JP7123007B2

JP7123007B2 - 過電流引外し装置

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Publication number: JP7123007B2
Application number: JP2019109576A
Authority: JP
Inventors: 康宏神納; 雄大相良; 央佐々木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2022-08-22
Anticipated expiration: 2039-06-12
Also published as: JP2020202122A

Description

本発明は、過電流引外し装置に関する。

回路遮断器の過電流引外し装置の構成を開示した先行文献として、実開昭４９－３３３１５号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された回路遮断器の過電流引外し装置においては、アーマチュアと連動する補助アーマチュアを付加している。通常の投入状態では、アーマチュアは、スプリングと保持導体による保持磁束によって保持コアに吸引されている。一定電流値以上の電流が流れると、引外しコアの引外し磁束が強くなり、アーマチュアおよび補助アーマチュアは、引外しコアに吸引されて移動する。

実開昭４９－３３３１５号公報

特許文献１に記載の過電流引外し装置においては、可動鉄心が駆動開始するときには、可動鉄心に駆動方向とは反対方向の吸引力が作用しており、この吸引力は電流値に応じて増加する。そのため、可動鉄心の駆動初期段階においては、可動鉄心を駆動する駆動力が吸引力によって減少して駆動速度が遅くなる。よって、引外し動作時間を短縮できる余地がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、引外し動作時間を短縮できる過電流引外し装置を提供することを目的とする。

本発明に基づく過電流引外し装置は、導線と、固定鉄心と、可動鉄心と、磁性体部とを備える。固定鉄心は、導線の外周を囲みつつ互いに面する１対の端面を有し、導線の通電により励磁される。可動鉄心は、上記１対の端面に接離可能に設けられ、導線の通電によって発生する磁束の主磁路を固定鉄心とともに構成し、導線側とは反対側に付勢する付勢力を負荷されている。磁性体部は、固定鉄心に接続され、主磁路の一部と並列となるように主磁路から分岐した副磁路を構成する。磁性体部は、狭路部と、対向部と、分流部とを含む。狭路部は、主磁路に比べて磁気パーミアンスが小さい。対向部は、可動鉄心と磁気ギャップを介して対向配置され、導線の通電時に可動鉄心との間に発生する磁束によって可動鉄心を吸引する。分流部は、副磁路において、導線の通電時に可動鉄心と対向部との間に発生する磁束が通る吸引磁路と並列に狭路部と接続されるとともに狭路部より磁気パーミアンスが大きい分流磁路を形成するために設けられている。可動鉄心には、主磁路から第１電磁力、および、吸引磁路から第１電磁力とは反対向きの第２電磁力が作用する。可動鉄心は、第１電磁力と第２電磁力との差分が上記付勢力より大きくなったときから、１対の端面に接近する方向に駆動される。可動鉄心が駆動開始する初期位置にあるとき、狭路部は、副磁路を流れる磁束によって磁気飽和している。

本発明によれば、主磁路の一部と並列となる副磁路において吸引磁路と並列に狭路部と接続されるとともに狭路部より磁気パーミアンスが大きい分流磁路が形成されており、可動鉄心が駆動開始する初期位置にあるとき、狭路部は、副磁路を流れる磁束によって磁気飽和しているため、駆動開始時から駆動終了時まで大きな駆動力を確保して引外し動作時間を短縮することができる。

本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す正面図である。本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置の引外し動作後の状態を示す正面図である。本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置の等価磁気回路図である。比較例１に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す正面図である。本発明の実施の形態１および比較例１に係る過電流引外し装置における、可動鉄心の下方向の変位量と、可動鉄心に作用する電磁力または付勢力との関係を示すグラフである。駆動開始時における回路遮断器の主回路を流れる電流値と可動鉄心に作用する電磁力との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態２に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す正面図である。本発明の実施の形態２の変形例に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す正面図である。本発明の実施の形態３に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す斜視図である。本発明の実施の形態３の変形例に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す斜視図である。本発明の実施の形態４に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す正面図である。本発明の実施の形態５に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す正面図である。図１２のＸＩＩＩ部を拡大して示す正面図である。本発明の実施の形態６に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す正面図である。本発明の実施の形態６に係る過電流引外し装置の引外し動作後の状態を示す正面図である。

以下、本発明の各実施の形態に係る過電流引外し装置について図面を参照して説明する。以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す正面図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置の引外し動作後の状態を示す正面図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置の等価磁気回路図である。図１および図２においては、主磁路を点線、副磁路を１点鎖線で示している。

図１および図２に示すように、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０は、導線３と、固定鉄心１と、可動鉄心２と、磁性体部５とを備える。導線３は、回路遮断器の主回路に接続されている。図３においては、導線３を流れる電流値をＩで示している。

