JP2011071035A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】可動接触子が開離した後も開離距離を確保するとともに、可動接触子が固定接点に再接近することを抑制し、アーク発生電圧を高く維持できることにより、遮断性能を向上させた回路遮断器を提供することを目的としている。
【解決手段】回路遮断器１は、固定接触子３に対抗して接離する可動接触子４と、可動接触子４を回動自在に支持する絶縁クロスバ５と、可動接触子４を固定接触子３に押圧、接触させる圧縮バネ６およびホルダ７とからなる押圧装置８と、遮断電流により磁界を発生させるコイル９と、発生した磁界によりプランジャ１１を押動させ可動接触子４を固定接触子３から引き外す絶縁ロッド１３と、開離された可動接触子４の固定接触子３への再接近を抑制する絶縁クロスバ５に設けられた磁性体２９とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、高速で遮断動作を行わせるトリップ機構を有する配線用遮断器や漏電遮断器などの回路遮断器に関するものである。

回路遮断器において、過負荷電流あるいは短絡電流が発生した際に、トリップ機構を高速に動作させ回路を遮断させることが要求されている。例えば、特許文献１に記載されている従来のトリップ機構を有するブレーカでは、固定接点とバネ力によって接離する可動接点を有する可動接触子と、過電流が流れた場合に可動接触子を作動させて可動接点を固定接点から引き離すソレノイドと、可動接触子に係合するリンク機構部と、リンク機構部の動作を係止するラッチ機構と、ラッチ機構に係合する引外し金具とを備えている。ソレノイドは、負荷電流を流すコイルと一端が引外し金具に小隙間を介して対向し他端が可動接触子に係合するプランジャとからなり、短絡電流のような定格の数倍以上の過電流がコイルに流れたとき、プランジャの一端がまず引外し金具を駆動してラッチ機構部の係止を外し、次いで可動接触子を強制的に引外す。ラッチ機構部の係止は、先に外れているため、リンク機構部が可動接触子開極位置になるように動作し、開極動作を完了させている。

また、特許文献１に記載されている回路遮断器では、固定接触子と可動接触子を収容するユニットケース外に、遮断時の遮断電流に応じて発生する磁気を遮断する磁性体を備えている。これにより、ユニットケース外に発生する磁気を遮断することにより、電磁力により動作する電磁引き外し装置等を誤作動させることが防止できる。さらに、大電流遮断時に、固定接触子を流れる電流の磁束を強化し、可動接触子を開極させる電磁力を発生するので、開極速度を向上させ優れた限流性能を得ることができる。

特開昭５５−１６１３２２号公報 特開２００１−１０１９６２号公報

しかしながら、特許文献１に示されるブレーカにおいては、短絡電流のような大きな電流がコイルに流れた場合に、可動接触子を強制的に固定接点から引外すが、プランジャがフルストローク動いた後ではプランジャによる伝達力がなくなり、可動接触子の速度が小さくなり、可動接触子の開離距離の減少に繋がる。また、最大開離距離到達後、可動接触子が固定接点に再接近する運動が生じることで、接点間の距離が近くなる。これらにより十分な可動子接触子と固定接点間の距離を確保することができず、遮断性能が低下するという問題があった。

特許文献２に示される回路遮断器においては、磁性体は、大電流遮断時に、固定接触子を流れる電流による磁束を強化し、可動接触子の開離電磁力を増強し、開離速度を向上させる効果はあるが、可動接触子の開離初期のみであり、開離後の効果はない。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、可動接触子が開離した後も開離距離を確保するとともに、可動接触子が固定接点に再接近することを抑制し、アーク発生電圧を高く維持できることにより、遮断性能を向上させた回路遮断器を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の回路遮断器は、固定接触子と、固定接触子と接離する可動接触子と、可動接触子を回動自在にて支持するクロスバと、クロスバに設けられ可動接触子を固定接触子に押圧させる押圧装置と、固定接触子と可動接触子の通電電流により付勢され、可動接触子を固定接触子から開離させるコイルと、クロスバに設けられ通電により可動接触子に発生する磁界に作用する磁性体とを備えたものである。

本発明によれば、遮断電流が流れた時、可動接触子を固定接触子から開離させる際に、磁性体による電磁力により可動接触子の開離速度を増大させ、遮断性能を向上させるとともに、最大開離距離到達後、可動接触子の戻りによる再接近を抑制することができ、遮断性能の向上を図ることができるといった顕著な効果を奏するものである。

