JP2008537301A - 圧電制御ロッキング付サーキットブレーカー接触器 - Google Patents

Abstract

本発明のサーキットブレーカー接触機（１）は、固定接点と、開放位置と閉鎖位置の間で固定接点に対して可動（１９，２１）する接点（５）と、可動接点を閉鎖位置に移動させる装置（７）と、可動接点を開放位置に移動させる装置（９）と、から構成されている。本発明に従って、サーキットブレーカー接触機は、可動接点（５）を閉鎖位置にロックする装置（１１）と、可動接点（５）を開放可能にするための移動装置（９）により開放位置に移動できるようにロッキング装置（１１）を移動させるために休止位置から操作位置に変形する圧電アクチュエーター（１３）と、固定接点（１）によって探知された電流に対応して、可動接点（５）がロック解除されるようロッキング装置（１１）を移動させるために、圧電アクチュエーター（１３）の操作位置への変形を制御し、電力を供給するための電力供給及び制御ユニット（１５）と、から構成されている。
【選択図】図4

Description

本発明は、サーキットブレーカー接触器に関するものであり、より具体的には１個または２個の固定接点、閉鎖位置と開放位置の間で固定接点に対して可動である接点、可動接点を閉鎖位置に移動させる装置及び可動接点を開放位置に移動させる装置から構成されるものである。

このタイプのサーキットブレーカー接触器は、特に資料ＥＰ−Ａ−１ ０５８３２２により知られている。可動接点を閉鎖位置に移動させる装置は圧電アクチュエーターである。サーキットブレーカー接触器が配置されているメインサーキット中で不良が探知されると、電子制御ユニットは、圧電アクチュエーターに対して作動し、接点の開放を正確な瞬間、例えばメインサーキット中のアンペア数または電圧が、ゼロポイントと呼ばれるゼロアンペアまたはゼロ電圧を通過する瞬間に誘導（トリガー）する。

このサーキットブレーカー接触器において、圧電アクチュエーターはサーキットブレーカー接触器が閉鎖されている間中、可動接点を閉鎖位置に維持する。固定接点と可動接点の間の接点圧力が高いときに急速な遮断がなされるように、強力な圧電アクチュエーター、すなわち現在ではまだ比較的高価なものが必要である。

本発明の目的の一つは、この不利な点を改善するサーキットブレーカー接触器を提供することである。

これを受けて、本発明の主題は、１個または２個の固定接点、閉鎖位置と開放位置の間で固定接点に対して可動である接点、可動接点を閉鎖位置に移動させる装置、可動接点を開放位置に移動させる装置、さらには可動接点を閉鎖位置にロックするための装置、可動接点が開放位置への移動装置により開放位置へ移動できるようにロッキング装置を移動させるために休止位置から操作位置へ変形する圧電アクチュエーター、電力を供給し、１個または２個の固定接点において探知された電気アンペア数に対応して可動接点がロック解除になるまでロッキング装置を移動させるために圧電アクチュエーターの操作位置への変形を制御する電力供給と制御ユニットから成るサーキットブレーカー接触器である。

この考えは、メインサーキットが、強力な反撥装置、例えばバネのポテンシャルエネルギーの放出により、可動接点をロッキングする装置の移動を介して開放されるということになる。バネのポテンシャルエネルギーは、可動接点の閉鎖位置への移動中に蓄積される。このポテンシャルエネルギーの放出によりサーキットブレーカー接触器の極めて急速な開放が起きる。

ロッキング装置は、例えばキャッチまたはトリガーである。それは圧電アクチュエーターが可動接点に直接に作動するように圧電アクチュエーターに組み込まれていることもある。ロッキング装置は、圧電アクチュエーターに組み込まれず、圧電アクチュエーターの変形を増幅するようにレバー形態に設計されていることが望ましい。

経験によれば、およそ２ミリ秒後に、メインサーキットは十分に開放され、圧電アクチュエーターの反応時間もおよそ２ミリ秒であることが示されている。このように電子制御
ユニットは、サーキットブレーカー接触器の寿命と電気システムの上流または下流への作動に悪影響を与えるアークやスパークを生じさせることなく、例えば、アンペア数がゼロに近いときに、サーキットブレーカー接触器が非常に正確に瞬時に開放になるように作動する。

