プラズマ銃電極間のエレクトロマイグレーションを防止するためのシステム、方法、および装置
【課題】プラズマ銃電極間のエレクトロマイグレーションを防止するためのシステム、方法、および装置の提供。
【解決手段】プラズマプルームを発生するように構成されたプラズマ銃４１２と、電気エネルギーを蓄積するように構成されたキャパシタ２１０、２１２と、プラズマ銃４１２およびキャパシタ２１０、２１２に通信結合されたトリガ回路３０４とを含む回路保護デバイスである。トリガ回路３０４は、キャパシタ２１０、２１２に第１の信号を伝送して、キャパシタ２１０、２１２に、電気エネルギーの第１の部分をプラズマ銃４１２へ伝送させるように構成される。トリガ回路３０４は、プラズマ銃４１２に第２の信号を伝送して、プラズマ銃４１２に、電気エネルギーの第１の部分を用いてプラズマプルームを発生させるようにも構成される。
【解決手段】プラズマプルームを発生するように構成されたプラズマ銃４１２と、電気エネルギーを蓄積するように構成されたキャパシタ２１０、２１２と、プラズマ銃４１２およびキャパシタ２１０、２１２に通信結合されたトリガ回路３０４とを含む回路保護デバイスである。トリガ回路３０４は、キャパシタ２１０、２１２に第１の信号を伝送して、キャパシタ２１０、２１２に、電気エネルギーの第１の部分をプラズマ銃４１２へ伝送させるように構成される。トリガ回路３０４は、プラズマ銃４１２に第２の信号を伝送して、プラズマ銃４１２に、電気エネルギーの第１の部分を用いてプラズマプルームを発生させるようにも構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で説明される実施形態は、一般に回路保護デバイスに関し、より詳細には、回路保護デバイスのキャパシタバンクから複数の電極へ、蓄積された電気エネルギーの放出を起動するのに使用される装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の電力回路および開閉器は、一般に、空気、あるいは気体または固体の誘電体などの絶縁物によって分離された導体を有する。しかし、導体が互いに接近しすぎて配置されると、あるいは、導体間の電圧が、導体間の絶縁物の絶縁特性を超過すると、アークが生じる可能性がある。例えば、導体間の絶縁物がイオン化する可能性があり、絶縁物が導電性になり、アークフラッシュが形成する恐れが生じる。
【０００３】
アークフラッシュには、２つの相の導体間、１相の導体と中性の導体間、または１相の導体とアース点間の障害による、エネルギーの急速な放出が含まれる。アークフラッシュの温度は、２０，０００℃以上になり得て、導体および隣接した装置を気化させることがある。さらに、アークフラッシュは、熱ばかりでなく、強烈な光、圧縮波、および／または音波の形態で、導体および隣接した装置を損傷するのに十分なかなりのエネルギーを放出することがある。しかし、アークフラッシュを発生する障害電流のレベルは、一般に短絡電流のレベルより小さく、アーク障害条件を扱うように特別に設計された回路遮断器でなければ、一般に回路遮断器がトリップしないかまたはトリップするのが遅れる。
【０００４】
十分に速い応答を示す別の既知の回路保護デバイスにアーク封じ込めデバイスがあり、これは、電気エネルギーをアークフラッシュ点からそらすように、封じ込められるアークを生成する。例えば、いくつかの既知のデバイスは、回路で検出された１次アークフラッシュに関連したエネルギーを放散するのに用いる、２次アークフラッシュなどのアークを発生することを含む。このようなデバイスは、２次アークフラッシュによって放出されるエネルギーを安全に封じ込めるように設計された密閉箱の中に、２次アークフラッシュを発生させるのに使用される複数の高電圧かつ高エネルギーのキャパシタを含むことが多い。これらのキャパシタは、２次アークフラッシュの形成を促進するように複数の電極間の間隙へプラズマを放出するアブレーション用のプラズマ銃に、エネルギーを供給するのに使用され得る。しかし、プラズマ銃の電極が絶えず帯電する場合、時間が経つにつれて間隙の電気的絶縁が弱まる可能性があり、それによってプラズマ銃の妨害トリガが起こり得る。
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、回路保護デバイスは、プラズマプルームを発生するように構成されたプラズマ銃と、電気エネルギーを蓄積するように構成された少なくとも１つのキャパシタと、キャパシタおよびプラズマ銃に通信結合されたトリガ回路とを含む。このトリガ回路は、キャパシタに第１の信号を伝送して、キャパシタに、プラズマ銃へ電気エネルギーの第１の部分を伝送させ、また、プラズマ銃に第２の信号を伝送して、プラズマ銃に、電気エネルギーの第１の部分を用いてプラズマプルームを発生させるように構成される。
【０００６】
別の態様では、プラズマ銃を有する回路保護デバイスとともに使用するコントローラが提供される。このコントローラは、プラズマ銃に電気エネルギーを供給するように構成された複数の第１のキャパシタと、プラズマ銃にパルスを伝送して、プラズマ銃に、プラズマプルームを生成させるように構成された第２のキャパシタとを含む複数のキャパシタを含む。このコントローラは、複数のキャパシタに通信結合されたトリガ回路も含む。このトリガ回路は、障害を示す信号を受け取り、複数の第１のキャパシタに、プラズマ銃へ電気エネルギーを伝送させ、第２のキャパシタに、プラズマ銃へパルスを伝送させるように構成される。
【０００７】
別の態様では、プラズマ銃と、少なくとも１つの第１のキャパシタと、少なくとも１つの第２のキャパシタとを有する回路保護デバイスによってプラズマプルームの生成を起動する方法が提供される。この方法は、障害を示す信号を受け取るステップと、第１の信号を第１のキャパシタに伝送して、第１のキャパシタに、蓄積した電気エネルギーをプラズマ銃へ伝送させるステップと、第２の信号をプラズマ銃に伝送して、プラズマ銃に、電気エネルギーを用いてプラズマプルームを発生させるステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】配電装置とともに使用する例示的回路保護デバイスの斜視図である。
【図２】図１に示された回路保護デバイスとともに使用され得るコントローラの部分的分解組立図である。
【図３】図２に示されたコントローラの概略ブロック図である。
【図４】図２に示されたコントローラとともに使用され得る、例示の、電力回路、トリガ回路、および出力装置の簡易回路図である。
【図５】図２に示されたコントローラを制御するのに用いられ得る例示的方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
プラズマ銃電極間のエネルギーのエレクトロマイグレーションを防止するためのシステム、方法、および装置の例示的実施形態が、上記に説明されている。これらの実施形態は、１次アークフラッシュなどの回路障害を検出したときのみ、蓄積された電気エネルギーの第１の部分をキャパシタバンクからプラズマ銃電極へ移すのを促進する。さらに、これらの実施形態は、アブレーション用のプラズマプルームを生成するために、蓄積された電気エネルギーの第２の部分をトリガーパルスの形で第２のキャパシタに結合されたイグニションコイルからプラズマ銃電極に伝送した後にのみ、電気エネルギーを用いるのを容易にする。蓄積されたエネルギーの伝送とトリガーパルスの伝送とを分離すると、プラズマ銃の電極間の絶縁破壊防止が助長され、それによって妨害トリガの機会が低減する。
【００１０】
図１は、配電装置とともに使用する例示的回路保護デバイス１００の斜視図である。デバイス１００は、空気または別の気体の主間隙によって分離された複数の主電極（図示せず）を含む封じ込め組立体１０２を含んでいる。各主電極は、別々の相、中性点、またはアースなど、電力回路の電気的に異なる部分に結合される。封じ込め組立体１０２は、プラズマ銃に電気的パルスを伝送することによりアブレーション用のプラズマ銃（図示せず）を作動させるトリガ回路（図示せず）も含む。プラズマ銃は、パルスに応答して、主電極間のアークの生成を促進するアブレーション用のプラズマを発する。アークは、回路を保護するために、アークフラッシュからのエネルギーを、回路のどこか他のところへそらすように生成される。さらに、封じ込め組立体１０２は、アークによって生成されたエネルギーを封じ込めて隔離する外側のカバー１０４を含む。封じ込め組立体１０２は、装置の密閉箱（図示せず）に挿入され得るように、小箱１０６に結合されるように大きさを合わせられる。さらに、デバイス１００は、封じ込め組立体１０２に通信結合されたコントローラ１０８を含む。コントローラ１０８は、アークフラッシュを検出するように回路を監視する１つまたは複数のセンサ（図示せず）から信号を受け取る。センサは、回路の一部分を通る電流および／または回路の複数の部分にわたる電圧を監視することができる。センサは、アークフラッシュによって生成され得る光フラッシュを検出することもできる。コントローラ１０８は、これらの信号に応答して、封じ込め組立体１０２内のプラズマ銃を作動させてアークを発生させる。
