JP4142780B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱動−磁気トリップ装置のバイメタルに生じる電圧降下が、例えばアーク故障検知器のような電子トリップ回路において使用できる或いは電力量測定に使用できる負荷電流を表わす回路遮断器に関する。本発明は、さらに詳細には、感知される電流に影響を与える可能性のある漂遊インダクタンスを減少させるためにバイメタルのそばをそれに沿って延びる感知バーを用いるかかる回路遮断器に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする問題】
住宅用及び軽負荷商業用として常用される小型の回路遮断器は、被保護回路に流れる電流を遮断するべく遮断器をトリップするための熱動−磁気トリップ装置を備えている。熱動−磁気トリップ装置に含まれるバイメタルは、持続的過電流状態に応答して加熱されると撓曲してばね動力操作機構のラッチを外し、接点を開く。このトリップ装置にはアーマチャも設けられているが、このアーマチャは短絡時に生じるような非常に大きい過電流により吸引されると、このばね動力操作機構のラッチを外し、遮断器を「開」位置にトリップする。ミニチュア回路遮断器と呼ばれることの多い低価格の回路遮断器を流れる電流を測定する簡単で経済的な方法は、最近まで存在しなかった。米国特許第５，５１９，５６１号は、熱動−磁気トリップ装置のバイメタルに生じる電圧降下を電流を指示するものとして用いることによりこの問題を解決している。全電流が回路遮断器の開離可能な接点と直列に接続したバイメタルを流れるため、またバイメタルの抵抗は安定で測定可能な量であるため、バイメタルに生じる電圧降下は負荷電流を表わす便利で経済的な指標である。米国特許第５，５１９，５６１号は、この負荷電流測定方式をアーク故障検知器のような回路遮断器内部の電子トリップ回路に用いること、または電力量測定のような他の目的に使用できることを教示している。
【０００３】
かかるミニチュア回路遮断器では、バイメタルとその両端に接続した２本の電圧感知用リード線がループを形成するため、このループにより回路に漂遊インダクタンスが導入される。バイメタルの抵抗は非常に小さく従って電圧信号は小さいため、このループによる漂遊インダクタンスは小さいものではあるが、感知電流に有意な影響を与える可能性がある。漂遊インダクタンスは、バイメタルと電圧感知用導体により形成されるループの面積を減少させることにより、小さくすることが可能である。しかしながら、バイメタルは一端を固定され、もう一方の片持端部が回路遮断器をトリップするべく自由に運動可能であるため、このループ面積減少の問題は簡単に解決できるものではない。ミニチュア回路遮断器のなかには、バイメタルの自由端部に接続した電圧感知用リード線をバイメタルに沿って延ばすことによりループ面積を減少しようとするものもある。しかしながら、回路遮断器の構成によっては、例えば地絡故障用のような電子トリップを始動させるソレノイドをバイメタルに隣接配置したものでは、この方法は使えない。かかる構成の遮断器では、バイメタルの自由端部に接続した電圧感知用リード線の配置により回路遮断器の動作が影響を受ける場合がある。
【０００４】
かくして、熱動−磁気トリップ装置のバイメタルに生じる電圧降下を利用して回路遮断器を流れる電流を感知する改良型装置に対する需要が存在する。
【０００５】
電流感知用回路により導入される漂遊インダクタンスを最小限に抑えるかかる回路遮断器に対する需要が存在する。
【０００６】
電流感知回路の漂遊インダクタンスが小さいため回路遮断器の動作が干渉されることがないかかる回路遮断器に対する需要がある。
【０００７】
