JPS62234833A

JPS62234833A - 回路遮断装置用の高速接点駆動装置

Info

Publication number: JPS62234833A
Application number: JP62045407A
Authority: JP
Inventors: エドワード・ケイス・ホーウェル
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: FR2595866A1; IT8719688A0; IT1204937B; US4644309A; FR2595866B1; BR8606607A; CA1293760C; DE3707312A1

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】本発明は回路遮断装置用の高速接点駆動装置に関する。

［発明の背景］１９８４年５月１６日出願の米国特許出願第６１０９４
７号に述べられているような実用的な固体電流制限形造
断器の出現により、回路遮断器接点と接点作動機構との
間に共働関係が得られた。

接点と並列に固体スイッチを用いることにより、接点開
離後直ちに接点から電流が除かれてアーク・エネルギー
が実質的に低減されるので、接点に一対する有害なアー
クの発生は実質的になくなる。

これにより接点をずっと小さくすることができるので、
熱質量および慣性質量がともに小さくなる。

慣性質量が小さくなると、接点を一層急速に開離するこ
とができ、したがって電流波形の初期段階の間に遮断を
行なうことができる。接点の慣性質量が小さいと、１９
８４年１１月２６日出願の米国特許出願第６７４８１０
号に述べられているように一対の固定接点の間にブリッ
ジ接点を使うことができる。ブリッジ接点構成により接
点質量を更に小さくでき、このため接点開離を更に急速
に行なうことができ、それに応じて電流波形のより早い
段階で電流遮断を行なうことができる。

上記の各米国特許出願には、回路遮断用固体スイッチの
動作やブリッジ電極の形状について詳しく説明されてお
り、参照されたい。

ところで、本発明は前記の米国特許出願第６７４８１０
号に述べられているような固定接点対からブリッジ接点
を高速開離するための高速接点駆動装置を対象とする。

米国特許第３２１５７９６号には、線路電流を使って、
狭い間隔を置いて配置された平行な導体を含む電流ルー
プに電流を流すことにより、導体を互いに離れるように
駆動して、固定接点から可動接点を開離させることが開
示されている。

また、米国特許第３１６８６２６号には、狭い間隔を置
いて配置された平行なヒユーズ・リンクを通って互いに
逆向きに流れる故障電流によって生じる反発力を使うこ
とにより、一方または両方のリンクを切断して故障回路
を遮断するヒユーズが開示されている。

更に、米国特許第３ｔ）０２０６５号には、導電性の柱
を通って逆方向に流れる過大な線路電流を使って柱の１
つを反発させて、メータを保護するための分路を作るこ
とが開示されている。

また更に、米国特許第１７２０５６６号には、磁気力を
使うことによりブリッジ接点の固定接点対からの電磁式
開離を増強する回路制御装置が開示されている。

また、米国特許第４０３９９８３号には主接触子とアー
ク接触子の両方をそなえた高速回路遮断器が開示されて
おり、主接触子には動作のためブリッジ接点が用いられ
、アーク接触子は電流力を用いて主接触子からブリッジ
接点が開離した後の短時間の間だけ開成状態に保持され
るようになっている。

本発明の目的は、指令時に極めて高速の回路遮断を行な
うため、被保護回路内に一対の接点の間に配置されたブ
リッジ接点に対する接点キャリヤとしての役目を果す一
対の導体を電流力で反発させるために高電流パルスを用
いる高速接点駆動装置を提供することである。

［発明の要約］本発明による高速接点駆動装置では、ブリッジ接点が片
持ちばねによって弾性的に支持され、狭い間隔を置いて
配置された一対の電気導体によって動かされる。ブリッ
ジ接点は接点ばねによって一対の固定接点との電気的接
触関係にバイアスされる。導体に電流パルスが印加され
ると導体が電流力で反発し合い、接点ばねのバイアスに
抗してブリッジ接点が固定接点から離れるように持ち上
げられる。

