TWI550673B - breaker - Google Patents

Description

斷路器

本發明有關於遮斷電路之過電流及短路電流之斷路器，尤其有關於遮斷直流電流之斷路器。

作為本技術領域之先前技術，有專利文獻1(特開2011-129385號公報)。在專利文獻1中記載：為了提高斷路器之電弧驅動力，將具有一對的腳部之U字狀的磁性體配置成包圍固定接頭之固定接點，且使前述腳部位於在前述接點間產生之電弧的兩側，同時於前述磁性體的腳部配置永久磁鐵。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]特開2011-129385號公報

在斷路器中之電流的遮斷係藉一電磁力以驅 動電弧而進行，而該電磁力係利用了因電流通過而產生之磁場。例如，在直流電流為20A等級以下之遮斷方面，因電流通過而產生之磁場弱、不易驅動電弧。此外，由於無如交流電流的零點，有遮斷困難之問題。

在前述專利文獻1中記載以下技術：以使磁場往接點上的一方向產生之方式將永久磁鐵配置於遮斷器內，藉以使電磁力產生，將電弧驅動於遮斷器之電源側，作遮斷；惟若使電流的極性變化，則由於電弧驅動於負載側，遮斷能力降落，故有通電方向受限之問題。

為了解決上述問題，採用例如申請專利範圍所記載之構成。本案雖包含複數之解決上述問題的手段，惟若舉其中一例，則使特徵為：「一種斷路器，其係將流動於電路之過電流或短路電流遮斷之斷路器，特徵在於：具備：連接於前述電路並具備固定接點之固定接頭、具備與該固定接點對向而配置並接觸或開離之可動接點的可動接頭、以及對在該固定接點與該可動接點間產生之電弧作消弧的消弧裝置，其中前述固定接頭形成折疊形之細長的突起部，將前述固定接點配置於前述固定接頭之細長的突起部，在該細長的突起部之背側配置電弧收入器，在該電弧收入器設置永久磁鐵」。

根據本發明，在比較小的20A等級以下之直流電流對應之斷路器之情況下，可藉在電弧收入器配置永久磁鐵之比較簡單的構成，以提供不受限於電流的通電方向的直流對應之斷路器。

10‧‧‧斷路器

11‧‧‧電源側端子

12‧‧‧固定接頭

13‧‧‧固定接點

14‧‧‧電弧收入器

15‧‧‧永久磁鐵

16‧‧‧可動接點

17‧‧‧可動接頭

18‧‧‧消弧裝置

19‧‧‧開閉機構(點線框)

20‧‧‧跳脫裝置(點線框)

21、24‧‧‧導體

22‧‧‧雙金屬

25‧‧‧負載側端子

26‧‧‧可動部

27‧‧‧可動接頭之轉動支點

28‧‧‧可動鐵心

29‧‧‧固定鐵心

30‧‧‧殼體

31‧‧‧蓋

40‧‧‧磁力線

41、42、43、44、45、46‧‧‧電弧之足

51、52、53、54、55、56‧‧‧磁場的方向

61、62、63、64、65、66‧‧‧電磁力的方向

70、71、72、73‧‧‧電弧

121‧‧‧固定接頭之細長的突起部

122‧‧‧沖孔部

141‧‧‧電弧收入器之隔件

[圖1]繪示本發明之實施例1的斷路器之全體構成的剖面圖。

[圖2A]繪示圖1之斷路器之固定接頭、可動接頭及消弧裝置之構成的透視圖。

[圖2B]繪示將圖2A之固定接頭及電弧收入器剖1/2之固定接頭、可動接頭及消弧裝置的構成之透視圖。

[圖3A]繪示固定接頭之外觀透視圖。

[圖3B]繪示圖3A所示之A-A剖面圖。

[圖3C]繪示圖3A所示之B-B剖面圖。

[圖4]繪示電弧收入器以及永久磁鐵的外觀透視圖。

[圖5]繪示說明作用於固定接點上之電弧的磁場、電磁力之圖。

[圖6A]繪示說明在接點間產生之電弧因電磁力而移動的情形之圖。

[圖6B]繪示說明在接點間產生之電弧因電磁力而移動的情形之圖。

[圖7]繪示接點間之電弧在固定接點上轉動之圖。

[圖8]繪示本發明之實施例2之構成圖。

[圖9]繪示說明作用於固定接點上之電弧的磁場、電磁力之圖。

以下，使用圖式說明本發明之實施形態。

(實施例1)

