JP2015022789A - Circuit breaker - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、熱動引き外し装置を有する回路遮断器に関するものである。 The present invention relates to a circuit breaker having a thermal trip device.
従来の回路遮断器は、例えば特許文献1に示されているように、遮断対象の装置を接続する負荷側接続端子と、通電及び遮断のための接点と、その開閉機構が具備され、また例えば特許文献2に示されているように、開閉機構を駆動する熱動引き外し装置と、電源等をつなぐ電源側接続端子を備えている。電源側接続端子からは、熱動引き外し装置・接点を経由し、負荷側接続端子につながる電路が形成されている。この電路は、回路遮断器の中で不要なエネルギー消費をしない様、十分電気抵抗の低い銅や銀などの合金で形成されている。ただし、熱動引き外し機構内部の電路は、ジュール熱を発生させてバイメタルを曲げる必要があるため、相対的に抵抗の高い金属で形成されている。また、開閉機構は、接点が接触している状態での接触抵抗を低減するため、通電中は一定以上の圧力が接点に加えられ、かつ遮断動作時には、素早く接点を解放するように構成されている。
A conventional circuit breaker includes, for example, a load side connection terminal for connecting a device to be interrupted, a contact for energization and disconnection, and an opening / closing mechanism thereof, as disclosed in
上記のような従来の回路遮断器では、通電中は接点接触抵抗や電路で発生するジュール熱と、熱動引き外し部で発生するジュール熱が発生しているが、遮断すべき定格電流が増大するにつれ、熱動引き外し部で発生する熱量を調整するため、熱動引き外し部の電気抵抗を低下させる必要があり、結果として接点接触抵抗で発生するジュール熱に近づいてしまう。接点部で発生した熱は、電路を伝わり熱動引き外し部に伝導するため、定格電流が増大するにつれ、熱動引き外し部に対して、接点で発生する熱の影響が大きくなり、熱動引き外し部の調整が難しくなり、結果として熱動引き外し部の調整時間が伸び、生産性が上がらない問題があった。接点接触抵抗を減少させるためには、接点接触圧を増加させる必要があるが、接触圧印加方向と遮断動作時の可動子動作方向が反対のため、接触圧を増加すると遮断動作を阻害してしまうため、一定以上の接触圧にすることができなかった。 In the conventional circuit breaker as described above, the Joule heat generated at the contact contact resistance and the electric circuit and the Joule heat generated at the thermal trip part are generated during energization, but the rated current to be interrupted increases. Accordingly, in order to adjust the amount of heat generated in the thermal trip portion, it is necessary to reduce the electrical resistance of the thermal trip portion, and as a result, it approaches the Joule heat generated by the contact contact resistance. Since the heat generated at the contact is transmitted through the electrical path and conducted to the thermal tripping part, as the rated current increases, the influence of the heat generated at the contact increases on the thermal tripping part. Adjustment of the tripping portion becomes difficult, and as a result, there is a problem that the adjustment time of the thermal tripping portion is extended and productivity is not increased. In order to reduce the contact resistance, it is necessary to increase the contact pressure, but the contact pressure application direction and the mover movement direction during the breaking operation are opposite. For this reason, the contact pressure could not be increased beyond a certain level.
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、遮断動作を阻害することなく、接点接触圧を増加することができ、接点接触抵抗を低減した回路遮断器を得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can obtain a circuit breaker capable of increasing contact contact pressure and reducing contact contact resistance without impeding the shut-off operation. The purpose is that.
