のものより長くなることがある。
【０００５】
既存の回路遮断器はそれ自体の用途には適するが、特に、高電流及び短絡条件下における回路遮断器の動作及び接点を開放するのに必要な時間に関して、依然として改善の必要性が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
閉位置と開位置との間で移動可能な接点構造を有する回路遮断器を提供する。接点キャリアは、接点構造に結合され、接点構造はスロットを有する。第一の機構は、スロット内に配置された軸により接点キャリアに結合される。軸は、スロット内において、第一の位置と第二の位置との間で回転及び移動可能である。第二の機構は、軸に適切に作用可能に結合され、第二の機構は、軸に結合された第一の連結部と、第一の連結部に適切に作用可能に結合された電機子とを含む。
【０００７】
更に、閉位置と開位置との間で移動可能な電機子を含む回路遮断器用の磁気トリップデバイスを提供する。第一のリンクは、第一の位置と第二の位置との間で移動可能であり、電機子に適切に作用可能結合される。軸は、第一のリンクと共に回転するように結合され、軸は、円筒部分と平坦部分とを有する。第一の端部及び第二の端部を備えたスロットを有する接点アームキャリアは、軸がスロット内に配置されるように位置決めされる。
【０００８】
更に、第一の位置と第二の位置との間で移動可能な機構を有する多極回路遮断器を提供する。少なくとも一本の接点アームと、スロットを有する接点アームキャリアとを含む第一の接点アーム組立体は、円形部分と、細長い部分とを有する。第一のリンクは、スロット内に位置決めされた軸により、機構と接点アームキャリアとの間に結合される。軸は、スロットの円形部分において、第一の位置と第二の位置との間で回転するように配置される。電機子は、第一の位置から第二の位置へ軸を回転させるように、適切に作用可能に結合される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、同様の要素に同様の符号を付して限定ではなく例示を目的とした図面を参照する。
【００１０】
図１は、主機構２２を有する多極回路遮断器２０を示す。機構２２は、機構２２を極組立体２６、２８、３０に結合する副軸（「Ｌ／Ｓ」）組立体２４を含む。機構は、操作者が極組立体２６、２８、３０を開閉及びリセットする手段を提供し、通常は操作者インタフェースを含む。機構は、更に、望ましくない電気的状態を検出し、こうした状態の検出時に機構２２を作動させるトリップユニット（図示無し）を含む。本明細書で更に詳細に説明するように、極組立体２６、２８、３０は、回路遮断器２０を介して電流を伝導し、保護回路を電源に対して接続及び切断する手段を提供する。
【００１１】
実施形態例において、多極回路遮断器２０の各極は、異なる電気位相を伝える。極組立体２６、２８、３０のそれぞれは、回路遮断器２０を保護負荷と電源とに接続する一対の導体３２、３４に結合される。通常は、筐体３６が機構２２及び極組立体２６、２８、３０を取り囲み、構成要素を保護すると共に、操作者と電流との不慮の接触を防止する。
【００１２】
回路遮断器２０は、図２において、極２６が閉位置にある状態で図示されている。副軸組立体２４は、ピン４０を介して、接点アーム組立体３８に結合されている。本明細書で更に詳細に説明するように、図２に示した接点アーム組立体３８は、ロック位置にあり、接点アーム４４を開閉するのに必要な機構２２からのエネルギを転送する。接点アーム組立体３８は、回路遮断器２０に装着され、ピン４２を中心に旋回し、閉位置、開位置、及びトリップ位置の間を移動する。他の極組立体２８、３０のそれぞれも、接点アーム組立体３８を含み、各接点アーム組立体３８は、副軸組立体２４を介して機構に結合される。
【００１３】
接点アーム組立体３８は、可動接点４６を有する接点アーム４４と、一端に取り付けたアーク接触子４８とを含む。編組銅ケーブルで作成した柔軟な導電ストラップ５０を、可動接点４６の反対側に取り付ける。柔軟なストラップ５０は、回路遮断器２０を通って電流が流れるのを可能にする導体３２に、接点アーム４４を電気的に結合する。電流は、接点アーム組立体３８を通って流れ、可動接点４６を介して退出する。その後、電流は静止接点５２を通過し、導体３４へ伝わり、そこから負荷へ伝送される。「負荷」及び「ライン」という用語は、便宜上のものであり、負荷への接続及び電気供給は、特定の回路遮断器の用途では反対にしてもよいことを理解されたい。接点４６、５２は、通常、銀タングステン及び銀グラファイト合成物から作成し、抵抗を最小化する。別のアーク接触子５４は、導体５４に取り付ける。アーク接触子４８、５４は、回路遮断器２０が接点アーム解放時に形成される電気アークをアークシュート５６へ移動させるのを助ける。圧縮バネ９０は、接点アーム４４の底部に力を及ぼし、接点アーム組立体３８の開放を支援するために回路遮断器２０に取り付ける。接点アーム４４は、単一部品にしてよく、或いは、図６に示したように幾つかの並列接点アームで構成してもよいことを理解されたい。この実施形態において、接点アーム組立体３８は、更に、個々の接点アーム４４を支持及び分離する幾つかの接点アームキャリア５８を含む。
