Multipole crossbar assembly for circuit breaker

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、配線用遮断器の多極クロスバー組立体に関する。

【０００２】

【従来の技術】多相工業用配電系統は、配電回路の各相が遮断器組立体内の別々の極を通るようにした対応する多極遮断器によって過電流回路状態から損傷しないように保護されている。

【０００３】多極遮断器の設計および製造において遭遇する問題の１つは、遮断器の接点を開放位置および閉成位置の間でスイッチする場合に同時に各極を開閉するのに十分な強さの一対の作動ばねを有することである。
「積み重ね式遮断器モジュール用の作動ハンドル手段(O
perating Handle Means for Stacked Circuit BreakerM
odules)」という名称の米国特許第４，０９０，１５７
号は多極遮断器装置の各別々の極内に別々の作動ばねを使用することを提案している。 米国特許第４，７３６，
１７４号は、過電流状態の間および遮断器接点の手動による開閉動作の間個々の極内の遮断器接点を分離するために３極遮断器の中心極内に使用された一対の作動ばねについて記載している。

【０００４】ある工業用配電系統においては、電気回路および関連する工業装置を保護するために４極遮断器が設置されている。 また、別個の極内において可動接点を支持している可動接点アームは単一の共通なクロスバー組立体によって支持されている。 このような４極遮断器を備えることは長さの増大した単一のクロスバー組立体を必要とする。 標準の３極遮断器の設計に第４の極を追加することは、可動接点アームを回転自在に支持している旋回ピンに関連する静止摩擦係数を増大し、従ってこの増大した摩擦に打ち勝つために大きな作動ばねを必要とする。

【０００５】３極遮断器よりも大きな対の作動ばねまたは長いクロスバー組立体を必要とすることなく、別々の極内において接点を分離することができる４極遮断器を提供することは経済的に有益なことである。 各多極設計用に別々のクロスバー組立体を必要とすることなく多極遮断器を形成するように追加して組み合わせることができるモジュール型のクロスバーユニットを提供することは更に有益なことである。

【０００６】

【発明の目的】本発明の目的は、遮断器の複数の極を共通のモジュール型クロスバーユニットから形成することのできるモジュール型クロスバー装置を提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、標準の多極遮断器設計内において可動接点アームに加わる閉成力を増大する接点アーム加速レバーを提供することにある。

【０００８】本発明の別の目的は、既存の多極遮断器設計における可動接点アーム上の摩擦の影響を低減する手段を提供することにある。

【０００９】

【発明の概要】モジュール型クロスバー構成は、複数の多極遮断器のクロスバー構成が複数のモジュールユニットから形成されることを可能にしている。 遮断器の作動機構に取り付けられた接点アーム加速レバーは、作動ばねが最も延びた状態に達するまで作動ばねの作用を遅らせる。 多極遮断器の個々の極内において可動接点アームの閉じる順序をずらすことによって実質的に接点が閉じる場合の摩擦の影響を低減する。

【００１０】

【実施例の記載】図１に示すような４極電子式遮断器１
０はモールド成形されたプラスチックケース１１を有し、このプラスチックケース１１にはモールド成形されたプラスチックカバー１２がアクセサリカバー１３とともに取り付けられている。 遮断器の作動ハンドル１４はカバーに形成されたスロット１５を通って延出し、遮断器を「オン」および「オフ」状態に手動ですることができるようになっている。 米国特許第４，６４９，４５５
号に記載されている定格プラグ１６が米国特許第４，５
８９，０５２号に記載されているような電子トリップユニットのプリント配線基板１７と相互接続されている。
米国特許第４，８０６，８９３号に記載されているアクチュエータユニット１８がアクセサリカバー１３の下側の遮断器カバー１２内に設けられている。 米国特許第４，７９４，３５６号に記載されているような補助スイッチユニット１９がアクセサリカバーの下側の遮断器カバー内に作動ハンドル１４の反対側に設けられている。

