JP2508618B2 - 保護継電器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機の過負荷および
電動機電源線の欠相による電動機の焼損を防止する保護
継電器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種機械に用いる電動機の過負荷保護ま
たは電動機電源線の断線による欠相保護装置としては、
電動機の電源線に直列に発熱体を接続し、電動機に流れ
る電流によって発生した熱を捉えてバイメタル板を変形
させ、その変化量を利用した熱動形や、変流器に電源線
を貫通し、変流器の二次側に発生した出力の変化を予め
定めた基準値と比較し、判断する電子式等があったが、
その特性としては、図８に示すように電動機に流れる電
流と定格電流値に対する比が大きくなるにしたがって作
動時間が短くなる反限時特性のものが殆どであった。

【０００３】また、実公昭５７−５４１９７号公報に
は、電磁コイルによって励磁されるヨークの磁極面に吸
着される可動鉄片の他端でエアタイマを圧縮することに
より、反限時特性を持たせた過電流検出装置が記載され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の熱動式、電子式
は、前述した通り反限時特性を有するため、電動機起動
時の起動電流と正常運転時の定格電流の比が小さい電動
機や、熱容量の小さい電動機では、過負荷、欠相、拘束
等の異常が発生した場合に確実に保護できず、電動機が
焼損する等の欠点があった。

【０００５】また、実公昭５７−５４１９７号公報に記
載された過電流検出装置も同様に、電磁コイルに流れる
電流の大小により時限が変化する反限時特性を有するた
め、同様の欠点があった。

【０００６】本発明が解決すべき課題は、設定値以上の
電流では一定の時限、いわゆるＬ特性を有する時限特性
をもつ保護継電器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の保護継電器は、
前記課題を解決するために、負荷電流がある設定値を超
えると可動プランジャが作動しある設定値以下になると
前記可動プランジャが復帰する電流作動形の電磁石と、
同電磁石の可動プランジャの作動によって一定時限後に
設定ストロークに変位するエアタイマと、同エアタイマ
が設定ストロークに変位した時に出力接点を作動させる
出力部とを備えたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】図１に示すように、電流検出素子として電動機
３３に流れる電流（以下負荷電流という）が、設定値１
を超えると作動し、前記負荷電流が設定値２以下になる
と復帰する電流作動形の電磁石（以下電流マグネットと
いう）３１，３２と、電流マグネット３１，３２が復帰
状態では、ベローズが圧縮してリセット状態にあり、電
流マグネット３１，３２が作動すると、空気流入調整器
を通して、空気が密閉されたベローズ内に流入して、前
記ベローズが徐々に伸び、一定時限後にベローズのスト
ロークが設定ストロークに達して接点を開くエアタイマ
１３の構成とすることにより、図２に示すように設定値
以上の電流が流れると、その電流の大きさに拘わらず常
に一定の時限で作動する、いわゆるＬ特性を実現でき、
これによって前記課題を解決できる。

【０００９】図１において電流マグネットは、３相のう
ち少なくとも２相に配置する。この電流マグネット３
１，３２は、電動機３３に流れる負荷電流を直接コイル
に流して起磁力を発生させ、前記負荷電流が設定値１を
超えると作動し、電流が設定値２以下になると復帰する
電流作動形の電磁石で、前記設定値１と２の関係は、電
動機の定格電流＜設定値２＜設定値１＜電動機の焼損電
流特性の関係にある。

【００１０】図３（（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図）
は、電流マグネット３１，３２とアーム８の接続の関係
を示す図で、アーム８は２つの電流マグネット３１，３
２を接続し、どちらか一方の電流マグネットが作動して
もアーム８が引っ張られる形状である。

【００１１】またコイルの内側に挿入される可動プラン
ジャ７のストロークをＧとし、可動プランジャ７につな
がる引っ掛け部７ａの位置は前記可動プランジャ７が復
帰状態にあるとき、可動プランジャ７とアーム間の距離
が前記ストロークＧよりも大となる位置に設け、Ｈの間
にはアーム８を拘束するものが無い。

【００１２】この状態で電動機３３が過負荷になった場
合およびＳ相電源線が断線し、欠相状態になった場合
は、電流マグネット３１，３２に流れる負荷電流が設定
値を超え作動する。またＲ相電源線が欠相した場合は、
Ｓ，Ｔ相の電流が増加するため、電流マグネット３２が
作動し、Ｔ相電源線が欠相した場合はＲ，Ｓ相の電流が
増加するため、電流マグネット３１が作動する。

