JP2017033935A - 極性不感アーク消去 - Google Patents

Abstract

【課題】回路安全装置と共に使用可能なアーク消去を提供すること。【解決手段】回路安全装置は、その接点の極性に係わらず、接点間のアークを捕らえるように機能するアーク消弧部を有する。回路安全装置は、アークをアーク消弧部へと駆り立てるように構成される1つまたは複数の永久磁石を備える。アーク消弧部は、各々がアーク分割板を備える2つのアーク経路を備え得る。2つのアーク経路は、隣接していてもよく、各々が平行な方向で延びてもよい。アーク経路は、代替で隣接していなくてもよく、各々が垂直な方向で延びてもよい。【選択図】図1

Description

本発明は、概して、電気装置の保護に関し、より詳細には、回路安全装置を通る電流の極性に関係なく、電気アークを素早く消弧するように構成されるアーク消弧構造に関する。

回路安全装置は、電気回路を開き、電流の流れを遮断するために使用される電気構成部品である。回路安全装置の基本的な例はスイッチであり、スイッチは、概して、2つの状態、すなわち接点が互いに電気接触しており、それら接点間で電気が流れるのを可能にすることを意味する閉、または接点が互いに電気接触しておらず、電気の流れを妨げることを意味する開の一方にある2つの電気接点からなる。スイッチは、コンピュータキーボードのボタンなど、システムに制御信号を提供するために、または、照明スイッチなど、回路における電力の流れを制御するために、直接的に操作され得る。

回路安全装置の別の例は回路遮断器である。回路遮断器は、例えば、電気配線を流れる電流の大きさを制限するために、電気パネルで用いられ得る。回路遮断器は、例えば過負荷、接地故障、または短絡によって引き起こされる損傷から電気回路を保護するように設計されている。電力サージなどの故障状態が電気配線で起こった場合、遮断器が作動する。これは、「オン」位置にあった遮断器を「オフ」位置へと反転させ、遮断器を通る電力の流れを遮断することになる。回路遮断器は、概して、電線を通じて送られる電流の大きさを、電線を損傷させないレベルに制限することによって、電気配線を保護するために提供される。回路遮断器は、過剰な電流を引き込み得る装置の破壊を防止することもできる。

標準的な回路遮断器は、電力会社の変圧器の二次側に電気接続される電力線などの電力の供給源に接続される端子と、遮断器が保護することが意図されている電線に電気接続される第2の端子とを有する。従来、これらの端子は、「LINE」および「LOAD」とそれぞれ称される。LINEは、回路遮断器の入力と称される場合がある。LOADは、回路遮断器の出力と称される場合があり、電力を受け入れる電気回路および構成部品に接続する。

回路遮断器は、個別の装置または多くの様々な装置に給電する電気配線を保護するために使用され得る。例えば、単一の空調機器など、個別の保護された装置は、回路遮断器に直接的に接続され得る。代替で、回路遮断器は、様々な電気出力(例えば、すべて同じ回路における差込口へと各々差し込まれた部屋における様々な装置)を介して回路へと接続され得る複数の装置に給電する配線を保護するためにも使用され得る。

回路遮断器は、ヒューズの代わりとして使用されてもよい。しかしながら、過電流の状況で一回だけ開くように典型的には作動し、その後に交換されなければならないヒューズと異なり、回路遮断器は、運転を再び始めるために「リセット」(手動または自動のいずれか)させることができる。ヒューズは回路遮断器と同様の役割を演じるが、回路遮断器は使用するのがより容易であり、典型的には、保守および運転するのがより安全である。

ヒューズが飛ぶ(開く)ことで回路への電力を遮断する状況では、パネルにおける複数のヒューズのうちのどれが遮断した回路に給電しているかが明らかでない可能性がある。典型的には、電気パネルにおけるヒューズのすべてが、どのヒューズが焼けたか、または、使われたかを判定するために、検査される必要がある。次に、このヒューズは取り外され、新しいヒューズが設置される必要がある。

代替で、回路遮断器が作動する状況では、電気パネルを見て「オフ」位置へと作動した遮断器に注目するだけで、どの回路遮断器が遮断された回路に給電しているかは明らかである。この遮断器は、「オン」位置へと反転され得るだけであり、電力は復旧することになる。

一般的に、単極の回路安全装置は、筐体の内部に位置決めされた2つの接点を有している。第1の接点は固定されており、LINEまたはLOADのいずれかに接続され得る。第2の接点は、回路遮断器が「オフ」または作動位置にあるとき、隙間が第1の接点と第2の接点との間に存在するように、第1の接点に対して移動可能である。

負荷のある間に電圧の加えられている接点が開けられるとき、前述の回路安全装置に伴う問題が生じる。接点同士が離れて閉位置から開位置へと推移するにつれて、または、反対のことが起きるとき、すなわち開位置から閉位置への閉じる推移が起きるとき、電気アークが隙間に形成される可能性がある。アークは、接点間の絶縁破壊電圧が、典型的な用途における圧力条件および電圧条件における距離に明確に関連付けられるとき、引き起こされる。

