JP2013020987A - 回路遮断器 - Google Patents
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Abstract
【課題】ヒータが発生した熱をバイメタルへ効率的に伝達させて、通電性能を確保し通電性能が高く、且つ製造コストを低減可能な回路遮断器を提供する。
【解決手段】過負荷領域のような電流領域で動作しブレ−カを引き外すバイメタル21の基部21aは、電流を通電し過電流の大きさに応じた熱を発生するヒ−タ40に対して第1固定箇所でかしめピン41によって固定されている。短絡電流等の過大な電流で回路遮断器を引外し動作させる電磁石の固定コア23は、ヒ−タ40に対して第1固定箇所とは異なる第2固定箇所で固定ねじ42によって取付けられている。ヒータ40で発生し、バイメタル21へ伝達されるべき熱は、固定コア23に逃げることはないので、バイメタル21への熱を伝達する効率を向上させ、通電信頼性の高い回路遮断器を提供することができる。
【選択図】図4
【解決手段】過負荷領域のような電流領域で動作しブレ−カを引き外すバイメタル21の基部21aは、電流を通電し過電流の大きさに応じた熱を発生するヒ−タ40に対して第1固定箇所でかしめピン41によって固定されている。短絡電流等の過大な電流で回路遮断器を引外し動作させる電磁石の固定コア23は、ヒ−タ40に対して第1固定箇所とは異なる第2固定箇所で固定ねじ42によって取付けられている。ヒータ40で発生し、バイメタル21へ伝達されるべき熱は、固定コア23に逃げることはないので、バイメタル21への熱を伝達する効率を向上させ、通電信頼性の高い回路遮断器を提供することができる。
【選択図】図4
Description
この発明は、定格電流を超えた電流が流れたときにその過電流の大きさに応じた態様で回路を遮断する回路遮断器に関する。
従来、回路遮断器は、固定接点台及び可動接点台を含む主接点部と、主接点部の両接点台の開閉操作を行う開閉機構と、主接点部に定格電流を超える過電流が流れたときに可動接点台を固定接点から切り離す回路遮断動作を行うために引き外し機構を作動させるリレー機構とを備えている。リレー機構は、過電流の大きさが比較的に過大でない場合に作動する機構としてバイメタルを備えており、バイメタルはその過電流に見合った熱を発生するヒ−タを有しておりヒータが発生させた熱に基づくバイメタル動作によって引き外し機構を作動させる。また、リレー機構は、過電流の大きさが比較的過大な短絡電流である場合に作動する機構として電磁石とを備えており、電磁石は、可動コア及び固定コアを有しており短絡電流が流れたことに応答して可動コアを固定コアに引き寄せることで、引き外し機構を瞬時に作動させる。バイメタルと電磁石とは、電流が流れるヒータに対して一体で固定されている構造である(特許文献1参照)。
従来品構造の回路遮断器の構造及び動作について、図3〜図5を参照して説明する。遮断器を手動でON・OFFさせる操作は、ケース1と共に外殻を構成するカバー2の開口部2aから突出した接点開閉用のハンドル3により行うことができる。開閉機構4は、連結ピン14で回動可能に連結されたレバ−下15、レバ−上16等の複数の機構部品を含み、2節リンクを構成しており、ハンドル3の基端部5と連結ピン14との間に掛渡された駆動ばね31を備えたトグル機構に構成されている。ハンドル3を負荷側方向(紙面向かって右側)に移動することにより、開閉機構4の2節リンクが働き、開閉機構4の一端に位置する可動フレ−ム7を、回転中心7aを中心にして回転させる。可動フレ−ム7の時計方向の回転により、3極分の可動接点台10はその回転中心部10aの回りに回動し、可動接点台10の可動接触子9が固定接点台12の固定接触子11から開離し、駆動ばね31が開方向に付勢することにより、OFFとなる。このとき発生するア−クは鋼板をある間隔をあけて複数枚配置した消弧装置25で消滅させる。
遮断器のONについては、ハンドル3を電源側方向(紙面向かって左側)に移動させることにより行われる。ON時は、開閉機構4の2節リンクがトグル機構に備わる駆動ばね31の力により可動フレ−ム7aを中心に反時計方向に回転付勢され、その付勢力によって、可動接触子9が固定接触子11に当接し、接点接触状態となって通電可能になる。
