CN104704596A - 电磁开闭器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够提高可动柱塞与磁轭之间的磁通密度、提高电磁体单元的吸引力而确保稳定动作的电磁开闭器。其包括在触点收纳盒(102)内保持规定间隔地固定配置的一对固定触头(111、112)、在上述触点收纳盒内以能够与上述一对固定触头接触和分离的方式配置的可动触头(130)、和使上述可动触头与上述一对固定触头接触和分离的电磁铁单元(200)，上述电磁体单元具有包围励磁线圈(208)的磁轭(201、210)、设置成可通过设置于该磁轭的贯通孔进行动作、且具有与上述磁轭的磁接触面相对的磁接触面的可动柱塞(215)、和连结该可动柱塞与上述可动触头的连结轴(131)，上述可动柱塞的磁接触面，由宽度比与上述磁轭的相对面的宽度窄且使磁通密度增加的环状突出部构成。

Description

电磁开闭器

技术领域

本发明涉及包括保持规定间隔配置的一对固定触头、和能够与这些固定触头接触和分离地配置的可动触头的电磁开闭器。

背景技术

作为进行电流通路的开闭的电磁开闭器，例如，提出了如专利文献1所述，由离开规定距离地配置的分别具有固定触点的一对固定触头、与该一对固定触头可接触和分离地配置的在左右端具有可动触点的可动触头、和驱动可动触头的电磁体装置构成的电磁开闭器。该电磁开闭器中，电磁体装置包括上端面开放的截面呈U字状的磁轭、覆盖该磁轭的开放端面的上部磁轭、通过励磁线圈上下移动的可动铁芯、和通过在上部磁轭形成的贯通孔连结可动铁芯与上述可动触头的连结轴。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-38684号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在上述专利文献1中记载的现有例中，上面磁轭和可动铁芯以可动铁芯的整面作为与上面磁轭的磁接触面相对的磁接触面。因此，在保持状态下磁接触面的磁接触面积S变大，从而磁通密度B减少。

此外，电磁体单元的吸引力F用下式表达：

F∝B²·S……(1)

因此，上述现有例中，因为上面磁轭与可动铁芯的接触面积变大，所以磁通密度B减少，电磁体单元的吸引力F降低。

该吸引力F的降低表示保持力减小，为了抑制触点部负荷力，需要提高保持电流。但是，保持电流大则存在在消耗功率和发热的方面不利这样的未解决的课题。

于是，本发明着眼于上述现有例的未解决的课题而完成，其目的在于提供一种无需提高保持电流就能够抑制触点部负荷力的电磁开闭器。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，本发明的电磁开闭器的第一方式，包括：在触点收纳盒内保持规定间隔地固定配置的一对固定触头；在上述触点收纳盒内以能够与上述一对固定触头接触和分离的方式配置的可动触头；和使上述可动触头与上述一对固定触头接触和分离的电磁铁单元。并且，上述电磁铁单元包括：包围励磁线圈的磁轭；设置成可通过设置于该磁轭的贯通孔进行动作、且具有与上述磁轭的磁接触面相对的磁接触面的可动柱塞；和连结该可动柱塞与上述可动触头的连结轴。上述可动柱塞的磁接触面，由宽度比与上述磁轭的相对面的宽度窄且使磁通密度增加的环状突出部构成。

此外，本发明的电磁开闭器的第二方式中，上述环状突出部形成为圆环状。

此外，本发明的电磁开闭器的第三方式中，上述环状突出部形成于在上述可动柱塞形成的周凸缘部的外周侧。

根据本发明，在可动柱塞的与磁轭的磁接触面相对的磁接触面形成有宽度较窄的环状突出部，因此能够减小可动柱塞与磁轭的磁接触面的接触面积，能够增大环状突出部与磁轭之间的磁通密度，大幅提高吸引力。