実施の形態１における回路遮断器の概略構成を示す全体断面図である。 実施の形態１における回路遮断器の閉路状態での開閉機構部を示す断面図である。 実施の形態１における回路遮断器の開路状態での開閉機構部を示す断面図である。 実施の形態１における回路遮断器のクロスバと可動接触子とを示す外観図である。 実施の形態１における回路遮断器の動作を説明するための開閉機構部の動作図である。 実施の形態２における回路遮断器の開閉機構部の構成を示す断面図である。 実施の形態３における回路遮断器の開閉機構部の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る回路遮断器について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の回路遮断器の概略を示す全体断面図、図２は、回路遮断器の閉路状態での開閉機構部の断面図を、また、図３は、開路状態での開閉機構部の断面図を示す。図４は、クロスバと可動接触子の外観図を示す。図５は、回路遮断器の一連の動作を説明するための開閉機構部の動作図である。

図１において、回路遮断器１は、筐体２内部に、固定接触子３と、固定接触子３に対抗して接離する可動接触子４と、可動接触子４を回転軸４ｃにて回動自在に支持する絶縁クロスバ５と、絶縁クロスバ５に取り付けられ、可動接触子４を固定接触子３に押圧、接触させる圧縮バネ６およびホルダ７とからなる押圧装置８と、遮断電流により磁界を発生させるコイル９と、コイル９と磁気回路を形成するヨーク１０およびプランジャ１１と、プランジャ１１を所定位置に留置する圧縮バネ１２と、発生した磁界によりプランジャ１１を押動させ可動接触子４を固定接触子３から引き外す絶縁ロッド１３とで構成される開閉機構部１４と、開閉機構部１４に係合する下リンク１５及び上リンク１６からなるリンク機構部と、ラッチ１７と、ラッチ１７を係止するカケガネ１８と、リンク機構部に連結されたレバー１９と、レバー１９を駆動するハンドルアーム２０と、ハンドルアーム２０を手動で回動させるハンドル２１と、外部負荷に接続される入力端子２２及び出力端子２３と、入力端子２２と可撓性の導体２４により接続されコイル９との間に介在されたバイメタル２５と、可動接触子４と出力端子２３とを接続する可撓性の導体２６と、固定接触子３から可動接触子４が開離する際に発生するアーク３１を消す消弧板２７、また、アーク
３１による出力端子２３への短絡を防止する防弧板２８を備えている。さらに、磁性体２９は、可動接触子４の開離を補助し牽引するため絶縁クロスバ５に連動し、可動接触子４の開離方向と平行に絶縁クロスバ５の両側面に取り付けられている（図４を参照、図１から図３では、紙面の前後にあるため破線にて表記）。

固定接触子３には固定接点３ａが貼着され、可動接触子４には、可動接点４ａが貼着されており、絶縁クロスバ５に支持された回転軸４ｃを中心に可動接触子４が回動して可動接点４ａと固定接点３ａが接離する。

下リンク１５と上リンク１６は連結ピン１５ｐで連結され、連結ピン１５ｐがひじ部となりトグルリンク機構を構成する。レバー１９は、上リンク１６の一端部と回動連結するためのバーリング加工による連結部１９ｃを備え、軸１６ｃを中心に回動する。ハンドルアーム２０は、支点２０ｃを中心に回動する。連結ピン１５ｐとハンドルアーム２０に設けられた引掛け部２０ｂの間には、引張力を与える開閉バネが張架されている（図示せず）。

ラッチ１７は、回転軸１７ｃを中心に回動するように構成され、一端がレバー１９と係合されてレバー１９を係止し、他端の係止部１７ｂがカケガネ１８と係合されている。カケガネ１８は、軸１８ｃを支点にして、回転バネ３０により時計方向へ回動する力が付勢されている。

開閉機構部１４では、下リンク１５とピン５ｐで連結された絶縁クロスバ５は、樹脂モールド製ベースに支持された回転軸５ｃを中心として反時計方向へ回動できるように構成され、可動接触子４の可動接点４ａに押圧を与える圧縮バネ６を収納したホルダ７を備えている。

