JP7248955B2 - 回路用遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、回路用遮断器に関し、特に、接点間に発生したアークを消弧装置で消弧する回路用遮断器に関する。

この種の回路用遮断器として、特許文献１に開示された回路遮断器が知られている。
図１４は、従来例を示す回路遮断器の側面断面図、図１５は、電流遮断部（消弧装置）の斜視図である。

図１４において、各極の回路遮断ユニット２０は、ベース１１に設けられた電源側端子２４と、この電源側端子２４より延設され、固定接点２１を有する固定接触子２７と、この固定接点２１と接触および開離する可動接点２２と、この可動接点２２が一端に設けられ、クロスバー３２により回動自由に保持されている可動接触子２３と、この可動接触子２３に可動接触子ホルダー２６を介して接続された引き外し装置４０と、引き外し装置４０より延設された負荷側端子２５と、可動接触子２３側にＵ字形の切欠き５１ａおよび切欠き５１ａの両側に側足部５１ｂ１、５１ｂ２が形成され、この切欠き５１ｂ１、５１ｂ２が両接点２１、２２および固定接触子２７を囲む複数のグリッド板５１を積層した消弧装置５０と、を有する。

図１５において、消弧装置５０を構成する磁性鋼板からなる複数のグリッド板５１は、四角状の板の一辺に略Ｕ字形の切欠き５１ａを設けた形状となっている。このグリッド板５１を複数枚用い、所定の間隔を持って絶縁性の材料からなる支持板５３ａ、５３ｂに挟持させることにより消弧装置５０は構成されている。この消弧装置５０は、グリッド板５１のＵ字形の切欠き５１ａが固定接点２１、可動接点２２の方向に向くように設置され、このＵ字形の切欠き５１ａにより形成される空間を可動接触子２３が回動する構成となっている。

固定接点２１の両側には、絶縁材料からなり内部に一対の永久磁石５４を保持する一対の磁石ホルダー５５が設けられている。一対の磁石ホルダー５５は、支持板５３ａに磁石ホルダー５５ａが保持され、支持板５３ｂに磁石ホルダー５５ｂが保持されている。また、一対の磁石ホルダー５５ａ、５５ｂは、それぞれ支持板５３ａ、５３ｂの最もベース１１側に設けられている。さらに、磁石ホルダー５５ａには、ベース１１側に永久磁石５４ａを挿入するための開口部５５ａ１が設けられ、磁石ホルダー５５ｂには、ベース１１側に永久磁石５４ｂを挿入するための開口部５５ｂ１が設けられている。

そして、一対の永久磁石５４ａ、５４ｂは、同極性が対向するように配置されている。また、磁石ホルダー５５は、磁石ホルダー５５のベース１１側の端面と、支持板５３ａ、５３ｂのベース１１側の端面は略面一になるように保持されている。さらに、磁石ホルダー５５の固定接点２１側の端面は、グリッド板５１の側足部５１ｂ１、５１ｂ２の固定接点２１側の端面より固定接点２１側に位置している。

上記したような回路遮断器において、直流電流を遮断する際に固定接点と可動接点間で発生するアークを短時間で消弧している。

特許第６２３７４８１号

ところで、直流電流を遮断する場合、交流とは異なり電源電圧以上にアーク電圧を増加させて電流ゼロ点を意図的に作り出す必要がある。図１３は、電流とアーク電界の関係を示したものである。図１３に示すように、気中遮断の場合、１０～１００Ａ程度の領域でアーク電圧が最も低くなる領域が存在しており、従来の開示された回路用遮断器ではそのまま直流遮断器として適用することが難しいという問題があった。

また、特許文献１に開示された回路遮断器では、小電流時の遮断は可能であるが、１０００Ａを超えるような大電流の遮断の場合は、消弧グリッド板３が固定されているためアーク時間が長くなることで、接点へのダメージ（溶融・破壊）が増大し、遮断性能が低下あるいは、遮断不能であるという問題があった。

また、大電流時の遮断器として、従来は消弧グリッドと接点との間にスペースを取り、アークの伸長を利用するものがあるが、この場合小電流を遮断しようとすると、アークが消弧グリッドに届かず、遮断不能となる問題があった。

