JP2015506573A - 電気開閉装置及び電気開閉装置のための開路アセンブリー - Google Patents

Abstract

ハウジング(202)、ハウジング(202)に囲まれた可分離接点(204)、及び可分離接点(204)を開閉するための作動機構(206)を含む電気開閉装置(200)のための開路アセンブリー(100)が提供される。作動機構(206)は、ポールシャフト(208)を含む。開路アセンブリー(100)は、ポールシャフト(208)に回動自在に結合されるように構成される第１部分(104)、及び第１部分(104)の略反対側に配置される第２部分(106)を含むバネ結合部(102)と、ハウジング(202)に固定されて結合されるように構成される固定端部(112)、及びバネ結合部(102)の第２部分(106)に結合される可動端部(114)をそれぞれ含む１以上の開路バネ(110)とを含む。バネ結合部(102)は、開路位置と閉路位置との間を移動可能であり、１以上の開路バネ(110)が、バネ結合部(102)及びポールシャフト(208)を付勢して可分離接点(204)の最大分離を維持するとともに、閉路位置では、１以上の開路バネ(110)がポールシャフト(208)を付勢しないように構成される。

Description

本出願は、２０１２年２月６日に出願された米国特許出願第１３／３３６，５３８号の利益を主張するものであり、この出願は、参考として本明細書に含まれる。
本出願に開示される思想は、電気開閉装置、特に、遮断器のような電気開閉装置に関する。本出願に開示される思想は、電気開閉装置のための開路アセンブリーにも関する。

電気システムは、遮断器のような電気開閉装置によって、例えば、電流過負荷、短絡、異常電圧、及び他の障害状態のような電気的障害状態から保護される。通常、遮断器は、作動機構を含み、この作動機構は、上記の障害状態の検出に応答して、例えばトリップ装置によって、電気接点アセンブリーを開き、電気システムの導体を通じた電流の流れを中断させる。電気接点アセンブリーは、固定電気接点と、固定電気接点から分離可能な、対応する可動電気接点とを含んでいる。

例えば、図１Ａ及び図１Ｂには、電力回路用気中遮断器１の一部が示されている。電力回路用気中遮断器１は、１以上の開路バネ３（図１及び２には、１つの開路バネ３が、簡略された形で示されている）を使用して、開路動作の間に最大開路ギャップ（例えば、電気接点の分離）を達成及び維持するとともに、場合によっては、開路速度を速めて中断を改善するものである。但し、開路バネの力及びエネルギーは、必要な閉路エネルギーを最小化するため、可能な限り最小化することが望ましい。それぞれの開路バネ３は、その可動端側が、ポールシャフト７に固定されたアーム５に取付けられる。この構成により、閉路バネ３は、ポールシャフト７が開路位置（図１Ａ）から閉路位置（図１Ｂ）まで回転するにつれて、開路長Ｌｏ（図１Ａ）から閉路長Ｌｃ（図１Ｂ）まで引き伸ばされる。ポールシャフト７は、通常、略一定のモーメントアームを維持するにように設計される（例えば、図１Ａに示す開路時モーメントアームＭｏと、図１Ｂに示す閉路時モーメントアームＭｃを参照されたい）。

最大開路ギャップを達成及び維持することは、中断後、ゴミ及び分路挙動によって、必要な開路力が増大するため、特に困難となる。１つの選択肢は、開路バネを強めることである。しかしながら、対応する閉路バネを強めることなく開路バネを強めると、装置のストール及び閉路の不十分性が生じるおそれがある。強められた開路バネに対抗して閉じることは、閉路動作における後の段階、可動接点が固定接点上に着座して接点バネが寄与因子となった後に、より顕著に困難になる。また、開路バネの強さに対抗するために閉路バネの数を増やした場合、追加の費用、寿命の短縮、及び、必要な付属品（例えば、閉路ソレノイド及び蓄勢モーター。但し、これらに限定されるものではない）の増加も生じる。このような難点は、遮断器用ポールが追加されるにつれて、ますます重大な問題となる。

したがって、遮断器のような電気開閉装置、及び、電気開閉装置のための開路アセンブリーには、改善の余地がある。

これらの要求及び他の要求は、電気開閉装置（例えば、遮断器。但し、これに限定されるものではない）のための開路アセンブリーに関する、開示される思想の実施形態により達成される。特に、この開路アセンブリーでは、開路バネは、全開状態では比較的大きなポールシャフトトルクを発生させて開路ギャップ（例えば、電気接点の分離）を維持し、かつ、閉路状態の近傍では、発生するトルクを略ゼロとして、閉路動作を容易にするように、開路バネを構成するものである。

