CN106663556B - 开闭装置 - Google Patents

Abstract

得到一种能够确保切断可靠性的开闭装置。开闭装置(100)具有：磁铁(4)，其产生用于在固定触点(1a)与可动触点(2a)分离时使在固定接触件(1)和可动接触件(2)之间产生的电弧伸长的磁场；磁体(3)，其配置为一端部与固定接触件(1)和可动接触件(2)之间的电弧产生区域(20)接近，并且配置为另一端部与磁铁(4)的一个磁极面接触；以及绝缘罩(3c)，其对磁铁(4)和磁体(3)进行保护，并且将电弧的通电方向不同的电弧伸长空间(21)进行隔离，磁铁(4)配置于电弧产生区域(20)以外的区域。

Description

开闭装置

技术领域

本发明涉及将电流切断的开关、开闭器、断路器、电磁接触器、继电器等开闭装置。

背景技术

在开闭装置中，将在触点之间产生的电弧拉伸而提高电弧电阻，对电弧电压进行高电压化而将电流切断。特别地，在DC用开闭装置中，由于需要将电弧电压提高至比电源电压高，产生电流零点而进行切断，因此将电弧拉伸的技术是重要的。

当前，通常为了将电弧拉伸，使永磁铁的磁力线与电弧交链，向电弧施加洛仑兹力，从而将电弧长度拉伸(例如，专利文献1)。

专利文献1：日本特开2009-87918号公报

发明内容

然而，在专利文献1中公开的现有的开闭装置存在下述问题点，即，在为了对电弧进行消弧而在消弧室中搭载有磁铁的开闭装置中，如果通电方向变为相反，则电弧的驱动方向反转，因此切断可靠性降低。

另外，为了使得即使在电弧逆向驱动的情况下也能够进行切断，还具有将消弧空间扩大的方法，但该方法存在装置大型化的问题。另外，针对相比于与磁铁的磁极面相对的面驱动并伸长至外侧的电弧，不仅难以发挥磁驱动作用，而且从磁铁生成的磁力线引起朝向预料之外的方向的电磁力，因此切断的可靠性降低。

在上述开闭装置中，为了使期望的洛仑兹力作用于电弧，需要使相同方向的磁力线作用于该洛仑兹力的作用面。为了使相同方向的磁力线与电弧交链，必须使永磁铁的磁极面大于该洛仑兹力的作用面，成为高成本的结构，难以确保配置空间。

另外，对于位于不与永磁铁的磁极面相对的部位处的电弧，由于从永磁铁生成的磁力线产生朝向预料之外的方向的洛仑兹力，因此切断的可靠性降低，在最坏的情况下会引起不能切断的事故。在现有的搭载有永磁铁的开闭装置中，几乎都会将电弧相比于与永磁铁相对的面拉伸至外侧，因此在这样的开闭装置中切断的可靠性缺乏。

另外，为了相比于与永磁铁相对的面在外侧也形成来自永磁铁的磁力线，有时使用磁轭，但如果电流方向改变，则由来自永磁铁的磁力线产生的洛仑兹力向相反方向作用，因此在该情况下，如果逆向连接，则难以切断，成为事故的原因。为了避免该事故，必须搭载即使电流方向反转、电弧逆向运动也能够充分地使电弧伸长的电弧伸长空间和磁轭，存在开闭装置大型化的问题。

本发明就是为了解决上述问题点而提出的，其目的在于得到一种开闭装置，该开闭装置不依赖于电流方向，在使用小型磁铁的情况下也能够确保充分的切断可靠性。

本发明涉及的开闭装置的特征在于，具有：固定接触件，其具有固定触点；可动接触件，其与所述固定接触件相对地设置，具有可动触点；开闭机构部，其进行所述固定触点与所述可动触点的开闭动作；磁铁，其产生用于在所述固定触点与所述可动触点分离时使在所述固定接触件和所述可动接触件之间产生的电弧伸长的磁场；磁体，其配置为一端部与所述固定接触件和所述可动接触件之间的电弧产生区域接近，并且配置为另一端部与所述磁铁的一个磁极面接触；以及绝缘罩，其对所述磁铁和所述磁体进行保护，并且将所述电弧的通电方向不同的电弧伸长空间进行隔离，所述磁铁配置于所述电弧产生区域以外的区域。

发明的效果

根据本发明涉及的开闭装置，与电流方向无关地，能够将在接触件之间产生的电弧沿磁体即吸引杆的侧面向磁铁的方向驱动。此时，电弧一边沿磁体即吸引杆的侧面受到驱动，一边朝向磁铁的方向行进并伸长，因此电弧急速地被冷却。由此，即使在流过逆极性的电流的情况下，也能够确保高的切断可靠性，并能够廉价地得到小型的开闭装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1中的开闭装置的断开状态的侧剖视图。

图2是图1的A-A'线处的剖视图。

图3是用于说明本发明的实施方式1中的开闭装置的电弧的消弧动作的说明图。

图4是表示本发明的实施方式2中的开闭装置的断开状态的侧剖视图。

图5是表示本发明的实施方式3中的开闭装置的断开状态的侧剖视图。

图6是图5的A-A'线处的剖视图。

图7是表示本发明的实施方式4中的开闭装置的断开状态的侧剖视图。

图8是图7的A-A'线处的剖视图。

具体实施方式

实施方式1.

