(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-01
(45)【発行日】2024-11-12
(54)【発明の名称】回路遮断器
(51)【国際特許分類】
H01H 73/02 20060101AFI20241105BHJP
H01H 1/06 20060101ALI20241105BHJP
【FI】
H01H73/02 C
H01H1/06 M
(21)【出願番号】P 2020155782
(22)【出願日】2020-09-16
【審査請求日】2023-08-10
(73)【特許権者】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】508296738
【氏名又は名称】富士電機機器制御株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110004185
【氏名又は名称】インフォート弁理士法人
(74)【代理人】
【識別番号】100121083
【氏名又は名称】青木 宏義
(74)【代理人】
【識別番号】100138391
【氏名又は名称】天田 昌行
(74)【代理人】
【識別番号】100132067
【氏名又は名称】岡田 喜雅
(74)【代理人】
【識別番号】100120444
【氏名又は名称】北川 雅章
(72)【発明者】
【氏名】浅沼 岳
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 和幸
(72)【発明者】
【氏名】本間 佳史
【審査官】関 信之
(56)【参考文献】
【文献】特開2000-040457(JP,A)
【文献】国際公開第03/071566(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01H 73/02
H01H 1/06
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
固定接点が設けられた固定子と、
前記固定接点に接触可能な可動接点が設けられた可動子と、
前記可動子を可動させて開極動作及び閉極動作させる遮断動作部と、
前記可動子の開極動作にて前記固定接点及び前記可動接点の間で生じるアークを消弧する消弧部とを備え、
前記可動子の開極動作にて、前記可動接点と前記固定接点とが離れる時点の方が閉極状態より前記固定接点と前記可動接点との接触位置を前記消弧部に接近させる接点回動部を更に備え
、
前記固定接点及び前記可動接点は、前記消弧部側に位置する第1端部と、該第1端部を挟んで前記消弧部と反対側に位置する第2端部をそれぞれ有し、
前記接点回動部は、前記可動子の開極動作にて、前記固定接点及び前記可動接点における前記第2端部より前記第1端部寄りの位置にて相互に接触した状態で、前記第2端部同士を離れる方向に変位させ、
前記固定接点及び前記可動接点それぞれの前記第1端部は、前記消弧部側に向かって徐々に細くなる形状であることを特徴とする回路遮断器。
【請求項2】
固定接点が設けられた固定子と、
前記固定接点に接触可能な可動接点が設けられた可動子と、
前記可動子を可動させて開極動作及び閉極動作させる遮断動作部と、
前記可動子の開極動作にて前記固定接点及び前記可動接点の間で生じるアークを消弧する消弧部とを備え、
前記可動子の開極動作にて、前記可動接点と前記固定接点とが離れる時点の方が閉極状態より前記固定接点と前記可動接点との接触位置を前記消弧部に接近させる接点回動部を更に備え
、
前記接点回動部は、前記可動子を所定の回転軸周りに回動させる第1回転体と、該第1回転体に相対回転可能に設けられて前記可動子を支持する第2回転体とを備え、前記第1回転体と前記第2回転体とは、前記可動子の開極動作にて相対回転することを特徴とする回路遮断器。
【請求項3】
前記接点回動部は、前記可動子の開極動作にて、前記固定接点及び前記可動接点が接触する方向の力を前記第2回転体に加える押さえ部材を更に備えていることを特徴とする請求項
2に記載の回路遮断器。
【請求項4】
前記回転軸と前記消弧部とは、前記固定接点及び前記可動接点を挟んで反対側に位置することを特徴とする請求項
2または請求項
3に記載の回路遮断器。
【請求項5】
固定接点が設けられた固定子と、
前記固定接点に接触可能な可動接点が設けられた可動子と、
前記可動子を可動させて開極動作及び閉極動作させる遮断動作部と、
前記可動子の開極動作にて前記固定接点及び前記可動接点の間で生じるアークを消弧する消弧部とを備え、
前記可動子の開極動作にて、前記可動接点と前記固定接点とが離れる時点の方が閉極状態より前記固定接点と前記可動接点との接触位置を前記消弧部に接近させる接点回動部を更に備え
、
前記固定接点及び前記可動接点は、前記消弧部側に位置する第1端部と、該第1端部を挟んで前記消弧部と反対側に位置する第2端部をそれぞれ有し、
