(57)【要約】【課題】  通電時に安定した過負荷遮断動作をする回路遮断器を得ることを目的としている。【解決手段】  この発明に係る回路遮断器は、筐体１と、筐体１に固定される負荷側導電部１１と、筐体１内の底面に固定された固定側導電部１４と、一端を固定側導電部１４に接合され湾曲可能な磁歪バイメタル８と、磁歪バイメタル８に一端が電気的に接続するとともに磁歪バイメタル８の外周に巻きつけられ他端が負荷側導電部１１に電気的に接続するコイル９と、可動接点３と固定接点２との間を開閉する開閉機構１５とを備え、過負荷電流がコイル９に流れコイル９に磁界が発生すると、磁歪バイメタル８が開閉機構１５方向に湾曲して開閉機構１５に接触し、開閉機構１５は可動接点３と固定接点２との接触から開放させることを特徴とする。【選択図】  図２
2015046310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体に固定される負荷側導電部と、
前記筐体内の底面に固定された固定側導電部と、
一端を前記固定側導電部に接合され湾曲可能な磁歪バイメタルと、
前記磁歪バイメタルに一端が電気的に接続するとともに前記磁歪バイメタルの外周に巻きつけられ他端が前記負荷側導電部に電気的に接続するコイルと、
可動接点と固定接点との間を開閉する開閉機構とを備え、
過負荷電流が前記コイルに流れ前記コイルに磁界が発生すると、前記磁歪バイメタルが前記開閉機構方向に湾曲して前記開閉機構に接触し、前記開閉機構は前記可動接点と前記固定接点との接触から開放させることを特徴とする回路遮断器。
【請求項２】
前記磁歪バイメタルと前記コイルとの間に絶縁カバーを設けることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項３】
前記磁歪バイメタルの周囲を磁気シールドで囲んだことを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項４】
前記磁歪バイメタルは短絡電流が通電された場合に遮断する磁歪特性であることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項５】
前記磁歪バイメタルに巻かれる前記コイルの単位長さ当りの巻き数は、先端側で多く、前記根元側で少ないことを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項６】
前記磁歪バイメタルに巻かれる前記コイルの単位長さ当りの巻き数は、先端側で少なく、前記根元側で多いことを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項７】
前記負荷側導電部は前記磁歪バイメタルの前記根元側で接続し、前記磁歪バイメタルに直接通電することを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項８】
前記磁歪バイメタルは熱応答式であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の回路遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回路の定格電流を超えた過負荷電流が流れた際に、接点の開閉動作を行うとともに、回路を遮断する回路遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の回路遮断器では、電流値に応じて湾曲するバイメタルを用いることで、定格電流を超えた過負荷電流が流れた際に回路を遮断する。このような回路遮断器では、過負荷電流が流れると、バイメタルが湾曲してトリップレバーに接触し、開閉機構を動作することで接点の開閉動作を行う。
【０００３】
例えば、特許文献１、３において、温度上昇して湾曲するバイメタルを用いて開閉機構を動作することにより、回路を遮断している回路遮断器が記載されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２において、磁場の発生により湾曲するバイメタルが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２９４３８９３号公報（段落［０００１］〜［００１１］、図１、図３、図９）