この発明に係る回路遮断器は、第1の接触子に設けられた第1の接点に対して接離可能に設けられた第2の接点を有する第2の接触子と、過電流に対応する熱動引き外し装置が具備され、回路遮断時に前記第1及び第2の接点が開離するように前記第1及び第2の接触子の一方を回動させる開閉機構部を備えた回路遮断器であって、前記第1の接点と前記第2の接点との接点接触面の法線方向と回路遮断動作開始時の一方の前記接点の接点移動方向が互いに交差するように形成され、かつ前記接点接触面の法線方向に接点接触圧を与える接圧部を備えるようにしたものである。 The circuit breaker according to the present invention corresponds to an overcurrent, and a second contact having a second contact provided so as to be able to contact and separate with respect to the first contact provided on the first contact. A circuit breaker provided with a thermal trip device and having an opening / closing mechanism for rotating one of the first and second contacts so that the first and second contacts are opened when the circuit is interrupted The normal direction of the contact contact surface between the first contact and the second contact and the contact movement direction of one of the contacts at the start of the circuit breaking operation intersect with each other, and A contact pressure portion for applying contact contact pressure in the normal direction of the contact contact surface is provided.
この発明によれば、回路遮断動作開始時の接点移動方向と、接点接触面の法線方向が互いに交差するようにしたことにより、それぞれの方向に印加する力を独立に設定することができる。そのため、接触子の回動方向の接点解放阻止力を増加させることなく接点接触圧を増加させ接点接触抵抗を低減できる。 According to the present invention, since the contact moving direction at the start of the circuit breaking operation and the normal direction of the contact contact surface intersect each other, the force applied in each direction can be set independently. Therefore, the contact contact pressure can be increased and the contact contact resistance can be reduced without increasing the contact release blocking force in the rotating direction of the contact.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1による回路遮断器の開閉部を模式的に示す側面図、図2は本発明の実施の形態1による回路遮断器の開閉部を模式的に示す上面図、図3と図4は図1に示された開閉部における通電時の接点近傍にかかる力とその方向を説明する拡大側面図である。図において、回路遮断器は端子部1aと一体的に形成され、固定接点11が設けられた固定接触子1と、前記固定接点11に対して接離可能に設けられた可動接点21を有し、軸Oのまわりに回動するように設けられた可動接触子2と、閉成状態における可動接触子2の揺動を抑制する固定バネ3と、可動接触子2の先端部と対向するように固定接触子1の上方部に配置され、開極時に固定接点11と可動接点21の間に発生するアークを取り込み冷却するための消弧グリッド4などを備えている。なお、本書では、固定接点11が第1の接点、固定接触子1が第1の接触子、可動接点21が第2の接点、可動接触子2が第2の接触子にそれぞれ対応している場合について説明する。
1 is a side view schematically showing a switching unit of a circuit breaker according to
通電時、回路遮断器内部での電力損失及び発熱を最小限とするために、通電経路にある固定接触子1や可動接触子2等は、例えば銅またはその合金など抵抗率の低い材料で構成されるが、可動接点21と固定接点11は両者の接触により導通を保つため、必ず接点接触面に発生する接触抵抗を持つ。他の電路上の部品は電気抵抗値が低い材料を使用することで発熱を小さくできるが、接点接触抵抗で発生するジュール熱は、熱動引き外し装置で発生する熱量に匹敵する場合があり、この場合は接点接触抵抗で発生した熱が、熱動引き外し装置に伝導して、熱動引き外し動作に影響を与える場合がある。このため、接点接触抵抗は極力低減する必要がある。接点接触抵抗は、接点材料の抵抗と接点接触部の形状、及び可動接点21と固定接点11の接点接触力の影響を受ける。接点接触抵抗を小さくするためには、接点材料として抵抗率が低い例えば銀合金などを使用すると共に、接点間に一定以上の接点接触力が掛かるような構成を取る必要がある。
In order to minimize power loss and heat generation inside the circuit breaker when energized, the
