JP4281530B2 - 回路遮断器の電磁引き外し装置 - Google Patents

Description

本発明は、オイルダッシュポットを用いた回路遮断器の電磁引き外し装置に関するものである。

従来、回路遮断器には、図１１（ａ）に示すように過電流や短絡時の過大な電流が負荷電流として流れたときに、開閉機構Ａをトリップ動作せる引き外し装置として、オイルダッシュポット１を用いた電磁引き外し装置Ｂが広く採用されている。この電磁引き外し装置Ｂは図１１（ｂ）に示すようにオイルダッシュポット１と、オイルダッシュポット１の外周に巻き装されたコイル２と、オイルダッシュポット１に水平片の一端を接合し、垂直片をオイルダッシュポット１に並行するように配置したＬ字状のヨーク３と、一端がヨーク３に可動自在に枢支されポールヘッド４に対向配置されたアマチュア５と、このアマチュア５をポールヘッド４から離す方向に付勢する復帰用ばね６とで構成される。

ここでオイルダッシュポット１の従来例の構成としては、図１２に示すようなものがあった（特許文献１）。つまりこの従来例のオイルダッシュポット１は、非磁性材からなるシリンダ７と、シリンダ７内に図おいて上下移動自在に収納された磁性材からなるプランジャ８と、シリンダ７を下方へ付勢する復帰用ばね９とを収納するとともに、シリコンオイル等の制動油１０を封入し、シリンダ７の上端開口部を磁性材からなるポールヘッド４で封止していた。そしてこの図１２のオイルダッシュポット１は、プランジャ８の小径部の付け根部分に中径部を設けていることで復帰用ばね９とプランジャ８の径方向の位置ずれの阻止を図るようになっている。

さてオイルダッシュポット１に巻き装するコイル２は負荷端子１１に一端を接続し、他端を可動接触子１２に接続することで、電源端子１３，固定接触子１４、可動接触子１２を通じて負荷電流が流れて励磁されるようになっている。

そして過大な負荷電流によるコイル２の励磁によって大きな磁気吸引力が発生した場合に、プランジャ８が制動油１０の制動と復帰用ばね１０の付勢力に抗しながら上方へ移動し、この移動によりプランジャ８と、ヨーク３と、アマチュア５とで構成される磁路に流れる磁束が増加し、アマチュア５は復帰用ばね６に付勢に抗してポールヘッド４に吸引駆動され、アマチュア５の先部で開閉機構Ａのラッチ状態を引き外してトリップ動作させ、可動接触子１２を固定接触子１４から開離させ、負荷電流を遮断させるのである。
特開平１０−１２５２０６号公報（添付図面の図１）

ところで、回路遮断器、特に電設盤に設置されるものにおいては、小型化して設置スペースの制限を取り除き、または軽量化により施工性を向上することが求められている。そのため内蔵する電磁引き外し装置そのものの小型化、更にはオイルダッシュポットの小型化が不可欠である。しかしオイルダッシュポットの長手方向を短くしたりシリンダ径を小さくして上で、既存の装置と同じ遮断タイミングを得ようとした場合、前者ではプランジャの移動動作への抵抗を大きくして移動速度を遅くする必要がある。また後者では粘性抵抗が増えているため移動時間を速くする必要がある。一方上述のように移動速度を遅くするとアマチュアを作動タイミング、つまり遮断タイミングがばらつくという問題がある。

本発明は、前記の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、既存の装置と同じ遮断タイミングを持たせながら小型化が図れる回路遮断器の電磁引き外し装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、請求項１の発明では、制動油を封入せるシリンダ内に軸方向に移動自在にプランジャを収納するとともに、前記プランジャを前記シリンダの一端方向に付勢する復帰用ばねとを収納したオイルダッシュポットと、前記シリンダ外周に巻き装されたコイルと、前記オイルダッシュポットに接合若しくは近接配置されたヨークと、該ヨークに可動自在に係止され、前記シリンダの他端側を封止せる前記オイルダッシュポットのポールヘッドに対向するアマチュアとを備え、前記コイルに流れる負荷電流の大きさに応じたコイルの励磁による磁気吸引力で前記プランジャをシリンダの他端側へ移動させる回路遮断器の電磁引き外し装置において、前記プランジャの移動時間を変化させる移動時間変化装置を付加して成り、前記移動時間変化装置を、長手方向において２分割して一端側の内径に対して他端側の内径を大きくした前記シリンダにより構成したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、既存の装置のオイルダッシュポットのシリンダ長を短くしたり、シリンダの内径を小さくして装置の小型化を図っても、移動時間変化装置によって、初期位置からアマチュアを作動させる位置に至るまでのプランジャの移動時間を既存の装置と同じ移動時間に設定することができ、結果既存の装置と同じ遮断時間を持つ小型な回路遮断器の電磁引き外し装置を実現できる。また、他端側では粘性抵抗を小さくすることで、プランジャの移動の最終位置での移動速度を速くすることで、初期位置からのプランジャの移動速度を遅くしたことによる遮断タイミングのばらつきを吸収抑制し、遮断時間の安定化を図ることができる。