【００１１】
図２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）２０８を包含するように大きさを合わせられたハウジング２０６を含むコントローラ１０８の部分的分解組立図である。ＰＣＢ ２０８は、電気的に結合された複数の第１のキャパシタ２１０および１つまたは複数の第２のキャパシタ２１２を含む。第１のキャパシタ２１０は、本明細書では活性化キャパシタと称されてもよく、封じ込めデバイス１０２内でアークを生成するのに使用される封じ込めデバイス１０２（図１に示されている）のプラズマ銃（図示せず）に電力を供給するのに使用される。第２のキャパシタ２１２は、本明細書ではパルスキャパシタと称されてもよく、プラズマ銃に電力が供給された後に、単巻変圧器（図示せず）によってプラズマ銃にパルス信号を供給するのに使用される。パルス信号は、プラズマ銃にアークプルームを生成させる。
【００１２】
図３は、コントローラ１０８の概略ブロック図である。例示的実施形態では、コントローラ１０８は、例えば、限定する意味ではなく、電源入力コネクタ２１６、キャパシタの充電／放電デバイスの入力コネクタ２１８、継電器の入力コネクタ２２０、および警報入力コネクタ２２２を含む複数の入力コネクタ２１４を含んでいる。電源入力コネクタ２１６は、コントローラ１０８に給電し、プラズマ銃にエネルギーを供給するのに使用される電源（図示せず）から電力を受け取ることを容易にする。キャパシタの充電／放電デバイスの入力コネクタ２１８は、第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２（図２に示されている）を充電するためのユーザ入力、ならびに／あるいは第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２を放電するためのユーザ入力を受け取ることを容易にする。継電器の入力コネクタ２２０は、回路のアークフラッシュ検出を示す信号を受け取り、アークフラッシュエネルギーをアーク封じ込めデバイス１０２（図１に示されている）の中へ移すためにプラズマ銃にアークプルームを生成させることを容易にする。警報入力コネクタ２２２は、警報装置（図示せず）から信号を受け取る。さらに、コントローラ１０８は、例えば警報出力コネクタ２２６およびキャパシタステータス信号の出力コネクタ２２８を含む複数の出力コネクタ２２４を含んでいる。警報出力コネクタ２２６は、プラズマ銃がアークプルームを生成するように点火したという指標を示すことを容易にするために、警報装置に信号を伝送する。キャパシタステータス信号の出力コネクタ２２８は、出力装置２０４に結合する。
【００１３】
例示的実施形態では、前述のデバイスとの通信を容易にするために、ＰＣＢ ２０８は、入力コネクタ２１４および出力コネクタ２２４に通信結合する。さらに、ＰＣＢ ２０８は、第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２に、蓄積したエネルギーをプラズマ銃へ放出させる信号を発生するのに使用される回路を含む。例示的実施形態では、ＰＣＢ ２０８は、電源入力コネクタ２１６を介して電源から電力を受け取る電力回路３０２を含む。電力回路３０２は、約１２ボルトの電力などの低電圧電力を、コントローラ１０８の集積回路、電界効果トランジスタなどの低電圧電子部品に供給する。また、電力回路３０２は、低電圧電力の一部分を、コントローラ１０８の第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２などの高エネルギーで高電圧の電子部品用の高電圧電力に変換する。また、電力回路３０２は、第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２の充電を促進するために、キャパシタ充電／放電デバイスの入力コネクタ２１８を介して入力信号を受け取り、入力信号に基づいて、第１のキャパシタ２１０および／または第２のキャパシタ２１２を充電または放電する。
【００１４】
ＰＣＢ ２０８は、プラズマ銃に通信結合されるトリガ回路３０４も含む。トリガ回路３０４は、継電器の入力コネクタ２２０を介して継電器オン信号を受け取り、アークフラッシュエネルギーをアーク封じ込めデバイス１０２の中へ移すために、プラズマ銃によるアークプルームの生成を促進する。例えば、トリガ回路３０４は、継電器オン信号に応答して、第１のキャパシタ２１０に、蓄積したエネルギーをプラズマ銃へ放出させる。さらに、トリガ回路３０４は、第２のキャパシタ２１２に、イグニションコイルが発生した高電圧パルスを用いてプラズマ銃を起動する単巻変圧器へ、電圧パルス信号を伝送させることにより、プラズマ銃に、放出されたエネルギーを用いてアークプルームを生成させる。プラズマ銃は、パルス信号に応答して、放出されたエネルギーを用いてアークプルームを生成する。
【００１５】
この例示的実施形態では、ＰＣＢ ２０８は、第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２の充電状態を監視するのに使用される監視回路３０６も含む。監視回路３０６は、第１の出力デバイス３０８、第２の出力デバイス３１０、および第３の出力デバイス３１２を含む。この例示的実施形態では、第１の出力デバイス３０８は、低電圧電源が利用可能であること、第１のキャパシタ２１０が所望の期間中に所望のレベルに充電されたこと、および第２のキャパシタ２１２が所望のレベルに充電されたことをオペレータに示す。第２の出力デバイス３１０は、第１のキャパシタ２１０および／または第２のキャパシタ２１２が放電されたことをオペレータに示す。第３の出力デバイス３１２は、第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２が充電中または放電中であること、あるいは所望の時間内で充電できなかったことをユーザに示す。
【００１６】
図４は、電力回路３０２およびトリガ回路３０４の簡易回路図である。この例示的実施形態では、電力回路３０２は、電源入力コネクタ２１６を介して電力を受け取る１つまたは複数の電圧調整器４０２を含む。電圧調整器４０２は、電力を調節して、コントローラ１０８の低電圧の電気部品（図２に示されている）用の低電圧電力を出力する。さらに、電力回路３０２は、低電圧電力の一部分を、コントローラ１０８の第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２などの高電圧の電気部品用の高電圧電力に変換する電圧変換器４０４を含む。
【００１７】
この例示的実施形態では、第１のキャパシタ２１０は、高電圧で高エネルギーのキャパシタのバンクを含む。第１のキャパシタ２１０のキャパシタバンクで使用され得る例示的キャパシタは、約４５０ボルト（Ｖ）で約１８０マイクロファラド（μＦ）の静電容量を有するキャパシタを含む。しかし、静電容量定格が約１８０μＦより大きかろうと小さかろうと、また、動作電圧が約４５０Ｖより高かろうと低かろうと、あらゆる適切な高電圧で高エネルギーのキャパシタが第１のキャパシタ２１０の中で使用され得ることを理解されたい。この例示的実施形態では、第２のキャパシタ２１２は、単一の高電圧キャパシタである。第２のキャパシタ２１２として使用され得る例示的キャパシタは、約４５０Ｖで約４７μＦの静電容量を有するものである。しかし、静電容量定格が約４７μＦより大きかろうと小さかろうと、また、動作電圧が約４５０Ｖより高かろうと低かろうと、あらゆる適切な高電圧で高エネルギーのキャパシタが第２のキャパシタ２１２の中で使用され得ることを理解されたい。
【００１８】
この例示的実施形態では、トリガ回路３０４には、回路上の１次アークフラッシュなどの障害を検出して、この障害を示す信号を、継電器の入力コネクタ２２０を介してトリガ回路３０４に伝送する検出器（図示せず）が結合されている。トリガ回路３０４は、第１の論理デバイス４０６および第２の論理デバイス４０８を含む。この例示的実施形態では、第１論理デバイス４０６および第２の論理デバイス４０８は、第１のキャパシタ２１０および／または第２のキャパシタ２１２からプラズマプルームを発生するのに使用されるプラズマ銃電極４１０への電気エネルギーマイグレーションの防止を促進するシリコン制御整流器である。より具体的には、第１の論理デバイス４０６および第２の論理デバイス４０８は、１次アークフラッシュなどのアーク事象の期間中起動される半導体スイッチとして使用される。第１の論理デバイス４０６は、第１のキャパシタ２１０およびプラズマ銃４１２に通信結合される。同様に、第２の論理デバイス４０８は、第２のキャパシタ２１２およびプラズマ銃４１２に通信結合される。また、第１の論理デバイス４０６がオフ状態のとき、第１の論理デバイス４０６からの漏れによってプラズマ銃４１２に高電圧が蓄積されないように、トリガ回路３０４はブリードオフデバイス４１４を含む。例示的ブリードオフデバイス４１４は、トリガ回路３０４内に設置されている抵抗４１６およびＭＯＳＦＥＴトランジスタなどのトランジスタ４１８を含む。例示的実施形態では、抵抗４１６およびトランジスタ４１８は、時間が経つにつれてプラズマ銃電極４１０間に電圧が蓄積されるのを実質的に防止する。このような電圧が蓄積されると、プラズマ銃電極４１０間の空隙が劣化することがあり、回路保護デバイス１００の妨害点火をもたらす恐れがある。代替実施形態では、ブリードオフデバイス４１４は、ＮＰＮ−ＰＮＰのバイポーラ接合トランジスタ、および／またはＰチャンネル−ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタの様々な構成を含む。
