JP2018518821A - 電流制限および障害に高速対応可能な回路遮断器 - Google Patents

Abstract

少なくとも２つの始動機構を含む回路遮断器配置であり、第１始動機構は、第１閾値電流レベルに到達すると、回路遮断器の接点同士を開くために、直ちに始動するように動作し、第２始動機構は、第２電流閾値が到達し、かつ、時間遅延が経過した時点で、接点同士を一度開くために、始動するように動作し、その接点同士は、２つの始動機構の一つによって作動される際に、機械的恩恵が解除されて接点同士を迅速に開くように、機械的恩恵を受けて保持される連結部組立品によって移動される。【選択図】図２

Description

本発明は、一般的に電気装置の保護に関し、より具体的には、高電流障害時に回路を遮断するための第１高速ソレノイドと低電流障害時に回路を遮断する第２ソレノイドを有する回路遮断器に関する。

回路安全装置は、電気回路を遮断できて、電流を遮る電気部品である。回路安全装置の基本的な例は、接点同士が物理的に接触して一方の接点から他方へ電流が導通することを意味する閉状態か、または、接点同士がお互いに対して分離され、それにより、それら間の電気の流れを防止することを意味する開状態のいずれかである２つの状態の一つにある２つの電気接点で一般的に構成されるスイッチである。スイッチは、コンピュータのキーボード・ボタンのようにシステムへの制御信号として、または、ライトスイッチのように回路で電力電流を制御するために、人によって直接操作されるだろう。

回路遮断器は、ヒューズの代用として使用できる。ひとたび作動しそれから交換しなければならないヒューズとは違って、回路遮断器は、通常の動作を再開するために、（手動または自動のいずれかで）リセットできる。ヒューズは、回路遮断器とほとんど同じ機能を果たすが、回路遮断器は、ヒューズよりも通常は使用するのがより安全であり、始動後リセットされるだろう。もしヒューズが飛ぶと、人はしばしば、特にどのヒューズが燃えたかまたは消費されたかを決定するために、ヒューズを綿密に調べなければならないであろう。そのヒューズは、それから、ヒューズボックスから除去されて廃棄されなければならないであろうし、新しいヒューズが設置されなければならないであろう。

回路遮断器は、ヒューズよりも、はるかに簡単に作動する。回路遮断器を始動すると、人は容易に電気パネルを見てどの遮断器ハンドルが始動位置に移動したかを目撃することができる。回路遮断器は、それから、ハンドルを「オフ」位置に回転させることによって、「リセット」でき、その後、「オン」位置へ移動される。一般に、回路遮断器は、筐体の内部に配置された２つの接点を有する。第１接点は、通常は｛つうじょう｝固定であり、「電源ライン」側接続（電源に接続）および「負荷」側接続（電力供給すべき装置への接続)のいずれかで接続されるだろう。第２接点は、回路遮断器が「オフ」または始動位置にあるときに第１および第２接点間に物理的なギャプが存在するように、第１接点に対して移動可能である。

回路を「開く」ように回路遮断器を始動するためには、過電流センサーを有するソレノイドが使用されるだろう。過電流センサーが、特定の電流レベルまたは回路遮断器の定格電流を超える割合を感知すると、ソレノイドが作動され、アームを機械的に移動し、それによって、回路を開くように回路遮断器を始動するだろう。

回路遮断器が誤って始動するのを防ぐために、始動機構を、小さな電流スパイクが回路遮断器の始動をもたらさないであろうように、比較的高レベルに設定できる。しかしながら、この構成は、長時間にわたる比較的小さい過電流の場合に、回路遮断器が始動しないであろうということで不都合である。このことは、配電システム自体および配給システムに接続された機器への損傷を引き起こすということもあり得えるため、望ましくない。

高電流レベルにて始動機構を設定する代わりに、多くの回路遮断器は遅延始動機構を有しており、回路遮断器が特定期間の過電流状態の検出後だけ始動するようにする。このことは、回路遮断器が直ちに始動するのを阻止し、これにより、回路遮断器が、（例えば、モータの起動で）比較的低電流のスパイク検出時に誤って始動されるだろう多くの状況を阻止するが、また、長時間続く（例えば、モータ巻線が損傷して短絡し始める)低い過電流状態から機器を保護するだろう。しかしながら、遅延の導入は、配電システム自体および接続された機器の双方を激しく損傷し得る危険な高電流スパイクまたは短絡が起きる際に、回路遮断器の即時の始動を阻止する。例えば、接地故障が起きる状況で、人は誤って電流と接触するようになるだろうし、回路遮断器の始動における任意の遅延は、その人が生の電気回路と接している時間量の増加に対応し、重傷または死亡にさえ導く。同様に、短絡回路状態の期間に、もし回路遮断器が始動以前に遅延されると、電気回路に接続された機器は、激しく損傷するだろう。しかしながら、内蔵の時間遅延を有する電流制限回路遮断器は、一般的に、正弦波の角度θがゼロに到達する以後までは、始動しない。その結果、大きな電流スパイクがゼロ交差直後に起きる１つの状況では、遮断器始動の遅延は、正弦波が１８０°角回転するのに要する時間に近づき得て、それは、容認できない。この遅延からわずか数ミリ秒の除去が、重度の人身傷害または接続機器の恒久的な損傷を回避するのに極めて重大たり得る。