簡単で経済的な改良型回路遮断器に対する需要が存在する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記需要及び他の需要は、電気系統を保護する回路遮断器であって、電気系統に直列に接続した開離可能な接点と、作動されると開離可能な接点を開く操作機構と、自由端部と固定端部とが開離可能な接点に直列接続されたバイメタルを備え、電気系統における所定の過電流状態に応答して操作機構を作動させる過電流トリップ装置と、バイメタルを流れる電流を表わすバイメタルの電圧降下を感知するためにバイメタルの自由端部及び固定端部にそれぞれ接続した第１及び第２の導体を有する電圧感知回路と、バイメタルを流れる電流を表わす感知された電圧降下に応答する応答手段とより成り、第２の導体は絶縁ワイヤにより構成され、第１の導体は固定端部がバイメタルの自由端部に隣接して接合された感知バーと、感知バーの自由端部に接続され第２の導体の絶縁ワイヤに極く近接して応答手段の方へ延びる別の絶縁ワイヤとを含み、感知バーはバイメタルのそばをほとんどその固定端部まで延びて自由端部として終端し、バイメタルの自由端部と共に運動することを特徴とする回路遮断器により充足される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明を実施例につき詳細に説明する。
【００１０】
本発明を出願人が製造する３／４インチ（１．９０ｃｍ）回路遮断器に適用するものとして説明するが、回路遮断器を流れる電流を感知するためにバイメタルを用いる他の回路遮断器にも利用可能なことは明らかである。図１を参照して、回路遮断器１は本図ではカバーを外した状態で示す絶縁成形ハウジング３を有する。ハウジング３はポール区画室５と、電子トリップ区画室７とを有し、それらは垂直の成形壁９で分離されている。ポール区画室５の内部には本明細書の一部を形成するものとして引用する米国特許第５，３０１，０８３号に記載されたものと同様なポール機構１１が取り付けられている。このポール機構はよく知られているため簡単な説明にとどめる。
【００１１】
ポール機構１１は、固定接点１５と可動接点１７とよりなる一対の開離可能な接点１３、及びこれらの接点を開閉する操作機構１８を有する。この操作機構１８は円筒状ボス２１に回転自在に支承された絶縁成形作動部材１９を有し、この円筒状ボス２１はハウジング及びカバー（図示せず）に形成した凹部に嵌入されている。作動部材１９の操作ハンドル部２３は、回路遮断器を外部から手動操作できるようにハウジング３の開口部２４を通って上方に延びる。作動部材１９は、操作ハンドル部２３とは反対の側に垂下脚部２７を有する。この脚部２７には可動接点アーム３３のタブ３１を受ける開口部２９が形成されており、これにより可動接点アーム３３が作動部材１９に枢着される。可動接点アーム３３には、固定接点１５と係合できるように可動接点１７が取り付けられている。この固定接点１５は、回路のライン側に外部から回路接続するためにハウジングのポール区画室５の左下方隅部において固定接点端子アーム／クリップ３５に取り付けられている。
【００１２】
ほぼ反転Ｕ字形のラッチレバー３７は、図１に示すその左端部においてハウジング３の半円筒状凹部３９内に枢動自在に取り付けられている。ラッチレバー３７のほぼ中心部には、ばね４３の上方係留端部を受けるノッチ４１が形成されている。ばね４３のもう一方の係留端部は、可動接点アーム３３とタブ４５において連結してある。ばね４３は緊張状態においてラッチレバー３７と可動接点アーム３３を連結するため、可動接点アーム３３が作動部材１９への枢着部を中心として時計方向に付勢され、またラッチレバー３７も凹部３９の枢着点を中心として時計方向に付勢される。図１の回路遮断器のＯＮ位置では、ばね４３が接点１３へ接点を閉じる力を与える。ハウジング３のボス４９とラッチレバー３７の左脚部の開口５１との間には、ばね４３により与えられる付勢力とは反対の方向に作用する第２のらせん張力ばね４７が連結されている。