【００１９】
タイマデバイス４２０が、検出回路および第２の論理デバイス４０８に通信結合される。タイマデバイス４２０は、検出回路から第２の論理デバイス４０８へのアーク事象検出信号の伝送を遅らせる。例えば、検出回路が、第１の論理デバイス４０６に検出信号を伝送し、タイマデバイス４２０が、第２の論理デバイス４０８への検出信号の伝送を、約８マイクロ秒などのあらかじめ選択された期間だけ遅らせる。より具体的には、検出回路は、検出デバイスおよび第１の論理デバイス４０６に通信結合されている第１のパルストランス４２２に検出信号を伝送する。同様に、タイマデバイス４２０は、タイマデバイス４２０および第２の論理デバイス４０８に通信結合されている第２のパルストランス４２４に検出信号を伝送する。第１の論理デバイス４０６の出力は、プラズマ銃電極４１０から第１の論理デバイス４０６へ逆電流が流れるのを防止する少なくとも１つの阻止ダイオード４２６に通信結合される。さらに、第２の論理デバイス４０８の出力は、高電圧パルス信号を発生するイグニションコイル４２８に通信結合され、同パルス信号により、プラズマ銃４１２は、第１のキャパシタ２１０によってプラズマ銃４１２に放出されるかまたは伝送される電気エネルギーを用いてプラズマプルームを発生する。イグニションコイル４２８の出力は、プラズマ銃電極４１０からイグニションコイル４２８および／または第２の論理デバイス４０８へ逆電流が流れるのを防止する阻止ダイオード４２６に通信結合される。
【００２０】
図５は例示的方法を示す流れ図５００である。より具体的には、流れ図５００は、トリガ回路３０４およびプラズマ銃４１２（どちらも図４に示されている）を使用してプラズマプルームの生成を起動する例示的方法を示す。この例示的実施形態では、検出回路（図示せず）は、ステップ５０２で、１次アークフラッシュなどの回路上の障害を検出する。トリガ回路３０４は、ステップ５０４で、障害を示す信号を検出回路から受け取る。例えば、第１のパルストランス４２２および第２のパルストランス４２４（どちらも図４に示されている）は、それぞれ検出回路から同信号を受け取る。しかし、タイマデバイス４２０は、信号が第１のパルストランス４２２に伝送された後、第２のパルストランス４２４への信号の伝送をあらかじめ選択された期間だけ遅らせる。
【００２１】
この例示的実施形態では、トリガ回路３０４は、ステップ５０６で、第１のキャパシタ２１０（図３に示されている）に第１の信号を伝送して、第１のキャパシタ２１０に、蓄積した電気エネルギーをプラズマ銃４１２へ伝送させる。例えば、第１のパルストランス４２２は、検出回路から第１の信号を受け取り、第１の論理デバイス４０６（図４に示されている）に第１の信号を伝送する。第１の論理デバイス４０６は、第１の信号に応答して作動し、第１のキャパシタ２１０に蓄積された電気エネルギーの少なくとも一部分のプラズマ銃電極４１０（図４に示されている）への放出を可能にする。第１のキャパシタ２１０によって放出された電気エネルギーは、本明細書では、第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２に蓄積された電気エネルギーの累積的な量の第１の部分とも称され得る。
【００２２】
さらに、この例示的実施形態では、トリガ回路３０４は、ステップ５０８で、第２の信号をプラズマ銃４１２に伝送して、ステップ５１０で、プラズマ銃４１２に、第１のキャパシタ２１０によって放出された電気エネルギーを用いてプラズマプルームを発生させる。例えば、タイマデバイス４２０は、検出回路から信号を受け取り、あらかじめ選択された期間の後に第２のパルストランス４２４に信号を伝送する。第１のキャパシタ２１０によって蓄積された電気エネルギーは、あらかじめ選択された期間にプラズマ銃電極４１０へ伝送され得る。第２のパルストランス４２４は、タイマデバイス４２０から信号を受け取り、第２の論理デバイス４０８（図４に示されている）へ第２の信号を伝送する。第２の論理デバイス４０８は、第２の信号に応答して作動し、第２のキャパシタ２１２（図４に示されている）に蓄積された電気エネルギーの、少なくとも一部分のイグニションコイル４２８（図４に示されている）への放出を可能にする。イグニションコイル４２８は、この電気エネルギーを用いて高エネルギーのパルス信号を発生し、このパルス信号をプラズマ銃電極４１０に伝送する。このパルス信号により、プラズマ銃電極４１２は、アークフラッシュエネルギーをアーク封じ込めデバイス１０２（図１に示されている）の中へ移すプラズマプルームを発生する。第２のキャパシタ２１２によって放出された電気エネルギーは、本明細書では、第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２に蓄積された電気エネルギーの累積的な量の第２の部分とも称され得る。
【００２３】
回路保護デバイス内でプラズマプルームの生成を起動するためのシステム、方法、および装置の例示的実施形態は、上記で詳細に説明されている。本明細書で説明されたシステム、方法、および装置は、特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、方法の動作ならびに／あるいはシステムおよび／または装置の構成要素は、本明細書で説明された他の動作および／または構成要素から独立して別個に利用されてよい。さらに、説明された動作および／または構成要素は、他のシステム、方法、および／または装置の中で定義されるか、あるいはこれらと組み合わせて使用されてもよく、また、本明細書で説明されたようなシステム、方法、および記憶媒体だけを用いる実施に限定されない。
【００２４】
本発明は、例示的回路保護システムに関連して説明されているが、本発明の実施形態は、多数の他の汎用または特別目的の回路保護システムまたは構成で使用することができる。本明細書に説明された回路保護システムは、本発明のあらゆる態様の用途または機能の範囲に関して、いかなる限度も示唆するようには意図されていない。さらに、本明細書に説明された回路保護システムは、例示的動作環境で示された構成要素のいかなる１つまたは組合せに関連する依存性または要件もないものと解釈されたい。
【００２５】
本明細書に示され説明された本発明の実施形態の動作の実行または遂行の順序は、特別の定めのない限り必須ではない。すなわち、動作は、特別の定めのない限り、いかなる順序で遂行されてもよく、本発明の実施形態は、本明細書に開示されたものより、追加の動作またはより少数の動作を含んでよい。例えば、特定の動作を、別の動作の、以前に、同時に、もしくは後に、実行するかまたは遂行することは、本発明の態様の範囲内にあるように企図されている。
【００２６】
本発明の態様または実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ある」、「１つの」、「この」、および「前記」は、その要素の１つまたは複数を意味するように意図される。用語「備える」、「含む」、および「有する」は、包括的であるように意図され、列挙された要素以外にさらなる要素があり得ることを意味する。
【００２７】
この書かれた説明は、最善の様式を含めて本発明を開示するために、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し用いることならびにあらゆる具体化された方法を実行すること含めて本発明を実施することも可能にするために、実施例を用いる。本発明が特許権を受けられる範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に想起される他の実施例を含み得る。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字どおりの言葉と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字どおりの言葉との実質のない相違点を有する同等な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲に入るように意図されている。
【符号の説明】
【００２８】
１００ 回路保護デバイス
１０２ 封じ込め組立体
１０４ 外側のカバー
１０６ 小箱
１０８ コントローラ
２０４ 出力デバイス
２０６ ハウジング
２０８ プリント回路基板
２１０ 第1のキャパシタ
２１２ 第２のキャパシタ
２１４ 入力コネクタ
２１６ 電源入力コネクタ
２１８ キャパシタの充電／放電デバイスの入力コネクタ