本発明は、既存の装置のオイルダッシュポットのシリンダ長を短くしたり、シリンダの内径を小さくして装置の小型化を図っても、移動時間変化装置によって、シリンダ内の初期位置からアマチュアを作動させる位置に至るプランジャの移動時間を既存の装置と同じ移動時間に設定することができ、結果既存の装置と同じ遮断時間を持つ小型な回路遮断器の電磁引き外し装置を実現できるという効果がある。

以下本発明を実施形態及び参考例により説明する。

（参考例１）
本参考例の電磁引き外し装置は、オイルダッシュポット１の構成以外は、従来例と同じであるので、回路遮断器との関係や、オイルダッシュポット１以外の構成は図１１（ａ）（ｂ）を参照することとし、主要部であるオイルダッシュポット１の構成を図１（ａ）により詳説する。また図１（ａ）では励磁用のコイルの図示は省略している。

本参考例に用いるオイルダッシュポット１は、シリンダ長を既存のものに比べて短くして小型化を図ったものであって、図１（ａ）に示すようにシリンダ７内に移動自在に収納されているプランジャ８の外周面に一端（図において下端）から他端（図において上端）方向に、プランジャ８に回転運動を付与してプランジャ８を螺進させるための螺進用溝２０を形成し、一方シリンダ７の内壁面には外部から装着した突起体２１の先端を突出させ、この先端をプランジャ８が初期位置にある状態で、前記螺進用溝２０の上端位置に係入させている。これによりプランジャ８が図において上方へ移動する際に突起体２１が相対的に螺進用溝２０を移動することになって、プランジャ８に回転運動を付与する。つまりプランジャ８は回転運動しながら上方へ移動する。これによりシリンダ７の長手方向の寸法が短くても、実質的なプランジャ８の移動時間をシリンダ７の長い既存の装置と同様な移動時間とすることができ、つまり螺進用溝２０と突起体２１とでプランジャ８の移動時間変化装置を構成し、この装置により過電流の通電時にプランジャ８が初期位置からアマチュア５を作動させる位置までの移動時間を既存の装置と同様に設定することができる。これによりシリンダ長を短くして小型化を図っても、既存の装置と同等の遮断時間を持つ回路遮断器の電磁引き外し装置を実現できる。

尚図１の突起体２１が摺動する溝２０の内面（図１の円部ａ）に図１（ｂ）（ｃ）に示すような微細な凹凸を設け、プランジャ８の動きを円滑にするようにしても良い。またプランジャ８の外面（図１の円部ｂ）に同様な凹凸を設け、シリンダ７の内面との接触面積の減少を図ったり、油溜まりとして機能させることで、プランジャ８を円滑に移動させるようにしても良い。

前記図１で示すオイルダッシュポット１では突起体２１と螺進用溝２０を１組設けているが、軸対象に３組或いは２組設けても良い。図２は３組設けたオイルダッシュポット１の断面構造を示す。

また突起体２１をシリンダ７側ではなくプランジャ８側に設け、螺進用溝２０をプランジャ８側ではなくシリンダ７側に設けても良い。

更に図１，図２の例では、シリンダ７とは別体の部材からなる突起体２１を用いていたが、図３（ａ）（ｂ）に示すようにシリンダ７の一部を塑性変形させてシリンダ７内に突出させ、この突出部位で突起体２１を構成しても良く、この場合別部材の突起体２１が不要となり、取り付けなどの作業が必要なくなる。

