Current tripping device for circuit breaker

本発明は、一般的に云えば、回路遮断器に関し、より具体的には、回路遮断器用の電流引外し装置に関するものである。

直流高速スイッチは、リーダー(leader)による電流の流入を監視して、例えば短絡電流が電流閾値を越えた場合にスイッチを作動するように作用する。 典型的には、警告を発し、或いは電流を遮断する。

従来の過電流遮断器又は引外し装置は、通電リーダーを取り囲む磁性ヨークを持っている。 磁性ヨークは、１つの軸に沿って移動可能であるアンカーを持ち、アンカーは休止位置においては上記軸上のバネによって下方へ動くのを防止されている。 磁性ヨークを通る磁気流がアンカーに影響を及ぼして、バネの抵抗に逆らうようにアンカーに力を与える。 リーダーを通る電流が特定の値を超えた場合、アンカーに作用する磁気力がバネによるバネ力よりも大きくなる。 これにより、アンカーが磁性ヨークの方へ引き下げられ、それに対応して回路を遮断するためのトリガを作動することができる。

従来の引外し装置は二方向性であり、これは従来の装置が電流の方向を検知しないことを意味する。 この従来の引外し形式は給電線用遮断器においては適している。 しかしながら、直流システムでは、整流器を保護するために整流器遮断器を持つことも必要である。 二方向引外し装置は、整流器を保護するために整流器遮断器に使用することができない。 整流器は、一方向に電流を通し且つ他方向の電流の流れを阻止することのできる電流回路部品である。 それは直流源と見なすことができる。 整流器が故障した状態では、逆電流が整流器の正常な出力とは反対の方向に現れる虞がある。 整流器遮断器は、整流器が故障した場合に整流器を保護する電流回路部品である。 この理由のため、通常の二方向装置は整流器遮断器に用いることができず、別個の逆電流引外し装置を二方向引外し装置と共に使用しなければならない。

従って、回路保護を行うと共に整流器としても機能する能力を持つ回路遮断器用引外し装置が必要とされている。

本発明は、電流リード素子と、上側位置及び下側位置を持つアンカーと、第１の位置及び第２の位置を持つ揺動子(oscillator)と、を有する引外し(trip)装置を提供する。 揺動子は、第１の位置では、アンカーが下側位置へ動くのを可能にし、また揺動子は、第２の位置では、アンカーが下側位置へ動くのを阻止する。 更に、磁性ヨークが電流リード素子及びアンカーを取り囲む。 該磁性ヨークを通って流れる磁束が、アンカーを下側位置へ動かす。 別の磁性ヨークが電流リード素子及び揺動子を取り囲み、該磁性ヨークを通って流れる磁束が揺動子を第１の位置へ又は第２の位置へ動かす。

本発明は更に、引外し位置及び非引外し位置を持つ移動可能なアンカーを有する引外し装置を提供する。 第１及び第２の位置を持つ揺動子が設けられ、揺動子は、第２の位置にあるとき、アンカーが引外し位置動くのを防止し、また第１の位置にあるとき、アンカーが引外し位置へ動くのを可能にする。 磁性ヨークが移動可能なアンカー及び揺動子を取り囲み、磁性ヨークは、移動可能なアンカーを引外し位置へ動かす磁気流を供給し、また磁性ヨークは、揺動子を第１及び第２の位置へ動かす磁気流を供給する。

本発明の上記及び他の特徴及び利点は、当業者には、以下の詳しい説明、図面、及び特許請求の範囲から評価及び理解されよう。

本発明のこれらの及び他の目的は、以下の詳しい説明、並びに添付の図面からより一層明らかになろう。

次に図面、特に図１〜図５を参照して説明すると、図には本発明による回路遮断器用の電流引外し装置の模範的な実施形態が示されており、全体を参照数字１０で表している。 引外し装置１０を通って流れる電流は、典型的には、直流電流である。 引外し装置１０は、有利なことに、電流が電流リード素子１２及び１４を通って所定の順方向に流れているときに引外し装置１０が引外しを行うのを防止するように回転することができる阻止ラッチ２０を含む。 引外し装置１０内の阻止ラッチ２０は、電流が電流リード素子１２及び１４を通って所定の逆方向に流れているとき、又は電流が電流リード素子１２及び１４を通って流れていないとき、引外しを行えるように回転することができる。