［実施例の説明］本発明による高速接点駆動装置の一実施例が第１図に示
されている。この実施例では、固定接点１３．１４をそ
れぞれ支持する一対の堅い導電部材１１．１２がブリッ
ジ接点１５によって接続される。ブリッジ接点は一対の
導体２０．２１によって支持される。一対の導体２０．
２１はそれぞれの一端がブリッジ接点に取り付けられて
いて、ブリッジ接点により電気的に直列に接続されてい
る。２本の導体２０．２１の反対側の端はそれぞれ端子
ねじ２４，２５によって一対の端子コネクタ２２．２３
と直列に接続されている。この２本の導体に対する電気
的接続は端子ねじに電流源を取付けることによって行わ
れる。所定質ｍＭ＋の絶縁材ブロック１６がねじ１９に
よって片持ちばね１８の一端に固定され、ばねの他端は
別のねじによって支持部材１７に固定されている。ブリ
ッジ接点１５の質ｆ：ｋ　Ｍ　ｚは絶縁材の質量Ｍ１に
対して非常に小さくなるように選定される。接点ばね２
６は一端がブリッジ接点に接続され、他端が支持部材２
７に固定的に取付けられている。接点ばね２６によって
与えられる張力は、片持ちばね１８が導体２０．２１を
引張ることによりブリッジ接点に加える力に抗してブリ
ッジ接点を固定接点に対して良好な電気的接続状態に保
つように調整される。片持ちばね１８は導体２０．２１
の長さの変動を補償する。これらの導体の長さを注意深
く制御すれば、片持ちばねは必要でなく、堅い支持部材
に置き換えることができる。更に、導体自体のスチフネ
フを使って接点に保持力を与えるようにすれば、接点ば
ねは省くことができる。遮断器の中に接点駆動装置１０
を使用すると、前記米国特許出願第６７４８１０号に述
べられているように回路電流■２が固定接点１３．１４
およびブリッジ接点１５を通って堅い導電部材１１．１
２の間を図示の方向に流れる。導体２０．２１の長さ１
１および離隔距離ｄ１を調整することにより、図示した
方向に所定の制御電流パルス１１を流したときに接点ば
ね２６によるバイアスに打ち勝つのに充分な電流力によ
る反発力（電流反発力）が２本の導体の間に生じ、電流
パルスＩＩの開始から１０乃至１００マイクロ秒の間に
ブリッジ接点が固定接点から急速に開離する。

端子ねじ２４から導体２１、ブリッジ接点１５、導体２
０を介して端子ねじ２５に至る電流ループが第２（ａ）
図に示されており、この図はループに電流が流れていな
い状態を示す。両導体を流れる電流によって生ずる破線
の長方形３０で表わされる磁界は、たとえば３％ケイ素
鋼のような磁性材を使うことによって増強することがで
きる。またこの磁気構造に永久磁石または補助巻線を付
加することにより、更に両導体の電流から独立した磁界
成分を作ることができる。このように両導体に働く電流
反発力を磁界の付加によって大幅に増加させることにつ
いては第３図を参照して後で詳しく説明する。

第２（ｂ）図は、第２（ａ）図と比較するため、図示の
方向のＦｌおよびＦ１′で表わされる電流力の作用を示
す。電流反発力が加わったときの２本の導体の間の離隔
距離ｄ２は初期離隔距離ｄ１よりかなり大きくなり、ブ
リッジ接点１５は固定接点１３から増分ｄｆ＋だけ離れ
る。大きな離隔距離ｄ２は反発力Ｆｌの効果である。反
発力Ｆ１は電流■１と磁界３Ｇの強度との積に比例する
。

ブリッジ接点に加わる力は図示の方向の力ベクトルＦ２
によって表わされる。同じ大きさの力Ｆ２′がブロック
１６に対して逆方向に加えられる。ブリッジ接点１５の
質３１　Ｍ　２はブロック１６の質Ｅｉｌ　Ｍ　＋より
ずっと小さいので、等しい力Ｆ２およびＦ２′によって
生ずるブリッジ接点１５の加速度はブロック１６に比べ
てずっと大きくなる。