【００１１】動作においては、回路電流は図２に示されている遮断器１０内に図示されている３つの変流器２６
内で感知される。 この変流器２６はピンコネクタ２７を介してトリップユニットのプリント配線基板に接続されている。 回路電流はプリント配線基板内に設けられているトリップユニット内で処理され、作動機構２０は、回路電流が所定期間にわたって所定レベルを超えた場合、
回路電流を遮断するように関節式に連結される。 アクチュエータはトリップバー２１および取り付けられたラッチ組立体２２の変位時に作動機構と相互作用し、これにより強力な作動機構ばね４２を解放する。 また、作動機構ばね４２はクロスバー組立体４５上の可動接点アーム２５を開放位置に駆動し、可動接点２３と固定接点２４
との間の電気的接触を絶ち、回路電流を迅速に遮断する。 上述したように、各可動接点アームは遮断器の各極毎に９で示すように別々の仕切り部内に設けられている。 加速レバー３６はクロスバー４５に遅延動作を与え、以下に詳細に説明するように可動接点アームに対する閉成力を増大する。

【００１２】作動機構２０およびラッチ組立体２２が図３に示されている。 作動機構２０は強力な作動ばね４２
を支持している周囲を取り囲んで連続している側部フレーム内に支持されている。 クレードル組立体２９が１次ラッチ３１と相互作用し、ここで開口部３１Ａがクレードル組立体２９の端部においてクレードルフック３０を保持するように画定されている。 トリップバー２１は２
次ラッチ３２によって支持され、この２次ラッチ３２は２次ラッチピン３３を有している。 トリップバー２１による接触の前後における２次ラッチの迅速なラッチ動作および解放を促進するために、トリップバーおよび２次ラッチを有する単一のダイキャスト部はニッケルメッキされている。 ニッケルコーティングはダイキャスト材が長期間の使用で腐食することを防止する。 作動機構はローラピン３４を介して可動接点アームおよびクロスバーと接続されている。

【００１３】可動接点アーム組立体４４はクロスバー組立体４５に取り付けられて図４に示されている。 可動接点アーム組立体は可動接点アーム２５および可動接点２
３を有している。 可動接点アームは旋回ピン３７を介してクロスバー組立体と接続されることによって可動接点アーム支持部４８に旋回自在に取り付けられている。 上述した米国特許第４，７３３，２１１号および第４，７
８２，５８３号に記載されているようなクロスバー組立体４５は接点ばね４６を有し、静止電流状態の間可動接点２３を固定接点２４（図２）と良好な電気的接触状態に保持している。 クロスバー組立体上のカム部材５０は湾曲スロット６４内の作動ばね４２の端部に旋回自在に支持されて示されているローラーピン３４を捕獲することによってクロスバー組立体を作動機構組立体２０（図３）と相互に連結する。 可動接点アーム２５の端部７６
は図示のようにクロスバーの底面７７に接触することによってクロスバー組立体４５と相互作用する。