【特許文献２】特公平７-１２２１１６号公報（段落［００３１］〜［００４６］）
【特許文献３】特許第３５１８１０１号公報（段落［０００１］〜［０００９］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような回路遮断器にあっては、開閉動作により接点間の接触面積がばらつき、回路内の開閉機構および接点の接触抵抗が変化する。また、回路遮断器と電線など外部回路との接続状態も接続するたびに変化する。これらの要因により接触抵抗が変化した結果、電流によりバイメタルが発熱する際に、同一電流であっても通電する毎に抵抗値が変化する。そして、バイメタルおよび回路の発熱量が変化し、バイメタルの湾曲量にばらつきが生じる。その結果、過負荷電流であっても開閉機構が動作せず遮断しない、または逆に過負荷電流に達しなくとも回路を遮断してしまい、湾曲量が不安定になるという問題点があった。さらに、回路遮断後に再度通電する必要がある際には、回路の発熱により遮断する位置まで湾曲したバイメタルが再度通電可能な位置に戻るまで、冷却しなければならないという問題点もあった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、通電時に安定した過負荷遮断動作をする回路遮断器を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る回路遮断器は、筐体と、筐体に固定される負荷側導電部と、筐体内の底面に固定された固定側導電部と、一端を固定側導電部に接合され湾曲可能な磁歪バイメタルと、磁歪バイメタルに一端が電気的に接続するとともに磁歪バイメタルの外周に巻きつけられ他端が負荷側導電部に電気的に接続するコイルと、可動接点と固定接点との間を開閉する開閉機構とを備え、過負荷電流がコイルに流れコイルに磁界が発生すると、磁歪バイメタルが開閉機構方向に湾曲して開閉機構に接触し、開閉機構は可動接点と固定接点との接触から開放させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の回路遮断器は、磁歪バイメタル周囲に配置されたコイルにより通電時に磁界が発生し、磁歪バイメタルが湾曲し過負荷通電で開閉機構を動作させ回路を遮断するので、安定して回路を過負荷遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１による回路遮断器を示す正面図である。
【図２】実施の形態１による回路遮断器の磁歪バイメタル周辺を示す正面図である。
【図３】実施の形態１による回路遮断器の磁歪バイメタル周辺を示す正面図である。
【図４】実施の形態１における回路遮断器の磁歪バイメタル周辺での電流の流れを表す正面図である。
【図５】実施の形態１による回路遮断器の構成例でのコイル巻数と磁界の関係を示す図である。
【図６】実施の形態３による回路遮断器の磁歪バイメタル周辺を示す正面図である。
【図７】実施の形態４による回路遮断器の構成例でのコイル巻数と磁界の関係を示す図である。
【図８】実施の形態５による回路遮断器の磁歪バイメタル周辺を示す正面図である。
【図９】実施の形態６による回路遮断器の磁歪バイメタル周辺を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による回路遮断器を示す正面図である。回路遮断器の筐体１の内部には、機構部４を有する開閉機構１５と、負荷側導電部１１と、固定側導電部１４と、磁歪バイメタル８と、固定接点２とが設けられている。
【００１２】
開閉機構１５は、磁歪バイメタル８と接触可能な位置に設置されるトリップレバー６と、トリップレバー６と接触可能なラッチ７と、回動可能である機構部４とを有する。また、開閉機構１５は、筐体１に設けられる可動接点３を有し、この可動接点３は固定接点２と接触可能である。
【００１３】
磁歪バイメタル８は、長手方向に立設して、固定側導電部１４に固定される。磁歪バイメタル８は、磁歪特性の異なる合金が張り合わされ構成される。コイル９は、磁歪バイメタル８の周囲を巻くように配置されている。また、コイル９は、磁歪バイメタル８の先端側において、負荷側導電部１１に溶接またはかしめ等により固定されている。さらに、コイル９は、磁歪バイメタル８の根元側において、固定側導電部１４に溶接またはかしめ等により接続され固定されている。
