JP5480333B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、事故電流を検出して回路を遮断する回路遮断器に関し、時延動作特性に関するバイメタルとクロスバーとの間隔の自動設定が可能な構造の検出機構部を備えた回路遮断器に関する。

回路遮断器とは、送変電設備や電気回路などで負荷を開閉したり、接地や短絡などの事故が生じた場合に電流を遮断する装置をいう。回路遮断器は、使用者の操作によって電気線路を開路（オフ）状態又は閉路（オン）状態に切り替えることができ、また線路に過負荷や短絡事故が生じると回路を遮断して負荷機器及び線路を保護する。

このうち回路の遮断を中心に説明すると、一般的に使用される回路遮断器は限時トリップ特性と瞬時トリップ特性を有する。限時トリップ特性とは、過電流値に反比例する動作時間を有する過電流トリップ特性をいい、バイメタルなどの熱的要素を用いる熱動電磁形と、ＯＤＰ（Oil Dash Pot）の制動作用を利用する完全電磁形とがある。

瞬時トリップ特性とは、短絡電流などの比較的大きな過電流により遮断器を迅速にトリップすることであり、限時トリップ特性とは、定格電流以上の過電流が流れるとジュール熱により電線の温度が上昇して危険な状態に達する前に遮断器をトリップすることである。

このうち限時トリップ特性について説明すると、電路を保護するという面では遮断器が迅速に動作することが好ましいが、電路には正常な負荷電流の他に電動機の始動電流などの過渡的な過電流も流れるため、このような過電流により遮断器が動作しないように、電路の温度が許容温度を超えない範囲で遅延時間をおいて動作することが好ましい。このような意味で限時トリップ特性を時延動作特性ともいう。

つまり、時延動作特性とは、回路遮断器に過電流が流れると、ヒータが発熱してその熱がバイメタルに伝導され、バイメタルを構成する２つの部材の熱伝導差によりバイメタルが湾曲してクロスバーを加圧して回転させ、従って、開閉機構が作動して電気線路を開路状態に切り替えて回路を遮断することである。

時延動作特性における遅延時間は、過電流が流れてバイメタルが湾曲し始めてからクロスバーの回転により開閉機構が作動するまでの時間によって決定される。このような遅延時間は、バイメタルとクロスバーとの初期設定間隔、バイメタルがクロスバーに接触した時点からバイメタルの湾曲荷重がクロスバーを回転させ始めるまでの無効湾曲量、クロスバーが回転して開閉機構部が作動し始める時点までのクロスバーの回転距離を重要な要因として決定される。

前述した要因によりバイメタルの回転程度である湾曲量が決定される。前述した要因のうち、無効湾曲量とクロスバーの回転距離は、個々の回路遮断器の特性に影響されるため、部品を交換しない限り微細な調整が困難である。つまり、時延動作特性において必要な遅延時間を調整できる要因は、バイメタルとクロスバーとの間隔である。

バイメタルとクロスバーとの間隔が非常に小さくなると、回路遮断器のトリップ時間が短縮されて非常に迅速にトリップされるため、始動電流などの過渡的な過電流によっても回路が遮断されることがある。それに対して、バイメタルとクロスバーとの間隔が非常に大きくなると、回路遮断器のトリップ時間が遅延したりトリップされないため、回路に過電流が流れて損傷が生じることがある。

通常、回路遮断器は同一構造内で様々な定格電流が流れるため、バイメタル及びヒータの原材料の種類数を考慮すると、１つの回路遮断器において一定の間隔を有すると共に過電流に対する時延動作特性を満たすことは現実的に不可能である。

よって、一般的に、回路遮断器は、過電流が流れる際のヒータの発熱量及びそれによるバイメタルの湾曲量を計算していくつかの部品で構成し、正確な時延動作特性のために、製造時にバイメタルとクロスバーとの間隔を調整する。

バイメタルとクロスバーとの間隔の調整は各定格毎に異なり、当該間隔調整工程は一般的に手作業で行われる。具体的には、バイメタルの上部に結合されるネジを調整して、ネジとクロスバーとの間隔を形成する。このために、作業者は、ギャップゲージをネジとクロスバーとの間に挿入し、ネジを回転させてギャップゲージに密着させることにより、ネジとクロスバーとの間隔を調整する。その後、作業者は、ギャップゲージを除去し、ネジが動かないように固定する。

ところで、前記間隔は通常０．１ｍｍの微調整を必要とするが、前述した間隔調整工程は手作業で行われるため、作業者によって誤差が生じる。また、同一作業者であっても製品によって誤差が生じることがある。このような誤差により回路遮断器の時延動作特性が影響を受け、回路遮断器の品質が低下するという問題が生じる。