図１および図２に示すように、固定鉄心１は、導線３の外周を囲みつつ互いに面する１対の端面１ａを有し、導線３の通電により励磁される。固定鉄心１は、積層された磁性鋼板で構成されている。固定鉄心１は、正面から見て、Ｃ字状の形状を有している。１対の端面１ａの各々は、傾斜面であり、導線３から離れるにしたがって端面１ａ同士の間隔が広がるように傾斜している。図３においては、固定鉄心１の磁気抵抗をＲｃで示している。

図１および図２に示すように、可動鉄心２は、１対の端面１ａに接離可能に設けられ、導線３の通電によって発生する磁束の主磁路Ｍ１を固定鉄心１とともに構成し、導線３側とは反対側に付勢する付勢力Ｆ_S1をばね機構４から負荷されている。具体的には、可動鉄心２は、端面１ａ同士の間において、上下方向に移動可能に設けられている。可動鉄心２は、上方に配置されたばね機構４と接続されており、ばね機構４から上向きの付勢力Ｆ_S1を負荷されている。可動鉄心２は、磁性体で構成されている。

可動鉄心２は、固定鉄心１の１対の端面１ａと平行に位置する１対の側面を有している。すなわち、可動鉄心２の１対の側面は、可動鉄心２が駆動されて下方に移動した際に固定鉄心１の１対の端面１ａと面接触する形状を有している。図３においては、固定鉄心１の端面１ａと可動鉄心２の側面との間の磁気抵抗をＲｍで示している。

図１～図３に示すように、磁性体部５は、固定鉄心１に接続され、主磁路Ｍ１の一部と並列となるように主磁路Ｍ１から分岐した副磁路Ｍ２を構成する。本実施の形態においては、磁性体部５は、固定鉄心１上に配置されている。磁性体部５は、略平板状の外形を有している。磁性体部５は、狭路部５ｃと、対向部５ａと、分流部５ｂとを含む。

磁性体部５の固定鉄心１側の下面に、正面から見て互いに左右方向に間隔をあけて、１対の凹条溝５ｇが設けられている。１対の凹条溝５ｇの各々の底に隣接するように２つの狭路部５ｃが位置している。狭路部５ｃは、主磁路Ｍ１に比べて磁気パーミアンスが小さい。図３においては、狭路部５ｃの磁気抵抗をＲ０で示している。

図１および図２に示すように、対向部５ａは、可動鉄心２と磁気ギャップを介して対向配置され、導線３の通電時に可動鉄心２との間に発生する磁束によって可動鉄心２を吸引する。対向部５ａは、磁性体部５の下面において凹条溝５ｇ同士の間に位置する部分である。図３においては、対向部５ａと可動鉄心２との間の磁気抵抗をｒで示している。

分流部５ｂは、副磁路Ｍ２において、導線３の通電時に可動鉄心２と対向部５ａとの間に発生する磁束が通る図１に示す吸引磁路Ｍ２ａと並列に狭路部５ｃと接続されるとともに狭路部５ｃより磁気パーミアンスが大きい図２に示す分流磁路Ｍ２ｂを形成するために設けられている。本実施の形態においては、分流部５ｂは、凹条溝５ｇ同士の間において凹条溝５ｇに平行に延在するように磁性体部５に設けられた貫通溝である。

図３においては、分流磁路Ｍ２ｂの磁気抵抗をＲｂで示している。図３に示すように、吸引磁路Ｍ２ａの磁気抵抗は２ｒである。副磁路Ｍ２において、吸引磁路Ｍ２ａおよび分流磁路Ｍ２ｂは、狭路部５ｃと直列に接続されている。

図１に示すように、可動鉄心２には、主磁路Ｍ１から第１電磁力Ｆ₁、および、吸引磁路Ｍ２ａから第１電磁力Ｆ₁とは反対向きの第２電磁力Ｆ₂が作用する。可動鉄心２は、第１電磁力Ｆ₁と第２電磁力Ｆ₂との差分が付勢力Ｆ_S1より大きくなったときから、１対の端面１ａに接近するように下方向に駆動される。

ここで、比較例１に係る過電流引外し装置の構成について説明する。図４は、比較例１に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す正面図である。図４に示すように、比較例１に係る過電流引外し装置９０は、磁性体部５を備えていない。よって、可動鉄心２には、主磁路Ｍ１から第１電磁力Ｆ₁が作用する。可動鉄心２は、第１電磁力Ｆ₁が付勢力Ｆ_S9より大きくなったときから、１対の端面１ａに接近するように下方向に駆動される。