またプランジャ８側に突起体２１を設ける場合に、図３（ｃ）に示すようにシリンダ７側の螺進用溝２０としてシリンダ７の内壁面を変形させたり或いは切削して形成した溝を用いても良い。

また更にシリンダ７側に突起体２１を設ける場合、突起体２１を図４（ａ）（ｂ）に示すように上端に形成した凹部７０ａに突起体２１を嵌着せる非磁性材からなる筒体７０をシリンダ７内の一端側に挿着する構成としても良い。この場合突起体２１の形成が容易となる。また、オイルダッシュポット１の内周面とプランジャ８の外周面とのギャップはシリンダ７の一端側（以下下端側という）である初期位置側では筒体７０の内周面とのギャップとなり、また筒体７０より上方の位置ではシリンダ７の内周面とのギャップとなるため、筒体７０の上方側では制動油１０の粘性抵抗が小さくなり、その結果プランジャ８の速度を速めることができる。つまり移動速度を遅くした場合、プランジャ８による磁力によってアマチュア５が作動するタイミング、つまり遮断タイミングがばらつく可能性があるが、プランジャ８が最終位置付近に移動する際にプランジャ８の移動速度を速めてアマチュア５を速やかに作動させることで、遮断タイミングのばらつきを吸収抑制することができるのである。

（参考例２）
本参考例の電磁引き外し装置は、プランジャ８の移動時間変化装置として、図５（ａ）に示すようにオイルダッシュポット１のシリンダ７の下端側、或いは図５（ｂ）に示すように他端側（以下上端側という）の外周に取り付けた環状の永久磁石２２で構成しても良い。

つまり前者の構成では、コイル２の励時による磁気吸引力を抑制するように永久磁石２２の磁極方向を設定することで、過電流通電初期でのプランジャ８の移動速度を小さくして移動時間を遅延させ、プランジャ８が初期位置からアマチュア５を作動させる位置に至るまでの移動時間をシリンダ長が長い既存の装置と同じとし、しかも復帰用ばね９のばね力を既存の装置よりも弱くすることで、最終位置付近でのプランジャ８の移動速度を既存の装置に比べて速めることで、上述と同様にアマチュア５を速やかに作動させ、遮断タイミングのばらつきを吸収抑制する。

一方後者の構成では、復帰用コイル９のばね力の既存の装置に比べて大きくし、プランジャ８が初期位置からアマチュア５を作動させる位置までの移動時間を遅延させて移動時間をシリンダ長が長い既存の装置と同じとし、一方コイル２の励時による磁気吸引力を増大するように永久磁石２２の磁極方向を設定することで、プランジャ８の最終位置（上端付近）での移動速度を速め、上述と同様にアマチュア５を速やかに作動させ、遮断タイミングのばらつきを吸収抑制するのである。

尚回路遮断器との関係や、オイルダッシュポット１以外の構成は図１１（ａ）（ｂ）を参照することとする。

（参考例３）
本参考例は、図６に示すように前記参考例２の図５（ｂ）に示す構成と同様にシリンダ７の上端側に環状の永久磁石２２を設けるとともに、この永久磁石２２の直下のシリンダ７の側面よりアマチュア５に並行するように磁性体２３を突設するとともに、磁性体２３の先部２３ａをアマチュア５の枢支部近傍の下面に近接するように上方向に突出させてある。つまり永久磁石２２、磁性体２３、アマチュア５の３者で閉磁路を構成するようになっている。

而して本参考例では、図５（ｂ）の実施形態と同様に永久磁石２２の磁力をコイル２の励時による磁気吸引力を増大するように永久磁石２２の着磁方向を設定することで、プランジャ８の最終位置（上端付近）での移動速度を上昇させてプランジャ８の移動時間を変化させることができる。特に永久磁石２２の磁束が前記磁路に流れることで永久磁石２２の磁力が効果的に働き、プランジャ８の移動速度を図５（ｂ）の場合に比してより速くすることができ、これによりアマチュア５を速やかに作動させ、遮断タイミングのばらつきを一層吸収抑制するのである。尚初期位置からアマチュア５を作動させる位置までのプランジャ８の移動時間を既存のものと同等にするために、復帰用ばね９のばね力を既存の装置に比べて大きくしている。