圖1係繪示本發明之實施例1之斷路器之全體構成的剖面圖。在圖1中，10係斷路器，11係電源側端子，12係固定接頭，並具有折疊形，13係設置於折疊形之固定接頭12的固定接點、14係設置於折疊形之固定接頭的電弧收入器、15係配置於電弧收入器14之永久磁鐵、16係可動接點、17係可動接頭、18係對在接點間產生之電弧作消弧之消弧裝置、19係驅動用於對電流進行ON-OFF之可動接頭17的開閉機構(點線框)、20係在過電流或短路電流流通時驅動開閉機構19並使接點開離之跳脫裝置(點線框)。21、24係使電流流通之導體，22係依溫度而變化之雙金屬，25係負載側端子，26係可動部，27係可動接頭之轉動支點，28係可動鐵心，29係固定鐵心，30係收納開閉機構和跳脫機構等之殼體、31係殼體30之蓋。

接著，說明有關於斷路器10之構成。在圖1中，斷路器10係將電源側端子折彎成倒L形，接著折彎 成L字形，具有一部分之平的部分，進一步折彎，作成階梯狀而形成固定接頭12，並設置固定接點13。此外，在固定接頭12設置電弧收入器14，在電弧收入器14配置永久磁鐵15。關於此固定接頭12之構成，於後作詳細說明。

在與固定接點13對向之位置配置可動接點16，可動接點16係設置、固定於可動接頭17。此外，將在將電流遮斷時對在接點間產生之電弧作消弧之消弧裝置18配置於可動接頭17的周圍。可動接頭17係連接於可撓性之導體21，而導體21係連接於構成跳脫裝置20之雙金屬22。雙金屬22係在殼體30內接近垂直地配置，靠雙金屬22之中央部連接於導體24，導體24係連接於負載側端子25。構成跳脫裝置22之雙金屬22係前端因由於過電流而產生之熱而變形，因變形而推壓可動部26，使開閉機構19動作，將接點開離，將電路遮斷。

此外，跳脫裝置22配置在過電流流通於電路時使開閉機構19動作之雙金屬，並在雙金屬22之鄰旁並排配置在電路之短路電流流通時使開閉機構19動作之電磁式跳脫機構。電磁式跳脫機構設置可動鐵心28與固定鐵心29，若短路電流流通，則產生電磁力，吸引可動鐵心28，壓住可動部26，使開閉機構19動作，將接點開離，將電路遮斷。

接著，說明有關於斷路器之可動接頭與固定接頭之周圍之構成。圖2A係繪示固定接頭、可動接頭、 電弧收入器以及消弧裝置之構造的透視圖，圖2B係繪示將圖2A之固定接頭之部分在電源、負載側方向剖1/2之情況下的透視圖，雙方皆繪示接點開放之狀態。

在圖2A中，電源側端子11具有與電源線連接用之孔111，折彎成倒L形，接著折彎成L字形，形成固定接頭12。關於此固定接頭12之構成，於後作詳細說明。在固定接頭12之細長的突起121的接近中央部配置固定接點13，在與固定接點13對向的地方將可動接點16配置於可動接頭17之前端，可動接頭17以孔27作為支點而轉動，可動接點16與固定接點13作接觸或開離。此外，在固定接頭12之細長的突起121之下側配置電弧收入器14。然後，在電弧收入器14將隔件141設於中央部。再者，將消弧裝置18配置成包圍可動接頭17與固定接頭12之周圍。消弧裝置18係使複數之板材有既定之間隔，作成為堆積構成。

此外，在圖2B中，電弧收入器14具有凹狀，在固定接點13之下側配置永久磁鐵15。藉如此在固定接點13之下側配置永久磁鐵15之構成，在接點之周圍使磁場產生，對於在接點間產生之電弧施加電磁力，驅動電弧。