前記接点回動部は、前記可動子の開極動作にて、前記固定接点及び前記可動接点における前記第2端部より前記第1端部寄りの位置にて相互に接触した状態で、前記第2端部同士を離れる方向に変位させ、
前記固定子と前記固定接点の前記第1端部との間、及び、前記可動子と前記可動接点の前記第1端部との間にはそれぞれ隙間が形成されることを特徴とする回路遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力系統を遮断及び接続する回路遮断器に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1においては、固定側主接点と可動子の一端に装着された可動側主接点とを接触させて電流を通電する回路遮断器が開示されている。可動子は、回転軸を介して回動可能に支持されている。固定側主接点の上部には固定側アーク接触子が配置され、可動側主接点の上部には可動側アーク接触子が配置されている。固定側アーク接触子と可動側アーク接触子との間には、開極動作時(遮断時)にアークが発生する。
【0003】
固定側アーク接触子と可動側アーク接触子は、開極動作において、固定側主接点及び可動側主接点の乖離動作の後に少し遅れて乖離し、アークが固定側アーク接触子と可動側アーク接触子との間で発生する。固定側アーク接触子と可動側アーク接触子の上部には、アークを消弧室内の上部へと導くため、発生したアークを転流させるアークホーンが配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1にあっては、開極動作で可動子が回転軸周りに回動するので、固定側アーク接触子及び可動側アーク接触子の各接触面の回転軸寄りが近接するハの字状になって乖離する。この乖離にて、固定側アーク接触子及び可動側アーク接触子における回転軸寄りの端部が、その反対側の端部に比べて遅れて離れ、回転軸寄りの端部間でアークが発生する。固定側アーク接触子及び可動側アーク接触子における回転軸寄りの端部はアークホーンから遠くなるので、アークホーンへの転流が遅くなり、ひいては、消弧するタイミングも遅くなる、という問題がある。
【0006】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、アークの消弧が遅くなることを防止することができる回路遮断器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の回路遮断器は、固定接点が設けられた固定子と、前記固定接点に接触可能な可動接点が設けられた可動子と、前記可動子を可動させて開極動作及び閉極動作させる遮断動作部と、前記可動子の開極動作にて前記固定接点及び前記可動接点の間で生じるアークを消弧する消弧部とを備え、前記可動子の開極動作にて、前記可動接点と前記固定接点とが離れる時点の方が閉極状態より前記固定接点と前記可動接点との接触位置を前記消弧部に接近させる接点回動部を更に備え、前記固定接点及び前記可動接点は、前記消弧部側に位置する第1端部と、該第1端部を挟んで前記消弧部と反対側に位置する第2端部をそれぞれ有し、前記接点回動部は、前記可動子の開極動作にて、前記固定接点及び前記可動接点における前記第2端部より前記第1端部寄りの位置にて相互に接触した状態で、前記第2端部同士を離れる方向に変位させ、前記固定接点及び前記可動接点それぞれの前記第1端部は、前記消弧部側に向かって徐々に細くなる形状であることを特徴とする。
また、本発明の回路遮断器は、固定接点が設けられた固定子と、前記固定接点に接触可能な可動接点が設けられた可動子と、前記可動子を可動させて開極動作及び閉極動作させる遮断動作部と、前記可動子の開極動作にて前記固定接点及び前記可動接点の間で生じるアークを消弧する消弧部とを備え、前記可動子の開極動作にて、前記可動接点と前記固定接点とが離れる時点の方が閉極状態より前記固定接点と前記可動接点との接触位置を前記消弧部に接近させる接点回動部を更に備え、前記接点回動部は、前記可動子を所定の回転軸周りに回動させる第1回転体と、該第1回転体に相対回転可能に設けられて前記可動子を支持する第2回転体とを備え、前記第1回転体と前記第2回転体とは、前記可動子の開極動作にて相対回転することを特徴とする。
