JP2007103123A - 回路遮断器の電磁引き外し装置 - Google Patents

回路遮断器の電磁引き外し装置 Download PDF

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Tatsunori Ikeda
龍典 池田
Shin Ishida
伸 石田
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Abstract

【課題】 瞬時引き外し電流値を規格の要求に応じて増やす際に、押しばねの種類を極力抑えつつ、さまざまな種類の瞬時引き外し電流値に対応できる回路遮断器の電磁引き外し装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 コイルボビン13の側面に螺旋階段状に設けた位置の異なる複数の突起20a、20b、20cの一つを選択し、固定鉄心14に設けられた継鉄15の係合部15cで、押しばね18の付勢の方向に抗して係止することにより、コイルボビン13の端部の受け部17で係止される可動鉄心16と固定鉄心14の間の押しばね18の初長を所定距離に制御し、初長に応じた付勢力に抗して動作をさせることで、押しばねを交換することなく、瞬時引き外し電流値の変更を実現することができる。
【選択図】 図3

Description

本発明は、回路遮断器の電磁引き外し装置に関し、特に瞬時引き外し特性を制御するための機構に関する。
回路遮断器は、スイッチ機能としての回路遮断器に具備されたハンドルの操作による電路の開閉だけではなく、過電流が流れた際に電線や負荷機器の焼損を未然に防止する電路の遮断という大きな役目を担っている。
上記過電流遮断は、一般に反限時特性を有し、電流が大きい程、遮断に至る時間が早くなる。そこで、回路遮断器では、過電流が比較的小さいときは、その電流によって生じるジュール熱での時延引き外し特性を利用し、過電流が比較的大きいときは、その電流によって発生する磁束での瞬時引き外し特性を利用するというように、両特性を組み合わせることが一般的である。
瞬時引き外し特性の利用においては、電磁コイルの内部に固定鉄心と可動鉄心を配置し、コイルが励磁されることによって、可動鉄心を押しばねの付勢力に抗して固定鉄心に吸引させるものである。この可動鉄心の移動によりロッドを押し出し、開閉機構部を作動させる(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−294113号公報(第4頁左欄第21行〜第31行、図3)
瞬時引き外し特性の目安となる電流値は、他機器、例えば、回路遮断器の上位に位置するヒューズの短時間許容特性や、下位に位置する電動機の始動電流特性との協調を得るために、細かく設定されるケースがある。
例えば、IEC(International Electrotechnical Commission、国際規格)60898では、瞬時引き外し電流値は、定格電流の3倍を超え5倍以下(B特性)、5倍を超え10倍以下(C特性)、および10倍を超え20倍以下(D特性)にそれぞれ設定されている。
従来の回路遮断器の電磁引き外し装置では、押しばねを組み込んだ時点で、可動鉄心と固定鉄心の間隔、すなわち、可動鉄心の移動代、およびこの移動にかかる力(吸引力)が決定される。
上記のような規格の要求に応じて、瞬時引き外し電流値を増やそうとすると、押しばねの種類が増えるだけでなく、製造時の管理も繁雑になるという問題があった。また、部品の標準化及び低コスト化においても問題があった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、押しばねの種類を極力抑えつつ、さまざまな種類の瞬時引き外し電流値に対応できる回路遮断器の電磁引き外し装置を得ることを目的とするものである。
本発明に係る回路遮断器の電磁引き外し装置は、コイルの内部にコイルボビンを挿入し、コイルボビンの一方の端部の内部に固定鉄心を設け、他方の端部の内部にはコイルが発生する磁束により移動する可動鉄心を設け、可動鉄心と固定鉄心の間には可動鉄心を介してコイルボビンを付勢する付勢手段を設け、一端が固定鉄心の外側端部に、他端がコイルボビンを前記付勢手段の付勢に抗して停止するように略コ字状の継鉄を設け、コイルボビンの位置を調整することにより固定鉄心と可動鉄心の間の距離を制御する制御手段を備えたものである。
