WO2018083840A1

WO2018083840A1 - 過電流検出装置及びこれを用いた遮断器

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Publication number: WO2018083840A1
Application number: PCT/JP2017/025576
Authority: WO
Inventors: 孝幸甲斐; 貢森
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-11-01
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2018-05-11
Also published as: JPWO2018083840A1; JP6508432B2

Abstract

定格電流値を変更する際に、過電流検出装置（１）の内部構成を変更しなくても、磁束の変化割合の不均衡による影響を低減できる過電流検出装置（１）を提供する。過電流検出装置（１）は、固定継鉄（４）と、固定継鉄（４）との距離である空隙長が変更可能な可動継鉄（５）と、軸方向に移動可能に配置された可動鉄心（３）と、電流が供給される導体（８）と、可動鉄片（２）と、荷重調整機構としての調整ばね（１０）を備える。可動鉄片（２）は、固定継鉄（４）に回転自在に設けられ、調整ばね（１０）は、可動鉄心（３）への吸引を妨げる方向に可動鉄片（２）を付勢し、空隙長に応じて、可動鉄片（２）に対する付勢力が変化可能に設けられることを特徴とする。

Description

過電流検出装置及びこれを用いた遮断器

　本発明は、過電流検出装置及びこれを用いた遮断器に関するものである。

　ツリー状に配線された配電系統では、配電系統の保護を目的として、遮断器が電路の分岐点に配置される。この遮断器が、過電流が流れた場合に機械ラッチ機構が解除されて開閉機構が動作する。これらの遮断器において、電路に流れる過電流を検知して、開閉機構を動作させる過電流検出装置が設けられている。

　過電流検出装置において、定格電流値を変更する場合には、制動ばねの荷重、パイプ内の油粘度などを変えて動作特性を調整する必要があり、定格電流値に応じて過電流検出装置の構成部品を変える必要がある。

　そこで、例えば特許文献１では、外部の操作部を介して定格電流値の変更が可能な技術が開示されている。磁気回路を形成する継鉄内の空隙長を長くすることで、継鉄、可動鉄片、及び可動鉄心などにより構成される磁気回路の抵抗が高くなる。これにより可動鉄心及び可動鉄心を通過する磁束が減少し、結果として定格電流値を大きくすることができる。また、継鉄内の一部を移動させることで空隙長を変更するための操作部により定格電流値を変更することができる。

　ところで、可動継鉄と固定継鉄間の空隙長を拡大した場合には、可動鉄心を通過しない漏れ磁束が増加し、可動鉄片と可動鉄心との間で磁束変化割合の不均衡が生じる。この空隙長の変更で生じる漏れ磁束等による磁束変化割合（以下、「磁束変化割合」と呼ぶ。）の不均衡による影響によって、過電流検出装置の動作特性などが大きく変化する場合があった。特許文献１では、各定格電流値に対応した調整片を用いることで可動鉄心を通過する磁束を増加させ、これにより磁束変化割合の不均衡を補正していた。

実開昭４９－７９７２０号公報

　従来の過電流検出装置にあっては、定格電流値を変更する際に変更後の定格電流値に対応した調整片に交換することで、磁束変化割合の不均衡による影響を低減していた。しかしながら、定格電流値ごとに調整片を交換する必要があり、過電流検出装置の内部構成を変更しなければならないという問題があった。

　本発明は、上述のような事情を鑑みてなされたもので、定格電流値を変更する際に、過電流検出装置の内部構成を変更しなくても、磁束の変化割合の不均衡による影響を低減できる過電流検出装置及びこれを用いた遮断器を提供することを目的としている。

　本発明に係る過電流検出装置は、第一の磁性体と、第一の磁性体との空隙長が変更可能な第二の磁性体と、固定鉄心と、可動鉄心と、電流が流れる導体と、第一の磁性体に回転自在に設けられ、導体を流れる電流により、第一の磁性体、第二の磁性体、固定鉄心及び可動鉄心とともに磁気回路を形成し、磁気回路により可動鉄心に向かい吸引されて回動することで、遮断器の開閉機構を動作させる可動鉄片と、固定鉄心への吸引を妨げる方向に可動鉄片を付勢する力が、空隙長に応じて変化可能な荷重調整機構と、を備えることを特徴とする。

　本発明にかかる過電流検出装置にあっては、漏れ磁束の影響を低減するために荷重を調整する荷重調整機構を備えるため、過電流検出装置の内部構成を変更しなくとも磁束変化割合の不均衡による影響を低減することができる。