その他の有利性は、図面に示されている発明の二つの実施形態の記載に照らして表されている。

図１は、本発明の第一の実施形態によるサーキットブレーカー接触器の透視図である。

図２は、図１に示されているサーキットブレーカー接触器のゼロポイントにおける遮断を図解したオシログラムである。

図３は、閉鎖位置における、第二の実施形態によるサーキットブレーカー接触器のダイアグラム図である。

図４は、開放位置における、第二の実施形態によるサーキットブレーカー接触器のダイアグラム図である。

図５は、サーキットブレーカー接触器の電子制御の図である。

図６は、休止位置における液体蒸気圧を用いた移動装置を示している。

図７は、操作位置における液体蒸気圧を用いた移動装置を示している。

図８は、休止位置におけるガス圧を用いた移動装置を示している。

図９は、操作位置におけるガス圧を用いた移動装置を示している。

図１を参照すると、サーキットブレーカー接触器は相対的に固定される２個の接点１、３、閉鎖位置と開放位置の間で固定接点１、３と相対的に可動な接点５、および可動接点５を閉鎖位置に移動させる装置７を持つ。

サーキットブレーカー接触器はまた、可動接点５を閉鎖位置にロックする装置１１、可動接点５がロック解除され開放位置に移動できるようになるまでロッキング装置１１を移動させるために変形する圧電アクチュエーター１３、固定接点１、３において探知された電気アンペア数に対応する圧電アクチュエーター１３の変形を制御する電子制御ユニット１５を持っている。

上記で記述されている構成物のセットは、絶縁体の小さなケースに配置され、１７の番号の項目として図１に図式で示されている。ケースの寸法は、例えば次のようなものである：長さ６５ｍｍ、奥行き３０ｍｍ、高さ５５ｍｍ。特に接点１及び３は、ケース１７に対して固定されている。

可動接点５は、軸２１を中心に回転可能に設けられたキャリアアーム１９によって運ばれる。バネ９は軸２１の周りのキャリアアーム１９のどちらかの側に配置されている。それは移動の手動装置である操作レバー７によってキャリアアーム１９を回転移動するときに、軸２１の周りのねじれによって変形するように、キャリアアーム１９の停止２３の対抗位置に置かれている。

ロック装置１１は、レバーアームの形をとり、可動接点５を閉鎖位置にロックするためにキャリアアーム１９に固定されているロッキングノーズ２５にキャッチ２７を介して作動する。ロッキングノーズ２５とかみ合う位置で、キャッチ２７は軸２１の周りのねじれによって変形したバネ９による力を受ける。

図１記載の実施形態において、圧電アクチュエーター１３は、その中に圧電構成物３１が配置されている楕円形の枠２９を含んでいる。圧電効果を通して、楕円形の主軸３３は休止位置に対して長くなり、一方副軸３５は休止位置に対して短くなる。この操作位置において、圧電アクチュエーター１３は、レバーアーム１１を上昇させ、副軸３５に沿って配置されている接続点３９によって圧電アクチュエーターの枠２９に接合する。重り３７は、約１０００Ｈｚの共振周波数における無共振の状態を創りだすために、副軸３５に沿って配置されている接続点３９の反対側に置かれる。

サーキットブレーカー接触器を開放にするために、圧電アクチュエーター１３は、それがケース１７に対して固定されたリンク２４の周りのケース１７に対して回転するように非常に短時間で変形して、レバーアーム１１を移動させる。レバーアームは、圧電アクチュエーター１３の変形を増幅させることができる。圧電アクチュエーター１３はこのように、それがねじれバネ９により蓄えられた力によって、キャリアアーム１９の回転をロック解除するまでロッキングノーズ２５上にキャッチ２７を上昇させる。可動接点５は、キャリアアーム１９によって回転させられ、サーキットブレーカー接触器を開放する。

