JP2016042414A

JP2016042414A - 回路遮断器

Info

Publication number: JP2016042414A
Application number: JP2014165207A
Authority: JP
Inventors: 岳浅沼; Takeshi Asanuma
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd; Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd; Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2034-08-14
Also published as: JP6474976B2

Abstract

【課題】大型化することなく高電圧の短絡電流を遮断できる回路遮断器を提供する。【解決手段】回路遮断器は、表面が絶縁物で構成され、回転自在に支持された可動ホルダ４と、固定接点１１ａを有する固定子１ａと、固定接点１１ａに接離する可動接点２１ａを有し、可動ホルダ４の側面上に可動接点２１ａが設けられた端部のみが露出するように可動ホルダ４に取り付けられた可動子２と、固定子１ａと可動子２との間に発生するアークを消弧する消弧装置１５と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は回路遮断器に関する。

従来、特許文献１の回路遮断器の遮断部のように、固定子と回転可能な可動ホルダに保持された可動子と消弧用のグリッドを有する消弧装置とを有する回路遮断器が用いられている。負荷電流通電時の回路遮断器では固定子と可動子とが閉じており、固定子の固定接点と可動子の可動接点とが接触し導通状態が保たれている。一方、ＯＦＦ操作時の回路遮断器では固定子と可動子とは開き、固定接点と可動接点とは互いに離反して開極し、両者の間にアークが発生する。発生したアークは消弧装置に引き込まれて消弧される。
ここで、太陽光発電設備などの直流発電設備で発生する直流の短絡電流を遮断する場合、直流電流には交流電流と異なり電流の零点が存在しないため、交流遮断のように零点を待つようなことなく、早急にアーク電圧を系統電圧である電源電圧以上に高めて限流遮断すること、すなわち高電圧の短絡電流を速やかに遮断することが極めて重要となる。

そこで、アーク電圧を高める目的で開極距離を大きく取るために、可動子の回転半径を大きくし、アークを大きく引き伸ばす方法が考えられる。例えば特許文献１の場合、可動子の回転半径は、可動ホルダの軸から可動子を保持する側面までの長さ（半径）と、可動ホルダの側面から可動接点までの長さ（可動子の可動ホルダの側面上に保持される部分の長さ）との和で表される。よって可動子の可動ホルダの側面上に保持される部分の長さを長くすることで、アークの回転半径を大きくすることが可能となる。しかし可動子の可動ホルダの側面上に保持される部分を長くしてアークの回転半径を大きく取ると、回路遮断器の中で遮断部を収納するスペースも大きくする必要が生じるため、回路遮断器が大型化するという問題が生じる。

特開２００７−０５２９４２号公報

本発明は上記した問題に着目して為されたものであって、大型化することなく高電圧の短絡電流を遮断できる回路遮断器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るある態様の回路遮断器は、表面が絶縁物で構成され回転自在に支持された可動ホルダと、固定接点を有する固定子と、固定接点に接離する可動接点を有し、可動ホルダの側面上に可動接点が設けられた端部のみが露出するように可動ホルダに取り付けられ、可動ホルダとともに回転する可動子と、固定子と可動子との間に発生するアークを消弧する消弧装置と、を備えることを要旨とする。

従って本発明の回路遮断器によれば、大型化することなく高電圧の短絡電流を遮断可能な回路遮断器とすることができる。

本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部を左側面上側から説明する斜視図である。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部を右側面上側から説明する斜視図である。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部の内部を左側面下側から説明する斜視図である。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部の内部を右側面上側から説明する斜視図である。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部の正面図である。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部の動作を説明する側面図である（その１）。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部の動作を説明する側面図である（その２）。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部の動作を説明する側面図である（その３）。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部の動作を説明する側面図である（その４）。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部の動作を説明する側面図である（その５）。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部の動作を説明する側面図である（その６）。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部の動作を説明する側面図である（その７）。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部の動作を説明する側面図である（その８）。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部の動作を説明する側面図である（その９）。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部の動作を説明する側面図である（その１０）。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部の動作を説明する側面図である（その１１）。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部の動作を説明する側面図である（その１２）。本発明の実施形態に係る回路遮断器の遮断部の動作を説明する側面図である（その１３）。

以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。又、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を９０度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を１８０度回転すれば「左」が「右」に、「右」が「左」になることは勿論である。

本発明の実施形態に係る回路遮断器は、図示しない筐体と、遮断部１０（図１及び図２参照）と、図示しない開閉機構とを備える。筐体は絶縁材のケースとカバーとからなり遮断部１０及び開閉機構を収納する。開閉機構は遮断部１０の可動ホルダ４に連結され、開閉機構による開閉動作に基づいて可動ホルダ４が回転する。
遮断部１０は、図１及び図２に示すように、隔壁３１と頂部３２と底部３３とを有する本体枠３０と、隔壁３１に設けられた孔（図３及び図４参照）に挿し込まれ、軸５に固定されるとともに軸５を中心に筐体に回転自在に支持された円柱状の可動ホルダ４とを備える（図７，図９，図１１及び図１３等参照）。また遮断部１０は、図６に示すように、可動ホルダ４の側面の円周面上に２つの可動接点２１ａ，２１ｂが設けられた２つの先端２２ａ，２２ｂのみが露出するように可動ホルダ４の内側に一部を埋め込んだ可動子２を備える。

