JP2012146648A - 回路遮断装置および組み立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可動接触アームと固定接触アームとの間の電流経路に所定以上の電流が流れることによって、可動接触アームと固定接触アームとの間の接触を断つ。
【解決手段】回路遮断装置（１００）は、回路に結合される伝導要素（２１８）と、伝導要素（２１８）に対して第１の位置と第２の位置との間を移動する接触アーム（２１４）と、接触アーム（２１４）が第１の位置にあるときに、接触アーム（２１４）と伝導要素（２１８）との間の接触を維持するために、付勢力を接触アーム（２１４）に加える付勢要素（２１６）とを含み、接触アーム（２１４）は、接触アーム（２１４）を通る電流の流れが、第１の方向と反対の第２の方向に接触アーム（２１４）に作用する電磁的反発力を引き起こす。
【選択図】図３

Description

本明細書で説明される実施形態は、一般に、回路保護装置に関し、より詳細には、回路遮断装置に関する。

少なくともいくつかの知られている回路保護装置は、１つの固定接触アーム（contact arm）および１つまたは複数の可動接触アームを含む。正常動作の間、固定接触アームおよび可動接触アームは、電流が回路保護装置を通って流れることを可能にするために、接触状態に維持される。

米国特許第６７７４７４９号公報

しかし、短絡回路または電流スパイクなどの電流状態が検出されると、回路保護装置は、可動接触アームを固定接触アームから離動させて、電流が両アームの間を流れるのを妨げる。さらに、少なくともいくつかの知られている可動接触アームは、可動接触アームから固定接触アームの中に電流の流れ（current flow）を誘導するように形作られる。例えば、少なくともいくつかの知られている可動接触アームは、可動接触アームと固定接触アームとの間の電流経路がほぼ真っ直ぐな経路であるように形作られる。

一態様では、回路遮断装置は、回路に結合されるように構成された伝導要素（conductive element）と、伝導要素に対して第１の位置と第２の位置との間を移動するように構成された接触アームと、接触アームが第１の位置にあるときに、接触アームと伝導要素との間の接触を維持するために、付勢力（biasing force）を接触アームに加えるように構成された付勢要素（biasing element）とを含み、接触アームは、接触アームを通る電流の流れが第１の方向と反対の第２の方向に接触アームに作用する電磁的反発力を引き起こすように構成される。

別の態様では、トリップ機構（trip mechanism）が、回路遮断器（circuit breaker）と共に使用するために設けられ、トリップ機構は、回路に結合されるように構成された伝導要素と、伝導要素に対して第１の位置と第２の位置との間を移動するように構成された接触アームとを含む。接触アームは、接触アームを通る電流の流れが第２の方向に接触アームに作用する電磁的反発力（electromagnetic repulsive force）を引き起こすように構成される。

別の態様では、回路遮断器を組み立てる方法は、伝導要素を回路に結合するステップと、接触アームを伝導要素に対して設置するステップと、付勢要素を接触アームに結合するステップとを含む。付勢要素は、接触アームが第１の位置にあるときに、接触アームと伝導要素との間の接触を維持するように、付勢力を第１の方向に接触アームに加えるように構成される。接触アームは、接触アームを通る電流の流れが第１の方向と反対の第２の方向に接触アームに作用する電磁的反発力を引き起こすように構成される。

例示的回路遮断装置の分解図である。 図１に示す回路遮断装置と共に使用されてよい例示的トリップ機構の分解図である。 図２に示すトリップ機構の断面図である。 図２に示すトリップ機構の一部の部分的側面図である。 図２に示すトリップ機構の一部の部分的斜視図である。

