CN115428109A - 电弧约束机构 - Google Patents
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Abstract
在有触点开关中,应对产生于两个触点间的电弧。电弧约束机构(100)具备:第1触点(111)和第2触点(121),两者能接触和分离;以及电弧约束部(130),其与包含所述第1触点和所述第2触点的回路电绝缘,为包括磁性体的大致环状,并具有与所述第1触点和所述第2触点处于非接触状态的情况下的所述第1触点与所述第2触点的间隙的方向平行的轴,以包围所述间隙的方式设置。
Description
技术领域
本发明涉及电弧约束机构。
背景技术
在专利文献1中记载了一种闩锁(latch)式继电器(relay),其具备:轭铁,其卷绕有通电线圈并内置有磁铁;工作片,其在通过切换向上述通电线圈的通电而被上述轭铁的一端吸引、释放时,在断开位置与闭合位置之间运动;以及控制触点,其使接受到该工作片的运动的可动触点与固定触点接触和分离来进行电流的接通和关断,在使上述工作片移动到断开位置来断开上述控制触点以阻断电流时,通过使由上述通电线圈产生于轭铁的磁通的一部分叠加到上述磁铁的磁通并作为漏磁通引导到上述控制触点侧,来将在上述可动触点与固定触点之间产生的电弧拉伸到上述板簧的侧端并进行灭弧。上述固定触点设置于具有屏风状主体部的第1固定端子,上述可动触点为了与上述固定触点接触,而设置在接受到上述工作片的运动而被按压的板簧上,并且该板簧的上端连接到第2固定端子。上述第2固定端子具有向上方伸出并形成与上述板簧的长边方向平行的电路的第1电路形成部,并且将该第1电路形成部与上述第1固定端子的上述屏风状主体部之间的间隙形成为小于上述板簧与上述第1固定端子的上述屏风状主体部之间的间隙。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:特开2006-196362号公报
发明内容
发明要解决的问题
在有触点开关中,产生于两个触点间的电弧有可能使触点周围的部件损伤。本发明的目的在于应对该电弧。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的,本发明所涉及的电弧约束机构具备:第1触点和第2触点,两者能接触和分离;以及电弧约束部,其与包含所述第1触点和所述第2触点的电路电绝缘,为包括磁性体的大致环状,并具有与所述第1触点和所述第2触点处于非接触状态的情况下的所述第1触点与所述第2触点的间隙的方向平行的轴,以包围所述间隙的方式设置。
发明效果
根据本发明,在有触点开关中,能够应对产生于两个触点间的电弧。
附图说明
图1是示出第1实施方式所涉及的电弧约束机构的闭路状态的说明图。
图2是将第1实施方式所涉及的电弧约束机构省略可动板和可动触点来示出的说明图。
图3是示出第1实施方式所涉及的电弧约束机构的开路状态的说明图。
图4是示出通过直线电流产生的磁场的说明图。
图5是示出第2实施方式所涉及的电弧约束机构的说明图。
图6是示出第3实施方式所涉及的电弧约束机构的闭路状态的说明图。
图7是示出第3实施方式所涉及的电弧约束机构的开路状态的说明图。
图8是示出第4实施方式所涉及的电弧约束机构的闭路状态的说明图。
图9是将第4实施方式所涉及的电弧约束机构省略可动板和可动触点来示出的说明图。
图10是示出第4实施方式所涉及的电弧约束机构的开路状态的说明图。
图11是示出第5实施方式所涉及的电弧约束机构的闭路状态的说明图
图12是示出第5实施方式所涉及的电弧约束机构的开路状态的说明图。
图13是第6实施方式所涉及的电弧约束机构的说明图。
图14是示出处于闭路状态的热保护器的内部的俯视图。
图15是图14的J-J线截面图。
图16是处于开路状态的热保护器的截面图。