回路安全装置を切り替えるまたは作動させる間のアークの形成は、回路安全装置の運転に悪影響を与える望ましくない効果をもたらす可能性があり、安全上の問題を潜在的に作り出しさえする。

これらの負の効果は、回路安全装置の運転に不利な結果を有し得る。

1つのあり得る結果は、アークが、回路安全装置における他の物体および/または周囲の物体に短絡することで、損傷を引き起こし、潜在的な火災または安全上の問題を引き起こす可能性があることである。

アーク形成の別の結果は、アークのエネルギーが接点を損傷し、何らかの材料を微粒子物質として空気中に逃がすことである。接点から溶け落ちた残屑が、回路安全装置の機構へと移動する、または、散らかされることで、機構を破壊する、または、機構の稼働寿命を短くする可能性がある。

アーク形成の別の影響が、アークの非常に高い温度(摂氏数万度)に起因して起こり、これは、オゾン、一酸化炭素、および他の危険な合成物を作り出す周囲のガス分子に影響を与え得る。アークは、周囲のガスをイオン化することもでき、代替の導電経路を潜在的に作り出す。

これらの有害な影響のため、回路安全装置への損傷と前述の危険な状況とを防止するために、アークを素早く冷却して消去することは非常に重要である。

向上されたアーク消去についての様々な技術が知られている。例えば、Carling Technologies, Inc.に譲渡された米国特許出願公開第2012/0037598号および第2012/0261382号は、アークスプリッタに向けてアークを案内する電磁場の使用に様々に関している。

しかしながら、アークを動かすために電磁場を発生することは、電力の使用を必要とし、装置において熱を発生させる。これらの否定的な問題を回避するために、永久磁石を回路安全装置に組み込むことが考えられており、これは、電気の供給を必要とすることなく磁場を生成する。しかしながら、永久磁石は、磁石に対して固定された方向を有する磁場を生成する。したがって、アークを、永久磁石を用いるアーク経路へと案内するための既知の解決策は、回路の極性に依存している。これは、固定された永久磁石によって生成される磁場が固定された方向を有するという事実のためである。このようにして、アークを経路へと磁気的に案内するための機構は、電流が回路安全装置を通って流れる方向に依存する。

これは、このような装置が、典型的な交流回路など、回路の電気的極性が反転する回路に設置されるのを妨げるため、重大な制限である。危険な条件は、このような装置が誤って逆さに設置される状況においても生じる可能性があり、その場合、アーク消去を増進させるために使用されることが意図された磁場が、実際には、アークをアーク経路から離す方に駆り立てるように働くことになる。

そのため、前述の制限を克服する、回路安全装置と共に使用可能なアーク消去を提供することが望まれる。

米国特許出願公開第2012/0037598号 米国特許出願公開第2012/0261382号

したがって、回路の極性に係わらず、回路安全装置の接点間のアークを捕らえるように機能するアーク消弧部を有する回路安全装置を提供することが、本発明の目的である。

電流が回路安全装置を通って流れている方向に係わらず、アークをアーク消弧部へと駆り立てるように構成される永久磁石を有する回路安全装置を提供することが、本発明のさらなる目的である。

これらの目的および他の目的は、互いに電気的に接触および接触解除するように移動可能な第1の接点および第2の接点と、アーク消弧部と、接点の極性に係わらず、接点間で発達するアークをアーク消弧部へと案内するように配置される永久磁石とを備える回路安全装置を提供することによって、達成される。

一部の実施では、アーク消弧部は第1のアーク経路と第2のアーク経路とを備える。第1のアーク経路は、第2のアーク経路に対して実質的に平行な方向、または、第2のアーク経路に対して実質的に垂直な方向に延び得る。永久磁石は、第1の接点の極性が正であるとき、アークを第1のアーク経路へと駆り立てるように配置されてもよく、第1の接点の極性が負であるとき、アークを第2のアーク経路へと駆り立てるように配置される。

一部の実施では、永久磁石は第1の永久磁石を備え、回路安全装置は、アークが形成し得る領域へと第2の永久磁石によって生成される磁場が広がるように位置決めされる第2の永久磁石をさらに備える。2つの永久磁石の磁場が、接点の近傍において発達し得るあらゆるアークに影響を与えるために相互作用するように、第2の永久磁石は第1の永久磁石の実質的に反対に位置決めされ得る。

一部の実施では、永久磁石は、第1の接点が永久磁石と第2の接点との間となるように位置決めされる。

一部の実施では、永久磁石はトロイダル状成形磁石である。トロイダル状成形磁石の回転の軸が第1の接点と交差してもよく、トロイダル状成形磁石は、第1の接点に電気的に接触している導体を包囲してもよい。トロイドは、中空の円筒形または任意の他の適切なトロイド形であり得る。一部の実施では、永久磁石は、中空の正方形または他の適切な形であり得る。

