JP2005216807A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】固定接触子の先端にアークランナを備えた回路遮断器において、アークがアークランナ上に転流した後のアーク駆動力の増大を図る。
【解決手段】隙間を介して積層されたＶ字状の切欠きを有する複数枚のグリッド３を備えた消弧装置４が固定・可動接触子１，２に臨んで配置され、固定・可動接点１ａ，２ａ間に発生したアークを消弧装置４側に移動させるアークランナ６が固定接触子１に取り付けられた回路遮断器において、コ字状の磁性板からなるアーク駆動体７を設け、このアーク駆動体７をアークランナ６に裏側から隙間を介して組み合わせ、脚部７ａをアークランナ６の両側に直立させる。アーク５がアークランナ６に転流した後、アークランナ６を流れる電流の磁束Φはアーク駆動体７に集められ、アーク５を消弧装置４に向かって強力に駆動する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、配線用遮断器などの回路遮断器に関し、特に限流遮断を行わせる回路遮断器に関する。

図７は、この種の回路遮断器の従来例を示す接触子部分の斜視図である。図７において、接触子部分は、固定接点１ａを備えた固定接触子１と、固定接点１ａと接触する可動接点２ａを備え、図７の右端を支点に固定接触子１に対して開閉動作をする可動接触子２とを有し、隙間を介して積層されたＶ字状の切欠きを有する複数枚のグリッド３を備えた消弧装置４が固定・可動接触子１，２に臨んで配置されている。固定接触子１はＵ字状に折り返され、固定接点１ａは折り返し端に接合されている。固定接触子１の先端には、後述するように固定・可動接点１ａ，２ａ間に発生したアーク５（図８）をグリッド３側に移動させるアークランナ６が取り付けられている。

短絡事故などの発生により回路遮断器を大電流が通過し、この電流により可動接触子２に作用する電磁反発力が図示しない接触ばねの荷重を上回ると、図示しない開閉機構の動作に先立って可動接触子２が開極駆動され、固定・可動接点１ａ，２ａ間にアーク５が発生する。このアーク５は固定接触子１を流れる電流に基づく電磁力により駆動され、固定接点１ａ上のアーク５の足は、図８に示すようにアークランナ６上を消弧装置４側に向かって移動する。これにより、固定接点１ａ上の発弧はアークランナ６上に切り換わり、固定接点１ａの消耗が緩和される。アーク５が消弧装置４に接近すると、グリッド３の作用によりその内側に引き込まれて分断・冷却される。これにより、固定・可動接点１ａ，２ａ間の電圧が一気に高まり、電流は急速に限流されて遮断に至る。

このような回路遮断器において、アークを消弧装置側に移動させる駆動力を増大させるための機構を設けたものがある。例えば、特許文献１には、固定接触子上の固定接点の近傍に、馬蹄形の切欠きを形成した磁性材料からなり、厚さが固定接点よりも大きいアーク吸引部材を配置した回路遮断器が記載されている。この特許文献１の構造によれば、アークはアーク吸引部材に吸引されて固定接点上のアークの足がアーク吸引部材に移動し、固定接点の消耗が軽減される。

また、特許文献２には、固定接点の裏側からＵ字形に立ち上がる強磁性物質製のアーク銃を設けた回路遮断器が記載されている。この特許文献２の構造によれば、固定接触子を流れる電流の磁束がアーク銃を通り、そのＵ字形脚部間を横切る磁束によりアークが消弧装置に向かって駆動される。

一方、アークをアークランナ上に移動させる回路遮断器において、アークランナの途中にＰＴＣ素子を介在させた回路遮断器が特許文献３に記載されている。ＰＴＣ素子は、温度が所定の抵抗転移温度を超えると抵抗値が急激に増加する素子である。大電流遮断時に電流がＰＴＣ素子を通過することにより、その温度が上昇して抵抗が増加し、アーク電圧のほかにＰＴＣ素子部分での電圧降下が生じて全体として高い電圧が得られ、それだけ限流降下が大きくなる。