そこで、本発明の課題は、一つの装置で大電流、小電流を遮断することができる回路用遮断器を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明によれば、
排気口を有する本体ケースと、
固定接点を有し、前記固定接点から前記排気口と反対側に延伸する固定接触子と、該固定接点と接離する可動接点を設け、前記固定接触子と対面する可動接触子と、
前記固定接点および前記可動接点に対して前記排気口側に設けられ、前記固定接点と前記可動接点との間に発生するアークを消弧する複数の磁性グリッドを有する消弧装置と、
前記固定接点と電気的に接続され、前記固定接点から前記排気口側に延伸する第一アークランナと、
前記第一アークランナと前記消弧装置を介して対向配置された第二アークランナと、
前記第一アークランナおよび前記第二アークランナに沿って、前記消弧装置を前記固定接点および前記可動接点側である第１の位置と前記排気口側である第２の位置との間をガイドする移動ガイドと、
前記消弧装置を前記第２の位置から前記第１の位置の方向に反発するように前記本体ケ
ースの前記排気口および前記消弧装置の前記排気口面側に磁石を設置したことを特徴とする。

本発明によれば、一つの装置で大電流、小電流を遮断することができる回路用遮断器が得られる。

本発明の第１の実施形態を示す回路用遮断器の電流遮断部の要部側面図（小電流遮断時） 本発明の第１の実施形態を示す回路用遮断器の電流遮断部の要部斜視図（小電流遮断時） 本発明の第１の実施形態を示す回路用遮断器の電流遮断部の要部側面図（大電流遮断時） 本発明の第１の実施形態を示す回路用遮断器の電流遮断部の要部斜視図（大電流遮断時） 本発明の第２の実施形態を示す回路用遮断器の電流遮断部の要部側面図（小電流遮断時） 本発明の第２の実施形態を示す回路用遮断器の電流遮断部の要部斜視図（小電流遮断時） 本発明の第２の実施形態を示す回路用遮断器の電流遮断部の要部側面図（大電流遮断時） 本発明の第２の実施形態を示す回路用遮断器の電流遮断部の要部斜視図（大電流遮断時） 本発明の第３の実施形態を示す回路用遮断器の電流遮断部の要部側面図（大電流遮断時） 本発明の第３の実施形態を示す回路用遮断器の電流遮断部の要部斜視図（大電流遮断時） 本発明の第４の実施形態を示す回路用遮断器の電流遮断部の要部側面図（大電流遮断時） 本発明の第４の実施形態を示す回路用遮断器の電流遮断部の要部斜視図（大電流遮断時） アーク電流とアーク電界の関係 従来例を示す回路遮断器の側面断面図 従来例を示す回路遮断器の電流遮断部（消弧装置）の斜視図

以下、本発明の実施の形態を図１～１３に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す回路遮断器の電流遮断部の小電流遮断時の要部側面図、図２は、図１に示す電流遮断部の小電流遮断時の要部斜視図である。

図１において、回路遮断器の電流遮断部は、固定接点１００ａを有する固定接触子１００と、一端に固定接点１００ａと接触する可動接点２００ａを有する可動接触子２００と可動式消弧装置４００とから構成されている。また、固定接点１００aの下に固定接触子１００でＵ字状に囲うように絶縁物９００が形成されている。

可動式消弧装置４００は、隙間を介して上下段に配列したＶ字形の切欠きを有し、可動接点２００ａの移動経路の前方に配置されている複数枚の磁性体である磁性板３００が一定の間隔を空けて支持体３０５に支持され、消弧グリッド３０１を形成している。消弧グリッド３０１は、絶縁物からなる消弧装置ガイド上３０２と消弧装置ガイド下３０３に支持
されると共に、可動接点２００ａおよび固定接点１００ａに接近および離反自在に案内される。

また、可動式消弧装置４００は背面に１本または複数本からなる弾性体（例えば、圧縮コイルバネ）５００が設置されており、弾性体５００の他端は回路遮断器本体１０００に設置されている。

通常通電時は、可動式消弧装置４００は固定接点１００ａおよび可動接点２００ａ側の位置（第１の位置）に、弾性体５００の弾性力により押し出されている。また、可動式消弧装置４００は、消弧装置ガイド下３０３が支持体３０５により支持され、移動自在となっており、大電流遮断時は固定接点１００ａおよび可動接点２００ａから離れた排気口側の位置（第２の位置）に移動する。