図５は、本発明の実施の形態１および比較例１に係る過電流引外し装置における、可動鉄心の下方向の変位量と、可動鉄心に作用する電磁力または付勢力との関係を示すグラフである。図５においては、横軸に、可動鉄心の下方向の変位量、縦軸に、可動鉄心に作用する電磁力および付勢力を示している。また、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０の推移を実線、比較例１に係る過電流引外し装置９０の推移を点線で示している。

図５に示すように、ばね機構４の付勢力は、可動鉄心２が駆動開始する初期位置Ａにあるときに可動鉄心２に作用する電磁力と等しくなるように設定されている。比較例１に係る過電流引外し装置９０においては、可動鉄心２が初期位置Ａにあるとき、可動鉄心２に作用する電磁力Ｒ_C、および、ばね機構４の付勢力Ｑ_Ｃの、各々の値がＰ_Cとなり等しくなっている。可動鉄心２に作用する電磁力Ｒ_Cは、主磁路Ｍ１から作用する第１電磁力Ｆ₁である。

本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０においては、可動鉄心２が初期位置Ａにあるとき、可動鉄心２に作用する電磁力Ｒ₁、および、ばね機構４の付勢力Ｑ_１の、各々の値がＰ₁となり等しくなっている。可動鉄心２に作用する電磁力Ｒ₁は、主磁路Ｍ１から作用する第１電磁力Ｆ₁と吸引磁路Ｍ２ａから作用する第２電磁力Ｆ₂との差分である。すなわち、Ｐ₁＝(Ｆ₁－Ｆ₂)の関係を満たし、Ｐ₁＜Ｐ_Cである。

よって、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０においては、可動鉄心２が初期位置Ａにあるときのばね機構４の付勢力を、比較例１に係る過電流引外し装置９０より小さくすることができる。

回路遮断器の主回路を流れる電流値が基準値を超えたとき、可動鉄心２に加わる電磁力がばね機構４の付勢力を上回ることで、可動鉄心２が下方向に駆動されて図２に示す駆動終了位置まで移動する。

可動鉄心２が初期位置Ａにあるとき、可動鉄心２と対向部５ａとの間の最短距離は、貫通溝の溝幅より小さい。よって、可動鉄心２が初期位置Ａにあるとき、吸引磁路Ｍ２ａは、分流磁路Ｍ２ｂに比べて磁気パーミアンスが大きい。そのため、副磁路Ｍ２を流れる磁束は、吸引磁路Ｍ２ａを主に流れる。このとき、狭路部５ｃは、副磁路Ｍ２を流れる磁束によって磁気飽和している。その結果、副磁路Ｍ２を流れる磁束は、回路遮断器の主回路を流れる電流値が基準値より高くなっても一定の磁束となる。

図６は、駆動開始時における回路遮断器の主回路を流れる電流値と可動鉄心に作用する電磁力との関係を示すグラフである。図６においては、横軸に、回路遮断器の主回路を流れる電流値、縦軸に、可動鉄心に作用する電磁力を示している。また、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０の推移を実線、比較例１に係る過電流引外し装置９０の推移を点線、狭路部を設けられていない点のみ本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０と異なる比較例２に係る過電流引外し装置の推移を１点鎖線で示している。

回路遮断器の主回路を流れる電流値が基準値Ｉであるときのばね機構４の付勢力は、比較例１に係る過電流引外し装置９０においてはＳ_Cであり、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０および比較例２に係る過電流引外し装置においてはＳ₁であり、Ｓ₁＜Ｓ_Cである。

図６に示すように、回路遮断器の主回路を流れる電流値が基準値Ｉであるとき、可動鉄心２に作用する電磁力の値は、比較例１に係る過電流引外し装置９０においてはＳ_Cであり、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０および比較例２に係る過電流引外し装置においてはＳ₁である。

回路遮断器の主回路を流れる電流値が基準値Ｉ＋ΔＩであるときに可動鉄心２に作用する電磁力とばね機構４の付勢力との差分が、駆動力成分となる。比較例１に係る過電流引外し装置９０においては、可動鉄心２に作用する電磁力Ｅ_C1の値とばね機構４の付勢力の値Ｓ_Cとの差分であるΔＥ_C1が駆動力成分となる。

本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０においては、可動鉄心２に作用する電磁力Ｅ₁の値とばね機構４の付勢力の値Ｓ₁との差分であるΔＥ₁が駆動力成分となる。比較例２に係る過電流引外し装置においては、可動鉄心２に作用する電磁力Ｅ_C2の値とばね機構４の付勢力の値Ｓ₁との差分であるΔＥ_C2が駆動力成分となる。

図６に示すように、比較例２に係る過電流引外し装置においては、狭路部５ｃを備えていないため、吸引磁路Ｍ２ａから作用する第２電磁力Ｆ₂も回路遮断器の主回路を流れる電流値の増加に応じて大きくなり、駆動力成分ΔＥ_C2は、比較例１に係る過電流引外し装置９０の駆動力成分ΔＥ_C1より小さくなる。

