JP6058230B1

JP6058230B1 - 開閉器

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Publication number: JP6058230B1
Application number: JP2016547195A
Authority: JP
Inventors: 康宏塚尾; 勝志中田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2036-04-06
Also published as: EP3441998A4; EP3441998A1; US20190371546A1; WO2017175336A1; JPWO2017175336A1; EP3441998B1; US10566155B2

Abstract

開閉器（１）は、動作軸（５０）上に設けられて互いに対向する第１の接触子（２）および第２の接触子（３）と、第２の接触子（３）を第１の接触子（２）側に付勢する付勢部（１５）と、第２の接触子（３）に係合して第２の接触子（３）が第１の接触子（２）側に移動することを規制する第２の磁性体部（１１）と、を備える。また、開閉器（１）は、第１の接触子（２）と第２の接触子（３）との間にアークが発生した場合に電流が流れる導体部（９）と、導体部（９）の周囲を囲む第１の磁性体部（１０）と、を備える。導体部（９）に電流が流れることで、第２の磁性体部（１１）による第２の接触子（３）への係合が解除される。

Description

本発明は、固定接触子と可動接触子とを備える開閉器に関するものである。

ガス絶縁開閉装置には、固定接触子と可動接触子との接触および離間によって、回路の接続および断路を行う複数の開閉器が設けられる。開閉器には、機器点検時の主回路の接地用として用いられる接地開閉器がある。特許文献１に開示されているように、主回路を接地する場合、接地側の可動接触子を移動させて、主回路側の固定接触子に接触させる。可動接触子を固定接触子に接触させる場合には、主回路が予め断路されて固定接触子に電圧が印加されていない状態とされる。

特開２００９−１６３９４６号公報

このような開閉器には、主回路が断路されておらず閉路された状態のまま、可動接触子を固定接触子に誤って接触させた場合であっても、安全に投入可能であるとする責務が要求されるものがある。この責務を果たすためには、可動接触子と固定接触子との間でのアークの発生時間を短縮する必要がある。そのために、可動接触子を高速に動作させることで、アークが発生してから可動接触子が固定接触子に接触するまでの時間の短縮化が図られていた。そのため、可動接触子を高速動作させるために操作装置の大型化および高コスト化が問題となってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アークの発生時間の短縮化を図りつつ可動接触子の動作速度の低速化を図ることで、操作装置の小型化および低コスト化を図ることができる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、本発明にかかる開閉器は、動作軸に沿った第１の方向と第１の方向と反対の第２の方向とに往復移動可能に設けられた第１の接触子と、第１の接触子の第１の方向側に設けられるとともに動作軸に沿った第１の方向と第２の方向とに往復移動可能に設けられた第２の接触子と、を備える。第１の接触子から第２の接触子に向かう方向を第１の方向とし、第１の方向と反対の方向を第２の方向とした場合に、開閉器は、第２の接触子を第２の方向に付勢する付勢部と、第２の接触子に対して第１の方向側に一体に設けられた被係合部と、被係合部に対して動作軸と垂直な方向に離間して設けられるとともに、第２の接触子と電気的に接続された導体部と、を備える。また、開閉器は、導体部の周囲を囲む磁性体で形成された第１の磁性体部と、磁性体で形成されて、第１の磁性体部と被係合部との間に設けられ、磁性体で形成された第２の磁性体部と、を備える。第２の磁性体部は、導体部に通電されていない状態で被係合部に係合して、第２の接触子が付勢力によって第２の方向に移動することを規制する位置に配置される。第２の磁性体部と第１の磁性体部の間には、第２の磁性体部が第１の磁性体部側に移動可能となる隙間が設けられる。第２の磁性体部が第１の磁性体部側に移動することで被係合部への係合が解除される。