２２０ 継電器の入力コネクタ
２２２ 警報入力コネクタ
２２４ 出力コネクタ
２２６ 警報出力コネクタ
２２８ キャパシタステータス信号の出力コネクタ
３０２ 電力回路
３０４ トリガ回路
３０６ 監視回路
３０８ 第１の出力デバイス
３１０ 第２の出力デバイス
３１２ 第３の出力デバイス
４０２ 電圧調整器
４０４ 電圧変換器
４０６ 第１の論理デバイス
４０８ 第２の論理デバイス
４１０ プラズマ銃電極
４１２ プラズマ銃
４１４ ブリードオフデバイス
４１６ 抵抗
４１８ トランジスタ
４２０ タイマデバイス
４２２ 第１のパルストランス
４２４ 第２のパルストランス
４２６ 阻止ダイオード
４２８ イグニションコイル
【技術分野】
【０００１】
本明細書で説明される実施形態は、一般に回路保護デバイスに関し、より詳細には、回路保護デバイスのキャパシタバンクから複数の電極へ、蓄積された電気エネルギーの放出を起動するのに使用される装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の電力回路および開閉器は、一般に、空気、あるいは気体または固体の誘電体などの絶縁物によって分離された導体を有する。しかし、導体が互いに接近しすぎて配置されると、あるいは、導体間の電圧が、導体間の絶縁物の絶縁特性を超過すると、アークが生じる可能性がある。例えば、導体間の絶縁物がイオン化する可能性があり、絶縁物が導電性になり、アークフラッシュが形成する恐れが生じる。
【０００３】
アークフラッシュには、２つの相の導体間、１相の導体と中性の導体間、または１相の導体とアース点間の障害による、エネルギーの急速な放出が含まれる。アークフラッシュの温度は、２０，０００℃以上になり得て、導体および隣接した装置を気化させることがある。さらに、アークフラッシュは、熱ばかりでなく、強烈な光、圧縮波、および／または音波の形態で、導体および隣接した装置を損傷するのに十分なかなりのエネルギーを放出することがある。しかし、アークフラッシュを発生する障害電流のレベルは、一般に短絡電流のレベルより小さく、アーク障害条件を扱うように特別に設計された回路遮断器でなければ、一般に回路遮断器がトリップしないかまたはトリップするのが遅れる。
【０００４】
十分に速い応答を示す別の既知の回路保護デバイスにアーク封じ込めデバイスがあり、これは、電気エネルギーをアークフラッシュ点からそらすように、封じ込められるアークを生成する。例えば、いくつかの既知のデバイスは、回路で検出された１次アークフラッシュに関連したエネルギーを放散するのに用いる、２次アークフラッシュなどのアークを発生することを含む。このようなデバイスは、２次アークフラッシュによって放出されるエネルギーを安全に封じ込めるように設計された密閉箱の中に、２次アークフラッシュを発生させるのに使用される複数の高電圧かつ高エネルギーのキャパシタを含むことが多い。これらのキャパシタは、２次アークフラッシュの形成を促進するように複数の電極間の間隙へプラズマを放出するアブレーション用のプラズマ銃に、エネルギーを供給するのに使用され得る。しかし、プラズマ銃の電極が絶えず帯電する場合、時間が経つにつれて間隙の電気的絶縁が弱まる可能性があり、それによってプラズマ銃の妨害トリガが起こり得る。
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、回路保護デバイスは、プラズマプルームを発生するように構成されたプラズマ銃と、電気エネルギーを蓄積するように構成された少なくとも１つのキャパシタと、キャパシタおよびプラズマ銃に通信結合されたトリガ回路とを含む。このトリガ回路は、キャパシタに第１の信号を伝送して、キャパシタに、プラズマ銃へ電気エネルギーの第１の部分を伝送させ、また、プラズマ銃に第２の信号を伝送して、プラズマ銃に、電気エネルギーの第１の部分を用いてプラズマプルームを発生させるように構成される。
【０００６】
別の態様では、プラズマ銃を有する回路保護デバイスとともに使用するコントローラが提供される。このコントローラは、プラズマ銃に電気エネルギーを供給するように構成された複数の第１のキャパシタと、プラズマ銃にパルスを伝送して、プラズマ銃に、プラズマプルームを生成させるように構成された第２のキャパシタとを含む複数のキャパシタを含む。このコントローラは、複数のキャパシタに通信結合されたトリガ回路も含む。このトリガ回路は、障害を示す信号を受け取り、複数の第１のキャパシタに、プラズマ銃へ電気エネルギーを伝送させ、第２のキャパシタに、プラズマ銃へパルスを伝送させるように構成される。
【０００７】
別の態様では、プラズマ銃と、少なくとも１つの第１のキャパシタと、少なくとも１つの第２のキャパシタとを有する回路保護デバイスによってプラズマプルームの生成を起動する方法が提供される。この方法は、障害を示す信号を受け取るステップと、第１の信号を第１のキャパシタに伝送して、第１のキャパシタに、蓄積した電気エネルギーをプラズマ銃へ伝送させるステップと、第２の信号をプラズマ銃に伝送して、プラズマ銃に、電気エネルギーを用いてプラズマプルームを発生させるステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】配電装置とともに使用する例示的回路保護デバイスの斜視図である。
【図２】図１に示された回路保護デバイスとともに使用され得るコントローラの部分的分解組立図である。
【図３】図２に示されたコントローラの概略ブロック図である。
【図４】図２に示されたコントローラとともに使用され得る、例示の、電力回路、トリガ回路、および出力装置の簡易回路図である。
【図５】図２に示されたコントローラを制御するのに用いられ得る例示的方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
プラズマ銃電極間のエネルギーのエレクトロマイグレーションを防止するためのシステム、方法、および装置の例示的実施形態が、上記に説明されている。これらの実施形態は、１次アークフラッシュなどの回路障害を検出したときのみ、蓄積された電気エネルギーの第１の部分をキャパシタバンクからプラズマ銃電極へ移すのを促進する。さらに、これらの実施形態は、アブレーション用のプラズマプルームを生成するために、蓄積された電気エネルギーの第２の部分をトリガーパルスの形で第２のキャパシタに結合されたイグニションコイルからプラズマ銃電極に伝送した後にのみ、電気エネルギーを用いるのを容易にする。蓄積されたエネルギーの伝送とトリガーパルスの伝送とを分離すると、プラズマ銃の電極間の絶縁破壊防止が助長され、それによって妨害トリガの機会が低減する。
【００１０】
図１は、配電装置とともに使用する例示的回路保護デバイス１００の斜視図である。デバイス１００は、空気または別の気体の主間隙によって分離された複数の主電極（図示せず）を含む封じ込め組立体１０２を含んでいる。各主電極は、別々の相、中性点、またはアースなど、電力回路の電気的に異なる部分に結合される。封じ込め組立体１０２は、プラズマ銃に電気的パルスを伝送することによりアブレーション用のプラズマ銃（図示せず）を作動させるトリガ回路（図示せず）も含む。プラズマ銃は、パルスに応答して、主電極間のアークの生成を促進するアブレーション用のプラズマを発する。アークは、回路を保護するために、アークフラッシュからのエネルギーを、回路のどこか他のところへそらすように生成される。さらに、封じ込め組立体１０２は、アークによって生成されたエネルギーを封じ込めて隔離する外側のカバー１０４を含む。封じ込め組立体１０２は、装置の密閉箱（図示せず）に挿入され得るように、小箱１０６に結合されるように大きさを合わせられる。さらに、デバイス１００は、封じ込め組立体１０２に通信結合されたコントローラ１０８を含む。コントローラ１０８は、アークフラッシュを検出するように回路を監視する１つまたは複数のセンサ（図示せず）から信号を受け取る。センサは、回路の一部分を通る電流および／または回路の複数の部分にわたる電圧を監視することができる。センサは、アークフラッシュによって生成され得る光フラッシュを検出することもできる。コントローラ１０８は、これらの信号に応答して、封じ込め組立体１０２内のプラズマ銃を作動させてアークを発生させる。
【００１１】
図２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）２０８を包含するように大きさを合わせられたハウジング２０６を含むコントローラ１０８の部分的分解組立図である。ＰＣＢ ２０８は、電気的に結合された複数の第１のキャパシタ２１０および１つまたは複数の第２のキャパシタ２１２を含む。第１のキャパシタ２１０は、本明細書では活性化キャパシタと称されてもよく、封じ込めデバイス１０２内でアークを生成するのに使用される封じ込めデバイス１０２（図１に示されている）のプラズマ銃（図示せず）に電力を供給するのに使用される。第２のキャパシタ２１２は、本明細書ではパルスキャパシタと称されてもよく、プラズマ銃に電力が供給された後に、単巻変圧器（図示せず）によってプラズマ銃にパルス信号を供給するのに使用される。パルス信号は、プラズマ銃にアークプルームを生成させる。