しかしながら、逆時間始動自体の概念はよく知られている。逆時間始動は、回路遮断器の特性であり、この遮断器は、低い過電流ではよりゆっくりと、また、高過電流ではより迅速に、始動する。一例として、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｄｅ（ＮＥＣ）米国電気工事規程の第１００条には次のように述べられている。すなわち、「逆時間（回路遮断器に適用)：回路遮断器の始動動作において、遅延が意図的に導入されることを示す修飾用語であり、その遅延は、電流の大きさが増加するにつれて減少する。」

逆時間は、典型的には、回路遮断器内にいくつかの機械的な付属品を取り付けることにより達成される。一例では、ディスクが回転する際にそれが永久磁石の磁束を切るように、永久磁石を配置することで、誘導ディスク型継電器内にて達成される。電流が、それから、ディスクに誘導されて、それが、ディスクの移動を遅くする。回路遮断器は、ピストンとオイル緩衝器を設けることにより、逆時間遮断器とすることができる。ピストンが、移動鉄プランジャに取り付けられ、緩衝器内のオイルに浸される。ソレノイド継電器が作動されると、ピストンは鉄プランジャと一緒に上方に移動して、オイルの粘度がプランジャの上方移動を遅くさせる。重力に反抗するこの上方移動の速度は、ソレノイドがいかに強く鉄プランジャを引き付けるかに依存する。その引き付ける力は、作動電流の大きさに基づいて決定される。これが、作動電流に逆比例である、遮断器の動作の時間を生じさせる。

しかしながら、この構成は、オイル緩衝器を含む多くの複雑な部材を必要として、かさばる欠点を有し、漏れが起こりやすいだろう。複雑で多数の部材および要求されるメンテナンスは、多くの設置に対して適合しない、比較的高額な装置をもたらす。

また、電磁石部材が電流の大きいサージに迅速に応答し、バイメタル板が低い過電流状況に対してよりゆっくりと応答している技術を利用する熱磁気回路遮断器が知られている。回路遮断器の熱部分は、「逆時間」応答特性を提供しており、それは、大きい過電流状況に対してはより迅速に回路遮断器を始動するが、小さな過電流に対しては開放以前により長い時間の持続を許容している。

バイメタル板の主要な欠点は、バイメタルの加熱および冷却の割合が周囲温度により影響されて、遮断器の性能が異なる周囲温度に対して異なることである。この主要な欠点は、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）の使用によって幾分対処できるが、そうすると、再び多数の部材を有する複雑な装置へつながり、比較的高価な装置へつながる、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）を制御するための制御器を必要とし、単純に、多くの設置に対して適していない。

また、先行技術では、Ｍｉｃｈａｅｌ―Ｆａｓａｎｏ氏に付与された米国特許第８，７４９，３２９号「電流制限能力を有する磁気回路安全装置」が知られている。この参考文献は、異なる電流レベルで作動するように設計されるソレノイドを、それぞれが備える、２つの個別の始動機構を開示している。このシステムが提供する主要な利益は、比較的大きな電流スパイクに対しては迅速な始動を可能にするが、比較的小さい電流スパイクに対しては始動しないだろうということである。その上、システムの機能は周囲温度に依存しない。

しかしながら、上記の参考文献の制限はシステムが過電流状態に反応できる速度に関する。例えば、過電流状態においてシステムに接続された装置が損傷を受ける、および／または、破壊されるかどうか、それとも、装置が損傷なしで安全に接続解除されるかどうかの違いを、非常に短い時間量（ミリ秒）で、演出できるということが理解される。

したがって、望まれることは、比較的大きな電流スパイクには非常に速い始動を可能にするが比較的小さい電流スパイクには始動しないだろう回路遮断器である。

さらに望まれることは、高電流サージでは電気回路を非常に迅速に開くことができるが、小さい電流スパイクでは開かないだろう回路遮断器で、過度に複雑な設計を備えず、頻繁なメンテナンスが必要でなく、および、コンパクトなサイズで比較的低コストである機能を提供することである。

またさらに望まれることは、短絡または障害状態の場合に、回路に接続された任意の装置への損傷を回避するために、従来の接点同士に比してより迅速に接点同士が開くことを補助する機構を提供することである。

上記の事柄は、低電流障害時に回路を遮断するための遅延を含み、高電流障害時に電気回路を遮断するための別の高速ソレノイドをさらに含む、ソレノイドを有する回路遮断器の提供により達成される。このことは有利である、なぜなら、大きな電流スパイクの場合には回路遮断器が始動される前に最短の遅延があるが、システムが比較的低い過電流状況による迷惑な始動を回避するからである。