本発明にかかる開閉器によれば、可動接触子の動作速度の低速化を図ることで、操作装置の小型化および設計自由度の向上を図ることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる開閉器の概略構成を示す断面図図１に示すＩＩ−ＩＩ線での切断面を示す断面図実施の形態１における係合機構部を動作軸に垂直な方向に沿って見た図図３に示すＩＶ−ＩＶ線での切断面を示す断面図実施の形態１における導体部に電流が流れた場合の係合機構部の状態を示す側面図実施の形態１にかかる開閉器の動作を説明する図実施の形態１にかかる開閉器の動作を説明する図実施の形態１にかかる開閉器の動作を説明する図本発明の実施の形態２にかかる開閉器の概略構成を示す断面図実施の形態２にかかる開閉器の動作を説明する図実施の形態２にかかる開閉器の動作を説明する図実施の形態２にかかる開閉器の動作を説明する図

以下に、本発明の実施の形態にかかる開閉器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、本発明の実施の形態１にかかる開閉器の概略構成を示す断面図である。接地開閉器である開閉器１は、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）ガスなどの電気的な絶縁性および消弧性を有する絶縁ガスが封入されたタンク（図示を省略）内に設けて使用される。開閉器１は、第１の接触子である可動接触子２と、第２の接触子であるアーク接触子３と、第３の接触子である固定接触子４と、シールド部５と、被係合部８と、係合機構部６とを備える。

可動接触子２およびアーク接触子３は、同一の動作軸５０上に設けられて互いに対向する。以下の説明において、動作軸５０に平行であって可動接触子２からアーク接触子３に向かう方向を第１の方向として矢印Ｘで図示する。また、動作軸５０に平行であってアーク接触子３から可動接触子２に向かう方向を第２の方向として矢印Ｙで図示する。

可動接触子２は、動作軸５０に沿って往復移動可能に設けられている。可動接触子２は動作軸５０を中心軸とする円筒形状の導体である。後に詳説するが、可動接触子２は、矢印Ｘに示す方向に移動することで、矢印Ｘに示す方向側となる先端部２ａが、アーク接触子３に当接し、側面２ｂが固定接触子４に当接する。

アーク接触子３は、導体で形成されたガイド部７に保持されており、動作軸５０に沿って往復移動可能となっている。アーク接触子３は、ガイド部７に設けられたしゅう動接触子１６によって、ガイド部７との電気的接続が確保されている。アーク接触子３は、動作軸５０を中心とする円筒形状の導体である。アーク接触子３は、矢印Ｙに示す方向側となる先端部３ａは、耐アーク性の材料で形成されている。ガイド部７は、アーク接触子３の周囲を囲む。アーク接触子３は、付勢部１５によって矢印Ｙに示す方向側に付勢されている。付勢部１５は、例えばアーク接触子３とガイド部７との間に設けられた圧縮ばねである。

図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線での切断面を示す断面図である。固定接触子４は、動作軸５０を中心としてアーク接触子３の周囲に設けられる。固定接触子４は、複数の接点部４ａと、付勢部４ｂと、間隙形成部４ｃとを有する。図２に示すように、複数の接点部４ａは、アーク接触子３およびガイド部７の周囲に環状に並べて配置されている。付勢部４ｂは、複数の接点部４ａを外側から囲む環状のばね部材であり、複数の接点部４ａを動作軸５０に向けて付勢する。間隙形成部４ｃは、複数の接点部４ａの内側に設けられた環状の部材であり、環状に並べられた複数の接点部４ａに対して内側から当接してアーク接触子３と接点部４ａとの間に間隙を形成させる。環状に並べられた複数の接点部４ａの内側に可動接触子２が差し込まれることで、可動接触子２の側面に接点部４ａが接触する。本実施の形態１にかかる開閉器１では、可動接触子２が可動側の主接点となり、接点部４ａが固定側の主接点となる。

シールド部５は、導体で形成されて内部にアーク接触子３、固定接触子４、ガイド部７を収容する。シールド部５のうち矢印Ｙに示す方向側となる壁面は、動作軸５０と交差する部分を含めた領域に第１の開口５ａが形成されて、図１に示す状態においてアーク接触子３の先端部３ａの周囲を覆っている。第１の開口５ａは、可動接触子２およびアーク接触子３が通過可能な大きさで形成されている。

また、シールド部５のうち矢印Ｘに示す方向側となる壁面には、第２の開口５ｂが形成されている。シールド部５のうち矢印Ｘに示す方向側となる壁面は、ガイド部７と接触している。