【００１４】
回路遮断器２０は、更に、二次トリップ組立体５９を含む。二次トリップ組立体５９は、固定コア６０と可動電機子６２とを含む磁気デバイスを含む。固定コア６０は、導体３２に電気的に結合され、導体３２を流れる電流に比例して磁場を発生させるように配置される。実施形態例において、固定コアと可動電機子とは、鋼鉄等の磁性材料から作成される。図６に示したように、一対のバネ６３は、固定コア６０から電機子６２を分離して付勢する。或いは、三本以上のバネを利用して、固定コアから電機子を付勢してもよい。実施形態例において、電機子６２は、一つ以上のスロット６７を有するフレーム５７に結合される。スロット６７は、固定コア６０が発生させた磁場により生じた電機子６２の移動中に、電機子の動きを誘導する。連結組立体６４、６５は、電機子６２に結合される。各連結組立体は、第一のリンク７８を含み、第一のリンク７８は、電機子６２に対するリンク７８の回転を可能にするピンにより、一方の端部が電機子６２に接続される。第二のリンク７４は、フレーム５７に取り付けられたピボット７６を有する。第二のリンク７４は、一方の端部が第一のリンク７８に、反対側の端部が第三のリンク７２に結合される。第三のリンクは、次に、第二のリンク７４を第四のリンク７０に結合する。第四のリンク７０は、軸６６に取り付けられる。以下に更に詳細に説明するように、連結組立体６４は、電機子６２の直線運動を軸６６の回転運動に変換する。
【００１５】
軸６６は、リンク７０と、接点アームキャリア５８と、リンク６８とを結合する。リンク６８は、接点アーム組立体３８をピン４０により副軸組立体２４に接続する。軸６６は、接点アームキャリアスロット８４内で回転するように配置される。軸６６は、軸６６とリンク６８、７０との間で相対運動が生じないようにリンク６８、７０に取り付ける。図７に示したように、軸６６は、円筒部分８０と平坦部分８２とを含む。軸６６は、接点アームキャリア５８のスロット８４内で回転するように配置される。スロット８４は、円形部分８６と、細長い部分８８とを含む。接点アーム組立体３８が図２及び図３に示したようにロック位置にある時、軸の円筒部分８０は、スロットの円形部分８６内に位置決めされる。ロック位置では、接点アーム組立体３８を介して伝達されたあらゆる力は、一般に軸６６及びピン４０の中心を通過する。この配置と、スロットの円形部分８６内での軸６６の位置決めとにより、副軸組立体２４の移動から独立して接点アーム組立体３８が移動するのが防止される。そのため、通常動作中、接点アーム組立体３８と、軸６６と、リンク６８とは、機構２２が副軸２４を回転させる時、ほぼ単一の剛体連結部として移動する。これにより、主機構は、軸６６に対する接点アーム組立体３８内での構成要素の位置を変化させることなく、接点アーム組立体３２を開閉可能となる。
【００１６】
開放動作中、操作者は、例えば、回路に接続された機器の保守を可能にするため、保護回路から電力を除去したい場合がある。これを達成するためには、例えば、オフ押しボタンにより、主機構を作動させ、図３に示したように副軸組立体２４を開位置まで回転させる。副軸組立体２４の回転運動は、リンク６８を介して接点アームキャリア５８の運動へと変換され、ピボット４２を中心に接点アーム組立体３８を回転させる。この接点アーム組立体３８による回転は、可動接点４６を固定接点５２から分離させ、電流を停止させる。電力を再び流すには、操作者は、例えば、閉鎖押しボタンを移動させることで、主機構を再作動させ、副軸組立体２４を再び図１に示した位置へ回転させる。
【００１７】
特定の状況下において、導体３４に接続された負荷は、例えば短絡等、望ましくない状態となる。こうした状態では、回路遮断器を流れる電流のレベルは、劇的に増大する。例えば、通常の動作状態では、回路遮断器２０は、６９０Ｖで４００乃至５０００Ａの電気を伝達し得る。短絡状態では、電流レベルは、通常動作レベルの何倍にもなり得る。例えば、回路遮断器２０が設置された設備に応じて、電流レベルは、１００ｋＡを超える場合がある。こうした高レベルの電流は、望ましくなく、操作者は、通常、こうした状態で回路遮断器２０に流れる電流の量を制限することを希望する。上述のように、固定コア６０は、磁場を発生させるように導体３２と電気的に連絡して配置される。短絡状態等、特定の電気的故障状態の間には、固定コア６０により生じた磁力は、電機子６２の移動を発生させるのに十分となる。
【００１８】
図７乃至１０を参照して、二次トリップ組立体５９及び接点アーム組立体３８の移動を説明する。簡潔にするため、一部の構成要素を図７乃至１０から取り除いていることを理解されたい。可動電機子６２及び連結組立体６４は、固定コア６０と可動電機子６２との間の磁力が所定のレベルに達した時に、電機子６２が固定コア６０の方向へ移動するように配置される。例えば、電機子６２の移動は２５ｋＡ乃至１００ｋＡ、更に好ましくは５０ｋＡに対応する磁力レベルにおいて開始し得る。電機子が移動する際の様々な閾値は、下流の他のフィーダ遮断器（図示無し）に対する回路遮断器２０の選択性に応じて決まる。電機子６２の移動により、リンク７８は、ピボット７６を中心にリンク７４を回転させる。この回転により、次に、リンク７２がリンク７０、軸６６、及びリンク６８を回転させる。
