JP5430800B2

JP5430800B2 - 開閉器

Info

Publication number: JP5430800B2
Application number: JP2013514880A
Authority: JP
Inventors: 隆稲口; 智史牧野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2031-05-16
Also published as: TW201248670A; WO2012157057A1; JPWO2012157057A1

Description

本発明は、電磁石のＯＮ／ＯＦＦにより電気回路を開閉する開閉器に関する。

従来、固定接点が接合された固定接触子、前記固定接点と接離する可動接点が接合された可動接触子、前記固定接触子と電気的に接続され、前記可動接触子通過用の開口部を有して前記固定接点近傍から固定接触子に沿って延びるアークランナー、および前記アークランナーのアーク走行面側に、前記接点間に生じたアークを挟むように間隙を有して対向配置された１対の電気絶縁性消弧板を備えた開閉器が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、一端部に固定接点が接合され、他端部に端子部を有する固定接触子、一端部に前記固定接点に接離する可動接点が接合され、前記端子部から離れる方向に延びる可動接触子、前記固定接触子の接点接合部近傍で、前記固定接点から前記端子部側へ離間した位置に電気的に接続され、前記端子部の方向に延在するアークランナー、および前記固定接触子の接点接合面側に前記アークランナーを挟んで対向配置され、前記固定接点から前記端子部側へ離間した位置から前記固定接触子の長手方向に沿って前記端子部間に延在する１対の電気絶縁性の消弧板を備え、消弧板間の間隙は、可動接触子の幅よりも狭く、固定接触子の幅をＷｓ、可動接触子の幅をＷｍ、固定接点の幅をＷｃ、消弧板間の間隔をＷｇ、アークランナーの幅をＷａとしたときに、Ｗｓ＞Ｗｍ＞Ｗｃ＞Ｗｇ＞Ｗａとなるように構成されている開閉器が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−２５１９３３号公報特許第３７５８５１０号公報

しかしながら、上記従来の開閉器によれば、消弧性能を向上させるため、アーク熱で分解ガスを発生する電気絶縁性の消弧板を、接点間に生じたアークを挟むように対向配置し、そのガスでアークを冷却して消弧しようとしているが、消弧板を対向配置しているため、中央部でガスが衝突し、ガスが外側に流れるとは限らず、中央部に向かうガスもある。そのため、アークは可動接触子の中央部に向かい、消弧に有効ではない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、消弧性能の高い開閉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、本発明は、筐体を構成するベースの中央寄りに固定接点を有する端部を位置させ、外縁寄りに端子ねじを有する端部を位置させ、所定距離離間して一直線状に前記ベースに固定された少なくとも一対の固定接触子と、両端部に前記固定接点の夫々と接触し開離する一対の可動接点を有する少なくとも１つの可動接触子と、前記筐体の中央部に配置され、前記可動接触子の中央部を支持し、復帰ばね及び電磁作動装置により、前記固定接点と可動接点を接触させる閉位置と両者を開離させる開位置とに変位するクロスバーと、前記クロスバー、可動接触子及び固定接触子を有する回路開閉機構を覆い、前記固定接点及び可動接点の外方近傍の側板にアークランナーを取付けたカバーと、前記固定接点及び可動接点の内方近傍のクロスバーに取付けられ、アーク熱により蒸発ガスを発生してアークを外方に膨らませて前記アークランナーに転移させ、前記アークを前記アークランナーの下端で放出して消弧するアブレーション材と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる開閉器は、固定接点及び可動接点の外方近傍にアークランナーを配置し、固定接点及び可動接点の内方近傍にアブレーション材を配置したので、アブレーション材が発生する蒸発ガスがアークを外方に膨らませてアークランナーに転移させるので、効果的に消弧することができる、という効果を奏する。

図１は、本発明に係る開閉器の実施の形態１を示す縦断面図である。図２は、実施の形態１の開閉器のクロスバーを示す側面図である。図３は、実施の形態１の開閉器と従来の開閉器の遮断試験時のアーク電圧の時間経過を示す図である。図４は、本発明に係る開閉器の実施の形態２を示す縦断面図である。

以下に、本発明にかかる開閉器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る開閉器の実施の形態１を示す縦断面図であり、図２は、実施の形態１の開閉器のクロスバーを示す側面図であり、図３は、実施の形態１の開閉器と従来の開閉器の遮断試験時のアーク電圧の時間経過を示す図である。

図１に示すように、実施の形態１の開閉器９１は、筐体１０と、筐体１０の下部に配置された電磁作動装置２０と、筐体１０の上部に配置された回路開閉機構３０と、を備えている。筐体１０は、電磁作動装置２０を収容する取付台１１と、取付台１１を覆い回路開閉機構３０を支持するベース１２と、回路開閉機構３０を覆うカバー１３と、を備えている。取付台１１、ベース１２及びカバー１３は、ガラス繊維で強化された絶縁材料により形成されている。