具体实施方式
以下,基于图示的实施方式来说明本发明。不过,本发明不限于以下说明的实施方式。
[第1实施方式]
在图1~图3中示出本实施方式所涉及的电弧约束机构100。图1的(a)是开关闭合状态(两个触点接触的状态)下的电弧约束机构100的俯视图,图1的(b)是图1的(a)的A-A线截面图。图2的(a)是电弧约束机构100的俯视图,省略了后述的可动板120和可动触点121的图示,图2的(b)是图2的(a)的B-B线截面图。图3是开关断开状态(两个触点为非接触的状态)下的电弧约束机构100的截面图。
电弧约束机构100具备:固定触点111,其安装于基板110的表面;以及可动触点121,其安装于与基板110相对设置的可动板120,能与固定触点111接触和分离。在可动板120设置有用于使可动板120挪移的驱动机构(未图示)。作为该驱动机构的例子,可举出双金属元件、电磁铁。固定触点111和可动触点121是有触点开关的部件,被电连接到电机等电气机械(未图示)。
电弧约束机构100还具备包括磁性体的大致环状的电弧约束部130。在基板110的表面上,电弧约束部130由与固定触点111隔开间隔设置的支撑部112支撑。固定触点111无论开关是断开状态还是闭合状态,都位于电弧约束部130的中空部131之外。可动触点121在开关闭合状态下至少一部分位于中空部131内,在开关断开状态下位于中空部131之外。
电弧约束部130设置于与开关断开状态下的固定触点111与可动触点121的间隙g1对应的位置。具体地说,电弧约束部130配置成其轴AX与间隙g1的方向平行,并且包围间隙g1。
电弧约束部130是与包含固定触点111和可动触点121的电回路电绝缘的。另外,电弧约束部130配置成不会与可动板120和可动触点121接触。位置关系被设定成:在开关断开状态(开放稳定状态)下,电弧约束部130与固定触点111的距离d1和电弧约束部130与可动触点121的距离d2之和大于间隙g1。即,如下式所示。
d1+d2>g1 (1)
距离d1和d2均是作为绝缘距离的空间距离。
根据本实施方式,在开关从闭合状态和断开状态中的一个状态向另一个状态切换时产生于两个触点间的电弧会被约束在受到由该电弧产生的磁场的作用而磁化的电弧约束部130的内部。一边参照图4,一边说明这一点。
如图4所示,一般在直线电流Ia的周围产生遵循右手螺旋定则的方向的磁场Ba。本实施方式是将直线电流Ia视为产生于两个触点间的电弧并利用了与磁场Ba同样的磁场产生于电弧的周围这一情况。在本实施方式中,电弧约束部130受到产生于电弧的周围的磁场的作用而被磁化,洛伦兹力作用于电弧的带电粒子,电弧被约束在大致环状的电弧约束部130的内部。由此,能够降低电弧飞向意想外的方向而破坏开关周围的部件的可能性。
此外,电弧约束部130的温度远远低于据说高达摄氏1000度的电弧的温度。因此,通过热收缩效应,也能够期待电弧难以靠近电弧约束部130这一电弧约束效果。
在一般的有触点开关中,通过由开关周围的强外部磁场引起的对电弧的洛伦兹力,电弧有可能飞向触点周围的导电构件或绝缘物,并使它们损伤。但是,在本实施方式中,通过磁屏蔽效应,电弧被电弧约束部约束,因此在外部磁场的存在下也能进行稳定的电流阻断。阻断电流时产生的电弧在电弧约束部内稳定,能够抑制触点周围的材料的碳化和伴有气体产生的电弧的异常增大。其结果是,触点的耐久性提高,也能够确保开关的可靠性。
在感应负载连接到两个触点的情况下,由于反电动势的原因,电弧趋向于变大。另外,当电流流过构成感应负载的线圈时,开关周围的外部磁场会变强。即使在这种情况下,根据本实施方式,如前所述,电弧也会因磁屏蔽效应而被电弧约束部约束,因此在外部磁场的存在下也能进行稳定的电流阻断。
