具体实施方式
下面,将基于附图对本发明的实施例进行说明。
图1是示出根据本发明的电磁接触器的一个示例的剖视图,而图2是消弧室的分解立体图。在图1和2中,10是电磁接触器,而电磁接触器10由接触装置100和驱动该接触装置100的电磁体单元200构成,在接触装置中设置有接触机构。
如图1和2中清楚可见,接触装置100具有消弧室102,其中容纳有接触机构101。如图2中所示,消弧室102包括金属矩形筒体104和固定接触件支承绝缘基板105,金属矩形筒体在下端部上具有向外突出的金属凸缘部103,固定接触件支承绝缘基板由板状陶瓷绝缘基板构成,并闭合金属矩形筒体104的上端部。
金属矩形筒体104设计成其凸缘部密封地连结和固定到下文将作描述的电磁体单元200的上磁轭210。
还有,其内插有下面将描述的一对固定接触件111和112的通孔106和107保持预定间隔地形成于固定接触件支承绝缘基板105的中心部分内。在位于固定接触件支承绝缘基板105的上表面侧上的通孔106和107周围以及在与金属矩形筒体104接触的下表面侧的位置进行金属化处理。为了实施金属化处理,在多个固定接触件支承绝缘基板105垂直和水平地设置在平面上的情况下,金属膜(例如,铜膜)形成于通孔106和107周围以及与金属矩形筒体104相接触的位置。
如图1中所示,接触机构101包括一对固定接触件111和112,该对固定接触件插入并固定到消弧室102的固定接触件支承绝缘基板105的通孔106和107内。固定接触件111和112中的每个固定接触件包括支承导体部114和C形部115,支承导体部在上端部上具有向外突出的凸缘部,并被插入固定接触件支承绝缘基板105的通孔106和107内,C形部的内侧开口,连接到支承导体部114,并设置在固定接触件支承绝缘基板105的下表面侧。
C形部115以上板部116、中间板部117和下板部118构成为C形,上板部沿固定接触件支承绝缘基板105的下表面向外侧延伸,中间板部从上板部116的外侧端部向下延伸,而下板部从中间板部117的下端侧与上板部116平行地向内侧、即沿朝向固定接触件111和112的方向延伸,其中,向中间板部117和下板部118构成的L形增加上板部116。
在此,支承导体部114和C形部115通过例如在如下情况下进行铜焊来固定,即,从支承导体部114的下表面突出形成的销部114a插入形成于C形部115的上板部116内的通孔120内。支承导体部114和C形部115的固定不限于铜焊,可以设计成销部114a装配到通孔120内,或者外螺纹形成于销部114a上,而内螺纹形成于通孔120内,并且将两者拧在一起。
此外,由调节电弧产生的合成树脂材料制绝缘盖121安装在固定接触件111和112中的每个固定接触件的C形部115上。绝缘盖121如图3(a)和3(b)中所示覆盖C形部115的上板部116和中间板部117的内周缘面。
绝缘盖121包括L形板部122、侧板部123和124以及装配部125,L形板部跟随上板部116和中间板部117的内周缘面,侧板部各自从L形板部122的前端部和后端部向上和向外延伸,并覆盖C形部115的上板部116和中间板部117的侧表面,装配部从侧板部123和124中每个的上端部分别形成于内侧,并装配到形成于固定接触件111和112中的每个的支承导体部114上的小直径部114b。
由此,使绝缘盖121处于以下状况,即,装配部125如图3(a)和3(b)中所示面向固定接触件111和112中的每个的支承导体部114的小直径部114b,随后如图3(c)中所示,通过推动绝缘盖121将装配部125装到支承导体部114的小直径部114b上。
实际上,如图4(a)中所示,在固定接触件支承绝缘基板105位于下侧的情况下,对于固定接触件111和112附连之后的消弧室102,绝缘盖121在与图3(a)到3(c)中所示上下颠倒的状况下从上孔部插入固定接触件111和112之间。