【００１４】
可動接点３は導通部を経てコイル９に接続している。負荷側導電部１１は、電線などでモータなどの外部負荷と接続される。固定側導電部１４は、筐体１にねじまたはかしめ等により固定されている。また、固定側導電部１４は、固定接点２を介し電源側導電部１２と導通し、電流回路を形成する。固定接点２は電源側導電部１２に固定されており、電線等で外部回路と接続される。
【００１５】
続いて、回路遮断器の動作を説明する。過負荷電流が流れ、通電によりコイル９に磁界が発生し磁歪バイメタル８が湾曲すると、磁歪バイメタル８はトリップレバー６に接触する。トリップレバー６はラッチ７を外し、機構部４を時計回りに回動させる。機構部４が動作すると、可動接点３を固定接点２との接触から開放し、回路を遮断する。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態１による磁歪バイメタル８周辺を示す正面図である。コイル９は、磁歪バイメタル８を巻いているため、通電により磁歪バイメタル８の長手方向に磁界が発生する。磁歪バイメタル８は通電していない状態では、図２に示すように湾曲していない状態であり、この状態を初期位置とする。
【００１７】
図３は、実施の形態１における磁歪バイメタル８周辺の動作を示す正面図である。磁歪バイメタル８は、通電すると、磁歪バイメタル８の長手方向に発生した磁界により、磁歪特性の異なる合金が張り合わされ構成されているので湾曲する。磁歪バイメタル８の構成としては例えば、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｔｂ系合金を正の磁歪特性の合金とし、Ｓｍ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金を負の磁歪特性の合金として両者を接合した構成がある。
【００１８】
図４は、実施の形態１における磁歪バイメタル８周辺での電流の流れを表す正面図である。実際の電流の流れは交流である。図４に示すように、電流は、固定側導電部１４よりコイル９の接続部に流れ、コイル９内を流れた後、負荷側固定部１１へ流れる。
【００１９】
このような構成によれば、過負荷電流が通電され回路遮断する際、開閉により可動接点３と固定接点２との接触面積が変化し抵抗値が変化する。また、負荷側導電部１１または電源側導電部１２と外部回路の接続の接触抵抗により抵抗値が変化する。そして、通電し磁歪バイメタル８の長手方向に発生する磁界により磁歪バイメタル８は湾曲する。
【００２０】
したがって、実施の形態１における回路遮断器は、通電時の発熱が変化し湾曲する熱動式バイメタルを用いる回路遮断器に比べ、接触抵抗の変化の影響を少なくすることができ、安定して回路を遮断することが可能となる。
【００２１】
磁歪バイメタル８の構成を、磁歪特性と寸法の値の例を使用して説明する。Ｃｏ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｔｂ系合金を正の磁歪特性の合金とし、Ｓｍ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金を負の磁歪特性の合金として２つを接合した構成がある。また、この構成において、磁歪バイメタル８の寸法としては長さ３０ｍｍ、厚さ１.５ｍｍ、幅３ｍｍであり、Ｈ＝１００（Ｏｅ）（≒８×１０3（Ａ／ｍ））の印加磁界での湾曲量は３ｍｍとなる。
【００２２】
この構成での磁歪バイメタル８を用いた回路遮断器の構成を下記に示す。定格電流１００Ａの回路遮断器を１２５％の過負荷動作させる場合、磁歪バイメタル８を３ｍｍ湾曲させ機構部４を動作させるとすると、１００（Ｏｅ）≒８×１０3（Ａ／ｍ）の印加磁界が必要となる。この印加磁界を発生させるのに必要なコイル９の巻数は、下記の式１で表される。
【００２３】
【数１】
2015046310.tif 000003
【００２４】
Ｈ：磁場、n：巻数、Ｉ：電流、Ｌ：コイル長さ、ｒ：コイル内径
【００２５】