作为电弧约束部130的材料的磁性体优选软质磁性体、即磁导率高的磁性体。在铁的情况下,特别优选使用如软磁性的电磁软铁那样的材料并使用适当进行过热处理的材料。在软磁性铁氧体(ferrite)的情况下,优选锰-锌系或镍-锌系的材料,且优选温度范围大的材料,特别是能在高温下使用的材料。也能使用坡莫合金。
电弧约束部130能够在对基板110设置支撑部112时通过树脂的一体成形同时进行固定。或者,也可以在使电弧约束部130成形后将该电弧约束部用粘接剂、优选用热固化性的粘接剂固定到支撑部112。另外,虽未图示,但也可以通过向支撑部112的铆接、嵌入、焊接来将电弧约束部固定。而且,也可以不是将电弧约束部130与支撑部112一体成形,而是使电弧约束部130由磁性体制成,并使支撑部112由非磁性体制成。
[第2实施方式]
图5的(a)是示出本实施方式所涉及的电弧约束机构200的俯视图,图5的(b)是图5的(a)的C-C线截面图。针对与第1实施方式相同的要素标注相同的附图标记并省略详细说明。与第1实施方式不同,在本实施方式中,示出使用粘接剂213将电弧约束部130固定于支撑部112的例子。鉴于电弧的热影响,优选使用环氧树脂等热固化性的粘接剂。
[第3实施方式]
在图6和图7中示出本实施方式所涉及的电弧约束机构300。图6的(a)是开关闭合状态下的电弧约束机构300的俯视图,图6的(b)是图6的(a)的D-D线截面图。图7是开关断开状态下的电弧约束机构300的截面图。
电弧约束部330形成为轴向的尺寸比第1实施方式的电弧约束部130的轴向的尺寸大的作为一种大致环状的管状。电弧约束部330的轴向固定触点侧的端部固定于基板110。电弧约束部330的轴向的尺寸h大于开关断开状态(开放稳定状态)下的固定触点111与可动触点121的间隙g3与固定触点111在电弧约束部330的轴向上的尺寸t3之和。即,如下式所示。
h>g3+t3 (2)
这样,间隙g3在整体上被电弧约束部330包围。
另外,在可动板120与可动触点121之间设置有底座部322,与第1实施方式相比,可动板120与可动触点121的间隔被确保得较大。由此,可动板120变得不会与电弧约束部330干扰。
关于开关断开状态(开放稳定状态)下的电弧约束部330与可动触点121的空间距离d3进行说明。如果加大电弧约束部330的直径,则能够加大空间距离d3。另一方面,在电弧约束部330的直径比较大的情况下,产生于两个触点间的电弧的中心部与电弧约束部330的距离扩大。其结果是,电弧约束部330处的磁场变弱,电弧约束效果也变小。因此,空间距离d3优选如下式所示设为比间隙g3大或者与间隙g3相等。
d3≥g3 (3)
这样,虽然由于尺寸h具有一定程度而难以保证空间距离d3,但是能够使成为了开路状态时的空间距离d3比间隙g3大或者与其相等。
根据本实施方式,由于电弧约束部330的轴向的尺寸h比间隙g3大,因此能够期待电弧约束效果的进一步提高。此外,也可以代替设置底座部322,通过将可动板折弯来使得可动板不与电弧约束部干扰。
在形成管状的电弧约束部330时,例如在使用如铁那样的金属的情况下,能够通过冲压加工来成形,在使用铁氧体的情况下,能够将粉末压缩成形或者注塑成形。
[第4实施方式]
在图8~图10中示出本实施方式所涉及的电弧约束机构400。图8的(a)是开关闭合状态下的电弧约束机构400的俯视图,图8的(b)是图8的(a)的E-E线截面图。图9的(a)是电弧约束机构400的俯视图,省略了可动板120和可动触点121的图示,图9的(b)是图9的(a)的F-F线截面图。图10是开关断开状态下的电弧约束机构400的截面图。
电弧约束部430作为整体是大致四边环状。电弧约束部430的轴向固定触点侧的端部固定于基板110。在电弧约束部430的轴向可动触点侧的端部,设置有4个角部431和被相邻的2个角部431夹着的4个边缘部432。边缘部432比角部431更向轴向可动触点侧突出。开关断开状态下的固定触点111与可动触点121的间隙被4个边缘部432包围。