固定接点11は固定接触子1の端子部1aとは反対側の端部に、図の上方向に立ち上がるように折曲形成された接圧部12に固着されている。接圧部12は固定接触子1における電流通流部の端子部1aとは反対側の端部を消弧グリッド4ないしはアーク空間の方向に折曲して立ち上げるように形成した折曲片からなり、通電路を構成していると共に、固定接点11を保持して折曲片のもつ一定の弾性力により、閉極時に固定接点11を可動接点21の方向に押圧して接点接触面の法線方向A1に接点接触圧を与える機能を有している。固定接点11と可動接点21との接点接触面における法線方向A1は、回路遮断動作開始時(接点解放・接触動作時)の接点移動方向Bと直交方向に交差するように設置され、かつ、可動接触子2が回動されるときの軸Oの延在方向Cと直交する方向となるように構成されている。また、閉極時に可動接触子2が図1に示す略水平方向の位置よりも時計方向に回動して可動接点21が下方向に移動しないように規制するためのストッパ5が、開閉動作や遮断特性に影響しない適宜の位置に設置されている。
The fixed
通電時の電路は、固定接触子1の電源側接続端子である端子部1aから、接圧部12を経由し、固定接点11と可動接点21で構成される接点接触面を経由し、可動接触子2を通り、何れも図示していない熱動引き外し装置〜負荷側端子に通じるように構成されている。コイル状の固定バネ3は、閉極状態において負荷電流によって可動接触子2に作用する開極方向の電磁反発力や、外部からの機械的な振動等により、可動接触子2が開極してしまうのを防止する機能を有しており、この実施の形態1では、可動接触子2の反時計方向への回動に対して抑制が働き、時計方向への回動に対しては付勢力が働かないように、固定バネ3の作用点3aと可動接触子2の上面の間には隙間が形成されている。
The electric path at the time of energization is movable contact from the
なお、固定バネ3は、図2にその形状を誇張して示すように、両端部が可動接触子2の支持部材20に係止され、作用点3aはコイル状の固定バネ3の中間部分を引き出して伸ばすように形成されている。固定バネ3は、閉極状態で作用点3aと可動接触子2の上面との間に隙間を構成する際、所定の力が蓄勢された状態となるように、例えば支持部材20に図の時計方向への回動を規制する係止爪(図示省略)を突出させて、作用点3aの基部(コイルに近い部分)側をその係止爪に係止させるようにしても良い。なお、図1に示された各部材は図示省略している筐体に収容され、その筐体内には前記各部材のほか、回路遮断時に可動接触子2を軸Oのまわりに図1の反時計方向に回動させる主バネやリンク機構などを含む開閉機構部、バイメタルを用いて過電流を検知し、前記開閉機構部を作動させる熱動引き外し装置なども収納されているが、これらは前記特許文献1、2などに示された従来のものと同様であるので図示及び説明を省略する。
As shown in an exaggerated shape in FIG. 2, the fixed
次に、上記のように構成された実施の形態1の動作について図3及び図4を参照して説明する。通電時、接圧部12により、可動接点21と固定接点11の接点接触抵抗を低減するために、接点接触力D1が印加されている。接点接触面には、接点接触力D1に応じた接点間摩擦力E1もかかっており、回路遮断器にかかる振動や、可動接触子2が固定接触子1から受ける電磁力により、不用意に接点を解放しようとする力である接点解放阻止力Fや接点解放力Gと動的に釣り合って、図視上下方向の接点の位置が固定されている。一般に、接点接触部の電気抵抗は、接点接触圧の1/3乗に反比例することが知られているので、接点接触圧を増加するほど、接点抵抗が減少する。
Next, the operation of the first embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. During energization, a contact contact force D <b> 1 is applied by the
接点解放阻止力Fまたは接点解放力Gと釣り合う接点間摩擦力E1は、接点接触力D1に接点間の静止摩擦係数をかけた値となる。接点解放阻止力Fは、従来例では遮断動作を阻害しない様、6〜10Nに設定されているが、本実施の形態1はこれと同等の接点間摩擦力E1を発生させるように設定されている。本実施の形態1では、摩擦係数は銀電極と同程度の0.3〜0.5なので、最大掛けられる接点接触力D1は、接点解放阻止力Fの1/0.3〜1/0.5、すなわち、3.3倍〜2倍印加することができる。この結果、接点接触抵抗は最大3割削減できるので、接点発熱量を3割削減することが可能となり、結果として、接点での発熱が熱動引き外し機構に与える影響を削減できる。 The contact friction force E1 that balances the contact release prevention force F or the contact release force G is a value obtained by multiplying the contact contact force D1 by the coefficient of static friction between the contacts. In the conventional example, the contact release preventing force F is set to 6 to 10 N so as not to disturb the blocking operation. However, the first embodiment is set to generate the friction force E1 between the contacts equivalent to this. Yes. In the first embodiment, since the friction coefficient is 0.3 to 0.5, which is the same as that of the silver electrode, the maximum contact contact force D1 is 1 / 0.3 to 1/0. 5, that is, 3.3 times to 2 times can be applied. As a result, the contact contact resistance can be reduced by up to 30%, so that the contact heating value can be reduced by 30%. As a result, the influence of the heat generated at the contact on the thermal tripping mechanism can be reduced.