また遮断部１０は、図１及び図３に示すように、第１の可動接点２１ａが接離する第１の固定接点１１ａと、負荷側に接続される負荷側端子１２ａとを有する第１の固定子１ａを備える。また遮断部１０は、負荷側端子１２ａに取り付けられた第１のアークランナー１９を有する。また遮断部１０は、図２及び図４に示すように、第２の可動接点２１ｂが接離する第２の固定接点１１ｂと、電源側に接続される受電側端子１２ｂとを有する第２の固定子１ｂを備える。また遮断部１０は、受電側端子１２ｂに取り付けられた第２のアークランナー２９を有する。

また遮断部１０は、図１〜図４に示すように、電流遮断時に第１の固定接点１１ａと第１の可動接点２１ａとの間に発生するアークを消弧する第１の消弧装置１５を有する第１の消弧室１４を備える。また遮断部１０は、電流遮断時に第２の固定接点１１ｂと第２の可動接点２１ｂとの間に発生するアークを消弧する第２の消弧装置２５を有する第２の消弧室２４を備える。第１の消弧装置１５と第２消弧装置２５とは、可動ホルダ４の第１の可動接点２１ａと第２の可動接点２１ｂとは反対側にそれぞれ配置されており、遮断部１０がコンパクトに構成されている。また遮断部１０は、図１５及び１６に示すように、可動子２の回転範囲を規制する第１のストッパ１８と第２のストッパ２８とを本体枠３０の隔壁３１を挟んで備える。可動子２は、第１のストッパ１８と第２のストッパ２８の間を自由に移動可能に構成されている。

本体枠３０は、図１〜４に示すように、主面を水平にして上下方向に離間して配置された矩形の平板状の頂部３２及び底部３３の間に、鉛直に立つように矩形の平板状の隔壁３１が設けられて構成される。頂部３２は主面全体が水平であるが、底部３３の長手方向の一方の端部側は上側へ屈曲した後、再び頂部３２と平行に折り曲げられることにより、傾斜部が設けられている。隔壁３１、頂部３２及び底部３３は一体的に形成されている。

また本体枠３０を長手方向の一方の端面側から見ると、図５に示すように、本体枠３０の端面は、隔壁３１の端面と頂部３２の端面と底部３３の端面とによりＩ字状を示す。すなわち頂部３２と底部３３との上下の間の空間は、隔壁３１によって左右２つに分けられる。第１の固定子１ａと第２の固定子１ｂとを除けば、遮断部１０は隔壁３１を中心に左右対称に構成されている。尚、図５の紙面を正面から見て表われる側を遮断部１０の「前側」と定義し、以下、遮断部１０の各方向の説明においては、この「前側」を基準に前後左右の語を用いる。

図６は、遮断部１０を左側面から見て第１の消弧室１４の左側壁１７（図１参照）を省略した内部の状態を示す。可動ホルダ４は略円柱状であり、図６に示すように、本体枠３０の隔壁３１の高さ方向の中央で、やや後寄り位置に形成された孔に、軸５を水平にした状態で挿し込まれている。すなわち遮断部１０を側面から見た場合、図６に示すように、可動ホルダ４の円柱の底面が正面に現れる。可動ホルダ４の円柱の側面は滑らかな円周面であり、可動ホルダ４の表面及び内部は絶縁物で構成されている。絶縁物は、加熱されるとアブレーションガスを発生する樹脂が好ましく、例えば、ポリアミド６６（ＰＡ６６）やポリオキシメチレン（ＰＯＭ）等の樹脂が、本発明の実施形態に係る絶縁物として好適に用いられる。

また可動ホルダ４の円柱の底面には、例えば回転可能に支持された図示しない操作ハンドルを有する開閉機構が連結され、操作ハンドルの回転動作に伴い、可動ホルダ４が回転するように構成されている。尚、可動ホルダ４の形状は、正円を底面とする円柱に限定されるものでなく、例えば、卵の輪郭のような形状の底面を有する柱状であってもよい。また中心に軸が設けられた上で内部が中空の筒状とされてもよい。可動ホルダは、滑らかに湾曲する円弧部を有する底面を有し、絶縁物の表面を有する側面上でアークを伸長できればよく、形状は適宜変更されてよい。

図３及び図４は、可動ホルダ４の図示を省略して遮断部１０の内部を示す図である。図３及び図４に示すように、可動子２は、２つの可動接点２１ａ,２１ｂが取り付けられた橋絡部２２を有し、橋絡部２２は可動子２の本体をなしている。橋絡部２２は、板状の部材がＵ字状（コ字状）に折り曲げられることで、可動ホルダ４と反対側の端部が、２つの先端２２ａ，２２ｂに分岐するように構成される。可動子２は、橋絡部２２のＵ字の凹部に隔壁３１が位置するように可動ホルダ４に埋め込まれており（図６参照）、橋絡部２２と隔壁３１とは、互いに干渉しないように所定のクリアランスが設けられている。

第１の可動接点２１ａは、２つの先端のうち一方の先端２２ａの第１の固定接点１１ａと対向する側の面に、第１の固定接点１１ａに、投入状態で接触するように固着されている。また第２の可動接点２１ｂは、２つの先端のうち他方の先端２２ｂの第２の固定接点１１ｂと対向する側の面に、第２の固定接点１１ｂに、投入状態で接触するように固着されている。開極時には、第１の固定接点１１ａと第１の可動接点２１ａとの間と、第２の固定接点１１ｂと第２の可動接点２１ｂとの間とに、それぞれ別個のアークが発生する。

