JP2023128756A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】アークが絶縁部に確実に接触して熱分解ガスを十分に発生させることで、遮断性能を向上させることができる回路遮断器を提供する。【解決手段】固定接点２ａを有する固定接触子２と、固定接点に切離する可動接点３ａを有する可動接触子３と、固定接点及び可動接点の間で発生したアーク１２を消弧する複数の磁性体グリッド４と、可動接点の移動経路に沿って対向配置され、アークとの接触により熱分解ガスを発生する一対の樹脂部材５，５と、磁性体グリッドとで磁路を構成し、接点間に発生したアークにより磁路に磁束が流れて一対の樹脂部材をアークに接触する方向に駆動させる一対の磁気駆動部６、７と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、配線用遮断器や漏電遮断器等に適用される回路遮断器に関する。

近年、低電圧配線用設備の大容量化及び省スペース化に伴って、回路遮断器の遮断性能の向上が強く求められている。

遮断性能の向上を図った回路遮断器として、消弧室内に複数の消弧用グリッド板を設けるとともに、溶融により熱分解ガスが発生する絶縁物を固定接触子に配置した装置が知られている（例えば特許文献１）。

特許文献１の回路遮断器は、複数の消弧用グリッド板が磁性体により形成され、互いに表面を対向させた状態で、固定接触子及び可動接触子の開閉方向に沿って並設されている。固定接触子の固定接点と可動接触子の可動接点との間でアークが発生すると、アーク電流の磁界が消弧用グリッド板を通過することでアークにローレンツ力が作用し、消弧用グリッド板に向けて駆動することで伸長されたアークは、消弧用グリッド板に分断されて電極降下電圧によりアーク電圧が高められる。また、固定接触子に配置した絶縁物が、アークからの伝熱で溶融して熱分解ガスを発生すると、消弧室内の圧力が上昇してアーク電圧が高められる。このように、消弧用グリッド板のアーク分断による電極降下電圧と、熱分解ガスの発生による消弧室内の圧力上昇とでアーク電圧が高められることで、アークが消滅して電流が限流遮断される。

また、絶縁物との接触で熱分解ガスが発生したアークは、熱分解ガスの流れにより消弧用グリッド板に向けて伸長しやすくなるとともに、熱分解ガスがアークに混入して開離・電離することで、アークエネルギーを散逸させることができる。

特開２００６－５９７５９号公報

しかし、特許文献１の回路遮断器の固定接触子に配置されている絶縁物は、消弧用グリッド板に対して固定接点より離間した位置に設けられており、消弧グリッド板に向けて駆動するアークが絶縁物に接触せず、熱分解ガスが発生しにくい。このように熱分解ガスが発生しにくいと、アーク電圧を高めること、アークを伸長させること、アークエネルギーを散逸させる効果が低減する。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、アークが絶縁部に確実に接触して熱分解ガスを十分に発生させることで、遮断性能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する。

上記目的を達成するため、本発明に係る回路遮断器は、固定接点を有する固定接触子と、固定接点に切離する可動接点を有する可動接触子と、固定接点及び可動接点の間で発生したアークを消弧する複数の磁性体グリッドと、可動接点の移動経路に沿って対向配置され、アークとの接触により熱分解ガスを発生する一対の樹脂部材と、磁性体グリッドとで磁路を構成し、接点間に発生したアークにより磁路に磁束が流れて一対の樹脂部材をアークに接触する方向に駆動させる一対の磁気駆動部と、を備えている。

本発明の回路遮断器によると、アークが絶縁部に確実に接触して熱分解ガスを十分に発生させることで、遮断性能を向上させることができる

本発明に係る回路遮断器の要部を示す斜視図である。 回路遮断器の要部を前方から示した図である。 固定接点及び可動接点の間にアークが発生しておらず、一対の樹脂部材が通常の状態で配置されている状態を左方から示した図である。 固定接点及び可動接点の間にアークが発生した初期状態の回路遮断器の要部を上方から示した図である。 固定接点及び可動接点の間にアークが発生し、一対の樹脂部材がアークに接触する位置まで移動した状態を上方から示した図である。 固定接点及び可動接点の間にアークが発生し、一対の樹脂部材がアークに接触する位置まで移動した状態を左方から示した図である。

