JP5568049B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、過電流から電路を保護する回路遮断器に関するものである。

一般に、回路遮断器は、固定接触子及び可動接触子を含む主接点部と、主接点部の両接点台の開閉操作を行う開閉機構と、主接点部に定格電流を超える過電流が流れたときに可動接触子を固定接触子から切り離す回路遮断動作を行うための引き外し機構と、その引き外し機構を作動させる過電流リレー機構とを備えている。過電流リレー機構は、過電流の大きさが比較的過大でない場合に作動する機構としてバイメタルを備えており、バイメタルはその過電流に見合った熱を発生するヒータを有しており、ヒータが発生させた熱に基づくバイメタル動作によって引き外し機構を作動させ、これにより主回路が開路する。

また、回路遮断器における遮断動作は、接点を開極させることにより、接点間の絶縁電圧を回復させることによって行われる。このとき接点間にはアークが発生し、その両端の電圧（以下、アーク電圧）は接点の開極距離の増大に伴って上昇することが知られている。このアークを速やかに消弧装置へ移行させ、消弧装置の消弧作用によりアークを消弧することで接点間の絶縁電圧を回復させる。

また、最近太陽光発電システムなどの直流回路に回路遮断器を使用する場合は常に同一極であり電流零点がないため、交流回路に使用する場合と比較してアークを消弧する時間が長くなる。そのため、磁石の配置によりアークに電磁力を作用させて、アークを引き伸ばし、アーク電圧を高める方法がある。この方法は、接点近傍に配置する場合は磁石を絶縁する必要があり、例えば、特許文献１（特開平１０−３１９５２号公報）に開示してあるように合成樹脂のホルダーに入れて設置するものがある。

特開平１０−３１９５２号公報

特許文献１は、回路遮断器において、可動接点１４と固定接点１５との間の近くに磁石４１を配置し、フレミングの左手の法則に従って接点１４、１５間のアークを外に排出するため、磁石４１を合成樹脂製ホルダー４０によって保持し、ホルダー４０を容器の溝４２ａ、４２ｂに係合させることが開示されている。

一般に、磁石を固定接点や可動接点から離して配置した場合、磁石による電磁力は接点との距離に比例して小さくなる。従って、効率の良い消弧作用が得られない。一方、接点付近に配置する場合は、電磁力が大きくなるため消弧作用の効率は良くなるが、特許文献１のように、磁石を絶縁する絶縁カバーが必要となるためコストが高くなる問題があった。

また、上記の構造において、アークを消弧装置へ移行するための電磁力は通電電流により発生する磁束に比例するため、低電流の領域では高電流の領域と比較して、電磁力は小さくなり、アークを消弧装置へ移行する時間が長くなる問題があった。

従来の構造では、電磁力を消弧装置側へ作用させてアークを引き伸ばすため、磁石の極性が反対になると電磁力は消弧装置の反対側へ作用するため、極性により効率良く消弧作用が得られない問題があった。

本発明の目的は、上記の目的を解消し、直流回路や低電流の領域において効率良くアークを短時間で消弧する回路遮断器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、主回路を開閉するための可動接触子と、該可動接触子に接合された可動接点と、該可動接点に対向する位置に配置された固定接点と、該固定接点を支持する固定接触子と、前記可動接点と前記固定接点の間に発生したアークを消孤するための消孤装置と、前記可動接触子を開閉するための開閉機構部と、前記主回路の過電流を検出し、前記可動接触子を開極させる引き外し装置と、前記接点、接触し、消孤装置、開閉機構部及び引き外し装置を収納した本体ケースと、該本体ケースをカバーする本体カバーとを備えた回路遮断器において、前記固定接点が配置された前記本体ケースの裏側に凹部を設け、該本体ケースの凹部に磁石を挿入して固定したことを特徴とする。

また、前記回路遮断器に設置する磁石は、その磁極の方向が１極の電源側端子と負荷側端子を結んだ軸方向となるように配置したことを特徴とする。

本発明によれば、接点開極直後から磁石による電磁力によりアークを引き伸ばすため、アークを消弧装置へ移行する時間が早くなり、効率的な消弧作用が得られる。さらに、電磁力が回路遮断器の相間方向に作用する配置により、回路遮断器の通電方向が逆になった場合においても同様の効果が得られるため、磁石の極性に関わらず効率の良い消弧作用を得られる。また、磁石をケース裏面の凹部に挿入、固定することで、磁石を樹脂製のケースで絶縁するためカバーが不要となり、組立作業性も良く、効率の良い消弧作用を有し、小形で安価な回路遮断器を提供することができる。

本発明の回路遮断器の構造を示す断面図である。 本発明の磁石配置を示す断面図である。 本発明の原理を示す説明図である。 本発明の原理を示す説明図である。 本発明の本体ケースの裏面を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
［実施例１］
図１に本発明の回路遮断器の内部構造の断面図を示す。