接下来,在装配部125如图4(b)中所示与固定接触件支承绝缘基板105接触的状况下,如图4(c)中所示,通过将绝缘盖121推到外侧而将装配部125装到并固定到固定接触件111和112中的每个的支承导体部114的小直径部114b。
通过以此方式将绝缘盖121安装在固定接触件111和112中的每个的C形部115上,仅C形部115的内周缘面的下板部118的上表面侧露出,由此形成接触部118a。
此外,可动接触件130设置成如下形式:两端部设置在固定接触件111和112的C形部115内。可动接触件130由连接轴杆131支承,该连接轴杆固定在后文将描述的电磁体单元200的可动柱塞215内。如图1和5中所示,可动接触件130设计成在连接轴杆131附近的中心部向下突出,由此形成凹陷部132,而插有连接轴杆131的通孔133形成于该凹陷部132内。
向外突出的凸缘部131a形成于连接轴杆131的上端部上。将连接轴杆131从其下端侧起插入接触弹簧134,然后插入可动接触件130的通孔133内,从而使接触弹簧134的上端部与凸缘部131a接触,例如采用C形环135来定位可动接触件130,以获得来自接触弹簧134的预定偏置力。
在释放状态下,可动接触件130呈如下状况:任一端处的接触部130a与固定接触件111和112的C形部115的下板部118的接触部118a彼此分离,并保持预定间隔。同样,可动接触件130设定成在闭合状态下,任一端处的接触部在由接触弹簧134引起的预定接触压力下与固定接触件111和112的C形部115的下板部118的接触部118a接触。
此外,如图9中所示,绝缘筒体140设置在消弧室102的金属矩形筒体104的内周缘面上,绝缘筒体以带底部的矩形筒状形式、由矩形筒状部140a和形成于矩形筒状部140a的下表面侧的底板部140b构成。由例如合成树脂制成的绝缘筒体140设计成使矩形筒状部140a和底板部140b一体形成。此外,起到磁体容纳部作用的磁体容纳筒体141和142在面向可动接触件130的侧表面的绝缘筒体140上的位置一体地形成。消弧永磁体143和144分别插入并固定到磁体容纳筒体141和142内。
消弧永磁体143和144沿厚度方向被磁化,因而,其彼此相对的面是同极性的,例如为N极。还有,如图5中所示,消弧永磁体143和144设定成沿左右方向的两端部在固定接触件111和112的接触部118a和可动接触件130的接触部相对的位置略向内。此外,消弧空间145和146分别沿磁体容纳筒体141和142的左右方向、即沿可动接触件的纵向形成于外侧。
还有,调节可动接触件130的转动的可动接触件引导构件148和149突出形成,从而朝向可动接触件130的任一端滑动抵靠磁体容纳筒体141和142的侧边缘。
由此,绝缘筒体140包括使消弧永磁体143和144相对于磁体容纳筒体141和142定位的功能、保护消弧永磁体143和144免受电弧影响的功能以及阻断电弧对提高外部刚性的金属矩形筒体104的作用的绝缘功能。
此外,通过将消弧永磁体143和144设置在绝缘筒体140的内周缘表面侧,可以使消弧永磁体143和144接近于可动接触件130。由此,如图6(a)中所示,从两个消弧永磁体143和144的N极侧出发的磁通量φ以较大的磁通密度沿左右方向从内侧到外侧穿过固定接触件111和112的接触部118a和可动接触件130的接触部130a相对的部分。
由此,假定固定接触件111连接到电流供给源,而固定接触件112连接到负载侧,如图6(b)中所示,闭合状态下的电流方向为电流从固定接触件111通过可动接触件130流到固定接触件112。然后,当通过使可动接触件130离开固定接触件111和112向上运动来从闭合状态变化到释放状态时,在固定接触件111和112的接触部118a和可动接触件130的接触部130a之间产生电弧。
如图6(c)中所示,电弧通过来自消弧永磁体143和144的磁通量φ延长到消弧永磁体143侧的消弧空间145侧。此时,由于消弧空间145和146形成为与消弧永磁体143和144的厚度一样宽,可以获得较长的电弧长度,并由此可以可靠地消弧。