また可動子２は、図１、図２、図６及び図７に示すように、橋絡部２２の分岐した２つの先端２２ａ,２２ｂ以外の中央部が可動ホルダ４に埋め込まれることにより、２つの先端２２ａ，２２ｂのみが可動ホルダ４の側面（円周面）上に露出する。また２つの可動接点２１ａ，２１ｂを可動ホルダ４の側面に非常に近接した位置に配置できる。そして２つの可動接点２１ａ，２１ｂが可動ホルダ４と一体的に回転することにより、電源側の回路と負荷側の回路とが接続あるいは電流遮断される。

電流を遮断する開極時には、２つの可動接点２１ａ，２１ｂが可動ホルダ４の側面に近接配置されているので、２つの固定接点１１ａ,１１ｂとの間の各アークは可動ホルダ４の回転に併せて可動ホルダ４の側面に近接するように伸長される。可動ホルダ４の側面のアークが近接した箇所はアークの熱によって加熱され、表面に含まれる絶縁物が融解し、アブレーションガスが発生する。

ここで、可動ホルダ４の側面と２つの可動接点２１ａ，２１ｂとの間隔は、零ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されることが好ましい。間隔が零の場合は、２つの可動接点２１ａ，２１ｂが可動ホルダ４の側面上に位置することを意味する。間隔が５ｍｍを超えると、可動子２の回転時にアークが可動ホルダ４の側面に近接するまで時間がかかり、後述するように可動ホルダ４から噴出するアブレーションガスを有効に活用できなくなるおそれがある。

第１の固定子１ａの負荷側端子１２ａは、図６に示すように、板状部材からなり、板状部材が曲がりながら延長して電流路を構成している。図６では、負荷側である前側（図６中の右側）から後側（図６中の左側）に向かって、本体枠３０の底部３３の下面に沿って延長するように取り付けられて構成されている。負荷側端子１２ａが構成している電流路の一部は本体枠３０の底部３３の下面の左側で上方向に立ち上がっている。すなわち負荷側端子１２ａの後端部は、図６では、底部３３の後端面に沿って上方に約９０度の角度で折り曲げられて立ち上がった後、２つの可動接点２１ａ，２１ｂの高さで、更に可動ホルダ４側に約４５度の角度で折り曲げられている。約４５度の角度で折り曲げられたことにより、負荷側端子１２ａの後端面が可動ホルダ４の側面に対向するように側面の近傍に位置している。そして負荷側端子１２ａの後端部の第１の可動接点２１ａと対向する側の面に、第１の固定接点１１ａが固着されている。

負荷側端子１２ａの後端面と可動ホルダ４の側面との間隔は、第１の固定接点１１ａが可動ホルダ４に接触して可動ホルダ４の回転を妨げないようなごく僅かの距離に設定されている。尚、負荷側端子１２ａの、２つの可動接点２１ａ，２１ｂの高さにおける折り曲げ部の水平面（又は鉛直面）に対する角度は、適宜設定されてよく、本発明の実施形態に係る折り曲げ部は、４５度とされている。可動子２は、遮断部１０を側面から見た場合に折り曲げ部と平行に位置するので、折り曲げ部の水平面（又は鉛直面）に対する角度が４５度であることにより、可動子２の水平面（又は鉛直面）に対する角度も４５度となる。

第２の固定子１ｂの受電側端子１２ｂは、図２及び図４に示すように、電源側である本体枠３０の後側に設けられた板状部材によって構成されている。受電側端子１２ｂは、図５に示すように、遮断部１０を正面から見て、負荷側端子１２ａと左右方向で互いに重ならないように、右側に変位して取り付けられている。受電側端子１２ｂは、図２、図４及び図１０に示すように、底部３３の後端部の右側の位置で、負荷側端子１２ａと同様に、上方に約９０度の角度で折り曲げられて立ち上がった後、２つの可動接点２１ａ，２１ｂの高さで、更に可動ホルダ４側に折り曲げられ、後端面が可動ホルダ４の側面に対向するように側面の近傍に位置している。そして受電側端子１２ｂの後端部の第２の可動接点２１ｂと対向する側の面に、第２の固定接点１１ｂが固着されている。すなわち受電側端子１２ｂの折り曲げ部から可動ホルダ４の側面方向に向かう端部側は、負荷側端子１２ａと左右対称的に構成されている。

第１の消弧室１４は、図６に示すように、隔壁３１より左側の空間内に設けられ、この空間内の後側に位置する第１の固定接点１１ａと第１の可動接点２１ａとの間に発生するアークを消弧するものである。第１の消弧室１４は、図１、図３及び図５に示すように、隔壁３１の左側の面に取り付けられた右側壁１６と、右側壁１６と離間して平行に設けられた左側壁１７と、２つの側壁１６，１７間に設けられた第１の消弧装置１５とを有する。第１の消弧装置１５は、本発明の実施形態では、２つの側壁１６，１７間に架け渡された複数枚のグリッドで構成されている。

