JP3573607B2

JP3573607B2 - 回路遮断器

Info

Publication number: JP3573607B2
Application number: JP28659797A
Authority: JP
Inventors: 俊広関口; 孝一横山
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2017-10-20
Also published as: JPH11120889A

Description

【０００１】
【発明に属する技術分野】
本発明は、主回路を構成する接点部を開放して（引き外して）電流回路を遮断する回路遮断器に関し、特に、過電流に対してもこれを検出して接点部を開放して（引き外して）電流回路を遮断する過電流保護機能を備えた回路遮断器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回路遮断器では、一般に、合成樹脂材で形成されたケースの閉止された内部空間内に、固定接点を備えた固定接点台と可動接点を備えた可動接点台とを配置し、これにより、その一対の電極端子間に、大きな負荷電流が流れる主回路を形成する。そして、この負荷電流が過大になった場合、やはり前記ケース内に設けた過電流検出装置によりこれを検出し、前記可動接点台に連結された接点開放機構によってその開放動作（いわゆる、引き外し動作）を行う。そして、過電流検出装置からの過電流検出信号に応じて前記接点開放機構の開放動作を行うための手段として、通常、電磁作用を利用して作動する、いわゆる、電磁アクチュエータ（引外し装置）が利用されている。
【０００３】
また、特に、かかる回路遮断器では、その消費電力が小さいことから、いわゆる、釈放型と呼ばれる電磁アクチュエータ（引外し装置）が使用されている。かかる釈放型の電磁アクチュエータは、例えば、添付の図５にも示すように、通常状態においては、可動コア５１が永久磁石５２により吸着されて、可動コア１に作動力を与えるバネ５３による押圧力と均衡を保って所定の位置に静止している。しかしながら、そのコイル５４に電流を流すことにより、このコイル５４は電磁束を発生し、上記可動コア１の永久磁石２により吸着力を低下させて均衡を破り、もって、可動コア１を開放（釈放）してバネ５３による押圧力による作動を可能にするものである。なお、かかる釈放型の電磁アクチュエータは、例えば、特開平５−１８２５７８号公報等により既に知られている。
【０００４】
さらに、回路遮断器では、上記の釈放型の電磁アクチュエータを利用した回路遮断器において、回路遮断器の引き外し動作を確実に行い、かつ、かかる電磁アクチュエータを含めた装置の小型化を行うためには、この電磁アクチュエータによるストローク、すなわち、その可動部であるコア部（可動コア１）の移動量をより大きく確保することが必要となる。しかしながら、上記のような従来構造の釈放型電磁アクチュエータでは、アクチュエータ装置全体をヨークで囲っているため、その動作ストロークを２〜３ｍｍ程度しか達成できない。
【０００５】
そこで、例えば、特開平５−３３４９５３号公報などによれば、釈放型電磁アクチュエータを使用した回路遮断器において、かかる釈放型電磁アクチュエータの先端部を開放構造とすることが既に行われている。すなわち、釈放型電磁アクチュエータの先端部（左端部）を開放して、ヨーク５５の端面から可動部であるコア部（可動コア５１）が飛び出して移動することを可能にするものであり、これによれば、上記図５に示した構造に比較して大幅にコア部（可動コア５１）のストロークを大きく確保することが可能になることとなる。かかる構造を採用したことにより、例えば、従来の釈放型電磁アクチュエータよりも外形寸法が２０％程度小形で、なおかつ動作ストロークを４〜６ｍｍ程度まで増やせることが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、接点開放（引外し）機構の開放動作を行うための手段として、その先端部を開放した形状の釈放型電磁アクチュエータを採用してなる従来技術の回路遮断器においては、さらに、以下のような問題点が指摘される。
