JP5971400B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

この発明は、オイルダッシュポットを使用した電磁形引き外し装置を備えた回路遮断器に関するもので、特に、電磁形引き外し装置における吸引力の向上に関する。

従来の回路遮断器の電磁形引き外し装置を構成する電磁装置は、磁性板からなるＬ字状のヨークにおける一方の脚部にオイルダッシュポット方式の固定鉄心が固着されるとともに、他方の脚部に固定鉄心の接極面と対向して可動鉄片が回動自在に支持され、この可動鉄片はヨーク側の支柱が可動鉄片の窓穴又は切欠溝に嵌入されて保持されている。また、可動鉄片と固定鉄心の接極面とのギャップを拡大するように可動鉄片を付勢するバネが設けられている。更に、固定鉄心のオイルダッシュポット内に設けられた鉄心の一端をＬ字型のヨークの一方の脚部に結合され磁気回路を構成し、この磁気回路を閉回路にする吸引力を利用し可動鉄片を回動させ開閉機構部を開放する。

この仕様では引き外し機構部の引き外し荷重を維持しながら、電磁形引き外し装置を小型化し構成しようとすると、引き外し機構部を引き外すための十分な吸引力が得らない場合がある。そこで、回路遮断器の反限時特性に影響する電磁装置を構成するコイルの巻き数は変えることなく、吸引力を上げることを目的として、ヨークの他方の脚部の先端を固定鉄心側に直角に折り曲げた折り曲げ部を設け、この折り曲げ部により接極面積を増すことにより吸引力を向上させた電磁引き外し装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３０７６１４号公報 図５

上記のような従来の回路遮断器における電磁引き外し装置では、可動鉄片と固定鉄心との磁気ギャップが、磁束の集中しているコイル内部より外側にあるので一般的に言われている漏れ磁束係数が大きくなる。そのため可動鉄片を通る磁束が小さくなり吸引力を減少させている。また、固定鉄心とヨークの折り曲げ部との磁気ギャップが、固定鉄心と可動鉄片との磁気ギャップより小さくなっているので、接極面積は増えるものの可動鉄片を通る磁束が減り、結果的に吸引力の向上を阻害する要因となっている。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、回路遮断器の反限時特性に影響する電磁形引き外し装置を構成する電磁装置のコイル巻き数は変更することなく、電磁形引き外し装置の吸引力を効率的に向上させることができる回路遮断器を得るものである。

この発明に係る回路遮断器においては、一端に可動接点を有する可動接触子と、可動接点と接離する固定接点を有する固定接触子と、この前記固定接触子に接続された第１の外部端子と、可動接触子を開閉させる開閉機構部と、可動接触子に接続され、開閉機構部を引き外す電磁形引き外し装置と、この電磁形引き外し装置に接続された第２の外部端子とを備え、電磁形引き外し装置は、磁性板からなるヨークと、このヨークの一方の脚部に固着される固定鉄心と、この固定鉄心に巻回され、可動接触子および第２の外部端子に接続されたコイルと、ヨークの他方の脚部に回動自由に保持され、固定鉄心の接極面に対向する第１の吸着面を有する可動鉄片と、を備え、ヨークは、該可動鉄片を回動自由に保持する保持部からヨークを延在させた延長部を有し、可動鉄片は、延長部に対向して設けられた第２の吸着面を有するものである。

本発明によれば、遮断器の反限時特性に影響するコイル巻き数を増やすことなく、電磁形引き外し装置の吸引力を増大させることができるので、回路遮断器の小形化を図ることができる。

本発明の実施の形態１における回路遮断器の全体構成を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１における電磁形引き外し装置を示す拡大側面図である。 本発明の実施の形態１における電磁形引き外し装置の可動片を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の実施の形態１における電磁形引き外し装置の磁路を示す要部拡大側面図である。 図２に示す電磁形引き外し装置の過電流発生時を示す拡大側面図である。 本発明の実施の形態２における電磁形引き外し装置を示す拡大側面図である。 本発明の実施の形態２における電磁形引き外し装置を示す拡大縦断面図である。 本発明の実施の形態２における電磁形引き外し装置の可動片を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の実施の形態３における電磁形引き外し装置を示す拡大側面図である。 本発明の実施の形態３における電磁形引き外し装置を示す拡大縦断面図である。 本発明の実施の形態３における電磁形引き外し装置の可動片を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における回路遮断器の全体構成を示す縦断面図、図２は電磁形引き外し装置を示す拡大側面図、図３は電磁形引き外し装置の可動片を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、図４は電磁形引き外し装置の磁路を示す要部拡大側面図で、（ａ）は磁束Ａを、（ｂ）は磁束Ｂを示すもの、図５は図２に示す電磁形引き外し装置の過電流発生時を示す拡大側面図である。