附图说明

图1是表示本发明的电磁开闭器的第一实施方式的截面图。

图2是电磁体单元的分解立体图。

图3是表示可动柱塞的立体图。

图4是可动柱塞的截面图。

图5是表示本发明的上部磁轭的磁接触面的说明图。

图6是表示行程与吸引力的关系的特性线图。

图7是表示比较例的上部磁轭的磁接触面的平面图。

图8是表示本发明的触点装置的变形例的图，(a)是截面图，(b)是立体图。

图9是表示本发明的触点装置的其他变形例的图，(a)是截面图，(b)是立体图。

符号说明

10……电磁接触器，100……触点装置，101……触点机构，102……触点收纳盒(消弧室)，104……金属方筒体，105……固定触点支承绝缘基板，111、112……固定触头，114……支承导体部，115……触点导体部，116……上板部，117……中间板部，118……下板部，121……绝缘罩，130……可动触头，131……连结轴，134……接触弹簧，140……绝缘筒体，200……电磁体单元，201……磁轭，203……圆筒状辅助轭，204……线轴，208……励磁线圈，210……上部磁轭，210a……贯通孔，210b……磁接触面，214……复位弹簧，215……可动柱塞，216……周凸缘部，216a……圆环状突出部，216b……磁接触面，220……环状永磁体，225……辅助轭

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式参考附图进行说明。

图1是表示将本发明的电磁开闭器应用于电磁接触器的情况下的第一实施方式的截面图，图2是电磁体单元的分解立体图。

在该图1和图2中，10是电磁接触器，该电磁接触器10包括配置有触点机构的触点装置100、和驱动该触点装置100的电磁体单元200构成。

触点装置100，从图1和图2可知，具有收纳触点机构101的作为消弧室的触点收纳盒102。该触点收纳盒102包括：金属制的在下端部具有向外侧突出的凸缘部103的金属方筒体104；和闭塞该金属方筒体104的上端的由平板状的陶瓷绝缘基板构成的作为顶板的固定触点支承绝缘基板105。

金属方筒体104，其凸缘部103与后述的电磁体单元200的上部磁轭210密封接合并固定。

此外，在固定触点支承绝缘基板105，在中央部保持规定间隔地形成有用于插通后述的一对固定触头111和112的贯通孔106和107。对该固定触点支承绝缘基板105的上表面侧的贯通孔106和107的周围以及下表面侧的与金属方筒体104接触的位置实施了金属化处理。

触点机构101，如图1所示，包括插通在触点收纳盒102的固定触点支承绝缘基板105的贯通孔106和107中被固定的一对固定触头111和112。这些固定触头111和112分别包括：插通在固定触点支承绝缘基板105的贯通孔106和107中的在上端具有向外侧突出的凸缘部113的支承导体部114；和与该支承导体部114连结且配置在固定触点支承绝缘基板105的下表面侧的内方侧开放的C字状的触点导体部115。

触点导体部115包括作为第二连结板部的上板部116、作为连结板部的中间板部117和作为触点板部的下板部118。上板部116沿着固定触点支承绝缘基板105的下表面向外侧延伸。中间板部117从上板部116的外侧端部向下方延伸。下板部118从中间板部117的下端侧与上板部116平行地向内方侧即固定触头111和112的相对方向延伸。因此，触点导体部115形成为在由中间板部117和下板部118形成的L字状部加上上板部116而成的C字状。

此处，支承导体部114与触点导体部115，以使在支承导体部114的下端面突出形成的销114a插通到在触点导体部115的上板部116形成的贯通孔120内的状态例如通过钎焊被固定。此外，支承导体部114和触点导体部115的固定不限于钎焊，也可以使销114a嵌合到贯通孔120中，或在销114a形成阳螺纹，在贯通孔120中形成阴螺纹，使二者螺合。

此外，以覆盖固定触头111和112的触点导体部115的中间板部117的内侧面的方式，安装从平面观察呈C字状的磁性体板119。这样，通过以覆盖中间板部117的内侧面的方式配置磁性体板119，能够屏蔽由流过中间板部117的电流所产生的磁场。

该磁性体板119也可以以覆盖中间板部117的周围的方式形成，只要能够屏蔽在中间板部117中流过的电流产生的磁场即可。

进而，在固定触头111和112的触点导体部115分别安装有限制电弧的换流的合成树脂材料制的绝缘罩121。

这样，通过在固定触头111和112的触点导体部115安装绝缘罩121，在该触点导体部115的内周面仅使下板部118的内侧的上表面侧露出作为触点部。

而且，以使两端部位于固定触头111和112的触点导体部115内的方式配置可动触头130。该可动触头130被固定在后述的电磁体单元200的可动柱塞215的连结轴131支承。该可动触头130，如图1所示，形成中央部的连结轴131的附近向下方突出的凹部132，在该凹部132形成有用于插通连结轴131的贯通孔133。

