JP6072065B2 - アークチャンバ内のアークから生じる圧力によって押されるトリップ部材を含んだトリップ機構及び電気的スイッチング機器 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、2011年12月6日に出願された米国特許出願第13／312,364号に対する優先権を主張し、その開示内容はその全体を参照として本明細書に組み込む。

本発明において開示されるコンセプトは、概して、電気的スイッチング機器に関するものであり、さらに具体的に言うと、ブレーカーのような電気的スイッチング機器に関するものである。本発明において開示されるコンセプトは、さらに、電気的スイッチング機器用のトリップ機構に関するものである。

ブレーカーのような電気的スイッチング機器は、電気システムを、例えば電流過負荷，短絡，異常電圧などの電気的な故障状態、及び、他の故障状態から保護する。一般的に、例えば、トリップユニットのようなトリップ機構によって検知される上記のような故障状態に応答して、ブレーカーは、電気システムの導体を流れている電流を遮断するために、電気的な接点アセンブリを開放する作動機構を含む。

ラッチは、ブレーカーのような電気的スイッチング機器において重要な部品である。ラッチアセンブリは、概して、３つの構成要素、旋回可能なＤシャフト，ラッチプレート，及び，ラッチシャフト、を含む。このラッチプレートとラッチシャフトとは、適切に連結され、また、ラッチプレートは、ラッチシャフトの縦軸まわりに回転する。Ｄシャフトが、ラッチシャフトの縦軸まわりに回転するように対応した適切な軸方向位置にある場合、Ｄシャフトは、Ｄシャフトのスロットを介してラッチプレートの動作を止めるか，または，許容する。ラッチシャフトとＤシャフトの両方は、一定の距離を置いて配置される其々の縦軸まわりに回転する。ラッチプレートがＤシャフトのスロットを通ることを許容するように、Ｄシャフトが適切に配置される場合においてのみ、ラッチアセンブリは回転することができる。Ｄシャフトは、例えば、トリップユニットによって検知されるトリップ条件に応答して励磁されるトリップソレノイドのプランジャにより、インターフェース用の複数のアームを含むことができる。

回路の遮断を行うとき、トリップラッチへの機械負荷は、作動機構と移動可能な接触アームにおいて生成される磁力によって生じる過電流のために大きくなる。これらの磁力は、作動機構に変換伝達され、比較的高いトリップラッチの力の必要性を生じさせる。例えば、時折、接点キャリアは、トリップユニットのブレーカーを落とす前に、開放を開始することがある。換言すると、磁力は、接点キャリアを持ち上げ、また、作動機構をトリップ開放するためのさらなるラッチの力を必要とさせる。結果として、比較的高い故障電流が流れるとき、トリップソレノイドがトリップラッチのレバーを動作させるために十分な動作力を有する必要があるか、あるいは、所望のトリップが遅延若しくは抑制されるおそれがあるが、これらは全く望ましくないことであろう。

電気的スイッチング機器における改善の余地がある。
さらに、電気的スイッチング機器のトリップ機構における改善の余地がある。

これらのニーズなどが、トリップ部材がアークチャンバの障壁における開口に配置される、本開示のコンセプトにおける実施形態によって満たされる。分離可能接点を経由して流れる電流を遮断するとき、アークチャンバ内のアークから生じる圧力が、トリップ部材をアークチャンバの障壁から遠ざけ、トリップラッチと係合させ、そして、トリップ機構に分離可能接点をトリップ開放させる。

