JP5263183B2

JP5263183B2 - 電磁開閉器

Info

Publication number: JP5263183B2
Application number: JP2010013187A
Authority: JP
Inventors: 隆稲口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2030-01-25
Also published as: JP2011150972A

Description

この発明は、電磁開閉器に関し、特に接点を有する電磁開閉器の消弧性能の向上に関するものである。

電磁開閉器では、電流の遮断時に、固定接点と可動接点の間でアークが発生する。アークは、両接点を溶融することもあり、電磁開閉器の寿命に直接影響を与える。このため発生するアークを速やかに消弧でき、接点寿命の長い電磁開閉器の開発が望まれている。消弧性能の向上を目的として、ケース内にアーク熱で分解ガスを発生する部品を、交流の各相ごとに新たに設置し、その分解ガスでアークを消弧する構造が、特許文献１および特許文献２に開示されている。特許文献３は、金属消弧板をアークカバーに設置し、アークをこの金属消弧板に引き寄せて引き伸ばすことでアークを消弧する技術を扱っている。特許文献４は、アークカバーに消弧グリッドを形成することを提案している。アークはこのグリッドに引き寄せられて消弧する。

特開昭６３−１３３４２０特公平８−２１２７７特開昭５９−９４３１３特許３４１１２０６

電磁開閉器の消弧性能を向上するため、ケース内に、アーク熱で分解ガスを発生する部品を各相ごとに設置する構造では、アークは発生した分解ガスで消弧されるにしても、この場合、部品点数が増えるので構造が複雑となる。本願では、構造が複雑になることを避けて、簡単な構造で電磁開閉器の消弧性能を向上させることを目的にしている。

この発明に係る電磁開閉器は、固定接点が接合された複数の固定接触子と、可動接点が接合された複数の可動接触子と、可動接触子を前記固定接触子に押圧するクロスバーと、固定接触子が取り付けられる筐体と、筐体を覆う熱可塑樹脂製のアークカバーとを備えていて、アークカバーの天板には固定接触子に対応して設けられた複数の独立した消弧壁が立設しており、各々の消弧壁は固定接点を囲繞し、クロスバーと対向する部分が開放されている。

接点を有する電磁開閉器の機械的強度と耐電圧特性を維持しながら、消弧性能が向上する。簡単な構造であるため小型で安価な電磁開閉器を提供できる。また分解ガスを発生する部品を容易に交換できるので、メンテナンスの観点からも優れている。

この発明による実施の形態１に対応する電磁開閉器の断面を示す図である。アークカバーの外観を表す斜視図である。この発明による電磁開閉器の外観を示す斜視図である。消弧室と相間壁の関係を示す図である。この発明による実施の形態２に対応する電磁開閉器の断面を示す図である。図５における断面Ａ−Ａを示す図である。

実施の形態１．
図１から４に基づいて本実施の形態１を説明する。第１図は電磁開閉器１００の全体断面図を示す。絶縁物で成形された取り付け台１ａには、ケイ素鋼板を積層した固定鉄心２が固定されている。同じく絶縁物で成形されたベース１ｂには固定接触子８が取り付けられている。可動鉄心３は、固定鉄心２と同じくケイ素鋼板を積層した鉄心で、両方の鉄心は対向配置されている。操作コイル４は、励磁時に、引き外しバネ３１に抗して固定鉄心２と可動鉄心３とを吸着させる駆動力を発生する。角窓３２が設けられているクロスバー５は絶縁物で形成され、その下端で可動鉄心３を保持している。

可動接触子６はクロスバー５の角窓３２に挿入されていて、押さえバネ７により保持されている。角窓３２はクロスバー５に３個設けられていて、それぞれの角窓３２に一枚の可動接触子６が挿入される。固定接触子８は可動接触子６に対向して設けられていて、両者が接触すると電流が流れる状態になる。可動接触子６と固定接触子８は、３相交流の各相に対応するために、３組が設けられている。可動接触子６には可動接点２０が、固定接触子８には固定接点２１が、それぞれ、接合されている。端子ネジ９は電磁開閉器１００を外部回路に接続するのに使用される。アークカバー１１には、消弧室１１ａが設けられている。電磁開閉器１００では、可動接点２０と固定接点２１の間にアーク３０が発生する。

