JP2006332001A - サーマルリレー - Google Patents

Abstract

【課題】少ない部品点数で所要の機能を有するサーマルリレーを得ること。
【解決手段】ハウジング内に設置された常開固定接点及び常閉固定接点と、ハウジング内で前記常閉固定接点を閉路する定常位置と、該常閉固定接点を開路するトリップ位置とに変位可能な可動接触子と、電磁石の励磁・非励磁により励磁位置と非励磁位置とに往復変位する可動鉄心と、ハウジング内に設置され、前記可動鉄心を前記非励磁位置に変位させるように付勢する第１の付勢手段と、ハウジング内に設置され、前記可動接触子を前記トリップ位置に変位させるように付勢する第２の付勢手段と、前記可動接触子及び前記可動鉄心に回動可能に係合され、前記可動鉄心の往復変異により回動され、ハウジングに設けられた係止部に係合して前記第２の付勢手段の付勢力に抗して前記可動接触子を定常位置に保持する係合位置と、前記係合部との係合を解く非係合位置とに回動するラッチと、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータの過負荷保護等の目的で使用される電子式のサーマルリレーに関するものである。

一般的にサーマルリレーと呼ばれる過電流継電器は、モータ等の回路に過電流が流れると、内部接点機構がトリップ動作を行う機能と、トリップ動作後に手動リセットと呼ばれる手動で定常状態に復帰する機能と、自動リセットと呼ばれ、所定時間を経ると自動で定常状態に復帰する機能とを備えており、自動リセットと手動リセットとの切替えが可能となっている。

図１０は、自己給電式に分類される電子式サーマルリレーの概略構成を示す図である。主回路に貫通されたＣＴにより得られた電流は、整流部で整流され、電源部のコンデンサに電力が蓄えられる。演算部では、整流部より得られる電流情報を検出し、過電流等の異常が発生した場合には、電源部にトリップ信号を送り、電源部のトリップ用コンデンサの放電により、電磁石部を駆動し接点機構がトリップ動作を行う。

このトリップ動作によって、常開接点（以下、ａ接点という。）で表示灯を点灯させ、常閉接点（以下、ｂ接点という。）で主回路の電磁接触器のコイル励磁を解いて主回路を開路させることにより、モータ焼損等の事故を防ぐことができる。なお、動作電流調整部の可変抵抗値を変化させることにより、演算部が異常と判定する電流値を変更することが可能となっており、様々な定格（整定電流）のモータに対応させることができる。トリップ動作後に所定時間を経ると、演算部は電源部にリセット信号を送り、電源部のリセット用コンデンサの放電によって電磁石部を駆動し接点機構がリセット動作を行う。

この時、外部電源式のサーマルリレーでは、トリップ後に電磁接触器等によって主回路が遮断されても、主回路配線とは別に設けられた電源用配線から電力が供給されるので、定常状態の保持又はトリップ状態の保持、もしくは、定常状態及びトリップ状態両方の保持を電磁石の吸引力により行うことが可能である。

一方、自己給電式では、トリップ後に電磁接触器等によって主回路が遮断されると、電力が供給されなくなるため、定常状態の保持又はトリップ状態の保持に用いることができるのは、コンデンサ等に蓄えられた僅かな電力のみとなる。そのため、電磁石による吸引力のみを用いて継続的に保持状態を維持することが難しく、永久磁石による吸引力又は機械的方法を用いて保持状態を維持する必要がある。

従来の自己給電式の過負荷継電器（電子式サーマルリレー）として、過負荷継電器用のトリップ機構において、ハウジングと、前記ハウジング内で２つの位置間を移動するように取付けられた接極子（接触子）と、前記ハウジング内の固定接点と、前記固定接点に対し接近および離間の運動を行うように、前記接極子に担持された可動接点と、前記接極子と接続され、かつ前記接極子を前記２つの位置の少なくとも一方から前記２つの位置の他方へ移動させるべく操作可能な可動レバーと、前記レバーに対し接近および離間可能な部材を有する、前記レバー用の操作部材と、前記レバーと前記操作部材との一方により担持され、そこから前記レバーと前記操作部材とのうちの他方へ向かって鋭角をなして延びるばねフィンガと、前記レバーと前記操作部材のうちの他方に設けられたストッパ面とを含んでおり、該ストッパ面は、前記接極子が前記一方の位置を占め、かつ前記操作部材が前記レバーの方へ移動させられる場合には、前記ばねフィンガにより掛止され、また前記接極子が前記２つの位置の他方へ移動させられる場合には、前記ばねフィンガを脱掛止しかつ開放するように位置決めされ、前記接極子が、永久磁石をサンドイッチ状に挟み込んだ１対の間隔をおいた磁極片と、前記磁極片に配置された継鉄・コイル組立体とを有する磁気双安定接極子で成るものがある（例えば、特許文献１参照）。

