JPH02244529A - 過負荷保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、過負荷保護装置に係り、特にバイメタル破断
発生時における電動機巻線の焼損防止に好適な過負荷保
護装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、例えば冷蔵庫、空気調和機、除湿機等の電動圧
縮機をはじめ、広＜ａ動機を用いる製品には、電動機の
過熱焼損を保護する手段として過負荷保護装置が用いら
れている。

まず、従来の過負荷保護装置の一例を第９図および第１
０図を参照して説明する。

第９図は、従来の過負荷保護装置の縦断面図、第１０図
は、第９図のＢ　−Ｂ矢視断面図である。

図に示すように、合成樹脂等の耐熱絶縁材料からなる有
底円筒状のケース１と蓋２で囲んだ空間に、可動接点３
．４を固着したディスク状のバイメタル５を、ケース１
の底面１ａに貫通固定した軸６の頭部６ａに、ばね１；
うにより押し付けて反転自在に軸支するとともに、前記
ｉ１動接点３，４と対向する位置に固定接点゛１，８を
固着した第１の固定端子９，１０をケース１内の底面１
ｂに貫通固定し、かつ、前記固定端子９と固定端子１−
０との間の任意の底面１ｂに、第２の固定端子に係るヒ
ータ端子１１を貫通固定し、このヒータ端子１１と前記
固定端７−９との間に溶接などによってヒータ線１２が
接続され、バイメタル５を加熱するようにケース１の底
面ｌｂ側に配置されていた。

このような構成の過負荷保護装置Ｐ′は、後述する第７
図に示すように、始動装置Ｓを直列に接続した電動機Ｍ
の始動巻線１７と主巻線１８との並列回路すなわち電動
機巻線に、直列に接続して用いられる。

電動機Ｍになんらかの異常が発生し、大きな拘束電流が
流汎ると、バイメタル５およびヒータ線１−２の自己発
熱が増加し、バイメタル５が反転動作温度に達した瞬間
、バイメタル５自身が急激に反転運動し、１．１■動接
点コ３，４が固定接点７，８から離れ、電動機Ｍの通電
が断たれる。

通電が断たれたのち、バイメタル５とヒータ線１２とが
冷却を開始し、反転復帰温度に達した瞬間、バイメタル
５が前記動作と逆の反転動作を行い、元の位置に復帰し
、可動接点３，４が固定接点７，８と接触して電動機Ｍ
が再び通電される。

前記復帰後、電動機Ｍの拘束状態が解除されていれば、
電動機Ｍは正常に運転し、バイメタル５の反転運動はこ
こで停止する。

次に、従来の過負荷保護装置の他の例を第１１、図およ
び第１２図を参照して説明する。

第１１図は、従来の他の過負荷保護装置の縦断面図、第
１２図は、第１１図および後述する第８図の装置の電気
回路図である。図中、先の第≦〕。

１０図と同一符号のものは、同等部分を示している。

第１１図に示す過負荷保護装置■）、′は、ケース１と
ＩＥ２とで囲んだ空間に、可動接点３，４を固着したデ
ィスク状のバイメタル５を、ケース１の底面１ａに貫通
固定した軸６の頭部６ａに、ばね１３を介して押し付け
て反転自在に軸支するとともに、可動接点３，４と対向
する位置に固定接点７，８を固着した固定端子９，１０
をケース１の底面１ａに貫通固定したものであるにのよ
うな構成の過負荷保護装置Ｐ′、は、第１２図に示すよ
うに、始動装置Ｓを直列に接続した電動機Ｍの始動巻線
１７とｊミ巻線１８とガ並列回路すなわち電動機巻線に
、直列に接続して用いられる。

電動機Ｍになんらかの異常が発生して大きな拘束電流が
流れると、バイメタル５の自己発熱斌が増加し、反転動
作温度に達した瞬間バイメタル５が急激に反転運動をす
る。同時に可動接点３．４が固定接点７，８から離れ、
電動機Ｍの通電が断たれる。