本開示におけるコンセプトの様態に従った電気的スイッチング機器は、分離可能接点と、該分離可能接点を開閉するように構成された作動機構と、前記分離可能接点をトリップ開放するために前記作動機構と協働し、かつ、トリップラッチを含むトリップ機構と、前記分離可能接点と動作上関連し、かつ、複数のアークプレート，及び，該アークプレートと前記トリップラッチとの間に配置される障壁を含み、前記障壁は開口を有する、アークチャンバと、該アークチャンバの前記障壁の前記開口の内部または近くに配置されるトリップ部材と、を含み、前記分離可能接点を経由して流れる電流を遮断するとき、前記アークチャンバ内のアークから生じる圧力は、前記アークチャンバの前記障壁から離れるように前記トリップ部材を押し、前記トリップラッチに係合させて、前記トリップ機構に前記分離可能接点をトリップ開放させ、前記トリップ部材は、前記分離可能接点を経由して流れる電流を遮断した後に、前記障壁における前記開口内の着座位置に、前記トリップ部材を戻すように構成されたスプリングと、前記開口によってガイドされる形状を有する第1部分と、前記スプリングの一端部を受け入れる凹部を有する第2部分と、前記第1部分の中心線からずれて配置されて、前記第2部分から延びる第3部分と、を含み、前記アークチャンバ内の前記アークから生じるガス圧力は、前記開口に沿って前記第1部分を押し、前記第3部分を前記トリップラッチに係合させる。
また、前記開口は、円筒状の開口であり、前記トリップ部材は、前記円筒状の開口内に摺動可能に位置される円筒状のピストンであり、かつ、前記アークチャンバ内の前記アークから生じるガス圧力は、前記円筒状の開口に沿って前記円筒状のピストンを押し、前記トリップラッチに係合させる。
またさらに、前記分離可能接点を経由して電流が流れている間、前記トリップラッチにかかる機械負荷は、その電流が流れることにより前記作動機構において発生する磁力によって増大し、かつ、前記円筒状のピストンは、前記機械負荷に打ち勝つように構成されている。
またさらに、前記トリップ部材は、前記トリップラッチに対して適切に位置合わせされたピストンであり、かつ、前記ピストンは、前記分離可能接点を経由して流れる電流を遮断した後に、前記障壁における前記開口内の着座位置に前記ピストンを戻すように構成されたスプリングを含む。
本開示におけるコンセプトの別の様態として、トリップ機構は電気的スイッチング機器用のものであり、前記電気的スイッチング機器は、分離可能接点と、該分離可能接点を開閉するように構成された作動機構と、前記分離可能接点と動作上関連し、かつ、複数のアークプレート及び障壁を含むアークチャンバと、を含む。前記トリップ機構は、前記アークチャンバの前記障壁における開口，トリップラッチ，前記アークプレートと前記トリップラッチとの間に配置される前記障壁，及び，前記アークチャンバの前記障壁の前記開口の内部または近くに配置されるトリップ部材を含み、前記トリップ機構は、前記分離可能接点をトリップ開放するために前記作動機構と協働し、かつ、前記分離可能接点を経由して流れる電流を遮断するとき、前記アークチャンバ内のアークから生じる圧力は、前記アークチャンバの前記障壁から離れるように前記トリップ部材を押し、前記トリップラッチに係合させて、前記トリップ機構に前記分離可能接点をトリップ開放させる。前記トリップ部材は、前記分離可能接点を経由して流れる電流を遮断した後に、前記障壁における前記開口内の着座位置に、前記トリップ部材を戻すように構成されたスプリングと、前記開口によってガイドされる形状を有する第1部分と、前記スプリングの一端部を受け入れる凹部を有する第2部分と、前記第1部分の中心線からずれて配置されて、前記第2部分から延びる第3部分と、を含み、前記アークチャンバ内の前記アークから生じるガス圧力は、前記開口に沿って前記第1部分を押し、前記第3部分を前記トリップラッチに係合させる。

添付図面と併せて読むと、好適な実施形態の後述から、本発明において開示されるコンセプトの十分な理解が得られるだろう。
図１は、本開示のコンセプトにおける実施形態に従った、非トリップ位置における、トリップラッチレバー，アークチャンバ，及びトリップ部材を含んだ回路安全装置のブロック線図である。 図２は、トリップ位置におけるトリップ部材及びトリップラッチレバーを備えた図１の回路安全装置のブロック線図である。 図３は、本開示のコンセプトにおける他の実施形態に従った、非トリップ位置における、トリップラッチレバー及びトリップ部材を含んだ回路安全装置の等角図である。 図４は、図３の回路安全装置の比較的より詳細な等角図である。 図５は、図３のトリップ部材の等角図である。 図６は、図３のトリップ部材の等角図である。 図７は、トリップ部材とアークチャンバを示している図３の回路安全装置の鉛直横断立面図である。

