CN107615439B - 电路断路器的热动跳闸机构 - Google Patents

Abstract

电路断路器的热动跳闸机构由下述部件构成：加热器(8)，其通过从电源侧端子(22)向负载侧端子(7)流动的电流而发热；高温侧双金属件(2)和低温侧双金属件(3)，它们热连接为由于加热而向彼此离开的方向变形，且彼此具有相同的特性；热阻体(1)，其连接于高温侧双金属件(2)和低温侧双金属件(3)之间；以及保持单元(4)，其将高温侧双金属件(2)及低温侧双金属件(3)的前端位置固定。由此，能够直接测定在热阻体(1)产生的热梯度，能够不易受到外部气温的影响而高精度地将断路器触点断开。

Description

电路断路器的热动跳闸机构

技术领域

本发明涉及例如配线用断路器以及漏电断路器等电路断路器的热动跳闸机构。

背景技术

配线用断路器以及漏电断路器等电路断路器(以后，简称为断路器)例如如专利文献1的图1所示，由下述部件构成：接收对该断路器供给的电力的端子；将该电力供给至负载侧的端子；开闭触点，其用于在端子之间将电流切断；以及热动电磁跳闸机构。另外，为了在人使断路器动作时确保人的安全以及确保内部的线间绝缘，上述电路由绝缘性的罩覆盖。热动跳闸机构的结构如专利文献1的图3所示，由双金属件以及加热器构成，该加热器通过流过该机构的额定电流进行焦耳加热，使双金属件弯曲，成为如下结构，即，如果流过大于或等于额定值的电流，则在双金属件前端设置的调整件对开闭机构进行按压而将弹键放开，由此将开闭触点断开。

另外，断路器并未图示，但与额定电流适合的电线或汇流条分别通过螺钉等固定在各个端子，作为向断路器供电的路径，进行针对其之后的负载侧电路的供电。

专利文献1：WO2014/010040号公报

专利文献2：日本特开2014-13699号公报

发明内容

断路器的热动跳闸机构在流过大于或等于额定电流的电流的情况下，要求在某个程度的时间延迟之后将电路切断的功能。在专利文献1的情况下，利用为了进行该电流的检测而设置于电路的加热器的发热。对于加热器的发热量和电流，根据加热器的电阻R和电流I，处于加热器发热量＝R＊I²的关系，从而一一对应。但是，作为对该发热进行检测的方法，由于利用在绝对温度下动作的双金属件的弯曲量，因此在检测时，除了发热量以外还会受到外部气温的影响。即，在比既定的外部气温高的情况下，双金属件会更弯曲，因此，受到会以更小的电流断开、或在更早的时间切断等的影响。当前，由于这种特性，因此对断路器的外部气温设定一定的限制而进行设置场所的管理。

除此之外，如专利文献2所示有时导入外部气温的补偿单元，外部气体和断路器内被绝缘性的罩覆盖，该罩大多不仅为电绝缘性而且热阻也高，在用于对外部气温进行测定的补偿用双金属件和外部气体之间产生大的热阻，因此无法高精度地对外部气温进行校正。

本发明就是为了解决上述课题而提出的，目的在于提供一种能够高精度地对在电流的检测中利用的发热量进行检测并使其传递至开闭机构，而不受外部气温影响的电路断路器的热动跳闸机构。

为了解决上述课题，本发明的第一电路断路器的热动跳闸机构的特征在于，具有：加热器，其相应于通电电流而发热；彼此同特性的高温侧双金属件和低温侧双金属件，它们由于加热而向彼此相反的方向变形；热阻体，其将所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件热连接；以及保持单元，其将所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件机械地连接，对连接部分的所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件之间的位置进行固定，与所述低温侧双金属件相比将所述高温侧双金属件配置于所述加热器的附近，并且使得用于将开闭触点断开的机构相应于因所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件的变形引起的所述保持单元的移动而动作。