更に、本発明の回路遮断器は、固定接点が設けられた固定子と、前記固定接点に接触可能な可動接点が設けられた可動子と、前記可動子を可動させて開極動作及び閉極動作させる遮断動作部と、前記可動子の開極動作にて前記固定接点及び前記可動接点の間で生じるアークを消弧する消弧部とを備え、前記可動子の開極動作にて、前記可動接点と前記固定接点とが離れる時点の方が閉極状態より前記固定接点と前記可動接点との接触位置を前記消弧部に接近させる接点回動部を更に備え、前記固定接点及び前記可動接点は、前記消弧部側に位置する第1端部と、該第1端部を挟んで前記消弧部と反対側に位置する第2端部をそれぞれ有し、前記接点回動部は、前記可動子の開極動作にて、前記固定接点及び前記可動接点における前記第2端部より前記第1端部寄りの位置にて相互に接触した状態で、前記第2端部同士を離れる方向に変位させ、前記固定子と前記固定接点の前記第1端部との間、及び、前記可動子と前記可動接点の前記第1端部との間にはそれぞれ隙間が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、可動子の開極動作にて、固定接点及び可動接点が離れ、それらの間に発生したアークが消弧部に遅れて転流されることを接点回動部によって抑制でき、アークの消弧時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】実施の形態に係る回路遮断器の概略構成図である。
【
図2】上記回路遮断器の開極動作中となる
図1と同様の構成図である。
【
図3】上記回路遮断器の開極動作中となる
図1と同様の構成図である。
【
図4】上記回路遮断器の開極動作中となる
図1と同様の構成図である。
【
図5】上記回路遮断器の開極動作完了後の
図1と同様の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付図面を参照して、実施の形態にかかる回路遮断器について説明する。
図1は、実施の形態に係る回路遮断器の概略構成図である。なお、回路遮断器は、
図1に示す構成に限定されない。
図1に示す回路遮断器は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。本実施の形態に係る回路遮断器は、負荷電路に流れる短絡電流又は過負荷電流の過電流を遮断する配線遮断器や漏電遮断器に適用されるが、他の大型の気中遮断器や、消弧ガスを用いたガス遮断器に適用してもよい。
【0011】
本実施の形態に係る回路遮断器は、ケース及びカバーからなる絶縁容器に、過電流を検知する電流検知機構、それにより可動子を開極させる可動子開極機構(いずれも不図示)、及び、短絡回路に流れる電流を急速に限流させて電流を遮断する以下に述べる機構等を収めた構成になっている。
【0012】
図1に示すように、回路遮断器1は、
図1中下方に位置する固定子11と、固定子11の上方に位置する可動子12と、可動子12を回動(可動)させる回転軸13と、回転軸13と可動子12とを連結するよう設けられた接点回動部14とを備えている。固定子11には固定接点17が設けられ、可動子12には固定接点17に接触可能な可動接点18が設けられる。回転軸13周りの可動子12の回動によって固定接点17及び可動接点18は接離可能に設けられ、接触状態で通電(閉極)し、離間状態で通電を遮断(開極)する。言い換えると、回転軸13周りの可動子12の回動によって可動子12が開極動作及び閉極動作可能となり、かかる回転軸13を含んで遮断動作部が構成される。また、回路遮断器1は、固定接点17及び可動接点18を挟んで回転軸13と反対側(
図1中右側)に位置する消弧部20を更に備えている。
【0013】
固定子11は、導電性の材料で形成されている。固定子11は、固定接点17が設けられた固定接点支持部11aと、固定接点支持部11aから
図1中右側に延出する延出部11bとを備えている。固定接点支持部11aと延出部11bとは一体に形成され、互いに電気的にかつ機械的に接続されている。固定子11は、前述のケースに固定され、図示しない電源側端子と一体に形成、もしくは他の導電部材を介して電源側端子と電気的に接続されている。
【0014】
可動子12は、固定子11と対向する面に可動接点18が設けられている。可動子12は、
図1中左端側から接点回動部14に支持されている。
【0015】
固定接点17及び可動接点18は、消弧部20側(回転軸13側と反対側)となる
図1中右側に位置する第1端部17a、18aと、第1端部17a、18aを挟んで消弧部20と反対側(回転軸13側)となる
図1中左側に位置する第2端部17b、18bとをそれぞれ有している。
【0016】
固定接点17の第1端部17a及び可動接点18の第1端部18aは、消弧部20側に向かって徐々に細くなる先細の先端形状に形成されている。かかる先端形状に形成されることで、固定子11と固定接点17の第1端部17aとの間に隙間S1が形成され、可動子12と可動接点18の第1端部18aとの間にも隙間S2が形成される。各隙間S1、S2は、
図1中右側(消弧部20側、回転軸13と反対側)が開放するように形成されている。各隙間S1、S2は、右側の開放位置から各接点17、18の先細となる領域よりも
図1中左側に延出して形成されている。本実施の形態では、固定子11側の隙間S1の方が、可動子12側の隙間S2より左右方向の延出長さが長く形成されている。