【００１９】
二次トリップ組立体５９は、平坦部分８２がスロットの細長い部分８８の側壁と全般的に平行となるまで軸６６を回転させるように配置される。この位置に達すると、軸６６がスロットの細長い部分の方向で接点キャリア５８に及ぼす反力は全て除去され、軸６６と接点キャリアとは、互いに独立して移動可能となる。接点アーム組立体３８は、図２に示した閉位置から図４のトリップ位置へ回転し、軸６６は、スロット８４内部で、円形部分８６から細長い部分８８へと移動する。接点アーム組立体３８の移動は、バネ９０が発生させた力の結果であってよく、或いは、導体３４と接点アーム４４との間で、短絡中の高電流レベルにより発生した磁力によるものであってもよい。接点アーム組立体３８の移動は、軸６６がスロットの細長い部分８８に達するまで継続する。この位置は、一般に「トリップ」位置として知られ、図４及び１０に図示している。実施形態例において、スロットの細長い部分８８の端部は、軸の円筒部分８０の湾曲と一致するように湾曲している。接点アーム組立体３８の回転により、可動接点４６は、固定接点５２から分離する。接点４６、５２間で発生した電気アークは、アーク接触子４８、５４を介して、全てアークシュートへ移送され、ここで電気アークからのエネルギを消散させる。
【００２０】
軸６６の位置決めをリセットし、接点アーム組立体３８の開閉を可能にするために、操作者は、回路遮断器機構を作動させる。これにより、副軸組立体２４を開位置まで回転させることで、リンク６８及び軸６６をスロット８４内で回転及び移動させる。リンク６８、軸６６、及びスロット８４は、副軸組立体２４が開位置に達すると、軸６６がスロットの円形部分８６内に位置決めされるように配置される。軸６６がスロットの円形部分８６内に位置決めされると、リンク６８、軸６６、及び接点アーム組立体３８は、再びロック位置となり、単一の構成要素として開閉可能になる。
【００２１】
機構２２の助けを借りずに接点アーム組立体３８が固定接点５２から分離できるようにすることは、回路遮断器２０の動作において利点となる。回路遮断器２０が迅速に接点アーム組立体３８を開くほど、保護負荷が受ける電流は少なくなる。電機子６２及び二次トリップ組立体５９を利用することで、回路遮断器２０は、機構２２のみを使用するよりも迅速に、望ましくない電気状態に反応できる。実施形態例において、機構２２は、トリップ位置に達した後、開位置へ移動し、回路遮断器に関連する他の極の開放を可能にすると考えられる。
【００２２】
この説明の記述では、例を用いて、最良の形態を含め、本発明を開示していると共に、任意のデバイス又はシステムの作成及び使用と、取り入れた任意の方法の実行とを含め、当業者が本発明を実施できるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により定義されており、当業者が想到する他の例を含み得る。こうした他の例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構造要素を有する場合、或いは特許請求の範囲の文言との実質的な差違を有していない等価構造要素を含む場合に、特許請求の範囲内に含まれるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態例の多極回路遮断器上面概略図である。
【図２】実施形態例による、閉位置にある図１の回路遮断器の側面平面図である。
【図３】開位置にある図１の回路遮断器の側面平面図である。
【図４】接点アームがトリップ位置にある図１の回路遮断器の側面平面図である。
【図５】図２の接点アーム機構の部分側面平面図である。
【図６】図５の接点アーム機構の斜視図である。
【図７】図４の接点アームキャリア組立体の部分斜視図である。
【図８】二次トリップシステムを作動させた状態の図１の回路遮断器の平面側面図である。
【図９】図８の接点アームキャリア組立体機構の部分斜視図である。
【図１０】トリップ位置にある図４の接点アームキャリア組立体の部分平面図である。
【符号の説明】
【００２４】
２０  回路遮断器
２２  機構
２４  副軸
２６  極１
２８  極２
３０  極３
３２  導体
３４  導体
３６  筐体
３８  接点アーム組立体
４０  ピン
４２  ピン
４４  接点アーム
４６  可動接点
４８  アーク接触子
５０  ストラップ
５２  固定接点
５４  アーク接触子
５６  アークシュート
５８  接点アームキャリア
６０  固定コア
６２  可動電機子
６３  フレーム
６４  連結組立体
６５  第二の連結組立体
６６  軸
６８  連結部
７０  連結部
７２  連結部
７４  連結部
７６  ピン
７８  リンク
８０  軸の円筒部分
８２  軸の平坦部分
８４  スロット
８６  スロットの円形部分
８８  スロットの細長い部分
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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