JP4311879B2 - 電子式過負荷継電器のための接点機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は電気継電器に関し、さらに詳細には過負荷継電器の引外し機構に関する。
【０００２】
【発明の背景】
過負荷継電器は、過大な電流により生じる加熱状態が電気機器に損傷を与えないように保護するため産業設備に常用される電気スイッチである。典型的な場合、電気機器は三相モータであり、これは接触器と普通呼ばれる別のリレーを介して電源に接続される。典型的な接触器は、三相電源に接続された各回路を開閉する３つの電力流路を有する高電力継電器である。接点の開閉に要する運動はコイルに電流を流すことにより磁気的に与えられるが、このコイルは通常、遠隔場所の別のスイッチにより制御される電流により付勢される。
【０００３】
従来の方式では、過負荷継電器は接触器コイルの制御スイッチに直列に接続される。過負荷継電器は、過負荷状態を感知すると、接触器コイルへの給電を停止することにより接触器を開放し、この接触器により制御される電気機器を電源から切り離して電気機器が損傷を受けるのを防止する。
【０００４】
従来、過負荷継電器は、スイッチを制御するバイメタル素子と熱伝達関係にある抵抗性ヒーターを各相に用いていた。例えば、抵抗性ヒーターからバイメタル素子へ十分な熱が伝達されて過負荷状態が感知されると、バイメタル素子が連携のスイッチを開いて接触器コイルを脱勢し、連携の電気機器を電源から切り離す。
【０００５】
McClellanへ１９７５年１２月２３日付けで付与された米国特許第３，９２８，８３３号は、バイメタルの条片を加熱するために抵抗性ヒーターを用いる熱動式過負荷継電器の一例を開示している。この特許の継電器は、リセット手段がいかなる位置をとるかに無関係に自動的にリセットできないような構成である。再閉路バネが、リセット手段が作動されると蓄勢手段に対して蓄勢され、その後解放されて、接点レバーを第１の開位置から第２の閉位置へ移動するように構成されている。
より最近の傾向として、抵抗性ヒーター・バイメタル素子型継電器が電子式過負荷継電器により取って代わられている。例えば、全体を本明細書の一部として引用する１９９３年１月１２日付け米国特許第５，１７９，４９５号（発明者：Zuzuly）を参照されたい。かかる回路の出力は通常比較的低電力であるため、出力が接触器コイルの電流を制御するためにはソリッドステートスイッチが必要である。このソリッドステートスイッチは比較的低電力の接点機構への電流を制御し、この接点機構が接触器への電流を制御するだけでなく指示器を作動させる。通常、この指示器は発光式指示器であり、過負荷により電力が切り離されると発光する指示器である。かかる接点機構の一例は、本願の出願人に譲渡され、１９９７年４月１１日に出願され、現在係属中の米国特許出願第０８／８３８，９０４号（弁護士事件番号第９７Ｐ７４６０ＵＳ号）に記載されており、この出願全体を本願の一部として引用する。
【０００６】
過負荷継電器は通常、一旦引外されると、開放位置を維持して接触器への電流を遮断する。その結果、この装置により制御される電気機器の動作を回復させるには、過負荷継電器のリセットが必要であり、これは手動操作により行うのが一般的である。通常は、電気機器のオペレータが押しボタンを押してシステムをリセットし、過負荷継電器の接点を閉じて接触器コイルへ電流が再び流れるようにすると、接触器がその接点を閉じて電気機器へ電流が流れるようになる。
【０００７】
同時に、適用される規格によると、過負荷継電器の押しボタン及びその関連機械的部品は、リセットするために押しボタンを押した状態または押し続けている状態時でも、過負荷状態が発生すると過負荷継電器の接点が開くような構成でなければならない。同じ規格によると、例えば、リセット用押しボタンをリセット位置で動かないようにするなどして過負荷継電器を手動で無効にすることができないような構成でなければならない。その目的は、過負荷継電器のリセット時に過負荷状態が発生するかまたはこの状態が継続している場合、または過負荷継電器のリセット用押しボタンが意図的またはその他の理由によりリセット位置で動かなくなった場合に、電気機器に対する損傷を防止するためである。換言すれば、この規格の目的は、押しボタンをリセット位置に保持するかまたは動かないようにして過負荷継電器を無効にすることができないような構成にすることを要求している。かかる特徴を有する過負荷継電器は、「引外し自由」過負荷継電器として知られている。