特公平７− ８２７９７号公報 特開平２−１１９０１８号公報 特開２０００−２３１８４４号公報

特許文献１に記載されたようなアーク吸引部材は、アークを消弧装置に引き込む上で有効であるが、アークがアーク吸引部材に転流するとアーク吸引力は急速に減少してしまうという問題がある。また、引用文献２に記載されたようなアーク銃は固定接点の近傍にのみ存在するため、アークがアークランナに転流してアーク銃から外れると、Ｕ字形脚部間を横切る磁束はアークに作用しなくなり、この磁束に基づく電磁力も消滅するという問題がある。一方、ＰＴＣ部分の抵抗により限流作用を高める引用文献３の回路遮断器は、ＰＴＣの温度が上昇して抵抗が増加するまでに時間がかかり、速やかな電圧上昇が得られないという問題がある。

この発明の課題は、これらの問題に対処し、アークがアークランナ上に転流した後のアークの良好な駆動と速やかな電圧上昇とを図ることにある。

上記課題を解決するために、この発明は、固定接点を備えた固定接触子と、前記固定接点と接触する可動接点を備え前記固定接触子に対して開閉動作をする可動接触子とを有するとともに、隙間を介して積層されたＶ字状の切欠きを有する複数枚のグリッドを備えた消弧装置が前記固定・可動接触子に臨んで配置され、前記固定接触子には前記固定・可動接点間に発生したアークを前記消弧装置側に移動させるアークランナが取り付けられた回路遮断器において、左右一対の脚部とこれらの間を結ぶ連結部とを有するコ字状の磁性板からなるアーク駆動体を設け、このアーク駆動体を前記アークランナに裏側から隙間を介して組み合わせ、前記脚部を前記アークランナの両側に直立させるものとする（請求項１）。請求項１の発明によれば、アークがアークランナに転流した後、アークランナを流れる電流の磁束をアーク駆動体に集め、脚部間を横切る磁束でアークを消弧装置に向かって強力に駆動することができる。

請求項１の発明において、前記アーク駆動体を前記固定接触子の固定接点部分まで延長すれば、アークが固定接点上に発生した瞬間からアークに駆動力を作用させることができる（請求項２）。

また、この発明は、固定接点を備えた固定接触子と、前記固定接点と接触する可動接点を備え前記固定接触子に対して開閉動作をする可動接触子とを有するとともに、隙間を介して積層されたＶ字状の切欠きを有する複数枚のグリッドを備えた消弧装置が前記固定・可動接触子に臨んで配置され、前記固定接触子には前記固定・可動接点間に発生したアークを前記消弧装置側に移動させるアークランナが取り付けられた回路遮断器において、左右一対の脚部とこれらの間を結ぶ連結部とを有するコ字状の磁性板からなるアーク駆動体を設け、このアーク駆動体を前記消弧装置のグリッドと前記アークランナとの間に、前記脚部の先端を前記固定接点側に向けた横倒し姿勢で、前記アークランナ及び固定接触子に対して隙間を介して配置するとともに、前記アーク駆動体の内懐を前記グリッドよりも深くするものとする（請求項３）。請求項３の発明によれば、アーク駆動体によりアーク上のアークを消弧装置に速やかに引き込むことができる。また、その場合、アーク駆動体の内懐はグリッドより深いので、アークはグリッドに達した後もアーク駆動体と接触せず、アーク駆動体は引き続きアークを駆動してグリッド上に留めることができる。

請求項１又は請求項３の発明において、前記アーク駆動体の内側を絶縁物で被覆するのがよい（請求項４）。これにより、アーク熱によるアーク駆動体の損傷が防止される。

請求項１又は請求項３の発明において、前記アーク駆動体を薄板を積層して構成するとよい（請求項５）。これにより、アーク駆動体の磁束浸透深さを大きくし、アーク駆動体を通る磁束を増やすことができる。

