JP2012160482A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】反発形の回路遮断器を対象に、電流遮断動作の過程で開極位置に反発移動した第２可動接触子が閉極位置に逆戻りするのを抑えて高い限流遮断性能を発揮できるようにする。
【解決手段】開閉機構に連繋した第１可動接触子３と、第１可動接触子３に対向し、かつ接触ばね８により閉極位置に付勢される第２可動接触子４とを備えた回路遮断器で、第１および第２可動接触子３，４はその先端に設けた接点３ａ，４ａを突き合わせて上下に対峙し、かつ可動接触子の後端に可撓リード線６，７を接続した上で、各可動接触子が支軸３ｂ，４ｂの周りで回動可能に枢支されているものにおいて、第２可動接触子４の後端部に対向して、該第２可動接触子４が開極位置に向けて移動した際にその後端部が進入する逆Ｕ字形の磁気ヨーク１０を配備し、各可動接触子の後端部に作用して接触子を閉極方向に付勢する電磁反発力の発生を抑制する。
【選択図】図２

Description

この発明は、開閉機構に連繋した第１の可動接触子と、該可動接触子に対向して電磁反発力により第１可動接触子から開離する第２の可動接触子を備えた回路遮断器に関する。

配線用遮断器などを対象に、短絡電流などの過電流が流れた際に、平行２導体間に発生する電磁反発力を利用して第１可動接触子とこれに対向する第２可動接触子を急速開離させて電流を限流遮断する反発形の回路遮断器が公知である（例えば、特許文献１参照）。

この反発形の回路遮断器は、第１可動接触子が開閉機構に連繋して開閉駆動され、これに対向する第２可動接触子は接触ばねにより常時は閉極位置に向けてばね付勢されており、各可動接触子は先端に設けた接点を突き合わせて上下に対峙し、かつそれぞれの可動接触子が支軸の周りで回動可能に軸支されている。

次に、反発形の回路遮断器における接点機構周辺の従来構造を図９（ａ），（ｂ）に、また遮断器投入時の閉極状態（ＯＮ），電流遮断時の開極状態（ＴＲＩＰ）を図１０（ａ），（ｂ）に示す。まず、図９において、１は回路遮断器のケース、２は電源側の端子導体、３は第１可動接触子、４は第２可動接触子、５は消弧装置、６は電源側の端子導体２と第２可動接触子４との間を接続する可撓リード線、７は第１可動接触子３に接続した可撓リード線、８は第２可動接触子４を閉極位置に向けて付勢する接触ばねである。

ここで、第１可動接触子３は先端に接点３ａを固着し、該接点３ａと反対側の後端に可撓リード線７を接続した上で、支軸３ｂを回動支点として可動接触子ホルダ３ｃに軸支され、該可動接触子ホルダ３ｃを介して図示していない開閉機構に連繋されている。一方、第２可動接触子４は第１可動接触子３の下側に対向位置し、先端に固着した接点４ａを第１可動接触子３の接点３ａに突き合わせるようにして接触子支持フレ-ム４ｃに支軸４ｂを介して軸支した上で、該支軸４ｂを挟んで接点４ａと反対側の後端にロウ付けした可撓リード線６を介して電源側の端子導体２に接続し、さらに可動接触子支持フレーム４ｃとの間に接触ばね（捩じりコイルばね）８を張架して第２可動接触子４を閉極位置にばね付勢している。また、消弧装置５は上下段に並ぶ複数枚のグリッド消弧板５ａを備え、第１可動接触子３の開極移動経路に沿ってその前方に配置されている。

上記の構成で、図９（ａ），図１０（ａ）に示す閉極状態では、接触ばね８のばね力ｆにより第２可動接触子４の接点４ａを第１可動接触子３の接点３ａに押圧して接点間に接触圧を加えている。また、通電電流ｉは電源側の端子導体２から可撓リード線６，第２可動接触子４，第１可動接触子３を経由して図示矢印の方向に流れる。

