JP2010080098A - 瞬時遮断機構を備えたブレーカ - Google Patents

Abstract

【課題】 瞬時遮断機構を少数の部品で小型に構成し、複数線路に共通する一つの瞬時遮断機構で短絡電流を遮断する。
【解決手段】 単相３線式電路用の電子式ブレーカにおいて、トリップコイルを瞬時遮断機構１３から切り離して設置する。瞬時遮断機構１３に、２つの銅バー２８Ｘ，２８Ｙと、銅バー２８Ｘ，２８Ｙに流れた電流によって磁化されるコ字形の固定電磁片２６Ｘ，２６Ｙと、固定電磁片２６Ｘ，２６Ｙの磁力が共通に作用する単一の可動電磁片３０と、可動電磁片３０を固定電磁片２６Ｘ，２６Ｙから離間する方向へ付勢するスプリング３４とを設ける。銅バー２８Ｘ，２８ＹをＸ，Ｙ相の電圧線に接続し、電路に流れる合成電流によって可動電磁片３０を駆動する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電路に流れた短絡電流を瞬時に遮断する瞬時遮断機構を備えたブレーカに関する。

従来、屋内配線用のブレーカにおいて、過電流から電路を保護する過電流引外し機構と、負荷回路のコード短絡事故から電路を保護する瞬時遮断機構とを備えたブレーカが知られている。過電流引外し機構では、定格電流を超えた過電流が流れたときに、所定のタイミングで接点引外し動作（時限動作）をするトリップコイルが多用されている。瞬時遮断機構には、数ｍｓの瞬時動作が可能な電磁装置が広く使用されている。

また、瞬時遮断機構の電磁装置に過電流引外し機能を与えた技術も知られている。例えば、特許文献１には、ボビンに瞬時引き外し用コイルと過電流引き外し用コイルを二重に巻回した電磁装置が記載されている。特許文献２には、オイルダッシュポットにコイルを巻回し、コイルに流れる過電流に応答してアーマチュアを時限動作させ、短絡電流に応答してアーマチュアを瞬時動作させる電磁装置が記載されている。

特開２０００−４０４５６号公報 特開２００２−５６７６６号公報

ところが、ボビンやオイルダッシュポットにコイルを巻回した従来の瞬時遮断機構は、部品点数が増え、製作コストが高くつくばかりでなく、電磁装置が大形化するという不都合があった。また、電路上に複数の電磁装置を設置する必要があるため、例えば、単相３線式電路用の協約形ブレーカの場合に、２つの電磁装置をケーシング内部の限られたスペースに設置することが困難になるという問題点もあった。

そこで、本発明の目的は、小型の単一の機構によって短絡電流を遮断できる瞬時遮断機構を提供することにある。本発明の別の目的は、瞬時遮断機構とトリップコイルを限られたスペースに容易に設置できるブレーカを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、電路に流れた短絡電流を瞬時に遮断する瞬時遮断機構において、次のような特徴的手段を提供する。
（１）電路上に設けられた複数の導体と、各導体に流れた電流によって磁化される複数の固定電磁片と、各固定電磁片の磁力が共通に作用する単一の可動電磁片とを備え、可動電磁片が電路の合成電流によって駆動されることを特徴とする瞬時遮断機構。

（２）可動電磁片を固定電磁片から離間する方向へ付勢するバネ部材を備えたことを特徴とする瞬時遮断機構。

（３）固定電磁片が磁性板により導体を囲む形状に形成されていることを特徴とする瞬時遮断機構。

また、本発明は、電路に流れた過電流を遮断するトリップコイルと、電路に流れた短絡電流を瞬時に遮断する瞬時遮断機構とを備えたブレーカにおいて、次のような特徴的手段を提供する。
（４）トリップコイルが瞬時遮断機構から切り離して設置され、瞬時遮断機構が電路上に設けられた複数の導体と、各導体に流れた電流によって磁化される複数の固定電磁片と、各固定電磁片の磁力が共通に作用する単一の可動電磁片とを備え、可動電磁片が電路の合成電流によって駆動されることを特徴とするブレーカ。

（５）瞬時遮断機構の導体が単相３線式電路の電圧線上に設けられ、単相３線式電路の中性線が導体を素通りして配線され、導体と中性線とに同じ向きの電流が流れるように、電圧線が捩じれた状態で導体に結線されていることを特徴とするブレーカ。

本発明の瞬時遮断機構によれば、複数の固定電磁片が発生した磁力を単一の可動電磁片に作用させ、可動電磁片を電路の合成電流によって駆動するので、線路ごとに電磁装置を設ける必要がなくなり、単一の機構で短絡電流を瞬時に遮断でき、その機構自体も少数の部品で小型に構成できるという効果がある。

本発明のブレーカによれば、トリップコイルを瞬時遮断機構から切り離し、瞬時遮断機構を合成電流によって動作させるように構成したので、トリップコイルと瞬時遮断機構を限られたスペースに容易に設置でき、周辺部品のレイアウト上の自由度を高めることができるという効果がある。