電磁作動装置２０は、珪素鋼板を積層して形成した固定鉄心２１と、固定鉄心２１に装着された巻枠２２と、巻枠２２に巻かれた励磁コイル２３と、を備え、ベース１２に押えられて取付台１１内に固定されている。

回路開閉機構３０は、三対の固定接触子３１と、クロスバー３２と、三つの可動接触子３３と、を備えている。三対の固定接触子３１は、夫々、ベース１２の中央寄りに固定接点３１ａを有する端部を位置させ、ベース１２の外縁寄りに端子ねじ３１ｂを有する端部を位置させ、所定間隔離間して一直線状にベース１２上に固定されている。実施の形態１の開閉器９１は、三対の固定接触子を備えているが、本発明の開閉器は、少なくとも一対の固定接触子３１を備えていればよい。

図１及び図２に示すように、クロスバー３２は、基台部３２ａと可動接触子支持部３２ｂとを有し、Ｔ形梁状に形成され、筐体１０の中央部に配置されている。可動接触子支持部３２ｂは、ベース１２のガイド孔１２ａ及びカバー１３のガイド孔１３ａに挿通され、ガイド孔１２ａ、１３ａにガイドされて上下に変位自在となっている。

クロスバー３２の基台部３２ａの下側には、珪素鋼板を積層して形成した可動鉄心３４が、固定鉄心２１に対向するように固定されている。巻枠２２とクロスバー３２の基台部３２ａとの間には、励磁コイル２３の非通電時に固定鉄心２１と可動鉄心３４とを離間させクロスバー３２を上方へ変位させる円筒状に巻かれた復帰ばね３５が配置されている。

クロスバー３２の三つの四角窓３２ｃには、固定接点３１ａの夫々と接触し開離する一対の可動接点３３ａを両端に有する細長平板状の三つの可動接触子３３が、その中央部を四角窓３２ｃに位置させるようにして、夫々、四角窓３２ｃに挿入され支持されている。

可動接触子３３の中央部上側は、接点ばね３６の下端に係合している。接点ばね３６は少し圧縮され、その上端が四角窓３２ｃの上側の辺に係合している。励磁コイル２３が非通電の図１の状態では、可動接触子３３は、接点ばね３６により四角窓３２ｃの下側の辺に押付けられている。

固定接点３１ａ及び可動接点３３ａの外方近傍の、カバー１３の側板１３ｂの内側には、アークランナー４０が取付けられている。また、固定接点３１ａ及び可動接点３３ａの内方近傍の、クロスバー３２の可動接触子支持部３２ｂの両側部には、アブレーション材５０が取付けられている。

アブレーション材５０としては、ポリアミド６、ポリアミド６６又はポリアミド４６のうちの１つ、或いは、複数で構成された材料を用いるとよい。また、ポリアミド６、ポリアミド６６又はポリアミド４６のうちの１つを母材とし、メラミン又は窒化ホウ素を含浸させた材料を用いてもよい。また、ポリエチレン、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又はポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）のうちの１つ、或いは、複数で構成された材料を用いてもよい。

次に、上述の実施の形態１の開閉器９１の動作を説明する。励磁コイル２３に電流を流して固定鉄心２１を励磁すると、復帰ばね３５に抗して可動鉄心３４が固定鉄心２１に吸引される。これに伴い、クロスバー３２及び可動接触子３３が下方へ変位し、固定接点３１ａと可動接点３３ａを接触させる閉位置となる。

固定接点３１ａと可動接点３３ａの接触後も、可動鉄心３４及びクロスバー３２は、下方への変位を続ける。このとき、可動接触子３３は、可動接点３３ａが固定接点３１ａに接触していて変位することができず、接点ばね３６が圧縮されて可動接点３３ａが固定接点３１ａに圧接される。これに伴い、可動接点３３ａと固定接点３１ａとの間の接触抵抗が減少し、端子ねじ３１ｂにより固定接触子３１に接続された図示しない電気回路に電流が流れる。

励磁コイル２３の電流を断ち、固定鉄心２１を消磁すると、復帰ばね３５のばね力により、可動鉄心３４が固定鉄心２１から開離してクロスバー３２が上方に変位して開位置となり、可動接点３３ａを固定接点３１ａから開離させる。このとき、可動接点３３ａと固定接点３１ａとの間にアーク７０が発生する。

アーク７０が、その熱と光により、クロスバー３２の可動鉄心支持部３２ｂの両側部に取付けられたアブレーション材５０の成分を蒸発させ、水素ガスを発生させる。水素ガスは、熱伝導率が高いのでアーク７０を冷却する。また、クロスバー３２の可動鉄心支持部３２ｂの両側から熱伝導率の高い水素ガスが放出されるので、アーク７０の直径が細くなり、電圧が上昇して遮断され易くなる。

また、図１に示すように、放出された水素ガスにより、アーク７０は外側に膨らみ、アークランナー４０に転移する。アークランナー４０の下端で、アーク７０が放出され、固定接点３１ａに到達する。アーク７０がアークランナー４０に転移するとき、アークランナー４０の熱容量により冷却され消弧し易くなる。また、アーク７０が、アークランナー４０に転移し、放出されるとき、電圧が上昇するので、遮断され易くなる。