本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０においては、狭路部５ｃが副磁路Ｍ２を流れる磁束によって磁気飽和しているため、副磁路Ｍ２を流れる磁束は、回路遮断器の主回路を流れる電流値が基準値Ｉより高くなっても一定の磁束となる。よって、吸引磁路Ｍ２ａから作用する第２電磁力Ｆ₂は、回路遮断器の主回路を流れる電流値の増加によらず一定値に制限される。その結果、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０においては、駆動力成分ΔＥ₁を、比較例１に係る過電流引外し装置９０の駆動力成分ΔＥ_C1と同等に維持することができる。

次に、可動鉄心２の駆動開始後の動作について説明する。まず、副磁路Ｍ２を流れる磁束は、狭路部５ｃによって一定の磁束に制限されており、かつ、図３に示すように吸引磁路Ｍ２ａを流れる磁束と分流磁路Ｍ２ｂを流れる磁束との和となっている。

図２に示すように、可動鉄心２が初期位置Ａから離れるにしたがって、対向部５ａと可動鉄心２との磁気ギャップが大きくなり、吸引磁路Ｍ２ａの磁気抵抗が分流磁路Ｍ２ｂの磁気抵抗より大きくなることで、副磁路Ｍ２を流れる磁束は分流磁路Ｍ２ｂを流れるようになる。副磁路Ｍ２を流れる磁束は狭路部５ｃの磁気飽和により一定の磁束となっているため、分流磁路Ｍ２ｂを流れる磁束が増加するにしたがって吸引磁路Ｍ２ａを流れる磁束が減少する。これにより、吸引磁路Ｍ２ａから駆動方向と反対方向に可動鉄心２に作用する第２電磁力Ｆ₂が減少する。

可動鉄心２が駆動終了位置にあるとき、可動鉄心２と対向部５ａとの間の最短距離は、貫通溝の溝幅より大きい。よって、可動鉄心２が１対の端面１ａに接している駆動終了位置にあるとき、吸引磁路Ｍ２ａは、分流磁路Ｍ２ｂに比べて磁気パーミアンスが小さい。

図５に示すように、可動鉄心２の駆動開始後の位置Ｂにおいて、吸引磁路Ｍ２ａを流れる磁束が分流磁路Ｍ２ｂに転流し、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０の可動鉄心２に作用する電磁力Ｒ₁は、比較例１に係る過電流引外し装置９０の可動鉄心２に作用する電磁力Ｒ_Cと同等まで増大する。

可動鉄心２の駆動力は、可動鉄心２に作用する電磁力とばね機構４の付勢力との差分である。図５に示すように、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０の可動鉄心２の駆動力(Ｒ₁－Ｑ_１)は、駆動開始時から駆動終了時まで、比較例１に係る過電流引外し装置９０の可動鉄心２の駆動力(Ｒ_C－Ｑ_C)より大きい。そのため、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０は、比較例１に係る過電流引外し装置９０に比較して、引外し動作時間を短縮することができる。

本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０においては、主磁路Ｍ１の一部と並列となる副磁路Ｍ２において吸引磁路Ｍ２ａと並列に狭路部５ｃと接続されるとともに狭路部５ｃより磁気パーミアンスが大きい分流磁路Ｍ２ｂが形成されており、可動鉄心２が駆動開始する初期位置Ａにあるとき、狭路部５ｃは、副磁路Ｍ２を流れる磁束によって磁気飽和しているため、駆動開始時から駆動終了時まで大きな駆動力を確保して引外し動作時間を短縮することができる。

本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０においては、可動鉄心２が初期位置Ａにあるとき、吸引磁路Ｍ２ａは、分流磁路Ｍ２ｂに比べて磁気パーミアンスが大きく、可動鉄心２が１対の端面１ａに接している駆動終了位置にあるとき、吸引磁路Ｍ２ａは、分流磁路Ｍ２ｂに比べて磁気パーミアンスが小さい。これにより、駆動開始初期の駆動力を大きく確保して駆動動作を速くするとともに、駆動途中においても駆動力も大きく確保して引外し動作時間を短縮することができる。

本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０においては、磁性体部５に分流部５ｂとなる貫通溝が設けられており、可動鉄心２が初期位置Ａにあるとき、可動鉄心２と対向部５ａとの間の最短距離は、貫通溝の溝幅より小さく、可動鉄心２が駆動終了位置にあるとき、可動鉄心２と対向部５ａとの間の最短距離は、貫通溝の溝幅より大きい。これにより、貫通溝の溝幅を変更することによって、吸引磁路Ｍ２ａと分流磁路Ｍ２ｂとの切り替わるタイミングを調整することができる。