以下、本発明を単相３線式電路用の電子式ブレーカに具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。図１はブレーカの外観を示し、図２はブレーカの内部機構を示し、図３はブレーカの電気回路を示す。図４、図５はブレーカの瞬時遮断機構を示し、図６は瞬時遮断機構の配線形態を示し、図７は瞬時遮断機構の動作を示す。

図１に示すように、この実施例のブレーカ１は、ケーシング２と前面カバー３と背面カバー４とを備え、全体が協約形ブレーカの規定寸法に合わせて形成されている。ケーシング２には、上端部に３つの電源側端子５（図２参照）が配設され、下端部に３つの負荷側端子６が配設されている。前面カバー３には、電路を手動で開閉するハンドル７と、定格電流等を表示する表示部８と、定格電流の表示／非表示を切り替える手元スイッチ９と、外部操作機器に接続されるＬＡＮ配線接続口１０とが設けられている。なお、手元スイッチ９に、定格電流の変更モードを設定する機能と、変更後に定格電流を確定して登録する機能とを追加することも可能である。また、電源側および負荷側端子５，６は、図示しない端子カバーで覆われる。

図２に示すように、ケーシング２の内部には、電路に流れた過電流を遮断するトリップコイル１２と、電路に流れた短絡電流を瞬時に遮断する瞬時遮断機構１３と、ブレーカ１の主接点１４（図３参照）を開閉する開閉機構１５とが設置されている。トリップコイル１２は、瞬時遮断機構１３から切り離され、ハンドル７の側方に配置されている。瞬時遮断機構１３は、表示部８と手元スイッチ９の取付基板１６の下側において、ケーシング２のほぼ中央部に配置されている。なお、トリップコイル１２および開閉機構１５には、従来周知の機構を採用できる。

開閉機構１５は、トリップコイル１２と瞬時遮断機構１３の間に配置され、双方の動力をハンドル７と主接点１４とに伝達する。そして、電路に過電流が流れたときにトリップコイル１２が、短絡電流が流れたときに瞬時遮断機構１３が、それぞれ、動力を開閉機構１５に作用させ、開閉機構１５がハンドル７をロック解除して前面カバー３より突出させ、同時に主接点１４を開いて電路を遮断するようになっている。この構成によれば、トリップコイル１２を瞬時遮断機構１３から切り離し、ハンドル７周辺の限られたスペースに多数の部品を自由にレイアウトできる。

ケーシング２の背面には電子回路基板１８が設けられ、背面カバー４で覆われている。図３に示すように、電子回路基板１８には、ブレーカ１全体の動作を制御するＣＰＵ１９と、電流センサ２０の出力に基づいて電路１１に流れる電流を検出する電流検出部２１と、トリップコイル１２を時限制御するトリップコイル制御部２２と、赤外線リモコンやパソコン等の外部操作機器との通信を制御する通信制御部２３とが配設されている。なお、電流センサ２０は、ケーシング２の内部において、二本の電圧線１１Ｘ，１１Ｙ上に設けられている。

図４、図５に示すように、瞬時遮断機構１３は、ケーシング２に取り付けられるベース２５を備えている。ベース２５には２つの固定電磁片２６が組み付けられ、それぞれの内側に絶縁スペーサ２７を介して銅バー２８が保持されている。銅バー２８はＬ字形の導体であり、一方の銅バー２８ＸがＸ相の電圧線１１Ｘ上に設けられ、他方の銅バー２８ＹがＹ相の電圧線１１Ｙ上に設けられている（図６参照）。そして、固定電磁片２６が銅バー２８を囲む上開きのコ字形に形成され、２本の銅バー２８に流れた電流によって別々に磁化されるようになっている。

固定電磁片２６の上端には軸受部２９が形成され、軸受部２９に可動電磁片３０の一対の軸部３１が回動可能に支持されている。可動電磁片３０は単一の磁性板で２つの固定電磁片２６を上方から覆い得る大きさに形成され、固定電磁片２６に発生した磁力が可動電磁片３０に共通に作用するようになっている。軸部３１の間において、可動電磁片３０には掛止穴３２と係合片３３とが形成され、掛止穴３２にスプリング３４の一端が掛止され、係合片３３が開閉機構１５のトリップバー３５に相対している。

スプリング３４の他端は一方の固定電磁片２６Ｘの下部掛止片３６に掛止され、スプリング３４の付勢力で可動電磁片３０が固定電磁片２６から離間する方向へ付勢されている。したがって、電路１１に規定値以下の電流が流れているときに、可動電磁片３０の動きを禁止し、瞬時遮断機構１３の誤動作を確実に防止できる。また、電路１１に規定値を超える短絡電流が流れたときには、可動電磁片３０が合成電流によって駆動され、スプリング３４の付勢力に抗して固定電磁片２６の上端面に吸着され、係合片３３がトリップバー３５を駆動するように構成されている。