本明細書で用いられる用語としての“複数”は、１以上の整数を意味する。
本明細書で用いられる、２つ以上の部品が“接続される”または“連結される”という記述は、部品が、直接的に結合されるか，または，１つ以上の中間部品を介して結合されることを意味する。さらに、２つ以上の部品が“取り付けられる”という記述は、部品が直接的に結合されることを意味する。
本発明において開示されるコンセプトは、広範囲の電気的スイッチング機器に適用可能であるが、本発明において開示されるコンセプトは、ブレーカーに関連して記述される。

図１及び２を参照すると、回路安全装置（例えば、これに限定されないが例示的なブレーカー２）としての電気的スイッチング機器は、非トリップ位置とトリップ位置の其々において示される、例示的なトリップラッチレバー４のようなトリップラッチ，アークチャンバ６，及び，トリップ部材８を含む。ブレーカー２の分離可能接点１０を経由して流れる電流を遮断するとき、アークチャンバ６内のアーク１１（図２参照）から生じる圧力が、アークチャンバ６の開口１２を経由してトリップ部材８を押し、トリップラッチレバー４に係合させて（これに限定されないが、図２において時計回りに）回転させ、トリップ機構１４に分離可能接点１０をトリップ開放させる。

従来のように、例示的なブレーカー２は、分離可能接点１０を開閉するように構成された作動機構１６，及び，分離可能接点１０をトリップ開放するために作動機構１６と協働するトリップ機構１４を含む。このトリップ機構１４は、トリップラッチレバー４を含む。アークチャンバ６は、分離可能接点１０と動作上関連しており、また、複数のアークプレート（図１及び２には図示しないが、図７のアークチャンバ６２と複数のアークプレート２０を参照），及び，アークプレート（図示せず）とトリップラッチレバー４との間に配置される障壁２２を含む。

本開示におけるコンセプトの様態に従うと、障壁２２は開口１２を有し、また、円筒形状のポート２４を形成する。例えばこれに限定されないが、ピストンのような形状を有することが可能なトリップ部材８は、ポート２４内に配置される。トリップ部材８は、トリップラッチレバー４に対して適切に位置合わせされている。分離可能接点１０を経由して流れる電流を遮断するとき、アークチャンバ６内のアーク１１から生じるガス圧力２５は、障壁２２から離れるようにトリップ部材８を押し、トリップラッチレバー４に係合させて、トリップ機構１４に分離可能接点１０をトリップ開放させる。好ましくは、スプリング（図１及び２には図示しないが、図３及び４のスプリング２６を参照）が用いられ、このスプリングは、ガス圧力２５が解放された後に、トリップ部材８を図１に示されている着座（または解除）位置に戻す。

さらに従来のように、トリップ機構１４は、さらに、トリップソレノイド２８，及び，分離可能接点１０を経由して電流が流れていることを感知し、それに応答してトリップソレノイド２８を励磁するように構成されたトリップ回路３０を含む。このトリップソレノイド２８は、トリップラッチレバー４に係合し、トリップ機構１４に分離可能接点１０をトリップ開放させるように構成されたプランジャ３２を含む。

図３及び４は、非トリップ位置におけるトリップラッチレバー５２及びトリップ部材５４を含んだ例示的な回路安全装置５０のような他の電気的スイッチング機器を示している。この例において、トリップ部材５４は、ピストンのような形状を有し、また、トリップラッチレバー５２に対して適切に位置合わせされている。トリップ部材５４は、スプリング２６を含み、このスプリング２６は、分離可能接点６４（図７参照）を経由して流れる電流を遮断した後に、アークチャンバ６２（図７参照）の障壁６０（図７参照）における例示的な円筒状の開口５８内の着座（または解除）位置（図３及び４に示されている位置）に、トリップ部材５４を戻すように構成されている。