次に動作について図１から図５を用いて説明する。図１における閉路状態において、下リンク１５および上リンク１６は、連結ピン１５ｐに作用する開閉バネ（図示せず）からの引張力により、上リンク１６のレバー１９に対する連結部１９ａと連結ピン１５ｐの中心点とを結ぶ上リンク軸線と、下リンク１５の絶縁クロスバ５に対する連結ピン５ｐと、連結ピン１５ｐの中心点とを結ぶ下リンク軸線とがほぼ一直線をなすように伸張され、絶縁クロスバ５は回転軸５ｃを中心に時計方向の回転力を受け、可動接触子４を固定接触子３に押し付けている。

この閉路状態で過電流が流れた場合には、バイメタル２５が発熱して変形し、カケガネ１８に作用し、カケガネ１８とラッチ１７の係止部１７ｂが外され、レバー１９がラッチ１７から外されて、リンク機構部のひじ部である連結ピン１５ｐが下方に変位し、絶縁クロスバ５が回動して可動接触子４が固定接触子３から引き外され、回路の遮断が行われる。

図５は、遮断電流が流れた場合の開閉機構部１４の動作について説明するものである。図２、図５（a）に示す閉路状態において、短絡電流のような定格の数倍以上の遮断電流がコイル９に流れた場合には、コイル９により発生する磁界によりプランジャ１１とヨーク１０で構成される磁気回路において、圧縮バネ１２の力に打ち勝ち、ヨーク１０から電磁吸引力を得たプランジャ１１が右方向に移動を開始し、一端はカケガネ１８（図１参照）を反時計方向に回動させ、次いで絶縁ロッド１３を押動して、可動接触子４を強制的に固定接触子３から引き外し、開離動作を開始する（図５（ｂ））。

そして、図５（ｂ）に示すように、プランジャ１１とヨーク１０の間隙がなくなったところで、プランジャ１１は停止する。絶縁ロッド１３は、プランジャ１１により加速され
たときの運動エネルギと、圧縮バネ１２を押し縮めるときに圧縮バネ１２に蓄積される位置エネルギ及び可動接触子４に蓄えられる運動エネルギとのバランスで移動することになる。実際に遮断電流が流れた時、絶縁ロッド１３の質量と速度により決定される運動エネルギにより、可動接触子４の速度は徐々に増加し、プランジャ１１がヨーク１０との間隙がなくなり移動しなくなった後も、可動接触子４は、運動エネルギ（慣性）によって与えられた初速度で引き外し方向へ移動し、最大開離距離に達する（図５（ｃ））。同時に、可動接触子４に流れる遮断電流により発生する磁界により、絶縁クロスバ５の両側面に取り付けられている磁性体２９との電磁力により可動接触子４の開離速度が増大される。可動接触子４の開離直後、アーク３１が発生し、数ｍｓｅｃ程度は固定接触子３との間で電流が流れている。このため、可動接触子４を開離しただけでは、アーク３１のため電流が遮断されないので、一定の開離距離を保つことが必要である。

しかし、圧縮バネ６による抗力が急激に可動接触子４の速度を減速させ、可動接触子４は一旦停止し、圧縮バネ６の抗力を推力として時計回りの方向へ動作し、固定接触子３に再接近を始める（図５（ｄ））。この時、可動接触子４の遮断電流により発生する磁界により、絶縁クロスバ５の側面に設けられた磁性体２９との間の電磁吸引力により、可動接触子４の再接近が抑制され、これにより遮断性能が向上される。

次に、少し遅れて、絶縁クロスバ５が開離動作を開始し、可動接触子４は絶縁クロスバ５により抱え込まれて、再度開離を始める（図５（ｅ）。さらに、可動接触子４は絶縁クロスバ５により所定の位置に移動され、遮断動作が完了、トリップ動作を終了させる（図５（ｆ））。

本実施の形態では可動接触子４に追従して開離動作する絶縁クロスバ５に磁性体２９を設けることで、可動接触子４の開離後も、磁性体２９により可動接触子４の開離速度の低下を抑え、最大開離距離到達後、可動接触子４が固定接触子３へ再接近する動きを電磁吸引力により抑制し、遮断性能の向上を図っている。

このように、実施の形態１における回路遮断器では、可動接触子の開離方向と平行に近接させてクロスバに磁性体が設けられていることにより、可動接触子の開離後も、可動接触子の開離速度の低下を抑制することができ、また、最大開離距離到達後、可動接触子が固定接触子へ再接近する動きを電磁吸引力により抑制することができるので、遮断性能の向上を図ることができるという顕著な効果がある。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２における回路遮断器の開閉機構部の構成を示す断面図である。図６に示すように絶縁クロスバ５の可動接触子４の開離方向に可動接触子４と対抗する位置にも磁性体３２が設けられている点を除いて、実施の形態１における図１、図２と同様であるので、他の構成要素の説明は省略する。