【０００８】
現在係属中の本出願人の上記出願に記載された過負荷継電器機構は、過負荷状態が発生すると指示器を作動できるという特徴を備えており、これは引外し自由過負荷継電器である。この過負荷継電器はその意図した目的を非常によく果たすものであるが、押しボタンがリセット位置にある時さらに引外しが生じて接触器コイルが付勢されこのシステムにより制御される電気機器が停止されるような場合には、リセットまたは引外しを指示する機構の一部である接点操作手段が、指示器回路用の接点が完全に閉じる前に押しボタンまたはその関連の構造物に当接して過負荷継電器の状態を誤表示することがある。
【０００９】
本発明は、上記問題の１または２以上を解消するためのものである。
【００１０】
【発明の概要】
本発明の目的は、過負荷継電器の新規で改良型の引外し機構を提供することにある。さらに詳細には、本発明の目的は、引外し自由過負荷継電器または電気スイッチに用いる他の電気的機構の状態を常に正確に指示するかかる機構を提供することにある。
【００１１】
本発明の実施例は、可動レバー組立体が２つの切換え位置の間で移動可能な電気スイッチ装置に用いる機構であり、上記目的を達成する。電気接点はレバー組立体により作動され、操作手段はレバー組立体を１つの切換え位置へリセットするためにレバー組立体に隣接する径路を移動可能に取付けられている。この操作手段は第１の位置から第２の位置へ、その後第３の位置へ移動可能である。この機構は、第１、第２及び第３の位置の間で操作手段と共に移動可能であり、操作手段が第２の位置にある時に限りレバー組立体を１つの切換え位置へ移動させるためにレバー組立体と係合可能であり、第１及び第３の位置でレバー組立体から外れるとレバー組立体が他の切換え位置へ完全に移動できるようにする突出部を有する。
【００１２】
この突出部は、好ましくは操作手段上のフィンガであり、さらに好ましくはバネフィンガである。
【００１３】
本発明の非常に好ましい実施例では、この機構は過負荷継電器の引外し機構として使用され、ハウジング内には２つの接点開閉位置間で移動可能なようにアーマチャが取付けられている。ハウジング内には固定接点が設けられ、アーマチャにより係合可能な可動接点がこれらの固定接点の方へまたは固定接点から離れる方向に移動可能である。可動レバーがアーマチャに連携し、アーマチャを一方の接点開閉位置から他方の開閉位置へシフトするように作動可能である。可動レバーの操作手段は、該レバーの方へまたはレバーから離れる方向に移動可能である。操作手段はレバーと係合可能なバネフィンガを支持し、このバネフィンガはレバーに作用してアーマチャを一方の接点開閉位置からもう一方の接点開閉位置へシフトさせる。バネフィンガは、レバーから外れた第１の位置からレバーと係合する第２の位置へ、その後レバーから外れた第３の位置へ至る径路を操作手段と共に移動可能である。ハウジングはバネフィンガの移動径路に隣接する蓄勢表面を支持し、この蓄勢表面はバネフィンガが第１の位置から第２の位置の方へ移動するとこのバネフィンガと係合して、バネが第２の位置に到達するとアーマチャをシフトするに十分なエネルギーを蓄えるようにバネフィンガに十分な荷重を与える。このバネは、第３の位置にある時は、レバーのシフトを妨げない関係にあるため、レバーはアーマチャを一方の接点開閉位置に戻すことができる。
【００１４】