図５及び６に示されているように、トリップ部材５４は、円筒状の開口５８によってガイドされるように構成された円筒形状（例えばこれに限定されないが、ピストンのような形状）を有する第１部分６６と、スプリング２６の一端部７２（図５において仮想線で描写されて示されており、また、図７においても示されている）を受け入れるための凹部７０を有する第２部分６８と、第１部分６６の中心線からずれて配置され、また、第２部分６８から延びる第３部分７４と、を含む。この第３部分７４は、トリップラッチレバー５２（図３及び４参照）のアーム７８（図３及び４参照）と係合する端部７６を有する。

図７は、トリップ部材５４，円筒状の開口５８，及びアークチャンバ６２を示している。第１部分６６は、円筒状の開口５８内に摺動可能に位置している。アークチャンバ６２内のアーク（図７には図示しないが、図２のアーク１１を参照）から生じるガス圧力は、円筒状の開口５８に沿って円筒状の第１部分６６を押し、トリップラッチレバー５２に係合させる。

分離可能接点６４を経由して電流が流れている間、トリップラッチレバー５２にかかる機械負荷は、電流が流れることにより作動機構８０において発生する磁力によって増大する。スプリング２６（図３，４，及び７参照）の力に逆らってアークチャンバ６２内のアークから生じるガス圧力によって動かされるトリップ部材５４は、このトリップラッチレバー５２にかかる増大した機械負荷に打ち勝つように構成されている。

分離可能接点６４は、固定接点８２及び可動接点８４を含む。作動機構８０は、可動接点８４を移動させる接点キャリア８６を含む。分離可能接点６４を経由して流れる電流を遮断することに先立って、その電流から生じる磁力は、接点キャリア８６を持ち上げ、また、トリップラッチレバー５２に機械負荷をかけるが、この機械負荷は、トリップラッチレバー５２によって開放される場合に、トリップ機構８８に分離可能接点６４をトリップ開放させるためにトリップ部材５４からさらなる力を要求する。

本開示におけるトリップラッチレバー５２によって回転可能なＤシャフトと、ラッチ機構とを含んだ、これに限定されない例としてのブレーカーが、米国特許公報第2011／0062006号に開示されており、その開示内容はその全体を参照として本明細書に組み込む。

本開示におけるトリップ部材８，５４をアシストするアークによる圧力は、好ましくは、対応する電気的スイッチング機器が単独で確実にトリップするだけの十分なトリップ力を提供する。

本開示におけるコンセプトの明確な実施形態を詳細に記載した一方で、当業者には、当然のことながら、これらの詳細に対する様々な変更や代替が、本開示における教示全体の観点から発明される可能性がある。従って、本開示における特有の構成は、例示的なものでしかなく、また、添付の請求の範囲の全容，及び，これと等価な任意及びすべてのものが与えられる本開示におけるコンセプトの範囲に限定されない、こととする。

Claims (11)