また、電流遮断時に発生するアークを消弧装置に移動させる第二アークランナ８０１が回路遮断器本体１０００上部に、第一アークランナ８００が固定接点２００ａから消弧装置の消弧グリッド最下部の下方に設けられている。
また、回路遮断器本体１０００の背面には排気口１００１が形成されている。

上記可動接触子２００は、図示しない開閉機構部により、固定接触子１００に対して回転方向に開閉駆動されるように構成されている。また、上記電流遮断部は、ケースとカバーからなる回路遮断器本体１０００内に収納されている。

ここで、本実施形態の前記可動式消弧装置４００は、絶縁物である消弧装置ガイド上３０２および消弧装置ガイド下３０３により支持され、該ガイド板上下は該回路遮断器本体ケース１０００に設けられた支持体３０５に挟みこまれ、第１の位置と第２の位置の間を自在に移動可能としており、可動式消弧装置４００の背面に接触配置した圧縮コイルバネ５００により回路遮断器の正常通電時（オン状態）は、可動式消弧装置４００は第１の位置に押し出されている。

次に小電流通電時の本発明の作用について説明する。
回路遮断器のオン状態では、可動接触子２００が閉極しており、可動接触子２００の可動接点２００ａと固定接触子１００の固定接点１００ａが接触している。また、電流は図示しない電源側の端子から固定接触子１００、可動接触子２００を経由して、図示しない負荷側の端子まで流れる。

このような回路遮断器において、過電流等を検知した場合に、可動接触子２００が図１の矢印の方向に固定接触子１００から開離し、固定接点１００ａと可動接点２００ａとの間にアーク６００ａが発生する。このアーク６００ａは、固定接触子１００やアーク自身を流れる電流による電磁力（ローレンツ力）により可動式消弧装置４００側に駆動される。ここで、アーク自身を流れる電流が小さい（例えば１０～１００Ａ）規模の電流であるので、遮断器内で発生する気体の圧力上昇（膨張力）は小さく、該可動式消弧装置４００を押し出している圧縮コイルバネ力の方が強いため、可動式消弧装置４００は固定接点２００ａ近傍（第１の位置）から動かない。そのため、アーク６００ａは先に説明した電磁力（ローレンツ力）によりすぐ近傍にある可動式消弧装置内に駆動され、アーク６００ａは可動式消弧装置内にて短い発弧時間で消弧され、接点の消耗を抑えることができる。
ここで、可動式消弧装置を排気口側に移動させる駆動力は、電流遮断時に流れる電流により発生する電磁力（ローレンツ力）と本体内気体の加熱による圧力上昇（膨張）による力によるもので、弾性体の力は電流の大きさに応じて決まる電磁力（ローレンツ力）と気体の上昇圧力に対応して決められる。

図３は、本発明の第１の実施の形態を示す回路用遮断器の電流遮断部の大電流遮断時の要部側面図、図４は、図３に示す電流遮断部の大電流遮断時の要部斜視図である。

図３、図４において、大電流通電時の本発明の作用について説明する。
回路遮断器のオン状態では、可動接触子２００が閉極しており、可動接触子２００の可動接点２００ａと固定接触子１００の固定接点１００ａが接触している。また、電流は図示しない電源側の端子から固定接触子１００、可動接触子２００を経由して、図示しない負荷側の端子まで流れる。

このような回路遮断器において、短絡電流等の大電流を検知した場合に、可動接触子２００が図３の矢印の方向に固定接触子１００から開離し、固定接点１００ａと可動接点２００ａとの間にアーク６００ｂが発生する。このアーク６００ｂには、アーク自身を流れる大きい電流（例えば１０００Ａ以上）による電磁力（ローレンツ力）と、アークによる遮断器内の気体の加熱膨張による圧力が働き、アーク６００ｂは第二アークランナ８０１に移動する。同時に、気体の加熱膨張による圧力により前記可動式消弧装置４００が受ける力は、該圧力は可動式消弧装置４００を押し出している圧縮コイルバネ力より大きいため、該可動式消弧装置４００は固定接点２００ａ近傍から離れ、排気口１００１方向に動き、第２の位置に移動する。また、アークは第二アークランナ８０１、排気口１００１側に動いた可動式消弧装置４００の全体、第一アークランナ８００を流れるため、アーク６００ｂは消弧装置３００の大きな面積を流れ、急速に冷却、短い発弧時間で消弧され、接点の消耗を抑えることができる。

