JP2015046310A - Circuit breaker - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回路の定格電流を超えた過負荷電流が流れた際に、接点の開閉動作を行うとともに、回路を遮断する回路遮断器に関するものである。 The present invention relates to a circuit breaker that opens and closes contacts when an overload current exceeding the rated current of the circuit flows, and interrupts the circuit.
従来の回路遮断器では、電流値に応じて湾曲するバイメタルを用いることで、定格電流を超えた過負荷電流が流れた際に回路を遮断する。このような回路遮断器では、過負荷電流が流れると、バイメタルが湾曲してトリップレバーに接触し、開閉機構を動作することで接点の開閉動作を行う。 In the conventional circuit breaker, the circuit is interrupted when an overload current exceeding the rated current flows by using a bimetal that bends according to the current value. In such a circuit breaker, when an overload current flows, the bimetal is bent and contacts the trip lever, and the switching mechanism is operated to open and close the contacts.
例えば、特許文献1、3において、温度上昇して湾曲するバイメタルを用いて開閉機構を動作することにより、回路を遮断している回路遮断器が記載されている。
For example,
また、例えば、特許文献2において、磁場の発生により湾曲するバイメタルが記載されている。 Further, for example, Patent Document 2 describes a bimetal that is bent by the generation of a magnetic field.
このような回路遮断器にあっては、開閉動作により接点間の接触面積がばらつき、回路内の開閉機構および接点の接触抵抗が変化する。また、回路遮断器と電線など外部回路との接続状態も接続するたびに変化する。これらの要因により接触抵抗が変化した結果、電流によりバイメタルが発熱する際に、同一電流であっても通電する毎に抵抗値が変化する。そして、バイメタルおよび回路の発熱量が変化し、バイメタルの湾曲量にばらつきが生じる。その結果、過負荷電流であっても開閉機構が動作せず遮断しない、または逆に過負荷電流に達しなくとも回路を遮断してしまい、湾曲量が不安定になるという問題点があった。さらに、回路遮断後に再度通電する必要がある際には、回路の発熱により遮断する位置まで湾曲したバイメタルが再度通電可能な位置に戻るまで、冷却しなければならないという問題点もあった。 In such a circuit breaker, the contact area between the contacts varies due to the switching operation, and the switching resistance in the circuit and the contact resistance of the contacts change. In addition, the connection state between the circuit breaker and an external circuit such as an electric wire changes each time it is connected. As a result of the contact resistance changing due to these factors, when the bimetal generates heat due to the current, the resistance value changes each time the current is applied even if the current is the same. Then, the amount of heat generated by the bimetal and the circuit changes, and the amount of bending of the bimetal varies. As a result, there is a problem that even if the load is an overload current, the switching mechanism does not operate and does not shut off, or conversely, the circuit is shut down even if the overload current is not reached, and the amount of bending becomes unstable. Further, when it is necessary to energize again after the circuit is cut off, there is a problem that the bent bimetal must be cooled until it returns to a position where it can be energized again to a position where the circuit is cut off due to heat generation of the circuit.
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、通電時に安定した過負荷遮断動作をする回路遮断器を得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain a circuit breaker that performs a stable overload breaking operation when energized.
この発明に係る回路遮断器は、筐体と、筐体に固定される負荷側導電部と、筐体内の底面に固定された固定側導電部と、一端を固定側導電部に接合され湾曲可能な磁歪バイメタルと、磁歪バイメタルに一端が電気的に接続するとともに磁歪バイメタルの外周に巻きつけられ他端が負荷側導電部に電気的に接続するコイルと、可動接点と固定接点との間を開閉する開閉機構とを備え、過負荷電流がコイルに流れコイルに磁界が発生すると、磁歪バイメタルが開閉機構方向に湾曲して開閉機構に接触し、開閉機構は可動接点と固定接点との接触から開放させることを特徴とする。 The circuit breaker according to the present invention can be bent by joining a housing, a load-side conductive portion fixed to the housing, a fixed-side conductive portion fixed to the bottom surface in the housing, and one end of the fixed-side conductive portion. A magnetostrictive bimetal, a coil that is electrically connected to the magnetostrictive bimetal at one end and wound around the outer periphery of the magnetostrictive bimetal and the other end is electrically connected to the load-side conductive portion, and a movable contact and a fixed contact are opened and closed. When an overload current flows through the coil and a magnetic field is generated in the coil, the magnetostrictive bimetal curves in the direction of the switching mechanism and contacts the switching mechanism, and the switching mechanism is released from the contact between the movable contact and the fixed contact. It is characterized by making it.