次に、図面を参照して、本発明に係る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。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層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。また、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もちろんである。

また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

図１から図６を参照して、配線用遮断器や漏電遮断器として適用される本発明に係る１実施形態の回路遮断器１を説明する。なお、各図面では、上下前後左右といった方向を特定して各部品の構成を説明する。

本実施形態の回路遮断器１は、図１及び図２に示すように、固定接点２ａを有する固定接触子２と、固定接点２ａに接離する可動接点３ａを有する可動接触子３と、固定接点２ａに対して左側に離間して配置された複数の磁性体グリッド４と、を備えている。そして、本実施形態の回路遮断器１は、図３に示すように、可動接点３ａの移動軌跡Ｔを前後方向から挟み込むように対向配置され上下方向に延在する一対の樹脂部材５，５と、一対の樹脂部材５，５の内部に配置されて上下方向に延在する板状の一対の第１磁気ヨーク６，６と、一対の第１磁気ヨーク６，６の板厚方向を貫通して一対の樹脂部材５、５に係合している一対の磁気ピン７，７と、一対の第１磁気ヨーク６，６の下端部に近接して前後方向に延在する第２磁気ヨーク８と、をさらに備えている。そして、これら回路遮断器１の構成部材は、図３に示すように、絶縁性の樹脂材料で形成した遮断筒９の内部に収納されている。なお、遮断筒内に収納する可動接触子は、一点切りの可動接触子でもよく、二点切りの可動接触子でもよい。

固定接触子２は、図２に示すように、平板状の基板部２ｂと、基板部２ｂの右端部から上方に向けて屈曲した後に左側に向けてさらに屈曲する接点側板部２ｃとを備え、接点側板部２ｃの上面に固定接点２ａが設けられている。また、固定接点２ａより左側の接点側板部２ｃの上面にアークランナ１０が設けられている。

可動接触子３は、左端部の下面に可動接点３ａを設け、右端部に前後方向に延在する支持軸部（不図示）を有した導体であり、可動接点３ａが固定接点２ａに対して離接するように支持軸部を介して回転自在に配置されている。

複数の磁性体グリッド４は、磁性体によって成形した平板状の部材であり、表面が互いに対向し、かつ相互に等間隔となる状態で上下方向に並設して配置されている。

一対の第１磁気ヨーク６，６は、鉄などの軟磁性材料で形成した直方体板状の部材であり、図３に示すように、長手方向の一端側で板厚方向に貫通するピン貫通孔６ａと、長手方向の他端側で板厚方向に貫通する支持杆貫通孔６ｂと、が形成されている。

一対の樹脂部材５，５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、長手方向の両端から傾斜面を付けて山形状に突出しているアーク溶融部５ａと、アーク溶融部５ａの裏側に直方体形状の凹部として形成した内包部５ｂと、内包部５ｂの一端側からアーク接触部５ａの突出方向とは逆側に突出する支持杆５ｃと、を備えている。そして、図１に示すように、一対の樹脂部材５，５は、互いのアーク溶融部５ａが対向した状態で樹脂架橋部５ｄを介して一体に連結されている。

一対の磁気ピン７，７は、鉄などの軟磁性材料で形成した部材であり、図３に示すように、第１磁気ヨーク６のピン貫通孔６ａに挿通される円柱形状の挿通部７ａと、挿通部７ａより大径な円柱形状の頭部７ｂと、を備えている。

一対の樹脂部材５，５の各々は、支持杆５ｃを支持杆貫通孔６ｂに挿通した状態で、内包部５ｂの内部に第１磁気ヨーク６を配置している。そして、第１磁気ヨーク６のピン貫通孔６ａに挿通部７ａを挿通し、挿通部７ａの先端を内包部５ｂの底壁に接触させた状態で磁気ピン７を装着している。この際、ピン貫通孔６ａに挿通されていない挿通部７ａの外周には環状弾性体１１が装着されている。