本出願に開示される思想の一態様では、電気開閉装置のための開路アセンブリーが提供される。電気開閉装置は、ハウジング、ハウジングに囲まれた可分離接点、及び可分離接点を開閉するための作動機構を含み、作動機構は、ポールシャフトを含んでいる。開路アセンブリーは、ポールシャフトに回動自在に結合されるように構成される第１部分、及び第１部分の略反対側に配置される第２部分を含んで、開路位置と閉路位置との間を移動可能なバネ結合部と、ハウジングに固定されて結合されるように構成される固定端部、及びバネ結合部の第２部分に結合される可動端部をそれぞれ含む１以上の開路バネと、を含む。開路アセンブリーは、バネ結合部が開路位置に配置されているとき、１以上の開路バネがバネ結合部及びポールシャフトを付勢して可分離接点の最大分離を維持し、かつ、バネ結合部が前記閉路位置に配置されているとき、１以上の開路バネがポールシャフトを付勢しないように構成されている。

バネ結合部は、第１部分と第２部分との間に延びる中間部分をさらに含むものであってもよい。中間部分は、バネ結合部が閉路位置に配置されているときに、バネ結合部がポールシャフトの一部の回りに延びる構成を備えるために、弓形形状を有するものであってもよい。

ポールシャフトは、ポールシャフトから外向きに延びるアームを含むものであってもよい。バネ結合部の第１部分は、アームに回動自在に結合されるように構成されているものであってもよい。バネ結合部は、向かい合わせに互いに離れて配置された一対の略同一の平板状部材から形成され、ポールシャフトのアームの一部は、一対の略同一の平板状部材の間に配置されるように構成されているものであってもよい。

本出願に開示される思想の一態様では、ハウジングと、ハウジングに囲まれた可分離接点と、可分離接点を開閉するための、ポールシャフトを含む作動機構と、開路アセンブリーとを含んでいることを特徴とする電気開閉装置が提供される。開路アセンブリーは、ポールシャフトに回動自在に結合されるように構成される第１部分、及び第１部分の略反対側に配置される第２部分を含んで、開路位置と閉路位置との間を移動可能なバネ結合部と、ハウジングに固定されて結合されるように構成される固定端部、及びバネ結合部の第２部分に結合される可動端部をそれぞれ含む１以上の開路バネと、を含む。開路アセンブリーは、バネ結合部が開路位置に配置されているとき、１以上の開路バネがバネ結合部及びポールシャフトを付勢して可分離接点の最大分離を維持し、かつ、バネ結合部が前記閉路位置に配置されているとき、１以上の開路バネがポールシャフトを付勢しないように構成されている。

本出願に開示される思想は、以下に記載する好適な実施形態の説明を、添付図面とともに読むことにより十分に理解されるであろう。

図１Ａ及び図１Ｂは、既知の遮断器及びその開路アセンブリーの一部を示す側面図であり、図１Ａは、開路状態の遮断器に相当する。 図１Ａ及び図１Ｂは、既知の遮断器及びその開路アセンブリーの一部を示す側面図であり、図１Ｂは、閉路状態の遮断器に相当する。 図２は、本出願に開示される思想の一実施形態に従う遮断器及びその開路アセンブリーを示す側面図である。 図３は、図２に示す開路アセンブリーの、遮断器が開路状態のときの配置を示す拡大図である。 図４は、図３に示す拡大図を、遮断器が閉路状態のときの開路アセンブリーを示すように変更して示す図である。 図５は、図４に示す開路アセンブリーの一部を示す等角投影図である、 図６Ａ及び図６Ｂは、本出願に開示される思想の一実施形態に従う遮断器及びその開路アセンブリーの一部を示す側面図であり、図６Ａは、開路状態の遮断器に相当する。 図６Ａ及び図６Ｂは、本出願に開示される思想の一実施形態に従う遮断器及びその開路アセンブリーの一部を示す側面図であり、図６Ｂは、閉路状態の遮断器に相当する。

本明細書で使用される方向に関する用語（例えば、左、右、時計回り、反時計回り、及び、これらから派生する用語）は、図中の要素の向きに関するものであり、明示的に記載されていない限り、請求項を限定するものではない。
本明細書で用いられる場合、２以上の部品が「結合されている」という記載は、それらの部品が直接結合されているか、または、１以上の中間部品を介して結合されているかのいずれかを意味する。
本明細書で用いられる場合、「１以上の」という用語は、１または１よりも大きい整数（すなわち、複数）を意味する。

