CN104064416A - 电路断路器 - Google Patents

Abstract

在电路断路器对20A程度的DC小电流的切断中，由于触点间产生的磁场较弱，难以驱动电弧，并且没有交流那样的零点，因此存在切换困难的问题。本发明提供一种切断电路中流过的过电流或短路电流的电路断路器，其特征在于，包括：与电路连接、具有固定触点的固定接触件；配备有与固定触点接触或分离的可动触点的可动接触件；和对触点之间产生的电弧进行灭弧的灭弧装置，固定接触件通过将电源端子弯曲成反L字形状，接着弯曲成L字形状，将该弯曲后的水平板材的中央部冲切成反コ字形状，进而在保留中央的细长突起部的状态下将水平板材弯曲成台阶状而形成，在固定接触件的细长突起部配置有固定触点，在细长突起部的背侧配置有电弧流道，在电弧流道设置有永久磁铁。

Description

电路断路器

技术领域

本发明涉及切断电路的过电流和短路电流的电路断路器，特别涉及切断DC电流的电路断路器。

背景技术

作为本技术领域的背景技术有专利文献1（日本特开2011-129385号公报）。专利文献1中记载了：为了提高电路断路器的电弧驱动力，以包围固定接触件的固定触点的方式配置具有一对足部的U字状磁性体，并使上述足部位于上述触点之间产生的电弧的两侧，且在所述磁性体的足部配置永久磁铁。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-129385号公报

发明内容

发明所要解决的课题

电路断路器中的电流的切断通过利用因电流通过产生的磁场的电磁力来驱动电弧而进行。例如对于DC电流在20A程度以下的切断，因电流通过产生的磁场较弱，难以驱动电弧。此外，由于没有像交流电流那样的零点，存在切断困难的问题。

上述专利文献1中记载了如下技术：通过在断路器中设置永久磁铁，使得向触点上的一个方向产生磁场，由此产生电磁力，将电弧向断路器的电源侧驱动并切断，但存在如下问题：若使电流极性变化，则电弧被驱动到负载侧，切断能力下降，因此通电方向被限制。

用于解决课题的方法

为了解决上述问题，例如采用本发明请求保护的范围中记载的结构。本申请包含解决上述问题的多个方法，其一例的特征在于：“一种切断电路中流过的过电流或短路电流的电路断路器，其特征在于，包括：与上述电路连接、具有固定触点的固定接触件；配备有与上述固定触点相对配置并与上述固定触点接触或分离的可动触点的可动接触件；和对该固定触点与该可动触点之间产生的电弧进行灭弧的灭弧装置，上述固定接触件形成翻折形状的细长突起部，在上述固定接触件的细长突起部上配置有上述固定触点，在该细长突起部的背侧配置有电弧流道，在该电弧流道设置有永久磁铁”。

发明效果

通过本发明，在对应较小的20A程度以下的DC电流的电路断路器的情况下，能够通过在电弧流道中配置有永久磁铁的比较简易的结构提供不限制电流的通电方向的、对应直流的电路断路器。

