How to extend the adjustment range of the overload protection device, overload protection device, and its use

本発明は、熱機械式過負荷保護デバイスの調整範囲を拡張する方法に関する。 該熱機械式過負荷保護デバイスにおいては、電流設定値は使用者により予め決められ、所定のトリップ（tripping）特性（電流／時間トリップ曲線）が保護デバイスとして達成されるように意図されている。 さらに、本発明は、熱機械式過負荷保護デバイス、及びそれらの使用に関する。

過負荷リレー又は過負荷レリーズ（release）は、例えばモータのような電気装置及び負荷を許容できない大きな動作電流から保護するために使用される。 非電子式の過負荷リレー又は過負荷レリーズは、例えばバイメタルストライプ（bimetallic strip）又はスナップ動作ディスク（snap action disks）等の熱トリップ部材を含み、動作電流が非常に大きくなるとき、付随する電流枝路がスイッチをオフにされることを確実にするメカニズムを（電流／時間トリップ特性に基づき）作動させる。 特に、このメカニズムは、ラッチメカニズム解除手段、制御スイッチコンタクト、又は警音器である。 前記メカニズムは、過負荷トリップを電流調整範囲内の動作電流値に設定するための更なる要素を含んでいる。 過負荷トリップに対する環境温度の影響を無くすために、該メカニズムは温度補正のための要素を通常含んでいる。

米国特許公開第２６２９７９６Ａ号は、スイッチングデバイスのための調整デバイスを開示しており、並列接続された分流器を有するＵ字状のバイメタルストライプを含んでいる。 該分流器は、異なる位置においてバイメタルストライプの２つの突起部（limb）を接続するが、溶接接合により恒久的に取り付けられている。 よって、電流はバイメタルストライプの所定の長さの要素だけを流れ、これはトリップ電流範囲を画定するのに使用される。 ディメンジョニング（dimensioning）すなわち過負荷レリーズのトリップ電流範囲の位置決めは、バイメタルストライプに電気的に並列接続され、該バイメタルストライプを加熱する加熱抵抗の断面積の関数として画定される。 過負荷レリーズのこの形態において、該過負荷レリーズの動作範囲は、１０Ａから２００Ａまでの電流範囲内であってもよい。 １０Ａと２００Ａとの間の固定された調整範囲は、生産技術的な観点から容易に製造され得る。

さらに、独国特許第１９５１６７２３Ｃ２号は、調節自在な熱電磁トリップデバイスを開示している。 該調整自在な熱電磁トリップデバイスは、ヒンジ形の可動接極子電磁レリーズを励起するバイメタルストライプ及び第１（バイメタル）分流器、並びにバイメタルストライプ及び第１分流器に並列接続された第２分流器を含んでいる。 第２分流器はトリップ値を設定するのに使用される。

最後に、独国特許明細書第４７３３３８号は、コンタクト手段が設けられた電磁／熱過電流回路ブレーカを既に開示している。 これによって、応答感度のための不連続値が予め画定され得る。

公知のデバイスは、公知の過負荷保護デバイスの動作電流を標準的な動作電流に合わせるために、予め決められた調整範囲（低い方の設定電流Ｉ _ｕと高い方の設定電流Ｉ _Ｏとの間の範囲）内の所望の動作電流Ｉ _ｒに設定され得る。 典型的な調整範囲（標準的な調整範囲と称される）は低い方の設定電流Ｉ _ｕの１．４乃至１．６倍の電流範囲をカバーしているだけである。 熱過負荷リレー及び回路ブレーカの装置範囲（equipment ranges）は、例えば１２調整範囲型（12 adjustment range type）のデバイスにより１．８Ａから２５Ａの電流範囲をカバーするために、わずかに重なり合って（narrow stagger）設計されている。

多様なタイプのデバイスを減じるために、熱機械式過負荷保護デバイスの電流調整範囲を少なくともＩ _Ｏ ＝２＊Ｉ _Ｕに拡張することが望まれる。 しかし、単純に、調整範囲を拡張するために熱トリップ部材に大きな電流負荷を設けることは、電流の２乗に比例する抵抗の発熱及び抵抗の発熱による温度の上昇の故に上手くいかない。
仏国特許第２７９０１３９Ａ１号はスイッチデバイスを開示している。 前記スイッチングデバイスはコンタクト手段を含み、該コンタクト手段により、スイッチング手段が使用される前にコンタクトが選択的に行われる。 よって、調整範囲は要求されるように予め決められ得る。 しかし、この範囲はスイッチングデバイスの動作の間において変えることはできない。 さらなる従来技術は、欧州特許第０９２３１０１Ａ号、仏国特許第２４３４４７４Ａ１号、独国特許第９５１７３８Ｃ号、独国特許第２１０１４５６Ａ１号、米国特許第４１８７４８２号、独国特許第６６０７４３３Ｕ号、及び仏国特許第１２３８２５８Ａ号である。 この場合の目的は、スイッチングデバイスの反応性をほぼ要求されるように合わせることである。