この閉極状態で短絡電流などの過電流が流れると、図９（ｂ），図１０（ｂ）で示すように、電流が逆方向に流れる第１可動接触子３と第２可動接触子４との間に大きな電磁反発力が発生し、この電磁反発力を受けて第１可動接触子３の接点３ａと第２可動接触子４の接点４ａが急速に開離して接点間にアークａｒｃが発生し、続く開閉機構の引外し動作により第１可動接触子３が開極位置に向け上方に移動してアークをさらに引き延ばし、アークを消弧装置５（図９参照）に押し込んで電流が限流遮断される。

ところで、上記反発形の回路遮断器においては、第１／第２可動接触子間の電磁反発力を受けて第２可動接触子４が閉極位置から開極位置に開離すると接触ばね８の撓みが増してばね抗力が増大する。これに対して可動接触子に作用する電磁反発力は接点間の開離距離に反比例して減少する。そのために、可動接触子間の開離距離が拡大する限流遮断動作の後半では、接触ばね８のばね力ｆが可動接触子間に作用する電磁反発力に打ち勝って第２可動接触子４が開極位置から逆戻りして接点間の開離距離が減少し、その結果として反発形回路遮断器の限流遮断性能が充分に発揮できなくなる問題がある。

かかる問題に対して前記の特許文献１では、接触ばね８と第２可動接触子４との間の係合構造を変更し、第２可動接触子４の開離が進んだ状態でも接触ばね８の抗力が増大しないようにして第２可動接触子４の逆戻りを防ぐような工夫がなされている。

また、上記の問題とは別に、電流遮断時に接点間に発生したアークの発弧点が第２可動接触子４の接点４ａの上に止まったままでいると、アーク熱による接点の損耗が進んで閉極状態での電流通電性能を低下させる問題がある。そこで、この問題に対しては可動接触子の前方に配置した消弧装置にアークランナーを追加付設し、このアークランナーの先端を第２可動接触子の接点と近傍対峙させるように延在配置してアークを接点からアークランナーに転移させるようにした構成の反発形の回路遮断器も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平３−１１５１８号公報 特開平１１−２１３８４６号公報

ところで、前記した反発形の回路遮断器の第１可動接触子３，第２可動接触子４について、図１０で示したように第１／第２可動接触子３，４の後端を支軸３ｂ，４ｂの位置よりもさらに背後に突き出してここにリード線６，７を接続した構造では、開極動作に伴って次記のような問題が生じる。すなわち、図１０（ａ）の閉極状態では、第１可動接触子３の後端部と第２可動接触子４の後端部の間の距離がＬ１であるのに対して、可動接触子が図１０（ｂ）の開極位置に移動すると、第１可動接触子３の後端部と第２可動接触子４の後端部とが互いに近づいて前記距離がＬ２に減少し、このために可動接触子３，４の後端部の相互間に作用する電磁反発力が大きくなる。これに対して、可動接触子３，４が開極位置に向けて移動すると、接点３ａと４ａの間の開離距離が拡大するので、支軸３ｂ，４ｂから先の接点側で可動接触子３と４の間に作用する電磁反発力は逆に減少する。

しかも、可動接触子３，４の後端部に作用する電磁反発力は、支軸３ｂ，４ｂを支点に可動接触子３，４を閉極方向に付勢する向きであり、特に第２可動接触子４に対しては後端部に作用する電磁反発力Ｆは接触ばね８のばね力ｆと偶力の関係になる。このために、先記特許文献１のように接触ばね８の抗力増加を抑えるような手段を講じていても、限流遮断動作の後半で通電電流が低下すると、第２可動接触子４が開極位置から閉極位置に向け逆戻りし、このために接点間のアーク長が減少して限流遮断性能を低下させる。

この発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その第１の目的は電流遮断動作の過程で第１可動接触子と第２可動接触子との間で相互に干渉し合う電流磁界，およびこの磁界による電磁反発力を巧みに制御して第２可動接触子を開極位置に保持させるようにし、また第２の目的は、前記第１の目的と併せて第１，第２可動接触子の接点間に生じたアークを消弧装置に素早く駆動して高い限流遮断性能を発揮できるように改良した反発形の回路遮断器を提供することを目的とする。

