JPS62234832A

JPS62234832A - 高速磁気接点作動装置

Info

Publication number: JPS62234832A
Application number: JP62045406A
Authority: JP
Inventors: エドワード・ケイス・ホーウェル; ヘンリー・グリスウォルド・ウィラード
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1986-03-14
Filing date: 1987-03-02
Publication date: 1987-10-15
Also published as: BR8700081A; FR2595865A1; IT8719689A0; CA1257892A; US4658227A; IT1204938B; DE3707311A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は回路遮断器に関し、特に遮断器用の高速接点作
動装置に関する。

［発明の背景］１９８６年３月１４日出願の米国特許出願第８３９６７
８号に説明されている回路遮断装置用の高速接点駆動装
置では、一対の間隔を置いて配置された平行な導体によ
ってブリッジ接点が支持され、このブリッジ接点は一対
の固定接点の間に配置されていて、上記平行な導体の互
いに対向した端に高電流パルスが印加されたときに固定
接点から素早く開離するようになっている。このような
平行等体形接点駆動装置はブリッジ接点を固定接点から
素早く開離させて、電流波形の初期段階で電流を遮断す
る。しかし、接点が開離された状態に維持される接点開
放持続時間は平行な導体の発熱によって制限される。

本発明者は接点開放持続時間が平行等体形接点駆動装置
を磁気接点駆動装置と組み合わせることによって伸ばす
ことができることを見出した。平行等体形接点駆動装置
と磁気接点駆動装置とを同時に付勢することによりブリ
ッジ接点の加速度を増大させて、電流波形の初期段階で
も回路を遮断することができるが、磁気接点駆動装置だ
けを使って高速度の接点開離と接点開放持続時間の伸長
の両方を得ることもできる。

ソレノイド駆動の接極子だけを使用してブリッジ接点を
一対の固定接点から開離することにより高速回路遮断を
行なうことについては米国特許第３４０７３６８号に述
べられている。この米国特許には電流制限形造断器内の
一対の固定接点からブリッジ接点を開離するために用い
られるソレノイド駆動の接極子が開示されている。そこ
に述べられている管状接極子は磁界片と同じ拡がりをも
って配置され、圧縮型接点ばねのバイアスに抗して接極
子を駆動する。圧縮型接点ばねの使用および磁界片と接
極子とが同じ拡がりを持つ構成により、上記米国特許に
記載のものは無アーク遮断を行なうには開離速度が遅過
ぎる欠点がある。

上記米国特許出願第８３９６７８号に記載されているよ
うに、「無アーク」遮断を行なうためには、可能な限り
の最短の時間内にブリッジ接点を駆動して通電固定接点
との回路関係を切断することにより、電流量を制限しな
ければならず、この電流量は、たとえば米国特許出願第
６１０９４７号（１９８４年５月１６日出願）に記載さ
れている固体遮断器のような補助電子手段によって制御
しなければならない。

本発明は、従来の公知の装置に比べて、従来のどの方法
よりもブリッジ接点を急速に加速して固定接点との電気
的接続を切断するように大幅な改善を行なった磁気作動
装置を提供することを目的とする。

［発明の要約］本発明の磁気接点作動装置はブリッジ接点を駆動して一
対の固定接点との電気接続を切断するように構成されて
いる。ブリッジ接点の片側に設けた圧縮ばねによりブリ
ッジ接点が固定接点と良好に電気的に接続されるように
ブリッジ接点を保持する。代替の構成では、極めて高速
の接点加速のために磁気作動装置と同時に付勢される平
行等体形接点駆動装置が使用される。磁気作動装置はブ
リッジ接点の反対側に配置されていて、圧縮ばねにより
接点に加えられるバイアスに抗してブリッジ接点を駆動
して固定接点との電気的接続を切断する。

［実施例の説明］第１図に示す極めて高速の回路遮断のための回路遮断器
１０は、上記米国特許出願に述べられているように、一
対の固定接点１３．１４で終端する一対の対応する導電
部材１１．１２を宵する。

