JP5276523B2 - Circuit breaker - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回路遮断器、特にその瞬時引き外し用電磁石装置に関するものである。 The present invention relates to a circuit breaker, and more particularly to an electromagnet device for instantaneous tripping.
例えば特許文献1に開示されている回路遮断器に用いられている瞬時引き外し用電磁石装置(以下、単に、電磁石装置と称する)では、複数種類の電磁コイルを有する電磁石装置を小形化でき、かつ、自動巻線機を用いた製作が可能となるように、巻芯の形状やコイルの巻き方などを工夫している。
For example, in an instantaneous tripping electromagnet device (hereinafter simply referred to as an electromagnet device) used in a circuit breaker disclosed in
一般に、回路遮断器に用いられる電磁石装置では、それを設置する空間容量と、導電体の断面積から、コイル巻数が限られてくる。定格電流が大きな仕様においては、太い導電体を必要とし、これに瞬時引き外し電流値が小さな仕様を合わせたい時、設置する空間容量が限られているため、コイル巻数を増やしたくても、増やすことができなかった。 In general, in an electromagnet device used for a circuit breaker, the number of coil turns is limited by the space capacity in which it is installed and the cross-sectional area of the conductor. For specifications with a large rated current, a thick conductor is required, and when you want to match this with a specification with a small tripping current value, the space capacity to install is limited, so even if you want to increase the number of coil turns, increase it I couldn't.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、元々電磁石装置に用いられる部品の形状を変更することにより、限られた既存スペース範囲内で、定格電流値を増し、小さな瞬時引き外し電流値で従来と同等の引き外し力を発生させ得る電磁石装置を備えた小型で高性能の回路遮断器を提供する。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and by changing the shape of the parts originally used in the electromagnet device, the rated current value is increased and reduced within a limited existing space range. Provided is a small and high-performance circuit breaker provided with an electromagnet device capable of generating a tripping force equivalent to a conventional one with an instantaneous tripping current value.
開閉機構部、瞬時引き外し用電磁石装置を有する引き外し装置、及び開閉接点部を備えた回路遮断器において、瞬時引き外し用電磁石装置は、コイルと、このコイル内に設けられた絶縁パイプと、この絶縁パイプ内の一端に設けられた固定鉄心と、絶縁パイプ内に挿入され、コイルが発生する磁束により絶縁パイプ内を移動して引き外し装置を動作させる可動鉄心と、この可動鉄心と固定鉄心の間に設けられ、可動鉄心を付勢するばねと、一端が固定鉄心の外側端部に、他端が可動鉄心側に設けられたヨークと、可動子の接点と接離する固定子接点を有するとともに、コイルの一端に接合され、かつ、固定鉄心を締結し、ヨークに固定された導体板からなる固定子とを備え、固定子は、固定子接点からコイルとの接合部の間に、コイルに流れる電流と同方向に電流を環流させる電路を形成している。 In a circuit breaker having an opening / closing mechanism, an instantaneous tripping electromagnet device, and a switching contact portion, an instantaneous tripping electromagnet device includes a coil, an insulating pipe provided in the coil, A fixed iron core provided at one end of the insulated pipe, a movable iron core that is inserted into the insulated pipe and moves inside the insulated pipe by the magnetic flux generated by the coil to operate the tripping device, and the movable iron core and the fixed iron core A spring for energizing the movable iron core, one end at the outer end of the fixed iron core, the other end at the movable iron core side, and a stator contact that contacts and separates the mover contact And a stator that is joined to one end of the coil and fastened with a fixed iron core and made of a conductor plate fixed to the yoke, and the stator is between the stator contact and the joint between the coil, Flow into coil The current to the current in the same direction to form an electrical path to reflux.