回路遮断装置と共に使用するための装置および回路遮断装置を組み立てる方法の例示的実施形態を、本明細書で説明する。これらの実施形態は、電流の流れの方向を変えることによって、回路遮断装置の性能を向上することを容易にする。電流の流れの方向を変えることで、異常電流状態に対してより速やかに応答すること、および電気接点が回路遮断装置内で離脱することによって引き起こされる電気アークをより速く緩和することが可能になる。例えば、異常電流状態に対する応答は、電気接点間の接触を維持する付勢力に打ち勝つために、電気接点間により大きい反発力をもたらすことによって高められる。このことが、回路遮断装置が完全に開放すなわちトリップする（trip）ためのクリア時間（clearing time）を短縮する。さらに、電気アークは、電気アークのエネルギーを複数のアーク緩和板（arc mitigation plate）から成るアークシュート（arc chute）の中に移動させる付加的な推進力によって、より速やかに消滅する。

図１は、回路遮断器などの例示的回路遮断装置１００の分解図である。例示的一実施形態では、回路遮断装置１００は、台座（base）１０２、および台座１０２に結合する蓋（cover）１０４を含む。例えば、台座１０２は頂縁１０６を含み、蓋１０４は、頂縁１０６に結合して筐体を形成するように寸法を決められた底縁１０８を含む。また、回路遮断装置１００は、１つまたは複数のトリップ機構２００およびリレー１１０を含む。図１は、回路遮断装置１００の中に３つのトリップ機構２００を示すが、より多いかまたはより少ないトリップ機構２００が、回路遮断装置１００と共に使用されてよいことを理解されたい。例示的一実施形態では、リレー１１０は、電源を負荷に接続する回路（図示せず）を介して、過電流状態または短絡回路状態など、異常電流状態を検出する。具体的には、電流の一部が、個別のトリップ機構２００にそれぞれ対応する１つまたは複数の入力端子１１２に結合される。さらに、回路の一部が、個別のトリップ機構２００にそれぞれ対応する１つまたは複数の出力端子１１４に結合される。例えば、一実施形態では、回路は、線路導体（line conductor）、中性導体（neutral conductor）および接地導体（ground conductor）など、複数の導体を含み、複数の導体のそれぞれが、回路遮断装置１００の線路側の個別の入力端子１１２に結合され、かつ回路遮断装置１００の負荷側の個別の出力端子１１４に結合される。例示的一実施形態では、回路遮断装置１００はまた、各トリップ機構２００内に、電気接点を手動で開く手段を含む。例えば、図１に示すように、回路遮断装置１００は、開放機構（opening mechanism）１１６およびハンドル１１８を含む。解放機構１１６は、トリップ機構２００のうちの１つまたは複数に結合され、ハンドル１１８と係合する向きに置かれ、ユーザの入力を受ける。ハンドル１１８は、蓋１０４の頂面１２０を貫通して延びて、ユーザが外部からアクセス可能である。

図２および図３は、回路遮断装置１００（図１に示す）と共に使用するための例示的トリップ機構２００の図である。具体的には、図２はトリップ機構２００の分解図であり、図３はトリップ機構２００の断面図である。図２に示すように、トリップ機構２００は、第１の筐体部２０２および第２の筐体部２０４を有する筐体を含む。筐体部２０２および２０４は、それぞれ、第１の内縁２０６および第２の内縁２０８を含み、筐体部２０２および２０４は、内縁２０６および２０８に沿って共に結合される。入力端子１１２は、第１の筐体部２０２の前面２１０を貫通して延びる。同様に、出力端子１１４は、第１の筐体部２０２の背面２１２を貫通して延びる。

例示的一実施形態では、トリップ機構２００は、バネなどの付勢要素２１６に結合された接触アーム２１４を含む。また、トリップ機構２００は、線路ストラップ（line strap）などの伝導要素２１８を含む。付勢要素２１６は、付勢要素容器（biasing element enclosure）２２０内に設置され、接触アーム２１４を軸２２２周りに、閉位置などの第１の位置と開位置などの第２の位置との間で回転させる。以下に詳細に説明するように、接触アーム２１４が第１の位置にあるときに、接触アーム２１４の一部が伝導要素２１８の一部と接触して、電流が接触アーム２１４から伝導要素２１８まで流れるのを可能にする。さらに、付勢要素２１６は、付勢力を接触アーム２１４に第１の方向（図２および図３に示さず）に加えて、接触アーム２１４を第１の位置に維持する。接触アーム２１４が第２の位置にあるとき、接触アーム２１４と伝導要素２１８とは接触状態になく、それゆえ、電流が接触アーム２１４を通って伝導要素２１８に流れるのを妨げる。