図１〜図４に示すように、第１の消弧室１４の右側壁１６及び左側壁１７はいずれも、Ｕ字状の平板であり、遮断部１０の後側にＵ字が開口するように取り付けられ、Ｕ字の凹部に可動ホルダ４が挿し込まれる。Ｕ字の凹部をなす輪郭線は、図６に示すように、可動ホルダ４の側面の輪郭に沿った正円のうち約１８０度の中心角で切り取られる円弧で現れる。Ｕ字の凹部と可動ホルダ４の側面（円周面）との間には、可動ホルダ４の回転を妨げないようにごく僅かなクリアランスが設けられている。すなわち可動ホルダ４は第１の消弧室１４の内側に隣接して設けられており、図７〜図１８に示すように、可動ホルダ４の側面から外側に突出するように設けられている第１の可動接点２１ａの回転の軌跡は、第１の消弧室１４のＵ字の内側を通過する。

第１の消弧室１４の内側には、図６に示すように、平板状の複数枚のグリッドがそれぞれ主面を水平にして、等間隔で上下方向に取り付けられている。各グリッドの前後方向の長さは、本体枠３０の底部３３に最も近接する最下段のグリッド、及び本体枠３０の頂部３２に最も近接する最上段のグリッドが最も長い。また複数枚のグリッドのうち中央の２枚のグリッドの前後方向の長さが最も短く、各グリッドの長さは、最下段又は最上段から中央に向かうにつれて短くなるように構成されている。

また最下段のグリッドの後端部の前後方向の位置は、回転角度が０度となる、第１の可動接点２１ａと第１の固定接点１１ａとの接触位置における可動子２の先端と略同じ位置である。また最上段のグリッドの後端部の前後方向の位置は、回転角度が２７０度のときの可動子２の先端の位置と略同じ位置である（図１５参照）。すなわち第１の消弧装置１５は上下対称的な構成であり、各グリッドが上面、下面又は後端面の少なくともひとつを用いて、可動ホルダ４の側面のうち可動子２の回転範囲を構成する領域に対向するように、可動ホルダ４の下側、前側及び上側に設けられている。

第２の消弧室２４は、隔壁３１の右側の空間の後側に位置する第２の固定接点１１ｂと第２の可動接点２１ｂとの間に発生するアークを消弧するものである。第２の消弧室２４は、図５に示すように、第１の消弧室１４と本体枠３０の隔壁３１を挟んで隔壁３１より右側の空間内に設けられ、隔壁３１より左側の空間内の第１の消弧室１４に対称的に構成されている。すなわち第１の消弧室１４の右側壁１６に対応して左側壁２６を有し、第１の消弧室１４の左側壁１７に対応して右側壁２７を有し、第１の消弧室１４の第１の消弧装置１５に対応して第２の消弧装置２５を有し、第２の消弧装置２５は複数枚のグリッドで構成されている。

第１のアークランナー１９は、図１、図３及び図６に示すように、負荷側端子１２ａの後側の鉛直部の可動子２の橋絡部２２に対向する側の面に固着された、導電性を有する板状の部材である。第１のアークランナー１９の上端部は、第１の固定子１ａの第１の固定接点１１ａとごく僅かに離間して近接する。また第１のアークランナー１９の下端部は、本体枠３０の底部３３の上面の後側の端部に固定されるとともに、第１の消弧室１４の最下段のグリッドの後側の端部とごく僅かに離間して近接する位置に配置される。すなわち第１のアークランナー１９は、負荷側端子１２ａの後側の鉛直部の厚みを第１の固定接点１１ａ側及び第１の消弧室１４の最下段のグリッド側に拡張させ、負荷側端子１２ａと第１の固定接点１１ａとの間隔及び最下段のグリッドとの間隔のそれぞれを縮小させる。

第１のアークランナー１９は、開極時に、第１の固定接点１１ａと第１の可動接点２１ａとの間のアークが伸長されるとき、アークの第１の固定接点１１ａ側の端部を、第１の固定接点１１ａから第１のアークランナー１９へ転流させるものである。更に、第１のアークランナー１９へ転流したアークを、第１のアークランナー１９から第１の消弧室１４の最下段のグリッドへ転流させるものである。アークの一端が第１の固定接点１１ａから第１のアークランナー１９へ転流することにより、第１の固定接点１１ａがアークの熱により損耗することを防止することが可能となる。またアークが第１のアークランナー１９から最下段のグリッドへ転流することにより、アークの第１の固定接点１１ａ側の端部が、回転する第１の可動接点２１ａに追随するように、第１の可動接点２１ａの移動方向へ緩やかに移動することを促進させることが可能となる。

第２のアークランナー２９は、図２及び図４に示すように、隔壁３１の右側の空間内に設けられ、隔壁３１の左側の空間内の第１のアークランナー１９に対称的に構成されている。第２のアークランナー２９も、第１のアークランナー１９と同様に、受電側端子１２ｂの後側の鉛直部の厚みを第２の固定接点１１ｂ側及び第２の消弧室２４の最下段のグリッド側に拡張させ、アークの転流を促進するものである。

第１のストッパ１８は絶縁物により八面を有する立体形状に構成され、図６に示すように、本体枠３０の隔壁３１の左側の面の後側に取り付けられている。第１のストッパ１８は、可動ホルダ４の側面に対向する前面と、前面と上面との間に位置する上側の傾斜面と、前面と下面との間に位置する下側の傾斜面とを有する。第１のストッパ１８を側面から見た場合の前面の輪郭線は、可動ホルダ４の側面の輪郭に沿い、可動ホルダ４の底面の正円のうち約９０度の中心角で切り取られる円弧で現れる。第１のストッパ１８の前面と可動ホルダ４の側面との間には、可動ホルダ４の回転を妨げないようにごく僅かなクリアランスが設けられている。