本発明によれば、コイルの内部の固定鉄心と可動鉄心との間を所定距離に制御することにより付勢力を制御できるようにしたので、押しばねを交換することなく、瞬時引き外し電流値を変更することができる。また、押しばねの識別管理を含めた製造工程が簡略化でき、標準化及び低コスト化を図ることができる。
以下、本発明に係る回路遮断器の電磁引き外し装置の各種実施の形態について、図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1及び図2は、本実施の形態1における回路遮断器111の側断面図であり、図1は回路遮断器111がONの状態、図2は回路遮断器111がトリップ動作した瞬間のOFF状態を示す。図3乃至図5は、図1の回路遮断器111における電磁引き外し装置の拡大透視図であり、それぞれIEC60898におけるD特性、C特性に、及びB特性に対応するように制御された図を示す。また、図3乃至図5においては、(a)は正面図を示し、(b)はそれぞれに対応するA方向から見た側面図を示す。
図1において、回路遮断器111の筐体1の内部には、開閉機構部101や、電磁引き外し装置102、消弧装置103、ハンドル部104などが収納されている。開閉機構部101には、筐体1に設けられた軸2を回動中心として、可動接触子3の可動接点4が、筐体1の内部に設けられた固定接触子5の固定接点6と開閉可能に設けられている。電磁引き外し装置102には、図中左方向に駆動されるロッド7が備えられ、ロッド7の端部に設けられた鍔部8が、移動時に開閉機構部101と係合することにより、引張りばね9の付勢により固定接点6と接触した状態にある開閉機構部101の可動接点4を、固定接点6から開離(図2に示す状態)するように構成されている。10、11は、外部導体(図示せず)と接続する端子である。
図3(a)に示すように、電磁引き外し装置102aにおいては、巻回されたコイル12の内部に略円筒状のコイルボビン13が緩挿され、コイルボビン13の図中左側の一端には円柱状の固定鉄心14が遊嵌して設けられている。固定鉄心14の外側端面には、コイルボビン13の端部から側部に架けて、コイル12に並設されコイル12で発生する磁束の磁路となる略コ字状の継鉄15が備えられている。継鉄15は、固定鉄心14の底面に沿って伸びる垂直部15aと、コイル12と並設される並設部15bと、コイルボビン13の側部と係合する係合部15cとから構成されている。
コイルボビン13の他端には円柱状の可動鉄心16が摺動可能に挿入されており、可動鉄心16をコイルボビン13のエッジの一部に設けられた受け部17[図3(b)に示す]に付勢するように固定鉄心14と可動鉄心16の間には付勢手段である押しばね18が備えられている。固定鉄心14の内側端部には、可動鉄心16が電磁力により固定鉄心14側に吸引され、押しばね18が押し縮められた場合に、押しばね18を収納できるように凹部19が設けられている。可動鉄心16の外側端部には、凸部16aが設けられ、さらに凸部16aの頂部中央には開閉機構部101と係合する鍔部8を備えたロッド7が突設される。
コイルボビン13の側部の所定位置には、制御用突起部である第一の突起部20aが配設されており、継鉄15の係合部15cは、押しばね18から受ける付勢力の方向と反対の方向から、この第一の突起部20aを係止する。この場合、図3(a)に示すように、押しばね18の初長としての固定鉄心14の凹部19の底面から可動鉄心16までの距離Lnは、D特性に対応するL1に制御される。
さらに、コイルボビン13の側部には、可動鉄心16の円心を軸として、第一の突起部20aから螺旋状の位置に、第二の突起部20b、第三の突起部20cが略階段状に所定間隔で配設されている。継鉄15の係合部15cにより、第二の突起部20bを係止させた場合は、図4(a)に示すように、押しばね18の初長はL2となり、C特性に対応するように制御される。また、第三の突起部20cを係止させた場合は、図5(a)に示すように、押しばね18の初長はL3となり、B特性に対応するように制御される。
次に、動作について説明する。図1に示す回路遮断器111において、電磁引き外し装置102が、継鉄15の係合部15cにより、第一の突起部20aを係止させた状態である場合には、図3(a)に示すように、この電磁引き外し装置102aは、押しばね18の初長がL1の状態にあり、D特性に対応する。