ブリッジ接点１５は、磁気構造１９のスロット２３を通
って配置された一対の間隔を置いて配置された平行な導
体すなわちワイヤ１７．１８で構成された平行等体形接
点駆動装置１６によって支持されている。この接点駆動
装置に対する電気的接続は一対の端子２０．２１により
行なわれる。これらの端子は絶縁ブロック２２の片側に
配置されている。絶縁ブロック２２はねじ２４によって
支柱２５に固定されている。支柱２５の下部はねじ２６
によって導電部材１２に固定されている。持続時間の短
い高電流パルスが端子２０．２１を介して導体すなわち
ワイヤに供給されたとき、平行なワイヤ１７．１８は電
流力により互いに反発し、それに対応して破線で示すよ
うにブリッジ接点を持ち上げて固定接点との電気的接続
を切断する。

このようにブリッジ接点１５が固定接点１３，１４から
開離するときのブリッジ接点１５と固定接点１３．１４
との間の電流とアーク・エネルギーを最小限にするため
、接点の開離は可能な限り最短の時間内に行なわれなけ
ればならない。接点開離のための最小時間は、最短の持
続時間を持つ最大の電流パルスで作動し、かつ電流パル
スによって生じる温度上昇に対してワイヤの適切な機械
的強度を維持できる最小直径のワイヤを用いることによ
って得られる。このように平行等体形接点駆動装置では
、ブリッジ接点を固定接点から開離して開放状態に維持
するためにワイヤに電流を流し続けることのできる時間
の長さに固有の熱的制限がある。ブリッジ接点の固定接
点からの開放持続時間を長くするため、ブリッジ接点に
対して平行等体形接点駆動装置１６とは反対側に磁気作
動装置２８が配置される。磁気作動装置は固定子２９お
よび磁性接極子板３３で構成される。固定子２９はフェ
ライトまたは複数の積層した磁性金属板３５のような磁
性体で構成され、磁性体中の切込みの中に回旋状の径路
で配置された１ターンの導体°またはワイヤ３０を囲ん
でいる。磁気接極子板３３は、固定子を貫通する孔３４
の中に配置され、かつ絶縁スリーブ２７で終端する駆動
ピン３２を作動する。一対の磁気作動装置端子３６．３
７はワイヤの両端に容易に取付けることができる。

接極子板３３を除いた磁気作動装置２８が第２図に示さ
れている。ワイヤ３０は１ターンの回旋状の太い銅線ま
たは固定子表面に設けられた溝の中にラビリンス（迷路
）状に配置された多ターンのより小さい銅線で構成する
ことができる。ラビリンス構造を横切る方向に孔３４が
設けられ、この孔３４の中を駆動ピン３２が動くことが
できる。

積層磁性金属板３５の各々には切込みが設けられており
、これらの磁性金属板を一緒に結合して一体の積層体を
構成したとき、それぞれの切込みは一緒になってワイヤ
３０を受入れるためのラビリンス状の溝４６を形成する
。積層磁性金属板中の溝４６および駆動ピン用の孔３４
の形状配置は接極子および駆動ピンを取り除いた第３図
の断面図から最も良く明らかになる。

磁気作動装置２８内での磁界の方向は第４図に示されて
いる。第４図では１枚の磁性金属板３５が接極子板３３
に対して描かれている。電流方向が図面の紙面に直角に
なるようにラビリンス状の溝４６の中のワイヤ３０Ａが
描かれている。溝の幅は寸法ＤＡによって表わされる。

ワイヤ３０Ａを中心として磁性金属板の中に生じる磁束
線４７は図示するように時計方向を向き、ワイヤ３０Ｂ
を中心として生じる磁束線４８は反時計方向を向いてい
る。溝４６Ａの前のフリンジ磁束４９は接極子板３３を
積層磁性金属板から隔てている間隙５１の中に伸びる。

溝４６Ｂの前の同様なフリンジ磁束５０は図示のように
間隙の中に伸びる。磁性金属板の積層体の平面に対して
接極子の平面を平行に配置することは本発明の重要な特
徴である。

磁束線４Ｔ、４Ｂの図示する方向かられかるように、こ
れらの磁束線は接極子板の中の領域５２で加算的に組み
合わさり、また隣り合う溝の中間の積層体の領域５３で
組み合わさる。これらの磁束線に対応して接極子板と積
層体との間に働く吸引力Ｆは図示のように領域５２．５
３に集中する。