本発明の実施の形態１に係る過電流検出装置の概略構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る過電流検出装置の概略構成を示す図１のＡ－Ａ断面図である。可動継鉄を移動させて空隙長を拡大した状態の過電流検出装置の断面図である。導体を流れる電流と過電流検出装置の動作時間との関係を示す動作特性の一例を示す。（Ａ）～（Ｃ）の場合における過電流検出装置１の動作特性の一例を示す説明図である。図５に示す動作特性を有する過電流検出装置について、同一の電流値における動作を比較した図である。本発明の実施の形態１における調整ばねの接続方法の変形例を示す図である。図７に示す過電流検出装置において可動継鉄を移動させた状態を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る過電流検出装置の概略構成を示す断面図である。本発明の実施の形態３に係る過電流検出装置の概略構成を示す断面図である。図１０に示す過電流検出装置において、可動継鉄を移動させて空隙長を拡大した状態の断面図である。本発明の実施の形態４における過電流検出装置の概略構成を示す斜視図である。図１２に示す可動継鉄５Ａを下方に移動させて空隙幅９Ａを小さくした場合を示す図である。本発明の実施の形態４における可動継鉄５Ａの移動により空隙幅９Ａを変更したときの動作特性の変化を説明する図である。本発明の実施の形態５における遮断器の断面図である。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る過電流検出装置１の概略構成を示す斜視図である。ただし図１では、可動鉄片２、可動鉄心３及び可動継鉄５にそれぞれ接続された制動ばね及び調整ばねが、省略して表示されている。また、内部構成の把握を容易にするために、パイプ６を破線にて示している。なお、図１内の破線矢印及び実線矢印は、それぞれ、導体８を流れる電流が流れる方向及び磁気回路内の磁束の経路を表している。

　図２は、本発明の実施の形態１に係る過電流検出装置１の概略構成を示す図１のＡ－Ａ断面図である。図中、断面図でのハッチングは図の簡易化のため、省略して表記している。なお、以下の過電流検出装置における断面図は、図１のＡ－Ａ断面に相当する位置での断面図であり、それぞれの断面図のハッチングも図２と同様に省略して表記している。

　過電流検出装置１は、固定継鉄（第一の磁性体）４と、固定継鉄４との距離である空隙長が変更可能な可動継鉄（第二の磁性体）５と、固定鉄心７と、軸方向に移動可能に配置された可動鉄心３と、電流が供給される導体８とを備える。

　また、過電流検出装置１はさらに、可動鉄片２及び荷重調整機構としての調整ばね１０を備える。可動鉄片２は、固定継鉄４に回転自在に設けられ、導体８を流れる電流により、可動継鉄５と固定継鉄４と固定鉄心７と可動鉄心３と共に磁気回路を形成する。また、可動鉄片２は、この磁気回路により可動鉄心３に向かい吸引されて回動することで、固定鉄心７に対向する部分である一端部とは回転中心を挟んで反対側の他端部により、トリップバー１２を押圧する。調整ばね（第一の弾性部材）１０は、可動鉄心３に向かう吸引を妨げる方向に可動鉄片２を付勢し、空隙長９に応じて、可動鉄片２に対して付勢する力が変化可能に設けられる。なお、強磁性体である固定鉄心７の代わりに非磁性体の固定体を設けた構成でもよい。この場合、可動鉄片２は、導体８を流れる電流により、可動継鉄５と固定継鉄４と可動鉄心３と共に磁気回路を形成する。

　過電流検出装置１は、遮断器の端子と直列に接続された導体８の外周に磁気回路を形成する。詳細には、磁気回路を構成するために、可動鉄片２、固定鉄心７、可動鉄心３、可動継鉄５、及び固定継鉄４は、導体８を囲む形で配置される。固定継鉄４、可動継鉄５、及び固定鉄心７は、過電流検出装置１の動作開始時には固定されており、磁力を受けて動作する可動鉄片２と可動鉄心３とを磁気的に結合している。過電流検出装置１は、導体８を流れる電流よってこの磁気回路内で生じる磁力を利用する。過電流検出装置１において、一定の閾値を越える過電流が発生した場合に、図２にて実線で示す位置から破線で示す位置に可動鉄片２が移動し、機械ラッチ機構に接続されたトリップバー１２を押す。これにより機械ラッチ機構が解除されて、開閉機構が動作することで遮断動作を行う。

　固定継鉄４及び可動継鉄５から構成される継鉄はＬ字型に形成されており、固定継鉄４は、遮断器の筐体（図示省略）に固定される。可動継鉄５は、固定継鉄４に対して移動することで空隙長９を変更可能に設けられる。なお、空隙長９は、可動継鉄５が移動する方向における、固定継鉄４と可動継鉄５との間の距離である。

　なお、継鉄の形状はＬ字型に限らず、固定継鉄４及び可動継鉄５が平行に配置されていてもよく、可動鉄片２及び可動鉄心３が、可動鉄心３に向かい吸引されるための磁気回路を構成することができればよい。また、可動継鉄５は、ネジ止め位置を変更することで可動継鉄５の位置が変更できるように構成されていれば、ネジ止めにて遮断器の筐体に固定されていてもよい。固定継鉄４及び可動継鉄５を構成する部材は本実施の形態において鉄であるとしているが、その他の強磁性体であってもよい。

　パイプ６は、固定継鉄４とともに遮断器の筐体に固定して配置している。パイプ６の開口部側には固定鉄心７が配置されており、パイプ６の内部にはパイプ６内部を移動可能に配置された可動鉄心３と、可動鉄心３及び固定鉄心７を接続する制動ばね１１とが配置されている。さらに、パイプ６の内部には高い粘性を有する油が充填されている。