特に、バネ機構として動作する連結部が、非常に短い期間に高速ソレノイドが接点同士を開くのを助けるという、機械的恩恵を提供する。この連結部は、例えば、第１ピボットアームと第１ピボットアームに接続された第２ピボットアームおよび第２ピボットアームに接続された第３ピボットアームを含む複数のピボットアームを備えるだろう。第１ピボットアームがハンドルに接続されるだろうし、第３ピボットアームが可動接点に接続されるだろう、と理解されるであろう。

上記の連結部構成では、連結部には、接点同士が閉位置の際に第１ピボットアームと第２ピボットアーム間に角度θ_１が形成されるという機械的恩恵が有り、角度θ_１は１８０度よりも小さい。その上、接点同士が開位置の際に、第１ピボットアームと第２ピボットアーム間に角度θ_３が形成され、角度θ_３は１８０度より大きい。連結部が接点同士を機械的にスナップして開くように機能するので、その機械的恩恵（バネ機構）で、従来のスイッチよりもよりも迅速に接点同士を開くように機能する。

さらに別の実施形態では、前記第２ピボットアームが、自身をロックできるように第１ラッチおよび第２ラッチを具備する。

別の実施形態では、ソレノイドおよび／または高速ソレノイドは、回路遮断器を通過する電流を計測するための過電流センサーを具備する。前記ソレノイドは、油圧磁気ソレノイドまたは熱磁気ソレノイドを備えるだろうと考えられる。同様に、前記高速ソレノイドは、また、油圧磁気ソレノイドまたは熱磁気ソレノイドを備えるだろうと考えられる。

さらに別の実施形態では、前記高速ソレノイドは、計測された電流が回路遮断器の最大定格電流の少なくとも６００％である時に、瞬時に始動するように設定されるだろう。

さらに別の実施形態では、前記ソレノイドは、計測された電流が回路遮断器の最大定格電流の少なくとも１２５％である時に、時間遅延して始動するように設定されるだろう。

この出願では次の用語と定義が適用されるべきものとする。

すなわち、用語「第１」と「第２」は、一つの素子、セット、データ、対象、または、物をもう一つのものから区別するために使用され、相対的な位置や時間的な配置を指定するためには使用されない。

ここにて使用される用語「結合され」、「〜に結合され」、「〜と結合され」や、「接続され」、「〜に接続され」、「〜と接続され」は、それぞれ、以下に記載の（ａ）（ｂ）（ｃ）のいずれか一つ以上を構成している、２つ以上の装置や器具やファイルやプログラムやアプリやメディアや部材やネットワークやシステムやサブシステム、および／または、手段の間またはそれら間の関係を意味している。すなわち、
（ａ）接続：直接か、または、一つ以上の他の装置や器具やファイルやプログラムやアプリやメディアや部材やネットワークやシステムやサブシステムや手段を介した接続。
（ｂ）通信関係：直接か、または、一つ以上の他の装置や器具やファイルやプログラムやアプリやメディアや部材やネットワークやシステムやサブシステムや手段を介した通信関係。
（ｃ）機能関係：いずれか一つ以上の装置や器具やファイルやプログラムやアプリやメディアやネットワークやシステムやサブシステムや手段の動作がその全体または一部においていずれか一つ以上の他の動作に依存する機能関係。

本発明の有利な一実施形態では、回路遮断器が、第１接点および第２接点を具備して設けられ、前記第１接点または前記第２接点は、接点同士がお互いに対して閉じる第１状態および接点同士がお互いに対して開く第２状態に接点同士が設置されるだろうように、他の接点に対して移動可能である。前記回路遮断器は、さらに、前記接点同士を通過する電流を計測する過電流機構を具備し、前記過電流機構は、お互いに対して前記接点同士を開くようになす第１始動機構を含み、前記第１始動機構は、前記電流が第１閾値を超えると、前記接点同士を開き、前記過電流機構は、お互いに対して前記接点同士を開くようになす第２始動機構を含み、前記第２始動機構は、前記電流が第２閾値を超えると、前記接点同士の開放における時間遅延を導入する設定を有し、前記回路遮断器は、ピボットを介してお互いに接続される少なくとも第１および第２ピボットアームを有する連結部を具備し、前記連結部は前記第１始動機構または前記第２始動機構の作動が前記連結部を移動させ、それが前記第１と第２接点の一つを他方の接点に対して移動させるように、前記第１始動機構または前記第２始動機構によって作動される。前記回路遮断器は、またさらに、前記連結部に接続されたハンドルを具備し、前記ハンドルの手動の作動が前記接点同士を開位置と閉位置間で移動させるようにする。前記回路遮断器は、前記接点同士が閉位置にあるときは、前記第１ピボットアームと前記第２ピボットアーム間に角度θ_１が形成され、前記角度θ_１が１８０度よりも小さく、前記第１および第２ピボットアームが機械的恩恵を受けて保持されているように設けられている。前記回路遮断器は、さらに、前記連結部が前記第１始動機構または前記第２始動機構によって作動されるときは、前記機械的恩恵は解除され、前記角度θ_１が角度θ_３に変化するように前記接点の一つが前記開位置に移動し、前記角度θ_３が１８０度より大きいように設けられている。

