CN101834102A - 电路断路器的过电流跳闸装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电路断路器的过电流跳闸装置，其在过电流跳闸动作中不产生时间延迟，能够提高断路性能。在设在电流路径上的加热器(9c)与开闭机构(15)的脱扣杆(24)之间，设置有双金属(26)和延长板(27)，该双金属(26)的基端部固定于加热器、且前端部向脱扣杆侧延伸，该延长板(27)固定在该双金属的前端部、且自由端位于脱扣杆的附近。过电流流过电流路径，加热器发热，被该加热器发出的热加热的双金属的前端部挠曲变形，随着该双金属的前端部的挠曲变形而移位的延长板的自由端与上述脱扣杆接触。

Description

电路断路器的过电流跳闸装置

技术领域

本发明涉及一种用于配线用断路器或漏电断路器等的电路断路器的热动式过电流跳闸装置。

背景技术

电路断路器的热动式过电流跳闸装置为以下所述的装置：当过电流流过电源侧端子与负荷侧端子之间时，被加热的双金属(双金属件)挠曲，该双金属的挠曲动作作用于开闭机构，使得触头断开。

作为加热双金属的方法，直热式以及旁热式为人们所知，所述直热式是通过使直流电流流过双金属而进行加热，由此使得双金属挠曲变形，所述旁热式是设有通过流过电流而发热的加热器，利用该加热器所发出的热加热双金属，使其挠曲变形，除了额定电流小的一部分机种之外，主要采用设有加热器的旁热式。

作为设有旁热式的过电流跳闸装置的电路断路器，例如专利文献1的装置为人们所公知。

该专利文献1的装置是，使双金属的基端部与加热器接合，将上述双金属的前端配置为接近开闭机构的局部，当过电流流过电源侧端子与负荷侧端子之间时，由于加热器发出的热，双金属挠曲变形，开闭机构进行触头的断开动作。

[专利文献1]日本特开2001-84885号公报

但是，通常情况下，双金属的挠曲量是，将在进行断开动作的最小动作电流(以下简称为“最小动作电流”)附近使双金属成为热平衡状态的温度设定为基准，因此，在过电流区域，相对于加热器的发热，双金属的温度上升较迟缓，相对于电路断路器整体的发热量，过电流跳闸装置的动作产生时间延迟。

作为该过电流跳闸装置的动作的时间延迟的主要原因，有在加热器以外产生的热量到达加热器的时间延迟，和在加热器产生的热量传递到双金属整体的时间延迟。在此，在大电流流过时，在加热器产生的热量传递到双金属整体的时间延迟，成为过电流跳闸装置的动作时间延迟的主要原因。

此处，单一的双金属在加热器与开闭机构之间延伸的上述专利文献1的装置，当过电流变大时，从双金属的基端侧(加热器侧)向前端侧的热传导变得迟缓，双金属的基端与前端之间形成大的温度梯度，因此，双金属需要确保通过仅对加热器侧(基端侧)进行加热所引起的变形，能够形成与最小动作电流时同等的挠曲量。

因此，在专利文献1的装置中，由双金属的基端部和加热器构成的导体的加热温度与最小动作电流时相比非常高，存在双金属的永久变形所引起的过电流检测特性的变化、与双金属及上述导体电连接的接点的脱落、双金属或上述导体的熔断等引起的热损伤等的问题。

此外，在专利文献1的装置中，如果使加热器与开闭机构之间的双金属的长度变长，则能够增大挠曲变形量，但是，大电流流过时的动作延迟时间会变长。相反地，如果使加热器与开闭机构之间的双金属的长度变短，则大电流流过时的动作延迟时间缩短，但是，不能够得到开闭机构的动作所必需的双金属的大挠曲变形量。

进一步，在专利文献1的装置中，如果确保从双金属的基端侧(加热器侧)到前端侧的长度，以使得成为最小动作电流时开闭机构的动作所必需的挠曲量，则大电流流过时的时间延迟可能会比允许时间大。