　可動鉄心３は導体８を流れる電流が後述する条件を満たせば、固定鉄心７に向かい移動を開始する。パイプ６内で圧縮された制動ばね１１によって、可動鉄心３がパイプ６の固定鉄心７に近づく向きとは反対向きに押され、これにより可動鉄心３が初期位置に保持される。ここで、初期位置は、図２にて可動鉄心３が配置される位置である。

　調整ばね１０は、後述する方法により、磁束変化割合の不均衡により生じる可動鉄片２の磁力の変化を補正する。調整ばね１０は、一方の端部が可動継鉄５に接続され、他方の端部が可動鉄片２に接続される。

　過電流検出装置１の動作について説明する。過電流検出装置１は導体８に流れる電流の大きさによって、導体８に過電流が発生してから可動鉄片２がトリップバー１２を押すまでの時間（以下、「動作時間」と呼ぶ。）が異なる。

　遮断器の定格電流値に近い過電流が流れた場合は、過電流検出装置１の動作時間が長くなる。可動鉄心３に発生する磁力が制動ばね１１の荷重を越えた場合に、可動鉄心３は固定鉄心７側に向かって動作を開始する。なお、可動鉄心３が固定鉄心７側に動作を開始するための、最小の電流値を以下では動作電流値と呼ぶ。

　可動鉄心３は、粘性の高い油と共にパイプ６に封入されているため、油からの制動力を受けて低速に動作する。可動鉄心３と固定鉄心７との距離が減少するにつれて、磁気回路の磁気抵抗が小さくなる。これにより可動鉄片２及び可動鉄心３を含む磁気回路を通過する磁束が多くなり、可動鉄片２に働く磁力が増加する。

　一方、短絡事故のような遮断器の定格電流値を大きく超える短絡電流が流れる場合には、磁気回路の磁気抵抗が大きい状態でも、導体８を流れる電流が大きく可動鉄片２が動き始めるのに十分な磁力が発生するため、可動鉄片２は瞬時に可動鉄心３側に吸引され回動する。また、可動鉄心３が動き始めて数秒（例えば２秒）経過した後に、可動鉄片２が動作するように設計すれば、短限時特性を実現できる。これによりモータの突入電流等による過電流検出装置１の不要動作を抑制できる。

　可動鉄片２に働く磁力が調整ばね１０により付勢される荷重を超えた場合に、可動鉄片２が可動鉄心３側に吸引され、可動鉄片２が回動する。これにより先述した通り可動鉄片２が実線で示す位置から破線で示す位置に移動して、吸引された側とは反対側の端部でトリップバー１２を押圧する。以下では、調整ばね１０などの弾性部材が可動鉄片２に弾性的に付勢する荷重を「付勢力」と呼ぶ。

　なお、可動鉄片２が吸引される前に過電流が解消された場合は、制動ばね１１からの荷重によって、可動鉄心３が初期位置に戻される。

　図３は、可動継鉄５を移動させて空隙長９を拡大した状態の過電流検出装置１の断面図である。図２及び図３を用いて、定格電流値を増加させる場合を例に挙げて、定格電流値を変更するための動作を説明する。

　図２及び図３に示す通り可動継鉄５を移動させて空隙長９を拡大すると、過電流検出装置１の磁気回路の磁気抵抗が大きくなる。従って、空隙長９を変更する前に比べて動作電流値（定格電流値）が大きくなる。換言すると、空隙長９の変更前と同程度の磁束を可動鉄心３に発生させるためには、導体８により大きな電流を流す必要があり、これにより定格電流値が大きくなる。

　しかしながら、空隙長９を大きくすると漏れ磁束などの影響で可動鉄心３での磁束の減少の割合が可動鉄片２に比べて大きく磁束変化割合の不均衡が発生するため、可動鉄片２に対して付勢力の調整が行われない場合、以下のような問題が生じる。定格電流値は漏れ磁束が大きい可動鉄心３を通過する磁束に応じて決定されるため、漏れ磁束の影響が少ない可動鉄片２を通過する磁束が可動鉄心３を通過する磁束と比べて相対的に増加する。従って、漏れ磁束がない場合に比べて可動鉄片２が可動鉄心３に向かい回動しやすくなり、過電流検出装置１の動作特性が大きく変化するという問題がある。

　そこで、本実施の形態では、空隙長９に応じて可動鉄片２の回動を妨げる方向すなわち可動鉄心３への吸引を妨げる方向における付勢力を調整可能な調整ばね１０を設けている。これにより、空隙長９により発生する漏れ磁束等による磁束変化割合の不均衡の影響を低減し、動作特性の変化が抑制できる。

　詳細には、上述の通り可動継鉄５が移動すると、調整ばね１０の力線角度が変化して、可動鉄片２に対する付勢力が増加する。なお、力線角度は、図２及び図３ではそれぞれθ１及びθ２に対応し、調整ばね１０の両端部（可動鉄片２及び可動継鉄５との接点）を結ぶ線分と、可動鉄心３の軸方向に平行な線分のなす角である。