本発明の別の有利な実施形態では、回路遮断器が、第１接点および第２接点を具備して設けられ、前記第２接点は、接点同士がお互いに対して閉じる第１状態および接点同士がお互いに対して開く第２状態に接点同士が設置されるように、前記第１接点に対して移動可能である。前記回路遮断器は、さらに、前記接点同士を通過する電流を計測して電流計測の電流が第１閾値を超えると、前記第２接点が前記第１接点に対して開くようになす第１始動機構、および、前記接点同士を通過する電流を計測して電流計測の電流が第２閾値を超えると、前記第２接点が前記第１接点に対して開くようになす第２始動機構とを具備し、前記第２始動機構は、前記第２接点が時間遅延の終了するまで移動しないように、時間遅延を導入する設定を有する。前記回路遮断器は、またさらに、第２ピボットアームに接続された第１ピボットアームを有する連結部を具備し、前記第２ピボットアームが第３ピボットアームに接続され、前記第３ピボットアームが前記第２接点に接続されており、前記連結部は、前記第１始動機構または前記第２始動機構の作動が前記連結部を移動させ、それが前記第２接点を前記第１接点に対して移動させるように、前記第１始動機構または前記第２始動機構によって作動される。前記回路遮断器は、さらに、前記第１ピボットアームに接続されたハンドルを具備し、前記ハンドルの手動の作動が前記第２接点を開位置と閉位置間で移動させるようにしている。前記回路遮断器は、前記接点同士が閉位置にあるときは、前記第１ピボットアームと前記第２ピボットアーム間に角度θ_１が形成され、前記角度θ_１が１８０度よりも小さく、前記第１および第２ピボットアームが機械的恩恵を受けて保持されているように設けられている。その上、前記回路遮断器は、前記連結部が前記第１始動機構または前記第２始動機構によって作動されるときは、前記機械的恩恵は解除され、前記角度θ_１が角度θ_３に変化するように前記第２接点が前記開位置に移動し、前記角度θ_３が１８０度より大きいように設けられている。

本発明のその他の目的およびその特有の特徴と利点が、以下の図面および付随する詳細な記述の考察からより明白になるであろう。

本発明による回路遮断器の非始動位置における側面図である。 図１の非始動位置における高速始動機構およびハンマーの説明図である。 図１の始動位置における高速始動機構およびハンマーの説明図である。 過電流始動の場合に、電流制限がない従来設計と比較した、時間の関数としての電流のグラフである。

本発明の例示的な実施形態は、同様の構成要素に同じ参照番号が付されている、以下の記述と添付図面を参照にして、さらに理解されるだろう。

本発明の例示的な実施形態は、障害または過電流状態の場合に、非常に迅速に電気回路を開くことができる装置に関連している。具体的には、その装置は、回路遮断器において接点同士を開くために、複数のソレノイドを使用しており、各ソレノイドは、回路遮断器が複数の異なる状態下で適切に機能するために適合するように、異なって機能する。例示的な実施形態が回路遮断器を参照して記載されているが、当業者は、開閉できる電気接点同士を有する任意の電気装置に、本発明が実施されるであろうことを理解するであろう。

図面１（図１）に最も良く示されているように、本発明の一実施形態による回路遮断器１０は、閉位置にて示されている。回路遮断器１０は、任意の商業用または非商業用の用途に使用でき、既存の機器を修正する必要なく、現行の回路遮断器に置き換えるように設計されるだろう。回路遮断器１０は、異なる回路状態に基づいて、始動される/開かれるように設計されるので、現行の回路遮断器に比べて、そこに接続された回路および機器を保護するのに、より適している。

電流が、第１端子１２を介して、回路遮断器１０に流れ込む。電源側（電力源に接続される側）と称されるだろうこの第１端子１２は、第１接点１６に電気的に接続される。この第１接点１６は固定のままであり、回路遮断器１０の筐体２０に取り付けられるだろう。第２端子１４が、回路遮断器１０通過する電力を受ける負荷に電気的に接続されるだろう。

閉位置では、第２接点１８は第１接点１２に電気的に接続される。この例では、第２接点１８が第１接点１６に対して移動可能であるが、当業者は、第１接点１２と第２接点１８のいずれか、または、双方が、他方に対して移動可能たり得るということを理解するだろう。通常の動作の間、接点１２、１８が閉位置にあるとき第１接点１６および第２接点１８は、電源（給電線）および負荷（受電装置）間に閉回路を作るように互いに物理的に接触し、そのため電流が端子同士１２、１４間に流れる。もし、過電流状態（つまり、回路の短絡）があれば、回路遮断器１０は、自動的に始動され、第２接点１８が第１接点１６から分離するようになされ、それによって回路を開かせるように、設計されている。