接著，使用圖3A、圖3B以及圖3C說明有關於本發明之固定接頭及電弧收入器。圖3A繪示固定接頭與電弧收入器之外觀透視圖，圖3B繪示圖3A所示之A-A剖面圖，圖3C繪示圖3A所示之B-B剖面圖。

在圖3A中，在電源側端子11具有與電源側線連接用之孔111，折彎成倒L形，接著折彎成L字形，形成固定接頭12。此外，固定接頭12靠折彎之地方具有平的部分，在此平的部分從負載側之邊形成在中央配置固定接點13用之細長的突起121，將突起之周圍以形成ㄈ字形之孔122的方式作沖孔。然後，在具有ㄈ字形之孔122之靠負載側的部分，細長的突起121係原樣將周圍折彎成階梯狀。因此，固定接頭12之細長的突起121係依折彎成階梯狀之高度，在電源側成為突出狀，此細長的突起121之下側由於孔122而具有空間。在固定接頭12之細長的突起121的接近中央，設置固定接點13，作固定，使此固定接點13之位置為與可動接點16一致之位置。此外，在細長的突起121的背側，配置如圖4所示之電弧收入器14，此使用圖3B作說明。

圖3B繪示圖3A之A-A剖面圖。在圖3B中，固定接頭12係將電源側端子11折彎成倒L形，接著折彎成L字形，將平的部分藉沖壓等而形成沖孔122之部分，折彎成階梯狀，配置固定接點13之細長的突起121不折彎下，將固定孔接點13固定。在固定此固定接點13之固定接頭12之細長的突起121之下側配置電弧收入器14。電弧收入器14係為了在固定接點13之接近正下方配置永久磁鐵15具有凹狀，藉鉚接等固定於固定接頭12之細長的突起121。此外，此電弧收入器14之構造雖於圖4繪示外觀透視圖，惟相對於配置永久磁鐵15之電源、負 載側方向在直角方向將隔件141配置於兩側，作成覆蓋永久磁鐵15之構成。

接著，在圖3C繪示圖3A之B-B剖面圖。在圖3C中，電弧收入器14係在固定於固定接頭12之細長的突起121之固定接點13之接近正下方配置永久磁鐵15，在此兩側形成隔件141。在如此之圖3C之構成中，若使永久磁鐵15之磁極的上側為N極、下側為S極，則磁力線40係從N極朝向S極以描繪拋物線的方式放出。此外，來自永久磁鐵15之磁力線從N極遍及360度全周而放出，放出於全周之磁力線集中於電弧收入器14之金屬的隔件141之端。然後，描繪如返回S極之磁力線。

接著，說明有關於本發明之電弧收入器14。圖4繪示電弧收入器14以及永久磁鐵15之外觀透視圖。電弧收入器14係在電源、負載側方向具有凹狀，於此凹狀設置永久磁鐵15。永久磁鐵15之極之位置係作成為垂直方向，以使上側為N極、下側為S極之方式作配置。在某些情況下，亦可使極相反。此外，在電弧收入器14之與電源、負載側方向正交之方向，將隔件141形成於永久磁鐵15之兩側。此隔件141係為了作成從永久磁鐵15之N極放出之磁力線集中進入隔件141之端面，透過電弧收入器14而進入S極。

於此，說明有關於永久磁鐵15之種類時，作為永久磁鐵，在含鐵之氧化物的結晶體之聚集之鐵氧體磁鐵、以釹、鐵、硼為主成分之稀土磁鐵方面，有永久磁鐵 中磁力最強之釹磁鐵、以釤與鈷所構成之釤鈷磁鐵、以鋁、鎳、鈷等為原料而鑄造之鋁鎳鈷磁鐵等。

接著，從斷路器之可動接點16與固定接點13接觸之閉極狀態轉移成兩接點因過電流和短路電流而分離之開極狀態時，在兩接點間產生電弧。此外，電弧係因兩接點間之電位差以及接觸於消弧裝置18而被冷卻而消弧。交流電路之情況下，由於存在電流零點，故在兩接點間產生之電弧係在短時間內消弧。然而，在直流電路中，由於不存在直流零點，故電弧難以被消弧，有長時間持續或亦有變成無法遮斷之情形。