顺便提及,当消弧永磁体143和144如图7(a)到7(c)中所示设置在绝缘筒体140的外侧时,至固定接触件111和112的接触部118a和可动接触件130的接触部130a相对的位置处的距离增大,并且当采用与此实施例相同的永磁体时,横向通过电弧的磁通量密度减小。
由此,当从闭合状态转变到释放状态时,作用于所产生的电弧上的洛伦兹力减小,并不再可以充分地延长电弧。为了改善消弧性能,有必要增大消弧永磁体143和144的磁性。此外,为了缩短消弧永磁体143和144和固定接触件111和112和可动接触件130的接触部之间的距离,有必要减小绝缘筒体140沿前后方向的深度,并且存在不可以确保足够的消弧空间来消弧的问题。
然而,根据至今所述的实施例,消弧永磁体143和144设置在绝缘筒体140的内侧,这意味着可以完全解决在消弧永磁体143和144设置在绝缘筒体140的外侧时产生的问题。
如图1中所示,电磁体单元200具有当从侧面看为扁平U形的磁轭201,且筒形辅助磁轭203固定到磁轭201的底板部202的中心部。绕线管204设置在筒形辅助磁轭203外侧。
绕线管204由其内插有筒形辅助磁轭203的中心圆筒部205、从中心圆筒部205的下端部沿径向向外突出的下凸缘部206和从中心圆筒部205的上端部略下方径向向外突出的上凸缘部207构成。此外,励磁线圈208卷装在由中心圆筒部205、下凸缘部206和上凸缘部207构成的容纳空间内。
此外,上磁轭210固定在形成磁轭201的开口端部的上端部之间。与绕线管204的中心圆筒部205相对的通孔210a形成于上磁轭210的中心部内。
此外,可动柱塞215设置在绕线管204的中心圆筒部205内,以能上下滑动,在该可动柱塞内,复位弹簧214设置在底部和磁轭201的底板部202之间。沿径向向外突出的周向凸缘部216形成于可动柱塞215的从上磁轭210向上突出的上端部上。
同样,永磁体220通过具有例如方形外部形状而形成为环形,圆形中心孔221固定到上磁轭210的上表面,以包围可动柱塞215的周向凸缘部216.。永磁体220沿上下方向、即沿厚度方向被磁化,因而,例如上端侧为N极,而下端侧为S极。使永磁体220的中心孔221的形状适应于周向凸缘部216的形状,外周缘面的形状可以是任何形状,诸如圆形或方形。
此外,与永磁体220外部形状相同的辅助磁轭225固定到永磁体220的上端面,该辅助磁轭具有内直径小于可动柱塞215的周向凸缘部216的外直径的通孔224。可动柱塞215的周向凸缘部216与辅助磁轭225的下表面接触。
另外,支承可动接触件130的连接轴杆131螺纹连接到可动柱塞215的上端面。
此外,可动柱塞215覆盖有形成于由非磁性本体的构成的有底筒状的罩230,且在罩230的开口端部上径向向外延伸而形成的凸缘部231密封连结到上磁轭210的下表面。通过这样做,形成密闭容器,在该密闭容器内,消弧室102和罩230经由上磁轭210的通孔210a连通。此外,将诸如氢气、氮气、氢气和氮气的混合气体、空气或SF6之类的气体封止于由消弧室102和罩230形成的密闭容器内部。
接下来,将对至今所述的实施例的操作作出说明。
现在,假定固定接触件111连接到例如供给大电流的电源,而固定接触件112连接到负载。
在此状况下,假定电磁体单元200内的励磁线圈208处于非励磁状态,并存在有在电磁体单元200内并未产生使可动柱塞215下降的励磁力的释放状态。在此释放状态下,可动柱塞215由复位弹簧214沿向上方向偏置而离开上磁轭210。与此同时,由永磁体220引起的吸引力作用于辅助磁轭225,且可动柱塞215的周向凸缘部216被吸引。因此,可动柱塞215的周向凸缘部216的上表面与辅助磁轭225的下表面接触。