另外，本发明的第二电路断路器的热动跳闸机构的特征在于，具有：加热器，其通过从电源侧端子向负载侧端子流动的电流而发热；彼此同特性的高温侧双金属件和低温侧双金属件，它们热连接为由于加热而向彼此离开的方向变形；热阻体，其连接于所述高温侧双金属件和所述低温侧双金属件之间；保持单元，其将所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件的前端位置进行固定；调整件，其伴随着所述保持单元的移动而移动；以及跳闸杆，其伴随着所述调整件的移动而受到驱动，使将开闭触点断开的机构动作，所述高温侧双金属件配置于所述加热器侧，所述低温侧双金属件配置于所述负载侧端子侧。

另外，本发明的第三电路断路器的热动跳闸机构的特征在于，具有：加热器，其由于从电源侧端子向负载侧端子流动的电流而发热；彼此同特性的高温侧双金属件和低温侧双金属件，它们热连接为由于加热而向彼此离开的方向变形；热阻体，其连接于所述加热器和所述高温侧双金属件的连接部分与所述负载侧端子和所述低温侧双金属件的连接部之间，具有能够维持所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件的连接部之间的间隔的刚性；由桥状部片构成的保持单元，该桥状部片与所述热阻体相比电阻充分高，具有能够维持所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件的前端间隔的刚性；调整件，其伴随着所述保持单元的移动而移动；以及跳闸杆，其伴随着所述调整件的移动而受到驱动，使将开闭触点断开的机构动作，所述高温侧双金属件配置于所述加热器侧，所述低温侧双金属件配置于所述负载侧端子侧。

发明的效果

根据本发明的电路断路器的热动跳闸机构，通过设置将高温侧双金属件和低温侧双金属件热连接的热阻体，能够直接检测在热阻体流动的热流的状况，由于不受外部气温的影响，因此能够高精度地检测电流，能够实现高精度的断路。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1涉及的电路断路器的热动跳闸机构的概略结构的侧视图。

图2是用于说明本发明的实施方式1涉及的电路断路器的热动跳闸机构中的双金属件的动作的图。

图3是用于说明本发明的实施方式8涉及的电路断路器的热动跳闸机构中的双金属件的动作的侧视图。

图4是用于说明本发明的实施方式8涉及的电路断路器的热动跳闸机构中的双金属件的动作的俯视图。

具体实施方式

实施方式1.

基于图1及图2对本发明的实施方式1涉及的电路断路器的热动跳闸机构进行说明。图1是表示实施方式1涉及的电路断路器的热动跳闸机构的概略结构的侧视图。图2是用于说明实施方式1涉及的电路断路器的热动跳闸机构中的双金属件的动作的图。电路断路器的结构与引用文献1大致相同，图1与引用文献1的图3相当。

在图1中，连接于外部电源的导体21与由导电性金属形成的电源侧端子22螺接，在电源侧端子22的前端钎焊有银合金的开闭触点23。针对该开闭触点23，配置有：以一定的接触压力接触的银合金的开闭触点24；以及通过钎焊或铆接而固定的可动件25。可动件25由于跳闸杆6受到调整件5按压而移动，与机构部26连接，该机构部26如果发生大于或等于一定量的移动，则将各触点间断开。

另外，可动件25经由导电体11与继电器部连接。继电器部经由进行与所通电的电流的平方成正比的发热的加热器8和其之后的热阻体1，与负载侧端子7电连接。在负载侧端子7螺接有外部导体28，经由该外部导体28向负载电路供给电源。在热阻体的加热器8侧通过铆接部10而热连接有高温侧双金属件2。另外，在负载侧端子7侧通过铆接部9而热连接有低温侧双金属件3。

并且，如图2中表示变形动作那样，配置为高温侧双金属件2通过加热而向跳闸杆6侧变形，另外低温侧双金属件3通过加热而与跳闸杆6相反地变形。

在高温侧双金属件2和低温侧双金属件3的前端固定有桥状部片4。桥状部片4由与热阻体1或加热器2相比热阻高及电阻高的物质形成，且由刚性高的物质形成以使得高温侧双金属件2以及低温侧双金属件3的变形相互传递。各个电极部件、机构部通过由树脂形成的基座27而固定，以进行电绝缘、且使得位置固定。

