(57)【要約】【課題】少ない部品数でアーク電圧が高められ遮断電流を低く制限する限流効果が高まり、アークの消弧性能が向上されたコストを低減できる開閉器を得る。【解決手段】対向された接触子４に対して接離可能に設けられた可動接触子６と、この可動接触子の開極時に生じるアークを包含するように形成された消弧室に設けられた消弧グリッド７と、この消弧グリッドの背面部に設けられた遮断時の熱ガスを外部に排出する排気口８と、開極端における上記可動接触子の可動接点５に対して上記対向された接触子の接点３とは反対側で、上記アークにおける電流要素に対して磁力線が鎖交し得る位置に設けられ、Ｎ極またはＳ極の磁極面を上記消弧グリッドから上記排気口に至る間の任意の方向に向けた永久磁石１１を備えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向された接触子に対して接離可能に設けられた可動接触子と、この可動接触子の開極時に生じるアークを包含するように形成された消弧室に設けられた消弧グリッドと、この消弧グリッドの背面部に設けられた遮断時の熱ガスを外部に排出する排気口と、開極端における上記可動接触子の可動接点に対して上記対向された接触子の接点とは反対側で、上記アークにおける電流要素に対して磁力線が鎖交し得る位置に設けられ、Ｎ極またはＳ極の磁極面を上記消弧グリッドから上記排気口に至る間の任意の方向に向けた永久磁石を備えたことを特徴とする開閉器。
【請求項２】
上記永久磁石は、上記可動接触子の１つについて１個のみ用いられてなることを特徴とする請求項１記載の開閉器。
【請求項３】
上記永久磁石は、樹脂絶縁物によって包囲され、さらにその樹脂絶縁物における上記消弧グリッド及び上記排気口に対向された表面が、非磁性金属で覆われていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の開閉器。
【請求項４】
上記非磁性金属は複数に分割されていることを特徴とする請求項３記載の開閉器。
【請求項５】
上記永久磁石は、樹脂絶縁物によって包囲され、さらにその樹脂絶縁物における上記消弧グリッド及び上記排気口に対向された表面が、上記可動接触子と同電位に設けられた磁性体あるいは非磁性体の金属からなる転流部材で覆われていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の開閉器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は配電線などの電力用の開閉器、特に直流回路の遮断性能に優れた開閉器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年における低圧配線用設備の大容量化、省スペース化により、電力用の開閉器などは外形寸法の小形化が要求されている。小形化における課題の一つとして挙げられるのが過電流を低く抑制する限流性能の向上である。このため、アーク伸張によりアーク長を長くすることで抵抗分を増大する、アークを消弧装置である消弧板に引き込んで分断し、電極降下電圧の発生及びアークの冷却などによりアーク電圧を高めるなどの方法により限流させることが重要である。限流性能向上により開閉器の消弧室で処理するアークエネルギーの低下が可能となり、開閉器を構成する部品への熱的、電磁力的な負担が軽減して小形化が可能となる。
上記アーク電圧向上のための技術は、交流及び直流回路の両方に有効であるが、特に、アーク電圧を電源電圧より高めることで電流零点を発生させなければならない直流回路の方で効果は大である。従来の電力用開閉器では、上述のようにアークの伸張やグリッドでのアーク分断によりアーク電圧を高めるようにしているが、開極時に接点間に発生したアークに対して駆動力を付与し、接点近傍の空間から移動させる必要がある。そのため、特に直流回路に適用される開閉器では一般的に永久磁石を消弧室内に配置し、磁束をアークに鎖交させることでアークに磁気駆動力を発生させ、その挙動を制御して、アークの伸張、アークのグリッドへの取り込みを実現している。