由此,接触机构101的经由连接轴杆131连接到可动柱塞215的可动接触件130的接触部130a与固定接触件111和112的接触部118a向上间隔开一预定距离。由此,固定接触件111和112之间的电流通路处于中断状态,而接触机构101处于接触件被打开的状态下。
这样,在释放状态下,由于复位弹簧214的偏置力和环形永磁体200的吸引力作用于可动柱塞215,可动柱塞215不会由于外部振动、冲击等而作无意的向下运动,并且由此可以可靠地防止误动作。
当电磁体单元200的励磁线圈208在释放状态下被励磁时,在电磁体单元200内产生励磁力,且可动柱塞215抵抗复位弹簧214的偏置力和环形永磁体200的吸引力被向下按压。
通过周向凸缘部216的下表面与上磁轭210的上表面接触,可动柱塞215停止向下运动。
通过可动柱塞215这样下降,经由连接轴杆131连接到可动柱塞215的可动接触件130也下降,而可动接触件130的接触部130a在接触弹簧134的接触压力下与固定接触件111和112的接触部118a接触。
由此,存在外部电源的大电流经由固定接触件111、可动接触件130和固定接触件112供给到负载的闭合接触状态。
此时,在固定接触件111和112以及可动接触件130之间、沿诸如使可动接触件130的接触件打开的方向产生电磁排斥力。
然而,由于固定接触件111和112如图1中所示设计成每个C形部115由上板部116、中间板部117和下板部118构成,上板部116和下板部118内的电流和相对的可动接触件130内的电流沿相反方向流动。由此,根据由固定接触件111和112的下板部118形成的磁场和流经可动接触件130的电流之间的关系,根据弗莱明左手定则,可以产生使可动接触件130压抵固定接触件111和112的接触部118a的洛伦兹力。
由于该洛伦兹力,可以抵抗在固定接触件111和112的接触部118a和可动接触件130的接触部130a之间、沿接触件打开方向产生的电磁排斥力,并由此可以可靠地防止可动接触件130的接触部130a打开。由此,可以减小支承可动接触件130的接触弹簧134的按压力,由此,还可以减小在励磁线圈208内产生的推力,由此可以减小电磁接触器的总体构造尺寸。
当在接触机构101的闭合接触状态下中断向负载供电时,电磁体单元200的励磁线圈208的励磁停止。
通过这样做,使可动柱塞215在电磁体单元200内向下运动的励磁力停止,由此可动柱塞215通过复位弹簧214的偏置力而上升,当周缘凸缘部216靠近辅助磁轭225时,环形永磁体220的吸引力增大。
通过可动柱塞215上升,经连接轴杆131连接的可动接触件130上升。由此,只要由接触弹簧134施加接触压力,可动接触件130就与固定接触件111和112接触。随后,开始了打开接触状态,在该打开接触状态下,在接触弹簧134的接触压力停止时,可动接触件130从固定接触件111和112向上运动。
在打开接触状态开始时,在固定接触件111和112的接触部118a和可动接触件130的接触部130a之间产生电弧,且由于电弧而继续传导电流的状况。此时,由于绝缘盖121安装成覆盖每个固定接触件111和112的C形部115的上板部116和中间板部117,可以使电弧仅在固定接触件111和112的接触部118a和可动接触件130的接触部130a之间产生。由此,可以可靠地防止电弧在固定接触件111和112的C形部115上运动,由此使电弧产生状况稳定,并由此可以改善消弧性能。此外,由于每个固定接触件111和112的两侧表面也被绝缘盖121覆盖,还可以可靠地使电弧的前端免受短路影响。
此外,由于能够简单地通过将装配部125装到每个固定接触件111和112的小直径部114b上而使绝缘盖121安装在每个固定接触件111和112上,所以可以容易地实现在每个固定接触件111和112上的安装。