附图说明

图1表示本发明的实施例1中的电路断路器的整体结构的截面图。

图2A表示图1的电路断路器的固定接触件、可动接触件和灭弧装置的结构的立体图。

图2B表示将图2A的固定接触件和电弧流道切去1/2后的固定接触件、可动接触件和灭弧装置的结构的立体图。

图3A表示固定接触件的外观立体图。

图3B表示图3A所示的A-A截面图。

图3C表示图3A所示的B-B截面图。

图4表示电弧流道和永久磁铁的外观立体图。

图5表示说明作用于固定触点上的电弧的弧根的磁场和电磁力的图。

图6A表示说明触点间产生的电弧因电磁力而移动的图。

图6B表示说明触点间产生的电弧因电磁力而移动的图。

图7表示触点间的电弧在固定触点上旋转的图。

图8表示本发明的实施例2的结构图。

图9表示说明作用于固定触点上的电弧的磁场、电磁力的图。

具体实施方式

以下利用附图说明本发明的实施方式。

（实施例1）

图1表示本发明的实施例1中的电路断路器的整体结构的截面图。

在图1中，10为电路断路器，11为电源侧端子，12为固定接触件，具有翻折形状，13为设置在翻折形状的固定接触件12上的固定触点，14为设置在翻折形状的固定接触件上的电弧流道，15为配置在电弧流道14上的永久磁铁，16为可动触点，17为可动接触件，18为对触点间产生的电弧进行灭弧的灭弧装置，19为驱动用于使电流ON-OFF（导通-关断）的可动接触件17的开关机构（虚线框），20为过电流或短路电流流通时驱动开关机构19、使触点离开的跳闸装置（虚线框）。

21、24为流通电流的导体，22为根据温度变化的双金属片，25为负载侧端子，26为可动部，27为可动接触件的旋转支点，28为可动铁芯，29为固定铁芯，30为容纳开关机构和跳闸机构等的盒体，31为盒体30的盖。

接着，针对电路断路器10的结构进行说明。

在图1中，电路断路器10将电源侧端子弯曲成反L字形状，接着弯曲成L字形状，具有一部分平坦的部分，进一步地弯曲形成台阶状，从而形成固定接触件12，并设置固定触点13。

并且，在固定接触件12设置有电弧流道14，在电弧流道14中配置有永久磁铁15。针对该固定接触件12的结构在后面详细说明。

可动触点16配置在与固定触点13相对的位置，可动触点16设置在可动接触件17上并被固定。此外，对切断电流时在触点间产生的电弧进行灭弧的灭弧装置18配置在可动接触件17的周围。

可动接触件17与挠性导体21连接，导体21与构成跳闸装置20的双金属片22连接。双金属片22大致垂直地配置在盒体30内，由双金属片22的中央部与导体24连接，导体24连接到负载侧端子25。

构成跳闸装置20的双金属片22因过电流产生的热而前端变形，通过变形而推动可动部26，使开关机构19工作，分开触点，切断电路。

此外，跳闸装置20配置有在电路中流过过电流时使开关机构19工作的双金属片，以及与双金属片22相邻地排列配置有流过电路的短路电流时使开关机构19工作的电磁式跳闸机构。

电磁式跳闸机构设置有可动铁芯28和固定铁芯29，当短路电流流通时产生电磁力，吸引可动铁芯28，推动可动部26，使开关机构19工作，分开触点，切断电路。

接着，针对电路断路器的可动接触件和固定接触件周围的结构进行说明。

图2A是表示固定接触件、可动接触件、电弧流道和灭弧装置的构造的立体图，图2B是表示将图2A的固定接触件的部分在电源·负载侧方向上切去1/2后的立体图，两者都表示触点分开的状态。

在图2A中，电源侧端子11具有用于与电源线相连接的孔111，弯曲成反L字形状，接着弯曲成L字形状，形成固定接触件12。针对该固定接触件12的结构在后面详细说明。

在固定接触件12的细长突起121的大致中央部配置有固定触点13，在与固定触点13相对的位置将可动触点16配置在可动接触件17的前端，可动接触件17以孔27为支点旋转，使可动触点16与固定触点13接触或分离。此外，在固定接触件12的细长突起121的下侧配置有电弧流道14。并且电弧流道14中在中央部设置有隔板141。进一步地，以包围可动接触件17和固定接触件12的周围的方式配置灭弧装置18。灭弧装置18形成为将多个板材隔开规定的间隔而层叠的结构。

此外，在图2B中，电弧流道14具有凹部形状，在固定触点13的下侧配置有永久磁铁15。

这样通过在固定触点13的下侧配置永久磁铁15的结构，能够使触点周围产生磁场，对触点间产生的电弧施加电磁力来驱动电弧。

接着，针对本发明的固定接触件和电弧流道利用图3A、图3B和图3C进行说明。图3A表示固定接触件和电弧流道的外观立体图。图3B表示图3A所示的A-A截面图。图3C表示图3A所示的B-B截面图。

