JP5585374B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

この発明は、配線用遮断器や漏電遮断器などの回路遮断器に関し、詳しくは、外郭を大きくすることなく、遮断容量を向上させた回路遮断器に関するものである。

回路遮断器には、この回路遮断器に具備された操作ハンドルを操作することにより電路を開閉する機能、すなわちスイッチ機能だけではなく、過電流が流れることによる電線や負荷機器の焼損を未然に防止するために電路を遮断するという大きな役目を担っている。この過電流の検出にあたっては、大別すると、熱動式、電磁式、電子式といった各方式によって行われることは周知の通りであるが、より大きな過電流、すなわち短絡電流に対しては、これら各方式による作動を待たずに、接点間にて発生する電磁反発力により、素早く可動子を回動せしめることも、やはり周知の通りである。

この可動子の回動により接点間にアークが発生するが、このアークは、磁気作用によって消弧室に誘引され、伸長および冷却によるアーク抵抗の増大がもたらされることで消滅する。この消滅により、前述した「電路の遮断」が達成されるわけであるが、例えば、電源容量の増大に伴う、より大きな短絡電流を、可動子の開離距離を変えずに遮断、言い換えると、同一の外郭で達成しようとしても、前述の「伸長および冷却」だけでは自ずと限界があった。

そこで、可動子の開閉範囲に亘って、その両側に、電源側端子と固定接点間を中継するコイルを配設し、このコイルに短絡電流が通流することで発生する磁束が、アークを横切ることで、このアークをより強力に消弧室に誘引させる、いわゆるブロー作用によってアークを消滅させることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１８８０３１号公報（第３頁左欄第４２行〜右欄第２０行、図１および図２）

ところが、上記特許文献１に示されるようなコイルの配設では、その通流による磁束のみに依存しているため、「伸長および冷却」が始まり短絡電流が減少する、いわゆる限流効果が効き出すと、逆にブロー作用も弱まり、「開」位置に到達した可動子（可動接点）と固定接点間にアークが戻ってくる、という恐れがあった。このため、接点の異常消耗や限流性能低下による絶縁劣化などが考えられ、より高い遮断容量を確保することが困難であった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、外郭を大きくすることなく、コイルの形状を工夫することで、高遮断容量を有する回路遮断器を得ることを目的とするものである。

この発明に係る回路遮断器は、操作ハンドルを有し互いに相対向するフレーム板の間に配設された開閉機構部と、上記開閉機構部と連動して回動するクロスバーと、このクロスバーと連動し少なくとも一端に可動接点を有する可動接触子と、上記可動接点と接離を繰り返す固定接点を有する固定接触子と、上記両接点間に発生するアークを裁断する消弧装置と、上記開閉機構部および消弧装置が収納されるベースとを備え、上記固定接触子と上記ベースに固着される電源側端子とがブローアウトコイルにて電気的に接続され、かつ、上記ブローアウトコイルに、上記アークを上記消弧装置に誘引する第一および第二のアーク吸引電路とこれら第一および第二のアーク吸引電路と電流方向が異なるアーク反発電路を設け、上記第一のアーク吸引電路は上記可動接触子寄りに、上記第二のアーク吸引電路は上記電源側端子寄りに、それぞれ位置し、かつ、上記第一のアーク吸引電路は上記第二のアーク吸引電路に対し上記固定接点寄りに位置するとともに、閉状態にある上記可動接触子の先端を上記第一のアーク吸引電路と上記アーク反発電路の間に位置させたものである。

この発明は以上説明したように、外郭を変えずに高遮断容量の回路遮断器を提供することができる。

この発明の実施の形態１における回路遮断器の閉状態を示す正面図である。 図１における部分拡大図である。 図１における部分斜視図である。 図３において可動接触子が電磁反発状態にある図である。 図４において絶縁ブロックを加えた図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における回路遮断器の閉状態を示す正面図であり、一部を切り欠いて内部を示している。図２は、図１で切り欠いて示した部分の拡大図である。図３および図４は、図２から消弧グリッドを除去した斜視図であり、それぞれ、図３が閉状態、図４が電磁反発状態、を示している。なお、図５は、ブローアウトコイルに絶縁ブロックを被せた図４相当図である。

図１において、カバー１、およびベース２は回路遮断器１０１の筐体を構成するものであり、それぞれ合成樹脂で形成されている。ベース２に図示しない開閉機構部が収納されており、この開閉機構部に連動する操作ハンドル３が、カバー１のハンドル用窓孔１ａからカバー１の表面に突出しており、外部から手によって操作可能であることは周知の通りである。なお、閉状態にある回路遮断器１０１の操作ハンドル３の位置より、紙面上、左側が図示しない例えば電源側電線と接続される電源側端子４、右側がやはり図示しない例えば負荷側電線と接続される負荷側端子５であることも、やはり周知の通りである。

