JP4214494B2 - 電動モータを制御する装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータの故障時にモータスタータを過大電流の影響から保護するための新しい改良形の装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータの制御に使用される既知の装置は、モータスタータを含んでいる。モータスタータは、接触器と過負荷継電器を含むことができる。過負荷継電器は、モータの熱保護を行う。モータスタータは高価である。電動モータの故障の発生時にモータスタータに過大電流が流れることによって、接触器の接点の溶接や、熱に敏感な素子の溶融または熱ゆがみが発生するであろう。電動モータの制御に使用される既知の装置が、米国特許第３，９５９，７５３号および第４，９９１，０５０号に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情から、本発明は、電動モータの故障時にモータスタータを過大電流の影響から保護するための新しい改良形の装置および方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、各請求項に記載の構成を有している。具体的には、請求項１に記載の装置では、電動モータの正常作動時に電動モータへ電流を送る主回路を含む。主回路は、モータスタータと電流制限スイッチアセンブリを含む。過大電流が電動モータへ流れ始めた時にモータスタータを迂回して電流を流すために、バイパス回路が設けられている。
【０００５】
電流制限スイッチアセンブリが初期状態にある時、バイパス回路は開路状態にあって、電流はモータスタータおよび電流制限スイッチアセンブリを通って電動モータへ流れる。電流制限スイッチアセンブリが作動状態にある時、電流制限スイッチアセンブリは主回路を開いて、モータスタータを通る電流の流れを遮断することができる。この時、電流制限スイッチアセンブリはバイパス回路を閉じて、過大電流がモータスタータを迂回して流れるようにする。
【０００６】
電流制限スイッチアセンブリは、接点を配置した可動導体を含むことができる。可動導体は、磁界の反発作用またはコイルによる電機子の移動によるか、これらの作用の両方によって固定接点に対して移動する。これは、過大電流がモータへ流れ始めた場合に、モータスタータを保護するために電流制限スイッチアセンブリが初期状態から作動状態へ作動するために必要な応答時間を最短にする。
【０００７】
本発明の上記および他の特徴は、添付の請求項を参照しながら以下の説明を読めば、明らかになるであろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、電動モータ１２の制御に使用するための装置１０を概略的に示す。装置１０は、モータの正常作動中にモータ１２へ電流を送る主回路１４を含む。主回路１４は、既知のモータ回路保護器すなわち回路ブレーカ１８を含む。モータ回路保護器１８は、主回路１４に流れる過大な故障電流によって磁気的に作動する。モータ回路保護器１８は、作動時に開放状態に保持されて、主回路１４を遮断する。
【０００９】
主回路１４はまた、既知のモータスタータ２０を含む。モータスタータ２０は、モータ１２の作動を開始するために開状態から閉状態へ作動する接触器２２を含む。また、モータスタータ２０は、熱素子を有する過負荷継電器２４を含む。過負荷継電器２４の熱素子は、継電器を流れる電流の関数として加熱されて、異常電流が流れた場合に継電器を開いて、主回路１４を通ってモータ１２へ流れる電流を遮断する。１つの特定の既知構造を有するモータスタータ２０が図１に示されているが、モータスタータ２０は、図示の構造とは異なった構造にすることもできることを理解されたい。
【００１０】
本発明の特徴によれば、電流制限スイッチアセンブリ３０が、主回路１４内に配置されている。電流制限スイッチアセンブリ３０は、モータ１２への過大な電流の流れに迅速に応答してモータスタータ２０を保護する。電流制限スイッチアセンブリ３０は、モータ回路保護器１８がモータスタータを流れる電流を遮断するための時間が経過してしまう前に、モータスタータを流れる電流を遮断することによって、モータスタータ２０を保護する。
【００１１】
電動モータ１２に重大な故障が生じた時、モータの部品の短絡によって過大電流が流れるであろう。その過大電流のごく小さい最初の部分だけが、モータスタータ２０に流れる。これは、電流制限スイッチアセンブリ３０が主回路１４を直ちに開いて、モータスタータ２０を流れる電流を遮断するからである。
【００１２】
電流制限スイッチアセンブリ３０は、過大電流の開始に対してモータ回路保護器１８よりも相当に速く応答する。モータ回路保護器１８が過大電流に応答するのに必要な時間が経過する間に、その過大電流がモータスタータ２０に重大な損傷を与えてしまう時間長さにわたってモータスタータ２０を流れるであろう。しかし、電流制限スイッチアセンブリ３０は、主回路１４に過大電流が流れ始めるのに応答して、モータスタータが損傷を受ける前にモータスタータ２０を流れる過大電流を遮断することができる。
【００１３】
電動モータ１２の正常作動中、交流が電力線３４および３６からモータスタータ２０および主回路１４を通って電動モータ１２へ流れる。電力線３４および３６は、約２７７ボルトの電圧を有することができる交流電源に接続されている。もちろん、必要に応じて、他の交流電圧を、または直流電圧でも使用できる。電力線３４および３６は交流電源に接続されているが、説明を簡単にするため、電流が図１に矢印３８，４０および４２で示されている方向に流れるものと仮定する。
【００１４】
本発明の別の特徴によれば、モータ１２に過大電流が流れ始めた時に電流がモータスタータ２０を迂回して流れるようにするため、電流制限スイッチアセンブリ３０を通るバイパス回路４６が設けられている。過大電流がモータスタータ２０を迂回して流れるようにすることによって、バイパス回路４６は、モータ１２へ流れる過大電流による損傷からモータスタータ２０を保護する。
【００１５】
高レベルまたは低レベルのいずれかの過大電流が主回路１４を通ってモータ１２へ流れ始めた時、電流制限スイッチアセンブリ３０が迅速に作動する。電流制限スイッチアセンブリ３０が作動すると、主回路１４が直ちに開いて、モータスタータ２０を通る電流の流れを遮断する。また、電流制限スイッチアセンブリ３０が作動する結果、過大電流はモータスタータ２０を迂回してバイパス回路４６を流れる。
【００１６】
バイパス回路４６は、モータ回路保護器１８および作動中の電流制限スイッチアセンブリ３０を介してモータ１２を電力線（電源）３４に接続する。電流制限スイッチアセンブリ３０が作動した後、モータ回路保護器１８が作動して、電力線３４および３６間の電流の流れを遮断する。モータ回路保護器１８が開くと、バイパス回路４６を通る電流の流れが遮断される。その時、電流制限スイッチアセンブリ３０はそれの初期すなわち非作動状態に戻る。
【００１７】
電流制限スイッチアセンブリ
電流制限スイッチアセンブリ３０（図２）は、電気絶縁材からなるハウジング５０を含む。電流制限スイッチアセンブリ３０の１つの特殊な実施の形態では、ハウジング５０がガラス充填ポリエステル製であった。ハウジング５０は、図２に概略的に示されているだけであるが、堅固で剛直なブロック材であることを理解されたい。ハウジング５０は、電流制限スイッチアセンブリ３０のスイッチ接点および他の構成部材を封入している。
【００１８】
電流制限スイッチアセンブリ３０は、ハウジング５０に固定された複数の固定接点を含む。このため、電流制限スイッチアセンブリ３０は、一対の主回路側の第１固定接点５２，５４（図２）を含む。この第１固定接点５２，５４に加えて、電流制限スイッチアセンブリ３０は、バイパス回路側の第２固定接点５６を含む。第１固定接点５２，５４は主回路１４の一部を形成しているのに対して、第２固定接点５６はバイパス回路４６の一部を形成している。なお、第１固定接点５２を第１固定接点領域、第１固定接点５４を第２固定接点領域、第２固定接点５６を第３固定接点領域と云うこともできる。
【００１９】
固定導体６０，６２が、第１固定接点５２，５４を主回路リード線６４，６６に接続している。主回路リード線６４は、端子ラグ６８で固定導体６０に接続されている。主回路リード線６６は、端子ラグ７０に接続されている。
【００２０】
固定導体６２と第１固定接点５４は、らせんコイル７２を介して端子ラグ７０および主回路リード線６６に接続されている。コイル７２は、電気絶縁材製のボビン７４に巻装されている。コイル７２は、ハウジング５０に固着された金属フレーム７６によって包囲されている。
【００２１】
バイパス回路側の第２固定接点５６は、端子ラグ７８に接続されている。バイパス回路リード線８０が、端子ラグ７８に接続されている。
【００２２】
可動導体すなわち接点キャリヤ８２が、渦巻きコイルばね８４によって図２に示されている初期位置に向けて押し付けられている。渦巻きコイルばね８４は、図２に概略的に示されており、ハウジング５０の表面と可動導体８２の間に配置されている。