【0017】
接点回動部14は、回転軸13と相対回転不能に連結される第1回転体23と、可動子12を支持する第2回転体24とを備えている。各回転体23、24を含む接点回動部14は、回転軸13と共に回転軸13周りに回動され、該回動によって可動子12も回転軸13周りに回動される。
【0018】
第1回転体23と第2回転体24とは、ピン25を介して相対回転可能に設けられている。また、接点回動部14は、圧縮ばねにより構成されて第2回転体24に常時力を加える押さえ部材26を更に備えている。押さえ部材26は、第1回転体23の上面から第2回転体24の上面側に延びるアーム27の先端側に支持されている。押さえ部材26は、ピン25周りにて第2回転体24が
図1中時計回りに回転する方向の力を加え、言い換えると、固定接点17及び可動接点18が接触(圧接)する方向の力を第2回転体24に加えている。
【0019】
押さえ部材26は、第2回転体24がピン25周りで
図1中反時計回りに回転することを規制する機能を有する。また、ピン25周りでの第1回転体23に対する第2回転体24の時計回りの相対回転は、
図4及び
図5に示す回転角度において、図示しないストッパを介して規制される。
【0020】
消弧部20は、一方向に所定の間隔を置いて層状に配列された複数の磁性グリッド28を有し、この複数の磁性グリッド28により固定接点17及び可動接点18の間で生じるアークK(
図1では不図示、
図4及び
図5参照)を分断して消弧する。各磁性グリッド28は磁性材料で形成されている。各磁性グリッド28は、図示しない絶縁性の部材により所定の間隔を置いて固定配置されている。
【0021】
消弧部20は、導電性の材料からなるアークランナー29を更に備えている。アークランナー29は、開極動作後における可動子12の先端側から最上位の磁性グリッド28の上方に向かって延出している。ここで、固定子11の延出部11bは、最下位の磁性グリッド28の下方に延出しており、消弧部20におけるアークランナーとして機能する。よって、消弧部20は、磁性グリッド28の並び方向両側に一対のアークランナーを備えている。
【0022】
続いて、上記回路遮断器1の開極動作について
図1に加えて
図2から
図5を参照して説明する。
図2から
図4は、上記回路遮断器の開極動作中となる
図1と同様の構成図であり、
図5は、上記回路遮断器の開極動作完了後の
図1と同様の構成図である。
【0023】
上記回路遮断器1では、
図1に示す閉極状態にて、図示しない電流検知機構が過電流を検知した際、可動子開極機構が働き、回転軸13を駆動して可動子12及び接点回動部14が開極動作する。若しくは、短絡電流の通電により各接点17、18に作用する電磁反発力により可動子12及び接点回動部14が開極動作する。
【0024】
図2に示すように、開極動作の初期段階(初期状態)において、回転軸13周りで接点回動部14の第1回転体23が反時計回りに回転変位する。このとき、第2回転体24はピン25を介して第1回転体23に連結されるので、第1回転体23と相対回転する。より具体的には、押さえ部材26によって第2回転体24が押さえ付けられ、ピン25を中心位置として第2回転体24が時計回りに回転変位する。また、押さえ部材26が第2回転体24に加える力によって、固定接点17及び可動接点18の接触状態が維持される。
【0025】
図3に示すように、後述するアークKの発生直前状態すなわち可動接点18と固定接点17とが離れる時点では、
図2に示す状態から第1回転体23と第2回転体24との相対回転が更に進行する。かかる相対回転によって、
図1に示す閉極状態より
図3に示す状態の方が固定接点17及び可動接点18の接触位置を消弧部20に接近させることができる。このとき、固定接点17及び可動接点18の第2端部17b、18bより第1端部17a、18a寄りの位置にて相互に接触した状態としつつ第2端部17b、18b同士が離れる方向に変位した状態となる。よって、第2端部17b、18bを先行して乖離でき、第1端部17a、18a寄りの領域を遅れて乖離させることができる。
【0026】
また、固定接点17及び可動接点18の第1端部17a、18aは、消弧部20側に向かって徐々に細く尖った先端形状となるので、固定接点17及び可動接点18が乖離する直前の接触位置を、第1端部17a、18aに近付けることができる。
【0027】
図4に示すように、開極動作における固定接点17及び可動接点18が完全に乖離する初期段階にて、固定接点17及び可動接点18の間にアークKが生じる。発弧したアークKは固定接点17及び可動接点18によって生成される自己磁界の作用によって、磁性グリッド28方向に伸長する。発弧時に固定接点17及び可動接点18からアークジェットJが発生し、各接点17、18間で衝突するが、アークKが磁性グリッド28方向に伸びているため、衝突したアークジェットJも磁性グリッド28方向に流れる。