従って、本発明によると、過負荷継電器の引外し機構であって、ハウジングと、ハウジング内に固定された第１の接点と、それぞれの第１の接点の方へまたはそれらの接点から離れる方向へ移動可能な第２の接点と、第２の接点をそれぞれの第１の接点の方へまたはそれらの接点から離れる方向へ移動させる可動レバーと、可動レバーの方へまたはそれから離れる方向に移動可能な可動レバーのための操作手段と、操作手段に支持されて可動レバーにより係合可能であり、可動レバーと係合しない第１のバネ位置から可動レバーと係合する第２のバネ位置を通って可動レバーと係合しない第３のバネ位置へ至る径路で操作手段と共に移動可能なバネフィンガと、前記径路に隣接してハウジングに固定され、バネフィンガが第１のバネ位置から第２のバネ位置の方へ移動するとバネフィンガにより係合され、バネフィンガが第２のバネ位置に到達すると可動レバー及び第２の接点を移動させるに十分なエネルギーを蓄えた状態となるようにバネフィンガに十分な荷重を与え、第３のバネ位置に移動すると、可動レバーの移動を妨げない関係になる蓄勢表面とより成り、引外し機構はさらに、ハウジング内に取付けられ、第１及び第２の端部がそれぞれの第２の接点を支持する細長いアーマチャを有し、可動レバーはアーマチャと連携して、該アーマチャから操作手段へほぼ向かう方向に延びることを特徴とする過負荷継電器の引外し機構が提供される。
好ましくは、アーマチャは、第１の切換え位置と第２の切換え位置との間で可動レバーと共に移動する。
本発明のさらに好ましい実施例では、アーマチャは、第１と第２の切換え位置の間で移動可能なようにハウジング内に枢着されている。
第１の接点は第１の接点セット及び第２の接点セットより成り、第２の接点は対応する接点セットより成る。
好ましくは、第１の接点セットは第１の切換え位置において対応する接点セットと係合し、第２の接点セットは第２の切換え位置において対応する別の接点セットと係合する。
アーマチャは、過負荷状態の下で第２の切換え位置から第１の切換え位置へ移動するように磁気的に作動されるのが好ましい。
可動レバーは、バネフィンガが係合する当接表面を有する。
バネフィンガは、操作手段に取付けられたねじりバネコイルの端部である。
好ましくは、操作手段は手で操作可能なリセット用操作手段であり、さらに好ましくは押しボタンである。
【００１５】
好ましい実施例のバネフィンガは、操作手段に取付けたねじりバネのコイルの端部である。
【００１７】
本発明のさらに別の目的及び利点は以下の説明から明らかであり、一部はその説明から自明であるか、または本発明を実施すると分かるであろう。本発明のこれらの目的及び利点は、頭書の特許請求の範囲において特定した種々の構成要素及びそれらの組み合わせから実現可能である。
【００１８】
【好ましい実施例の説明】
図１を参照して、引外し位置で示す本発明の引外し自由過負荷継電器は、総括的に１０で示すハウジングを有する。ハウジングには、総括的に１２で示す第１の組の常開固定接点と、総括的に１４で示す１組の常閉固定接点が取付けられている。このハウジングは、総括的に１８で示す細長い、双安定のアーマチャが枢着された軸ピン１６を有する。アーマチャ１８は、総括的に２０で示す第１の組の可動接点と、総括的に２２で示す第２の組の可動接点を支持しており、これらの可動接点はそれぞれ固定接点１２、１４の方へ、またそれらから離れる方向に移動可能である。
【００１９】
総括的に２４で示すラッチレバーは、アーマチャ１８と共に移動可能なように連結されて軸ピン１６を中心としてアーマチャ１８の２つの安定位置間を揺動する。
【００２０】
ハウジングには、リセット用操作手段を構成する総括的に２６で示す手動操作手段が取付けられており、この操作手段は押しボタン２８と、ボタンから垂下するシャンク部３０とより成る。この操作手段は、ハウジング１０内においてラッチレバー２４の方へまたはそれから遠ざかる方向に往復運動可能なように取付けられている。総括的に３２で示す手動停止操作手段もまたハウジング１０内に往復運動自在に取付けられており、本出願人の上記係属中の出願に記載された状態下で常閉接点１４、２２を開くように作動可能である。
【００２１】
固定接点１２を参照して、これらは２つの電気的及び物理的に離隔した接点３８、４０より成る。接点３８、４０は、アーマチャ１８により支持される細長い接点バー４２により橋絡されるようになっている。接点バー４２はアーマチャ１８と同じ方向において細長く延びており、その中間点がポスト４４に緩く取付けられている。このポスト４４は、アーマチャ１８の延びる方向に対してほぼ横断方向に軸ピン１６の一方の側を該アーマチャから延びている。ポスト４４は、その上方端部近くに、接点バー４２の支点として働く横方向部材を有する。アーマチャ１８により支持されるバネ４８は、接点バー４２を支点４６に対して偏倚する。