【００２３】
一対の主回路側の第１可動接点（第１可動接点領域）８８と第１可動接点（第２可動接点領域）９０が、可動導体すなわち接点キャリヤ８２上に配置されている。また、バイパス回路側の第２可動接点（第３可動接点領域）９２が、可動導体８２の、主回路側の第１可動接点８８，９０と反対側に配置されている。
【００２４】
電気的に絶縁されたスプリッタプレート１００が、ハウジング５０の電気絶縁材内に可動導体８２に隣接させて取り付けられている。スプリッタプレート１００は、電流制限スイッチアセンブリ３０の作動中の主回路側の第１固定接点５２，５４と主回路側の第１可動接点８８，９０の間のアークを最小限に抑える。スプリッタプレート１００は、主回路１４またはバイパス回路４６のいずれの構成部材にも電気的に接続されていない。
【００２５】
スプリッタプレート１００は、左側の第１平行スプリッタプレート列１０２と、右側の第２平行スプリッタプレート列１０４を含む。左側のスプリッタプレート列１０２は、可動導体８２の（図２において）左端部付近に配置されている。右側のスプリッタプレート列１０４は、可動導体８２の右端部付近に配置されている。
【００２６】
過大電流がモータ１２へ流れ始めた時、可動導体すなわち接点キャリヤ８２が図２の初期すなわち閉鎖位置から複数の作動位置の１つ（図５）へ迅速に移動する。可動導体８２が作動位置にある時、主回路側の第１可動接点８８，９０は、主回路側の第１固定接点５２，５４から離脱している。この時、可動バイパス９２はバイパス回路側の固定接点５６と係合している。
【００２７】
可動導体８２は、コイル７２と磁界間の反発の複合作用によって、複数の作動位置を通って図３の完全開放位置へ移動することができる。可動導体８２を図２に示されている初期位置から迅速に移動させ始めるため、コイル７２から発生した磁界の作用でプランジャ１１０が（図２において）上方へ移動する。プランジャ１１０は可動導体８２に力を加えて、可動導体の上方移動を開始させる。
【００２８】
プランジャ１１０は、磁化可能な金属（鋼）製の円筒形電機子１１２を含む。電機子１１２は、円筒形ロッド１１６によってプランジャ１１０のほぼ円筒形のヘッド端部１１４に接続されている。ヘッド端部１１４は、非磁性材料で、特にガラス充填ナイロンで形成されている。可動導体８２が図２に示されている閉鎖すなわち初期位置にある時、プランジャ１１０のヘッド端部１１４は、らせんコイルばね１２０によってハウジング５０に押しつけられている。
【００２９】
固定導体６０は、可動導体が図２に示されている初期位置にある時、可動導体８２に平行に延在する脚部１２６を有する。同様に、固定導体６２は、可動導体が図２の初期位置にある時、可動導体８２に平行に延在する脚部１２８を有する。第１固定接点５２および５４は、それぞれ固定導体の脚部１２６，１２８上に配置されている。固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８の端部は、スプリッタプレート１００の左右列１０２，１０４からわずかに離れた位置でそれらに近接配置されている。
【００３０】
電流制限スイッチアセンブリ３０は、図２の初期すなわち閉鎖位置と、図３の完全開放位置の間で作動可能である。電流制限スイッチアセンブリ３０が初期状態（図２）にある時、可動導体８２はモータ１２（図１）へ流れる電流が通る主回路１４の一部を形成している。この時、バイパス回路４６は開路状態にある。電流制限スイッチアセンブリ３０が図３の完全開放状態にある時、主回路１４が開路状態になって、モータスタータ２０を通ってモータ１２へ流れる電流が遮断される。
【００３１】
電流制限スイッチアセンブリ３０が初期状態（図２）にある時、可動導体８２上の主回路側の第１可動接点８８，９０は、主回路側の第１固定接点５２，５４と係合する位置にある。電流が図１に矢印３８，４０および４２で概略的に示されている方向に流れると仮定すると、電流は、主回路リード線６４から固定導体６０を通って固定接点５２へ流れる。この電流は、主回路側の可動接点８８から可動導体８２を通って主回路側の可動接点９０へ流れる。電流は、主回路側の可動接点９０から固定接点５４および固定導体６２を通ってコイル７２へ流れる。電流は、コイル７２からモータ１２（図１）に接続された主回路リード線６６へ流れる。
【００３２】
この時、モータ１２は正常作動電流を受け取っている。モータ１２の正常作動電流では、コイル７２（図２）から出る磁界が付勢ばね１２０の作用に打ち勝つことができる大きさの力で電機子１１２を引き寄せることができない。従って、プランジャ１１０は、図２に示されている後退すなわち初期位置にとどまっている。
【００３３】
電流制限スイッチアセンブリ３０が図２の閉鎖位置にある時、可動導体８２を通る電流の流れ方向は、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８を流れる電流の流れ方向の逆である。このため、電流が図１に矢印３８，４０および４２で示された方向に流れると仮定すると、可動導体８２における電流の流れ方向は（図２において）左から右、すなわち主回路側の可動接点８８から主回路側の可動接点９０へ向かう。しかし、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８における電流の流れ方向は、（図２において）右から左である。
【００３４】
固定導体６０の脚部１２６における電流は（図２において）左方へ流れる。このため、電流は固定導体６０の屈曲部分１３０から固定接点５２に向かって流れる。固定導体６２の脚部１２８における電流も（図２において）左方へ流れる。このため、電流は固定接点５４から固定導体６２の屈曲部分１３２に向かって流れる。
【００３５】
可動導体８２における電流の流れ方向が固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８における電流の流れ方向の逆であるため、可動導体８２を流れる電流から生じる磁界が、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８を流れる電流から生じる磁界の逆になる。可動導体８２と固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８における電流から生じる磁界が対向する向きであることによって、可動導体８２が固定導体６０，６２から離脱する方向へ押し付けられる。
【００３６】
しかし、正常電流がモータ１２へ流れている間、可動導体８２と固定導体６０，６２を流れる電流が逆向きであることから生じる磁界間の磁気反発力は、渦巻きコイルばね８４の付勢作用に打ち勝つには不十分である。従って、モータ１２の正常作動中、可動導体８２は図２に示されている閉鎖すなわち初期位置に保持される。
【００３７】
モータ１２の作動中に、モータ１２を短絡するような重大な故障がモータに生じる場合がある。その結果、過大な電流がモータに流れ始める。高レベルまたは低レベルのいずれかの過大電流がモータ１２に流れ始めた時、電流制限スイッチアセンブリ３０は、図２の初期状態から図３の完全開放位置に向けて迅速に作動して、モータスタータ２０を通る電流の流れを遮断する。これによって、モータスタータ２０の構成部材を過大電流の作用から保護することができる。
【００３８】
電流制限スイッチアセンブリ３０の開放状態への迅速な作動は、磁気反発力と、コイル７２およびプランジャ１１０間の相互作用によって促進される。電流制限スイッチアセンブリ３０に低レベルの過大電流、例えば２，０００アンペア以下の電流が流れ始めた時、コイル７２を流れる電流が増加して、プランジャ１１０によって導体８２を移動させて、バイパス回路４６を完成する。過大電流が低レベルである、例えば２，０００アンペア以下の時、電流の対向方向への流れによって生じる磁気反発力が導体８２を移動させることができる強さになる前に、これが生じる。
【００３９】
電流制限スイッチアセンブリ３０に高レベルの過大電流、例えば２，０００アンペア以上の電流が流れ始めた時、電流の流れによって、導体８２を移動させてバイパス回路４６を完成する磁気反発力が発生する。過大電流が高レベルである、例えば２，０００アンペア以上の時、コイル７２を流れる電流がプランジャ１１０によって導体８２を移動させる前に、これが生じる。過大電流が高レベルである時、プランジャ１１０の移動は、磁気反発力が導体８２を完全開放位置へ移動させて、固定導体６０を流れる電流が減少した後に、導体８２が主回路側の第１固定接点５２，５４の方へ戻る移動を阻止することができるであろう。
【００４０】
電流制限スイッチアセンブリ３０が図３の完全開放状態にある時、可動導体８２上の主回路側の第１可動接点８８，９０は、固定接点５２，５４から離脱している。このため、主回路１４が開いて、モータスタータ２０を通る電流の流れが遮断される。この時、バイパス回路側の可動接点９２は、バイパス回路側の固定接点５６と係合状態にある。可動導体８２の、可動接点９２と反対の端部が、ハウジング５０の一部を形成しているストッパ１４０に当接係合した状態にある。
