JP6685174B2

JP6685174B2 - 開閉装置

Info

Publication number: JP6685174B2
Application number: JP2016097563A
Authority: JP
Inventors: 俊介斉藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2016-05-16
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2036-05-16
Also published as: CN107393742B; CN107393742A; JP2017208157A

Description

この発明は、電気機器のケースに嵌め込み取付ける絶縁保護カバーを備えた開閉装置に関するものである。

従来の開閉装置として、固定接点を有する固定接触子と、可動接点を有する可動接触子と、固定接点に対して可動接点を開閉させる開閉機構部と、固定接点と可動接点との開離時に固定接触子および可動接触子間で発生したアークを伸張させる磁石と、アークの発生部に延在させた一端部および磁石を面接合させた他端部を有する吸引棒と、吸引棒を他端部で保持する保護カバーと、から構成されたものが知られている。
このような開閉装置においては、電流の向きに関係なく、両接触子間に発生したアークが磁石の方向へ吸引棒の側面を沿って駆動することになり、この際、アークはアーク熱により例えば絶縁カバーから発生する溶発ガスが吹付けられ、走行、伸張するため、アークを急速に冷却させる。これらにより逆極性の電流が流れた場合でも高い遮断性能を得ることができるように形成されている。（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−０４６２７３号公報

しかしながら、上述のような従来の開閉装置においては、磁石から発生する磁力線が吸引棒により誘導され、吸引棒の先端からアークに向かって鎖交磁場が発生することになり、この鎖交磁場によってアークを磁石の方向に駆動する。このため、この駆動力の反力が吸引棒に働くことになる。一方、保護カバーは、吸引棒の反接触子側である他端部のみを保持しており、保護カバーは、筐体により保持されているが、筐体と保護カバーはどちらも樹脂製のため、筐体と保護カバーの間には、部品の製作上、多少のガタができてしまう。これにより、吸引棒を保持している保護カバーが上下左右にずれてしまい、吸引棒の先端も上下左右に動くこととなる。吸引棒の先端が動くことによってアークを駆動する鎖交磁場が変化し、これにより磁気吸引力低下により遮断性能が低下するという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、吸引棒の先端の動きを抑制し、高い遮断信頼性を保ちつつ、安価で小形の開閉装置を提供することを目的としている。

この発明に係る開閉装置は、固定接点を有する固定接触子と、この固定接触子の固定接点に離接する可動接点を有する可動接触子と、この可動接触子を駆動し、前記固定接点と前記可動接点との開閉動作を行う開閉機構部と、磁石と、一端部が前記磁石の磁極面に接し、前記固定接触子および前記可動接触子の少なくとも何れか一方と前記磁石との間に延在する長尺状の磁性体と、絶縁材料からなり前記磁性体を保持する保護カバーと、前記固定接触子、前記可動接触子、前記開閉機構部、前記磁石および前記磁性体を収納する筐体とを備えた開閉装置において、前記保護カバーは、前記磁石および前記磁性体の少なくとも一部を覆うカバー部と、前記カバー部の上方に延在する突起部と、前記カバー部および前記突起部を連結する連結部とを有し、前記突起部を前記筐体に設けられたリブに当接させていることを特徴とするものである。

この発明の開閉装置によれば、絶縁保護カバーが、磁性体および磁石の一部を覆うカバー部と、上方に延在する突起部と、カバー部および突起部を連結する連結部とを有し、突起部を筐体に設けられたリブに当接させるように構成したため、磁性体の先端の動きを抑制し、アークを駆動する鎖交磁場が安定することになり、高い遮断信頼性を保ちつつ、安価で小形の開閉装置を提供することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る開閉装置の全体構成を示す展開斜視図である。図１におけるカバーを除いた状態を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係る開閉装置の閉極状態における機構部及び消弧室部分の要部構成を一部断面で示す側面図である。この発明の実施の形態１に係る開閉装置の開極状態における機構部及び消弧室部分の要部構成を一部断面で示す側面図である。この発明の実施の形態１に係る開閉装置の保護カバーを示す斜視図である。図４の消弧室の要部を一部断面で示す要部拡大図である。この発明のアークの消弧方法についての原理を説明するための特性図である。この発明の実施の形態１に係る開閉装置の大電流遮断状態における機構部及び消弧室部分の要部構成を一部断面で示す側面図である。