また、接点解放動作の際、接点解放力Gは図示していない主バネにより増幅される。主バネは遮断動作時に、接点を解放する方向に可動接触子2を素早く動かすために配置されており、遮断時に動作するようになっている。この主バネは接点間摩擦力E1に抗して、可動接触子2を動かすことになるが、本実施の形態1に即した接点間摩擦力E1であれば、接点解放時に主バネが接点間摩擦力E1に抗して動かさなければならない力は従来例と同一となるため、解放動作に支障を来すことはない。
In the contact release operation, the contact release force G is amplified by a main spring (not shown). The main spring is arranged to quickly move the
上記のように実施の形態1によれば、固定接点11と可動接点21との接点接触面の法線方向A1と、回路遮断動作開始時の接点移動方向Bとが互いに直交方向に交差されるように形成すると共に、接点接触面の法線方向A1に接点接触力を与える接圧部12を備えるようにしたので、遮断動作開始時の可動接触子2の接点移動方向Bに印加する力と、接点接触面の法線方向A1に印加する力を独立に設定することができるので、可動接触子2の動作方向の接点解放阻止力Fを増加させることなく、接点接触圧を増加させることができる。この結果、遮断動作を阻害することなく、接点接触抵抗を低減できるという顕著な効果が得られる。
また、接点接触抵抗を低減できる結果、接点で発生する熱の熱動引き外し部への影響を小さくでき、熱動引き外し機構の調整時間を短縮することができ、生産性も向上できる。また、接点接触面の法線方向A1が、可動接触子2の軸Oと互いに略垂直であることにより、接点解放機構の設計を大きく変更せずに、遮断動作を阻害することなく、通電時の接点接触抵抗を低減することができる。
As described above, according to the first embodiment, the normal direction A1 of the contact contact surface between the fixed
Further, as a result of reducing the contact contact resistance, the influence of the heat generated at the contact point on the thermal tripping portion can be reduced, the adjustment time of the thermal tripping mechanism can be shortened, and the productivity can be improved. In addition, since the normal direction A1 of the contact contact surface is substantially perpendicular to the axis O of the
実施の形態2.
図5は本発明の実施の形態2による回路遮断器の開閉部を模式的に示す側面図、図6は本発明の実施の形態2による回路遮断器の開閉部を模式的に示す上面図、図7、図8は図5に示された開閉部における通電時の接点近傍にかかる力とその方向を説明する拡大側面図である。なお、この実施の形態2は、接点接触面の法線方向A2を、接圧部12のバネ定数を実施の形態1よりも大きくして、そのバネ定数に応じて若干傾けておくようにしたものである。図において、固定接触子1における折曲片からなるバネ弾性を有する接圧部12は、図の上端部側が開極開始時の接点移動方向Bに対して開極方向に角度が大きくなるように、図5の例では約10°傾斜され、実施の形態1と同様の形状の固定接点11も接圧部12の傾斜角度に対応して同様に傾斜されている。前記傾斜の角度は特に限定されるものではなく、接点移動方向Bと法線方向A2が互いに交差するような角度であれば、例えば前記角度よりもさらに傾斜させても差し支えない。
FIG. 5 is a side view schematically showing the switching part of the circuit breaker according to
そして、固定接点11と可動接点21との接点接触面の法線方向A2は回路遮断動作開始時の接点移動方向Bに対して直角よりも若干大きい角度となるように形成されている。なお、法線方向A2は可動接触子2が回動される軸Oの延在方向Cに対しては直交する方向に設けられている。さらに、固定バネ3Aは実施の形態1とは異なり、可動接点21が固定接点11に接触した状態においても可動接触子2の図の上縁部に係合されて、該固定バネ3Aの作用点からなる接圧部3bが可動接触子2を時計方向に付勢し、接圧部12と協働して所定の接点接触圧が発生するように構成されている。なお、図1に示されたストッパ5はこの実施の形態2では必要がなく設置されていない。その他の構成は実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
The normal direction A2 of the contact contact surface between the fixed
上記のように構成された実施の形態2においては、図7、図8に示すように接圧部12と固定バネ3Aの接圧部3bが協働して接点接触部に接点接触力D2を与えている。そして、接点接触抵抗E2自体は実施の形態1の場合よりも若干増加するものの、例えば接点解放動作による接点消耗が発生して接点の厚みが薄くなる方向に変化した場合でも、接圧部12の有する弾性により、固定接点11が、図5の破線で示すように可動接点21側に接圧部12と共に倒れ込んで、接点接触力D2の接点移動方向Bの分力が、図7、図8の破線で示すように、接点解放力Gの阻止力にならない様にすることができる。