回路安全装置は、永久磁石の磁場を方向付けるために配置される少なくとも1つの極片を備えてもよい。少なくとも1つの極片は、アークが発生される領域において磁場を集中するために配置されてもよい。

なおもさらに、永久磁石によって生成される第1の磁場は、アークが第1の接点から放たれるか第2の接点から放たれるかに係わらずアークがアーク消弧部に向かって方向付けられるように、アークによって生成される第2の磁場と相互作用する。

一部の実施では、アーク消弧部は、アークを第1のアーク経路と第2のアーク経路とに分割するための少なくとも1つの板を備える。第1のアーク経路は第1の板を備えてもよく、第2のアーク経路は、第1のアーク板と異なる第2のアーク板を備えてもよい。第1のアーク経路および第2のアーク経路は、共通アークランナを備え得る。回路安全装置は、第1の接点と電気接触しており、第1のアーク経路の下に延びる第1のタブと第2のアーク経路の下に延びる第2のタブとを有する下方アークランナを備えてもよい。

本発明の目的は、アーク抑制を提供する回路安全装置の提供によって達成できる。回路安全装置は、電源に電気的に接続可能な第1の接点と、負荷に電気的に接続可能な第2の接点とを備えてもよい。回路安全装置は、第1の接点および第2の接点が互いに対して閉位置と開位置との間で移動可能であるように設けられる。回路安全装置は、第1の接点および第2の接点の近傍において発達するアークを消弧するためのアーク消弧部と、接点のうちの少なくとも1つに隣接して配置され、アークが発達する領域に広がる磁場を発生する永久磁石とをさらに備える。回路安全装置は、接点の極性に係わらず、磁場がアークをアーク消弧部に向かって方向付けるように設けられる。

本発明の他の目的は、アーク抑制を提供する回路安全装置の提供によって達成できる。回路安全装置は、電源に電気的に接続可能な第1の接点と、負荷に電気的に接続可能な第2の接点とを備えてもよい。回路安全装置は、第1の接点および第2の接点が互いに対して閉位置と開位置との間で移動可能であるように設けられる。回路安全装置は、前記第1の接点および前記第2の接点の近傍において発達するアークを消弧するための、第1のアーク経路および第2のアーク経路を有するアーク消弧部をさらに備える。回路安全装置は、第1の磁場を発生し、第2の接点と反対の第1の接点の側に位置決めされる第1の永久磁石と、第2の磁場を発生し、第1の接点と反対の第2の接点の側に位置決めされる第2の永久磁石とをなおもさらに備える。回路安全装置は、第1の磁場および第2の磁場が、接点の瞬間的な極性に係わらず、アークをアーク消弧部へと方向付けるように、アークと相互作用するようにさらに提供される。

本発明の他の目的と、本発明の具体的な特徴および利点とは、以下の図面および添付の詳細な説明の検討からより明らかとなる。

本発明の態様による例の回路安全装置の構成部品の図である。 図1に示した回路安全装置の一部の俯瞰図である。 図1および図2に示した構成部品の一部の斜視図である。 図1、図2、および図3に示した回路安全装置100の一部の側面図である。 図2に示したのと同じ視点から見た永久磁石の俯瞰図である。 図2に示したのと同じ視点から見た永久磁石の俯瞰図である。 図1〜図5に関連して記載した例の回路安全装置の一部分をさらに示した正投影図である。 本発明の態様による極性独立磁気アーク消弧特徴部の特定の部品の代替の配置を示す、図1〜図6に関連して記載した例の回路安全装置の構成部品の図である。 図7に示した例の回路安全装置の構成部品の俯瞰図である。 図7に示したのと同じ視点から見た永久磁石の俯瞰図である。 図7に示したのと同じ視点から見た永久磁石の俯瞰図である。 図9Aに示したような永久磁石の側面図である。 図9Bに示したような永久磁石の側面図である。 図6、図7、図8A、図8B、図9A、および図9Bに示した回路安全装置の実施の一部分の側面図である。 図7〜図11に関連して記載したような例の回路安全装置の一部分をさらに示した正投影図である。 追加の特徴を示す、図7〜図12に関連して記載したような例の回路安全装置の構成部品を示す図である。 本発明の態様による別の例の回路安全装置1400を示す図である。 磁場の一部をさらに示す、図14に示した例の回路安全装置の一部を示す図である。 図13〜図15に関連して記載した例の回路安全装置の一部分をさらに示した正投影図である。 図1〜図16に関して記載した例の回路安全装置の特定の構成部品の例の配置を示す図である。 図1〜図16に関して記載した例の回路安全装置の特定の構成部品の例の配置を示す図である。 図1〜図16に関して記載した例の回路安全装置の特定の構成部品の別の例の配置を示す図である。 図1〜図16に関して記載した例の回路安全装置の特定の構成部品の別の例の配置を示す図である。 本発明の態様による代替の通気構成を示す、図1〜図18に関して記載した例の回路安全装置の特定の構成部品の俯瞰図である。 本発明の態様による別の代替の通気構成を示す、図1〜図18に関して記載した例の回路安全装置の特定の構成部品の俯瞰図である。 本発明の態様によるさらなる代替の通気構成を示す、図1〜図18に関して記載した例の回路安全装置の特定の構成部品の俯瞰図である。 本発明の態様によるなおも別の代替の通気構成を示す、図1〜図18に関して記載した例の回路安全装置の特定の構成部品の正投影図である。