過電流などの異常電流状態が発生すると、接触アーム２１４は、第１の方向と反対の第２の方向（図２および図３に示さず）に生成される電磁的反発力によって、伝導要素２１８から離脱する。以下に説明するように、反発力が、接触アーム２１４を通る電流の流れに基づいて接触アーム２１４と伝導要素２１８との間に生成され、それにより、電流の流れが付勢力を超える反発力を引き起こすときに、接触アーム２１４が伝導要素２１８から離脱する。また、接触アーム２１４と伝導要素２１８との間の電磁的反発力が、電気アークを生成する。例示的一実施形態では、トリップ機構２００はまた、アーク容器（arc enclosure）２２６内に設置されてアークシュートを形成する複数のアーク緩和板２２４を含む。アーク緩和板２２４およびアーク容器２２６は、第１の筐体部２０２および第２の筐体部２０４の中で、アークのエネルギーがアーク緩和板２２４によって吸収および／または消失されるような向きに置かれる。

図４および図５は、トリップ機構２００の部分図である。具体的には、図４はトリップ機構２００の一部の部分側面図であり、図５はトリップ機構２００の一部の部分斜視図である。例示的一実施形態では、伝導要素２１８は、第１の端部２２８および反対側の第２の端部２３０を含む。第１の電気接点２３２は、伝導要素２１８の頂面２３４の一部に沿って第１の端部２２８に設けられる。出力端子１１４は、第２の端部２３０に設けられる。

さらに、例示的一実施形態では、接触アーム２１４は、第１の端部２３６および反対側の第２の端部２３８を含む。第１の端部２３６は、入力端子１１２（図１〜図３に示す）に結合される。第２の電気接点２４０は、第２の端部２３８に設けられる。接触アーム２１４は、第１の端部２３６から第２の端部２３８に向かって延びる、本体部２４２などの第１の部分を含む。また、接触アーム２１４は、頭部（head portion）２４４などの第２の部分を第２の端部２３８に含む。第２の電気接点２４０は、接触アーム２１４と伝導要素２１８との間の電気的接触を可能にするために、頭部２４４の底面２４６に沿って設けられる。さらに、頭部２４４は、接触アーム２１４を通る電流の流れを、伝導要素２１８に流れる前に頭部２４４内で方向転換させるのを容易にする。さらに、接触アーム２１４は、本体部２４２と頭部２４４との間に設けられた、首部（neck portion）２４８などの第３の部分を含む。一実施形態では、首部２４８は切り欠き２５０を画定する。一実施形態では、切り欠き２５０は、首部２４８から材料を除去することによって形成される。別の実施形態では、切り欠き２５０は、絶縁材料（図示せず）から成り、首部２４８の残部は伝導材料からなる。例示的一実施形態では、首部２４８は、頭部２４４を通る電流の流れを方向転換させるのを容易にし、そのことで、電流の流れの大きさが閾値以上になったときに、接触アーム２１４が伝導要素２１８から離脱することができるように形成される。

例示的一実施形態では、接触アーム２１４および伝導要素２１８は、電流のための電気経路２５２を画定する。電気経路２５２は、電流が本体部２４２および首部２４８を通って流れる第１の部分２５４を含む。また、電気経路２５２は、電流が頭部２４４内で方向を変える第２の部分２５６を含む。また、電気経路２５２は、電流が再び方向を変える第３の部分２５８を含む。具体的には、電流は、第２の電気接点２４０を通って第１の電気接点２３２に流入し、第１の電気接点２３２において、電流の流れの方向が、反発力を生成するために変化する。