在图3A中，电源侧端子11具有用于与电源侧线连接的孔111，弯曲成反L字形状，接着弯曲成L字形状，形成固定接触件12。此外，固定接触件12从弯曲位置起具有平坦的部分，在该平坦部分中央从负载侧的边开始形成用于配置固定触点13的细长突起121，在突起周围进行冲切，以形成反コ字形状的孔122。并且在具有反コ字形状的孔122的靠近负载侧部分，细长突起121保持原样而将周围弯曲成台阶状。因此，固定接触件12的细长突起121成为以弯曲为台阶状的高度向电源侧突出的形状，在该细长突起121的下侧由于孔122而具有空间。固定接触件12的细长突起121的大致中央设置固定触点13并被固定，使该固定触点13的位置为与可动触点16一致（吻合）的位置。

此外，细长突起121的背侧配置有图4所示的电弧流道14，对其利用图3B进行说明。

图3B表示图3A的A-A截面图。在图3B中，固定接触件12是将电源侧端子11弯曲成反L字形状，接着弯曲成L字形状，通过对平坦部分冲压等形成冲孔122的部分，并弯曲成台阶状，配置固定触点13的细长突起121不弯曲，并将固定触点13固定。在固定该固定触点13的固定接触件12的细长突起121的下侧配置有电弧流道14。电弧流道14具有用于在固定触点13的大致正下方配置永久磁铁15的凹部形状，并通过铆接等固定于固定接触件12的细长突起121。

此外，对于该电弧流道14的构造，图4中表示出其外观立体图，构成为在相对于配置永久磁铁15的电源·负载侧方向成直角的方向上在两侧配置隔板141，覆盖永久磁铁15的结构。

接着，在图3C中表示图3A的B-B截面图。在图3C中，电弧流道14在固定于固定接触件12的细长突起121上的固定触点13的大致正下方配置永久磁铁15，其两侧形成有隔板141。

在这样的图3C的结构中，若使永久磁铁15的上侧磁极为N极，下侧磁极为S极，则磁力线40从N极向S极以呈抛物线状的方式形成。此外，永久磁铁15发出的磁力线从N极遍及360度整周发出，向整周发出的磁力线集中到电弧流道14的金属的隔板141的端部。然后形成返回到S极的磁力线。

接着，针对本发明的电弧流道14进行说明。

图4表示电弧流道14和永久磁铁15的外观立体图。

电弧流道14在电源·负载侧方向上具有凹部形状，在该凹部形状中设置有永久磁铁15。使永久磁铁15的极的位置为垂直方向，以上侧为N极、下侧为S极的方式配置。根据情况也可使极性相反地配置。此外，电弧流道14的与电源·负载侧方向正交的方向上，将隔板141形成在永久磁铁15的两侧。该隔板141是用于使从永久磁铁15的N极发出的磁力线聚集在隔板141的端面并进入，通过电弧流道14进入S极。

在此，针对永久磁铁15的种类进行说明，作为永久磁铁有包含铁的氧化物的结晶体聚集的铁氧体磁铁、以钕、铁、硼为主成分的稀土磁铁、永久磁铁中磁力最强的钕磁铁、由钐和钴构成的钐钴磁铁、以铝、镍、钴等为原料铸造的铝镍钴磁铁等。

然后，从电路断路器的可动触点16与固定触点13接触的闭极状态转移到两触点因过电流或短路电流而分开的开极状态时，在两触点间产生电弧。并且，电弧因两触点间的电位差以及与灭弧装置18接触而被冷却从而被灭弧。在交流电路的情况下，由于存在电流零点，在两触点间产生的电弧在短时间内被灭弧。但在直流电路中，由于不存在直流零点，电弧难以灭弧而持续时间长，或者存在无法切断的情况。