　本実施の形態では、空隙長９に応じて、必要な付勢力が負荷されるように、調整ばね１０のばね定数などの特性が調整されている。例えば図２及び図３では、可動継鉄５を図中下方に移動させて空隙長９を拡大すると、図２に示す力線角度θ１に比べて、図３に示す力線角度θ２が小さくなる。これにより可動鉄片２に対する付勢力がＦｓ１からＦｓ２に変化することから、付勢力が増加することがわかる。上述した通り、付勢力が空隙長９に応じて調整されるため、漏れ磁束による可動鉄片２での磁力の増加分を補正することができ、磁束変化割合の不均衡の影響を低減できる。これにより、動作特性の変化が抑制できる。

　本実施の形態では、空隙長９に応じて可動鉄片２に対する付勢力を変更可能な調整ばね１０を設けることで、上述の漏れ磁束による磁束変化割合の不均衡に起因する可動鉄片２の磁力の変化を補正するものである。

　過電流検出装置１の動作特性を説明する。図４は、導体８を流れる電流と過電流検出装置１の動作時間との関係を示す動作特性の一例を示す。図中横軸は定格電流に対する導体８に流れる電流の倍率を示す。縦軸は可動鉄心３が動作を開始してから遮断器の動作が完了するまでの動作時間（秒）を示す。

　動作時間は、導体８を流れる過電流の大きさによって変化する。例えば、導体８を流れる過電流が定格電流に比較的近い場合は、一時的な過負荷状態の場合もあるため、発熱などで問題が生じない程度の時間（一般的には数十秒～数十分程度）を経過した後に過電流を検知して動作するような長限時特性が求められる。

　一方で、モータが動作を始動するときなどには、定格電流の何倍もの突入電流等が瞬間的に流れる。突入電流が発生した場合において遮断器が不要な動作を行わないようにすると共に、短絡事故のような大電流事故発生時に即座に動作させるために、比較的短い時間範囲（一般的には数ミリ秒～数秒程度）で過電流を検知する短限時特性が求められる。

　例えば、図４において、定格電流の６倍以上の電流が導体８を流れた場合、過電流検出装置１の動作時間は０．１秒以下となり、短限時特性により動作が行われており、過電流検出装置が短時間で動作を開始していることがわかる。一方で、定格電流の１倍程度の大きさの電流が導体８を流れた場合は、長限時特性により動作が行われており、動作時間が約１００秒程度になることがわかる。

　続いて、可動鉄片２に対する付勢力の調整による効果を説明するため、（Ａ）～（Ｃ）の場合に分けて動作特性を説明する。（Ａ）は、定格電流値を変更する前の状態であり、例えば図２のような状態である。（Ｂ）及び（Ｃ）は、（Ａ）の状態から空隙長９を拡大して定格電流値を大きくした状態であり、例えば図３に示すように可動継鉄５が下方に移動した状態である。ただし、（Ｂ）では調整ばね１０による可動鉄片２に対する付勢力の調整が行われているのに対し、（Ｃ）では可動鉄片２に対する付勢力の調整が行われていない。なお、（Ｂ）及び（Ｃ）は、（Ａ）に比べて定格電流値を大きくした場合の動作特性である。

　図５は、上記（Ａ）～（Ｃ）の場合における過電流検出装置１の動作特性の一例を示す説明図である。図５は縦軸が図４と同様に過電流発生から遮断器の動作が完了するまでの時間である動作時間（対数表示）を示す。図５では、横軸が（Ａ）～（Ｃ）のそれぞれの定格電流値に対する導体８を流れる電流の倍率を示す。図５では、上記（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に対応する個別の動作特性が、それぞれ実線Ａ１、一点鎖線Ｂ１、及び破線Ｃ１により示される。以下、単に「動作特性」と呼ぶ場合は、図５に示すような個別の動作特性を意味するものとし、横軸がそれぞれの定格電流値に対する電流の倍率で表記されたものとする。

　図６は、図５に示す動作特性を有する過電流検出装置について、同一の電流値における動作を比較した図である。図中、縦軸が図５と同様に動作時間（対数表示）を示す。図５の横軸がそれぞれの定格電流値に対する倍率を示しているのに対し、図６の横軸は、導体８を流れる電流の大きさ（対数表示）を示す。また、図５に示す動作特性Ａ１、Ｂ１、及びＣ１が、横軸の表示を変更した図６では、実線Ａ２、一点鎖線Ｂ２、及び破線Ｃ２のように示される。

　図５に示す通り、調整ばね１０による可動鉄片２に対する付勢力の調整機能がない場合、動作特性が例えば実線Ａ１から破線Ｃ１に変化し、短限時引き外し電流値が低下するという問題が発生する。なお、短限時引き外し電流値は、短限時特性による遮断が行われるための最小の電流値である。例えば図５では、短限時引き外し電流値が定格電流値の６倍（実線Ａ１）から４倍（破線Ｃ１）に低下している。

　短限時引き外し電流値の低下の原因は、空隙長９の調整で生じる漏れ磁束等の影響により、可動鉄片２と可動鉄心３の磁力が異なる割合で変化するためすなわち可動鉄片２の磁力が可動鉄心３よりも低下しにくいためである。一方で、本実施の形態に係る過電流検出装置１は調整ばね１０による付勢力の調整機能を有するため、一点鎖線Ｂ１に示す通り、動作特性の変化が低減できる。