なお、弾性体５００は圧縮コイルバネの他、各種バネ、ダイヤフラム、ゴム各種や熱可塑性ポリウレタン樹脂等のように伸縮性があるものであればよい。

図５は、本発明の第２の実施の形態を示す回路遮断器の電流遮断部の小電流遮断時の要部側面図、図６は、図５に示す電流遮断部の小電流遮断時の要部斜視図である。また、図７は、本発明の第２の実施の形態を示す回路遮断器の電流遮断部の大電流遮断時の要部側面図、図８は、図７に示す電流遮断部の大電流遮断時の要部斜視図である。

第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、弾性体５００を本体ケース磁石（接点側）５０１、可動子磁石５０２、本体ケース磁石（排気口側）５０３に置き換えた点であり、他部品は共通であるので説明は省略する。図５において、本体ケース磁石（排気口側）５０３は排気口１００１側の本体ケース１００１に固定されており、本体ケース磁石（接点側）５０１は図示しない本体ケース１００１に固定されている。また可動子磁石５０２は、可動式消弧装置４００の排気口１００１側の上部先端に設置されている。ここで、本体ケース磁石（接点側）５０１と可動子磁石５０２は引き合うようにＳ極とＮ極を設置している。一方、本体ケース磁石（排気口側）５０３と可動子磁石は反発するように極性が同じに設置している。例えば、本体ケース磁石（接点側）５０１の可動子磁石５０２側の面をＮ極、可動子磁石５０２の本体ケース磁石（接点側）５０１側をＳ極とし（この場合、可動子磁石５０２の排気口１００１側の面はＮ極となる）、本体ケース磁石（排気口側）５０３の可動子磁石５０２側の面をＮ極となるように設置する。

その結果、通常通電時および小電流遮断時は、可動式消弧装置４００は本体ケース磁石（接点側）５０１と可動子磁石５０２の吸引力により固定接点１００ａおよび可動接点２００ａ側の位置（第１の位置）に移動する。また、大電流遮断時は、可動式消弧装置４００は、第１の実施の形態と同様に、電磁力（ローレンツ力）とアークによる遮断器内の気体の加熱膨張による圧力が働き、該圧力は本体ケース磁石（接点側）５０１と可動子磁石５０２の吸引力より大きいため固定接点１００ａおよび可動接点２００ａから離れた排気口側の位置（第２の位置）に移動する。大電流の遮断が終了した時点で、本体ケース磁石（排気口側）５０３と可動子磁石５０２の反発力および本体ケース磁石（接点側）５０１と可動子磁石５０２の吸引力により、可動式消弧装置４００は、第１の位置に移動する。

ここで、図５～図８の第２の実施の形態の変形例として、本体ケース磁石（接点側）５０１は無くてもよい（請求項３）。この場合、本体ケース磁石（排気口側）５０３と可動子磁石５０２の反発力のみが可動式消弧装置４００に作用し、通常通電時および小電流遮断時は、可動式消弧装置４００は第１の位置に移動する。

図９は、本発明の第３の実施の形態を示す回路用遮断器の電流遮断部の大電流遮断時の要部側面図、図１０は、図９に示す電流遮断部の大電流遮断時の要部斜視図である。

図９において、構成する部品は前記した図１と同じであるので省略し、回路遮断器の電流遮断部は、絶縁物９００をＵ字状に囲うように形成された固定接点１００ａを有する一方の固定接触子１００と、一端に固定接点１００ａと接触する可動接点２００ａを有する可動接触子２００と可動式消弧装置４００とコ字状の磁気ヨーク（磁性体）７００から構成されている。

また、コ字状の磁気ヨーク（磁性体）７００は、固定接点を設けた第一導体部１０１と、固定接点を有する面と反対面側に第一導体部と離間して設けられた第二導体部１０２を囲うように、且つ固定接点２００ａから離れた排気口側の位置（第２の位置）に配置されている。