电弧约束部430在轴向上进行磁化,因此磁力集中到比角部431更向轴向可动触点突出的4个边缘部432。由于由这4个边缘部432将间隙包围,因此能得到电弧约束效果。
根据本实施方式,除了能得到与第1实施方式同样的磁效应以外,还能得到以下效果。即,由于电弧约束部430的轴向固定触点侧的端部固定于基板110,因此虽然在电弧约束部430的轴向固定触点侧没有开口部,但在开关闭合状态下角部431与可动板120之间有比较大的间隙。因此,即使为了成为开关断开状态而可动板120进行了挪移,也会从上述间隙流入空气,因此能够降低触点周围瞬间成为负压而电弧变得不稳定的可能性。
如图8所示,也可以在电弧约束部430的轴向固定触点侧的端部设置向径向内侧延伸的伸出部433。该伸出部433被设置成不与固定触点111干扰。通过设置伸出部433,能够提高电弧约束部430的固定强度。
无需4个角部431全部沿着轴向位于比边缘部432靠固定触点111侧的位置。只要至少1个角部431沿着轴向位于比边缘部432靠固定触点111侧的位置即可。或者,也可以是角部431的轴向位置与边缘部432的轴向位置相同。
[第5实施方式]
在图11和图12中示出本实施方式所涉及的电弧约束机构500。图11的(a)是开关闭合状态下的电弧约束机构500的俯视图,图11的(b)是图11的(a)的G-G线截面图,图11的(c)是图11的(b)的H-H线截面图。图12是开关断开状态下的电弧约束机构500的截面图。
以与基板110相对的方式设置有第2基板512。第2基板512由设置于基板110的支撑部513支撑。并且,电弧约束部530为大致四边环状,其轴向可动触点侧的端部固定于第2基板512,轴向固定触点侧为开口面。
在电弧约束部530的轴向固定触点侧的端部,设置有4个角部531、以及被相邻的2个角部531夹着的4个边缘部532a~532d。边缘部532a~532d比角部531更向轴向固定触点111突出。
第1边缘部532a的一端经由角部531与第2边缘部532b的一端连接。第2边缘部532b的另一端经由角部531与第3边缘部532c的一端连接。第3边缘部532c的另一端经由角部531与第4边缘部532d的一端连接。第4边缘部532d的另一端经由角部531与第1边缘部532a的另一端连接。
并且,第1边缘部532a与第3边缘部532c面对面的方向是与将可动板120的顶端部120a和基端部120b连结的可动板120的长边方向平行的。第1边缘部532a位于基端部120b侧,第3边缘部532c位于顶端部120a侧。
在可动板120的基端部120b设置有避让孔120c。第1边缘部532a贯通该避让孔120c的内部。通过该避让孔120c和位于第1边缘部532a的两端的2个角部531,使得可动板120不会与电弧约束部530干扰。
如以上那样,在将电弧约束部530的安装部不设为轴向固定触点侧的端部而设为轴向可动触点侧的端部的情况下,也能够得到电弧约束效果。此外,也可以在电弧约束部530的轴向可动触点侧的端部,以与可动板120面对面的方式形成片状的绝缘膜533来进行绝缘处理。
[第6实施方式]
在图13中示出本实施方式所涉及的电弧约束机构600。图13的(a)是电弧约束机构600的俯视图,省略了可动板和可动触点的图示。图13的(b)是图13(a)的I-I线截面图。
电弧约束部630是通过以规定宽度切出片状的磁性体并将其卷成管状而形成的。能够将重叠后的周向两端部631和632用焊接或铆接来接合。
[应用例]
在图14~图16中示出将第1实施方式所涉及的电弧约束机构100装配于具备双金属元件的热保护器(温度开关)的情形。图14是示出处于闭路状态的热保护器的内部的俯视图,图15是图14的J-J线截面图。图16是处于开路状态的热保护器的截面图。
