JP7040103B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、電流を遮断する回路遮断器に関する。

一般に電流を遮断する回路遮断器は固定接触子と、固定接触子に対して進退する可動接触子と、固定接触子に設けられた固定接点と、可動接触子に設けられて固定接点に対して接触および離間する可動接点とを有する。可動接点が固定接点から離間する際にはアークが発生する。アークが発生したままでは電流を遮断することができずしかも接点が消耗してしまうためにアークを消弧する手段がとられる。

特許文献１に記載された回路遮断器では、固定接触子および可動接触子に対応したアークホーン（アークランナとも呼ぶ）がそれぞれ設けられており、接点間に発生したアークをアークホーンに転流させる。転流したアークは複数のグリッドで分断されて消弧される。アークの転流はアーク自体の電流で発生するローレンツ力を利用する。

特開２０１７－４７６９号公報

固定接点および可動接点はアークによって消耗する。この消耗を抑制するためには発生するアークを固定接触子および可動接触子からアークホーンに対してすばやく転流させることが望ましい。

アークの転流時間を短縮させるためには、アークに働くローレンツ力を増加させること、つまりアークへの鎖交磁束を増加させることが考えられる。アーク電流が大きいほど磁束およびローレンツ力も大きくなる。例えば短絡事故などで数ｋＡの短絡電流が流れる場合にはアークに働くローレンツ力は相当に大きくなりアークを転流させやすい。一方、数百Ａの小電流遮断時にはアークに働くローレンツ力は小さくアークを転流させにくく、転流時間が長くなって固定接触子および可動接触子が消耗しやすい。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、アークを固定接触子および可動接触子からアークホーンにすばやく転流させることのできる回路遮断器を提供す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、本発明にかかる回路遮断器は、固定接触子と、前記固定接触子に対して進退する可動接触子と、前記固定接触子に設けられた固定接点と、前記可動接触子に設けられ、前記固定接点に対して接触および離間する可動接点と、前記可動接点が前記固定接点から離間する際に発生するアークを転流させるアークホーンと、前記アークホーンによって転流されたアークを消弧する消弧部材と、前記固定接触子または前記可動接触子に設けられた集磁部材と、を有し、前記集磁部材は磁性体であって、前記固定接点または前記可動接点を前記アークが存在する方向と反対側から覆う背面部と、前記背面部とつながり、少なくとも前記固定接点と前記可動接点とが接触した閉極状態で前記固定接点を挟んだ両側を覆う一対の側壁と、を備え、前記側壁および前記背面部が設けられる方向以外が開口したコ字形状であることを特徴とする。

前記集磁部材は、前記固定接触子に設けられていてもよい。

前記背面部は、前記固定接点または前記可動接点を補強する補強部材であってもよい。

本発明にかかる回路遮断器では、コ字状の集磁部材により磁束を効率的に集磁して強めることができる。アークには集磁されて強まった磁束が鎖交するため、アークに作用するローレンツ力が強まる。したがって、アークを固定接触子および可動接触子からアークホーンにすばやく転流させることができる。

図１は、本実施の形態にかかる回路遮断器を示す側面図である。 図２は、閉極状態における回路遮断器の一部拡大側面図である。 図３は、可動接触子の斜視図である。 図４は、固定接触子の斜視図である。 図５は、開極状態における回路遮断器の一部拡大側面図である。

以下に、本発明にかかる回路遮断器の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態である回路遮断器１０を示す側面図である。回路遮断器１０は直流電流を遮断する装置であり、下方の主回路部１２と、上方の遮断部１４とを有する。図１では理解を容易にするため主回路部１２を二点鎖線で囲み、遮断部１４を破線で囲んでいる。

主回路部１２は固定導体部１６と可動導体部１８との間で電流を通電させる回路である。固定導体部１６は主部１６ａと、端子１６ｂと、固定接触子２０とを有する。主部１６ａは固定導体部１６のベースとなる部分である。端子１６ｂは主部１６ａの右端に設けられている。固定接触子２０は主部１６ａの左端から上方に突出して設けられている。

可動導体部１８は、主部１８ａと、端子１８ｂと、支軸１８ｃと、アーム１８ｄと、可動接触子２２とを有する。主部１８ａは可動導体部１８のベースとなる部分であり、固定導体部１６よりも下方に設けられている。端子１８ｂは主部１８ａの右端に設けられている。アーム１８ｄは主部１８ａの左端から支軸１８ｃを介して上方に向かい、主部１６ａよりも左側を通るように延在している。アーム１８ｄは図示しない回動機構によって支軸１８ｃを中心として左右に回転可能である。可動接触子２２はアーム１８ｄの先端に設けられており、固定接触子２０と対向する。