また、この発明は、固定接点を備えた固定接触子と、前記固定接点と接触する可動接点を備え前記固定接触子に対して開閉動作をする可動接触子とを有するとともに、隙間を介して積層されたＶ字状の切欠きを有する複数枚のグリッドを備えた消弧装置が前記固定・可動接触子に臨んで配置され、前記固定接触子には前記固定・可動接点間に発生したアークを前記消弧装置側に移動させるアークランナが取り付けられた回路遮断器において、前記アークランナを前記固定接点及び固定接触子よりも体積抵抗率の大きい材料で形成するものとする（請求項６）。これにより、アークランナを流れる電流の電圧降下が増大し、回路遮断器の端子間の電圧が上昇して限流作用が促進される。前記体積抵抗率は、1.0×10^-3〜1.0Ω・ｃｍとするのがよい（請求項７）。そのような前記アークランナは炭素を主成分とする材料で形成するのがよく、これにより高抵抗と同時に高い耐アーク性が得られる（請求項８）。

以上の通り、この発明によれば、アークがアークランナに転流した後もアークを消弧装置に向かって良好に駆動し、また端子間電圧を高めて速やかな消弧を図ることができる。

以下、図１〜図６に基づいて、この発明の実施の形態を説明する。なお、従来例と対応する部分には同一の符号を用いるものとする。

図１〜図３はこの発明の実施例１を示すもので、図１は接触子部分の斜視図、図２は図１からグリッドを除いてアークを示した図、図３は図２の平面図である。図１〜図３において、従来例との相違は、アークランナ部分にアーク駆動体７が設けられている点である。アーク駆動体７は、左右一対の脚部７ａとこれらの間を結ぶ連結部７ｂとを有するコ字状の磁性板、例えば鋼板からなり、このアーク駆動体７は脚部７ａがアークランナ６の両側に直立するように、アークランナ６に裏側から隙間を介して組み合わされている。アーク駆動体７は、図示しない絶縁基台を介して固定接触子１の基部１ｂに固定支持されている。

アークランナ６に面するアーク駆動体７の内側は、絶縁物８で被覆されている。絶縁物８の材料としては耐熱性の優れたセラミックや高分子化合物が使用可能であるが、高分子化合物を用いれば、アーク５の熱によって絶縁物８の蒸発が起こり、この蒸発ガスの冷却作用による消弧性能の向上が見込まれる。

一方、アークランナ６には、固定接触子１に比して体積抵抗率の大きい材料が用いられている。固定接触子１に一般に用いられる銅材の体積抵抗率は１μΩ・ｃｍ程度であるが、アークランナ６には、それと比較して１０³倍〜１０⁶倍の体積抵抗率のもの、具体的には炭素を主成分とした材料、例えばグラファイトを用いるとよい。このようなアークランナ６は、固定接触子１に機械的に嵌合するか、ろう材との親和性の大きい中継部材を介して固定接触子１にろう付けして結合することができる。

図１の接触子分部を有する回路遮断器を短絡電流などの大電流が通過すると、電磁反発力により可動接触子２が図示の通り開極し、固定・可動接点１ａ，２ａ間にアーク５が発生する。このアーク５は固定接触子１を流れる電流に基づく電磁力により、消弧装置４（図１）に向かって駆動され、アーク５の固定接点１ａ上の足はアークランナ６上に転流する。アーク駆動体７の内側は絶縁物８で被覆されているため、高温のアーク５に晒されても損傷を受けることが少なく、かつ絶縁物８が高温で蒸発して消弧性のガスを生じるので、アーク５はこのガスで冷却され消弧が促進される。