上記第１の目的を達成するために、この発明によれば、開閉機構に連繋して開閉駆動される第１可動接触子と、該第１可動接触子に対向し、かつ接触ばねにより閉極位置に付勢される第２可動接触子と、第１可動接触子の開極移動経路に沿ってその前方に消弧装置を備えた回路遮断器で、前記第１可動接触子および第２可動接触子は先端に設けた接点を突き合わせて上下に対峙し、かつ前記第１可動接触子および第２可動接触子の可動接触子の後端に可撓リード線を接続した上で、それぞれの可動接触子が支軸の周りで回動可能に枢支されているものにおいて、
（１）前記第２可動接触子の後端部に対向して、該第２可動接触子が開極位置に向けて移動した際に後端部が進入する逆Ｕ字形の磁気ヨークを配備する（請求項１）。
（２）前項（１）において、逆Ｕ字形の磁気ヨークの開口端面に対向して第２可動接触子の背面に接極片を設ける（請求項２）。

一方、第２の目的を達成するために、前記第１および第２可動接触子の開極移動経路に沿って、各可動接触子の接点側端部を左右から包囲して起立するＵ字形の磁気ヨークを消弧装置のアーク入口側に配置するとともに、該磁気ヨークにはその底部から前方に突き出して消弧装置の内方に延在するアークランナーを設ける（請求項３）。また、前記Ｕ字形の磁気ヨークに連結片を設け、該連結片を第２可動接触子と電気的に接続される端子導体に直接結合して一体に組み立てる（請求項４）。

上記構成によれば、次記の効果を奏する。
（１）第２可動接触子の後端部に対向して、該第２可動接触子が開極位置に向けて移動した際にその後端部が進入する逆Ｕ字形の磁気ヨークを配備することにより、電流遮断時に第１，第２可動接触子が開極位置に移動して両可動接触子の後端部が互いに接近しても、前記磁気ヨークの遮蔽効果により各可動接触子の後端部に作用する電磁反発力の発生が抑えられて可動接触子を閉極位置に戻そうとする力が低減する。これにより、第２可動接触子が開極位置から逆戻りして、接点間に生じたアークのアーク長を縮小するような挙動を抑えて高い限流遮断性能を確保できる。

また、第２可動接触子の後端部を通る電流の磁界が磁気ヨークに集中して可動接触子の後端部を逆Ｕ字形の磁気ヨークの奥部に引き込むような力が発生する。この力は第２可動接触子を閉極位置に向けて付勢する接触ばねによるトルクとは逆方向で、第２可動接触子を開極位置に保持するように働く。さらに、逆Ｕ字形の磁気ヨークの開口端側に対向して第２可動接触子に接極片を設けることにより、磁気ヨークと接極片の間に磁気吸引力が作用して第２可動接触子を開極位置に保持しようとする力が増大する。これにより、高い限流遮断性能を確保できる。

一方、第１および第２可動接触子の開極移動経路に沿って、各可動接触子の接点側端部を左右から包囲して起立するＵ字形の磁気ヨークを消弧装置のアーク入口側に配置するとともに、該磁気ヨークには消弧装置の内方に延在するアークランナーを設けることにより、第２可動接触子に流れる電流の磁界が磁気ヨークに集中して該可動接触子をＵ字形の底部に向けて引き込む力が発生する。この力は接触ばねのばね力に抗して第２可動接触子を開極位置に保持する方向に働き、これにより第２可動接触子が閉極位置に向けて逆戻りするのを抑制できる。また、可動接触子に流れる電流の磁界を磁気ヨークに集中させることで接点間に発生したアークを消弧装置に向けて駆動する電磁力が増強されるとともに、同時にアークの発弧点を速やかに第２可動接触子の接点上からアークランナーに転移させて接点の早期損耗を防ぐことができる。

ここで、前記Ｕ字形の磁気ヨークの底部に連結片を設け、該連結片を第２可動接触子と電気的に接続される端子導体に直接結合することにより、限流遮断動作の後半で電流経路を第２可動接触子からアークランナーへ確実に転移させることができる。