回路遮断器に接地障害回路遮断（ＧＦＣＩ）回路が装備される場合には、電源ラインからのいくらかの電流が接地接続を介して流れる場合（すなわち、接地障害）において、回路遮断器１０は、再度、上記のように自動的に始動されるように、設計される。

回路遮断器１０が閉位置にある時、第２接点１８は、第３ピボットアーム３４により第１接点１６と物理的に接触する。過電流状態（または、ＧＦＣＩでの接地障害状態）の場合には、第３ピボットアーム３４がピボットピン２７によって作られたピボット点の周りを回転し、それによって、回路を開状態に設置する。開状態では、第１接点１６および第２接点１８が、もはや互いに物理的な接触をせず、それらの間の電流の流れを遮断する。

回路遮断器１０は、ハンドル２２を使用して手動で、または、第１始動機構２４か第２始動機構２５のいずれかを介した過電流か障害によってのいずれかにより作動される連結部５０を介して開状態置に設置され得る。連結部５０の主部材は、第１ピボットアーム４０、第２ピボットアーム５２および第３ピボットアーム３４である。この特別な実施形態では、第２ピボットアーム５２は、第１ラッチ３６および第２ラッチ３８を具備しているが、しかし、当業者はこの第２ピボットアーム５２が単一部品として設けられ得ることを認識するだろう。

さて、図面２（図２）に目を向けると、第１および第２ピボットアーム４０、５２は、第３ピボットアーム３４を下方に保持する際の機械的恩恵を利用するために有利に配置されている。第１ピボットアーム４０および第２ピボットアーム５２は、中央ピン３２を介して接続されており、これらは、遮断器１０が閉位置にあるとき、１８０°よりも小さい角度θ_１を形成する。第２ピボットアーム５２は、ピボットピン２７および第２接点１８間の位置で、下部ピン２８を介して第３ピボットアーム３４に接続される。接点１６と１８とを開くために、中央ピン３２は右から左へ移動されねばならず、その間に、第１ピボットアーム４０および第２ピボットアーム５２が、角度θ_２が約１８０°で、整列するだろう。角度θ_１から角度θ_２へ遷移する間に、第２ピボットアーム５２が、下部ピン２８にて、第３ピボットアーム３４に力を付与する。中央ピン３２が、角度θ_２から角度θ_３へと１８０°以下の遷移を行うとき、ピボットアーム３４の力は接点１６と１８とが開くように「開放する」のを補助する。この動作は、さらに、第１始動機構２４と関連して、以下に説明される。

回路遮断器１０を、手動にて、開状態に設置するために、ハンドル２２が、第１ピボットアーム４０に接続される。第１ピボットアーム４０は、上部ピン３０によって作られたピボット点の周りを回転する。ハンドル２２の回転中に、第１ピボットアーム４０および第２ピボットアーム５２が第３ピボットアーム３４を押し下げる。この機構が、第１および第２ピボットアーム４０、５２が角度θ_２を通過するときに、連結部５０を作動させ、システムに付与された力がピボットアーム３４を回転させて、非常に迅速に、回路遮断器の閉位置が解除されるだろう。次に、ピボットアーム３４の動きが、第２接点１８を第１接点１６から非常に迅速に分離させ、それにより、回路遮断器が始動状態または開状態に設置される。

示されるように、回路遮断器１０が閉位置にあるとき、電流は、第１端子１２と第１接点１６を介して第２接点１８へと通り抜ける。第２接点１８は、第１始動機構２４に機械的に接続される。第１始動機構２４は、一般的には、ハンマー２６を迅速に中央ピン３２へと作動させ得る任意のタイプのソレノイドであろうし、さらに具体的には、油圧磁気ソレノイドまたは熱磁気ソレノイドであろう。第１始動機構２４は、また、過電流センサー有しているだろう。過電流センサーが、ある電流を検出するとき、過電流センサーが、ハンマー２６を作動させるソレノイドを作動させるだろう。ハンマー２６は、また、中央ピン３２を作動するのに十分である、プランジャやアームや任意の同様の押し出し物体であると考えられるだろう。

同様に、回路遮断器１０を、第１接点１６と第２接点１８が互いに物理的に接触するような、閉状態に戻すために、連結部５０が約１８０度の角度を通過するように、力がハンドル２２に加えなければならない。しかしながら、付勢の方向は、回路を開くときの付勢方向とは反対向きでなければならない。 回路遮断器１０を開くか閉じるかのいずれの場合でも、機械的恩恵が、バネのように作動する連結部５０によって作られる。連結部５０によって発生した機械的恩恵は、接点１６と１８とを定位置にしっかりと保持させ、また、角度θ_２から角度θ_３へと通過する際に、接点１６と１８とが迅速に開くのを許容する。