【００１２】
図３は、コントローラ１０８の概略ブロック図である。例示的実施形態では、コントローラ１０８は、例えば、限定する意味ではなく、電源入力コネクタ２１６、キャパシタの充電／放電デバイスの入力コネクタ２１８、継電器の入力コネクタ２２０、および警報入力コネクタ２２２を含む複数の入力コネクタ２１４を含んでいる。電源入力コネクタ２１６は、コントローラ１０８に給電し、プラズマ銃にエネルギーを供給するのに使用される電源（図示せず）から電力を受け取ることを容易にする。キャパシタの充電／放電デバイスの入力コネクタ２１８は、第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２（図２に示されている）を充電するためのユーザ入力、ならびに／あるいは第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２を放電するためのユーザ入力を受け取ることを容易にする。継電器の入力コネクタ２２０は、回路のアークフラッシュ検出を示す信号を受け取り、アークフラッシュエネルギーをアーク封じ込めデバイス１０２（図１に示されている）の中へ移すためにプラズマ銃にアークプルームを生成させることを容易にする。警報入力コネクタ２２２は、警報装置（図示せず）から信号を受け取る。さらに、コントローラ１０８は、例えば警報出力コネクタ２２６およびキャパシタステータス信号の出力コネクタ２２８を含む複数の出力コネクタ２２４を含んでいる。警報出力コネクタ２２６は、プラズマ銃がアークプルームを生成するように点火したという指標を示すことを容易にするために、警報装置に信号を伝送する。キャパシタステータス信号の出力コネクタ２２８は、出力装置２０４に結合する。
【００１３】
例示的実施形態では、前述のデバイスとの通信を容易にするために、ＰＣＢ ２０８は、入力コネクタ２１４および出力コネクタ２２４に通信結合する。さらに、ＰＣＢ ２０８は、第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２に、蓄積したエネルギーをプラズマ銃へ放出させる信号を発生するのに使用される回路を含む。例示的実施形態では、ＰＣＢ ２０８は、電源入力コネクタ２１６を介して電源から電力を受け取る電力回路３０２を含む。電力回路３０２は、約１２ボルトの電力などの低電圧電力を、コントローラ１０８の集積回路、電界効果トランジスタなどの低電圧電子部品に供給する。また、電力回路３０２は、低電圧電力の一部分を、コントローラ１０８の第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２などの高エネルギーで高電圧の電子部品用の高電圧電力に変換する。また、電力回路３０２は、第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２の充電を促進するために、キャパシタ充電／放電デバイスの入力コネクタ２１８を介して入力信号を受け取り、入力信号に基づいて、第１のキャパシタ２１０および／または第２のキャパシタ２１２を充電または放電する。
【００１４】
ＰＣＢ ２０８は、プラズマ銃に通信結合されるトリガ回路３０４も含む。トリガ回路３０４は、継電器の入力コネクタ２２０を介して継電器オン信号を受け取り、アークフラッシュエネルギーをアーク封じ込めデバイス１０２の中へ移すために、プラズマ銃によるアークプルームの生成を促進する。例えば、トリガ回路３０４は、継電器オン信号に応答して、第１のキャパシタ２１０に、蓄積したエネルギーをプラズマ銃へ放出させる。さらに、トリガ回路３０４は、第２のキャパシタ２１２に、イグニションコイルが発生した高電圧パルスを用いてプラズマ銃を起動する単巻変圧器へ、電圧パルス信号を伝送させることにより、プラズマ銃に、放出されたエネルギーを用いてアークプルームを生成させる。プラズマ銃は、パルス信号に応答して、放出されたエネルギーを用いてアークプルームを生成する。
【００１５】
この例示的実施形態では、ＰＣＢ ２０８は、第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２の充電状態を監視するのに使用される監視回路３０６も含む。監視回路３０６は、第１の出力デバイス３０８、第２の出力デバイス３１０、および第３の出力デバイス３１２を含む。この例示的実施形態では、第１の出力デバイス３０８は、低電圧電源が利用可能であること、第１のキャパシタ２１０が所望の期間中に所望のレベルに充電されたこと、および第２のキャパシタ２１２が所望のレベルに充電されたことをオペレータに示す。第２の出力デバイス３１０は、第１のキャパシタ２１０および／または第２のキャパシタ２１２が放電されたことをオペレータに示す。第３の出力デバイス３１２は、第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２が充電中または放電中であること、あるいは所望の時間内で充電できなかったことをユーザに示す。
【００１６】
図４は、電力回路３０２およびトリガ回路３０４の簡易回路図である。この例示的実施形態では、電力回路３０２は、電源入力コネクタ２１６を介して電力を受け取る１つまたは複数の電圧調整器４０２を含む。電圧調整器４０２は、電力を調節して、コントローラ１０８の低電圧の電気部品（図２に示されている）用の低電圧電力を出力する。さらに、電力回路３０２は、低電圧電力の一部分を、コントローラ１０８の第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２などの高電圧の電気部品用の高電圧電力に変換する電圧変換器４０４を含む。
【００１７】
この例示的実施形態では、第１のキャパシタ２１０は、高電圧で高エネルギーのキャパシタのバンクを含む。第１のキャパシタ２１０のキャパシタバンクで使用され得る例示的キャパシタは、約４５０ボルト（Ｖ）で約１８０マイクロファラド（μＦ）の静電容量を有するキャパシタを含む。しかし、静電容量定格が約１８０μＦより大きかろうと小さかろうと、また、動作電圧が約４５０Ｖより高かろうと低かろうと、あらゆる適切な高電圧で高エネルギーのキャパシタが第１のキャパシタ２１０の中で使用され得ることを理解されたい。この例示的実施形態では、第２のキャパシタ２１２は、単一の高電圧キャパシタである。第２のキャパシタ２１２として使用され得る例示的キャパシタは、約４５０Ｖで約４７μＦの静電容量を有するものである。しかし、静電容量定格が約４７μＦより大きかろうと小さかろうと、また、動作電圧が約４５０Ｖより高かろうと低かろうと、あらゆる適切な高電圧で高エネルギーのキャパシタが第２のキャパシタ２１２の中で使用され得ることを理解されたい。
【００１８】
この例示的実施形態では、トリガ回路３０４には、回路上の１次アークフラッシュなどの障害を検出して、この障害を示す信号を、継電器の入力コネクタ２２０を介してトリガ回路３０４に伝送する検出器（図示せず）が結合されている。トリガ回路３０４は、第１の論理デバイス４０６および第２の論理デバイス４０８を含む。この例示的実施形態では、第１論理デバイス４０６および第２の論理デバイス４０８は、第１のキャパシタ２１０および／または第２のキャパシタ２１２からプラズマプルームを発生するのに使用されるプラズマ銃電極４１０への電気エネルギーマイグレーションの防止を促進するシリコン制御整流器である。より具体的には、第１の論理デバイス４０６および第２の論理デバイス４０８は、１次アークフラッシュなどのアーク事象の期間中起動される半導体スイッチとして使用される。第１の論理デバイス４０６は、第１のキャパシタ２１０およびプラズマ銃４１２に通信結合される。同様に、第２の論理デバイス４０８は、第２のキャパシタ２１２およびプラズマ銃４１２に通信結合される。また、第１の論理デバイス４０６がオフ状態のとき、第１の論理デバイス４０６からの漏れによってプラズマ銃４１２に高電圧が蓄積されないように、トリガ回路３０４はブリードオフデバイス４１４を含む。例示的ブリードオフデバイス４１４は、トリガ回路３０４内に設置されている抵抗４１６およびＭＯＳＦＥＴトランジスタなどのトランジスタ４１８を含む。例示的実施形態では、抵抗４１６およびトランジスタ４１８は、時間が経つにつれてプラズマ銃電極４１０間に電圧が蓄積されるのを実質的に防止する。このような電圧が蓄積されると、プラズマ銃電極４１０間の空隙が劣化することがあり、回路保護デバイス１００の妨害点火をもたらす恐れがある。代替実施形態では、ブリードオフデバイス４１４は、ＮＰＮ−ＰＮＰのバイポーラ接合トランジスタ、および／またはＰチャンネル−ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタの様々な構成を含む。
【００１９】