通電が断たれたのち、バイメタル５が冷却を開始し反転
復帰温度に達した瞬間、前記動作と逆の反転運動を行い
元の位置に復帰する。同時に可動接点；３，４が固定接
点７．８と接触し、電動機Ｍが再び通電される。このと
き、拘束状態が解除されていれば電動機Ｍは正常運転し
、バイメタル５が停止する。

なお、この種の装置として関連するものには、例えば実
開昭６０−１８３３４９号公報、実開昭５９−７２６４
１号公報等が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来技術においては、例えば電動機になんらかの
異常があり拘束状態が継続したとすると、バイメタルは
動作と復帰を繰り返しＣ行うことになり、遂にはバイメ
タルが疲労して破断し、接点溶着に発展する。

その結果、電動機巻線が発熱し、焼損するに至る。また
、過負荷保護装置にも大きな拘束電流が連続的に通電さ
れ、バイメタルの温度がケースおよび鉄の耐熱温度以上
に」；昇し、バイメタル周辺を焼損させる恐れがある。

本発明は、上記従来技術における課題を解決するために
なされたもので、バイメタルが疲労して破断したとき、
または、接点溶着が発生したときに、回路をすみやかに
、かつ、永久的に遮断し、Ｉ機巻線の焼損はもとより過
負荷保護装置の焼損を防止しろろ過負荷保護装置を提供
することを、その目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る過負荷保護装
置の構成は、有底円筒状のケースと蓋で囲んだ空間に、
可動接点を固着したディスク状のバイメタルを備え、こ
のバイメタルを、ケースの底面に固定した軸の頭部側に
ばねを介して反転自在に軸支するとともに、前記可動接
点と対向する位置に、固定接点を固着した固定端子を前
記ケースの底面に貫通固定し、かつ、前記固定端子を接
続部を介して電動機巻線に直列に接続するようにした過
負荷保護装置において、上記軸を、穴を有する胴体部と
、その胴体部の穴に圧入嵌合されるボスを有する頭部と
で構成し、頭部側を形状記憶合金で形成するとともに、
ばねの弾性作用によって前記頭部を前記胴体部から離脱
させ、バイメタルの軸支位置を移動させるように構成し
たものである。　なお、付記すると、本発明に係る過負
荷保びばねの荷重を付加した状態で、バイメタル動作温
度より１０℃から１００℃プラスの範囲内になるように
設定してあれば、その機能を十分に発揮する。

〔作用〕

バイメタルが疲労すると破断に発展し、バイメタルの反
転動作間隔が短縮する。それによって。

ヒータおよびバイメタルの通電時間が増加し、ケース内
の温度を上昇させる。また、この状態で接点溶着が発生
すると、さらにケース内の温度が上昇する。このとき、
ケース内温塵Ｊ：昇が、形状記憶合金で形成された頭部
のボス径が縮少する記憶温度に達すると、その瞬間、頭
部のボス径が縮少して軸の胴体部との間にすき間を生じ
、頭部およびバイメタルがばねの弾性作用で胴体部から
離脱し押し上げられる。

その結果、バイメタル軸支位置の移動にともない、可動
接点が強制的に固定接点から離され永久的に開路状態が
保もたれることになり、電動機巻線の焼損はもとより過
負荷保護装置の焼損をも防止することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図ないし第８図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る過負荷保護装置の縦
断面図、第２図は、第１図のＡ−Ａ矢視断面図、第；３
図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１１閑の要部を説明す
る斜視図、第３図（ｄ）は、第３図（ｂ）のＣ−Ｃ矢視
断面図、第４図は、第１図の装置の正常動作時を示す縦
断面図、第５図は、第１図のバイメタルの破断時を示す
要部拡大平面−、第６図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第
１図の装置のバイメタル破断時の動作を示す縦断面図、
第７図は、第１図および第９図の装置の電気回路図であ
る。

図中、第９．１０図と同一符号のものは従来技術と同等
部分であるから、その説明を省略する。

第１，２図の実施例が、第９．１０図の従来技術と相違
するところは、軸６を頭部６ａと胴体部６ｂに分割し、
頭部６ａの中央部にボス６ａ’　を設けるとともに形状
記憶合金で形成し、胴体部６ｂの前記頭部６ａのボス６
８′と対応する位置に穴６ｂ’　を設けるとともに鉄ま
たは銅系の一般的な金属材料で形成し、前記穴６ｂ’に
ボス６ａ’　を圧入嵌合して保持しであることである。

