JP5341360B2

JP5341360B2 - 回路遮断器

Info

Publication number: JP5341360B2
Application number: JP2008031234A
Authority: JP
Inventors: 和彦加藤
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2028-02-13
Also published as: JP2009193736A

Description

この発明は、定格電流を超えた電流が流れたときにその過電流の大きさに応じた態様で回路を遮断する回路遮断器に関する。

従来、回路遮断器は、固定接点台及び可動接点台を含む主接点部と、主接点部の両接点台の開閉操作を行う開閉機構と、主接点部に定格電流を超える過電流が流れたときに可動接点台を固定接点から切り離す回路遮断動作を行うために引き外し機構を作動させるリレー機構とを備えている。リレー機構は、過電流の大きさが比較的に過大でない場合に作動する機構としてバイメタルを備えており、バイメタルはその過電流に見合った熱を発生するヒ−タを有しておりヒータが発生させた熱に基づくバイメタル動作によって引き外し機構を作動させる。また、リレー機構は、過電流の大きさが比較的過大な短絡電流である場合に作動する機構として電磁石とを備えており、電磁石は、可動コア及び固定コアを有しており短絡電流が流れたことに応答して可動コアを固定コアに引き寄せることで、引き外し機構を瞬時に作動させる。バイメタルと電磁石とは、電流が流れるヒータに対して一体で固定されている構造である（特許文献１参照）。

従来品構造の回路遮断器の構造及び動作について、図３〜図５を参照して説明する。遮断器を手動でＯＮ・ＯＦＦさせる操作は、ケース１と共に外殻を構成するカバー２の開口部２ａから突出した接点開閉用のハンドル３により行うことができる。開閉機構４は、連結ピン１４で回動可能に連結されたレバ−下１５、レバ−上１６等の複数の機構部品を含み、２節リンクを構成しており、ハンドル３の基端部５と連結ピン１４との間に掛渡された駆動ばね３１を備えたトグル機構に構成されている。ハンドル３を負荷側方向（紙面向かって右側）に移動することにより、開閉機構４の２節リンクが働き、開閉機構４の一端に位置する可動フレ−ム７を、回転中心７ａを中心にして回転させる。可動フレ−ム７の時計方向の回転により、３極分の可動接点台１０はその回転中心部１０ａの回りに回動し、可動接点台１０の可動接触子９が固定接点台１２の固定接触子１１から開離し、駆動ばね３１が開方向に付勢することにより、ＯＦＦとなる。このとき発生するア−クは鋼板をある間隔をあけて複数枚配置した消弧装置２５で消滅させる。

遮断器のＯＮについては、ハンドル３を電源側方向（紙面向かって左側）に移動させることにより行われる。ＯＮ時は、開閉機構４の２節リンクがトグル機構に備わる駆動ばね３１の力により可動フレ−ム７ａを中心に反時計方向に回転付勢され、その付勢力によって、可動接触子９が固定接触子１１に当接し、接点接触状態となって通電可能になる。

可動接点台１０と固定接点台１２との間の接点接触時における接点間圧力は、接点ばね３２により発生され、通電の安定性及び接点接触信頼性を維持している。接点ばね３２の先端作用部３３が可動接点台１０の可動接触子９を固定接点台１２の固定接触子１１に向かって付勢している。また、過電流は、リレー機構を構成するバイメタル２１と電磁石とで検出される。即ち、過負荷領域の過電流は、バイメタル２１における温度の変形として検出され、短絡電流領域の過電流は、電磁石において可動コア２２が固定コア２３に引き寄せられる動作として検出される。開閉機構のラッチ１３を備える引き外し機構２４は、その過電流の大きさに応じた引き外し時間で引き外され、２節リンクの働きにより可動接触子９が開極し過電流を遮断する。

図４に示すように、殆どの遮断器においては、配電の相数（三相配電ならば三つ）に相当する極を持っている。三極の遮断器である場合には、バランスを考慮し中央の極に開閉機構４が設けられる。

図５に従来の回路遮断器の要部の構造例を示す。従来の回路遮断器では、バイメタル２１（その基部）、電磁石の固定コア２３及びバイメタルのヒータ４０が、構造の簡素化と製造工程の短縮化とを図るため、同一個所でかしめピン４１によって共締めされて一体的に取り付けられている。