この発明の実施例１に係わる接点機構の構造，機能の説明図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ閉極，開極状態における可動接触子周辺の側視図 この発明の実施例２に係わる接点機構の構造，機能の説明図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ閉極，開極状態における可動接触子周辺の側視図、（ｃ）は（ｂ）の矢視Ｘ−Ｘ断面拡大図 この発明の実施例３に係わる接点機構の構造，機能の説明図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ閉極，開極状態における可動接触子周辺の側視図、（ｃ）は（ｂ）の矢視Ｘ−Ｘ断面拡大図 この発明の実施例４に係わる接点機構の組立構造を表す外形斜視図 図４におけるＵ字形の磁気ヨークと電源側の端子導体との分解斜視図 図４の機能説明図で、（ａ）は閉極状態における可動接触子の側視図、（ｂ）は（ａ）におけるＵ字形の磁気ヨーク部分の模式断面図 図４の機能説明図で、（ａ）は開極初期の状態における可動接触子の側視図、（ｂ）は（ａ）におけるＵ字形の磁気ヨーク部分の模式断面図 実施例４の機能説明図で、（ａ）は開極終期の状態における可動接触子の側視図、（ｂ）は（ａ）におけるＵ字形の磁気ヨーク部分の模式断面図 従来における反発形回路遮断器の接点機構部周辺の構成図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ可動接触子の閉極状態，開極状態での側視断面図 図９の構成による電流遮断動作の説明図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ可動接触子の閉極状態，開極状態を表す図

以下、この発明の実施の形態を図１〜図８に示す実施例に基づいて説明する。なお、図１，図２，図３はそれぞれ実施例１，実施例２，実施例３に対応した構造，機能の説明図、図４〜図８は実施例４に対応する構造，機能の説明図であり、各実施例の図中において図９，図１０に対応する部位には同じ符号を付してその説明は省略する。

まず、この発明の実施例１を図１（ａ），（ｂ）で説明する。なお、（ａ）図は可動接触子の閉極状態（ＯＮ）、（ｂ）図は電流遮断時の開極状態（ＴＲＩＰ）を表している。そして、この実施例においては、第１可動接触子３の後端部とこれに対峙する第２可動接触子４の後端部の中間に磁性材で作られた磁気遮蔽板９を介装配置して可動接触子３と４の後端部相互間を磁気遮蔽するようにしている。

上記構成により、電流遮断時に第１可動接触子３，第２可動接触子４が開極位置に移動して可動接触子３，４の後端部が互いに接近するようになっても（図１（ｂ）参照）、前記磁気遮蔽板９の遮蔽効果により各可動接触子の後端部相互間に作用する電磁反発力の発生が抑えられて可動接触子を閉極位置に戻そうとする力を低減できる。これにより、第２可動接触子４が開極位置から閉極位置（図１（ａ）参照）に逆戻りして接点３ａと４ａの間に生じたアークａｒｃのアーク長を縮小するような挙動を抑制して限流遮断性能が低下するのを防ぐことができる。

次に、この発明の実施例２を図２（ａ）〜（ｃ）で説明する。なお、（ａ）図，（ｂ）図はそれぞれ可動接触子の閉極状態，電流遮断時における開極状態を、また（ｃ）図は（ｂ）図における矢視Ｘ−Ｘの拡大断面図である。

すなわち、この実施例においては第２可動接触子４の後端部に対向してその上方に逆Ｕ字形の磁気ヨーク１０を配置し、第２可動接触子４が開極位置に向け移動した際に可動接触子の後端部が磁気ヨーク１０の中に進入するようにしている。この磁気ヨーク１０は磁性板を“コ”の字形に屈曲した形状で、その左右側壁の先端を下に向けて図示のように第２可動接触子４の後端部を上方から挟み込むようにして第１可動接触子３との中間位置に配置している。

上記構成により、図２（ａ）に示す閉極状態では第２可動接触子４の後端部が磁気ヨーク１０から下方に抜け出している。一方、短絡電流が流れて可動接触子３，４が開極位置に反発移動すると、図２（ｂ）のように第２可動接触子４の後端部が下方から逆Ｕ字形の磁気ヨーク１０の中に進入するようになる。