従来の電磁石装置の設置空間において、固定子内で電流を環流させることにより発生する磁束が、コイルで発生する磁束に加算されるようにしているので、可動鉄心へ働く電磁力を増加させることができる。この効果によって、従来より低い瞬時引き外し電流値に設定するなど、実仕様範囲を広げることが可能となる。あるいは、電磁力に余裕ができるので、コイル巻数を少なくすることが可能となり、これによって、電磁石装置そのものを小型化した回路遮断器が得られる。 In installation space of conventional electromagnetic device, the current in the stator magnetic flux generated by the ring flow, since to be added to the magnetic flux generated by the coil, to increase the electromagnetic force acting to the movable iron core it can. This effect makes it possible to widen the actual specification range, for example, by setting an instantaneous tripping current value lower than that in the prior art. Alternatively, since the electromagnetic force can be afforded, it is possible to reduce the number of coil turns, thereby obtaining a circuit breaker in which the electromagnet device itself is miniaturized.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る回路遮断器について説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。図1はこの発明の実施の形態1に係る三相用回路遮断器(以下、単に、回路遮断器と称する)の外観を示す斜視図、図2は、そのカバーを外した状態での開閉機構部と引きはずし装置とベース筐体を示す斜視図である。
A circuit breaker according to
図1及び図2において、回路遮断器100は、開閉機構部200と、引き外し装置300と、開閉接点部(図示せず)と、消弧装置(図示せず)とを備えている。消弧装置は、絶縁材料で形成された基板101と中間基板102とからなる基板筐体40に収納され、開閉機構部200と、引きはずし装置300と、開閉接点部は、中間基板102に固定されて保持されている。絶縁材料で形成されたカバー111は、基板筐体40に着脱自在に装着されている。
1 and 2, the
図3は、回路遮断器100のオン(ON)状態における開閉機構部200と引きはずし装置300を示す斜視図、図4は、回路遮断器100のトリップ(trip)状態における開閉機構部200と引きはずし装置300を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing the
図3及び図4において、回路遮断器100が接続された三相電気回路である負荷回路に、所定値以上の負荷電流、つまり過負荷電流が所定時間以上流れた場合には、引き外し装置300における限時引き外し手段を構成するバイメタル50が図の右方へ所定量だけ湾曲変形して、開閉機構部200のトリップバー60を動作させ、トリップバー60が当接している掛け金70を回動させることによって開閉機構部200をトリップさせて、負荷回路のR、S、T三相導体(図示せず)に夫々接続される開閉接点部の3個の固定子接点6に接触していた3個の可動子接点9を開離させる。
3 and 4, when a load current of a predetermined value or more, that is, an overload current flows for a predetermined time or more in a load circuit that is a three-phase electric circuit to which the
また、短絡電流が流れた場合には、引きはずし装置300における瞬時引き外し手段を構成する電磁石装置の電磁コイル4に大きな磁力が発生して、コイル4内を移動する可動鉄心2が図の右方へ吸引され、可動鉄心2が掛け金70を回動させることによって開閉機構部200をトリップさせて、開閉接点部の固定子接点6と可動子接点9とを開離させる。
When a short-circuit current flows, a large magnetic force is generated in the
次に、この発明の要部である電磁石装置の詳細について図5〜図11により説明する。図5は本発明の実施の形態1に係る回路遮断器に採用される電磁石装置を分解して示す分解側面図である。この電磁石装置は、絶縁パイプ1、可動鉄心2、ばね3、コイル4、固定子5、固定子接点6、ヨーク7、固定鉄心8の各部品から構成されている。
Next, details of the electromagnet device which is the main part of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is an exploded side view showing an exploded view of the electromagnet device employed in the circuit breaker according to