可動接点台10と固定接点台12との間の接点接触時における接点間圧力は、接点ばね32により発生され、通電の安定性及び接点接触信頼性を維持している。接点ばね32の先端作用部33が可動接点台10の可動接触子9を固定接点台12の固定接触子11に向かって付勢している。また、過電流は、リレー機構を構成するバイメタル21と電磁石とで検出される。即ち、過負荷領域の過電流は、バイメタル21における温度の変形として検出され、短絡電流領域の過電流は、電磁石において可動コア22が固定コア23に引き寄せられる動作として検出される。開閉機構のラッチ13を備える引き外し機構24は、その過電流の大きさに応じた引き外し時間で引き外され、2節リンクの働きにより可動接触子9が開極し過電流を遮断する。
図4に示すように、殆どの遮断器においては、配電の相数(三相配電ならば三つ)に相当する極を持っている。三極の遮断器である場合には、バランスを考慮し中央の極に開閉機構4が設けられる。
図5に従来の回路遮断器の要部の構造例を示す。従来の回路遮断器では、バイメタル21(その基部)、電磁石の固定コア23及びバイメタルのヒータ40が、構造の簡素化と製造工程の短縮化とを図るため、同一個所でかしめピン41によって共締めされて一体的に取り付けられている。
過電流が流れたときにヒ−タ40が発熱するが、ヒータ40に流れる電流が定格電流の8〜12倍までの大きさの過負荷領域、例えば、モ−タ始動電流のような定格電流の6倍程度の電流領域では、バイメタル21の動作が有効であり、バイメタル21の動作により、数秒で回路遮断器を引き外し動作させる必要がある。また、回路が短絡したときのように、過負荷領域を超える短絡領域のような大きな過電流(短絡電流)が流れた場合には、当該短絡電流が流れることによって励磁される電磁石において可動コア22が大きな吸引力で固定コア23に引き寄せられて、回路遮断器としての即動性を要する引外しが行われる。図2には、両過電流の領域における遮断特性が示されている。回路遮断器には、製品によって動作のバラツキが存在するので、動作特性最大値と動作特性最小値とが描かれており、通常の回路遮断器は、両動作特性の中間の特性を示す。
しかしながら、固定コア23は熱容量の大きい部材であるので、ヒ−タ40の発生する熱は固定コア23に流れて逃げてバイメタル21に有効に伝わらず、そのためにバイメタル21が動作遅延を起こし、引外し動作を生じさせる時間を守れないという問題がある。また、ヒ−タ40が抵抗体であるため、過電流領域でのブレ−カ引外し動作のこのような遅れによって、ヒ−タ40がその過電流に基づいて発生した熱によって自身が溶融(熱的溶断の発生)し、回路遮断器の故障に至る場合もあり、通電信頼性の面で十分とはいえない。このように、従来の技術では、回路遮断器の通電信頼性は確保できず通電性能の高い回路遮断器を提供することはできない。
固定コアとヒータとバイメタルとを同一箇所で固定し、ヒータと接触する固定コアに熱抵抗手段を設けることで、ヒータから固定コアへの熱の流入を少なくした構成が開示されている(特許文献2参照)。また、電磁鉄片と負荷端子板とを固定ねじで固定し、異なる位置でバイメタルと負荷端子板とを固定した構造が開示されている(特許文献3参照)。
このように、従来の回路遮断器の構造では、ヒータに対して同一箇所でバイメタルと電磁石の固定コアとを共締めしているので、ヒータで発生した熱が電磁石の固定コアへ逃げ、バイメタルへ伝達されにくくなっている。そこで、熱の伝達経路に着目して、ヒータが発生した熱をバイメタルへ効率的に伝達させる点で解決すべき課題がある。
この発明の目的は、バイメタルへの熱を伝達する効率を向上させ、通電性能を確保し通電性能が高く、且つ製造コストを低減可能な回路遮断器を提供することである。