図１において、１は回路遮断器、１１は固定接触子、１２は固定接触子１１に接合された固定接点、１３は固定接点１２に対向する位置に配置された可動接点、１４は可動接点１３を支持する可動接触子、１５は電流を開閉するために可動接触子１４を駆動する開閉機構、１６は過電流が流れたとき開閉機構１５を駆動し、接点を開極させる引き外し装置、１７は接点を開極したときに接点間を発生するアークを消孤する消孤装置、１８は回路遮断器１に電線を配線するための電源側端子、１９は回路遮断器１から負荷に電線を配線するための負荷側端子である。２０は接点を開閉させるためのハンドルである。２１は上記の部品を収納している本体ケースで、２２は本体ケース２２を覆っている本体カバーで、双方とも樹脂で形成され、回路遮断器内部の絶縁材としている。

回路遮断器１に過電流が流れ、引き外し装置１６が動作すると、開閉機構１５により可動接触子１４は瞬間に動作し、可動接点１３は固定接点１２より引き離される。このとき、固定接点１２と可動接点１３間に電流を流そうとする慣性が働いてアークを発生する。

アークは、回路遮断器を交流回路で使用する場合は電流の零点が存在するため消孤する時間が短いが、直流回路で使用する場合は電流の零点が存在しないため消孤しにくく、長い時間持続するケースもある。また、アークが発生し消孤しないと、固定接点１２や可動接点１３の接点部分が溶解したり、ガスが発生しモールド樹脂を溶解する恐れがあるため、短い時間で消孤する必要がある。

図１において、２３は磁石で、２５は磁石２３を挿入、固定するための本体ケース２１の裏面に設けた凹部である。

消孤装置１７は、可動接触子１４が通る略Ｕ字形状の切欠きを有する磁鉄板２６を複数枚負荷側は狭く、電源側は広い間隔で斜めに積み重ねたもので、いわゆるデアイオン形のものである。また、磁鉄板２６は、略Ｕ字形状で可動接触子１４の周囲を囲み、可動接触子１４の両側まで伸びた構成となっている。

図２は、本発明の要部である接点部分の構成を表す部分断面図である。

図２において、固定接点１２と可動接点１３とが開極し、アーク３０が固定接点と可動接点の間に生じた状態を示し、また、本発明の磁石２３を配置した図を示している。

磁石２３は、永久磁石で、合金磁石、フェライト磁石及び希土類磁石の種類があるが、いずれの磁石でもよく、特に磁力の大きいものが適している。

また、磁石２３は固定接点１２のほぼ真下に配置し、本体ケース２１の裏面に凹部２５を設け、この凹部２５に磁石２３を挿入し固定する。そして、磁石２３の配置する方向は、磁石２３の磁界が回路遮断器１の電源側端子１８と負荷側端子１９とを結ぶ直線と平行となるように配置し、また、接点間のアークに対し、垂直に交わるように配置する。このように本体ケース２１の裏面に凹部２５をモールド成形で形成できるため、高精度に製造でき、磁石２３の取付も容易にでき、固定接点１２との距離を設計通りに保持できる。さらに、固定接点１２と磁石２３の絶縁も本体ケースの樹脂により可能となる。

次に図３及び図４を用いて、磁石２３の作用効果について説明する。

図３は固定接点、可動接点の接点部分の構造を示し、図３（ａ）はその上面図、図３（ｂ）はその正面図、図３（ｃ）は消孤装置の磁鉄板と可動接触子を表す斜視図である。

図３は、電源側端子から負荷側端子へ電流が流れている場合（矢印３４）に、固定接点と可動接点が開極し、アーク３０が発生した状態を示している。
すなわち、回路遮断器を流れる電流は、固定接触子１１を矢印３４のように固定接点１２を介し、アーク３０を流れ、可動接点１３及び可動接触子１４を流れ、負荷側端子より負荷に流れる。

磁石２３は、固定接点１２のほぼ真下に配置し、電源側がＮ極、負荷側がＳ極となるように配置する。このような磁石の配置で、磁石２３による磁界は、矢印３２のように電源側から負荷側に向く磁界分布となる。また、図３（ａ）に示すように、電流の方向は矢印３１（紙面に対し垂直に下から上に向かう方向）で、磁界の方向は矢印３２（紙面で左から右方向）である。したがって、アーク３０に働く力の方向は、フレミングの左手の法則によって矢印３３（紙面で上向きの方向）となる。すなわち、アーク３０に働く力の方向は、電源側と負荷側を結ぶ軸方向に対し上側に垂直方向で、すなわち隣り合う相の方向である上側の相間方向（電源側からみると左側方向）である。したがって、図３（ｃ）の消孤装置の磁鉄板と可動接触子を表す斜視図でみると、アーク３０は電源側に向かって右側に引っ張られ、磁鉄板２６に接触する。複数の磁鉄板２６に接触したアーク３０は、伸張し磁鉄板２６で分割され、消孤する。
このような構成により短時間にアークの消弧が可能となる。

