JP4167259B2 - 回路遮断器の接触子アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、過負荷又は短絡事故の発生時に自動で回路を遮断して回路及び負荷側機器を保護する回路遮断器（Circuit Breaker）に関し、特に、回路遮断器の接触子アセンブリに関する。

一般に、回路遮断器は、工場やビルの受配電設備のうち、主に配電盤に設置され、無負荷状態において、負荷側に電源を供給又は遮断する開閉装置の役割を果たし、負荷状態において、回路に短絡などによる大電流が流れた場合、電路及び負荷側機器を保護するために、電源側から負荷側へ供給される電源供給を遮断する役割を果たす。

図６は従来の回路遮断器の構成を示す断面図であり、図７は従来の回路遮断器の可動接触子アセンブリの正面図で、各接点が接触した閉回路状態（on status）を示し、図８は従来の回路遮断器の可動接触子アセンブリの正面図で、各接点が離れた開回路状態（off status）を示す。

図６〜図８に示すように、従来の回路遮断器１は、モールドケース１０と、モールドケース１０の内部に水平及び垂直方向に所定間隔をおいて設置された電源側固定接触子９及び負荷側固定接触子９′と、固定接触子９及び９′の間に回動自在に設置された回転型の可動接触子アセンブリ１７と、大電流を感知して遮断器をトリップさせるトリップ機構（trip mechanism）１１と、トリップ機構１１により自動で動作するか、又は開閉ハンドル１ａの手動操作により動作して、可動接触子４を固定接触子９、９′から分離して回路を遮断させる開閉機構（switching mechanism）１２と、回路の開閉動作時に可動接触子４の接点４ｂと固定接触子９、９′の接点９ｂ、９ｂ′との間で発生する高温及び高圧のアークガスを消滅させる消弧機構（arc extinguishing mechanism）１３とを備える。

モールドケース１０は、前記各機構を収容するもので、その内部に異物が侵入することを防止する役割を果たし、前記各機構の相間絶縁だけでなく外部との絶縁のために絶縁材質で成形される。

また、電源側固定接触子９及び負荷側固定接触子９′の端部には、それぞれ接点９ｂ、９ｂ′が形成され、可動接触子４の両端部には、接点４ｂが形成される。

また、可動接触子アセンブリ１７は、曲面４ｃ及び溝面４ｄを有し、固定接触子９及び９′の間に回動自在に設置されて閉回路状態又は開回路状態を維持する可動接触子４と、固定接触子９及び９′の間に設置されて可動接触子４を支持する回転シャフト２と、曲面４ｃ及び溝面４ｄに接触するリミットピン１９と、回路に異常が発生して過電流が流れた場合、各接点９ｂ、９ｂ′から発生する電磁反発力により、仮想の回転軸（回転中心）２ａを中心に可動接触子４が回動するように付勢する複数のバネ１５、１６とから構成される。

また、複数のバネ１５、１６は、各一端１５ａ、１６ａがリミットピン１９に固定され、各他端１５ｂ、１６ｂが回転シャフト２に固定される。ここで、仮想の回転軸（回転中心）２ａを中心に可動接触子４を回転シャフト２に支持させる方式をセルフセンタリング（self centering）という。

図７に示すように、可動接触子４の接点４ｂと固定接触子９、９′の接点９ｂ、９ｂ′とが接触している状態を「閉回路状態」といい、図８に示すように、可動接触子４の接点４ｂと固定接触子９、９′の接点９ｂ、９ｂ′とが離れている状態を「開回路状態」といい、閉回路状態から開回路状態に転換された状態を「開離（separating and opening）」という。

図７に示すように、閉回路状態においては、回路に正常電流が流れ、バネ１５、１６の引張力により、リミットピン１９が可動接触子４の曲面４ｃを所定圧力で加圧して、可動接触子４と固定接触子９、９′とが接触した状態を維持する。

それに対して、図８に示すように、回路に短絡などによる大電流が流れる場合は、可動接触子４の接点４ｂと固定接触子９、９′の接点９ｂ、９ｂ′との間の電磁反発力により、可動接触子４が時計方向に回動して、接点４ｂが接点９ｂ、９ｂ′から離れることによって回路が遮断される。図中、符号１８は可動接触子４の回動範囲を制限するストッパである。