したがって１００マイクロ秒の時間の間、ブロック１６
は実質的に静止状態に留まる。

磁界３０に於いてブリッジ接点１５に加わる力Ｆ２がブ
リッジ接点１５と固定接点１３．１４との間の離隔距離
の関数として変化する様子が第３図に曲線２８で表わさ
れている。第３図で縦軸は力をポンドの単位で表わし、
横軸は距離を（１×１Ｏ−３＞インチの単位で表わす。

電流パルス１１が最初に印加されたとき、ブリッジ接点
に加わる力Ｆ２は最初は非常に高く、すなわち１００ポ
ンド（４５，３６ｋｇ）程度になり、高い加速度が得ら
れる。ブリッジ接点１５が固定接点１３．１４から開離
して、離隔距離がゼロから数千針の１インチまで増加す
るにつれて、ブリッジ接点に加わる力Ｆ２は急速に小さ
くなる。磁界３０の増強の効果は曲線２９で示されてお
り、接点離隔距離が大きくなってもブリッジ接点に加わ
る力は大きい。

磁界増強は第５Ａ図に示すケイ素鋼の薄い金属シート３
７の積重ねで構成された磁気構造３６によって得られる
。磁気構造３６には長方形のスロット３８があり、導体
２０．２１がこれを通って伸びる。磁束線３９はシート
の中の磁束の径路を表わす。磁束線はほぼ導体すなわち
ワイヤの中心のまわりで密度が高く、中心からの距離に
比例して少なくなる。導体に高電流パルスが印加された
とき、金属シート内に誘導される磁束は数千ガウス程度
である。したがって、金属が磁束で飽和しないようにす
るために導体の小さい直径と比べて金属シートは広くな
ければならない。第５Ｂ図に示す磁気構造４０は十字形
のスロット４２をそなえた金属シート４１の積重ねで構
成される。スロット４２は、両導体間の金属シート領域
の比較的大きな長方形のスロット４３、導体２１の外側
寄りのスロット４４のような比較的狭いスロット、およ
び導体２０の外側寄りの比較的狭いスロット４５で構成
される。このような磁気構造４Ｇを使うことによりシー
ト内の金属の量が削減される。

磁束線４６は第５Ａ図の磁気構造３６の中の磁束線３９
と同じ磁気力を示す。極めて短い持続時間、たとえば１
ミリ秒未満の持続時間の電流パルスが導体に加えられた
とき、金属シートの中に誘導される磁束は急速に変化す
る。両導体間の間隙領域中のピーク磁束を小さくするた
め、第５Ｃ図の磁気構造４７に示すようにスロット４９
の中に金属挿入物５０が配置される。金属シート４８の
幅は前に第５Ｂ図で示したスロット４３の幅に類似して
いる。金属挿入物５０はアルミニウムや銅等の導電性で
非磁性の金属で作られていて、磁束の急激な変化に応答
して渦電流を発生する。渦電流は磁束の変化を抑えるよ
うに作用し、その結果として両導体間の間隙領域中のピ
ーク磁束が有効に低下する。

第１図の高速接点駆動装置１０の別の１つの実施例が第
４図に示されており、同様な部品には同じ参照番号が用
いられている。導体２０、ブリッジ接点１５および導線
２１を通る電流ループが設けられる。絶縁材料で作られ
た一対の支柱１７゜３１によって支持され、かつ同様に
絶縁材料で作られた台部材３５には、２本の導体を通す
ための開口３６が設けられている。台部材３５はらせん
状ばね３３を支持する役目を果す。らせん状ばね３３は
、前に第１図に図示し説明した片持ちばね１８と同様に
、接点ばね２６のバイアスに抗してブリッジ接点をバイ
アスする。台部材および堅い導電部材１１．１２は図示
のようにねじ１９によって支柱１７．３１に取付けられ
ている。導体２０．２１はトロイダル磁心３２のまわり
に１ターンの２次巻線として配置され、多ターンの一次
巻線３４は端子コネクタ２２．２３および端子ねじ２４
．２５によって外部回路に接続されている。

