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