JP2810199B2 - 圧縮機用電動機の過負荷保護装置 - Google Patents

圧縮機用電動機の過負荷保護装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電動機の過負荷保護装置に係り特に接点溶着
発生時における電動機巻線の焼損防止に好適な電動機の
過負荷保護装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の電動機の過負荷保護装置の一例を第9図および
第10図を参照して説明する。
第9図は、従来の過負荷保護装置の縦断面図、第10図
は、第9図のC−C矢視断面図である。
図に示すように、合成樹脂等の耐熱絶縁材料からなる
有底円筒状のケース1と蓋2とを組み合せて形成した空
間に、可動接点3,4を固着したディスク状のバイメタル
5を、ケース1の外側底面1aに貫通固定した軸6により
発条13を介して反転自在に軸支するとともに、前記可動
接点3,4と対向する位置に固定接点7,8を固着した第1の
固定端子9,10がケース1の底面を内側底面1bから外側底
面1aに貫通固定され、かつ、前記固定端子9と固定端子
10との間の任意位置の底面を内側底面1bら外側底面1a
に、第2の固定端子に係るヒータ端子11が貫通固定さ
れ、このヒータ端子11と前記固定端子9との間に溶接な
どによってヒータ線12′が接続され、このヒータ線12′
はバイメタル5を加熱するようにケース1の内側底面1b
側に配置されていた。ヒータ線12′は、バイメタル5の
自己発熱エネルギーが不足する場合に、これを補う目的
で使用されるものである。
このような構成の過負荷保護装置P1′は、後述する第
3図に示すように、始動装置Sを直列に接続した電動機
Mの始動巻線17と主巻線18との並列回路すなわち電動機
巻線に、直列に接続して用いられる。
電動機Mに過大な拘束電流が流れると、バイメタル5
およびヒータ線12′の自己発熱が増加し、バイメタル5
が動作温度に達した瞬間、バイメタル5自身が反転運動
し、可動接点3,4が固定接点7,8から離れ、電動機Mへの
通電が断たれる。
通電が断たれたのち、バイメタル5とヒータ線12′と
が冷却を開始し、反転復帰温度に達した瞬間、バイメタ
ル5が前記動作と逆の反転動作を行い元の位置に復帰
し、可動接線3,4が固定接点7,8と接触して電動機Mが再
び通電される。
前記復帰後、電動機Mの拘束状態が解除されていれ
ば、電動機Mは正常に運転し、バイメタル5の反転運動
はここで停止する。
次に、従来の過負荷荷護装置の他の例を第11図ないし
第13図を参照して説明する。
第11図は、従来の他の過負荷保護装置の縦断面図、第
12図は第11図のD−D断面図、第13図は、第11図の装置
の電気回路図である。図中、先の第9,10図と同一符号の
ものは同等部分を示している。
第11図に示す過負荷保護装置P2′は、ケース1と蓋2
とで囲んだ空間に、可動接点3,4を固着したディスク状
のバイメタル5を、ケース1の底面1aに貫通固定した軸
6により発条13を介して反転自在に軸支するとともに、
可動接点3,4と対向する位置に固定接点7,8を固着した固
定端子9,10をケース1の外側底面1aに貫通固定したもの
である。
バイメタル5の自己発熱エネルギー単独で必要なエネ
ルギーが得られる場合に、本構成のものが採用されてい
た。
このような構成の過負荷保護装置P2′は、第13図に示
すように、始動装置Sを直列に接続した電動機Mの始動
巻線17と主巻線18との並列回路すなわち電動機巻線に、
直列に接続して用いられる。
電動機Mに過大な拘束電流が流れると、バイメタル5
の自己発熱量が増加し、動作温度に達した瞬間バイメタ
ル5が急激に反転運動をする。同時に可動接点3,4が固
定接点7,8から離れ、電動機Mの通電が断たれる。
通電が断たれたのち、バイメタル5が冷却を開始し反
転復帰温度に達した瞬間、前記動作と逆の反転運動を行
い元の位置に復帰する。同時に可動接点3,4が固定接点
7,8と接触し、電動機Mが再び通電される。このとき、
拘束状態が解除されていれば導電機Mは正常運転し、バ
イメタル5に流れる電流が減少してバイメタル5の反転
運動が停止する。
なお、この種の装置として関連するものには、例えば
実開昭60−183349号公報、実開昭59−72641号公報、実
公昭62−11187号公報等が知られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の従来技術においては、例えば電動機になんらか
の異常があり拘束状態が継続したとすると、バイメタル
