JP5515719B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、配線用遮断器、漏電遮断器などの回路遮断器に関し、特に、アーク駆動力を高めることができる回路遮断器に関する。

この種の回路遮断器として、特許文献１に開示された回路遮断器が知られている。
図４は、従来例を示す回路遮断器の電流遮断部の斜視図であり、図５は、図４から消弧装置を取り除いてアークを示した図である。

図において、回路遮断器の電流遮断部は、固定接触子１、可動接触子２、消弧装置４から構成されており、図示しないケースとカバーからなる本体ケース内に収納されている。
固定接触子１は、一端をＵ字状に折り曲げて、その先端に固定接点１ａを有し、他端に端子１ｂが接続されている。

可動接触子２は、一端に前記固定接点１ａと接触する可動接点２ａを有し、他端の支軸２ｂを中心に回動自在に配置されており、図示しない開閉機構部により閉極位置と開極位置に開閉駆動される。

消弧装置４は、隙間を介して上下段に配列したＶ字形の切欠きを有する複数枚の磁性板３と、該磁性板３を支持する図示しない支持部材とを備えており、可動接触子２の開極移動経路の前方に配置されている。

前記固定接触子１のＵ字状の先端には、固定接点１ａと可動接点２ａ間に発生したアーク５を消弧装置４側に移動させるアークランナ６が取り付けられている。
また、アークランナ６の近傍には、アーク駆動力を高める手段としてアーク駆動体７が配置されている。
アーク駆動体７は、左右一対の脚部７ａ、７ａとこれらの間を連結する連結部７ｂとを有するコ字状の磁性体からなり、脚部７ａ、７ａがアークランナ６の両側に位置するように、アークランナ６に裏側から隙間を介して組み合わされている。アーク駆動体７は、図示しない絶縁基台を介して固定接触子１の基部１ｃに固定支持される。

また、コ字状のアーク駆動体７の内側には、耐熱性の優れたセラミックや高分子化合物からなる絶縁物８が設けられており、アークの熱によって絶縁物の蒸発が起こり、この蒸発ガスの冷却作用による消弧性能の向上が見込まれる。

上記構成の回路遮断器において、回路遮断器のオン状態では、前記可動接触子２が閉極しており、可動接触子２の可動接点２ａと固定接触子１の固定接点１ａが接触している。また、電流は、電源側の端子１ｂから固定接触子１、固定接点１ａ、可動接点２ａ、可動接触子２を経由して、図示しない負荷側の端子まで流れる。

このような回路遮断器において、短絡電流などの大電流が流れると、電磁反発力により可動接触子２が固定接触子１から開極し、固定接点１ａと可動接点２ａとの間にアーク５が発生する。このアーク５は、固定接触子１を流れる電流に基づく電磁力により、アークランナ６側へ移動する。これにより、固定接点１ａ上の発弧はアークランナ６上に切り換わり、固定接点の消耗が緩和される。

ここで、アークランナ６の近傍にはアーク駆動体７が設けられており、固定接触子１を流れる電流の磁界を磁性体からなるアーク駆動体７に集中させ、この集中磁界によりアーク５の固定接点１ａ側の足をアークランナ６の先端側に向けて駆動することができる。
アークランナ６の先端側に移動したアーク５は、磁性板３の作用により、その内側に引き込まれて分断・冷却される。これにより、固定接点と可動接点間の電圧が一気に高まり、電流は急速に限流されて遮断に至る。
前記アーク駆動体７の内側は絶縁物８で被覆されているために、高温のアーク５に晒されても損傷を受けることが少なく、かつ絶縁物８が高温で蒸発して消弧性のガスを生じるので、アーク５はこのガスで冷却され消弧が促進される。