この圧入は、例えば第３図（ａ）（ｂ）では、ボス６ａ
’のボス径ｄを胴体部６ｂの穴６　ｂ　’の穴径りより
小さい状態で形状記憶処理した後、常温下で破線のボス
径ｄ′に塑性加］−シてボス径ｄ’＞穴径りの関係にす
ることによって達成される。尚、（ａ）図のボス６ａ’
　は、棒材から切削加工で、（ｂ）図のボス６ａ’は、
板材からプレス加工で製作した一例を示す、また、第３
図（ｅ）は、（ａ）に対して凹溝６ａ’を追加した状態
で形状記憶処理した後、常温下で破線の形状に押し広げ
て穴６ｂ’　に嵌合して得ることもできる。

特に前者の（ａ）、（ｂ）では、ポス６ａ’部分に弾性
力が作用しないため、ボス６ａ’および穴６ｂ’の両者
にそれ相当の部品精度が要求されることと、作業効率が
低下するので、穴６ｂ’の一部に第３図（ｄ）の如く開
口部６ｂ″を設けてもよく、本発明の主旨に沿っていれ
ばその圧入構造が限定されるものではない。

また、頭部６ａの形状記憶温度は、バイメタル５の動作
温度プラス１０℃〜１００℃の温度範囲が後述の効果を
最もよく発揮することを確認済みである。

更に、本発明の構成では、不可逆的な形状記憶効果、即
ち、一方向性形状記憶合金の使用が最適であるが、二方
向性形状記憶合金でもその目的は達成されるなど種々の
形状記憶合金材料並びに輔広い温度特性の中から任意に
選定することができる特徴がある。

このような構成の過負荷保護装置Ｐは、第７図に示すよ
うにバイメタル５とヒータ線１２と電動機Ｍとが直列に
接続されているにれにより、過負荷保護装置Ｉ）は、始
動装置Ｓを直列に接続した電動機Ｍの始動巻線１７と主
巻線１８との並列回路すなオ〕ち電動機巻線に、直列に
接続して用いられる。

電動機Ｍになんらかの異常が発生し、大きな拘束電流が
流れると、バイメタル５およびヒータ線１２の自己発熱
量が増加し、バイメタル５が反転動作温度に達した瞬間
、バイメタル５自身が急激に反転運動し、第４図に示す
ように、可動接点：３゜４が固定接点７．８から離れ、
電動機Ｍの通電が遮断される。

通電が断たれたのち、バイメタル５とヒータ線１２とが
冷却を開始し、反転復帰温度に達しまた瞬間バイメタル
５が前記動作と逆の反転動作を行い、元の位置に復帰し
、可動接点３，４が固定接点７゜８と接触して電動機Ｍ
が再び通電される。

復帰後、電動機Ｍの拘束状態が解除されていれば電動機
Ｍは正常に運転し、バイメタル５の反転運動はここで停
止する。

しかし、拘束状態が継続しており、バイメタル５が動作
、復帰の反転運動を繰り返し行なっている最中に、バイ
メタル５が疲労して第５図に示すＥ、Ｆのように破断す
るに至ったとすると、バイメタル５の反転動作温度と反
転復帰温度の変化。

あるいは反転動作量の減少等によって、その反転動作間
隔が短縮する。

その結果、バイメタル５およびヒータ線１２に流れる拘
束電流の通電率が増加し、ケース１内の湿度が」―昇す
る。

このときの温度１；昇が頭部６ａの形状記憶温度に達す
ると、ボス６ａ’　の直径が形状記憶処理した時の形状
１寸法に急激に復元する。即ちｄ′からｄになる。その
結果、ボス６　ａ　’　が穴６ｂ′より小さくなってば
ね１３（第９．１１図）の従来技術に用いられたばねと
同等の弾性作用によって、バイメタル５とともに頭部６
ａが、胴体部６ｂから離脱させる方向（蓋２側）に位置
移動する。