热保护器9在壳体90的内部具有电弧约束机构100。热保护器9的第1引线91电连接到固定触点111,第2引线92电连接到可动触点121。可动板120构成为以双金属元件93为驱动部进行挪移。
这样,在作为一种有触点开关的热保护器9中,为了得到电弧约束效果而能够应用电弧约束机构100。
[其它]
针对将常开触点和常闭触点组合而成的转换触点(transfer contact),也能够设置电弧约束机构。例如,能够针对常开触点和常闭触点分别设置第4实施方式的电弧约束机构400。或者,在第5实施方式(图11和图12)中,也能在可动板120的上表面设置与可动触点121不同的可动触点,并将能与该可动触点接触和分离的固定触点设置于第2基板512。在拨动开关(toggle switch)中,例如也能够对常开触点和常闭触点分别设置第1实施方式所涉及的电弧约束部130。
到此为止叙述的实施方式能够应用于所有的有触点开关。成为对象的有触点开关包含用于阻断比较大的电流的各种开关、以及电磁继电器等继电器。也就是说,无论有触点开关的驱动机构的种类如何,都能应用到此为止叙述的实施方式。
以上,对本发明的实施方式作了叙述,但本发明不限于已述的实施方式,能基于本发明的技术思想进行各种变形和变更。
附图标记说明
100、200、300、400、500、600 电弧约束机构
110 基板
111 固定触点
112 支撑部
120 可动板
121 可动触点
130、330、430、530、630 电弧约束部
g1、g3 间隙。
Claims (10)
1.一种电弧约束机构,其特征在于,具备:
第1触点和第2触点,两者能接触和分离;以及
电弧约束部,其与包含所述第1触点和所述第2触点的回路电绝缘,为包括磁性体的大致环状,并具有与所述第1触点和所述第2触点处于非接触状态的情况下的所述第1触点与所述第2触点的间隙的方向平行的轴,以包围所述间隙的方式设置。
2.根据权利要求1所述的电弧约束机构,其中,
在所述第1触点与所述第2触点处于非接触状态的情况下,所述电弧约束部与所述第1触点的空间距离和所述电弧约束部与所述第2触点的空间距离之和大于所述间隙。
3.根据权利要求1或2所述的电弧约束机构,其中,
所述电弧约束部由软磁性的铁构成。
4.根据权利要求1或2所述的电弧约束机构,其中,
所述电弧约束部由软磁性铁氧体构成。
5.根据权利要求1、3以及4中的任意一项所述的电弧约束机构,其中,
所述电弧约束部为管状,
所述电弧约束部的轴向一端部安装于固定有所述第1触点的基板。
6.根据权利要求5所述的电弧约束机构,其中,
在所述电弧约束部的轴向一端部设置有向径向内侧延伸的伸出部,
所述伸出部安装于固定有所述第1触点的基板。
7.根据权利要求5或6所述的电弧约束机构,其中,
所述电弧约束部为大致四边环状,
在所述电弧约束部的所述第2触点侧的轴向一端部设置有4个角部和被相邻的2个角部夹着的4个边缘部,
至少1个角部位于比所述边缘部靠轴向第1触点侧的位置。
8.根据权利要求1、3以及4中的任意一项所述的电弧约束机构,其中,
所述第1触点是固定于第1基板的固定触点,
以与所述第1基板相对的方式设置有第2基板,
所述电弧约束部的轴向一端部安装于所述第2基板,
所述第2触点是固定于可动板的可动触点,
在所述电弧约束部形成有避让孔,所述避让孔用于使得所述可动板不与所述电弧约束部干扰。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的电弧约束机构,其中,
所述第1触点和所述第2触点是使用了双金属元件的温度开关的部件。
10.根据权利要求1至8中的任意一项所述的电弧约束机构,其中,
所述第1触点和所述第2触点是电磁继电器的部件。
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