JP2012243659A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化を図りながら高電圧の直流回路に対して十分な遮断性能を有することができる回路遮断器を提供する。
【解決手段】消弧装置１１を構成する複数の磁性グリッド１３の一対のグリッド脚部の間に、固定接触子４の固定接点７及び可動接触子６の可動接点８との間に生じたアーク１６ａに対して直交する方向に磁束が発生し、当該アーク１６ａが当該グリッド１３の基部側に移動するように電磁力を作用させる永久磁石１４ａと、これら一対の永久磁石を保持し、当該可動接点８の移動軌跡を囲む永久磁石保持部材１５とを配置した。
【選択図】図６

Description

本発明は、高電圧の直流回路に最適な回路遮断器に関する。

負荷電路に流れる短絡電流、又は過負荷電流の過電流を遮断するために、配線用遮断器や漏電遮断器などの回路遮断器が用いられている。
回路遮断器は、固定接触子に対して可動接触子が接触動作、或いは離間動作を行なって主回路の開閉を行なう際に、固定接触子の固定接点及び可動接触子の可動接点の間で生じるアークが消弧装置で消弧される。

消弧装置は、Ｕ字形状又はＶ字形状に形成された複数のグリッドと、隙間を設けて積層状態に配置した複数のグリッドを支持する一対の側板とを備え、可動接点の移動軌跡を囲むように配置されている。また、過電流が流れたときに固定接点及び可動接点の間に反発する方向の電磁反発力（ローレンツ力）を発生させることにより、可動接触子を固定接触子から開離する方向へ動作させて遮断性能を向上させることができる。また、消弧装置のグリッドは、固定接点及び可動接点の間に生じたアークを吸引する電磁力を発生する。

このような回路遮断器を直流回路に接続する際には、一定周期ごとに電流零点がおとずれる交流回路とは異なり、直流回路を遮断する際に発生するアークが継続するので、遮断が困難になる。
そこで、直流回路に接続する従来の回路遮断器は、開極時の固定・可動接点の間の接点間ギャップを大きくすることでアーク電圧を高め、接点間電圧を直流回路の電源電圧よりも高めることで電流を減衰させ、遮断を行っていた（以下、第１の従来の直流用回路遮断器と称する）。

また、例えば特許文献１〜３に示すように、固定接点及び可動接点の間に生じたアークが消弧装置に向かうように、アークに対して駆動力を作用させる永久磁石を搭載した装置も知られている（以下、第２の従来の直流用回路遮断器と称する）。
さらに、高電圧の直流回路に公的な従来の回路遮断器として、例えば特許文献４，５に示すように、複数のグリッドを積層状態に配置した消弧装置と、永久磁石とを組み合わせた装置もある（以下、第３の従来の直流用回路遮断器と称する）。

特開平１１−３３９６０５号公報 特開平１０−１５４４５８号公報 特開平１０−１５４４４８号公報 ＣＮ１０１４３６４９５Ａ ＣＮ２０１０６９７４９Ｙ

しかし、第１の従来の直流用回路遮断器は、接点間に発生するアーク電圧を電源電圧よりも高めるために固定・可動接点間の接点間ギャップを大きくすると、大型の回路遮断器となるおそれがある。逆に、固定・可動接点間の接点間ギャップを大きくせず、回路遮断器を従来の交流回路で使用する装置と同程度の大きさにすると、直流回路に使用した場合に十分な遮断性能が得られないおそれがある。