例えば、グリッドを複数枚積層した消弧装置の上下位置にそれぞれ永久磁石を２個配置してアークに磁気駆動力を発生させ、グリッドへのアーク取り込みを強化し、更に、通電方向が反転した場合も対応可能であり高いアーク電圧の発生を実現するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３３７８号公報（第１２−１７頁、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来の開閉器においては、消弧機能部品に可動部分がなく、消弧機能の構造が簡単で、かつ、強制磁界により高圧の交流または直流電流のアークを制御し、遮断できるなどの効果が得られるものの、遮断電流の極性反転に対応するため、可動側および固定側に永久磁石をそれぞれ２個配置する必要があり、更に、永久磁石の極性方向を指定する必要があることから組立時に極性方向を管理しておく必要があるため、高コストになるという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような従来技術の課題を解消するためになされたものであり、少ない部品数でアーク電圧が高められ遮断電流を低く制限する限流効果が高まり、アークの消弧性能が向上されコストも低減できる開閉器を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る開閉器は、対向された接触子に対して接離可能に設けられた可動接触子と、この可動接触子の開極時に生じるアークを包含するように形成された消弧室に設けられた消弧グリッドと、この消弧グリッドの背面部に設けられた遮断時の熱ガスを外部に排出する排気口と、開極端における上記可動接触子の可動接点に対して上記対向された接触子の接点とは反対側で、上記アークにおける電流要素に対して磁力線が鎖交し得る位置に設けられ、Ｎ極またはＳ極の磁極面を上記消弧グリッドから上記排気口に至る間の任意の方向に向けた永久磁石を備えるようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明においては、開極端における可動接点近傍のアークにおける開閉器の電源−負荷方向と平行な電流要素に永久磁石の磁束が鎖交し、磁束と電流要素とのベクトル積に基づく電磁駆動力が発生する。これにより、アークが消弧室の側面方向に湾曲しながら消弧室上方に伸張することでアーク長が長くなり、アーク抵抗が大きくなってアーク電圧が上昇する。更に、アーク長が長くなることでアークに対向する消弧グリッドの消弧板の枚数が多くなる。このため、アーク伸張による効果と消弧グリッドによるアークの分断、冷却効果の増大によりアーク電圧が高くなり、遮断性能が向上する。また、永久磁石は１個で良いので製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る開閉器の閉極状態における消弧室近傍を示す要部側面図である。
【図２】図１に示す開閉器の開極状態における消弧室近傍を示す要部側面図である。
【図３】図１に示す開閉器の固定接触子を拡大して示す斜視図である。
【図４】図１に示す開閉器の固定接触子と消弧グリッドの位置関係を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１において、永久磁石からの磁束がアークに対して鎖交し、駆動力が発生する状態を排気口側から見た動作説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る開閉器の開極状態における消弧室近傍を示す要部側面図である。
【図７】本発明の実施の形態２において、永久磁石からの磁束がアークに対して鎖交し、駆動力が発生する状態を排気口側から見た動作説明図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る開閉器の開極状態における消弧室近傍を示す要部側面図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る開閉器の開極状態における消弧室近傍を示す要部側面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４において、永久磁石からの磁束がアークに対して鎖交し、駆動力が発生する状態を排気口側から見た動作説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態５に係る開閉器の開極状態における消弧室近傍を示す要部側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて、本発明の各実施の形態を説明する。なお、各図を通じて同一符号は同一、あるいは相当部分を示す。