過電流が流れたときにヒ−タ４０が発熱するが、ヒータ４０に流れる電流が定格電流の８〜１２倍までの大きさの過負荷領域、例えば、モ−タ始動電流のような定格電流の６倍程度の電流領域では、バイメタル２１の動作が有効であり、バイメタル２１の動作により、数秒で回路遮断器を引き外し動作させる必要がある。また、回路が短絡したときのように、過負荷領域を超える短絡領域のような大きな過電流（短絡電流）が流れた場合には、当該短絡電流が流れることによって励磁される電磁石において可動コア２２が大きな吸引力で固定コア２３に引き寄せられて、回路遮断器としての即動性を要する引外しが行われる。図２には、両過電流の領域における遮断特性が示されている。回路遮断器には、製品によって動作のバラツキが存在するので、動作特性最大値と動作特性最小値とが描かれており、通常の回路遮断器は、両動作特性の中間の特性を示す。

しかしながら、固定コア２３は熱容量の大きい部材であるので、ヒ−タ４０の発生する熱は固定コア２３に流れて逃げてバイメタル２１に有効に伝わらず、そのためにバイメタル２１が動作遅延を起こし、引外し動作を生じさせる時間を守れないという問題がある。また、ヒ−タ４０が抵抗体であるため、過電流領域でのブレ−カ引外し動作のこのような遅れによって、ヒ−タ４０がその過電流に基づいて発生した熱によって自身が溶融（熱的溶断の発生）し、回路遮断器の故障に至る場合もあり、通電信頼性の面で十分とはいえない。このように、従来の技術では、回路遮断器の通電信頼性は確保できず通電性能の高い回路遮断器を提供することはできない。

固定コアとヒータとバイメタルとを同一箇所で固定し、ヒータと接触する固定コアに熱抵抗手段を設けることで、ヒータから固定コアへの熱の流入を少なくした構成が開示されている（特許文献２参照）。また、電磁鉄片と負荷端子板とを固定ねじで固定し、異なる位置でバイメタルと負荷端子板とを固定した構造が開示されている（特許文献３参照）。
特開平１１−３６４８号公報特開平０１−２１１８２４号公報特開２０００−２９４１１０号公報

このように、従来の回路遮断器の構造では、ヒータに対して同一箇所でバイメタルと電磁石の固定コアとを共締めしているので、ヒータで発生した熱が電磁石の固定コアへ逃げ、バイメタルへ伝達されにくくなっている。そこで、熱の伝達経路に着目して、ヒータが発生した熱をバイメタルへ効率的に伝達させる点で解決すべき課題がある。

この発明の目的は、バイメタルへの熱を伝達する効率を向上させ、通電性能を確保し通電性能が高く、且つ製造コストを低減可能な回路遮断器を提供することである。

前述の課題を解決するために、この発明による回路遮断器は、固定接点台及び可動接点台を含む主接点部と、前記主接点部の前記両接点台の開閉操作を行う開閉機構と、前記主接点部に定格電流を超える過電流が流れたときに引き外し機構を作動させて前記可動接点台を前記固定接点から切り離す回路遮断動作を行うリレー機構とを備えており、前記リレー機構は、前記過電流の大きさに見合った熱を発生するヒ−タを有しており当該ヒータが発生させた熱に基づいて前記引き外し機構を作動させるバイメタルと、可動コア及び固定コアを有しており過大な短絡電流としての前記過電流が流れたことに応答して前記引き外し機構を瞬時に作動させる電磁石とを備えている回路遮断器において、前記バイメタルが前記ヒ−タに対して固定される第２固定箇所と前記固定コアが前記ヒ−タに対して固定される第１固定箇所とは、前記ヒータの前記過電流の流れ方向に沿って異なる位置に設けられるとともに、前記固定コアは前記ヒータが発生させた熱を前記バイメタルに伝える伝熱部以外のところに取り付けられ、前記ヒータには、前記過電流の流れ方向に沿って、水平部と当該水平部から屈曲部を介して起立部とを備えており、前記第１固定箇所は前記水平部に設けられ、前記第２固定箇所は前記起立部に設けられていることを特徴としている。