この構成により、磁気飽和に達することなく比較的薄い
積層体の中と比較的薄い接極子板の中に大量の磁束を発
生することができる。これにより磁気作動装置は電気パ
ルスに対する高速線形応答が必要な回路遮断器の分野以
外の用途、たとえば高速度写真およびインク拳ジェット
・プリントに適用することができる。溝の幅Ｄ＾、ＤＢ
が積層磁性金属板と接極子板との間の間隙５１の厚さｄ
のほぼ２倍のとき、フリンジ磁束は比較的無視できる。

第１図の回路遮断器１０は種々の状態で動作させること
ができる。希望する場合には、平行等体形接点駆動装置
１６と磁気作動装置をともに独立に付勢することができ
る。磁気作動装置は、過熱を生じることなく、ブリッジ
接点を固定接点から開離した状態に充分長い持続時間に
わたって保持するのに必要な電流を流し続けることがで
き、この持続時間中に導電部材１１および１２に直列接
続された通常の速度の補助スイッチを開放して、回路を
隔離することができる。極めて高速の回路遮断が必要な
場合は、平行等体形接点駆動装置の端子２０．２１およ
び磁気作動装置の端子３６゜３７に同時に電流パルスを
印加することによって、平行等体形接点駆動装置と磁気
作動装置の両方を同時に作動することができる。間隔を
置いて配置された平行な導体すなわちワイヤ１７．１８
は同じ形状を持つ一対のばね線に置き換えることができ
る。この場合、一対のばね線には絶縁ブロック２２と固
定接点との間で圧縮ばね荷重をかけることにより、固定
接点と可動接点との間に接点開成力を与えて接点間の接
触抵抗を下げる。また、この場合、磁気作動装置２８に
印加される電流パルスのパルス持続時間によって、ブリ
ッジ接点と固定接点との間の開離速度および接点開放持
続時間の両方を定めて、これにより、回路を開放状態に
するために補助スイッチを開くまでの間、ブリッジ接点
と固定接点は開離された状態・″に留まるようにする。

第５図には、平行等体形接点駆動装置を用いずに磁気作
動装置を単独で作動した場合の磁気作動装置２８に供給
された電流パルスのアンペア値３９とブリッジ接点の変
位３８との間の時間関係が示されている。第５図に示す
電流の値はアンペアであり、変位の値は（ＸＩＯ−３）
インチで表わしである。電流パルスが所定の最大値に達
するためには若干の時間が必要であり、接極子と駆動ピ
ンがこれに応動するためには更に若干の時間が必要とな
ることがわかる。たとえば接極子と駆動ピンが５Ｘ１０
−３インチ（１２７ミクロン）変位するには、時間は約
１００マイクロ秒かかる。接極子と駆動ピンが急速に変
位する結果、それに応じてブリッジ接点１５が固定接点
１３．１４から急速に開離する。これにより一対固定接
点間を流れている電流が電流波形の非常に初期の段階で
遮断されるので、スイッチング電流の量をかなり低減す
ることができる。

第６図は簡略化された回路遮断器４０を示す。

ブリッジ接点１５が固定接点１３．１４の間に配置され
、ブリッジ接点の反対側に磁気作動装置２８が配置され
ている。支持ロッド４１が圧縮ばね４２の中に配置され
、その一端がブリッジ接点１５に取付けられており、支
持ロッドはボルト４４の中に設けられた孔４３の中を摺
動することができる。ボルト４４は圧縮ばねをブリッジ
接点に押し付けることにより、固定接点とブリッジ接点
との間に接点閉成力が得られる。ボルトは絶縁ブロック
２２の中のねじ孔に取り付けられ、ブリッジ接点に加わ
る圧縮を調整するように配置されたナツト４５によって
固定される。第１図の回路遮断器について前に述べたの
と同様に磁気作動装置２８はブリッジ接点を駆動して固
定接点との電気的接続を切断するように動作する。