図２はアークカバー１１の外観を示す斜視図である。アークカバー１１は、消弧室１１ａと天板１１ｂが熱可塑性樹脂で一体成型されたものである。消弧室１１ａは、６個設けられていて、それぞれが６組の接点（可動接点２０と固定接点２１）に対応している。消弧室１１ａは、前列と後列に分かれて配置されていて、同じ列の消弧室は同じ向きに整列している。後列の消弧室１１ａと前列の消弧室１１ａは、対向していて、両者の間に、クロスバー５が収められる。

各々の消弧室１１ａは、コの字状に配置された側壁４０ａ〜４０ｃと、天井壁４０ｄとで構成されている。側壁４０ａ〜４０ｃは天板１１ｂまたは天井壁４０ｄに対し垂直に立設されている。天井壁４０ｄがアークカバー１１の天板１１ｂから一段高くなっているのは、消弧室１１ａの強度を高めるためで、天板１１ｂをそのまま天井壁４０ｄにすることもできる。側壁４０ａ〜４０ｃは側壁４０ａと側壁４０ｃが対向するように連続して折れ曲っている。中央の側壁４０ｂはクロスバー５平行になるように配置される。

コの字状の消弧室１１ａは可動接点２０と固定接点２１の間に発生するアーク３０を４方向から遮蔽する。側壁４０ａ〜４０ｃは一体化しているが、熱を逃がすために間隙または穴を設けておいてもよい。側壁４０は、アーク熱を逃がすために閉じないように一部が切り欠かれている。開放されている側壁４０の開放口（側壁４０ｂと対向する面）はクロスバー５を向いている。連続する消弧室１１ａの側壁４０ａ〜４０ｃは、アークの閉じ込め効果を高めるために、先拡がり（例えば、側壁４０ａと側壁４０ｃとを側壁４０ｂ側が狭いハの字状に配置した形状、側壁４０ａと側壁４０ｃとを側壁４０ｂを介さず直接接したＶ字状に配置した形状、および側壁４０ａと側壁４０ｃとを側壁４０ｂを介さず直接接したＵ字状に配置した形状など）になっていてもよい。天板１１ｂに対向する消弧室１１ａの底面が開放されているのも、アーク熱を逃がすためである。側壁４０の形状には、コの字状の他に、Ｃ字状、先すぼまりなどが考えられる。

アークカバー１１には、アーク熱が加えられた際に水素ガスを発生する熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。例えば、ポリメチルペンテン樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリブチレン樹脂が好適に適用される。本発明においては、ＰＡ６（Polyamide ６）、ＰＡ４６（Polyamide ４６）、ＰＡ６６（Polyamide ６６）を用いることが高い消弧性能を確保する上で特に好ましい。ポリアミドは、芳香環をもたない熱可塑性樹脂で、数字はＣ（炭素）数を示している。ジアミノブタンとアジピン酸の重縮合によるＰＡ４６は融点が２９０℃、ガラス転移温度（Ｔｇ）が約７８℃と高い特性値を示す。ＰＡ６６とＰＡ６の融点は、それぞれ２６２℃と２２２℃である。

ＰＡ６、ＰＡ４６、ＰＡ６６をアークカバー１１、特に、消弧室１１ａに用いるには、これらの一種を母材とし、ガラス繊維を充填剤に含ませるとよい。また、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモンから選択された一種以上の難燃剤を含んでいることが望ましく、さらに臭素成分を含まない材料で構成されていることがより望ましい。

図３は電磁開閉器１００の外形を概略的に示す斜視図である。電磁開閉器１００の筐体１は、取り付け台１ａとベース１ｂから構成されていて、固定鉄心２、可動鉄心３、操作コイル４、クロスバー５を収容している。アークカバー１１は、筐体１の上面（取り付け面１ｄ）を覆うもので、筐体１（ベース１ｂ）から着脱を容易に行える。アークカバー１１にはカバー保護壁１１ｃ、１１ｄが取り付けられている。４枚の相間壁３５ａ〜３５ｄは、アークカバー１１（消弧室１１a）と、同じ絶縁性の高い熱可塑性樹脂で形成されている板状の部材で、カバー保護壁１１ｃ、１１ｄと平行に配置されている。ここでは、カバー保護壁１１ｃ、１１ｄと相間壁３５ａ〜３５ｄは、アークカバー１１から着脱できる構成になっているが、一体成型されていてもよい。