【００２２】
常閉接点１４、２２は、細長い接点バー５０及び物理的及び電気的に離隔した固定接点５２、５４を含む本質的に同じ部品より成る。接点バー５０はアーマチャ５８上のポスト５６により支持され、接点バー５０の支点として働くポスト上の横方向部材６０に対してバネ５８により偏倚されている。横方向部材４６、６０はそれぞれ、接点バー４２、５０とそれらのほぼ中間点で係合する。
【００２３】
アーマチャ１８については、これは第１の磁極片６２と、これと平行離隔関係にある第２の磁極片６４とより成る。磁極片６２、６４は、軸ピン１６だけでなく２つの永久磁石６６も挟持している。永久磁石６６は一体的構造のものでもよいが、便宜的に且つ軸ピン１６を収容するために２つの別個の磁石として示す。
【００２４】
ハウジング１０には、脚部７２、７４を有する浅いＵ字形の磁気ヨークまたは極片７０が取付けられている。図１に略示するように、コイル７６が極片７０の湾曲部７８の周りに設けられている。巻線７６は単一コイルの場合もあるが、２つの電気的に別個のコイルを一方の上に他方を巻きつけた構成にする場合もある。特定の構成は、その機構内に用いる電気回路の制御モードにより異なる。コイル７６を流れる電流を逆転させて継電器を１つの状態から別の状態へスイッチする場合、ただ１個のコイルが必要であるにすぎない。一方、電流を逆転させずに一方のコイルからもう一方のコイルへスイッチする場合、互いに反対方向に巻き付けた２つのコイルをコイル７６として用いる。
【００２５】
ラッチレバー２４については、これは例えば図１と図４に示す位置の間を移動可能である。ラッチレバーは、その上方端部に当接表面８０を有する。操作手段２６のシャンク部３０は、内部に装着ピン８４を有する空洞８２を備えている。ねじりバネのコイル８６がこの装着ピン８４上に装着されている。ねじりバネはその上方端部８８が空洞８２の垂直壁９０にぴったりと接触し、その反対端部９２が空洞８２の外方で下方に、そして操作手段２６のシャンク部３０の下側表面９５よりも下方の位置へ延びる。
【００２６】
ハウジングはレバー２４のすぐ上に凹部９４を有し、この凹部９４の下側９６はねじりバネ８６の端部９２の下方でその移動径路に位置する。常態では、ねじりバネの端部９２は、図１に示すように、空洞８２の対角線方向の下表面９８と当接する。
【００２７】
操作手段はハウジング１０の開口１００に受容され、上述したように、その内部で垂直方向に移動自在に取付けられている。
【００２８】
通常の場合、接点１４、２２が閉じると、接触器コイルが付勢され、接触器は被制御電気機器への電流を制御する。接点１２、２２は、例えば指示器回路に常用されて、電気的発光手段等への電流を制御する。部品が図１に示すような構成である場合、接触器への電流が遮断される一方、指示器へ電流が流れて、指示器が引外し状態にあることを指示する。
【００２９】
図２に示す引外し状態から引外し機構をリセットしたい場合、矢印１０２で示すように押しボタン２８を押し下げる。操作手段２６がハウジング１０内で下方に移動すると、ねじりバネ８６の端部９２が凹部９４の表面９６と当接する。この表面９６は蓄勢表面として作用してバネ８６を蓄勢する。
【００３０】
操作手段２６をさらに下方に移動した状態を図３に示すが、この手段がさらにハウジング１０内に移動すると、バネの端部９２が凹部９４から離脱してほとんど垂直の向きとなる。ハウジング１０から外れると、このバネの端部９２はパチンとはねて当接表面８０を押圧する。バネ８６は蓄勢表面９６により予め荷重を受けているため、バネに蓄えられたエネルギーが当接表面８０に印加され、レバー２４が図４の矢印１０４で示すように反時計方向に回転する。このため、アーマチャ１８が図４に示すように双安定位置のうちの他方の位置へ移動し、接点１４、２２を閉じて接触器コイルへ再び電流が流れるようにし、また接点１２、２０を開いて指示器を消灯する。