JP2023009517A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】消弧装置の収納空間を抑制することができ、小型化が可能な回路遮断器を提供すること。【解決手段】固定接点２１を備えた固定接触子２と、可動接点３１を備え、その動作により接点の開閉が可能な可動接触子３と、貫通する孔である中空部を有し、前記中空部の一方の開口から流入した気体が前記中空部を通過して他方の開口から流出するように可動接触子に設けられる電極カバー４とを備え、可動接触子４３が接点を開く動作によって、前記中空部を気体が吹き抜けることが可能な回路遮断器とする。【選択図】図５

Description

本発明は、回路遮断器に関するものである。

通電状態の回路遮断器において、ハンドルの開閉操作や過電流などにより可動接点と固定接点が開放されると、接点間の電位差によってその間に存在する気体が絶縁破壊されて電流が流れ、アークが発生する。このアークは火災の原因となり得るため、できるだけ速やかに消弧させることが望ましい。特に直流電流の場合は、交流電流のように電圧や電流がゼロになって自然にアークが消弧されることがないので、何らかの消弧手段を設けることが求められる。このため、従来、アークを速やかに消弧させるために回路遮断器内に消弧装置や磁石を設けることが知られている。

特許文献１には、複数の消弧板を備えた消弧装置と、アークを消弧装置側に引き寄せる金属磁性体が設けられた配線用遮断器が記載されている。また、特許文献２には、ケースで保護された永久磁石を配置し、磁力によりアークを湾曲させて消弧させる直流開閉器が記載されている。

特開２０１６－２０１１７１号公報 特開２０１３－２３５７４８号公報

これら従来の消弧装置や磁石を用いる消弧方法は、アークの距離を延ばすことにより抵抗値を増大させ電流を通りにくくして消弧するものである。このようにアークの距離を延ばすという観点からの消弧方法では、消弧装置を配置するためのスペースが必要になったり、熱による磁力低下を防ぐための磁石の被覆構造が複雑になったりする問題があった。

本件の発明者は、この点について鋭意検討することにより、解決を試みた。本発明が解決しようとする課題は、消弧装置の収納空間を抑制して小型化することができる回路遮断器を提供することである。

上記課題を解決するため、固定接点を備えた固定接触子と、可動接点を備え、その動作により接点の開閉が可能な可動接触子と、貫通する孔である中空部を有し、前記中空部の一方の開口から流入した気体が前記中空部を通過して他方の開口から流出するように可動接触子に設けられる電極カバーとを備え、可動接触子が接点を開く動作によって、前記中空部を気体が吹き抜けることが可能な回路遮断器とする。

また、前記中空部の他方の開口が固定接点に対向する位置にあり、他方の開口の面積が一方の開口の面積より小さい構成とすることが好ましい。

また、接点が閉じた状態において、前記電極カバーが固定接点の少なくとも一部を覆うことが可能である構成とすることが好ましい。

また、前記電極カバーは、アーク熱によって熱せられることにより消弧性ガスを発生させることが可能である構成とすることが好ましい。

また、接点を開閉させる可動接触子の動作が回動動作であって、可動接触子に設けられた前記電極カバーは、前記中空部を形成する内壁の少なくとも一部が可動接触子に対して傾斜しており、前記傾斜の角度が可動接触子の回動軸に近い側と遠い側とで異なる構成とすることが好ましい。

本発明では、消弧装置の収納空間を抑制して小型化することができる回路遮断器を提供することが可能となる。

実施形態の回路遮断器において接点が閉じた状態を表す断面図である。 実施形態の回路遮断器において接点が開いた状態を表す断面図である。 実施形態の可動接触子及び電極カバーの斜視図である。 実施形態の電極カバーを可動接触子に取り付けた状態を表す図である。 実施形態の可動接触子が固定接触子から離れる動作をするときの電極カバー周辺の空気の流れを表した図である。ただし、電極カバーは破線で表している。 実施形態の電極カバーが、接点閉極時において固定接点の少なくとも一部を覆う状態を表した図である。ただし、電極カバーは破線で表している。 可動接触子が回動する回路遮断器に、可動接触子の回動軸に近い側と遠い側とで傾斜角度を異ならせた電極カバーを設けた例において、接点が開くときの空気の流れを表した図である。ただし、電極カバーは破線で表している。 図７に示す実施形態における可動接触子及び分割可能な電極カバーの斜視図である。 図１乃至図８に示す例とは別の実施形態において、固定接点に向かって末広がりの構造となるように可動接触子に設けられた電極カバー周りを拡大した図である。 図９に示す実施形態において、接点が開くときの空気の流れを表した図である。ただし、電極カバーは破線で表している。