尤其，在例如20A等級以下之小電流域方面，由於從流通接頭之電流而產生之磁場小，故作用於電弧本身之電磁力弱，電弧驅動力降低。為此，電弧停滯於接點上，遮斷變困難。所以，在本實施例中，藉在固定接點之下方附近配置永久磁鐵15，以在接點之周圍使磁場產生，驅動電弧。

接著，在圖2A以及圖2B所示之本發明之實施例1之構成中，使用圖5~圖8說明有關於因過電流等而產生之電弧。在圖5中，圖5(a)係繪示固定接點上之電弧的狀態之圖，圖5(b)繪示圖5(a)之中心線上的剖面圖。圖5(a)繪示固定接點上之磁場的方向40以及附加於電弧之電磁力的方向，說明有關於以下情況：永久磁鐵15係使接近固定接點13之側為N極、遠側為S極，通電方向係從可動接點16流通至固定接點13。在可 動接點與固定接點產生之電弧70係因永久磁鐵15之磁場及流通於電弧自體之電流而接受電磁力，其方向遵從弗萊明之左手法則。從固定接點上所見時磁場的方向係以中心線為軸呈對稱，因位置而異。為此，由於作用於電弧70之電磁力的方向亦因位置而異，故受電磁力而移動之電弧70由於改變方向而移動，故在固定接點上以順時針旋轉描繪圓的方式移動。亦即，圖5(a)中，41表示電弧70之足(將電弧與固定接點接觸之點稱作足)，意味著電流相對於紙面垂直地從表流至背。此外，在足41的點之磁場的方向係箭頭51的方向，從在正下方之永久磁鐵15透過固定接點13而從固定接點13之中心角放射狀地放出之方向。磁場的方向由於係磁力線的方向，從永久磁鐵之N極拋物線狀地放出而返回S極，故在固定接點上成為放射狀地放出之方向。因此，由於弗萊明之左手法則，電磁力作用如箭頭61，電弧70移動。

接著，電弧70從足41因電磁力61而移動至足42之情況下，在足42方面，流通於電弧70之電流的方向由於係相對於紙面垂直地從表流至背之方向，磁場的方向係如箭頭52所示向下的方向，故電磁力成為箭頭62所示之斜左上方向。因此，電弧70往斜左上方向移動。接著，電弧70從足42因電磁力62而移動至足43之情況下，在足43方面，流通於電弧70之電流的方向由於係相對於紙面從表至背之垂直的方向，磁場的方向係以箭頭53表示之斜左下方向，故電磁力如箭頭63作用於向上方 向。因此，電弧70往上方移動。接著，電弧70從足43移動至足44之情況下，在足44方面，流通於電弧70之電流的方向由於係相對於紙面從表至背之垂直的方向，磁場的方向係以箭頭54表示之斜左上方向，故電磁力如箭頭64作用於斜右上方向。因此，電弧70往斜右上移動。接著，電弧70從足44移動至足45之情況下，在足45方面，流通於電弧70之電流的方向由於係相對於紙面從表至背之垂直的方向，磁場的方向係以箭頭55表示之向上方向，故電磁力係如箭頭65作用於右方向。因此，電弧70往右方向移動。接著，電弧70從足45移動至足46之情況下，在足46方面，流通於電弧70之電流的方向由於係相對於紙面從表至背之垂直的方向，磁場的方向係以箭頭56表示之斜右上方向，電磁力如箭頭66作用於斜右下方向。因此，電弧70往斜右下方向移動。

然後，由於電弧70從足46移動至足41，電弧70連續移動，故變成在固定接點13上以順時針方向描繪圓的方式移動。

圖5(b)繪示電弧70與永久磁鐵15之磁場。在圖5(b)中，電弧70在固定於可動接頭17之可動接點16與固定於固定部接頭121之固定接點13之間產生。電弧70所示之箭頭表示電流的方向。此外，若在配置於電弧收入器14之永久磁鐵15方面使上側為N極、下側為S極，則磁力線40係如圖所示地從N極面遍及全周而放射狀地放出而描繪拋物線並返回S極。此外，若在磁 力線之途中存在如圖3C所示之電弧收入器14之隔件141等，則磁力線集中於該金屬板而通過。