好ましい実施形態では、回路遮断器１０の最大定格電流の約６００％の電流が検出されると、第１始動機構２４は、直ちに回路遮断器１０を始動するだろう。約６００％以上に対応する任意のスパイクは、通常発生することがなく、特定の問題点を示している可能性がある電流レベルだと一般的に認められている。約６００％の電流スパイク検出の際は、配電系自体および回路遮断器１０に接続された任意の機器への損傷を防ぐために、または、負荷側の電流に接触したかもしれない人間への傷害を防ぐために、できるだけ迅速に回路遮断器を始動することが好ましい。好ましい実施形態では、最大定格電流の約６００％の電流検出の際に第１始動機構２４を介して、また、小さい過電流（または電流スパイク）検出の際に第２の遅延始動機構２５を介して、回路遮断器１０が直ちに始動される。

過電流状態、障害、または、特定閾値以上の他の大きな電流スパイクの場合には、ハンマー２６を有する第１始動機構２４が作動する。ほとんど、または、全く遅延することなく、ハンマー２６が、高速突進機構として、始動機構２４から非常に迅速に伸びて、中央ピン３２位置にて、ピボット点に接触するであろう。比較的高速で中央ピン３２に接触するこのハンマーは、連結部５０に力を付与し、次に、連結部５０が、第３のピボットアーム３４にバネのような力を付与するであろう。第３のピボットアーム３４への力は角度θ_２にて最も強い。ハンマーがバネ機構のバネを角度θ_２から角度θ_３へと作動させ続けるにつれて、ピボットアーム３４上の力は、連結部５０をより迅速に開かせるバネ効果を有して、それによって、第１接点１６と第２接点１８をより迅速で効率的に分離する。

図１に示す実施形態では、第１始動機構２４は第２始動機構２５に電気的に接続されるだろう。第２始動機構２５は、また一般的に、過電流センサーと、連結部５０を作動可能とする任意のソレノイド、すなわち、油圧磁気ソレノイドまたは熱磁気ソレノイドからなるだろう。好ましくは、最大定格電流の１２５から６００％の電流レベル検出にて第２始動機構２５が回路遮断器１０を始動する。第２始動機構２５は、また、特別な閾値を超える持続した「低い」過電流状態の場合の所定の遅延の後に回路遮断器１０を始動するように設定されるだろう。第１始動機構２４と第２始動機構２５の両方は、好ましくは、異なる負荷レベルにて、および／または、異なる時間の閾値を超える負荷レベルの後に始動するように設計される。例えば、いくつかの実施形態では、第１始動機構２４は最大定格電流の６００％にて直ちに始動するように設計され、第２始動機構２５は、電流が最大定格電流の１２５％またはそれ以上で存続する時間遅延の後に始動するように設計される。

図２にて最も良く見られるように、回路遮断器１０の第１始動機構２４とハンマー２６の機能の説明図（側面図）が、角度θ_１が１８０°よりも小さい閉状態または非始動状態４２で、示されている。第１始動機構２４は非作動状態にあり、第１および第２接点１６と１８は接触している。下部ピン２８と上部ピン３０と中央ピン３２における複数ピボット点が、連結部５０を形成するために、組合される。連結部５０は、過電流または障害の場合に、第１および第２接点１６と１８の迅速な分離を促進する。

図面３（図３）にて最も良く見られるように、第１始動機構２４と回路遮断器１０のハンマー２６の機能図（側面図）が、開状態または始動状態４６にて示されており、角度θ_３は１８０°より大きい。障害または大電流スパイクの場合に、第１始動機構２４が作動する。ハンマー２６は、第１始動機構２４から離れる方向に伸びて、連結部５０を作動させる。第１および第２接点１６と１８は、迅速に分離し、回路遮断器１０を始動する。この配置は、ピボットアーム３４に付与されることになるバネ力のために起因して、非常に効率的なシステムであり、接点同士の迅速な分離をもたらす。

図面４（図４）に示されるように、本発明の一実施形態用に、過電流始動期間の時間関数として、回路遮断器１０を通過する電流のグラフが、従来の設計に比較されて、示されている。第１の曲線４８は、従来の遅延電流制限遮断器の電流形状を描写している。もし、回路遮断器１０の電流が閾値６０より低ければ、電流が通過し、回路遮断器は始動しないであろう。例えば、閾値６０は、上述の如く、回路遮断器１０の最大定格負荷の約６００％の負荷であろう。電流が閾値６０を超えて上昇するときは、回路遮断器が始動するが、遅延のために、遅延遮断器が始動するときに、電流は、正弦波の角度がゼロになる後まで上昇し続ける。従来の遅延電流制限遮断器で始動のためにかかる時間５４は、８〜１０ミリ秒の範囲だろう。