図1は、本発明の態様による極性独立磁気アーク消弧特徴部を有する例の回路安全装置100の構成部品を示している。

回路安全装置100は、電気回路を形成および断線するために使用され得る任意の装置であり得る。例えば、回路安全装置100がスイッチを備えてもよく、または、回路遮断器として実施されてもよいことは、当業者には明らかとなる。

回路安全装置100は、導体195を介してLINE端子120へと電気的に接続されている固定接点110を備えている。LINE端子は、一部の用途では電力会社によって供給される電源(図示せず)から、電力を受け入れる。しかしながら、電力は、限定されることはないが、商業用電力網、発電機、ソーラーパネル、燃料電池などを含む任意の民間の手段によって提供および調節され得ることは、当業者により理解されるものである。本例では、固定接点110は、後でより詳細に説明するように、下方アークランナ190に接続されている。当業者は、下方アークランナ190が、本発明の態様から逸脱することなく、望ましいとされるいくつかの異なる構成で接続され得ることを理解するものである。

移動可能接点130が移動可能接点アーム140に配置されており、移動可能接点アーム140は、固定接点110に対して閉位置と開位置との間で移動可能である。図1では、接点アーム140は、移動可能接点130が固定接点110に物理的に接触している状態で、閉位置において示されている。

移動可能接点130は、導体160を通じてLOAD端子150へと接続される。接点アーム140が、図示しているように閉位置にあるとき、移動可能接点130は、電流がLINE端子120とLOAD端子150との間で流れることができるように、固定接点110に電気的に接続される。

永久磁石170および170'が、接点110、130の相対する側に配置されており、アークが接点110、130の間で形成し得る領域を通じて磁場180を生成するために配向されている。

接点アーム140は、回路安全装置100の所望の実施に依存して、スイッチ、トリップ機構、および/または任意の他の既知の機構(図示せず)を介して作動され得る。

永久磁石170、170'は、接点アーム140の運動の同じ平面にあるが、永久磁石170、170'が接点アーム140の運動を邪魔することのない位置において、固定されている接点130に対して異なる高さに配置されて示されている。この配置は、接点110、130の間で発生されるアークの予測される伝播経路にわたって所望の磁界の強度および方向を維持する磁場180を作り出す利点を提供する。図1に示した構成が例示の結果を提供することが見出された一方、永久磁石の他の構成が当業者には明白であり得ることは、理解されるものである。図1に描写した例では、磁石170および170'は、これは他の実施においては該当しないことがあるが、各々の磁石によって生成される個々の磁場が加算され、単一の比較的強力な磁場が一方の磁石から他方の磁石へと流れるように配向される。

図2は、追加の構成部品を含む、図1に示した回路安全装置100の一部の俯瞰図である。

下方アークランナ190は、接点アーム140に対して垂直に延び、接点アーム140から離れるように、接点アーム140に対して平行に収束する曲線で延びるタブを有して示されている。アーク分割板200が、接点アーム140の一方の側へと、下方アークランナ190の上方に配置されて示されている。下方アークランナ190およびアーク分割板200の形は、アークをアーク分割板200へと電磁的に引き込むように企図されている。これらの構成部品は、筐体210によって少なくとも部分的に包囲されている。

アーク分割板200は、接点110、130の間で発達し得るアーク(図示せず)が磁石170、170'によってそこへと方向付けられる意図された領域250を通るアーク経路の一部を形成する。対応する領域250'は、アーク分割板(例えば、符号200')を収容もするが、この板は、下方アークランナ190の構成をはっきりと図示するように、明確性のために省略されている。

アーク抑制が、接点の極性に係わらず、アーク分割板の位置決めおよび構成によって増進されることは、当業者には明白である。この配置は、さらに、電磁エネルギーが消費されず、追加の熱が発生されないように、永久磁石を利用している。

筐体210は、生じるあらゆるアーク形成によって生成され得るガスおよび残屑を筐体210から逃がすことができるように、通気口220、220'を備えてもよい。

図3は、図1および図2に示した一部の構成部品の斜視図である。アーク分割板200は、下方アークランナ190に対して鋭角300で位置決めされて示されている。斜めにアーク分割板200を設けることの1つの利点は、これがより大きな表面積のアーク分割板200を提供でき(板の全体の大きさを増大する)、同時に、比較的小さい大きさにとどまる筐体210において板を位置決めさせることができることである。アーク分割板200の増大された表面積は、アーク分割板の効果を増加させるように機能する。