接著，藉圖6A以及圖6B說明電弧70在接點間描繪圓之狀態。圖6A繪示以下狀態：電弧71在可動接點16與固定接點13之間產生，電磁力依弗萊明之左手法則作用，電弧71如箭頭80作移動，移動至電弧72之位置。然後，從圖6A所示之電弧的狀態，移動至圖6B所示之電弧的狀態。圖6B繪示以下狀態：圖6A之電弧72依弗萊明之左手法則藉電磁力之作用而如箭頭81所示地移動，而成為電弧73。從此圖6A如圖6B所示地在接點間產生之電弧係連續而在固定接點13上以及可動接點16上以描繪圓的方式移動並轉動。

接著，在圖7繪示在接點間產生之電弧70的動態之圖。圖7中，圖7(a)繪示電弧之動態，圖7(b)繪示電弧的中央部的剖面圖。圖7(a)係表示在可動接點16與固定接點13之間所發生之電弧70的動向者，實際係連續而描繪圓而移動。此外，電弧70係中央部顯示圓弧狀之膨脹形狀。

接著，圖7(b)繪示電弧70之中央部的C-C剖面圖。圖7(b)繪示電弧70依弗萊明之左手法則而電磁力作用而順時針旋轉地旋轉之動向。此外，在使電弧70之電流的方向為從固定接頭12往可動接頭17的方向時，電弧70係逆時針旋轉地旋轉。此外，即使使永久磁鐵之N極與S極相反，電弧70仍逆時針方向地旋轉。然 後，在接點上移動之電弧70因一邊接觸消弧裝置18之內壁一邊作驅動而被急速冷卻，被消弧。

亦即，本發明之實施例1係在接點上產生之電弧因永久磁鐵之磁場以及本身的電流而受電磁力，其方向遵從弗萊明之左手法則。從接點上所見時之磁場的方向係以中心線為軸呈對稱，因位置而異。為此，由於電磁力的方向亦因位置而異，受電磁力而移動之電弧改變方向而移動，故在接點上以順時針旋轉地描繪圓之方式移動。

在將永久磁鐵之極性作相反配置之情況下，由於電磁力的方向成為180°相反，電弧以相反方向之逆時針旋轉地描繪圓之方式驅動，得到與先前敘述之配置同樣的效果，故磁鐵之極性係任一者皆可，裝配特性亦優異。此外，關於電流的通電方向，由於成為同樣的變化，故那個方向皆能得到同樣的效果，可確保不取決於通電方向之開閉性能。此外，在本實施例中，在永久磁鐵之極性係將電流的通電方向作成相反之情況下，僅電弧的旋轉之方向變相反，亦可得到同樣的效果。此外，由於磁鐵藏匿於固定接頭12之下，不會曝於電弧，故無需保護永久磁鐵用之構件，在經濟面方面亦優異。

(實施例2)

接著，使用圖說明有關於本發明之實施例2。圖8繪示將永久磁鐵15配置於固定接點13之側邊之情況下的固定接頭12以及可動接頭17的周邊之構成的透視圖。此 外，圖8繪示將固定接頭12在電源、負載側方向剖1/2之圖，與圖2B差異之點係永久磁鐵之配置之位置。亦即，將永久磁鐵15配置於配置固定接點13之固定接頭12之突起部121的固定接點13之負載側方向。

接著，在圖8所示之固定接點13、永久磁鐵15以及固定接頭之突起121的位置之俯視圖，圖9(b)繪示在中心線之剖面圖。在圖9(a)中，在固定接點13之接點間之電弧70係在考量使通電方向為從可動接點流通至固定接點之情況的情況時，電流的方向由於係相對於紙面垂直地從表流至背之方向，磁場的方向係由於永久磁鐵15配置於固定接點13之右側而成為如箭頭100之方向，電磁力依弗萊明之左手法則如箭頭90作用於斜右上方向。