下面，基于附图对本发明的实施方式1进行说明。此外，在各附图中，相同标号表示相同或者等同的部分。

图1是概略地表示本发明的实施方式1中的开闭装置的断开状态的侧剖视图。另外，图2是图1的A-A'线的剖视图。如图1所示，本发明的实施方式1中的开闭装置100具有：固定接触件1，其具有固定触点1a；可动接触件2，其具有可动触点2a；以及开闭机构部103，其进行固定触点1a与可动触点2a的开闭动作。另外，开闭装置100具有磁铁4，该磁铁4产生用于在固定触点1a与可动触点2a分离时使在固定接触件1和可动接触件2之间产生的电弧A伸长的磁场。另外，开闭装置100具有吸引杆3，该吸引杆3由长条状的磁体构成，配置为一端部与固定接触件1和可动接触件2之间的电弧产生区域20接近，并且配置为另一端部与磁铁4的一个磁极面接触。磁铁4配置于电弧产生区域20以外的区域。另外，开闭装置100具有绝缘罩3c，该绝缘罩3c对磁铁4和由长条状的磁体构成的吸引杆3进行保护。绝缘罩3c由例如尼龙等树脂材料形成。在这里，电弧产生区域20表示图1中的由虚线包围的固定接触件1和可动接触件2之间的空间。

另外，在本发明的实施方式1中的开闭装置100中，在通过由绝缘物形成的壳体101而构成的框体的两端部，设置有与外部的电路连接的固定侧端子部11及可动侧端子部12，在下部设置有用于对电弧进行消弧的消弧室102。在该消弧室102中配置有：固定接触件1，其与固定侧端子部11一体地形成，并在规定部设置有固定触点1a；可动接触件2，其具有与固定触点1a接触/分离的可动触点2a，并设置为进行转动；吸引杆3，其由长条状的磁体构成，以与由固定接触件1和可动接触件2所夹着的空间相对的方式，一端部配置于电弧产生区域20的附近；以及磁铁4，其与该吸引杆3接触而配置，产生用于使在固定接触件1和可动接触件2之间产生的电弧A伸长的磁场。

如上所述，在本发明的实施方式1中的开闭装置100中，将下述部件设为基本结构，即：磁铁4，其在两个触点分离时，控制在两个接触件之间产生的电弧A而使其伸长；以及吸引杆3，其由长条状的磁体构成，一端部配置于电弧产生区域20的附近，并且另一端部与磁铁4的一个磁极面接触而配置。根据该构造，电弧A由于由磁铁4产生的磁场而沿由长条状的磁体构成的吸引杆3的长度方向侧面伸长。在这里，将图1中的从与电弧产生区域20相比位于右侧的吸引杆3侧面至磁加强板6之间的空间设为电弧伸长空间21。

此外，由长条状的磁体构成的吸引杆3采用圆杆、或者长方体、或者圆筒形、或者多边形状的杆等形态，也可以得到相同的效果。另外，由长条状的磁体构成的吸引杆3如后述所示，由磁体用的绝缘罩3c保护，该磁体用的绝缘罩3c设置为与通电方向朝向纸面前侧的电弧A的产生区域相对。在磁铁4安装有后面叙述的磁加强板6。

图3是用于说明本发明的实施方式1中的开闭装置的电弧的消弧动作的说明图。利用图3的模型，将电弧的消弧原理分成直至消弧为止的进展阶段即图3A至图3E共5个阶段而进行说明，在该图3的模型中，配置有由磁体用的绝缘罩3c保护的、由长条状的磁体构成的吸引杆3，将与电弧产生位置相反侧的吸引杆3的端面配置为与具有N极的永磁铁41的磁极面接触。

在图3中，首先，在作为消弧的进展阶段的图3A中，从永磁铁41产生的磁力线M被吸引杆3引导，从吸引杆3的前端朝向电弧，产生对电弧的交链磁场。利用交链磁场对电弧作用洛仑兹力，将电弧向图3A的下侧方向驱动。在图3A中，标号8表示电弧及其电流方向，标号9表示洛仑兹力的作用方向。