通常の通電時で、主回路に過電流が発生していない状態では、図1のように、開閉機構部101は、可動接点4が固定接点6に接触し、電気的に導通したON状態を保持する。主回路に比較的大きな過電流が流れた場合、この過電流が端子10よりコイル12に流れ、可動接触子3、可動接点4、固定接点6、固定接触子5、端子11の順に流れる。この電流によりコイル12が励磁され、発生する磁束により可動鉄心16に電磁力が図面左方向に働く。
可動鉄心16に働く電磁力が、押しばね18の付勢力F1を超えると、可動鉄心16はコイル12の内部の位置まで吸引される。可動鉄心16が吸引されると、図1のロッド7も図中左方向に移動し、鍔部8が開閉機構部101に係合し、可動接点4が固定接点6から開離される。トリップ動作した瞬間のOFF状態を図2に示すように、回路遮断器111は開状態となる。
ここで、初長がLnの状態にある押しばね18の付勢力Fnは、
Fn=k(L−Ln)
[k:押しばね18のばね定数、L:押しばね18の自然長]
と表され、初長Lnに応じた初荷重としての付勢力Fnが決定される。
従って、押しばね18の初長は、L1<L2<L3の関係にあることから、それぞれの状態での付勢力F1、F2、F3の大きさは、F1>F2>F3となる。
D特性に制御された電磁引き外し装置102aにおいては、B特性及びC特性に制御された場合に比べ、付勢力F1がもっとも大きいことから、付勢力F3、F2に抗する電磁力が発生する程度に過電流が流れても動作しない。
次に、D特性に制御された電磁引き外し装置102aの状態から、継鉄15の係合部15cと、第一の突起部20aとの係止状態を解除し、コイルボビン13を回動及び摺動させることにより、継鉄15の係合部15cに、第二の突起部20bを係止させた状態を、図4(a)に示す。この電磁引き外し装置102bは、押しばね16の初長がL2の状態にあり、C特性に対応する。
主回路に過電流が発生すると、電磁引き外し装置102aの場合と同様に、コイル12に電流が流れ、発生する磁束により可動鉄心16に電磁力が図面左方向に働く。この電磁引き外し装置102bの場合、可動鉄心16に働く電磁力が、押しばね18の付勢力F2を超えると、可動鉄心16はコイル12の内部の位置まで吸引される。可動鉄心16が吸引されると、電磁引き外し装置102aの場合と同様に、回路遮断器111は開状態となる。
C特性に制御された電磁引き外し装置102bにおいては、B特性に制御された場合に比べ、付勢力F2が付勢力F3よりも大きいことから、付勢力F3に抗する電磁力が発生する程度に過電流が流れても動作しない。
次に、C特性に制御された電磁引き外し装置102bの状態から、継鉄15の係合部15cと、第二の突起部20bとの係止状態を解除し、コイルボビン13を回動及び摺動させることにより、継鉄15の係合部15cに、第三の突起部20cを係止させた状態を、図5(a)に示す。この電磁引き外し装置102cは、押しばね18の初長がL3の状態にあり、B特性に対応する。
主回路に過電流が発生すると、電磁引き外し装置102aの場合と同様に、コイル12に電流が流れ、発生する磁束により可動鉄心16に電磁力が図面左方向に働く。この電磁引き外し装置102cの場合、可動鉄心16に働く電磁力が、押しばね18の付勢力F3を超えると、可動鉄心16はコイル12の内部の位置まで吸引される。可動鉄心16が吸引されると、電磁引き外し装置102aの場合と同様に、回路遮断器111は開状態となる。
B特性に制御された電磁引き外し装置102cにおいては、D特性及びC特性に制御された場合に比べ、付勢力F1がもっとも小さいことから、付勢力F1に抗する電磁力が発生する程度に過電流が流れるだけで動作する。
以上のように、本実施の形態1では、コイルボビン13の側面に設けた突起部の一つを選択して、継鉄15の係合部15cで係止することにより、コイルボビン13内部に設けた可動鉄心16と固定鉄心14の間の押しばね18の初長を制御するようにしたので、押しばねを交換することなく、瞬時引き外し電流値を変更することができる。また、押しばねの識別管理を含めた製造工程が簡略化でき、標準化及び低コスト化を図ることができる。
なお、上述の実施の形態1では、コイルボビン13の側部の所定位置に突起部を3個設けたが、これに限るものではない。所定位置を含めて多段階に設けてもよく、これにより係止位置の微調整ができるようになり、動作範囲の制御が容易となる。
また、図6に示すように所定位置に設けた突起部と突起部の間にスロープ21a、21bを設けてもよい。これにより、調整幅が大きい場合であっても係止位置の調整をスムーズに行なうことができる。
実施の形態2.