このばね４７は遮断器がトリップされた後、ラッチレバー３７を自動的にリセットし、ハンドル２３をＯＦＦ位置に移動させるように動作する。ばね４７は回路遮断器が図１で示すＯＮ状態でほとんど完全な弛緩した状態にあるため、ラッチレバー３７に与える反対方向の付勢力はほとんどゼロである。しかしながら、回路遮断器がトリップしてラッチレバー３７が枢着点３９を中心として時計方向に回転すると、ばね４７は後述するように緊張状態となってラッチレバー３７に逆方向または反時計方向の付勢力を与え、これによりラッチレバー３７をリセット位置へ付勢させる。
【００１３】
熱動−磁気トリップ装置５３は、ポール区画室５のラッチレバー３７の右方に位置している。バイメタル部材５５は、その上端部がＶ字形支持用導体５７の一方の脚部に、例えば溶接、はんだ付け等により固定されている。Ｖ字形支持用導体のもう一方の脚部はハウジング３に固定してある。Ｖ字形支持用導体５７のタブ６１に螺着した調整用ねじ５９は、ハウジングの成形棚部６３に押圧されてＶ字形支持用導体５７を撓曲させることにより、バイメタル５の下端部の位置を調整する。この調整機構により、回路遮断器が持続的過電流に応答する所定の電流値が較正される。
【００１４】
編組み分路導体６５は、その右端部をはんだ付け、溶接、ろう付け等の方法によりバイメタル５の下方または自由端部に固着されている。分路導体６５のもう一方の端部は同様に可動接点アーム３３に固着してある。Ｖ字形支持用導体５７は斜め下方に延びるタブ６７を備えており、このタブには電子トリップ区画室７を貫通して負荷端子７１に接続される負荷導体６９が接続される。
【００１５】
トリップ機構５３の磁気部分は、ハウジングにその上端の耳部７５が枢着された細長い極片７３を有する。この耳部７５を中心として極片７３がアーク軌道を旋回するが、その際ハウジング３の凹部７９と係合するタブ７７によりその旋回運動が案内され及び制限される。この極片７３には、後述する電子トリップ用トリップコイル８１が支持されている。トリップコイルから延びるリード線８３は電子トリップ区画室７内に延びる。
【００１６】
アーマチュア８５は、ハウジング３のボス８９の周りに係止された上端部８７と、ラッチレバー３７のノッチ９３と係合する下端部に隣接した係止部９１とを有する。アーマチュア８５の下端部から斜め下方に延びる下方の脚部９５は、横方向に（図１の面の外へ）延びるフィンガ９７を有する。アーマチュア８５の中央部９９は水平方向断面図でＵ字形を呈し、その脚部１０１（図１では１個だけ示す）は図１の右方の極片７３の方へ延びてバイメタル５５をまたぐ。
【００１７】
動作について説明すると、供給源からの電流が、回路遮断器へ送られて、ライン端子３５、固定接点１５から可動接点１７、接点アーム３３、分路手段６５、バイメタル５５、支持用導体５７、負荷導体６９、負荷端子７１へ流れる。過電流状態が長期間持続すると、バイメタル５５が加熱され、その下端部が図１で右方に撓んでフィンガ９７と係合し、脚部９５及びアーマチュア８５を右方へ引っ張る。このため、アーマチュア８５の係止部９１がラッチ３７のノッチ９３から引き外される。このようにして係止部９１が解放されると、ラッチレバー３７はばね４３の作用により枢着点３９を中心として時計方向に回転する。ラッチレバー３７のこの時計方向の回転により、ばね４３の上端部が作動部材１９のタブ４５により形成される枢動面を横断すると、接点アーム３３がこの枢動連結部を中心として反時計方向に回転する。このため、可動接点１７が固定接点１５から離脱し、開離可能な接点１３が開く。接点アーム３３のこの回転運動により、ばね４３の作用長さが減少して弛緩し、その作用線が作動部材１９の枢着点の左方に向くほとんどソリッドな状態になるため、作動部材に時計方向のモーメントが加わる。その後、ばね４７がラッチレバー３７を反時計方向にそのリセット位置の方へ付勢するため、接点アーム３３とばね４３が一緒に移動する。その後、ばね４３は完全弛緩状態となり、ソリッドリンクとして作用して操作ハンドル２３を時計方向に回路遮断器１のＯＦＦ位置（図示せず）の方に回転させる。