タイマデバイス４２０が、検出回路および第２の論理デバイス４０８に通信結合される。タイマデバイス４２０は、検出回路から第２の論理デバイス４０８へのアーク事象検出信号の伝送を遅らせる。例えば、検出回路が、第１の論理デバイス４０６に検出信号を伝送し、タイマデバイス４２０が、第２の論理デバイス４０８への検出信号の伝送を、約８マイクロ秒などのあらかじめ選択された期間だけ遅らせる。より具体的には、検出回路は、検出デバイスおよび第１の論理デバイス４０６に通信結合されている第１のパルストランス４２２に検出信号を伝送する。同様に、タイマデバイス４２０は、タイマデバイス４２０および第２の論理デバイス４０８に通信結合されている第２のパルストランス４２４に検出信号を伝送する。第１の論理デバイス４０６の出力は、プラズマ銃電極４１０から第１の論理デバイス４０６へ逆電流が流れるのを防止する少なくとも１つの阻止ダイオード４２６に通信結合される。さらに、第２の論理デバイス４０８の出力は、高電圧パルス信号を発生するイグニションコイル４２８に通信結合され、同パルス信号により、プラズマ銃４１２は、第１のキャパシタ２１０によってプラズマ銃４１２に放出されるかまたは伝送される電気エネルギーを用いてプラズマプルームを発生する。イグニションコイル４２８の出力は、プラズマ銃電極４１０からイグニションコイル４２８および／または第２の論理デバイス４０８へ逆電流が流れるのを防止する阻止ダイオード４２６に通信結合される。
【００２０】
図５は例示的方法を示す流れ図５００である。より具体的には、流れ図５００は、トリガ回路３０４およびプラズマ銃４１２（どちらも図４に示されている）を使用してプラズマプルームの生成を起動する例示的方法を示す。この例示的実施形態では、検出回路（図示せず）は、ステップ５０２で、１次アークフラッシュなどの回路上の障害を検出する。トリガ回路３０４は、ステップ５０４で、障害を示す信号を検出回路から受け取る。例えば、第１のパルストランス４２２および第２のパルストランス４２４（どちらも図４に示されている）は、それぞれ検出回路から同信号を受け取る。しかし、タイマデバイス４２０は、信号が第１のパルストランス４２２に伝送された後、第２のパルストランス４２４への信号の伝送をあらかじめ選択された期間だけ遅らせる。
【００２１】
この例示的実施形態では、トリガ回路３０４は、ステップ５０６で、第１のキャパシタ２１０（図３に示されている）に第１の信号を伝送して、第１のキャパシタ２１０に、蓄積した電気エネルギーをプラズマ銃４１２へ伝送させる。例えば、第１のパルストランス４２２は、検出回路から第１の信号を受け取り、第１の論理デバイス４０６（図４に示されている）に第１の信号を伝送する。第１の論理デバイス４０６は、第１の信号に応答して作動し、第１のキャパシタ２１０に蓄積された電気エネルギーの少なくとも一部分のプラズマ銃電極４１０（図４に示されている）への放出を可能にする。第１のキャパシタ２１０によって放出された電気エネルギーは、本明細書では、第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２に蓄積された電気エネルギーの累積的な量の第１の部分とも称され得る。
【００２２】
さらに、この例示的実施形態では、トリガ回路３０４は、ステップ５０８で、第２の信号をプラズマ銃４１２に伝送して、ステップ５１０で、プラズマ銃４１２に、第１のキャパシタ２１０によって放出された電気エネルギーを用いてプラズマプルームを発生させる。例えば、タイマデバイス４２０は、検出回路から信号を受け取り、あらかじめ選択された期間の後に第２のパルストランス４２４に信号を伝送する。第１のキャパシタ２１０によって蓄積された電気エネルギーは、あらかじめ選択された期間にプラズマ銃電極４１０へ伝送され得る。第２のパルストランス４２４は、タイマデバイス４２０から信号を受け取り、第２の論理デバイス４０８（図４に示されている）へ第２の信号を伝送する。第２の論理デバイス４０８は、第２の信号に応答して作動し、第２のキャパシタ２１２（図４に示されている）に蓄積された電気エネルギーの、少なくとも一部分のイグニションコイル４２８（図４に示されている）への放出を可能にする。イグニションコイル４２８は、この電気エネルギーを用いて高エネルギーのパルス信号を発生し、このパルス信号をプラズマ銃電極４１０に伝送する。このパルス信号により、プラズマ銃電極４１２は、アークフラッシュエネルギーをアーク封じ込めデバイス１０２（図１に示されている）の中へ移すプラズマプルームを発生する。第２のキャパシタ２１２によって放出された電気エネルギーは、本明細書では、第１のキャパシタ２１０および第２のキャパシタ２１２に蓄積された電気エネルギーの累積的な量の第２の部分とも称され得る。
【００２３】
回路保護デバイス内でプラズマプルームの生成を起動するためのシステム、方法、および装置の例示的実施形態は、上記で詳細に説明されている。本明細書で説明されたシステム、方法、および装置は、特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、方法の動作ならびに／あるいはシステムおよび／または装置の構成要素は、本明細書で説明された他の動作および／または構成要素から独立して別個に利用されてよい。さらに、説明された動作および／または構成要素は、他のシステム、方法、および／または装置の中で定義されるか、あるいはこれらと組み合わせて使用されてもよく、また、本明細書で説明されたようなシステム、方法、および記憶媒体だけを用いる実施に限定されない。
【００２４】
本発明は、例示的回路保護システムに関連して説明されているが、本発明の実施形態は、多数の他の汎用または特別目的の回路保護システムまたは構成で使用することができる。本明細書に説明された回路保護システムは、本発明のあらゆる態様の用途または機能の範囲に関して、いかなる限度も示唆するようには意図されていない。さらに、本明細書に説明された回路保護システムは、例示的動作環境で示された構成要素のいかなる１つまたは組合せに関連する依存性または要件もないものと解釈されたい。
【００２５】
本明細書に示され説明された本発明の実施形態の動作の実行または遂行の順序は、特別の定めのない限り必須ではない。すなわち、動作は、特別の定めのない限り、いかなる順序で遂行されてもよく、本発明の実施形態は、本明細書に開示されたものより、追加の動作またはより少数の動作を含んでよい。例えば、特定の動作を、別の動作の、以前に、同時に、もしくは後に、実行するかまたは遂行することは、本発明の態様の範囲内にあるように企図されている。
【００２６】
本発明の態様または実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ある」、「１つの」、「この」、および「前記」は、その要素の１つまたは複数を意味するように意図される。用語「備える」、「含む」、および「有する」は、包括的であるように意図され、列挙された要素以外にさらなる要素があり得ることを意味する。
【００２７】
この書かれた説明は、最善の様式を含めて本発明を開示するために、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し用いることならびにあらゆる具体化された方法を実行すること含めて本発明を実施することも可能にするために、実施例を用いる。本発明が特許権を受けられる範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に想起される他の実施例を含み得る。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字どおりの言葉と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字どおりの言葉との実質のない相違点を有する同等な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲に入るように意図されている。
【符号の説明】
【００２８】
１００ 回路保護デバイス
１０２ 封じ込め組立体
１０４ 外側のカバー
１０６ 小箱
１０８ コントローラ
２０４ 出力デバイス
２０６ ハウジング
２０８ プリント回路基板
２１０ 第1のキャパシタ
２１２ 第２のキャパシタ
２１４ 入力コネクタ
２１６ 電源入力コネクタ
２１８ キャパシタの充電／放電デバイスの入力コネクタ
２２０ 継電器の入力コネクタ
２２２ 警報入力コネクタ
２２４ 出力コネクタ
２２６ 警報出力コネクタ
２２８ キャパシタステータス信号の出力コネクタ
３０２ 電力回路
３０４ トリガ回路
３０６ 監視回路
３０８ 第１の出力デバイス
３１０ 第２の出力デバイス
３１２ 第３の出力デバイス
４０２ 電圧調整器
４０４ 電圧変換器
４０６ 第１の論理デバイス
４０８ 第２の論理デバイス
４１０ プラズマ銃電極
４１２ プラズマ銃
４１４ ブリードオフデバイス
４１６ 抵抗
４１８ トランジスタ
４２０ タイマデバイス
４２２ 第１のパルストランス
４２４ 第２のパルストランス
４２６ 阻止ダイオード
４２８ イグニションコイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマプルームを発生するように構成されたプラズマ銃（４１２）と、