特開２００５−２１６８０７号公報

ところで、従来の回路遮断器は、アーク駆動力を高めるために、アークランナ６の近傍にアーク駆動体７を配置し、接点間に発生したアークをアーク駆動体７によってアークランナ６の先端側に駆動するようにしている。
しかしながら、通電電流が小さい領域（例えば、１００Ａ以下）では、固定接触子を流れる電流により発生する磁界も小さくなるために、アーク駆動力が低下してしまい、アークをアークランナの先端側に駆動できなくなる可能性があった。

そこで、本発明の課題は、アーク駆動力を高めることができる回路遮断器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、固定接点を有する固定接触子と、該固定接点と接離する可動接点を有する可動接触子と、該固定接触子の先端に一端を取り付けたアークランナと、固定接点と可動接点間に発生したアークを消弧する消弧装置とを備えた回路遮断器において、一対の脚部を有するＵ字状の磁性体を前記固定接触子とアークランナとの結合部分を取り囲むように配置し、かつアークランナは該アークランナの一端側のみを前記Ｕ字状の磁性体で覆うとともに、前記脚部を前記接点間に発生したアークの両側に位置させて、前記磁性体の脚部に永久磁石を配置し、前記磁性体と前記永久磁石により前記アークを前記消弧装置側に駆動するようにする。

上記回路遮断器において、前記磁性体の脚部に配置した永久磁石を絶縁物で覆うようにしてもよい。

前記アークランナは、前記固定接触子あるいは固定接点よりも体積抵抗率の大きい材料で形成することが好ましく、前記体積抵抗率を１．０×１０^-3〜１．０Ω・cmとするのがよい。また、前記アークランナを炭素を主成分とする材料で形成するようにしてもよい。

本発明によれば、永久磁石の磁力によってアークを消弧装置側に駆動することができるので、アーク駆動力を高めることができる。

本発明の実施形態を示す回路遮断器の電流遮断部の斜視図 図１から絶縁物を取り除いた電流遮断部の斜視図 アークがアークランナに転流した状態を示した図 従来例を示す回路遮断器の電流遮断部の斜視図 図４から消弧装置を取り除いてアークを示した図

以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態を示す回路遮断器の電流遮断部の斜視図、図２は、図１から絶縁物を取り除いた電流遮断部の斜視図、図３は、アークがアークランナに転流した状態を示した図である。なお、実施例の図中で図４、図５に対応する部材には同じ符号を付して説明する。

図１において、回路遮断器の電流遮断部は、一端をＵ字状に折り曲げて、その先端に固定接点１ａを有し、他端に端子１ｂが接続された固定接触子１と、一端に前記固定接点１ａと接触する可動接点２ａを有し、他端の支軸２ｂを中心に回動自在に配置された可動接触子２と、隙間を介して上下段に配列したＶ字形の切欠きを有する複数枚の磁性板３及び該磁性板３を支持する図示しない支持部材を備え、可動接触子２の開極移動経路の前方に配置されている消弧装置４とから構成されている。

前記電流遮断部は、図示しないケースとカバーからなる本体ケース内に収納されている。
また、前記可動接触子２は図示しない開閉機構部により閉極位置と開極位置に開閉駆動される。

前記固定接触子１のＵ字状の先端には、固定接点１ａと可動接点２ａ間に発生したアーク５を消弧装置４側に移動させるアークランナ６が取り付けられている。このアークランナ６は、固定接触子１あるいは固定接点１ａよりも体積抵抗率の大きい材料で形成されている。

一般に銅材からなる固定接触子１あるいはケイ素、炭化ケイ素系からなる固定接点１ａの体積抵抗率は１μΩ・ｃｍ程度であるが、アークランナ６には、それと比較して１０³倍〜１０⁶倍の体積抵抗率のもの、具体的には炭素を主成分とした材料、例えばグラファイトを用いるとよい。このようなアークランナ６は、固定接触子１の先端に機械的に嵌合するか、ろう材との親和性の大きい中継部材を介して固定接触子１にろう付けして結合することができる。