実施の形態１．
図１〜図５は実施の形態１に係る開閉器を説明するための図であり、より具体的には、図１は開閉器の閉極状態における消弧室近傍を示す要部側面図、図２は開極状態における消弧室近傍を示す要部側面図、図３は図１の固定接触子を拡大して示す斜視図、図４は固定接触子と消弧グリッドの位置関係を示す斜視図、図５は実施の形態１において、永久磁石からの磁束がアークに対して鎖交し、駆動力が発生する状態を排気口側から見た動作説明図である。
【００１０】
図において、開閉器は、樹脂絶縁物からなるベース１、及びカバー２によって形成された筐体の内部を、例えば３相交流回路に適用できるように構成する場合、３相平行に区分した空間に、それぞれ消弧室部分が形成されるように構成されている。各相の消弧室には、図１、２に示すように固定接点３が固着された固定接触子４、一端部に可動接点５が固着された可動接触子６が配設されている。可動接触子６の他端部側は支持部としての回転軸６ａによって回転動作可能に支持されている。そして、何れも図示していないが、回転軸６ａ近傍の可動接触子６を包囲するように絶縁部からなるクロスバーが設けられ、上記接点のＯＮ・ＯＦＦ動作を行う駆動機構部とリンクして可動接触子６を回転軸６ａのまわりに開閉動作させるように構成されている。
【００１１】
固定接触子４は図３に示すように、一端部（図の右上側部）に外部導体と接続するための端子部４ａが設けられ、その端子部４ａから固定接点３が設けられた他端部方向に２つに分岐した導体が平行に伸び、可動接触子６の回転軸６ａよりも手前で一体となり、その中央部を端子部４ａ方向に、上記平行に伸びる導体相互の間を通るように折返して、その折返した箇所の近傍に固定接点３が固着され、折返した片は更に端子部４ａ方向に延伸されてアークランナ４ｂを形成している。なお、本実施の形態１では図３のような形状の固定接触子を用いているが、本発明の実施に当たっては固定接触子の形状等は特に限定されるものではなく、他の構成の固定接触子としも差し支えない。
【００１２】
図１、２中に示した消弧グリッド７は、図４に示すように可動接触子６の回転動作を妨げないようにするための切り欠き部を設けた馬蹄形状の消弧板を間隔をあけて複数枚積層したものからなり、図示していない絶縁物によって保持され、固定接触子４の上方に配置される。上記積層体からなる消弧グリッド７の背面部（図の右方向）には、電流遮断時に消弧室内で発生したアークからの熱ガスを消弧室外部に排気する、ベース１とカバー２によって形成された排気口８が構成されており、前記排気口８には通気穴のある板状のバリア９と、遮断時以外は排気口８、バリア９と重なりこれを閉塞し、アークが発生し消弧室内部の圧力が上昇した場合に上部が消弧室と反対側（図の右方向）に傾斜し、消弧空間を開閉器外部の空間に開放させるバリア１０が配置されている。
【００１３】
そして、図２に示すように可動接触子６が開極端（最大開極状態）にある場合の可動接点５よりも消弧室上方側、即ち可動接触子６の開極完了時における可動接点５に対して、対向された固定接触子４の固定接点３とは反対側で、かつ、排気口８側の位置に絶縁保持された永久磁石１１が、Ｎ極、Ｓ極の何れかの磁極面（ここではＮ極）を消弧グリッド７側に対向させた状態で配置されている。なお、永久磁石１１は可動接触子６の回動軌跡を含む面の延長部分に設けられている。また、永久磁石１１はカバー２を構成している樹脂絶縁物中に内包された構造で図示しているが、カバー２とは別の部材を用いて絶縁、保持する構造であってもよい。その他の構成は従来の開閉器と同様であるので、図示及び説明を省略する。
【００１４】
