JP6007135B2

JP6007135B2 - 回路遮断器

Info

Publication number: JP6007135B2
Application number: JP2013045215A
Authority: JP
Inventors: 中村　大輔; 大輔中村; 鈴木　健太; 健太鈴木; 拓樹益子
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2033-03-07
Also published as: JP2014175113A

Description

本発明は、電流遮断構造を備えた回路遮断器に関する。

従来より、固定接触子と可動接触子とを備えた回路遮断器では、電流を遮断する際、固定接触子の固定接点に対し可動接触子の可動接点を開き、固定接点と可動接点との接点間に発生するアークを消弧装置によって冷却することで遮断する。その際、接点間に発生したアークが接点上に停滞しないよう、固定接点近傍に金属板で形成されたアークランナを取り付けることにより、アークをすばやく消弧装置へ導きアークによる固定接点の損耗を軽減している。このようなアークランナの構造および機能は、特許文献１（特開平９−１７１７５９号公報）などに開示されている。

特許文献２には、消弧装置の構造を簡単にするとともに、アークによる損傷を受けにくくすることを目的とし、水平断面がコ字形の消弧コアとこれから水平に延びる基板とからなる磁性体を基板を介して固定接触子のＵ字状の折り返し部に固定して消弧装置を構成する技術が開示されている。基板にはアークに対する磁気駆動力を高める磁気駆動コア及びアークを消弧コアに導くアークホーンを一体形成することができるとしている。

特許文献３には、アーク電流を抑制して消弧までに要する時間を短縮した回路遮断器の消弧装置を提供することを目的とし、固定接点を上面に備えた接点支持片の下面側にヨークの主片を配置し、ヨークの主片の両側縁には固定接点の両側方に位置する脚片を設け、また、ヨークの主片には、接点支持片の先端側で接点支持片の上面よりも上方に突出するアーク走行片を設けるものが開示されている。

特許文献４には、アークランナのアーク駆動力を高めるために、固定接触子のコ字状の固定接点台の上脚部の下面に設ける磁性板のアークランナを左右に側板を有するＵ字状に形成し、電流遮断時に固定接点上に発生したアークは、固定接点よりも高い側板に直ちに移動するとともに、上脚部を流れる電流の磁束に基づいてアークに作用する磁気駆動力により固定接点と反対の側に駆動されて側板のエッジを走り、その先端で消弧グリッドに入って消弧されるものが開示されている。

特開平９−１７１７５９号公報特開平７−３２０６２４号公報特開平９−１７３１６号公報特開平１１−２５８３４号公報

従来の技術による遮断器のアークランナは、アークを消弧装置へ誘導する作用がある一方、大電流を遮断する際に発生するアークが通過することにより、そのアーク熱で損傷し、機能を損なう場合があった。また直流小電流を遮断する際には、アークを移動させるための磁界が弱くなる上、電流零点が存在しないため、アークが接点上に膠着して遮断が困難になるという問題点もある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、アーク熱による損傷を軽減し、また、アークが接点上に膠着することを防止して、遮断性能を向上させた回路遮断器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の回路遮断器の発明は、主回路電流を開閉するための可動接触子および固定接触子と、前記可動接触子に設けた可動接点と前記固定接触子に設けた固定接点との接点を収納し、電流遮断時に発生するアークを消滅させる消弧装置を配した消弧室と、前記固定接触子に対して前記可動接触子を開閉するための開閉機構部と、主回路の過電流を検出し接点を開極させる過電流引外し部とを備えた回路遮断器において、前記固定接触子の前記固定接点を取り付けた部分の下面および両側面を覆うＵ字形のアークランナを設け、このアークランナの内側には、前記固定接点を両側面から覆うように、絶縁部材を設け、前記アークランナは、前記固定接点の側面を覆う側壁と、前記固定接点よりも前記消弧装置側へ延設して向かい合わせて形成したアーク走行路とを備え、このアーク走行路は、前記固定接点の幅寸法よりも狭い空隙を形成することを特徴とする。