尤其是在例如20A程度以下的小电流范围内，由于流过接触件的电流产生的磁场较小，作用于电弧自身的电磁力较弱，电弧驱动力低下。因此，电弧停留在触点上，切断变得困难。

因此，本实施例中通过在固定触点的正下方配置永久磁铁15，使得在触点周围产生磁场来驱动电弧。

接着，利用图5～图8针对图2A和图2B所示的本发明的实施例1的结构中因过电流等产生的电弧进行说明。

在图5中，图5（a）为表示固定触点上的电弧状态的图，图5（b）为表示图5（a）的中心线上的截面图。

图5（a）表示固定触点上的磁场方向40以及施加到电弧上的电磁力的方向，使永久磁铁15靠近固定触点13的一方为N极，远离的一方为S极，针对通电方向从可动触点16流到固定触点13的情况进行说明。

在可动触点与固定触点产生的电弧70因永久磁铁15的磁场以及流过电弧自身的电流而受到电磁力，其方向遵从弗莱明左手定则。从固定触点上观察的磁场的方向以中心线为轴对称，根据位置而不同。因此，对电弧70起作用的电磁力的方向也根据位置而不同，受到电磁力而移动的电弧70改变方向地移动，所以在固定触点上以顺时针旋转方向绘制圆的方式移动。

即，在图5（a）中，41表示电弧70的弧根（电弧与固定触点接触的点称为弧根），表示电流相对于纸面从外向内垂直地流过。

此外，在弧根41的点的磁场方向为箭头51的方向，是从位于正下方的永久磁铁15通过固定触点13从固定触点13的中心放射状地发出的方向。磁场方向为磁力线的方向，由于从永久磁铁的N极抛物线状地发出并回到S极，因此在固定触点上为放射状地发出的方向。

因此，根据弗莱明左手定则，电磁力如箭头61所示起作用，电弧70移动。

然后，电弧70由于电磁力61从弧根41移动到弧根42的情况下，在弧根42，由于流过电弧70的电流的方向为相对于纸面由外向内垂直地流动的方向，磁场方向如箭头52所示为向下的方向，因此电磁力为如箭头62所示的斜向左上的方向。因此，电弧70向斜向左上的方向移动。

然后，电弧70由于电磁力62从弧根42移动到弧根43的情况下，在弧根43，由于流过电弧70的电流方向为相对于纸面由外向内垂直的方向，磁场方向如箭头53所示为斜向左下的方向，因此电磁力如箭头63所示作用于向上的方向。因此，电弧70向上方移动。

然后，电弧70从弧根43移动到弧根44的情况下，在弧根44，由于流过电弧70的电流方向为相对于纸面由外向内垂直的方向，磁场方向为如箭头54所示的斜向左上的方向，因此电磁力如箭头64所示作用于斜向右上的方向。因此，电弧70向斜向右上方移动。

然后，电弧70从弧根44移动到弧根45的情况下，在弧根45，由于流过电弧70的电流方向为相对于纸面由外向内垂直的方向，磁场方向为如箭头55所示的向上的方向，因此电磁力如箭头65所示作用于向右方向。因此，电弧70向右方向移动。

然后，电弧70从弧根45移动到弧根46的情况下，在弧根46，由于流过电弧70的电流方向为相对于纸面由外向内垂直的方向，磁场方向为如箭头56所示的斜向右上的方向，因此电磁力如箭头66所示作用于斜向右下的方向。因此，电弧70向斜向右下的方向移动。

然后，电弧70从弧根46移动到弧根41，由于电弧70连续运动，因此在固定触点13上以顺时针方向绘制圆的方式移动。

图5（b）表示电弧70和永久磁铁15的磁场。在图5（b）中电弧70在固定在可动接触件17的可动触点16与固定在固定接触件121的固定触点13之间产生。在电弧70所示的箭头表示电流方向。此外，配置在电弧流道14中的永久磁铁15的上侧为N极，下侧为S极，磁力线40如图所示从N极面遍及整周呈放射状地发出，描绘抛物线并返回S极。此外，由于在磁力线的中途存在如图3C所示的电弧流道14的隔板141等，磁力线集中于该金属板而通过。

接着，利用图6A和图6B说明电弧70在触点间绘制圆的状态。图6A表示如下状态：在可动触点16与固定触点13之间产生电弧71，电磁力依照弗莱明左手定则起作用，电弧71如箭头80所示移动，并移动到电弧72的位置。然后从图6A所示的电弧状态接着移动到图6B所示的电弧状态。图6B表示如下状态：图6A的电弧72依照弗莱明左手定则通过电磁力的作用而如箭头81所示进行移动，成为电弧73。