从外部的电源流入电源侧端子22的电流从开闭触点23以及24经过而经由可动件25流入导电体11，且经由加热器8、热阻体1、负载侧端子7而在设置场所中与断路器外部的导电体28连接。该外部的导电体28预先使用具有足够粗细的铜制线缆或相当的铜制的汇流条，以使得其自身不会由于焦耳热而发热熔融，不会断线。由于外部的导电体28是铜制的，因此不仅在电气方面具有导电性，在热方面也是高导热体，并且直至下一个装置为止以很长的长度与大气接触，因此，在热方面成为与气温同步的散热体。

由于流过该电路的电流，加热器8受到焦耳加热，由此，加热器8的温度上升，其经由铆接部10而向高温侧双金属件2传导，使高温侧双金属件的温度上升，因此，高温侧双金属件2会向跳闸杆6侧弯曲。调整件5形成为能够任意设定调整件5和跳闸杆6的间隔，在由加热器8产生的热量达到所设定的额定电流时，调整件5对跳闸杆6充分按压而进行驱动，使可动件25移动至25’的位置，将触点断开。

在本实施方式的电路断路器的热动跳闸机构中，低温侧双金属件3与例如不锈钢或铁等的热阻体1的一个端部一起，经由铆接部等紧固机构9而热连接及电连接于负载侧端子7，该负载侧端子7为导电性及导热性高的铜制，或者对该铜进行了镀锡等以提高耐腐蚀性。并且，热阻体1的另一端部和高温侧双金属件2、与由NCHR2等镍铬电热带构成的加热器8通过铆接部等紧固部件10热连接及电连接。热阻体1由不锈钢或铁等高强度材料形成，因此由于其自身的强度，具有将高温侧双金属件2的根部和低温侧双金属件3的根部的间隔保持为恒定的作用。低温侧双金属件3经由导热性良好的负载侧端子7连接于与大气同步的散热体即外部的导电体，因此，受到外部导电体的温度即气温的影响，但另一方面，难以受到断路器内部的发热的影响。

高温侧双金属件2和低温侧双金属件3设定为下述形状，即，在没有由桥状部片4构成的保持单元的情况下，在同一温度下前端的弯曲量相同，另外为了维持在初始位置所需的前端载荷相同。将其称作同特性的双金属件。高温侧双金属件2构成为如果处于高温则如图2所示向跳闸杆6侧变形，另一方面，低温侧双金属件3构成为如果处于高温则向负载侧端子7侧变形。

高温侧双金属件2和低温侧双金属件3通过由桥状部片4构成的保持单元而连结，该桥状部片4由非导热性及导电性的阻燃性级的树脂例如PBT(PolybutyleneTerephthalate)形成，将高温侧双金属件2和低温侧双金属件3的前端间隔始终保持为恒定，并且，使得在高温侧双金属件2和低温侧双金属件3之间不会因引起电导通而扰乱加热器的发热量，不会由于导热而减小温度梯度。

对于因从断路器经过的电流I而在加热器8产生的发热量，如果将加热器8的电阻设为R，则为RI²。所产生的热量经过电路而传导，经过所接触的大气、或用于进行保持的基座27、或将一系列部件覆盖的罩等而散热。

但是，基座27、罩如前所述，导热率与作为电路材料的铜相比极低，罩内的大气也相同，因此，大部分的热量经由电路而传导。在导电体11之前存在开闭触点23及24，但开闭触点由于点接触而导通，热阻较高且实际上在加热器8产生的热量从负载侧端子7经过而扩散至外部的导电体。即，加热器8的主散热路径为加热器8→热阻体1→负载侧端子7→外部导体28。

现在设想外部气温已上升的情况，在未通电的情况下，在加热器8未发热，因此，高温侧双金属件2和低温侧双金属件3处于同一温度，但分别向相互离开的方向弯曲。

但是，由于双金属件特性相同，因此，各自的力相抵消，调整件5的位置不变化。不管是温度上升还是相反地在低温侧动作，由于在热阻体1的两端没有温度差，因此调整件5的位置均不变化。