また第１のストッパ１８の下側の傾斜面は、水平面（又は鉛直面）に対して約４５度に傾斜し、第１の固定子１ａの負荷側端子１２ａの折り曲げ部に接触して配置されている。よって第１のストッパ１８の下側の傾斜面は、第１の固定子１ａの負荷側端子１２ａの折り曲げ部とともに、可動子２が回転を開始する位置を定義する。一方、第１のストッパ１８の上側の傾斜面は、水平面（又は鉛直面）に対して約４５度に傾斜し、第１の消弧室１４の上側の後端に近接している。第１のストッパ１８の上側の傾斜面は、図１５に示すように、可動ホルダ４が回転した際に、橋絡部２２の第１の可動接点２１ａと反対側の面が接触して停止する位置である。よって第１のストッパ１８の上側の傾斜面は、可動子２の回転が終了する位置を定義する。すなわち可動子２は、第１のストッパ１８の上側及び下側の２つの傾斜面が交差して分画される領域のうち鈍角側の領域を回転し、第１のストッパ１８により規制される回転範囲の上限角度は２７０度である。

第２のストッパ２８は、図２及び図４に示すように、隔壁３１の右側の空間内に設けられており、隔壁３１の左側の空間内の第１のストッパ１８に対称的に構成されている。すなわち第２のストッパ２８の上側の傾斜面は、第１のストッパ１８の上側の傾斜面に対応し、可動ホルダ４が回転した際に、図１６に示すように、橋絡部２２の第２の可動接点２１ｂと反対側の面が接触するように構成されている。また第２のストッパ２８の下側の傾斜面は、第１のストッパ１８の下側の傾斜面に対応し、第２の固定子１ｂの受電側端子１２ｂの折り曲げ部に接触して配置されている。第２のストッパ２８も、第１のストッパ１８と同様に、可動子２の回転範囲の上限角度を２７０度に規制する。

尚、可動子２の回転範囲が拡がれば、回転範囲に比例してアーク長をより伸長できるため、コンパクトな構造であっても大きなアーク長を稼ぐことができる。よって可動子の回転範囲の上限角度は１８０度以上であることが好ましく、２７０度以上であれば更に好ましい。
以上のように構成された遮断部１０を備える本発明の実施形態に係る回路遮断器は、可動ホルダ４の回転により、電源側の回路と負荷側の回路とを接続或いは遮断する。また短絡電流の遮断時に、第１の消弧装置１５によって第１の固定接点１１ａと第１の可動接点２１ａとの間に発生したアークが、また第２の消弧装置２５によって第２の固定接点１１ｂと第２の可動接点２１ｂとの間に発生したアークが、それぞれ素早く消弧される。そして回路遮断器は、短絡電流を限流遮断するように構成されている。

次に、この回路遮断器の動作を図６〜図１８を参照して説明する。図６において、電流通電時においては、可動子２は、開閉機構の閉極動作により投入駆動され、第１の固定接点１１ａ及び第１の可動接点２１ａと、第２の固定接点１１ｂ及び第２の可動接点２１ｂとがそれぞれ接触する。このとき電流は、電源側の受電側端子１２ｂから、第２の固定接点１１ｂ、第２の可動接点２１ｂ、橋絡部２２、第１の可動接点２１ａ、第１の固定接点１１ａ、負荷側端子１２ａの順に流れる。

一方、短絡電流遮断時においては、可動子２の開極動作により、２つの可動接点２１ａ，２１ｂが、２つの固定接点１１ａ，１１ｂから図６中の右下方に回転して離れる。電流遮断過程の直前において、電流経路は、受電側端子１２ｂから、第２の固定接点１１ｂ、第２の可動接点２１ｂ、橋絡部２２、第１の可動接点２１ａ、第１の固定接点１１ａ、負荷側端子１２ａとなる。

図７及び図８は、可動子が閉極時の位置から反時計周りに２０度回転した時点の遮断部１０の内側の状態を示す。尚図８では、橋絡部２２を埋め込んで回転する可動ホルダ４は図示が省略されている。図７に示すように、本体枠３０の左側の空間内では、第１の固定接点１１ａと第１の可動接点２１ａとの間には第１のアークＡ_Ｌが発生する。また図８に示すように、本体枠３０の右側の空間内では、第２の固定接点１１ｂと第２の可動接点２１ｂとの間には第２のアークＡ_Ｒが発生する。そして、可動子の開極動作が更に進むと、第１のアークＡ_Ｌ及び第２のアークＡ_Ｒが更に伸長する。

次に図９及び図１０に、可動子２が閉極位置から反時計周りに４５度回転した時点の遮断部１０の内側の状態を示す。図９中に鉛直状態の橋絡部２２で示すように、２つの可動接点２１ａ，２１ｂが、本体枠３０の左側及び右側の空間内において最も低い位置に到達する。可動子２が、図７の状態から図９の状態に至るまで回転する間に、第１のアークＡ_Ｌは可動ホルダ４の側面に近接する。第１のアークＡ_Ｌが近接した可動ホルダ４の表面の樹脂が第１のアークＡ_Ｌの熱に加熱され、可動ホルダ４の側面からアブレーションガスが、図９中の矢印で示す向きに発生する。発生したアブレーションガスは第１のアークＡ_Ｌ側に向かって噴出して第１のアークＡ_Ｌを冷却するとともに、ガス圧により第１の消弧室１４の最下段のグリッド側へ押し下げるように駆動させる。アブレーションガスの冷却作用とガス圧の作用により、第１のアークＡ_Ｌは伸長する。またガス圧により第１のアークＡ_Ｌの第１の固定接点１１ａ側の端部が駆動し、第１のアークランナー１９の上端部に転流する。
一方、図１０に示す第２のアークＡ_Ｒは第１のアークＡ_Ｌと対称的に、可動ホルダ４から噴出したアブレーションガスの冷却作用とガス圧の作用により伸長する。また第１のアークＡ_Ｌと同様に、第２のアークＡ_Ｒの第２の固定接点１１ｂ側の端部が第２のアークランナー２９の上端部に転流する。