また、第２及び第３の従来の直流用回路遮断器は、本体ケース内に消弧装置を配置するスペースと、永久磁石を配置するスペースとをそれぞれ必要とするので、大型の回路遮断器となるおそれがある。
さらに、第３の従来の直流用回路遮断器は、可動接触子の外側に永久磁石を配置する構造としているので、組立て初期から交流回路用回路遮断器とは区別して製造しなければならず、交流用回路遮断器と共通の組立て工程が少ないので生産性が悪化するという問題がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、装置の小型化を図りながら高電圧の直流回路に対して十分な遮断性能を有するとともに、交流用回路遮断器と同一の組立て工程を有することで生産性を向上させることができる回路遮断器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本願発明の請求項１記載の回路遮断器は、本体ケース内に、固定接点を設けた固定接触子と、前記固定接点に接触可能な可動接点を設けた可動接触子と、消弧装置とを収納し、前記消弧装置は、Ｕ字形状又はＶ字形状に形成されてグリッド基部から平行に一対のグリッド脚部が延在する複数の磁性グリッドを層状に配置し、開極動作時に前記固定接点及び前記可動接点との間に生じたアークを前記磁性グリッドに引き込んで消弧する回路遮断器において、前記消弧装置を構成する前記複数の磁性グリッドの前記一対のグリッド脚部の間に、前記固定接点及び前記可動接点との間に生じた前記アークに対して直交する方向に磁束が発生し、前記アークが前記グリッド基部側に移動するように電磁力を作用させる永久磁石と、当該永久磁石を保持し、前記可動接点の移動軌跡を囲む永久磁石保持部材とを配置した。

この発明によると、永久磁石が発生する磁束によりアークに対して電磁力が作用するので、アークはグリッド基部側に移動していき、消弧装置の磁性グリッドに接触したアークは分断、冷却されて早期に消弧されていき、高電圧の直流回路に使用しても遮断性能を向上させることができる。そして、永久磁石保持部材が永久磁石を保持しており、この永久磁石保持部材を、消弧装置の複数の磁性グリッドの一対のグリッド脚部の間に配置した構造としており、本体ケース内には消弧装置を配置するスペースだけを確保すればよいので、小型の回路遮断器となる。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の回路遮断器において、前記永久磁石を保持した前記永久磁石保持部材は、前記複数の磁性グリッドの前記一対のグリッド脚部の間から取り外し可能とされている。
この発明によると、直流用の回路遮断器は、永久磁石保持部材を組み込んだ消弧装置を使用し、交流用の回路遮断器は、永久磁石保持部材を取り外した消弧装置使用すればよいので、交流回路用、或いは直流回路用の回路遮断器であっても共通の組立て工程を有し、回路遮断器の生産性が向上する。

また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の回路遮断器において、前記永久磁石保持部材は、互いに平行に離間して配置されて前記可動接点の移動軌跡を囲む一対の側面絶縁壁と、これら一対の側面絶縁壁の下部間を連結する底面絶縁壁とを備え、前記一対の側面絶縁壁は前記永久磁石を保持し、前記底面絶縁壁は、前記固定接点以外の前記可動接触子に対向している前記固定接触子を覆っている。
この発明によると、可動接触子の腹部と固定接触子との間にアークが発生するのを防止することができる。

また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の回路遮断器において、前記永久磁石保持部材の一対の側面絶縁壁の上部に、開極動作時における前記可動接触子の先端近傍を前記消弧装置の前記磁性グリッドから遮蔽する隔壁を突出して設けた。
この発明によると、可動接触子の先端近傍で発生したアークが磁性グリッド上で発弧するのを、永久磁石保持部材の一対の側面絶縁壁の上部に設けた隔壁が防止する。

また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の回路遮断器において、前記永久磁石保持部材は、熱分解により熱分解ガスが発生する高分子材料で形成されている。
この発明によると、永久磁石保持部材は、固定接点及び可動接点間で発生したアークにより熱分解によって熱分解ガスが発生し、この熱分解ガスの流れが、アークを磁性グリッドに接触する方向に移動させるので、磁性グリッドへの接触により分断、冷却を早めることができる。

本発明に係る回路遮断器によると、永久磁石が発生する磁束によりアークに対して電磁力が作用するので、アークはグリッド基部側に移動していき、消弧装置の磁性グリッドに接触したアークは分断、冷却されて早期に消弧されていき、高電圧の直流回路に使用しても遮断性能を向上させることができる。また、永久磁石保持部材が永久磁石を保持しており、この永久磁石保持部材を、消弧装置の複数の磁性グリッドの一対のグリッド脚部の間に配置した構造としており、本体ケース内には消弧装置を配置するスペースだけを確保すればよいので、小型の回路遮断器とすることができる。