電流リード素子１２，１４は２つの磁性ヨーク１６，１８によって取り囲まれている。 単一の電流リード素子を用いることができ、或いは３つ以上の電流リード素子を用いることも可能である。 電流リード素子１２，１４を通る電流の流れは、磁性ヨーク１６，１８を通るように方向付けされた磁束又は磁気流を発生させる。 電流リード素子１２，１４を通って流れる電流が大きくなると、磁性ヨーク１６，１８を通って流れる磁束が強くなる。

磁性ヨーク１６を通って流れる磁束は、磁束が揺動子ハウジング２２とその中に収容されている揺動子２３とを通るように方向付けられたとき、阻止ラッチ２０の位置を変更する。 模範的な実施形態では、揺動子２３（これは磁界を放出する）は、磁束が磁性ヨーク１６及び揺動子２３を通って流れるとき、回転する。

揺動子２３の回転は阻止ラッチ２０の回転を生じさせる（これらの２つの構成部品が連結されているとき）。 揺動子２３による阻止ラッチ２０の回転により、阻止ラッチ２０が板２４の下で阻止又は非阻止位置のいずれかへ旋回する。 阻止ラッチが凹部２６の下にあるとき、阻止ラッチ２０は非阻止位置にある。 阻止ラッチ２０は、接極子２３に作用する充分な磁束により接極子２３が位置を移動するまで、バネ２７からの抵抗によって非阻止位置に留まる。 阻止ラッチ２０がバンパー３０の下にあるとき、阻止ラッチ２０は阻止位置にあると見なされる。

次に図２を参照して説明すると、誘導棒３２が引外し装置１０内に装着されている。 誘導棒３２は直線的な棒であり、板２４に対して垂直に位置決めされ且つ固定素子３４及び３６によって板２４に取り付けられている。 ところで、この取り付けのためには、任意の公知の取り付け手段も使用することができる。 誘導棒３２はまた、任意の公知の取り付け手段により引外し装置１０の基部にも取り付けられている。 従って、誘導棒３２は引外し装置１０の内部に装着され、引外し装置１０の頂部に近接して（板２４に近接して）取り付けられ、且つ引外し装置１０の基部に近接して取り付けられている。

誘導棒３２には移動可能なアンカー４０が摺動可能に取り付けられている。 誘導棒３２はアンカー４０の中心近くの中孔を通るように挿入されており、またアンカー４０は、磁性ヨーク１８によって作動されたとき、誘導棒３２によって構成される軸上を上方及び下方へ摺動する。 このように、アンカー４０は、誘導棒３２によって形成される中心軸上を摺動可能である。

アンカー４０の基部にはバネ４２が設けられており、バネ４２はアンカー４０の下向きの動きに抵抗する。 アンカー４０を下向きに動かすには、バネ４２によって加えられる力に打ち勝つ必要がある。 電流が電流リード素子１２，１４を通って流れるとき、磁束が生成されて、アンカー４０をバネ４２に抗して下向きに引き付ける。 磁性ヨーク１８を通って流れる磁束によるアンカー４０の下向きの引き付けは、引外し装置１０の引外しを生じさせる。 電流リード素子１２，１４を通って流れる電流の強さが、磁性ヨーク１８を通って流れる磁束の強さ、従って 引外し装置１０の引外しのためのポテンシャルを決定する。 また、引外しを行うための引外し装置１０の能力は、揺動子２３及び阻止ラッチ２０に依存する。

バンパー３０がアンカー４０上に配置されており、バンパー３０は、前に述べたように、阻止ラッチ２０が阻止位置にあるときに阻止ラッチ２０に接触する素子である。 アンカー４０が下向きに動こうとする作用は、アンカー４０上のバンパー３０が、阻止位置にある、すなわち、バンパー３０の下にある阻止ラッチ２０と相互作用することによって、防止される。

引外し装置１０は、阻止ラッチ２０と対向して引外し装置１０の反対側に位置決めされた第２の対称配置の阻止ラッチ２０−１を含むことができる。 阻止ラッチ２０とは反対側に第２の阻止ラッチ２０−１を設けたことにより、アンカー４０をより効果的に阻止することができる。 バンパー３０と同様な第２のバンパー（図示せず）をバンパー３０とは反対側に配置することにより、阻止ラッチ２０−１はアンカー４０の下向きの動きを阻止するのに役立つことができる。 阻止ラッチ２０−１はまた揺動子２３に接合されていて、阻止ラッチ２０及び揺動子２３の両方が回転するときこれらと同時に応答する。

磁性ヨーク１６は、阻止ラッチ２０と揺動子ハウジング２２内の揺動子２３との位置決めに影響を及ぼすことができる。 より詳しく述べると、電流リード素子１２，１４を通って流れる電流により発生された磁束が揺動子２３及び阻止ラッチ２０の位置に影響を及ぼす、すなわち、電流リード素子１２，１４を通って流れる電流が、揺動子２３の位置を変化させる磁束を発生する。