実施の形態1の電磁引き外し装置においては、継鉄とコイルボビン側面に設けた突起部での係止位置の選択により、押しばねの初長を制御する場合について示した。この場合、係止が付勢力によるだけであるため、調整時や動作時に係止位置がずれる可能性がある。実施の形態2では、コイルボビンと可動鉄心を連結し、連結位置の選択により、押しばねの初長を制御する場合について示す。
図7及び図8は、本実施の形態2における回路遮断器112の側断面図であり、図7は回路遮断器がONの状態、図8は回路遮断器112がトリップ動作した瞬間のOFF状態を示す。図9乃至図11は、図7の回路遮断器112における電磁引き外し装置の拡大透視図であり、それぞれIEC60898におけるD特性、C特性に、及びB特性に対応するように制御された図で、側面図を示す。実施の形態1の構成と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
図9に示すように、電磁引き外し装置105aにおいては、コイルボビン22は、可動鉄心23と固定ねじ24によって連結されており、コイルボビン22の側面に設けられた突起部25が継鉄15の係合部15cに係止された状態から、押しばね18からの付勢力に抗して、可動鉄心23と一体で動作するよう構成されている。
図12は、コイルボビン22と可動鉄心23の分解斜視図である。コイルボビン22の側部長手方向には、所定位置に複数のねじ穴として、第一のねじ穴26a、第二のねじ穴26b、及び第三のねじ穴26cが配設されており、可動鉄心23には、側部の中央部にねじ孔27が設けられている。コイルボビン22に、可動鉄心23を凸部23aを外側にして挿入後、ねじ穴26aとねじ孔27と一致させた状態で、固定ねじ24をねじ穴26aを通してねじ孔27に螺入させることにより、コイルボビン22と可動鉄心23は連結される。この場合、図9に示すように、押しばね18の初長は、D特性に対応するL1に制御される。
また、固定ねじ24により、第二のねじ穴26bの位置で連結させた場合は、図10に示すように、押しばね18の初長はL2となり、C特性に対応するように制御される。また、第三のねじ穴26cの位置で連結させた場合は、図11に示すように、押しばね18の初長はL3となり、B特性に対応するように制御される。
動作については、上記D特性に対応するように制御された電磁引き外し装置105aは、可動鉄心23と連結するコイルボビン22が一体で動作する(図8に示す)以外は、実施の形態1の電磁引き外し装置102aの場合と同様であるため、説明を省略する。また、上記C特性に対応するように制御された電磁引き外し装置105bは、実施の形態1の電磁引き外し装置102bと、上記B特性に対応するように制御された電磁引き外し装置105cは実施の形態1の電磁引き外し装置102cと、それぞれ同様である。
以上のように、本実施の形態2では、コイルボビン22と可動鉄心23の連結位置を選択し、固定ねじ24で連結することにより、コイルボビン22内部に設けた可動鉄心23と固定鉄心14の間の押しばね18の初長を制御するようにしたので、押しばねを交換することなく、瞬時引き外し電流値を変更することができる。また、押しばねの識別管理を含めた製造工程が簡略化でき、標準化及び低コスト化を図ることができる。さらに、係止位置がずれることなく動作範囲について信頼性の向上を図ることができる。
なお、上述の実施の形態2では、コイルボビン22の側部の所定位置にねじ穴を3個設けたが、これに限るものではない。所定位置を含めて多段階に設けてもよく、これにより連結位置の微調整ができるようになり、動作範囲の制御が容易となる。
実施の形態3.