電気エネルギーを蓄積するように構成された少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）と、
前記プラズマ銃（４１２）および前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に通信結合されたトリガ回路（３０４）であって、
第１の信号を前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に伝送して、前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に、前記電気エネルギーの第１の部分を前記プラズマ銃（４１２）へ伝送させ、また、
前記プラズマ銃（４１２）に第２の信号を伝送して、前記プラズマ銃（４１２）に、前記電気エネルギーの前記第１の部分を用いて前記プラズマプルームを発生させるように構成されるトリガ回路（３０４）とを備える回路保護デバイス（１００）。
【請求項２】
前記プラズマ銃（４１２）が複数の電極（４１０）を備え、前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）が、前記電気エネルギーの前記第１の部分を前記複数の電極（４１０）に伝送するように構成された少なくとも１つの第１のキャパシタ（２１０）を備える請求項１記載の回路保護デバイス（１００）。
【請求項３】
前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）が、前記電気エネルギーの第２の部分を蓄積し前記第２の信号を前記複数の電極（４１０）に伝送するように構成された第２のキャパシタ（２１２）をさらに備え、前記複数の電極（４１０）が、前記第２の信号に応答して、前記電気エネルギーを用いて前記プラズマプルームを発生するように構成される請求項２記載の回路保護デバイス（１００）。
【請求項４】
前記トリガ回路（３０４）が、イグニションコイル（４２８）を備え、前記イグニションコイル（４２８）は、前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に通信結合され、前記電気エネルギーの第２の部分を用いて前記第２の信号をパルスとして前記プラズマ銃（４１２）に伝送するように構成される請求項１記載の回路保護デバイス（１００）。
【請求項５】
前記トリガ回路（３０４）が、前記電気エネルギーの前記第１の部分が前記プラズマ銃（４１２）に伝送された後に、あらかじめ選択された期間にわたって前記第２の信号の伝送を遅らせるように構成されたタイマ（４２０）を備える請求項１記載の回路保護デバイス（１００）。
【請求項６】
前記トリガ回路（３０４）が、前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に通信結合された少なくとも１つのパルストランス（４２２、４２４）を備え、前記少なくとも１つのパルストランス（４２２、４２４）は、
障害を示す信号を受け取り、
前記第１の信号を前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に伝送して、前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に、前記電気エネルギーの第１の部分を前記プラズマ銃（４１２）へ伝送させ、
前記第２の信号を前記プラズマ銃（４１２）に伝送するように構成される請求項１記載の回路保護デバイス（１００）。
【請求項７】
前記トリガ回路（３０４）が、前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）および前記少なくとも１つのパルストランス（４２２、４２４）に通信結合された少なくとも１つの論理デバイス（４０６、４０８）をさらに備え、前記少なくとも１つの論理デバイス（４０６、４０８）は、
前記少なくとも１つのパルストランス（４２２、４２４）から前記第１の信号および前記第２の信号を受け取り、
前記第１の信号を前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に伝送して、前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に、前記電気エネルギーの第１の部分を前記プラズマ銃（４１２）へ伝送させ、
前記第２の信号を前記プラズマ銃（４１２）に伝送するように構成される請求項６記載の回路保護デバイス（１００）。
【請求項８】
前記トリガ回路（３０４）が、前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）と前記少なくとも１つのパルストランス（４２２、４２４）とに通信結合されたブリードオフデバイス（４１４）をさらに備え、前記ブリードオフデバイス（４１４）は、前記電気エネルギーが前記第１の信号の伝送に先立って前記プラズマ銃（４１２）に伝送されるのを防止するように構成される請求項６記載の回路保護デバイス（１００）。
【請求項９】
プラズマ銃（４１２）を有する回路保護デバイス（１００）とともに使用するコントローラ（１０８）であって、
複数のキャパシタであって、
前記プラズマ銃（４１２）に電気エネルギーを供給するように構成された複数の第１のキャパシタ（２１０）と、
前記プラズマ銃（４１２）にパルスを伝送して、前記プラズマ銃（４１２）にプラズマプルームを生成させるように構成された第２のキャパシタ（２１２）とを含む複数のキャパシタと、
前記複数のキャパシタに通信結合されたトリガ回路（３０４）であって、
障害を示す信号を受け取り、
前記複数の第１のキャパシタ（２１０）に、前記電気エネルギーを前記プラズマ銃（４１２）へ伝送させ、
前記第２のキャパシタ（２１２）に、前記パルスを前記プラズマ銃（４１２）へ伝送させるように構成されたトリガ回路（３０４）とを備えるコントローラ（１０８）。
【請求項１０】
前記トリガ回路（３０４）が、前記複数の第１のキャパシタ（２１０）および検出回路に通信結合された第１のパルストランス（４２２）を備え、前記第１のパルストランス（４２２）は、前記検出回路から前記障害を示す信号を受け取り、第１の信号を前記複数の第１のキャパシタ（２１０）へ伝送して、前記電気エネルギーを前記プラズマ銃（４１２）へ伝送するように構成される請求項９記載のコントローラ（１０８）。
【請求項１１】
前記トリガ回路（３０４）が、前記第２のキャパシタ（２１２）および前記検出回路に通信結合された第２のパルストランス（４２４）をさらに備え、前記第２のパルストランス（４２４）は、前記検出回路から前記障害を示す信号を受け取り、前記第２のキャパシタ（２１２）に第２の信号を伝送して、前記プラズマ銃（４１２）に前記パルスを伝送するように構成される請求項１０記載のコントローラ（１０８）。
【請求項１２】
前記トリガ回路（３０４）が、前記第２のパルストランス（４２４）に通信結合されたタイマ（４２０）をさらに備え、前記タイマ（４２０）は、前記障害を示す信号を前記検出回路から受け取り、前記第１のパルストランス（４２２）が前記第１の信号を伝送してからあらかじめ選択された期間の後に、前記第２のパルストランス（４２４）に前記第２の信号を伝送するように構成される請求項１１記載のコントローラ（１０８）。
【請求項１３】
前記トリガ回路（３０４）が、
前記複数の第１のキャパシタ（２１０）と前記第１のパルストランス（４２２）とに通信結合された第１の論理デバイス（４０６）であって、前記第１のパルストランス（４２２）から前記第１の信号を受け取り、前記複数の第１のキャパシタ（２１０）に、前記電気エネルギーを前記プラズマ銃（４１２）へ伝送させるように構成された第１の論理デバイス（４０６）と、
前記第２のキャパシタ（２１２）と前記第２のパルストランス（４２４）とに通信結合された第２の論理デバイス（４０８）であって、前記第２のパルストランス（４２４）から前記第２の信号を受け取り、前記パルスを前記プラズマ銃（４１２）へ伝送するように構成された第２の論理デバイス（４０８）とをさらに備える請求項１１記載のコントローラ（１０８）。
【請求項１４】
前記トリガ回路（３０４）が、イグニションコイル（４２８）を備え、前記イグニションコイル（４２８）は、前記第２のキャパシタ（２１２）に通信結合され、前記第２のキャパシタ（２１２）によって蓄積された電気エネルギーを用いて前記パルスを生成するように構成される請求項９記載のコントローラ（１０８）。
【請求項１５】
前記トリガ回路（３０４）が、前記プラズマ銃（４１２）から前記複数のキャパシタへの電流の流れを防止するように構成された少なくとも１つの阻止ダイオード（４２６）を備える請求項９記載のコントローラ（１０８）。
【請求項１】
プラズマプルームを発生するように構成されたプラズマ銃（４１２）と、
電気エネルギーを蓄積するように構成された少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）と、
前記プラズマ銃（４１２）および前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に通信結合されたトリガ回路（３０４）であって、