如该图6A到图6B所示，触点间产生的电弧连续地在固定触点13上和可动触点16上以绘制圆的方式移动旋转。

接着，图7是表示触点间产生的电弧70的运动状态的图。

在图7中，图7（a）表示电弧的运动的状态，图7（b）表示电弧的中央部的截面图。图7（a）表示可动触点16与固定触点13之间产生的电弧70的运动，实际上是连续地绘制圆而进行移动。此外，电弧70为中央部呈圆弧状鼓起的形状。

接着，图7（b）表示电弧70的中央部的C-C截面图。

图7（b）表示电弧70通过电磁力依照弗莱明左手定则作用而顺时针旋转的运动。

此外，若使电弧70的电流方向为从固定接触件12到可动接触件17的方向，则电弧70逆时针方向地旋转。或者，若使永久磁铁的N极和S极相反，电弧70也逆时针方向地旋转。

然后，在触头上移动的电弧70在接触灭弧装置18的内壁的同时被驱动，由此被迅速冷却并被灭弧。

即，本发明的实施例1中，在触点上产生的电弧因永久磁铁的磁场和自身的电流而受到电磁力，其方向遵从弗莱明左手定则。从触点上观察的磁场的方向以中心线为轴而对称，根据位置而不同。因此，电磁力的方向也根据位置而不同，所以受到电磁力而移动的电弧改变方向地进行移动，因此在触点上以顺时针绘制圆的方式进行移动。

对于将永久磁铁的极性相反地配置的情况，由于电磁力的方向以180°相反，电弧以相反方向逆时针地绘制圆的方式被驱动，也可获得与上述配置相同的效果，因此磁铁的极性两者皆可，组装性也良好。

此外，对于电流的通电方向，由于为同样的变化，因此任一方向上均可获得相同的效果，可确保不依赖于通电方向的开关性能。

此外，在本实施例中，对于使永久磁铁的极性或电流的通电方向相反的情况，仅是电弧旋转方向相反，可获得相同的效果。此外，由于磁铁隐藏在固定接触件12之下，不暴露于电弧，不需要用于保护永久磁铁的部件，在经济性方面也较佳。

（实施例2）

接着针对本发明的实施例2利用附图进行说明。

图8是表示将永久磁铁15配置在固定触点13的侧面的情况下的固定接触件12和可动接触件17周围的结构的立体图。

此外，图8表示将固定接触件12在电源·负载侧方向上切去1/2后的图，与图2B不同的点在于永久磁铁的配置位置。

即，将永久磁铁15配置在配置固定触点13的固定接触件12的突起部121的固定触点13的负载侧方向上。

然后，图9（a）为图8所示的固定触点13、永久磁铁15和固定接触件的突起121的位置的俯视图，图9（b）为中心线上的截面图。

在图9（a）中，对于在固定触点13的触点间的电弧70，考虑通电方向为从可动触点流向固定触点的情况时，电流方向为相对于纸面从外向内垂直流动的方向，由于永久磁铁15配置在固定触点13的右侧，因此磁场方向为如箭头100所示的方向，根据弗莱明左手定则，电磁力如箭头90所示作用于斜向右上方向。

接着，在由于电磁力电弧70从弧根80移动到的弧根81，电流方向为相对于纸面从外到内垂直流动的方向，磁场方向如箭头100（虚线箭头）所示为斜向左下的方向，因此电磁力如箭头100所示作用于斜向左上方向。因此，电弧70从弧根81向斜向左上方向移动，移动到弧根82的位置。

然后，电弧70处于弧根82时，在弧根82，电流方向在相对于纸面从外向内垂直方向上流动，磁场方向如箭头102所示为斜向左上方向，因此电磁力如箭头92所示为斜向右上方向作用的力。因此，电弧70从弧根82移动到弧根83。