これにより、逆Ｕ字形の磁気ヨーク１０は、先記実施例１の磁気遮蔽板９と同様な磁気遮蔽効果を発揮して第１可動接触子３を流れる電流磁界との相互干渉を抑制するとともに、可動接触子の開極状態では図２（ｃ）で示すように第２可動接触子４の通流電流ｉで可動接触子の後端部の周囲に生じた磁界が磁気ヨーク１０に集中して、磁束φが磁気ヨーク１０のＵ字形磁路に沿って周回する。この磁界分布により、第２可動接触子４にはその後端部を磁気ヨーク１０の奥に引き込むような方向の電磁力Ｆ１が作用し、この電磁力Ｆ１を受けて第２可動接触子４には支軸４ｂの周りで反時計方向のトルクが作用する。その結果、限流遮断動作の後半で第２可動接触子４が接触ばね８のばね力ｆにより閉極位置に逆戻りしようとするのを抑え、開極位置に保持し続けて高い限流遮断性能を確保できる。

次に、この発明の実施例３を図３（ａ）〜（ｃ）に示す。この実施例は先記の実施例２をさらに発展させたもので、逆Ｕ字形の磁気ヨーク１０の開口端（下端）に対向して、第２可動接触子４の後端部の背面には磁性材の接極片１０ａが追加装備されている。

この実施例による動作，機能は先記実施例２と基本的に同じであるが、前記接極片１０ａの追加により、電流遮断時に可動接触子３，４が図３（ｂ）の開極位置に移動して第２可動接触子４の後端部が逆Ｕ字形の磁気ヨーク１０の中に進入した状態になると、図３（ｃ）で示すように磁気ヨーク１０の開口端に接極片１０ａが接近して両者の間に磁気吸引力が加わるようになる。これにより、第２可動接触子４の後端部を逆Ｕ字形の磁気ヨーク１０の奥部に引き込む電磁力Ｆ１が大きくなり、先記の実施例２と比べて第２可動接触子４を開極位置に保持する力を増強できる。

次に、この発明の実施例４を図４〜図８で説明する。なお、図４は接点機構周辺部の構成斜視図、図５は図４における磁気ヨークと電源側の端子導体との分解斜視図、図６〜図８はそれぞれ閉極（ＯＮ），電流遮断動作の初期，終期の各状態を表す図である。

この実施例においては、図９に示した従来構造と比べて、消弧装置５の内側にアークランナー付きのＵ字形の磁気ヨーク１１を追加装備し、この磁気ヨーク１１を電源側の端子導体２に連結している。ここで、磁気ヨーク１１は第１および第２可動接触子３，４の開極移動経路に沿って各可動接触子の接点側端部を左右から包囲するように側壁が起立したＵ字形の形状を基体として、その底部から前方へ“くの字”状に突き出して消弧装置５の内方に延在するアークランナー１１ａ、および電源側の端子導体２の後端に差し込み結合する連結片１１ｂが一体形成されている（図５参照）。また、前記アークランナー１１ａは、その基部が開極位置に移動してきた第２可動接触子４の接点４ａと近接するように位置決めし、かつその板面には第２可動接触子４の開極移動を阻害しないように凹状の逃げ溝が形成されている。そして、この逆Ｕ字形の磁気ヨーク１１を電源側の端子導体２の二股状後端部２ａに挿入して一体に結合し、前記連結片１１ｂと端子導体２とをボルトで共締めして遮断器のケース１（図９参照）の底部に組み込む。

上記の構成で、可動接触子３，４の閉極状態では、図６（ａ），（ｂ）で示すように第１可動接触子３の接点３ａと第２可動接触子４の接点４ａとが接触し、この状態で第２可動接触子４が接触ばね８のばね力ｆにより閉極位置に押圧付勢されている。