发明内容

于是，本发明着眼于上述现有技术例的未解决课题，目的在于提供一种过电流跳闸动作不发生时间延迟、能够提高断路性能的电路断路器的过电流跳闸装置。

为了达到上述目的，本发明的电路断路器的过电流跳闸装置，通过接触开闭机构的脱扣杆(trip bar)，进行上述开闭机构的断开动作，其中，在设在电流路径上的加热器与上述脱扣杆之间，设有双金属和延长板，上述双金属的基端部固定于上述加热器、且前端部向上述脱扣杆侧延伸，上述延长板固定于该双金属的前端部、且自由端位于上述脱扣杆的附近，过电流流过上述电流路径，加热器发热，被该加热器发出的热加热的上述双金属的前端部挠曲变形，随着该双金属的前端部的挠曲变形而移位的上述延长板的自由端与上述脱扣杆接触。

根据本发明，不会像现有技术那样，在加热器与开闭机构的脱扣杆之间配置单一的双金属，基端部固定于加热器的短的双金属以小的挠曲量进行挠曲变形，固定在该双金属的前端部的延长板将双金属的小的挠曲变形变换成大的移位，正常地进行开闭机构的断开动作。由此，短的双金属中从基端部到前端部的温度梯度小，因此，过电流跳闸装置的动作不会发生时间延迟。

例如，如果使加热器与开闭机构的脱扣杆之间的间隔的1/2的区域为双金属，则双金属的传热长度成为一半，但能够确保用于与脱扣杆接触而移位的量的双金属的挠曲量为约1/4，延长板的移位量为约3/4。此外，如果使加热器与开闭机构的脱扣杆之间的间隔的1/3的区域为双金属，则能够确保用于与脱扣杆接触而移位的量的双金属的挠曲量为约1/2，延长板的移位量也为约1/2。这样，本发明通过变更双金属和延长板的长度，能够合适地设定为了接触脱扣杆所必需的移位量以及温度梯度变化的双金属的长度，使得过电流跳闸装置的动作不发生时间延迟。

此外，本发明的电路断路器的过电流跳闸装置，可以使用由单一金属材料形成的金属板、或合成树脂板构成上述延长板。

根据本发明，在加热器与开闭机构的脱扣杆之间不是仅配置较高价的单一的双金属，而使用由廉价的单一金属材料的金属板、或合成树脂板构成的延长板，因此，能够降低电路断路器的制造成本。

进一步，本发明的电路断路器的过电流跳闸装置，优选上述双金属的前端部和上述延长板被铆接固定。

根据本发明，双金属的前端部和延长板通过结构简单的铆接而被固定，因此，能够进一步降低电路断路器的制造成本。

发明的效果

根据本发明的电路断路器的过电流跳闸装置，在加热器与开闭机构的脱扣杆之间，双金属和延长板相互连结地被配置，基端部固定于加热器的短的双金属以小的挠曲量进行挠曲变形，固定在该双金属的前端部的延长板将双金属的小的挠曲变形变换成大的移位，由此能够正常地进行开闭机构的断开动作。此外，短的双金属中从基端部到前端部的温度梯度小，因此，过电流跳闸装置的动作不会发生时间延迟，能够提高断路性能。

附图说明

图1是表示本发明的电路断路器的概略结构的截面图。

图2是表示构成本发明的电路断路器的第一实施方式的过电流跳闸装置的一体结构的双金属和延长板的立体图。

图3是表示本发明的第一实施方式的过电流跳闸装置的动作的图。

图4是表示现有结构的过电流跳闸装置的动作的图。

图5是表示在本发明的第一实施方式所使用的双金属和现有技术的长双金属中从基端部向着自由端产生温度梯度时的挠曲模拟的图表。

图6是表示构成本发明的第二实施方式的过电流跳闸装置的一体结构的双金属和延长板的立体图。

符号说明

1……壳体，2……盖，2a……中间盖，2b……顶盖，3……灭弧室，4……过电流跳闸装置，5……固定触头，5a……电源侧端子，5b……固定接点，6……可动触头，6a……可动接点，7……架，8……引线，9……中继导体，9a……负荷侧端子，9b……下部平板部，9c……立起板部(加热器)，9d……上部平板部，10……电线连接板，15……开闭机构，16……手柄，17……手柄杆，18……上肘节(toggle)，19……下肘节，20……闩锁，21……肘杆机构，22……闩锁承受部，23……中间闩锁，24……脱扣杆，25……肘节销，26……双金属(双金属件)，27……延长板，27a……平板部，27b……折曲部，28……调整螺钉，29……固定磁铁，30……电枢，31a、31b……铆钉，33a、33b……卡合爪，34a、34b……卡合孔。

