JPH03289020A - 圧縮機用電動機の過負荷保護装置 - 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〕 本発明は電動機の過負荷保護装置に係り特に接点溶着発
生時における電動機巻線の焼損防止に好適な電動機の過
負荷保護装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の電動機の過負荷保護装置の一例を第９図および第
１ｏ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Ｃ−Ｃ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とを組み合せて形成した空間
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の外側底面１ａに貫通固定した軸６によ
り発条１３を介して反転自在に軸支するとともに、前記
可動接点３゜４と対向する位置に固定接点７，８を固着
した第１の固定端子９，１０がケース１の底面を内側底
面１ｂから外側底面１ａに貫通固定され、かつ、前記固
定端子９と固定端子１０との間の任意位置の底面を内側
底面１ｂから外側底面１ａに、第２の固定端子に係るヒ
ータ端子１１が貫通固定され。

このヒータ端子１１と前記固定端子９との間に溶接など
によってヒータ線１２′が接続され、このヒータ［１２
’はバイメタル５を加熱するようにケース１の内側底面
ｌｂ側に配置されていた。ヒータ線１２′は、バイメタ
ル５の自己発熱エネルギーが不足する場合に、これを補
う目的で使用されるものである。

このような構成の過負荷保護装置Ｐ工゛は、後述する第
３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Ｉ！１８との並列回路すなわち
電動機巻線に５直列に接続して用いられる。

電動機Ｍに過大な拘束電流が流れると、バイメタル５お
よびヒータ線１２′の自己発熱が増加し、バイメタル５
が動作温度に達した瞬間、バイメタル５自身が反転運動
し、可動接点３，４が固定接点７，８から離れ、電動機
Ｍへの通電が断たれる。

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６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１図ないし第
１３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図のＤ−Ｄ断面図、第１３図は、第１１
図の装置の電気回路図である。

図中、先の第９，１０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Ｐ２′は、ケース１と蓋
２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により発条１３を介し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の外側底面１
ａに貫通固定したものである。

バイメタル５の自己発熱エネルギー単独で必要なエネル
ギーが得られる場合に２本構成のものが採用されていた
。

このような構成の過負荷保護装置Ｐ　２１は、第１３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に過大な拘束電流が流れると、バイメタル５の
自己発熱量が増加し、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に流れる電流が減少してバイメタル５の反
転運動が停止する。

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、実公昭６２−１１１８７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て行うことになり、遂にはバイメ
タルが疲労して破損し、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、ヒータ線またはバイメタルの温度がケースおよび蓋
の耐熱温度以上に上昇し５ヒ一タ線周辺のケースまたは
バイメタル周辺のケースを焼損させる恐れがある。

本発明は、バイメタルが疲労して破損し、接点溶着が発
生したときに、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防止しつる過負荷保
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、ケースと、上記ケース内に固定接点が設け
られた第１および第２の固定端子と、上記第１の固定端
子の固定接点と第２の固定端子の固定接点とに接触可能
な可動接点を有し上記両固定端子間を電気的に開閉接続
するバイメタルとを備えた電動機の過負荷保護装置にお
いて、上記バイメタルと電気的に直列に設けられ且つ上
記バイメタルを加熱可能な位置に設けられた加熱手段を
備え、上記加熱手段は、電動機の定格始動電流の１．３
５倍〜１．８５倍の電流で２秒以内に溶断されるものと
した。

〔作用〕

上記技術的手段による働きを述べれば、接点溶着が発生
した場合に、電動機には大きな拘束電流が連続して流れ
て電動機巻線の温度が上昇し、巻線の絶縁が極部的に低
下して間欠的な短絡電流が流れる。この時流れる短絡電
流と短絡時間の積が電動機の定格始動電流の１．３５〜
１．８５倍で２秒以内に設定されたエネルギーと等価な
自己発熱エネルギー（溶断エネルギー）に達するとヒー
タ線が溶断する。