下面，考虑流过应当断路的电流的情况。由于流过电流，因此在加热器8产生焦耳热。该热量经由热阻体1、经由负载侧端子7而扩散至外部导体28。热阻体1具有热阻，因此产生与发热量即电流成正比的热梯度，高温侧双金属件2部分的温度和低温侧双金属件3部分的温度产生温度差，高温侧双金属件2部分的温度变高。这样，与低温侧双金属件3相比，高温侧双金属件2要更弯曲，因此作为整体，调整件5向跳闸杆6侧移动。在流过应当断路的电流的情况下，调整件5按压跳闸杆6，由此将调整件25’调整为使可动件25移动至图中的虚线的位置而将开闭触点23、24断开，从而能够以适当的断路电流进行切断。

对于该热梯度，由于主散热路径为加热器8→热阻体1→负载侧端子7→外部导体28，且因热阻体1的热阻，因此仅与在加热器8产生的热量成正比，不受外部气温的影响。即，本构造不对因产生的热量引起的绝对温度进行测量，而是对因产生的热量引起的热梯度进行测量，因此，能够直接测量发热，因此能够高精度地检测电流，其结果能够高精度地将开闭触点断开。

此外，在本构造中，与双金属件为1个的情况相对，相对于温度的变形量降低至1/2，不受外部气温的影响，因此，综合性地提高精度。这不仅能提高组装了本构造的断路器主体的动作精度，还提高在断路器制造时调整断路动作定时的精度，因此还具有下述效果，即，制造时的返工减少，制造精度也提高。

本实施方式中的电路断路器的热动跳闸机构具有：加热器8，其通过从电源侧端子22向负载侧端子7流动的通电电流而发热；彼此同特性的高温侧双金属件2和低温侧双金属件3，它们热连接，使得通过加热而向相反方向变形，向相互离开的方向变形；热阻体1，其热连接于加热器8和高温侧双金属件2的连接部分与负载侧端子7和低温侧双金属件3的连接部之间，具有能够维持高温侧双金属件2及低温侧双金属件3的连接部之间的间隔的刚性；由桥状部片4构成的保持单元，该桥状部片4相比于热阻体1，电阻充分高，且具有能够维持高温侧双金属件2及低温侧双金属件3的变形部分即前端的间隔的刚性；调整件5，其伴随着所述保持单元的移动而移动；以及跳闸杆6，其伴随着所述调整件5的移动而受到驱动，使用于将开闭触点断开的触点断开机构部26动作，该电路断路器的热动跳闸机构使得高温侧双金属件2配置于所述加热器8侧，低温侧双金属件3配置于负载侧端子7侧，与低温侧双金属件3相比将高温侧双金属件2配置于所述加热器8的附近，且使得用于将开闭触点断开的触点断开机构部26相应于因高温侧双金属件2及低温侧双金属件3的变形引起的由所述桥状部片4构成的所述保持单元的移动而动作。

由此，能够直接测量在热阻体1流过的热流，该热阻体1将高温侧双金属件2和低温侧双金属件3热连接，从一端部向另一端部具有热梯度，由于不受外部气温的影响，因此能够高精度地检测通电电流，能够实现高精度的电路断路功能。

这里，热阻体1由铁或不锈钢等具有适当的热阻的传热体构成，其一端部与相应于通电电流而发热的加热器8热耦合。热阻体1的另一端部与负载侧端子7热耦合，该负载侧端子与用于同向大气的散热体即外部连接的导电体28电连接以及热连接。形成为在热阻体1的一端部和另一端部之间存在热梯度的形式。在热阻体1的一端部形成根据与通电电流对应的发热温度以及外部气温而决定温度的高温区域，在热阻体1的另一端部形成根据外部气温而决定温度的低温区域。高温侧双金属件2热耦合于高温区域，低温侧双金属件3热耦合于低温区域。