図９、図１０において大電流通電時の本発明の作用について説明する。なお、小電流通電時は第１の実施の形態と同様であるので省略する。
回路遮断器のオン状態では、可動接触子２００が閉極しており、可動接触子２００の可動接点２００ａと固定接触子１００の固定接点１００ａが接触している。また、電流は図示しない電源側の端子から固定接触子１００、可動接触子２００を経由して、図示しない負荷側の端子まで流れる。

このような回路遮断器において、短絡電流等の大電流を検知した場合に、可動接触子２００が図９の矢印の方向に固定接触子１００から開離し、固定接点１００ａと可動接点２００ａとの間にアーク６００ｂが発生する。このアーク６００ｂには、アーク自身を流れる大きい電流（例えば１０００Ａ以上）による電磁力（ローレンツ力）と遮断器内の気体の加熱膨張による圧力が働き、アーク６００ｂは第二アークランナ８０１に移動する。同時に、気体の加熱膨張による圧力は、前記可動式消弧装置４００に働き、該圧力は可動式消弧装置４００を押し出している圧縮コイルバネ力より大きいため、該可動式消弧装置４００は固定接点２００ａ近傍から離れ、排気口１００１側の第２の位置に移動する。この時、磁気ヨーク７００が第二導体部１０２（第２の位置近傍）を囲うように配置されているため、固定子１００に流れる大電流によって第二導体部１０２（固定子１００）を囲む磁気ヨーク７００が電磁石となり、磁性体で構成される消弧グリッド３０１を引き寄せることで、接点から離れた第２の位置方向に該可動式消弧装置４００を駆動させる。即ち、前記可動式消弧装置４００の動作が第２の位置方向に動くことを磁気ヨーク７００でアシストすることができ、仮に気体の膨張力が大きく得られなかった場合の大電流の遮断時でも、第２の位置方向に動いた前記可動式消弧装置４００全面をアーク６００ｂは流れることができ、アーク６００ｂは消弧グリッド３０１の大きな面積を流れるため、急速に冷却、短い発弧時間で消弧され、接点の消耗を抑えることができる。

図１１は、本発明の第４の実施の形態を示す回路用遮断器の電流遮断部の大電流遮断時の要部側面図、図１２は、図１１に示す電流遮断部の大電流遮断時の要部斜視図である。

図１１において、構成する部品は前記した図５と同じであるので省略し、回路遮断器の電流遮断部は、絶縁物９００をＵ字状に囲うように形成された固定接点１００ａを有する一方の固定接触子１００と、一端に固定接点１００ａと接触する可動接点２００ａを有する可動接触子２００と可動式消弧装置４００とコ字状の磁気ヨーク（磁性体）７００から構成されている。

また、コ字状の磁気ヨーク（磁性体）７００は、固定接点を設けた第一導体部１０１と、固定接点を有する面と反対面側に第一導体部と離間して設けられた第二導体部１０２を囲うように、且つ固定接点２００ａから離れた排気口側の位置（第２の位置）に配置されている。

第４の実施の形態が第３の実施の形態と異なる点は、弾性体５００を本体ケース磁石（接点側）５０１、可動子磁石５０２、本体ケース磁石（排気口側）５０３に置き換えた点であり、他部品は共通であるので説明は省略する。図１１において、本体ケース磁石（排気口側）５０３は排気口１００１側の本体ケースに固定されており、本体ケース磁石（接点側）５０１は図示しない本体ケースに固定されている。また可動子磁石５０２は、可動式消弧装置４００の排気口１００１側の上部先端に設置されている。ここで、本体ケース磁石（接点側）５０１と可動子磁石５０２は引き合うようにＳ極とＮ極を設置している。一方、本体ケース磁石（排気口側）５０３と可動子磁石は反発するように極性が同じに設置している。例えば、本体ケース磁石（接点側）５０１の可動子磁石５０２側の面をＮ極、可動子磁石５０２の本体ケース磁石（接点側）５０１側をＳ極とし（この場合、可動子磁石５０２の排気口１００１側の面はＮ極となる）、本体ケース磁石（排気口側）５０３の可動子磁石５０２側の面をＮ極となるように設置する。