【００４１】
プランジャ１１０から可動導体８２に伝達される力、または可動導体８２と固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８内を対向する向きに流れる電流から生じる磁界の反発力の作用、またはそれらの作用の両方によって、可動導体８２は図２の初期状態から図３の完全開放状態へ移動する。過大電流が主回路１４を通ってモータ１２へ流れ始めた時、コイル７２を流れる電流が増加する。
【００４２】
コイル７２へ流れる電流が増加することによって、コイルから発生する磁界が強くなる。その結果、電機子１１２が付勢ばね１２０の作用に逆らってコイル７２内へ引き込まれる。電機子１１２は、図２に示されている位置から図３に示されている位置に向かって移動する。これによって、プランジャ１１０のヘッド端部１１４が可動導体８２に力を加えて、主回路側の第１可動接点８８，９０を固定接点５２，５４から初期的に離脱させる。
【００４３】
過大電流がモータ１２へ流れ始めた時に発生する増加電流によって、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８内を流れる電流および可動導体８２内を流れる電流から生じる磁界が強くなる。可動導体８２内を流れる電流の方向は、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８内を流れる電流の方向の逆であるため、可動導体８２と固定導体６０および６２の間の磁気反発力が、可動導体８２を図２の初期すなわち閉鎖状態から図３の完全開放状態に向けて移動させる際にプランジャ１１０を補助する。その結果、電流制限スイッチアセンブリ３０を迅速に作動させて、主回路１４を直ちに開くことができる。このため、過大電流はモータスタータ２０を迂回してバイパス回路４６を流れる。
【００４４】
電流制限スイッチアセンブリ３０は、コイル７２およびプランジャ１１０間の相互作用と対向方向に流れる電流間の磁気反発力の複合作用によって作動する。しかし、低レベルの過大電流の場合、導体８２を移動させることができる十分な強さの磁気反発力が得られる前に、コイル７２およびプランジャ１１０間の相互作用が導体８２を移動させるであろう。従って、低レベルの過大電流の場合、電流制限スイッチアセンブリ３０は、磁気反発力だけによって電流制限スイッチアセンブリを作動させる場合よりも速く作動する。高レベルの過大電流の場合、コイル７２およびプランジャ１１０間の相互作用が導体を移動させる前に、磁気反発力が導体８２を移動させるであろう。従って、高レベルの過大電流の場合、電流制限スイッチアセンブリ３０は、コイル７２およびプランジャ１１０間の相互作用だけによって電流制限スイッチアセンブリを作動させる場合よりも速く作動する。
【００４５】
必要に応じて、電流制限スイッチアセンブリ３０を図示の構造とは異なった構造にすることができる。例えば、可動導体８２の（図２において）右端部を固定導体６２に回動可能に接続することができる。あるいは、可動導体８２を初期状態と完全開放位置の間を直線路に沿って移動させることもできる。
【００４６】
作動
電流制限スイッチアセンブリ３０が図２の初期すなわち閉鎖状態から複数の作動状態の１つを通って図３の完全開放状態へ作動する様子が、図４，図５および図６に示されている。交流が電力線３４，３６から電流制限スイッチアセンブリ３０を流れるが、図４ないし図６では、電流の流れ方向が図１の矢印３８，４０および４２に従うものとする。もちろん、いずれの瞬間でも、電流の流れ方向は、図１の矢印３８，４０および４２で示された方向の逆になるであろう。
【００４７】
モータ１２の正常作動中、電流制限スイッチアセンブリ３０は、図４に概略的に示されている初期状態にある。この時、主回路１４内の電流は、固定導体６０を通って可動導体８２へ流れる。次に、電流は可動導体８２から固定導体６２を通ってコイル７２へ流れる。
【００４８】
固定導体６０の脚部１２６および固定導体６２の脚部１２８における電流の流れ方向は、（図４において）左向きである。固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８において仮定した電流の流れ方向は、図４に矢印１４４および１４６で示されている。可動導体８２における電流の流れ方向は、図４に矢印１４８および１５０で概略的に示されているように、右向きである。前述したように、モータ１２の正常作動中の主回路１４を流れる電流の流量は、電流制限スイッチアセンブリ３０を図４に示されている初期状態から作動させるには不十分である。
【００４９】
モータ１２が故障して、過大電流が主回路１４に流れ始めた時、コイル７２を流れる電流が増加する。コイル７２を流れる電流が増加すると直ちに、電機子１１２が図２に示されている位置から内方へ図３に示されている位置に向けて迅速に移動する。このため、可動導体８２が、図４に示されている初期状態から図５に示されている作動状態に向けて移動する。
【００５０】
モータ１２へ過大電流が流れ始めた時に生じる電流の増加によって、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８および可動導体８２から発生する磁界が強くなる。固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８から発生する磁界は、可動導体８２から発生する磁界と逆向きである。固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８から発生する磁界と可動導体８２から発生する磁界が対向する向きであるため、可動導体が図４の閉鎖すなわち初期状態から図５の作動状態に向けて離脱する方向へ押し付けられる。
【００５１】
以上の説明から、コイル７２によるプランジャ１１０の移動と可動導体における電流から発生する磁界および固定導体６０，６２から発生する磁界間の反発力の複合作用によって、可動導体８２が初期状態（図４）から作動状態（図５）へ移動することは明らかである。低レベルの過大電流では、プランジャ１１０およびコイル７２が最初に作動して可動導体を移動させ、高レベルの過大電流では、可動および固定導体における電流から発生する磁界間の反発力が作用して可動導体を移動させる。
【００５２】
可動導体８２が、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８から離脱し始める時、アークが発生する。直接的に主回路側の第１固定接点５２，５４と第１可動接点８８，９０の間を飛ぶアークが最初からある程度は存在するであろうが、アークの大部分はスプリッタプレート１００を通るであろう。このため、可動導体８２が固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８から離脱するように移動する時、電気アークが固定導体６０の脚部からスプリッタプレート１００の左列１０２を通って可動導体８２の（図５において）左端部へ流れる。同時に、可動導体８２の（図５において）右端部とスプリッタプレートの右列１０４の間にアークが生じる。
【００５３】
プランジャ１１０に対するコイル７２の作用と、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８の磁界と可動導体８２の磁界の対向作用の複合的影響の結果、バイパス回路側の可動接点９２が対応する固定接点５６と係合する（図５）。これによって、図１および図５に矢印１５６で概略的に示されているようにして、電流がバイパス回路４６を流れる。
【００５４】
バイパス回路側の第２可動接点９２が、対応するバイパス回路の第２固定接点５６と係合した時、固定導体６０の脚部１２６と可動導体８２の間に大きい電位差が存在しなくなる。その結果、スプリッタプレートの左列１０２を流れるアークが迅速に消滅して、主回路１４およびモータスタータ２０を流れる電流が素早く遮断される。これによって、電流がモータスタータ２０を迂回してバイパス回路４６を流れる。
【００５５】
バイパス回路４６における電流は、バイパス回路リード線８０（図２および図３）から第２固定接点５６を通って第２可動接点９２へ流れる（図５）。バイパス電流は、次に、可動導体８２から可動導体およびスプリッタプレートの右列１０４間のアークを通って流れる。バイパス電流は、スプリッタプレートの右列１０４のスプリッタプレート間のアークを通って固定導体６２の脚部１２８へ流れる。このバイパス電流は、コイル７２およびモータ１２を流れる。
【００５６】
スプリッタプレートの左列１０２のアークはすぐに消滅するので、主回路１４の電流の流れはすぐに遮断される。従って、モータスタータ２０がモータ１２へ流れる過大電流を受け取るのは一瞬にすぎない。右列スプリッタプレート１０４に発生する長期的なアークは、モータスタータ２０を迂回するバイパス回路電流の一部である。