具体实施方式

下面参照附图详细说明用于实施本发明的方式(以下称为实施方式)。在以下实施例中，虽然对构成要素、种类、组合、形状、相对配置等作了各种限定，但是，这些仅仅是例举，本发明并不局限于此。

图1至图6表示本发明的电路断路器，图1是表示电路断路器的概略结构的截面图，图2是表示构成电路断路器的第一实施方式的过电流跳闸装置的一体结构的双金属和延长板的立体图，图3是表示第一实施方式的过电流跳闸装置的动作的图，图4是表示现有结构的过电流跳闸装置的动作的图，图5是表示在第一实施方式所使用的双金属和现有技术的长双金属中从基端部向着自由端产生温度梯度时的挠曲模拟的图表，图6是表示构成电路断路器的第二实施方式的过电流跳闸装置的一体结构的双金属和延长板的立体图。

如图1所示，本实施方式的电路断路器，在由壳体1和盖2构成的绝缘容器内，配置有灭弧室3、过电流跳闸装置4、固定触头5、可动触头6、转动自由地保持可动触头6的架7，通过架7使得可动触头6进行开闭动作的开闭机构15。

固定触头5在一端侧形成有电源侧端子5a，在另一端侧形成有固定接点5b。可动触头6形成有与固定触头5的固定接点5b接触的可动接点6a。灭弧室3对由固定接点5b与可动接点6a间的开闭动作导致产生的电弧进行灭弧。此外，盖2由中间盖2a和顶盖2b构成。

具有可挠性的引线8的一端与可动触头6的基端连接，引线8的另一端通过电线连接板10与中继导体9的一端连接。

中继导体9包括下部平板部9b、立起板部9c、上部平板部9d、和负荷侧端子9a，该下部平板部9b与电线连接板10连接，该立起板部9c从下部平板部9b的端部立起，该上部平板部9d从该立起板部9c的上端折曲，在与下部平板部9b平行、且离开下部平板部9b的方向延伸，该负荷侧端子9a形成在上部平板部9d的另一端侧。其中，中继导体9的立起板部9c成为加热器(以下称为加热器9c)。

开闭机构15包括进行开闭操作的手柄16、与手柄16连动地动作的手柄杆17、由上肘节18和下肘节19构成的肘杆机构21、闩锁20、与闩锁20卡合的闩锁承受部22、中间闩锁23、以及脱扣杆24，该脱扣杆24使中间闩锁23转动，解除闩锁20和闩锁承受部22的卡合。上肘节18和下肘节19通过肘节销25相互连结，上肘节18的上端转动自由地与闩锁20连结，并且下肘节19与架7连结。此外，弹簧(未图示)的下端钩部挂在肘节销25上，弹簧的上端钩部挂在手柄杆17的上端。

过电流跳闸装置4包括双金属26、延长板27、调整螺钉28、加热器9c、电枢30和固定磁铁29，该双金属26的下部固定于中继导体9的立起板部9c，该延长板27固定于该双金属26的上部的自由端，并延伸到脱扣杆24的附近，该调整螺钉28与延长板27的上部的自由端结合，设置为能够进退，以在其与脱扣杆24之间设置规定的间隙，该加热器9c铆接固定在双金属26的下部，当短路电流等大电流流过电源侧端子5a与负荷侧端子9a之间时，电枢30以前端部叩击脱扣杆24，使得解除闩锁20与闩锁承受部22的卡合。