図３に示すように、遮断筒９の前後方向の側壁９ａ，９ｂには支持孔９ａ１，９ｂ１が形成されている。これら支持孔９ａ１，９ｂ１に、第１磁気ヨーク６、磁気ピン７及び環状弾性体１１を配置した一対の樹脂部材５，５の支持杆５ｃを挿入して係合する。これにより、一対の樹脂部材５、５は、互いのアーク溶融部５ａが可動接点３ａの移動軌跡Ｔを前後方向から挟み込むように対向した状態で、遮断筒９の側壁９ａ，９ｂに支持されている。

なお、本発明に記載されている一対の磁気駆動部が、一対の第１磁気ヨーク６，６と、一対の磁気ピン７、７とで構成されており、本発明の磁気ヨークが第１磁気ヨーク６に対応し、本発明のピン挿通部が挿通部７ａに対応し、本発明のピン頭部が頭部７ｂに対応している。

次に、本実施形態の回路遮断器１の動作について説明する。

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、固定接点２ａと可動接点３ａとの間に集中電流による電磁反発力が働き、可動接触子３が開極する。そして、可動接触子３が開極すると同時に、図２に示すように、固定・可動接点２ａ，３ａの間に、固定接点２ａから可動接点３ａへの電流の流れ方向としたアーク１２が発生する。

固定・可動接点２ａ，３ａ間にアーク１２が発生すると、図４に示すように、アーク１２の電流の流れ方向と自己磁束φ１により、フレミングの左手の法則によって磁性体グリッド４に向う側にローレンツ力Ｆが作用する。また、アーク１２に自己磁束φ１が発生することで、一対の樹脂部材５，５の内部に配置されている一対の第１磁気ヨーク６，６及び磁性体グリッド４に磁束φ２が流れる磁路が形成される。

ローレンツ力Ｆが作用したアーク１２は、図５に示すように、固定接点２ａ側のアーク端部がアークランナ１０側に駆動することで伸長されていき、磁性体グリッド４に接触することで分断されて電極降下電圧によりアーク電圧が高められていく。

そして、一対の第１磁気ヨーク６，６及び磁性体グリッド４に磁束φ２が流れる磁路が形成されると、図６に示すように、磁気ピン７の頭部７ｂが吸着作用で第１磁気ヨーク６側に移動していく。この際、環状弾性体１１は弾性圧縮される。磁気ピン７の頭部７ｂが第１磁気ヨーク６側に移動していくと、挿通部７ａの先端が樹脂部材５の内包部５ｂの底壁を押していく。これにより、一対の樹脂部材５，５は、支持杆５ｃ側を支点として弾性変形しながら傾いていき、一対の樹脂部材５，５のアーク溶融部５ａがアーク１２に接触した状態となる。アーク１２に接触したアーク溶融部５ａが溶融して多量の熱分解ガスが発生することで、遮断筒９内の圧力が上昇してアーク電圧が高められる。

そして、アーク１２が消滅していくと、一対の第１磁気ヨーク６，６及び磁性体グリッド４に磁束が流れる磁路が無くなって第１磁気ヨーク６側に磁気ピン７の頭部７ｂを吸着する作用が無くなるので、弾性圧縮していた環状弾性体１１の弾性復元力で、磁気ピン７の頭部７ｂが第１磁気ヨーク６から離間する方向に移動していく。これにより、支持杆５ｃ側を支点として傾いていた一対の樹脂部材５，５は、弾性復元力により元の状態に戻る（図３で示す状態）。

次に、本実施形態の回路遮断器１の作用効果について説明する。

本実施形態の回路遮断器１は、アークランナ１０側に駆動することで伸長されたアーク１２が、磁性体グリッド４に接触することで分断されて電極降下電圧によりアーク電圧が十分に高められるとともに、アーク１２に接触したアーク溶融部５ａが溶融して熱分解ガスが発生して遮断筒９内の圧力が上昇しアーク電圧が十分に高められることで、アーク１２を迅速に消滅させて電流を限流遮断することができるので、回路遮断器１の遮断性能を向上させることができる。