以下に発明を実施するための形態を示す。図１乃至図３に示されていることから理解されるように、本実施形態の回路遮断器１は、固定接点２１を備えた固定接触子２と、可動接点３１を備えた可動接触子３とを備え、可動接触子３の動作によって接点を開閉させることが可能である。可動接触子３には電極カバー４が設けられており、実施形態の電極カバー４は貫通する孔である中空部４２を有している。この「貫通する孔」とは、孔の一方の開口から流入した気体が孔を通過して他方の開口から流出することが可能な孔を指す。図４に示されていることから理解されるように、実施形態の電極カバー４は、中空部４２の開口の少なくとも一部は閉塞されない状態で可動接触子３に取り付けられている。したがって、図５に示されていることから理解されるように、接点を開くために可動接触子３が固定接点２１から離れる動作をすることに伴い、中空部４２を空気が吹き抜けて、固定接点２１側に向かう空気の流れＦiを発生させることができる。

ところで、接点を開くと接点間にアークＡが発生するが、中空部４２を吹き抜けた空気の流れＦiは、アークＡに対してその太さを細くする向きで当たるので、アークＡの断面積を小さくすることができる。なお、本明細書においてアークＡの断面積とは、アークＡの延びる方向に垂直な断面の面積のことを指す。アークＡの断面積が小さくなることによって抵抗値が大きくなり、電流が流れにくくなってアークＡを消弧させることができる。このように、従来の消弧装置に代わり電極カバー４の作用によってアークＡを消弧させることができるので、消弧装置の収納空間を抑制することができ、小型化が可能な回路遮断器を提供することが可能となる。

次に、電極カバー４について詳細に説明する。図１乃至図５に示す実施形態の電極カバー４は筒状の構造であり、側壁部４１の内側に中空部４２が形成されている。この例では、中空部４２の開口は、電極カバー４の先端側と基端側とに設けられている。図３及び図４に示されていることから理解されるように、この実施形態の電極カバー４は、基端側開口部４２１が可動接触子３に対向し、先端側開口部４２２が固定接点２１に対向する向きで、可動接点３１が中空部４２に収まる位置で可動接触子３に取り付けられている。このとき、基端側開口部４２１及び先端側開口部４２２は可動接触子３に取り付けられた状態において開口が閉塞されない程度の大きさで形成されているため、可動接点３１の周囲において、中空部４２が貫通して空気が吹き抜けることが可能な構造となっている。

図５に示されていることから理解されるように、接点を開くために可動接触子３が固定接点２１から離れる方向に動くと、可動接点３１と固定接点２１との間にアークＡが発生する。この実施形態では、このときに電極カバー４の内側を通る空気の流れＦｉは可動接点３１側から固定接点２１側へ向かう。このように、アークＡの周囲に、アークＡの断面積が広がることを抑制する空気の流れが形成されることによって、アークＡに電流が流れにくくなりアークＡを消弧させることが可能となる。

また、この実施形態では、先端側開口部４２２の面積が基端側開口部４２１の面積より小さく形成されていて、中空部４２の断面積が空気の流れる方向に向かって小さくなっていく先細りの形状となっている。このような構成とすると、中空部４２を吹き抜ける空気の流れＦｉが、側壁部４１の内壁の傾斜にガイドされてアークＡに吹き付けるような向きになり、アークＡの断面積をさらに小さくすることができる。また、空気の入口側より出口側が細くなることにより、空気の流れＦｉの速度がより速くなる。空気の流れＦiの流速が速くなると、圧力が低下して周りの空気を巻き込みやすくなるため、より効率よくアークを消弧させることができる。なお、この実施形態では、側壁部４１の外壁も基端側から先端側に向かって先細りとなる形状を有している。

また、図６に示されていることから理解されるように、接点が閉じた状態において、電極カバー４が固定接点２１の少なくとも一部を覆うことが可能であることが好ましい。このような構造であれば、電極カバー４の先端部が、接点開極時に発生するアークＡの周囲を覆い、アークＡの断面積が大きくなることを規制することができる。さらに、電極カバー４が固定接点２１まで覆うことが可能となっていると、接点が離間してアークＡが発生し始める時点からアークＡに空気を当てることができるので、より早期にアークＡの面積を小さくしやすくなる。これにより、消弧性能を向上させることが可能となる。

また、電極カバー４は、アーク熱によって熱せられることにより消弧性ガスを発生可能な構成とすることが好ましい。実施形態の電極カバー４は、アーク熱により熱分解されて消弧性ガスを発生させることが可能な樹脂材料によって形成されている。電極カバー４は、消弧性ガスを発生可能なものであれば、樹脂材料に限らず他の材料で形成されていてもよい。このような構成とすれば、電極カバー４から発生した消弧性ガスを、空気の流れＦiによってアークＡに吹き付けることができ、より効果的にアークＡを消弧させることが可能となる。