図１において、回路遮断器１０１は、絶縁材料で形成されたベース１１及びカバー１２とからなる筐体１０を用いて構成される。ベース１１上には、電路に接続された回路遮断ユニット（例えば、３相の場合、３個）が極ごとに互いに並列に配置され、中央の回路遮断ユニットの上部には、周知の遅入り機構を有する開閉機構部３０が配置される。

カバー１２は、ベース１１上の各相の回路遮断ユニットと開閉機構部３０を覆い、開閉機構部３０の操作ハンドル３１はカバー１２の窓穴１２ａから突出する。
また、各相の回路遮断ユニットは、互いに同じに構成され、クロスバー１３は、各相の回路遮断ユニットに共通して、各相の回路遮断ユニットに直交するように、ベース１１上に配置される。

各相の各回路遮断ユニットは、ベース１１に設けられた第１の外部端子である電源側端子２０と、電源側端子２０より延設され、固定接点２２を有する固定接触子２１と、固定接点２２と接離する可動接点２３と、一端に可動接点２３を有し、クロスバー１３により上下移動自由に保持される可動接触子２４と、この可動接触子２４に可撓性銅より線２５を介して接続され、開閉機構部３０を引き外す電磁形引き外し装置４０と、この電磁形引き外し装置４０に接続され、ベース１１に設けられた第２の外部端子である負荷側端子２６とを有する。固定接点２２及び可動接点２３とで、電路を開閉する開閉接点を構成する。また、固定接点２２及び可動接点２３の近傍には消弧板２７ａを有する消弧装置２７が設けられている。可動接点２３が固定接点２２に接触すれば、両端子２０、２６の間の電気回路がオンとなり、また、可動接点２３が固定接点２２から開離すれば、両端子２０、２６間の電気回路がオフとなる。

クロスバー１３は、開閉機構部３０により、上下移動され、クロスバー１３が上下移動したときに、各極の回路遮断ユニットの各可動接触子２４が同時に上下移動する。この可動接触子２４の上下移動により、可動接点２３が固定接点２２に接離する。また、開閉機構部３０は、各極の電磁形引き外し装置４０により駆動される周知のトリップバー３３を備えている。

図２に示すように、電磁形引き外し装置４０は、一端が可動接触子２４に他端が負荷側端子２６に接続され、通電電流を磁束へ変換するために巻かれているコイル４１と、電磁板からなりコイル４１の磁束を通すＬ字状のヨーク４２と、このヨーク４２の一方の脚部に固着されコイル４１の磁束を利用し鉄心がオイルの粘性によりパイプ蓋へ吸着される時間を制御することで反限時特性を決定するオイルダッシュポット４３と、から構成されている。オイルダッシュポット４３は、コイル４１が巻回されるパイプ４４と、このパイプ４４のフタの役目を果たすパイプ蓋４５と、パイプ４４の中にオイル４６とともに設けられた鉄心４７と、この鉄心４７とパイプ蓋４５の間に設けられ、鉄心４７をパイプ蓋４５から遠ざける方向に付勢する鉄心バネ４８とからなる。なお、請求の範囲で述べている「固定鉄心」とは、上述したオイルダッシュポット４３のことである。

また、電磁形引き外し装置４０は、パイプ蓋４５に対向し、ヨーク４２の他方の脚部に設けられた保持部４２ａによって回動自由に保持された可動片４９と、ヨーク４２が可動片４９を保持する保持部４２ａから延長された延長部４２ｂと、この延長部４２ｂおよび可動片４９の端部４９ｂ間に張架され、可動片４９をパイプ蓋４５から引き離す方向に付勢する可動片バネ５０と、が設けられている。さらに、可動片４９には、図３に示すように、パイプ蓋４５に吸着される第１の吸着面４９ａと、ヨーク４２の延長部４２ｂを通すための貫通孔４９ｃと、この貫通孔４９ｃに望みヨーク４２への磁気回路を形成するための曲部４９ｄと、トリップバー３３を駆動する駆動部４９ｆが設けられている。そして、過電流が流れると鉄心４７がパイプ蓋４５の方向に吸着されるので可動片４９を通過する磁束が増大する。その結果、第１の吸着面４９ａを吸着する吸着力も増大し、可動片４９は可動片バネ５０の付勢力に打ち勝って回動する。この可動片４９の回動により駆動部４９ｆが開閉機構部３０のトリップバー３３を駆動する構成となっている。