如图2(a)、(b)所示，双金属26为在上下方向上较长的矩形板状部件。延长板27使用比双金属26宽度窄的长的由单一金属材料构成的金属板、或合成树脂板而形成，包括平板部27a和折曲部27b，该平板部27a通过与双金属26的固定，在与双金属26的面方向相同的方向延伸，该折曲部27b从该平板部27a向脱扣杆24的方向稍稍折曲，与调整螺钉28结合。

并且，双金属26的下部(长度方向的一方)和立起板部9c通过铆钉31a的铆接被固定，双金属26的上部(长度方向的另一方)和延长板27的下部通过铆钉31b的铆接被固定。

作为上述延长板27，可以不使用单一金属材料，但是，如果作为单一金属材料使用铁、铜、铝等，则与双金属相比，成形性好，因此具有延长板的形状自由度增加的优点。

下面，参照图1、图3(a)、(b)说明本实施方式的电路断路器的动作，并且对于现有的电路断路器(不使用延长板而使用长的双金属32的装置，以下称为现有技术)的动作，参照图4(a)、(b)与本实施方式的装置进行比较。

本实施方式的电路断路器在固定触头5和可动触头6闭合的闭合状态下，如图1所示，电流以电源侧端子5a、固定触头5、可动触头6、引线8、电线连接板10、加热器9c和中继导体9、负荷侧端子9a的电流路径流动。

当流过电流路径的电流成为过负荷状态时，如图3(b)所示，由于从加热器9c产生的热，双金属26向逆时针方向弯曲，同时固定于双金属26的延长板27也向逆时针方向转动，调整螺钉28的前端与脱扣杆24接触，脱扣杆24绕支轴24a向逆时针方向转动。通过该脱扣杆24的转动，中间闩锁23转动，解除闩锁20和闩锁承受部22的卡合，肘杆机构21动作，与下肘节19连结的架7转动，可动触头6脱离固定触头5，成为断开状态。

此外，当短路电流等大电流流过加热器9c时，过电流跳闸装置4的电枢30向逆时针方向转动，被固定磁铁29瞬时吸附，以其前端部叩击脱扣杆24。然后，当脱扣杆24被叩击时，解除闩锁20和闩锁承受部22的卡合，肘杆机构21动作，与下肘节19连结的架7转动，可动触头6脱离固定触头5，成为断开状态。

此处，如图3(a)、(b)所示，如果令调整螺钉28与脱扣杆24之间的初始间隙为G1，令使中间闩锁23转动而解除闩锁20和闩锁承受部22的卡合的脱扣杆24的动作行程为S1，则本实施方式的过电流跳闸装置4，在断开动作时用于使延长板27的上部移动位移量D1(D1＝G1+S1)的双金属26的挠曲量B1，为相比于延长板27的上部的位移量D1大幅变小的值(B1＜D1)。

与此相对，不使用延长板而使用长的双金属32的现有技术，如图4(a)、(b)所示，令与双金属32的上部的自由端接合的调整螺钉28与脱扣杆24之间的初始间隙为G2，令解除闩锁20和闩锁承受部22的卡合的脱扣杆24的动作行程为S1，则使初始间隙G2和动作行程S1相加而得的值，为双金属32自身挠曲变形的挠曲量B2。

由上述图3和图4可知，具有本实施方式的双金属26和延长板27的过电流跳闸装置4，以双金属26的小的挠曲量B1的挠曲变形，确保延长板27进行开闭机构15的断开动作所必需的位移量D1。与此相对，仅具有双金属32的现有技术中，双金属32自身确保进行开闭机构15的断开动作所必需的位移量D2(挠曲量B2＝位移量D2)。

接着，图5表示的是，在对于本实施方式(在图5中记载为本发明)的短的双金属26和现有技术的长的双金属32，使下部的加热温度急剧上升而产生温度梯度时，双金属26和双金属32的前端的挠曲成为与温度平衡时相同的瞬间的挠曲模拟。在该模拟中，平衡时的温度是整体均匀的。

根据图5可知，下部的加热温度急剧上升，当产生与在平衡温度下的挠曲相同挠曲时，在现有技术的长的双金属32中条件为下部温度上升平衡状态的2.5倍，而本实施方式的短的双金属26为1.7倍左右。温度梯度越大，该差越大，可能会发生导体熔断、固定接点5b和可动接点6a的脱落、双金属32的永久变形等。