トロイダル磁心は絶縁材ブロック１６に固定されて、ブ
ロック１６の質量を増大させて、前に述べたようにこの
質量とブリッジ接点からなる質量との間の好ましい関係
が得られるようにする。端子コネクタ２２．２３に印加
された電流パルスは磁心を介した変成器作用によって増
幅され、導体２０．２１に誘導されて所定の電流！１を
発生する。

この電流は図示の方向に流れて導線を開離させる。

以上のように、Ｍｌのような大きな質量に片持ちばね１
８によって与えられるような小さな接点開離力と比べて
、Ｍｌのような小さな接点質量に接点ばね２６から加え
られる大きな接点保持力に抗して極めて高速の接点開離
を行なえることが示された。接点開離力を増大するため
に電流力が加えられたとき、大きな質量は実質的に静止
しているので、初期接点開離の間に大きな加速度が得ら
れる。これはスイッチング電流の大きさを制限する上で
非常に好ましい。工１で表わされるような高電流パルス
をより強い磁界と一緒に用いることにより開離力を更に
大きくして接点開離を一層高速に行なわせ得ることがわ
かる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高速接点駆動装置の部分断面図で
ある。第２（ａ）図および第２（ｂ）図は励磁前および
後の動作を示す第１図の接点駆動装置の部分的断面図で
ある。第３図はブリッジ接点と固定接点との間の離隔距
離とブリッジ接点開離力との関係を表わすグラフである
。第４図は第れる磁性板の拡大上面図である。（主な符号の説明）１０・・・高速接点駆動装置、１３．１４・・・固定接点、１５・・・ブリッジ接点、１８・・・片持ちばね、２０．２１・・・一対の導体、２６・・・接点ばね、３３・・・らせん状ばね、３６．４０．４７・・・磁気構造、３７．４１．４８・・・金属シート、３８・・・長方形スロット、４２・・・十字形スロット、４３・・・比較的大きなスロット、４４．４５・・・比較的小さなスロット、４９・・・ス
ロット、５０・・・金属挿入物。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気回路遮断用の高速接点駆動装置に於いて、ａ
）絶縁された支持部材に一端がそれぞれ固定的に取付け
られて、互いに電気的に直列接続され、かつ互いに並ん
で配置されて互いに近接して伸びる一対の第１および第
２の電気導体、ｂ）上記電気導体の反対側の端で上記電
気導体によって支持されて、一対の固定接点の間を電気
的に接続するように配置されたブリッジ接点、ｃ）指令
時に上記電気導体の上記一端から上記電気導体に所定の
電流パルスを印加して、上記電気導体を電流反発力によ
り互いに離れさせて上記ブリッジ接点を上記固定接点か
ら開離させる電流パルス印加手段、ならびにｄ）上記電
気導体の上記電流反発力を増強するために上記電気導体
の上記両端の中間の所に配置された磁気手段であって、
上記第１および第２の電気導体を通すスロットが形成さ
れた複数の金属シートを含む磁気手段を備えることを特
徴とする高速接点駆動装置。
（２）特許請求の範囲第（１）項記載の高速接点駆動装
置に於いて、上記スロットが長方形の形状を有する高速
接点駆動装置。
（３）特許請求の範囲第（１）項記載の高速接点駆動装
置に於いて、上記スロットが十字形の形状を有する高速
接点駆動装置。
（４）特許請求の範囲第（１）項記載の高速接点駆動装
置に於いて、上記スロットが２つの幅のスロットで構成
され、上記第１および第２の電気導体の間の中間での上
記スロットの幅が上記第１および第２の電気導体の外側
寄りでの上記スロットの幅より大きい高速接点駆動装置
。
（５）特許請求の範囲第（１）項記載の高速接点駆動装
置に於いて、上記スロット内で上記第１および第２の電
気導体の間の中間に金属挿入物が配置されている高速接
点駆動装置。
（６）特許請求の範囲第（１）項記載の高速接点駆動装
置に於いて、上記金属挿入物が非磁性金属で構成されて
いる高速接点駆動装置。