従来の電磁形引き外し装置４０においては、回路遮断器１０１の反限時特性を維持するために、可動片４９の吸引力を十分高くすることが困難であった。そこで、交流専用の場合には商用周波数で可動片４９が振動することによる可動片４９の慣性力を利用し開閉機構部３０を引き外していた。一方、この電磁形引き外し装置４０を搭載した回路遮断器を直流電路に適用すると可動片４９は振動しないので、交流電路におけるように可動片４９の慣性力を利用することができない。そこで直流用では、コイルの巻き数、オイルの粘性、および鉄心バネ等を変更する必要があった。

これを解決すべく、本実施の形態では、前述の通り可動片４９を回動自由に保持する保持部４２ａからヨーク４２を延在させた延長部４２ｂと、図３に示すように、延長部４２ｂに対向し、逆Ｕ字状の形状とした第２の吸着面４９ｅとを設けたものである。
これにより、図４（ａ）に示すように、可動片４９の曲部４９ｄから直接、ヨーク４２を通る磁束Ａと、図４（ｂ）に示すように、可動片４９の第２の吸着面４９ｅを通った後延長部４２ｂを介してヨーク４２を通る磁束Ｂとが足し算された形となる。つまり、可動片４９がパイプ蓋４５に吸着された状態で可動片４９とヨーク４２の接触面積を増やしヨーク４２とオイルタッシュポッド間の漏れ磁束を低減している。
なお、請求の範囲で述べている「漏れ磁束低減部」とは、上述した第２の吸着面４９ｅと延長部４２ｂのことである。

次に回路遮断器１０１の遮断動作について説明する。
電路に電流が流れるとコイル４１に励磁電流が流れ、この励磁電流により発生する磁束は、ヨーク４２→鉄心４７→鉄心４７とパイプ蓋４５間の第１の磁気ギャップＧ１→パイプ蓋４５→可動片４９とパイプ蓋４５間の第２の磁気ギャップＧ２→可動片４９からなる磁気回路を通過する。このとき、電路に所定値以上の過電流が流れると、この過電流により作られる磁束は、鉄心４７をパイプ蓋４５に吸引する吸引力を発生させ、この吸引力は鉄心バネ４８の付勢力を超えることとなる。そうすると鉄心４７は、図５に示すように、オイル４６の粘性抵抗により所定の時間を経てパイプ蓋４５側へ吸引され、第１の磁気ギャップＧ１は図２に示す通常時のＬ１から図５に示すＬ２に減少する。鉄心４７がパイプ蓋４５に吸着され第１の磁気ギャップＧ１が減少することで可動片４９とパイプ蓋４５間の第２の磁気ギャップＧ２の磁束Ａはしだいに大きくなる。さらに、可動片４９の第２の吸着面４９ｅとヨーク４２の延長部４２ｂ間にも磁束Ｂが通過するので、磁束Ａと磁束Ｂが足し算された形となり可動片４９に働く吸引力が増大する。

この増大した吸着力により、可動片４９が回動し、駆動部４９ｆがトリップバー３３を押すことにより、開閉機構部３０のクロスバー１３が駆動され可動接触子２４を固定接触子２１から開離させる。この可動接触子２４の移動により固定接点２２から可動接点２３が開離される。可動接点２３が開離した際、流れる電流によって発生するアークは消弧装置２７により消弧され遮断が完了する。
オン、オフ動作については、周知の回路遮断器と同様であるので、説明は省略する。

本実施の形態によれば、可動片４９に第２の吸着面４９ｅを、ヨーク４２に第２の吸着面４９ｅと対向する延長部４２ｂをそれぞれ設けたので、ヨーク４２による可動鉄片４９の保持部４２ａの漏れ磁束が低減され、オイルダッシュポット４３が可動片４９を吸引する吸引力を維持しつつコイル４１の巻き数を減らすることができ、回路遮断器の小型化が図れる。