さらに、前記間隔調整工程が手作業で行われた場合、調整過程に長時間かかり、生産性が低下するという問題が生じる。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、時延動作特性を決定する重要な要因であるバイメタルとクロスバーとの間隔の自動設定が可能な構造の検出機構部を備えた回路遮断器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために提供される本発明の一実施形態は、電路から供給された電源を負荷側に伝える固定接触子、及び前記固定接触子との接離により回路を開閉する可動接触子を含む回路遮断器において、通電電流により発生した熱により湾曲するバイメタルと、前記バイメタルの上部に結合される加圧部材と、前記加圧部材から設定間隔だけ離隔しており、前記バイメタルの湾曲により前記加圧部材に接触することで加圧されて回転するクロスバーと、前記クロスバーの回転により作動して前記可動接触子を前記固定接触子から分離させる開閉機構部とを含み、前記バイメタルの上部には、前記加圧部材が結合される結合孔が備えられ、前記加圧部材は、前記結合孔を自由に移動できる状態で供給電流の通電により前記加圧部材と前記クロスバーとの設定間隔が決定された後、前記結合孔に接合されることを特徴とする。

前記加圧部材はリベット状に形成される。より詳細には、前記加圧部材は、前記結合孔を貫通する胴部と、前記胴部のうち前記クロスバー側の端部に前記結合孔の内径より大きく形成される離脱防止部とを含み、前記胴部の外径が前記結合孔の内径より小さいことを特徴とする。

前記胴部のうち前記離脱防止部と反対側の端部には、リベッティングのためのリベット凹部が形成されてもよい。前記胴部の長さは、前記バイメタルと前記クロスバーとの間隔より長く形成されてもよい。

一方、前記バイメタルは、前記結合孔を中心に左右対称に形成されることを特徴とする。また、前記バイメタルは、上部に識別手段が設けられていることを特徴とする。さらに、前記バイメタルの上部は、シェービング加工されていることを特徴とする。

本発明は、手作業によらずに自動で間隔を調整して固定することのできる回路遮断器を提供することにより、生産性を向上させると共にコストを低減することができるという効果を有する。

また、本発明は、手作業によらずに自動で間隔を調整して固定することで誤差の発生を低減することのできる回路遮断器を提供することにより、回路遮断器の品質を向上させることができるという効果を有する。

本発明による回路遮断器の概略図である。 本発明による回路遮断器の間隔調整方法の一実施形態を示すフローチャートである。 本発明による回路遮断器の間隔調整方法の他の実施形態を示すフローチャートである。 本発明による回路遮断器の検出機構部の正面図及び側面図である。 図４の検出機構部のバイメタルの正面図及び側面図である。 図４の検出機構部の加圧部材の様々な実施例を示す概略図である。 加圧部材とクロスバーとの位置及び間隔を示す概略図である。 本発明による回路遮断器の間隔調整方法の一実施形態により調整される検出機構部の状態を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態により本発明を実施するための具体的な内容を説明する。

図１は本発明による回路遮断器の概略図である。図１に示すように、回路遮断器１００は、部品を収納する絶縁性ケース１０を備える。ケース１０は、絶縁物でモールドされており、内部と外部を絶縁する。このような構造は一般的なものであり、詳細な説明は省略する。

ケース１０の内部には、電路を機構的にオン／オフにする開閉機構部２０、電源及び負荷が接続される固定接触子５１及び可動接触子５２を含む端子部５０、過電流などの異常電流及び事故電流を検出する検出機構部３０、回路遮断時に可動接触子５２と固定接触子５１の接点間に発生するアークを消滅させる消弧装置部４０などが備えられる。

端子部５０は、入力側電源に接続されてケース１０に固定される固定接触子５１と、負荷側に接続されて固定接触子５１に接離するようにケース１０に対して回動可能に取り付けられる可動接触子５２とを含む。

可動接触子５２は、開閉機構部２０に機構的に連結されており、レバーにより手動で駆動されるか、又は検出機構部３０により動作がトリガされた開閉機構部２０により駆動される。

一方、事故電流発生時に固定接触子５１から可動接触子５２を分離させて回路を遮断（トリップ）することで回路を保護する際に、接点間の電流により空気中の絶縁が破壊されて高温のプラズマ状態のアークが発生する。また、アークにより周辺の絶縁物などが溶融してガスが発生し、アーク圧力が発生することもある。そのアークを分割して冷却し、アーク圧力を外に排出する機能を果たすのが、消弧装置部４０である。

