WO2009122584A1 - 回路遮断器の短絡電流検出装置 - Google Patents

Abstract

アーマチュアの支持部を固定子と一体に形成することで部品数を削減して安価にするとともに、上記支持部を片持ち構造として支点部を介した磁気経路が生じないようにすることで十分な磁気吸引力を確保する。支持部を固定子に設けることでアーマチュアと固定子とのギャップ量のばらつきが減少し、磁気特性が安定する。

Description

回路遮断器の短絡電流検出装置

　この発明は、大きな短絡電流が流れる回路短絡時に、トリップ装置を動作させて主回路接点を開放させる回路遮断器の短絡電流検出装置に関するものである。

　一般に配線用回路遮断器においては、主回路が短絡事故を起こした場合に、その短絡電流を検出して瞬時に回路を遮断する短絡電流検出装置が設けられている。この短絡電流検出装置は、基本的には以下のような動作原理に基づいている。すなわち、主回路に短絡電流が流れると通電経路の周囲に磁界が形成され、この磁界が、回動可能に保持されたアーマチュアとこれに対向配置された固定子とを通ることによりアーマチュアが固定子に吸引される。これに伴い上記アーマチュアがその支持部を中心に回動されトリップバーを付勢して遮断機構部を作動させることにより主回路が遮断される。

　アーマチュアを回動可能に且つ安定して保持するためには、アーマチュアの両端部を回転可能に支持するのが一般的である。このとき、固定子でアーマチュアの両端部を直接支持すると、アーマチュア両端の支持部を介して固定子とアーマチュアで磁気回路が構成されてしまう。その場合、短絡電流によって発生した磁束の一部が上記支持部を介して磁気回路に流れてしまい、支持部を通る磁束は、アーマチュアを固定子に吸引する動きには全く寄与しなくなり、結果としてアーマチュアの吸引力が低下し、動作に必要な吸引力が得られなくなることがある。

　従って、この種の短絡電流検出装置においては、上記問題点を解決する手段として従来から、アーマチュアを支持する支持部材に非磁性の素材を用いる考え方がある。部品点数を増やすことなく支持部材を非磁性化する例としては、アーマチュアを回路遮断器のハウジングで支持したものがある（例えば特許文献１を参照）。回路遮断器のハウジングは一般的に非磁性素材である樹脂で形成されているからである。

　上記特許文献１の方法を用いると、アーマチュアの支持部を介した磁気回路は構成されず、従って吸引力の低下は生じない。この構成では、アーマチュア支持用の部品が不要である上、ハウジングにアーマチュア支持用の溝を設けることは製品コストを増やすものではないため実用性がある。しかしながら、樹脂成形品の寸法精度は一般的に金属加工品に比べて劣るため、固定子に対するアーマチュアの位置設定においてばらつきが多くなってしまう。固定子とアーマチュアの位置関係が変化すると磁気吸引力も変わってしまうため、短絡電流検出特性にばらつきが生じ易いという問題がある。

　非磁性の支持部材を用いるその他の構成としては、アーマチュアを支持するための支持部材としてステンレス製の非磁性素材を用いるものも提案されている（例えば特許文献２を参照）。
これはアーマチュアを支持するための支持部材を別途追加し、これを固定子側に取り付けるものであるが、この構成では専用の支持部材が必要となって部品点数が増加し、製品コストが増大してしまうことが問題である。

特開２０００－２３１８７０号公報 特開平１０－２８３８９９号公報

　この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、短絡電流通電時に支持部を介した磁束のロスが生じないアーマチュア支持構造であって、構成部品を何等増加させることなく、固定子とアーマチュアとの間のギャップ量のばらつきを低減させることができる回路遮断器の短絡電流検出装置を得ることを目的とする。

　この発明になる回路遮断器の短絡電流検出装置は、ケースに固定される導体と、上記導体と一体に取り付けられる固定子と、上記導体を介して上記固定子と対向配置され上記導体に流れる短絡電流に基づいて回動するアーマチュアとからなり、上記アーマチュアは上記固定子と対向する面を有する可動部と、上記可動部から延在する少なくとも一対の腕部と、その回動によりトリップバーを作動させる操作部とを有し、上記固定子は、その一端部のみから上記アーマチュア側に延在し上記アーマチュアの腕部と係合してこれを支点支持するアーマチュア支持部を有することを特徴とするものである。