阻止ラッチ２０は揺動子２３に接合されており、揺動子２３は、磁性ヨーク１６及び揺動子２３を通って流れる磁束の方向に依存して、阻止位置と非阻止位置との間を揺動する。 電流リード素子１２，１４を通って流れる電流の方向及び強さが、磁性ヨーク１６及び揺動子２３を通って流れる磁束の方向を決定する。 揺動子２３によって発生される磁界が磁性ヨーク１６を通って流れる磁束に遭遇するとき、揺動子２３は揺動子ハウジング２２内で軸２３の周りを回転することによって、阻止位置から非阻止位置へ位置を変える。 磁性ヨーク１６を通って流れて、揺動子２３から放出される磁界に直交して流れる磁束に応答して、揺動子２３は、磁性ヨーク１６を通って流れる磁束の方向に依存して、僅かに阻止位置又は非阻止位置のいずれかへ回転する。

揺動子２３が磁界を放出することができるようにするために、揺動子２３に設ける磁石４４を揺動子２３の両端部に位置決めすることができる。 他の実施形態では、単一の磁石を揺動子２３の中に配置することができ、或いは揺動子２３を磁化することができる。 実施形態によっては、磁石４４は永久磁石か又は電磁石である。

磁石４４には、磁性ヨーク１６及び揺動子２３を通って流れる磁束４８が作用する。 磁束４８が揺動子２３を通って流れるとき、磁束４８は磁石４４から発する磁気流と相互作用し、磁性ヨーク１６を通って流れる磁束の方向により、揺動子２３が阻止位置又は非阻止位置へ回転させられる。 揺動子２３を通って流れる磁束４８の方向は、揺動子２３が回転する方向を決定する。 電流リード素子１２，１４を通って流れる電流がない場合、なんら磁束は発生されず、揺動子２３及び阻止ラッチ２０は図３に示される休止位置に留まる。

揺動子２３及び阻止ラッチ２０はバネ２７によって休止位置に保持される。 バネ２７の一方の端部は阻止ラッチ２０の片側に設けられた切欠き内に保持され、またバネ２７の他方の端部は壁２８上の所定の場所に保持される。 バネ２７のポテンシャル・エネルギに打ち勝つのに充分な磁束がない場合、バネ２７のポテンシャル・エネルギは阻止ラッチ２０が阻止位置へ動くのを防止する。

図３〜図５は、引外し装置１０の断面図であり、磁束４８が磁性ヨーク１６を通って流れるときの揺動子２３及び阻止ラッチ２０の異なる位置を示す。 前に述べたように、阻止ラッチ２０は揺動子２３に連結されており、揺動子２３の回転は阻止ラッチ２０の回転を生じさせる。 電流リード素子１２，１４を通って流れる電流が磁束４８を発生させ、その磁束４８は磁性ヨーク１６を通って流れて、揺動子２３の回転を生じさせる。

揺動子２３はほぼ楕円形の輪郭を持つものとして図示されているが、この模範的な実施形態は揺動子２３の採り得る形状の内の１つに過ぎない。 揺動子２３は、磁気力によって揺動子の動きを生じさせることのできる他の形状とすることができる。 例えば、揺動子２３は回転できるように丸みのあるもの又は丸くした端部を持つものとすることが可能である。

他の実施形態では、揺動子２３は矩形のような丸みのない形状にすることができる。 揺動子２３が丸みのない形状である場合、揺動子は回転できないので、揺動子２３は代替の方法で機能させることが必要である。 揺動子２３を回転させる代わりに、揺動子２３を直線的に動かして、阻止ラッチ２０を阻止位置へ及び阻止位置から摺動させることが可能である。 磁束が揺動子２３に作用したとき、揺動子２３は阻止ラッチ２０をバンパー３０の下の阻止位置へ摺動させ、或いは凹部２６の下の非阻止位置へ摺動させる。

他の実施形態では、揺動子２３及び阻止ラッチ２０の軸及び位置を上述した構成から変更することができ、このように変更は本発明の精神及び範囲内にあると考えられる。 例えば、揺動子２３は、軸２３に対して直交する軸を中心に回転させることができる。