一方、検出機構部３０は、定格電流を超える過電流が検出されると回路を遮断する時延動作を実現する構成を含む。検出機構部３０の詳細を図４及び図８に示す。

図４及び図８に示すように、検出機構部３０は、過電流が発生すると適量の熱を発生するヒータ３４と、ヒータ３４に接続された状態でヒータ３４から適量の熱が伝達されると一方向に湾曲するバイメタル３１と、バイメタル３１の端部に結合されて突出している加圧部材３２と、加圧部材３２が突出した方向に位置してバイメタル３１に対向するクロスバー３３とを含む。

バイメタル３１は、熱膨張度が異なる２つの金属を当接させて形成したものであって、熱が伝達されると一方向に湾曲する。図５はバイメタル３１の詳細を示し、図８はバイメタル３１が湾曲することを示す。

図５に示すように、バイメタル３１は、略矩形板状に形成され、上部には加圧部材３２が結合される結合孔３５が備えられている。結合孔３５の周辺には、加圧部材３２の結合のためのタブ３６が形成されてもよい。

バイメタル３１は、結合孔３５を中心に左右対称に形成される。また、バイメタル３１は、上部に識別手段が設けられていてもよい。例えば、識別を容易にするために、バイメタル３１の上部に白色ペイントを塗布してもよい。しかしながら、本発明は、単にペイントを塗布することに限定されるものではなく、光センサによりバイメタル３１の位置追跡を容易にする識別方法も適用可能である。

また、バイメタル３１の上部は、シェービング加工されていてもよい。このようなバイメタル３１の形状及び加工による特性は、後述するバイメタル３１とクロスバー３３との間隔の自動調整時に、レーザ溶接のために光センサを用いてバイメタル３１の位置を自動で正確に追跡するためのものである。

図６及び図７は加圧部材３２の詳細を示す。特に、図６は加圧部材３２の様々な実施例を示す。

バイメタル３１の上部に形成される結合孔３５に結合される加圧部材３２は、図６のように様々な実施例を有する。

図６の（ａ）は単純な柱状の加圧部材を示す。図６の（ａ）の加圧部材３２は、結合孔３５を貫通する柱状の胴部３７を備え、一端部はクロスバー３３との接触のために曲面処理されていてもよい。

図６の（ｂ）はリベット状の加圧部材を示す。図６の（ｂ）の加圧部材３２は、結合孔３５を貫通する胴部３７と、胴部３７の一端部に結合孔３５の内径より大きく形成される離脱防止部３８とを含む。ここで、離脱防止部３８はクロスバー３３側の端部に形成される。

図６の（ａ）及び（ｂ）に示す実施例においては、加圧部材３２の胴部３７の外径が結合孔３５の内径より小さいことを特徴とする。これは、バイメタル３１とクロスバー３３との間隔を自動調整する際に、初期には加圧部材３２が結合孔３５を自由に移動できる状態で結合孔３５に結合されなければならないからである。ただし、これは限時的なものであり、後述するが、事前に定められた供給電流の通電により加圧部材３２とクロスバー３３との間隔Ｄ（図８参照）が決定された後は、加圧部材３２が結合孔３５に接合される。

また、胴部３７の長さＬ２は、図７に示すように、バイメタル３１とクロスバー３３との初期間隔Ｌ１より長く形成される。これは、加圧部材３２がバイメタル３１の結合孔３５に自由移動できるように結合された初期状態で、加圧部材３２が結合孔３５から離脱してバイメタル３１との結合が解除されることを防止するためである。

一方、図６の（ｃ）の加圧部材３２は、胴部３７の他端部にリベッティングのためのリベット凹部３９が形成されている。ここで、他端部とは、胴部３７の端部のうちクロスバー３３が位置する側と反対側の端部をいう。それにより、加圧部材３２が結合孔３５に結合された後、リベット凹部３９をリベッティングすることにより、加圧部材３２が結合孔３５から離脱してバイメタル３１との結合が解除されることを防止することができる。

バイメタル３１に対向するようにケース１０に取り付けられるクロスバー３３は、バイメタル３１の上部に結合される加圧部材３２から設定間隔Ｄだけ離隔している。ただし、ここでは加圧部材３２がバイメタル３１に自由移動できないように溶接された後の状態である。