ヨーク３は図１１（ｂ）に示す従来構成と同様に水平片の一端がオイルダッシュポット１のシリンダ７の下部に接続され、垂直片の上端にアマチュア５を回動自在に枢支し、垂直片の下部背面に設けた負荷端子１１にはコイル２の一端を接続している。またアマチュア８は復帰用ばね６により先部がオイルダッシュポット１のポールヘッド４より離れるように付勢されている。

尚回路遮断器との関係構成は図１１（ａ）を参照することとする。

（参考例４）
本参考例の電磁引き外し装置は、プランジャ８の移動時間変化装置として、図７に示すように、巻き径をシリンダ７の上端側から下端側にかけて徐々に広げるように形成したコイル２を用いたものであり、シリンダ７の直径方向の中心とコイル２のコイル線との距離を他端側で小さく、一端側で大きくしてある。つまりシリンダ７の下端側（初期位置側）にプランジャ８が位置する場合には、コイル２から離れる位置にプランジャ８が存在するため、この位置でのコイル２の磁束密度が少なくなってプランジャ８を通る磁束が少なく、逆にプランジャ８がシリンダ７の上端側（最終位置側）に移動するにつれてプランジャ８とコイル２との距離が小さくなり、このコイル２の磁束密度が多くなってプランジャ８を通る磁束が増加する。つまりシリンダ７の下端側、つまりプランジャ８の初期位置ではではプランジャ８に対する磁気吸引力が最小で上端側では最大となる。

而して本参考例ではコイル２の励磁により発生する磁気吸引力を、シリンダ７の下端側より他端側で大きくすることで、プランジャ８の初期位置（下端付近）での移動速度を遅くしてアマチュア５を作動させる位置までのプランジャ８の移動時間を既存の装置と同等とし、更に最終位置（上端付近）での移動速度を速くすることでプランジャ８の移動時間を変化させ、これにより上述と同様にアマチュア５を速やかに作動させ、遮断タイミングのばらつきを吸収抑制するのである。

尚回路遮断器との関係や、オイルダッシュポット１以外の構成は図１１（ａ）（ｂ）を参照することとする。
（参考例５）
前記参考例４ではコイル２の巻き径をシリンダ７の下端側と、他端側とで変えることでコイル２を移動時間変化装置として用いているが、本参考例では図８に示すようにシリンダ７の下端側では巻き間隔を粗とし、中間ではやや密とし、更に前記シリンダ７の上端側では巻き間隔を密としたコイル２を用いて移動時間変化装置としている。つまりシリンダ７の下端側（初期位置側）ではコイル２の巻き間隔が粗であるためアンペアターンを小さく、逆にシリンダ７の上端側では巻き間隔が密であるためアンペアターンが大きい。これによりプランジャ８に働く磁気吸引力はシリンダ７の下端側に比べ上端側は大きくなる。

而して本参考例でもコイル２の励磁により発生する磁気吸引力を、シリンダ７の下端側より他端側で大きくすることで、プランジャ８の初期位置（下端付近）での移動速度を遅くしてアマチュア５を作動させる位置までのプランジャ８の移動時間を既存の装置と同等とし、更に最終位置（上端付近）での移動速度を速くすることでプランジャ８の移動時間を変化させ、これにより上述と同様にアマチュア５を速やかに作動させ、遮断タイミングのばらつきを吸収抑制するのである。

尚回路遮断器との関係や、オイルダッシュポット１以外の構成は図１１（ａ）（ｂ）を参照することとする。
（参考例６）
前記参考例５では巻き間隔をシリンダ７の下端側で粗、上端側で密としたコイル２を用いてシリンダ７の下端側（初期位置側）でのアンペアターンを小さく、逆にシリンダ７の上端側（最終位置側）でのアンペアターンを大きくしているが、本参考例では、図９に示すように巻き層数を、シリンダ７の下端側（初期位置側）で一層と、中間位置では２層とし、更に上端側（最終位置側）では３層とすることで、アンペアターンをシリンダ７の下端側から上端側に亘って増加させる構成のコイル２を用いて移動時間変化装置としている。

而して本参考例でも参考例５と同様にコイル２の励磁により発生する磁気吸引力を、シリンダ７の下端側より上端側で大きくすることで、プランジャ８の初期位置（下端付近）での移動速度を遅くしてアマチュア５を作動させる位置までのプランジャ８の移動時間を既存の装置と同等とし、更に最終位置（上端付近）での移動速度を速くすることでプランジャ８の移動時間を変化させ、これにより上述と同様にアマチュア５を速やかに作動させ、遮断タイミングのばらつきを吸収抑制するのである。