その結果、電動機巻線への通電が断たれ、電動機巻線の
焼損は基より過負荷保護装置の焼損を防止することが出
来る。

〔実施例〕

以下本発明の各実施例を第１図ないし第４図を参照して
説明する。

まず、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図は、第１図の装置の電気回路図、第４図は、第１
図の装置のバイメタル破断時の要部拡大図である。

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、ケース１の底面１ａに貫通固定して設け
た第１の固定端子９と、第２の固定端子に係るヒータ端
子１１との間に接続されたヒータ線１２が、電動機Ｍの
定格始動電流と定格始動時間の積により定まる自己発熱
エネルギーでは、例えば、ＪＩＳ　　Ｃ２５２Ｏｒ電熱
用合金線及び帯」の表１ｒ種類及び記号」に掲げられた
最高使用温度以下に構成され、定格始動電流以上の通電
電流と定格始動時間との積によって定まる自己発熱エネ
ルギーでは、ヒータ線１２の溶融点以上の温度になるよ
うに線種、線径が構成されている。

また、電動機Ｍの拘束電流が通電されてバイメタル５が
反転動作する時、拘束電流と動作時間の積とによって定
まるヒータ線１２の自己発熱エネルギーでは、前述の定
格始動電流通電時と同様に。

夫々の線種の最高使用温度以下に構成されている。

この様な構成の過負荷保護装置Ｐ□を第３図に示す回路
に用いた時、電動機Ｍが正常に回転する状態では、ヒー
タ線１２に大きな電流である始動電流が短時間流れた後
車さな運転電流の連続通電になる。通常始動電流が流れ
る時間は２秒以内に始動装置ｓ等の作用により制限され
ている。

この時、バイメタル５は、バイメタル５自身の発熱エネ
ルギーとヒータ線１２の加熱エネルギーとによる温度上
昇では反転動作しないこと従来技術と同様である。

又、電動機Ｍに始動電流を最大値とした過大な拘束電流
が連続して流れると、バイメタル５およびヒータ線１２
の自己発熱エネルギーが増加し、バイメタル５が動作温
度に達した瞬間、バイメタル５自身が急激に反転運動し
、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とヒータ線１２とが
冷却を開始し１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
こで停止するのも従来技術と全く同様である。

しかしながら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４図に示すようにＥ、Ｆのよ
うに破断すると、バイメタルＳの反転動作量および反転
動作力の減少を招き接点溶着に発展する。

接点溶着に至るとバイメタル５とこれに直列に接続され
たヒータ線１２に大きな拘束電流が連続して流れ続け、
バイメタル５の正常動作時と比較し高温になる。

また、同時に電動機Ｍの巻線の温度も上昇し、通電時間
の経過と共に絶縁材が溶けることによってＭＡ林低下を
期しついには極部的な電気絶縁破壊に発展する。

発明者らは、極部的な絶縁破壊に至った時の短絡電流に
着目し、この短絡電流のエネルギーを利用してヒータ線
１２を溶断せしめ電動機Ｍの通電を断つことにより、電
動機Ｍの巻線の焼損はもとより過負荷保護装置Ｐ１の焼
損を防止するようにぜんとしたものである。

まず第１に過負荷保護装置Ｐ工が接点溶着になったこと
を想定し、過負荷保護袋ｗＰ１を接続せず拘束した電動
機Ｍに連続通電した時の焼損に至る全過程を′通電時間
と巻線の温度上昇並びに電流の関係等を表１に示す負荷
を用いて実験調査した。

表１ その結果、第５図（ａ）（ｂ）に示す如く時間の経過と
共に巻線の温度が上昇し電流が変化することをつきとめ
た。即ち、いずれの場合にも一定時間経過して絶縁劣化
した部分間が短絡した時は、拘束電流の数倍以上の電流
が瞬時から６秒間程度の時間断続的に流れ、この短絡を
繰り返しながら巻線が全焼損方向に進展し、最終故障モ
ードとして絶縁破壊による漏電に至る事が判明した。