本発明によれば、アーク熱による損傷を軽減でき、また、アークが接点上に膠着することを防止して、遮断性能を向上させた回路遮断器を提供することができる。さらに、アークランナのアーク走行路の空隙は、アークに曝される面積が減少し、かつ厚みのある形状となるため、アークを走行させる機能を保持しつつ、大電流のアーク熱による損傷を軽減することができる。また、アークランナを折り曲げ、空隙を持って向かい合わせた部分は、この空隙に発生する磁界がアークを引き込むように作用し、小電流においてもアークを駆動する力を得ることができる。これにより、大電流を遮断する場合にもアークランナの熱的損傷によってアークの移動経路を損なうことがなく、小電流領域においてもアークを消弧装置へ導き消滅させることで遮断性能を向上させることができる。
厚みのある形状：本発明では、アークランナを形成する材料として鋼板を想定しており、通常のプレス加工で得られる形状は板厚より幅のほうが大きくなるのが一般的です。本発明ではこれを利用し、接点側から見て板の端面が見える形状とすることによって、板厚より広い幅を持つ方向が奥行き方向となり、接点側から見て厚みのある形状となります。

本発明に係る実施例１の回路遮断器の構造を示す構成図である。本発明に係る実施例１の回路遮断器の要部を示す斜視図である。本発明に係る実施例２の回路遮断器の要部を示す斜視図である。本発明に係る実施例３の回路遮断器の要部を示す斜視図である。本発明に係る実施例４の回路遮断器の要部を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態としての実施例１〜４を図面を用いて説明する。

以下、本発明の実施例１について図１及び図２を用いて説明する。

ベストモードである図１は、実施例１の回路遮断器１の構造を示す構成図である。本発明の回路遮断器１は、モールドケース１１およびカバー１２の中に、固定接触子１３、消弧装置１４、可動接触子１５、固定接触子１３に対し可動接触子１５を開閉操作するための開閉機構部１６、図示しない過電流引外し部等を構成し、固定接触子１３には鋼板などの磁性体で形成したアークランナ１７が一体に設けられている。

アークランナ１７は、断面Ｕ字型に形成されており、固定接触子１３の先端側に位置する固定接点台３１のその両側面を覆う部分を消弧装置１４の側（図１の左側、図２の左奥側）へ延設させることで、アーク走行路１７ａを形成している。そして、回路遮断器１により電流を遮断する際、固定接触子１３の固定接点２２に取り付けた固定接点２２と可動接触子１５の可動接点１９との接点間にはアーク１８が発生するが、このアーク１８は延設されたアーク走行路１７ａにより効果的に誘導され、消弧装置１４に到達し、冷却、分断され消滅する。

図２は、実施例１の回路遮断器１の要部である固定接触子１３を示す斜視図である。同図に基づき固定接触子１３についてさらに説明する。絶縁部材である２枚の仕切板２０（図１では１枚のみが見えている）は、消弧装置１４を配置する消弧室３５を仕切っている。仕切板２０の間に位置する固定接点台３１には固定接点２２が取り付けられており、開極時にはこの近傍にアークが発生するために、アークランナ１７を配置する。

アークランナ１７は、固定接点台３１の固定接点２２を取り付けた部分の下面および側面を覆うためＵ字型に形成され、固定接点台３１の両側面で立上がり部を形成している。アークランナ１７の側壁１７ｂと固定接点台３１との間には空隙を設け、この空隙には、アークランナ１７の側壁１７ｂより高く、さらに可動接点１９と固定接点２２との接点よりも高い絶縁部材３４を挿入している。この挿入された絶縁部材３４により、アークランナ１７の側壁１７ｂと固定接点２２の側面が覆い隠され、アークランナ１７の固定接点２２の側面を覆う部分と、固定接点２２と可動接点１９との接点との間が間仕切りされ、これにより、開極時にはアーク１８を消弧装置１４へ効果的に誘導することができる。

また、アークランナ１７の側壁１７ｂは、消弧装置１４がある固定接点台３１の端子３１ａの方向へ延設し、この延設した部分は両側から内側に向けて折り曲げており、これにより、幅寸法の狭い空隙を持たせて向かい合わせた形状のアーク走行路１７ａを形成している。尚、図２に示すように、前記絶縁部材３４はアーク走行路１７ａには設けられてはなく、また、アーク走行路１７ａの空隙の幅寸法を狭く（固定接点２２の幅以下とし、固定接点２２の幅の１／２〜１／５程度とする）していることで磁束を増やすことができる。また、本実施例ではアークランナ１７は固定接点２２と可動接点１９との接点よりも低くなっている。