【００１３】図４（（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図）
はＴ相が欠相した場合の図である。この場合、電流マグ
ネット３２には負荷電流が流れないため、復帰状態のま
まであるが、図３で示したＨの間はアーム８を拘束する
ものが無いため、電流マグネット３１によってアーム８
は引っ張られ、エアタイマ１３への作用が無くなる。ア
ーム８は中央部に支点をもつ回転体で、電流マグネット
３１，３２の動きをエアタイマ１３のベローズに伝達す
る。エアタイマ１３は図６に示すように内部にベローズ
２２をもつ時限機構で、電流マグネット３１，３２が復
帰状態にあるときは、アーム８に取り付けたリセットス
プリング１２によってベローズ２２は圧縮状態にある。
この状態で電流マグネット３１，３２に設定値以上の電
流が流れると、電流マグネット３１，３２は作動し、ア
ーム８を時計方向に回転させるため、ベローズ２２を圧
縮する力が無くなり、ベローズ２２は、空気流入調整器
２４から空気の供給を受け、ベローズ２２内に設けたス
プリング２６の作用を受けて徐々に伸び、一定時間かか
ってｓ＋αまで伸びる。ベローズ２２と連結される作動
棒１４はベローズ２２がｓ伸びた時点で可動接点１６に
接触し、残りαで接点を開く。

【００１４】なおエアタイマ１３の時限は、電動機起動
時の起動電流継続時間よりも大きく電動機の焼損時間特
性よりも小さく設定されており、電動機起動時に流れる
起動電流によって一時的に電流マグネット３１，３２が
作動し、前記エアタイマ１３のベローズ２２が伸び始め
ても、起動電流が定格電流に戻った時点で電流マグネッ
ト３１，３２が復帰して、アーム８がベローズ２２を圧
縮するため電動機起動時に開閉器３４の出力接点が開く
ことはない。

【００１５】上述のように、設定電流以上の電流が流れ
た場合、電流マグネット３１，３２は瞬時に作動し、ア
ーム８を引っ張ってエアタイマ１３のベローズ２２を圧
縮している力を取り除くため、エアタイマ２２は電流マ
グネット３１，３２の動きとは無関係に自己のもつ一定
時限で開閉器３４の出力接点を開くことができる。

【００１６】

【実施例】図５は本発明の具体的実施例の断面図であ
り、図６はエアタイマ部の断面図である。

【００１７】これらの図において、１は電動機電源線を
接続する端子、２は端子１の端子ネジとコイル３を接続
するバーであり、コイル３は負荷電流が流れたとき、そ
の電流によって起磁力を発生する。４はコイル３によっ
て発生した磁束を導く磁性体からなるＵ字形ヨークで、
底部に可動プランジャ７が貫通する丸孔をもつ。５はＵ
字形ヨーク４の両極を接続して、閉磁路とするための蓋
で、可動プランジャ７と同一軸上に可動プランジャ外形
より大きい孔を有し、可動プランジャ７はこの蓋５を貫
通してコイルボビン６に挿入される。コイルボビン６は
パイプ状の絶縁物で作られ、外側にコイル３を巻きつけ
るとともに、内側は可動プランジャ７のガイドとなる。
可動プランジャ７は円柱状の磁性体であり、その頭部に
は軸７ｂが連設されており、この軸７ｂの先端にはアー
ム８に力を伝達する引っ掛け部７ａが形成されている。
可動プランジャ７はコイルボビン６内に挿入され、コイ
ル３の起磁力によって吸引される。可動プランジャ７の
基端はＵ字形ヨーク４の底部からＧの位置に配置され、
前記引っ掛け部７ａはストロークＧよりも大きいＨにア
ーム８の厚みを加えた位置に設ける。アーム８は、支点
１９を軸として回転する絶縁体であり、一方は可動プラ
ンジャ７の頭部に形成した軸７ｂの頭部の引っ掛け部７
ａと接し、他方はエアタイマ１３の内部に収納されるベ
ローズ２２と連結されて連動する作動棒１４に接し、可
動プランジャ７の動きをベローズ２２に伝達する。９は
ケース２１に固定され、可動プランジャ７が復帰状態、
つまりコイル３に流れる負荷電流が設定値以下のとき、
可動プランジャ７の引っ掛け部７ａと接触して可動プラ
ンジャ７の振動を吸収する弾性体のストッパである。１
０はケース２１とヨーク４の間に配置され、可動プラン
ジャ７が作動し、ケース２１に衝突する時の衝撃を吸収
する弾性体の緩衝材である。１１は可動プランジャ７に
作用し、リセットスプリング１２と組み合わせて設定値
２（復帰電流）を決定するスプリングで、可動プランジ
ャ７外周とコイルボビン６内周の間に設け、その荷重は
可動プランジャ７の吸引力特性により決定される。１２
はアーム８を反時計方向に回転させるように作用し、エ
アタイマ１３の内部に収容したベローズ２２を圧縮し、
リセット状態にするためのリセットスプリングで、この
荷重は、ベローズ２２の圧縮荷重＋設定値１（作動電
流）時の可動プランジャ吸引力により設定され、本実施
例では、電動機の定格負荷電流を１００％としたとき、
設定値１は１１５％で作動するように調整する。