第７図は高速動作のコンパクトな回路遮断器５４を示し
ている。導電部材１１．１２がボルト５６によって絶縁
支持部材５５に取付けられている。

磁気作動装置の固定子２９は絶縁支持部材に形成された
開口６０の中に配置されており、接極子板３３は溶接ま
たははんだ付けによってブリッジ接点１５に直接取付け
られている。ブリッジ接点と導電部材の湾曲した端部６
１．６２との間の接触圧力は接続体５８によってブリッ
ジ接点に取付けられた張力ばね５９によって与えられる
。この場合、導電部材の湾曲した端部が固定接点を構成
する。固定子、ブリッジ接点および接極子板のコンパク
トな構成により、この回路遮断器を真空またはガスを充
填した密閉容器の中に入れることができる。第７図の接
極子板は、第１図および第６図の磁気作動装置で使用さ
れている駆動ピンのかわりに、ブリッジ接点を直接支持
しており、接極子板が固定子に吸引されると同時にブリ
ッジ接点を動かして導電部材との電気的接続を切断する
。ブリッジ接点と導電部材の湾曲した端部の近傍の空間
６３が真空状態になっていれば、ブリッジ接点を湾曲し
た端部から数十分の１インチだけ開離することによりア
ーク発生の心配なしに電気的接続を切断することができ
る。アルミニウム、ニッケル、しんちゅう、または銅を
用いてブリッジ接点および導電部材を形成する場合、Ｓ
Ｆ６のような誘電性のガスまたは真空の環境によってブ
リッジ接点および導電部材の湾曲した端部が酸化しない
ように保護される。

