JP2022137696A - 遮断器 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022137696000001
【課題】閉極動作時において可動接点と固定接点の接触力の低下を抑制することができる遮断器を得ること。
【解決手段】遮断器は、可動子6と、可動子ホルダ7と、可動子ピン受け9とを備える。可動子6は、複数の可動導体60を含む。可動子ホルダ7は、複数の可動導体60を並列に配置した状態で複数の可動導体60の配列方向に延伸する可動子ピン13を介して回転可能に保持する。可動子ピン受け9は、可動子ホルダ7に固定され、可動子ピン13の延伸方向に沿って複数の可動導体60とともに並列に配置される。可動子ピン13は、可動子ホルダ7と可動子ピン受け9とによって保持される。可動子ピン受け9は、複数の可動導体60のうち延伸方向における両端に配置された可動導体60と隣接しない位置に配置される。
【選択図】図3

Description

本開示は、複数の可動導体を並列に配置した状態で回転可能に保持する可動子ホルダを備える遮断器に関する。
従来、短絡回路を閉路する性能が求められる遮断器において、短絡回路を閉路した場合、可動子に取り付けられた可動接点が固定接点に接触した瞬間に可動子に大電流が流れる。大電流が可動子に流れると、可動導体に大きなローレンツ力が発生する。
この種の遮断器では、大電流が流れた可動導体に発生するローレンツ力を低減するために、各相において可動子を構成する複数の可動導体を並列に配置する技術が知られている。例えば、特許文献1には、各相において3つの可動導体を並列に配置した状態で回転可能に可動子ホルダに保持された遮断器が開示されている。
特許文献1に記載の遮断器では、接点間に大電流が流れた際に可動導体に発生したローレンツ力によって可動導体が傾くことを防止するために、可動導体間にスペーサが挿入される。かかるスペーサによって可動導体間の接触が抑制され、ローレンツ力によって生じる摩擦が低減される。
特開昭61-279026号公報
可動子に大電流が流れると、可動子の可動導体に働くローレンツ力は、可動導体の配列方向に加え、可動導体の回転方向にも働く。かかる回転方向に働くローレンツ力により、可動導体を可動子ホルダに回転可能に保持する可動子ピンに、固定接点に近づく方向とは逆向きの反力が発生する。かかる反力により、可動子ピンが固定接点から遠ざかる方向に変形する可能性がある。可動子ピンが固定接点から遠ざかる方向に変形すると、可動接点を固定接点から離れた位置から固定接点に接触させる位置へ遷移させる閉極動作時において可動接点と固定接点との間の接触力が低下し、可動接点と固定接点との間で発弧が生じて導通不良となる可能性がある。
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、閉極動作時において可動接点と固定接点の接触力の低下を抑制することができる遮断器を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の遮断器は、可動子と、可動子ホルダと、可動子ピン受けとを備える。可動子は、複数の可動導体を含む。可動子ホルダは、複数の可動導体を並列に配置した状態で複数の可動導体の配列方向に延伸する可動子ピンを介して回転可能に保持する。可動子ピン受けは、可動子ホルダに固定され、可動子ピンの延伸方向に沿って複数の可動導体とともに並列に配置される。可動子ピンは、可動子ホルダと可動子ピン受けとによって保持される。可動子ピン受けは、複数の可動導体のうち延伸方向における両端に配置された可動導体と隣接しない位置に配置される。
本開示によれば、閉極動作時において可動接点と固定接点の接触力の低下を抑制することができる、という効果を奏する。