図4は、なおも他の構成部品を示した、図1、図2、および図3に示した回路安全装置100の一部の側面図である。

例えば、アーク分割板200は、下方アークランナ190に対して鋭角300で位置決めされるように示されている。追加のアーク分割板200'と上方アークランナ400とが、領域250にアーク経路を形成するために、アーク分割板200の上方に重ねられて示されている。

対応するアーク分割板200''のセットが、領域250'における別のアーク経路を形成するために、下方アークランナ190と上方アークランナ400との間に位置決めされて図示されている。

領域250および250'における分割板の配置が2つのアーク経路として表されている一方、当業者は、システムを単一のアーク消弧部として表すことができることに留意されたい。実際、固定接点110と移動可能接点130との間で発達するアークは、時間における任意の特定の瞬間に、アーク経路の一方へと引き込まれることになる。アークが引き込まれる領域は、所与の時間における接点110、130の極性に依存する。別の言い方をすれば、アークが引き込まれる領域は、接点110、130間の電流の瞬間的な方向に依存する。

図5Aおよび図5Bは、永久磁石170、170'の上面図であり、接点110、130間で発達するアークへの磁場180の効果を示している。

例えば、図5Aでは、固定接点110が第1の帯電の状態にあり、移動可能接点130が第1の帯電の状態と反対の第2の帯電の状態にあるとき、アーク500Aが接点110と接点130との間(図1〜図4に示す)に発達しているのが示されている。この状態は、アーク500Aを包囲する電磁場510Aを、指示されている反時計回りの方向で引き起こす。電磁場510Aは、磁場180と相互作用して、矢印520Aによって図示されている方向に(すなわち、図5Aにおける右へと)アーク500Aを移動させる。図2における対応する構造を参照すると、この移動は、アーク500Aを、消弧させるために、領域250'のアーク分割板200''(図6)へと駆り立てることになる。

図5Bでは、固定接点110が第2の帯電の状態にあり、移動可能接点130が第2の帯電の状態と反対の第1の帯電の状態にあるとき、アーク500Bが接点110と接点130との間(図1〜図4に示す)に発達しているのが示されている。この状態は、アーク500Bを包囲する電磁場510Bを、指示されている時計回りの方向で引き起こす。電磁場510Bは、磁場180と相互作用して、矢印520Bによって図示されている方向に(すなわち、図5Bにおける左へと)アーク500Bを移動させる。図2における対応する構造を参照すると、この移動は、アーク500Bを、消弧させるために、領域250のアーク分割板200、200'(図6)へと駆り立てることになる。

図6は、図1〜図5との関連で記載した回路安全装置100の構成部品の一部分、構造、および位置決めをさらに示している斜視図である。

図7は、本発明の態様による特定の部品の代替の配置を示す回路安全装置100の構成部品を示している。

固定接点110、LINE端子120、移動可能接点130、および接点アーム140は、図1〜図5に対して示しているのと実質的に同じ構成で配置されている。しかしながら、図7の実施では、永久磁石770は、図示しているように、固定接点110の下に位置決めされており、図1〜図5の永久磁石170、170'は存在していない。永久磁石770は磁場780を発生し、磁場780は、接点110、130の間のアークが形成し得る領域に広がる。

図8は、図7の構成における回路安全装置100の構成部品の上面図を示している。図8に示した図は、接点110、130、下方アークランナ190、および接点アーム140に対する永久磁石770の代替の位置を示している。

特定の極性を有する永久磁石770が示されているが、当業者は、本発明から逸脱することなく磁気極性が逆にされてもよいことを理解するものである。

図9Aおよび図9Bは、図7に示した同じ視点からの永久磁石770の俯瞰図であり、接点110、130間で発達したアークへの磁場780の効果を示している。

図9Aでは、アーク900Aが、固定接点110と移動可能接点130との間で発達して示されている(接点110、130は明確性のために示されていない)。アークの電荷は、図示しているように、アーク900Aを包囲する電磁場910Aを引き起こす。電磁場910Aは、矢印920Aによって示されているようにアーク900Aを方向付けるために、磁場780と相互作用する。

図8における対応する構造を参照すると、この移動は、アーク900Aを領域250'へと方向付けることになる。

図9Bでは、アーク900Bが、固定接点110と移動可能接点130との間で発達して示されている(接点110、130は明確性のために示されていない)が、接点110、130における帯電は図9Aに対して逆にされている。アークのこの電荷は、図示しているように、アーク900Bを包囲する電磁場910Bを引き起こす。電磁場910Bは、矢印920Bによって示されているようにアーク900Bを方向付けるために、磁場780と相互作用する。

図8における対応する構造を参照すると、この移動は、アーク900Bを領域250へと方向付けることになる。

図10Aおよび図10Bは、永久磁石770とアーク900Aおよび900Bとの側面図であり、磁場780と電磁場910Aおよび910Bとの相対的な配向をさらに示している。