前述の課題を解決するために、この発明による回路遮断器は、固定接点台及び可動接点台を含む主接点部と、前記主接点部の前記両接点台の開閉操作を行う開閉機構と、前記主接点部に定格電流を超える過電流が流れたときに引き外し機構を作動させて前記可動接点台を前記固定接点から切り離す回路遮断動作を行うリレー機構とを備えており、前記リレー機構は、前記過電流の大きさに見合った熱を発生するヒ−タを有しており当該ヒータが発生させた熱に基づいて前記引き外し機構を作動させるバイメタルと、可動コア及び固定コアを有しており過大な短絡電流としての前記過電流が流れたことに応答して前記引き外し機構を瞬時に作動させる電磁石とを備えている回路遮断器において、前記バイメタルが前記ヒ−タに対して固定される第1固定箇所と前記固定コアが前記ヒ−タに対して固定される第2固定箇所とが異なっていることを特徴としている。
この回路遮断器によれば、ヒ−タが発生した熱は、第1固定箇所及び第2固定箇所からバイメタルと電磁石の固定コアとにそれぞれ流れるが、バイメタルに本来、流れる熱が電磁石の固定コアに奪われるのが防止されるので、バイメタルへの熱を伝達する効率が向上し、回路遮断器における過電流時の引外し動作の即動性が向上し、通電性能を高くすることができる。
この回路遮断器において、前記第1固定箇所と前記第2固定箇所とは、前記ヒータの前記過電流の流れ方向に沿って異なる位置に設けることができる。また、前記ヒータには、前記過電流の流れ方向に沿って、水平部と当該水平部から屈曲部を介して起立部とを備えており、前記第1固定箇所を前記水平部に設け、前記第2固定箇所を前記起立部に設けることができる。また、前記バイメタルはかしめピンで、前記固定コアは固定ねじで前記ヒータに取り付けることができる。また更に、前記ヒータの溶断特性は、前記バイメタルと前記電磁石とによる回路遮断特性と比較して、考慮され得るどの過電流の大きさに対しても、先に溶断することがなく、安全側を確保することができる。
本発明による回路遮断器によれば、本来、バイメタルへ流れるべき熱を電磁石の固定コアに奪われることがないので、バイメタルへの熱の伝達効率を確保し、回路遮断器過電流時の引外し動作の即動性を向上することができ、その結果、通電性能の高い回路遮断器を安価に提供することができる。
以下、図面を参照して、この発明による回路遮断器の実施例を説明する。回路遮断器の全体構成は、図3及び図4に示す従来の構造と同等のものであって良いので、同じ要素及び部位には図3及び図4において用いた符号と同じ符号を用いることで、再度の詳細な説明を省略する。
図1は本発明による回路遮断器の要部を示す断面図である。過負荷領域のような電流領域で動作しブレ−カを引き外すバイメタル21においては、その基部が、電流を通電し過電流の大きさに応じた熱を発生するヒ−タ40に対して、かしめピン41によって固定されている。かしめピン41で固定される位置が第1固定箇所である。また、ヒ−タ40に対して、短絡電流等の過大な電流で回路遮断器を引外し動作させる電磁石の固定コア23が固定ねじ42によって取付けられている。固定ねじ42で固定される位置が第2固定箇所であり、かしめピン41が配置される第1固定箇所とは異なる位置とされている。
本実施例においては、図5に示した従来例におけるバイメタルのヒータへの固定構造とは異なり、ヒ−タ40の熱がバイメタル21に伝わる個所に熱容量の大きい固定コア23が固定されていない。そのため、ヒ−タ40の発生熱を有効にバイメタル21に伝えることができ、それによってバイメタル21の即動性を確保することができる。
この実施例では、バイメタル21の基部21aが固定される第1固定箇所と、電磁石の固定コア23が固定される第2固定箇所とは、ヒータ40において、電流が流れる方向に沿って異なる位置とされている。具体的には、ヒータ40は、その過電流の流れ方向に沿って、水平部43と水平部43から屈曲部44を介して起立部45とを備えており、第1固定箇所を水平部43に設け、第2固定箇所を起立部45に設けることができる。バイメタル21は、その基部21aが起立部45に沿って取り付けられるので、バイメタル21は上方に延び、その先端21bを回路遮断器の上方に配置されているラッチ13(図3参照)を備えた引き外し機構24に係止させることができる。図1において、バイメタル21の作動方向は左方向であり、バイメタル21に温度に応じて生じた変形によって先端21bはラッチ13を引き外し作動させ、開閉機構4を開くことができる。