実施の形態2の電磁引き外し装置においては、コイルボビンと可動鉄心を固定ねじで連結し、ねじ穴の位置を選択することにより、押しばねの初長を制御する場合について示した。実施の形態3では、コイルボビンに可動鉄心本体を螺入し、挿入量により押しばねの初長を制御する場合について示す。
図13及び図14は、本実施の形態3における回路遮断器113の側断面図であり、図13は回路遮断器113がONの状態、図14は回路遮断器113がトリップ動作した瞬間のOFF状態を示す。図15乃至図17は、図13の回路遮断器113における電磁引き外し装置の拡大透視図であり、それぞれIEC60898におけるD特性、C特性に、及びB特性に対応するように制御された図で、側面図を示す。実施の形態1の構成と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
図15に示すように、電磁引き外し装置106aにおいては、コイルボビン28は、可動鉄心29の本体を螺入することによって連結されており、コイルボビン28の側面に設けられた突起30が継鉄15の係合部15cに係止された状態から、押しばね18からの付勢力に抗して、可動鉄心29と一体で動作するよう構成されている。
コイルボビン28の一端部から中央部にかけての内周面には雌ねじが設けられており、可動鉄心29の外周面には雄ねじが設けられている。コイルボビン28に螺入する可動鉄心29の挿入量を調整することによって、押しばね18の初長は制御される。
図15は、上述のように、挿入量の調整により、押しばね18の初長がD特性に対応するL1に制御された状態を示す。図16は、押しばね18の初長が、C特性に対応するL2に制御された状態を示す。また、図17は、押しばね18の初長が、B特性に対応するL3に制御された状態を示す。
動作については、上記D特性に対応するように制御された電磁引き外し装置106aは、可動鉄心29と連結するコイルボビン28が一体で動作する(図14に示す)以外は、実施の形態1の電磁引き外し装置102aの場合と同様であるため、説明を省略する。また、上記C特性に対応するように制御された電磁引き外し装置106bは、実施の形態1の電磁引き外し装置102bと、上記B特性に対応するように制御された電磁引き外し装置106cは、実施の形態1の電磁引き外し装置102cと、それぞれ同様である。
以上のように、本実施の形態3では、コイルボビン28と可動鉄心29の螺入量を制御して連結することにより、コイルボビン28内の可動鉄心29と固定鉄心14の間の押しばね18の初長を制御するようにしたので、押しばねを交換することなく、瞬時引き外し電流値を変更することができる。また、押しばねの識別管理を含めた製造工程が簡略化でき、標準化及び低コスト化を図ることができる。さらに、係止位置がずれることなく動作範囲について信頼性の向上を図ることができるとともに無段階で制御することができる。
なお、上述の実施の形態3では、コイルボビン28の内周面と可動鉄心29の外周面に螺合のために設けるねじ山及びねじ溝において、ピッチ、山数等を変更することにより制御性を調整することもできる。
本発明に係る電磁引き外し装置を使用する回路遮断器の実施の形態1の側断面図であり、回路遮断機器がON状態を示す。 本発明に係る電磁引き外し装置を使用する回路遮断器の実施の形態1の側断面図であり、回路遮断機器がトリップ動作した瞬間のOFF状態を示す。 本発明に係る電磁引き外し装置の実施の形態1の拡大透視図であり、電磁引き外し装置がD特性に対応した状態を示す。 本発明に係る電磁引き外し装置の実施の形態1の拡大透視図であり、電磁引き外し装置がC特性に対応した状態を示す。 本発明に係る電磁引き外し装置の実施の形態1の拡大透視図であり、電磁引き外し装置がB特性に対応した状態を示す。 本発明に係る電磁引き外し装置の実施の形態1の拡大図であり、コイルボビン側部の突起部の間にスロープを設けた状態を示す。 本発明に係る電磁引き外し装置を使用する回路遮断器の実施の形態2の側断面図であり、回路遮断機器がON状態を示す。 本発明に係る電磁引き外し装置を使用する回路遮断器の実施の形態2の側断面図であり、回路遮断機器がトリップ動作した瞬間のOFF状態を示す。 本発明に係る電磁引き外し装置の実施の形態2の拡大透視図であり、電磁引き外し装置がD特性に対応した状態を示す。 