コイルバネ８６の端部９２が図５で示すように当接表面８０から外れると、操作手段２６はその最も低い位置にあるため、図５に示す停止手段（図示せず）に当たる位置に移動する。この位置において、バネ８６はレバー２４及び当接表面８０のシフトの妨げにならない位置にあり、そのためレバー２４は図５の矢印１０６の方向に移動してアーマチャ１８を、接点１４、２２を再び開いて接触器コイルへの電流を遮断すると共に接点１２、２０を再び閉じて指示器を点灯する位置へシフトさせる。即ち、リセット用操作手段２６がリセット位置にあっても、アーマチャ１８は引外し状態に移動して、接触器の動作を停止させ、指示器の作動を開始させる。
【００３１】
図６は、操作手段２６が故障により止まった場合のように、部分的に押し下げられたさらに別の状態を示す。これは、本発明の利点を明らかにするものでもある。この状態では、バネの端部９２は空洞８２の下表面９８に接触する最も下方の位置にあるが、依然としてレバー２４の当接表面８０のシフトを妨げる位置にないため、アーマチャ１８はその引外し位置へ完全に移動可能である。即ち、バネの端部９２は、バネ８６が蓄勢状態にない時、当接表面８０の移動径路外にあり、このためアーマチャ１８はその２つの双安定位置の間を完全に移動できる。その結果、接点１２、２０は完全な閉位置にあって、継電器が引外し状態にあることを正確に指示する。かくして、本発明の構成によると、引外し位置へのアーマチャ１８の完全移動を妨げることにより指示器の作動接点１２、２０の完全閉路を阻止する、レバー２４と操作手段２６との間の干渉が回避される。そのため、誤表示が発生しない。
【００３２】
場合によっては、操作手段２６の空洞８２の下表面９８を、１１０で示すように、操作手段２６の一方の側または他方の側へ角度付けするのが望ましい。このような場合、図１に略示するように、偏倚バネ１１２の作用により操作手段２６が上方に移動すると、バネの端部９２が蓄勢表面９４の端部１１４に当接してその一方の側に撓み、端部１１４を離脱するため、操作手段２６はその最も上方の位置へ完全に戻ることができる。もちろん、バネ１１２により与えられる偏倚力が十分に大きい場合は、対角線方向の表面１１０をなくすことが可能である。その理由は、バネの端部９２が蓄勢表面９６の端部１１４の周りを通過するほど十分に撓むことができるからである。あるいは、対角線方向の表面９８を省略し、例えば、バネ８６の上方端部８８を図１に示す位置で操作手段２６に固着してもよい。さらに別の例として、蓄勢表面９６の下側に、図１の紙面内に入るまたは紙面から出るような斜面を付けて、カム作用によりフィンガ９２を一方の側または他方の側に移動させ、蓄勢表面９６の端部１１４を通過させるようにしてもよい。
【００３３】
以上の説明から、本発明の引外し機構は、バネの端部９２により成るリセット用の突出部が、機構をリセットするためバネが前から蓄勢状態であった場合を除き、レバー２４との係合関係から離脱した状態に必ずなるようにする。一旦リセットが生じると、アーマチャが引外し位置に完全に移動するのを妨げるものはなく、その結果、指示器回路の接点が閉じて機構が引外し状態にあることを高い信頼度で表示できる。
【００３４】
さらに別の利点及び変形例については、当業者であれば容易に想到できるであろう。従って、本発明は、その最も広い局面において、特定の詳細部分、図示説明した代表的な装置例に限定されない。従って、種々の変形例及び設計変更を、頭書の特許請求の範囲及びそれらの均等物により画定される一般的な発明思想の精神または範囲から逸脱することなく想到することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の引外し機構の幾分概略的な断面図であり、その構成要素が引外し位置にあり、リセット用操作手段が常態位置にある状態を示す。
【図２】 図２は、図１と類似するが、リセット用操作手段がリセット位置の方へ移動する時の各部品の位置を示す。
【図３】 図３は、図１及び２と類似するが、リセット操作開始時における各部品の構成を示す。
【図４】 図４は、図１―３に類似するが、リセット完了時における各部品の位置を示す。