ここで、本実施形態では、固定接触子１の固定接点１ａの近傍に、Ｕ字状の磁性体１７と、永久磁石１８と、絶縁物１９が設けられている。
前記磁性体１７は、一対の脚部１７ａ、１７ａと、これらの間を連結する連結部１７ｂとを有するＵ字状からなり、Ｕ字状の内側で前記固定接触子１の固定接点１ａの近傍を取り囲むように配置されており、前記連結部１７ｂが固定接触子１の反固定接点側に位置するとともに、前記脚部１７ａ、１７ａが固定接点１ａの両側に位置している。
なお、本実施形態では、固定接触子１とアークランナ６との結合部分を取り囲むようにＵ字状の磁性体を配置しているが、固定接点１ａやアークランナ６のみを取り囲むようにＵ字状の磁性体を配置してもよい。
また、前記磁性体１７は、固定接触子１とアークランナ６に対して隙間があくように、図示しない絶縁基台を介して固定接触子の基部１ｃに固定支持されている。

前記永久磁石１８、１８は、前記磁性体１７の脚部１７ａ、１７ａの内側にそれぞれ配置されている。前記永久磁石１８は、接点間に発生したアーク５に対して、前記Ｕ字状の磁性体１７によるアーク駆動力に加えて、永久磁石による磁力を重畳することにより、アーク駆動力を得るようにしたものである。

本実施形態では、永久磁石１８は厚み方向に磁化されており、該永久磁石１８、１８を異極同士が対向するように前記磁性体１７の脚部１７ａ、１７ａの内側にそれぞれ配置することにより、永久磁石１８による磁力により接点間に発生したアーク５をアークランナ６の先端側に駆動するようにしている。

例えば、電流が端子１ｂから固定接触子１、固定接点１ａ、アーク５、可動接点２ａ、可動接触子２に流れる場合には、永久磁石１８、１８を図２に示すような極性となるように磁性体１７の脚部１７ａ、１７ａにそれぞれに配置する。
前記永久磁石１８としては、残留磁束密度の高い磁石、例えばネオジム系やサマリュウムコバルト系を使用することが好ましいが、本実施形態のように、永久磁石１８を固定接触子１を囲むように配置したＵ字状の磁性体１７の脚部に配置することにより、永久磁石１８からの磁束をアーク近傍に集中させることができるため、永久磁石１８として、残留磁束密度が比較的低い磁石、例えばフェライト系を使用することができる。
前記絶縁物１９は、耐熱性の優れたセラミックや高分子化合物からなり、前記永久磁石１８を覆うように前記磁性体１７の脚部１７ａ、１７ａの内側に取り付けられている。この絶縁物１９は、接点間に発生したアーク５から前記永久磁石１８と磁性体１７の脚部１７ａの損傷を防止するとともに、アークの熱によって絶縁物１９の蒸発が起こり、この蒸発ガスの冷却作用による消弧性能の向上を図ることができる。

次に本発明の動作原理について説明する。
回路遮断器のオン状態において、短絡電流などの大電流が流れると、電磁反発力により可動接触子２が固定接触子１から開極し、図１に示すように、固定接点１ａと可動接点２ａとの間にアーク５が発生する。このアーク５は、固定接触子１を流れる電流に基づく電磁力によりアーク５の固定接点１ａ上の足がアークランナ６側へ移動しようとする。
ここで、固定接触子１を流れる電流の磁界がＵ字状の磁性体１７に集中し、この集中磁界によってアーク５の固定接点１ａ上の足がアークランナ６の先端側に向けて駆動される。また、Ｕ字状の磁性体１７の脚部１７ａに設けた永久磁石１８による磁力によってもアーク５の固定接点１ａ上の足がアークランナ６の先端側に向けて駆動される。

これにより、接点間に発生した固定接点１ａ上のアーク５の足を、Ｕ字状の磁性体１７によるアーク駆動力と、永久磁石１８の磁力によるアーク駆動力によってアークランナ６の先端側に駆動することができる。