実施の形態１
以下、この発明を図に基づいて説明する。
なお、各図中、同一符号は、同一あるいは相当部分を示すものとする。

図１は、この発明の実施の形態１に係る開閉装置の全体構成を示す展開斜視図、図２は、図１におけるカバーを除いた状態を示す斜視図である。また、図３は、この発明の実施の形態１に係る開閉装置の閉極状態における機構部及び消弧室部分の要部構成を一部断面で示す側面図、図４は、この発明の実施の形態１に係る開閉装置の開極状態における機構部及び消弧室部分の要部構成を一部断面で示す側面図、図５は、保護カバーを示す斜視図、図６は、図２の消弧室の要部を一部断面で示す要部拡大図、図７は、この発明のアークの消弧方法についての原理を説明するための特性図、図８は、開閉装置の大電流遮断状態における機構部及び消弧室部分の要部構成を一部断面で示す側面図である。

開閉装置１００は、図１、図２に示すように、筐体１０と、この筐体１０に取り付けられた固定接触子１および可動接触子２と、保護カバー６と、全体を覆う第１カバー１０ｃ１および第２カバー１０ｃ２とから構成されている。
ここで、固定接触子１には、図３に示すように、先端部に固定接点１ａが設けられ、この固定接点１ａに対向して可動接触子２には可動接点２ａが設けられている。
また、開閉装置１００は、この可動接触子２を回動させ、固定接点１ａと可動接点２ａとの開閉動作を行う開閉機構部１０３と、固定接点１ａと可動接点２ａとの開離時に固定接触子１と可動接触子２間で発生したアークを伸張させるための磁界を発生させる磁石４と、一端部が磁石４の磁極面に接し、他端部が固定接触子１の側に延在された長尺状の磁性体からなる吸引棒３とを備えている。このような磁石４と吸引棒３との基本的な構成によって固定接点１ａと可動接点２ａとの開離時に発生したアークを磁石４により吸引棒３の長手方向側面に沿って伸張させるようにしている。

また、開閉装置１００は、絶縁物からなり、各構成部材を収納、支持する筐体１０を有し、この筐体１０の両端部には、外部の電力回路と接続される固定側端子部１１及び可動側端子部１２が取り付けられ、筐体１０の下部には、一端に固定接点１ａが、他端に磁石４が配置され、アークを消弧するための消弧室１０２が形成されている。

この消弧室１０２には、固定側端子部１１と一体的に形成され、所定部に固定接点１ａが設けられた固定接触子１と、固定接点１ａに接離する可動接点２ａを有し、回動可能に設けられた可動接触子２と、固定接点１ａおよび可動接点２ａに接離する空間に対向するよう、一端部がアークの発生領域の近傍に配置された長尺状の磁性体からなる吸引棒３と、この吸引棒３に隣接（面接合）し、吸引棒３の他端部端面に、この端面と対向する磁極面を面接合した磁石４と、この磁石４の吸引棒３と隣接していない磁極面側に配置された磁性体からなる磁気補強板５とが設けられている。

さらに、吸引棒３の他端部外周には、図６に示すように、紙面手前に通電方向を持つアークＡの発生領域に対向するように配置された保護カバー６が設けられている。
なお、吸引棒３は、丸棒、直方体、円筒形、または多角形状の棒などの形体を用いてもよい。また、可動側端子部１２と可動接触子２とは、可撓導体１５により接続されている。その他、図示されていない部分の構成は、例えば特許文献１に示された従来技術などの開閉装置と同様である。

次に、この実施の形態１における要部である保護カバー６の構成について、図５、図６に基づいて説明する。
すなわち、保護カバー６は、図５に示すように、下方部に磁石４及び吸引棒３の少なくとも一部を覆うカバー部６ａと、上方部に二股状の突起部６ｂと、この突起部６ｂとともにＬ字状をなし、カバー部６ａおよび突起部６ｂを連結する連結部６ｃと、この連結部６ｃの上面に形成された溝状の凹部６ｄとを備えて構成されている。

このように構成された保護カバー６は、溝状の凹部６ｄが筐体１０のリブ１０ａに沿って挿入され、図６に示すように、カバー部６ａが筐体１０上に載置され、Ｌ字状をなす突起部６ｂの内側上方部６ｂ１および連結部６ｃ上面の凹部６ｄが筐体１０のリブ１０ａに当接されるとともに、突起部６ｂの下方の背部６ｂ２および連結部６ｃの後端側の底部６ｃ１が筐体１０に当接され、これによって保護カバー６は、筐体１０に支持固定されている。