【００５７】
可動導体８２は、プランジャ１１０を介して伝達される力と、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８から発生する磁界と可動導体８２から発生する磁界の対向作用の影響を受けて移動し続けるので、可動導体は、図６に示されている完全開放状態に向けて移動する。これによって、可動導体８２は、第２可動接点９２が第２固定接点５６と係合する位置を中心にして回動する。その結果、可動導体８２が（図５および図６において）反時計回り方向に回動移動する。
【００５８】
可動導体が回動すると、可動導体８２の右端部がスプリッタプレート１００の右列１０４から離脱するように移動する。その結果、可動導体８２の右端部とスプリッタプレート１００の右列１０４の間のアークが、図６に概略的に示されているように、消滅する。図３および図６の完全開放状態における可動導体の回動移動は、可動導体がストッパ１４０（図２および図３）と係合することによって中断される。
【００５９】
可動導体８２が図６に示されている完全開放状態へ移動するまで、バイパス回路４６を流れる過大電流がモータ回路保護器１８を開いているであろう。モータ回路保護器１８が開くと、バイパス回路４６が開く。モータ開路保護器１８は磁気的に作動して、開放位置に保持される。その結果、主回路１４およびバイパス回路４６の両方が開路状態になる。
【００６０】
電流制限スイッチアセンブリ３０が図６の完全開放状態へ作動し、モータ回路保護器１８が開いた時、コイル７２および可動導体８２を流れる電流が遮断される。この時、付勢ばね１２０（図２および図３）がプランジャ１１０を図２の初期位置の方へ戻す。同時に、渦巻きばね８４が可動導体８２を図２の初期状態に向けて戻す。
【００６１】
モータ回路保護器１８が開く前に、可動導体８２が図６に示されている完全開放状態に達していなくてもよいことを理解されたい。このため、モータ回路保護器１８が開いた時、可動導体８２は、図５に示されている作動状態から図６の完全開放状態に向かって部分的に回動しているだけでもよい。
【００６２】
可動導体８２が図２に示されている初期状態に戻ると、電流制限スイッチアセンブリ３０が再び閉じて、電流制限スイッチアセンブリを通る主回路電流路を形成する。しかし、これが発生するまで、モータ回路保護器１８は開放位置に保持されているので、主回路１４は遮断されている。従って、過大電流が電動モータ１２に再度流れることはできない。電動モータ１２は、モータを流れる過大電流によって修理不能の損傷を受けた場合でも、電流制限スイッチアセンブリ３０によって主回路１４が迅速に遮断されるため、モータスタータ２０は無傷状態のままであろう。
【００６３】
結論
上記説明において、本発明が、電動モータ１２の制御に使用される新しい改良形の装置１０および方法を提供していることは明らかである。装置１０は、電動モータ１２の正常作動時に電動モータ１２へ電流を送る主回路１４を含む。主回路１４は、モータスタータ２０および電流制限スイッチアセンブリ３０を含む。過大電流が電動モータ１２へ流れ始めた時にモータスタータ２０を迂回して電流を流すために、バイパス回路４６が設けられている。
【００６４】
電流制限スイッチアセンブリが初期状態にある時、バイパス回路４６は開路状態にあって、電流はモータスタータおよび電流制限スイッチアセンブリ３０を通って電動モータ１２へ流れる。この電流制限スイッチアセンブリ３０が作動状態にある時、電流制限スイッチアセンブリ３０は、主回路１４を開いてモータスタータ２０を通る電流の流れを遮断することができる。この時、電流制限スイッチアセンブリ３０は、バイパス回路４６を閉じて、過大電流がモータスタータ２０を迂回して流れるようにする。
【００６５】
電流制限スイッチアセンブリ３０は、接点８８，９０および９２を配置した可動導体８２を含むことができる。可動導体８２は、磁界の反発作用またはコイル７２による電機子１１２の移動によるか、これらの作用の両方によって固定接点５２，５４および５６に対して移動する。これは、過大電流がモータ１２へ流れ始めた場合に、モータスタータ２０を保護するために電流制限スイッチアセンブリ３０が初期状態から作動状態へ作動するために必要な応答時間を最短にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成されて、電動モータの制御に使用される装置の簡単な概略図である。
【図２】電流制限スイッチアセンブリが初期すなわち非作動状態にあるときの、図１の装置に使用される電流制限スイッチアセンブリの単純化した拡大概略図である。
【図３】図２とほぼ同様であるが、完全開放状態にある電流制限スイッチアセンブリの簡単な概略図である。
【図４】電流制限スイッチアセンブリが非作動状態にある時の、図２の電流制限スイッチアセンブリ内の接点を説明する非常に概略的な図である。
【図５】電流制限スイッチアセンブリが作動状態にある時の電流制限スイッチアセンブリ内の接点を示す、図４とほぼ同様な概略図である。
【図６】電流制限スイッチアセンブリが完全開放状態にある時の電流制限スイッチアセンブリ内の接点を示す、図４および図５とほぼ同様な概略図である。
【符号の説明】
１２ 電動モータ
１４ 主回路
２０ モータスタータ
３０ 電流制限スイッチアセンブリ
４６ バイパス回路
５２ 第１固定接点（第１固定接点領域）
５４ 第１固定接点（第２固定接点領域）
５６ 第２固定接点（第３固定接点領域）
８２ 可動導体
８８ 第１可動接点（第１可動接点領域）
９０ 第１可動接点（第２可動接点領域）
９２ 第２可動接点（第３可動接点領域）
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータの故障時にモータスタータを過大電流の影響から保護するための新しい改良形の装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータの制御に使用される既知の装置は、モータスタータを含んでいる。モータスタータは、接触器と過負荷継電器を含むことができる。過負荷継電器は、モータの熱保護を行う。モータスタータは高価である。電動モータの故障の発生時にモータスタータに過大電流が流れることによって、接触器の接点の溶接や、熱に敏感な素子の溶融または熱ゆがみが発生するであろう。電動モータの制御に使用される既知の装置が、米国特許第３，９５９，７５３号および第４，９９１，０５０号に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情から、本発明は、電動モータの故障時にモータスタータを過大電流の影響から保護するための新しい改良形の装置および方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、各請求項に記載の構成を有している。具体的には、請求項１に記載の装置では、電動モータの正常作動時に電動モータへ電流を送る主回路を含む。主回路は、モータスタータと電流制限スイッチアセンブリを含む。過大電流が電動モータへ流れ始めた時にモータスタータを迂回して電流を流すために、バイパス回路が設けられている。
【０００５】
電流制限スイッチアセンブリが初期状態にある時、バイパス回路は開路状態にあって、電流はモータスタータおよび電流制限スイッチアセンブリを通って電動モータへ流れる。電流制限スイッチアセンブリが作動状態にある時、電流制限スイッチアセンブリは主回路を開いて、モータスタータを通る電流の流れを遮断することができる。この時、電流制限スイッチアセンブリはバイパス回路を閉じて、過大電流がモータスタータを迂回して流れるようにする。
【０００６】
電流制限スイッチアセンブリは、接点を配置した可動導体を含むことができる。可動導体は、磁界の反発作用またはコイルによる電機子の移動によるか、これらの作用の両方によって固定接点に対して移動する。これは、過大電流がモータへ流れ始めた場合に、モータスタータを保護するために電流制限スイッチアセンブリが初期状態から作動状態へ作動するために必要な応答時間を最短にする。
【０００７】
本発明の上記および他の特徴は、添付の請求項を参照しながら以下の説明を読めば、明らかになるであろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、電動モータ１２の制御に使用するための装置１０を概略的に示す。装置１０は、モータの正常作動中にモータ１２へ電流を送る主回路１４を含む。主回路１４は、既知のモータ回路保護器すなわち回路ブレーカ１８を含む。モータ回路保護器１８は、主回路１４に流れる過大な故障電流によって磁気的に作動する。モータ回路保護器１８は、作動時に開放状態に保持されて、主回路１４を遮断する。
【０００９】