连结轴131在上端形成有向外侧突出的凸缘部131a。该连结轴131定位保持可动触头130。关于该可动触头130的定位保持，首先，以从连结轴131的下端侧插通了接触弹簧134的状态，将该连结轴131插通在可动触头130的贯通孔133内。接着，使可动触头130上升而使接触弹簧134的上端与凸缘部131a抵接，在使该接触弹簧134收缩以得到规定的作用力的状态下，例如用C型环135将可动触头130定位保持在连结轴131上。

该可动触头130，在释放状态下，成为两端的可动触点部130a与固定触头111和112的触点导体部115的下板部118的固定触点部118a保持规定间隔地离开的状态。此外，可动触头130在接通位置，成为两端的可动触点部130a与固定触头111和112的触点导体部115的下板部118的固定触点部118a以由接触弹簧134产生的规定的接触压力接触的状态。

进而，在触点收纳盒102的金属方筒体104的内周面，如图1所示，配置有由底板部140a和在该底板部140a的上表面形成的方筒体140b形成为有底方筒状的绝缘筒体140。该绝缘筒体140例如是合成树脂制的，底板部140a和方筒体140b被一体成形。

电磁体单元200，如图1和图2所示，具有从侧面观察呈扁平的U字形的磁轭201，在该磁轭201的底板部202的中央部固定有圆筒状辅助轭203。在该圆筒状辅助轭203的外侧配置有线轴204。

该线轴204包括：中央圆筒部205，在该中央圆筒部205中插通圆筒状辅助轭203、从该中央圆筒部205的下端部向半径方向外侧突出的下凸缘部206、和从中央圆筒部205的上端向半径方向外侧突出的上凸缘部207构成。而且，在由中央圆筒部205、下凸缘部206和上凸缘部207构成的收纳空间中卷绕安装有励磁线圈208。

此外，在磁轭201的开放端即上端之间固定有上部磁轭210。该上部磁轭210，如图5所示，在中央部形成有与线轴204的中央圆筒部205相对的贯通孔210a，这些贯通孔210a的周围的上表面侧被作为磁接触面210b。

而且，在线轴204的中央圆筒部205中，能够上下滑动地配置有在底部与磁轭201的底板部202之间配设有复位弹簧214的可动柱塞215。

在该可动柱塞215，在从上部磁轭210向上方突出的上端部形成有向半径方向外侧突出的周凸缘部216。在该周凸缘部216的与上部磁轭210相对的下表面，如图3和图4所示，在外周侧形成了例如以0点几mm程度的高度H向下方突出的圆环状突出部216a。该圆环状突出部216a的下表面被作为磁接触面216b。

此外，在上部磁轭210，如图5所示，在其贯通孔210a的周围的外侧以规定宽度形成有与可动柱塞215的磁接触面216b接触的磁接触面210b。

这样，可动柱塞215的磁接触面216b、和该磁接触面216b要接触的上部磁轭210的磁接触面210b的表面积被设为圆环状突出部216a的宽度内的较小的面积。因此，如后所述地对励磁线圈208励磁时，能够提高从可动柱塞215的磁接触面216b朝向上部磁轭210的磁接触面210b的磁通的磁通密度。

而且，对励磁线圈208励磁时的上部磁轭210的吸引力F，如上述式(1)所述，设磁接触面的磁通密度为B，磁接触面积为S时，用F∝B²·S表达，从而，磁通密度B的增加量是平方，比磁接触面积S的减少量更有效，因此能够使吸引力F大幅增加。从而，能够充分地确保上部磁轭210对可动柱塞215的保持力。

此外，在上部磁轭210的上表面，以包围可动柱塞215的周凸缘部216的方式固定有例如外形是方形且具有圆形的中心开口221的形成为环状的环状永磁体220。该环状永磁体220在上下方向即厚度方向上例如以上端侧为N极、下端侧为S极的方式被磁化。

而且，在环状永磁体220的上端面，固定有与环状永磁体220相同外形且具有比可动柱塞215的周凸缘部216的外径小的内径的贯通孔224的辅助轭225。可动柱塞215的周凸缘部216与该辅助轭225的下表面抵接。