　実際の配電系統はツリー状に配線されており、電路の分岐点に遮断器が配置される。配電系統の上位には定格電流値が大きな遮断器が配置され、配電系統の下位には定格電流値が小さな遮断器が配置される。過電流が発生した場合には、事故点に近い遮断器のみが動作することで、健全な系統を停電させずに過電流を除去する選択遮断が求められる。

　従って、（Ｂ）又は（Ｃ）の場合のような過電流検出装置を用いた上位遮断器と、上位遮断器に比べて定格電流値が小さい（Ａ）の場合のような過電流検出装置を用いた下位遮断器とがあった場合、上位遮断器の動作時間を遅くし、下位遮断器が先に動作する必要ある。

　しかしながら、可動鉄片２に対する付勢力の調整がない場合、漏れ磁束の影響により動作特性が実線Ａ１から破線Ｃ１に変化する。この動作特性に変化に伴い、図６に示すように、過電流検出装置１は、実線Ａ２及び破線Ｃ２が交わる箇所が発生する。従って、図６の実線Ａ２及び破線Ｃ２の動作時間の関係が反転している領域の電流が流れると、上位遮断器が先に動作するため、選択遮断できない場合がある。

　本実施の形態に係る過電流検出装置は、空隙長９に応じて可動鉄片２に対する付勢力の調整を行うことで、実線Ａ２及び一点鎖線Ｂ２のように動作する。上位遮断器の動作時間は下位遮断器よりも常に遅くなるため、選択遮断を行いやすい。

　本実施の形態では、可動鉄片２に接続された調整ばね１０を可動継鉄５に接続して、可動鉄片２に対する付勢力が調整可能となっている。これにより定格電流値を変更した場合でも、動作特性が大きく変わらないように構成されている。従って、定格電流値を変更した場合でも、変更後の動作特性が把握しやすく、広い範囲の定格電流値で選択遮断を実現できる。

　さらに、定格電流値を変更する際に内部構成を変更する必要がないため、定格電流値の異なる遮断器を製造する場合に部品を共用化できる。また、定格電流値を変更する際に空隙長９を調整するだけでよく、出荷前に定格電流値を調整する際の作業量が削減できる。これらにより、低コストでかつ短い納期により遮断器を提供できる。

　また、現地に据付した後に遮断器の定格電流値を変更する必要がある場合でも、遮断器の外部から空隙長９を変更して定格電流値の変更を可能とする操作部を設けることで、容易に定格電流値を変更することができる。

　本実施の形態１に係る過電流検出装置１によれば、定格電流値を変更する際に、過電流検出装置の内部構成を変更しなくても、磁束変化割合の不均衡による影響を低減できる。

　なお、実施の形態１では、可動継鉄５を下方に移動する際に可動鉄片２に対する付勢力が増加するように調整ばね１０を接続した。図７及び図８に示すように可動鉄片２に対する付勢力が減少するように構成してもよい。図７は、調整ばね１０の接続方法の変形例である。図８は、図７の過電流検出装置において、可動継鉄５を移動させた状態を示す。調整ばね１０の力線角度θ３が図７に示す通り０に近い角度になるように調整ばね１０を配置すればよい。これにより、図８に示す通り、可動継鉄５を下方に移動させると、力線角度θ４が図７に示す力線角度θ３よりも大きくなる。力線角度が大きくなることで、上述の通り可動鉄片２に対する付勢力が例えばＦｓ３からＦｓ４に減少する。

実施の形態２．
　図９は、本発明の実施の形態２に係る過電流検出装置の概略構成を示す断面図である。本実施の形態に係る過電流検出装置は、実施の形態１に係る過電流検出装置１に、固定復帰ばね（第二の弾性部材）２０がさらに設けられた点が実施の形態１と異なる。なお、本実施の形態の荷重調整機構は、調整ばね１０及び固定復帰ばね２０によって構成される。

　固定復帰ばね２０の一端には、可動鉄片２の固定鉄心７に対応する部分が固定され、他端には後述する遮断器の筐体に固定される。なお、上述した実施の形態で説明した構成と同一または対応する構成については同一符号を付し、それらの構成の説明は繰り返し行わない。

　実施の形態１では、調整ばね１０が初期付勢力及び空隙長９に応じた付勢力を可動鉄片２に付勢する構成である。詳細には、可動継鉄５が移動していない状態すなわち空隙長９が０である状態では、調整ばね１０が可動鉄片２に対し、初期設定値としての付勢力（以下、「初期付勢力」と呼ぶ。）を付勢する構成である。さらに、可動継鉄５が移動し空隙が形成される状態では、調整ばね１０が上述の初期付勢力に加えて、空隙長９に応じた付勢力を可動鉄片２に付勢し、漏れ磁束の影響を低減する構成である。

　しかしながら、本実施の形態では、固定復帰ばね２０が初期付勢力を可動鉄片２に対して付勢し、調整ばね１０が空隙長９に応じた付勢力を付勢する構成である。

　上述の構成により調整ばね１０が、調整ばね１０が空隙長９に応じた付勢力の調整を行うだけでよい。換言すると、固定復帰ばね２０が設けられているため、調整ばね１０は定格電流変更時の補正分のみに対する付勢力を可動鉄片２に設定するだけでよい。従って、調整ばね１０が付勢力の調整を実施の形態１に比べてより高精度に行うことができる。よって、漏れ磁束などの影響による磁束変化割合の不均衡による影響を低減でき、これにより動作特性の変化を効果的に低減することができる。