【００１４】図１および図２に示す遮断器１０の第４極は、例えば上述した米国特許第４，７３３，２１１号および第４，７８２，５８３号に記載されているような３
極遮断器内に使用するために本来設計された作動機構ばねに別の引っ張り力を与えている。 作動ハンドル１４および関連する可動接点アーム２５を図５の実線で示す「オフ」位置から想像線で示す「オン」状態まで動かす場合に、作動ばねはクロスバー組立体４５から延出している接点アーム旋回ピン６０上に加わる静止摩擦係数に打ち勝たなければならない。 別の対の旋回ピンが別の極内の個々の可動接点アームに使用されているので、個々の旋回ピン用の静止摩擦係数は累積される。 可動接点アームが閉じた位置に駆動される前に作動ばねがその最大に延びた状態まで完全に引き伸ばされたとき、伸びた作動ばねから可動接点アームへのエネルギの転移は最大値になることが確認された。 可動接点アーム加速レバー３
６は、以下「加速レバー」と称するが、作動ばねがその最大に延びきった状態に引き伸ばされるまで可動接点アーム２５の動きを遅延させるのに使用される。 加速レバーは旋回ピン３７によって作動機構の側部フレーム４１
に旋回自在に取り付けられ、小さな圧縮ばね４０および加速レバーの上部延出部５３のタブ３９によって側部フレームの前部４３に対してバイアスされている。 加速レバーの反対の端部の底部延出部５１は加速レバーの底部延出部上に形成された段部４９およびクロスバー組立体の上部から突出している突出部５２によってクロスバー組立体と相互作用する。 作動ハンドル１４がその「オフ」位置から「オン」位置に移動し、作動ばねをオーバーセンターさせ、可動接点アーム２５をクロスバー組立体４５を介してその閉じた位置に駆動すると、加速レバー３６は次のようにクロスバー組立体４５が反時計方向に回転することを一時的に防止する。 ハンドルスカート３８およびハンドルヨーク７８を介して作動機構２０に連結されている作動ハンドル２０が反時計方向にクロスバー組立体４５を回転させ始めると、クロスバー組立体上の突出部５２は加速レバー上の段部４９に接触し、突出部５２が段部４９から離れるまでクロスバー組立体の回転を防止する。 クロスバー組立体の遅延した動作によって作動ばねはその最も延びた状態に引き伸ばされ、クロスバー組立体が加速レバーから自由になると、引き伸ばされた作動ばねは可動接点アーム２５を想像線で示す閉じた位置に素早く駆動する。 作動ハンドルの連続した回転によってハンドルヨーク７８は加速レバー上のタブ３９と接触状態になり、突出部５２を段部４９から自由に回転させる。 可動接点アーム２５が実線で示すようにその開放位置に戻るまで、突出部５２は底部延出部５２
の面に係合している。 これは、加速レバーと側部フレームの前部との間のチャージされた圧縮ばね４０が加速レバーを実線で示す初期位置まで時計方向に回転させて戻すことを可能にする。 これは加速レバーをリセットし、
遮断器の作動ハンドル１４が再び「オフ」位置から「オン」位置まで移動するときにクロスバー組立体上の突出部５２が加速レバー上の段部４９に接触することになる。

【００１５】図４に説明したクロスバー組立体４５を形成するには、以下「カプラ」と称するモジューラー型のクロスバーカプラユニット５８を使用し、図６の５４
Ａ、５４Ｂで示すような隣接する対の可動接点アーム支持部の間を相互接続する。 各カプラは一対の外側円筒体７０が一体的に形成されたモールド成形のプラスチック内側バッフル６９を有している。 円筒体の面７０Ａから延出しているスチールの連動ピン６２は可動接点アーム支持部５４Ａ、５４Ｂの側部アーム７９Ａ、７９Ｂ内に形成されている対応する対の矩形スロット６１Ａ、６１
Ｂを貫通する。 カプラの外側円筒体の端部内に形成された開口部５９は対向する側部アームの対応する貫通孔７
１Ａ、７１Ｂと一列に整列され、図５に示す接点アーム旋回ピン６０を受け入れ支持している。

【００１６】カプラ５８と可動接点アーム支持部５８の一方との間の取り付けは図７を参照することによってよくわかる。 支持部は一対の側部アーム７９を有し、この側部アーム７９の一方のみがＬ字型クロス片５６とともに示されている。 このＬ字型クロス片５６は側部アームを横切って延出し、スロット付きカム部材５０を受け入れるように穴があけられている。 可動接点アーム２５とＬ字型クロス片５６の底面との間に延出している接点ばね５５は、短絡障害の発生時に可動接点アーム２５を電気力学的にその開放位置に駆動する場合に可動接点アーム２５がカプラ５８から独立に回転することを可能にしながら可動接点２３を静止動作状態において閉成位置に保持するように作用している。 可動接点２３と反対側の可動接点アームの端部の延出部５７は編組導体（図示せず）との電気的接続用に適合されている。 内側バッフル６９は、別々の仕切り部９（図２）内に設けられ、図１
および図２に示す４極遮断器の別々の極を有する個々の可動接点アーム２５の間を電気的に分離している。