1. 分離可能接点（10）と、
   該分離可能接点を開閉するように構成された作動機構（16）と、
   前記分離可能接点をトリップ開放するために前記作動機構と協働し、かつ、トリップラッチ（4）を含むトリップ機構（14）と、
   前記分離可能接点と動作上関連し、かつ、複数のアークプレート（20），及び，該アークプレートと前記トリップラッチとの間に配置される障壁（22）を含み、前記障壁は開口（12;58）を有する、アークチャンバ（6）と、
   該アークチャンバの前記障壁の前記開口の内部または近くに配置されるトリップ部材（8）と、を含み、
   前記分離可能接点を経由して流れる電流を遮断するとき、前記アークチャンバ内のアーク（11）から生じる圧力は、前記アークチャンバの前記障壁から離れるように前記トリップ部材を押し、前記トリップラッチに係合させて、前記トリップ機構に前記分離可能接点をトリップ開放させ、
   前記トリップ部材は、前記分離可能接点を経由して流れる電流を遮断した後に、前記障壁における前記開口内の着座位置に、前記トリップ部材を戻すように構成されたスプリング（26）と、前記開口によってガイドされる形状を有する第1部分（66）と、前記スプリングの一端部（72）を受け入れる凹部（70）を有する第2部分（68）と、前記第1部分の中心線からずれて配置されて、前記第2部分から延びる第3部分（74）と、を含み、
   前記アークチャンバ内の前記アークから生じるガス圧力（25）は、前記開口に沿って前記第1部分を押し、前記第3部分を前記トリップラッチに係合させることを特徴とする電気的スイッチング機器（50）。
2. 前記開口は、円筒状の開口（12;58）であり、前記トリップ部材は、前記円筒状の開口内に摺動可能に位置される円筒状のピストン（8）であり、かつ、前記アークチャンバ内の前記アークから生じるガス圧力（25）は、前記円筒状の開口に沿って前記円筒状のピストンを押し、前記トリップラッチに係合させることを特徴とする請求項１に記載の電気的スイッチング機器（2;50）。
3. 前記分離可能接点を経由して電流が流れている間、前記トリップラッチにかかる機械負荷は、その電流が流れることにより前記作動機構において発生する磁力によって増大し、かつ、前記円筒状のピストンは、前記機械負荷に打ち勝つように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の電気的スイッチング機器（2;50）。
4. 前記トリップ機構は、さらに、トリップソレノイド（28），及び，前記分離可能接点を経由して電流が流れていることを感知し、前記トリップソレノイドを励磁するように構成されたトリップ回路（30）を含み、かつ、前記トリップソレノイドは、前記トリップラッチに係合し、前記トリップ機構に前記分離可能接点をトリップ開放させるように構成されたプランジャ（32）を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気的スイッチング機器（2;50）。
5. 前記分離可能接点は、固定接点（82）及び可動接点（84）を含み、前記作動機構は、前記可動接点を移動させる接点キャリア（86）を含み、かつ、前記分離可能接点を経由して流れる電流を遮断することに先立って、流れる電流から生じる磁力は、前記接点キャリアを持ち上げ、また、前記トリップラッチに機械負荷をかけ、この機械負荷は、前記トリップ機構に前記分離可能接点をトリップ開放させる前記トリップ部材からさらなる力を要求することを特徴とする請求項１に記載の電気的スイッチング機器（50）。
6. 前記トリップ部材は、前記トリップラッチに対して適切に位置合わせされたピストン（54）であり、かつ、前記ピストンは、前記分離可能接点を経由して流れる電流を遮断した後に、前記障壁における前記開口内の着座位置に前記ピストンを戻すように構成されたスプリング（26）を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気的スイッチング機器（50）。
7. 前記電気的スイッチング機器は、回路安全装置（2;50）であることを特徴とする請求項１に記載の電気的スイッチング機器（2;50）。
8. 前記回路安全装置は、ブレーカー（2;50）であることを特徴とする請求項７に記載の電気的スイッチング機器（2;50）。
9. 分離可能接点（10）と、
   該分離可能接点を開閉するように構成された作動機構（16）と、
   前記分離可能接点をトリップ開放するために前記作動機構と協働し、かつ、トリップラッチ（4）を含むトリップ機構（14）と、
   前記分離可能接点と動作上関連し、かつ、複数のアークプレート（20），及び，該アークプレートと前記トリップラッチとの間に配置される障壁（22）を含み、前記障壁は開口（12;58）を有する、アークチャンバ（6）と、
   該アークチャンバの前記障壁の前記開口の内部または近くに配置されるトリップ部材（8）と、を含み、