被係合部８は、絶縁体で形成されて、アーク接触子３に対して矢印Ｘに示す方向側に一体に設けられている。被係合部８は、シールド部５に形成された第２の開口５ｂを貫通しており、被係合部８の一部がシールド部５の外部に露出している。

係合機構部６は、シールド部５の外部であって、被係合部８に対して動作軸５０と垂直な方向に離間して設けられる。なお、係合機構部６については、理解容易化のためにハッチングを省略して示す場合がある。図３は、実施の形態１における係合機構部６を動作軸５０に垂直な方向に沿って見た図である。図４は、図３に示すＩＶ-ＩＶ線での切断面を示す断面図である。係合機構部６は、導体部９と、第１の磁性体部である吸着部１０と、第２の磁性体部である被吸着部１１とを備える。

導体部９は、導体で形成されており、被係合部８に対して動作軸５０と垂直な方向に離間して設けられる。また、導体部９は、シールド部５に接しており、シールド部５に対して電気的に接続されている。

吸着部１０は、磁性体で形成されている。また、吸着部１０は、図４に示すように、被係合部８側が開放されて導体部９の周囲を囲む形状となっている。吸着部１０は、図示を省略した絶縁体で形成された支持部によって、図示を省略したタンクに固定されている。なお、吸着部１０はタンクに固定されていなくても導体部９にねじや接着剤によって固定されていてもよい。

被吸着部１１は、磁性体で形成されている。また、被吸着部１１は、被係合部８と導体部９との間に設けられる。本実施の形態１では、被吸着部１１は、矢印Ｘに示す方向側となる端部に設けられた軸部１１ａで吸着部１０に支持されており、軸部１１ａを中心に回転可能とされている。被吸着部１１は、矢印Ｙ側となる端部１１ｂが被係合部８側に移動する方向に付勢されている。この付勢力は、例えば軸部１１ａに設けられたねじりばねによって与えられる。

被吸着部１１と吸着部１０との間には隙間が形成されており、被吸着部１１の端部１１ｂが吸着部１０側に移動可能となっている。被吸着部１１の端部１１ｂには、被係合部８に係合して、被係合部８が矢印Ｙに示す方向に移動することを規制する係合部１１ｃが形成されている。これは、被係合部８に一体に形成されたアーク接触子３が、付勢部１５の付勢力によって矢印Ｙに示す方向に移動することを、被吸着部１１が規制していると換言することができる。

ここで、導体部９に電流が流れた場合の被吸着部１１の動作について説明する。図５は、実施の形態１における導体部９に電流が流れた場合の係合機構部６の状態を示す側面図である。導体部９に電流が通電されると、導体部９の周りに発生する磁界によって、吸着部１０と被吸着部１１との間に吸着力が発生する。これにより、図５に示すように、被吸着部１１が付勢力に抗して吸着部１０に吸着されて、吸着部１０側に移動する。被吸着部１１が吸着部１０側に移動することで、被係合部８への係合部１１ｃの係合が解除されて、付勢部１５の付勢力によってアーク接触子３が矢印Ｙに示す方向に移動可能となる。

次に、本実施の形態１にかかる開閉器１において、図１に示す状態から可動接触子２を矢印Ｘに示す方向に移動させて、可動接触子２と固定接触子４の接点部４ａとが接触されるまでの動作を説明する。図６から図８は、実施の形態１にかかる開閉器１の動作を説明する図である。

図６に示すように、可動接触子２が矢印Ｘに示す方向に移動すると、アーク接触子３およびシールド部５と可動接触子２との距離が短くなる。このとき、アーク接触子３およびシールド部５に電圧が印加されている場合には、アーク接触子３またはシールド部５と可動接触子２との間にアーク１２が発生する。

可動接触子２とアーク接触子３との間にアーク１２が発生した場合には、図６に示す経路１３、すなわちアーク接触子３、しゅう動接触子１６、ガイド部７、シールド部５を通じて、導体部９に電流が流れる。導体部９に電流が流れると、被吸着部１１が吸着部１０に吸着される。これにより、係合部１１ｃの被係合部８への係合が解除されて、アーク接触子３が矢印Ｙに示す方向に移動可能となる。