本発明に係る電磁引き外し装置の実施の形態2の拡大透視図であり、電磁引き外し装置がC特性に対応した状態を示す。 本発明に係る電磁引き外し装置の実施の形態2の拡大透視図であり、電磁引き外し装置がB特性に対応した状態を示す。 本発明に係る電磁引き外し装置の実施の形態2でコイルボビンと可動鉄心の分解斜視図を示す。 本発明に係る電磁引き外し装置を使用する回路遮断器の実施の形態3の側断面図であり、回路遮断機器がON状態を示す。 本発明に係る電磁引き外し装置を使用する回路遮断器の実施の形態3の側断面図であり、回路遮断機器がトリップ動作した瞬間のOFF状態を示す。 本発明に係る電磁引き外し装置の実施の形態3の拡大透視図であり、電磁引き外し装置がD特性に対応した状態を示す。 本発明に係る電磁引き外し装置の実施の形態3の拡大透視図であり、電磁引き外し装置がC特性に対応した状態を示す。 本発明に係る電磁引き外し装置の実施の形態3の拡大透視図であり、電磁引き外し装置がB特性に対応した状態を示す。
符号の説明
12 コイル
13、22、28 コイルボビン
14 固定鉄心
15 継鉄
15c 係止部
16、23、29 可動鉄心
18 押しばね
20a 第一の突起部
20b 第二の突起部
20c 第三の突起部
21a、21b スロープ
24 固定ねじ
25、30 突起部
26a 第一のねじ穴
26b 第二のねじ穴
26c 第三のねじ穴
27 ねじ孔
102a、102b、102c、105a、105b、105c、106a、106b、106c 電磁引き外し装置
111、112、113 回路遮断器

Claims (5)

  1. コイルと、このコイルの内部に挿入されたコイルボビンと、このコイルボビンの一方の端部の内側に設けられた固定鉄心と、前記コイルボビンの他方の端部の内側に設けられて、前記コイルが発生する磁束により移動する可動鉄心と、この可動鉄心と前記固定鉄心の間に設けられ、前記可動鉄心を介して前記コイルボビンを付勢する付勢手段と、一端が前記固定鉄心の外側端部に設けられ、他端が前記コイルボビンを前記付勢手段の付勢に抗して停止させる略コ字状の継鉄と、前記コイルボビンの位置を調整することにより前記固定鉄心と前記可動鉄心の間の距離を制御する制御手段を備えたことを特徴とする回路遮断器の電磁引き外し装置。
  2. 制御手段が、コイルボビンの可動鉄心側の端部の一部に設けられ、前記可動鉄心を受け止める受け部と、前記コイルボビン側部に螺旋階段状に設けられた複数の制御用突起部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の回路遮断器の電磁引き外し装置。
  3. 隣どうしの位置にある制御用突起部の間に、螺旋状にスロープを設けたことを特徴とする請求項2に記載の回路遮断器の電磁引き外し装置。
  4. 制御手段が、コイルボビンの側部長手方向に設けられた複数のねじ穴と、可動鉄心の側部に設けられたねじ孔と、前記複数のねじ穴から選択した一つのねじ穴と前記ねじ孔と連結する固定ねじを備えたことを特徴とする請求項1に記載の回路遮断器の電磁引き外し装置。
  5. 制御手段が、コイルボビンの可動鉄心側端部から中央部にかけての内周面と前記可動鉄心の外周面とが螺合するようにねじを刻設し、前記コイルボビンに前記可動鉄心を螺入することにより前記可動鉄心の挿入量を調整して固定することを特徴とする請求項1に記載の回路遮断器の電磁引き外し装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101923994A (zh) * 2009-06-16 2010-12-22 三信国际电器上海有限公司 一种电磁式漏电脱扣器的接线系统
KR101251923B1 (ko) 2011-11-29 2013-04-08 엘에스산전 주식회사 소형 회로차단기의 순시 트립 장치
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CN111769013A (zh) * 2020-06-06 2020-10-13 武汉船用电力推进装置研究所(中国船舶重工集团公司第七一二研究所) 一种塑壳用大范围可调短路电磁脱扣器

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