第２の曲線５６は、過電流始動の場合における、本発明の好ましい実施形態の電流形状を描写している。電流が閾値６０に到達するやいなや、第１始動機構２４が作動し、ハンマー２６が遮断器を開くために連結部５０を作動させる。従来の遅延設計とは違って、第１始動機構２４の迅速性に起因して、大きな電流スパイク発生して第１、第２接点１６と１８が開くまでの間に遅延がほとんどか全くない。そういう事情で、電流は、図４に例示されるピーク電流６２に決して到達しない。 本発明は、第１および第２接点１６と１８とを迅速に分離させ、このことが、次に、従来の設計よりも著しく短い時間５８（例えば、時間５８は５ミリ秒よりも短いだろう)で電流を強制的にゼロにする。

この装置は、回路遮断器が、高過電流障害状態または他の大きな電流スパイクの場合に直ちに始動でき、そして、迅速なやり方で電流を強制的にゼロに下降させる利点を有し、しかし一方では、低レベルの過電流について、遅延始動機構の利点を有する。

上述のように、電流制限と障害に高速対応可能な回路遮断器の具体的な組成が開示されてきた。しかしながら、当業者にとっては、既述のそれら組成の他に、多くの更なる修正が、ここにおける発明の趣旨から逸脱することなく、可能であることが明白であろう。発明の主題は、したがって、開示の精神を除いて制限されるものではない。例示された実施形態に、本発明の精神から逸脱することなく、施され得る任意のそのような変更および修正が、ここでカバーされることが意図されている。さらにまた、本開示を解釈する上で、全ての用語は、文脈と一致する最も広い可能な方法で解釈されるべきである。特に、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ：具備する」および「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ：具備している」は、エレメントやコンポーネントやステップを非排他的に参照するものと解釈されるべきであり、参照されているエレメントやコンポーネントやステップが、明確には参照されていないその他のエレメントやコンポーネントやステップと一緒に存在するか、利用されるか、または、組み合わされてもよいことをしている。

Claims (19)