コイル4は、断面角型の導体を巻回したものからなる。コイル4の一端と接続される、本発明の特徴部分をなす固定子5は、図6に示すように、一部に切断部5cを有する環状部5a(以下、単に、環状部5aという)と直線部5bとを接続したほぼ疑問符(クエスチョンマーク)形状の平面を有する導体板で構成されている。但し、上記疑問符形状というのは、電流の流れる電路が疑問符形状をなしていることを意味するもので、環状部5は、切断部5cが絶縁物等で充填されていて、切断部5cを有しない完全な環状をなすものでもよい。固定子5の直線部5bには固定子接点6が設けられている。なお、符号11は、固定子5の固定子接点6から環状部5aに沿って環流する電流の電路である。
The
図7は固定子5とコイル4との接続状態を示す図で、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は斜視図である。図7に示すように、固定子5は、切断部5cと隣接する端部がコイル4の一端に溶接により電気的及び機械的に強固に接合される。この接合部14は、固定子接点6とは反対の方向を向く面に配置されていて、組み立てが容易に行われる。また、環状部5aはコイル4と同軸上で、且つ、コイル4と同じ方向に電流が流れるように電路11が形成される。
7A and 7B are diagrams showing a connection state between the
図8はコイル4、固定鉄心8等をヨーク7と組み合わせる状態を示す図であり、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は斜視図である。固定鉄心等を支持するヨーク7は、側面から見てほぼコ字型をなす磁性体からなり、その一端には開口が設けられ、この開口の中心がコイル4の軸心と一致するように配置される。ヨーク7の前記開口部分に固定子5の環状部5aを重ね合わせ、環状部5aの内部空間に固定鉄心8の一端をカシメ付けることにより、固定鉄心8と固定子5とヨーク7とが強固に固定される。固定鉄心8はヨーク7の一端からコイル4の内部に向かって突出する。
FIG. 8 is a view showing a state where the
図9は絶縁パイプ1、可動鉄心2等をコイル4、ヨーク7等と組み合わせる状態を示す図であり、(a)は側面図、(b)は斜視図である。絶縁パイプ1は、一端が開放端1aとなっており、他端が開放端1aより小径の開口となっている。絶縁パイプ1内には、パイプ軸に沿って移動可能な可動鉄心2と、これを付勢するばね3が挿入されていて(図9には、ばね3の図示を省略している)、可動鉄心2の一端は、絶縁パイプ1の小径の開口から突出しているが、可動鉄心2は、絶縁パイプ1から抜け落ちないように上記小径部で規制されている。
FIG. 9 is a view showing a state in which the insulating
組み立て時、絶縁パイプ1はコイル4の中に挿入される。ヨーク7の他端には絶縁パイプ1の挿通部が形成されていて、絶縁パイプ1は、内部に可動鉄心2とばね3とを有する状態で、開放端1a側が固定鉄心8に対向するように図9の矢印方向にコイル4内に挿入される。挿入後、絶縁パイプ1は、固定鉄心8に開放端1aが嵌合することにより径方向
に位置決めされる。絶縁パイプ1の他端は、絶縁パイプ1に設けられた鍔部1bをヨーク7に引っ掛けて固定される。このように各部品1〜8が組み付けられて、図10に示す電磁石装置が完成する。なお、図10で、(a)は側面図、(b)は斜視図である。
During assembly, the insulating
図11は電磁石装置の固定子5と、開閉機構部200の可動子16との位置関係を示すものである。可動子16は可動子接点9が固定子接点6に接離するように回動軸16aを中心として回動するように設けられている。なお、符号17は可動子16に流れる電流の電路である。
FIG. 11 shows the positional relationship between the
以上のように構成された回路遮断器の電磁石装置において、コイル4と固定子5は接合部14によって電気的に接続されているため、可動子接点9と固定子接点6が閉合しているとき、可動子16からの電流は可動子16の電路17に沿って流れ、可動子接点9から固定子接点6を経て、固定子5の電路11に沿って、環状部5aを通り、接合部14を通してコイル4に流れる。このとき、コイル4の軸線に沿って生じる磁束は、固定子5の環状部5aを環流する電流による1ターンの磁束と、コイル4に流れる電流による磁束が合わさった磁束となる。
In the circuit breaker electromagnet apparatus configured as described above, the
この合わさった2つ分の磁束が、絶縁パイプ1内の可動鉄心2を通過し、これを電磁吸引する。可動鉄心2は、ばね3により付勢されて絶縁パイプ1より少し出た場所が待機位置となっており、この位置においては、固定子5とコイル4で生じる磁束の内、一部しか可動鉄心2を通過しない。可動鉄心2の電磁吸引が始まると、コイル4内へ引き込まれる可動鉄心2に働く電磁力は、可動鉄心2がコイル中心方向に変位するに従って貫通する磁力線が増大するため、その吸引力が変位量と共に増してゆく。このように変位量に伴う電磁力の増大によって、一旦吸引動作が開始される、ばね3の付勢力に抗して完了位置まで一気に移動する。移動した可動鉄心2が、回路遮断器の引き外し操作を担うトリップバー60の掛け金70を回動させて、引き外しが行なわれる。
The two combined magnetic fluxes pass through the
本実施の形態によれば、元々備わっていた固定子の形状を変えることによって、固定子5を、磁束を発生させるための環流電流の電路として利用しているため、電磁石装置のコイル巻き数を増すことなく、より強力な電磁力を得ることができる。逆に、同じ電磁力を得るには、コイル巻数を減らして、電磁石装置を小型にできる。なお、上述したように、固定子5は、その電路が1ターンのコイルとして作用すればよいのであるから、切断部5cを絶縁物等で充填した形にしてもよく、この場合は固定子5の機械的強度が増す。
According to this embodiment, by changing the shape of the stator was originally equipped, a
実施の形態2.