本発明に係る回路遮断器を示す分解斜視図である。 本発明に係る回路遮断器を示す要部断面図である。 本発明に係る消弧装置及び永久磁石保持部材を示す斜視図である。 本発明に係る消弧装置及び永久磁石保持部材を一体化した斜視図である。 本発明に係る永久磁石保持部材に可動接触子を配置した状態を示す平面図である。 固定接点及び可動接点の間にアークが発生した初期の状態を示す図である。 図６における状態の永久磁石の磁束及びアークに作用する電磁力を示す図である。 固定接点及び可動接点の間に発生したアークが消弧装置側に移動する状態を示す図である。 図８における状態の永久磁石の磁束及びアークに作用する電磁力を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明に係る３極回路遮断器（以下、回路遮断器と称する）１の構成部材を示す分解斜視図であり、図２は、回路遮断器１の要部縦断面図である。
本実施形態の回路遮断器１は、図１に示すように、ケース２及びカバー３からなる絶縁容器内に、ケース２に固定された固定接触子４と、開閉機構５により開閉駆動される可動接触子６とからなる遮断部が設けられている。

固定接触子４は、図２に示すように、一端に固定接点７を有し、他端に電源側端子９が一体形成されている。
可動接触子６は、一端に固定接点７と接触する可動接点８を有し、他端がケース２に回動可能に支持された絶縁物の可動接触子ホルダ１０に回動自在に連結されおり、接触スプリング（不図示）により固定接触子４に向かって付勢されている。
図１に示すように、ケース２内には可動接触子６の可動接点８の移動軌跡を囲む位置に消弧装置１１が配置されている。

消弧装置１１は、図３に示すように、互いに平行に配置された一対の側面支持板１２ａ，１２ｂと、一端側に切欠き溝を設けることでグリッド基部１３ａから平行に一対のグリッド脚部１３ｂ，１３ｂが延在するＵ字形状或いはＶ字形状の部材であり、一対のグリッド脚部１３ｂ，１３ｂを同一方向に向けて一対の側面支持板１２ａ，１２ｂの間に層状に固定した複数のグリッド１３と、一対のグリッド脚部１３ｂ，１３ｂに対面しない側の複数のグリッド１３を閉塞するように一対の側面支持板１２ａ，１２ｂの間に固定されている背面支持板１２ｃとで構成されており、一対の側面支持板１２ａ，１２ｂ及び背面支持板１２ｃは電気絶縁材料で形成され、複数のグリッド１３は磁性材料で形成されている。また、背面支持板１２ｃには、複数のガス排気口１２ｃ１が形成されており、消弧装置１１内で発生したガスが外部に排出されるようになっている。

図３に示すように、消弧装置１１を構成する複数のグリッド１３の一対のグリッド脚部１３ｂ，１３ｂの間には、一対の永久磁石１４ａ，１４ｂと、これら一対の永久磁石１４ａ，１４ｂを保持する永久磁石保持部材１５と、が配置される。
永久磁石保持部材１５は、熱分解により熱分解ガスが発生するポリアミド、ポリアセタール、ポリエステルなどの樹脂からなる高分子材料で形成されており、図３に示すように、互いに平行に対向している一対の側面絶縁壁１５ａ，１５ｂと、一対の側面絶縁壁１５ａ，１５ｂの下部間を連結している底面絶縁壁１５ｃと、一対の側面絶縁壁１５ａ，１５ｂの側方縁部からそれぞれ外方に突出している一対の鍔部１５ｄ，１５ｅと、一対の側面絶縁壁１５ａ，１５の内部に形成され、一対の鍔部１５ｄ，１５ｅで開口している一対の永久磁石係合穴１５ｆ，１５ｇとを備えている。

一対の永久磁石１４ａ，１４ｂは、一対の永久磁石係合穴１５ｆ，１５ｇに挿入され、樹脂、或いは接着剤を封入することで、一対の側面絶縁壁１５ａ，１５ｂ内部に装着されている。
そして、図４に示すように、一対の側面絶縁壁１５ａ，１５ｂ内部に一対の永久磁石１４ａ，１４ｂを保持した永久磁石保持部材１５は、消弧装置１１の層状に配置されている複数のグリッド１３の一対のグリッド脚部１３ｂ，１３ｂの間に配置され、一対の側面絶縁壁１５ａ，１５ｂ及び底面絶縁壁１５ｃが、可動接触子６の可動接点８の移動軌跡を囲んでいる（図５参照）。