従来技術において、過負荷保護デバイスの値調整範囲は電子式過負荷リレー又は電子式過負荷レリーズにより典型的に与えられる。 この目的のために、過負荷電流は変流器を用いて検出され、トリップ信号は電子的に生成された電流／時間トリップ特性を用いて生成される。 この電子式の解決策の１つの利点は、「発熱」すなわち過負荷保護デバイスにおける電力損失が、デバイスの動作と関係のない保護デバイスの導線抵抗における電力損失は別として、該過負荷保護デバイスの電流設定値に依存しないことである。

しかしながら、いくつかある不利益の中のある不利益は、変流器及び電子部品から生ずる増大したコスト並びに直流又は直流成分をモニタするのに不適切であることである。 単純な解決策が過負荷保護デバイスに広い調整範囲を実現するために要求される。 過負荷保護デバイスは、多様な最新の種類のデバイスと比較すると、比較的低い定格電流（例えば、＝４０Ａ）の範囲内では低コストで製造され、製造者及び使用者に金銭的な利点を提供している。

上記の従来技術の背景に対して、本発明の目的は、熱トリップ部材が特定の動作範囲（前述の熱レリーズの標準的な調整範囲の電流／時間トリップ特性は維持されているが、予め決められた電流調整範囲は望まれるように拡張されている範囲）において動作することを可能にする技術的な解決策を明らかにすることであり、過負荷保護デバイスを提供することである。 この場合、電力損失の増加が、過負荷保護デバイスの全ての動作モードにおいて効率的に制限されるか防止されるように企図されている。

本発明のさらなる目的は、レリーズに所定の電流／時間トリップ特性を常時提供することである。 最終的な目的は、上述した過負荷レリーズの電流設定値の関数として短絡瞬時（short circuit quick action）レリーズの応答値の整合を改良することである。

本発明によれば、上記目的は請求項１において最初に説明されたタイプの方法により達成される。 特に、請求項１２及び１３は過負荷保護のための別の方法を示している。 あるいは、過負荷保護デバイスは、他の独立請求項１７及び１８に記載された発明である。 方法、過負荷保護デバイス、及びその使用の発展形がさらなる請求項に記載されている。

よって、本発明は、特定の調整範囲が、電気抵抗及び／又は所定の熱流により、予め決められた広い調整範囲にされるかされないかを電気的コンタクト手段により可能にする。 必要ならば、特定の電流設定値が追加の調整手段により固定されてもよい。

本発明による方法は、電流を流すための予め決められた電気抵抗値の要素及び付随するコンタクト手段を用いることが好ましい。 コンタクト手段は、取り付けられ得るか又はスイッチングされ得るように設計されてもよい。 コンタクト手段を使用することにより、下限値及び上限値を有する第１調整範囲と、異なる下限値及び上限値を有する別の第２調整範囲とに広い調整範囲を分けることが可能になる。

特に、本発明による方法の目的のために、２つの異なる調整範囲を予め設定することが可能である。 該２つの異なる調整範囲は、所定の間隔だけ離されてもよく、重なっていてもよく、又は好ましくは互いに直接隣接していてもよく、これによって該２つの異なる調整範囲は広い調整範囲を画定する。

よって、本発明はスイッチングデバイスの使用者が適切な調整範囲を各条件に従い予め選択することを可能にする。 動作電流範囲をカバーする広い調整範囲が実質的に非常に単純な技術手段により与えられる。 詳しくは、これはスイッチ装置製造者及び使用者が異なる種類のデバイスを少しだけ用意しておけばよいことを意味している。

非電子式の過負荷保護デバイスに広い調整範囲を与えるために、本発明は熱トリップ部材を使用する。 本発明によれば、導電要素が該熱トリップ部材に接続され得る。 この場合、スイッチ操作は、詳しくは、機械的に操作自在なスイッチコンタクト又は機械的に取り付けられ得るコンタクト要素により行われてもよい。 コンセプトの違いは、調整範囲を選択するために再び取り付けられ得る機械的に取り付けられ得るコンタクト要素により確実に使用を中止された過負荷保護デバイス及びモニタされるスイッチングデバイスと比較すると、過負荷保護デバイス及び該過負荷保護デバイスによりモニタされるスイッチングデバイスの動作の間の機械的に操作自在なスイッチコンタクトによる任意の時間におけるスイッチングが容易であることである。

上記において説明された利点は２つの異なる方法（２つの異なる原理）により達成され得る。 ２つの設計形態は、バイメタルストライプのための熱出力が広い調整範囲の全ての調整範囲における同一の相対的な動作電流Ｉ _{ｒ、ｒｅｌ}に対し同一の値を有するという共通の特徴を有している。

この目的のために、少なくとも１つのスイッチングデバイスを有する並列電流経路が、バイメタルストライプの電流経路と並列に設置され、該バイメタルストライプの電流経路は加熱導体を追加的に含んでいてもよい。 並列枝路におけるスイッチが閉成しているとき、全電流の所定の割合の電流が、追加の分流器及び／又は経路の抵抗の故に、並列枝路を経て流れる。