この回路遮断器によれば、ヒ−タが発生した熱は、第１固定箇所及び第２固定箇所からバイメタルと電磁石の固定コアとにそれぞれ流れるが、バイメタルに本来、流れる熱が電磁石の固定コアに奪われるのが防止されるので、バイメタルへの熱を伝達する効率が向上し、回路遮断器における過電流時の引外し動作の即動性が向上し、通電性能を高くすることができる。

この回路遮断器において、前記第１固定箇所と前記第２固定箇所とは、前記ヒータの前記過電流の流れ方向に沿って異なる位置に設けることができる。また、前記ヒータには、前記過電流の流れ方向に沿って、水平部と当該水平部から屈曲部を介して起立部とを備えており、前記第１固定箇所を前記水平部に設け、前記第２固定箇所を前記起立部に設けることができる。また、前記バイメタルはかしめピンで、前記固定コアは固定ねじで前記ヒータに取り付けることができる。また更に、前記ヒータの溶断特性は、前記バイメタルと前記電磁石とによる回路遮断特性と比較して、考慮され得るどの過電流の大きさに対しても、先に溶断することがなく、安全側を確保することができる。

本発明による回路遮断器によれば、本来、バイメタルへ流れるべき熱を電磁石の固定コアに奪われることがないので、バイメタルへの熱の伝達効率を確保し、回路遮断器過電流時の引外し動作の即動性を向上することができ、その結果、通電性能の高い回路遮断器を安価に提供することができる。

以下、図面を参照して、この発明による回路遮断器の実施例を説明する。回路遮断器の全体構成は、図３及び図４に示す従来の構造と同等のものであって良いので、同じ要素及び部位には図３及び図４において用いた符号と同じ符号を用いることで、再度の詳細な説明を省略する。

図１は本発明による回路遮断器の要部を示す断面図である。過負荷領域のような電流領域で動作しブレ−カを引き外すバイメタル２１においては、その基部が、電流を通電し過電流の大きさに応じた熱を発生するヒ−タ４０に対して、かしめピン４１によって固定されている。かしめピン４１で固定される位置が第２固定箇所である。また、ヒ−タ４０に対して、短絡電流等の過大な電流で回路遮断器を引外し動作させる電磁石の固定コア２３が固定ねじ４２によって取付けられている。固定ねじ４２で固定される位置が第１固定箇所であり、かしめピン４１が配置される第２固定箇所とは異なる位置とされている。

本実施例においては、図５に示した従来例におけるバイメタルのヒータへの固定構造とは異なり、ヒ−タ４０の熱がバイメタル２１に伝わる個所に熱容量の大きい固定コア２３が固定されていない。そのため、ヒ−タ４０の発生熱を有効にバイメタル２１に伝えることができ、それによってバイメタル２１の即動性を確保することができる。

この実施例では、バイメタル２１の基部２１ａが固定される第２固定箇所と、電磁石の固定コア２３が固定される第１固定箇所とは、ヒータ４０において、電流が流れる方向に沿って異なる位置とされている。具体的には、ヒータ４０は、その過電流の流れ方向に沿って、水平部４３と水平部４３から屈曲部４４を介して起立部４５とを備えており、第１固定箇所を水平部４３に設け、第２固定箇所を起立部４５に設けることができる。バイメタル２１は、その基部２１ａが起立部４５に沿って取り付けられるので、バイメタル２１は上方に延び、その先端２１ｂを回路遮断器の上方に配置されているラッチ１３（図３参照）を備えた引き外し機構２４に係止させることができる。図１において、バイメタル２１の作動方向は左方向であり、バイメタル２１に温度に応じて生じた変形によって先端２１ｂはラッチ１３を引き外し作動させ、開閉機構４を開くことができる。

ヒータ４０の水平部４３には、電磁石の固定コア２３が固定ねじ４２によって固定されており、短絡電流のような過大な電流が流れると、固定コア２３が強く励磁されて可動コア２２を引き寄せ、可動コア２２の回転軸２２ａ回りの回動によってラッチ１３を引き外し動作させることができる。

本発明による回路遮断器の構造では、バイメタル２１へ供給されるべき熱が固定コア２３に吸収されることはなくなるので、バイメタル２１の即動性が改良でき、ヒ−タ４０の通電時間が長くなることがない。そのため、ヒータ４０が発熱をし続けることがなくなり、短絡まで考慮され得る過電流のどのような規模に対してもヒータ４０が先に熱的溶断をするような事態を防ぐことができる。したがって、信頼性の高い回路遮断器を供給することができる。