また、図３に示すように、一対の側面絶縁壁１５ａ，１５ｂには、それらの上面から突出する開極位置の可動接触子６の先端近傍を、消弧装置１１のグリッド１３の一対のグリッド脚部１３ｂ，１３ｂから遮蔽する隔壁１５ａ１、１５ｂ１が一体に形成されている。
そして、図１に示すように、永久磁石保持部材１５が一対の永久磁石１４ａ，１４ｂを保持しており、この永久磁石保持部材１５を複数のグリッド１３の一対のグリッド脚部１３ｂ，１３ｂの間に配置した消弧装置１１は、ケース２内の可動接触子６の可動接点８の移動軌跡を囲む位置に装着可能とされているとともに、ケース２から取り外しが可能とされている。
なお、本発明の本体ケースがケース２に対応し、本発明の磁性グリッドがグリッド１３に対応している。

次に本実施形態の作用効果について、図６から図９を参照して説明する。
上記構成の回路遮断器１に短絡電流、又は過負荷電流の過電流が流れると、図６に示すように、固定接点７と可動接点８との間に集中電流による電磁反発力が働き、可動接触子６は接触スプリング（不図示）の付勢力に逆らって開極する。そして、可動接触子６が開極すると同時に、固定・可動接点７，８間にアーク１６ａが発生する。

固定・可動接点７，８間にアーク１６ａが発生すると、図７に示すように、アーク１６ａに対して直交して配置した一対の永久磁石１４ａ，１４ｂの間の空間Ｓ１に磁束１７ａが発生し、フレミングの左手の法則によって電磁力１８がアーク１６ａに作用する。このため、電磁力１８が作用したアーク１６ａは、消弧装置１１の背面支持板１２ｃ側に移動していき（アーク１６ｃと称する）、アーク１６ｃは消弧装置１１のグリッド１３に接触して分断、冷却され、早期に消弧されるようになり、結果的に、高電圧の直流回路に使用しても遮断性能を向上させることができる。

また、図８及び図９に示すように、一対の永久磁石１４ａ，１４ｂの間の空間Ｓ１から離れた背面支持板１２ｃ側の空間Ｓ２にアーク１６ｂが移動しても、一対の永久磁石１４ａ，１４ｂからグリッド１３の一対のグリッド脚部１３ｂ，１３ｂに発生する磁束１７ｂと、背面支持板１２ｃ側で発生する磁束１７ｃによって電磁力１９がアーク１６ｂに作用する。このため、電磁力１９が作用したアーク１６ｂは、すぐに消弧装置１１の背面支持板１２ｃ側のアーク１６ｃとして移動していき、効率よくアーク１６ｃを消弧することができる。

また、一対の永久磁石１４ａ，１４ｂが磁束１７を発生する領域に対して外側にグリッド１３のグリッド脚部１３ｂが配置されているので、永久磁石１４ａ，１４ｂの磁束漏れによる外部への磁気干渉を防止することができる。
また、高分子材料からなる永久磁石保持部材１５は、固定・可動接点７，８間で発生したアーク１６ａにより熱分解によって熱分解ガスが発生し、この熱分解ガスが、背面支持板１２ｃのガス排気口１２ｃ１から外部に流れる。これにより、熱分解ガスの流れが、アーク１６ａを消弧装置１１のグリッド１３に接触する方向に移動させるので、グリッド１３への接触により分断、冷却を早めることができる。

また、図６に示すように、開極した可動接触子６の先端にアーク１６ｃが転位する場合があるが、本実施形態の永久磁石保持部材１５は、一対の側面絶縁壁１５ａ，１５ｂの上面に形成した隔壁１５ａ１、１５ｂ１が、可動接触子６の先端のアーク１６ｃをグリッド１３の一対のグリッド脚部１３ｂから遮蔽しているので、アーク１６ｃがグリッド１３上で発弧するのを防止することができる。