主回路１４はまた、既知のモータスタータ２０を含む。モータスタータ２０は、モータ１２の作動を開始するために開状態から閉状態へ作動する接触器２２を含む。また、モータスタータ２０は、熱素子を有する過負荷継電器２４を含む。過負荷継電器２４の熱素子は、継電器を流れる電流の関数として加熱されて、異常電流が流れた場合に継電器を開いて、主回路１４を通ってモータ１２へ流れる電流を遮断する。１つの特定の既知構造を有するモータスタータ２０が図１に示されているが、モータスタータ２０は、図示の構造とは異なった構造にすることもできることを理解されたい。
【００１０】
本発明の特徴によれば、電流制限スイッチアセンブリ３０が、主回路１４内に配置されている。電流制限スイッチアセンブリ３０は、モータ１２への過大な電流の流れに迅速に応答してモータスタータ２０を保護する。電流制限スイッチアセンブリ３０は、モータ回路保護器１８がモータスタータを流れる電流を遮断するための時間が経過してしまう前に、モータスタータを流れる電流を遮断することによって、モータスタータ２０を保護する。
【００１１】
電動モータ１２に重大な故障が生じた時、モータの部品の短絡によって過大電流が流れるであろう。その過大電流のごく小さい最初の部分だけが、モータスタータ２０に流れる。これは、電流制限スイッチアセンブリ３０が主回路１４を直ちに開いて、モータスタータ２０を流れる電流を遮断するからである。
【００１２】
電流制限スイッチアセンブリ３０は、過大電流の開始に対してモータ回路保護器１８よりも相当に速く応答する。モータ回路保護器１８が過大電流に応答するのに必要な時間が経過する間に、その過大電流がモータスタータ２０に重大な損傷を与えてしまう時間長さにわたってモータスタータ２０を流れるであろう。しかし、電流制限スイッチアセンブリ３０は、主回路１４に過大電流が流れ始めるのに応答して、モータスタータが損傷を受ける前にモータスタータ２０を流れる過大電流を遮断することができる。
【００１３】
電動モータ１２の正常作動中、交流が電力線３４および３６からモータスタータ２０および主回路１４を通って電動モータ１２へ流れる。電力線３４および３６は、約２７７ボルトの電圧を有することができる交流電源に接続されている。もちろん、必要に応じて、他の交流電圧を、または直流電圧でも使用できる。電力線３４および３６は交流電源に接続されているが、説明を簡単にするため、電流が図１に矢印３８，４０および４２で示されている方向に流れるものと仮定する。
【００１４】
本発明の別の特徴によれば、モータ１２に過大電流が流れ始めた時に電流がモータスタータ２０を迂回して流れるようにするため、電流制限スイッチアセンブリ３０を通るバイパス回路４６が設けられている。過大電流がモータスタータ２０を迂回して流れるようにすることによって、バイパス回路４６は、モータ１２へ流れる過大電流による損傷からモータスタータ２０を保護する。
【００１５】
高レベルまたは低レベルのいずれかの過大電流が主回路１４を通ってモータ１２へ流れ始めた時、電流制限スイッチアセンブリ３０が迅速に作動する。電流制限スイッチアセンブリ３０が作動すると、主回路１４が直ちに開いて、モータスタータ２０を通る電流の流れを遮断する。また、電流制限スイッチアセンブリ３０が作動する結果、過大電流はモータスタータ２０を迂回してバイパス回路４６を流れる。
【００１６】
バイパス回路４６は、モータ回路保護器１８および作動中の電流制限スイッチアセンブリ３０を介してモータ１２を電力線（電源）３４に接続する。電流制限スイッチアセンブリ３０が作動した後、モータ回路保護器１８が作動して、電力線３４および３６間の電流の流れを遮断する。モータ回路保護器１８が開くと、バイパス回路４６を通る電流の流れが遮断される。その時、電流制限スイッチアセンブリ３０はそれの初期すなわち非作動状態に戻る。
【００１７】
電流制限スイッチアセンブリ
電流制限スイッチアセンブリ３０（図２）は、電気絶縁材からなるハウジング５０を含む。電流制限スイッチアセンブリ３０の１つの特殊な実施の形態では、ハウジング５０がガラス充填ポリエステル製であった。ハウジング５０は、図２に概略的に示されているだけであるが、堅固で剛直なブロック材であることを理解されたい。ハウジング５０は、電流制限スイッチアセンブリ３０のスイッチ接点および他の構成部材を封入している。
【００１８】
電流制限スイッチアセンブリ３０は、ハウジング５０に固定された複数の固定接点を含む。このため、電流制限スイッチアセンブリ３０は、一対の主回路側の第１固定接点５２，５４（図２）を含む。この第１固定接点５２，５４に加えて、電流制限スイッチアセンブリ３０は、バイパス回路側の第２固定接点５６を含む。第１固定接点５２，５４は主回路１４の一部を形成しているのに対して、第２固定接点５６はバイパス回路４６の一部を形成している。なお、第１固定接点５２を第１固定接点領域、第１固定接点５４を第２固定接点領域、第２固定接点５６を第３固定接点領域と云うこともできる。
【００１９】
固定導体６０，６２が、第１固定接点５２，５４を主回路リード線６４，６６に接続している。主回路リード線６４は、端子ラグ６８で固定導体６０に接続されている。主回路リード線６６は、端子ラグ７０に接続されている。
【００２０】
固定導体６２と第１固定接点５４は、らせんコイル７２を介して端子ラグ７０および主回路リード線６６に接続されている。コイル７２は、電気絶縁材製のボビン７４に巻装されている。コイル７２は、ハウジング５０に固着された金属フレーム７６によって包囲されている。
【００２１】
バイパス回路側の第２固定接点５６は、端子ラグ７８に接続されている。バイパス回路リード線８０が、端子ラグ７８に接続されている。
【００２２】
可動導体すなわち接点キャリヤ８２が、渦巻きコイルばね８４によって図２に示されている初期位置に向けて押し付けられている。渦巻きコイルばね８４は、図２に概略的に示されており、ハウジング５０の表面と可動導体８２の間に配置されている。
【００２３】
一対の主回路側の第１可動接点（第１可動接点領域）８８と第１可動接点（第２可動接点領域）９０が、可動導体すなわち接点キャリヤ８２上に配置されている。また、バイパス回路側の第２可動接点（第３可動接点領域）９２が、可動導体８２の、主回路側の第１可動接点８８，９０と反対側に配置されている。
【００２４】
電気的に絶縁されたスプリッタプレート１００が、ハウジング５０の電気絶縁材内に可動導体８２に隣接させて取り付けられている。スプリッタプレート１００は、電流制限スイッチアセンブリ３０の作動中の主回路側の第１固定接点５２，５４と主回路側の第１可動接点８８，９０の間のアークを最小限に抑える。スプリッタプレート１００は、主回路１４またはバイパス回路４６のいずれの構成部材にも電気的に接続されていない。
【００２５】
スプリッタプレート１００は、左側の第１平行スプリッタプレート列１０２と、右側の第２平行スプリッタプレート列１０４を含む。左側のスプリッタプレート列１０２は、可動導体８２の（図２において）左端部付近に配置されている。右側のスプリッタプレート列１０４は、可動導体８２の右端部付近に配置されている。
【００２６】
過大電流がモータ１２へ流れ始めた時、可動導体すなわち接点キャリヤ８２が図２の初期すなわち閉鎖位置から複数の作動位置の１つ（図５）へ迅速に移動する。可動導体８２が作動位置にある時、主回路側の第１可動接点８８，９０は、主回路側の第１固定接点５２，５４から離脱している。この時、可動バイパス９２はバイパス回路側の固定接点５６と係合している。
【００２７】
可動導体８２は、コイル７２と磁界間の反発の複合作用によって、複数の作動位置を通って図３の完全開放位置へ移動することができる。可動導体８２を図２に示されている初期位置から迅速に移動させ始めるため、コイル７２から発生した磁界の作用でプランジャ１１０が（図２において）上方へ移動する。プランジャ１１０は可動導体８２に力を加えて、可動導体の上方移動を開始させる。
【００２８】
プランジャ１１０は、磁化可能な金属（鋼）製の円筒形電機子１１２を含む。電機子１１２は、円筒形ロッド１１６によってプランジャ１１０のほぼ円筒形のヘッド端部１１４に接続されている。ヘッド端部１１４は、非磁性材料で、特にガラス充填ナイロンで形成されている。可動導体８２が図２に示されている閉鎖すなわち初期位置にある時、プランジャ１１０のヘッド端部１１４は、らせんコイルばね１２０によってハウジング５０に押しつけられている。
【００２９】
固定導体６０は、可動導体が図２に示されている初期位置にある時、可動導体８２に平行に延在する脚部１２６を有する。同様に、固定導体６２は、可動導体が図２の初期位置にある時、可動導体８２に平行に延在する脚部１２８を有する。第１固定接点５２および５４は、それぞれ固定導体の脚部１２６，１２８上に配置されている。固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８の端部は、スプリッタプレート１００の左右列１０２，１０４からわずかに離れた位置でそれらに近接配置されている。
【００３０】