実施の形態２.
以下、本発明の実施の形態２に係る過電流引外し装置について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態２に係る過電流引外し装置は、分流部の構成のみ、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０と異なるため、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０と同様である構成については説明を繰り返さない。

図７は、本発明の実施の形態２に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す正面図である。図７においては、ばね機構４を図示していない。

図７に示すように、本発明の実施の形態２に係る過電流引外し装置２０においては、磁性体部２５は、狭路部５ｃと、対向部５ａと、分流部２５ｂとを含む。分流部２５ｂは、磁性体部２５に設けられた貫通孔である。具体的には、正面から見て、上下方向に長手方向を有するスリット状の貫通孔が磁性体部２５に設けられている。

本発明の実施の形態２に係る過電流引外し装置２０においては、分流磁路は、上記貫通孔の内側の空隙部、および、貫通孔を互いの間に挟んで並行して位置する１対の並行部２５ｐによって構成されている。１対の並行部２５ｐは、狭路部５ｃに比べて磁気パーミアンスが小さい。

１対の並行部２５ｐは、副磁路Ｍ２を流れる磁束によって磁気飽和し、磁気抵抗の高い状態となる。これにより、実施の形態１に係る過電流引外し装置１０と同様に、スリット状の貫通孔の幅により定まる磁気抵抗を有する分流磁路を形成して、駆動力を確保することができる。本発明の実施の形態２に係る過電流引外し装置２０においては、磁性体部２５が一体の部品として構成されるため、磁性体部２５が分割された部品で構成されている場合に比較して、分流部２５ｂを高精度に構成して分流磁路の所望の磁気パーミアンスを容易に得ることができる。

図８は、本発明の実施の形態２の変形例に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す正面図である。図８においては、ばね機構４を図示していない。

図８に示すように、本発明の実施の形態２の変形例に係る過電流引外し装置２０ａにおいては、磁性体部２５ａは、狭路部５ｃと、対向部５ａと、分流部２５ａｂとを含む。分流部２５ａｂは、磁性体部２５ａに設けられた貫通孔である。具体的には、正面から見て、円形状の貫通孔が磁性体部２５ａに設けられている。

本発明の実施の形態２の変形例に係る過電流引外し装置２０ａにおいては、分流磁路は、上記貫通孔の内側の空隙部、および、貫通孔を互いの間に挟んで並行して位置する１対の並行部２５ａｐによって構成されている。１対の並行部２５ａｐは、狭路部５ｃに比べて磁気パーミアンスが小さい。

本発明の実施の形態２の変形例に係る過電流引外し装置２０ａにおいても、貫通孔の径により定まる磁気抵抗を有する分流磁路を形成して、駆動力を確保することができる。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る過電流引外し装置について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態３に係る過電流引外し装置は、狭路部の構成のみ、本発明の実施の形態２に係る過電流引外し装置２０と異なるため、本発明の実施の形態２に係る過電流引外し装置２０と同様である構成については説明を繰り返さない。

図９は、本発明の実施の形態３に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す斜視図である。図９においては、ばね機構４を図示していない。

図９に示すように、本発明の実施の形態３に係る過電流引外し装置３０においては、磁性体部３５は、狭路部３５ｃと、対向部５ａと、分流部２５ｂとを含む。磁性体部３５には、上下方向に貫通する２つの貫通孔３５ｈが左右方向に間隔をあけて設けられている。狭路部３５ｃは、前後方向において貫通孔３５ｈの縁と磁性体部３５の外縁との間に位置する部分である。

本発明の実施の形態３に係る過電流引外し装置３０においては、上下方向に貫通する貫通孔３５ｈによって狭路部３５ｃを構成することにより、凹条溝５ｇによって狭路部５ｃを構成する場合に比較して、磁性体部３５の剛性を磁性体部２５の剛性より高くすることができる。

図１０は、本発明の実施の形態３の変形例に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す斜視図である。図１０においては、ばね機構４を図示していない。

図１０に示すように、本発明の実施の形態３の変形例に係る過電流引外し装置３０ａにおいては、磁性体部３５ａは、狭路部３５ａｃと、対向部５ａと、分流部２５ａｂとを含む。分流部２５ａｂは、磁性体部３５ａに設けられた貫通孔である。具体的には、正面から見て、円形状の貫通孔が磁性体部３５ａに設けられている。

磁性体部３５ａには、上下方向に貫通する１つの貫通孔３５ａｈが設けられている。狭路部３５ａｃは、前後方向において貫通孔３５ａｈの縁と磁性体部３５ａの外縁との間に位置する部分である。