は動作と復帰を繰り返して行うことになり、遂にはバイ
メタルが疲労して破損し、接点溶着に発展する。
その結果、電動機巻線が発熱し、焼損するに至る。ま
た、過負荷保護装置にも大きな拘束電流が連続的に通電
され、ヒータ線またはバイメタルの温度がケースおよび
蓋の耐熱温度以上に上昇し、ヒータ線周辺のケースまた
はバイメタル周辺のケースを焼損させる恐れがある。
本発明は、バイメタルが疲労して破損し、接点溶着が
発生したときに、回路を完全に遮断し、電動機巻線の焼
損はもとより過負荷保護装置の焼損を防止しうる過負荷
保護装置を提供することを、その目的とするものであ
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、ケースと、前記ケース内に固定接点が設
けられた固定端子と、前記固定端子の固定接点と接触可
能な可動接点を有し前記固定接点と可動接点間を電気的
に開閉接続するバイメタルと、前記バイメタルと電気的
に直列に接続され前記バイメタルを加熱可能な位置に配
置された加熱手段とを備えた圧縮機用電動機の過負荷保
護装置において、前記加熱手段を、圧縮機用電動機の定
格始動電流の1.35倍〜1.85倍の電流で2秒以内に溶断す
るものとすることにより達成される。
〔作用〕
上記技術的手段による働きを述べれば、接点溶着が発
生した場合に、電動機では大きな拘束電流が連続して流
れて電動機巻線の温度が上昇し、巻線の絶縁が極部的に
低下して間欠的な短絡電流が流れる。この時流れる短絡
電流と短絡時間の積が電動機の定格始動電流の1.35〜1.
85倍で2秒以内に設定されたエネルギーと等価な自己発
熱エネルギー(溶断エネルギー)に達するとヒータ線が
溶断する。
その結果、電動機巻線への通電が断たれ、電動機巻線
の焼損は基より過負荷保護装置の焼損を防止することが
出来る。
〔実施例〕
以下本発明の各実施例を第1図ないし第4図を参照し
て説明する。
まず、第1図は、本発明の一実施例に係る過負荷保護
装置の縦断面図、第2図は、第1図のA−A矢視断面
図、第3図は、第1図の装置の電気回路図、第4図は、
第1図の装置のバイメタリ破断時の要部拡大図である。
図中、第9,10図と同一符号のものは従来技術と同等部
分であるから、その説明を省略する。
第1,2図の実施例が、第9,10図の従来技術と相違する
ところは、ケース1の底面1aに貫通固定して設けた第1
の固定端子9と、第2の固定端子に係るヒータ端子11と
の間に接続されたヒータ線12が、電動機Mの定格始動電
流と定格始動時間の積により定まる自己発熱エネルギー
では、例えば、JIS C 2520「電熱用合金線及び帯」の表
1「種類及び記号」に掲げられた最高使用温度以下に構
成され、定格始動電流以上の通電電流と定格始動時間と
の積によって定まる自己発熱エネルギーでは、ヒータ線
12の溶融点以上の温度になるように、線種,線径が構成
されている。
また、電動機Mの拘束電流が通電されてバイメタル5
が反転動作する時、拘束電流と動作時間の積とによって
定まるヒータ線12の自己発熱エネルギーでは、前述の定
格始動電流時と同様に、夫々の線種の最高使用温度以下
に構成されている。
この様な構成の過負荷保護装置P1を第3図に示す回路
に用いた時、電動機Mが正常に回転する状態では、ヒー
タ線12に大きな電流である始動電流が短時間流れた後小
さな運転電流の連続通電になる。通常始動電流が流れる
時間は2秒以内に始動装置S等の作用により制限されて
いる。
この時、バイメタル5は、バイメタル5自身の発熱エ
ネルギーとヒータ線12の加熱エネルギーとによる温度上
昇では反転動作しないこと従来技術と同様である。
又、電動機Mに始動電流を最大値とし過大な拘束電流
が連続して流れると、バイメタル5およびヒータ線12の
自己発熱エネルギーが増加し、バイメタル5が動作温度
に達した瞬間、バイメタル5自身が急激に反転運動し、
可動接点3,4が固定接点7,8から離れ、電動機Mの通電が
断たれる。
通電が断たれたのち、バイメタル5とヒータ線12とが
冷却を開始し、反転復帰温度に達した瞬間、バイメタル
5が前記動作と逆の反転動作を行い、元の位置に復帰
し、可動接点3,4が固定接点7,8と接触して電動機Mと再
び通電される。
前記復帰後、電動機Mの拘束状態が解除されていれ
ば、電動機Mは正常に運転し、バイメタル5の反転運動
はここで停止するのも従来技術と全く同様である。
しかしながら拘束状態が継続しており、バイメタル5
が動作,復帰の反転運動を繰り返し行なっている最中
に、バイメタル5が疲労して第4図に示すようにE,Fの
ように破断すると、バイメタル5の反転動作量および反