这样，在现有技术中，通过在加热器9c与开闭机构15的脱扣杆24之间配置长的单一的双金属32，得到进行开闭机构15的断开动作所必需的大的挠曲量B2(位移量D2)，但是，长的双金属32从下部(加热器9c侧)向上部(调整螺钉28侧)的热传导迟缓，产生大的温度梯度，因此，存在过电流跳闸装置的动作时间延迟的问题。此外，在现有技术中，需要通过仅对下部进行加热而确保与最小动作电流时相同的挠曲量，但由加热器9c产生的双金属32的下部的加热温度非常高，因此，存在由双金属32的永久变形引起过电流检测特性的变化、由双金属或加热器构成的导体的熔断等引起热损伤等问题。

与此相对，本实施方式的过电流跳闸装置4，与现有技术相比较，通过使用短的双金属26，以小的挠曲量B1进行挠曲变形，与该双金属26的上部连结的延长板27能够得到进行开闭机构15的断开动作所必需的位移量D1。此外，与现有技术相比较，短的双金属26从下部(加热器9c侧)向上部(调整螺钉28侧)的热传导并不会迟缓，产生小的温度梯度，因此，过电流跳闸装置4的动作不会产生时间延迟。此外，本实施方式的双金属26不设定高的由加热器9c加热的加热温度，能够使双金属26的挠曲变形较小，因此，能够防止由双金属26的永久变形引起的过电流检测特性的变化，不会产生双金属26、与双金属26接触的部件的热损伤等问题。

由此，根据本实施方式的过电流跳闸装置4，在过电流时的过电流跳闸装置4的动作中不会发生时间延迟，因此能够提高断路性能。

此外，本实施方式不是仅设置价格较高的双金属这一单一部件，而是组合延长板27和双金属26而构成过电流跳闸装置4，因此，能够实现电路断路器的制造成本的降低。

此外，延长板27使用由廉价的单一金属材料构成的金属板或合成树脂板构成，因此，能够进一步降低电路断路器的制造成本。

此外，本实施方式的双金属26的上部和延长板27的下部通过铆钉31b铆接固定，以简单的结构一体化，因此，能够进一步降低电路断路器的制造成本。

另外，上述双金属件也可以是三金属件(tri-metal)。此外，在上述实施方式中，通过铆钉31b铆接固定双金属26的上部和延长板27的下部而使其一体化，但是，如图6(a)、(b)所示，在延长板27的下部，形成相对于延长板27的与双金属26抵接的面向垂直方向突出的卡合爪33a、33b，在双金属26的上部，形成卡合爪33a、33b所嵌入的卡合孔34a、34b，通过铆接插入卡合孔34a、34b的卡合爪33a、33b，使双金属26的上部和延长板27的下部成为一体结构，则不需要铆钉31a、31b，因此能够进一步降低电路断路器的制造成本。

上面参照附图说明了本发明的实施例，但本发明并不局限于上述实施例。在本发明技术思想范围内可以作种种变更，它们都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种电路断路器的过电流跳闸装置，其通过接触开闭机构的脱扣杆而进行所述开闭机构的断开动作，该电路断路器的过电流跳闸装置的特征在于：

在设在电流路径上的加热器与所述脱扣杆之间，设有双金属件和延长板，所述双金属件的基端部固定于所述加热器、且前端部向所述脱扣杆侧延伸，所述延长板固定在该双金属件的前端部、且自由端位于所述脱扣杆的附近，

过电流流过所述电流路径，加热器发热，被该加热器发出的热加热的所述双金属件的前端部挠曲变形，随着该双金属件的前端部的挠曲变形而移位的所述延长板的自由端与所述脱扣杆接触。

2.根据权利要求1所述的电路断路器的过电流跳闸装置，其特征在于：

所述延长板是由单一金属材料构成的金属板或合成树脂板。

3.根据权利要求1或2所述的电路断路器的过电流跳闸装置，其特征在于：

所述双金属件的前端部和所述延长板被铆接固定。

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