次に、図１１及び図１２に、可動子が閉極時の位置から反時計周りに９０度回転した時点の遮断部１０の内側の状態を示す。図１１中の第１の可動接点２１ａの位置で示すように、２つの可動接点２１ａ，２１ｂが本体枠３０の左側及び右側の空間内で、上下方向の幅における下から約１／４弱程度の高さにそれぞれ到達する。可動子２が、図９の状態から図１１の状態に至るまで回転する間の、第１のアークＡ_Ｌの可動ホルダ４の側面への近接により、可動ホルダ４の側面からアブレーションガスが図１１中の矢印で示す向きに発生する。

発生したアブレーションガスは第１のアークＡ_Ｌ側に向かって噴出し、第１のアークＡ_Ｌを更に冷却する。またアブレーションガスは、第１のアークＡ_Ｌをガス圧により、第１の消弧室１４の上下方向に設けられた複数枚のグリッドのうち下側のグリッド側へ更に押し出して伸長する。すなわち、第１のアークＡ_Ｌの第１の固定接点１１ａ側の端部は第１のアークランナー１９の下端部に向かって駆動し、第１のアークＡ_Ｌの中央部は最下段のグリッドに向かって駆動する。また第１のアークＡ_Ｌの第１の可動接点２１ａ側の端部は最下段のグリッドを含む下側のグリッド側へ駆動する。そのため第１のアークＡ_Ｌが第１の消弧室の最下段のグリッドに転流し、図１１に示すように、第１の後下側のアークＡ_Ｌ１と、第１の前側のアークＡ_Ｌ２とに分断される。第１の後下側のアークＡ_Ｌ１は、第１のアークランナー１９の下端部と最下段のグリッドの後端面との間に位置する。また第１の前側のアークＡ_Ｌ２は、最下段のグリッドの上面と第１の可動接点２１ａとの間に位置する。

一方、図１０に示す第２のアークＡ_Ｒは、第１のアークＡ_Ｌと対称的に、可動ホルダ４から噴出したアブレーションガスの冷却作用とガス圧の作用により更に伸長する。また第１のアークＡ_Ｌと同様に、第２のアークＡ_Ｒの第２の固定接点１１ｂ側の端部は第２のアークランナー２９の下端部に向かって駆動し、第２のアークＡ_Ｒの中央部は第２の消弧室１４の最下段のグリッドに向かって駆動する。また第２のアークＡ_Ｒの第２の可動接点２１ｂ側の端部は最下段のグリッドを含む下側のグリッド側へ駆動する。

そのため第２のアークＡ_Ｒが第２の消弧室の最下段のグリッドに転流し、図１２に示すように、第２の後下側のアークＡ_Ｒ１と、第２の前側のアークＡ_Ｒ２とに分断される。第２の後下側のアークＡ_Ｒ１は、第２のアークランナー２９の下端部と最下段のグリッドの後端面との間に位置する。また第２の前側のアークＡ_Ｒ２は、最下段のグリッドの上面と第２の可動接点２１ｂとの間に位置する。

次に、図１３及び図１４に、可動子２が閉極時の位置から反時計周りに１８０度回転した時点の遮断部１０の内側の状態を示す。図１３中の第１の可動接点２１ａの位置で示すように、２つの可動接点２１ａ，２１ｂが本体枠３０の左側及び右側の空間内で、上下方向の幅における下から約１／４弱程度の高さに到達する。可動子２が、図１１の状態から図１３の状態に至るまで回転する間の、第１の前側のアークＡ_Ｌ２の可動ホルダ４の側面への近接により、可動ホルダ４の側面からアブレーションガスが図１３中の矢印で示すように発生する。

発生したアブレーションガスは可動ホルダ４から第１の前側のアークＡ_Ｌ２側に向かって噴出し、第１の前側のアークＡ_Ｌ２を更に冷却するとともに、ガス圧により第１の前側のアークＡ_Ｌ２を前側へ押し出して伸長させる。すなわち第１の前側のアークＡ_Ｌ２の第１の可動接点２１ａと反対側の端部は、最下段のグリッドの上面上を前方に駆動する。第１の後下側のアークＡ_Ｌ１は、第１のアークランナー１９の下端部と最下段のグリッドの後端面との間に位置する。

一方、図１４に示す第２の前側のアークＡ_Ｒ２は、第１の前側のアークＡ_Ｌ２と対称的に、可動ホルダ４から噴出したアブレーションガスの冷却作用とガス圧の作用により更に伸長する。またアブレーションガスのガス圧の作用により、第２の前側のアークＡ_Ｒ２の第２の可動接点２１ｂと反対側の端部は、最下段のグリッドの上面上を前方に駆動するとともに、第２の前側のアークＡ_Ｒ２は前側に押し出されて伸長する。第２の後下側のアークＡ_Ｒ１は、第２のアークランナー２９の下端部と最下段のグリッドの後端面との間に位置する。

