(57)【要約】【課題】電子式の過負荷継電器においても、トリップ後、一定時間が経過しなければリセット棒が作用してもリセットされない機能を実現する。【解決手段】有極電磁石のアーマチュア５に、反転板１３と引張ばね１４とからなる反転機構１０を組み合せ、過負荷検知時にコイル６にトリップ電流を通電してアーマチュア５を釈放したとき、このアーマチュア５で反転機構１０を反転させ、反転板１３と連動する接点機構１５，１７を切り換えるとともに、トリップ後、一定時間が経過してからコイル６に永久磁石２と同方向の磁界を発生する復帰電流を流し、アーマチュア５を再吸引させる。その後、リセット棒２１を押して反転機構１０を復帰させることにより、リセットが可能になる。アーマチュア５が吸引されていないと、アーマチュア５を介して作用するばね７のばね力で反転機構１０の復帰が阻害されリセットができない。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気回路内に永久磁石とコイルとを備え、前記永久磁石の磁界によりばね力に抗してアーマチュアをリセット位置に吸引保持するとともに、過負荷検出時には前記永久磁石と逆向きの磁界を発生するように前記コイルに通電されることにより前記アーマチュアを釈放する有極電磁石と、前記アーマチュアと連動する接点機構と、釈放された前記アーマチュアを前記リセット位置に復帰させるリセット棒とを有する過負荷継電器において、
ばね作用の死点越えによりリセット側とトリップ側の双方向に交互に反転し、前記接点機構を切り換える反転機構を設け、この反転機構を釈放された前記アーマチュアで押して前記リセット側からトリップ側に反転させるとともに、トリップ側に反転した前記反転機構を前記リセット棒で前記リセット側に押すようにし、過負荷検出時に前記アーマチュアが釈放されたら、一定時間経過後に前記コイルに前記永久磁石と同じ向きに磁界を発生させるように通電し、釈放された前記アーマチュアをリセット位置に復帰させた後、前記リセット棒を押すことにより、前記反転機構をリセット側に反転させるようにしたことを特徴とする過負荷継電器。
【請求項２】
前記リセット棒を押し込み状態にロックできるようにするとともに、この押し込み状態で前記反転機構が前記アーマチュアによりトリップ側に押されると、この反転機構は前記リセット棒により死点越えの手前で反転を阻止されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の過負荷継電器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、有極電磁石からなる電子式の過負荷継電器に関し、詳しくはトリップ動作後のリセット操作の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記過負荷継電器は、負荷電流を電流検出デバイス（ＣＴやホール素子など）により検出し、検出電流が設定値を超えると過負荷信号を発生する電流検出回路を備え、この過負荷信号により有極電磁石を動作させて制御回路接点を開閉させる（トリップ）構造となっている。トリップした過負荷継電器は、待機状態に復帰させる（リセット）必要がある。このリセットのためには通常、押し込み式のリセット棒が設けられ、リセットはこのリセット棒の押し込み操作により行われる。また、このリセット操作は、トリップ動作の原因、つまり負荷回路における過負荷の原因が取り除かれた後に行われる必要がある。
【０００３】
この過負荷継電器には、トリップフリー機能とリセット操作の自動・手動切り替え機能とが必要とされている。ここで、トリップフリー機能とは、リセット棒が何らかの原因、例えば電線などが当るなどしてリセット操作されていても、過負荷が検出された場合には支障なくトリップ動作が行なえることである。また、リセット操作の自動・手動切り替え機能とは、リセット棒を人手で操作して過負荷継電器をリセットする手動リセットと、過負荷検出後、決められた時間の後に自動的にリセット状態に復帰する自動リセットの選択機能を有することである。
【０００４】
上記した機能を持つ従来例として、米国特許第５，３３２，９８６号公報に記載された構成が知られている。その構造原理を図５〜図８に改めて示す。まず、図５は手動リセットモードにおけるリセット状態を示し、図６はそのトリップ状態を示している。図５において、過負荷継電器は有極電磁石からなり、その磁気回路は鉄心２０、永久磁石２１、鉄心２２、鉄心２２のピボット２３に支持されたアーマチュア２４からなり、鉄心２１にはコイル２５が装着されている。２６は補助ヨークで鉄心２０に沿うようにスライド可能に配置され、この補助ヨーク２６はばね２７により図５の上向きに付勢されている。アーマチュア２４には常開接点（ａ接点）２８及び常閉接点（ｂ接点）２９からなる接点機構が連結され、アーマチュア２４はばね３０により、ピボット２３を支点に図５の時計方向に付勢されている。補助ヨーク２６の真上には、リセット棒３１が押し込み可能に配置され、このリセット棒３１はばね３２により上向きに付勢されている。