実施の形態1にかかる遮断器の開極時における内部の側面図 実施の形態1にかかる遮断器の閉極時における内部の側面図 実施の形態1にかかる遮断器における可動子、可動子ホルダ、および可動子ピン受けが組み立てられた状態を示す斜視図 実施の形態1にかかる遮断器における可動子ホルダの一例を示す正面図 実施の形態1にかかる遮断器における可動子ピン受けの一例を示す斜視図 実施の形態1にかかる遮断器における可動導体の一例を示す側面図 実施の形態1にかかる遮断器の可動接点と固定接点との間に大電流が流れた際に可動導体に働くローレンツ力の向きを示す側面図 実施の形態1にかかる遮断器の可動接点と固定接点との間に大電流が流れた際に可動導体に働くローレンツ力の向きを示す正面図 実施の形態2にかかる可動子ピン受けの突出部の形状の一例を示す斜視図 実施の形態2にかかる可動子ピン受けの突出部の形状の他の例を示す斜視図 実施の形態3にかかる可動子ホルダ、可動子、可動子ピン受け、および可撓性導体が組み立てられた状態の一例を示す正面図
以下に、実施の形態にかかる遮断器を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかる遮断器の開極時における内部の側面図である。図2は、実施の形態1にかかる遮断器の閉極時における内部の側面図である。図1および図2を含む複数の図面では、説明の便宜上、XYZ軸の座標を付している。遮断器の構成の一部のみを図示する場合において、X軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向の各々は、遮断器を組み立てた状態での方向である。以下において、Z軸正方向を上方と記載し、Z軸負方向を下方と記載する場合がある。
図1に示す遮断器1は、低電圧配電線といった電路を開閉する気中遮断器であり、過電流および漏電の少なくとも一方を検出して電路を遮断する。かかる遮断器1は、絶縁部材で形成された筐体2と、筐体2に各々取り付けられた電源側端子3および負荷側端子4と、筐体2の内部において負荷側端子4に一端部が接続された可撓性導体5とを備える。
また、遮断器1は、可撓性導体5の他端部に一端部が接続された可動子6と、筐体2の内部において筐体2に一端部が回転可能に取り付けられた可動子ホルダ7と、可動子ホルダ7の他端部と可動子6の他端部に一端部と他端部とが取り付けられた接圧バネ8と、可動子ホルダ7の中途部に固定される可動子ピン受け9とを備える。
電源側端子3は、筐体2の外部において不図示の電源側導体に接続され、負荷側端子4は、筐体2の外部において不図示の負荷側導体に接続される。電源側端子3には、筐体2の内部において固定接点10が取り付けられ、可動子6の他端部には、可動接点11が取り付けられている。
可撓性導体5は、可撓性を有する導体であり、負荷側端子4と可動子6とを電気的に接続する。図1に示す開極状態の遮断器1では、可動接点11が固定接点10に接触しておらず、遮断器1は電源側端子3と負荷側端子4とが電気的に接続されていない。可動子ホルダ7は、ホルダ軸12を回転中心として回転可能に一端部が筐体2に取り付けられ、可動子ピン13によって回転可能に可動子6が中途部に取り付けられている。
また、遮断器1は、遮断器1の投入アクチュエータとして筐体2の内部に配設される電磁アクチュエータ20と、電磁アクチュエータ20の駆動力を可動子6に伝達して、可動接点11の固定接点10への接触および開離を行う伝達機構30とを備える。また、遮断器1は、伝達機構30と筐体2とに一端部と他端部とが取り付けられた開極バネ39と、閉極状態を維持し且つ閉極状態を解除する引き外し機構40とを備える。
電磁アクチュエータ20は、不図示の駆動回路によって励磁コイル21が通電された場合、シャフト25が上方に移動する。伝達機構30は、電磁アクチュエータ20のシャフト25に連結ピン34によって回転可能に一端部が連結された連結リンク31と、連結リンク31の他端部に回転可能に連結ピン35によって連結されたメインシャフト32と、メインシャフト32の一端部に回転可能に連結されたリンク33とを備える。
メインシャフト32は、筐体2に固定された回転軸36を中心に回転可能に回転軸36に取り付けられる。リンク33は、一端部がメインシャフト32の一端部に回転可能に連結ピン38によって連結され、他端部が連結ピン37によって回転可能に可動子ホルダ7の中途部に取り付けられている。
遮断器1が開極状態にある場合に、電磁アクチュエータ20への通電が行われると、電磁アクチュエータ20のシャフト25が駆動方向である上方へ移動する。シャフト25の上方への移動によって、メインシャフト32が回転軸36を中心に回転し、伝達機構30によって可動子6が前方へ移動していき、図2に示すように、固定接点10と可動接点11とが接触して遮断器1が閉極状態になる。可動接点11が固定接点10に接触することによって、遮断器1において、電源側端子3と負荷側端子4とが電気的に接続される。