然后，电弧70处于弧根83时，在弧根83，电流方向在相对于纸面从外到内垂直方向上流动，磁场方向如箭头103所示为斜向右上方向，因此电磁力如箭头93所示为斜向右上方向作用的力，停留在该位置。

即，从负载侧观察，电弧70在固定触点13上的左半面的区域中以绘制圆的方式运动，在固定触点13上的右半面的区域中成为停留的状态。

并且，从负载侧观察，在左半面产生的电弧70在顺时针绘制圆的同时向右半面移动。这时，通过与灭弧装置18的内壁接触的同时被驱动，而迅速地被冷却并被灭弧。

另外，从负载侧观察，关于在右半面产生的电弧，由于迅速地与灭弧装置17的内壁侧面接触，因此在早期阶段将电弧冷却并被灭弧。

接着，图9（b）表示图9（a）的中心线的截面图。

在图9（b）中，在固定触点13的负载侧将永久磁铁15配置于固定接触件12的突起部121，使永久磁铁15的固定触点侧为N极，负极侧为S极。通过这样配置永久磁铁15，磁力线从N极遍及整周地放射状地发出，以抛物线状返回S极。因此，在固定触点13成如图9（a）所示的磁场方向。此外，实施例2中将永久磁铁15配置在固定触点13的负载侧，但配置在电源侧的效果也相同。

附图标记说明：

10……电路断路器

11……电源侧端子

12……固定接触件

13……固定触点

14……电弧流道

15……永久磁铁

16……可动触点

17……可动接触件

18……灭弧装置

19……开关机构（虚线框）

20……跳闸装置（虚线框）

21、24……导体

22……双金属片

25……负载侧端子

26……可动部

27……可动接触件的旋转支点

28……可动铁芯

29……固定铁芯

30……盒体

31……盖

40……磁力线

41、42、43、44、45、46……弧根

51、52、53、54、55、56……磁场方向

61、62、63、64、65、66……电磁力方向

70、71、72、73……电弧

121……固定接触件的细长突起部

122……冲孔部

141……电弧流道的隔板

Claims (5)

1.一种切断电路中流过的过电流或短路电流的电路断路器，其特征在于，包括：

与所述电路连接、具有固定触点的固定接触件；

配备有与所述固定触点相对配置并与所述固定触点接触或分离的可动触点的可动接触件；和

对该固定触点与该可动触点之间产生的电弧进行灭弧的灭弧装置，

所述固定接触件形成翻折形状的细长突起部，

在所述固定接触件的细长突起部上配置有所述固定触点，

在该细长突起部的背侧配置有电弧流道，在该电弧流道设置有永久磁铁。

2.如权利要求1所述的电路断路器，其特征在于：

所述固定接触件，通过将电源端子弯曲成反L字形状，接着弯曲成L字形状，将该弯曲后的水平板材的中央部冲切成反コ字形状，进而在保留中央的细长突起部的状态下将所述水平板材弯曲成台阶状而形成。

3.如权利要求1所述的电路断路器，其特征在于：

所述电弧流道在中央形成凹部形状，在该凹部形状中设置有所述永久磁铁，在该永久磁铁的两侧形成隔板。

4.如权利要求1所述的电路断路器，其特征在于：

使由所述可动触点与所述固定触点产生的电弧旋转，并通过所述灭弧装置灭弧。

5.一种切断电路中流过的过电流或短路电流的电路断路器，其特征在于，具备：

与所述电路连接、具有固定触点的固定接触件；

配备有与所述固定触点相对配置并与所述固定触点接触或分离的可动触点的可动接触件；和

对该固定触点与该可动触点之间产生的电弧进行灭弧的灭弧装置，

所述固定接触件，通过将电源端子弯曲成反L字形状，将该弯曲后的水平板材的中央部冲切而形成反ヨ字形状，进而在保留中央的细长突起部的状态下将所述水平板材弯曲成台阶状而形成，

在所述固定接触件的细长突起部上配置有所述固定触点，

在配置于该突起部的所述固定触点的负载侧或电源侧设置有永久磁铁。