【０００５】
図５のリセット状態（過負荷検知待機状態）において、アーマチュア２４は永久磁石２１の磁界により、鉄心２０及び補助ヨーク２６に吸引され、ａ接点２８は開離し、ｂ接点２９は閉成している。この状態で、図示しない電流検出デバイスにより検出された負荷電流が過負荷状態になると、過負荷信号を発生する図示しない電流検出回路からコイル２５に、永久磁石２１と逆向きの磁界を発生するようにトリップ電流が通電され、永久磁石２１による吸引力が一瞬打ち消される。その結果、アーマチュア２４はばね３０の力により、時計方向に回転駆動される（トリップ）。なお、図示過負荷継電器は外部電源を持たず、ＣＴなどを介して負荷電流から電源を得ている。そのため、常時十分な電源が得られず、コイル２５への通電はコンデンサに蓄えられた電荷を放出して行なっており、リセット及びトリップ状態を維持するためには永久磁石２１が必要となる。
【０００６】
図６は、上記したトリップ後の状態を示している。図６において、アーマチュア２４の回動により接点機構が切り換わり、ａ接点２８が閉成するとともに、ｂ接点２９が開離し、この開閉信号が継電器出力として送出される。アーマチュア２４の回動の際、補助ヨーク２６はばね２７のばね力により持ち上げられ、図６に示す通りアーマチュア２４と接触を続ける。一方、図示しない電流検出回路はトリップ発生後、所定の時間、例えば３〜５分が経過すると、コイル２５に永久磁石２１と同じ向きに磁界が生じるように自動的に一瞬通電する。しかし、コイル２５及び永久磁石２１の磁界は補助ヨーク２６を通るためアーマチュア２４と鉄心２０との間には吸引力は発生せず、アーマチュア２４は依然として図６の回動状態に保持される。
【０００７】
図６のトリップ状態から図５のリセット状態に復帰させるには（リセット操作）、リセット棒３１を押し込み、その先端を補助ヨーク２６に押し当ててこれを押し下げる。この補助ヨーク２６はアーマチュア２４を吸引したまま下降し、アーマチュア２４を鉄心２０に当接するまで反時計方向に回動させる。その結果、アーマチュア２４は再び鉄心２０に吸引され、リセット状態に復帰する。ここで、図示過負荷継電器のトリップフリー機能は、リセット棒３１を補助ヨーク２６に押し当ててリセットを行なうことにより達成されている。すなわち、リセット棒３１はアーマチュア２４を直接押していないため、仮にリセット棒３１を押し下げている最中に過負荷信号が発生しても、アーマチュア２４はリセット棒３１に妨げられることなく時計方向に回動可能である。
【０００８】
次に、自動リセットモードについて、図７及び図８により述べる。図５の手動リセットモードから自動リセットモードにするには、リセット棒３１を押し込んで回す（押し回し）。これにより、リセット棒３１は、横向きに突出するように一体形成された図示しない爪が図示しない継電器ケースの凹部に係合し、図７及び図８に示すように、押し込み状態にロックされる。この状態から過負荷信号に基づきコイル２５に通電され、永久磁石２１の吸引力が打ち消されると、アーマチュア２４が時計方向に回動して図８のトリップ状態になるが、その際、リセット棒３１が押し込まれたままであるため、補助ヨーク２６はリセット棒３１によりロックされて持ち上がらない。そのため、図８に示すように、アーマチュア２４と鉄心２０との間にはギャップが生じる。その結果、トリップ後、一定時間が経過してコイル２５に永久磁石２１と同じ向きに磁界が発生するように一瞬通電されると、アーマチュア２４は鉄心２０に吸引され、永久磁石２１によりそのまま吸引状態に保持（リセット）される。すなわち、リセット棒３１の押し込み状態でのロックにより、コイル２５への通電で自動的にリセットされる。
【０００９】
次に、図９〜図１２は米国特許第６，０２０，８０１号公報に記載の異なる従来例の構造原理を示したものである。まず、図９は手動リセットモードにおけるリセット状態を示し、図１０はそのトリップ状態を示している。図９において、過負荷継電器は双安定形の有極電磁石からなり、磁気回路は鉄心４０、永久磁石４１、ピボット４２に支持されたアーマチュア４３からなり、鉄心４０にはコイル４４が装着されている。アーマチュア４３には逆Ｔ字形の可動部４５が固定され、可動部４５にはａ接点４６及びｂ接点４７からなる接点機構が連結されている。可動部４５の中腹には捩りばね４８がピン４９により支持され、この捩りばね４８は両端がストッパ５０に当って回り止めされている。５１は図９の右端で片持ち支持された線ばねで、先端がかぎ形に折り曲げられてフックを形成し、図９のリセット状態においてフックが可動部４５の突部に突き当たっている。リセット棒５２は線ばね５１の近傍に配置され、その頭部から一体に突出する横棒が線ばね５１のフックの真上に位置している。