図２および図３に示すように、可動接触子２２はコンタクト導体２４と、補強金具２６と、補助アークホーン（アークホーン）２８と、可動接点３０とを有する。コンタクト導体２４はやや縦長の部材である。コンタクト導体２４の下端にはアーム１８ｄに取り付けるための台座２４ａが設けられている。補強金具２６は可動接点３０の剛性を高めるための部材でありコンタクト導体２４にろう付けされている。補強金具２６は例えばＳＵＳ３０４であり、コンタクト導体２４の左側に設けられている。補強金具２６の右側は略円弧面で左側は略垂直面の弓形である。右側の略円弧面には２つの切欠２６ａが設けられている。

可動接点３０は、コンタクト導体２４の右側面中央に設けられており、右側にやや突出している。可動接点３０および後述する固定接点３４の材質は例えば銅、銀、タングステンまたはこれらの合金や粉末冶金であって、消耗量が少ないことが望ましい。補助アークホーン２８は可動接点３０の上部から左上に向けて延在する板材であり、コンタクト導体２４の上部に固定されている。補助アークホーン２８の上端は斜めにカットされて接触面２８ａが形成されている。補助アークホーン２８は紙面の垂直方向に複数が並列して設けられている。

図２および図４に示すように、固定接触子２０はコンタクト導体２４と、補助アークホーン２８と、集磁部材３２と、固定接点３４とを有する。コンタクト導体２４および補助アークホーン２８は可動接触子２２におけるものと同じであり、左右逆向きに設けられている。固定接点３４は可動接触子２２における可動接点３０と同じものであり、左右逆向きに設けられている。すなわち、固定接触子２０は、可動接触子２２の補強金具２６を集磁部材３２で置き換えて左右反対向きに配置したものである。

集磁部材３２は背面部３２ａと一対の側壁３２ｂとからなる。背面部３２ａは補強金具２６と同形状で補強部材を兼ねており、固定接点３４の剛性を高めるためにコンタクト導体２４に固定されている。背面部３２ａはコンタクト導体２４を介して固定接点３４の右側、つまりアークＡ（図５参照）が発生する方向と反対側から覆っている。

一対の側壁３２ｂはそれぞれ矩形板で、背面部３２ａに対して紙面垂直方向前後でつながっており、それぞれコンタクト導体２４の側面および台座２４ａの上面に接して左方向に突出している。一対の側壁３２ｂは、少なくとも固定接点３４に対して紙面垂直方向前後を覆うように設けられている。なお、図２では固定接触子２０の構造が分かりやすいように手前側の側壁３２ｂを省略している。

集磁部材３２は背面部３２ａと一対の側壁３２ｂとにより平面視でコ字形状を形成し、背面部３２ａおよび側壁３２ｂが設けられる方向以外は開口している。ここでコ字形状とは、三方向が塞がれた形状を示す広義であり、例えばＵ字形状を含む。集磁部材３２は鉄系の磁性材が用いられ、強度を確保するとともに磁束φ（図５参照）を集める集磁機能がある。

アーム１８ｄが右方向に回転すると先端の可動接触子２２も右方向に変位して可動接点３０が固定接点３４に接触することにより閉極する。アーム１８ｄが左方向に回転すると先端の可動接触子２２も左方向に変位して可動接点３０が固定接点３４から離間することにより開極する。アーム１８ｄは適度に長く設定されているため、可動接触子２２はほぼ直線状に進退する。

図１に戻り、遮断部１４は絶縁カバー３６と、多数のグリッド（消弧部材）３８と、一対の主アークホーン４０とを有する。一対の主アークホーン４０は固定接点３４と可動接点３０との間に発生するアークＡ（図５参照）が転流される部材である。一対の主アークホーン４０はそれぞれ長尺であって、約１１０°で上方に向かって開くような向きに配置されている。一対の主アークホーン４０の下部は互いに離間しており、この間のやや下方に固定接触子２０および可動接触子２２が配置されている。主アークホーン４０の下端にはそれぞれＪ字形状の端子金具４０ａが設けられている。端子金具４０ａはＪ字の円弧部が主アークホーン４０の下端部を覆うように配置されている。固定接触子２０の接触面２８ａは右側の端子金具４０ａに常時接触している。可動接触子２２の接触面２８ａは左側の端子金具４０ａに対して、回路遮断器１０が閉極している時には離間しており、開極している時には接触する。

多数のグリッド３８は、一対の主アークホーン４０の上部同士を結ぶ円弧に沿うように設けられている。各グリッド３８は細い形状で放射状に配置されている。グリッド３８は、主アークホーン４０に転流されて引き伸ばされたアークＡを分断して消弧する。