また、可動片４９に第２の吸着面４９ｅを、ヨーク４２に第２の吸着面４９ｅと対抗する延長部４２ｂをそれぞれ設けたことにより、ヨーク４２による可動鉄片４９の保持部４２ａの漏れ磁束が低減されるので、コイル４１の巻き数を調整すれば、固定鉄心であるオイルダッシュポット４３が可動片４９を吸引する吸引力を増大させ、交流用と直流用の電磁形引き外し装置４０の共用化を図ることも可能となる。

実施の形態２．
図６は実施の形態２における回路遮断器の電磁形引き外し装置を示す拡大側面図、図７は図６に示す電磁形引き外し装置の縦断面図、図８は図６に示す電磁形引き外し装置の可動片を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
一般に、漏れ磁束係数は、磁気ギャップがコイルの外側にあるヒンジ形と磁気ギャップがコイルの内側にあるプランジャ形とで大きく異なっており、同じ磁気ギャップで見た場合、漏れ磁束係数γとしてプランジャ形はヒンジ形に対して約０．７５倍となることが知られている。これを吸引力に換算するとプランジャ形の吸引力が、（１／０．７５）^２＝１．７７倍大きいことがわかる。

そこで、本実施の形態では、図６、図７に示すように、電磁形引き外し装置４０１において、可動片４９とパイプ蓋４５１間の第２の磁気ギャップＧ３がコイル４１の内側となるよう可動片４９にプランジャ５１、すなわち突出部を設け、さらに、オイルダッシュポット４３のパイプ蓋４５１をコイル４１の内部に配置したものである。図８に示すように、プランジャ５１は、胴部５１ａが移動自由に可動片４９によってプランジャ５１の首部５１ｂを保持されている。その他の構成については、実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。
なお、請求の範囲で述べている「漏れ磁束低減部」とは、上述した第２の吸着面４９ｅと延長部４２ｂに加え、プランジャ５１のことである。

本実施の形態によれば、可動片４９に第２の吸着面４９ｅを、ヨーク４２に第２の吸着面４９ｅと対向する延長部４２ｂをそれぞれ設けたので、ヨーク４２による可動鉄片４９の保持部４２ａの漏れ磁束が低減され、オイルダッシュポット４３が可動片４９を吸引する吸引力を維持しつつコイル４１の巻き数を減らすることができ、回路遮断器の小型化が図れる。

また、電磁形引き外し装置４０１において、第２の磁気ギャップＧ３がコイル４１の内側となるよう可動片４９にプランジャ５１を設けるとともに、オイルダッシュポット４３のパイプ蓋４５１をコイル４１の内部に配置したので、可動片４９とパイプ蓋４５１間の第２の磁気ギャップＧ３に係る漏れ磁束係数γがさらに低減され、オイルダッシュポット４３が可動片４９を吸引する吸引力を維持しつつコイル４１の巻き数を減らすることができ、回路遮断器のさらなる小型化が図れる。

また、磁気ギャップＧ３がコイルの内側となるよう可動片４９にプランジャ５１を設けるとともに、オイルダッシュポット４３のパイプ蓋４５１をコイル４１の内部に配置したので、可動片４９とパイプ蓋４５１間の第２の磁気ギャップＧ３に係る漏れ磁束係数γがさらに低減されるため、コイル４１の巻き数を調整すれば、固定鉄心であるオイルダッシュポット４３が可動片４９を吸引する吸引力を増大させ、交流用と直流用の電磁形引き外し装置４０１の共用化を図れるとともに、回路遮断器の小型化も図れる。

また、可動片４９とパイプ蓋４５１間の第２の磁気ギャップＧ３に係る漏れ磁束係数γがさらに低減されるので、パイプ４４、パイプ蓋４５１、鉄心４７、および鉄心バネ４８も小型化することができる。

実施の形態３．
図９は実施の形態３における回路遮断器の電磁形引き外し装置を示す拡大側面図、図１０は図９に示す電磁形引き外し装置の縦断面図、図１１は図９に示す電磁形引き外し装置の可動片を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
本実施の形態では、実施の形態２において可動片４９に設けたプランジャ５１の代わりに、図９に示すように、可動片４９に凸形状４９ｇ、すなわち突出部を設けたものである。