図４は、電磁開閉器１００からアークカバー１１の天板１１ｂを仮想的に外した状態を模式的に表す図で、相間壁３５ａ〜３５ｄと消弧室１１ａの関係が表示されている。相間壁３５ａ〜３５ｄは、クロスバー５と直行する向きに配置されている。相間壁３５ａ、３５ｂは下段に、相間壁３５ｃ、３５ｄは上段に、配置されていて、各相に対応する６個の消弧室１１aを相互に隔離している。相間壁３５はアーク３０が発生した際、隣の消弧室にアーク３０が移ることを遮断する。消弧室１１aはクロスバー５に対向する面が開放されている。消弧室１１ａは６室あり、それぞれは独立して設けられているが、真中の消弧室の側壁４０ａと、左隣の消弧室の側壁４０ｃが一体化していてもよい。同様に真中の消弧室の側壁４０ｃと、右隣の消弧室の側壁４０ａが一体化していてもよい

筐体１の取り付け面１ｄには、６枚の固定接触子８が固定されている。固定接触子８は、上段および下段に３枚ずつ配置されていて、３相交流の各相に対応している。クロスバー５には３個の角窓３２が並列に設けられている。クロスバー５に挿入された３枚の可動接触子６はそれぞれが固定接触子８の上方に配置されている。可動接点２０と固定接点２１は対向している。上段および下段に分かれて配置されている固定接触子８は対を成していて、可動接触子６が下方に移動すると導通する。各々の固定接触子８は、筐体１の上面（取り付け面１ｄ）から見ると消弧室１１aの側壁４０で周囲を囲まれている。

次に動作について説明する。操作コイル４を励磁すると、引き外しバネ３１に抗して可動鉄心３が固定鉄心２に吸引される。これにともない、クロスバー５、可動接触子６が移動し、可動接点２０が固定接点２１に接触する。接点接触後も可動鉄心３、クロスバー５は移動を続けるが、可動接触子６は可動接点２０が固定接点２１に接触しているため移動が制限され、押さえバネ７が縮む。可動接点２０と固定接点２１は加圧され、接点間の接触抵抗が低減し、電流が流れる。操作コイル４を消磁すると、引き外しバネ３１により可動鉄心３は固定鉄心２から開離する。この動作に伴い、クロスバー５も上方に移動し、固定接点２１と可動接点２０が開離する。この時、両接点間にはアーク３０が生じる。

生じたアーク３０は、電磁力により外側に引っ張られ、アークカバー１１の消弧室１１ａの近傍にまで及ぶ。アークの熱、光によりアークカバー１１の成分が蒸発し、ガスがアークカバー１１より放出される。アークカバー１１は、ＰＡ６、ＰＡ４６、ＰＡ６６から選択された一種を母材としている熱可塑性樹脂製であるので、水素ガスを発生しやすい。水素ガスは熱伝導率が高いので、アークガスを冷却しやすいうえに、固定接点２１を覆うように消弧室１１ａがコの字状に形成されているので、アーク３０は周囲から熱伝導率の高い水素ガスで冷却される。アーク３０の直径は次第に細くなり、電圧が上昇して、遮断される。

アーク３０の遮断は３相とも同時に生ずるとは限らない。ある相は遮断できたが、別の相では遮断ができていないことが生じる。相関壁３５ａ〜３５ｄは、相間にわたって短絡することを防ぐために設けられている。隣り合う消弧室１１ａの間に相間壁３５を配置したため、相間の絶縁が強化されるとともに、アークカバー１１が損傷をうけるのを防ぐことができる。

ＰＡ６、ＰＡ４６、ＰＡ６６は耐熱性熱可塑樹脂であるため、表面炭化による絶縁不良が抑制される。また芳香環を含まないことも表面炭化による絶縁不良を抑制し、遊離炭素が周辺に飛散することによる消弧不良を抑制する。また、アークカバー１１の材質に臭素成分を含まない場合には、導電率が高い臭素がアークによる蒸発ガスに含まれないので、消弧性能を向上する。

アーク３０による蒸発ガス（消弧ガス）は、消弧室１１ａの内部圧力を高める。消弧室の底面および一側面は開放されているから、ここから蒸発ガスは放出される。アークカバー１１にはガラス繊維が充填されているので、アークカバー１１の耐圧強度は高く、蒸発ガスの圧力で破損することが防がれる。