【０００７】
すなわち、塵埃による電磁アクチュエータの故障である。一般に、本発明が関わる産業用の回路遮断器では、１００アンペア以上の大電流が流れており、これを接点を開放して遮断した場合には、この遮断器内では一時的に多量の熱が発生し、これにより、接点を含む導体等の金属部品の一部が溶融して微小な粉塵となり、また、この熱により合成樹脂材からなるケース等の一部はガス化し、その結果、微小な粉塵を伴うガス流が（爆発）発生する。このガス流は、閉止構造となっているケース内の各部に飛散し、そのため、ケース内に収納される上記の電磁アクチュエータも、やはり、かかる粉塵を含むガス流に曝され、その内部に粉塵が導入されてしまう。
【０００８】
また、特に、本発明者等による検討結果によれば、かかる粉塵のうち、特に０．３ｍｍ以上の粉塵については、これが電磁アクチュエータ内の磁気回路を構成する可動部に侵入した場合には、その部分における磁気ギャップとっして作用し、その動作にも影響を与えてしまう。すなわち、かかる磁気ギャップにより磁気回路内に十分な磁束密度が確保できなくなり、回路遮断装置の故障の原因ともなり、かかる装置において最も重要な信頼性の低下を招く原因ともなる。特に、かかる釈放型の電磁アクチュエータでは、装置の効率を上げるため、その一部に永久磁石が取り付けられて磁気回路の一部を構成していることから、特に、鉄等の金属粉がその磁力により引き付けられ易い。
【０００９】
すなわち、上述の従来技術においては、回路遮断器内において、特に、その信頼性を確保するために重要な電磁アクチュエータの可動部に対し、遮断器の遮断時に発生する塵埃を伴うガス流に対する対策は行われていないのが現状であった。
【００１０】
そこで、本発明では、上述の従来技術における問題点に鑑みて、接点の引き外し機構を駆動するための電磁アクチュエータを含めて装置の小型化をすることが可能になると共に、特に、その接点の引き外し時に発生する塵埃を含むガス流による悪影響から前記電磁アクチュエータを保護して信頼性の高い回路遮断器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、周囲を取り囲んで内部空間を形成した合成樹脂材で形成されたケースの前記内部空間内に、固定接点を備えた固定接点台と可動接点を備えた可動接点台とを配置して一対の電極端子間に電流が流れる主回路を形成し、かつ、当該ケース内には、前記主回路に流れる過電流を検出する手段と、前記可動接点台の開放動作を行う接点開放機構と、前記過電流検出手段からの検出信号に応じて前記接点開放機構を駆動する電磁駆動装置とを備えた回路遮断器において、前記電磁駆動装置は、コア部を磁気回路形成するヨークの端面よりも飛び出して移動する釈放型電磁アクチュエータにより構成され、かつ、前記コア部が飛び出す側のヨークの端面には、前記主回路の開閉によって前記ケース内で生じる気体流に含まれる塵埃の侵入を防止するための防塵部材を取り付け、前記防塵部材はラビリンス構造とし、前記ラビリンス構造の防塵部材は、ヨークの端面から伸びた突出部と、前記突出部の内側に設けられて前記コア部の先端に取り付けた外筒体と、前記中筒体の内側の前記コア部との間の空間に配置された中筒体とによって構成されている。
【００１４】
加えて、本発明によれば、前記した回路遮断器において、前記ラビリンス構造の前記防塵部材は、０．３ｍｍ以上の塵埃の通過を防止するようにした。
【００１５】
そして、本発明によれば、前記した回路遮断器において、前記ラビリンスを形成する前記突出部の内径と前記外筒体の外形との間の隙間を０．３ｍｍ以下としたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