転動作力の減少を招き接点溶着に発展する。
接点溶着に至るとバイメタル5とこれに直列に接続さ
れたヒータ線12に大きな拘束電流が連続して流れ続け、
バイメタル5の正常動作時と比較し高温になる。
また、同時に電動機Mの巻線の温度も上昇し、通電時
間の経過と共に絶縁材が溶けることによって絶縁低下を
期しついには極部的な電気絶縁破壊に発展する。
発明者らは、極部的な絶縁破壊に至った時の短絡電流
に着目し、この短絡電流のエネルギーを利用してヒータ
線12を溶断せしめ電動機Mの通電を断つことにより、電
動機Mの巻線の焼損はもとより過負荷保護装置P1の焼損
を防止するようにせんとしたものである。
まず第1に過負荷保護装置P1が接点用着になったこと
を想定し、過負荷保護装置P1を接続せず拘束した電動機
Mに連続通電した時の焼損に至る全過程を通電時間と巻
線の温度上昇並びに電流の関係等を表1に示す負荷を用
いて実験調査した。
その結果、第5図(a)(b)に示す如く時間の経過と
共に巻線の温度が上昇して電流が変化することをつきと
めた。即ち、いずれの場合にも一定時間を経過して絶縁
劣化した部分間が短絡した時は、拘束電流の数倍以上の
電流が瞬時から6秒間程度の時間継続的に流れ、この短
絡を繰り返しながら巻線が全焼損方向に進展し、最終故
障モードとして絶縁破壊による漏電に至る事が判明し
た。
また、圧縮機用の電動機Mでは、電動機Mが焼損する
と電動機Mと外部の電気的結線に用いるハーメチックシ
ール端子(図示せず)のガラス絶縁(図示せず)が炭化
物により汚損され、ハーメチックシール端子間で短絡電
流が流れることも判明した、場合によってはハーメチッ
クシール端子のガラス部分が赤熱溶融し、圧縮機内に封
入された冷媒(図示ぜす)と共に冷凍機油(図示せず)
が噴出するところまで展開する例があった。
また、電源に設置した漏電ブレーカ(図示せず)や過
電流ブレーカー(図示せず)が作動すれば、前述の状態
に至る前に回路を遮断する事が判明したが、前述の現象
が各種ブレーカー作動前もしくは同時の時に起きた場合
には、これを完全に防止する事が出来ないケースが想定
される。
そこで、発明者らは通常の使用条件下ではヒータ線12
が溶断せず、前述の異常時に各種ブレーカー作動前の比
較的軽度な焼損、即ち、初期段階に発生する巻線の極部
的なレアショート時に流れる短絡電流によってヒータ線
12が溶断する安全な領域を実験によって求める事にし
た。
前述の負荷を用いた実験では、漏電ブレーカーから必
ずしも設置されているとは言えないので普通一般に使用
されている15Aの過電流ブレーカーを電源側に設置し、
過電流ブレーカー作動前にヒータ線12溶断する限界値を
確認した。
実験開始に先き立ちヒータ線12の不溶断電流と溶断電
流は時の様に定義した。
1.不溶断電流 電動機Mの定格始動電流×1.15倍の電流を通電し、過
負荷保護装置P1のバイメタル5を正常に動作させた時、
ヒータ線12が溶断しない電流を不溶断電流とした。
2.溶断電流 過負荷保護装置P1のバイメタル5を反転動作しないよ
うに拘束し、不溶断電流を開始点としてこの不溶断電流
を2秒間通電する。その後通電時間を2秒間として0.2A
ピッチで通電電流を増加させて行き、ヒータ線12が溶断
したところの電流を溶断電流とした。
実験では、過負荷保護装置P1の特性を表2に示すもの
とし、ヒータ線12はJIS.C.2520に示された線種で、線径
を変えて表3に示すようなものを試作し、夫々不溶断電
流,溶断電流をらあかじめ別のサンプルを用いて求めた
もので、その後実験後に組合せて確認試験を行なった。
その結果は表4に示す通り、ブレーカーが動作する前
にヒータ線の溶断する範囲を確認した。
また、その時の電動機Mの電流変化とヒータ線12の溶
断点のモニター結果及び溶断特性の関係の一例を図示す
れば第6図(a)(b)の様になる。
以上の検討結果を基に定格始動電流に対する通電電流
の比が1.85倍以下の短絡電流エネルギーであれば、電動
機Mを巻線の絶縁劣化段階で回路から切り離すことが出
来る見通しを得た。
次に、第11,12図に示す過負荷保護装置P2′のものに
ついては、第7,8図に示す如く銅線端子14を設け、この
銅線端子14と固定端子9間に始動電流に対する通電電流
の比が1.85倍で溶断する線径の銅線15を接続追加した過
負荷保護装置P2を試作し実験したが、前述のヒータ線12
同様の効果が銅線15にもあることが立証出来た。
発明者らはこれ等一連の検討結果を基に、過負荷保護
装置P1,P2のヒータ線12又は銅線15等の加熱手段に要求