以上のようにアークランナ１７を形成することで、アーク走行路１７ａの空隙は固定接点２２側よりも面積が減少し、かつ厚みのある形状となるため、大電流のアークに曝された場合においても、アーク熱によりアーク走行路１７ａが溶損してその機能を壊失することがなくなり、信頼性の高い回路遮断器１を提供できる。また、アークランナ１７には、固定接点台３１の電流経路の周りに発生する磁束が通過するが、この磁束の一部は両側にあるアークランナ１７の側壁１７ｂの間、およびアーク走行路１７ａの空隙から固定接点２２の近傍にアーク駆動磁束を作り出す。特に、空隙を狭くしているアーク走行路１７ａの付近では、固定接点２２上よりも磁気抵抗が低くなり、磁束が増えるため、小電流においてもアークを駆動する効果が高まり、特に遮断が難しい直流高電圧や、交流低力率の小電流領域での遮断能力を向上させることができる。尚、先に述べたアーク走行路１７ａの溶損による機能壊失を防止する効果のみを得る場合には、アークランナ１７は非磁性体であってもよく、またアーク走行路１７ａは片側のみでもよく、さらにアーク走行路１７ａを中心方向に折り曲げる必要はない。

さらに、アークランナ１７の側壁１７ｂが、絶縁部材３４により覆い隠されることにより、アークランナ１７の側壁１７ｂにアークが移行してアークランナ１７を損傷することを防止する。また、高分子材料を固定接点２２の接点近傍に配置し、アーク熱で分解ガスを発生させることによりアークを絞り込み、大電流アークの遮断性能を高める技術を利用する場合、絶縁部材３４を適切な高分子材料とすることにより、接点近傍に高分子材料を固定する手段を簡略化でき、容易に遮断性能を高めることが可能となる。

アークランナ１７の側壁部分（側壁１７ｂ）の高さよりも高く形成した絶縁部材３４は、消弧装置１４のアーク仕切壁面（仕切板２０）の切り込み部分に差し込まれる構成とすることにより、より効果的な消弧能力を達成することができる。

図３は、実施例２の固定接触子１１３を示す斜視図であり、実施例１の絶縁部材３４を備えていないものではあるが、図１に示す実施例１の固定接触子１３に代えて実施例２の固定接触子１１３を適用した場合である。尚、実施例１と共通する構成等については同一の符号を用いることとし、以下に説明する。

図３に示すように、実施例２の固定接触子１１３においては、固定接点台３１に固定接点２２が取り付けられており、この近傍に鋼板などの磁性体で形成したアークランナ１７を配置する。

アークランナ１７は、固定接点台３１の固定接点２２を取り付けた部分の下面および側面を覆うようにＵ字型に形成され、固定接点台３１の両側面を覆っているアークランナ１７の側壁１７ｂを、消弧装置１４がある固定接点台３１の端子３１ａの方向へ延設し、アーク走行路１７ａを形成している。そして、この部分は両側から内側に向けて折り曲げ、空隙を持たせて向かい合わせた形状としている。

以上のようにアークランナ１７を形成することで、アーク走行路１７ａの空隙は固定接点２２側よりも面積が減少し、かつ厚みのある形状となるため、大電流のアークに曝された場合においても、アーク熱によりアーク走行路１７ａが溶損してその機能を壊失することがなくなり、信頼性の高い回路遮断器１を提供できる。また、アークランナ１７には、固定接点台３１の電流経路の周りに発生する磁束が通過するが、この磁束の一部は両側にあるアークランナ１７の側壁１７ｂの間、およびアーク走行路１７ａの空隙から固定接点２２の近傍にアーク駆動磁束２４を作り出す。特に、空隙を狭くしているアーク走行路１７ａの付近では、固定接点２２上よりも磁気抵抗が低くなり、磁束が増えるため、小電流においてもアークを駆動する効果が高まり、特に遮断が難しい直流高電圧や、交流低力率の小電流領域での遮断能力を向上させることができる。尚、先に述べたアーク走行路１７ａの溶損による機能壊失を防止する効果のみを得る場合には、アークランナ１７は非磁性体であってもよく、またアーク走行路１７ａは片側のみでもよく、さらにアーク走行路１７ａを中心方向に折り曲げる必要はない。

図４は、実施例３の固定接触子２１３を示す斜視図であり、図１に示す実施例１の固定接触子１３に代えて実施例３の固定接触子２１３を適用した場合である。尚、実施例１と共通する構成等については同一の符号を用いることとし、以下に説明する。