並列枝路の開放／閉成により、低い方の範囲の低い方の設定電流Ｉ _ｕｌと高い方の範囲の高い方の設定電流Ｉ _ｏ２との間に２つの調整範囲がもたらされる。 スイッチが開放しているとき、Ｉ _ｕｌからＩ _Ｏｌまでの（低い方の）範囲は変わらず、この場合、Ｉ _ｏｌ 〜１．４Ｉ _ｕｌ乃至１．６Ｉ _ｕｌである。 スイッチが閉成しているとき、高い方の範囲はＩ _ｕ２ 〜Ｉ _ｏｌ及びＩ _ｏ２ 〜（１．４ ^２乃至１．６ ^２ ）Ｉ _ｕｌにより与えられることが好ましい。 これは、Ｉ _ｕｌからＩ _ｏ２まで線形的に変化する広い調整範囲及び１．４ ^２乃至１．６ ^２ ＝１．９６乃至２．５６の高い方の設定係数をもたらす。

第１構造（抵抗整合原理）において、並列枝路におけるインピーダンスは、高い方の調整範囲が選択されたとき、該並列枝路が動作電流Ｉ _ｒの相対的な電流成分（Ｉ _ｕ２ −Ｉ _ｕ１ ）／Ｉ _ｕ１を流すように整合される。 バイメタルストライプは相対的な電流成分Ｉ _ｕ１ ／Ｉ _ｕ１だけ加熱される。 低い方の調整範囲及び高い方の調整範囲においてバイメタルストライプの加熱が変化しないことは、過負荷保護デバイスのトリップ特性が変化しないことを意味している。 これは、図１を参照しつつ以下においてさらに説明する。

本発明の目的のために、後者の原理は、特に多相器具のために、以下のように拡張され得る、すなわち、
ａ）電流及び調整範囲は、いかなる時間においても繰り返され、さらに動作中においてもリセット又はセットされ得る。
ｂ）複数の並列枝路が、切り替えスイッチを用いてステップ状に接続され、ステップ毎に累乗分だけ調整範囲を増やす（ステップ１：低い方の調整範囲の２乗、ステップ２：低い方の調整範囲の３乗等）。
ｃ）温度補正が中央ポイントにおいて全ての相について同様になされる。
ｄ）中心メカニズムが存在し、前記中心メカニズムは全ての相における並列経路のためのコンタクト手段を同時に動作させる。
ｅ）相の不均衡及び相欠損から保護する基本となるトリップメカニズム（バイメタルストライプ、加熱導体、トリップ部材／ラッチメカニズムへのバイメタルストライプの機械的な結合）は変化しない。
ｆ）コンタクト手段及び電流経路抵抗を含む並列経路は、基本となるデバイスを大きく変更せずに、モジュール形態でデバイスにプラギングされ得る。

この構造は単極過負荷保護デバイスと多極過負荷保護デバイスとに使用され得る。 しかし、この構造においても、電流の流れは、高い方の調整範囲において、並列電流枝路におけるさらなる電力損失をもたらす。 この電力損失は適切な熱的な絶縁によりバイメタルストライプから取り除かれる。

第２構造（電力整合原理）において、追加の電力損失の不利益が防止される。 理想的には、並列枝路において生ずる電力損失分の電力がバイメタルストライプに全て与えられる。 この目的のために、並列枝路は、並列枝路がスイッチをオンにされたときの高い方の調整範囲におけるバイメタルストライプ枝路及び並列枝路による電力損失の総和が、並列枝路が開放されたときの低い方の調整範囲におけるバイメタルストライプ枝路による電力損失に等しいようなインピーダンスを有する。

並列枝路からバイメタルストライプに電力損失分の電力を与えるために、並列枝路における分流器はバイメタルストライプに非常に近く物理的に接続されなければならない。 この目的のために、分流器は、加熱巻線として若しくは間接的に加熱する形態でバイメタルストライプに熱的に接続される。

上記において説明した追加の特徴ａ）乃至ｅ）はこの構造においても保持されている。 必要な全てのことは、追加された分流器を有するバイメタルストライプを変更することである。

第２構造のある変形例において、広い調整範囲として予め設定された電流調整範囲は、接続され得る並列電流枝路により分けられず、電気的に直列接続され得る追加の加熱導体により分けられる。 追加の加熱導体は、該追加の加熱導体の熱出力が熱機械的アクチュエータにほぼ全て伝達されるように、過負荷レリーズに熱的に結合される。 追加の加熱導体が直列接続されるとき、広い調整範囲の低い方の範囲が選択される。 追加の加熱導体の抵抗値は、低い方の調整範囲（指標１）内の動作電流による両加熱導体の熱出力が、オフにスイッチングされ、高い方の調整範囲（指標２）内の動作電流が電流係数（Ｉ _ｕ２ ／Ｉ _ｕ１ ）により増大されたときの直流枝路による熱出力と同じ値を有するような大きさである。 予め決められた電流調整範囲は、直列接続され得るさらなる加熱導体によりさらなる調整範囲に分けられ得る。 これは、低い方の設定電流の方へ拡張された広い調整範囲をもたらす。 単一ステージの直列回路の場合、広い調整範囲は、設定電流Ｉ _ｒ ＝Ｉ _ｕからＩ _ｕ ＊１．５ ^２ （＝Ｉ _Ｏ ）までをカバーし、複数のステージ（＝ｎ）を有する直列回路の場合はＩ _ｒ ＝Ｉ _ｕからＩ _ｕ ＊１．５ ^ｎ＋１ （＝Ｉ _Ｏ ）までをカバーする。 もし、固定された予め決められた上限値が広い調整範囲の設定電流に設定されているならば、これは、電流係数１．５の場合のｎステージ直列回路の下限値Ｉ _ｕ ＝Ｉ _Ｏ ／１．５ ^ｎ＋１を生ずる。