本発明の実施の形態３の変形例に係る過電流引外し装置３０ａにおいては、上下方向に貫通する貫通孔３５ａｈによって狭路部３５ａｃを構成することにより、凹条溝５ｇによって狭路部５ｃを構成する場合に比較して、磁性体部３５ａの剛性を磁性体部２５の剛性より高くすることができる。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４に係る過電流引外し装置について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態４に係る過電流引外し装置は、非磁性体部材をさらに備える点のみ、本発明の実施の形態２に係る過電流引外し装置２０と異なるため、本発明の実施の形態２に係る過電流引外し装置２０と同様である構成については説明を繰り返さない。

図１１は、本発明の実施の形態４に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す正面図である。図１１においては、ばね機構４を図示していない。

図１１に示すように、本発明の実施の形態４に係る過電流引外し装置４０は、可動鉄心２と対向部５ａとの間に位置するように設けられ、上記磁気ギャップを規定する非磁性体部４６をさらに備える。非磁性体部４６は、平板状の形状を有している。非磁性体部４６は、可動鉄心２が駆動開始する初期位置Ａにあるときに可動鉄心２と対向部５ａとによって挟まれている。

本発明の実施の形態４に係る過電流引外し装置４０においては、非磁性体部４６の厚さを変更することによって、吸引磁路Ｍ２ａと分流磁路Ｍ２ｂとの切り替わるタイミングを調整することができる。

実施の形態５．
以下、本発明の実施の形態５に係る過電流引外し装置について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態５に係る過電流引外し装置は、柱状部をさらに備える点のみ、本発明の実施の形態２に係る過電流引外し装置２０と異なるため、本発明の実施の形態２に係る過電流引外し装置２０と同様である構成については説明を繰り返さない。

図１２は、本発明の実施の形態５に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す正面図である。図１３は、図１２のＸＩＩＩ部を拡大して示す正面図である。図１２においては、ばね機構４を図示していない。

図１２および図１３に示すように、本発明の実施の形態５に係る過電流引外し装置５０は、可動鉄心２と対向部５ａとの間に位置するように磁性体で設けられ、上記磁気ギャップを規定する柱状部５７をさらに備える。本発明の実施の形態５に係る過電流引外し装置５０においては、複数の柱状部５７が設けられているが、柱状部５７の数は１つ以上であればよい。柱状部５７は、円柱状の形状を有している。柱状部５７の直径はＷであり、柱状部５７の高さはｈである。柱状部５７は、可動鉄心２が駆動開始する初期位置Ａにあるときに可動鉄心２と対向部５ａとによって挟まれている。

柱状部５７の磁気パーミアンスは、狭路部５ｃの磁気パーミアンスより小さい。柱状部５７は、副磁路Ｍ２を流れる磁束によって磁気飽和し、磁気抵抗の高い状態となる。これにより、柱状部５７の高さｈを変更することによって、吸引磁路Ｍ２ａと分流磁路Ｍ２ｂとの切り替わるタイミングを調整することができる。

実施の形態６．
以下、本発明の実施の形態６に係る過電流引外し装置について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態６に係る過電流引外し装置は、可動鉄心の駆動方向および磁性体部の配置が主に、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０と異なるため、本発明の実施の形態１に係る過電流引外し装置１０と同様である構成については説明を繰り返さない。

図１４は、本発明の実施の形態６に係る過電流引外し装置の引外し動作前の状態を示す正面図である。図１５は、本発明の実施の形態６に係る過電流引外し装置の引外し動作後の状態を示す正面図である。図１４および図１５においては、主磁路を点線、副磁路を１点鎖線で示している。

図１４および図１５に示すように、本発明の実施の形態６に係る過電流引外し装置６０は、導線３と、固定鉄心６１と、可動鉄心６２と、磁性体部６５とを備える。

固定鉄心６１は、導線３の外周を囲みつつ互いに面する１対の端面６１ａを有し、導線３の通電により励磁される。固定鉄心６１は、積層された磁性鋼板で構成されている。固定鉄心６１は、正面から見て、Ｃ字状の形状を有している。１対の端面６１ａの各々は、傾斜面であり、導線３から離れるにしたがって端面６１ａ同士の間隔が狭まるように傾斜している。

可動鉄心６２は、１対の端面６１ａに接離可能に設けられ、導線３の通電によって発生する磁束の主磁路Ｍ１を固定鉄心６１とともに構成し、導線３側とは反対側に付勢する付勢力Ｆ_S6をばね機構４から負荷されている。具体的には、可動鉄心６２は、端面６１ａ同士の間において、上下方向に移動可能に設けられている。可動鉄心６２は、上方に配置されたばね機構４と接続されており、ばね機構４から上向きの付勢力Ｆ_S6を負荷されている。可動鉄心６２は、磁性体で構成されている。