次に、図１５及び図１６に、可動子２が閉極時の位置から反時計周りに２７０度回転した時点の遮断部１０の内側の状態を示す。図１５中の第１の可動接点２１ａの位置で示すように、２つの可動接点２１ａ，２１ｂが、回転終了位置に到達する。可動子２が、図１３の状態から図１５の状態に至るまで回転する間の、第１の前側のアークＡ_Ｌ２の可動ホルダ４の側面への近接により、可動ホルダ４の側面からアブレーションガスが図１５中の矢印で示すように発生する。

発生したアブレーションガスは第１の前側のアークＡ_Ｌ２側に向かって噴出し、第１の前側のアークＡ_Ｌ２を更に冷却する。またアブレーションガスは、第１の前側のアークＡ_Ｌ２の第１の可動接点２１ａ側の端部を、ガス圧により第１の消弧室１４の上下方向に設けられた複数枚のグリッドのうち上側のグリッド側へ更に押し出して伸長する。
すなわち第１の前側のアークＡ_Ｌ２の第１の可動接点２１ａと反対側の端部は、最下段のグリッドの上面上を更に前方に駆動して前端部に至る。最下段のグリッドの前端部と第１の可動接点２１ａとの間の第１の前側のアークＡ_Ｌ２は、可動ホルダ４の側面上の左側で伸長される。第１の後下側のアークＡ_Ｌ１は、第１のアークランナー１９の下端部と最下段のグリッドの後端面との間に位置する。

一方、図１６に示す第２の前側のアークＡ_Ｒ２は、第１の前側のアークＡ_Ｌ２と対称的に、可動ホルダ４から噴出したアブレーションガスの冷却作用とガス圧の作用により更に伸長する。またアブレーションガスのガス圧の作用により、第２の前側のアークＡ_Ｒ２の第２の可動接点２１ｂと反対側の端部は、最下段のグリッドの上面上を更に前方に駆動して前端部に至り、第２の前側のアークＡ_Ｒ２は、可動ホルダ４の側面上の右側で伸長される。第２の後下側のアークＡ_Ｒ１は、第２のアークランナー２９の下端部と最下段のグリッドの後端面との間に位置する。

次に、図１７及び図１８に、可動子が閉極時の位置から反時計周りに２７０度回転した後、更に時間が経過した時点の遮断部１０の内側の状態を示す。アブレーションガスは、図１７中の矢印で示すように、可動ホルダ４の側面上の第１の可動接点２１ａ寄り位置からも噴出し、対向する第１の前側のアークＡ_Ｌ２を更に上方に駆動する。そのため第１の前側のアークＡ_Ｌ２が第１の消弧室の最上段のグリッドに転流し、図１７に示すように、第１の後上側のアークＡ_Ｌ４と第１の前側のアークＡ_Ｌ３とに分断される。
第１の後上側のアークＡ_Ｌ４は、最上段のグリッドの下面と第１の可動接点２１ａとの間に位置する。また第１の前側のアークＡ_Ｌ２は、最下段のグリッドの上面と最上段のグリッドの下面との間に位置する。また第１の後下側のアークＡ_Ｌ１は、第１のアークランナー１９の下端部と最下段のグリッドの後端面との間に位置する。

一方、第２の消弧室２４内の第２の前側のアークＡ_Ｒ２は、第１の前側のアークＡ_Ｌ２と対称的に伸長する。可動ホルダ４から噴出したアブレーションガスのガス圧の作用により、第２の前側のアークＡ_Ｒ２は、第２の消弧室の最上段のグリッドに転流し、図１８に示すように、第２の後上側のアークＡ_Ｒ４と第２の前側のアークＡ_Ｒ３とに分断される。第２の後上側のアークＡ_Ｒ４は、最上段のグリッドの下面と第２の可動接点２１ｂとの間に位置する。また第２の前側のアークＡ_Ｒ２は、最下段のグリッドの上面と最上段のグリッドの下面との間に位置する。また第２の後下側のアークＡ_Ｒ１は、第２のアークランナー２９の下端部と最下段のグリッドの後端面との間に位置する。

図７〜図１８に示すように、２つの消弧室１４，２４内でそれぞれ発生した２つのアークＡ_Ｌ，Ａ_Ｒは、可動子２の回転に伴い伸長するとともに、最終的に３つに分断されることによりアーク電圧が高められ消弧される。
上記したように、本発明の実施形態に係る回路遮断器によれば、可動ホルダ４の側面から可動子２を２つの可動接点２１ａ,２１ｂ側の端部のみ露出させた上で、２つの可動接点２１ａ,２１ｂを２つの固定接点１１ａ,１１ｂから回転して離間し、２つのアークＡ_Ｌ,Ａ_Ｒを伸長させる。２つのアークＡ_Ｌ,Ａ_Ｒは、可動ホルダ４から噴出するアブレーションガスの冷却作用及びガス圧作用により、消弧装置１５,２５側へ駆動するように制御される。また２つのアークＡ_Ｌ,Ａ_Ｒは、それぞれの固定接点１１ａ，１１ｂ側の端部が２つのアークランナー１９，２９へ転流した後、更に最下段のグリッドへ転流し、２つの可動接点２１ａ,２１ｂ側へ追随するように駆動制御される。２つのアークＡ_Ｌ,Ａ_Ｒの伸長の制御により、可動子２の可動ホルダ４の側面上に保持される部分を長くすることなく、開極距離を確保する。よって回路遮断器をコンパクトに構成してもアーク電圧を効果的に高め、高電圧の短絡電流を遮断することができる。