ブローアウトコイル６を介して固定接触子７が電源側端子４と接続され、この固定接触子７の一端に固着された固定接点８が、可動接触子９の一端に固着された可動接点１０と接離することで、回路遮断器１０１の開閉、すなわち電路の入り切りが行われる。この開閉は、可動接触子９を図示しない軸によって係合するクロスバー１１が、開閉機構部と連結されることで、この開閉機構部の作動に応じて行われる。

また、可動接触子９はやはり図示しない可動子受け、中継導体、過電流引き外し装置を介して負荷側端子５に接続されている。したがって、この閉状態における電流経路は、電源側端子４−ブローアウトコイル６−固定接触子７−固定接点８−可動接点１０−可動接触子９−可動子受け−中継導体−過電流引き外し装置−負荷側端子５となり、その電流の超過状態に応じた過電流引き外し装置の作動で、同様に開閉機構部が応動し、電路の遮断が行われるが、これら、開閉機構部および過電流引き外し装置は、本発明の要部をなすものではないため、その詳しい説明は省略する。

以下、本発明の要部となるブローアウトコイル６を含めた、短絡遮断時のアークの動向について説明する。なお、１２は、短絡遮断時に固定接点８と可動接点１０の間に発生するアーク１３（図２参照）を裁断する消弧グリッド１２ａを備えた消弧装置、１４は、このアーク１３を消弧装置１２に誘引させるアークランナーであり、このとき、すなわち、短絡電流の通流による電磁反発力によって反発状態にある可動接触子９を９'で示している。

まず、ブローアウトコイル６は図３に示す形状を有している。すなわち、電源側端子４から固定接触子７へ流れる電流は、紙面上、Ａ、Ｂ、・・・、Ｌの各電路を辿る経路となっており、図４との比較からも明らかなように、可動接触子９の開閉範囲に亘って、その両側に、６ａ、６ｂとして相対向している。よって、６ｃ（図２も参照）は両側を繋ぐ接続部となる。なお、Ｂ（Ｈ）は第一のアーク吸引電路、Ｃ（Ｉ）は第二のアーク吸引電路、Ｄ（Ｊ）は可動子吸引電路、Ｅ（Ｋ）はアーク反発電路、とそれぞれ呼ぶこととするとともに、これら各電路の配設箇所が、正しく本発明のポイントとなる。また、固定接点８に至るＭは周知の可動子反発電路である。

続いて、図２〜４を参照しつつ、短絡遮断時におけるアーク１３の消滅に至るまでの過程を説明する。図２あるいは図３からも明らかなように、可動子反発電路Ｍと電路Ｎの向きが逆であることから、その電磁反発力により、可動接触子９は図２紙面上、時計方向に回動し、両接点８、１０間にアーク１３が発生する。このアーク１３により、短絡電流は限流されつつ流れ続けるが、このとき、可動子吸引電路Ｄ（Ｊ、なお、以下、６ｂ側の電路は省略）と電路Ｎの向きが、今度は同じであることから、可動接触子９は９'としてこの開極位置に向かおうとする。このことが、電路Ｄを可動子「吸引」電路と呼ぶ所以である。

一方、図２からも明らかなように、アーク１３とアーク反発電路Ｅの向きが逆であることから、アーク１３は１３'、すなわち、ブロー作用によりアークランナー１４を介して消弧グリッド１２ａに誘引される。これは、アーク反発電路Ｅと電路Ｆの屈曲点を固定接点８の負荷側（図２紙面上、右側）に設けたことが効いている。

可動接触子９'へと開極位置に向かう過程で、第一のアーク吸引電路Ｂも大きく貢献している。すなわち、図２紙面上、可動接触子９が９'との間に到達すると、今度は、この第一のアーク吸引電路Ｂがアーク１３と同じ向きになることから、アーク１３を１３'として、より早く消弧グリッド１２ａへ誘引させる。このことが、電路Ｂをアーク「吸引」電路と呼ぶ所以である。

このころになると、アークも充分に限流されるが、これは、「発明が解決しようとする課題」の項でも述べたように、逆に「移動し易い」ことから、アーク１３として復活させないように対処する必要がある。そこで、アーク１３'と同じ向きである第二のアーク吸引電路Ｃによって、アーク１３を１３''として、消弧グリッド１２ａへの転流とともに、より深部（図２紙面上、左側）へと向かわせている。