次に、上記のように構成された開閉器の動作について説明する。上記消弧室において、図１の状態にある固定接触子４、可動接触子６が通電状態にあり、例えば手動操作で開閉器をＯＦＦすると、可動接触子６が開極動作し固定接点３と可動接点５が離れ固定接点３と可動接点５の間にアークが発生する。可動接触子６の開極距離が長くなると共に、固定接点３上のアークは固定接触子４を流れる電流からの磁気駆動力などによりアークランナ４ｂへ移動し、更に消弧グリッド７と対向するアークに対しては強磁性体である消弧グリッド７の磁気吸引力、アーク発生により生じた高温の熱ガスの排気口８への流れなどにより、図２に示すようにアーク１２は大きく伸張することになる。これらアークを駆動する要因の寄与度に関しては、遮断電流によって異なっている。併せて消弧グリッド７でアーク１２が分断され、アーク１２が冷却されてアーク電圧が上昇することとなる。
【００１５】
ここで、電流が流れる方向としては、固定接触子４側が陽極側、可動接触子が陰極側とする。可動接触子６が最大開極状態に達しアーク１２が大きく伸張すると、図５に示すように、可動接触子６の上方に配置された永久磁石１１の磁束１３がアーク１２に対して鎖交するようになる。図５は上述のように可動接点５と永久磁石１１の周辺構造を排気口８側から見た場合であり、アーク１２の電流要素として図５中の紙面表から裏に向かう成分が存在する。この結果、可動接点５近傍のアーク１２にローレンツ力が発生し、磁束に対して垂直方向の磁気駆動力が作用して、消弧室側面方向に湾曲しながら永久磁石１１を配置した消弧室上方へ移動していき、図２の破線で示すようにアーク１２より更に伸張したアーク１４の状態を得ることが可能になる。
【００１６】
この結果、アーク長伸張によるアーク電圧の上昇が図られ、限流性能に優れた開閉器を得ることが可能になる。更に、アーク１４のように伸張することで、可動接点５側でアークに対向する消弧板の枚数が多くなり、その分、アーク電圧が向上して効果的に消弧され電流を遮断できる。なお、電流の通電方向、及び永久磁石１１の極性方向の一方または双方が上記説明とは反対の場合があるが、これらに関しても、通電方向及び極性方向の一方が逆の場合は消弧室側面へ湾曲していく方向が反対になるだけで、何れの場合もアークは永久磁石１１を配置した消弧室上方へ同様に駆動されていき、同様にアーク電圧向上効果を得ることが可能である。また、直流電流の遮断について説明したが、交流の場合でも遮断できることは言うまでもない。
【００１７】
上記のように、実施の形態１においては、開極端における可動接触子６の可動接点５に対して、上方、かつ、電流遮断時に発生する熱ガスを消弧室外部に排出する排気口８側であって上記アークの電流要素に対して磁力線が鎖交する位置に永久磁石１１を配置し、更にこの例では、永久磁石１１のＮ極、またはＳ極の磁極面をアークの分断冷却を行う消弧グリッド７側に対向させたことにより、開極状態にある可動接点５近傍のアーク１２に対して、開閉器の電源−負荷方向と平行なアークの電流要素に永久磁石１１の磁束が鎖交すると、磁束と電流要素とのベクトル積に基づく電磁駆動力がアーク１２に対して作用し、アーク１２を消弧室上方へ向かわせる駆動力が発生する。
【００１８】
これにより、可動接点５近傍のアークが、消弧室の側面方向に湾曲されるようにして消弧室上方に伸張して、アーク１４のようにアーク長が長くなり、アーク抵抗が大きくなってアーク電圧が高まることで優れた限流性能を得ることができる。特に、高いアーク電圧の発生が重要な直流回路での電流遮断に効果が大きい。更に、アーク長が長くなることでアークに対向する消弧グリッド７の消弧板に触れる枚数が多くなる。アーク伸張による効果と消弧グリッド７によるアークの分断、冷却効果の増大効果によりアーク電圧が高くなり、遮断性能が向上する。更に、永久磁石１１の極性、及び通電方向によらず、アークは消弧室上方に伸張され、優れた限流性能を得ることができる。また、永久磁石１１は１個で良く、しかも永久磁石１１の極性方向を考慮する必要がないので製造が容易で、コストを低減できる。さらにその結果、開閉器を小型化し、耐久性を向上させることができる。