作用としては第３の実施の形態と同様であり、短絡電流等の大電流を検知した場合に、可動接触子２００が図１１の矢印の方向に固定接触子１００から開離し、固定接点１００ａと可動接点２００ａとの間にアーク６００ｂが発生する。このアーク６００ｂには、アーク自身を流れる大きい電流（例えば１０００Ａ以上）による電磁力（ローレンツ力）と遮断器内の気体の加熱膨張による圧力が働き、アーク６００ｂは第二アークランナ８０１に移動する。同時に、気体の加熱膨張による圧力は、前記可動式消弧装置４００に働き、該圧力は本体ケース磁石（接点側）５０１と可動子磁石５０２の吸引力より大きいため、該可動式消弧装置４００は固定接点２００ａ近傍から離れ、排気口１００１側の第２の位置に移動する。この時、磁気ヨーク７００が第二導体部１０２（第２の位置近傍）を囲うように配置されているため、固定子１００に流れる大電流によって第二導体部１０２（固定子１００）を囲む磁気ヨーク７００が電磁石となり、磁性体で構成される消弧グリッド３０１を引き寄せることで、接点から離れた第２の位置方向に該可動式消弧装置４００を駆動させる。即ち、前記可動式消弧装置４００の動作が第２の位置方向に動くことを磁気ヨーク７００でアシストすることができ、仮に気体の膨張力が大きく得られなかった場合の大電流の遮断時でも、第２の位置方向に動いた前記可動式消弧装置４００全面をアーク６００ｂは流れることができ、アーク６００ｂは消弧装置３０１の大きな面積を流れるため、急速に冷却、短い発弧時間で消弧され、接点の消耗を抑えることができる。

ここで、図１１～図１２の第４の実施の形態の変形例として、本体ケース磁石（接点側）５０１は無くてもよい。この場合、本体ケース磁石（排気口側）５０３と可動子磁石５０２の反発力のみが可動式消弧装置４００に作用し、通常通電時および小電流遮断時は、可動式消弧装置４００は第１の位置に移動する。

１００ 固定接触子
１００ａ 固定接点
１０１ 第一導体部
１０２ 第二導体部
２００ 可動接触子
２００ａ 可動接点
３００ 磁性板
３０１ 消弧グリッド
３０２ 消弧装置ガイド上
３０３ 消弧装置ガイド下
３０５ 支持体
４００ 可動式消弧装置
５００ 弾性体
５０１ 本体ケース磁石（接点側）
５０２ 可動子磁石
５０３ 本体ケース磁石（排気口側）
６００ａ アーク（小電流）
６００ｂ アーク（大電流）
７００ 磁気ヨーク
８００ 第一アークランナ
８０１ 第二アークランナ
９００ 絶縁物
１０００ 本体ケース
１００１ 排気口

Claims (3)

1. 排気口を有する本体ケースと、固定接点を有し、前記固定接点から前記排気口と反対側に延伸する固定接触子と、該固定接点と接離する可動接点を設け、前記固定接触子と対面する可動接触子と、前記固定接点および前記可動接点に対して前記排気口側に設けられ、前記固定接点と前記可動接点との間に発生するアークを消弧する複数の磁性グリッドを有する消弧装置と、前記固定接点と電気的に接続され、前記固定接点から前記排気口側に延伸する第一アークランナと、
   前記第一アークランナと前記消弧装置を介して対向配置された第二アークランナと、
   前記第一アークランナおよび前記第二アークランナに沿って、前記消弧装置を前記固定接点および前記可動接点側である第１の位置と前記排気口側である第２の位置との間をガイドする移動ガイドと、
   前記消弧装置を前記第２の位置から前記第１の位置の方向に付勢する付勢部とを有し、 前記付勢部は、前記本体ケースの前記排気口および前記消弧装置の前記排気口面側に反発するように設置された磁石であることを特徴とする回路遮断器。
2. 付勢部は、前記消弧装置に設けられた前記磁石と吸着する磁石を前記本体ケースの前記固定接点側に更に設置したことを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 前記固定接触子は、前記固定接点を設けた第一導体部と、前記固定接点を有する面と反対面側に前記第一導体部と離間して設けられた第二導体部とを備え、 前記第２の位置の近傍で前記第二導体部を囲う磁性体からなる磁気ヨークを設置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の回路遮断器。

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