図11は、図6、図7、図8A、図8B、図9A、および図9Bに示した回路安全装置100の実施の一部分の側面図である。図11の図は、図4に示した図に対応しており、接点アーム140を開位置で示している。磁場780(明確性のために省略されている)は、アークが生じ得る接点110、130の間の領域に広がる。接点110、130の極性に依存して、磁場780は、このようなアークを、領域250または250'のいずれかのアーク経路に向かって方向付けることになる。また、下方アークランナ190が、アーク分割器200から任意の角度1100で示されている。これは、比較的小さい寸法を有する筐体210において、より大きい表面積を有するアークランナを促進する利点を有し得る。

図12は、図7〜図11に関連して記載したような回路安全装置100の一部分をさらに示した斜視図である。

図13は、図7〜図12に示した回路安全装置100の実施の構成部品を示している。接点アーム140、移動可能接点130、固定接点110、および永久磁石770はすべて、実質的に図7に示したように配置されている。しかしながら、図13では、極片1300および1310が、磁石770に隣接して加えられている。極片1300および1310は、アーク(図示せず)が接点110、130の間で形成し得る領域を通じて、成形された磁場1380を生成するために配置されている。

この手法で磁場を方向付ける、および/または、集中させるために極片を用いることで、接点間で形成するアークを方向付けるおよび消弧するのに、より正確な制御を可能にする。

極片1300および1310は、例えば、限定されることはないが、鉄材料を含む、任意の適切な材料から作られ得る。当業者は、任意の所望の形を備える1つまたは複数の極片が、所望の磁場を形成するために、本明細書に記載した磁石配置のいずれかと組み合わされて、または別の方法で本発明と一致して、用いられてもよいことを理解するであろう。

図14は、本発明の態様による別の回路安全装置1400の特定の構成部品を示している。回路安全装置1400は、LINE端子1420へと電気的に接続されている固定接点1410を備えている。固定接点1410は下方アークランナ1490へと接続されているが、当業者は、下方アークランナ1490が本発明から逸脱することなく異なる構成で接続され得ることを理解するものである。

移動可能接点1430が、閉位置と開位置との間で移動され得る移動可能接点アーム1440に配置されている。図14では、接点アーム1440は、移動可能接点1430が固定接点1410に接触している状態で、閉位置において示されている。

移動可能接点1430は、導体1460を通じてLOAD端子1450へと接続される。接点アーム1440が閉位置にあるとき、移動可能接点1430は、電流がLINE端子1420とLOAD端子1450との間で流れることができるように、固定接点1410と物理的に接続する。

永久磁石1470が、図示しているように固定接点1410の下に位置決めされており、接点アーム1440が閉位置にあるときに接点1410、1430が接する領域であって、接点が開くか閉じるときに接点1410、1430の間にアークが形成し得る領域を通じて、磁場1480(明確性のために省略されている)を生成するために配向されている。LINE端子1420を包囲するように配置された中空の円筒形を備える永久磁石1470が示されているが、他の形および/または他の配置が利用されてもよいことは、当業者によって理解されるものである。

回路安全装置1400は、電気回路を開くか閉じるために使用され得る任意の装置であり得る。例えば、回路安全装置1400は、スイッチとして実施されてもよく、または、回路遮断器として実施されてもよい。

接点アーム1440は、回路安全装置1400の所望の実施に応じて、スイッチ、トリップ機構、および/または任意の他の既知の機構(図示せず)を介して作動され得る。

下方アークランナ1490は、固定接点1410と電気接触して示されている。アーク分割板14200および14200'がアーク経路14250に配置されて示されており、アーク分割板14200''がアーク経路14250'に配置されて示されている。接点1410、1430の極性に依存して、接点間で発達するアークは、アーク(図示せず)を包囲する電磁場の磁場1480(明確性のために図14からは省略されており、図15に示されている)との相互作用によって、アーク経路14250または14250'のいずれかに向かって方向付けられることになる。

この配置が、接点の極性に係わらず、アーク分割板を用いて、および、電力の消費を必要とせずに永久磁石を用いることで、支援されたアーク抑制を提供することは、当業者には明確である。

アーク経路14250、14250'および磁場1480を図14に示しているように配置することで、アーク経路14250、14250'が隣り合う構成でなく、そのため単一のアーク経路よりも幅広とするために筐体を必要としないという理由のため、回路安全装置1400の輪郭は回路安全装置100の輪郭よりも薄くされることも、また明らかである。

図15は、図14に示しているように回路安全装置1400の一部分を示しており、アークが接点1410、1430の間で形成し得る領域に広がる磁場1480の一部をさらに示している。磁場は、接点の極性に依存して、このようなアークを領域14250または14250'のいずれかに向かって方向付けるように機能する。

図16は、図13〜図15に関連して記載した回路安全装置1400の一部分をさらに示している斜視図であり、一方、図17A〜図17Bおよび図18A〜図18Bは、本明細書で記載した回路安全装置の特定の構成部品の配置を示している。