また、圧縮機用の電動機Ｍでは、電動機Ｍが焼損すると
電動機Ｍと外部の電気的結線に用いるハーメチックシー
ル端子（図示せず）のガラス絶縁（図示せず）が炭火物
により汚損され、ハーメチックシール端子間で短絡電流
が流れることも判明した、場合によってはハーメチック
シール端子のガラス部分が赤熱溶融し、圧縮機内に封入
された冷媒（図示せず）と共に冷凍機油（図示せず）が
噴出するところまで発展する例があった。

また、電源に設置した漏電ブレーカ−（図示せず）や過
電流ブレーカ−（図示せず）が作動すれば、前述の状態
に至る前に回路を遮断する事が判明したが、前述の現象
が各種ブレーカ−作動前もしくは同時の時に起きた場合
には、これを完全に防止する事が出来ないケースが想定
される。

そこで１発明者らは通常の使用条件下ではヒータ線１２
が溶断せず、前述の異常時に各種ブレーカ−作動前の比
較的軽度な焼損、即ち、初期段階に発生する巻線の極部
的なレアショート時に流れる短絡電流によってヒータ線
１２が溶断する安全な領域を実験によって求める事にし
た。

前述の負荷を用いた実験では、漏電ブレーカ−が必らず
しも設置されているとは言えないので普通一般に使用さ
れている１５Ａの過電流ブレーカ−を電源側に設置し、
過電流ブレーカ−作動前にヒータ線１２が溶断する限界
値を確認した。

実験開始に先き立ちヒータ線１２の不溶断電流と溶断電
流は次の様に定義した。

１、不溶断電流 電動機Ｍの定格始動電流Ｘ１．１５倍の電流を通電し、
過負荷保護装置Ｐ、のバイメタル５を正常に動作させた
時、ヒータ線１２が溶断しない電流を不溶断電流とした
。

２、溶断電流 過負荷保護装置Ｐ１のバイメタル５を反転動作しないよ
うに拘束し、不溶断電流を開始点とじてこの不溶断電流
を２秒間通電する。その後通電時間を２秒間として０．
２Ａピツチで通電電流を増加させて行き、ヒータ線１２
が溶断したところの電流を溶断電流とした。

実験では、過負荷保護装置Ｐ１の特性を表２に示すもの
とし、ヒータ線１２はＪＩＳ、Ｃ，２５２ｏに示された
線種で、線径を変えて表３に示すようなものを試作し、
夫々不溶断電流、溶断電流をあらかじめ別サンプルを用
いて求めたもので、その後実験機に組合せて確認試験を
行なった。

表３ ヒータ線１２の仕様 表２　過負荷保護装置Ｐ１の特性 その結果は表４に示す通り、ブレーカ−が動作する前に
ヒータ線の溶断する範囲を確認した。

以下余白 表４　実験機組合せ試験結果 また、その時の電動機Ｍの電流変化とヒータ線１２の溶
断点のモニター結果及び溶断特性の関係の一例を図示す
れば第６図（ａ）（ｂ）の様になる。

以上の検討結果を基に定格始動電流に対する通電電流の
比が１．８５倍以下の短絡電流エネルギーであれば、電
動機Ｍを巻線の絶縁劣化段階で回路から切り離すことが
出来る見通しを得た。

次に、第１１．１２図に示す過負荷保護装置Ｐ２′のも
のについては、第７，８図に示す如く銅線端子１４を設
け、この銅線端子１４と固定端子９間に始動電流に対す
る通電電流の比が１．８５倍で溶断する線径の銅線１５
を接続追加した過負荷保護装置Ｐ２を試作し実験したが
、前述のヒータ線１２同様の効果が銅線１５にもあるこ
とが立証出来た。