ここで、図２に矢印で示すように、電流の通流方向が可動接触子２→アーク５→固定接触子１の場合、図３において、アーク５の通電方向は紙面の表から裏に向かう。また、アークランナ６においては、通電方向は図３の左から右に向かう。このとき、アークランナ６を流れる電流の磁束Φは、アークランナ６を囲む周回方向にアーク駆動体７の脚部７ａ及び連結部７ｂを通過する。この磁束Φの方向は図３に破線矢印で示すように上から下に向かい、この磁束Φがアーク５と鎖交するとき、図３に白抜き矢印で示した電磁力Ｆが左向き、つまり消弧装置４（図１）に向かって生じる。その結果、アーク５は速やかにアークランナ６の先端（図３の左端）に向かって駆動され、グリッド３に達して分断される。

なお、実施例１の構成ではアーク駆動体７はアークランナ６の範囲内で設けられているが、アーク駆動体７の図３の右端を固定接点１ａの部分まで延長すれば、アーク５が固定接点１ａ上に発生した瞬間から、アーク５に駆動力Ｆを作用させることができる。また、実施例１ではアーク駆動体７を１枚の鋼板で構成したが、アーク駆動体７を複数枚の薄板を積層して構成すれば、磁束Φがより良好にアーク駆動体７を周回し、電磁力Ｆもそれだけ大きくなる。すなわち、交番磁束は表皮効果により磁性体の表層にしか浸透しないが、磁性体を薄板の積層体とすれば各薄板に磁束が浸透するので、全体として磁束密度が高くなる。

また、実施例１において、アークランナ６は固定接触子１よりも体積抵抗率の大きい材料で形成されている。そのため、アーク５がアークランナ６に転流すると、通電経路に体積抵抗率の高い領域が含まれることになり、例えば短絡電流が１０ｋＡを超える場合、体積抵抗率の高い領域では数１０Ｖの電圧が発生する。これにより、回路遮断器の端子間には、アーク電圧の他にアークランナ６部分で発生する電圧が加えられ、大きな限流作用が得られる。

図４〜図６はこの発明の実施例２を示すもので、図４は接触子分部の斜視図、図５は図１からグリッドを除いてアークを示した図、図６は図５の平面図である。図４〜図６において、従来例との相違は、消弧装置４のグリッド３とアークランナ６との間に、アーク駆動体７が設けられている点である。アーク駆動体７は、左右一対の脚部７ａとこれらの間を結ぶ連結部７ｂとを有するコ字状の磁性板、例えば鋼板からなり、このアーク駆動体７は脚部７ａの先端（図４の右端）を固定接点１ａ側に向けた横倒し姿勢で、アークランナ６及び固定接触子１に対して隙間を介して配置されるとともに、コ字状のアーク駆動体７の内懐９はＶ字状の切欠きを有するグリッド３のそれよりも深く構成されている。アーク駆動体７は、図示しない絶縁基台を介して固定接触子１の基部１ｂに固定支持されている。実施例１と同様に、アークランナ６に面する内側は絶縁物８で被覆され、またアークランナ６には固定接触子１よりも体積抵抗率の大きい材料が用いられている。

実施例２の回路遮断器において、実施例１と同様にアーク５がアークランナ６上に転流し、電流の通流方向が可動接触子２→アーク５→固定接触子１の場合、図６において、アーク５の通電方向は紙面の表から裏に向かう。このとき、アークランナ６を流れる電流の磁束Φは、アーク５を囲む周回方向にアーク駆動体７の脚部７ａ及び連結部７ｂを右回りに通過する。この磁束Φの方向は図６の上から下に向かい、この磁束Φがアーク５と鎖交するとき、電磁力Ｆが左向き、つまり消弧装置４（図４）に向かって生じる。その結果、アーク５は速やかにアークランナ６の先端（図６の左端）に向かって駆動され、グリッド３に達して分断される。この場合において、アーク駆動体４の内懐はグリッド３よりも深いので、アーク５はグリッド３に達した後もアーク５に接触せず、引き続きアーク５に対する駆動作用を継続してアーク５をグリッド３上に留める。また、図６において、アーク駆動体７はアークランナ６の範囲を越えて固定接点１ａの部分まで延びているので、アーク５が固定接点１ａ上に発生した瞬間から、アーク５に駆動力Ｆが作用する。