【００１８】
バイメタル５５の温度が低下して元の通常位置に戻ると、バイメタルの下端部は時計方向にフィンガ９７から離れる方向に移動し、アーマチュア８５がボス８９を中心として時計方向に回転してアーマチュア８５の係止部９１をノッチ９３と係合させ、その機構を再びラッチ状態にする。作動部材１９がボス２１により形成される枢着点を中心として反時計方向に引き続き回転することにより操作ハンドルをＯＮ位置に移動させると、作動部材１９の開口部２９と可動接点アーム３３のタブ３１との枢動連結点がばね４３の作用線の中心を通過するため、開離可能な接点１３が閉じる。回路遮断器１を流れる電流が突然急上昇すると、その磁気トリップ機構が作用して、バイメタルがこの増加した電流に応答する前に回路遮断器を迅速にトリップする。分路手段６５からバイメタル５５へ流入する電流は、Ｕ字形のアーマチュアの中心部９９の内部で磁束を誘起する。この磁束により、タブ７７が凹部７９の左端縁により停止されるまで、極片７３が時計方向に吸引され枢動する。その後、アーマチュア８５が反時計方向に極片７３の方へ吸引されてアーマチュア下端部の係止部９１をノッチ９３との係合関係から離脱するように移動させるため、ラッチレバー３７が解放され、叙上のように開離可能な接点１３が開く。
【００１９】
回路遮断器１は、熱動−磁気トリップ装置５３と共に、電子トリップ機構１０３を備えている。この電子トリップ機構１０３は好ましくは、アーク故障及び地絡故障に応答する。電子トリップ回路のかかるアーク故障及び地絡故障応答特性はよく知られており、例えば米国特許第５，５１９，５６１号に記載されている。この電子トリップ回路は、電子トリップ区画室７内に取り付けられた印刷回路板１０５の上に形成されている。地絡故障による電流は電子トリップ機構１０３の、負荷導体６９が貫通する変流器１０７により感知される。このトロイダル型変流器には中性リード線１０９も貫通し、その一端は中性負荷端子１１１へ、また他端は中性ライン側バスバー（図示せず）へ接続するためのピグテイル（図示せず）に接続されている。アーク電流を検出するため、バイメタル５５にかかる電圧を米国特許第５，５１９，５６１号に記載されるように測定する。叙上のように、この電圧測定は、バイメタル５５の両端にリード線を接続し、印刷回路板１０５に接続することによって行う。しかしながら、叙上のように、これらのリード線とバイメタルにより形成されるループが感知回路に漂遊インダクタンスを導入する可能性がある。この漂遊インダクタンスは、バイメタル下端部に接続したリード線をその上端部に接続したリード線に到達するまでバイメタルに沿って上方に延ばすことにより減少できる。これらのリード線を、その後ツイストさせて、印刷回路板１０５へ延びるツイストペア線にする。しかしながら、図示の回路遮断器では、極片７３に取り付けたトリップコイル８１が、地絡故障またはアーク故障の検出に応答して電子トリップ機構１０３により付勢される。トリップコイル８１が発生する磁界によりアーマチュア８１が吸引され、回路遮断器を熱動−磁気トリップ装置５３による磁気トリップに関連して説明した態様でトリップさせる。電流を感知するリード線をバイメタルに沿って配置すると、回路遮断器の動作が干渉を受けることが判明している。
【００２０】