ヒータ40の水平部43には、電磁石の固定コア23が固定ねじ42によって固定されており、短絡電流のような過大な電流が流れると、固定コア23が強く励磁されて可動コア22を引き寄せ、可動コア22の回転軸22a回りの回動によってラッチ13を引き外し動作させることができる。
本発明による回路遮断器の構造では、バイメタル21へ供給されるべき熱が固定コア23に吸収されることはなくなるので、バイメタル21の即動性が改良でき、ヒ−タ40の通電時間が長くなることがない。そのため、ヒータ40が発熱をし続けることがなくなり、短絡まで考慮され得る過電流のどのような規模に対してもヒータ40が先に熱的溶断をするような事態を防ぐことができる。したがって、信頼性の高い回路遮断器を供給することができる。
図2に回路遮断器の動作特性曲線を示す。縦軸は回路遮断器が遮断するまでの動作時間、横軸に実際に流れている電流値を示す。横軸は、定格電流を100%としたときの比率(100%からその50倍の5000%まで)を示している。電流が大きくなれば回路遮断器の引き外し時間も早くなるが、定格電流の8〜12倍付近を境にして動作時間が急速に早くなる。その境の左側の領域を過負荷領域、右側を短絡領域と呼ぶ。図2は、両領域での引外しが行われる動作を繋ぎ合わせた特性図となっている。抵抗体であるヒ−タ40の溶断特性は、回路遮断器動作特性曲線より上側に描くことができ、バイメタルと電磁石とによる回路遮断特性と比較して安全側を確保することができる。ヒータ40が発熱をし続ける時間が長くなると、バイメタルが動作するときの動作特性最大値のグラフが上方にシフトして描かれ、溶断特性に接近するような事態を生じるが、本発明によれば、ヒータ40が発生させた熱が電磁石の固定コアに逃げることがなく、バイメタルの引外し動作の即動性が向上するので、溶断特性から十分に離れた特性曲線を得ることができる。
以上の説明から明らかなように、バイメタルの伝熱部以外のところに固定コアを取付ける構造により、回路遮断器の過負荷領域でのバイメタルの即動性を向上し、引外し特性の安定化とヒ−タの熱的溶断を防ぐことが可能となり、通電信頼性の高い回路遮断器を供給でき、低圧配電の給電信頼性を構造することできる。
1…ケース 2…カバー
3…ハンドル 4…開閉機構部
7…可動フレ−ム 9…可動接点
10…可動接点台 10a…可動接点台の回転中心部
11…固定接点 12…固定接点台
13…開閉機構のラッチ
21…バイメタル 22,23…電磁石
25…消弧装置
31…駆動ばね 32…接点ばね
40…ヒ−タ 41…かしめピン
42…固定ねじ 43…水平部
44…屈曲部 45…起立部
3…ハンドル 4…開閉機構部
7…可動フレ−ム 9…可動接点
10…可動接点台 10a…可動接点台の回転中心部
11…固定接点 12…固定接点台
13…開閉機構のラッチ
21…バイメタル 22,23…電磁石
25…消弧装置
31…駆動ばね 32…接点ばね
40…ヒ−タ 41…かしめピン
42…固定ねじ 43…水平部
44…屈曲部 45…起立部
前述の課題を解決するために、この発明による回路遮断器は、固定接点台及び可動接点台を含む主接点部と、前記主接点部の前記両接点台の開閉操作を行う開閉機構と、前記主接点部に定格電流を超える過電流が流れたときに引き外し機構を作動させて前記可動接点台を前記固定接点から切り離す回路遮断動作を行うリレー機構とを備えており、前記リレー機構は、前記過電流の大きさに見合った熱を発生するヒ−タを有しており当該ヒータが発生させた熱に基づいて前記引き外し機構を作動させるバイメタルと、可動コア及び固定コアを有しており過大な短絡電流としての前記過電流が流れたことに応答して前記引き外し機構を瞬時に作動させる電磁石とを備えている回路遮断器において、前記バイメタルが前記ヒ−タに対して固定される第2固定箇所と前記固定コアが前記ヒ−タに対して固定される第1固定箇所とは、前記ヒータの前記過電流の流れ方向に沿って異なる位置に設けられ、前記ヒータには、前記過電流の流れ方向に沿って、水平部と当該水平部から屈曲部を介して起立部とを備えており、前記第1固定箇所は前記水平部に設けられ、前記第2固定箇所は前記起立部に設けられ、前記第2固定箇所に固定された前記バイメタルは上方に延び、その先端部を前記引き外し機構の前記ラッチに係止させ、前記バイメタルに温度に応じて生じた変形によって前記先端部は前記ラッチを引き外し動作させて前記開閉機構を開き、前記ヒータに過大な電流が流れると前記固定コアが強く励磁され前記可動コアが引き寄せられることで前記ラッチを引き外し動作させて前記開閉機構を開くことを特徴としている。