【００１９】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る開閉器の開極状態における消弧室近傍を示す要部側面図、図７は本発明の実施の形態２において、永久磁石からの磁束がアークに対して鎖交し、駆動力が発生する状態を排気口側から見た動作説明図である。図において、永久磁石１１Ａは、可動接触子６が開極端にある場合の可動接点５より消弧室上方で、かつ、排気口８側で、上記アークにおける電流要素に対して磁力線が鎖交し得る位置に、カバー２を構成する樹脂絶縁物で絶縁保護されて配置されており、更に、Ｎ極あるいはＳ極の磁極面（ここではＮ極）を排気口８側に対向させた状態で設置されている。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００２０】
上記のように構成された実施の形態２において、電流の流れる方向として、固定接触子４側が陽極、可動接触子が陰極側である場合について説明する。可動接触子６が最大開極状態に達しアーク１２が大きく伸張すると、可動接触子６の上方に配置された永久磁石１１ＡのＮ極面から出る磁束１３は、図７の動作説明図に示すように、ほぼ放射状に分布しているため、これがアーク１２に対して鎖交することとなる。可動接点５、永久磁石１１Ａの近傍を排気口８側から見た場合、アーク１２の電流要素として図７中の紙面表から裏に向かう成分が存在する。
【００２１】
この結果、可動接点５近傍のアーク１２にローレンツ力が発生し、磁束に対して垂直方向の磁気駆動力が作用して、消弧室側面方向に湾曲しながら永久磁石１１Ａを配置した消弧室上方へ移動していき、アーク１２より更に伸張したアーク１４の状態を得ることが可能になる。この結果、アーク長伸張によるアーク電圧向上が可能になり限流性能に優れた開閉器を得ることができる。更に、アーク１４のように伸張する効果として、可動接点５側でアークに対向する消弧板の枚数が多くなり、その分、アーク電圧が向上するという作用効果が得られる。なお、電流の通電方向、永久磁石１１Ａの極性方向の一方または双方がそれぞれ反対の場合においても、実施の形態１の場合と同様、アーク１２は永久磁石１１Ａを配置した消弧室上方へ同様に駆動されていき、同様にアーク電圧向上効果を得ることができる。
【００２２】
実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３に係る開閉器の開極状態における消弧室近傍を示す要部側面図である。図において、永久磁石１１は実施の形態１と同様に、可動接触子６の開極端における可動接点５に対して固定接触子４の固定接点３とは反対側で排気口８側の、アークの電流要素に対して磁力線が鎖交する位置に絶縁保持されて、ここではＮ極の磁極面を消弧グリッド７側に対向させた状態で配置され、その永久磁石１１の外側を覆う樹脂絶縁物の更に外側で消弧室の内壁を形成している箇所が、非磁性の金属からなる防護カバー１５で覆われている。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００２３】
上記のように構成された実施の形態３においては、電流遮断時に可動接触子６が最大開極状態に達しアーク１２が大きく伸張すると、実施の形態１と同様にアーク１２は消弧室側面方向に湾曲しながら永久磁石１１を配置した消弧室上方へ移動していき、アーク１２より更に伸張したアーク１４の状態を得ることが可能になる。防護カバー１５が無い場合、カバー２はアーク１４が接近することで高温となり、その表面から絶縁性の蒸気を噴き出し圧力発生源となる。このため、アーク１４を消弧室下方に押し返す力が発生してアーク１４を消弧室１４で安定して維持することが困難になる。これに対して、防護カバー１５は樹脂絶縁物からなるカバー２からの絶縁性の蒸気の噴出を抑制するので、アークを消弧室下方に押し戻す力がなくなり、安定的にアークを消弧室上方に伸張させアーク電圧の向上が可能になる。また、非磁性の金属からなる防護カバー１５が消弧板と同様にアーク１４を冷却させることでアーク電圧を上昇させることができるという効果が得られる。
【００２４】
実施の形態４．
図９は本発明の実施の形態４に係る開閉器の開極状態における消弧室近傍を示す要部側面図、図１０は本発明の実施の形態４において、永久磁石からの磁束がアークに対して鎖交し、駆動力が発生する状態を排気口側から見た動作説明図である。図において、永久磁石１１の外側を覆う樹脂絶縁物の外表面で消弧室の内壁を形成している表面部には、図９の左右方向に複数に分割され、縦方向の隙間が形成されるように設けられた、複数の非磁性金属からなる防護カバー１５Ａで覆われている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００２５】