また、本実施形態の永久磁石保持部材１５は、一対の永久磁石１４ａ，１４ｂを支持する機能を有しているとともに、図６に示すように、永久磁石保持部材１５の一対の側面絶縁壁１５ａ，１５ｂの下部間を連結している底面絶縁壁１５ｃは、固定接触子４の可動接触子６に対向する位置を覆っているので、可動接触子６の腹部と固定接触子４との間にアーク（図６の二点鎖線で示す符号Ａ）が発生するのを防止することができる。

また、永久磁石保持部材１５が一対の永久磁石１４ａ，１４ｂを保持しており、この永久磁石保持部材１５を、消弧装置１１の複数のグリッド１３の一対のグリッド脚部１３ｂ，１３ｂの間に配置した構造としており、ケース２内には消弧装置１１を配置するスペースだけを確保すればよいので、小型の回路遮断器１を提供することができる。
また、直流用回路遮断器には、永久磁石保持部材１５を組み込んだ消弧装置１１を使用し、交流用回路遮断器には、永久磁石保持部材１５を取り外した消弧装置１１を部品として使用すればよい。したがって、交流回路用、或いは直流回路用の回路遮断器であっても共通の組立て工程を有しているので、回路遮断器の生産性を向上させることができる。

１…回路遮断器、２…ケース、３…カバー、４…固定接触子、５…開閉機構、６…可動接触子、７…固定接点、８…可動接点、９…電源側端子、１０…可動接触子ホルダ、１１…消弧装置、１２ａ，１２ｂ…側面支持板、１２ｃ…背面支持板、１２ｃ１…ガス排出口、１３…グリッド、１３ａ…グリッド基部、１３ｂ…グリッド脚部、１４ａ，１４ｂ…永久磁石、１５…永久磁石保持部材、１５ａ，１５ｂ…側面絶縁壁、１５ａ１，１５ｂ１…隔壁、１５ｃ…底面絶縁壁、１５ｄ，１５ｅ…鍔部、１５ｆ，１５ｇ…永久磁石係合穴、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…アーク、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ…磁束、１８，１９…電磁力

Claims (5)

1. 本体ケース内に、固定接点を設けた固定接触子と、前記固定接点に接触可能な可動接点を設けた可動接触子と、消弧装置とを収納し、前記消弧装置は、Ｕ字形状又はＶ字形状に形成されてグリッド基部から平行に一対のグリッド脚部が延在する複数の磁性グリッドを層状に配置し、開極動作時に前記固定接点及び前記可動接点との間に生じたアークを前記磁性グリッドに引き込んで消弧する回路遮断器において、
   前記消弧装置を構成する前記複数の磁性グリッドの前記一対のグリッド脚部の間に、前記固定接点及び前記可動接点との間に生じた前記アークに対して直交する方向に磁束が発生し、前記アークが前記グリッド基部側に移動するように電磁力を作用させる永久磁石と、当該永久磁石を保持し、前記可動接点の移動軌跡を囲む永久磁石保持部材とを配置したことを特徴とする回路遮断器。
2. 前記永久磁石を保持した前記永久磁石保持部材は、前記複数の磁性グリッドの前記一対のグリッド脚部の間から取り外し可能とされていることを特徴とする請求項１記載の回路遮断器。
3. 前記永久磁石保持部材は、互いに平行に離間して配置されて前記可動接点の移動軌跡を囲む一対の側面絶縁壁と、これら一対の側面絶縁壁の下部間を連結する底面絶縁壁とを備え、
   前記一対の側面絶縁壁は前記永久磁石を保持し、前記底面絶縁壁は、前記固定接点以外の前記可動接触子に対向している前記固定接触子を覆っていることを特徴とする請求項１又は２記載の回路遮断器。
4. 前記永久磁石保持部材の一対の側面絶縁壁の上部に、開極動作時における前記可動接触子の先端近傍を前記消弧装置の前記磁性グリッドから遮蔽する隔壁を突出して設けたことを特徴とする請求項３記載の回路遮断器。
5. 前記永久磁石保持部材は、熱分解により熱分解ガスが発生する高分子材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の回路遮断器。

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