遮断器1は、3相電路の開閉を行う遮断器であり、電源側端子3、負荷側端子4、可撓性導体5、可動子6、可動子ホルダ7、可動子ピン受け9、およびリンク33などを相毎に有しており、メインシャフト32が回転することで電路の開閉を行う。
図3は、実施の形態1にかかる遮断器における可動子、可動子ホルダ、および可動子ピン受けが組み立てられた状態を示す斜視図である。図4は、実施の形態1にかかる遮断器における可動子ホルダの一例を示す正面図である。図5は、実施の形態1にかかる遮断器における可動子ピン受けの一例を示す斜視図である。図6は、実施の形態1にかかる遮断器における可動導体の一例を示す側面図である。
図3に示すように、可動子6は、5つの可動導体60を有する。可動子ホルダ7は、5つの可動導体60を並列に配置した状態で複数の可動導体60の配列方向に延伸する可動子ピン13を介して回転可能に保持する。なお、可動導体60の数は、5つに限定されず、4つ以上であればよい。
図4に示すように、可動子ホルダ7には、複数の接圧バネ8の端部が取り付けられるバネ取付穴7aと、複数の可動子ピン受け9の端部が取り付けられる複数のピン受け取付穴7bと、可動子ピン13の一端部と他端部とが取り付けられる複数のピン取付孔7cとが形成される。
各可動子ピン受け9は、互いに異なるピン受け取付穴7bに取り付けられて、可動子ホルダ7に固定されている。そのため、各可動子ピン受け9は、可動子ホルダ7に取り付けられている状態において、回転しない。かかる可動子ピン受け9には、図5に示すように、可動子ピン13が挿通される貫通孔9aが形成されている。
可動子ピン13は、可動子ホルダ7と2つの可動子ピン受け9とにより保持される。具体的には、図3に示すように、可動子ピン13の一端部と他端部とが互いに異なるピン取付孔7cに取り付けられることによって、可動子ピン13の一端部と他端部とが可動子ホルダ7によって保持される。
また、図3に示すように、各可動子ピン受け9に形成されている貫通孔9aに可動子ピン13の中途部が挿通されることによって、可動子ピン13の中途部が2つの可動子ピン受け9によって保持される。なお、可動子ピン受け9の数は、1つであってもよく、3つ以上であってもよい。
図6に示すように、各可動導体60には、貫通孔60aが形成されており、かかる貫通孔60aに可動子ピン13が挿通されることで、図3に示すように、可動子ピン13を回転軸として回転可能に可動子ピン13に保持される。
図3および図6に示すように、各可動導体60には、可動接点11aが取り付けられている。複数の可動導体60の可動接点11aによって図1および図2に示す可動接点11が構成される。
図7は、実施の形態1にかかる遮断器の可動接点と固定接点との間に大電流が流れた際に可動導体に働くローレンツ力の向きを示す側面図である。図7に示すように、可動導体60に取り付けられた可動接点11aが固定接点10に接触し、短絡回路が閉路されて大電流が流れると、複数の可動導体60には、可動子ピン13の円周方向の固定接点10に向かうローレンツ力が働く。
接圧バネ8による押しつけ力と合わせて、上述したローレンツ力が働くことにより、可動接点11aの固定接点10に対する接触力は増大する。この際、可動子ピン13には固定接点10とは逆向きの反力が発生し、かかる反力により、可動子ピン13が固定接点10から遠ざかる方向に変形する可能性がある。可動子ピン13が固定接点10から遠ざかる方向に変形すると、接圧バネ8の押しつけ力が低下し、可動接点11aと固定接点10との間の接触力が低下する。そのため、可動接点11aと固定接点10との間で発弧が生じて導通不良となる可能性がある。
実施の形態1による遮断器1では、図3に示すように、可動子ピン13は、可動子ホルダ7と複数の可動導体60とともに並列に配置される可動子ピン受け9により保持される。そのため、遮断器1では、上述した反力が発生した場合であっても、可動子ピン受け9によって可動子ピン13の中途部が保持されているため、可動子ピン13の変形を抑制することができ、これにより、可動接点11aと固定接点10の接触力の低下を抑制することができる。