また本発明の実施形態に係る回路遮断器によれば、２つの可動接点２１ａ,２１ｂは、２つの固定接点１１ａ,１１ｂとの接触位置から正円の軌跡を描くように回転して離間する。ここで可動子２の回転範囲が１８０度に至るまでの間、２つの可動接点２１ａ,２１ｂと２つの固定接点１１ａ,１１ｂとの空間距離及び沿面距離はいずれも増加し、空間距離は１８０度で最大となる。ところが可動子２が１８０度を超えて回転すると、沿面距離は増加を続けるが、空間距離は減少に転じる。本発明の実施形態においては可動子２が２７０度回転するので、２つの可動接点２１ａ,２１ｂと２つの固定接点１１ａ,１１ｂとの沿面距離は拡大する一方で空間距離は一定の長さ以上に拡大しない。よって空間距離に対して沿面距離を効率的に獲得することが可能となる。

また本発明の実施形態に係る回路遮断器によれば、可動子２の端部が隔壁３１を挟んで２つの先端２２ａ，２２ｂに分岐されるとともに、隔壁３１を挟んで隣接する２つの消弧室１４，２４に臨むように配置され、２つのアークＡ_Ｌ，Ａ_Ｒをそれぞれ別個に消弧する。すなわち本体枠３０の隔壁３１の左右の空間をそれぞれ有効に活用し、コンパクトにいわゆる２点切りを行う構成とされる。そのため、複数点で直列にアークを発生させるとともに、それぞれアークを分断することが可能となり、回路遮断器を大型化することなく大きなアーク電圧を発生させることができる。

またアブレーションガスのガス圧を用いてアークを駆動させるので、自己駆動力が弱い小電流領域のアークであっても転流させて遮断し、接点の消耗を抑えることが可能となる。またガス圧を用いてアークを駆動させるので、アーク電流の向きに関わらず短絡電流を遮断でき、交流電流は勿論直流電流の遮断も可能となる。またアブレーションガスのガス圧を用いてアークを駆動させるので、アークを磁気駆動させるための外部磁場を構成する必要がなく、永久磁石等の磁力源を設ける必要がない。

本発明は上記のとおり開示した実施の形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。
例えば、本発明の実施形態に係る回路遮断器では、２つの固定接点１１ａ，１１ｂと、２つの可動接点２１ａ，２１ｂとの間に生じる２つのアークＡ_Ｌ，Ａ_Ｒを消弧したが、これに限定されるものではなく、１組の固定接点及び可動接点を有する回路遮断器としてもよい。また２点以外の複数点で直列にアークを発生させてもよい。本発明は、可動ホルダの側面上に露出する可動子の領域を抑制するとともに可動子を回転させ、発生するアークを可動ホルダの側面上で伸長するように構成すればよい。
すなわち本発明は、上記に記載していない様々な実施の形態等を含むとともに、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１ａ第１の固定子
１ｂ第２の固定子
２可動子
４可動ホルダ
５軸
１１ａ第１の固定接点
１１ｂ第２の固定接点
１４第１の消弧室
１５第１の消弧装置
１９第１のアークランナー
２１ａ第１の可動接点
２１ｂ第２の可動接点
２２ａ第１の先端
２２ｂ第２の先端
２４第２の消弧室
２５第２の消弧装置
２９第２のアークランナー
Ａ_Ｌ第１のアーク
Ａ_Ｒ第２のアーク

Claims

表面が絶縁物で構成され回転自在に支持された可動ホルダと、
固定接点を有する固定子と、
前記固定接点に接離する可動接点を有し、前記可動ホルダの側面上に前記可動接点が設けられた端部のみが露出するように前記可動ホルダに取り付けられ、前記可動ホルダとともに回転する可動子と、
前記固定子と前記可動子との間に発生するアークを消弧する消弧装置と、
を備える回路遮断器。
前記可動子の回転範囲の上限角度は１８０度以上であることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
前記絶縁物は、加熱によりアブレーションガスを発生させる樹脂を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の回路遮断器。
一方の端部が前記固定接点に近接するとともに、他方の端部が前記消弧装置に近接するアークランナーを更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路遮断器。
前記可動接点は第１の可動接点と第２の可動接点とを含み、
前記露出する可動子の端部は第１の先端と第２の先端とに分岐され、
前記固定子は、前記第１の可動接点に対する第１の固定接点と、前記第２の可動接点に対する第２の固定接点とを有し、
前記第１の先端に前記第１の可動接点が設けられるともに前記第２の先端に前記第２の可動接点が設けられ、
前記消弧装置は、前記第１の可動接点及び前記第１の固定接点から発生するアークを消弧する第１の消弧装置と、前記第２の可動接点及び前記第２の固定接点から発生するアークを消弧する第２の消弧装置と、を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路遮断器。
一方の端部が前記第１の固定接点に近接するとともに、他方の端部が前記第１の消弧装置に近接する第１のアークランナーと、
一方の端部が前記第２の固定接点に近接するとともに、他方の端部が前記第２の消弧装置に近接する第２のアークランナーと、
を更に有することを特徴とする請求項５に記載の回路遮断器。