以上述べたように、平坦な固定子に近接した接極子板を
そなえる高速応答の作動装置は、寸法、速度および経済
性が重要な条件である回路遮断器や他のスイッチング装
置に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による磁気作動装置を使用した回路遮断
器の部分断面側面図である。第２図は第１図の磁気作動
装置の底面図である。第３図は第２図の磁気作動装置の
線３−３に沿って切断して見た斜視図である。第４図は
本発明の磁気作動装置の一部分の拡大端面図である。第
５図は駆動電流およびブリッジ接点の変位を時間に対し
て示すグラフである。第６図は本発明による磁気作動装
置を使用した別の回路遮断器の部分断面側面図である。第７図は本発明による磁気作動装置を使用した更に別の
回路遮断器の部分断面側面図である。（主な符号の説明）１０・・・回路遮断器、１１．１２・・・一対の導電部
材、１３．１４・・・固定接点、１５・・・ブリッジ接
点、１６・・・平行導体形接点駆動装置、１７．１８・
・・一対の平行な導体（ワイヤ）、２８・・・磁気作動
装置、２９・・・固定子、３０・・・導体またはワイヤ
、３２・・・駆動ピン、３３・・・磁性接極子板、３４
・・・駆動ピン用の孔、３５・・・磁性金属板、４２・
・・圧縮ばね、４６・・・ラビリンス状の溝、５４・・
・回路遮断器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一対の固定接点、上記固定接点間の電気経路を電
気的に切断するためのブリッジ接点、および上記ブリッ
ジ接点を動かして上記電気径路を切断するための磁気作
動装置をそなえ、上記磁気作動装置が固定子および磁性
接極子板を有し、上記固定子が切込みのある磁性体およ
び上記磁性体の切込みの中に配置された金属導体で構成
され、上記磁性接極子板は上記導体および上記切込みに
近接して延在しており、そして上記接極子が上記ブリッ
ジ接点に近接して配置されていて、上記金属導体の両端
に第１の電流パルスが印加されたときに上記接極子が上
記ブリッジ接点を駆動して上記固定接点から開離させる
ことにより上記電気径路を切断することを特徴とする回
路遮断器。
（２）特許請求の範囲第（１）項記載の回路遮断器に於
いて、上記ブリッジ接点を反対側から支持する一対の間
隔を置いて配置された平行な導体が設けられていて、該
一対の導体は第２の電流パルスによって付勢されたとき
電流力によって互いに反発して上記ブリッジ接点を動か
して上記固定接点から離すように構成されている回路遮
断器。
（３）特許請求の範囲第（２）項記載の回路遮断器に於
いて、上記第２電流パルスが上記一対の導体に印加され
るのと同時に上記第１電流パルスが上記金属導体の上記
両端に印加され、これにより上記ブリッジ接点の上記固
定接点からの開離が更に加速されるようにした回路遮断
器。
（４）特許請求の範囲第（１）項記載の回路遮断器に於
いて、上記磁性体が複数の積属した磁性金属板で構成さ
れている回路遮断器。
（５）特許請求の範囲第（１）項記載の回路遮断器に於
いて、上記ブリッジ接点の反対側には、上記固定接点と
電気的に接続するように上記ブリッジ接点を保持する少
なくとも１つの接点ばねが配置されている回路遮断器。
（６）特許請求の範囲第（１）項記載の回路遮断器に於
いて、上記金属導体が上記磁性体に対してラビリンス状
に配置されている回路遮断器。
（７）特許請求の範囲第（６）項記載の回路遮断器に於
いて、上記金属導体が同一平面内に回旋状の径路を有し
、上記回旋状の径路の中心に近接して上記磁性体を貫通
する孔が設けられている回路遮断器。
（８）一対の離間した導電部材、上記導電部材間の電気
径路を電気的に切断するためのブリッジ接点、および上
記ブリッジ接点を動かして上記導電部材から離すことに
より上記電気径路を遮断するための磁気作動装置をそな
え、上記磁気作動装置が平坦な接極子に近接して対向し
た平坦な固定子を有し、上記の平坦な接極子が上記ブリ
ッジ接点に固定されて取り付けられていることを特徴と
する回路遮断器。
（９）特許請求の範囲第（８）項記載の回路遮断器に於
いて、上記ブリッジ接点は、上記一対の導電部材と上記
ブリッジ接点との間に閉成力を与えるばねが取り付られ
ている回路遮断器。
（１０）特許請求の範囲第（８）項記載の回路遮断器に
於いて、上記ブリッジ接点、上記一対の導電部材および
上記磁気作動装置が密閉容器の中に配置されている回路
遮断器。
（１１）特許請求の範囲第（１０）項記載の回路遮断器
に於いて、上記容器の内部が真空状態になっている回路
遮断器。
（１２）特許請求の範囲第（１０）項記載の回路遮断器
に於いて、上記容器の内部に絶縁性のガスが充填されて
いる遮断器。
（１３）電気パルスの制御下で衝撃運動を与えるための
磁気作動装置に於いて、第１の平面内に配置された平坦
な固定子、上記の同じ平面内に上記固定子に近接して配
置された平坦な接極子板、上記固定子にラビリンス状に
配置された連続導体、上記第１平面に垂直に上記固定子
を貫通する開口を限定する手段、および上記開口の中に
配置され、上記連続導体に電流パルスが印加されたとき
に上記接極子板によって接触するように配置された駆動
ピンをそなえることを特徴とする磁気作動装置。
（１４）特許請求の範囲第（１３）項記載の磁気作動装
置に於いて、上記固定子が複数の積層した切込み付き磁
性板で構成され、上記積層磁性板は上記第１平面内にラ
ビリンス状径路を限定するように配置されている磁気作
動装置。
（１５）特許請求の範囲第（１３）項記載の磁気作動装
置に於いて、上記駆動ピンが上記接極子板に固定して取
付けられている磁気作動装置。
（１６）一対の離間した導電部材に近接して配置されて
上記導電部材間の電気径路を閉成および開放するブリッ
ジ接点、上記ブリッジ接点および上記一対の導電部材に
近接して第１平面内に配置された固定子であって、ラビ
リンス状の溝を設けた複数の積層した金属板で構成され
、上記ラビリンス状の溝の中に金属導体が配置されてい
る固定子、ならびに上記固定子と上記一対の導電部材と
の間で上記第１平面内に配置された磁性接極子板をそな
え、上記磁性接極子板は上記ブリッジ接点の片側に固定
して取付けられていて、電気パルスが上記金属導体に印
加されたとき吸引により上記ブリッジ接点を上記一対の
導電部材から開離させることを特徴とするコンパクトな
高速回路遮断器。
（１７）特許請求の範囲第（１６）項記載の高速回路遮
断器に於いて、上記固定子、上記接極子および上記一対
の導電部材が真空状態の容器の中に配置されている高速
回路遮断器。
（１８）特許請求の範囲第（１６）項記載の高速回路遮
断器に於いて、上記固定子、上記接極子および上記一対
の導電部材が誘電性のガスで充填した容器の中に配置さ
れている高速回路遮断器。
（１９）特許請求の範囲第（１８）項記載の高速回路遮
断器に於いて、上記ガスがＳＦ＿６である高速回路遮断
器。