しかしながら、従来の回路遮断器の可動接触子アセンブリにおいては、可動接触子４が固定接触子９、９′に接触して停止した接触位置にあるときに回転シャフト２が可動接触子４より接触方向（図７において反時計方向）にさらに回転するオーバートラベル（over travel）現象の発生時、バネ１５、１６による接触圧力がさらに大きくなり、曲面４ｃ及び溝面４ｄ上のリミットピン１９の位置によってバネ１５、１６による接触圧力が変化するなど、バネ１５、１６による接触圧力が一定でない。従って、大電流の通電による電磁反発力により、可動接触子４が固定接触子９、９′から分離されて回動するときに、接触圧力より電磁反発力が小さくなると、可動接触子４が再び固定接触子９、９′との接触位置に復帰し、よって、限流動作が失敗する。これは、アークを持続的に発生させることから、限流特性を得ることができず、遮断器及び負荷機器に深刻な被害を与え得るという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたもので、可動接触子と固定接触子との接触位置にあるときに、回転シャフトの回転位置に関係なく、バネによる接点間の接触圧力を一定に維持することができ、接点開離終了後に可動接触子が固定接触子側に復帰することなく分離された位置を所定時間維持することができる回路遮断器の接触子アセンブリを提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明に係る回路遮断器の接触子アセンブリは、電気回路上の電源と接続されるＵ字状の第１固定接触子、及び該第１固定接触子と水平及び垂直方向に所定間隔をおいて電気回路上の電気的負荷と接続されるＵ字状の第２固定接触子からなる固定接触子と、前記第１及び第２固定接触子とそれぞれ対応する接点を両端部に備え、上部面及び下部面に、それぞれ第１曲率半径を有する溝面、及び該溝面に連続して前記第１曲率半径より大きい第２曲率半径を有する曲面を備え、前記第１及び第２固定接触子と接触する接触位置と前記第１及び第２固定接触子から分離される分離位置とに移動可能な可動接触子と、前記可動接触子を開口部を介して介装すると共に、前記可動接触子を貫通して、中心部に支持される１つの中心シャフトピンを備え、前記可動接触子が前記固定接触子に接触した接触位置にあるときに、前記可動接触子より接触方向にさらに回転可能な回転シャフトと、前記回転シャフトの中心部を中心に該回転シャフト上に対称的に固定設置される１対の固定ピンと、前記各固定ピンの両端部に一端部が回転自在に支持される２対のリンクプレートと、該リンクプレートの他端部に回転自在に支持される１対のリミットピンと、前記可動接触子が前記固定接触子に接触した接触位置にあるときに接触圧力を提供するために、前記回転シャフトの両側面にそれぞれの対が対応するように設置され、一端部は前記固定ピンに支持され、他端部は前記リミットピンに支持される２対のバネとを含み、前記リミットピンは、前記接触位置にあるときに前記可動接触子の曲面上に位置して、前記バネが弾性エネルギーを蓄積することで提供する接触圧力を一定に維持し、前記可動接触子が前記固定接触子との間の電磁反発力により該固定接触子から分離される分離位置に至るとき、前記リミットピンを可動接触子の溝面上にもたらすことで前記バネの弾性エネルギーを放出して、前記可動接触子を分離状態に維持することを特徴とする。

本発明に係る回路遮断器の接触子アセンブリは、回転シャフトのオーバートラベルが発生した場合も、バネの両端部が回転シャフトに固定された固定ピン、及び該固定ピンとリンクプレートにより連結されたリミットピンにより支持され、接触位置にあるときに一定の曲率半径を有する可動接触子の曲面上にリミットピンが位置することによって、該曲面上でバネが提供する接触圧力を一定に維持し得るという効果がある。

また、可動接触子の時計方向の回転によりリミットピンが溝面に挿入されると、バネが曲面と溝面との高さの差だけ引っ張られることによって蓄積していた弾性エネルギーを放出し、よって、バネによる接触圧力がゼロとなるか、少なくとも電磁反発力より小さくなる。従って、可動接触子が固定接触子側に復帰することが防止され、可動接触子が固定接触子から分離された状態を維持し得るという効果がある。