この第一の実施形態において、圧電アクチュエーター１３はロックを解除するためにのみ作動する。それはつまり、可動接点５が、反撥装置９によって蓄えられた力によって閉鎖位置からロック解除されるまでロッキング装置１１を移動させることである。サーキットブレーカー接触器は操作レバー７によりキャリアアーム１９を移動させ、同時に可動接点５が閉鎖位置にロックされることで閉鎖されるようになる。言い換えれば、サーキットブレーカー接触器をリセットするために、キャッチ２７は、それがロッキングノーズ２５とかみ合うまでロッキングノーズ２５によって移動させられる。この移動中、キャッチ２７と接続点３９の間のレバーアームのたわみが利用され、その間、圧電アクチュエーター１３は休止位置にある。

実験的に、このようなサーキットブレーカー接触器は、遮断という観点から、ゼロポイントにおける遮断ができるため高水準性能であることが注目されている。これは図２に示されているテスト中に得られたオシログラムにより図解されている。実際この写真は、すぐにゼロポイントになるという点で引き起こされた不良２２によって、アンペア数１６と電圧１８がゼロポイントにおいて互いに打ち消されることを示している。

念頭に置いておくべきことは、２．５ミリ秒後に可動接点５の固定接点１、３からの距離が３ｍｍあれば２２０〜２３０Ｖのアークやスパークを止めるのに一般的に十分であるということである。キャッチ２７の開放にかかる時間は０．５ミリ秒であり、接点の損失時間は０．８ミリ秒である。実際には、ゼロポイントの前に与えられる１０ミリ秒間のパルスの間では、命令後の約６〜８ミリ秒の遅れはメインサーキットを適切な瞬間に開放するのに十分である。

サーキットブレーカー接触器の作動において、またそれを通して電力供給されるサーキットを保護するのに果たす役割において、サーキット遮断が起きる速度は重要な安全要因である。

図３及び４は、本発明の第二の実施形態を示している。両実施形態に共通する構成物は
同じ参照番号を保有する。

サーキットブレーカー接触器は、固定接点１に接続されているライン２及び可動接点５に接続されているフレキシブルケーブル４により主電流回路に接続されている。

第一の実施形態と異なり、移動の装置７は、キャリアアーム１９とロッキング装置１１の間にある第一の中間レバーアーム６と共に動く。キャッチ２５はここではキャリアアーム１９にではなく、ケース１７に対して固定された回転軸２２の周りを動くことができるこの中間レバーアーム６に固定されている。ロッキング装置１１は、ケース１７に対して固定された回転軸２４の周りを回転可能に設けられたレバーアームである。バネ９は、一つの先端でキャリアアーム１９に固定されることで可動接点５に接合され、反対側の先端でケース１７に固定されていて、伸長により変形する。圧電アクチュエーター１３は、回転軸２６の周りを回転可能に設けられ、接続点３８によって圧電アクチュエーター１３に接合している第二の中間レバーアーム１０によって、ロッキング装置１１に接続されている。トランスミッションアーム１２は、ロッキング装置１１を第二の中間アーム１０に接続する。

図３において、サーキットブレーカー接触器は閉鎖位置にある。ロッキング装置１１によって運ばれるロッキングノーズ２７と中間レバーアーム６によって運ばれるキャッチ２５とのかみ合いを介して、ロッキング装置１１は回転軸２１を中心にして可動接点５を運ぶアーム１９の回転をロックする。バネ８は、ロッキング位置にロッキング装置を保つために一方の先端で第二の中間アーム１０に固定され、反対側の先端でケース１７に固定される。圧電アクチュエーター１３は休止位置にある。

図４において、サーキットブレーカー接触器は開放位置にある。開放するために、圧電アクチュエーター１３は操作位置において極めて短時間で変形し、楕円枠２９の副軸３５を引き伸ばし、主軸３３を短くする。これにより回転軸２６の周りの第二の中間レバーアーム１０の軸回転の動きが生じる結果となり、この動きによりロッキング装置１１が回転軸２４の周りを軸回転し、それによりキャッチ２７がロッキングノーズ２５の上に上昇する。これらの移動の間、中間レバーアーム１０に接合している第二のバネ８は圧迫される。キャッチ２７のロック解除は、回転軸２２の周りを回転する第一の中間レバーアーム６を緩め、可動接点５を運ぶアーム１９に接合しているバネ９の緩和によって、回転軸２１を中心にキャリアアーム１９を回転可能にする。