される条件は 1.不溶断電流は、電源電圧変動範囲がプラス15%増しと
見たてた時、電動機Mの定格始動電流×1.15倍以下とな
る。
例えば前述の負荷では、11.5A×1.15≒13.3Aとなる。
したがって、上記表4の線種NCHW1で1.13倍で溶断する
0.55φは範囲外である。
2.又、溶断電流の下限値は、前記不溶断電流を満足する
最も少さい不溶断電流との関係で定まる溶断電流とな
る。
例えば前述のヒータ線12では、線種がNCHW1,線径0.60
φ,不溶断電流13.3A,溶断電流15.5Aとなる。
3.溶断電流の上限値は、定格始動電流と通電電流との比
が1:1.85の時となる。
以上の結果から電動機Mの定格始動電流を基にヒータ
線12の溶断する通電電流の関係を求めると、 1.下限側は、1.35倍となる。
2.上限側は、言うまでもなく1.85倍となる。
また、電動機巻線の成形加工時に傷を付けて絶縁を劣
化させたものや、ピンホール等の欠陥部を有するものが
選別作業で除去出来ず後工程の流出した場合であって
も、この時の短絡電流エネルギーがヒータ線又は銅線を
溶断させるに余りある場合には、これを回路から遮断す
ることができる効果がある。
更に、実施例によれば、安全性を高めるために特殊な
部品を追加する必要性も無いので、従来の設備を使用し
簡単に提供する効果を有する。尚、加熱手段は、ヒータ
線、銅線に限るものでなく、電動機の定格始動電流の1.
35〜1.85倍の電流で2倍以内に溶断されるものであれ
ば、材質は何でもよく、また、線材以外のもの、例えば
ニッケルクロム線、鉄クロム線、銅合金線等の材質、ま
た帯材としてもよい。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、バイメタルが疲
労して破損し、接点溶着が発生したときに、回路を完全
に遮断し、電動機巻線の焼損はもとより過負荷保護装置
の焼損をも防止しうる電動機の過負荷保護装置を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に係る過負荷保護装置の縦
断面図、第2図は、第1図のA−A矢視断面図、第3図
は、第1図および後述の第7図,第9図の装置の電気回
路図、第4図は、第1図の装置のバイメタル破断時を示
す要部拡大平面図、第5図は、第3図の電気回路から第
1図の装置を除去して連続通電した時の特性図、第6図
は、第3図の電気回路に第1図の装置を接続して連続通
電した時の特性図、第7図は、本発明の他の実施例に係
る過負荷保護装置の部分断面図、第8図は、第7図のB
−B矢視断面図、第9図は、従来の過負荷保護装置の縦
断面図、第10図は、第9図のC−C矢視断面図、第11図
は、従来の他の過負荷保護装置の縦断面図、第12図は、
第11図のD−D矢視断面図、第13図は、第11図の装置の
電気回路図である。 1……ケース、2……蓋、3,4……可動接点、5……バ
イメタル、6……軸、7,8……固定接点、9,10……固定
端子、11……ヒータ端子、12……ヒータ線、15……銅
線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川南 茂也 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所栃木工場内 (56)参考文献 特開 昭64−2232(JP,A) 特開 平2−227928(JP,A) 実開 昭59−72641(JP,U) 実開 昭59−105755(JP,U) 実開 昭60−183349(JP,U) 実公 昭62−11187(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01H 37/00 - 37/56 PCI(DIALOG) WPI(DIALOG)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ケースと、 前記ケース内に固定接点が設けられた固定端子と、前記
    固定端子の固定接点と接触可能な可動接点を有し前記固
    定接点と可動接点間を電気的に開閉接続するバイメタル
    と、 前記バイメタルと電気的に直列に接続され前記バイメタ
    ルを加熱可能な位置に配置された加熱手段とを備えた圧
    縮機用電動機の過負荷保護装置において、 前記加熱手段を、圧縮機用電動機の定格始動電流の1.35
    倍〜1.85倍の電流で2秒以内に溶断するものとした圧縮
    機用電動機の過負荷保護装置。
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