この位置移動が、第６図（ａ）に示すように、可動接点
：３，４と固定接点７．８との接触不能位置に達すれば
回路遮断となる。また、バイメタル５はばね１３で押し
上げられたままであるため開路状態を継続することは言
うまでもない。

さらに、この途中で接点溶着が発生したことを仮定して
考えて見ると、バイメタル５が破断した状態では、バイ
メタル５の特性そのものが大幅に変化し、可動接点３を
固着した側と可動接点４を固着した側の動作力がアンバ
ランスになる。したがって、接点溶着は負荷を直接開閉
する一方の接点側に集中して発生する。接点溶着が発生
すると拘束電流が連続通電となり、ケース１内の温度は
急上昇する。このとき、頭部６ａのボス６ａ’は、瞬時
に形状記憶処理時の形状９寸法に復元し、穴６ｂ’　と
の間に隙間が生ずることがらばね１３の弾性でバイメタ
ル５とともに蓋２方向に位置移動を開始する。

例えば、第６図（ｂ）に示すように、可動接点３側が溶
着したとすると、溶着していない一方の可動接点４を固
着したバイメタル５が破断にともない単独で位置移動し
、回路を遮断する。

このとき、可動接点３の溶着点に剪断力が作用し、ばね
１３の弾性が打ち勝つならば、可動接点３側も回路を遮
断し、第６図（Ｃ）のように、バイメタル５は水平状態
に保持される。

また１、本実施例では、バイメタル５が蓋２方向に位置
移動してキハその移動景がばね１３のストロークで決定
されるため、ばね］３のストローク以内でボス６ａ’が
穴６ｂ’の軸方向の嵌合代が大きく確保されていれば、
バイメタル５が軸６から離脱して固定接点７，８または
ヒータ１２と接触するなどの短絡事故や、蓋２との接触
による絶縁不良等の２次災害を招くこともない。

なお、形状記憶合金は、既に量産化されているチタン・
ニッケル合金系、銅系はもとより、最近開発された鉄・
マンガン・ケイ素合金系、鉄、クロム・ニッケル・マン
ガン・ケイ素・コバルト合金系等種々のものから選定す
ることができ、使用温度範囲が限定されることがないの
で、広範囲の温度特性を有する過負荷保護装置を提供で
きる効果がある。

さらに１組立時にハンダ付けなどの作業が不要で′ある
ため動作温度の安定した装置が得られる効果がある。

以上述べたように、本実施例によれば、バイメタルが疲
労して破損し、接点溶着が発生する前に回路を完全に遮
断し、電動機巻線の焼損はもとより過負荷保護装置の焼
損を完全に防止しうる過負荷保護装置を提供することが
できる。

なお、本実施例では５万一接点溶着が発生してもそれを
強制的に引き外すこともｐ丁能であり、信頼性の高い過
負荷保護装置を提供することができ机 次に、第８図は、本発明の他の実施例に係る過負荷保護
装置の縦断面図である。

第８図中、第１１図と同一符号のものは、従来技術と同
等部分であるから、その説明を省略する。

また、第１，２図の実施例と同等部分は同一符号をもっ
て示している。

第８図の実施例が、第１１．１２図の従来技術と異なる
点は、第３図（ｂ）に示す加工方法により形成されたボ
ス６ａ’　を有する頭部６ａを用い、前記ボス６ａ’が
胴体部６ｂから離脱するのを防止するため、蓋２の頭部
６ａに対応する面にストッパー２８を設けたことである
。また、第１，２図である。

このような構成の過負荷保護装置Ｐ、は、第１２図に示
す如く、バイメタル５と電動機Ｍとが直列に接続されて
いる。

電動機Ｍになんらかの異常が発生したときの過負荷保護
袋Ｗｐ　１のバイメタル５の動作は、先の実施例と同様
である。

前記した拘束状態が継続しており、バイメタル５が動作
、復帰の反転運動を繰り返し行なっている最中に、バイ
メタル５が疲労して破断に至ると先の実施例と同様の現
象となる６ その結果、バイメタル５の通電率が増加し、ケース１内
の温度を上昇させボス６ｂを先の実施例と同様に動作さ
せる。