この結果、アーク１３''は、充分に「伸長・冷却」され、消弧グリッド１２ａによって裁断が行われることで、アーク消滅、すなわち、短絡遮断が完了する。つまり、これまでの説明で明らかなように、第一のアーク吸引電路Ｂ、第二のアーク吸引電路Ｃ、および可動子吸引電路Ｄをブローアウトコイル６に配設するとともに、その配設位置、すなわち、第一のアーク吸引電路Ｂを消弧グリッド１２ａの略中間に位置させ、さらに可動接触子９の先端が、第一のアーク吸引電路Ｂとアーク反発電路Ｅの間に位置するようにしたことが、より大きな短絡電流を遮断することに寄与している。この結果、外郭を変えずに、遮断容量の大小を製品バリエーションとして揃えることができるので、特に使用者側にとっては、電源容量の大小や電源容量からの距離をあまり気にせず、回路遮断器を収納する配電盤の設計の標準化が図れる、といった波及効果が大いに期待できる。

なお、図３あるいは図４には明示していないが、図２からもわかるように、両側のブローアウトコイル６ａ、６ｂの間に消弧装置１２が収納されるため、消弧グリッド１２ａを介して６ａ、６ｂが短絡しないよう配慮する必要がある。そのため、６ａ、６ｂと消弧グリッド１２ａの間に、絶縁バリアを介在させることが考えられるが、例えば、図５に示すように、固定接点８とアークランナー１４のみを露出させ、ブローアウトコイル６を絶縁ブロック１５で覆ってもよく、この場合、周知の通り、絶縁ブロック１５にアーク１３が触れた際、蒸気が発生することで、アーク１３の背面圧と前面圧の圧力差により、よりアーク１３が図２紙面上、左側に移動し易くなる。なお、１５ａは消弧装置１２を収納するためのガイドである。

ところで、ブローアウトコイル６は、いわゆる限流抵抗としても応用できるため、例えば、定格電流が３０Ａを超えれば、その材質は銅、３０Ａ以下なら鉄、という具合に、形状は変えずに材質だけ変えることで、そのプレス金型が共用でき、製品の定格電流が増えても、設計の標準化が図られ、製造コストも抑えることができる。特に、３０Ａ以下の場合、過電流引き外し装置を構成する部材の短絡電流通電時の溶断特性を考慮した場合、ブローアウトコイル６による限流効果が期待できる。なお、本発明では、固定接触子７とブローアウトコイル６を別部材として説明したが、固定接点８の固着といった、その厚さ条件などが満たされれば、図３に示すように、６ｂの先端を折り曲げ、固定接触子部６ｄとして、ブローアウトコイル６と一体化しても構わない。

２ ベース、３ 操作ハンドル、４ 電源側端子、６ ブローアウトコイル、
６ｃ 接続部、７ 固定接触子、８ 固定接点、９ 可動接触子、１０ 可動接点、
１１ クロスバー、１２ 消弧装置、１３ アーク、１０１ 回路遮断器。

Claims (3)

1. 操作ハンドルを有し互いに相対向するフレーム板の間に配設された開閉機構部と、上記開閉機構部と連動して回動するクロスバーと、このクロスバーと連動し少なくとも一端に可動接点を有する可動接触子と、上記可動接点と接離を繰り返す固定接点を有する固定接触子と、上記両接点間に発生するアークを裁断する消弧装置と、上記開閉機構部および消弧装置が収納されるベースとを備え、上記固定接触子と上記ベースに固着される電源側端子とがブローアウトコイルにて電気的に接続された回路遮断器において、
   上記ブローアウトコイルに、上記アークを上記消弧装置に誘引する第一および第二のアーク吸引電路とこれら第一および第二のアーク吸引電路と電流方向が異なるアーク反発電路を設け、上記第一のアーク吸引電路は上記可動接触子寄りに、上記第二のアーク吸引電路は上記電源側端子寄りに、それぞれ位置し、かつ、上記第一のアーク吸引電路は上記第二のアーク吸引電路に対し上記固定接点寄りに位置するとともに、閉状態にある上記可動接触子の先端が上記第一のアーク吸引電路と上記アーク反発電路の間に位置することを特徴とする回路遮断器。
2. 可動接触子の電磁反発時の位置と、ブローアウトコイルに設けた可動子吸引電路が、ほぼ一直線上に並ぶことを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 接続部を設けることで、ブローアウトコイルは可動接触子を中心に、相対向していることを特徴とする請求項２に記載の回路遮断器。

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