また、遮断器1では、可動子ピン13の中途部を支持する可動子ピン受け9が設けられていることから、可動子ピン13を支持する点数が増える。そのため、可動子ホルダ7が可動子ピン13を支持する部分に発生する応力を低減することができる。
図8は、実施の形態1にかかる遮断器の可動接点と固定接点との間に大電流が流れた際に可動導体に働くローレンツ力の向きを示す正面図である。図8に示すように、複数の可動導体60には、複数の可動導体60のうち可動子ピン13の延伸方向の中央の可動導体60に向かうローレンツ力が働く。
かかるローレンツ力は、複数の可動導体60の各々を隣接する部材に押し付ける力として作用する。各可動導体60と隣接する部材は、可動子ホルダ7、可動子ピン受け9、または可動導体60であり、以下において、単に隣接する部材と記載する場合がある。また、以下において、複数の可動導体60のうち可動子ピン13の延伸方向の中央の可動導体60を単に中央の可動導体60と記載し、複数の可動導体60のうち可動子ピン13の延伸方向の端の可動導体60を単に端の可動導体60と記載する場合がある。
可動導体60を隣接する部材に押しつける力は、垂直抗力となり、可動導体60と隣接する部材との間に摩擦トルクを発生させる。そのため、可動接点11aの固定接点10に対する接触力が低下する。
また、図8に示す可動子ピン13の円周方向の固定接点10に向かうローレンツ力は、中央の可動導体60ほど大きく、端の可動導体60ほど小さくなる。すなわち、可動接点11aの固定接点10に対する接触力は、複数の可動導体60のうち可動子ピン13の延伸方向の中央の可動導体60ほど大きく、端の可動導体60ほど小さくなる。そのため、上述した摩擦トルクが発生すると、端の可動導体60の可動接点11aほど、発弧しやすくなる。
さらに、図8における左右方向に働くローレンツ力は、中央の可動導体60ほど小さく、端の可動導体60ほど大きくなる。したがって、可動導体60に発生する摩擦トルクは中央の可動導体60ほど小さく、端の可動導体60ほど大きくなるため、端の可動導体60の可動接点11aほど、発弧しやすくなる。
そこで、実施の形態1による遮断器1では、図8に示すように、複数の可動導体60とともに並列に配置される可動子ピン受け9は、複数の可動導体60のうち端の可動導体60と隣接しない位置に配置される。図8に示す例では、可動子ピン受け9は、複数の可動導体60のうち端の可動導体60以外の可動導体60と隣接する位置に配置され、端の可動導体60は、可動導体60と可動子ホルダ7との間に配置される。
そのため、複数の可動導体60のうち両端の可動導体60に押しつけ力が働いた場合、可動子ピン13の延伸方向において端の可動導体60の一方の面は隣接する可動子ホルダ7と接触し、他方の面は隣接する可動導体60と接触する場合がある。
可動導体60の可動子ホルダ7と接触面には摩擦トルクが発生するものの、運動方向が同一の可動導体60との接触面に発生する摩擦トルクは、お互いにキャンセルされるため、可動導体60に代えて可動子ピン受け9が隣接する場合に比べ、可動接点11aの固定接点10に対する接触力の低下を抑制することができる。
また、可動子ピン受け9と隣接する可動導体60では、可動子ピン受け9との接触によって可動接点11aの固定接点10に対する接触力は低下するものの、両端の可動導体60と比べ、可動接点11aの固定接点10に対する接触力が大きいため、必要な接触力を維持することができる。
以上のように、実施の形態1にかかる遮断器1は、可動子6と、可動子ホルダ7と、可動子ピン受け9とを備える。可動子6は、複数の可動導体60を含む。可動子ホルダ7は、複数の可動導体60を並列に配置した状態で複数の可動導体60の配列方向に延伸する可動子ピン13を介して回転可能に保持する。可動子ピン受け9は、可動子ホルダ7に固定され、可動子ピン13の延伸方向に沿って複数の可動導体60とともに並列に配置される。可動子ピン13は、可動子ホルダ7と可動子ピン受け9により保持される。可動子ピン受け9は、複数の可動導体60のうち延伸方向における両端に配置された可動導体60と隣接しない位置に配置される。これにより、遮断器1は、閉極動作時において可動接点11と固定接点10の接触力の低下を抑制することができる。
実施の形態2.