　この発明によれば、短絡電流検出装置において、アーマチュアを支持するために非磁性の部品を追加することなく、固定子でアーマチュアを直接支持することができる構造となるため、装置を構成する部品数を削減でき、小型、安価にできる。また、アーマチュアを回路遮断器の樹脂ハウジングで支持している場合と比較して、固定子に対するアーマチュアの位置ばらつきを低減できるため、コストを増大させることなく短絡電流検出特性のばらつきを減らすことができる。

　実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による短絡電流検出装置１を示す斜視図であり、図２は図１の短絡電流検出装置１からアーマチュア６および復帰スプリング７を取り外した状態を示している。
図中２は導体からなるヒータであり、後で説明するケースに取り付けられる底部２aと、この底部から略直角に折り曲げられた立上げ部２bと、更に逆方向に略９０度折り曲げられた導出部２cとからなり導出端子８により外部導体に連結されるようになっている。３はバイメタルで、図２のようにヒータ２の立上げ部２bにピン５で固定されている。

　４は固定子で、上記ヒータ２のバイメタル３の取り付け面とは反対側に上記ピン５によりバイメタル３と一体に固着されている。上記一体固着はピンによるかしめ以外にも、例えば、溶接、ロウ付けといった方法を採用することができる。６はアーマチュアであり、上記ヒータ２の立上げ部２bの固定子４と反対側に配置され、上記固定子４のアーマチュア支持部４aに回動可能に支点支持されている。７は復帰スプリングである。

　図３は上記固定子４の詳細構造を示す斜視図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）を反対側から見た斜視図である。固定子４は例えば鉄などの強磁性体からなり、ヒータ２を挟んで後述するアーマチュア６と対向して配置されているのは前述したとおりである。固定子４には、その一端部から延長され、ヒータ２を挟んで固定子４と対向する位置まで達し、図の上方から見ると固定子本体と合わせて略Ｕ字形となるアーマチュア支持部４aを有している。図３では図に向かってヒータ４の右側からアーマチュア支持部４aを延長しているが、左側から延長してもよい。なお、上記アーマチュア支持部４aにはその両端に後述するアーマチュア６の腕部６b、６cと係合する支持部４b、４cを備えており、また、上記復帰スプリング７の下端を取り付ける係止部４dを備えている。

　図４はアーマチュア６の詳細構造を示す斜視図である。上記アーマチュア６は、上記固定子４と対向する面を有する可動部６aと、この可動部６aの上部に延在し一部がコ字上に内方に向かって折り曲げられた一対の腕部６b、６cと、上記腕部の一方（図では６c）から上方に延在している操作部６dとから構成されている。上記一対の腕部６b、６cには上述した固定子４のアーマチュア支持部４aの支持部４b、４cにより支点支持される係合部６e、６fが形成されている。なお、可動部６aには、その両端部が互いに対向するように内側に折り曲げられた折曲げ部６gと、アーマチュア６が回動可能な状態で上記固定子４との支点支持を実現するような切欠き部６hとを備えている。

　以上の説明から明らかなように、アーマチュア６は電流経路であるヒータ２を挟んで固定子４と対向状に配置され、左右両端に設けられた一対の腕部６b、６cに設けられた係合部６e、６fで固定子のアーマチュア支持部４b、４cに回動可能に支持される。組み立てに際しては復帰スプリング７の一端（上端）をアーマチュア６の操作部６dの係止部６iに取り付け、他端（下端）を上述したように固定子４の係止部４dに取り付けて、その収縮力によって操作部６dが後述する遮断器のトリップバーと離れる方向に付勢されている。

　図５は本実施の形態１の短絡電流検出装置を回路遮断器に組み込んだ断面図を示している。
短絡電流検出装置はバイメタル３の湾曲を利用した過電流検出装置と一体になっている。次に短絡電流検出装置および過電流検出装置の動作について説明する。図において、１は上述した短絡電流検出装置、１１はトリップバー、１２は電源側端子、１３は固定接触子、１４は可動接触子、１５は可動接触子ホルダ、１６は操作ハンドル、１７はトリップ機構部である。