また、可動接触子２とシールド部５との間にアーク１２が発生した場合には、図６に示す経路１４、すなわちシールド部５を通じて導体部９に電流が流れる。導体部９に電流が流れると、被吸着部１１が吸着部１０に吸着される。これにより、係合部１１ｃの被係合部８への係合が解除されて、アーク接触子３が矢印Ｙに示す方向に移動可能となる。

すなわち、可動接触子２とアーク接触子３との間にアーク１２が発生した場合と、可動接触子２とシールド部５との間にアーク１２が発生した場合のどちらの場合であっても、導体部９に電流が流れて、アーク接触子３が矢印Ｙに示す方向に移動可能となる。

そのため、可動接触子２とアーク接触子３との間にアーク１２が発生した場合と、可動接触子２とシールド部５との間にアーク１２が発生した場合のどちらの場合であっても、図７に示すように、付勢部１５の付勢力によってアーク接触子２が矢印Ｙに示す方向に移動、すなわち可動接触子２に向けて移動して、可動接触子２の先端部２ａと可動接触子３の先端部３ａとが当接する。可動接触子２の先端部２ａと可動接触子３の先端部３ａとが当接することでアーク１２は消失する。

可動接触子２の先端部２ａと可動接触子３の先端部３ａとの当接後、さらに可動接触子２が矢印Ｘに示す方向に移動することで、図８に示すように、アーク接触子３は付勢部１５の付勢力に抗して矢印Ｘに示す方向に押し込まれる。そして、環状に並べられた複数の接点部４ａの内側に可動接触子２が差し込まれることで、可動接触子２の側面２ｂが固定接触子４の接点部４ａに接触する。開閉器１が接地開閉器であれば、可動接触子２の側面２ｂと固定接触子４の接点部４ａとの接触によって接地が完了する。

接地完了後は、電流が導体部９に流れなくなった時点で、被吸着部１１が吸着部１０から離れた位置に戻る。したがって、図８に示す状態から、可動接触子２を矢印Ｙに示す方向に移動させれば、その過程で被係合部８が係合部１１ｃに係合され、可動接触子２とアーク接触子３とが離間した図１に示す状態に戻る。

以上説明した開閉器１によれば、アーク接触子３またはシールド部５と可動接触子２との間にアーク１２が発生したことをきっかけにして、アーク接触子３が可動接触子２に向けて移動するため、アーク１２の発生後は可動接触子２の移動速度に、アーク接触子３の移動速度を加えた相対速度で可動接触子２とアーク接触子３とが近接する。

ここで、アーク１２によって可動接触子２およびアーク接触子３が損傷することを防ぐために、アーク１２の発生時間を短縮化することが好ましい。可動接触子２およびアーク接触子３の損傷を防ぐために要求されるアーク１２の発生時間が同じであれば、可動接触子２のみを移動させる構成に比べて、アーク接触子３を可動接触子２に向けて移動させる本実施の形態１にかかる開閉器１では、可動接触子２の移動速度を低下させることができる。すなわち、アークの発生時間の短縮化を図りつつ、可動接触子２の移動速度を低下させることができる。

このように、本実施の形態１にかかる開閉器１では、可動接触子２の移動速度を低下させることができるので、可動接触子を動作させるための図示を省略した操作装置の小型化および低コスト化を図り、これを備える開閉器１の小型化および低コスト化も図ることができる。

なお、係合機構部６において、導体部９に電流が流れなくなった際に、被吸着部１１を吸着部１０から離間させる付勢力は、上述したようにねじりばねによるものに限られない。例えば、吸着部１０と被吸着部１１とを一体に成形していれば、吸着部１０に吸着される際には被吸着部１１が変形するとともに、被吸着部１１の弾性力による復元力が、吸着部１０から離間する付勢力となる。このように、係合機構部６は、被吸着部１１を吸着部１０から離間させる力を付与できる構成であればよい。また、開閉器１は、接地開閉器以外の断路器に用いられてもよい。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２にかかる開閉器の概略構成を示す断面図である。なお、上記実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態２にかかる開閉器５１では、実施の形態１における固定接触子４と同様に、接点部５４ａ、付勢部５４ｂ、間隙形成部５４ｃを有する可動側主接触子５４が第３の接触子として可動接触子２に設けられている。より具体的には、可動接触子２の周囲を囲むように複数の接点部５４ａが設けられている。