図５は、実施の形態１による回路遮断器の構成例でのコイル巻数と磁界との関係を示す図である。Ｉ=１２５ （Ａ）、Ｌ＝０.０３（ｍ）、ｒ＝０.００５（ｍ）としている。この構成では、Ｈ＝８×１０３（Ａ/m）の磁界発生に必要な巻数はｎ＝１３０（回）であり、０.１ｍｍの巻線を用いた場合巻線の幅は１３ｍｍとなることから、コイル９の巻線間が接触しないように長さ３０ｍｍの磁歪バイメタル８に巻く構成となる。また、Ｅ＝２.５×１０３（ｋｇｆ/ｍ２）、Ｄ＝３（ｍｍ）、ｗ＝３（ｍｍ）、ｔ＝１.５（ｍｍ）、ｌ＝３０（ｍｍ）としたき、Ｐ＝７.０（ｋｇｆ）であり、機構部４はこの出力で遮断動作するよう設計される。この構成での磁歪バイメタル８の出力は下記の式２で表される。
【００２６】
【数２】
2015046310.tif 000004
【００２７】
Ｐ：出力、Ｅ：弾性係数、Ｄ：変位量、ｗ：幅、ｔ：厚さ、ｌ：長さ
【００２８】
この構成により、実施の形態１の回路遮断器は、トリップするとコイル９に電流が流れないから、回路遮断時に通電により発生した磁界が減少する。それに応じて磁歪バイメタル８が、図３のように湾曲した状態から図２の初期位置の状態に戻る。熱動式の回路遮断器は通電時の発熱により湾曲したバイメタルを元の状態に戻すために冷却する必要がある。それに対し、実施の形態１の磁歪式の回路遮断器では、磁歪バイメタル８の湾曲が磁界によるものなので、冷却は不要であるから、熱動式の回路遮断器と比べ、短時間で再度通電することが出来る。
【００２９】
実施の形態２．
実施の形態２の回路遮断器は、実施の形態１の構成に加え、磁歪バイメタル８とコイル９の間を絶縁カバー１０で絶縁する。絶縁カバー１０の例としては、電気絶縁性を持つ樹脂フィルム（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）などがある。
【００３０】
この構成によれば、磁歪バイメタル８とコイル９の間が絶縁されることにより、コイル９と磁歪バイメタル８との巻目部分の短絡を防止できる。すなわち、巻目部分において、磁場が充分発生せずに、求める磁歪特性が得られないという不具合を防ぐことが可能となる。また、コイル９に流れる電流値のばらつき増加による発生磁界の乱れと、発生磁界の乱れによる磁歪バイメタル８の湾曲量のばらつき発生等の不具合発生を抑制することが可能となる。
【００３１】
実施の形態３．
図６は、実施の形態３による回路遮断器の磁歪バイメタル８周辺を示す正面図である。実施の形態３の回路遮断器は、実施の形態１の構成に加え、コイル９の周囲に、図６のように磁気シールド１３を取付ける。磁気シールド１３の例として、コイル９の外側を絶縁カバー１０で覆い、その上から磁気シールド１３を巻く構成がある。磁気シールド１３に使用する材料は、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の高い透磁率を持つ磁性体からなる金属メッシュ、金属インクまたはメッキなどである。
【００３２】
この構成によれば、磁気シールド１３は、コイル９の周囲の電磁場が磁気シールド１３の内部へ影響することを制限する。その結果、コイル９により発生する磁界以外の磁界が磁歪バイメタル８へ影響することを制限することから、実施の形態３の回路遮断器は、実施の形態１の回路遮断器よりも安定した遮断動作を行うことが可能になる。
【００３３】
実施の形態４．
図７は、実施の形態４による回路遮断器の具体的構成でのコイル巻数と磁界との関係を示す図である。実施の形態４の回路遮断器は、実施の形態１で述べた過負荷遮断動作の磁歪バイメタル８とは異なる特性の磁歪バイメタル８を使用する。定格の１０００〜２０００％程度の短絡電流が通電された場合、瞬時に遮断する磁歪バイメタル８を設置することで、磁歪バイメタル８を瞬時遮断動作に使用することができる。例えば、磁歪バイメタル８の構成として、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｔｂ系合金を正の磁歪特性の合金とし、Ｓｍ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金を負の磁歪特性の合金としてその２つを接合する。
【００３４】
瞬時動作時の動作電流を１３００％として、Ｉ＝１３００（Ａ）、Ｌ＝０．０３（ｍ）、ｒ＝０．００５（ｍ）としている。この構成によれば実施の形態１と同様の寸法と特性の磁歪バイメタル８を用いる場合、Ｈ＝８×１０3（Ａ/m）の磁界発生に必要な巻数はｎ＝１３（回）であり、０．１ｍｍの巻線を用いた場合巻線の幅は１．３ｍｍとなる。