クロスバー３３は前述した開閉機構部２０に連動する。すなわち、クロスバー３３の回転により開閉機構部２０が作動して可動接触子５２を固定接触子５１から分離させる。

ここで、クロスバー３３は、バイメタル３１の湾曲により加圧部材３２に接触することで加圧される。それにより、クロスバー３３は回転力を得て開閉機構部２０を作動させる。

以下、図２を参照して本発明による回路遮断器の間隔調整方法の一実施形態を説明する。図２に示すように、本発明の一実施形態による回路遮断器の間隔調整方法は、トリップストローク測定ステップ（Ｓ５０）、間隔形成ステップ（Ｓ１００）、間隔固定ステップ（Ｓ２００）、及び冷却ステップ（Ｓ３００）を含む。

トリップストローク測定ステップ（Ｓ５０）は、バイメタル３１の加圧部材３２とクロスバー３３との間隔Ｄを形成するための事前過程といえる。つまり、固定接触子５１から可動接触子５２を分離させるために必要なクロスバー３３の回転変位の程度を測定する。

ここで、クロスバー３３の回転変位は基準値を有する。当該基準値は、生産過程で自動化のために求められる数値であって、回路遮断器が用いられる定格毎に事前に定められる。

トリップストローク測定ステップ（Ｓ５０）で測定されたクロスバー３３の回転変位が基準値を超える場合は、バイメタル３１とクロスバー３３との間隔Ｄを形成するために供給する設定電流の値を減少させ、トリップストローク測定ステップ（Ｓ５０）で測定されたクロスバー３３の回転変位が基準値に達しない場合は、前記設定電流の値を増加させる。

間隔形成ステップ（Ｓ１００）は、バイメタル３１の上部に形成された結合孔３５に加圧部材３２が自由移動可能に結合された状態で設定電流を供給してバイメタル３１を湾曲させる段階である。図８は間隔形成ステップ（Ｓ１００）の適用を示す。

図２及び図８に示すように、間隔形成ステップ（Ｓ１００）は、バイメタル３１の上部に形成された結合孔３５に加圧部材３２が自由移動可能に結合された状態で、加圧部材３２をクロスバー３３に密着させる密着ステップ（Ｓ１１０）と、設定電流を設定時間だけ供給してバイメタル３１を湾曲させることにより、加圧部材３２をクロスバー３３に密着させた状態でバイメタル３１側に相対的に移動させる電流供給ステップ（Ｓ１２０）とを含む。

密着ステップ（Ｓ１１０）においては、図８の（ａ）に示すように、加圧部材３２が、バイメタル３１の上部に形成された結合孔３５に自由移動可能に結合された状態でクロスバー３３に密着している。すなわち、加圧部材３２はバイメタル３１に固定されていない。

電流供給ステップ（Ｓ１２０）においては、図８の（ｂ）に示すように、設定電流を設定時間だけ供給してバイメタル３１を湾曲させる。それにより、加圧部材３２をクロスバー３３に密着させた状態でバイメタル３１側に相対的に移動させる。ここで、前記設定時間は、生産過程で自動化のために求められる数値であって、回路遮断器が用いられる定格毎に事前に定められる。

また、前記設定電流とは、前述したように、トリップストローク測定ステップ（Ｓ５０）で測定されたクロスバー３３の回転変位に基づいて定められた供給電流をいい、過電流に該当して時延動作特性が現れる数値を有する。クロスバー３３の回転変位が基準値を超える場合は、バイメタル３１の加圧部材３２とクロスバー３３との間隔Ｄを形成するために供給する設定電流の値を減少させ、クロスバー３３の回転変位が基準値に達しない場合は、前記設定電流の値を増加させる。

加圧部材３２がクロスバー３３に密着した状態でバイメタル３１側に相対的に移動することにより、間隔Ｄが形成される。図８の（ｃ）は、加圧部材３２がバイメタル３１に固定された後の状態を示し、加圧部材３２の一端部とクロスバー３３との間隔Ｄが形成されていることを示す。

一方、間隔固定ステップ（Ｓ２００）は、前記設定時間に達すると前記設定電流を遮断し、バイメタル３１に加圧部材３２を溶接する段階である。図２に示すように、間隔固定ステップ（Ｓ２００）は、前記設定時間に達すると前記設定電流を遮断する電流遮断ステップ（Ｓ２１０）と、バイメタル３１の上部に形成された結合孔３５に加圧部材３２を溶接して結合する溶接ステップ（Ｓ２２０）とを含む。

電流遮断ステップ（Ｓ２１０）は、前記設定時間に達すると前記設定電流を遮断することにより、図８の（ｂ）のような状態で加圧部材３２とバイメタル３１との相対的な移動を停止させて前記形成された間隔Ｄが変化しないようにする段階である。