接下来，在作为消弧的进展阶段的图3B中，以从吸引杆3的前端绕入至永磁铁41的S极侧的方式形成的磁力线M与在图3A的阶段中被驱动的电弧交链。电弧由于该交链磁场而被引入至向吸引杆3的长度方向的侧面部分扩展的电弧伸长空间21。在图3B中，标号10表示电流方向相反的情况下的电弧。

接下来，在作为消弧的进展阶段的图3C中，被引入至电弧伸长空间21的电弧由于从吸引杆3的侧面沿法线产生的磁力线M而进一步地被引入至里侧。由于电弧被引入至越里侧，则从吸引杆3的侧面产生的磁场强度越强，因此电弧难以从吸引杆3脱离，能够稳定地使电弧向吸引杆3的里侧(右侧)伸长。另外，在与被引入至里侧的电弧交链的磁力线中，大量地包含绕入至永磁铁41的S极侧的磁力线，由该方向(图中的右侧方向)的磁力线产生的交链磁场产生使电弧向吸引杆3的内侧靠近的力。

接下来，在作为消弧的进展阶段的图3D中，向接近至对吸引杆3进行保护的磁体用的绝缘罩3c的电弧作用以更强的力将电弧向吸引杆3的内侧按压的洛仑兹力。由此，将电弧朝向磁体用的绝缘罩3c压缩，电弧内部的电阻急剧地升高。并且，由于电弧热量而产生的烧蚀气体从磁体用的绝缘罩3c的电弧露出面吹送向电弧，由此电弧被冷却，电弧内部的电阻进一步地升高。

最后，在作为消弧的进展阶段的图3E中，在磁体用的绝缘罩3c的一部分设置有如图3所示的凹状的细缝3e的情况下，利用向吸引杆3的内侧按压的洛仑兹力将电弧引入至细缝3e内，使电弧收缩得细。从进一步收缩后的电弧的周围吹送从磁体用的绝缘罩3c吹出的烧蚀气体，电阻升高直至在电弧内部无法维持其导电性为止，实现消弧。

此外，根据上述的构造，在通电方向相反的情况下也具有相同的效果，在各个消弧的进展阶段中，如图3所示，电弧以相对于吸引杆3的轴而对称的方式不断伸长。另外，在永磁铁41(或磁铁4)的磁极面的朝向相反的情况下也能取得相同的效果，在各个消弧的进展阶段中，电弧以相对于吸引杆3的轴而对称的方式不断伸长。

这样，通过使用吸引杆3和永磁铁41(或磁铁4)，从而能够将电弧向同一方向驱动而使其伸长，能够提高切断的可靠性，而不会使开闭装置100大型化。

另外，在该实施方式1中，除了上述的基本结构之外，通过附加下面的部件会具有更显著的效果。

首先，开闭装置100具有电弧伸长空间21，通过将永磁铁41(或磁铁4)配置于电弧伸长空间21，从而能够扩大电弧可伸长的长度，能够进一步地提高电弧电阻。

另外，通过在永磁铁41(或磁铁4)的不与吸引杆3邻接(接触而配置)的相反侧(吸引杆相反侧)的磁极面，设置由磁体构成的磁加强板6，从而经由吸引杆3而环绕在永磁铁41(或磁铁4)周围的磁力线所形成的磁路的磁阻会降低，因此从吸引杆3的表面产生的磁场强度变强，能够进一步地提高消弧性能。

另外，如图2所示，在实施方式1中，利用绝缘罩3c设置了将2个电弧伸长空间21(吸引杆3的两侧面的空间)进行隔离的分隔壁。通过利用绝缘罩3c形成将电弧的通电方向不同的2处电弧伸长空间21进行隔离的分隔壁，从而能够防止电弧从一个电弧伸长空间21向另一个电弧伸长空间21绕入，能够实现电弧的稳定的伸长。

另外，在本发明的实施方式1中，通过由永磁铁41构成磁铁4，从而能够对电弧作用恒定磁通，因此即使在从通电导体产生的磁通弱的电流区域(例如小于1kA)，也能够进行稳定的切断。

另外，在上述的消弧原理的说明中，作为使用的磁铁而使用了永磁铁41，但如果将与一个接触件或者外部电源中的任意者电连接的螺旋状的导体卷绕于吸引杆3的周围的一部分，将吸引杆3的一部分构成为电磁铁(未图示)，也能够通过与上述相同的现象对电弧进行消弧。

在作为磁铁4而使用永磁铁41的情况下和在作为磁铁4而使用电磁铁(未图示)的情况下，最能够发挥效果的电流范围不同，在使用永磁铁41的情况下是在较弱的电流区域(例如小于1kA)中发挥效果，在使用电磁铁(未图示)的情况下是在从流过导体的电流产生的磁通变大的、较大的电流区域(例如大于或等于1kA)中发挥效果。

如上所述，通过采用本发明的基本结构，从而能够将与通电方向无关地产生的电弧A引入至吸引杆3的里侧，使电弧伸长，然后冷却并进行消弧。即，能够不依赖于电流的方向而使电弧沿永磁铁配置方向伸长及冷却，因此即使在电流逆流的情况下，也能够确保切断可靠性，并且能够使开闭装置100小型化。另外，通过由绝缘罩3c形成的隔离壁，防止电弧向另一个电弧伸长空间21的绕入，能够使切断性能稳定化。

实施方式2.

