JP2010282919A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で過電流による引き外し操作時の接点開離力を強める作用を有する瞬時引き外し用電磁石装置を備えた回路遮断器を得る。
【解決手段】回路遮断器の瞬時引き外し用電磁石装置は、コイル４と、絶縁パイプ１と、固定鉄心８と、コイル４が発生する磁束により絶縁パイプ１内を移動して引き外し装置を動作させる可動鉄心２と、可動鉄心２を付勢するばね３と、一端が固定鉄心８の外側端部に、他端が可動鉄心２側に設けられたヨーク７と、固定子接点６を有するとともに、コイル４の一端に接合され、かつ、固定鉄心８を締結してヨーク７に固定された導体板からなる固定子５とを備え、固定子５は、固定子接点６からコイル４との接合部の間に、コイル４に流れる電流と同方向に電流を還流させる電路１１を形成している。
【選択図】図１１

Description

この発明は、回路遮断器、特にその瞬時引き外し用電磁石装置に関するものである。

例えば特許文献１に開示されている回路遮断器に用いられている瞬時引き外し用電磁石装置（以下、単に、電磁石装置と称する）では、複数種類の電磁コイルを有する電磁石装置を小形化でき、かつ、自動巻線機を用いた製作が可能となるように、巻芯の形状やコイルの巻き方などを工夫している。

特開平８−３０６２９５号公報

一般に、回路遮断器に用いられる電磁石装置では、それを設置する空間容量と、導電体の断面積から、コイル巻数が限られてくる。定格電流が大きな仕様においては、太い導電体を必要とし、これに瞬時引き外し電流値が小さな仕様を合わせたい時、設置する空間容量が限られているため、コイル巻数を増やしたくても、増やすことができなかった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、元々電磁石装置に用いられる部品の形状を変更することにより、限られた既存スペース範囲内で、定格電流値を増し、小さな瞬時引き外し電流値で従来と同等の引き外し力を発生させ得る電磁石装置を備えた小型で高性能の回路遮断器を提供する。

開閉機構部、瞬時引き外し用電磁石装置を有する引き外し装置、及び開閉接点部を備えた回路遮断器において、瞬時引き外し用電磁石装置は、コイルと、このコイル内に設けられた絶縁パイプと、この絶縁パイプ内の一端に設けられた固定鉄心と、絶縁パイプ内に挿入され、コイルが発生する磁束により絶縁パイプ内を移動して引き外し装置を動作させる可動鉄心と、この可動鉄心と固定鉄心の間に設けられ、可動鉄心を付勢するばねと、一端が固定鉄心の外側端部に、他端が可動鉄心側に設けられたヨークと、可動子の接点と接離する固定子接点を有するとともに、コイルの一端に接合され、かつ、固定鉄心を締結し、ヨークに固定された導体板からなる固定子とを備え、固定子は、固定子接点からコイルとの接合部の間に、コイルに流れる電流と同方向に電流を還流させる電路を形成している。

従来の電磁石装置の設置空間において、固定子内で電流を環流させることにより発生する磁束が、コイルで発生する磁束に加算されるようにしているので、可動鉄心へ働く電磁力を増加させることができる。この効果によって、従来より低い瞬時引き外し電流値に設定するなど、実仕様範囲を広げることが可能となる。あるいは、電磁力に余裕ができるので、コイル巻数を少なくすることが可能となり、これによって、電磁石装置そのものを小型化した回路遮断器が得られる。

この発明の実施の形態１に係る回路遮断器の外観を示す斜視図である。 実施の形態１に係る回路遮断器のカバーを外した状態での開閉機構部と引き外し装置とベース筐体を示す斜視図である。 実施の形態１に係る回路遮断器のオン状態での開閉機構部と引き外し装置を示す斜視図である。 実施の形態１に係る回路遮断器のトリップ状態での開閉機構部と引き外し装置を示す斜視図である。 実施の形態１に係る回路遮断器に使用される電磁石装置の分解側面図である。 実施の形態１に係る回路遮断器に使用される電磁石装置の固定子を示す正面図である。 実施の形態１に係る回路遮断器に使用される電磁石装置の組立て工程の一部を示す図である。 実施の形態１に係る回路遮断器に使用される電磁石装置の組立て工程の一部を示す図である。 実施の形態１に係る回路遮断器に使用される電磁石装置の組立て工程の一部を示す図である。 実施の形態１に係る回路遮断器に使用される電磁石装置を示す図である。 実施の形態１に係る回路遮断器に使用される電磁石装置と可動子との組み合わせを示す側面図である。 この発明の実施の形態２に係る回路遮断器に使用される電磁石装置の固定子を示す図である。 実施の形態２に係る回路遮断器に使用される電磁石装置の可動子を示す正面図である。 実施の形態２に係る回路遮断器に使用される電磁石装置の固定子の動作を説明する図である。 実施の形態２に係る回路遮断器に使用される電磁石装置の固定子の動作を説明する図である。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る回路遮断器について説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。図１はこの発明の実施の形態１に係る三相用回路遮断器（以下、単に、回路遮断器と称する）の外観を示す斜視図、図２は、そのカバーを外した状態での開閉機構部と引きはずし装置とベース筐体を示す斜視図である。