また、突起部６ｂの二股部の間６ｂ３を通るように可撓導体１５が配設されており、開閉装置１００を組み立てる際に、可撓導体１５が筐体１０と保護カバー６との間に挟まれるなど可動接触子２の開閉動作の障害になることを防止している。

次に、上述のように構成された実施の形態１における開閉装置１００の小電流遮断動作について説明する。
まず、図３に示す開閉装置１００の閉極状態から開閉機構部１０３を操作して、可動接触子２を回動させると、可動接点２ａが固定接点１ａから離反して開極状態になる。このとき、図４に示すように両接点１ａ、２ａ間にアークＡが発生し、吸引棒３の側面に沿って磁石４の方向に伸張することになる。
ここで、磁石４として永久磁石４を使用し、保護カバー６で保護された吸引棒３のアーク発生位置とは逆側の端面を、Ｎ極を持つ永久磁石の磁極面に面接合した図７のモデルによって、アークの消弧原理を進展段階（Ａ）〜（Ｅ）に別けて説明する。

図７において、まず、消弧の進展段階１（図７Ａ）において、永久磁石４から発生する磁力線Ｍが吸引棒３により誘導され、吸引棒３の先端からアークＡに向かって鎖交磁場が発生することになる。この鎖交磁場によりアークＡにローレンツ力が作用し、アークＡは、図５における下側方向に駆動される。

次に、消弧の進展段階２（図７Ｂ）において、図７Ａで駆動されたアークＡに吸引棒３の先端から永久磁石４のＳ極側に回り込むように形成される磁力線Ｍが鎖交するようになる。この鎖交磁場により吸引棒３の長手方向の側面部分に拡がるアーク伸張空間にアークＡは引き込まれる。

次に、消弧の進展段階３（図７Ｃ）において、アーク伸張空間に引き込まれたアークＡは、吸引棒３の側面から法線上に発生する磁力線により更に奥まで引き込まれる。このアークＡは、奥に引き込まれる程、吸引棒３の側面から発生する磁場強度が高まるため、吸引棒３からの脱離が困難となり、安定してアークＡを吸引棒３の奥側(図の右側)に伸張させることができる。また、奥に引き込まれたアークＡに鎖交する磁力線には、永久磁石４のＳ極側に回り込む磁力線が多く含まれるようになり、この向き(図の右側方向)の磁力線による鎖交磁場は、アークＡを吸引棒３の内側に引き寄せる力を引き起すことになる。

次に、消弧の進展段階４（図７Ｄ）において、吸引棒３を保護する保護カバー６に近接したアークＡには、更に強い力で吸引棒３の内側に押し込むローレンツ力が作用するようになる。これによりアークＡは、保護カバー６に向かって圧縮され、アークＡ内部の抵抗が急激に高まる。そして、保護カバー６のアーク暴露面から溶発ガスがアークＡに向かって吹き付けられるようになり、これによりアークＡは、冷却され、アークＡ内部の抵抗が更に高まるようになる。

最後に、消弧の進展段階５（図７Ｅ）において、保護カバー６の一部に図７に示すような凹状の細隙ｇを設けた場合には、吸引棒３の内側に押し込む前記ローレンツ力により細隙ｇ内にアークＡが引き込まれ、アークＡが細く収縮するようになる。さらに、収縮したアークＡの周囲から保護カバー６からの溶発ガスが吹き付けられ、アークＡの内部でその導電性を維持できなくなるまで抵抗が高まり、消弧に至ることになる。

なお、このような構造によると、通電方向が逆の場合でも同様の効果があり、それぞれの消弧の進展段階において、図７に示すように吸引棒３の軸で対称となるようにアークＡが伸張していく。また、永久磁石４の磁極面の向きが逆の場合でも同様の効果が得られ、それぞれの消弧の進展段階において、吸引棒３の軸で対象となるようにアークＡが伸張していく。さらに、永久磁石４の磁極面の向きが逆の場合でも同様の効果が得られ、それぞれの消弧の進展段階において、吸引棒３の軸で対象となるようにアークＡが伸張していく。
このように、吸引棒３と永久磁石４又は磁石４を用いることによってアークＡを同一方向に駆動、伸張させることができるようになり、開閉装置１００を大形化することなく、遮断の信頼性を高めることができる。