図２に回路遮断器の動作特性曲線を示す。縦軸は回路遮断器が遮断するまでの動作時間、横軸に実際に流れている電流値を示す。横軸は、定格電流を１００％としたときの比率（１００％からその５０倍の５０００％まで）を示している。電流が大きくなれば回路遮断器の引き外し時間も早くなるが、定格電流の８〜１２倍付近を境にして動作時間が急速に早くなる。その境の左側の領域を過負荷領域、右側を短絡領域と呼ぶ。図２は、両領域での引外しが行われる動作を繋ぎ合わせた特性図となっている。抵抗体であるヒ−タ４０の溶断特性は、回路遮断器動作特性曲線より上側に描くことができ、バイメタルと電磁石とによる回路遮断特性と比較して安全側を確保することができる。ヒータ４０が発熱をし続ける時間が長くなると、バイメタルが動作するときの動作特性最大値のグラフが上方にシフトして描かれ、溶断特性に接近するような事態を生じるが、本発明によれば、ヒータ４０が発生させた熱が電磁石の固定コアに逃げることがなく、バイメタルの引外し動作の即動性が向上するので、溶断特性から十分に離れた特性曲線を得ることができる。

以上の説明から明らかなように、バイメタルの伝熱部以外のところに固定コアを取付ける構造により、回路遮断器の過負荷領域でのバイメタルの即動性を向上し、引外し特性の安定化とヒ−タの熱的溶断を防ぐことが可能となり、通電信頼性の高い回路遮断器を供給でき、低圧配電の給電信頼性を構造することできる。

本発明による回路遮断器の実施例における要部の側面図である。本発明による回路遮断器の回路遮断器引外し特性を示すグラフである。従来の回路遮断器の一例を示す構造の側面図図３に示す回路遮断器の上面図である。図３に示す回路遮断器における要部の一例を示す構造側面図である。

符号の説明

１…ケース２…カバー
３…ハンドル４…開閉機構部
７…可動フレ−ム９…可動接点
１０…可動接点台１０ａ…可動接点台の回転中心部
１１…固定接点１２…固定接点台
１３…開閉機構のラッチ
２１…バイメタル２２，２３…電磁石
２５…消弧装置
３１…駆動ばね３２…接点ばね
４０…ヒ−タ４１…かしめピン
４２…固定ねじ４３…水平部
４４…屈曲部４５…起立部

Claims

固定接点台及び可動接点台を含む主接点部と、
前記主接点部の前記両接点台の開閉操作を行う開閉機構と、
前記主接点部に定格電流を超える過電流が流れたときに引き外し機構を作動させて前記可動接点台を前記固定接点から切り離す回路遮断動作を行うリレー機構とを備えており、
前記リレー機構は、前記過電流の大きさに見合った熱を発生するヒ−タを有しており当該ヒータが発生させた熱に基づいて前記引き外し機構を作動させるバイメタルと、可動コア及び固定コアを有しており過大な短絡電流としての前記過電流が流れたことに応答して前記引き外し機構を瞬時に作動させる電磁石とを備えている回路遮断器において、
前記バイメタルが前記ヒ−タに対して固定される第２固定箇所と前記固定コアが前記ヒ−タに対して固定される第１固定箇所とは、前記ヒータの前記過電流の流れ方向に沿って異なる位置に設けられるとともに、前記固定コアは前記ヒータが発生させた熱を前記バイメタルに伝える伝熱部以外のところに取り付けられ、
前記ヒータには、前記過電流の流れ方向に沿って、水平部と当該水平部から屈曲部を介して起立部とを備えており、前記第１固定箇所は前記水平部に設けられ、前記第２固定箇所は前記起立部に設けられていることを特徴とする回路遮断器。
請求項１に記載された回路遮断器において、
前記バイメタルは前記第２固定箇所においてかしめピンで、前記固定コアは前記第１固定箇所において固定ねじで、それぞれ前記ヒータに取り付けられていることを特徴とする回路遮断器。
請求項１に記載された回路遮断器において、
前記ヒータの溶断特性は、前記バイメタルと前記電磁石とによる回路遮断特性と比較して、考慮され得るどの過電流の大きさに対しても、先に溶断することがなく、安全側を確保されていることを特徴とする回路遮断器。