電流制限スイッチアセンブリ３０は、図２の初期すなわち閉鎖位置と、図３の完全開放位置の間で作動可能である。電流制限スイッチアセンブリ３０が初期状態（図２）にある時、可動導体８２はモータ１２（図１）へ流れる電流が通る主回路１４の一部を形成している。この時、バイパス回路４６は開路状態にある。電流制限スイッチアセンブリ３０が図３の完全開放状態にある時、主回路１４が開路状態になって、モータスタータ２０を通ってモータ１２へ流れる電流が遮断される。
【００３１】
電流制限スイッチアセンブリ３０が初期状態（図２）にある時、可動導体８２上の主回路側の第１可動接点８８，９０は、主回路側の第１固定接点５２，５４と係合する位置にある。電流が図１に矢印３８，４０および４２で概略的に示されている方向に流れると仮定すると、電流は、主回路リード線６４から固定導体６０を通って固定接点５２へ流れる。この電流は、主回路側の可動接点８８から可動導体８２を通って主回路側の可動接点９０へ流れる。電流は、主回路側の可動接点９０から固定接点５４および固定導体６２を通ってコイル７２へ流れる。電流は、コイル７２からモータ１２（図１）に接続された主回路リード線６６へ流れる。
【００３２】
この時、モータ１２は正常作動電流を受け取っている。モータ１２の正常作動電流では、コイル７２（図２）から出る磁界が付勢ばね１２０の作用に打ち勝つことができる大きさの力で電機子１１２を引き寄せることができない。従って、プランジャ１１０は、図２に示されている後退すなわち初期位置にとどまっている。
【００３３】
電流制限スイッチアセンブリ３０が図２の閉鎖位置にある時、可動導体８２を通る電流の流れ方向は、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８を流れる電流の流れ方向の逆である。このため、電流が図１に矢印３８，４０および４２で示された方向に流れると仮定すると、可動導体８２における電流の流れ方向は（図２において）左から右、すなわち主回路側の可動接点８８から主回路側の可動接点９０へ向かう。しかし、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８における電流の流れ方向は、（図２において）右から左である。
【００３４】
固定導体６０の脚部１２６における電流は（図２において）左方へ流れる。このため、電流は固定導体６０の屈曲部分１３０から固定接点５２に向かって流れる。固定導体６２の脚部１２８における電流も（図２において）左方へ流れる。このため、電流は固定接点５４から固定導体６２の屈曲部分１３２に向かって流れる。
【００３５】
可動導体８２における電流の流れ方向が固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８における電流の流れ方向の逆であるため、可動導体８２を流れる電流から生じる磁界が、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８を流れる電流から生じる磁界の逆になる。可動導体８２と固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８における電流から生じる磁界が対向する向きであることによって、可動導体８２が固定導体６０，６２から離脱する方向へ押し付けられる。
【００３６】
しかし、正常電流がモータ１２へ流れている間、可動導体８２と固定導体６０，６２を流れる電流が逆向きであることから生じる磁界間の磁気反発力は、渦巻きコイルばね８４の付勢作用に打ち勝つには不十分である。従って、モータ１２の正常作動中、可動導体８２は図２に示されている閉鎖すなわち初期位置に保持される。
【００３７】
モータ１２の作動中に、モータ１２を短絡するような重大な故障がモータに生じる場合がある。その結果、過大な電流がモータに流れ始める。高レベルまたは低レベルのいずれかの過大電流がモータ１２に流れ始めた時、電流制限スイッチアセンブリ３０は、図２の初期状態から図３の完全開放位置に向けて迅速に作動して、モータスタータ２０を通る電流の流れを遮断する。これによって、モータスタータ２０の構成部材を過大電流の作用から保護することができる。
【００３８】
電流制限スイッチアセンブリ３０の開放状態への迅速な作動は、磁気反発力と、コイル７２およびプランジャ１１０間の相互作用によって促進される。電流制限スイッチアセンブリ３０に低レベルの過大電流、例えば２，０００アンペア以下の電流が流れ始めた時、コイル７２を流れる電流が増加して、プランジャ１１０によって導体８２を移動させて、バイパス回路４６を完成する。過大電流が低レベルである、例えば２，０００アンペア以下の時、電流の対向方向への流れによって生じる磁気反発力が導体８２を移動させることができる強さになる前に、これが生じる。
【００３９】
電流制限スイッチアセンブリ３０に高レベルの過大電流、例えば２，０００アンペア以上の電流が流れ始めた時、電流の流れによって、導体８２を移動させてバイパス回路４６を完成する磁気反発力が発生する。過大電流が高レベルである、例えば２，０００アンペア以上の時、コイル７２を流れる電流がプランジャ１１０によって導体８２を移動させる前に、これが生じる。過大電流が高レベルである時、プランジャ１１０の移動は、磁気反発力が導体８２を完全開放位置へ移動させて、固定導体６０を流れる電流が減少した後に、導体８２が主回路側の第１固定接点５２，５４の方へ戻る移動を阻止することができるであろう。
【００４０】
電流制限スイッチアセンブリ３０が図３の完全開放状態にある時、可動導体８２上の主回路側の第１可動接点８８，９０は、固定接点５２，５４から離脱している。このため、主回路１４が開いて、モータスタータ２０を通る電流の流れが遮断される。この時、バイパス回路側の可動接点９２は、バイパス回路側の固定接点５６と係合状態にある。可動導体８２の、可動接点９２と反対の端部が、ハウジング５０の一部を形成しているストッパ１４０に当接係合した状態にある。
【００４１】
プランジャ１１０から可動導体８２に伝達される力、または可動導体８２と固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８内を対向する向きに流れる電流から生じる磁界の反発力の作用、またはそれらの作用の両方によって、可動導体８２は図２の初期状態から図３の完全開放状態へ移動する。過大電流が主回路１４を通ってモータ１２へ流れ始めた時、コイル７２を流れる電流が増加する。
【００４２】
コイル７２へ流れる電流が増加することによって、コイルから発生する磁界が強くなる。その結果、電機子１１２が付勢ばね１２０の作用に逆らってコイル７２内へ引き込まれる。電機子１１２は、図２に示されている位置から図３に示されている位置に向かって移動する。これによって、プランジャ１１０のヘッド端部１１４が可動導体８２に力を加えて、主回路側の第１可動接点８８，９０を固定接点５２，５４から初期的に離脱させる。
【００４３】
過大電流がモータ１２へ流れ始めた時に発生する増加電流によって、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８内を流れる電流および可動導体８２内を流れる電流から生じる磁界が強くなる。可動導体８２内を流れる電流の方向は、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８内を流れる電流の方向の逆であるため、可動導体８２と固定導体６０および６２の間の磁気反発力が、可動導体８２を図２の初期すなわち閉鎖状態から図３の完全開放状態に向けて移動させる際にプランジャ１１０を補助する。その結果、電流制限スイッチアセンブリ３０を迅速に作動させて、主回路１４を直ちに開くことができる。このため、過大電流はモータスタータ２０を迂回してバイパス回路４６を流れる。
【００４４】
電流制限スイッチアセンブリ３０は、コイル７２およびプランジャ１１０間の相互作用と対向方向に流れる電流間の磁気反発力の複合作用によって作動する。しかし、低レベルの過大電流の場合、導体８２を移動させることができる十分な強さの磁気反発力が得られる前に、コイル７２およびプランジャ１１０間の相互作用が導体８２を移動させるであろう。従って、低レベルの過大電流の場合、電流制限スイッチアセンブリ３０は、磁気反発力だけによって電流制限スイッチアセンブリを作動させる場合よりも速く作動する。高レベルの過大電流の場合、コイル７２およびプランジャ１１０間の相互作用が導体を移動させる前に、磁気反発力が導体８２を移動させるであろう。従って、高レベルの過大電流の場合、電流制限スイッチアセンブリ３０は、コイル７２およびプランジャ１１０間の相互作用だけによって電流制限スイッチアセンブリを作動させる場合よりも速く作動する。
【００４５】
必要に応じて、電流制限スイッチアセンブリ３０を図示の構造とは異なった構造にすることができる。例えば、可動導体８２の（図２において）右端部を固定導体６２に回動可能に接続することができる。あるいは、可動導体８２を初期状態と完全開放位置の間を直線路に沿って移動させることもできる。
【００４６】
作動