例えば、電流の流れの方向における変化が、第１の電気接点２３２と第２の電気接点２４０との間に電磁的反発力を生成する。例示的一実施形態では、付勢力が第１の方向２６０に加えられ、電流が閾値レベルより低いとき、付勢力は、接触アーム２１４と伝導要素２１８との間の接触を維持する。しかし、電流が閾値レベル以上であるとき、反発力が付勢力に打ち勝つ。具体的には、電流の流れの方向における変化が、第１の方向２６０とほぼ反対の第２の方向２６２に反発力を生成し、反発力は、第１の方向２６０の付勢力の大きさより大きい、第２の方向２６２の大きさを有する。したがって、第２の方向２６２の反発力が第１の方向２６０の付勢力より大きいとき、接触アーム２１４は第２の方向２６２に移動し、伝導要素２１８との電気的接触が遮断される。例えば、反発力の第１の成分は、実質的に、第１の方向２６０の反対の第２の方向２６２に発生し、反発力の第２の成分は、実質的に、第１の方向２６０および第２の方向２６２と直交する第３の方向２６４に発生する。電流の大きさまたは電流のレベルが閾値の大きさまたは閾値のレベルより大きいとき、反発力の第１の成分は、付勢機構（biasing mechanism）２１６（図３に示す）によって接触アーム２１４に加えられる付勢力より大きくなる。反発力の第１の成分が、接触アーム２１４を伝導要素２１８から離脱させ、それにより、電流が伝導要素２１８に流入することが妨げられる。より具体的には、反発力の第１の成分が、第２の電気接点２４０を第２の方向２６２に移動させて、第１の電気接点２３２から離脱させる。さらに、反発力の第１の成分が、第１の電気接点２３２と第２の電気接点２４０との間に電気アークを形成させる。反発力の第２の成分が、アークのエネルギーがアーク緩和板２２４によって消失するアークシュートに向かって、第３の方向２６４にアークを推進する。

回路遮断器などの回路遮断装置１００を組み立てる方法は、伝導要素２１８を回路に結合するステップと、接触アーム２１４を伝導要素２１８に対して設置するステップとを含む。例示的一実施形態では、接触アーム２１４は、伝導要素２１８に対して、第１の位置と第２の位置との間を移動する。また、方法は、接触アーム２１４が第１の位置から第２の位置まで移動するときに、接触アーム２１４が伝導要素２１８から離脱することによって生み出されるアークを、アーク緩和板２２４が消滅させるように、伝導要素２１８の少なくとも一部の上方に少なくとも１つのアーク緩和板２２４を設置するステップを含む。

方法は、本体部２４２、頭部２４４、および本体部２４２と頭部２４４との間に設置される首部２４８を含む接触アーム２１４を設けるステップをさらに含む。頭部２４４は、頭部２４４を通る電流の流れの方向を変化させて、第２の方向２６２に接触アーム２１４に作用する電磁的反発力を引き起こすことを容易にするように構成される。いくつかの実施形態では、接触アーム２１４が第１の位置にあるとき、電気経路２５２が画定される。電気経路２５２は、電流が本体部２４２および首部２４８を通って流れる第１の部分２５４と、電流が方向を変える第２の部分２５６とを含む。また、電気経路２５２は、電流が伝導要素２１８に流入し、次いで、変化して反発力を生成する第３の部分２５８を含む。

さらに、いくつかの実施形態では、組み立て方法はまた、付勢要素２１６を接触アーム２１４に結合するステップを含む。付勢要素２１６は、接触アーム２１４が第１の位置にあるときに接触アーム２１４と伝導要素２１８との間の接触を維持するために、付勢力を接触アーム２１４に第１の方向に加える。

回路保護で使用するための装置、および装置を組み立てる方法の例示的実施形態が、上で詳細に説明される。装置および方法は、本明細書で説明される特定の実施形態に限定されるものではなく、方法の動作および／または装置の構成要素は、本明細書で説明される他の動作および／または構成要素とは独立に、かつ個別に使用されてよい。さらに、説明された動作および／または構成要素はまた、他のシステム、方法および／または装置の中で定義されてよく、または他のシステム、方法および／または装置と組み合わせて使用されてよく、本明細書で説明されたようなシステム、方法および記憶媒体のみと共に実施することに限定されるものではない。