【００３５】
実施の形態４の回路遮断器は、実施の形態１とは異なる磁歪特性を持つ磁歪バイメタル８を使用することにより、瞬時遮断動作に対応させることが可能となる。
【００３６】
実施の形態５．
図８は、実施の形態５による回路遮断器の磁歪バイメタル８周辺を示す正面図である。実施の形態５の回路遮断器は、実施の形態１の回路遮断器の構成に加え、コイル９の巻数を磁歪バイメタル８の先端側と根元側とで変化させることで、磁歪バイメタル９の特性を変化させる。
【００３７】
例えば、図８に示す構成では、コイル９のように、磁歪バイメタル８の根元側ではコイル９の巻数を多くし、磁歪バイメタル８の先端側付近ではコイル９の巻数を少なくしている。この構成では、電流を磁歪バイメタル８に通電した場合に、磁歪バイメタル８の根元側では巻数が多いため磁界が大きくそれに応じて磁歪バイメタル９は大きく湾曲する。しかし、磁歪バイメタル８の先端側ではコイル９の巻数が少ないため発生する磁界も小さくなり、磁歪バイメタルは小さく湾曲する。
【００３８】
実施の形態５の回路遮断器は、定格などにより必要な動作特性を変更する際に、磁歪バイメタル８やコイル９の材質、構成は同じであっても、コイル９の巻数を変化させることで湾曲量や動作時間などの調整が可能となる。
【００３９】
同様に、例えば、磁歪バイメタル８の根元側でコイル９の巻数を少なくし、磁歪バイメタル８の先端側で巻数を多くする構成としても良い。この構成により、磁歪バイメタル８の先端側での湾曲量を根元側に比べ大きくすることが可能となり、同一の磁歪バイメタル８に対しても湾曲量や動作時間等の調整が可能となる。
【００４０】
実施の形態６．
図９は、実施の形態６による回路遮断器の磁歪バイメタル８周辺を示す正面図である。実施の形態１では、負荷側導電部１１を磁歪バイメタル８の先端側のコイル９に接続した。それに対し実施の形態６の回路遮断器は、図９のようにコイル９と負荷側導電部１１の接続部分を磁歪バイメタル８の根元側付近に設置している。磁歪バイメタル８の先端側とコイル９とを直接通電し、磁歪バイメタル８の先端側でコイル９と直列に接続する構成とした。
【００４１】
この構成の磁歪バイメタル８は、磁歪バイメタル８の先端側で接続されるコイル９により、湾曲した際にはコイル９と負荷側導電部１１の間に発生する応力が減少し、適切な湾曲が得られる。また、磁歪バイメタル８の先端側で接続されるコイル９により、コイル９を用いない構成と比べ応力のばらつきを減少させることができ、より安定した遮断動作が可能となる。
【００４２】
実施の形態７．
実施の形態７による回路遮断器では、磁歪バイメタル８を発熱により湾曲する熱動式のバイメタルとして動作に使用する。磁歪バイメタル８は、複数の合金が貼り合わせられた構造のため、熱膨張率の違いにより湾曲させることが可能である。磁歪バイメタル８の構成としては例えば、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｔｂ系合金を正の磁歪特性の合金とし、Ｓｍ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金を負の磁歪特性の合金として２つを接合した構成がある。
【００４３】
この構成により、通電時にコイル９により通電し、磁歪バイメタル８またはコイル９の発熱により磁歪バイメタル８を湾曲させるので、磁歪バイメタル８は磁界発生に加えて熱により湾曲する。したがって、実施の形態７の回路遮断器は、実施の形態１の回路遮断器よりも通電時に磁歪バイメタル８を大きく湾曲させることが可能となる。
【符号の説明】
【００４４】
１  筐体
２  固定接点
３  可動接点
４  機構部
５  ハンドル
６  トリップレバー
７  ラッチ
８  磁歪バイメタル
９  コイル
１０  絶縁カバー
１１  負荷側導電部
１２  電源側導電部
１３  磁気シールド
１４  固定側導電部
１５  開閉機構
【図１】
2015046310.tif 000005
【図２】
2015046310.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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