【図５】 図５は、図１−４に類似し、リセット用操作手段がリセット位置にあるが、その時に引外しが生じた時の各部品の構成を示す。
【図６】 図６は、図１−５に類似するが、リセット用操作手段が任意の中間位置で引外し状態にある時の部品の構成を示す。
【図７】 図７は、図６の線７−７にほぼ沿う断面図である。

Claims (10)

1. 過負荷継電器の引外し機構であって、
   ハウジング（１０）と、
   ２つの接点開閉位置の間で移動可能なようにハウジング内に取付けたアーマチャ（１８）と、
   ハウジング（１０）内に固定された第１の接点（１２、１４、３８、４０、５２、５４）と、
   それぞれの第１の接点（１２、１４、３８、４０、５２、５４）の方へまたはそれらの接点から離れる方向へ移動可能な第２の接点（２０、２２）と、
   第２の接点（２０、２２）をそれぞれの第１の接点（１２、１４、３８、４０、５２、５４）の方へまたはそれらの接点から離れる方向へ移動させる可動レバー（２４）と、
   可動レバー（２４）の方へまたはそれから離れる方向に移動可能な可動レバー（２４）のための操作手段（２６、２８、３０）と、
   操作手段（２６）に支持されて可動レバー（２４）により係合可能であり、可動レバー（２４）と係合しない第１のバネ位置から可動レバー（２４）と係合する第２のバネ位置を通って可動レバー（２４）と係合しない第３のバネ位置へ至る径路で操作手段（２６）と共に移動可能なバネフィンガ（９２）と、
   前記径路に隣接してハウジング（１０）に固定され、バネフィンガ（９２）が第１のバネ位置から第２のバネ位置の方へ移動するとバネフィンガ（９２）により係合され、バネフィンガ（９２）が第２のバネ位置に到達すると可動レバー（２４）及び第２の接点（２０、２２）を移動させるに十分なエネルギーを蓄えた状態となるようにバネフィンガ（９２）に十分な荷重を与え、第３のバネ位置に移動すると、可動レバー（２４）の移動を妨げない関係になる蓄勢表面（９６）と
   より成り、
   前記可動レバー（２４）が連結されたアーマチャ（１８）が、前記第２の接点（２０）と第２の接点（２２）とがそれぞれ第１の接点（１２）と第１の接点（１４）とに接触できるように、第１の切換え位置と第２の切換え位置との間を軸ピン（１６）を介して揺動可能であり、
   引外し機構はさらに、ハウジング内に取付けられ、第１及び第２の端部がそれぞれの第２の接点（２０、２２）を支持する細長いアーマチャ（１８）を有し、可動レバー（２４）はアーマチャ（１８）と連携して、該アーマチャから操作手段（２６、２８、３０）へほぼ向かう方向に延びることを特徴とする過負荷継電器の引外し機構。
2. アーマチャ（１８）は、第１と第２の切換え位置の間で移動可能なようにハウジング（１０）内に枢着されている請求項１の機構。
3. 第１の接点（１２、１４、３８、４０、５２、５４）は第１の接点セット（１２、３８、４０）及び第２の接点セット（１４、５２、５４）より成り、第２の接点（２０、２２）は対応する接点セットより成る請求項２の機構。
4. 第１の接点セット（１２、３８、４０）は第１の切換え位置において対応する接点セット（２０）と係合し、第２の接点セット（１４、５２、５４）は第２の切換え位置において対応する別の接点セット（２２）と係合する請求項３の機構。
5. アーマチャ（１８）は、過負荷状態の下で第２の切換え位置から第１の切換え位置へ移動するように磁気的に作動される請求項１乃至４の１つの機構。
6. 可動レバー（２４）は、バネフィンガ（９２）が係合する当接表面（８０）を有する請求項１乃至５の１つの機構。
7. バネフィンガ（９２）は、操作手段（２６）に取付けられたねじりバネコイル（８６）の端部である請求項１乃至６の１つの機構。
8. 操作手段（２６）は手で操作可能なリセット操作手段である請求項１乃至７の１つの請求項の機構。
9. リセット操作手段は押しボタンである請求項８の機構。
10. 請求項１乃至９の１つの引外し機構を有する電気スイッチ装置。

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