上記のように構成された実施の形態４においては、電流遮断時に可動接触子６が最大開極状態に達し、アーク１２が大きく伸張すると、図１０に示すように、実施の形態１と同様に永久磁石１１の磁力線１３の作用によりアーク１２は消弧室側面方向に湾曲しながら永久磁石１１を配置した消弧室上方へ移動していき、アーク１２より更に伸張したアーク１４の状態を得ることが可能になる。そして、分割された防護カバー１５Ａは、樹脂絶縁物でなるカバー２の一部からの絶縁性ガスの蒸気の噴出を抑制する一方、更に、アーク１４と接触することで消弧板と同様にアークを分断冷却する同様の効果が期待できるため、アーク１４を消弧室上方で安定的に維持すると共に、アーク電圧をさらに上昇させることが可能になるという効果が得られる。
【００２６】
実施の形態５．
図１１は本発明の実施の形態５に係る開閉器の開極状態における消弧室近傍を示す要部側面図である。図において、永久磁石１１の外側を覆い、消弧室の内壁を形成しているカバー２を構成している樹脂絶縁物の外表面部、特に排気口８、消弧グリッド７、及び可動接触子６に対向された外表面部には、可動接触子６と同電位となるように可撓性導体１６で電気的に接続された磁性体あるいは非磁性体からなる転流部材としての転流板１７が設けられている。転流板１７は、排気口８との対向面から可動接触子６との対向面に跨って一体的に折曲形成されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００２７】
上記のように構成された実施の形態５においては、電流遮断時に可動接触子６が最大開極状態に達しアーク１２が大きく伸張すると、実施の形態１と同様にアーク１２は消弧室側面方向に湾曲しながら永久磁石１１を配置した消弧室上方へ移動していき、転流板１７に接触する。この結果、可動接触子６を経由していた電流経路が転流板１７を経由する経路に変更され、転流板１７と固定接触子４の間にアーク１８が発生する。転流板１７は可動接触子６より排気口８方向に伸びており消弧装置の上方まで達しているため、消弧グリッド７方向にアークを伸張させる必要のある可動接触子６でのアーク維持に比べ、消弧グリッド７でのアークの分断、冷却性能が優れている。このように、転流板１７を設けることでカバー２からの絶縁性ガスの蒸気の噴出が無くなり、更には消弧グリッド７を構成している消弧板の有効利用が図られるため、アーク電圧を更に上昇させることができる。
【００２８】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、上記説明における固定接触子４と可動接触子６の双方が共に可動するように構成されたものであっても差し支えなく、その場合、永久磁石１１は対向された一対の可動接触子の一方に設ければよい。また、永久磁石１１（１１Ａ）のＮ極またはＳ曲の磁極面の方向が消弧グリッド７に対向されたものと、排気口８に対向されたものについて説明したがこれに限定されず、消弧グリッド７の方向（図の下方向）から、排気口８の方向（横方向ないしは後方向）までの９０°またはそれを若干超える範囲内における任意の角度で斜めに取り付けられたもの等であっても同様の効果が期待できる。
【符号の説明】
【００２９】
１  ベース、  ２  カバー、  ３  固定接点、  ４  固定接触子、  ４ａ  端子部、  ４ｂ  アークランナ、  ５  可動接点、  ６  可動接触子、  ６ａ  回転軸、  ７  消弧グリッド、  ８  排気口、  ９、１０  バリア、  １１、１１Ａ  永久磁石、  １２  アーク、  １３  磁束、  １４  アーク、  １５、１５Ａ  防護カバー、  １６  可撓性導体、  １７  転流板、  １８  アーク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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