因外部气温引起的影响由于相互具有同特性的高温侧双金属件2和低温侧双金属件3的相反的变形动作而被抵消，具有热梯度的热阻体1的一端部和另一端部中的高温区域和低温区域处的因与通电电流相应的发热量引起的温度条件的差，作为高温侧双金属件2和低温侧双金属件3的温度变形的差异而以由桥状部片4构成的保持单元的移动的形式表现出来，使由桥状部片4构成的保持单元移动而将开闭触点断开，直接对具有热梯度的热阻体1中的因与通电电流成正比的热损耗引起的热流现象的状况进行测量、检测，进行断开动作，能够不受外部气温的影响而实现与通电电流值相应的高精度的电路断路作用。

实施方式2.

在实施方式1中，通过热阻体1对高温侧双金属件2和低温侧双金属件3的根部的距离进行保持，但在实施方式2中，取代该热阻体1而设为碳软性绞合线等软体件，由与该软体件不同的加强单元对该距离进行保持。通过设为上述构造，能够设为不受热阻体的材料强度影响的构造，能够增加热阻体的选项。

实施方式3.

在实施方式1中，将加热器8和热阻体1设为不同的材料，但在实施方式3中，通过在将加热器部的宽度缩窄、改变厚度或设置通孔等形状方面进行研究，能够以同一材料构成。另外，对于负载侧端子7和热阻体1，也可以进行同样的研究而实现一体化。通过设为上述构造，能够削减部件个数，能够削减产品组装成本。

实施方式4.

在实施方式1中，将桥状部片4设为PBT成型品，但在实施方式4中，利用与热阻体1相比将导电及导热确保得充分低的构造，例如金属的树脂涂层品、金属的插件成型树脂品等。通过设为上述构造，能够同时兼顾绝缘性和强度，并且设为轻的构造。

实施方式5.

在实施方式1中，使加热器8由镍铬电热带构成，但在实施方式5中，通过额定电流使电流流过双金属件自身而使其发热，由此使高温侧双金属件具有高温侧双金属件加热器的功能。通过设为上结构，能够削减加热器材料，因此能够进一步降低产品价格。

实施方式6.

在实施方式1中，将通电电路设为导电体11→加热器8→热阻体1→负载侧端子7，但在实施方式6中，通过额定电流将热阻体1固定于桥状部片4的位置，由此将通电电路设为导电体11→加热器8→高温侧双金属件2→热阻体1→低温侧双金属件3→负载侧端子7，从而能够与热阻体1的强度相应地降低桥状部片4的强度，因此能够减少桥状部片4的使用材料。通过设为上述结构，能够降低产品价格。

实施方式7.

在实施方式1中，在高温侧双金属件2和低温侧双金属件3之间具有空间，但在实施方式7中，在高温侧双金属件2和低温侧双金属件3之间设置了屏蔽壁，以使得通过加热器8的加热而将产品框体内的大气加热，该大气与低温侧双金属件3对流而不对低温侧双金属件3进行加热。由此，能够缓和因大气的对流引起的加热的影响，能够更高精度地检测热梯度。

实施方式8.

在实施方式1中，高温侧双金属件2和低温侧双金属件3沿着电路按顺序配置，但在实施方式8中，如图3的侧视图及图4的俯视图所示，高温侧双金属件由2个高温侧双金属件2构成，高温侧双金属件2分别在低温侧双金属件3的两侧配置于一条直线上。由此，垂直于电路的方向的宽度增加，但缩短电路方向的距离，因此能够缩短电路方向的长度。此外，在图3、图4中，为了便于观察而省略了桥状部片4、调整件5，但桥状部片4配置为将高温侧双金属件2和低温侧双金属件3的顶部相互固定，在桥状部片4的一端设置有调整件5，能够期待与实施方式1相同的动作。

实施方式9.