図４に示すように、実施例３の固定接触子２１３においては、基本的に前記実施例１の固定接触子１３と同様の構成を有するが、アークランナ１７の側壁１７ｂを、可動接点１９が接触する固定接点２２の面よりも低く形成し、アークランナ１７の側壁１７ｂには、この側壁１７ｂよりも高さのある絶縁部材３４を一体に装着して、絶縁部材３４によりアークランナ１７の側面を覆い隠している。このようにすることにより、より狭い幅でもアークランナ１７の側壁１７ｂのアーク熱による損傷を防止することが可能となる。
より狭い幅：アークランナの側壁の幅のことを言っています。側壁と固定接点の隙間に絶縁部材を挟み込む方法以外に、アークランナ側壁を上から絶縁部材で覆うことで側壁の損傷を防止する効果を得ることができるということです。

図５は、実施例４の固定接触子３１３を示す斜視図であり、図１に示す実施例１の固定接触子１３に代えて実施例４の固定接触子３１３を適用した場合である。尚、実施例１と共通する構成等については同一の符号を用いることとし、以下に説明する。

図５に示すように、実施例４の固定接触子３１３においては、固定接点台３１に固定接点２２が取り付けられており、この近傍にアークランナ１７を配置する。アークランナ１７は、固定接点台３１の固定接点２２を取り付けた部分の下面および側面を覆うようにＵ字型に形成され、固定接点台３１の側面を覆っているアークランナ１７の側壁１７ｂは、固定接点台３１の先端側で両側から内側に向けて折り曲げられ、その端面を空隙を持って向かい合わせて構成する。この構成によれば、消弧室３５のスペースが限られる場合でも、アークランナ１７の先端のアークを消弧装置１４へ導く磁束を発生させることができ、電流遮断能力を高めることができる。尚、本実施例４の固定接触子３１３においても、実施例１および実施例３で述べた絶縁部材３４を構成してもよく、絶縁部材３４を構成することにより、実施例１および実施例３と同様の効果を得ることができる。

１回路遮断器
１１モールドケース
１２カバー
１３固定接触子
１４消弧装置
１５可動接触子
１６開閉機構部
１７アークランナ
１７ａアーク走行路
１７ｂ側壁
１８アーク
１９可動接点
２０仕切板
２２固定接点
２４アーク駆動磁束
３１固定接点台
３１ａ端子
３４絶縁部材
３５消弧室
１１３固定接触子
２１３固定接触子
３１３固定接触子

Claims

主回路電流を開閉するための可動接触子および固定接触子と、
前記可動接触子に設けた可動接点と前記固定接触子に設けた固定接点との接点を収納し、電流遮断時に発生するアークを消滅させる消弧装置を配した消弧室と、
前記固定接触子に対して前記可動接触子を開閉するための開閉機構部と、
主回路の過電流を検出し接点を開極させる過電流引外し部とを備えた回路遮断器において、
前記固定接触子の前記固定接点を取り付けた部分の下面および両側面を覆うＵ字形のアークランナを設け、
このアークランナの内側には、前記固定接点を両側面から覆うように、絶縁部材を設け、
前記アークランナは、前記固定接点の側面を覆う側壁と、前記固定接点よりも前記消弧装置側へ延設して向かい合わせて形成したアーク走行路とを備え、このアーク走行路は、前記固定接点の幅寸法よりも狭い空隙を形成することを特徴とする回路遮断器。
請求項１に記載の回路遮断器において、前記アークランナの前記側壁の高さを、前記固定接点と前記可動接点との接点高さよりも低く形成し、
前記アークランナの内側で前記固定接点の側面を覆う前記絶縁部材の高さを、前記アークランナの前記側壁の高さよりも高く形成し、前記絶縁部材により前記アークランナの側面を覆い隠したことを特徴とする回路遮断器。
請求項１に記載の回路遮断器において、前記アークランナの前記側壁の高さよりも高く形成した前記絶縁部材は、前記消弧装置のアーク仕切壁面の切り込み部分に差し込まれる構成とされていることを特徴とする回路遮断器。
請求項１〜３の内の１つの請求項に記載の回路遮断器において、前記アークランナを磁性体で形成し、かつ前記アークランナの前記アーク走行路を内側へ向かい合うように折り曲げ、折り曲げた部分により形成される空隙を前記固定接点の幅以下に形成したことを特徴とする回路遮断器。