図２は、電気開閉装置の開路アセンブリー１００を示す。電気開閉装置は、例えば、遮断器２００であるが、これに限定されるものではない。遮断器２００は、ハウジング２０２、ハウジング２０２に囲まれた可分離接点２０４（図２には、簡略化されて示されている）、及び可分離接点２０４を開閉するための作動機構２０６（図２には、簡略されて示されている）を含んでいる。作動機構２０６は、ポールシャフト２０８（図５の等角投影図に、詳細に示されている）を含む。

開路機構１００は、バネ結合部１０２を含んでおり、バネ結合部１０２は、ポールシャフト２０８に回動自在に結合されるように構成される第１部分１０４と、第１部分１０４の略反対側に配置される第２部分１０６とを含む。バネ結合部１０２は、開路位置（図２、図３、図５、及び図６Ａ）と閉路位置（図４及び図６Ｂ）との間を移動可能なものである。開路機構１００は、さらに、１以上の開路バネ１１０を含んでおり、それぞれの開路バネ１１０は、遮断器ハウジング２０２に固定されて結合される固定端部１１２と、バネ結合部１０２の第２部分１０６に結合される可動端部１１４とを含んでいる。

上述した構造に鑑みると、バネ結合部１０２が開路位置（図２、図３、図５、及び図６Ａ）に配置されているとき、１以上の開路バネ１１０が、バネ結合部１０２及びポールシャフト２０８を（図２の視点では、反時計回りに）付勢して、可分離接点２０４（図２）の最大分離を維持するように構成されている。言い換えれば、本出願に開示される思想では、開路バネ１１０、及び、開路バネ１１０のバネ結合部１０２を介したポールシャフト２０８への取付けは、全開状態（例えば、可分離接点２０４（図２参照）の間の開路ギャップを維持するための状態。但し、これに限定されるものではない）において、比較的大きなポールシャフトトルクが生じるように構成されている。

加えて、バネ結合部１０２が閉路位置（図４及び図６Ｂ）に配置されているときには、１以上の開路バネ１１０が、ポールシャフト２０８を付勢しないように構成されている。言い換えれば、閉路状態において、１以上の開路バネ１１０によって印加されるトルクは、略ゼロである。これによって、必要な閉路エネルギー及びそれに関連して遮断器の構成要素に印加される応力が低減する。さらに、閉路バネに対する要求が低減することによって、閉路エネルギーが低減するか、または、閉路マージンが増大する。有利なことに、閉路エネルギーが低減すると、付属品（例えば、バネ開放装置、電動操作装置。但し、これらに限定されるものではない）に対する要求が低減し、また、寿命が増大する。また、閉路マージンの増大により、閉路速度の増大及び接点バネの低減の一方または両方を要することなく、中断後の変動及び遮断器性能が調整される。以下、開示された開路機構１００がこれらの利点を達成する特定の態様について詳述する。

図２を参照しつつ、図３〜図６Ｂも参照すると、開示された開路アセンブリー１００のバネ結合部１０２は、さらに、第１部分１０４と第２部分１０６との間に延びる中間部分１２０を含んでおり、中間部分１２０は、好ましくは、弓形形状を有している。このような弓形形状により、バネ結合部１０２は、バネ結合部１０２が閉路位置（図４及び図６Ｂ）に配置されているときに、遮断器ポールシャフト２０８の一部の回りに延びることが可能となる。

図５の等角投影図に詳細に示すように、ポールシャフト２０８は、好ましくは、アーム２１０を含み、アーム２１０は、ポールシャフト２０８から外向きに延びるものである。バネ結合部１０２の第１部分１０４は、アーム２１０に回動自在に結合されるように構成されている。図示の例では、バネ結合部１０２は、一対の略同一の平板状部材１３０、１３２から形成され、これらの平板状部材１３０、１３２は、向かい合わせに互いに離れて配置されている。これに応じて、ポールシャフト２０８のアーム２１０の一部は、図示されるように、一対の略同一の平板状部材１３０、１３２の間に配置されている。ポールシャフト２０８は、さらに、ピボットピン２２０を含んでいる。バネ結合部１０２は、ピボットピン２２０により、ポールシャフトのアーム２１０に回動自在に結合される。