1. 回路遮断器であって
   前記回路遮断器は、第１接点および第２接点を具備し、
   前記第１接点または前記第２接点は、接点同士がお互いに対して閉じる第１状態および接点同士がお互いに対して開く第２状態に接点同士が設置されるだろうように、他の接点に対して移動可能であり、
   前記回路遮断器は、前記接点同士を通過する電流を計測する過電流機構を具備し、
   前記過電流機構は、お互いに対して前記接点同士を開くようになす第１始動機構を含み、前記第１始動機構は、前記電流が第１閾値を超えると、前記接点同士を開き、
   前記過電流機構は、お互いに対して前記接点同士を開くようになす第２始動機構を含み、前記第２始動機構は、前記電流が第２閾値を超えると、前記接点同士の開放における時間遅延を導入する設定を有し、
   前記回路遮断器は、ピボットを介してお互いに接続される少なくとも第１および第２ピボットアームを有する連結部を具備し、前記連結部は、前記第１始動機構または前記第２始動機構の作動が前記連結部を移動させ、それが、前記第１と第２接点の一つを他方の接点に対して移動させるように、前記第１始動機構または前記第２始動機構によって作動され、
   前記回路遮断器は、前記連結部に接続されたハンドルを具備し、前記ハンドルの手動の作動が前記接点同士を開位置と閉位置間で移動させるようにしており、
   前記接点同士が閉位置にあるときは、前記第１ピボットアームと前記第２ピボットアーム間に角度θ_１が形成され、前記角度θ_１が１８０度よりも小さく、前記第１および第２ピボットアームが機械的恩恵を受けて保持されており、
   前記連結部が前記第１始動機構または前記第２始動機構によって作動されるときは、前記機械的恩恵は解除され、前記角度θ_１が角度θ_３に変化するように前記接点同士の一つが前記開位置に移動し、前記角度θ_３が１８０度より大きい
   ことを特徴とする回路遮断器。
2. 前記第１ピボットアームが、一方の端部で前記ハンドルに接続され、別の端部で前記第２ピボットアームに接続されており、前記連結部が、さらに、一方の端部で前記第２接点に接続され、別の端部で前記第２ピボットアーム接続される第３ピボットアームを具備することを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 前記第２ピボットアームが、第１ラッチおよび第２ラッチを具備することを特徴とする請求項２に記載の回路遮断器。
4. 前記第１始動機構が第１ソレノイドを具備し、前記第２始動機構が第２ソレノイドを具備することを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
5. 前記第１のソレノイドが過電流センサーを具備することを特徴とする請求項４に記載の回路遮断器。
6. 前記第１のソレノイドが、油圧磁気ソレノイドまたは熱磁気ソレノイドよりなるグループから選択されることを特徴とする請求項５に記載の回路遮断器。
7. 前記第２のソレノイドが過電流センサーを具備することを特徴とする請求項６に記載の回路遮断器。
8. 前記第２のソレノイドが油圧磁気ソレノイドまたは熱磁気ソレノイドよりなるグループから選択されることを特徴とする請求項７に記載の回路遮断器。
9. 前記第１閾値が、回路遮断器の最大定格電流の少なくとも６００％であることを特徴とする請求項８に記載の回路遮断器。
10. 前記第２閾値が、回路遮断器の最大定格電流の少なくとも１２５％であることを特徴とする請求項８に記載の回路遮断器。
11. 前記回路遮断器が電気パネル盤に取外し可能に接続可能であることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
12. 回路遮断器であって、
    前記回路遮断器は、第１接点および第２接点を具備し、前記第２接点は、接点同士がお互いに対して閉じる第１状態および接点同士がお互いに対して開く第２状態に接点同士が設置されるように、前記第１接点に対して移動可能であり、
    前記回路遮断器は、前記接点同士を通過する電流を計測して電流計測の電流が第１閾値を超えると、前記第２接点が前記第１接点に対して開くようになす第１始動機構を具備し、
    前記回路遮断器は、前記接点同士を通過する電流を計測して電流計測の電流が第２閾値を超えると、前記第２接点が前記第１接点に対して開くようになす第２始動機構を具備し、前記第２始動機構は、前記第２接点が時間遅延の終了するまで移動しないように、時間遅延を導入する設定を有し、
    前記回路遮断器は、第２ピボットアームに接続された第１ピボットアームを有する連結部を具備し、前記第２ピボットアームが第３ピボットアームに接続され、前記第３ピボットアームが前記第２接点に接続されており、前記連結部は、前記第１始動機構または前記第２始動機構の作動が前記連結部を移動させ、それが、前記第２接点を前記第１接点に対して移動させるように、前記第１始動機構または前記第２始動機構によって作動され、
    前記回路遮断器は、前記第１ピボットアームに接続されたハンドルを具備し、前記ハンドルの手動の作動が前記第２接点を開位置と閉位置間で移動させるようにしており、
    前記接点同士が閉位置にあるときは、前記第１ピボットアームと前記第２ピボットアーム間に角度θ_１が形成され、前記角度θ_１が１８０度よりも小さく、前記第１および第２ピボットアームが機械的恩恵を受けて保持されており、
    前記連結部が前記第１始動機構または前記第２始動機構によって作動されるときは、前記機械的恩恵は解除され、前記角度θ_１が角度θ_３に変化するように前記第２接点が前記開位置に移動し、前記角度θ_３が１８０度より大きい
    ことを特徴とする回路遮断器。
13. 前記第１始動機構が第１ソレノイドを具備し、前記第２始動機構が第２ソレノイドを具備することを特徴とする請求項１２に記載の回路遮断器。
14. 前記第２ピボットアームが、第１ラッチおよび第２ラッチを具備することを特徴とする請求項１２に記載の回路遮断器。
15. 回路遮断器であって、
    前記回路遮断器は、第１接点および第２接点を具備し、前記第２接点は、接点同士がお互いに対して閉じる第１状態および接点同士がお互いに対して開く第２状態に接点同士が設置されるように、前記第１接点に対して移動可能であり、
    前記回路遮断器は、前記接点同士を通過する電流を計測して電流計測の電流が閾値を超えると、前記第２接点が前記第１接点に対して開くようになす始動機構を具備し、
    前記回路遮断器は、前記第２接点に結合される連結部を具備し、前記連結部は、第２ピボットアームに接続される第１ピボットアームを含み、前記連結部は、前記始動機構の作動が前記連結部を移動させ、それが前記接点同士を前記第１状態から前記第２状態に移動させるように、前記始動機構によって作動され、
    前記接点同士が閉位置にあるときは、前記第１ピボットアームと前記第２ピボットアーム間に角度θ_１が形成され、前記角度θ_１が１８０度よりも小さく、前記第１および第２ピボットアームが機械的恩恵を受けて保持されており、
    前記連結部が前記始動機構によって作動されるときは、前記機械的恩恵は解除され、前記角度θ_１が角度θ_３に変化するように前記第２接点が前記開位置に移動し、前記角度θ_３が１８０度より大きい
    ことを特徴とする回路遮断器。
16. 前記始動機構が第１始動機構で、第１ソレノイドであって、さらに、第２始動機構を具備し、前記第２始動機構が第２ソレノイドであり、前記第２のソレノイドの作動が前記接点同士を前記第１状態から前記第２状態へ移動させることを特徴とする請求項１５に記載の回路遮断器。
17. さらに、前記連結部に結合されたハンドルを具備し、前記ハンドルの手動の作動が前記第２接点を開位置と閉位置間で移動させることを特徴とする請求項１５に記載の回路遮断器。
18. 前記連結部が、さらに、前記第２ピボットアームと前記第２接点間に接続された第３ピボットアームを具備することを特徴とする請求項１５に記載の回路遮断器。
19. 前記第２ピボットアームが第１ラッチおよび第２ラッチを具備することを特徴とする請求項１８に記載の回路遮断器。