【0028】
磁性グリッド28方向に伸長したアークKは、固定接点17及び可動接点18の相互の電磁反発作用で扇型の電流経路を形成する。そして、
図5に示すように、伸長したアークKはアークランナー29及び固定子11の延出部11bに接触及び転流し、自己磁界によって磁性グリッド28に駆動する。磁性グリッド28まで到達したアークKは、磁性グリッド28で分断及び冷却され、アーク電圧が系統電圧以上に高まることで直流遮断が達成される。
【0029】
図6Aは、
図3の部分拡大図である。
図6Aに示す状態で、固定接点17及び可動接点18の接触位置を第2端部17b、18bより第1端部17a、18aに接近させることができる。ここで、上述したように隙間S1、S2を形成したので、図中矢印で示す経路にて電流を流すことができる。かかる電流の流れによって形成される磁束を発弧直後のアークKに鎖交させることができ、発生したアークKの磁性グリッド28方向への伸長を促進することができる。なお、
図6Aに示す状態にて、固定子11における固定接点17の取付面から固定接点17及び可動接点18の接触位置を結ぶ仮想垂線(二点鎖線で図示)を設定した場合、該仮想垂線が隙間S1を通過するよう隙間S1が形成される。同様にして、可動子12における可動接点18の取付面から固定接点17及び可動接点18の接触位置を結ぶ仮想垂線(二点鎖線で図示)を設定した場合、該仮想垂線が隙間S2を通過するよう隙間S2が形成される。
【0030】
上記実施の形態によれば、開極動作における接点回動部14の動作によって、固定接点17及び可動接点18の第2端部17b、18bを先行して乖離できる(
図2及び
図3参照)。これにより、
図3の状態の方が
図1の状態より固定接点17と可動接点18との接触位置を消弧部20に接近させることができる。その結果、アークKを消弧部20に近い位置で発生させてアークKをアークランナー29及び固定子11の延出部11bに転流するタイミングを早くでき、ひいては、アークKの消弧が遅くなることを防止することができる。ここで、
図6Bの比較構造を上記実施の形態の構成と対比する。
図6Bは、比較構造に係る
図6Aと同様の拡大図である。
図6Bの比較構造は、上記実施の形態に対し、接点回動部14でのピン25周りの各回転体23、24(何れも
図1参照)の相対回転を規制しており、上記実施の形態に対応する構成については、便宜上同じ符号が付される。
図6Bの比較構造においては、回転軸13(
図1参照)周りの可動子12の開極動作によって、固定接点17及び可動接点18における第2端部17b、18bが最も遅く離れるようになる。このため、
図6Bの比較構造では消弧部20(
図1参照)と反対側にてアークKが発生し、アークKを消弧部20に転流することが遅くなる。言い換えると、実施の形態の方が比較構造に比べてアークKを消弧部20に早く転流してアークKの消弧時間を短縮することができる。
【0031】
また、アークKの発生位置を消弧部20に近付けることで、上述の衝突したアークジェットJの流れを形成可能としてアークKを消弧するタイミングを早くすることができる。更に、アークジェットJの衝突位置が磁性グリッド28寄りとなることで、固定接点17及び可動接点18より
図3中左側の各構造の絶縁性能を向上でき、絶縁用の構造等を省略して装置全体の小型化を図ることができる。
【0032】
また、接点回動部14を各回転体23、24及び押さえ部材26によって構成することで、簡略な構造にて固定接点17及び可動接点18の第2端部17b、18bを先行して乖離させることができる。
【0033】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、向きなどについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【0034】
例えば、接点回動部14や消弧部20は、上記実施の形態と同様の機能を発揮する限りにおいて、種々の構成を採用することができる。また、遮断動作部は、回転軸13に代えて可動子12を直線方向等に動作させて開極動作及び閉極動作を行える構成にしてもよい。更に、固定接点17及び可動接点18の接触位置は、その接触状態のまま開極した場合に実際にアークKが最初に発生する位置のことを意味し、点状や面状となる領域とされる。
【符号の説明】
【0035】
1 回路遮断器
11 固定子
12 可動子
13 回転軸(遮断動作部)
14 接点回動部
17 固定接点
17a 第1端部
17b 第2端部
18 可動接点
18a 第1端部
18b 第2端部
20 消弧部
23 第1回転体
24 第2回転体
26 押さえ部材
K アーク
S1、S2 隙間