この発明の実施例１を示す回路遮断器の接触子部分の斜視図である。 図１から消弧装置を取り除いてアークを示した図である。 図２の平面図である。 この発明の実施例２を示す回路遮断器の接触子部分の斜視図である。 図４から消弧装置を取り除いてアークを示した図である。 図５の平面図である。 従来例を示す回路遮断器の接触子部分の斜視図である。 図７から消弧装置を取り除いてアークを示した図である。

符号の説明

１ 固定接触子
２ 可動接触子
３ グリッド
４ 消弧装置
５ アーク
６ アークランナ
７ アーク駆動体
８ 絶縁物
９ 内懐

Claims (8)

1. 固定接点を備えた固定接触子と、前記固定接点と接触する可動接点を備え前記固定接触子に対して開閉動作をする可動接触子とを有するとともに、隙間を介して積層されたＶ字状の切欠きを有する複数枚のグリッドを備えた消弧装置が前記固定・可動接触子に臨んで配置され、前記固定接触子には前記固定・可動接点間に発生したアークを前記消弧装置側に移動させるアークランナが取り付けられた回路遮断器において、
   左右一対の脚部とこれらの間を結ぶ連結部とを有するコ字状の磁性板からなるアーク駆動体を設け、このアーク駆動体を前記アークランナに裏側から隙間を介して組み合わせ、前記脚部を前記アークランナの両側に直立させたことを特徴とする回路遮断器。
2. 前記アーク駆動体を前記固定接触子の固定接点部分まで延長したことを特徴とする請求項１記載の回路遮断器。
3. 固定接点を備えた固定接触子と、前記固定接点と接触する可動接点を備え前記固定接触子に対して開閉動作をする可動接触子とを有するとともに、隙間を介して積層されたＶ字状の切欠きを有する複数枚のグリッドを備えた消弧装置が前記固定・可動接触子に臨んで配置され、前記固定接触子には前記固定・可動接点間に発生したアークを前記消弧装置側に移動させるアークランナが取り付けられた回路遮断器において、
   左右一対の脚部とこれらの間を結ぶ連結部とを有するコ字状の磁性板からなるアーク駆動体を設け、このアーク駆動体を前記消弧装置のグリッドと前記アークランナとの間に、前記脚部の先端を前記固定接点側に向けた横倒し姿勢で、前記アークランナ及び固定接触子に対して隙間を介して配置するとともに、前記アーク駆動体の内懐を前記グリッドよりも深くしたことを特徴とする回路遮断器。
4. 前記アーク駆動体の内側を絶縁物で被覆したことを特徴とする請求項１又は請求項３記載の回路遮断器。
5. 前記アーク駆動体を薄板を積層して構成したことを特徴とする請求項１又は請求項３記載の回路遮断器。
6. 固定接点を備えた固定接触子と、前記固定接点と接触する可動接点を備え前記固定接触子に対して開閉動作をする可動接触子とを有するとともに、隙間を介して積層されたＶ字状の切欠きを有する複数枚のグリッドを備えた消弧装置が前記固定・可動接触子に臨んで配置され、前記固定接触子には前記固定・可動接点間に発生したアークを前記消弧装置側に移動させるアークランナが取り付けられた回路遮断器において、
   前記アークランナを前記固定接点及び固定接触子よりも体積抵抗率の大きい材料で形成したことを特徴とする回路遮断器。
7. 前記体積抵抗率を1.0×10^-3〜1.0Ω・ｃｍとしたことを特徴とする請求項６記載の回路遮断器。
8. 前記アークランナを炭素を主成分とする材料で形成したことを特徴とする請求項６記載の回路遮断器。
   
   

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