本発明の回路遮断器は、磁歪バイメタル周囲に配置されたコイルにより通電時に磁界が発生し、磁歪バイメタルが湾曲し過負荷通電で開閉機構を動作させ回路を遮断するので、安定して回路を過負荷遮断することができる。 The circuit breaker of the present invention generates a magnetic field when energized by a coil arranged around the magnetostrictive bimetal, and the magnetostrictive bimetal is bent and the switching mechanism is operated by overload energization to shut off the circuit. The load can be cut off.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による回路遮断器を示す正面図である。回路遮断器の筐体1の内部には、機構部4を有する開閉機構15と、負荷側導電部11と、固定側導電部14と、磁歪バイメタル8と、固定接点2とが設けられている。
FIG. 1 is a front view showing a circuit breaker according to
開閉機構15は、磁歪バイメタル8と接触可能な位置に設置されるトリップレバー6と、トリップレバー6と接触可能なラッチ7と、回動可能である機構部4とを有する。また、開閉機構15は、筐体1に設けられる可動接点3を有し、この可動接点3は固定接点2と接触可能である。
The opening / closing mechanism 15 includes a trip lever 6 installed at a position where it can come into contact with the
磁歪バイメタル8は、長手方向に立設して、固定側導電部14に固定される。磁歪バイメタル8は、磁歪特性の異なる合金が張り合わされ構成される。コイル9は、磁歪バイメタル8の周囲を巻くように配置されている。また、コイル9は、磁歪バイメタル8の先端側において、負荷側導電部11に溶接またはかしめ等により固定されている。さらに、コイル9は、磁歪バイメタル8の根元側において、固定側導電部14に溶接またはかしめ等により接続され固定されている。
The
可動接点3は導通部を経てコイル9に接続している。負荷側導電部11は、電線などでモータなどの外部負荷と接続される。固定側導電部14は、筐体1にねじまたはかしめ等により固定されている。また、固定側導電部14は、固定接点2を介し電源側導電部12と導通し、電流回路を形成する。固定接点2は電源側導電部12に固定されており、電線等で外部回路と接続される。
The movable contact 3 is connected to the
続いて、回路遮断器の動作を説明する。過負荷電流が流れ、通電によりコイル9に磁界が発生し磁歪バイメタル8が湾曲すると、磁歪バイメタル8はトリップレバー6に接触する。トリップレバー6はラッチ7を外し、機構部4を時計回りに回動させる。機構部4が動作すると、可動接点3を固定接点2との接触から開放し、回路を遮断する。
Subsequently, the operation of the circuit breaker will be described. When an overload current flows and a magnetic field is generated in the
図2は、本発明の実施の形態1による磁歪バイメタル8周辺を示す正面図である。コイル9は、磁歪バイメタル8を巻いているため、通電により磁歪バイメタル8の長手方向に磁界が発生する。磁歪バイメタル8は通電していない状態では、図2に示すように湾曲していない状態であり、この状態を初期位置とする。
FIG. 2 is a front view showing the periphery of the
図3は、実施の形態1における磁歪バイメタル8周辺の動作を示す正面図である。磁歪バイメタル8は、通電すると、磁歪バイメタル8の長手方向に発生した磁界により、磁歪特性の異なる合金が張り合わされ構成されているので湾曲する。磁歪バイメタル8の構成としては例えば、Co−Mn−Fe−Tb系合金を正の磁歪特性の合金とし、Sm−Dy−Fe−Co系合金を負の磁歪特性の合金として両者を接合した構成がある。
FIG. 3 is a front view showing the operation around the
図4は、実施の形態1における磁歪バイメタル8周辺での電流の流れを表す正面図である。実際の電流の流れは交流である。図4に示すように、電流は、固定側導電部14よりコイル9の接続部に流れ、コイル9内を流れた後、負荷側固定部11へ流れる。
FIG. 4 is a front view showing a current flow around the
このような構成によれば、過負荷電流が通電され回路遮断する際、開閉により可動接点3と固定接点2との接触面積が変化し抵抗値が変化する。また、負荷側導電部11または電源側導電部12と外部回路の接続の接触抵抗により抵抗値が変化する。そして、通電し磁歪バイメタル8の長手方向に発生する磁界により磁歪バイメタル8は湾曲する。
According to such a configuration, when an overload current is passed and the circuit is interrupted, the contact area between the movable contact 3 and the fixed contact 2 changes due to opening and closing, and the resistance value changes. Further, the resistance value varies depending on the contact resistance of the connection between the load side
したがって、実施の形態1における回路遮断器は、通電時の発熱が変化し湾曲する熱動式バイメタルを用いる回路遮断器に比べ、接触抵抗の変化の影響を少なくすることができ、安定して回路を遮断することが可能となる。 Therefore, the circuit breaker according to the first embodiment can reduce the influence of the change in contact resistance compared to the circuit breaker that uses a thermal bimetal that changes and curves when heat is applied. Can be cut off.