図17Aは、本発明の態様による接点アーム140および導体195を通じて流れる電流によって発生される電磁場を示している。

電流が、矢印1750Aによって指示されている方向(すなわち、LINEからLOADへの方向)において、導体195および接点アーム140を通じて流れるとき、電磁場1700Aおよび1720Aをそれぞれ引き起こす。固定接点110と移動可能接点130との間で発達するアークは、電磁場1710Aを発生することになる。導体195および接点アーム140は、アークへの電磁場1700Aおよび1720Aの影響が、他の可能な実施と比較して、アーク経路へのアークの方向付けを実質的に妨げることがないように、配向および配置されている。

図17Bは、本発明の態様による接点アーム140および導体195を通じて流れる電流によって発生される電磁場を示している。

電流が、矢印1750Bによって指示されている方向(すなわち、LOADからLINEへの方向)において、導体195および接点アーム140を通じて流れるとき、電磁場1700Bおよび1720Bをそれぞれ引き起こす。固定接点110と移動可能接点130との間で発達するアークは、電磁場1710Bも発生することになる。導体195および接点アーム140は、アークへの電磁場1700Bおよび1720Bの影響が、他の可能な実施と比較して、アーク経路へのアークの方向付けを実質的に妨げることがないように、配向および配置されている。

図18Aおよび図18Bは、本発明の態様による接点アーム140および導体195を通じて流れる電流によって発生される電磁場を取り扱うための別の配置を示している。図18Aおよび図18Bに示した配置は、導体195が固定接点110の下に位置決めされた永久磁石(図示せず)を収容するように配置されていることを除いて、図17Aおよび図17Bに示した配置と同様である。

電流が、矢印1850Aによって指示されている方向(すなわち、LINEからLOADへの方向)において、導体195および接点アーム140を通じて流れるとき、電磁場1800Aおよび1820Aをそれぞれ引き起こす。固定接点110と移動可能接点130との間で発達するアークは、電磁場1810Aも発生することになる。導体195および接点アーム140は、アークへの電磁場1800Aおよび1820Aの影響が、他の可能な実施と比較して、アーク経路へのアークの方向付けを実質的に妨げることがないように、配向されている。

図18Bは、本発明の態様による接点アーム140および導体195を通じて流れる電流によって発生される電磁場を取り扱うための配置を示している。

電流が、矢印1850Bによって指示されている方向(すなわち、LOADからLINEへの方向)において、導体195および接点アーム140を通じて流れるとき、電磁場1800Bおよび1820Bをそれぞれ引き起こす。固定接点110と移動可能接点130との間で発達するアークは、電磁場1810Bも発生することになる。導体195および接点アーム140は、アークへの電磁場1800Bおよび1820Bの影響が、他の可能な実施と比較して、アーク経路へのアークの方向付けを実質的に妨げることがないように、配向されている。

図19は、本発明の態様による代替の通気構成を示す、回路安全装置100の特定の構成部品の俯瞰図を示している。

図19に示した構成部品は、筐体1910の追加を伴って、実質的に図8に示したように配置されている。筐体1910は、図2に示した通気口220、220'の構成と異なる細長い構成で通気口1900が示されていることを除いて、図2に示した筐体210と実質的に同様である。

図20は、筐体1910および通気口1900の側面図を示している。通気口1900は、筐体1910内での潜在的なアーク形成によって発生されるガスの流れの増大を可能にするという利点を提供する。

図21は、別の代替の通気構成を示す筐体1910の別の側面図を示している。通気口2100、2100'、2100''は、通気口が通気口2100と2100'との間の筐体1910の一部分と、通気口2100'と2100''との間の一部分とにおいて延びていないことを除いて、図19および図20に示した通気口1900と実質的に同様の手法で並べられている。これは、筐体1910内のアーク形成によって発生されるガスの望ましい流れを促す一方、アークが本発明の態様に従って方向付けられることになる筐体1910の内部の領域にわたって遮蔽を提供もするという利点を提供する。

図22は、さらなる代替の配置を示す、通気口2200、2200'、2200''を含む筐体1910の斜視図である。

本発明は、部品、特徴などの特定の配置を参照して説明されてきたが、これらは、すべての可能な配置または特徴をすべて使うことは意図されておらず、実際、多くの改良および変形が、当業者には確認できることになる。

100 回路安全装置
110 固定接点
120 LINE端子
130 移動可能接点
140 移動可能接点アーム
150 LOAD端子
160 導体
170、170' 永久磁石
180 磁場
190 下方アークランナ
195 導体
200、200'、200'' アーク分割板
210 筐体
220、220' 通気口
250、250' 領域
300 鋭角
400 上方アークランナ
500A、500B アーク
510A、510B 電磁場
520A、520B 矢印
770 永久磁石
780 磁場
900A、900B アーク
910A、910B 電磁場
920A、920B 矢印
1100 角度
1300、1310 極片
1380 磁場
1400 回路安全装置
1410 固定接点
1420 LINE端子
1430 移動可能接点
1440 移動可能接点アーム
1450 LOAD端子
1460 導体
1470 永久磁石
1480 磁場
1490 下方アークランナ
1700A、1700B 電磁場
1710A、1710B 電磁場
1720A、1720B 電磁場
1750A、1750B 矢印
1800A、1800B 電磁場
1810A、1810B 電磁場
1820A、1820B 電磁場
1850A、1850B 矢印
1900 通気口
1910 筐体
2100、2100'、2100'' 通気口
2200、2200'、2200'' 通気口
14200、14200'、14200'' アーク分割板
14250、14250' アーク経路