In the second embodiment configured as described above, as shown in FIGS. 7 and 8, the
また、固定バネ3Aの接圧部3bによって接点接続動作が行なわれる際に、接圧部12による接点接触力D2の分力が、固定バネ3Aによる接点解放阻止力Fの反力となるため、接点間摩擦力E2だけでなく、接点接続動作時に固定バネ3Aと接圧部12のつり合いにより、可動接触子2の位置を固定することができるようになり、より安定して可動接触子2の位置を決めることができる。
Further, when the contact connection operation is performed by the
実施の形態3.
図9は本発明の実施の形態3による回路遮断器の開閉部を模式的に示す側面図、図10は図9に示された開閉部を模式的に示す上面図である。図において、可動接点21は可動接触子2の回動半径方向の先端面ではなく、先端部の一側面に設置されている。そして、固定接点11はその可動接点21に対向するように、例えば前記実施の形態2に係る図6の位置から反時計方向に90°回動された状態に相当する位置に、実施の形態2と同様に斜め上方向に立ち上がるように設けられた接圧部12に固着されている。なお、接圧部12の傾斜は実施の形態1と同様に固定接点11と可動接点21との接点接触面における法線方向と、回路遮断動作開始時(接点解放・接触動作時)の接点移動方向Bとが互いに直交方向に交差するように構成しても良い。
9 is a side view schematically showing an opening / closing part of a circuit breaker according to
そして、本実施の形態3では、回路遮断動作開始時の接点移動方向Bと接点接触面の法線方向A3は実施の形態1または2と同様に、互いにほぼ垂直を為しているが、可動接触子2が回動される軸Oの延在方向Cと接点接触面の法線方向A3は互いに略平行になるように可動接点21と固定接点11が配置されており、実施の形態1あるいは2の場合とは、角度が90°異なっている。また、固定バネ3Bは、可動接触子2に対し接点が解放しない様に接点解放阻止力F3を掛ける実施の形態1または実施の形態2と同様の機能に加えて、固定バネ3Bの非対称部分からなる接圧部3cにより、可動接触子2を接圧部12側に付勢して接点接触圧を接圧部12と協働して発生する機能を有している。
In the third embodiment, the contact movement direction B at the start of the circuit breaking operation and the normal direction A3 of the contact contact surface are substantially perpendicular to each other as in the first or second embodiment. The
通電時、接点接触抵抗を決定する接点接触力D3(図10に図示)は、接圧部12と、可動接触子2を固定接点11側に押圧する方向に力を加えるための固定バネ3の接圧部3cが釣り合うように形成されている。通電時の電路は、固定接触子1の電源側の端子部1aから接圧部12を経て、固定接点11と可動接点21で構成される接点接触部を経由し、可動接触子2を通り、図示していない熱動引き外し機構〜負荷側端子に通じている。そのほかの構成は実施の形態1または実施の形態2と同様である。
When energized, the contact contact force D3 (shown in FIG. 10) that determines the contact contact resistance of the
上記のように構成された実施の形態3においては、実施の形態1または2と同様に、接点接触力D3を従来例より増加できるようになるため、接点接触抵抗を低減でき、接点発熱量を低減できるので、結果として熱動引き外し装置に与える影響を削減できる。
また、接点接触力D3の方向と、可動接触子2の接点解放時の動作方向が、ほぼ直交しているため、可動接触子2を接点接触位置に固定するための固定バネ3Bの力と、接点接触力D3を構成している固定バネ3Bの接圧部3cにより発生させている力を独立に変化させることができる。このため、バネ定数の選定に自由度が増すので、部品設計裕度が向上する効果も得られる。
また、接点接触面の法線方向D3が、可動接触子2の軸Oと略平行に形成されていることにより、接圧部12による接圧力と、接点解放阻止力F3を独立に設定できるので設計自由度が増すという効果も得られる。
In the third embodiment configured as described above, as in the first or second embodiment, the contact contact force D3 can be increased as compared with the conventional example. Therefore, the contact contact resistance can be reduced, and the contact heat generation amount can be reduced. As a result, the influence on the thermal tripping device can be reduced.