可動側主接触子５４は、可動接触子２とともに移動する。可動側主接触子５４が矢印Ｘに示す方向に移動することで、接点部５４ａの内側にガイド部７が差し込まれ、ガイド部７の側面７ａが接点部５４ａに接触する。すなわち、本実施の形態２にかかる開閉器５１では、接点部５４ａが可動側の主接点となり、ガイド部７が固定側の主接点である第４の接触子となる。

また、シールド部５に形成される開口５ａは、可動側主接触子５４が通過可能な大きさで形成される。

次に、本実施の形態２にかかる開閉器５１において、図９に示す状態から可動接触子２を矢印Ｙに示す方向に移動させて、可動側主接触子５４の接点５４ａとガイド部７の側面７ａとが接触されるまでの動作を説明する。図１０から図１２は、実施の形態２にかかる開閉器５１の動作を説明する図である。

図１０に示すように、可動接触子２が矢印Ｘに示す方向に移動すると、可動接触子２および可動側主接触子５４とアーク接触子３との距離が短くなる。このとき、アーク接触子３およびシールド部５に電圧が印加されている場合には、可動接触子２とアーク接触子３と間または可動側主接触子５４とシールド部５との間にアーク１２が発生する。

可動接触子２とアーク接触子３との間にアーク１２が発生した場合には、図１０に示す経路５５、すなわちアーク接触子３、しゅう動接触子１６、ガイド部７、シールド部５を通じて、導体部９に電流が流れる。導体部９に電流が流れると、被吸着部１１が吸着部１０に吸着される。これにより、係合部１１ｃの被係合部８への係合が解除されて、アーク接触子３が矢印Ｙに示す方向に移動可能となる。

また、可動側主接触子５４とシールド部５との間にアーク１２が発生した場合には、図１０に示す経路５６、すなわちシールド部５を通じて導体部９に電流が流れる。導体部９に電流が流れると、被吸着部１１が吸着部１０に吸着される。これにより、係合部１１ｃの被係合部８への係合が解除されて、アーク接触子３が矢印Ｙに示す方向に移動可能となる。

すなわち、可動接触子２とアーク接触子３との間にアーク１２が発生した場合と、可動側主接触子５４とシールド部５との間にアーク１２が発生した場合のどちらの場合であっても、導体部９に電流が流れて、アーク接触子３が矢印Ｙに示す方向に移動可能となる。

そのため、可動接触子２とアーク接触子３との間にアーク１２が発生した場合と、可動側主接触子５４とシールド部５との間にアーク１２が発生した場合のどちらの場合であっても、図１１に示すように、付勢部１５の付勢力によってアーク接触子２が矢印Ｙに示す方向に移動、すなわち可動接触子２に向けて移動して、可動接触子２の先端部２ａとアーク接触子３の先端部３ａとが当接する。可動接触子２の先端部２ａとアーク接触子３の先端部３ａとが当接することでアーク１２は消失する。

可動接触子２の先端部２ａとアーク接触子３の先端部３ａとの当接後、さらに可動接触子２が矢印Ｘに示す方向に移動することで、図１２に示すように、アーク接触子３は付勢部１５の付勢力に抗して矢印Ｘに示す方向に押し込まれる。そして、環状に並べられた複数の接点部５４ａの内側にガイド部７が差し込まれることで、ガイド部７の側面７ａが可動側主接触子５４の接点部５４ａに接触する。開閉器５１が、接地開閉器であれば、ガイド部７の側面７ａと可動側主接触子５４の接点部５４ａとの接触によって接地が完了する。