此外，环状永磁体220的形状不限定于以上所说明的形状，也能够形成为圆环状，只要内周面是与周凸缘部216的形状对应的形状，则外形能够为圆形、多边形等任意形状。

此外，在可动柱塞215的上端面螺合有支承可动触头130的连结轴131。

而且，可动柱塞215被非磁性体制成的形成为有底筒状的盖230覆盖，在该盖230的开放端向半径方向外侧延伸地形成的凸缘部231与上部磁轭210的下表面密封接合。

由此，形成触点收纳盒102和盖230经由上部磁轭210的贯通孔210a连通的密封容器。而且，在由触点收纳盒102和盖230形成的密封容器内封入有氢气、氮气、氢和氮的混合气体、空气、SF₆等气体。

接着，说明上述实施方式的动作。

现在，设固定触头111例如与供给大电流的电力供给源连接，固定触头112与负载连接。

在该状态下，电磁体单元200中的励磁线圈208处于非励磁状态，处于在电磁体单元200中不产生使可动柱塞215下降的励磁力的释放状态。

在该释放状态下，可动柱塞215被复位弹簧214向离开上部磁轭210的上方向施力。与此同时，环状永磁体220的磁力产生的吸引力作用于辅助轭225，可动柱塞215的周凸缘部216被吸引。因此，可动柱塞215的周凸缘部216的上表面与辅助轭225的下表面抵接。

从而，通过连结轴131与可动柱塞215连结的触点机构101的可动触头130的可动触点部130a从固定触头111和112的固定触点部118a向上方离开规定距离。因此，固定触头111和112之间的电流通路处于切断状态，触点机构101成为断开状态。

这样，在释放状态下，复位弹簧214产生的作用力和环状永磁体220产生的吸引力双方作用于可动柱塞215，因此，可动柱塞215不会因来自外部的振动和冲击等而意外地下降，能够可靠地防止误动作。

从该释放状态起对负载供给电力时，使电磁体单元200的励磁线圈208励磁，形成在电磁体单元200中产生励磁力的磁路。该磁路形成为从可动柱塞215通过周凸缘部216，从在该周凸缘部216的下表面形成的圆环状突出部216a的下表面的磁接触面216b通过上部磁轭210的磁接触面210b，进而从上部磁轭210的左右端部通过磁轭201，通过辅助轭203到达可动柱塞215。

因该磁路而在相互相对的可动柱塞215的磁接触面216b与上部磁轭210的磁接触面210b之间产生吸引力，可动柱塞215被上部磁轭210吸引。因此，可动柱塞215抵抗复位弹簧214的作用力和环状永磁体220的吸引力而下降。该可动柱塞215的下降通过周凸缘部216的下表面与上部磁轭210的上表面抵接而停止。

然后，因可动柱塞215下降，通过连结轴131与可动柱塞215连结的可动触头130也下降，其可动触点部130a与固定触头111和112的固定触点部118a以接触弹簧134的接触压力接触。

因此，成为外部电力供给源的大电流通过由固定触头111、可动触头130和固定触头112构成的主电路对负载供给的闭合状态。

此时，可动柱塞215的磁接触面216b在圆环状突出部216a的下表面形成，虽然磁接触面积S减小，但是磁通密度B增加，根据上述式(1)，能够使吸引力F增加。因此，上部磁轭210在可动触头130与固定触头111和112接触时的闭合时能够用充分的保持力保持可动柱塞215。

这样，通过将保持状态中的磁接触面积设定得较小，能够提高在该磁接触面的磁通密度，如图6所示，能够使可动柱塞215的行程(冲程)在“0”附近的闭合时的A点的吸引力(保持力)如实线所示地增大。此时，不需要为了抑制两点划线所示的触点部负荷力而使励磁线圈208的保持电流增加，能够抑制消耗电力(功率)的增加和发热的增加，确保可靠的保持力。

此外，未在可动柱塞215的周凸缘部216的下表面设置圆环状突出部216a的比较例的情况下，周凸缘部216的下表面的较宽的面积成为磁接触面。因此，上部磁轭210的磁接触面210b，如图7所示，扩展至贯通孔210a的边缘，虽然磁接触面积S增加，但是磁通密度B相应地减少。