磁歪バイメタル8の構成を、磁歪特性と寸法の値の例を使用して説明する。Co−Mn−Fe−Tb系合金を正の磁歪特性の合金とし、Sm−Dy−Fe−Co系合金を負の磁歪特性の合金として2つを接合した構成がある。また、この構成において、磁歪バイメタル8の寸法としては長さ30mm、厚さ1.5mm、幅3mmであり、H=100(Oe)(≒8×103(A/m))の印加磁界での湾曲量は3mmとなる。
The configuration of the
この構成での磁歪バイメタル8を用いた回路遮断器の構成を下記に示す。定格電流100Aの回路遮断器を125%の過負荷動作させる場合、磁歪バイメタル8を3mm湾曲させ機構部4を動作させるとすると、100(Oe)≒8×103(A/m)の印加磁界が必要となる。この印加磁界を発生させるのに必要なコイル9の巻数は、下記の式1で表される。
The configuration of the circuit breaker using the
H:磁場、n:巻数、I:電流、L:コイル長さ、r:コイル内径 H: Magnetic field, n: Number of turns, I: Current, L: Coil length, r: Coil inner diameter
図5は、実施の形態1による回路遮断器の構成例でのコイル巻数と磁界との関係を示す図である。I=125 (A)、L=0.03(m)、r=0.005(m)としている。この構成では、H=8×103(A/m)の磁界発生に必要な巻数はn=130(回)であり、0.1mmの巻線を用いた場合巻線の幅は13mmとなることから、コイル9の巻線間が接触しないように長さ30mmの磁歪バイメタル8に巻く構成となる。また、E=2.5×103(kgf/m2)、D=3(mm)、w=3(mm)、t=1.5(mm)、l=30(mm)としたき、P=7.0(kgf)であり、機構部4はこの出力で遮断動作するよう設計される。この構成での磁歪バイメタル8の出力は下記の式2で表される。
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between the number of coil turns and a magnetic field in the configuration example of the circuit breaker according to the first embodiment. I = 125 (A), L = 0.03 (m), and r = 0.005 (m). In this configuration, the number of turns necessary for generating a magnetic field of H = 8 × 10 3 (A / m) is n = 130 (turns), and when a 0.1 mm winding is used, the winding width is 13 mm. Therefore, the
P:出力、E:弾性係数、D:変位量、w:幅、t:厚さ、l:長さ P: output, E: elastic modulus, D: displacement, w: width, t: thickness, l: length
この構成により、実施の形態1の回路遮断器は、トリップするとコイル9に電流が流れないから、回路遮断時に通電により発生した磁界が減少する。それに応じて磁歪バイメタル8が、図3のように湾曲した状態から図2の初期位置の状態に戻る。熱動式の回路遮断器は通電時の発熱により湾曲したバイメタルを元の状態に戻すために冷却する必要がある。それに対し、実施の形態1の磁歪式の回路遮断器では、磁歪バイメタル8の湾曲が磁界によるものなので、冷却は不要であるから、熱動式の回路遮断器と比べ、短時間で再度通電することが出来る。
With this configuration, when the circuit breaker of the first embodiment trips, no current flows through the
実施の形態2.
実施の形態2の回路遮断器は、実施の形態1の構成に加え、磁歪バイメタル8とコイル9の間を絶縁カバー10で絶縁する。絶縁カバー10の例としては、電気絶縁性を持つ樹脂フィルム(例えば、ポリテトラフルオロエチレン)などがある。
Embodiment 2. FIG.
In addition to the configuration of the first embodiment, the circuit breaker of the second embodiment insulates the
この構成によれば、磁歪バイメタル8とコイル9の間が絶縁されることにより、コイル9と磁歪バイメタル8との巻目部分の短絡を防止できる。すなわち、巻目部分において、磁場が充分発生せずに、求める磁歪特性が得られないという不具合を防ぐことが可能となる。また、コイル9に流れる電流値のばらつき増加による発生磁界の乱れと、発生磁界の乱れによる磁歪バイメタル8の湾曲量のばらつき発生等の不具合発生を抑制することが可能となる。
According to this configuration, the
実施の形態3.