図12(a)〜(d)は本発明の実施の形態2に係る回路遮断器の電磁石装置の固定子500を示しており、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は平面図、(d)は斜視図である。
12 (a) to 12 (d) show a
実施の形態2は、可動子と固定子が図11に示すように対向して配置されていて、可動子から固定子に大電流が流れ込んだとき、可動子に流れる電流と固定子に流れる電流による可動子と固定子の反発力を利用して可動子接点9と固定子接点6との開離力を高めようとするものである。
In the second embodiment, the mover and the stator are arranged to face each other as shown in FIG. 11, and when a large current flows from the mover to the stator, the current that flows to the mover and the current that flows to the stator By using the repulsive force between the mover and the stator, the opening force between the
図13〜15はその動作原理を説明する図である。可動子16の電路17に沿って流れる電流のベクトルA(図13の下向き矢印)と、固定子5を流れる電流のベクトル逆成分B(図14の上向き矢印)を含む部位とは、電流方向が逆向きであるから反発力が働くので可動子16と固定子5の間隔が小さくなるようする。一方、可動子16に流れる電流のベクトルAと、固定子5に流れる電流のベクトル同成分C(図15の下向き矢印)を含む部位は、電流方向が同方向であるから吸引力が働くので可動子16と固定子5の間隔が大
きくなるようにする。具体的には図12に示す固定子構造とする。
13 to 15 are diagrams for explaining the operation principle. The current direction of the vector A of the current flowing along the
図12に示すように、固定子500は、直線部500bの中心線上において、環状部500aに段差Sが生じるように屈曲させている。図12(b)のR1、R2は固定子500の面と可動子16との間隔を示すもので、電流ベクトル逆成分Bを含む部位は間隔R1に、電流ベクトル同成分Cを含む部位は間隔R2とし、R1<R2となるように、固定子環状部500aの中央で段差Sが設けられる。その他の構成は実施の形態1と同じである。
As shown in FIG. 12, the
実施の形態2では、可動子に流れる電流と固定子内で環流する電流ベクトル成分が、逆向きになる対向部は近くなるように、可動子に流れる電流と固定子内で環流する電流ベクトル成分が、同じ向きになる対向部は遠くなるように、固定子形状を変えているので、可動子と固定子の間に誘起される電流値に二乗比例し距離に反比例する電磁反発力が可動子の引き外し操作力を強くする効果が生じ、これが実施の形態1の効果に加わる。 In the second embodiment, the current flowing through the mover and the current vector component flowing back in the stator are arranged so that the opposing portion in which the current flowing in the mover and the current vector component circulating in the stator are opposite is close to each other. However, because the stator shape is changed so that the facing parts facing in the same direction are far away, the electromagnetic repulsion force proportional to the square of the current value induced between the mover and the stator and inversely proportional to the distance is obtained. The effect of strengthening the tripping operation force is generated, and this is added to the effect of the first embodiment.
1 絶縁パイプ、
1a 開放端、
1b 鍔部、
2 可動鉄心、
3 ばね、
4 コイル、
5 固定子、
5a 環状部、
5b 直線部、
5c 切断部、
6 固定子接点、
7 ヨーク、
8 固定鉄心、
9 可動子接点、
11 固定子内の電路、
14 接合部、
16 可動子、
16a 回動軸、
17 可動子内の電路、
40 基板筺体、
50 バイメタル、
60 トリップバー、
70 掛け金、
100 回路遮断器、
101 基板、
102 中間基板、
111 カバー、
200 開閉機構部、
300 引き外し装置、
500 固定子、
500a 環状部、
500b 直線部、
500c 切断部、
A 可動子電路における電流ベクトル(矢指部)、
B 固定子電路における電流ベクトル逆成分(矢指部)、
C 固定子電路における電流ベクトル同成分(矢指部)。
1 Insulated pipe,
1a open end,
1b buttock,
2 movable iron core,
3 Spring,
4 coils,
5 Stator,
5a annulus,
5b straight section,
5c cutting part,
6 Stator contact,
7 York,
8 Fixed iron core,
9 Mover contact,
11 Electric circuit in the stator,
14 joints,
16 Mover,
16a rotating shaft,
17 Electric circuit in the mover,
40 Substrate housing,
50 bimetal,
60 trip bar,
70 latches,
100 circuit breaker,
101 substrate,
102 intermediate substrate,
111 cover,
200 opening and closing mechanism,
300 tripping device,
500 stators,
500a annulus,
500b straight section,
500c cutting part,
A Current vector (arrow finger part) in the mover circuit,
B Inverse current vector component in the stator circuit (arrows),
C Same component of the current vector in the stator circuit (arrowhead).
Claims (6)
定子の部位と、前記可動子に流れる電流ベクトル成分と同じ向きのベクトル成分の電流が流れる前記固定子の部位との間に段差を付けたことを特徴とする請求項5に記載の回路遮断器。 A portion of the stator through which a current of a vector component in a direction opposite to a vector component of the current flowing through the mover flows, and a portion of the stator through which a current of a vector component of the same direction as the current vector component flowing through the mover flows. 6. The circuit breaker according to claim 5, wherein a step is provided between the two.
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