从而，在比较例的情况下，上部磁轭210产生的吸引力F减少，如图6中虚线所示，闭合时的A点的吸引力与本实施方式相比减少。

因此，为了在比较例中确保可靠的保持力，需要为了抑制两点划线所示的触点部负荷力，而使励磁线圈208的保持电流增加，产生了消耗电力增加并且发热增加的问题。

但是，根据本实施方式，如上所述，通过使在可动柱塞215的下表面形成的窄宽度的圆环状突出部216a的下表面成为磁接触面216b，使磁接触面积S减少、磁通密度B增加。因此，能够使上部磁轭210对可动柱塞215的吸引力增加，由此能够解决上述问题。

这样，根据上述实施方式，在可动柱塞215的周凸缘部216的下表面形成了使磁接触面积比周凸缘部216的总表面积小的圆环状突出部216a，因此能够减小圆环状突出部216a与上部磁轭210的表面的磁接触面积，相应地使磁通密度增加。

结果，根据上述式(1)，能够使上部磁轭210产生的吸引力F增加。而且，不需要为了增加该吸引力而增加励磁线圈208的保持电流，能够可靠地防止消耗电力的增加和发热的增加。

此外，在上述实施方式中，说明了可动柱塞215形成为圆筒状，周凸缘部216形成为圆板状的情况，但不限定于此。即，周凸缘部216的外形形状能够形成为四边形、五边形、六边形等多边形，与此相应地，圆环状突出部216a也能够是任意的多边筒形，只要是环状的凸部即可。此外，可动柱塞215的形状也不限于圆筒状，能够形成为任意的多边筒形。与此相应地变更上部磁轭210的贯通孔210a的形状即可。

此外，上述实施方式中，说明了通过对金属方筒体104、和闭塞该金属方筒体104的上端的固定触点支承绝缘基板105进行钎焊形成触点收纳盒102的情况，但不限定于此，即，也可以将触点收纳盒102用陶瓷、合成树脂材料等绝缘材料一体形成为桶状。

此外，在上述实施方式中，说明了在固定触头111和112形成C字状的触点导体部115的情况，但不限定于此，也可以如图8(a)和(b)所示，在支承导体部114连结成为省略了触点导体部115中的上板部116的形状的L字状部160。

此外，上述实施方式中，说明了可动触头130在中央部具有凹部132的情况，但不限定于此，也可以如图9(a)和(b)所示，省略凹部132而形成为平板状。主要在于，能够使触点机构101的结构成为任意的结构。

此外，上述实施方式中，说明了使连结轴131与可动柱塞215螺合的情况，但也可以使可动柱塞215与连结轴131一体地形成。

此外，说明了连结轴131与可动触头130的连结是在连结轴131的前端部形成凸缘部131a，插通到接触弹簧134和可动触头130后将可动触头130的下端用C型环固定的情况，但不限定于此。即，也可以在连结轴131的C型环位置形成在半径方向上突出的定位大径部，使可动触头130与其抵接后配置接触弹簧134，将该接触弹簧134的上端用C型环固定。

此外，上述实施方式中，说明了由触点收纳盒102和盖230构成密封容器，在该密封容器内封入气体的情况，但不限定于此，要切断的电流较低的情况下也可以省略气体封入。

进而，上述实施方式中，说明了将本发明应用于电磁接触器的情况，但不限定于此，能够将本发明应用于包括电磁继电器和其他电磁开闭器的任意的开闭器。

Claims (3)

1.一种电磁开关，其特征在于，包括：

在触点收纳盒内保持规定间隔地固定配置的一对固定触头；

在所述触点收纳盒内以能够与所述一对固定触头接触和分离的方式配置的可动触头；和

使所述可动触头与所述一对固定触头接触和分离的电磁铁单元，

所述电磁铁单元包括：包围励磁线圈的磁轭；设置成可通过设置于该磁轭的贯通孔进行动作、且具有与所述磁轭的磁接触面相对的磁接触面的可动柱塞；和连结该可动柱塞与所述可动触头的连结轴；

所述可动柱塞的磁接触面，由宽度比与所述磁轭的相对面的宽度窄且使磁通密度增加的环状突出部构成。

2.如权利要求1所述的电磁开关，其特征在于：

所述环状突出部形成为圆环状。

3.如权利要求1或2所述的电磁开关，其特征在于：

所述环状突出部形成于在所述可动柱塞形成的周凸缘部的外周侧。