本発明は、例示的な電気機器保護環境に関連して説明されたが、本発明の実施形態は、多数の他の汎用または専用の、機器保護環境または機器保護構成と共に動作することができる。機器保護環境は、本発明のいずれかの態様の使用または機能性の範囲に関して、何らかの限定を示唆することを意図されていない。さらに、本明細書で説明された環境は、例示的な動作環境において例示された構成要素のうちの任意の１つまたは組合せに関して、何らかの従属関係または要件を有するものと解釈されるべきではない。

本明細書で例示され説明された本発明の実施形態における動作の実行または実施の順番は、別段の指定がない限り、本質的ではない。すなわち、動作は、別段の指定がない限り、任意の順番で実施されてよく、本発明の実施形態は、本明細書で開示された動作に付加される動作、または本明細書で開示された動作より少ない動作を含んでよい。例えば、別の動作の前、別の動作と同時、または別の動作の後に特別な動作を実行または実施することは、本発明の態様の範囲内にあることが企図されている。

本発明の態様または本発明の実施形態の要素を導入するとき、冠詞「１つの（a）」、「１つの（an）」、「その（the）」および「前記（said）」は、１つまたは複数の要素が存在することを意味することが意図されている。用語「備える（comprising）」、「含む（including）」および「有する（having）」は、包括的であり、列挙された要素の他に付加的な要素が存在してよいことを意味することが意図されている。

この書面による説明は、本発明を、その最良のモードを含めて開示するため、かつ、同様に、任意の装置またはシステムを作製することおよび使用すること、ならびにいずれかの組み込まれた方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実施することを可能にするために、例を使用する。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含んでよい。そのような他の例は、特許請求の範囲の字義通りの言葉に相違しない構造要素を有するならば、または特許請求の範囲の字義通りの言葉とごくわずかな差違を有する等価な構造要素を有するならば、特許請求の範囲の中にあることが意図されている。

１００ 回路遮断装置
１０２ 台座
１０４ 蓋
１０６ 頂縁
１０８ 底縁
１１０ リレー
１１２ 入力端子
１１４ 出力端子
１１６ 開放機構
１１８ ハンドル
１２０ 頂面
２００ トリップ機構
２０２ 第１の筐体部
２０４ 第２の筐体部
２０６ 第１の内縁
２０８ 第２の内縁
２１０ 前面
２１２ 背面
２１４ 接触アーム
２１６ 付勢要素、付勢機構
２１８ 伝導要素
２２０ 付勢要素容器
２２２ 軸
２２４ アーク緩和板
２２６ アーク容器
２２８ 第１の端部
２３０ 第２の端部
２３２ 第１の電気接点
２３４ 頂面
２３６ 第１の端部
２３８ 第２の端部
２４０ 第２の電気接点
２４２ 本体部
２４４ 頭部
２４６ 底面
２４８ 首部
２５０ 切り欠き
２５２ 電気経路
２５４ 第１の部分
２５６ 第２の部分
２５８ 第３の部分
２６０ 第１の方向
２６２ 第２の方向
２６４ 第３の方向

Claims (15)