　図９の固定復帰ばね２０は引きばねにより構成されるものとしているが、可動鉄片２との接続の方法によっては、可動鉄片２の回転軸に配置されたねじりばね、又は押しばねを用いても本実施の形態と同様な効果が得られる。

実施の形態３.
　図１０は、本発明の実施の形態３に係る過電流検出装置の概略構成を示す断面図である。図１０に示す通り、本実施の形態に係る過電流検出装置は、実施の形態２に係る過電流検出装置の調整ばね１０の代わりに、位置調整部材３０を有する点が異なる。本実施の形態の荷重調整機構は、固定復帰ばね２０及び位置調整部材３０によって構成される。

　なお、本実施の形態では、実施の形態１及び２とは異なる構成のみについて説明を行うこととし、図中、同じまたは対応する構成については同一符号を付し、それらの構成の説明は繰り返さない。

　位置調整部材３０は、一端が可動鉄片２に沿って移動可能に配置されると共に、他端が可動継鉄５に接続されている。位置調整部材３０は、その一端で固定復帰ばね２０の弾性力に抗して可動鉄片２を保持する。可動鉄片２は位置調整部材３０によって保持されることにより、図に示す位置に配置される。

　図１１に示すように可動継鉄５が図中下方に移動すると、位置調整部材３０も共に下方に移動する。これにより、初期ギャップ３１が図１０に比べて小さくなり固定復帰ばね２０が伸長される。この固定復帰ばね２０が伸長されることにより、可動鉄片２に付勢される付勢力が、Ｆｓ５（図１０）から、Ｆｓ５より大きなＦｓ６（図１１）に変化する。

　なお、可動継鉄５を調整して空隙長９を拡大すると、実際には付勢力の変化の他に、初期ギャップ３１が小さくなるため、可動鉄片２への磁力も変化する。詳細には、図１０及び図１１に示す通り、可動鉄片２の初期ギャップ３１が小さくなると、空隙長９を拡大する前に比べて可動鉄片２を回動させる方向（可動鉄心３に向かい吸引される方向）の磁力が増加する。ここで、上述した通り、調整ばね１０による、可動鉄片２の回動を妨げる方向における付勢力も増加し、調整ばね１０による付勢力の増加が磁力の増加に対して大きくなるように設定されている。説明を簡易にするため、初期ギャップ３１の縮小による磁力の増加については以下ではその説明を省略する。

　固定復帰ばね２０及び位置調整部材３０により、可動継鉄５の位置に対応して、可動鉄片２の初期ギャップ３１の大きさを変更する。これにより可動鉄片２に対する固定復帰ばね２０による付勢力が、定格電流値に対応して調整される。なお、固定復帰ばね２０及び位置調整部材３０は、定格電流値に対応して、それぞれの位置及びばね係数等が予め調整されている。

　位置調整部材３０により初期ギャップ３１を変更すると、可動鉄片２に対して、可動鉄心３への吸引を妨げる方向（可動鉄片２の回動を妨げる方向）の力を増加させる補正が行われている。換言すると、この固定復帰ばね２０及び位置調整部材３０が空隙長９に応じて可動鉄片２に対する付勢力を変更可能に設けられる。この補正により、磁束の変化割合の不均衡による影響を低減できる。

　本実施の形態による過電流検出装置によれば、実施の形態１と同様な効果が得られる。

実施の形態４．
　上述の実施の形態に係る過電流検出装置では、短限時特性と長限時特性の双方に対して同様に調整を行っていた。一方、本実施の形態に係る過電流検出装置は、短限時特性を選択的に調整が可能な構成であり、遮断器へ接続される負荷条件によっては、短限時特性をより柔軟に調整することが必要になるという事情を鑑みて考案されたものである。

　図１２は、実施の形態４に係る過電流検出装置の概略構成を示す断面図である。なお本実施の形態では、図中、上述の実施の形態で説明した構成と同じまたは対応する構成については同一符号を付し、それらの構成の説明は繰り返さない。

　図１２に示す通り本実施の形態では、固定継鉄４ＡをＬ字形状とするとともに、可動継鉄（第三の磁性体）５Ａを設けた点が実施の形態１とは異なる。可動継鉄５Ａは可動鉄心３から可動鉄片２へ向かう磁束についてこの磁束の一部が分岐して入力される磁束分岐路を構成する。なお、固定継鉄４Ａは、Ｌ字形状に限らずＬ字の一端部及び他端部が分離した構成であってもよい。すなわち、可動鉄心３、可動継鉄５Ａ、及び可動鉄片２と共に磁気回路を構成することができれば、固定継鉄４Ａはいずれの形状及び構造であってもよい。