図１及び図２において、回路遮断器１００は、開閉機構部２００と、引き外し装置３００と、開閉接点部（図示せず）と、消弧装置（図示せず）とを備えている。消弧装置は、絶縁材料で形成された基板１０１と中間基板１０２とからなる基板筐体４０に収納され、開閉機構部２００と、引きはずし装置３００と、開閉接点部は、中間基板１０２に固定されて保持されている。絶縁材料で形成されたカバー１１１は、基板筐体４０に着脱自在に装着されている。

図３は、回路遮断器１００のオン（ＯＮ）状態における開閉機構部２００と引きはずし装置３００を示す斜視図、図４は、回路遮断器１００のトリップ（ｔｒｉｐ）状態における開閉機構部２００と引きはずし装置３００を示す斜視図である。

図３及び図４において、回路遮断器１００が接続された三相電気回路である負荷回路に、所定値以上の負荷電流、つまり過負荷電流が所定時間以上流れた場合には、引き外し装置３００における限時引き外し手段を構成するバイメタル５０が図の右方へ所定量だけ湾曲変形して、開閉機構部２００のトリップバー６０を動作させ、トリップバー６０が当接している掛け金７０を回動させることによって開閉機構部２００をトリップさせて、負荷回路のＲ、Ｓ、Ｔ三相導体（図示せず）に夫々接続される開閉接点部の３個の固定子接点６に接触していた３個の可動子接点９を開離させる。

また、短絡電流が流れた場合には、引きはずし装置３００における瞬時引き外し手段を構成する電磁石装置の電磁コイル４に大きな磁力が発生して、コイル４内を移動する可動鉄心２が図の右方へ吸引され、可動鉄心２が掛け金７０を回動させることによって開閉機構部２００をトリップさせて、開閉接点部の固定子接点６と可動子接点９とを開離させる。

次に、この発明の要部である電磁石装置の詳細について図５〜図１１により説明する。図５は本発明の実施の形態１に係る回路遮断器に採用される電磁石装置を分解して示す分解側面図である。この電磁石装置は、絶縁パイプ１、可動鉄心２、ばね３、コイル４、固定子５、固定子接点６、ヨーク７、固定鉄心８の各部品から構成されている。

コイル４は、断面角型の導体を巻回したものからなる。コイル４の一端と接続される、本発明の特徴部分をなす固定子５は、図６に示すように、一部に切断部５ｃを有する環状部５ａ（以下、単に、環状部５ａという）と直線部５ｂとを接続したほぼ疑問符（クエスチョンマーク）形状の平面を有する導体板で構成されている。但し、上記疑問符形状というのは、電流の流れる電路が疑問符形状をなしていることを意味するもので、環状部５は、切断部５ｃが絶縁物等で充填されていて、切断部５ｃを有しない完全な環状をなすものでもよい。固定子５の直線部５ｂには固定子接点６が設けられている。なお、符号１１は、固定子５の固定子接点６から環状部５ａに沿って還流する電流の電路である。

図７は固定子５とコイル４との接続状態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図である。図７に示すように、固定子５は、切断部５ｃと隣接する端部がコイル４の一端に溶接により電気的及び機械的に強固に接合される。この接合部１４は、固定子接点６とは反対の方向を向く面に配置されていて、組み立てが容易に行われる。また、環状部５ａはコイル４と同軸上で、且つ、コイル４と同じ方向に電流が流れるように電路１１が形成される。

図８はコイル４、固定鉄心８等をヨーク７と組み合わせる状態を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図である。固定鉄心等を支持するヨーク７は、側面から見てほぼコ字型をなす磁性体からなり、その一端には開口が設けられ、この開口の中心がコイル４の軸心と一致するように配置される。ヨーク７の前記開口部分に固定子５の環状部５ａを重ね合わせ、環状部５ａの内部空間に固定鉄心８の一端をカシメ付けることにより、固定鉄心８と固定子５とヨーク７とが強固に固定される。固定鉄心８はヨーク７の一端からコイル４の内部に向かって突出する。