Further, since the direction of the contact contact force D3 and the operation direction at the time of releasing the contact of the
Further, since the normal direction D3 of the contact surface is formed substantially parallel to the axis O of the
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、
1) 実施の形態1及び2では、接圧部12を固定接点11側に構成したが、可動接触子2の先端部における可動接点21との間に接圧部12に相当する要素が介在されるように構成しても同様の効果が得られる。
2) 実施の形態3では、接圧部12と固定バネ3Bの接圧部3cの力のつり合いで、接点接触力D3を発生しているが、接圧部12または、固定バネ3Bの接圧部3cのどちらか一方だけでも、接点接触圧を発生させることができる。
3) 実施の形態1から3、及び前記1)、2)項の態様では、接圧部12が直接固定接点11に接続されているが、必ずしも直接固定されなければならないわけではなく、固定接触子1と独立に接圧を加えるバネを装備し、このバネにより固定接触子1を押すことでも同様の効果が得られる。
4) 実施の形態1から3、及び前記1)から3)項の態様では、固定バネ3をコイルバネで、接圧調整バネの機能を与えている接圧部12を板バネで構成しているが、必ずしもそうする必要は無く、例えばそれぞれコイルバネ、あるいは板バネなどを使用することができる。また、例えば耐熱樹脂など他の弾性材料でバネの代用をすることもできる。
5) 実施の形態1から3、及び前記1)から4)項の態様では、第1の接点が、固定接触子1に装着された固定接点11である場合について説明したが、それに限定されるものではなく、接離可能に対向された第1の接点と第2の接点の双方が回動されるように構成されたものであっても、接点接触面の法線方向と、回路遮断動作開始時の第2の接点の動作方向を略垂直に形成し、かつ接点接触面の法線方向に接点接触力を印加する接圧部を備えるように構成することができるので、それぞれ実施の形態1から3、及び前記1)から3)項と同様の効果を得ることができる。
その他、例えば固定接触子1や可動接触子2、あるいは固定バネ3(3A、3B)の形状や構造、接圧部12の構成手法など、この発明の範囲内で種々の変形や変更が可能である。
It should be noted that within the scope of the present invention, a part or all of each embodiment can be freely combined, or each embodiment can be appropriately modified or omitted. For example,
1) In
2) In
3) In
4) In
5) In
In addition, various modifications and changes can be made within the scope of the present invention, such as the shape and structure of the fixed
1 固定接触子、1a 端子部、11 固定接点、12 接圧部、2 可動接触子、20 支持部材、21 可動接点、3、3A、3B 固定バネ、3a 作用点、3b、3c 接圧部、4 消弧グリッド、5 ストッパ、A1、A2、A3 法線方向、B 接点移動方向、C 延在方向、D1、D2、D3 接点接触力、E1、E2 接点間摩擦力、F 接点解放阻止力、G 接点解放力、O 軸。
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