【００１７】図７を参照すると、可動接点アーム支持部５４の側部アーム７９は側部アーム内に形成された矩形スロット６１を通って外側円筒体７０から連動ピン６２
が延出し、旋回ピン６０が貫通孔５９内に挿入されることによってカプラ５８に取り付けられていることに注意されたい。 カプラ５８は、別個のクロスオーバ接点ばね４６を有し、上述したように可動接点アームの端部７６
とクロスバー組立体の底面との間の接触によって可動接点アーム２５と相互作用している図４で示したクロスバー組立体４５と異なっている。 可動接点アーム支持部５
４と組み合わせてカプラ５８を有することは、対応する支持部およびカプラユニットを追加組合せすることによって２極、３極および４極の遮断器クロスバー組立体を形成することを可能にする。

【００１８】３つのカプラユニット５８を有するこのような４極遮断器１０が図８に示されている。 作動ハンドル１４は遮断器カバー１２に形成されたハンドルスロット１５を通って延出し、上述したようにハンドルヨークを介して作動機構２０と連結されている。 可動接点２３
を固定接点２４に対して接触状態および開放状態に支持する可動接点アーム２５は可動接点アーム支持部５４上のカム部材５０および作動ばね４２の端部に設けられたローラピン３４を介して作動機構２０と相互接続されている。 可動接点アーム５４は連動ピン６２および接点アーム旋回ピン６０によって間に設けられているカプラ５
８と相互接続している。 可動接点アーム支持部５４、固定接点２４および固定接点支持部６５は遮断器ケース１
１内に形成された凹部６６内に位置決めされている。 可動接点アーム支持部５４の下側に設けられた接点ばね５
４は関連する可動接点アーム２５およびそこに取り付けられた可動接点２３を固定接点２４に対してしっかりと当接させるようにしている。 カプラ５８は、外側円筒体７０の上面７０Ａを作動機構２０の側部フレーム４１の一端に接触させ、遮断器カバーの底面１２Ａの下側に側部フレームの上部を捕捉することによって遮断器ケース内に形成された凹部８２内に確実に保持されている。 また、カプラ５８は、７３Ａで示すようにカバーの側壁７
３の下側に捕捉され、８３Ａで示すようにカバーの内壁８３の下側に捕捉されているＵ字形ブラケット６７によって遮断器ケース内に支持されている。 カプラ５８の各々上に設けられている内側バッフル６９は、異なる仕切り部内に設けられている可動接点アーム２５間の電気的分離を維持しながら、遮断器カバー１２およびケース１
１内に形成された対応する凹部７５Ａおよび７５Ｂ内で回転する。

【００１９】遮断器の作動ばね４２の接点閉成能力を増大する方法は図９に示す遮断器１０を参照することによって理解することができる。 上述したように、可動接点アーム旋回部６０は、遮断器の作動ハンドル１４が作動機構２０を回転させ、可動接点アーム２５Ａ−２５Ｄをその閉じた位置に駆動する場合に克服されなければならない静止摩擦係数に対して累積的に貢献している。 動的摩擦係数は、可動接点アーム旋回部の場合、静止摩擦係数よりも実質的に小さいことが知られている。 従って、
接点閉成動作直前に克服されなければならない組合せられた静止摩擦係数を減らすことは機械的に有利なことである。 これは、複数個の可動接点アームが同時よりもむしろ時間的に順々に動くことができるように、可動接点アームが開放位置にある場合に可動接点２３Ａ−２３Ｄ
と固定接点２４Ａ−２４Ｄとの間の分離距離をずらすことによって達成される。 Ａ極における可動接点２３Ａと固定接点２４Ａとの間の分離距離ｘの場合には、接点分離距離は残りの３極（Ｂ−Ｄ）に対して例えば１／１
６”の増分だけずれている。この１／１６”の増分は、
（Ｂ−Ｄ）極の可動接点（２３Ｂ−２３Ｄ）がそれぞれの固定接点（２４Ｂ−２４Ｄ）に当たる前に図９の左からみたＡ極の可動接点２３ＡがＡ極の関連する固定接点２４Ａに当たることを保証しており、従って静的状態から動的状態には順々に変移する。 Ｄ極の可動接点２３Ｄ
が関連する固定接点２４Ｄに当たるときまでには、他の３極（Ａ−Ｃ）の他の可動接点（２３Ａ−２３Ｃ）は既に関連する固定接点（２４Ａ−２４Ｄ）に当たっており、従って作動機構は接点閉成動作の間どの時点においても１つの極の静止摩擦係数を克服する必要があるのみである。