まず、添付の図３及び図４には、本発明の実施の形態になる回路遮断器の外観及びその内部構造が示されている。
【００１８】
すなわち、この産業用の回路遮断器は、絶縁材料である合成樹脂材で形成されたケース１とその蓋体であるカバー２の内部には、周囲が取り囲まれて閉止された内部空間が形成されており、その内部には、以下に説明する遮断器の構成部が収納されている。また、この図１において、符号３０、３０…４０、４０…は、この回路遮断器のケース１の対向する端面から外部に取り出された、３相電流の各相に対して一対づつ、それぞれ、上下段に配置して設けられた電極端子を示しており、かつ、符号９は、開閉機構を手で操作するためのハンドル９を示している。
【００１９】
上記回路遮断器の内部構造が、図４に示されており、図からも明らかなように、上記ケース１内には、その内部空間に固定配置された固定接点台３とこの固定接点台に電気的に接合されている固定接点４と、これらに対向して配置され、可動接点台６とこの可動接点台に電気的に接合されている可動接点５が配置されている。また、上記可動接点台６に電気的に接合された可撓撚線７が上記可動接点台６と端子台８との間にに電器的に接続されて主回路を構成している。また、図中の符号１０は、上記主回路を開閉する開閉機構であり、この開閉機構１０には、開閉機構を手で操作するための上記したハンドル９が取り付けられている。そして、このケース１内には、さらに、図示しないが、上記主回路に流れる過電流を検出する過電流検出装置と、この過電流検出装置による過電流の検出に対応して動作し、上記開閉機構を自動で引外す（開放する）過電流引外し装置である電磁アクチュエータ２０が設けられている。
【００２０】
なお、上記にその概略を説明した回路遮断装置は、通常、その使用時（取付け）には、電源側を上に、負荷側を下にして壁掛け状に据えつけられる。従って、大気中の塵や埃が上記ケース内に、さらには、回路遮断器等（電磁アクチュエータ２０も含む）の内部に侵入することもあり、また、上記にも説明したように、過電流や短絡事故の際に回路遮断器が自動引外し（開放）されたときには、ケース１内部の消弧装置付近等のから発生する溶融物が、発生するガス流により上記電磁アクチュエータ２０に降り注ぐこととなる（一種の爆発現象と同様）。
【００２１】
そして、上記にも既に説明したが、上記の理由により発生した塵埃が、この過電流引外し装置を構成する電磁アクチュエータ２０の内部の可動コアや、可動コアと固定コアの接触面に付着した場合、その磁気回路を構成する部分に付着した場合等には、かかる釈放型の電磁アクチュエータの固定コアの吸引力が低下して可動コアの吸着状態を保持できなくなり、そのため、回路遮断器がリセット動作できなくなり、その信頼性を低下すと共に、終にはその回路遮断器は使用不可能となる。
【００２２】
従って、本発明によれば、かかる釈放形電磁石引外し装置を有する回路遮断器において、この塵埃が引外し装置である電磁アクチュエータの内部に侵入して付着しない構造にするものであり、本発明になるかかる電磁アクチュエータの具体的構造を図１に示す。なお、図１（ａ）、この電磁アクチュエータ２０が非動作時の状態を示し、図１（ｂ）は動作時の状態を示すものである。
【００２３】
図１において、この電磁アクチュエータ２０では、鉄等の透磁性に優れた部材により形成された円筒状のヨーク２１の内部に、電磁コイル２５及びマグネット（永久磁石）２６が軸方向に並べて配置されている。そして、その内部には、二つに分割されたコア、すなわち、可動コア２２と固定コア２３が配置されており、さらに、この可動コア２２には、その一部に設けられた部材を押圧して上記した開閉機構１０を作動するための棒状の動作棒２４が一体に構成されている。なお、この動作棒２４は、その他端（図の右側）を固定コア２３に開口した貫通穴を介して突出させてその先端に円盤状のばね受け部２４１を形成している。また、図中の符号３１は、やはり、上記ヨークの一部を構成する積層鉄板などの部材であり、図中の符号３０は、上記受け部２４１を押圧して可動コア２２と一体に構成された動作棒２４を図の矢印方向に移動するする動作ばねである。