接著，在從電弧70之足80因電磁力而移動之足81方面，電流的方向由於相對於紙面垂直地從表流至背之方向，磁場的方向係如箭頭100(點線箭頭)之斜左下方向，故電磁力如箭頭100作用於斜左上方向。因此，電弧70從足81往斜左上方向移動，移動至足82之位置。接著，電弧70在足82時，電流的方向在足82由於係相對於紙面從表至背流通於垂直方向，磁場的方向如箭頭102所示係斜左上方向，故電磁力如箭頭92所示作用斜右上方向之力。因此，電弧70從足82移動至足83。

接著，電弧70在足83時，電流的方向在足 83由於係相對於紙面從表至背流通於垂直方向，磁場的方向如箭頭103所示係斜右上方向，故電磁力如箭頭93所示作用斜右上方向之力，留在此位置。亦即，從負載側所見時，電弧70在固定接點13上之左半面的區域以描繪圓的方式移動，在固定接點13上之右半面的區域成為停留之狀態。然後，從負載側所見時，在左半面產生之電弧70係順時針旋轉地描繪圓而往右半面移動。此時，因一邊接觸消弧裝置18之內壁一邊作驅動而被急速冷卻，被消弧。

此外，關於在從負載側所見時在右半面產生之電弧，由於及早接觸於消弧裝置17之內壁側面，故在早期階段將電弧冷卻並消弧。

接著，在圖9(b)繪示圖9(a)之中心線的剖面圖。在圖9(b)中，在固定接點13之負載側將永久磁鐵15配置於固定接頭12之突起部121，使永久磁鐵15之固定接頭為N極，負載側為S極。藉如此之永久磁鐵15之配置，磁力線從N極遍及全周而放射狀地放出而以拋物線返回S極。因此，在固定接點13係成為圖9(a)所示之磁場的方向。此外，在實施例2中雖將永久磁鐵15配置於固定接點13之負載側，惟配置於電源側時效果亦相同。

11‧‧‧電源側端子

12‧‧‧固定接頭

13‧‧‧固定接點

14‧‧‧電弧收入器

15‧‧‧永久磁鐵

16‧‧‧可動接點

17‧‧‧可動接頭

18‧‧‧消弧裝置

27‧‧‧可動接頭之轉動支點

111‧‧‧電源線連接用之孔

121‧‧‧固定接頭之細長的突起部

Claims (5)

1. 一種斷路器，其係將流動於電路之過電流或短路電流遮斷之斷路器，特徵在於：具備：連接於前述電路並具備固定接點之固定接頭、具備與該固定接點對向而配置並接觸或開離之可動接點的可動接頭、以及對在該固定接點與該可動接點間產生之電弧作消弧的消弧裝置，前述固定接頭形成折疊形之細長的突起部，將前述固定接點配置於前述固定接頭之細長的突起部，在該細長的突起部之背側配置電弧收入器，在該電弧收入器設置永久磁鐵。
2. 如申請專利範圍第1項之斷路器，其中前述固定接頭之形成方式為：將電源端子折彎成倒L形，接著折彎成L字形，將該折彎之水平的板材之中央部沖孔成ㄈ字形，並進一步在留下中央之細長的突起部的狀態下，將前述水平之板材折彎成階梯狀。
3. 如申請專利範圍第1項之斷路器，其中前述電弧收入器係，在中央形成凹狀，在該凹狀設置前述永久磁鐵，在該永久磁鐵之兩側形成隔件。
4. 如申請專利範圍第1項之斷路器，其中使在前述可動接點與前述固定接點產生之電弧轉動，以前述消弧裝置作消弧。
5. 一種斷路器，其係將流動於電路之過電流或短路電流遮斷之斷路器，特徵在於：具備：連接於前述電路並具 備固定接點之固定接頭、具備與該固定接點對向而配置並接觸或開離之可動接點的可動接頭、以及對在該固定接點與該可動接點間產生之電弧作消弧的消弧裝置，前述固定接頭之形成方式為：將電源端子折彎成倒L形，接著折彎成L字形，將該折彎之水平的板材之中央部沖孔成ㄈ字形，並進一步在留下中央之細長的突起部的狀態下，將前述水平之板材折彎成階梯狀，將前述固定接點配置於前述固定接頭之細長的突起部，在配置於該突起部之前述固定接點之負載側或電源側設置永久磁鐵。