特表２００１−５２０７９５号公報（特許請求の範囲２０、２７）

しかしながら、上記従来の過負荷継電器（電子式サーマルリレー）は、自己給電式のものであり、電磁コイルによる吸引力のほかに、永久磁石による吸引力を利用して、自動リセット動作と定常状態の保持とを行なう必要がある。そのため、永久磁石と２つのコイルが必要となり、部品点数が多く大形となるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、少ない部品点数で所要の機能を有する電子式サーマルリレーを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ハウジング内に設置された常開固定接点及び常閉固定接点と、前記ハウジング内で前記常閉固定接点を閉路する定常位置と、該常閉固定接点を開路するトリップ位置とに変位可能な可動接触子と、電磁石の励磁・非励磁により励磁位置と非励磁位置とに往復変位する可動鉄心と、前記ハウジング内に設置され、前記可動鉄心を前記非励磁位置に変位させるように付勢する第１の付勢手段と、前記ハウジング内に設置され、前記可動接触子を前記トリップ位置に変位させるように付勢する第２の付勢手段と、前記可動接触子及び前記可動鉄心に回動可能に係合され、前記可動鉄心の往復変異により回動され、前記ハウジングに設けられた係止部に係合して前記第２の付勢手段の付勢力に抗して前記可動接触子を定常位置に保持する係合位置と、前記係合部との係合を解く非係合位置とに回動するラッチと、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、永久磁石を必要とせず、少ない部品点数で所要の機能を有するサーマルリレーが得られるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる電子式のサーマルリレーの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
図１は、本発明にかかるサーマルリレーの実施の形態の自動リセット設定時の定常状態を示す断面図であり、図２は、同自動リセット設定時の定常状態からトリップ状態への移行過程を示す断面図であり、図３は、同自動リセット設定時のトリップ状態を示す断面図であり、図４は、同自動リセット設定時のトリップ状態から定常状態への移行過程を示す断面図であり、図５−１は、同可動鉄心とラッチの係合状態を示す斜視図であり、図５−２は、同可動鉄心とラッチの係合状態を示す断面図であり、図６は、同ラッチの下端部に設けられた係止部とハウジングに設けられた係合部の係合状態を示す斜視図であり、図７は、同可動接触子及びラッチと弾性線部材との係合状態を示す斜視図であり、図８は、同電磁石の磁束の流れを示す図であり、図９は、ラッチのカム溝を有する円柱部の側面展開図である。

図１において、電子式のサーマルリレーは、ハウジング１に収容されている。絶縁性の可動接触子支え２は、ハウジング１の上部に設置されたヒンジピン２ｂに中央部を揺動可能に支持され、両端部にそれぞれ導電性のａ接点可動接触子３ａ及びｂ接点可動接触子３ｂを保持している。ａ接点可動接触子３ａには２つの可動ａ接点４ａが固着され、ｂ接点可動接触子３ｂには２つの可動ｂ接点４ｂが固着されている。可動接触子支え２、ａ接点可動接触子３ａ、ｂ接点可動接触子３ｂ、可動ａ接点４ａ及び可動ｂ接点４ｂは、可動接触子３を構成している。