此时,由于消弧永磁体143和144的相对磁极面是N极,而其外侧为S极,从如图6(a)所示的平面图中来看,从N极出发的磁通量沿可动接触件130的纵向从内侧到外侧横向通过消弧永磁体143和144的固定接触件111的接触部118a和可动接触件130的接触部130a相对的一部分的电弧产生部,并达到S极,由此形成磁场。以相同的方式,磁通量沿可动接触件130的纵向从内侧到外侧横向通过固定接触件112的接触部118a和可动接触件130的接触部130a的电弧产生部,并到达S极,由此形成磁场。
由此,消弧磁体143和144的磁通量均沿可动接触件130的纵向、沿彼此相对的方向横向通过固定接触件111的接触部118a和可动接触件130的接触部130a之间以及固定接触件112的接触部118a和可动接触件130的接触部130a之间。
由此,在固定接触件111的接触部118a和可动接触件130的接触部130a之间,电流I从固定接触件111侧流到可动接触件130侧,且磁通量φ的定向如图6(b)中所示是沿从内侧向外侧的方向。由此,如图6(c)中所示,根据弗莱明左手定则,较大的洛伦兹力F垂直于可动接触件130的纵向并垂直于固定接触件111的接触部118a和可动接触件130的开闭方向而朝着消弧空间145作用。
由于洛伦兹力F,在固定接触件111的接触部118a和可动接触件130的接触部130a之间产生的电弧大大延长,以从固定接触件111的接触部118a的侧表面穿过消弧空间145的内侧,从而到达可动接触件130的上表面侧,并被消弧。
再有,在消弧空间145的下侧和上侧,磁通量相对于固定接触件111的接触部118a和可动接触件130的接触部130a之间的磁通量的定向而向下侧和上侧倾斜。由此,延长到消弧空间145的电弧被沿消弧空间145的角部方向的倾斜磁通量进一步延长,可以增大电弧长度,因此可以获得良好的中断性能。
同时,电流在固定接触件112的接触部118a和可动接触件130之间从可动接触件130侧流到固定接触件112侧,且磁通量φ的定向如图6(b)中所示是沿向右方向从内侧向外侧。由此,根据弗莱明左手定则,较大的洛伦兹力F垂直于可动接触件130的纵向并垂直于固定接触件112的接触部118a和可动接触件130的开闭方向而朝着消弧空间145作用。
由于洛伦兹力F,在固定接触件112的接触部118a和可动接触件130之间产生的电弧大大延长,以从可动接触件130的上表面侧穿过消弧空间145的内侧,从而到达固定接触件112的侧表面侧,并被消弧。
再有,在消弧空间145的下侧和上侧处,如前所述,磁通量相对于固定接触件112的接触部118a和可动接触件130的接触部130a之间的磁通量的定向而向下侧和上侧倾斜。由此,延长到消弧空间145的电弧被沿消弧空间145的角部方向的倾斜磁通量进一步延长,可以增大电弧长度,因此可以获得良好的中断性能。
同时,在电磁接触器10的闭合状态下,当在再生电流从负载侧流到直流电源侧的状况下呈释放状态时,图6(b)中的电流方向反向,这意味着洛伦兹力F作用于消弧空间146侧,除了电弧被延长到消弧空间146侧外,实现相同的消弧功能。
此时,由于消弧永磁体143和144设置在形成于绝缘筒体140内的磁体容纳筒体141和142内,电弧不与消弧永磁体143和144直接接触。由此,可以稳定保持消弧永磁体143和144的磁性,并由此可以稳定中断性能。
还有,由于可以覆盖具有绝缘筒体140的金属消弧室102的内周缘表面并使其绝缘,在中断电流时没有电弧的短路,由此可以可靠地实施电流中断。
此外,由于可以实施绝缘功能、定位消弧永磁体143和144的功能、保护消弧永磁体143和144免受电弧影响的功能和防止电弧到达外部金属矩形筒体104的绝缘功能,在具有这样一个绝缘筒体140的情况下,可以减小制造成本。
还有,由于可以使可动接触件130的侧边缘与绝缘筒体140的内周缘面之间的距离增加与消弧永磁体143和144的厚度相等的量,所以可以提供足够大的消弧空间145和146,由此可以可靠地实施消弧。