尚回路遮断器との関係や、オイルダッシュポット１以外の構成は図１１（ａ）（ｂ）を参照することとする。
（実施形態１）
本実施形態は、シリンダ長を短くして小型化を図っているが、図１０に示すように上下２分割とし、下端側に対応する下側部位７ａの内径を他端側に対応する上側部位７ｂの内径よりも小さく形成し、プランジャ８の移動時の制動油１０から受ける粘性抵抗を上側部位７ｂで小さくするシリンダ７を用い、このシリンダ７により移動時間変化装置を構成したものである。

而して本実施形態では、下側部位７ａ内のプランジャ８の移動速度を大きな粘性抵抗によって遅くしてしてアマチュア５を作動させる位置までのプランジャ８の移動時間を既存の装置と同等とし、上側部位７ｂにおいては粘性抵抗を小さくすることで、更に最終位置（上端付近）での移動速度を速くすることで、上述と同様にアマチュア５を速やかに作動させ、遮断タイミングのばらつきを吸収抑制するのである。

尚上下２分割して下側部位の材質をコイル２の磁束が通りにくい材質を用い、上側部位をコイル２の磁束が通り易い材質を用いることで、プランジャ８の移動速度を初期位置では遅く、最終位置では速くするようにしても良い。

尚図１０ではコイル２を省略している。また回路遮断器との関係や、オイルダッシュポット１以外の構成は図１１（ａ）（ｂ）を参照することとする。

参考例１に用いるオイルダッシュポットを示し、（ａ）は側断面図、（ｂ），（ｃ）は同上の要部の説明図である。 同上の別のオイルダッシュポットの例の拡大せる平断面図である。 （ａ）は同上の他のオイルダッシュポットの例に用いるシリンダの側断面図、（ｂ）は（ａ）のシリンダの一部省略せる要部の拡大側断面図、（ｃ）は同上のその他のオイルダッシュポットの例に用いるシリンダの一部省略せる拡大側断面図である。、 （ａ）は同上の更に他のオイルダッシュポットの例に用いるシリンダ内に挿着する筒体の一部省略せる拡大斜視図、（ｂ）はシリンダの側断面図である。 （ａ）は参考例２に用いるオイルダッシュポットの一例の側断面図、（ｂ）は同上に用いるオイルダッシュポットの別例の側断面図である。 参考例３の一部破断せる側面図である。 参考例４に用いるコイルを巻き装した状態のオイルダッシュポットの側断面図である。 参考例５に用いるコイルを巻き装した状態のオイルダッシュポットの側断面図である。 参考例６に用いるコイルを巻き装した状態のオイルダッシュポットの側断面図である。 実施形態１に用いるオイルダッシュポットの側断面図である。 （ａ）は電磁引き外し装置を用いた回路遮断器の一例の側断面図、（ｂ）は同上の回路遮断器に用いる電磁引き外し装置の拡大斜視図である。 従来例のオイルダッシュポットの側断面図である。

１ オイルダッシュポット
４ ポールヘッド
７ シリンダ
８ プランジャ
９ 復帰用ばね
１０ 制動油
２０ 螺進用溝
２１ 突起体

Claims (1)

1. 制動油を封入せるシリンダ内に軸方向に移動自在にプランジャを収納するとともに、前記プランジャを前記シリンダの一端方向に付勢する復帰用ばねとを収納したオイルダッシュポットと、前記シリンダ外周に巻き装されたコイルと、前記オイルダッシュポットに接合若しくは近接配置されたヨークと、該ヨークに可動自在に係止され、前記シリンダの他端側を封止せる前記オイルダッシュポットのポールヘッドに対向するアマチュアとを備え、前記コイルに流れる負荷電流の大きさに応じたコイルの励磁による磁気吸引力で前記プランジャをシリンダの他端側へ移動させる回路遮断器の電磁引き外し装置において、前記プランジャの移動時間を変化させる移動時間変化装置を付加して成り、前記移動時間変化装置を、長手方向において２分割して一端側の内径に対して他端側の内径を大きくした前記シリンダにより構成したことを特徴とする回路遮断器の電磁引き外し装置。

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