在实施方式8中，在低温侧双金属件3的两侧分别配置有高温侧双金属件2，但在实施方式9中，低温侧双金属件由2个低温侧双金属件3构成，低温侧双金属件3分别在高温侧双金属件2的两侧配置于一条直线上。由此，能够期待与实施方式8相同的动作。

此外，本发明在其发明的范围内能够对各实施方式自由地进行组合，能够对各实施方式适当进行变形、省略。

另外，在附图中，相同的标号表示相同或相当的部分。

标号的说明

1：热阻体，2：高温侧双金属件，3：低温侧双金属件，4：桥状部片，5：调整件，6：跳闸杆，7：负载侧端子，8：加热器，11：导电体，21：与外部电源连接的导体，22：电源侧端子，23：开闭触点，24：开闭触点，25：可动件，26：触点断开机构部，27：基座，28：外部的导电体。

Claims (9)

1.一种电路断路器的热动跳闸机构，其特征在于，具有：

加热器，其与通电电流相对应而发热；

彼此同特性的高温侧双金属件和低温侧双金属件，它们由于加热而向彼此相反的方向变形；

热阻体，其将所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件热连接；以及

保持单元，其将所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件机械地连接，对连接部分的所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件之间的位置进行固定，

与所述低温侧双金属件相比，将所述高温侧双金属件配置于所述加热器的附近，并且使得用于将开闭触点断开的机构相应于因所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件的变形引起的所述保持单元的移动而动作。

2.一种电路断路器的热动跳闸机构，其特征在于，具有：

加热器，其通过从电源侧端子向负载侧端子流动的电流而发热；

彼此同特性的高温侧双金属件和低温侧双金属件，它们热连接为由于加热而向彼此离开的方向变形；

热阻体，其连接于所述高温侧双金属件和所述低温侧双金属件之间；

保持单元，其将所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件的前端位置进行固定；

调整件，其伴随着所述保持单元的移动而移动；以及

跳闸杆，其伴随着所述调整件的移动而受到驱动，使将开闭触点断开的机构动作，

所述高温侧双金属件配置于所述加热器侧，所述低温侧双金属件配置于所述负载侧端子侧。

3.一种电路断路器的热动跳闸机构，其特征在于，具有：

加热器，其由于从电源侧端子向负载侧端子流动的电流而发热；

彼此同特性的高温侧双金属件和低温侧双金属件，它们热连接为由于加热而向彼此离开的方向变形；

热阻体，其连接于所述加热器和所述高温侧双金属件的连接部分与所述负载侧端子和所述低温侧双金属件的连接部之间，具有能够维持所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件的连接部之间的间隔的刚性；

由桥状部片构成的保持单元，该桥状部片与所述热阻体相比电阻充分高，具有能够维持所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件的前端间隔的刚性；

调整件，其伴随着所述保持单元的移动而移动；以及

跳闸杆，其伴随着所述调整件的移动而受到驱动，使将开闭触点断开的机构动作，

所述高温侧双金属件配置于所述加热器侧，所述低温侧双金属件配置于所述负载侧端子侧。

4.根据权利要求2所述的电路断路器的热动跳闸机构，其特征在于，

由绞合线构成所述热阻体，并且设置有加强单元，该加强单元维持所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件的连接部之间的间隔。

5.根据权利要求2所述的电路断路器的热动跳闸机构，其特征在于，

通过对所述加热器和所述热阻体的宽度、厚度进行变更或设置通孔，从而由同一材料构成。

6.根据权利要求2或5所述的电路断路器的热动跳闸机构，其特征在于，

通过对所述负载侧端子和所述热阻体的宽度、厚度进行变更或设置通孔，从而由同一材料构成。

7.根据权利要求2所述的电路断路器的热动跳闸机构，其特征在于，

设为在所述高温侧双金属件流过电流的结构，使所述高温侧双金属件自身具有所述加热器的功能。

8.根据权利要求2或7所述的电路断路器的热动跳闸机构，其特征在于，

将所述热阻体连接于所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件的前端而维持所述高温侧双金属件及所述低温侧双金属件的前端之间的距离。

9.根据权利要求2所述的电路断路器的热动跳闸机构，其特征在于，

在所述高温侧双金属件和所述低温侧双金属件之间设置有对热量进行屏蔽的屏蔽壁。