常開固定接点１３ａ及び常閉固定接点１３ｂが、それぞれａ接点可動接触子３ａ及びｂ接点可動接触子３ｂの上方のハウジング１内に設置されている。常開固定接点１３ａ及び常閉固定接点１３ｂは、図示しないが、電気的に離隔されたそれぞれ２つの接点を有しており、それぞれ可動ａ接点４ａ及び可動ｂ接点４ｂが接触すると、２つの接点間が閉路される。可動接触子３が、常閉固定接点１３ｂと可動ｂ接点４ｂが接触する位置のときを定常位置といい、常閉固定接点１３ｂと可動ｂ接点４ｂが離隔する位置のときをトリップ位置という。

可動接触子支え２のｂ接点可動接触子３ｂ側には、一端がハウジング１に接続された第２の付勢手段としての接触子ばね１１の他端が接続され、ｂ接点可動接触子側を下方に引っ張り、可動接触子３を定常位置からトリップ位置に変位させるように付勢している。

固定鉄心５は、一辺の一部が切り欠かれた四角リング状に形成され、切り欠き部を上部に向けてハウジング１の中央部に設置されている。固定鉄心５の底辺にはコイル８ａが装着され、固定鉄心５とコイル８ａとで電磁石８を構成している。可動鉄心６は、一端がヒンジピン７により固定鉄心５の切り欠き部の一端に揺動可能に支持され、切り欠き部を塞ぐように切り欠き部の他端側へ延在している。可動鉄心６の他端は、ハウジング１の上部に吊り下げられた第１の付勢手段としての鉄心ばね１０に接続されている。

図８に示すように、定常状態からトリップ状態への移行過程、及びトリップ状態から定常状態への移行過程においては、コイル８ａが励磁されて磁束が発生すると、固定鉄心５と可動鉄心６との間のギャップ６ｄに生じる吸引力が鉄心ばね１０の引っ張り力を上回るようにコイル８ａの励磁強度が設定されており、可動鉄心６がヒンジピン７回りに回動し、可動鉄心６が固定鉄心５の切り欠き部の他端に吸着される。コイル８ａの励磁が解かれると、鉄心ばね１０の引っ張り力により、可動鉄心６の他端は固定鉄心５の切り欠き部の他端から離隔する。すなわち、可動鉄心６の他端は、電磁石８が励磁されると吸引され固定鉄心５の切り欠き部の他端に吸着されて励磁位置となり、電磁石８の励磁が解かれると、鉄心ばね１０に引っ張られて切り欠き部の他端から離隔して非励磁位置に変位する。

可動接触子支え２のａ接点可動接触子３ａ側には、下端部両側に係止突起９ｂａ、９ｂｂを有するラッチ９が、弾性線部材１２により吊り下げられている。

図６及び図７に示すように、ラッチ９の上端部に設けられた「コ」字状の鉤部９ｃの上片には、弾性線部材１２の径よりも大きい径の縦孔９ｃａが設けられ、鉤部９ｃの下片は円柱部９ｅと接続されている。可動接触子支え２のａ接点可動接触子３ａ側にも、弾性線部材１２の径よりも径の大きい縦孔２ａが設けられている。弾性線部材１２は、縦孔２ａ及び縦孔９ｃａに挿通され、挿通された弾性線部材１２の両端部には、それぞれ係止円板１２ａａ、１２ａｂが取付けられている。ラッチ９は、可動接触子３に対して回動可能であり、かつ、弾性線部材１２の長さの範囲内で近接・離隔可能である。

図５−１及び図５−２に示すように、可動鉄心６には矩形孔６ａが設けられ、矩形孔６ａ内にカムピン６ｂが突設されている。矩形孔６ａにラッチ９の径の細い円柱部９ｅが挿通され、カムピン６ｂが円柱部９ｂの側面に設けられたカム溝９ａに係合している。ラッチ９は弾性線部材１２により可動接触子３に回動可能に係合し、円柱部９ｅで可動鉄心６に回動可能に係合している。

図９に示すように、カム溝９ａは、円柱部９ｅ全周で４山の波形形状に形成されており、円柱の軸に平行な平行部９ａａと軸と傾斜する傾斜部９ｂｂとを有している。可動鉄心６がヒンジピン７回りに励磁位置と非励磁位置とに往復揺動変位すると、カムピン６ｂがカム溝９ａに沿って１山を上下摺動し、１往復で、ラッチ９を軸回りに９０°回動させる。