本発明の範囲内のさらなる方法（measure）は、所定の電流／時間トリップ特性を提供することである。 該所定の電流／時間トリップ特性は、特に小さい過負荷電流が流れる場合においては熱伝導率により熱的に影響を与えられ、特に大きい過負荷電流が流れる場合においては熱容量により熱的に影響を与えられる。 前記熱伝導率及び熱容量は、バイメタルストライプの能動要素（つまり電流経路）の両方、幾つかの場合においては、加熱導体、コンタクト要素、並びに取付部材、ハウジング、及び周囲の大気のような受動デバイスの熱伝導率及び熱容量である。

本発明の目的のために、この問題は、以下のような前記構造の機能として解決される。 抵抗整合原理すなわち並列枝路における電力損失分の電力がバイメタルストライプに与えられない場合、並列枝路の要素つまりコンタクト手段及び分流器は、デバイスの異なる領域において熱的に絶縁された構造部、又はプラギングされ得る特定のモジュールに配置される。 電力整合原理、すなわち並列枝路からの電力損失のほぼ全てがバイメタルストライプに与えられる場合、並列枝路における分流器とバイメタルストライプとの間に熱的に近いコンタクトが存在する。 分流器における短絡電流負荷は、並列枝路がオフにスイッチングされているときのバイメタルストライプ枝路における短絡電流負荷未満であるので、加熱導体を任意に含んでいるいくつかの場合では、分流器の幾何学的寸法は小さく、よって熱容量を非常に減じるように設計され得る。 この場合、高い電気抵抗率を有する材料を使用すると有利である。 銅／ニッケル又はクロム／アルミニウム合金がこの目的のために使用され得る。

この構造の更なる特徴は、コンタクト手段の抵抗値ができる限り低くされていることである。 高い接触力を有する広い面積のコンタクト部が特に適切であり、該高い接触力を有する広い面積のコンタクト部は、例えば差し込み式の接続部（バナナプラグ、竪琴状（lyre）の接続部、又はブレード接続部）であり、例えば、銀ニッケル若しくは微粒子（fine grain）の銀のような銀（Ａｇ）合金、又は酸化銀のような銀（Ａｇ）複合材料のような特に低インピーダンスコンタクト材料によるコンタクト部である。

最後に、本発明は、短絡瞬時レリーズの応答値の整合を上記において説明した過負荷レリーズの設定値の関数として改善する。

回路ブレーカの場合において、短絡瞬時レリーズは過負荷レリーズの調整により同時に調整されることが知られている。 これは、短絡瞬時レリーズが、変動する動作電流（応答電流）の特定（しかし所定の）倍数の電流で動作するようになることを意味しいている。

特にモータ回路ブレーカの場合において、短絡瞬時レリーズの応答値は通常調整されない。 なぜなら、従来技術によれば、これらデバイスは狭い電流調整範囲においてのみ動作するからである。 応答値は、最大設定値Ｉ _Ｏの所定の倍数（典型的には、８乃至１５倍）である。

Ｉ _ｕとＩ _Ｏとの間に非常に大きな差を有する広い調整範囲を導入することにより、短絡瞬時レリーズの応答時間は、短絡が生じ且つ低い設定電流Ｉ _ｕの場合に装置がもはや適切に保護されないような広い範囲に拡張されるようになる。 本発明の範囲では、この問題は、例えば短絡瞬時レリーズの部分的なタッピング（tapping）により解決され得る。 この場合、上記において説明され且つ接続され得る並列枝路は、調整範囲毎（並列枝路が接続されているか、接続されていないか）のアンペアターン数が一定であるように、短絡瞬時レリーズのコイルに電気的に接続される。 これは、各場合において常に同じである高い方の設定値のＩ _Ｏを生じ、これに合わせて、短絡瞬時リレーズの応答値のための選択された調整範囲も生じる。

電磁トリップの整合が、本発明による４つの異なる方法により行われ得る、すなわち、
１． 負荷軽減電流枝路の並列接続部がソレノイドコイルに接続され得る。 １．５の電流係数の場合、電流成分０．５の電流が負荷軽減電流枝路を介して流され、ソレノイドコイルは電流成分１の電流を流す。
２． 関係する磁力の比例係数〜（電流）＊（電流）が整合され得る。 ソレノイドコイルの場合、これは、巻線の全磁気励起が、例えば１．５の電流係数の相対的な電流成分１に対応するように巻線をタッピングすることにより行われ得る。 つまり、相対的な電流１のためにタップ（tap）がオフにスイッチングされたときのアンペアターン数は、相対的な電流１．５のためにオンにスイッチングされたタップのアンペアターン数に等しい大きさになる。 この目的のために、巻線の所定の部分がブリッジされ、磁気的に有効にされる。 部分的なブリッジの代わりに、巻線は、巻線の全磁気励起が、相対的な電流１．５の相対的な電流成分１に再び対応するように一部の電流を引き出すためにタッピングされ得る。
３． アンペアターン数による整合の代わりに、比例係数が、可動磁石鉄片と対向する磁極との間のエアギャップの幅により整合され得る。 同様に、これは、１から１．５に応答電流を大きくするために、係数１．５まで相対的な単位で増大される。
４． 磁石鉄片の制止力が調節される。 磁石鉄片は、閉成動作及びこれに関連するトリップのために制止力に打ち勝たねばならない。 制止力はバネ要素により通常生成される。 バネの力は、バネ定数とバネの変位量（movement）との積により画定される。 １．５＊１．５の係数までバネの変位量を増大することにより、１．５の電流係数についての磁力の増加分が相殺される。