   前記分離可能接点を経由して流れる電流を遮断するとき、前記アークチャンバ内のアーク（11）から生じる圧力は、前記アークチャンバの前記障壁から離れるように前記トリップ部材を押し、前記トリップラッチに係合させて、前記トリップ機構に前記分離可能接点をトリップ開放させ、
   前記開口は円筒状の開口（58）であり、前記トリップ部材は、前記分離可能接点を経由して流れる電流を遮断した後に、前記障壁における前記開口内の着座位置に、前記トリップ部材を戻すように構成されたスプリング（26）と、前記円筒状の開口によってガイドされる円筒形状を有する第１部分（66）と、前記スプリング（26）の一端部（72）を受け入れる凹部（70）を有する第２部分（68）と、前記第１部分の中心線からずれて配置されて、前記第２部分から延びる第３部分（74）と、を含み、
   前記アークチャンバ内の前記アークから生じるガス圧力（25）は、前記円筒状の開口に沿って前記第１部分を押し、前記第３部分を前記トリップラッチに係合させることを特徴とする電気的スイッチング機器（50）。
10. 分離可能接点（10）と、該分離可能接点を開閉するように構成された作動機構（16）と、前記分離可能接点と動作上関連し、かつ、複数のアークプレート（20）及び障壁（22）を含む、アークチャンバ（6）と、を含む電気的スイッチング機器（50）用のトリップ機構（14）であって、
    前記トリップ機構は、
    前記アークチャンバの前記障壁に配置された開口（12;58）と、
    アークプレートとの間に障壁（22）が配置されるトリップラッチ（4）と、
    前記アークチャンバの前記障壁の前記開口の内部または近くに配置されるトリップ部材（8）と、を含み、
    前記トリップ機構は、前記分離可能接点をトリップ開放するために前記作動機構と協働し、
    前記分離可能接点を経由して流れる電流を遮断するとき、前記アークチャンバ内のアーク（11）から生じる圧力は、前記アークチャンバの前記障壁から離れるように前記トリップ部材を押し、前記トリップラッチに係合させて、前記トリップ機構に前記分離可能接点をトリップ開放させ、
    前記開口は円筒状の開口（58）であり、
    前記トリップ部材は、前記分離可能接点を経由して流れる電流を遮断した後に、前記障壁における前記開口内の着座位置に、前記トリップ部材を戻すように構成されたスプリング（26）と、前記円筒状の開口によってガイドされる円筒形状を有する第1部分（66）と、前記スプリングの一端部（72）を受け入れる凹部（70）を有する第2部分（68）と、前記第1部分の中心線からずれて配置されて、前記第2部分から延びる第3部分（74）と、を含み、
    前記アークチャンバ内の前記アークから生じるガス圧力（25）は、前記開口に沿って前記第1部分を押し、前記第3部分を前記トリップラッチに係合させる、ことを特徴とする電気的スイッチング機器（50）用のトリップ機構（14）。
11. 分離可能接点（10）と、該分離可能接点を開閉するように構成された作動機構（16）と、前記分離可能接点と動作上関連し、かつ、複数のアークプレート（20）及び障壁（22）を含む、アークチャンバ（6）と、を含む電気的スイッチング機器（50）用のトリップ機構（14）であって、
    前記トリップ機構は、
    前記アークチャンバの前記障壁に配置された開口（12;58）と、
    アークプレートとの間に障壁（22）が配置されるトリップラッチ（4）と、
    前記アークチャンバの前記障壁の前記開口の内部または近くに配置されるトリップ部材（8）と、を含み、
    前記トリップ部材は、
    前記分離可能接点を経由して流れる電流を遮断した後に、前記障壁における前記開口内の着座位置に、前記トリップ部材を戻すように構成されたスプリング（26）と、
    前記開口によってガイドされる形状を有する第1部分（66）と
    前記スプリングの一端部（72）を受け入れる凹部（70）を有する第2部分（68）と、
    前記第1部分の中心線からずれて配置されて、前記第2部分から延びる第3部分（74）と、を含み、
    前記アークチャンバ内のアークから生じるガス圧力（25）は、前記開口に沿って前記第1部分を押して前記第３部分を前記トリップラッチに係合させ、
    前記トリップ機構は、前記分離可能接点をトリップ開放するために前記作動機構と協働し、
    前記分離可能接点を経由して流れる電流を遮断するとき、前記アークチャンバ内の前記アーク（11）から生じる圧力は、前記アークチャンバの前記障壁から離れるように前記トリップ部材を押し、前記トリップラッチに係合させて、前記トリップ機構が前記分離可能接点をトリップ開放することになる、ことを特徴とする電気的スイッチング機器（50）用のトリップ機構（14）。

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