以下、添付した図面に基づいて本発明の好ましい実施形態について説明する。
図１は本発明に係る回路遮断器の接触子アセンブリを示す分解斜視図で、図２は本発明に係る回路遮断器の接触子アセンブリを示す組立斜視図である。

図１及び図２に示すように、本発明に係る回路遮断器の接触子アセンブリ１００は、電気回路上の電源と接続されるＵ字状の限流型第１固定接触子１１０、及び第１固定接触子１１０と水平及び垂直方向に所定間隔をおいて電気回路上の電気的負荷と接続されるＵ字状の限流型第２固定接触子１１０′からなる固定接触子１１０、１１０′を含み、第１及び第２固定接触子１１０、１１０′の一端部には、接点１１１がそれぞれ設置される。

また、本発明に係る回路遮断器の接触子アセンブリ１００は、第１及び第２固定接触子１１０、１１０′の接点１１１にそれぞれ対応する接点１２１を両端部に備え、第１及び第２固定接触子１１０、１１０′と接触する接触位置と第１及び第２固定接触子１１０、１１０′から分離される分離位置とに移動可能な可動接触子１２０を含み、可動接触子１２０の上部面及び下部面には、第１曲率半径ｒ１を有する溝面１２４と、溝面１２４に連続して前記第１曲率半径ｒ１より大きい第２曲率半径ｒ２を有する曲面１２３とを備える。

また、本発明の接触子アセンブリ１００を構成する回転シャフト１３０は、可動接触子１２０を回動自在に支持し、可動接触子１２０と固定接触子１１０、１１０′との間の電磁反発力の発生時に可動接触子１２０の独立した回動を許容するための開口部１３３を備える。ここで、可動接触子１２０の独立した回動とは、トリップ動作時に回転シャフト１３０の回転により可動接触子１２０が固定接触子から分離される方向に回転するのとは異なり、回転シャフト１３０が停止した状態で短絡電流のような大電流の通電に起因した電磁反発力により可動接触子１２０だけ固定接触子１１０、１１０′から分離される方向に独立して回転することを意味する。回転シャフト１３０は、可動接触子１２０が固定接触子１１０、１１０′に接触して停止した接触位置にあるときに可動接触子１２０より接触方向（図１及び図２において反時計方向）にさらに回転することができる。すなわち、可動接触子１２０は、固定接触子１１０、１１０′に接触して停止するが、回転シャフト１３０は、可動接触子１２０を固定接触子１１０、１１０′に接触させる方向にさらに回転することができる。

また、本発明の接触子アセンブリ１００は、可動接触子１２０が回転シャフト１３０に支持されるように、可動接触子１２０を貫通して回転シャフト１３０の中心部に支持される１つの中心シャフトピン１４０を含む。

また、本発明の接触子アセンブリ１００は、回転シャフト１３０の前記中心部を中心に回転シャフト１３０上に対称的に固定設置される１対の固定ピン１５０を含む。

また、本発明の接触子アセンブリ１００は、各固定ピン１５０の両端部に一端部が回転自在に支持される２対のリンクプレート１６１を含む。

また、本発明の接触子アセンブリ１００は、リンクプレート１６１の他端部に回転自在に支持され、可動接触子１２０の位置によって、可動接触子１２０の曲面１２３及び溝面１２４上で変位又は停止した状態を維持する１対のリミットピン１６０を含む。

また、本発明の接触子アセンブリ１００は、可動接触子１２０が固定接触子１１０、１１０′に接触した接触位置にあるときに接触圧力を提供するために、回転シャフト１３０の両側面にそれぞれの対が対応するように設置され、一端部は固定ピン１５０に支持され、他端部はリミットピン１６０に支持される２対のバネ１７０を含む。ここで、バネ１７０の両端部が支持される固定ピン１５０とリミットピン１６０とは、リンクプレート１６１により連結され、リミットピン１６０は、前記接触位置にあるときに第２曲率半径ｒ２を有する可動接触子１２０の曲面１２３上に位置して、バネ１７０が提供する接触圧力を一定に維持することができる。