電流制限スイッチアセンブリ３０が図２の初期すなわち閉鎖状態から複数の作動状態の１つを通って図３の完全開放状態へ作動する様子が、図４，図５および図６に示されている。交流が電力線３４，３６から電流制限スイッチアセンブリ３０を流れるが、図４ないし図６では、電流の流れ方向が図１の矢印３８，４０および４２に従うものとする。もちろん、いずれの瞬間でも、電流の流れ方向は、図１の矢印３８，４０および４２で示された方向の逆になるであろう。
【００４７】
モータ１２の正常作動中、電流制限スイッチアセンブリ３０は、図４に概略的に示されている初期状態にある。この時、主回路１４内の電流は、固定導体６０を通って可動導体８２へ流れる。次に、電流は可動導体８２から固定導体６２を通ってコイル７２へ流れる。
【００４８】
固定導体６０の脚部１２６および固定導体６２の脚部１２８における電流の流れ方向は、（図４において）左向きである。固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８において仮定した電流の流れ方向は、図４に矢印１４４および１４６で示されている。可動導体８２における電流の流れ方向は、図４に矢印１４８および１５０で概略的に示されているように、右向きである。前述したように、モータ１２の正常作動中の主回路１４を流れる電流の流量は、電流制限スイッチアセンブリ３０を図４に示されている初期状態から作動させるには不十分である。
【００４９】
モータ１２が故障して、過大電流が主回路１４に流れ始めた時、コイル７２を流れる電流が増加する。コイル７２を流れる電流が増加すると直ちに、電機子１１２が図２に示されている位置から内方へ図３に示されている位置に向けて迅速に移動する。このため、可動導体８２が、図４に示されている初期状態から図５に示されている作動状態に向けて移動する。
【００５０】
モータ１２へ過大電流が流れ始めた時に生じる電流の増加によって、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８および可動導体８２から発生する磁界が強くなる。固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８から発生する磁界は、可動導体８２から発生する磁界と逆向きである。固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８から発生する磁界と可動導体８２から発生する磁界が対向する向きであるため、可動導体が図４の閉鎖すなわち初期状態から図５の作動状態に向けて離脱する方向へ押し付けられる。
【００５１】
以上の説明から、コイル７２によるプランジャ１１０の移動と可動導体における電流から発生する磁界および固定導体６０，６２から発生する磁界間の反発力の複合作用によって、可動導体８２が初期状態（図４）から作動状態（図５）へ移動することは明らかである。低レベルの過大電流では、プランジャ１１０およびコイル７２が最初に作動して可動導体を移動させ、高レベルの過大電流では、可動および固定導体における電流から発生する磁界間の反発力が作用して可動導体を移動させる。
【００５２】
可動導体８２が、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８から離脱し始める時、アークが発生する。直接的に主回路側の第１固定接点５２，５４と第１可動接点８８，９０の間を飛ぶアークが最初からある程度は存在するであろうが、アークの大部分はスプリッタプレート１００を通るであろう。このため、可動導体８２が固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８から離脱するように移動する時、電気アークが固定導体６０の脚部からスプリッタプレート１００の左列１０２を通って可動導体８２の（図５において）左端部へ流れる。同時に、可動導体８２の（図５において）右端部とスプリッタプレートの右列１０４の間にアークが生じる。
【００５３】
プランジャ１１０に対するコイル７２の作用と、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８の磁界と可動導体８２の磁界の対向作用の複合的影響の結果、バイパス回路側の可動接点９２が対応する固定接点５６と係合する（図５）。これによって、図１および図５に矢印１５６で概略的に示されているようにして、電流がバイパス回路４６を流れる。
【００５４】
バイパス回路側の第２可動接点９２が、対応するバイパス回路の第２固定接点５６と係合した時、固定導体６０の脚部１２６と可動導体８２の間に大きい電位差が存在しなくなる。その結果、スプリッタプレートの左列１０２を流れるアークが迅速に消滅して、主回路１４およびモータスタータ２０を流れる電流が素早く遮断される。これによって、電流がモータスタータ２０を迂回してバイパス回路４６を流れる。
【００５５】
バイパス回路４６における電流は、バイパス回路リード線８０（図２および図３）から第２固定接点５６を通って第２可動接点９２へ流れる（図５）。バイパス電流は、次に、可動導体８２から可動導体およびスプリッタプレートの右列１０４間のアークを通って流れる。バイパス電流は、スプリッタプレートの右列１０４のスプリッタプレート間のアークを通って固定導体６２の脚部１２８へ流れる。このバイパス電流は、コイル７２およびモータ１２を流れる。
【００５６】
スプリッタプレートの左列１０２のアークはすぐに消滅するので、主回路１４の電流の流れはすぐに遮断される。従って、モータスタータ２０がモータ１２へ流れる過大電流を受け取るのは一瞬にすぎない。右列スプリッタプレート１０４に発生する長期的なアークは、モータスタータ２０を迂回するバイパス回路電流の一部である。
【００５７】
可動導体８２は、プランジャ１１０を介して伝達される力と、固定導体６０，６２の脚部１２６，１２８から発生する磁界と可動導体８２から発生する磁界の対向作用の影響を受けて移動し続けるので、可動導体は、図６に示されている完全開放状態に向けて移動する。これによって、可動導体８２は、第２可動接点９２が第２固定接点５６と係合する位置を中心にして回動する。その結果、可動導体８２が（図５および図６において）反時計回り方向に回動移動する。
【００５８】
可動導体が回動すると、可動導体８２の右端部がスプリッタプレート１００の右列１０４から離脱するように移動する。その結果、可動導体８２の右端部とスプリッタプレート１００の右列１０４の間のアークが、図６に概略的に示されているように、消滅する。図３および図６の完全開放状態における可動導体の回動移動は、可動導体がストッパ１４０（図２および図３）と係合することによって中断される。
【００５９】
可動導体８２が図６に示されている完全開放状態へ移動するまで、バイパス回路４６を流れる過大電流がモータ回路保護器１８を開いているであろう。モータ回路保護器１８が開くと、バイパス回路４６が開く。モータ開路保護器１８は磁気的に作動して、開放位置に保持される。その結果、主回路１４およびバイパス回路４６の両方が開路状態になる。
【００６０】
電流制限スイッチアセンブリ３０が図６の完全開放状態へ作動し、モータ回路保護器１８が開いた時、コイル７２および可動導体８２を流れる電流が遮断される。この時、付勢ばね１２０（図２および図３）がプランジャ１１０を図２の初期位置の方へ戻す。同時に、渦巻きばね８４が可動導体８２を図２の初期状態に向けて戻す。
【００６１】
モータ回路保護器１８が開く前に、可動導体８２が図６に示されている完全開放状態に達していなくてもよいことを理解されたい。このため、モータ回路保護器１８が開いた時、可動導体８２は、図５に示されている作動状態から図６の完全開放状態に向かって部分的に回動しているだけでもよい。
【００６２】
可動導体８２が図２に示されている初期状態に戻ると、電流制限スイッチアセンブリ３０が再び閉じて、電流制限スイッチアセンブリを通る主回路電流路を形成する。しかし、これが発生するまで、モータ回路保護器１８は開放位置に保持されているので、主回路１４は遮断されている。従って、過大電流が電動モータ１２に再度流れることはできない。電動モータ１２は、モータを流れる過大電流によって修理不能の損傷を受けた場合でも、電流制限スイッチアセンブリ３０によって主回路１４が迅速に遮断されるため、モータスタータ２０は無傷状態のままであろう。
【００６３】
結論
上記説明において、本発明が、電動モータ１２の制御に使用される新しい改良形の装置１０および方法を提供していることは明らかである。装置１０は、電動モータ１２の正常作動時に電動モータ１２へ電流を送る主回路１４を含む。主回路１４は、モータスタータ２０および電流制限スイッチアセンブリ３０を含む。過大電流が電動モータ１２へ流れ始めた時にモータスタータ２０を迂回して電流を流すために、バイパス回路４６が設けられている。
【００６４】