第１の信号を前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に伝送して、前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に、前記電気エネルギーの第１の部分を前記プラズマ銃（４１２）へ伝送させ、また、
前記プラズマ銃（４１２）に第２の信号を伝送して、前記プラズマ銃（４１２）に、前記電気エネルギーの前記第１の部分を用いて前記プラズマプルームを発生させるように構成されるトリガ回路（３０４）とを備える回路保護デバイス（１００）。
【請求項２】
前記プラズマ銃（４１２）が複数の電極（４１０）を備え、前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）が、前記電気エネルギーの前記第１の部分を前記複数の電極（４１０）に伝送するように構成された少なくとも１つの第１のキャパシタ（２１０）を備える請求項１記載の回路保護デバイス（１００）。
【請求項３】
前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）が、前記電気エネルギーの第２の部分を蓄積し前記第２の信号を前記複数の電極（４１０）に伝送するように構成された第２のキャパシタ（２１２）をさらに備え、前記複数の電極（４１０）が、前記第２の信号に応答して、前記電気エネルギーを用いて前記プラズマプルームを発生するように構成される請求項２記載の回路保護デバイス（１００）。
【請求項４】
前記トリガ回路（３０４）が、イグニションコイル（４２８）を備え、前記イグニションコイル（４２８）は、前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に通信結合され、前記電気エネルギーの第２の部分を用いて前記第２の信号をパルスとして前記プラズマ銃（４１２）に伝送するように構成される請求項１記載の回路保護デバイス（１００）。
【請求項５】
前記トリガ回路（３０４）が、前記電気エネルギーの前記第１の部分が前記プラズマ銃（４１２）に伝送された後に、あらかじめ選択された期間にわたって前記第２の信号の伝送を遅らせるように構成されたタイマ（４２０）を備える請求項１記載の回路保護デバイス（１００）。
【請求項６】
前記トリガ回路（３０４）が、前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に通信結合された少なくとも１つのパルストランス（４２２、４２４）を備え、前記少なくとも１つのパルストランス（４２２、４２４）は、
障害を示す信号を受け取り、
前記第１の信号を前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に伝送して、前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に、前記電気エネルギーの第１の部分を前記プラズマ銃（４１２）へ伝送させ、
前記第２の信号を前記プラズマ銃（４１２）に伝送するように構成される請求項１記載の回路保護デバイス（１００）。
【請求項７】
前記トリガ回路（３０４）が、前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）および前記少なくとも１つのパルストランス（４２２、４２４）に通信結合された少なくとも１つの論理デバイス（４０６、４０８）をさらに備え、前記少なくとも１つの論理デバイス（４０６、４０８）は、
前記少なくとも１つのパルストランス（４２２、４２４）から前記第１の信号および前記第２の信号を受け取り、
前記第１の信号を前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に伝送して、前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）に、前記電気エネルギーの第１の部分を前記プラズマ銃（４１２）へ伝送させ、
前記第２の信号を前記プラズマ銃（４１２）に伝送するように構成される請求項６記載の回路保護デバイス（１００）。
【請求項８】
前記トリガ回路（３０４）が、前記少なくとも１つのキャパシタ（２１０、２１２）と前記少なくとも１つのパルストランス（４２２、４２４）とに通信結合されたブリードオフデバイス（４１４）をさらに備え、前記ブリードオフデバイス（４１４）は、前記電気エネルギーが前記第１の信号の伝送に先立って前記プラズマ銃（４１２）に伝送されるのを防止するように構成される請求項６記載の回路保護デバイス（１００）。
【請求項９】
プラズマ銃（４１２）を有する回路保護デバイス（１００）とともに使用するコントローラ（１０８）であって、
複数のキャパシタであって、
前記プラズマ銃（４１２）に電気エネルギーを供給するように構成された複数の第１のキャパシタ（２１０）と、
前記プラズマ銃（４１２）にパルスを伝送して、前記プラズマ銃（４１２）にプラズマプルームを生成させるように構成された第２のキャパシタ（２１２）とを含む複数のキャパシタと、
前記複数のキャパシタに通信結合されたトリガ回路（３０４）であって、
障害を示す信号を受け取り、
前記複数の第１のキャパシタ（２１０）に、前記電気エネルギーを前記プラズマ銃（４１２）へ伝送させ、
前記第２のキャパシタ（２１２）に、前記パルスを前記プラズマ銃（４１２）へ伝送させるように構成されたトリガ回路（３０４）とを備えるコントローラ（１０８）。
【請求項１０】
前記トリガ回路（３０４）が、前記複数の第１のキャパシタ（２１０）および検出回路に通信結合された第１のパルストランス（４２２）を備え、前記第１のパルストランス（４２２）は、前記検出回路から前記障害を示す信号を受け取り、第１の信号を前記複数の第１のキャパシタ（２１０）へ伝送して、前記電気エネルギーを前記プラズマ銃（４１２）へ伝送するように構成される請求項９記載のコントローラ（１０８）。
【請求項１１】
前記トリガ回路（３０４）が、前記第２のキャパシタ（２１２）および前記検出回路に通信結合された第２のパルストランス（４２４）をさらに備え、前記第２のパルストランス（４２４）は、前記検出回路から前記障害を示す信号を受け取り、前記第２のキャパシタ（２１２）に第２の信号を伝送して、前記プラズマ銃（４１２）に前記パルスを伝送するように構成される請求項１０記載のコントローラ（１０８）。
【請求項１２】
前記トリガ回路（３０４）が、前記第２のパルストランス（４２４）に通信結合されたタイマ（４２０）をさらに備え、前記タイマ（４２０）は、前記障害を示す信号を前記検出回路から受け取り、前記第１のパルストランス（４２２）が前記第１の信号を伝送してからあらかじめ選択された期間の後に、前記第２のパルストランス（４２４）に前記第２の信号を伝送するように構成される請求項１１記載のコントローラ（１０８）。
【請求項１３】
前記トリガ回路（３０４）が、
前記複数の第１のキャパシタ（２１０）と前記第１のパルストランス（４２２）とに通信結合された第１の論理デバイス（４０６）であって、前記第１のパルストランス（４２２）から前記第１の信号を受け取り、前記複数の第１のキャパシタ（２１０）に、前記電気エネルギーを前記プラズマ銃（４１２）へ伝送させるように構成された第１の論理デバイス（４０６）と、
前記第２のキャパシタ（２１２）と前記第２のパルストランス（４２４）とに通信結合された第２の論理デバイス（４０８）であって、前記第２のパルストランス（４２４）から前記第２の信号を受け取り、前記パルスを前記プラズマ銃（４１２）へ伝送するように構成された第２の論理デバイス（４０８）とをさらに備える請求項１１記載のコントローラ（１０８）。
【請求項１４】
前記トリガ回路（３０４）が、イグニションコイル（４２８）を備え、前記イグニションコイル（４２８）は、前記第２のキャパシタ（２１２）に通信結合され、前記第２のキャパシタ（２１２）によって蓄積された電気エネルギーを用いて前記パルスを生成するように構成される請求項９記載のコントローラ（１０８）。
【請求項１５】
前記トリガ回路（３０４）が、前記プラズマ銃（４１２）から前記複数のキャパシタへの電流の流れを防止するように構成された少なくとも１つの阻止ダイオード（４２６）を備える請求項９記載のコントローラ（１０８）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１４２２７９（Ｐ２０１２−１４２２７９Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２８０７３１（Ｐ２０１１−２８０７３１）
【出願日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８０７３１（Ｐ２０１１−２８０７３１）
【出願日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
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