次に、このように構成される回路遮断器１０の作用について説明する。図２に示すように、回路遮断器１０が閉極している時には可動接点３０が固定接点３４に接触しており、両者は導通して電流が流れる。

図５に示すように、アーム１８ｄが左方向に回転するとその先端の可動接触子２２も左方向に変位し、可動接点３０は固定接点３４から離間して開極する。可動接触子２２は接触面２８ａが端子金具４０ａに当接するまで変位する。

可動接点３０と固定接点３４との間にはアークＡが発生するため、電流は該アークＡを含み太い破線で示す経路で一時的に流れ続けることになる。ここで固定接触子２０におけるコンタクト導体２４は縦方向に延在しているため、該コンタクト導体２４を流れる電流により紙面垂直方向に磁束φが発生する。図５ではこの磁束φをドット付白丸で示す。

アークＡは可動接点３０と固定接点３４との間に発生しているため、磁束φはアークＡとほぼ直角に鎖交する。したがって、アークＡは磁束φによって上向きのローレンツ力Ｆを受けることになり、補助アークホーン２８へ転流しさらに主アークホーン４０へ転流する。主アークホーン４０に転流したアークＡは多数のグリッド３８によって分断されて消弧される。

ところで、可動接点３０と固定接点３４との間を通る磁束φはコ字形状で磁性体の集磁部材３２によって集磁され、概念的にはＵ字型磁石のような作用を奏し、一対の側壁３２ｂの間には作用する磁束φは強くなる。集磁された磁束φは一対の側壁３２ｂ間を通過するようになり、固定接点３４およびアークＡに対して鎖交する。これにより、強い磁束φによりアークＡに作用するローレンツ力Ｆも大きくなり、アークＡは可動接点３０と固定接点３４との間から素早く転流されることになる。特に、数百Ａの小電流遮断時においてもアークＡに働くローレンツ力Ｆが十分大きくなり、転流時間を短縮させて高速遮断が可能となる。

アークＡが可動接点３０と固定接点３４との間に発生している時間が短くなることにより、可動接点３０および固定接点３４の消耗を抑制することができる。消耗が抑制されることにより可動接点３０および固定接点３４の体積を小さくすることができ、コストダウンを図ることができる。

また、コ字形状の集磁部材３２は固定的な固定接触子２０に設けられており、進退動作をする可動接触子２２に設けるよりも安定する。集磁部材３２は可動接触子２２に設けてもよい。この場合、一対の側壁３２ｂは少なくとも閉極状態で固定接点３４を挟んだ両側を覆うようにしておくとよい。

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

１０ 回路遮断器
１２ 主回路部
１４ 遮断部
２０ 固定接触子
２２ 可動接触子
２４ コンタクト導体
２６ 補強金具
２８ 補助アークホーン（アークホーン）
３０ 可動接点
３２ 集磁部材
３２ａ 背面部
３２ｂ 側壁
３４ 固定接点
３６ 絶縁カバー
３８ グリッド（消弧部材）
４０ 主アークホーン（アークホーン）
Ａ アーク
Ｆ ローレンツ力
φ 磁束

Claims (3)

1. 固定接触子と、
   前記固定接触子に対して進退する可動接触子と、
   前記固定接触子に設けられた固定接点と、
   前記可動接触子に設けられ、前記固定接点に対して接触および離間する可動接点と、
   前記可動接点が前記固定接点から離間する際に発生するアークを転流させる一対の補助アークホーン、および該補助アークホーンからさらに転流させる一対の主アークホーンと、
   一対の前記主アークホーンによって転流されたアークを消弧する消弧部材と、
   前記固定接触子または前記可動接触子に設けられた集磁部材と、
   を有し、
   一対の前記補助アークホーンの一方は前記固定接触子に設けられており、他方は前記可動接触子に設けられており、
   一対の前記補助アークホーンは、前記固定接点と前記可動接点とが接触した閉極状態で、前記固定接点および前記可動接点を基準としてアークが移動する方向に向かって該アークを引き伸ばすように広がる向きに設けられており、
   前記集磁部材は磁性体であって、
   前記固定接点または前記可動接点を前記アークが存在する方向と反対側から覆う背面部と、
   前記背面部とつながり、少なくとも前記閉極状態で前記固定接点を挟んだ両側、および一対の前記補助アークホーンにおける相互に隣接している側の端部の両側を覆う一対の側壁と、
   を備え、前記側壁および前記背面部が設けられる方向以外が開口したコ字形状であることを特徴とする回路遮断器。
2. 請求項１に記載の回路遮断器において、
   前記集磁部材は、前記固定接触子に設けられていることを特徴とする回路遮断器。
3. 請求項１または２に記載の回路遮断器において、
   前記背面部は、前記固定接点または前記可動接点を補強する補強部材であることを特徴とする回路遮断器。

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