また、図１０に示すように、パイプ蓋４５２は凹形状４５２ａを有し、この凹形状４５２ａに可動片４９の凸形状４９ｇとの組み合わせにより磁気ギャップＧ４がコイル４１内部に構成されるものである。実施の形態２で説明したプランジャ５１を可動片４９に設けた場合、２部品となるが、本実施の形態における凸形状４９ｇであれば、図１１に示すように、可動片４９の１部品で構成できる。その他の構成については、実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。
なお、請求の範囲で述べている「漏れ磁束低減部」とは、上述した第２の吸着面４９ｅと延長部４２ｂに加え、凸形状４９ｇのことである。

本実施の形態によれば、可動片４９に第２の吸着面４９ｅを、ヨーク４２に第２の吸着面４９ｅと対向する延長部４２ｂをそれぞれ設けたので、ヨーク４２による可動鉄片４９の保持部４２ａの漏れ磁束が低減され、オイルダッシュポット４３が可動片４９を吸引する吸引力を維持しつつコイル４１の巻き数を減らすることができ、回路遮断器の小型化が図れる。

また、電磁形引き外し装置４０２において、可動片４９に凸形状４９ｇを設けるとともに、オイルダッシュポット４３のパイプ蓋４５２に凹形状４５２ａを設け可動片４９とパイプ蓋４５２間の第２の磁気ギャップＧ４をコイル４１の内部に構成したので、漏れ磁束係数γがさらに低減され、オイルダッシュポット４３が可動片４９を吸引する吸引力を維持しつつコイル４１の巻き数を減らすることができ、回路遮断器のさらなる小型化が図れる。

また、可動片４９に凸形状４９ｇを設けるとともに、オイルダッシュポット４３のパイプ蓋４５２に凹形状４５２ａを設け可動片４９とパイプ蓋４５２間の第２の磁気ギャップＧ４をコイル４１の内部に構成したので、漏れ磁束係数γが低減され、コイル４１の巻き数を調整すれば、固定鉄心であるオイルダッシュポット４３が可動片４９を吸引する吸引力を増大させ、交流用と直流用の電磁形引き外し装置４０２の共用化を図れるとともに、回路遮断器の小型化も図れる。

また、可動片４９とパイプ蓋４５２間の第２の磁気ギャップＧ４に係る漏れ磁束係数γがさらに低減されるので、パイプ４４、パイプ蓋４５２、鉄心４７、および鉄心バネ４８も小型化することができる。

１０ 筐体、１１ ベース、１２ カバー、
２０ 電源側端子、２１ 固定接触子、２２ 固定接点、２３ 可動接点、
２４ 可動接触子、２６ 負荷側端子、３０ 開閉機構部、
４０ 電磁形引き外し装置、４１ コイル、４２ ヨーク、４２ｂ 延長部、
４３ オイルダッシュポット、
４９ 可動片、４９ａ 第１の吸着面、４９ｅ 第２の吸着面、
１０１ 回路遮断器。

Claims (4)

1. 一端に可動接点を有する可動接触子と、前記可動接点と接離する固定接点を有する固定接触子と、この前記固定接触子に接続された第１の外部端子と、前記可動接触子を開閉させる開閉機構部と、前記可動接触子に接続され、前記開閉機構部を引き外す電磁形引き外し装置と、この電磁形引き外し装置に接続された第２の外部端子とを備え、前記電磁形引き外し装置は、磁性板からなるヨークと、このヨークの一方の脚部に固着される固定鉄心と、この固定鉄心に巻回され、前記可動接触子および前記第２の外部端子に接続されたコイルと、前記ヨークの他方の脚部に回動自由に保持され、前記固定鉄心の接極面に対向する第１の吸着面を有する可動鉄片と、を備え、
   前記ヨークは、該可動鉄片を回動自由に保持する保持部から前記ヨークを延在させた延長部を有し、
   前記可動鉄片は、前記延長部に対向して設けられた第２の吸着面を有することを特徴とする回路遮断器。
2. 前記第２の吸着面は、逆Ｕ字状の形状であることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 前記可動鉄片は、前記第１の吸着面に設けられ、前記固定鉄心の接極面に向かって突出する突出部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路遮断器。
4. 前記固定鉄心の接極面は、前記コイルの内部に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の回路遮断器。

Images