Claims (20)

1. アーク抑制を提供する回路安全装置であって、
   電源に電気的に接続可能な第1の接点と、
   負荷に電気的に接続可能な第2の接点と、
   前記第1の接点および前記第2の接点の近傍において発達するアークを消弧するためのアーク消弧部と、
   前記第1の接点および前記第2の接点のうちの少なくとも1つに隣接して配置され、前記アークが発達する領域に広がる磁場を発生する永久磁石と
   を備え、
   前記第1の接点および前記第2の接点は互いに対して閉位置と開位置との間で移動可能であり、
   前記磁場は、前記第1の接点および前記第2の接点の極性に係わらず、前記アークを前記アーク消弧部に向かって方向付ける、
   回路安全装置。
2. 前記アーク消弧部が第1のアーク経路と第2のアーク経路とを備える、請求項1に記載の回路安全装置。
3. 前記第1のアーク経路が、前記第2のアーク経路に対して実質的に平行な方向に延びる、請求項2に記載の回路安全装置。
4. 前記第1のアーク経路が、前記第2のアーク経路に対して実質的に垂直な方向に延びる、請求項2に記載の回路安全装置。
5. 前記永久磁石が、前記第1の接点の極性が正であるとき、前記アークを前記第1のアーク経路に向かって方向付けるように配置され、前記第1の接点の極性が負であるとき、前記アークを前記第2のアーク経路へと駆り立てるように配置される、請求項2に記載の回路安全装置。
6. 前記第1のアーク経路および前記第2のアーク経路が、前記アークを分割するための板を備える、請求項2に記載の回路安全装置。
7. 前記第1のアーク経路が第1の板を備え、前記第2のアーク経路が第2の板を備える、請求項2に記載の回路安全装置。
8. 前記第1のアーク経路および前記第2のアーク経路が、共通アークランナを備える、請求項2に記載の回路安全装置。
9. 前記第1の接点に電気的に結合される、前記第1のアーク経路の下に延びる第1のタブと前記第2のアーク経路の下に延びる第2のタブとを有する下方アークランナをさらに備える、請求項2に記載の回路安全装置。
10. 前記永久磁石が第1の永久磁石を備え、前記回路安全装置が、前記第1の永久磁石によって生成される磁場が前記第1の接点と前記第2の接点との間の領域を通じて第2の永久磁石へと延びるように配置される第2の永久磁石をさらに備える、請求項1に記載の回路安全装置。
11. 前記第1の永久磁石が、前記第2の永久磁石に対して長手方向軸に沿ってずれている、請求項10に記載の回路安全装置。
12. 前記第1の接点が前記永久磁石と前記第2の接点との間となるように前記永久磁石が位置決めされる、請求項1に記載の回路安全装置。
13. 前記永久磁石がトロイダル状成形磁石である、請求項1に記載の回路安全装置。
14. 前記トロイダル状成形磁石の回転の軸が前記第1の接点と交差する、請求項13に記載の回路安全装置。
15. 前記トロイダル状成形磁石が、前記第1の接点に電気的に結合される導体を包囲する、請求項13に記載の回路安全装置。
16. 前記磁場を方向付けるために配置される少なくとも1つの極片をさらに備える、請求項1に記載の回路安全装置。
17. 前記少なくとも1つの極片が、前記アークが発達する前記領域において前記磁場を集中するために配置される、請求項16に記載の回路安全装置。
18. 前記アーク消弧部が、前記アークを分割するための少なくとも1つの板を備える、請求項1に記載の回路安全装置。
19. 回路安全装置であって、
    電源に電気的に接続可能な第1の接点と、
    負荷に電気的に接続可能な第2の接点と、
    前記第1の接点および前記第2の接点の近傍において発達するアークを消弧するための、第1のアーク経路および第2のアーク経路を有するアーク消弧部と、
    第1の磁場を発生し、前記第2の接点と反対の前記第1の接点の側に位置決めされる第1の永久磁石と、
    第2の磁場を発生し、前記第1の接点と反対の前記第2の接点の側に位置決めされる第2の永久磁石と
    を備え、
    前記第1の接点および前記第2の接点は互いに対して閉位置と開位置との間で移動可能であり、
    前記第1の磁場および前記第2の磁場が、前記第1の接点および前記第2の接点の瞬間的な極性に係わらず、前記アークを前記アーク消弧部へと方向付けるように、前記アークと相互作用する、
    回路安全装置。
20. 前記第1のアーク経路および前記第2のアーク経路が、前記アークを分割するための板を備える、請求項19に記載の回路安全装置。

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