図３は、引外し装置１０において何ら電流が電流リード素子１２，１４を通って流れていないときのバンパー３０、揺動子２３及び阻止ラッチ２０の位置を示す。 この状態では、揺動子２３及び阻止ラッチ２０は非阻止位置にあり、且つアンカー４０及びバンパー３０は下向きに自由に動くことができ、すなわち、引外し装置１０は引き外す準備ができている。 電流がリード部材１２，１４を通って流れていないので、何ら磁束が発生されず、揺動子２３はその休止位置から回転しない。

図４は、引外し装置１０に順方向電流が電流リード素子１２，１４を通って流れているときのバンパー３０、揺動子２３及び阻止ラッチ２０の位置を示す。 この状態では、揺動子２３及び阻止ラッチ２０は阻止位置にあり、アンカー４０及びバンパー３０は下向きに動くのを阻止されている、すなわち、引外し装置１０は引外しを行うことができない。 このように、引外し装置１０を通って所定の順方向に流れる電流は、阻止ラッチ２０がアンカー４０の引外し位置への動きを防止するので、引外しを行うことができない。 これは、磁束４８が揺動子２３及び阻止ラッチ２０を阻止位置へ動かしていることに起因する。 バンパー３０と阻止ラッチ２０との接触により、アンカー４０が下向きに動いて引外しを行うことが防止される。

図５は、引外し装置１０に逆方向電流が電流リード素子１２，１４を通って流れているときのバンパー３０、揺動子２３及び阻止ラッチ２０の位置を示す。 この状態では、揺動子２３及び阻止ラッチ２０は非阻止位置にあり、且つアンカー４０及びバンパー３０は既に下向きに動いた、すなわち、引外し装置１０が丁度引外しを行ったところである。 このように、引外し装置１０を通って所定の逆方向に流れる電流は、阻止ラッチ２０の位置が凹部の下にある（この位置では、アンカーが引外し位置へ動くことができる）ことにより、引外しを行うことができる。 これは、磁束４８が揺動子２３及び阻止ラッチ２０を非阻止位置へ動かしていることに起因する。 阻止ラッチ２０は凹部２６の下の位置にあり、そこでアンカー４０は自由に下向きに動いて引外しを行うことができる。 電流が一方向に流れるのを許容し且つ電流が別の方向に流れるのを防止する引外し装置１０の能力により、引外し装置１０は整流器遮断器の引外し装置として機能して、整流器を保護することができる。

上記の説明では、引外し装置１０は、阻止ラッチ２０の位置を変更するために揺動子２３を通って流れるように磁束４８を方向付けする磁性ヨーク１６と、引外しを生じさせるためにアンカー４０を通って流れるように磁束４９を方向付けする磁性ヨーク１８とを有するものとした。 他の実施形態では、磁性ヨーク１６及び１８の仕事を単一の磁性ヨーク（図示せず）に統合することができる。 単一の磁性ヨークは二重ヨークの実施形態と同様に機能し、アンカー４０の配置が変更され、また磁束と共に揺動子２３の配置が変更される。

利用される引外し装置１０の様々な構成部品についての、材料、寸法及び形状を含む特定の種類は、引外し装置１０についての特定の要求に従って変えることができる。

ここで、「第１」、「第２」、「第３」、「上側」、「下側」などの用語は様々な素子を修飾するために用いることができることに留意されたい。 これらの修飾語は、明確に記載しない限り、修飾された素子に対して空間的、逐次的及び階層的順序を意味しているものではない。

本発明を１つ以上の模範的な実施形態に関して説明したが、当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を為すことができ、且つ構成要素を等価物と置換することができることが理解されよう。 更に、本発明の範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるように多数の修正をなすことができる。 従って、本発明は、発明を実施するための最良の形態として開示した特定の実施形態に制限されず、本発明は特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むものである。

本発明の引外し装置の模範的な実施形態の斜視図である。

図１の引外し装置の部分断面斜視図である。

電流が流れていない場合の図１の引外し装置の線２−２に沿った断面図である。

電流が順方向に流れている場合の図１の引外し装置の線２−２に沿った断面図である。

電流が逆方向に流れている場合の図１の引外し装置の線２−２に沿った断面図である。

符号の説明

１０ 引外し装置 １２ 電流リード素子 １４ 電流リード素子 １６ 磁性ヨーク １８ 磁性ヨーク ２０ 阻止ラッチ ２０−１ 第２の阻止ラッチ ２２ 揺動子ハウジング ２３ 揺動子 ２４ 板 ２６ 凹部 ２７ バネ ２８ 壁 ３０ バンパー ３２ 誘導棒 ３４ 固定素子 ３６ 固定素子 ４０ 移動可能なアンカー ４２ バネ ４４ 磁石 ４８ 磁束 ４９ 磁束