また、遮断筒９内に発生した熱分解ガスの流れによりアーク１２が磁性体グリッド４に向けて伸長しやくなるとともに、熱分解ガスがアーク１２に混入して開離・電離することで、アークエネルギーを散逸させていき、さらに、回路遮断器１の遮断性能を向上させることができる。

また、アーク１２の発生により一対の第１磁気ヨーク６，６及び磁性体グリッド４に磁束φ２が流れる磁路が形成されると、磁気ピン７の頭部７ｂが吸着作用で第１磁気ヨーク６側に移動することで一対の樹脂部材５，５を傾斜させ、アーク溶融部５ａがアーク１２に接触する状態としているので、アーク１２に接触したアーク溶融部５ａが溶融して多量の熱分解ガスを発生させることができる。

さらに、アーク溶融部５ａは先端部が山形状に突出していることから、アーク１２に接触した際に、すぐに溶融して熱分解ガスが発生しやすい構造とされている。

１ 回路遮断器
２ 固定接触子
２ａ 固定接点
２ｂ 基板部
２ｃ 接点側板部
３ 可動接触子
３ａ 可動接点
４ 磁性体グリッド
５ 樹脂部材
５ａ アーク溶融部
５ｂ 内包部
５ｃ 支持杆
５ｄ 樹脂架橋部
６ 第１磁気ヨーク（磁気ヨーク）
６ａ ピン貫通孔
６ｂ 支持杆貫通孔
７ 磁気ピン
７ａ 挿通部（ピン挿通部）
７ｂ 頭部（ピン頭部）
８ 第２磁気ヨーク
９ 遮断筒
９ａ，９ｂ 側壁
９ａ１，９ｂ１ 支持孔
１０ アークランナ
１１ 環状弾性体(弾性体)
１２ アーク
Ｔ 可動接点の移動軌跡
φ１ 自己磁束
φ２ 磁束

Claims (5)

1. 固定接点を有する固定接触子と、
   前記固定接点に切離する可動接点を有する可動接触子と、
   前記固定接点及び前記可動接点の間で発生したアークを消弧する複数の磁性体グリッドと、
   前記可動接点の移動経路に沿って対向配置され、前記アークとの接触により熱分解ガスを発生する一対の樹脂部材と、
   前記磁性体グリッドとで磁路を構成し、前記接点間に発生したアークにより前記磁路に磁束が流れて前記一対の樹脂部材を前記アークに接触する方向に駆動させる一対の磁気駆動部と、を備えていることを特徴とする回路遮断器。
2. 前記一対の樹脂部材の前記可動接点を向く面には、山形状に突出するアーク溶融部が形成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. 前記一対の磁気駆動部は、前記一対の樹脂部材の前記可動接点に対向しない裏面に沿って配置した一対の磁気ヨークと、ピン挿通部及び当該ピン挿通部の一端に設けたピン頭部を有する一対の磁気ピンと、を備えており、
   前記磁気ヨークに設けたピン貫通孔に前記ピン挿通部を挿通して当該ピン挿通部の先端を前記樹脂部材の前記裏面に当接し、前記ピン頭部を前記磁気ヨークから離間させた状態で前記磁気ピンを配置し、
   前記アークの発生により前記磁路に磁束が流れて前記磁気ピンの前記ピン頭部が吸着作用で前記磁気ヨーク側に移動する際に、前記ピン挿通部が前記樹脂部材を押圧し、当該樹脂部材が前記アークに接触する方向に移動するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回路遮断器。
4. 前記樹脂部材は、弾性変形しながら前記アークに接触する方向に移動することを特徴とする請求項３記載の回路遮断器。
5. 前記ピン頭部及び前記磁気ヨークの間の前記ピン挿通部に弾性体が配置され、前記ピン頭部への吸着作用が無くなったときに、前記弾性体の弾性復元力で前記ピン頭部を前記磁気ヨークから離間する方向に移動させることを特徴とする請求項４記載の回路遮断器。

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