電磁トリップは、過負荷トリップのためのコンタクト手段と同一のコンタクト手段を用いて、広い調整範囲内の低い方の電流調整範囲から高い方の電流調整範囲まで設定される、追加的に又は代替的に、機械的要素が、ばねの変位量のｎギャップ幅を調整するために、コンタクト手段に結合され得る。

本発明のさらなる詳細及び利点は、特許請求の範囲と共に図面を参照する典型的な実施例の図面の説明から明らかとなる。

詳しくは、各実施例が図面に簡略に示されている。

本発明による広い調整範囲の様々な変形例の装置が、以下において説明される。 該装置は、まずバイメタルストライプ及び加熱巻線を有する過負荷リレーの実施例を用いて説明される。 各実施例の異なる構造が、各場合において別々に説明され、その後、これらの機能は組み合わされて説明される。

それぞれの図面において、参照符号１は第１電流枝路を示し、参照符号２は第２電流枝路を示している。 当該第２電流枝路は当該第１電流枝路と並列接続される。 さらに参照符号１０は、従来技術において周知であるような温度依存性のスイッチング機能を有するバイメタルストライプを示している。

図１は抵抗整合の原理を示している。 斜線の領域（areas underneath）は、バイメタルストライプ枝路と並列枝路との間の熱的な絶縁を示している。 詳しくは、加熱導体１２を有するバイメタルストライプ１１が電流枝路１の領域に配置され、分流器２１が電流枝路２の領域に配置されている。 並列枝路２はスイッチ２５を介して接続され得る。

図２は、メークコンタクトとブレークコンタクトとを含む制御コンタクト１５を有する装置を示している。 制御コンタクト１５は、バイメタルレリーズ１０により間接的に機械的に操作される。 あるいは、バイメタルレリーズ１０はラッチメカニズムを操作し得る。 さらに、図１に示したように、スイッチコンタクト２５及び図１において示した分流器に対応する抵抗器２１が、図１に対応するように、並列電流枝路２に配置される。

図２に示したような実施例についてのディメンジョニング（dimensioning）の例は以下の通りである。 この目的のために、過負荷リレーの標準的な調整範囲は１１Ａと１６Ａとの間であると仮定される。 加熱導体を有するバイメタルストライプの電気抵抗値Ｒ _bimetallicは約８．６ｍΩである。 １６Ａから１６／１１＊１６Ａ＝２３Ａに調整範囲を拡張するために、７Ａ（＝２３Ａ−１６Ａ）の電流が、接続され得る並列抵抗によりバイメタルストライプから取り除かれる。

このため、経路抵抗及び接触抵抗を含むので、並列抵抗は Ｒ _parallel ＝Ｒ _bimetallic ＊１１Ａ／５Ａ〜１９ｍΩ（１）
の抵抗値を有する。

並列抵抗は、バイメタルストライプ及び加熱導体のための接続端子に対する電力供給源に電気的に接続され、接続経路は機械的に操作され得るスイッチコンタクトを介して繋げられる。 一例として、これはバナナプラグコンタクトの形状であり、該バナナプラグコンタクトのプラグは、開口部バネに対抗して、管状ガイド内のバナナソケット内に差し込まれ得る。 該バナナプラグコンタクトのスイッチオン及びオフ位置は適切な留め具により固定され得る。 並列抵抗は、低温度係数及び適切に高い適用温度を有する抵抗材料からなることが好ましい。

通常のディメンジョニングの式（dimensioning formula）が、標準的な調整範囲（いかなるギャップも無い単一ステップ部の広い調整範囲の低い方の設定電流ｉ _Ｕ及び高い方の設定電流ｉ _Ｏ 、並びにバイメタルストライプ抵抗値Ｒ _bimetallicに対する並列抵抗値Ｒ _parallelのための高い方の広い設定電流（upper wide set current）ｉ _Ｏ．Ｗ．を有する）から以下のように見積もられ得る、すなわち、
ｉ _{Ｏ． Ｗ} ＝ｉ _Ｏ ^２ ／ｉ _ｕ （２）
並列抵抗の電流成分は ｉ _{Ｏ． Ｗ} ，ｉ _ｐ ＝ｉ _{Ｏ． Ｗ} −ｉ _Ｏ （３）
であり、
Ｒ _parallel ＝ｉ _Ｏ ／（ｉ _Ｏ．Ｗ −ｉ _Ｏ ）＊Ｒ _bimetallic （４）
である。 同等の関係式は Ｒ _parallel ＝ｉ _Ｕ ／（ｉ _Ｏ．Ｗ −ｉ _Ｕ ）＊Ｒ _bimetallic ) （５）
である。