電流制限スイッチアセンブリが初期状態にある時、バイパス回路４６は開路状態にあって、電流はモータスタータおよび電流制限スイッチアセンブリ３０を通って電動モータ１２へ流れる。この電流制限スイッチアセンブリ３０が作動状態にある時、電流制限スイッチアセンブリ３０は、主回路１４を開いてモータスタータ２０を通る電流の流れを遮断することができる。この時、電流制限スイッチアセンブリ３０は、バイパス回路４６を閉じて、過大電流がモータスタータ２０を迂回して流れるようにする。
【００６５】
電流制限スイッチアセンブリ３０は、接点８８，９０および９２を配置した可動導体８２を含むことができる。可動導体８２は、磁界の反発作用またはコイル７２による電機子１１２の移動によるか、これらの作用の両方によって固定接点５２，５４および５６に対して移動する。これは、過大電流がモータ１２へ流れ始めた場合に、モータスタータ２０を保護するために電流制限スイッチアセンブリ３０が初期状態から作動状態へ作動するために必要な応答時間を最短にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成されて、電動モータの制御に使用される装置の簡単な概略図である。
【図２】電流制限スイッチアセンブリが初期すなわち非作動状態にあるときの、図１の装置に使用される電流制限スイッチアセンブリの単純化した拡大概略図である。
【図３】図２とほぼ同様であるが、完全開放状態にある電流制限スイッチアセンブリの簡単な概略図である。
【図４】電流制限スイッチアセンブリが非作動状態にある時の、図２の電流制限スイッチアセンブリ内の接点を説明する非常に概略的な図である。
【図５】電流制限スイッチアセンブリが作動状態にある時の電流制限スイッチアセンブリ内の接点を示す、図４とほぼ同様な概略図である。
【図６】電流制限スイッチアセンブリが完全開放状態にある時の電流制限スイッチアセンブリ内の接点を示す、図４および図５とほぼ同様な概略図である。
【符号の説明】
１２ 電動モータ
１４ 主回路
２０ モータスタータ
３０ 電流制限スイッチアセンブリ
４６ バイパス回路
５２ 第１固定接点（第１固定接点領域）
５４ 第１固定接点（第２固定接点領域）
５６ 第２固定接点（第３固定接点領域）
８２ 可動導体
８８ 第１可動接点（第１可動接点領域）
９０ 第１可動接点（第２可動接点領域）
９２ 第２可動接点（第３可動接点領域）
Claims (7)
- 直列に接続されたモータスタータ(20)と電流制限スイッチアセンブリ(30)を備えて電動モータ(12)の正常作動時に前記電動モータへ電流を導く主回路手段(14)と、
過大電流が電動モータ(12)へ流れ始めた時に前記モータスタータ(20)を迂回して前記電流制限スイッチアセンブリ (30) を通じて電流を流すことによって前記モータスタータを過大電流から保護するためのバイパス回路手段(46)を含み、
前記電流制限スイッチアセンブリ(30)は、初期状態と作動状態の間で作動可能であり、電動モータ(12)の正常作動の間、前記電流制限スイッチアセンブリ(30)は初期状態にあって、前記バイパス回路手段(46)を開いて電動モータ(12)を励起する電流を導き、過大電流が電動モータ(12)へ流れる間、前記電流制限スイッチアセンブリ(30)は作動状態にあって、前記主回路手段(14)を開いて前記モータスタータ(20)を通る電流の流れを遮断し、前記バイパス回路手段(46)の一部を形成して、前記バイパス回路手段を通って流れる電流を電動モータ(12)に導き、
さらに、前記電流制限スイッチアセンブリ (30) は、第１方向に電流が流れる可動導体 (82) と、固定導体 (60) と、コイル (72) と、該コイル (72) に挿通されたプランジャ (110) を含み、前記可動導体 (82) は、前記電流制限スイッチアセンブリ (30) の初期状態に相当する初期位置と前記電流制限スイッチアセンブリ (30) の作動状態に相当する作動位置の間を移動可能であり、前記固定導体 (60) は、該固定導体 (60) を通って第１方向と反対の第２方向に電流が流れることにより、前記可動導体 (82) から発生する磁界と前記固定導体 (60) から発生する磁界を相互作用させて、前記可動導体 (82) を初期位置から離脱して作動位置に向けて押し付けることができ、かつ、前記プランジャ (110) は、前記可動導体 (82) が初期位置および作動位置にある時に前記コイル (72) を通って電流が流れることにより、前記可動導体 (82) を初期位置から離脱して作動位置に向けて押し付けるように、前記コイル (72) に対して移動可能である、電動モータを制御する装置。 - 前記可動導体 (82) は、該可動導体が初期位置にある時に、電動モータへ流れる電流を通す前記主回路手段 (14) の一部を形成し、また、前記可動導体が作動位置にある時に、モータスタータ (20) を迂回して流れる電流を通す前記バイパス回路手段 (46) の一部を形成することを特徴とする請求項１記載の装置。
- 前記電流制限スイッチアセンブリ(30)は、前記主回路手段 (14) の一部を形成して前記モータスタータ (20) を介して電源 (34) に接続されている第１固定接点 (52) と、前記バイパス回路手段 (46) の一部を形成して前記バイパス回路手段を介して電源 (34) に接続されている第２固定接点 (56) を含み、
前記可動導体 (82) は、前記電流制限スイッチアセンブリ (30) が初期状態にある時に前記第１固定接点 (52) と係合状態にある第１可動接点 (88) を有して、電動モータ (12) の正常作動の間に、前記コイル (72) を通じて電動モータ (12) に流れる電流を流すことができ、前記可動導体 (82) はさらに、前記電流制限スイッチアセンブリ (30) が作動状態にある時に前記第２固定接点 (56) と係合状態にある第２可動接点 (92) を有して、過大電流が電動モータ (12) へ流れる間に、前記コイル (72) を通じて電動モータ (12) へ流れる電流を流すことができ、さらに、前記可動導体 (82) 上の前記第１可動接点 (88) は、前記電流制限スイッチアセンブリ (30) が作動状態にある時、前記第１固定接点 (52) から離脱して前記主回路手段 (14) を開くようにしたことを特徴とする請求項１記載の装置。 - 前記プランジャ (110) が前記コイル (72) に対して移動することによって、前記可動導体 (82) を、該可動導体上の前記第１可動接点 (88) が前記第１固定接点 (52) と係合する初期位置から離脱して、前記可動導体 (82) 上の前記第２可動接点 (92) が前記第２固定接点 (56) と係合する作動位置に向けて移動させるようにしたことを特徴とする請求項３記載の装置。
- 前記可動導体 (82) は、該可動導体が初期位置にある時に、前記バイパス回路手段 (46) を開いて前記主回路手段 (14) の一部を形成し、電動モータ (12) の正常動作の間に電動モータを励起する電流を流し、また、前記可動導体が作動位置にある時に、前記主回路手段 (14) を開いて前記バイパス回路手段 (46) の一部を形成し、過大電流が電動モータ (12) へ流れる間に電動モータ (12) に流れる電流を流すことを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記電流制限スイッチアセンブリ(30) は、前記主回路手段 (14) の一部を形成する第１，第２固定接点領域 (52,54) と、前記バイパス回路手段 (46) の一部を形成する第３固定接点領域 (56) を含み、前記可動導体 (82) は、該可動導体が初期位置にある時に前記第１，第２固定接点領域 (52,54) と係合するように配置された第１，第２可動接点領域 (88,90) を備えており、前記可動導体が初期位置にある時に前記可動導体が前記第１，第２固定接点領域間に電流を流すようになり、また、前記可動導体が作動位置にある時に前記第３固定接点領域 (56) と係合するように配置された第３可動接点領域 (92) を備えており、前記可動導体 (82) 上の前記第３可動接点領域 (92) は、前記可動導体が初期位置にある時に前記第３固定接点領域 (56) から離脱して前記バイパス回路手段 (46) を開き、前記可動導体 (82) 上の前記第１，第２可動接点領域 (88,90) は、前記可動導体が作動位置にある時に前記第１，第２固定接点領域 (52,54) から離脱して前記主回路手段 (14) を開くようにしたことを特徴とする請求項５記載の装置。
- さらに、前記プランジャ (110) を前記コイル (72) に対する初期位置に向けて押し付けるばね手段 (84,120) を含み、過大電流が前記コイルを通って電動モータ (12) へ流れ始めた時、前記コイル (72) から発生した磁界の作用を受けて、前記プランジャ (110) が前記ばね手段 (84,120) の作用に逆らって前記コイル (72) に対する初期位置から移動可能であることを特徴とする請求項１記載の装置。
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