アークランナ６の先端側に移動したアーク５は、磁性板３の作用により、その内側に引き込まれて分断・冷却されて消滅し、電流が限流遮断される。
前記永久磁石１８と磁性体１７の内側は絶縁物１９で被覆されているために、高温のアーク５に晒されても損傷を受けることが少なく、かつ絶縁物１９が高温で蒸発して消弧性のガスを生じるので、アーク５はこのガスで冷却され消弧が促進される。

このように、本実施形態の回路遮断器によれば、Ｕ字状の磁性体１７と永久磁石１８の磁力によってアーク５をアークランナ６の先端側に駆動することができるので、従来の回路遮断器に比べて、アーク駆動力を高めることができる。

また、アークランナ６は固定接触子１あるいは固定接点１ａよりも体積抵抗率の大きい材料で形成されている。そのため、アーク５がアークランナ６に転流すると、通電経路に体積抵抗率の高い領域が含まれることになり、回路遮断器の端子間には、アーク電圧の他にアークランナ部分での電圧上昇が得られるため、限流効果を高めることができる。
なお、本実施形態では、磁性体１７と永久磁石１８の組み合わせにより、アーク駆動力を高めるようにしたが、永久磁石１８のみでアーク駆動力を高めるようにしてもよい。この場合には、永久磁石１８、１８を消弧装置４の磁性板３を支持する支持部材にそれぞれ配置するようにしてもよいし、Ｕ字状の磁性体１７に変えて、Ｕ字状の絶縁部材からなる支持部材を用い、該支持部材に永久磁石をそれぞれ配置するようにしてもよい。

更に、本発明の構成は、通電方向が常に一定となる直流遮断器に適用することができる。特に、直流小電流を遮断する場合に特に有効である。すなわち、直流電流の遮断は、交流電流の遮断と異なり、数１０〜数１００ｍｓかかって遮断するケースがある。特に、小電流領域（例えば、１００Ａ以下）では、固定接触子を流れる電流により発生する磁界が小さくなり、アーク自身に作用する電磁力が弱くなるため、アーク駆動力が低下してしまい、アークが接点上に滞留しやすくなり、遮断時間が長くなったり、遮断不能が生じるおそれがある。
これに対して、本発明の構成を採用することにより、アークに作用する電磁力が弱い条件（小電流領域）においても、永久磁石による磁力を重畳させることができるので、確実にアークをアークランナの先端側に駆動することができ、直流小電流の遮断性能を高めることができる。

１ 固定接触子
１ａ 固定接点
２ 可動接触子
２ａ 可動接点
４ 消弧装置
５ アーク
６ アークランナ
１７ 磁性体
１７ａ 脚部
１８ 永久磁石
１９ 絶縁物

Claims (5)

1. 固定接点を有する固定接触子と、該固定接点と接離する可動接点を有する可動接触子と、 該固定接触子の先端に一端を取り付けたアークランナと、固定接点と可動接点間に発生したアークを消弧する消弧装置とを備えた回路遮断器において、
   一対の脚部を有するＵ字状の磁性体を前記固定接触子とアークランナとの結合部分を取り囲むように配置し、かつアークランナは該アークランナの一端側のみを前記Ｕ字状の磁性体で覆うとともに、前記脚部を前記接点間に発生したアークの両側に位置させて、前記磁性体の脚部に永久磁石を配置し、前記磁性体と前記永久磁石により前記アークを前記消弧装置側に駆動することを特徴とする回路遮断器。
2. 前記磁性体の脚部に配置した永久磁石を絶縁物で覆うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 前記アークランナは、前記固定接触子あるいは固定接点よりも体積抵抗率の大きい材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
4. 前記体積抵抗率を１．０×１０^-3〜１．０Ω・cmとしたことを特徴とする請求項３に記載の回路遮断器。
5. 前記アークランナを炭素を主成分とする材料で形成したことを特徴とする請求項３に記載の回路遮断器。