可動鉄心６２は、固定鉄心６１の１対の端面６１ａと平行に位置する１対の側面を有している。すなわち、可動鉄心６２の１対の側面は、可動鉄心６２が駆動されて上方に移動した際に固定鉄心６１の１対の端面６１ａと面接触する形状を有している。

磁性体部６５は、固定鉄心６１に接続され、主磁路Ｍ１の一部と並列となるように主磁路Ｍ１から分岐した副磁路Ｍ２を構成する。本実施の形態においては、磁性体部６５は、固定鉄心１の内側に配置されている。磁性体部６５は、略平板状の外形を有している。磁性体部６５は、狭路部６５ｃと、対向部６５ａと、分流部６５ｂとを含む。

磁性体部６５の上面に、正面から見て互いに左右方向に間隔をあけて、１対の凹条溝６５ｇが設けられている。１対の凹条溝６５ｇの各々の底に隣接するように２つの狭路部６５ｃが位置している。狭路部６５ｃは、主磁路Ｍ１に比べて磁気パーミアンスが小さい。

対向部６５ａは、可動鉄心６２と磁気ギャップを介して対向配置され、導線３の通電時に可動鉄心６２との間に発生する磁束によって可動鉄心６２を吸引する。対向部６５ａは、磁性体部６５の上面において凹条溝６５ｇ同士の間に位置する部分である。

分流部６５ｂは、副磁路Ｍ２において、導線３の通電時に可動鉄心６２と対向部６５ａとの間に発生する磁束が通る図１４に示す吸引磁路Ｍ２ａと並列に狭路部６５ｃと接続されるとともに狭路部６５ｃより磁気パーミアンスが大きい図１５に示す分流磁路Ｍ２ｂを形成するために設けられている。本実施の形態においては、分流部６５ｂは、凹条溝６５ｇ同士の間において凹条溝６５ｇに平行に延在するように磁性体部６５に設けられた貫通溝である。

図１４に示すように、可動鉄心６２には、主磁路Ｍ１から第１電磁力Ｆ₁、および、吸引磁路Ｍ２ａから第１電磁力Ｆ₁とは反対向きの第２電磁力Ｆ₂が作用する。可動鉄心６２は、第１電磁力Ｆ₁と第２電磁力Ｆ₂との差分が付勢力Ｆ_S6より大きくなったときから、１対の端面６１ａに接近するように上方向に駆動される。

回路遮断器の主回路を流れる電流値が基準値を超えたとき、可動鉄心６２に加わる電磁力がばね機構４の付勢力を上回ることで、可動鉄心６２が上方向に駆動されて図１５に示す駆動終了位置まで移動する。

可動鉄心６２が初期位置Ａにあるとき、可動鉄心６２と対向部６５ａとの間の最短距離は、貫通溝の溝幅より小さい。よって、可動鉄心６２が初期位置Ａにあるとき、吸引磁路Ｍ２ａは、分流磁路Ｍ２ｂに比べて磁気パーミアンスが大きい。そのため、副磁路Ｍ２を流れる磁束は、吸引磁路Ｍ２ａを主に流れる。このとき、狭路部６５ｃは、副磁路Ｍ２を流れる磁束によって磁気飽和している。その結果、副磁路Ｍ２を流れる磁束は、回路遮断器の主回路を流れる電流値が基準値より高くなっても一定の磁束となる。

次に、可動鉄心６２の駆動開始後の動作について説明する。まず、副磁路Ｍ２を流れる磁束は、狭路部６５ｃによって一定の磁束に制限されており、かつ、吸引磁路Ｍ２ａを流れる磁束と分流磁路Ｍ２ｂを流れる磁束との和となっている。

図１５に示すように、可動鉄心６２が初期位置Ａから離れるにしたがって、対向部６５ａと可動鉄心６２との磁気ギャップが大きくなり、吸引磁路Ｍ２ａの磁気抵抗が分流磁路Ｍ２ｂの磁気抵抗より大きくなることで、副磁路Ｍ２を流れる磁束は分流磁路Ｍ２ｂを流れるようになる。副磁路Ｍ２を流れる磁束は狭路部６５ｃの磁気飽和により一定の磁束となっているため、分流磁路Ｍ２ｂを流れる磁束が増加するにしたがって吸引磁路Ｍ２ａを流れる磁束が減少する。これにより、吸引磁路Ｍ２ａから駆動方向と反対方向に可動鉄心２に作用する第２電磁力Ｆ₂が減少する。

可動鉄心６２が駆動終了位置にあるとき、可動鉄心６２と対向部６５ａとの間の最短距離は、貫通溝の溝幅より大きい。よって、可動鉄心６２が１対の端面６１ａに接している駆動終了位置にあるとき、吸引磁路Ｍ２ａは、分流磁路Ｍ２ｂに比べて磁気パーミアンスが小さい。