この関係式において、Ｒ _bimetallicは並列電流枝路の接続点同士の間のバイメタルストライプ電流枝路の抵抗値である。

３極過負荷リレーのための広い調整範囲は、共通のラッチ操作要素により選択される。 該ラッチ操作要素は、交差手段（crossmember）を介して３つのスイッチコンタクトに係合し、該交差手段により、バイメタルストライプ電流枝路が、該バイメタルストライプ電流枝路に付随する並列電流枝路と並列接続される。 付随するスイッチコンタクト及び並列抵抗を有する並列電流枝路はバイメタルストライプとは別に過負荷リレーのハウジング領域に配置されてもよい。 これは、相互の熱影響を最小化し、過負荷トリップ特性が変化しないように保つ。

広い調整範囲を選択すると、トリップは、過負荷リレーにおいてより大きな電流、よってより大きな電力損失の方にシフトされる。 ｉ＝ｉ _Ｏ ＝１６Ａ及びＰ _ｅｌ ＝Ｒ _bimetallic ＊（１６Ａ） ^２の場合の標準的な調整範囲における電力損失と比較すると、ｉ＝ｉ _Ｏ ＝２３Ａの場合の広い調整範囲の電力損失は、
Ｐ _ｅｌ ＝Ｒ _bimetallic ＊（１６Ａ） ^２ ＋Ｒ _parallel ＊（７Ａ） ^２ （６）
であり、これは電力損失が７／１６すなわち〜４０％相対的に増大することを意味している。

空間的な利点及び電力損失を低減することを提供する図２に示した実施例の有利な改良において、バイメタルストライプ電流枝路及び並列電流枝路は共通のハウジングに収容される。 この場合、並列抵抗は上記において説明された抵抗値よりも低い抵抗値を有するように設計される。 なぜなら、このようにバイメタルストライプにおいて低減された熱出力は、並列抵抗からの一定量の追加の発熱、つまり放射熱及び対流熱により補われるからである。

特定の形態において、コンタクト部には、差し込まれ得る及び／又は回転させられ得るコンタクト取付部が設けられてもよい。 差し込み式コンタクト取付部の２次的な機能として、該差し込み式コンタクト取付部は、設置されていない状態のとき、過負荷リレーの制御コンタクトを適切な動作デバイスを用いて中断させる。 これは、過負荷リレー及び該過負荷リレーによりモニタされるスイッチングデバイスが、差し込み式コンタクト取付部が設置されるまで、動作不能にされることを確実にする。 例えば、ドライバ等の補助器具が差し込み式コンタクト取付部を設置するのに要求されてもよい。

更なる変形例のように、３つのコンタクト要素が、回転し得る共通のコンタクト取付部において統合されてもよい。 コンタクト取付部の回転位置は固定され、予め決められた回転角度が維持される。 広い調整範囲は、該予め決められた回転角度において、確実にスイッチをオンにされるか、確実にスイッチをオフにされる。 これを確実にするために、過負荷リレーの制御コンタクトは、所定の回転角度位置において中断されるか、又は中断されず、過負荷リレーが正しく設定されたときだけ動作するようにされている。

通常、機械的に取り付けられ得るコンタクト要素は、操作自在なスイッチング要素よりも高い接触力を有し得る。 これは、該コンタクト要素を経てより高い動作電流を流すのに使用されると有利である。

図２に示したような並列電流枝路を有するバイメタルストライプ電流枝路に対する変形例によれば、加熱導体は、広い調整範囲を生成するために部分的にブリッジされてもよい。 取り付けられるコンタクト要素は、比較的高い接触力を伴う比較的低い接触抵抗値を有し、限定された短絡電流の全電流を流し得る。 該コンタクト要素は広い調整範囲をオン及びオフにスイッチングするコンタクト部として使用するのに適している。 接触抵抗値は、電流の大部分がブリッジ電流経路を介して流れ、電流の少しの部分だけがブリッジされたバイメタルストライプ部分を介して流れるために、１ｍΩ未満であるべきでる。

大まかに言うと、ブリッジ部の残りの熱出力は、加熱巻線に接続されたブリッジされたコンダクタによる熱の消失分の熱を補う。 図１における実施例と同じバイメタルストライプの加熱を達成するために、標準的な調整範囲及び１６Ａの電流が、広い調整範囲及び２３Ａの電流に変えられ、残っている加熱導体は（１６／２３） ^２ 〜０．５の相対的比率を除いてブリッジされるべきであり、０．５はブリッジされない。

全電流を流す加熱導体からの熱出力の一部は、熱伝導によりブリッジされた部分に伝達され、バイメタルストライプは非均一に加熱されないことが予想され得る。 しかしながら、例えば、バイメタルストライプの末端の領域（foot area）における加熱導体のブリッジは、湾曲とレバーアーム（lever arm）との間の相互作用の故に、バイメタルストライプにおける他の点よりも撓みにより効果を有する。 これは、この例において、相対的な単位で（１−（１６／２３） ^２ ）より短く加熱導体部をブリッジすることにより補われる。