【００１０】
図９のリセット状態において、アーマチュア４３は永久磁石４１の磁界により鉄心４０に吸引され、ａ接点４６は開離し、ｂ接点４７は閉成している。この状態で、コイル４４に永久磁石４１と逆向きの磁界が発生するようにトリップ電流が一瞬通電されると、アーマチュア４３は図１０に示すように逆方向に吸引される（トリップ）。その際、線ばね５１は可動部４５の突部から脱落し、可動部４５の上端部に係合する。そのため、図１０のトリップ状態では、トリップの一定時間後にコイル４４に通電されても可動部４５は線ばね５０によりロックされ、リセット状態に復帰することはない。図１０のトリップ状態から図９のリセット状態に復帰させるには、図１０に鎖線で示すようにリセット棒５２を押し下げる。これにより、線ばね５１は可動部４５との係合が外されるとともに、リセット棒５２は切欠部５３（図９参照）が捩りばね４８の図１０の右脚に突き当たりこれを押し下げる。その結果、可動部４５は反時計方向に回転駆動され、アーマチュア４３は図９のリセット状態に復帰して再び永久磁石４１により吸着される。
【００１１】
次に、自動リセットモードについて、図１１及び図１２により述べる。図９の手動リセットモードから自動リセットモードにするには、リセット棒５２を押し回して押し込み状態にロックする。これにより、線ばね５１はフックがリセット棒５２の横棒に当接し、その位置でロックされる。この状態からコイル４４に通電されると、アーマチュア４３は時計方向に回動して図１２のトリップ状態になるが、線ばね５１はロックされているため可動部４５に係合することがない。従って、図１２のトリップ状態でコイル４４に通電されると、可動部４５は直ちに反時計方向に回転駆動され、アーマチュア４３は図１１のリセット状態に復帰して吸着される。
【００１２】
図９あるいは図１１のリセット状態からのトリップについては、リセット棒５２は可動部４５から離れているため、リセット棒５２が押し込まれている、いないに関わらず常にトリップが可能である。すなわち、トリップフリーが確保されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の過負荷継電器は、手動リセットモードにおいて、トリップ後にリセット棒を作用させれば、すぐにでもリセット状態に戻すことが可能である。しかし、負荷の冷却や異常状態からの復旧が行われる前にリセットが行われるのは好ましくなく、通常は異常対策をした後にリセット棒を作用させる。しかし、従来は復旧作業中になんらかの理由でリセット棒が作用してしまい、事故を招く危険があった。これに対して、機械式の熱動形過負荷継電器は、手動リセットモードであってもヒータが冷却されるまではリセット棒が作用してもリセットされない。
【００１４】
そこで、この発明の課題は、電子式の過負荷継電器においても、トリップ後、一定時間が経過しなければ、リセット棒が作用してもリセットされない機能を実現することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、磁気回路内に永久磁石とコイルとを備え、前記永久磁石の磁界によりばね力に抗してアーマチュアをリセット位置に吸引保持するとともに、過負荷検出時には前記永久磁石と逆向きの磁界を発生するように前記コイルに通電されることにより前記アーマチュアを釈放する有極電磁石と、前記アーマチュアと連動する接点機構と、釈放された前記アーマチュアを前記リセット位置に復帰させるリセット棒とを有する電子式過負荷継電器において、ばね作用の死点越えによりリセット側とトリップ側の双方向に交互に反転し、前記接点機構を切り換える反転機構を設け、この反転機構を釈放された前記アーマチュアで押して前記リセット側からトリップ側に反転させるとともに、トリップ側に反転した前記反転機構を前記リセット棒で前記リセット側に押すようにし、過負荷検出時に前記アーマチュアが釈放されたら、一定時間経過後に前記コイルに前記永久磁石と同じ向きに磁界を発生させるように通電し、釈放された前記アーマチュアをリセット位置に復帰させた後、前記リセット棒を押すことにより、前記反転機構をリセット側に反転させるようにするものである（請求項１）。
【００１６】
請求項１によれば、トリップ後、一定時間が経過してコイルにリセット電流が通電され、アーマチュアが吸引された後でなければ、リセット棒を作用させても反転機構が反転しないのでリセットされない。