図6は、実施の形態3による回路遮断器の磁歪バイメタル8周辺を示す正面図である。実施の形態3の回路遮断器は、実施の形態1の構成に加え、コイル9の周囲に、図6のように磁気シールド13を取付ける。磁気シールド13の例として、コイル9の外側を絶縁カバー10で覆い、その上から磁気シールド13を巻く構成がある。磁気シールド13に使用する材料は、Fe−Ni合金等の高い透磁率を持つ磁性体からなる金属メッシュ、金属インクまたはメッキなどである。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a front view showing the periphery of the
この構成によれば、磁気シールド13は、コイル9の周囲の電磁場が磁気シールド13の内部へ影響することを制限する。その結果、コイル9により発生する磁界以外の磁界が磁歪バイメタル8へ影響することを制限することから、実施の形態3の回路遮断器は、実施の形態1の回路遮断器よりも安定した遮断動作を行うことが可能になる。
According to this configuration, the
実施の形態4.
図7は、実施の形態4による回路遮断器の具体的構成でのコイル巻数と磁界との関係を示す図である。実施の形態4の回路遮断器は、実施の形態1で述べた過負荷遮断動作の磁歪バイメタル8とは異なる特性の磁歪バイメタル8を使用する。定格の1000〜2000%程度の短絡電流が通電された場合、瞬時に遮断する磁歪バイメタル8を設置することで、磁歪バイメタル8を瞬時遮断動作に使用することができる。例えば、磁歪バイメタル8の構成として、Co−Mn−Fe−Tb系合金を正の磁歪特性の合金とし、Sm−Dy−Fe−Co系合金を負の磁歪特性の合金としてその2つを接合する。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the number of coil turns and the magnetic field in the specific configuration of the circuit breaker according to the fourth embodiment. The circuit breaker of the fourth embodiment uses a
瞬時動作時の動作電流を1300%として、I=1300(A)、L=0.03(m)、r=0.005(m)としている。この構成によれば実施の形態1と同様の寸法と特性の磁歪バイメタル8を用いる場合、H=8×103(A/m)の磁界発生に必要な巻数はn=13(回)であり、0.1mmの巻線を用いた場合巻線の幅は1.3mmとなる。
The operating current during instantaneous operation is 1300%, and I = 1300 (A), L = 0.03 (m), and r = 0.005 (m). According to this configuration, when the
実施の形態4の回路遮断器は、実施の形態1とは異なる磁歪特性を持つ磁歪バイメタル8を使用することにより、瞬時遮断動作に対応させることが可能となる。
The circuit breaker according to the fourth embodiment can be adapted to the instantaneous breaking operation by using the
実施の形態5.
図8は、実施の形態5による回路遮断器の磁歪バイメタル8周辺を示す正面図である。実施の形態5の回路遮断器は、実施の形態1の回路遮断器の構成に加え、コイル9の巻数を磁歪バイメタル8の先端側と根元側とで変化させることで、磁歪バイメタル9の特性を変化させる。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 8 is a front view showing the periphery of the
例えば、図8に示す構成では、コイル9のように、磁歪バイメタル8の根元側ではコイル9の巻数を多くし、磁歪バイメタル8の先端側付近ではコイル9の巻数を少なくしている。この構成では、電流を磁歪バイメタル8に通電した場合に、磁歪バイメタル8の根元側では巻数が多いため磁界が大きくそれに応じて磁歪バイメタル9は大きく湾曲する。しかし、磁歪バイメタル8の先端側ではコイル9の巻数が少ないため発生する磁界も小さくなり、磁歪バイメタルは小さく湾曲する。
For example, in the configuration shown in FIG. 8, as in the
実施の形態5の回路遮断器は、定格などにより必要な動作特性を変更する際に、磁歪バイメタル8やコイル9の材質、構成は同じであっても、コイル9の巻数を変化させることで湾曲量や動作時間などの調整が可能となる。
The circuit breaker according to the fifth embodiment is curved by changing the number of turns of the
同様に、例えば、磁歪バイメタル8の根元側でコイル9の巻数を少なくし、磁歪バイメタル8の先端側で巻数を多くする構成としても良い。この構成により、磁歪バイメタル8の先端側での湾曲量を根元側に比べ大きくすることが可能となり、同一の磁歪バイメタル8に対しても湾曲量や動作時間等の調整が可能となる。
Similarly, for example, the number of turns of the
実施の形態6.