図６に示すように、電路１１の中性線１１Ｎはストレートの帯状導体３８で形成されている。帯状導体３８は瞬時遮断機構１３の銅バー２８を素通りする状態で配線され、両端が電源側端子５と負荷側端子６とに結線されている。電圧線１１Ｘ，１１Ｙは互いに交差する２本の可撓導線３９，４０で形成されている。一方の可撓導線３９の両端は電源側端子５と銅バー２８の負荷側端部２８ａに結線され、他方の可撓導線４０の両端が銅バー２８の電源側端部２８ｂと負荷側端子６とに結線され、２本の電圧線１１Ｘ，１１Ｙがそれぞれ捩じれた状態で銅バー２８Ｘ，２８Ｙに結線されている。

これにより、図７（ａ）に示すように、Ｘ相通電時（Ｘ−Ｎ相から１００Ｖの交流電圧を取り出すとき）には、Ｘ相の銅バー２８Ｘに流れる電流ＩｘとＮ相の帯状導体３８に流れる電流Ｉｎの向きが同じになる。図７（ｂ）に示すように、Ｙ相通電時（Ｙ−Ｎ相から１００Ｖの交流電圧を取り出すとき）には、Ｙ相の銅バー２８Ｙに流れる電流ＩｙとＮ相の帯状導体３８に流れる電流Ｉｎの向きが同じになる。このため、Ｘ相電圧線１１ＸまたはＹ相電圧線１１Ｙに短絡電流が流れたときに、固定電磁片２６は、中性線１１Ｎに流れた電流よって磁界を減衰されることなく、可動電磁片３０を強力に吸着できる。

一方、図７（ｃ）に示すように、ＸＹ相通電時（Ｘ−Ｙ相から２００Ｖの交流電圧を取り出すとき）には、Ｘ相の銅バー２８Ｘに流れた電流Ｉｘで固定電磁片２６Ｘが磁化され、同時にＹ相の銅バー２８Ｙに流れた電流Ｉｙで固定電磁片２６Ｙが磁化され、２つの固定電磁片２６Ｘ，２６Ｙに発生した磁力が可動電磁片３０に共通に作用する。このため、電路１１に短絡電流が流れたときには、可動電磁片３０がＸ，Ｙ相の合成電流に相当する大きな磁力で駆動される。したがって、単一の瞬時遮断機構１３を３本の線路に共用し、小型かつ安価な構成により単相３線式電路１１に流れた短絡電流を瞬時に遮断することができる。

なお、本発明のブレーカは、単相３線式電路のみに限定されるものではなく、単相２線式電路、３相３線式電路等の各種電路に適用でき、また、これらの電路上の電流制限器、主幹ブレーカ、分岐ブレーカとして使用することもできる。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の構成や形状を任意に変更して実施することも可能である。

本発明の一実施例を示すブレーカの外観斜視図である。 ブレーカの内部機構を示す斜視図である。 ブレーカの電気回路を示すブロック図である。 ブレーカの瞬時遮断機構を示す斜視図である。 瞬時遮断機構の正面図である。 瞬時遮断機構の配線図である。 瞬時遮断機構の動作説明図である。

符号の説明

１ ブレーカ
２ ケーシング
５ 電源側端子
６ 負荷側端子
７ ハンドル
１１ 単相３線式電路
１１Ｘ Ｘ相電圧線
１１Ｙ Ｙ相電圧線
１１Ｎ 中性線
１２ トリップコイル
１３ 瞬時遮断機構
１４ 主接点
１５ 開閉機構
２６ 固定電磁片
２８ 銅バー（導体）
３０ 可動電磁片
３４ スプリング

Claims (5)

1. 電路に流れた短絡電流を瞬時に遮断する瞬時遮断機構において、電路上に設けられた複数の導体と、各導体に流れた電流によって磁化される複数の固定電磁片と、各固定電磁片の磁力が共通に作用する単一の可動電磁片とを備え、可動電磁片が電路の合成電流によって駆動されることを特徴とする瞬時遮断機構。
2. 前記可動電磁片を固定電磁片から離間する方向へ付勢するバネ部材を備えた請求項１記載の瞬時遮断機構。
3. 前記固定電磁片が磁性板により前記導体を囲む形状に形成されている請求項１又は２記載の瞬時遮断機構。
4. 電路に流れた過電流を遮断するトリップコイルと、電路に流れた短絡電流を瞬時に遮断する瞬時遮断機構とを備えたブレーカにおいて、
   トリップコイルが瞬時遮断機構から切り離して設置され、瞬時遮断機構が電路上に設けられた複数の導体と、各導体に流れた電流によって磁化される複数の固定電磁片と、各固定電磁片の磁力が共通に作用する単一の可動電磁片とを備え、可動電磁片が電路の合成電流によって駆動されることを特徴とするブレーカ。
5. 前記瞬時遮断機構の導体が単相３線式電路の電圧線上に設けられ、単相３線式電路の中性線が導体を素通りして配線され、導体と中性線とに同じ向きの電流が流れるように、電圧線が捩じれた状態で導体に結線されている請求項４記載のブレーカ。

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