可動接触子４が最大開離距離に到達する付近にて可動接触子４の通電により発生する磁界により、磁性体２９だけでなく磁性体３２による電磁吸引力も利用することにより、さらに、可動接触子４の開離速度の低下を抑制することができ、また、最大開離距離到達後、可動接触子４が固定接触子３へ再接近する動きを電磁吸引力により抑制することができるので、遮断性能の向上を図ることができる。

このように、実施の形態２における回路遮断器では、クロスバに磁性体を可動接触子と平行に近接させて設けるとともに、さらに可動接触子に対抗した位置にも近接させて設けることにより、可動接触子の開離後も、可動接触子の開離方向に対して平行および対抗させて設けられた磁性体による電磁吸引力を利用することができるので、可動接触子の開離
速度の低下を抑制することができ、また、最大開離距離到達後、可動接触子が固定接触子へ再接近する動きを電磁吸引力により抑制することができるので、遮断性能の向上を図ることができるという顕著な効果がある。

実施の形態３．
図７は、実施の形態３における回路遮断器開閉機構部の構成を示す断面図である。図７に示すように可動接触子４の開離方向の前方に設けられた防弧板２８に、可動接触子４と対抗する位置にも磁性体３３を設ける点を除いて、実施の形態１の図１、図２と同様であるので、他の構成要素の説明は省略する。

可動接触子４が最大開離距離に到達する付近にて可動接触子４の通電により発生した磁界により、絶縁クロスバ５に設けられた磁性体２９だけでなく、磁性体３３による電磁吸引力も利用することができるので、さらに、可動接触子４の開離速度の低下を抑制することができ、また、最大開離距離到達後、可動接触子４が固定接触子３へ接近する動きを電磁吸引力により抑制することができるので、可動接触子４の固定接触子３への再接近を抑制し、遮断性能の向上を図ることができる。

このように、実施の形態３によれば、クロスバだけでなく防弧板にも可動接触子に対抗した位置にも近接させて磁性体を設けることにより、可動接触子の開離後も、クロスバおよび防弧板に設けられた磁性体による電磁吸引力を利用することができるので、可動接触子の開離速度の低下を抑制することができ、また、最大開離距離到達後、可動接触子が固定接触子へ再接近する動きを電磁吸引力により抑制することができるので、遮断性能の向上を図ることができるという顕著な効果がある。

本発明で、使用される磁性体としては、純鉄、鉄、ニッケル、コバルト、鋼板等の磁性材料のものが利用できる。実施の形態の説明において遮断電流の通電によってコイルに発生する磁界によりプランジャで絶縁ロッドを押動させて可動接触子を開離させる場合の開閉機構を有する回路遮断器について説明したが、可動接触子を遮断電流によってコイルに発生する電磁力により直接牽引させて開離させる開閉機構の場合であっても適用できる。すなわち、可動接触子に近接して設けられた磁性体の作用により牽引力を増強させることができればよい。

なお、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。

１ 回路遮断器
３ 固定接触子
４ 可動接触子
５ 絶縁クロスバ
６、１２ 圧縮バネ
７ ホルダ
９ コイル
１０ ヨーク
１１ プランジャ
１３ 絶縁ロッド
１４ 開閉機構部
２９、３２、３３ 磁性体

Claims (4)

1. 固定接触子と、
   上記固定接触子と接離する可動接触子と、
   上記可動接触子を回動自在にて支持するクロスバと、
   上記クロスバに設けられ上記可動接触子を上記固定接触子に押圧させる押圧装置と、
   上記固定接触子と上記可動接触子の通電電流により付勢され、上記可動接触子を上記固定接触子から開離させるコイルと、
   上記クロスバに設けられ上記通電により上記可動接触子に発生する磁界に作用する磁性体とを備えたことを特徴とする回路遮断器。
2. 上記磁性体は、上記可動接触子の開離方向と平行な位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 上記磁性体は、上記クロスバに上記可動接触子の開離方向に対抗する位置に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路遮断器。
4. 上記可動接触子の開離方向の前方に設けられた防弧板を備え、上記磁性体は、上記防弧板の上記可動接触子に対抗する位置に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路遮断器。

Images