また、可動接触子１２０には、垂直長孔１２２が備えられ、垂直長孔１２２には、中心シャフトピン１４０が垂直方向に移動自在に貫挿される。

また、回転シャフト１３０の開口部１３１は、可動接触子１２０の独立した回動を許容するために回転シャフト１３０に形成された空間である。

図１及び図２において、符号１３３は固定ピン１５０が挿入されて設置される固定ピンホールであり、符号１３４はバネ１７０を収容するために回転シャフト１３０に凹状に形成されたバネ収容溝部である。

バネ１７０がバネ収容溝部１３４内に収容されて回転シャフト１３０の外側面に突出しなくなることによって、回路遮断器の接触子アセンブリ１００をコンパクトに構成することができる。

以下、このように構成された本発明に係る回路遮断器の接触子アセンブリ１００の動作を図３〜図５に基づいて説明する。

図３は本発明に係る回路遮断器の接触子アセンブリの接点接触状態（閉回路状態）を示す断面図で、図４は本発明に係る回路遮断器の接触子アセンブリの接点開離進行状態を示す断面図で、図５は本発明に係る回路遮断器の接触子アセンブリの接点開離（限流動作）終了状態を示す断面図である。

まず、図３に示すように、開閉機構（図示せず）の動力提供により回転シャフト１３０が反時計方向に回転して、回転シャフト１３０に支持される可動接触子１２０が固定接触子１１０、１１０′に接触した正常な通電状態（閉回路状態）においては、電流が電源から電源側の第１固定接触子１１０、可動接触子１２０、及び負荷側の第２固定接触子１１０′を介して負荷に流れる。

このとき、リミットピン１６０が可動接触子１２０の曲面１２３上に位置することによって、バネ１７０は、曲面１２３と溝面１２４との高さの差だけ引っ張られて、弾性エネルギーを蓄積した状態となる。従って、バネ１７０がリミットピン１６０を中心シャフトピン１４０側に引っ張り、リミットピン１６０が可動接触子１２０の曲面１２３を加圧することによって、可動接触子１２０を固定接触子１１０、１１０′に接触する方向（図３において反時計方向）に回動させるモーメントが提供される。これにより、可動接触子１２０の接点１２１と固定接触子１１０、１１０′の接点１１１とが接触した状態を維持する。ここで、可動接触子１２０が固定接触子１１０、１１０′に接触する方向に回動するようにバネ１７０が提供するモーメントを接触圧力ともいう。

本発明においては、回転シャフト１３０のオーバートラベルが発生した場合も、バネ１７０の両端部が支持される固定ピン１５０とリミットピン１６０とがリンクプレート１６１により連結され、リミットピン１６０が接触位置にあるときに一定の曲率半径を有する可動接触子１２０の曲面１２３上に位置することによって、バネ１７０が提供する接触圧力を一定に維持することができる。

前記接触位置にあるときに、短絡電流のような大電流が本発明に係る接触子アセンブリ１００に流れると、可動接触子１２０の接点１２１と固定接触子１１０、１１０′の接点１１１との間に電磁反発力が発生する。

通常、短絡電流のような大電流が発生すると、接点１２１と接点１１１との間に発生する電磁反発力がバネ１７０による接触圧力より大きくなるため、図７に示すように、可動接触子１２０が接触圧力に打ち勝って時計方向に回動し始める。このとき、バネ１７０の弾性力により、リミットピン１６０が可動接触子１２０の溝面１２４に挿入される直前まで一定の曲率半径を有する曲面１２３に沿って摺動することによって、バネ１７０による接触圧力（接触方向のモーメント）が一定に維持される。

図５に示すように、接点開離終了状態においては、可動接触子１２０の接点１２１と固定接触子１１０、１１０′の接点１１１の間に発生していたアークも消弧して、可動接触子１２０の接点１２１と固定接触子１１０、１１０′の接点１１１とが機械的及び電気的に完全に分離される。