図６に示すように、係止突起９ｂａ、９ｂｂは、ラッチ９の下端部両側に設けられており、図１に示すサーマルリレーの定常状態において、ハウジング１に設けられた係止部１ａと係合し、接触子ばね１１の付勢力に抗して可動接触子３を定常位置に保持する。

可動接触子３とラッチ９とが弾性線部材１２の長さ以上離隔しようとすると、弾性線部材１２に張力が発生して弾性線部材１２の長さ以上の離隔を規制し、可動接触子３とラッチ９とが接近しようとするときは、これを規制しない。また、ラッチ９が軸回りに回動しても、弾性線部材１２が捩じれることはない。

次に、図１〜図４を参照して、実施の形態のサーマルリレーの作用について説明する。図１に示す、サーマルリレーの自動リセット設定時の定常状態では、電磁石８が非励磁状態にあり、固定鉄心５と可動鉄心６とのギャップ６ｄに吸引力が発生せず、可動鉄心６は鉄心ばね１０により非励磁位置に保持されている。

また、可動鉄心６のカムピン６ｂは、図９に示す、カム溝９ａの山の頂点に位置している。また、ラッチ９の下端部に設けられた係止突起９ｂａは、ハウジング１に設けられた係止部１ａに係合する回動角度位置にある。

接触子ばね１１により可動接触子３を介してラッチ９が上方へ引っ張られているが、ラッチ９の係止突起９ｂａが係止部１ａに当接し、ラッチ９はこれ以上上昇することができず、可動接触子３も、これ以上時計回りに揺動することができない。可動接触子３の可動ｂ接点４ｂが常閉固定接点１３ｂに接触し、常閉固定接点１３ｂを閉路している。

図２に示す、サーマルリレーの定常状態からトリップ状態への移行過程では、電磁石８の励磁により、固定鉄心５と可動鉄心６とのギャップ６ｄに吸引力が発生し、鉄心ばね１０の引張力を超える吸引力により、可動鉄心６はヒンジピン７を支点とし反時計回りに揺動する。

可動鉄心６の揺動に伴って、可動鉄心６のカムピン６ｂがラッチ９のカム溝９ａの傾斜部９ｂａ内を下方へ移動し、ラッチ９は、接触子ばね１１を伸長させながら９０°回転し、ラッチ９の下端部の係止突起９ｂａは、ハウジング１に設けられた係止部１ａから外れる。

図３に示す、サーマルリレーのトリップ状態では、図２に示す、定常状態からトリップ状態への移行過程で電磁石８の励磁が解かれ、固定鉄心５と可動鉄心６とのギャップ６ｄに吸引力が働かなくなり、可動鉄心６は鉄心ばね１０の引張力によって非励磁位置に戻る。

このとき、可動鉄心６のカムピン６ｂは、カム溝９ａの平行部９ａａ内に移動する。ラッチ９の係止突起９ｂａがハウジング１の係止部１ａから外れているので、接触子ばね１１の引張力によって、可動接触子３がヒンジピン２ｂを支点として時計回りに揺動し、ラッチ９を上昇させ、ａ接点可動接点４ａが常開固定接点１３ａに当接して常開固定接点を閉路し、ｂ接点可動接点４ｂが常閉固定接点１３ｂから離隔して常閉固定接点１３ｂを開路し、サーマルリレーはトリップ状態となる。

図４に示す、サーマルリレーのトリップ状態から定常状態への移行過程では、図３に示すトリップ状態から所定時間を置いて、電磁石８が励磁され、固定鉄心５と可動鉄心６とのギャップ６ｄに、鉄心ばね１０の引張力を超える吸引力が生じ、可動鉄心６がヒンジピン７を支点として反時計回りに揺動する。

可動鉄心６の揺動に伴って、可動鉄心６のカムピン６ｂがラッチ９のカム溝９ａの傾斜部９ｂａを下方へ摺動し、ラッチ９は、接触子ばね１１を伸長させながら９０°回転し、ラッチ９の下端部の係止突起９ｂｂが、ハウジング１に設けられた係止部１ａと係合する角度位置に来る。