　図は、操作ハンドル１６を操作して回路遮断器を投入した状態を示している。主回路電流は電源側端子１２→固定接触子１３→可動接触子１４→可動接触子ホルダ１５→ヒータ２→負荷側端子８の経路で流れている。いま、定格電流を超える過電流が流れると、ヒータ２が電流通電によるジュール熱で発熱し、バイメタル３の温度が上昇する。バイメタル３は温度が上昇すると先端がトリップバー１１の方向に湾曲していく。電流が大きくなると発熱量が増し、さらに温度が上昇して湾曲量が大きくなる。定格電流を超える過電流が流れると湾曲量が大きくなってバイメタルがトリップバー１１を押し込む。トリップバー１１が押されるとトリップ機構部１７が作動して可動接触子１４を固定接触子１３から瞬時に解離させる回路遮断動作が行われる。

　次に、短絡電流検出動作を説明する。ヒータ２に大きな電流が流れると電流経路の周囲に磁界が形成されるため、固定子４およびアーマチュア６が磁化されて互いに吸引力が作用する。短絡時は定格の１０倍を超えるような大電流が流れるため、大きな吸引力が作用して、復帰スプリング７に抗してアーマチュア６が固定子４に引き付けられる。この時、アーマチュア６は支点部を中心にして時計方向に回転移動されるため、アーマチュア６上部の操作部６dがトリップバー１１を押し込んでトリップ機構部１７を作動させて上記電流経路が遮断される。

　上記短絡電流検出動作において、アーマチュア６が強磁性体からなる固定子４に支点支持される構造においては、一般に電流経路の周囲に発生する磁束が支点部を通ってしまい、前述したように固定子４とアーマチュア６の対向面を通る磁束が減少してしまう結果となる。支点部を通る磁束はアーマチュア６の回転移動には全く寄与しないため、アーマチュア６に作用する回転トルクが低下することとなり、回転トルクが低下するとトリップ動作に必要な力が得られにくくなって短絡電流検出特性が不安定となる。

　本発明の実施例では、上記固定子４に、その一端部からアーマチュア側に延在し上記アーマチュアの腕部６b、６cと係合してこれを支点支持するアーマチュア支持部４aを設けることにより、すなわち上記アーマチュア６の支持部を片持ち形状とし固定子４と一体に形成することにより、上記支点部を介して固定子４とアーマチュア６で形成される磁気ループ内にヒータ２あるいはバイメタル３といった電流経路が経由しなくなるようになっている。従って、主回路電流によって発生する磁界が支点部を経由することがなく、アーマチュア６に作用する回転トルクが低下することはない。

　実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２による短絡電流検出装置１を示す側面図であり、バイメタルそのものを通電経路とすることによりヒータを省略した構造例を示している。図中、９は一端がバイメタル３の先端部に接合され、他端が負荷側端子８に接合された可撓導体であり、１０は接続導体で図５のアーマチュアホルダ１５に接続されている。上記接合にはリベット等を用いたカシメ、あるいは溶接、ロウ付けといった方法を用いる。

　実施の形態２はヒータ２を省略した点のみが実施の形態１と異なり、短絡電流検出装置１の基本的構成は同一である。従って、この場合はバイメタル３自体が通電経路となり、バイメタル３そのものの抵抗発熱によりバイメタルの温度が上昇して湾曲することにより過電流検出動作を行う。短絡電流検出動作に関しては、接続導体１０およびバイメタル３を流れる電流経路の周囲に磁界が形成されるため、固定子４およびアーマチュア６が磁化されて互いに吸引力が作用する。短絡時は定格の１０倍を超えるような大電流が流れるため、大きな吸引力が作用して、復帰バネ７に抗してアーマチュア６が固定子４に引き付けられる。この時、アーマチュア６は支点部を中心にした回転移動となるため、アーマチュア６上部の操作部６dがトリップバー１１を押し込んでトリップ機構部１７を作動させて上記電流経路が遮断されるものである。