図５に示すように、可動接触子１２０の時計方向の回動によりリミットピン１６０が溝面１２４に挿入されると、バネ１７０が曲面１２３と溝面１２４との高さの差だけ引っ張られることによって蓄積していた弾性エネルギーを放出し、よって、バネ１７０による接触圧力がゼロとなるか、少なくとも電磁反発力より小さくなる。従って、可動接触子１２０が固定接触子１１０、１１０′側に復帰することが防止されて、可動接触子１２０が固定接触子１１０、１１０′から分離された図５に示すような状態が維持される。

その後、開閉機構（図６の符号１２を参照）がトリップ機構（図６の符号１１を参照）からトリップ信号を受けて回転シャフト１３０を時計方向に回動させると、回路遮断器はトリップする。

本発明に係る回路遮断器の接触子アセンブリを示す分解斜視図である。 本発明に係る回路遮断器の接触子アセンブリを示す組立斜視図である。 本発明に係る回路遮断器の接触子アセンブリの接点接触状態（閉回路状態）を示す断面図である。 本発明に係る回路遮断器の接触子アセンブリの接点開離進行状態を示す断面図である。 本発明に係る回路遮断器の接触子アセンブリの接点開離（限流動さ）終了状態を示す断面図である。 従来の回路遮断器の構成を示す断面図である。 従来の回路遮断器の可動接触子アセンブリの正面図で、各接点が接触した閉回路状態を示す。 従来の回路遮断器の可動接触子アセンブリの正面図で、各接点が離れた開回路状態を示す。

符号の説明

１１０ 第１固定接触子
１１０′ 第２固定接触子
１１１ （固定接触子の）接点
１２０ 可動接触子
１２１ （可動接触子の）接点
１２２ 垂直長孔
１２３ 曲面
１２４ 溝面
１３０ 回転シャフト
１３１ 開口部
１３２ シャフトホール
１３３ 固定ピンホール
１４０ シャフトピン
１５０ 固定ピン
１６０ リミットピン
１６１ リンクプレート
１７０ バネ

Claims (2)

1. 電気回路上の電源と接続されるＵ字状の第１固定接触子、及び該第１固定接触子と水平及び垂直方向に所定間隔をおいて電気回路上の電気的負荷と接続されるＵ字状の第２固定接触子からなる固定接触子と、
   前記第１及び第２固定接触子とそれぞれ対応する接点を両端部に備え、上部面及び下部面に、それぞれ第１曲率半径を有する溝面、及び該溝面に連続して前記第１曲率半径より大きい第２曲率半径を有する曲面を備え、前記第１及び第２固定接触子と接触する接触位置と前記第１及び第２固定接触子から分離される分離位置とに移動可能な可動接触子と、
   前記可動接触子を開口部を介して介装すると共に、前記可動接触子を貫通して、中心部に支持される１つの中心シャフトピンを備え、前記可動接触子が前記固定接触子に接触した接触位置にあるときに、前記可動接触子より接触方向にさらに回転可能な回転シャフトと、
   前記回転シャフトの中心部を中心に該回転シャフト上に対称的に固定設置される１対の固定ピンと、
   前記各固定ピンの両端部に一端部が回転自在に支持される２対のリンクプレートと、
   該リンクプレートの他端部に回転自在に支持される１対のリミットピンと、
   前記可動接触子が前記固定接触子に接触した接触位置にあるときに接触圧力を提供するために、前記回転シャフトの両側面にそれぞれの対が対応するように設置され、一端部は前記固定ピンに支持され、他端部は前記リミットピンに支持される２対のバネとを含み、
   前記リミットピンは、前記接触位置にあるときに前記可動接触子の曲面上に位置して、前記バネが弾性エネルギーを蓄積することで提供する接触圧力を一定に維持し、
   前記可動接触子が前記固定接触子との間の電磁反発力により該固定接触子から分離される分離位置に至るとき、前記リミットピンを可動接触子の溝面上にもたらすことで前記バネの弾性エネルギーを放出して、前記可動接触子を分離状態に維持することを特徴とする回路遮断器の接触子アセンブリ。
2. 前記可動接触子の曲面が、一定の曲率半径を有することを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器の接触子アセンブリ。

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