したがって、第８図の実施例によれば、先の第１．２図
の実施例と全く同様の効果が奏せられる。

また、先の実施例と異なり、頭部６ａがストッパー２ａ
と接触しその移＃Ｉ量が確実に規制されるため、バイメ
タル５及び頭部６ａが胴、体部６ｂから離脱して固定接
点７，８と接触するなどの短絡事故や、蓋２そのものの
絶縁不良等の２次災害を招くことがない。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、バイメタルが疲労
して破断したとき、または、接点溶着が発生したときに
、回路を永久的に遮断し、電動機巻線の焼損はもとより
過負荷保護装置の焼損を防止しうる過負荷保護装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る過負荷保護装置の縦
断面図、第２図は、第１図のＡ−Ａ矢視断面図、第；３
図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１図の要部を説明する
斜視図、第３図（ｄ）は、第３図（ｂ）のＣ−Ｃ矢視断
面図、第４図は、第１図の装置の正常動作時を示す縦断
面図、第５図は、第１図のバイメタルの破断時を示す要
部拡大平面図、第６図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１
図の装置のバイメタル破断時の動作を示す縦断面図、第
７図は、第１図および第９図の装置の電気回路図、第８
図は、本発明の他の実施例に係る過負荷保護装置の縦断
面図、第９図は、従来の過負荷保護装置の縦断面図、第
１０図は、第９図のＦ３−　Ｂ矢視断面図、第１１図は
、従来の他の過負荷保護装置の縦断面図、第１２図は、
第１１図および第８図の装置の電気回路図である。 １・・・ケース、２・・・蓋、２ａ・・・ストッパー、
３゜４・・・可動接点、５・・・バイメタル、６・・・
軸、６ａ・・・頭部、６ｂ・・・胴体部、７，８・・・
固定接点、９．１０・・・固定端子、】３・・・ばね。 晃７０ 晃５呂 第２凶 カ４０ ／−ブース ユ４−　町乗月咎１ぐ、 乙８−・固定搏、新 乞／Ｉ−固定指Ｊ にａ−吟や 乙ノー　Ｍ同ネト）ｐ 第Ｓ目 第６閲 （ａ、） 晃 目 晃８０ 晃 乙 目 （ｂ） （Ｃ） 先′７区 晃／θ囚

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有底円筒状のケースを蓋で囲んだ空間に、可動接点
   を固着したディスク状のバイメタルを備え、このバイメ
   タルを、ケースの底面に固定した軸の頭部側にばねを介
   して反転自在に軸支するとともに、前記可動接点と対向
   する位置に、固定接点を固着した固定端子を前記ケース
   の底面に貫通固定し、かつ、前記固定端子を接続部を介
   して電動機巻線に直列に接続するようにした過負荷保護
   装置において、上記軸を、穴を有する胴体部と、その胴
   体部の穴に常温で圧入嵌合されるボスを有する頭部とで
   構成し、頭部側に形状記憶合金を用いたことを特徴とす
   る過負荷保護装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、ケース
   内温度上昇時に頭部のボス径を収縮させ、ばねの弾性作
   用によって前記頭部を前記胴体部から離脱させてバイメ
   タルの軸支位置を移動させるように構成したことを特徴
   とする過負荷保護装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載のものにお
   いて、頭部のボス径がバイメタルの反転動作温度プラス
   １０℃〜１００℃の温度差で収縮するとともに、一方向
   性の形状記憶効果を持たせたことを特徴とする過負荷保
   護装置。 ４、特許請求の範囲第１項ないし第３項記載の過負荷保
   護装置において、蓋の頭部と対向する部分に、前記頭部
   の位置移動を規制するストッパーを設けたことを特徴と
   する過負荷保護装置。 ５、特許請求の範囲第１項ないし第４項記載のものにお
   いて、胴体部に設けた穴の一部に開口部を設けたことを
   特徴とする過負荷保護装置。 ６、特許請求の範囲第１項ないし第４項記載の過負荷保
   護装置を、冷蔵庫、空気調和機、除湿機、冷水機、製氷
   機、小形冷凍機の電動圧縮機と接続し、自動復帰保護プ
   ラス非復帰保護することを特徴とする過負荷保護装置。