【００１７】
請求項１において、前記リセット棒を押し込み状態にロックできるようにするとともに、この押し込み状態で前記反転機構が前記アーマチュアによりトリップ側に押されると、この反転機構は前記リセット棒により死点越えの手前で反転を阻止されるようにすれば、自動リセットが可能になる（請求項２）。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１〜図４はこの発明の実施の形態を示す過負荷継電器の縦断面図で、図１は手動リセットモードにおけるリセット状態、図２は同じくトリップ状態、また図３はリセット棒を押し回した自動リセットモードにおけるリセット状態、図４は同じくトリップ状態である。まず、図１において、磁気回路は鉄心１、永久磁石２、鉄心３、鉄心３のピボット４に支持されたアーマチュア５からなり、鉄心１にはコイル６が装着されている。アーマチュア５は鉄心１との間にかけられたばね７により、図１の時計方向に付勢されている。アーマチュア５の上面には可動部８が固着され、その先端には押し部９が一体に立上げ形成されている。
【００１９】
アーマチュア５の近くには、反転機構１０が設けられている。反転機構１０は、支持枠１１のＶ溝１２に一端が回動可能に支承された反転板１３と、Ｖ溝１２の中心線上で一端がピンに掛けられ、他端が反転板１３に掛けられた引張ばね１４からなっている。引張ばね１４はＶ溝１２の中心線を境界（死点）として、反転板１３に図１の時計方向又は反時計方向の回動力を与え、反転板１３は引張ばね１４のばね力の死点越えにより図１の上下いずれかに反転する。反転板１３にはａ接点（常開接点）１５の可動側接点が取り付けられ、ａ接点１５の固定側接点は図１の左端で片持ち支持された固定板ばね１６に取り付けられている。
【００２０】
一方、ｂ接点（常閉接点）１７の可動側接点は図１の右端で片持ち支持された可動板ばね１８の先端に取り付けられ、可動板ばね１８の先端は反転板１３の先端に固着されたＬ形のレバー２０に連結されている。また、ｂ接点１７の固定側接点は、固定板１９に取り付けられている。ａ接点１５の固定板ばね１６の真上には、リセット棒２１が上下にスライド自在に設けられている。リセット棒２１はケース２２に案内され、復帰ばね２３によりケース２２から突出する向きに付勢されるとともに、頭部と一体のフランジがケース２２に突き当てられて、図１に示す位置に停止している。図１のリセット状態において、アーマチュア５は永久磁石２の磁界により鉄心１に吸引され、また反転板１３はアーマチュア側に反転している。この状態でａ接点１５は開離し、ｂ接点１７は閉成している。
【００２１】
図１のリセット状態で、図示しない電流検出回路からコイル６に、永久磁石２と逆向きの磁界を発生するようにトリップ電流が一瞬通電されると、永久磁石２による吸引力が打ち消され、釈放されたアーマチュア５はばね７の力により、時計方向に回転駆動される（トリップ）。その際、回動するアーマチュア５は押し部９を介して反転機構１０の引張りばね１４を押し上げ、反転板１３を図１のリセット側からトリップ側に反転させる。図２は、このトリップ状態を示している。図２のトリップ状態では、反転板１３は固定板ばね１６に突き当たり、ａ接点１５を閉成させるとともに、レバー２０を介して可動板ばね１８を持ち上げ、ｂ接点１７を開離している。この接点機構の切り換えにより、トリップ信号が外部に送出される。
【００２２】
図２において、トリップ後、一定時間、例えば３〜５分経過してから、コイル６に永久磁石２と同じ向きに磁界が発生するように自動復帰電流が通電されると、アーマチュア５は吸引される。ただし、反転機構１０は図２の反転状態で安定しているため、接点機構が図１の状態に切り換わることはない。
【００２３】
図２のトリップ状態から図１のリセット状態に復帰させるには、リセット棒２１を復帰ばね２３に抗して押し下げる。アーマチュア５が釈放されたままで、リセット棒２１が押し下げられた際の状況は、図４に示す自動リセットモードのトリップ状態と同じである。図４から分るように、リセット棒２１を下限まで押し下げると、このリセット棒２１は固定板ばね１６に突き当たってこれを下方に湾曲させ、湾曲した固定板ばね１６は反転機構１０を押し下げる。このとき、引張ばね１４は死点を図４の上から下に僅かに越えた状態になる。また、押し下げられた反転機構１０は、引張ばね１４の中腹部が押し部９に突き当たり、この押し部９を介してアーマチュア５を少し押し下げる。しかし、図２において、アーマチュア５が釈放されたままでこのようにリセット棒２１が押し下げられてもリセットは行われない。
【００２４】