次に図４を用いて、直流回路に回路遮断器を用いた場合、負荷側から電源側に電流が流れた場合について説明する。

図４は固定接点、可動接点の接点部分の構造を示し、図４（ａ）はその上面図、図４（ｂ）はその正面図、図４（ｃ）は消孤装置の磁鉄板と可動接触子を表す斜視図である。

図４は、負荷側端子から電源側端子へ電流が流れている場合に、固定接点と可動接点が開極し、アーク３０が発生した状態を示している。
すなわち、回路遮断器を流れる電流は、可動接触子１４を流れ、可動接点１３を介し、そして、アーク３０を流れ、固定接点１２及び固定接触子１１を流れ、電源側端子より電源側に流れる状態を示している。

磁石２３は、固定接点１２のほぼ真下で、電源側がＮ極、負荷側がＳ極となるように配置しているため、磁石２３による磁界は、矢印４０（矢印３２と同じ）のように電源側から負荷側に向く磁界分布となる。また、図４（ａ）に示すように、電流の方向は矢印４１（紙面に対し垂直に上から下に向かう方向）で、磁界の方向は矢印４０（紙面で左から右
方向）である。したがって、アーク３０に働く力の方向は、フレミングの左手の法則によって矢印４２（紙面で下向きの方向）となる。すなわち、アーク３０に働く力の方向は、電源側と負荷側を結ぶ軸方向に対し下側に垂直方向で、すなわち隣り合う相の方向である下側の相間方向（電源側からみると右側方向）である。
したがって、図４（ｃ）の消孤装置の磁鉄板と可動接触子を表す斜視図でみると、アーク３０は電源側に向かって左側に引っ張られ、磁鉄板２６に接触する。複数の磁鉄板２６に接触したアーク３０は、磁鉄板２６で分割され、消孤する。

図３及び図４は、磁石２３の配置で電源側をＮ極、負荷側をＳ極とした場合でこの極を逆に配置すれば、アーク３０の発生が逆になり、アークの消孤は相間方向の磁鉄板で行い、その効果は同じである。

次に図５において、磁石２３を設置する本体カバーについて説明する。

図５は、本体カバー２１の裏面を示しており、図の上側が電源側で、下側が負荷側である。本発明の回路遮断器は２極のもので直流回路に使用する。図５において、２５は磁石２３を挿入、固定する凹部を示し、固定接点１２のほぼ真下に形成している。

本体カバー２１はモールド樹脂を成形して製造するため、凹部２５を精度良く形成することができる。そしてこの凹部に磁石２３を挿入、固定するが、精度良く配置することが可能で、組立作業性の良好である。また、磁石２３は、固定接点１２のみならず他の部品との絶縁を可能としている。磁石２３を設置した後は、凹部を上から樹脂板で覆いカバーする。
図５において、上下の丸印は電源側及び負荷側の端子取り付けの部分を示している。
ここでは、２極の回路遮断器を表しているが、３極の回路遮断器でも本発明の構成は同じで、効果も同じである。

１１‥固定接触子、 １２‥固定接点、 １３‥可動接点、
１４‥可動接触子、 １５‥開閉機構、 １６‥引き外し装置、
１７‥消孤装置、 １８‥電源側端子、 １９‥負荷側端子、
２０‥ハンドル、 ２１‥本体ケース、 ２２‥本体カバー、
２３‥磁石、 ２５‥本体ケースの凹部、 ２６‥磁鉄板、
３０‥アーク、 ３３、４２‥アーク３０に作用する電磁力の方向、
３２、４０‥アーク３０に作用する磁界の方向
３１、４１‥アーク３０に流れる電流の方向。

Claims (1)

1. 主回路を開閉するための可動接触子と、
   該可動接触子に接合された可動接点と、
   該可動接点に対向する位置に配置された固定接点と、
   該固定接点を支持する固定接触子と、
   前記可動接点と前記固定接点の間に発生したアークを消孤するための消孤装置と、
   前記可動接触子を開閉するための開閉機構部と、
   前記主回路の過電流を検出し、前記可動接触子を開極させる引き外し装置と、
   前記接点、接触子、消孤装置、開閉機構部及び引き外し装置を収納した本体ケースと、
   該本体ケースをカバーする本体カバーとを備えた回路遮断器において、
   前記固定接点が配置された前記本体ケースの裏側に凹部を設け、
   該本体ケースの凹部に磁石を挿入して固定し、
   前記磁石は、その磁極の方向が１極の電源側端子と負荷側端子を結んだ軸方向となるように配置したことを特徴とする回路遮断器。

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