サーキットブレーカー接触器を閉鎖位置にリセットするために、回転軸２２の周りの第一の中間アーム６の移動を行うべく移動装置７の手動操作が必要となる。この移動中、可動接点５を運ぶアーム１９に接合されているバネ９は圧迫される。休止位置に戻されている圧電アクチュエーター１３は、再び非常に短時間で操作位置に変形される。この結果、回転軸２６を中心に第二の中間アーム１０は回転移動し、それによりロッキング装置１１は回転軸２４の周りを軸回転し、それにより再びキャッチ２７をロッキングノーズ２５の上に上昇させる。これらの移動中、中間レバーアーム１０に接合している第二のバネ８は圧迫される。圧電アクチュエーター１３が休止位置に戻ると、バネ８は緩み、キャッチ２７が再びロッキングノーズ２５にかみ合い、可動接点５を閉鎖位置にロックするまで、回転軸２６の周りの中間アーム１０と回転軸２４の周りのレバーアーム１１の両方を反対方向に回転させる。

第一の実施形態において、圧電アクチュエーター１３は、サーキットブレーカー接触器が開放されるときロッキング装置１１を上昇させるためにのみ使用される。開放状態において、圧電アクチュエーターはもはや電力供給されることなく、休止位置に戻る。サーキットブレーカー接触器をリセットするために、キャッチ２７と接続点３９の間のレバーア
ームのたわみが前にも述べたように利用される。

第二の実施形態において、圧電アクチュエーター１３は同様に、サーキットブレーカー接触器の開放中にロッキング装置１１を上昇させるために使用される。ここにおいて再び、開放状態で、圧電アクチュエーター１３はその休止位置に戻る。しかしながら、サーキットブレーカー接触器をリセットするためには、第二の中間アーム６がキャッチ２７の下を通り抜けるために必要な時間ロッキング装置１１を再度上昇させるべく、再度その操作位置に変形することが必要である。

ロック解除命令が起きる状態での検査を以下に述べる。

ゼロポイント遮断の制御は、その論理が図５に示されている電子サーキットによって実行される。この制御は序文に引用されているヨーロッパ特許に述べられている。
以下が含まれる：
−その上にサーキットブレーカー接触器が設置されている回路中の電流のアンペア数または電圧を測定するための、例えば誘導ループから成る装置４１。

−この測定装置によって供給される二つの電子フックアップ。

第一の電子フックアップは以下の一連のものから成る。
−電流整流器４３。
−瞬間的アンペア数を、例えば、電位差計４７によって調整可能な閾値と比較ができるコンパレータ４５。このコンパレータは、電圧降下、多量の不良、または接点の電流のアップストリーム及びダウンストリームのバランス不良を考慮に入れるために補完される。

−４９において、論理的ＯＲ操作は即座の命令、または例えばバイメタルタイマーまたはバイメタルタイマーとしてのアナログサーキット操作のような遅延装置５１からの命令の導入を可能にする。

−前段階中に気付いた不良により供給されるメモリー５３。

第二の並列するフックアップは以下の一連のものから成る。
−電気ノイズといった不良を除去するフィルター装置５５。
−ゼロ交差探知器５７。
−遅延点までサーキットブレーカーの誘導を遅らせることを可能にする遅延装置５９。

遅延は、圧電アクチュエーターの活性化時間及び固定接点からのある距離を越える可動接点の移動を考慮に入れて調整される。言い換えれば、もし圧電アクチュエーター１３の活性時間が２ミリ秒であり、固定接点１に対する１ミリメートルの開放距離を越える可動接点５の移動時間が３ミリ秒だという事実を考慮するならば、開放命令はゼロポイント直前から１０ミリ秒の開放を誘導するためには５ミリ秒遅らせなければならない。この１０ミリ秒は５０ヘルツと同等の周波数の交流電流の半サイクル分に相当する。したがって、制御ユニット１５は、サーキットブレーカー接触器の開放を正確にゼロポイントにおいて誘導する。