また、接点を開閉する可動接触子３の動作が回動動作である回路遮断器１の場合は、電極カバー４は、可動接触子３に設けられた状態において中空部４２を形成する内壁の少なくとも一部が可動接触子３に対して傾斜しており、前記傾斜の角度が可動接触子３の回動軸に近い側と遠い側とで異なっていることが好ましい。図７に示されている例では、可動接触子３の先端側に可動接点３１が設けられ、その反対の基端側に図示しない回動軸が設けられている。この例において接点が開く際には、軸支された可動接触子３が回動する。この回動動作に伴って中空部４２に引き込まれる空気は、前記回動軸から遠い側の空気の流れＦi１と、前記回動軸に近い側の空気の流れＦi２とで風量に差が生じるおそれがある。例えば、前記回動軸に近い側の空気の流れＦi２の風量が減少するような場合は、電極カバー４の側壁部４１のうち、前記回動軸に近い方の半円を形成する部分の内壁の傾斜を大きくすれば、空気の流れＦi２の流れ込む空間が広がって風量の減少を抑制することができる。これにより、アークＡの全周において風量のばらつきを抑制して十分な量の空気を当てやすくなり、消弧性能の向上に寄与することが可能となる。

なお、側壁部４１の外壁の傾斜は、内壁の傾斜と平行となるように形成しても良いし、内壁の傾斜角度と異なる角度で傾斜するものであっても良い。図７に示す例の側壁部４１の外壁は、内壁と同様に、回動軸に近い方の半円を形成する部分の傾斜が大きい。

なお、上記した側壁部４１の傾斜角度を異ならせる電極カバー４は、前記回動軸から遠い側と近い側とで分割可能な構成とすることもできる。図８に示す例のように、電極カバー４の側壁部４１が分割可能な構成であれば、一方の側壁部４１と他方の側壁部４１の傾斜角度を異ならせることが容易となり好ましい。

以上、実施形態を例に挙げて本発明について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、各種の態様とすることが可能である。例えば、図９に示されていることから理解されるように、貫通する孔である中空部４２を有する電極カバー４の、先端側開口部４２２の開口面積を基端側開口部４２１の開口面積より大きく形成して末広がりの形状とすることもできる。この実施形態では、側壁部４１の外壁も内壁と同様に先端側が基端側より大きくなるように形成されている。なお、接点を閉じた状態で電極カバー４が固定接点２１を覆う形状としてもよい。

回路遮断器１に図９に示す例の電極カバー４を設けた場合、図１０に示されていることから理解されるように、接点を開く方向に可動接触子３が動作すると、電極カバー４の外側では、固定接点２１側に向かう空気の流れＦｏ１が発生し、空気の流れＦｏ１は電極カバー４の外側から中空部４２に向かって巻き込まれる空気の流れＦｏ２となる。この例のように、側壁部４１の外壁が末広がりの形状となっていると、空気の流れＦｏ１が側壁部４１の外壁の傾斜に沿って外側に広がるように進み、電極カバー４の先端側に到達した空気の流れＦｏ２が電極カバー４の内部に巻き込まれやすくなる。電極カバー４の内側に巻き込まれた空気の流れＦｏ２がアークＡに当たり、アークＡの断面積を小さくすることによってアークＡを消弧することが可能となる。

以上、実施形態を例に挙げて本発明について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、各種の態様とすることが可能である。例えば、実施形態の電極カバー４の内壁及び外壁はともに円錐台形状であるが、内壁または外壁の一方または両方を角錐台形状とした截頭錐体形状としてもよい。

１ 回路遮断器
２ 固定接触子
２１ 固定接点
３ 可動接触子
３１ 可動接点
４ 電極カバー
４２ 中空部

Claims (5)

1. 固定接点を備えた固定接触子と、
   可動接点を備え、その動作により接点の開閉が可能な可動接触子と、
   貫通する孔である中空部を有し、前記中空部の一方の開口から流入した気体が前記中空部を通過して他方の開口から流出するように可動接触子に設けられる電極カバーとを備え、
   可動接触子が接点を開く動作によって、前記中空部を気体が吹き抜けることが可能な回路遮断器。
2. 前記中空部の他方の開口が固定接点に対向する位置にあり、
   他方の開口の面積が一方の開口の面積より小さい請求項１に記載の回路遮断器。
3. 接点が閉じた状態において、前記電極カバーが固定接点の少なくとも一部を覆うことが可能である請求項１または２に記載の回路遮断器。
4. 前記電極カバーは、アーク熱によって熱せられることにより消弧性ガスを発生させることが可能である請求項１乃至３のいずれかに記載の回路遮断器。
5. 接点を開閉させる可動接触子の動作が回動動作であって、
   可動接触子に設けられた前記電極カバーは、前記中空部を形成する内壁の少なくとも一部が可動接触子に対して傾斜しており、前記傾斜の角度が可動接触子の回動軸に近い側と遠い側とで異なる請求項１乃至４のいずれかに記載の回路遮断器。

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