【００１８】エアタイマ１３は内部にベローズ２２を収
容し、ベローズ２２の内側は空気孔２４を通して、空気
流入調整器２５と接続されており、可動プランジャ７が
復帰状態のときは作動棒１４を通してベローズ２２は圧
縮され、可動プランジャ７が作動すると、ベローズ圧縮
力がなくなり、ベローズ２２は空気流入調整器２５から
空気の供給を受け、ベローズ２２内に設けたスプリング
２６の作用を受け一定時間、たとえば４秒かかってスト
ロークｓ＋α移動する。作動棒１４はベローズ２２に連
結されて可動接点１６に作用する。連動スプリング１５
はアーム８と作動棒１４の間に装着され、可動プランジ
ャ７が吸引されて、作動する時に発生する振動が作動棒
１４に伝達されるのを防止するもので、作動棒１４に固
定され、他方はアーム８に設けた凸部の外周がガイドと
なるだけで固定はされず、可動プランジャ７が作動して
アーム８が時計方向に回転した時にアーム８から離れ、
作動棒１４がｓ＋α移動してもアーム８に接触しない形
に配置される。１６はバネ性の可動部をもつ可動接点
で、作動棒１４の作用を受けて固定接点１７から離れ、
作動棒１４の作用が無くなると自己のバネ力で再び固定
接点１７と接触する。１８は可動接点１６と固定接点１
７にそれぞれ独立して接続される１組の出力接点端子
台、１９はアーム８の支点である。２０はコイル３の巻
き終わりで図１に示す電動機の電源を入・切する開閉器
の負荷端子Ｕ，Ｗへ接続する。２３はベローズ２２を外
気と遮断する遮断板で、空気孔２４を通してベローズ内
部と空気流入調整器２５を接続する。

【００１９】以下に本実施例の作動を説明する。

【００２０】電動機電源入・切用の開閉器が開の場合、
コイル３には、負荷電流が流れないため、可動プランジ
ャ７は復帰状態にあり、アーム８はリセットスプリング
１２によって、反時計方向に回転して、作動棒１４に作
用し、エアタイマ１３のベローズ２２は圧縮状態にあ
る。

【００２１】この状態で前記開閉器が閉じると、電動機
に電圧が印加され回転を始める。この時コイル３には負
荷電流が流れるが、電動機が起動する時に流れる起動電
流は定格電流の３〜６倍であり、作動電流値が定格負荷
電流の１１５％に設定された可動プランジャ７が作動
し、Ｇの距離移動する。

【００２２】可動プランジャ７には、アーム８を引っ掛
ける引っ掛け部７ａを設けているため、アーム８は支点
１９を軸として時計方向に回転し、作動棒１４への作用
が無くなるため、ベローズ２２はスプリング２６の力に
よって空気流入調整器２５から空気を吸い込み、伸び始
めるが、電動機は通常１秒以内に起動を完了し、定格運
転になるため、負荷電流は定格電流に戻る。

【００２３】本発明を構成する電流マグネットは、コイ
ル３、ヨーク４、蓋５、可動プランジャ７からなる有限
長ソレノイドであり、作動状態では、可動プランジャ７
はコイル３によって発生する磁界中に宙吊りの形でバラ
ンスして停止しているため、負荷電流が１００％に戻る
と、作動値が１１５％に設定された可動プランジャ７も
スプリング１１とリセットスプリング１２の力により元
に戻る。

【００２４】したがってアーム８は再び作動棒１４に係
合することになり、ベローズ２２はストロークｓの移動
時間４秒に対し１秒間の移動距離ｓ／４分だけ伸びた所
で再び圧縮されることになり、可動接点１６は開かず電
動機は運転を続ける。

【００２５】このような状態において、何らかの理由に
より電動機が過負荷になり、負荷電流が定格電流の１１
５％を超えた場合について説明すると、可動プランジャ
７は再び作動状態となり、作動棒１４への作用が無くな
る。したがってエアタイマ１３のベローズ２２は伸び始
め、この状態が設定値の４秒に達すると、ベローズ２２
はストロークｓ＋αを移動し、作動棒１４が可動接点１
６を押し、接点が開く。このｂ接点を利用して電動機を
入・切する開閉器を開くことにより、電動機の焼損を防
止できる。

【００２６】次に３相のうち電流マグネットが接続され
ている３相の１相が断線し、欠相した場合を説明する
と、欠相した側の可動プランジャ７は負荷電流が流れな
いため、復帰状態のままで不作動となるが、３相の他の
２相には定格負荷電流の１７３％の電流が流れることか
ら、電流マグネットの作動設定値の１１５％を超えるこ
とになる。