図３において、３つの並列接続された分流器２１、２２、及び２３が第２電流枝路２の領域に配置され、対応する選択式切り替えスイッチ２６がこの目的のために設けられる。 相対的な調整比EBが適切な分流器の接続により選択され得る。

以下の値は、例えば以下の表に基づいた結果である。

複数の並列ステップ部及び並列枝路の抵抗の値の例を有する抵抗整合の上記原理は異なる調整範囲ＥＢを生ずる。 該異なる調整範囲ＥＢの全てが、広い調整範囲ＷＥＢをＷＥＢ＝（１．００乃至３．８４）＊Ｉｕであるように画定する。

図４及び図５は電力整合の原理を示している。 共通の領域はバイメタルストライプ枝路と並列枝路との間の熱的な結合を示している、図４は、メイン枝路１においてバイメタルストライプ１１と加熱導体１２とを示し、並列枝路２において並列接続された分流器と加熱導体とを示している。 さらに、タップがコイル４０に設けられ、ｎレリーズと称される。

すでに説明したように、これら要素は熱的に結合されており、熱伝達により要求される電力整合を確実にする。

電力整合（図４乃至図６）の原理に基づいた実施例についての大きさの一例として、過負荷リレーの標準的な調整範囲は１１Ａと１６Ａとの間であると仮定される。 この調整範囲は、基本的な調整範囲ＧＥＢ（かかる例においては、ＧＥＢ＝１６／１１）として参照される。 電力整合の原理に基づけば、バイメタルストライプ１１における熱出力損失（thermal power loss）は全ての調整範囲において一定でなければならない。 この目的のために、並列枝路の抵抗Ｒ _ｐｚは、バイメタルストライプ枝路の所定の抵抗Ｒ _ＢＺのために、
Ｒ _ＰＺ ＝Ｒ _ＢＺ ／（ＧＥＢ ^２ −１） （７）
ように設計されなければならない。

（広い調整範囲により）仮定された最大動作電流（Ｉ _ｒ ＝２３．３Ａ）において、Ｉ _ＢＺ ＝Ｉ _ｏ ／ＧＥＢ＝１１Ａの電流がバイメタルストライプ電流枝路を経て流れ、Ｉ _ＰＺ ＝Ｉ _ＢＺ ＊Ｒ _ＢＺ ／（Ｒ _ＢＺ ＋Ｒ _ＰＺ ）＝１２．３Ａの電流が並列枝路を経て流れる。 これは、バイメタルストライプ枝路を経る電流が係数１／ＧＥＢだけ減じられることを意味する。 バイメタルストライプ枝路においてこのように減じられた熱出力損失分の熱は、並列枝路における熱出力損失分の熱により完全に補われる。 つまり、
Ｐ _{Ｖ,bimetallic} ＝ 一定 ＝ Ｉ _ＢＺ ^２ ＊Ｒ _ＢＺ ＋I _ＰＺ ^２ ＊Ｒ _ＰＺ （８）
である。

この例において、低い方の調整範囲（並列枝路が開いている＝通電していない）における動作電流Ｉ _ｒはＩ _ｕ ＝１１ＡとＩ _Ｏ ＝１６Ａとの間に設定され、高い方の調整範囲における動作電流Ｉ _ｒはＩ _ｕ ＊（１６／１１）＝１６ＡとＩ _ｕ ＊（１６／１１） ^２ ＝２．１２＊Ｉ _ｕ ＝２３．３Ａとの間に設定され得る。

複数のステップ部の調整範囲の場合、抵抗整合の原理（上記の表１を参照されたい）と比較すると、電力整合の原理は以下の値となる。

図５において、２つの加熱導体がバイメタルストライプと並列に結合され、図４の短絡瞬時リレーズが図６に設けられている。

図４は電力整合の原理を示している。 共通の領域は、バイメタルストライプと枝路と並列枝路との間の熱的な結合を示している。 図４において、バイメタルストライプ１１と加熱導体１２とが第１枝路１に設けられ、並列接続された分流器と加熱導体が第２枝路２に設けられている。 さらに、コイル４０は、タップを設けられ、ｎレリーズと称される。

すでに説明されたように、これら要素は熱的に結合されており、要求される電力整合が、熱伝導により確実になされる。

広い調整範囲へのバイメタルストライプの加熱の整合に対する変形例は、実質的に同じ長さを有している該加熱導体の断面積を拡張し、抵抗を低減することである。 これは、例えば図７に示したように、標準的な加熱範囲の加熱導体７１と第２加熱導体７２とを並列接続することにより達成され、断面領域を効率的に増大させる。 図１における実施例のような目的のために要求されるスイッチコンタクトが、定格動作中と短絡が生じた場合とにおいて、電流の一部だけを流すことを必要とすると有利である。 不利益は、バイメタルストライプヒータの剛性が大きくなることと、加熱導体同士が接合接続部を除いて電気的に絶縁されなければならないので、個々の加熱導体とバイメタルストライプとの間の熱的な結合が異なることである。 これは、長いトリップ及びリセット時間の方へトリップ時間特性をシフトさせる。