二つの電子フックアップは６１においてＡＮＤ論理回路に接続される。通過信号はかくして調整され、６３において増幅される。この信号はかくしてサーキットブレーカー接触器を開放するために圧電アクチュエーター１３を制御する。この制御は、以下の信号または制御により補完されることがある。
−回路が閉じられ、そして／または電流が接点を通して流れていることを示す機能信号
。
−サーキットブレーカーを始動させるような過電流や何らかの出来事における不良信号。
−接点が開放されていることを示す信号。

ロック解除はこのように電子的に制御され、圧電アクチュエーターの誘導及びサーキットブレーカー接触器の開放を生起する。このように、サーキットブレーカー接触器の開放は以下の二つの条件下で起きる。
−第一の電子フックアップにより探知及びメモリーに保存された不良の存在、及び
−交流電流のアンペア数または電圧がゼロのときつまり、ゼロポイントを通過するときに開放が起きるように第二の電子フックアップを用いてサーキットブレーカー接触器を開放させる命令。

上記の実施形態において、サーキットブレーカー接触器の閉鎖は、操作レバー７によって手動で行える。しかしながら閉鎖も、第二の圧電アクチュエーターまたは、例えばサーキットブレーカー接触器が閉鎖されているとエネルギー消費がゼロになるといった方法で、閉鎖中のみ電磁石操作から成る電磁気アクチュエーターにより電気的に制御することもできる。

強度を上げるために、空気圧または水圧、またはチャンバーに含まれている蒸気を用いる操作も可能であり、同様に、サーキットブレーカー接触器の開放中に作動するバネ９は、他のそれに似たようなシステムにより置き換えることもできる。

図４においては、サーキットブレーカー接触器が可動ロッド６７の直線移動を介して閉鎖することができるように、ソレノイド６５が可動接点５を運ぶアーム１９の移動装置７に対して作用する。図３においては、ソレノイド６５は休止位置に戻っている。

本発明によると、水圧、空気圧や蒸気圧によって作用する、開放できる可動接点を移動させる装置を同時にまたはその他の方法で使用することができ、それはまたバネ９の代わりになることが判る。それらの移動装置は、電子制御ユニット１５により制御され、それらの制御は可動接点５がロック解除されるまでロッキング装置１１を移動させる圧電アクチュエーター１３の制御と連携している。

蒸気圧を用いて移動させる装置は、図６及び７に図表で示されている。制御装置には、２個の電極７１、及び電極７１が電力７５を供給されたときに蒸気を出すことができる伝導性液体７３から成る閉じられたチャンバー６９が含まれる。それは以下のように操作される：
−左側の図６において、蒸気がない状態で、拡張可能なベロー７７が低位置にある。
−右側の図７において、電流が流れている熱により蒸気が発生するとき、ベロー７７は高位置にあり、その動きが可動接点５を運ぶアーム１９の移動装置７に作用するロッド６７の移動を生起する。

図８及び９におけるそのようなチャンバーで、水はガス７４により置き換えることができ、例えば電気抵抗器７９によって発生する熱によってベロー７７の移動を生起し、順に前の図６及び７で参照して記載したソレノイドの代わりに接点の閉鎖を生じさせる。

このような制御装置は双安定で、このような状態下で、もしソレノイドやまたはその代用となりうる制御装置の作用が完全な場合に、それらへの電力供給がカットされれば、操作期間外のエネルギー消費はゼロである。

誘発は、もし接点の圧力に関して接点の反発力が極めて限られている場合、どの時点においても達成される。閉鎖のときに可動接点５を運ぶアーム１９を移動させるための装置に作動するソレノイド６５の作用、及びロッキングノーズをキャッチ２７の下を通過させることができる圧電アクチュエーター１３の作用の経時的連携をあらかじめ準備しておく。有利な点として、サーキットブレーカー接触器の閉鎖または開放は、全ての手動及び自動装置により離れた場所から制御することができる。

サーキットブレーカー接触器の全ての操作方法は、圧電または他のアクチュエーターが、サーキットブレーカー接触器の開放または閉鎖中、非常に短い時間だけで操作するように設計されていることは注目すべきである。