引き続き図５を参照すると、開路アセンブリー１００のバネ結合部１０２は、さらに、バネ結合部１０２の第２部分１０６から側方外向きに延びる突出部１４０を含んでいる。図５に示す例において、この突出部はピン１４０であり、バネ結合部１０２の第１側面１４２から、第１方向に沿って側方外向きに延び、かつ、バネ結合部１０２の第２側面１４４から、第１方向とは反対の第２方向に沿って側方外向きに延びている。図５の例に部分的に示すように、本出願に開示される思想の範囲から逸脱することなく、複数の開路バネを使用することができる。例えば、第１開路バネ１１０は、バネ結合部１０２の第１側面１４２上のピン１４０に結合される可動端部１１４を含み、第２開路バネ１１０’は、バネ結合部１０２の第２側面１４４上のピン１４０に結合される可動端部１１４’を含んでいる。

但し、任意の既知のまたは適切な数、種類、及び／または構成のバネ結合部（例えば、１０２）、及び、開路バネ（例えば、１１０、１１０’。但し、これらに限定されるものではない）のいずれか一方または両方を使用することも可能である。本明細書において、１つの開路アセンブリー１００とそのためのバネ結合部１０２のみが詳細に説明されているのは、説明の効率化と図示の簡明化のためである。

図６Ａ及び図６Ｂに示すように、例示された遮断器２００のハウジング２０２は、側板２３０と少なくとも１つの突起部２４０とを含んでいる。突起部２４０は、図示されるように、側板２３０から外向きに延びるものである。１以上の開路バネ（例えば、１１０）のそれぞれの固定端部１１２は、少なくとも１つの突起部２４０のうちの対応する１つに固定されて結合される。

図４及び図６Ｂに示すように、動作時において、バネ結合部１０２が閉路位置に配置されると、図示されるように、第１部分１０４及び第２部分１０６は、ポールシャフト２０８に対して互いに反対側に配置される。この結果、ピボットピン２２０、ポールシャフト２０８、及び１以上の開路バネ１１０は、（非限定的な例として、図示される長手軸３００に沿って）略一直線上に並ぶことになる。図示されるように、１以上の開路バネ１１０、ピン１４０、ポールシャフト２０８、ピボットピン２２０、及び突起部２４０は、全て軸３００に沿って略一直線上に並んでいる。そして、このような配列の結果として、モーメントアームは略ゼロとなる（例えば、図６Ｂに示すモーメントアームＭｃ＝０参照）。言い換えれば、閉路位置において、１以上の開路バネ１１０から、バネ結合部１０２またはポールシャフト２０８に対して印加されるトルクは、略ゼロである。これによって、閉路バネに対する要求が低減し、閉路エネルギーを低減させることが可能となるとともに、上述したように、閉路マージンが増大する。

開示された開路アセンブリー１００において、バネ結合部１０２は、バネ結合部１０２が図６Ａに示す開路位置に配置されているときには、所望に応じて、モーメントアームＭｏを達成するように設計されている。図６Ａと図６Ｂとを比較すれば分かるように、バネ結合部１０２が図６Ａに示す開路位置に配置されているときの開路バネ長Ｌｏは、バネ結合部１０２が図６Ｂに示す閉路位置に配置されているときの閉路バネ長Ｌｃと、比較的同様の長さである。これによって、上述したように閉路時のモーメントアームが略ゼロ（図６Ｂ参照）であることと併せて、遮断器の動作に対して顕著に有利な効果を奏する。

例えば、開示された開路アセンブリー１００が消費するエネルギーは、従来の閉路バネ構成が消費するエネルギーの４０パーセント未満である。さらに、開路アセンブリー１００では、全開状態で発生させることができるポールシャフトトルクを、エネルギー消費を従来の構成の半分よりも少なくしつつ、従来の構成よりも２０パーセント増大させることが可能となる。

したがって、開示された開路アセンブリー１００は、とりわけ、特有のバネ結合部１０２と開路バネ１１０構成により、全開状態（例えば、可分離接点２０４（図２参照）の間の開路ギャップを維持するための状態。但し、これに限定されるものではない）において所望のポールシャフトトルクを発生させつつ、閉路状態においては、発生するトルクを略ゼロとし、これによって必要な閉路エネルギー及びそれに関連する応力を低減するために、有効に機能するものである。

以上、本出願に開示される思想の特定の実施形態を詳細に説明してきたが、当業者であれば、本明細書の教示に基づいて、これらの詳細に対して様々な変形及び代替を実現することが可能である。したがって、開示された特定の構成は、例示のみを目的として記載されたものであって、本出願に開示される思想の範囲を限定するものではない。本出願に開示される思想は、添付請求項並びにその任意の及び全ての均等物の全範囲として与えられる。

Claims (11)