水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモンから選択された一種以上の難燃剤は、遊離炭素の発生抑制効果があり、消弧性能を向上させる。難燃剤には芳香環をもたないリン系難燃剤であるハロゲン化リン酸エステル、赤リンをもちいてもよく、表面炭化による絶縁不良や遊離炭素の発生による消弧性能劣化を抑制する。

可動鉄心３が固定鉄心２に吸引されるとき、固定鉄心２と可動鉄心３が衝突し、その衝撃は取り付け台１ａ、ベース１ｂ、クロスバー５に伝達される。電磁開閉器１００に対し、ＡＣ４級電気試験では３万回、ＡＣ３級電気試験では２００万回に及ぶ開閉遮断試験を実施するため、取り付け台１ａ、ベース１ｂ、クロスバー５には機械強度が必要とされる。また固定接触子８が配置されるベース１ｂと、可動接触子６を支持するクロスバー５には耐電圧が必要とされる。消弧性能を向上するため、ベース１ｂ、クロスバー５の材料、形状を変更すると、ベース１ｂの機械強度、耐電圧を損なうことが考えられる。しかしアークカバー１１はベース１ｂにかぶせられているだけであり、高度の機械強度は必要なく、耐電圧性能もベース１ｂ、クロスバー５ほど要求されないため、消弧性能向上に最適な形状、材料を選択できる。

固定接点２１をコの字状に覆うアークカバー１１の側壁４０a〜４０ｃは、天板１１ｂと一体構造であるため、各相に対応する固定接続子８ごとに、消弧ガス発生部品を別個にケースの内部に配置するよりも構造が簡単である。またアークカバー１１はもともと電磁
開閉器１００の一部品としてあるもので、取り外しを容易に行える構造を備えている。

上記構造では消耗部品は、可動接点２０を含む可動接触子６と、固定接点２１を含む固定接触子８とアークカバー１１のみになり、メンテナンス時これらの部品さえ交換すれば電磁開閉器１００は使用可能となる。

実施の形態２．
図５は実施の形態２について説明した図であり、図６は図５における断面Ａ−Ａを示した図である。実施の形態１との違いは金属消弧板３２がアークカバー１１のコの字状に設けられた側壁４０a〜４０ｃの内側に配置されていることである。金属消弧板３２には孔３２ａが１つ以上空けられている。固定接触子８は、電磁力でアークを外側に引っ張る力を強化するため、コの字状に折り曲げられている。実施の形態１に比べると、固定接点２１の筐体１の取り付け面１ｄからの高さが高くなっている。

金属消弧板３２を設置することにより、アーク３０が電磁力で金属消弧板３２に引き寄せられる。引き寄せられたアーク３０の熱によりアークカバー１１は蒸発ガスを発する。このガスは金属消弧版３２に設けられた孔３２ａを通過し、アーク３０を消弧する。この実施の形態２により消弧性能がさらに向上する。

１筐体、２固定鉄心、３可動鉄心、５クロスバー、６可動接触子、８固定接触子、１１アークカバー、１１ａ消弧室、１１ｂ天板、２０可動接点、２１固定接点、３５相間壁、４０ａ〜４０ｃ側壁、４０ｄ天井壁

Claims

固定接点が接合された複数の固定接触子と、可動接点が接合された複数の可動接触子と、前記可動接触子を前記固定接触子に押圧するクロスバーと、前記固定接触子が取り付けられる筐体と、熱可塑樹脂製のアークカバーとを備えていて、前記アークカバーは、複数の消弧室の側壁と天板とが一体成型されており、隣り合う前記消弧室の側壁間には間隙が設けられており、前記消弧室の側壁は、前記固定接点を囲繞するように前記天板に配置されており、前記クロスバーに面する部分が開放されていることを特徴とする電磁開閉器。
熱可塑性の樹脂板が、前記アークカバーとは着脱可能な独立した部材として前記間隙に設けられていることを特徴とする請求項１記載の電磁開閉器。
消弧室は、ポリアミド６、ポリアミド４６、ポリアミド６６から選択された一種を母材として形成され、この母材にはガラス繊維が充填されていることを特徴とする請求項１記載の電磁開閉器。
消弧室の母材は、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、（三、四、五）酸化アンチモンから選択された一種以上の化合物を含むことを特徴とする請求項３に記載の電磁開閉器。
消弧室の母材は、ハロゲン化リン酸エステル、赤リンから選択された一種以上の化合物を含むことを特徴とする請求項３に記載の電磁開閉器。