図9は、実施の形態6による回路遮断器の磁歪バイメタル8周辺を示す正面図である。実施の形態1では、負荷側導電部11を磁歪バイメタル8の先端側のコイル9に接続した。それに対し実施の形態6の回路遮断器は、図9のようにコイル9と負荷側導電部11の接続部分を磁歪バイメタル8の根元側付近に設置している。磁歪バイメタル8の先端側とコイル9とを直接通電し、磁歪バイメタル8の先端側でコイル9と直列に接続する構成とした。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 9 is a front view showing the periphery of the
この構成の磁歪バイメタル8は、磁歪バイメタル8の先端側で接続されるコイル9により、湾曲した際にはコイル9と負荷側導電部11の間に発生する応力が減少し、適切な湾曲が得られる。また、磁歪バイメタル8の先端側で接続されるコイル9により、コイル9を用いない構成と比べ応力のばらつきを減少させることができ、より安定した遮断動作が可能となる。
When the
実施の形態7.
実施の形態7による回路遮断器では、磁歪バイメタル8を発熱により湾曲する熱動式のバイメタルとして動作に使用する。磁歪バイメタル8は、複数の合金が貼り合わせられた構造のため、熱膨張率の違いにより湾曲させることが可能である。磁歪バイメタル8の構成としては例えば、Co−Mn−Fe−Tb系合金を正の磁歪特性の合金とし、Sm−Dy−Fe−Co系合金を負の磁歪特性の合金として2つを接合した構成がある。
Embodiment 7 FIG.
In the circuit breaker according to the seventh embodiment, the
この構成により、通電時にコイル9により通電し、磁歪バイメタル8またはコイル9の発熱により磁歪バイメタル8を湾曲させるので、磁歪バイメタル8は磁界発生に加えて熱により湾曲する。したがって、実施の形態7の回路遮断器は、実施の形態1の回路遮断器よりも通電時に磁歪バイメタル8を大きく湾曲させることが可能となる。
With this configuration, the
1 筐体
2 固定接点
3 可動接点
4 機構部
5 ハンドル
6 トリップレバー
7 ラッチ
8 磁歪バイメタル
9 コイル
10 絶縁カバー
11 負荷側導電部
12 電源側導電部
13 磁気シールド
14 固定側導電部
15 開閉機構
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記筐体に固定される負荷側導電部と、
前記筐体内の底面に固定された固定側導電部と、
一端を前記固定側導電部に接合され湾曲可能な磁歪バイメタルと、
前記磁歪バイメタルに一端が電気的に接続するとともに前記磁歪バイメタルの外周に巻きつけられ他端が前記負荷側導電部に電気的に接続するコイルと、
可動接点と固定接点との間を開閉する開閉機構とを備え、
過負荷電流が前記コイルに流れ前記コイルに磁界が発生すると、前記磁歪バイメタルが前記開閉機構方向に湾曲して前記開閉機構に接触し、前記開閉機構は前記可動接点と前記固定接点との接触から開放させることを特徴とする回路遮断器。 A housing,
A load-side conductive portion fixed to the housing;
A fixed-side conductive portion fixed to the bottom surface in the housing;
One end of the magnetostrictive bimetal which is bonded to the fixed conductive portion and can be bent,
A coil having one end electrically connected to the magnetostrictive bimetal and wound around an outer periphery of the magnetostrictive bimetal and the other end electrically connected to the load-side conductive portion;
An open / close mechanism that opens and closes between the movable contact and the fixed contact;
When an overload current flows through the coil and a magnetic field is generated in the coil, the magnetostrictive bimetal is bent in the direction of the opening / closing mechanism and comes into contact with the opening / closing mechanism, and the opening / closing mechanism is brought into contact with the movable contact and the fixed contact. Circuit breaker characterized by being opened.
Priority Applications (1)
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
WO2019226732A1 (en) * | 2018-05-25 | 2019-11-28 | Littelfuse, Inc. | Magnetically activated switch having magnetostrictive material |
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2013
- 2013-08-28 JP JP2013176952A patent/JP2015046310A/en active Pending
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WO2019226732A1 (en) * | 2018-05-25 | 2019-11-28 | Littelfuse, Inc. | Magnetically activated switch having magnetostrictive material |
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