1. 回路に結合されるように構成された伝導要素（２１８）と、
   前記伝導要素（２１８）に対して第１の位置と第２の位置との間を移動するように構成された接触アーム（２１６）と、
   前記接触アーム（２１４）が前記第１の位置にあるときに、前記接触アーム（２１４）と前記伝導要素（２１８）との間の接触を維持するために、付勢力を前記接触アーム（２１４）に加えるように構成された付勢要素（２１６）とを備え、前記接触アーム（２１４）が、前記接触アーム（２１４）を通る電流の流れが第１の方向と反対の第２の方向に前記接触アーム（２１４）に作用する電磁的反発力を引き起こすように構成される、回路遮断装置（１００）。
2. 前記接触アーム（２１４）が、第１の部分（２４２）、第２の部分（２４４）および第３の部分（２４８）を含み、前記第３の部分（２４８）が、前記第１の部分（２４２）と前記第２の部分（２４４）との間にある、請求項１記載の回路遮断装置（１００）。
3. 前記第２の部分（２４４）を通る前記電流の流れが、前記第２の部分（２４４）を出て前記伝導要素２１８に入るときに、前記反発力を引き起こす、請求項２記載の回路遮断装置（１００）。
4. 前記第３の部分（２４８）が、前記第１の部分（２４２）の幅および前記第２の部分（２４４）の幅より狭い幅を有する、請求項２記載の回路遮断装置（１００）。
5. 前記第３の部分（２４８）の少なくとも一部が非伝導材料を含む、請求項２記載の回路遮断装置（１００）。
6. 前記電流の流れが所定の大きさを有するとき、前記電流の流れによって引き起こされる前記反発力が前記付勢力に打ち勝ち、前記接触アーム（２１４）を、前記第２の方向に前記第１の位置から前記第２の位置まで移動させる、請求項１記載の回路遮断装置（１００）。
7. 前記伝導要素（２１８）が第１の電気接点（２３２）を備え、前記接触アーム（２１４）が第２の電気接点（２４０）を備え、前記付勢要素（２１６）が、前記接触アーム（２１４）が前記第１の位置にあるときに前記第１の電気接点（２３２）と前記第２の電気接点（２４０）との間の接触を維持するために、前記付勢力を前記接触アーム（２１４）に前記第１の方向に加えるように構成される、請求項１記載の回路遮断装置（１００）。
8. 前記接触アーム（２１４）を通る前記電流の流れが、前記第２の電気接点（２４０）を出て前記第１の電気接点（２３２）に入るときに、前記反発力を前記第２の方向に引き起こす、請求項７記載の回路遮断装置（１００）。
9. 前記伝導要素（２１８）の少なくとも一部の上方に設置された少なくとも１つのアーク緩和板（２２４）をさらに備え、前記少なくとも１つのアーク緩和板（２２４）が、前記接触アーム（２１４）が前記反発力に起因して前記伝導要素（２１８）から離脱することによって生み出されたアークを消滅させるように構成される、請求項１記載の回路遮断装置（１００）。
10. 回路遮断器と共に使用するためのトリップ機構（２００）であって、
    回路に結合されるように構成された伝導要素（２１８）と、
    前記伝導要素（２１８）に対して、第１の方向、および前記第１の方向の反対の第２の方向に移動するように構成された接触アーム（２１４）とを備え、前記接触アーム（２１４）が、前記接触アーム（２１４）を通る電流の流れが前記第２の方向に前記接触アーム（２１４）に作用する電磁的反発力を引き起こすように構成される、トリップ機構（２００）。
11. 前記接触アーム（２１４）が、第１の部分（２４２）、第２の部分（２４４）および第３の部分（２４８）を含み、前記第３の部分（２４８）が、前記第１の部分（２４２）と前記第２の部分（２４４）との間にある、請求項１０記載のトリップ機構（２００）。
12. 前記第２の部分（２４４）を通る前記電流の流れが、前記第２の部分（２４４）を出て前記伝導要素（２１８）に入るときに前記反発力を引き起こす、請求項１１記載のトリップ機構（２００）。
13. 前記第３の部分（２４８）が、前記第１の部分（２４２）の幅および前記第２の部分（２４４）の幅より狭い幅を有する、請求項１１記載のトリップ機構（２００）。
14. 前記第３の部分（２４８）の少なくとも一部が非伝導材料を含む、請求項１１記載のトリップ機構（２００）。
15. 前記電流の流れが所定の大きさを有するとき、前記電流の流れによって引き起こされた前記反発力が前記付勢力に打ち勝ち、前記接触アーム（２１４）を、前記第２の方向に前記第１の位置から前記第２の位置まで移動させる、請求項１１記載のトリップ機構（２００）。