所定時間後、電磁石８の励磁が解かれ、接触子ばね１１の引張力によってラッチ９の係止突起９ｂｂとハウジング１の係止部１ａが当接し、図１に示す状態と同様の定常状態へ復帰する。

以上説明した実施の形態のサーマルリレーによれば、永久磁石及び補助コイルを必要としないので、少ない部品点数で所要の機能を有し、小形の電子式サーマルリレーが得られるという効果を奏する。

なお、実施の形態では、自動リセット設定を行なう電子式サーマルリレーを示したが、トリップ後に機械的に可動鉄心６を固定し、手動で可動鉄心６を揺動させる手動リセット機構を別途設けてもよい。

以上のように、本発明にかかるサーマルリレーは、信頼性の高い小形のサーマルリレーとして有用である。

本発明にかかるサーマルリレーの定常状態を示す断面図である。 定常状態からトリップ状態への移行過程を示す断面図である。 トリップ状態を示す断面図である。 トリップ状態から定常状態への移行過程を示す断面図である。 可動鉄心とラッチの係合状態を示す斜視図である。 可動鉄心とラッチの係合状態を示す断面図である。 ラッチの下端部に設けられた係止突起とハウジングに設けられた係止部の係合状態を示す斜視図である。 可動接触子及びラッチと弾性線部材との係合状態を示す斜視図である。 電磁石の磁束の流れを示す図である。 ラッチのカム溝を有する円柱部の側面展開図である。 自己給電式の電子式サーマルリレーの概略構成を示す図である。

符号の説明

１ ハウジング
１ａ 係止部
２ 可動接触子支え
２ａ 縦孔
２ｂ ヒンジピン
３ 可動接触子
３ａ ａ接点可動接触子
３ｂ ｂ接点可動接触子
４ａ 可動ａ接点
４ｂ 可動ｂ接点
５ 固定鉄心
６ 可動鉄心
６ａ 矩形孔
６ｂ カムピン
７ ヒンジピン
８ 電磁石
８ａ コイル
９ ラッチ
９ａ カム溝
９ａａ 平行部
９ａｂ 傾斜部
９ｂａ，９ｂｂ 係止突起
９ｃ 鉤部
９ｃａ 縦孔
１０ 鉄心ばね（第１の付勢手段）
１１ 接触子ばね（第２の付勢手段）
１２ 弾性線部材
１２ａａ，１２ａｂ 係止円板
１３ａ 常開固定接点
１３ｂ 常閉固定接点

Claims (4)

1. ハウジング内に設置された常開固定接点及び常閉固定接点と、
   前記ハウジング内で前記常閉固定接点を閉路する定常位置と、該常閉固定接点を開路するトリップ位置とに変位可能な可動接触子と、
   電磁石の励磁・非励磁により励磁位置と非励磁位置とに往復変位する可動鉄心と、
   前記ハウジング内に設置され、前記可動鉄心を前記非励磁位置に変位させるように付勢する第１の付勢手段と、
   前記ハウジング内に設置され、前記可動接触子を前記トリップ位置に変位させるように付勢する第２の付勢手段と、
   前記可動接触子及び前記可動鉄心に回動可能に係合され、前記可動鉄心の往復変位により回動され、前記ハウジングに設けられた係止部に係合して前記第２の付勢手段の付勢力に抗して前記可動接触子を定常位置に保持する係合位置と、前記係合部との係合を解く非係合位置とに回動するラッチと、
   を備えることを特徴とするサーマルリレー。
2. 前記可動鉄心の一端が、前記電磁石の一部が切り欠かれたリング状の固定鉄心の一端に揺動可能に支持され、他端が前記第１の付勢手段に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のサーマルリレー。
3. 前記ラッチの上端部が、弾性線部材により、前記可動接触子に回動可能かつ近接・離隔可能に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーマルリレー。
4. 前記ラッチが、側面に波形のカム溝を有する円柱部を備え、該円柱部が前記可動鉄心に設けられた孔に挿通され、前記カム溝が前記孔に設けられたカムピンと係合し、前記可動鉄心の往復変位により前記カムピンが前記カム溝内を摺動することにより前記ラッチが回動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のサーマルリレー。

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