なお、実施の形態１による開閉装置１００においては、次のような構成を付加することにより更なる効果を有するものである。
すなわち、開閉装置１００は、アーク伸張空間部を備えており、永久磁石(又は磁石)をアーク伸張空間部に配置することによって、アークを伸張できる長さを拡張することができ、アーク抵抗をさらに高めることができる。
また、永久磁石４（又は磁石４）の吸引棒３と隣接（面接合）していない反対側（反吸引棒側）の磁極面に、磁性体からなる磁気補強板５を設けることによって、吸引棒３を介して永久磁石４（又は磁石４）の周囲を周回する磁力線が形成する磁気回路の磁気抵抗を低下させることができるため、吸引棒３の表面から発生する磁場強度が高くなり、消弧性能を更に高めることができる。

さらに、磁石４を永久磁石で構成することによって、アークに一定磁束を作用させることができるため、通電導体から発生する磁束が弱い電流領域(例えば１ｋＡ未満)でも安定した遮断を行なわせることができる。

ところで、磁石４の磁場がアークＡに鎖交して発生するローレンツ力よりも、固定接触子１、可動接触子２を流れる電流が作る磁場が鎖交して発生するローレンツ力が大きくなる大電流領域においては、図７に示すようなアークＡの挙動を示さず、吸引棒３に直進する形態でアークＡは、伸張することになる。この場合、図８に示すようにアークＡは、吸引棒３によって分断され、吸引棒３が溶発することによる冷却効果によりアークＡ内部の抵抗が高まり、消弧に至ることになる。

次に、この発明の実施の形態１における作用効果について説明する。
上述したようにアークＡを消弧する動作の際、アークＡを駆動する駆動力の反力が吸引棒３に働くこととなるが、本実施の形態１では、図６に示すように、吸引棒３を保持する保護カバー６が４か所で筐体１０に挟まれるように保持されているため、保護カバー６は、がたつくことがない。したがって、保護カバー６に保持されている吸引棒３のがたつきも小さなものとなる。

また、保護カバー６に突起部６ｂを設け、この突起部６ｂを筐体１０に挟まれるように保持されているため、保護カバー６のがたつきが抑制され、保護カバー６に保持されている吸引棒３のがたつきも小さくなり、吸引棒３の先端の動きが抑制され、アークを駆動する鎖交磁場が安定することになる。この結果、高い遮断信頼性を保ちつつ、安価で小形の開閉装置１００を構成することが可能となる。

さらに、可撓導体１５が突起部６ｂの二股部の間６ｂ３を通るように配設されているため、開閉装置１００を組み立てる際に、可撓導体１５が筐体１０と保護カバー６の間に挟まれるなど可動接触子２の開閉動作に支障を与える問題を防止することができる。

なお、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜、変形、省略することが可能である。

１：固定接触子、１ａ：固定接点、２：可動接触子、２ａ：可動接点、
３：吸引棒、４：磁石、５：磁気補強板、６：保護カバー、
６ａ：カバー部、６ｂ：突起部、６ｃ：連結部、６ｄ：凹部
１０：筐体、１０ａ：リブ１１：固定側端子部、
１２：可動側端子部、１５：可撓導体、１００：開閉装置、
１０２：消弧室、１０３：開閉機構部、Ａ：アーク、Ｍ：磁力線、
ｇ：細隙

Claims

固定接点を有する固定接触子と、この固定接触子の固定接点に離接する可動接点を有する可動接触子と、この可動接触子を駆動し、前記固定接点と前記可動接点との開閉動作を行う開閉機構部と、磁石と、一端部が前記磁石の磁極面に接し、前記固定接触子および前記可動接触子の少なくとも何れか一方と前記磁石との間に延在する長尺状の磁性体と、絶縁材料からなり前記磁性体を保持する保護カバーと、前記固定接触子、前記可動接触子、前記開閉機構部、前記磁石および前記磁性体を収納する筐体とを備えた開閉装置において、
前記保護カバーは、前記磁石および前記磁性体の少なくとも一部を覆うカバー部と、前記カバー部の上方に延在する突起部と、前記カバー部および前記突起部を連結する連結部とを有し、前記突起部を前記筐体に設けられたリブに当接させていることを特徴とする開閉装置。
前記保護カバーの前記連結部および前記突起部をL字状に形成し、前記連結部の上面および前記突起部の前面を前記リブに当接させるとともに、前記突起部の後面および前記連結部の下面を前記筐体に当接させていることを特徴とする請求項１記載の開閉装置。
前記突起部を二股状に形成し、この二股状形状間を通して前記可動接触子および可動側端子部に接続された可撓導体を配置したことを特徴とする請求項１または２記載の開閉装置。