この状態から、短絡電流が流れて第１／第２可動接触子３，４の間に電磁反発力が作用すると、図７（ａ），（ｂ）で示すように第１可動接触子３，第２可動接触子４が開極位置に向けて移動し、接点３ａと４ａの間にアークａｒｃが発生する。この場合に、図７（ｂ）で示すように第１可動接触子３，第２可動接触子４に流れる電流ｉにより可動接触子の周囲に生じた磁界は磁気ヨーク１１に集中し、そのヨークの磁路に沿って磁束φが図示のように周回する。この磁界の集中により第１可動接触子３と第２可動接触子４との間の電磁反発力は磁気ヨーク１１を備えてない従来構造（図９参照）に比べて増大し、その分だけ可動接触子の開離速度が早くなる。同時に磁気ヨーク１１の左右側壁間に集中分布する磁界が接点間に発弧したアークａｒｃに作用して図示矢印方向の電磁力Ｆ２が発生し、この電磁力Ｆ２によりアークａｒｃはアーチ状に引き延ばされて消弧装置５に向け駆動される。また、開極位置に移動した第２可動接触子４にはＵ字形の磁気ヨーク１１の底部に押し込む電磁力Ｆ３が加わり、この電磁力Ｆ３が付勢ばね８のばね力ｆに抗して第２可動接触子４を開極位置に保持するように働く。

さらに、消弧装置５に向けて電磁駆動されたアークａｒｃは図８（ａ），（ｂ）で示すようにグリッド消弧板５ａの間に素早く押し込まれて分断，冷却作用を受けて限流されるとともに、第２可動接触子４の接点４ａに発弧したアークは、接点４ａからその近傍に位置するアークランナー１１ａに転移する。この場合に、磁気ヨーク１１は連結片１１ｂ（図５参照）を介して電源側の端子導体２に導電結合されているので、通電電流は第２可動接触子４を経由せずに電源側の端子導体２から直接磁気ヨーク１１のアークランナー１１ｂに流れるような経路を辿る。これにより、第２可動接触子４の接点損耗を低減して閉極時における接点間の通電性を良好な状態に維持できる。

２ 電源側の端子導体
３ 第１可動接触子
３ａ 接点
３ｂ 支軸
４ 第２可動接触子
４ａ 接点
４ｂ 支軸
５ 消弧装置
６ 可撓リード線
７ 可撓リード線
８ 接触ばね
９ 磁気遮蔽板
１０ 逆Ｕ字形の磁気ヨーク
１０ａ 接極片
１１ Ｕ字形の磁気ヨーク
１１ａ アークランナー
１１ｂ 連結片

Claims (4)

1. 開閉機構に連繋して開閉駆動される第１可動接触子と、該第１可動接触子に対向し、かつ接触ばねにより閉極位置に付勢される第２可動接触子と、第１可動接触子の開極移動経路に沿ってその前方に消弧装置を備えた回路遮断器であり、前記第１可動接触子および第２可動接触子は先端に固着した接点を突き合わせて上下に対峙し、かつ前記第１可動接触子および第２可動接触子の後端に可撓リード線を接続した上で、それぞれの可動接触子が支軸の周りで回動可能に枢支されているものにおいて、
   前記第２可動接触子の後端部に対向して、該第２可動接触子が開極位置に向けて移動した際にその後端部が進入する逆Ｕ字形の磁気ヨークを配備したことを特徴とする回路遮断器。
2. 請求項１に記載の回路遮断器において、逆Ｕ字形の磁気ヨークの開口端側に対向して第２可動接触子に接極片を設けたことを特徴とする回路遮断器。
3. 開閉機構に連繋して開閉駆動される第１可動接触子と、該第１可動接触子に対向し、かつ接触ばねにより閉極位置に付勢される第２可動接触子と、第１可動接触子の開極移動経路に沿ってその前方に消弧装置を備えた回路遮断器であり、前記第１可動接触子および第２可動接触子は先端に固着した接点を突き合わせて上下に対峙し、かつ前記第１可動接触子および第２可動接触子の後端に可撓リード線を接続した上で、それぞれの可動接触子が支軸の周りで回動可能に枢支されているものにおいて、
   前記第１および第２可動接触子の開極移動経路に沿って、各可動接触子の接点側端部を左右から包囲して起立するＵ字形の磁気ヨークを消弧装置のアーク入口側に配置するとともに、該磁気ヨークにはその底部から前方に突き出して消弧装置の内方に延在するアークランナーを設けたことを特徴とする回路遮断器。
4. 請求項３に記載の回路遮断器において、Ｕ字形の磁気ヨークに連結片を設け、該連結片を第２可動接触子がと電気的に接続される端子導体に直接結合して組み立てたことを特徴とする回路遮断器。
   

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