図５では、２つの加熱導体がバイメタルストライプと並列接続されており、図６には図４のｎレリーズが設けられている。

図７ａ、図７ｂ、及び図７ｃは、図２の過負荷保護デバイス１０におけるバイメタルストライプのための元々の加熱巻線を有していないバイメタルストライプ７１に、並列枝路における巻線７２又は分流器７３若しくは７４を熱的に結合させる別の実施例を示している。 これはよい熱的な結合をもたらす。 バイメタルストライプ７１並びに分流器７２、７３、７３は、例えばガラスファイバ、又はマイカにより、電気的に絶縁されている。

図８ａ、図８ｂ、及び図８ｃは、バイメタル７１のための元々の加熱巻線７６を有するバイメタルストライプに、並列枝路における巻線７２又は分流器７２若しくは分流器７３を熱的に結合させる別の実施例を示している。 同様に、これも良い熱的な結合をもたらす。 加熱導体７６は、ガラスファイバ又はマイカにより別の電流経路の要素から電気的に絶縁されている。

ｌｏｇ／ｌｏｇ表現を用いて、図９及び図１０は設定電流Ｉ _ｒの倍数の関数として過負荷レリーズのトリップ時間を示している。 つまり、トリップが起こる電流Ｉ _ｒの倍数が横座標にプロットされ、トリップ時間ｔが縦軸にプロットされている。 これに関連して、図９はトリップ特性としてグラフ９１を示し、図１０はグラフ９１及びグラフ９２を示している。

広い調整範囲（Ｉ _ｕ ＜＝Ｉ _ｒ ＜＝２＊Ｉ _ｕ ）の設定電流Ｉ _ｒでは、低い方の調整範囲及び高い方の調整範囲はほぼ同じトリップ特性である。 過負荷トリップ特性９１に加えて、図１０は短絡トリップ特性９２も示している。 短絡トリップ特性９２は、選択された範囲の上限値の倍数として通常見積もられる。 短絡トリップ特性９２は、低い方の調整範囲及び高い方の調整範囲について同じであり、短絡瞬時レリーズの部分的なタップをオン及びオフにスイッチングすることにより達成され得る。

図１１は、ラッチメカニズム１０１、３つのスイッチコンタクト１１０、１１０'、１１０”、及び付随する過負荷レリーズを有する３極スイッチ１００を示している。一方に電熱過負荷レリーズ１０２、１０２'、１０２”が示され、他方に短絡レリーズ１０３、１０３'、１０３”が示されている。この場合、電熱レリーズ１０２、１０２'、１０２”は、電流枝路及び並列電流枝路にバイメタルストライプを含んでいる。 該電流枝路及び並列電流枝路におけるバイメタルストライプは、図１に示した抵抗若しくはスイッチ、又は図２乃至図１０におけるさらに異なる実施例の抵抗若しくはスイッチにより接続され得る。 特に、並列電流枝路は、付随する“オン／オフ”指示器を有する機械的操作手段１０５により、手動でオン及びオフにスイッチングされ、上記において詳しく説明したように、広い調整範囲を提供する。 各範囲を自動で設定することも可能である。

図１２は、要素が同じ配置で示されているので、抵抗整合ではなく、どのように電力整合が熱的な結合により達成されるかを示している。 この目的のために図４乃至図８を参照しつつ上記において説明したような適切な手段が使用される。

後者が図１３においてより詳しく示されている。 この場合、各容器における加熱要素１２を有するバイメタルストライプ１１は、さらに直接結合された加熱巻線２１を有し、熱的に結合された装置を形成する。 さらに、短絡瞬時レリーズのマグネットコイル４０は、並列接続された加熱導体２１によりタッピングされている。

本発明は過負荷リレーについて特に説明されてきた。 別の好適な用途において、上述したデバイスは、広い調整範囲のモータ回路ブレーカ又は回路ブレーカに使用される。

並列枝路を有し、熱的に結合されていない過負荷レリーズの形態を示す図である。

並列電流枝路を有するバイメタルレリーズを示す図である。

広い調整範囲内の複数の調整範囲をオン及びオフにスイッチングする図１に示した実施例を示す図である。

複数の並列枝路、個々の枝路の熱的な結合、及び短絡瞬時レリーズのタップを有する過電流レリーズの形態を示す図である。

２つの加熱巻線を有するバイメタル枝路を示す図である。

ｎ巻のトリップコイルを有する並列接続された図５に示した２つの加熱巻線を示す図である。

並列枝路の分流器へのバイメタルストライプの熱的な結合の実施例を示す図である。

バイメタルストライプ電流経路に追加の加熱導体を有する図７に示した熱的な結合の更なる例を示す図である。

純粋な熱的なトリップ（過負荷レリーズ）のための電流／時間特性を示す図である。

熱／電磁トリップ（過負荷／短絡瞬時レリーズ）の組み合わせのための電流／時間特性を示す図である。

過負荷レリーズへの並列枝路の熱的な結合を防止する広い調整範囲を備えた手段を用いる３極スイッチを示す図である。

過負荷レリーズへの並列枝路の熱的な結合を有する広い調整範囲を備えた手段を用いる３極スイッチを示す図である。

リレーズ電磁コイルによりスイッチをオンにされるタップを有する図１１又は図１２に示したような広い調整範囲を備えた手段を有する３極スイッチである。