1. 電気開閉装置(200)のための開路アセンブリー(100)であって、前記電気開閉装置(200)は、ハウジング(202)、該ハウジング(202)に囲まれた可分離接点(204)、及び該可分離接点(204)を開閉するための作動機構(206)を含み、該作動機構(206)は、ポールシャフト(208)を含んでおり、前記開路アセンブリー(100)は、
   前記ポールシャフト(208)に回動自在に結合されるように構成される第１部分(104)、及び該第１部分(104)の略反対側に配置される第２部分(106)を含んで、開路位置と閉路位置との間を移動可能なバネ結合部(102)と、
   前記ハウジング(202)に固定されて結合されるように構成される固定端部(112)、及び前記バネ結合部(102)の前記第２部分(106)に結合される可動端部(114)をそれぞれ含む１以上の開路バネ(110)と、を含み、
   前記バネ結合部(102)が前記開路位置に配置されているとき、前記１以上の開路バネ(110)が、前記バネ結合部(102)及び前記ポールシャフト(208)を付勢して前記可分離接点(204)の最大分離を維持するように構成され、
   前記バネ結合部(102)が前記閉路位置に配置されているとき、前記１以上の開路バネ(110)が、前記ポールシャフト(208)を付勢しないように構成されている、ことを特徴とする開路アセンブリー。
2. 前記バネ結合部(102)は、前記第１部分(104)と前記第２部分(106)との間に延びる中間部分(120)をさらに含み、前記中間部分(120)は、弓形形状を有しており、前記バネ結合部(102)が前記閉路位置に配置されているときに、前記バネ結合部(102)は、前記ポールシャフト(208)の一部の回りに延びるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の開路アセンブリー(100)。
3. 前記ポールシャフト(208)は、該ポールシャフトから外向きに延びるアーム(210)を含み、前記バネ結合部(102)の前記第１部分(104)は、前記アーム(210)に回動自在に結合されるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の開路アセンブリー(100)。
4. 前記バネ結合部(102)は、向かい合わせに互いに離れて配置された一対の略同一の平板状部材(130,132)から形成され、前記ポールシャフト(208)の前記アーム(210)の一部は、前記一対の略同一の平板状部材(130,132)の間に配置されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の開路アセンブリー(100)
5. 前記ポールシャフト(208)は、ピボットピン(220)をさらに含み、前記バネ結合部(102)の前記第１部分(104)は、前記ピボットピン(220)により、前記ポールシャフト(208)の前記アーム(210)に回動自在に結合されるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の開路アセンブリー(100)。
6. 前記バネ結合部(102)は、該バネ結合部(102)の前記第２部分(106)から側方外向きに延びる突出部(140)をさらに含み、前記１以上の開路バネ(110)のそれぞれの可動端部(114)は、前記突出部(140)に結合されることを特徴とする請求項５に記載の開路アセンブリー(100)。
7. 前記バネ結合部(102)は、第１側面(142)及び第２側面(144)をさらに含み、前記突出部はピン(140)であり、該ピン(140)は、前記バネ結合部(102)の前記第１側面(142)から第１方向に沿って側方外向きに延び、かつ、前記バネ結合部(102)の前記第２側面(144)から前記第１方向とは反対の第２方向に沿って側方外向きに延びることを特徴とする請求項６に記載の開路アセンブリー(100)。
8. 前記１以上の開路バネは、１つの第１開路バネ(110)と１つの第２開路バネ(110’)からなり、前記第１開路バネ(110)の前記可動端部(114)は、前記バネ結合部(102)の前記第１側面(142)上の前記ピン(140)に結合され、前記第２開路バネ(110’)の前記可動端部(114’)は、前記バネ結合部(102)の前記第２側面(144)上の前記ピン(140)に結合されることを特徴とする請求項７に記載の開路アセンブリー(100)。
9. 前記電気開閉装置(200)の前記ハウジング(202)は、側板(230)と該側板(230)から外向きに延びる少なくとも１つの突起部(240)とを含み、前記１以上の開路バネ(110)のそれぞれの前記固定端部(112)は、前記少なくとも１つの突起部(240)のうちの対応する１つに固定されて結合されるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の開路アセンブリー(100)。
10. 前記バネ結合部(102)が前記閉路位置に配置されているとき、前記ポールシャフト(208)に対して互いに反対側に配置されるように構成されているとともに、前記ピボットピン(220)、前記ポールシャフト(208)、及び前記１以上の開路バネ(110)は、略一直線上に並ぶことを特徴とする請求項９に記載の開路アセンブリー(100)。
11. ハウジング(202)と、
    該ハウジング(202)に囲まれた可分離接点(204)と、
    該可分離接点(204)を開閉するための、ポールシャフト(208)を含む作動機構(206)と、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の開路アセンブリー(100)と、を含むことを特徴とする電気開閉装置(200)。

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