アーク７０によるアブレーション材５０からの蒸発ガスにより、筐体１０内の圧力が上昇するが、筐体１０（取付台１１、ベース１２及びカバー１３）は、ガラス繊維で強化されているので、耐圧強度が高く、蒸発ガスの圧力で筐体１０が破損することはない。

可動鉄心３４が固定鉄心２１に吸引されるとき、可動鉄心３４と固定鉄心２１とが衝突し、その衝撃は、クロスバー３２に伝達される。一般の開閉器は、日本工業規格のＡＣ４級電気試験では３万回、ＡＣ３級電気試験では２００万回の開閉遮断試験を行なうため、クロスバー３２には機械強度が要求される。消弧性能を向上させるために、クロスバー３２の材料や形状を変更すると、機械強度を損なうことがある。

しかしながら、アブレーション材５０は、クロスバー３２とは異なる部品であり、クロスバー３２とは異なる材料で形成され、クロスバー３２に取付けられるので、機械強度を要求されない。そのため、消弧性能を向上させるのに最適な材料、形状を選択することができる。

クロスバー３２の可動鉄心支持部３２ｂの両側から熱伝導率の高い水素ガスが放出されるので、放出された水素ガスにより、アーク７０は外側に膨らみ、アークランナー４０に転移し、アークランナー４０の熱容量により冷却され消弧し易くなる。また、アーク７０が、アークランナー４０に転移し、放出されるとき、電圧が上昇するので、遮断され易くなる。図３に示すように、実施の形態１の開閉器９１は、アブレーション材５０を用いていない従来の開閉器に比べ、アーク電圧が高く、遮断され易くなっている。

実施の形態２．
図４は、本発明に係る開閉器の実施の形態２を示す縦断面図である。図４に示すように、実施の形態２の開閉器９２は、クロスバー３２の可動鉄心支持部３２ｂの両側部の、固定接点３１ａ及び可動接点３３ａの近傍に、可動鉄心支持部３２ｂの側面から突出するように、アブレーション材５２を配置している。実施の形態２の接触器９２は、アブレーション材５２の形態以外は、実施の形態１の開閉器９１と変わるところはない。

実施の形態２の接触器９２は、アブレーション材５２を、クロスバー３２の可動鉄心支持部３２ｂの側面から突出するように配置したので、アーク７０の熱や光をより受けやすくなり、より多量の蒸発ガスを噴出するので、アーク７０をより効果的に消弧することができる。

１０筐体
１１取付台
１２ベース
１２ａガイド孔
１３カバー
１３ａガイド孔
１３ｂ側板
２０電磁作動装置
２１固定鉄心
２２巻枠
２３励磁コイル
３０回路開閉機構
３１固定接触子
３１ａ固定接点
３１ｂ端子ねじ
３２クロスバー
３２ａ基台部
３２ｂ可動接触子支持部
３２ｃ四角窓
３３可動接触子
３３ａ可動接点
３４可動鉄心
３５復帰ばね
３６接点ばね
４０アークランナー
５０、５２アブレーション材
７０アーク
９１、９２開閉器

Claims

筐体を構成するベースの中央寄りに固定接点を有する端部を位置させ、外縁寄りに端子ねじを有する端部を位置させ、所定距離離間して一直線状に前記ベースに固定された少なくとも一対の固定接触子と、
両端部に前記固定接点の夫々と接触し開離する一対の可動接点を有する少なくとも１つの可動接触子と、
前記筐体の中央部に配置され、前記可動接触子の中央部を支持し、復帰ばね及び電磁作動装置により、前記固定接点と可動接点を接触させる閉位置と両者を開離させる開位置とに変位するクロスバーと、
前記クロスバー、可動接触子及び固定接触子を有する回路開閉機構を覆い、前記固定接点及び可動接点の外方近傍の側板にアークランナーを取付けたカバーと、
前記固定接点及び可動接点の内方近傍のクロスバーに取付けられ、アーク熱により蒸発ガスを発生してアークを外方に膨らませて前記アークランナーに転移させ、前記アークを前記アークランナーの下端で放出して消弧するアブレーション材と、
を備えることを特徴とする開閉器。
前記アブレーション材を、前記固定接点及び可動接点に近づけるように、前記クロスバーの側面から突出させたことを特徴とする請求項１に記載の開閉器。
前記アブレーション材として、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６のうちの１つ又は複数で構成された材料を用いることを特徴とする請求項１に記載の開閉器。
前記アブレーション材として、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６のうちの１つを母材とし、メラミン又は窒化ホウ素を含浸させた材料を用いることを特徴とする請求項１に記載の開閉器。
前記アブレーション材として、ポリエチレン、ポリアセタール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリメタクリル酸メチルのうちの１つ又は複数で構成された材料を用いることを特徴とする請求項１に記載の開閉器。