此外,由于抵靠可动接触件的侧边缘滑动的可动接触件引导构件148和149在容纳消弧永磁体143和144的永磁体容纳筒体141和142上的位置突出形成,所以可以可靠地防止可动接触件130的转动。
在至今所述实施例中,对如下情况作出了说明:绝缘筒体140通过一体形成底板部140b和矩形筒部140a来构成,但这不是限制性的,绝缘筒体140可如图8中所示通过如下方式来形成,即,将构成侧壁的四个侧板部256~259的组件设置在底板部253的前后左右端部上,并连接侧板部256~259,在该底板部上形成有基部构件251的磁体容纳部252。在此情况下,由于侧壁部被分成四个侧板部256~259,与完全一体形成的情况相比更易于制造。此外,也可形成集成了四个侧板部256到259的矩形筒体。
还有,在至今所述的实施例中,对如下情况作出了说明:消弧永磁体143和144的相对磁极面是N极,但不限于此,即便消弧永磁体143和144的相对磁极面是S极性,除了磁通量横向通过电弧的方向和洛伦兹力的方向是相反的之外,可以获得与至今所述的实施例中相同的优点。
在至今所述的实施例中,对如下情况作出了说明:C形部115形成于固定接触件111和112中的每个固定接触件内,但不限于此,L形部160可如图9(a)和9(b)中所示连接到支承导体部114,L形部的形式为省去了C形部115的上板部116.。
也是在此情况下,在使可动接触件130与固定接触件111和112接触的闭合接触状态下,可以使由流经L形部160的垂直板部的电流所产生的磁通量作用于可动接触件130与固定接触件111和112相接触的部分处。由此,可以增大可动接触件130与固定接触件111和112相的部分内的磁通量,从而产生与电磁排斥力相反的洛伦兹力。
再有,在至今所述的实施例中,对如下情况作出了说明:可动接触件130在其中心部内具有凹陷部132,但这不是限制性的,如图10(a)和10(b)中所示,可省去该凹陷部132,从而形成平板。
还有,在至今所述的实施例中,对如下情况作出了说明:连接轴杆131螺纹连接到可动柱塞215,但可动柱塞215和连接轴杆131也可一体形成。
还有,对如下情况作出了说明:连接轴杆131和可动接触件130的连接设计成凸缘部131a形成于连接轴杆131的前端部上,而在连接轴杆131插入接触弹簧134和可动接触件130之后,可动接触件130的下端部与C形环固定,但不限于此。也就是说,定位大直径部可沿径向突出地形成于连接轴杆131的C形环位置,在可动接触件130之后设置的接触弹簧134与大直径部接触,而接触弹簧134的上端部与C形环固定。
还有,在至今所述的实施例中,对如下情况作出了说明:密闭容器由消弧室102和罩230构成,且气体被封止于密闭容器内部,但不限于此,当中断电流较小时可省去气体封止。
工业应用性
根据本发明,可以提供电磁接触器,因而,可以提高生产率,并简化铜焊夹具,并且此外可以控制支承固定接触件的板部的平面度和翘曲度。
附图标记说明
10...电磁接触器,100...接触装置,101...接触机构,102...消弧室,104...矩形筒体,105...固定接触件支承绝缘基板,111,112...固定接触件,114...支承导体部,115...C形部,116...上板部,117...中间板部,118...下板部,118a...接触部,121...绝缘盖,122...L形板部,123,124...侧板部,125...装配部,130可动接触件,130a...接触部,131...连接轴杆,132...凹陷部,134...接触弹簧,140...绝缘筒体,141,142...磁铁容纳筒体,143,144...消弧永磁体,145,146...消弧空间,160...L形部,200...电磁体单元,201...磁轭,203...筒形辅助磁轭,204...绕线管,208...励磁线圈,210...上磁轭,214...复位弹簧,215...可动柱塞,216...周向凸缘部,220...永磁体,225...辅助磁轭,230...罩。