図９は絶縁パイプ１、可動鉄心２等をコイル４、ヨーク７等と組み合わせる状態を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。絶縁パイプ１は、一端が開放端１ａとなっており、他端が開放端１ａより小径の開口となっている。絶縁パイプ１内には、パイプ軸に沿って移動可能な可動鉄心２と、これを付勢するばね３が挿入されていて（図９には、ばね３の図示を省略している）、可動鉄心２の一端は、絶縁パイプ１の小径の開口から突出しているが、可動鉄心２は、絶縁パイプ１から抜け落ちないように上記小径部で規制されている。

組み立て時、絶縁パイプ１はコイル４の中に挿入される。ヨーク７の他端には絶縁パイプ１の挿通部が形成されていて、絶縁パイプ１は、内部に可動鉄心２とばね３とを有する状態で、開放端１ａ側が固定鉄心８に対向するように図９の矢印方向にコイル４内に挿入される。挿入後、絶縁パイプ１は、固定鉄心８に開放端１ａが嵌合することにより径方向
に位置決めされる。絶縁パイプ１の他端は、絶縁パイプ１に設けられた鍔部１ｂをヨーク７に引っ掛けて固定される。このように各部品１〜８が組み付けられて、図１０に示す電磁石装置が完成する。なお、図１０で、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。

図１１は電磁石装置の固定子５と、開閉機構部２００の可動子１６との位置関係を示すものである。可動子１６は可動子接点９が固定子接点６に接離するように回動軸１６ａを中心として回動するように設けられている。なお、符号１７は可動子１６に流れる電流の電路である。

以上のように構成された回路遮断器の電磁石装置において、コイル４と固定子５は接合部１４によって電気的に接続されているため、可動子接点９と固定子接点６が閉合しているとき、可動子１６からの電流は可動子１６の電路１７に沿って流れ、可動子接点９から固定子接点６を経て、固定子５の電路１１に沿って、環状部５ａを通り、接合部１４を通してコイル４に流れる。このとき、コイル４の軸線に沿って生じる磁束は、固定子５の環状部５ａを還流する電流による１ターンの磁束と、コイル４に流れる電流による磁束が合わさった磁束となる。

この合わさった２つ分の磁束が、絶縁パイプ１内の可動鉄心２を通過し、これを電磁吸引する。可動鉄心２は、ばね３により付勢されて絶縁パイプ１より少し出た場所が待機位置となっており、この位置においては、固定子５とコイル４で生じる磁束の内、一部しか可動鉄心２を通過しない。可動鉄心２の電磁吸引が始まると、コイル４内へ引き込まれる可動鉄心２に働く電磁力は、可動鉄心２がコイル中心方向に変位するに従って貫通する磁力線が増大するため、その吸引力が変位量と共に増してゆく。このように変位量に伴う電磁力の増大によって、一旦吸引動作が開始される、ばね３の付勢力に抗して完了位置まで一気に移動する。移動した可動鉄心２が、回路遮断器の引き外し操作を担うトリップバー６０の掛け金７０を回動させて、引き外しが行なわれる。

本実施の形態によれば、元々備わっていた固定子の形状を変えることによって、固定子５を、磁束を発生させるための還流電流の電路として利用しているため、電磁石装置のコイル巻き数を増すことなく、より強力な電磁力を得ることができる。逆に、同じ電磁力を得るには、コイル巻数を減らして、電磁石装置を小型にできる。なお、上述したように、固定子５は、その電路が１ターンのコイルとして作用すればよいのであるから、切断部５ｃを絶縁物等で充填した形にしてもよく、この場合は固定子５の機械的強度が増す。

実施の形態２．
図１２（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態２に係る回路遮断器の電磁石装置の固定子５００を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は斜視図である。

実施の形態２は、可動子と固定子が図１１に示すように対向して配置されていて、可動子から固定子に大電流が流れ込んだとき、可動子に流れる電流と固定子に流れる電流による可動子と固定子の反発力を利用して可動子接点９と固定子接点６との開離力を高めようとするものである。

図１３〜１５はその動作原理を説明する図である。可動子１６の電路１７に沿って流れる電流のベクトルＡ（図１３の下向き矢印）と、固定子５を流れる電流のベクトル逆成分Ｂ（図１４の上向き矢印）を含む部位とは、電流方向が逆向きであるから反発力が働くので可動子１６と固定子５の間隔が小さくなるようする。一方、可動子１６に流れる電流のベクトルＡと、固定子５に流れる電流のベクトル同成分Ｃ（図１５の下向き矢印）を含む部位は、電流方向が同方向であるから吸引力が働くので可動子１６と固定子５の間隔が大
きくなるようにする。具体的には図１２に示す固定子構造とする。