【００２７】本発明の保護継電器３０は３相のうち２相
に電流マグネットが接続されているため、少なくとも１
個の電流マグネットには前記１７３％の電流が流れ作動
する。

【００２８】電流マグネットは１個でも十分アーム８を
引っ張る力を発生する設計であり、また可動プランジャ
７はストロークＧよりも大きな距離Ｈ（可動プランジャ
７の頭部からアーム８の基端までの距離）の部分は可動
プランジャ７の外径よりも小径の軸７ｂの部分であるこ
とによりアーム８の動きを拘束しない形状であるため、
欠相して復帰状態にある可動プランジャがアーム８を拘
束することなく作動する。したがって前記過負荷時と同
様に、一定時限後に可動接点１６が開いて電動機の焼損
を防止できる。

【００２９】図７は本発明の他の実施例を示す概略構成
図である。図５の実施例では可動プランジャ７の頭部に
連設した軸７ｂの先端に形成した引っ掛け部７ａでアー
ム８を引っ掛ける構造であるのに対し、本実施例では、
可動プランジャ７の先端に設けた突起７ｃでアーム８を
押す構造としている。この場合も、先の実施例と全く同
様の作動で電動機の焼損を防止できる。

【００３０】なお、図５の実施例は可動プランジャ７の
頭部にアーム８を係合させるため、電流マグネットをケ
ースの底部に収納でき、コンパクトな保護継電器を実現
できるという効果があるが、図７の実施例では電流マグ
ネットの長手方向にのみスペースをとるので、保護継電
器の高さを低くできるという効果がある。

【００３１】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
電流マグネットが作動すると空気流入調整器から空気を
吸い込み一定時限後に接点を開くエアタイマの構成とす
ることにより、作動特性をＬ特性とすることができ、さ
らには熱動式のように発熱体を使用しないため周囲温度
の変化による作動特性の変化もなく、起動電流と定格電
流の比が小さい電動機や熱容量の小さい電動機でも確実
に異常時の焼損を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の概略構成図である。

【図２】 本発明の保護継電器の作動特性曲線図であ
る。

【図３】 電流マグネットとアームの接続関係図であ
る。

【図４】 欠相状態の説明図である。

【図５】 本発明の実施例を示す断面図である。

【図６】 本発明に係るエアタイマの実施例を示す断面
図である。

【図７】 本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図８】 従来の保護継電器の作動特性曲線図である。

【符号の説明】

１ 端子、２ バー、３ コイル、４ Ｕ字形ヨーク、
５ 蓋、６ コイルボビン、７ 可動プランジャ、７ａ
引っ掛け部、７ｂ 軸、７ｃ 突起、８ アーム、９
ストッパ、１０ 緩衝材、１１ スプリング、１２
リセットスプリング、１３ エアタイマ、１４ 作動
棒、１５ 連動スプリング、１６ 可動接点、１７ 固
定接点、１８ 出力接点端子台、１９ 支点、２０ コ
イルの巻き終わり、２１ ケース、２２ ベローズ、２
３ 遮断板、２４ 空気孔、２５ 空気流入調整器、２
６ スプリング、３０ 保護継電器、３１，３２ 電流
マグネット、３３ 電動機、３４ 開閉器

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷電流がある設定値を超えると可動プ
   ランジャが作動しある設定値以下になると前記可動プラ
   ンジャが復帰する電流作動形の電磁石と、同電磁石の可
   動プランジャの作動によって一定時限後に設定ストロー
   クに変位するエアタイマと、同エアタイマが設定ストロ
   ークに変位した時に出力接点を作動させる出力部とを備
   えたことを特徴とする保護継電器。
2. 【請求項２】 電流作動形の電磁石は、負荷電流が第１
   の設定値を超えると可動プランジャが作動し前記第１の
   設定値よりも低レベルの第２の設定値以下になると前記
   可動プランジャが復帰する構成であることを特徴とする
   請求項１記載の保護継電器。
3. 【請求項３】 電流作動形の電磁石の可動プランジャの
   作動をエアタイマに伝達するアームを設けたことを特徴
   とする請求項１または２記載の保護継電器。
4. 【請求項４】 アームの一端が可動プランジャの頭部か
   ら同一軸心上に連設した小径の軸部先端に形成した大径
   の引っ掛け部に係合し、同アームの他端がエアタイマの
   作動棒に係合し、同アームの中間部がケースに回動自在
   に支持され、同アームが前記エアタイマを圧縮するよう
   に付勢するリセットスプリングを設けたことを特徴とす
   る請求項３記載の保護継電器。
5. 【請求項５】 可動プランジャが復帰状態にあるときの
   可動プランジャ頭部とアーム間の距離が、可動プランジ
   ャの作動ストロークよりも大である請求項４記載の保護
   継電器。