图4是表示本发明的实施方式2中的开闭装置的断开状态的侧剖视图。在实施方式1中，形成有由长条状的磁体构成的吸引杆3，但在实施方式2中，如图4所示，将吸引杆3的形状扩大而配置，以使得将因通电方向而不同的电弧伸长前方的2处空间进行分隔。由此，能够对吸引杆3处的与磁铁4接触的面附近的磁饱和进行抑制，将在触点之间产生的电弧高效地引入至电弧伸长空间21。并且，伴随吸引杆3的扩大，电弧伸长空间21内的磁场强度变高的区域也进行扩张，因此变得容易维持上述电弧的伸长状态，切断可靠性得到提高。

实施方式3.

图5是表示本发明的实施方式3中的开闭装置的断开状态的侧剖视图。另外，图6是图5的A-A'线处的剖视图。如图5所示，在实施方式3中，利用绝缘罩3c形成将电弧的通电方向不同的2处电弧伸长空间21进行隔离的分隔壁，在此基础上，以将伸长时的电弧进行包围的方式配置有绝缘罩3c。通常，开闭装置100的壳体101选定难以烧蚀的材料，以使得即使在曝露于所产生的电弧热量的情况下也不发生损耗，因此烧蚀气体向电弧的吹送效率低。

根据本发明的实施方式3，能够利用容易烧蚀的材料使绝缘罩3c成型，因此通过以利用绝缘罩3c将伸长时的电弧进行包围的方式配置，从而能够改善烧蚀气体向电弧的吹送效率，能够提高切断可靠性。此外，实施方式3也可以与实施方式2的吸引杆3的形状组合，通过组合而进一步地提高切断可靠性。

实施方式4

图7是表示本发明的实施方式4中的开闭装置的断开状态的侧剖视图。另外，图8是图7的A-A'线处的剖视图。如图7及图8所示，在实施方式4中，利用绝缘罩3c形成将电弧的通电方向不同的2处电弧伸长空间21进行隔离的分隔壁，在此基础上，在电弧的中央部(电弧伸长空间21的中央部)设置有凸起部7，以使得能够碰撞或者压缩伸长时的电弧。凸起部7与绝缘罩3c为相同材料，凸起部7是相对于壳体101的侧面而凸出的形状。

根据本发明的实施方式4，在凸起部7处碰撞或者压缩电弧，并且在凸起部7的周围电弧被拉伸，能够进一步地改善电弧的冷却效率。

此外，本发明可以在其发明的范围内，将各实施方式自由地进行组合，或对各实施方式进行适当变形、省略。

标号的说明

1固定接触件，1a固定触点，2可动接触件，2a可动触点，3吸引杆，3c绝缘罩，4磁铁，6磁加强板，7凸起部，11固定侧端子部，12可动侧端子部，15挠性导体，20电弧产生区域，21电弧伸长空间，41永磁铁，100开闭装置，101壳体，102消弧室，103开闭机构部。

Claims (4)

1.一种开闭装置，其特征在于，具有：

固定接触件，其具有固定触点；

可动接触件，其与所述固定接触件相对地设置，具有可动触点；

开闭机构部，其进行所述固定触点与所述可动触点的开闭动作；

磁铁，其产生用于在所述固定触点与所述可动触点分离时使在所述固定接触件和所述可动接触件之间产生的电弧伸长的磁场；

磁体，其配置为一端部与所述固定接触件和所述可动接触件之间的电弧产生区域接近，并且配置为另一端部与所述磁铁的一个磁极面接触；以及

绝缘罩，其对所述磁铁和所述磁体进行保护，并且成为将伸长所述电弧的电弧伸长空间隔离成与所述电弧的通电方向相对应的2个空间的分隔壁，

所述磁铁配置于所述电弧产生区域以外的区域，

所述磁体的所述另一端部扩大，以使得将所述电弧伸长空间分隔成与所述电弧的通电方向相对应的2个空间。

2.根据权利要求1所述的开闭装置，其特征在于，

所述绝缘罩配置为将伸长时的所述电弧进行包围。

3.根据权利要求1或2所述的开闭装置，其特征在于，

所述绝缘罩在所述电弧伸长空间的中央部设置有凸起部，以使得能够碰撞或者压缩伸长时的所述电弧。

4.根据权利要求1或2所述的开闭装置，其特征在于，

所述绝缘罩为树脂材料。