本発明の実施の形態６に係る過電流引外し装置６０においては、主磁路Ｍ１の一部と並列となる副磁路Ｍ２において吸引磁路Ｍ２ａと並列に狭路部６５ｃと接続されるとともに狭路部６５ｃより磁気パーミアンスが大きい分流磁路Ｍ２ｂが形成されており、可動鉄心６２が駆動開始する初期位置Ａにあるとき、狭路部６５ｃは、副磁路Ｍ２を流れる磁束によって磁気飽和しているため、駆動開始時から駆動終了時まで大きな駆動力を確保して引外し動作時間を短縮することができる。

上述した実施の形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではない。また、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１，６１固定鉄心、１ａ，６１ａ端面、２，６２可動鉄心、３導線、４ばね機構、５，２５，２５ａ，３５，３５ａ，６５磁性体部、５ｃ，３５ｃ，６５ｃ狭路部、５ａ，６５ａ対向部、５ｂ，２５ａｂ，２５ｂ，６５ｂ分流部、５ｇ，６５ｇ凹条溝、１０，２０，２０ａ，３０，３０ａ，４０，５０，６０，９０過電流引外し装置、２５ａｐ，２５ｐ並行部、３５ａｈ，３５ｈ貫通孔、４６非磁性体部、５７柱状部、Ａ初期位置、Ｂ駆動終了位置、Ｍ１主磁路、Ｍ２ｂ分流磁路、Ｍ２ａ吸引磁路。

Claims

導線と、
前記導線の外周を囲みつつ互いに面する１対の端面を有し、前記導線の通電により励磁される固定鉄心と、
前記１対の端面に接離可能に設けられ、前記導線の通電によって発生する磁束の主磁路を前記固定鉄心とともに構成し、導線側とは反対側に付勢する付勢力を負荷されている可動鉄心と、
前記固定鉄心に接続され、前記主磁路の一部と並列となるように前記主磁路から分岐した副磁路を構成する磁性体部とを備え、
前記磁性体部は、
前記主磁路に比べて磁気パーミアンスが小さい狭路部と、
前記可動鉄心と磁気ギャップを介して対向配置され、前記導線の通電時に前記可動鉄心との間に発生する磁束によって前記可動鉄心を吸引する対向部と、
前記副磁路において、前記導線の通電時に前記可動鉄心と前記対向部との間に発生する磁束が通る吸引磁路と並列に前記狭路部と接続されるとともに前記狭路部より磁気パーミアンスが大きい分流磁路を形成するための分流部とを含み、
前記可動鉄心には、前記主磁路から第１電磁力、および、前記吸引磁路から前記第１電磁力とは反対向きの第２電磁力が作用し、
前記可動鉄心は、前記第１電磁力と前記第２電磁力との差分が前記付勢力より大きくなったときから、前記１対の端面に接近する方向に駆動され、
前記可動鉄心が駆動開始する初期位置にあるとき、前記狭路部は、前記副磁路を流れる磁束によって磁気飽和している、過電流引外し装置。
前記分流部は、前記磁性体部に設けられた貫通孔である、請求項１に記載の過電流引外し装置。
前記分流磁路は、前記貫通孔の内側の空隙部、および、前記貫通孔を互いの間に挟んで並行して位置する１対の並行部によって構成されており、
前記１対の並行部は、前記狭路部に比べて磁気パーミアンスが小さい、請求項２に記載の過電流引外し装置。
前記可動鉄心が前記初期位置にあるとき、前記吸引磁路は、前記分流磁路に比べて磁気パーミアンスが大きく、
前記可動鉄心が前記１対の端面に接している駆動終了位置にあるとき、前記吸引磁路は、前記分流磁路に比べて磁気パーミアンスが小さい、請求項１に記載の過電流引外し装置。
前記磁性体部には、前記分流部となる貫通溝が設けられており、
前記可動鉄心が前記初期位置にあるとき、前記可動鉄心と前記対向部との間の最短距離は、前記貫通溝の溝幅より小さく、
前記可動鉄心が前記駆動終了位置にあるとき、前記可動鉄心と前記対向部との間の最短距離は、前記貫通溝の前記溝幅より大きい、請求項４に記載の過電流引外し装置。
前記可動鉄心と前記対向部との間に位置するように設けられ、前記磁気ギャップを規定する非磁性体部をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の過電流引外し装置。
前記可動鉄心と前記対向部との間に位置するように磁性体で設けられ、前記磁気ギャップを規定する柱状部をさらに備え、
前記柱状部の磁気パーミアンスは、前記狭路部の磁気パーミアンスより小さい、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の過電流引外し装置。