　さらに、付勢力調整部が可動鉄心３から可動継鉄５Ａへの距離である空隙幅９Ａに応じて付勢力を変化させる点も異なる。ここで、空隙幅９Ａは、可動鉄心３と可動継鉄５Ａとの間の距離である。図中では、パイプ６（可動鉄心３）の上端と可動継鉄５Ａの下端との高さ方向の距離である。本実施の形態の付勢力調整部は、以下の動作の説明にて詳細を述べるが、可動鉄心３に向かう吸引を妨げる方向に可動鉄片２を付勢する力が、空隙幅９Ａに応じて変更可能である。また付勢力調整部は、調整ばね１０Ａ及び固定復帰ばね２０Ａにより実現されており、この両構成のばね定数などの特性は、短限時特性が選択的に調整できるように設定される。

　過電流検出装置に可動継鉄５Ａを設けることによる作用及び効果を以下に説明する。上述の実施の形態１～３では可動継鉄５が固定継鉄４と可動鉄心３を介して可動鉄片２へ磁気的に直列に結合される。本実施の形態では、上述の通り可動継鉄５Ａが磁束分岐路を構成するため、可動継鉄５Ａが可動鉄片２へ磁気的に並列に結合される。従って、本実施の形態の可動継鉄５Ａを移動させた場合、上述の実施の形態の可動継鉄５を移動させた場合に比べて、可動鉄片２に働く磁力が可動鉄心３に働く磁力よりも大きく変化する。さらに、上述の実施の形態では漏れ磁束が可動鉄片２へ向かっていたが、本実施の形態では、可動継鉄５Ａは可動鉄片２へ向かう漏れ磁束を遮蔽する位置に配置される。これにより、可動継鉄５Ａを通過する漏れ磁束が増加することで、可動鉄片２を通過する漏れ磁束が減少する。空隙幅９Ａが小さくなるにつれて、可動継鉄５Ａが遮蔽する漏れ磁束の割合が多くなるため、可動鉄片２の磁束が減少する。低い電流値領域（長限時特性）で動作する場合よりも高い電流値領域（短限時特性）で動作する場合では、動作時の磁気抵抗が大きいため漏れ磁束の割合が大きくなる。これは高い電流値領域で動作する場合では、低い電流値領域で動作する場合に比べ、可動鉄心３の変位が小さく、過電流検出装置が磁気抵抗の高い状態で動作するためである。従って、高い電流値領域で動作する場合には低い電流値領域で動作する場合よりも漏れ磁束が多いため、空隙幅９Ａを変更させると、可動鉄片２の磁力が大きく変化して動作時間が大きく変化する。

　以下に動作の説明を行う。図１３は、本実施の形態に係る過電流検出装置について図１２に示す可動継鉄５Ａを下方に移動させて空隙幅９Ａを小さくした場合を示す図である。図１３では図１２に比べて可動鉄片２を通る磁束が減少し、可動鉄片２に働く磁力が減少する。この可動鉄片２に働く磁力の変化に応じて、調整ばね１０Ａの可動鉄片２への付勢力が変化するように調整ばね１０Ａが設定される。これにより低い電流値領域の動作時間の変化を抑制することができる。

　詳細には、可動継鉄５Ａを下方に移動させると例えば調整ばね１０Ａと固定復帰ばね２０Ａが引きばねの場合には調整ばね１０Ａが縮むことでθ５が小さくなる。ここで、可動鉄片２への付勢力がθ５の変化よりも調整ばね１０Ａのばね長の変化による影響を受けるように設定すると、調整ばね１０Ａの可動鉄片２に対する付勢力を減少させることができ、結果として可動鉄片２に働く磁力の変化が動作時間に与える影響を抑制できる。

　一方で、低い電流値領域に比べると高い電流値領域では可動鉄片２に発生する磁力が大きく、これにより高い電流値領域では、調整ばね１０Ａの付勢力の変化が動作時間に与える影響が小さいため、高い電流値領域での動作時間が長くなるように調整できる。従って、上述の通り、低い電流領域の動作時間が変動しないように調整ばね１０Ａの付勢力を調整すれば、高い電流領域の動作時間のみを図１４に示すように変更することができる。ここで、図１４は可動継鉄５Ａの移動により空隙幅９Ａを変更したときの動作特性の変化を説明する図である。図中、実線Ａは可動継鉄５Ａの移動前（図１２に図示）の動作特性の一例を示し、一点鎖線Ｂは可動継鉄５Ａを下方に移動した後（図１３に図示）の動作特性の一例を示す。

　本実施の形態に係る過電流検出装置にあっては、部品の変更を行わないで高い電流値領域の動作時間を選択的に変更することができる。

　本実施の形態では、可動鉄片２の付勢力の設定を容易とするために、調整ばね１０Ａ及び固定復帰ばね２０Ａを設けて、この固定復帰ばね２０Ａが遮断器の筺体と可動鉄片２とに接続された構成としている。可動鉄片２の付勢力の設定が容易である場合、固定復帰ばね２０Ａを省いた構成としてもよい。また、本発明の他の実施の形態と組み合わせることにより、過電流検出装置は定格電流の調整と高い電流値領域の動作時間の両方を調整する構成とすることができる。例えば、本実施の形態に係る可動継鉄５Ａ及び調整ばね１０Ａに加えて上述の実施の形態に係る可動継鉄５及び調整ばね１０を有する構成としてもよい。さらに、上述の構成に対して固定復帰ばね２０，２０Ａを追加した構成としてもよい。なお、固定復帰ばね２０及び２０Ａを共用してもよい。これにより固定復帰ばね２０Ａ及び固定復帰ばね２０のいずれか一方を省略することができる。