図１２に示すように、固定子５００は、直線部５００ｂの中心線上において、環状部５００ａに段差Ｓが生じるように屈曲させている。図１２（ｂ）のＲ１、Ｒ２は固定子５００の面と可動子１６との間隔を示すもので、電流ベクトル逆成分Ｂを含む部位は間隔Ｒ１に、電流ベクトル同成分Ｃを含む部位は間隔Ｒ２とし、Ｒ１＜Ｒ２となるように、固定子環状部５００ａの中央で段差Ｓが設けられる。その他の構成は実施の形態１と同じである。

実施の形態２では、可動子に流れる電流と固定子内で環流する電流ベクトル成分が、逆向きになる対向部は近くなるように、可動子に流れる電流と固定子内で環流する電流ベクトル成分が、同じ向きになる対向部は遠くなるように、固定子形状を変えているので、可動子と固定子の間に誘起される電流値に二乗比例し距離に反比例する電磁反発力が可動子の引き外し操作力を強くする効果が生じ、これが実施の形態１の効果に加わる。

１ 絶縁パイプ、
１ａ 開放端、
１ｂ 鍔部、
２ 可動鉄心、
３ ばね、
４ コイル、
５ 固定子、
５ａ 環状部、
５ｂ 直線部、
５ｃ 切断部、
６ 固定子接点、
７ ヨーク、
８ 固定鉄心、
９ 可動子接点、
１１ 固定子内の電路、
１４ 接合部、
１６ 可動子、
１６ａ 回動軸、
１７ 可動子内の電路、
４０ 基板筺体、
５０ バイメタル、
６０ トリップバー、
７０ 掛け金、
１００ 回路遮断器、
１０１ 基板、
１０２ 中間基板、
１１１ カバー、
２００ 開閉機構部、
３００ 引き外し装置、
５００ 固定子、
５００ａ 環状部、
５００ｂ 直線部、
５００ｃ 切断部、
Ａ 可動子電路における電流ベクトル（矢指部）、
Ｂ 固定子電路における電流ベクトル逆成分（矢指部）、
Ｃ 固定子電路における電流ベクトル同成分（矢指部）。

Claims (6)

1. 開閉機構部、瞬時引き外し用電磁石装置を有する引き外し装置、及び開閉接点部を備えた回路遮断器において、前記瞬時引き外し用電磁石装置は、コイルと、このコイル内に設けられた絶縁パイプと、この絶縁パイプ内の一端に設けられた固定鉄心と、前記絶縁パイプ内に挿入され、前記コイルが発生する磁束により前記絶縁パイプ内を移動して引き外し装置を動作させる可動鉄心と、この可動鉄心と前記固定鉄心の間に設けられて前記可動鉄心を付勢するばねと、一端が前記固定鉄心の外側端部に、他端が前記可動鉄心側に設けられたヨークと、可動子の接点と接離する固定子接点を有すると共に、前記コイルの一端に接合され、かつ、前記固定鉄心を締結し、前記ヨークに固定された導体板からなる固定子とを備え、前記固定子は、前記固定子接点から前記コイルとの接合部の間に、前記コイルに流れる電流と同方向に電流を還流させる電路を形成していることを特徴とする回路遮断器。
2. 前記固定子は、前記固定子接点を備えた直線部と、これに連なる、切断部を有する環状部とからなるほぼ疑問符（クエスチョンマーク）形状の導体板であることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 前記コイルの中心軸と、前記固定子の電流を還流させる電路の中心と、前記固定鉄心の中心軸が同一線上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
4. 前記固定子接点は、前記固定子が前記コイルに接合している面と反対の面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
5. 前記可動子から前記固定子接点を経由して前記固定子内を還流する電流のベクトル成分の内、前記可動子に流れる電流のベクトル成分と逆向きのベクトル成分の電流が流れる前記固定子の部位は前記可動子との間隔が小さく、前記可動子に流れる電流ベクトル成分と同じ向きのベクトル成分の電流が流れる前記固定子の部位は前記可動子との間隔が大きくなされていることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
6. 前記可動子に流れる電流のベクトル成分と逆向きのベクトル成分の電流が流れる前記固定子の部位と、前記可動子に流れる電流ベクトル成分と同じ向きのベクトル成分の電流が流れる前記固定子の部位との間に段差を付けたことを特徴とする請求項５に記載の回路遮断器。

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