発明者らはこれ等一連の検討結果を基に、過負荷保護装
置Ｐ□、Ｐ２のヒータ線１２又は銅線１５等の加熱手段
に要求される条件は １、不溶断電流は、電源電圧変動範囲がプラス１５％増
しと見たてた時、電動機Ｍの定格始動電流Ｘ１．１５倍
以下となる。

例えば前述の負荷では、１１．５ＡＸ１．１５≠１３．
３Ａとなる。したがって、上記表４の線種ＮＣＨＷＩで
１．１３倍で溶断する０゜５５φは範囲外である。

２、又、溶断電流の下限値は、前記不溶断電流を満足す
る最も少さい不溶断電流との関係で定まる溶断電流とな
る。

例えば前述のヒータ線１２では、線種がＮＣＨＷＩ、線
径０．６０φ、不溶断電流１３．３Ａ、溶断電流１５．
５Ａとなる。

３、溶断電流の上限値は、定格始動電流と通電電流との
比が１：１．８５の時となる。

以上の結果から電動機Ｍの定格始動電流を基にヒータ線
１２の溶断する通電電流の関係を求めると、 １、下限側は、１．３５倍となる。

１５．５Ａ。

１１．５Ａ”°３５ ２、上限側は、言うまでもなく１．８５倍となる。

また、電動機巻線の成形加工時に傷を付けて絶縁を劣化
させたものや、ピンホール等の欠陥部を有するものが選
別作業で除去出来ず後工程に流出した場合であっても、
この時の短絡電流エネルギーがヒータ線又は銅線を溶断
させるに余りある場合には、これを回路から遮断するこ
とができる効果がある。

更に、実施例によれば、安全性を高めるために特殊な部
品を追加する必要性も無いので、従来の設備を使用し簡
単に提供出来る効果を有する。尚、加熱手段は、ヒータ
線、銅線に限るものでなく、電動機の定格始動電流の１
．３５倍〜１．８５倍の電流で２秒以内に溶断されるも
のであれば、材質は何でもよく、また、線材以外のもの
、例えばニッケルクロム線、鉄クロム線、銅合金線等の
材質、また帯材としてもよい。

〔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
して破損し、接点溶着が発生したときに、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
焼損をも防止しうる電動機の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
は、第１図および後述の第７図。 第９図の装置の電気回路図、第４図は、第１図の装置の
バイメタル破断時を示す要部拡大平面図、第５図は、第
３図の電気回路から第１図の装置を除去して連続通電し
た時の特性図、第６図は、第３図の電気回路に第１図の
装置を接続して連続通電した時の特性図、第７図は、本
発明の他の実施例に係る過負荷保護装置の部分断面図、
第８図は、第７図のＢ−Ｂ矢視断面図、第９回は、従来
の過負荷保護装置の縦断面図、第１ｏ図は、第９図のＣ
−Ｃ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図のＤ−Ｄ矢視断面
図、第１３図は、第１１図の装置の電気回路図である。 １・・・ケース、２−・・蓋、３，４・・可動接点、５
・・・バイメタル、６・・・軸、７，８・・・固定接点
、９゜１０・・・固定端子、１１・・・ヒータ端子、１
２・・・ヒータ線、１５・・・銅線。 第　１　図 ５−一一ハイメタンレ ６一軸 纂 ３ 図 嶌 図 嶌 図 集 図 第 θ 図 集 ９ 図 察 ０ 図 第 Ｉ 図 隼 ／Ｚ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ケースと、 上記ケース内に固定接点が設けられた第１および第２の
   固定端子と、 上記第１の固定端子の固定接点と第２の固定端子の固定
   接点とに接触可能な可動接点を有し上記両固定端子間を
   電気的に開閉接続するバイメタルと を備えた電動機の過負荷保護装置において、上記バイメ
   タルと電気的に直列に設けられ且つ上記バイメタルを加
   熱可能な位置に設けられた加熱手段を備え、 上記加熱手段は、電動機の定格始動電流の １．３５倍〜１．８５倍の電流で２秒以内に溶断される
   ものであることを特徴とする電動機の過負荷保護装置。