実施の形態2にかかる遮断器は、可動子ピン受けに突出部が形成される点で、実施の形態1にかかる遮断器と異なる。以下においては、実施の形態1と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態1の遮断器と異なる点を中心に説明する。
図9は、実施の形態2にかかる可動子ピン受けの突出部の形状の一例を示す斜視図である。図10は、実施の形態2にかかる可動子ピン受けの突出部の形状の他の例を示す斜視図である。なお、実施の形態2にかかる遮断器は、可動子ピン受けの形状が異なる点以外は、実施の形態1の遮断器1と同じである。
図9および図10に示すように、実施の形態2にかかる可動子ピン受け9Aは、可動子ピン13の延伸方向の少なくとも一方の面に突出部9bを有し、かかる突出部9bが、可動子ピン13が挿通される貫通孔9aの周囲に配置される点で、実施の形態1にかかる可動子ピン受け9と異なる。貫通孔9aの周囲に配置される突出部9bは、可動子ピン受け9Aが可動子ピン13を保持している状態で、可動子ピン13の周囲に配置される。
図9に示す例では、突出部9bは、円柱状に形成され、貫通孔9aの周囲に貫通孔9aを中心とする貫通孔9aの円周方向に沿って間隔を空けて複数配置されている。また、図10に示す例では、突出部9bは、貫通孔9aの周囲に貫通孔9aを中心とする貫通孔9aの円周方向に円環状に形成されている。このように、突出部9bは、貫通孔9aの周囲であって貫通孔9aの円周方向に形成される。
複数の可動導体60に図7および図8に示すローレンツ力が働くと、可動子ピン受け9と隣接する可動導体60は、可動子ピン受け9の突出部9bと接触する場合がある。可動導体60の回転中心である可動子ピン13の近くで突出部9bに接触することで、突出部9bが無い場合と比べ、可動導体60に発生する摩擦トルクがさらに小さくなり、可動子ピン受け9と隣接する可動導体60において、可動接点11aと固定接点10の接触力の低下を抑制することができる。
なお、図9および図10に示す突出部9bの形状および個数は一例であり、可動子ピン13の周囲に配置されればよく、突出部9bの形状、高さ、個数は限定されない。
以上のように、実施の形態2にかかる遮断器では、可動子ピン受け9Aは、可動子ピン13の延伸方向に突出する突出部9bを備え、かかる突出部9bは、可動子ピン13の周囲に配置される。これにより、実施の形態2にかかる遮断器は、上記実施の形態1と同様の効果に加え、可動子ピン受け9と隣接する可動導体60において、可動接点11aと固定接点10の接触力の低下を抑制することができる。
実施の形態3.