それは図４からも分る通り、リセット棒２１を下限まで押し下げた状態でもアーマチュア５と鉄心１との間にはギャップがあり、この状態では永久磁石２による吸引力よりもばね７の力が勝るため、リセット棒２１から手を離すと図２の状態に戻ってしまうことによる。しかし、リセット棒２１の押し下げ時にアーマチュア５が鉄心１に吸引されていれば、ばね７により戻されることはない。つまり、手動リセットはアーマチュア５の吸引が条件になるが、この吸引はトリップ後、一定時間が経過して電流検出回路から、コイル６に永久磁石２と同じ向きに磁界が発生するように通電されることにより行われる。すなわち、手動リセットは、トリップ後、一定時間経過してから初めて可能になる。
【００２５】
次に、図３の自動リセットモードにおいて、リセット棒２１は図１の状態からの押し回しにより、図示押し込み状態に保持されている。この押し込み状態は、リセット棒頭部のフランジの一部に形成された爪２１ａ（図１）が、ケース２２の溝２２ａに係合することにより維持されている。ここで、コイル６に永久磁石２と逆向きの磁界を発生するようにトリップ電流が通電されると、永久磁石２による吸引力が一瞬打ち消され、釈放されたアーマチュア５はばね７の力により、時計方向に回転駆動される（トリップ）。その際、回動するアーマチュア５は押し部９を介して反転機構１０の引張りばね１４を押し、反転板１３を図１のリセット側からトリップ側に回動させる。図４は、このトリップ状態を示している。その場合、反転機構１０は死点越えの手前で反転板１３が押し込み状態のリセット棒２１に当るため反転しきれず、反転の手前で図４の状態を保ち、ａ接点１５を閉成させるとともにｂ接点１７を開離させている。
【００２６】
図４において、トリップ後、一定時間経過してコイル６に永久磁石２と同じ向きに磁界が発生するように自動復帰電流が通電されると、アーマチュア５が吸引され、同時にアーマチュア５により反転の手前に保たれていた反転機構１０は自動的に図３の状態に復帰する。すなわち、自動リセットが行われる。
【００２７】
一方、図１の手動リセットモードにおけるトリップフリーについては、リセット棒２１が押し込まれていても、その押し込み位置は図３及び図４の状態と同じであり、コイル６にトリップ電流が通電されると、図４と同じ状態になってトリップが行われる。すなわち、リセット棒２１が押し込まれていても、トリップが可能であるというトリップフリー機能が得られている。
【００２８】
【発明の効果】
以上の通り、この発明によれば、有極電磁石に反転機構を組み合せることにより、電子式の過負荷継電器においても、トリップ後、一定時間が経過しなければ手動リセットができないという機能を確保し、異常対策前のリセットによる事故発生の危険を未然に防止することができる。また、有極電磁石をバイメタル機構に置き換えることにより機械式の過負荷継電器を構成することができるので、電子式と機械式との部品の共用によるコストの低減が図れるとともに、リセット棒などのマンマシンインターフェースも電子式と機械式とで共通にして操作性の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す過負荷継電器の手動リセットモードにおけるリセット状態の要部縦断面図である。
【図２】図１の過負荷継電器のトリップ状態を示す図である。
【図３】図１の過負荷継電器の自動リセットモードにおけるリセット状態を示す図である。
【図４】図３の過負荷継電器のトリップ状態を示す図である。
【図５】従来例を示す過負荷継電器の手動リセットモードにおけるリセット状態の要部原理図である。
【図６】図５の過負荷継電器のトリップ状態を示す図である。
【図７】図５の過負荷継電器の自動リセットモードにおけるリセット状態を示す図である。
【図８】図７の過負荷継電器のトリップ状態を示す図である。
【図９】異なる従来例を示す過負荷継電器の手動リセットモードにおけるリセット状態の要部原理図である。
【図１０】図９の過負荷継電器のトリップ状態を示す図である。
【図１１】図１０の過負荷継電器の自動リセットモードにおけるリセット状態を示す図である。
【図１２】図１１の過負荷継電器のトリップ状態を示す図である。
【符号の説明】
１　　鉄心
２　　永久磁石
３　　鉄心
４　　ピボット
５　　アーマチュア
６　　コイル
７　　ばね
１０　　反転機構
１３　　反転板
１４　　引張ばね
１５　　ａ接点
１７　　ｂ接点
２１　　リセット棒
【図１】
2004022203.tif 000003
【図２】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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