本発明によれば、サーキットブレーカー接触器は小型化することができ、それにより例えば一つの圧電アクチュエーターを閉鎖で、そしてもう一つのものを開放で使用することで非常に急速に、より高い周波数で操作を行うことができる。サーキットブレーカー接触器はかくして、特許申請ＦＲ ０４．０６４９７及びＦＲ ０４．５２６７７に述べられているように、特に医療用スキャナーに使用されるＸ線やレーザービームの一連の操作を制御することができる。

本発明の第一の実施形態によるサーキットブレーカー接触器の透視図である。 図１に示されているサーキットブレーカー接触器のゼロポイントにおける遮断を図解したオシログラムである。 閉鎖位置における、第二の実施形態によるサーキットブレーカー接触器のダイアグラム図である。 開放位置における、第二の実施形態によるサーキットブレーカー接触器のダイアグラム図である。 サーキットブレーカー接触器の電子制御の図である。 休止位置における液体蒸気圧を用いた移動装置を示している。 操作位置における液体蒸気圧を用いた移動装置を示している。 休止位置におけるガス圧を用いた移動装置を示している。 操作位置におけるガス圧を用いた移動装置を示している。

符号の説明

１，３ 固定接点
５ 可動接点
７ 移動装置（操作レバー）
８ 反芻装置（バネ）
９ 移動装置（反芻装置，バネ，ねじれバネ）
１１ ロッキング装置（ロック装置，レバー，レバーアーム）
１３ 圧電アクチュエーター
１５ 電子制御ユニット
２４ リンク（固定軸）
２７ キャッチ（ロッキングノーズ）
３９ 接続点
６５ 電子機械（ソレノイド）
６９ チャンバー（ガス蒸気圧）

Claims (7)

1. −１個（１）または２個（１、３）の固定接点と、
   −開放位置と閉鎖位置の間で固定接点（１、３）に対して可動（１９、２１）する接点（５）と、
   −可動接点（５）を閉鎖位置に移動させる装置（７）と、
   −可動接点（５）を開放位置に移動させる装置（９）と、
   −可動接点（５）を閉鎖位置にロックする装置（１１）と、
   −可動接点（５）を、開放可能にするための移動装置（９）により開放位置に移動できるようにロッキング装置（１１）を移動させるため、休止位置から操作位置に変形する圧電アクチュエーター（１３）と、
   −固定接点（１、３）中で探知された電気アンペア数に対応して、可動接点（５）がロック解除になるまでロッキング装置（１１）を移動させるために、圧電アクチュエーター（１３）の操作位置への変形に電力を供給し、変形を制御する電力供給及び制御ユニット（１５）と、を含むことを特徴とするサーキットブレーカー接触器。
2. ロッキング装置（１１）が固定リンク（２４）の周りを軸回転する圧電アクチュエーター（１３）により移動するレバーアームであることを特徴とする請求項１に記載のサーキットブレーカー接触器。
3. レバーアーム（１１）がたわみにより変形し、それにより可動接点（５）を閉鎖位置にロックすることを特徴とする請求項２に記載のサーキットブレーカー接触器。
4. レバーアーム（１１）が反撥装置（８）に対して圧電アクチュエーター（１３）により移動することを特徴とする請求項２に記載のサーキットブレーカー接触器。
5. 開放のために可動接点（５）を移動させる装置（９）が、バネ、圧電アクチュエーター、または電子機械、水、空気の作用で動くか、液体蒸気圧力またはガス蒸気圧で動く装置であり、電子制御ユニットにより制御されることを特徴とする請求項１または２に記載のサーキットブレーカー接触器。
6. バネ（９）がねじれまたは伸びにより変形することを特徴とする請求項５に記載のサーキットブレーカー接触器。
7. 可動接点（５）を閉じるための装置（７）が、圧電アクチュエーター、または電子機械（６５）、水、空気の作用で動くか、液体蒸気圧またはガス蒸気圧（６９）で動く装置で、それらが電子制御ユニット（１５）により制御されることを特徴とする請求項１または２に記載のサーキットブレーカー接触器。

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