【００２４】
そして、この釈放形電磁石引外し装置である電磁アクチュエータ２０では、その先端部（図の左端）に取付けられた円筒状のガイド部材２８は、図からも明らかなように、大きく開口されており、これにより、上記可動コア２２がヨーク２１の端面（図の左側の端面）を越えて飛び出すことが可能になっている。そして、上記可動コア２２から延びた動作棒２４の先端部には、円筒形上のキャップ部材２９が取り付けられ、このキャップ部材２９の外周と上記ガイド部材２８の内径との間に僅かな隙間ｇを隔てて対向する構造となっている。
【００２５】
さらに、このキャップ部材２９の内側には、やはり筒状の中筒体であるパイプ部材２７がヨーク２１の端面（図の左側の端面）を越えて飛び出して配置されている。このパイプ部材２７の内部には、上記可動コア２２が摺動可能に設けられており、このパイプ部材２７は、その一端（図の左端）を絞ると共に、その他端（図の右端）をヨーク２１とマグネット２５のボビンとの間に挟持して固定している。なお、このパイプ部材２７の一端（図の左端）に開口された小口部を介して動作棒２４の先端部が外部に突出している。さらに、上記動作棒２４の先端に取り付けたキャップ部材２９と上記可動コア２２の端面との間には戻しばね３２が設けられており、これにより、上記可動コア２２をキャップ部材２９に対して常に戻る方向に押圧力を加えており、これらは通常一体で移動する。
【００２６】
かかる構造の電磁アクチュエータ２０によれば、動作棒２４と一体に構成された可動コア２２は、その先端部（図の左端）を上記ヨーク２１の端面に設けられたガイド部材２８によりその移動量を制限されることがないことから、図１（ｂ）にも示すように、上記開閉機構を安定に作動するに十分な４〜６ｍｍ程度の距離を、すなわち、十分なストロークを確保することが可能になる。そして、かかる構造によれば、図からも明らかなように、その先端部（図の左端）は、上記ガイド部材２８、上記キャップ部材２９、さらに、上記中筒体を形成するパイプ部材２７とにより、いわゆるラビリンスが形成されている。そのため、回路遮断器の引外し（開放）動作時に発生する塵埃を含んだガス流に曝されても、上記電磁アクチュエータ２０内への塵埃の導入を防止することが可能になる。
【００２７】
回路遮断器の引外し（開放）動作時に発生する塵埃等の中には、種々の粒径の塵埃が含まれており、これらが上記電磁アクチュエータ２０の内部に入り込んで可動部分等に付着した場合には、このアクチュエータの動作に悪影響を及ぼすこととなる。特に、この中でも、例えば、本発明者等により確認されている実験や検討の結果によれば、かかる産業用回路遮断器の自動引外し（開放）動作に採用される開閉機構を作動させるために利用されている電磁アクチュエータでは、約０．３ｍｍ以上の粉塵が侵入した場合には、可動コア２３の吸着状態を保持できなくなり、そのため、回路遮断器がリセット動作できなくなるという不都合が生じてしまう。
【００２８】
なお、かかる現象は、本発明者等による検討によれば、０．３ｍｍ以上の粉塵が、上記可動コア２２と固定コア２３との間に侵入した場合に、この侵入した粉塵により可動コア２２と固定コア２３との間に隙間が形成されてしまい、この磁気回路の接極部分（すなわち、可動コア２２と固定コア２３との接続部分）により可動コア２２に対する吸引力が不足することが原因であると考えられる。すなわち、かかる可動コア２２と固定コア２３との間の隙間ｄとこれらの間に働く吸引力Ｆとの間の関係は、一般的に、図２に示すように、この隙間ｄの３乗に反比例する関係になり、そのため、約０．３ｍｍ以上の隙間になることにより急激に減少することが原因であると考えられる。
【００２９】