溶接ステップ（Ｓ２２０）は、バイメタル３１の上部に形成された結合孔３５に加圧部材３２を溶接して結合する段階、すなわち、図８の（ｂ）のような状態で前記形成された間隔Ｄを固定する段階である。

溶接ステップ（Ｓ２２０）における溶接はレーザ溶接により自動で行われる。溶接ステップ（Ｓ２２０）においては、反射型光センサを用いてバイメタル３１の湾曲位置を把握し、レーザ溶接を行う。

このように反射型光センサを用いてバイメタル３１の湾曲位置を把握することは、バイメタル３１を結合孔３５を中心に左右対称に形成し、バイメタル３１の上部に識別手段を設け、バイメタル３１の上部にシェービング加工を施すことにより効率的に行われる。例えば、識別を容易にするために、バイメタル３１の上部に白色ペイントを塗布してもよい。これは、光センサを用いてバイメタル３１の位置を自動で正確に追跡するためである。

図８の（ｃ）は冷却ステップ（Ｓ３００）で冷却された状態の検出機構部を示す。冷却ステップ（Ｓ３００）は、間隔固定ステップ（Ｓ２００）の後に、加熱されたバイメタル３１と加圧部材３２を冷却する段階である。このためには、自然冷却やその他の様々な冷却方式を用いることができる。

以下、図３を参照して本発明による回路遮断器の間隔調整方法の他の実施形態を説明する。本発明の他の実施形態による回路遮断器の間隔調整方法は、加圧部材３２がバイメタル３１の結合孔３５から離脱しないように加圧部材３２の他端部をリベッティングするリベッティングステップ（Ｓ７０）をさらに含む。

リベッティングステップ（Ｓ７０）は、図３に示すように間隔形成ステップ（Ｓ１００）の前に行ってもよい。間隔形成ステップ（Ｓ１００）以前は、加圧部材３２がバイメタル３１の結合孔３５に自由移動可能に結合された状態であるため、離脱することがある。従って、図６の（ｃ）のように、加圧部材３２の胴部３７の他端部に形成されるリベット凹部３９をリベッティングすることにより、加圧部材３２が結合孔３５から離脱しないようにすることができる。また、リベッティングステップ（Ｓ７０）は、間隔固定ステップ（Ｓ２００）で間隔Ｄが固定された後に行ってもよい。

以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の権利範囲は前述した実施形態及び／又は図面により限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に記載されている事項により決定される。なお、特許請求の範囲に記載されている発明の当業者にとって自明な改良、変更、修正なども本発明の権利範囲に含まれることは明らかである。

２０ 開閉機構部
３１ バイメタル
３２ 加圧部材
３３ クロスバー
３５ 結合孔
３７ 胴部
３８ 離脱防止部
３９ リベット凹部
５１ 固定接触子
５２ 可動接触子
１００ 回路遮断器

Claims (6)

1. 電路から供給された電源を負荷側に伝える固定接触子、及び前記固定接触子との接離により回路を開閉する可動接触子を含む回路遮断器において、
   通電電流により発生した熱により湾曲するバイメタルと、
   前記バイメタルの上部に結合される加圧部材と、
   前記加圧部材から設定間隔だけ離隔しており、前記バイメタルの湾曲により前記加圧部材に接触することで加圧されて回転するクロスバーと、
   前記クロスバーの回転により作動して前記可動接触子を前記固定接触子から分離させる開閉機構部とを含み、
   前記バイメタルの上部には、前記加圧部材が結合される結合孔が備えられ、
   前記加圧部材は、前記結合孔を自由に移動できる状態で供給電流の通電により前記加圧部材と前記クロスバーとの設定間隔が決定された後、前記結合孔に接合され、
   前記加圧部材は、前記結合孔を貫通する胴部と、前記胴部のうち前記クロスバー側の端部に前記結合孔の内径より大きく形成される離脱防止部とを含むように、リベット状に形成され、前記胴部の外径が前記結合孔の内径より小さいことを特徴とする回路遮断器。
2. 前記胴部のうち前記離脱防止部と反対側の端部には、リベッティングのためのリベット凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 前記胴部の長さは、前記バイメタルと前記クロスバーとの間隔より長いことを特徴とする請求項１又は２に記載の回路遮断器。
4. 前記バイメタルは、前記結合孔を中心に左右対称に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路遮断器。
5. 前記バイメタルは、上部に識別手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回路遮断器。
6. 前記バイメタルの上部は、シェービング加工されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路遮断器。

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