実施の形態3にかかる遮断器の可動子ホルダは、端の可動導体と対向する対向面のうち可動子ピンを保持する保持部周囲の領域から離れた領域が保持部周囲の領域に対して凹んでいる点で、実施の形態1,2にかかる遮断器の可動子ホルダ7と異なる。以下においては、実施の形態1と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態1の遮断器と異なる点を中心に説明する。
図11は、実施の形態3にかかる可動子ホルダ、可動子、可動子ピン受け、および可撓性導体が組み立てられた状態の一例を示す正面図である。なお、実施の形態3にかかる遮断器1の全体的な構成は、実施の形態1による遮断器1と同じである。なお、実施の形態3にかかる遮断器は、可動子ピン受け9に代えて可動子ピン受け9Aを有する構成であってもよい。
図11に示すように、実施の形態3にかかる可動子ホルダ7Bは、端の可動導体60と対向する対向面7eのうち可動子ピンを保持する保持部7d周囲の領域から離れた領域が保持部7d周囲の領域に対して凹んでいる点で、実施の形態1にかかる遮断器1と異なる。
図11に示す例では、可動子ホルダ7Bの一対の側壁部70の各々が互いに異なる端の可動導体60と対向する対向面7eを有しており、かかる対向面7eは、可動子ピン13を保持する保持部7dの周辺から離れた領域は、保持部7dの周囲の領域に対して凹んでいる。保持部7dは、側壁部70のうちピン受け取付穴7bを形成する部分である。
側壁部70は、側壁部70を保持部7dの周辺で肉厚化され、側壁部70のうち保持部7dから遠い端部領域7fでは、保持部7dの周囲の領域に比べて、薄肉化されている。このように、側壁部70が端部領域7fで薄肉化されることで、対向面7eは、端部領域7fが保持部7dの周囲の領域に対して凹んで形成される。
複数の可動導体60に図7および図8に示すローレンツ力が働くと、可動子ホルダ7Bと隣接する端の可動導体60は、可動子ピン13の延伸方向に傾く場合がある。この場合、端の可動導体60における可動子ピン13の周辺部分が可動子ホルダ7Bの対向面7eのうち保持部7d周囲の領域と接触するが、端の可動導体60における可動子ピン13から遠い部分は、可動子ホルダ7Bの対向面7eのうち端部領域7fの領域とは接触しない。
端の可動導体60が、端の可動導体60の回転中心である可動子ピン13の周辺で接触することで、可動子ホルダ7Bの端部領域7fと接触する場合と比べ、可動導体60に発生する摩擦トルクがさらに小さくなり、可動子ホルダ7Bと隣接する両端の可動導体60において、可動接点11aと固定接点10の接触力の低下を抑制することができる。
以上のように、実施の形態3にかかる遮断器の可動子ホルダ7Bは、複数の可動導体60のうち延伸方向における端に配置された可動導体60と対向する対向面7eを有する。対向面7eは、可動子ピン13を保持する保持部7dの周囲の領域から離れた領域である端部領域7fが、保持部7dの周囲の領域に対して凹んでいる。これにより、実施の形態3にかかる遮断器では、上記実施の形態2と同様の効果に加え、可動子ホルダ7Bと隣接する両端の可動導体60において、可動接点11aと固定接点10の接触力の低下を抑制することができる。
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1 遮断器、2 筐体、3 電源側端子、4 負荷側端子、5 可撓性導体、6 可動子、7,7B 可動子ホルダ、7a バネ取付穴、7b ピン受け取付穴、7c ピン取付孔、7d 保持部、7e 対向面、7f 端部領域、8 接圧バネ、9,9A 可動子ピン受け、9a,60a 貫通孔、9b 突出部、10 固定接点、11,11a 可動接点、12 ホルダ軸、13 可動子ピン、20 電磁アクチュエータ、21 励磁コイル、25 シャフト、30 伝達機構、31 連結リンク、32 メインシャフト、33 リンク、34,35,37,38 連結ピン、36 回転軸、39 開極バネ、40 引き外し機構、60 可動導体、70 側壁部。

Claims (3)

  1. 複数の可動導体を含む可動子と、
    前記複数の可動導体を並列に配置した状態で前記複数の可動導体の配列方向に延伸する可動子ピンを介して回転可能に保持する可動子ホルダと、
    前記可動子ホルダに固定され、前記可動子ピンの延伸方向に沿って前記複数の可動導体とともに並列に配置される可動子ピン受けと、を備え、
    前記可動子ピンは、
    前記可動子ホルダと前記可動子ピン受けとによって保持され、
    前記可動子ピン受けは、
    前記複数の可動導体のうち前記延伸方向における両端に配置された可動導体と隣接しない位置に配置される
    ことを特徴とする遮断器。
  2. 前記可動子ピン受けは、
    前記延伸方向に突出する突出部を備え、
    前記突出部は、
    前記可動子ピンの周囲に配置される
    ことを特徴とする請求項1に記載の遮断器。
  3. 前記可動子ホルダは、
    前記複数の可動導体のうち前記延伸方向における端に配置された可動導体と対向する対向面を有し、
    前記対向面は、
    前記可動子ピンを保持する保持部の周囲の領域から離れた領域が、前記保持部の周囲の領域に対して凹んでいる
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の遮断器。
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