実施の形態５．
　図１５は、本実施の形態に係る遮断器の断面図である。遮断器は、過電流検出装置１と、遮断器の筺体４５と、機械ラッチ機構を備えた開閉機構４６を有する。導体８は過電流検出装置１内部を通過し可動電極４１に接続される。過電流検出装置１により過電流が検出されないときは可動電極４１が固定電極４３に電気的に接続される。一方、過電流検出装置１は過電流を検出したときに機械ラッチ機構を解除させることにより、開閉機構４６を動作させる。これにより可動電極４１が開極されて可動電極４２（点線にて図示）の位置へと移動する。ここで、可動電極４１は閉極時の可動電極の状態を示し、可動電極４２は開極時の可動電極の状態を示す。積層板４４は筺体４５の内部に配置され、開極時に可動電極４２からの放電を抑える。なお、実施の形態１に係る過電流検出装置１を用いた遮断器を説明したが、実施の形態２～４に係る過電流検出装置を用いて遮断器を構成してもよいことは言うまでもない。

１　過電流検出装置
２　可動鉄片
３　可動鉄心
４　固定継鉄（第一の磁性体）
５　可動継鉄（第二の磁性体）
５Ａ　可動継鉄（第三の磁性体）
６　パイプ
７　固定鉄心
８　導体
９　空隙長
９Ａ　空隙幅
１０　調整ばね（第一の弾性部材）
１１　制動ばね
１２　トリップバー
２０　固定復帰ばね（第二の弾性部材）
３０　位置調整部材
４０　遮断器
４１　可動電極（閉極時）
４２　可動電極（開極時）
４３　固定電極
４４　積層板
４５　筺体
４６　開閉機構

Claims

　第一の磁性体と、
　前記第一の磁性体との空隙長が変更可能な第二の磁性体と、
　可動鉄心と、
　電流が流れる導体と、
　前記第一の磁性体に回転自在に設けられ、前記導体を流れる電流により、前記第一の磁性体、前記第二の磁性体及び前記可動鉄心とともに磁気回路を形成し、前記磁気回路により前記可動鉄心に向かい吸引されて回動することで、遮断器の開閉機構を動作させる可動鉄片と、
　前記可動鉄心に向かう前記吸引を妨げる方向に前記可動鉄片を付勢する力が、前記空隙長に応じて変化可能な荷重調整機構と
　を備えた過電流検出装置。
　前記荷重調整機構は、
　一方の端部が前記可動鉄片に固定されると共に、他方の端部が前記第二の磁性体に固定される第一の弾性部材を有する
　ことを特徴とする請求項１に記載の過電流検出装置。
　前記荷重調整機構は、
　一端が前記可動鉄片に固定されると共に、他端が前記遮断器の筐体に固定された第二の弾性部材をさらに有する
　ことを特徴とする請求項２に記載の過電流検出装置。
　前記荷重調整機構は、
　一端が前記可動鉄片に固定されると共に、他端が前記遮断器の筐体に固定された第二の弾性部材と、
　一端が前記可動鉄片に沿って移動可能に配置されると共に、他端が前記第二の磁性体に接続された位置調整部材と
　を有する
　ことを特徴とする請求項１に記載の過電流検出装置。
　前記遮断器の外部から前記空隙長を変更して定格電流値の変更を可能とする操作部を有することを特徴とする
　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の過電流検出装置。
　前記可動鉄心から前記可動鉄片へ向かう磁束について前記磁束の一部が分岐して入力される磁束分岐路を構成し、前記可動鉄心との間の空隙幅が変更可能な第三の磁性体と、
　前記可動鉄心へ向かう前記吸引を妨げる方向に前記可動鉄片を付勢する力が、前記空隙幅に応じて調整可能な付勢力調整部と
　を有することを特徴とする
　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の過電流検出装置。
　第一の磁性体と、
　可動鉄心と、
　前記可動鉄心との空隙幅が変更可能な第三の磁性体と、
　電流が流れる導体と、
　前記第一の磁性体に回転自在に設けられ、前記導体を流れる電流により、前記第一の磁性体、前記可動鉄心、及び前記第三の磁性体とともに磁気回路を形成し、前記磁気回路により前記可動鉄心に向かい吸引されて回動することで、遮断器の開閉機構を動作させる可動鉄片と、
　前記可動鉄心に向かう前記吸引を妨げる方向に前記可動鉄片を付勢する力が、前記空隙幅に応じて変更可能な付勢力調整部と
　を備え、
　前記第三の磁性体は、前記可動鉄心から前記可動鉄片に向かう前記磁気回路の磁束について前記磁束の一部が分岐して入力される磁束分岐路を構成する
　ことを特徴とする過電流検出装置。
　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の過電流検出装置と、
　前記過電流検出装置が過電流を検出した場合に解除される機械ラッチ機構を有し、前記機械ラッチ機構が解除されることにより動作する前記開閉機構と
　を備えた遮断器。