図1は本発明による回路遮断器の要部を示す断面図である。過負荷領域のような電流領域で動作しブレ−カを引き外すバイメタル21においては、その基部が、電流を通電し過電流の大きさに応じた熱を発生するヒ−タ40に対して、かしめピン41によって固定されている。かしめピン41で固定される位置が第2固定箇所である。また、ヒ−タ40に対して、短絡電流等の過大な電流で回路遮断器を引外し動作させる電磁石の固定コア23が固定ねじ42によって取付けられている。固定ねじ42で固定される位置が第1固定箇所であり、かしめピン41が配置される第2固定箇所とは異なる位置とされている。
この実施例では、バイメタル21の基部21aが固定される第2固定箇所と、電磁石の固定コア23が固定される第1固定箇所とは、ヒータ40において、電流が流れる方向に沿って異なる位置とされている。具体的には、ヒータ40は、その過電流の流れ方向に沿って、水平部43と水平部43から屈曲部44を介して起立部45とを備えており、第1固定箇所を水平部43に設け、第2固定箇所を起立部45に設けることができる。バイメタル21は、その基部21aが起立部45に沿って取り付けられるので、バイメタル21は上方に延び、その先端21bを回路遮断器の上方に配置されているラッチ13(図3参照)を備えた引き外し機構24に係止させることができる。図1において、バイメタル21の作動方向は左方向であり、バイメタル21に温度に応じて生じた変形によって先端21bはラッチ13を引き外し作動させ、開閉機構4を開くことができる。
Claims (5)
- 固定接点台及び可動接点台を含む主接点部と、
前記主接点部の前記両接点台の開閉操作を行う開閉機構と、
前記主接点部に定格電流を超える過電流が流れたときに引き外し機構を作動させて前記可動接点台を前記固定接点から切り離す回路遮断動作を行うリレー機構とを備えており、 前記リレー機構は、前記過電流の大きさに見合った熱を発生するヒ−タを有しており当該ヒータが発生させた熱に基づいて前記引き外し機構を作動させるバイメタルと、可動コア及び固定コアを有しており過大な短絡電流としての前記過電流が流れたことに応答して前記引き外し機構を瞬時に作動させる電磁石とを備えている回路遮断器において、
前記バイメタルが前記ヒ−タに対して固定される第1固定箇所と前記固定コアが前記ヒ−タに対して固定される第2固定箇所とが異なっていることを特徴とする回路遮断器。 - 前記第1固定箇所と前記第2固定箇所とは、前記ヒータの前記過電流の流れ方向に沿って異なる位置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。
- 前記ヒータには、前記過電流の流れ方向に沿って、水平部と当該水平部から屈曲部を介して起立部とを備えており、前記第1固定箇所は前記水平部に設けられ、前記第2固定箇所は前記起立部に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の回路遮断器。
- 前記バイメタルはかしめピンで、前記固定コアは固定ねじで前記ヒータに取り付けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の回路遮断器。
- 前記ヒータの溶断特性は、前記バイメタルと前記電磁石とによる回路遮断特性と比較して、考慮され得るどの過電流の大きさに対しても、安全側を確保されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の回路遮断器。
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2012
- 2012-10-30 JP JP2012238757A patent/JP2013020987A/ja active Pending
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