そこで、本発明では、上記のラビリンス通路の一部の隙間を０．３ｍｍ以下に設定することにより、かかる大きさの粒径の粒子の電磁アクチュエータ内部への侵入を防止することが好ましい。具体的には、図１（ａ）からも明らかなように、上記の実施の形態では、上記のラビリンス通路の一部を構成するキャップ部材２９の内径と、可動コア２２から一体に伸びた動作棒２４の先端部に取り付けられたキャップ部材２９の内径との間に形成されるギャップ（隙間）ｇを０．３ｍｍ以下に設定している。
【００３０】
【発明の効果】
以上の詳細な説明からも明らかなように、本発明の回路遮断器によれば、主回路を形成する接点の引外し（開放）を行う開放機構を作動させる釈放型電磁アクチュエータにおいて、その可動コアがヨークの端面より飛び出して作動ストロークを十分に確保することが出来るようにすると共に、主回路の開閉によってケース内で生じる気体流に含まれる塵埃の侵入を防止するための防塵部材を取り付けることにより、塵埃を含むガス流による悪影響から電磁アクチュエータを保護し、もって、小型でかつ動作が安定でかつ信頼性の高い回路遮断器を提供することが可能となる。
【００３１】
さらに、防塵部材をラビリンス構造として、その一部の隙間を０．３ｍｍ以下の塵埃の電磁アクチュエータへの侵入を防止することにより、特に電磁アクチュエータに悪影響を及ぼす粒子の侵入を確実に防止し、もって、動作が安定でかつ信頼性の高い回路遮断器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の形態になる回路遮断器の引外し装置である釈放型電磁アクチュエータの内部構成を示す断面図であり、図（ａ）は非動作時の状態を、図１（ｂ）は動作時の状態を示す図である。
【図２】上記本発明の回路遮断器の釈放型電磁アクチュエータにおける粉塵の悪影響を説明するため、磁気回路における接極部分の隙間と吸引力との関係を示す図である。
【図３】上記本発明の回路遮断器の外観を示す斜視図である。
【図４】上記本発明の回路遮断器の内部構造を示す断面図である。
【図５】従来技術になる回路遮断器において採用される釈放型電磁アクチュエータの内部構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ケース
２カバー
３固定接点台
４固定接点
５可動接点
６可動接点台
７可撓撚線
８導体
９ハンドル
１０開閉機構
２０引外し装置（電磁アクチュエータ）
２１ヨーク
２２可動コア
２３固定コア
２４動作棒
２５コイル
２６マグネット（永久磁石）
２７パイプ部材
２８ガイド部材
２９キャップ部材
３０動作ばね

Claims

周囲を取り囲んで内部空間を形成した合成樹脂材で形成されたケースの前記内部空間内に、固定接点を備えた固定接点台と可動接点を備えた可動接点台とを配置して一対の電極端子間に電流が流れる主回路を形成し、かつ、当該ケース内には、前記主回路に流れる過電流を検出する手段と、前記可動接点台の開放動作を行う接点開放機構と、前記過電流検出手段からの検出信号に応じて前記接点開放機構を駆動する電磁駆動装置とを備えた回路遮断器において、
前記電磁駆動装置は、コア部を磁気回路形成するヨークの端面よりも飛び出して移動する釈放型電磁アクチュエータにより構成され、
かつ、前記コア部が飛び出す側のヨークの端面には、前記主回路の開閉によって前記ケース内で生じる気体流に含まれる塵埃の侵入を防止するための防塵部材を取り付け、
前記防塵部材はラビリンス構造とし、
前記ラビリンス構造の防塵部材は、ヨークの端面から伸びた突出部と、前記突出部の内側に設けられて前記コア部の先端に取り付けた外筒体と、前記中筒体の内側の前記コア部との間の空間に配置された中筒体とによって構成されている
ことを特徴とする回路遮断器。
前記請求項１に記載した回路遮断器において、
前記ラビリンス構造の前記防塵部材は、０．３ｍｍ以上の塵埃の通過を防止することを特徴とする回路遮断器。
前記請求項２に記載した回路遮断器において、前記ラビリンスを形成する前記突出部の内径と前記外筒体の外形との間の隙間を０．３ｍｍ以下としたことを特徴とする回路遮断器。