接地完了後は、電流が導体部９に流れなくなった時点で、被吸着部１１が吸着部１０から離れた位置に戻る。したがって、図１２に示す状態から、可動接触子２を矢印Ｙに示す方向に移動させれば、その過程で被係合部８が係合部１１ｃに係合され、可動接触子２とアーク接触子３とが離間した図９に示す状態に戻る。

以上説明した開閉器５１によれば、アーク１２が発生したことをきっかけに、アーク接触子３が可動接触子２に向けて移動するため、アーク１２の発生後は可動接触子２の移動速度に、アーク接触子３の移動速度を加えた相対速度で可動接触子２とアーク接触子３とが近接する。したがって、実施の形態１と同様に、アークの発生時間の短縮化を図りつつ、可動接触子２の移動速度を低下させることができる。また、可動接触子２を動作させるための図示を省略した操作装置の小型化および低コスト化を図り、これを備える開閉器５１の小型化および低コスト化も図ることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１開閉器、２可動接触子（第１の接触子）、２ａ先端部、２ｂ側面、３アーク接触子（第２の接触子）、３ａ先端部、４固定接触子（第３の接触子）、４ａ接点部、４ｂ付勢部、４ｃ間隙形成部、５シールド部、５ａ第１の開口、５ｂ第２の開口、６係合機構部、７ガイド部、７ａ側面、８被係合部、９導体部、１０吸着部（第１の磁性体部）、１１被吸着部（第２の磁性体部）、１１ａ軸部、１１ｂ端部、１１ｃ係合部、１２アーク、１３，１４経路、１５付勢部、１６しゅう動接触子、５０動作軸、５１開閉器、５４可動側主接触子、５４ａ接点部、５４ｂ付勢部、５４ｃ間隙形成部、５５，５６経路。

Claims

動作軸に沿った第１の方向と前記第１の方向と反対の第２の方向とに往復移動可能に設けられた第１の接触子と、
前記第１の接触子の前記第１の方向側に設けられるとともに前記動作軸に沿った前記第１の方向と前記第２の方向とに往復移動可能に設けられた第２の接触子と、
前記第２の接触子を前記第２の方向に付勢する付勢部と、
前記第２の接触子に対して前記第１の方向側に一体に設けられた被係合部と、
前記被係合部に対して前記動作軸と垂直な方向に離間して設けられるとともに、前記第２の接触子と電気的に接続された導体部と、
前記導体部の周囲を囲む磁性体で形成された第１の磁性体部と、
前記第１の磁性体部と前記被係合部との間に設けられ、磁性体で形成された第２の磁性体部と、を備え、
前記第２の磁性体部は、前記導体部に通電されていない状態で前記被係合部に係合して、前記第２の接触子が前記付勢力によって前記第２の方向に移動することを規制する位置に配置され、
前記第２の磁性体部と前記第１の磁性体部の間には、前記第２の磁性体部が前記第１の磁性体部側に移動可能となる隙間が設けられ、
前記第２の磁性体部が前記第１の磁性体部側に移動することで前記被係合部への係合が解除されることを特徴とする開閉器。
前記動作軸との交差部分に前記第１の接触子および前記第２の接触子が通過可能な大きさの開口が形成されて、前記第２の磁性体部が前記被係合部に係合した状態で前記第２の接触子の前記第２の方向側となる先端の周囲を覆うシールド部をさらに備え、
前記シールド部は、前記導体部と電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の開閉器。
前記動作軸を中心として前記第２の接触子の周囲に設けられて、前記動作軸に近接する方向に付勢された第３の接触子をさらに備え、
前記第３の接触子は、前記第１の接触子が前記第１の方向に移動することで、前記第１の接触子の側面に当接可能であることを特徴とする請求項１に記載の開閉器。
前記動作軸を中心として前記第１の接触子の周囲に設けられて、前記動作軸に近接する方向に付勢された第３の接触子と、
前記動作軸を中心として前記第２の接触子の周囲に設けられた第４の接触子と、をさらに備え、
前記第３の接触子は、前記第１の接触子が前記第１の方向に移動することで、前記第４の接触子の側面に当接可能であることを特徴とする請求項１に記載の開閉器。