【００２０】従って、静的状態から動的状態への摩擦の変移は図７で説明した旋回ピン６０によって発生する摩擦を低減する。 図６を参照すると、遮断器接点の閉成の「ずらし（staggering）」は、各異なる極に対して図６
において想像線で示すように連動ピン６２の位置を変化させるとともに、想像線で示すように可動接点アーム支持部５４Ａ、５４Ｂ内の矩形スロット６１Ａ、６１Ｂの位置を変えることによって都合よく達成することができる。 遮断器の隣接する極内の連動ピンおよび矩形スロットを順次変位させることによって各別個の極内の関連する可動接点がその閉じた位置に達する時間を効果的に遅延させる。

【００２１】遮断器の別々の極の可動接点アーム間の回転関係をずらす別の便宜な方法は図４に示す可動接点アーム組立体４４を参照することによってわかる。 上述したように可動接点アーム２５は可動接点アームの端部７
６とクロスバー組立体の底面７７との間の接触によってクロスバー組立体４５と相互作用する。 想像線で示すように面７７を変位するように制御することによって可動接点２３の位置は２３として想像線で示すように対応して変位する。 従って、別々の極内のクロスバー組立体の各々上の底面７７は個々の接点アームがそれぞれの閉成位置に達する時刻を対応的にずらすように増大変化させて調整することができる。

【００２２】個々の可動接点アームの閉成位置をずらすことによって達成される付加的利点は可動接点と固定接点との間に発生する閉成動作において実現される。 図８
に示す接点ばね５５は可動接点と固定接点との衝撃時に縮む傾向があり、従って作動機構ばねによって形成される閉成力に反対の力を発生する。 ４極内の接点ばねの累積力により作動機構がトグルまたはオーバーセンター状態にならないことがある。 回路保護工業で周知であるように、過電流状態の発生時にオーバーセンター状態にして、接点を開放位置へ駆動するために、遮断器の接点が閉じた状態にあるとき、作動機構はトグル状態に留まっていなければならない。 別々の極内の接点アームのずらしは、個々の極内の可動接点が同時でなく順次にそれぞれの固定接点に当たり、可動接点と固定接点との間に衝撃時に加わる静的摩擦を対応的に低減することを保証する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるモジュラー型のクロスバー構造および接点アーム加速レバーを使用した４極配線用遮断器の上側斜視図である。

【図２】図１の遮断器の斜視図であり、遮断器の作動機構組立体を示すようにカバーが取り外されている。

【図３】図２に示す遮断器作動機構の拡大斜視図である。

【図４】図２のクロスバーおよび可動接点アームの部分断面拡大側面図である。

【図５】図３の作動機構の拡大側面図であり、本発明の加速レバーが作動機構側部フレームに取り付けられている。

【図６】組立前の本発明のモジュール型クロスバーユニットの拡大斜視図である。

【図７】可動接点アーム組立体に組立てた後の図６のモジュール型クロスバーユニットの拡大側面図である。

【図８】図６に示すモジュール型クロスバーユニットの組立体を示す図１の多極遮断器の拡大前側断面図である。

【図９】所定の増分ずつ変位している別々の極内に設けられている可動接点アームを示す図１の多極遮断器の拡大前側断面図である。

【符号の説明】

１０ 遮断器 １１ ケース １２ カバー １３ アクセサリカバー １８ アクチュエータユニット １９ 補助スイッチユニット ２０ 作動機構 ２２ ラッチ組立体 ２３ 可動接点 ２４ 固定接点 ４４ 可動接点アーム組立体 ４５ クロスバー組立体