図２に最もよく示すように、回路遮断器を流れる電流を表わすバイメタル５５の電圧降下を感知する電圧感知回路１１３は、感知バー１１５である第１の導体を有する。この感知バー１１５は、主要部１１７と、主要部の一端から横方向に延びる終端部１１９とを有する。終端部１１９は溶接などの方法によりバイメタル５５の自由端部に固定されており、このため主要部１１７はバイメタルのそばをその固定端部の方へ延びる。この第１の導体はさらに感知バーの自由端部１２３に接続した絶縁ワイヤ１２１を有する。電圧感知回路１１３はまた絶縁ワイヤ１２５である第２の導体を有し、この絶縁ワイヤ１２５はバイメタル５５の第２の端部に固着されている。特に、この第２の導体１２５は支持用導体５７に固定されている。しかしながら、支持用導体５７はバイメタルと比べて格段に抵抗値が低いため、絶縁ワイヤ１２５がバイメタルの固定端部の電圧を感知する。２本の絶縁ワイヤ１２１と１２５はツイストされて印刷回路板１０５へ通じるツイストペア線１２７を形成する。図２から明らかなように、感知バー１１５がバイメタル５５の直ぐ近傍をその側部に沿って延びるため、また絶縁ワイヤ１２１，１２５がツイストペア線を形成するため、電圧感知回路１１３により形成されるループは非常に小型で、回路の漂遊インダクタンスが最小限に抑えられる。それと同時に、剛性でバイメタルと共に移動するバイメタルの自由端部に接続された感知バー１１５はトリップ機構の動作に干渉を与えない。
【００２１】
本発明の特定実施例を詳細に説明したが、当業者にとっては本明細書の記載全体に鑑みて種々の変形例及び設計変更が想到されるであろう。従って、図示説明した特定の構成は例示の目的をもつに過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、この技術的範囲は頭書した特許請求の範囲及びそれらの任意のそして全ての均等物の全幅を与えられるべきである。
【００２２】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の回路遮断器をカバーを取り外した状態で示す立面図である。
【図２】図２は図１に示す本発明の回路遮断器のバイメタル装置の斜視図である。
【符号の説明】
５５ バイメタル
１１５ 感知バー
１１７ 感知バーの主要部
１１９ 感知バーの終端部
１２１ 絶縁ワイヤまたは第１の導体
１２３ 感知バーの自由端部
１２５ 絶縁ワイヤまたは第２の導体
１２７ ツイストペア線

Claims (4)

1. 電気系統を保護する回路遮断器であって、
   電気系統に直列に接続した開離可能な接点と、
   作動されると開離可能な接点を開く操作機構と、
   自由端部と固定端部とが開離可能な接点に直列接続されたバイメタルを備え、電気系統における所定の過電流状態に応答して操作機構を作動させる過電流トリップ装置と、
   バイメタルを流れる電流を表わすバイメタルの電圧降下を感知するためにバイメタルの自由端部及び固定端部にそれぞれ接続した第１及び第２の導体を有する電圧感知回路と、
   バイメタルを流れる電流を表わす感知された電圧降下に応答する応答手段とより成り、
   第２の導体は絶縁ワイヤにより構成され、
   第１の導体は固定端部がバイメタルの自由端部に隣接して接合された感知バーと、感知バーの自由端部に接続され第２の導体の絶縁ワイヤに極く近接して応答手段の方へ延びる別の絶縁ワイヤとを含み、
   感知バーはバイメタルのそばをほとんどその固定端部まで延びて自由端部として終端し、バイメタルの自由端部と共に運動することを特徴とする回路遮断器。
2. 絶縁ワイヤ及び別の絶縁ワイヤは互いにツイストされてツイストペア線を形成することを特徴とする請求項１の回路遮断器。
3. 感知バーは、バイメタルのそばを延びる主要部と、バイメタルの自由端部に隣接して主要部からバイメタルの方へほぼ横方向に延びる終端部とを有することを特徴とする請求項２の回路遮断器。
4. 応答手段は、アーク故障を指示するバイメタルを流れる電流を表わす感知される電圧降下の所定の値に応答して操作機構を作動させるアーク故障検知器よりなることを特徴とする請求項３の回路遮断器。

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