　以上のように、固定子４とアーマチュア６は接続導体１０を含む通電経路を挟んで対向して配置されるため、電流による磁界は導体１０の周囲に形成される。このとき、通電経路に対してトリップ機構部１７側に配置するのをアーマチュアにする場合と固定子にする場合とが考えられる。ここでは機構部側にアーマチュアを配置した例で説明しているが、これとは反対に、機構部側に固定子を配置する構成も可能である。この場合はアーマチュアの回転方向が逆になるため、トリップバーの作動方向も逆にする必要があるが、本実施例での内容は同様に適用可能である。

　また、アーマチュア６と固定子４との間に電流経路を配置する空間を確保する必要があるため、本実施例ではアーマチュア６の可動部６aには、その両端部が互いに対向するように内側に折り曲げられた折曲げ部６gを設け、アーマチュア６の固定子４との対向面を断面がＵ字形状とすると共に、固定子４側を平板形状とすることにより、アーマチュア６が固定子４に吸引された状態でも両者の間に空間が残るようにしてある。これを逆にして固定子断面をＵ字形状、アーマチュアを平板形状にすることも可能である。また両方ともに断面をＵ字形状にしてもよい。

　以上に示したように固定子４にアーマチュア支持部４aを設け、その支持部を片持ち構造とすることにより、支持部４aを介して固定子４とアーマチュア６で形成される磁気ループ内に通電経路を通さない構造とすることができる。短絡電流通電時に支持部を介した磁束のロスが生じないため、アーマチュアに作用する磁気吸引力は従来構造と比べて低下することはない。
また、本実施例をアーマチュアがハウジングで支持される従来例と比較すると、固定子とアーマチュア間のギャップ量ばらつきを低減させることができるため、短絡電流検出特性を安定化することができる。また、非磁性のアーマチュア支持部品を設けた従来例に対しては、短絡電流検出特性を同等にしつつ、アーマチュアを支持するための部品が不要となるためコストを低減できるものである。

本発明の実施の形態１による短絡電流検出装置を示す斜視図である。 図１の短絡電流検出装置からアーマチュアおよび復帰ばねを取り外した状態を示す図である。 本発明の実施の形態１における固定子の詳細構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１におけるアーマチュアの詳細構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１の短絡電流検出装置回路を遮断器に組み込んだ状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態２による短絡電流検出装置を示す斜視図である。

符号の説明

１　：短絡電流検出装置、
２　：ヒータ、
３　：バイメタル、
４　：固定子、　４a　：アーマチュア支持部、４b、４c　：支持部、　４d　：係止部、
６　：アーマチュア、　６a　：可動部、　６b、６c　：腕部、　６d　：操作部、
６e、６f　：係合部、　６g　：折曲げ部、　６h　：切欠き部、　６i　：係止部、
７　：復帰バネ、
８　：導出端子、
９　：可撓導体、
１０　：接続導体、
１１　：トリップバー、
１２　：電源側端子、
１３　：固定接触子、
１４　：可動接触子、
１５　：アーマチュアホルダ、
１６　：操作ハンドル、
１７　：トリップ機構部。

Claims (4)

1. 　ケースに固定される導体と、上記導体と一体に取り付けられる固定子と、上記導体を介して上記固定子と対向配置され上記導体に流れる短絡電流に基づいて回動するアーマチュアとからなり、上記アーマチュアは上記固定子と対向する可動部と、上記可動部から延在する少なくとも一対の腕部と、トリップバーを作動させる操作部とを有し、上記固定子は、その一端部から上記アーマチュア側に延在し上記アーマチュアの腕部と係合してこれを支点支持するアーマチュア支持部を有することを特徴とする回路遮断器の短絡電流検出装置。
2. 　上記アーマチュア支持部は上記アーマチュアの腕部と係合する係合部を備え、この係合部によりアーマチュアを支点支持したことを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器の短絡電流検出装置。
3. 　上記アーマチュア支持部は片持ち形状として上記固定子と一体に形成されることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器の短絡電流検出装置。
4. 　上記固定子とアーマチュアおよびそれらを係合するアーマチュア支持部で形成される閉曲線内に電流経路を持たないことを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器の短絡電流検出装置。
   。

Images