-
Querverweis auf verwandte Anmeldung
-
Diese Anmeldung beruht auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-240484 , die am 01.11.2011 eingereicht wurde und deren Inhalt hiermit im Rahmen dieser Anmeldung in vollem Umfang als geoffenbart gilt, und beansprucht deren Priorität.
-
Hintergrund der Erfindung
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Schütz, das feste Kontaktstücke und ein bewegliches Kontaktstück in einem Kontaktgehäuse enthält.
-
2. Beschreibung des Standes der Technik
-
Das Patentdokument 1 beschreibt eine Kontaktvorrichtung, die ein elektromagnetisches Schütz ist, das in einer Hochspannungs-Gleichstromversorgungsschaltung für Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge zum Einsatz kommt. Diese Kontaktvorrichtung weist Folgendes auf: ein Schaltglied, das einen elektrischen Pfad herstellt; eine Elektromagnetvorrichtung, die das Schaltglied öffnet und schließt; und ein abgedichtetes Gehäuse, das das Schaltglied und die Elektromagnetvorrichtung aufnimmt. Auf beiden Seiten der Elektromagnetvorrichtung in der Richtung parallel zu dem elektrischen Pfad ist einen Trennwand ausgebildet, um einen Entlüftungskanal zwischen der Trennwand und dem abgedichteten Gehäuse bereitzustellen. Die Kontaktvorrichtung weist weiterhin einen Permanentmagneten auf, der an der Innenseite parallel zu dem elektrischen Pfad des abgedichteten Gehäuses angeordnet ist, wobei der Magnet ein magnetisches Feld erzeugt, um einen Lichtbogen, der beim Öffnen des Schaltglieds entsteht, zu dem Entlüftungskanal zu treiben.
Patentdokument 1:
japanisches Patent Nr. 3997700 -
Bei dem herkömmlichen Beispiel des Patentdokuments 1 ist der Permanentmagnet in der Nähe des Schaltglieds in dem abgedichteten Gehäuse angeordnet, sodass ein kleiner Permanentmagnet eine ausreichende hohe magnetische Flussdichte an dem Kontaktpunkt des Schaltglieds erzeugen kann. Der Lichtbogen, der zu dem Lichtbogenraum nahe der Innenseite des abgedichteten Gehäuses gedehnt wird, wird jedoch möglicherweise nur einem kleinen magnetischen Feld oder sogar einem magnetischen Feld in der entgegengesetzten Richtung ausgesetzt, das von dem kleinen Magneten erzeugt wird. Dadurch kann eine Gleichstromunterbrechung unmöglich werden, oder eine Lichtbogenspannung, die für die Gleichstromunterbrechung erforderlich ist, kann den Lichtbogenraum so groß werden lassen, dass das abgedichtete Gehäuse unzulässig große Ausmaße annimmt. Um die Löschung des Lichtbogens sicherzustellen, ist die Kontaktvorrichtung des Patentdokuments 1 mit einem Entlüftungskanal auf der Seite der Magnetvorrichtung versehen und der Lichtbogen wird zu dem Entlüftungskanal gedehnt, was einen großen Elektromagneten erfordert, wodurch sich die Gesamtgröße der Vorrichtung vergrößert.
-
Kurze Darstellung der Erfindung
-
In Anbetracht der vorstehend dargelegten Probleme bei dem herkömmlichen Beispiel ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, ein elektromagnetisches Schütz zur Verfügung zu stellen, das eine Kontaktvorrichtung verwendet, die eine ausreichende Lichtbogen-Löschleistung bei einem kleinen Lichtbogen-Löschraum gewährleistet, um die Gesamtgröße der Kontaktvorrichtung zu verringern.
-
Um das vorgenannte Ziel zu erreichen, weist ein elektromagnetisches Schütz eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung eine Kontaktvorrichtung mit den folgenden Elementen auf: einem Paar feste Kontaktstücke, die mit einem festgelegten Spalt dazwischen angeordnet sind; einem beweglichen Kontaktstück, das so angeordnet ist, dass es ungehindert in Kontakt mit dem Paar feste Kontaktstücke gebracht und von diesem getrennt werden kann; und einem aus einem Isoliermaterial bestehenden Kontaktgehäuse zum Aufnehmen der beweglichen und festen Kontaktstücke, wobei die Kontaktvorrichtung weiterhin ein Paar innere Lichtbogenlösch-Permanentmagnete und ein Paar äußere Lichtbogenlösch-Permanentmagnete aufweist, wobei die inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete an Innenseiten des Kontaktgehäuses parallel zu der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks dicht an dem beweglichen Kontaktstück angeordnet sind und so magnetisiert sind, dass gegenüberliegende Magnetpolflächen der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete von ein und demselben Magnetpoltyp sind, und die äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete an Außenseiten des Kontaktgehäuses an einer Stelle, die den inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten gegenüberliegt, angeordnet sind und so magnetisiert sind, dass die Richtung der Magnetisierung der äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete die Gleiche wie die der in der Nähe angeordneten inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete ist und die Koerzitivkraft der äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete größer als die der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete ist.
-
Wenn das elektromagnetische Schütz bei dieser Konfiguration von einem geschlossenen Zustand, in dem das bewegliche Kontaktstück in Kontakt mit den festen Kontaktstücken auf beiden Seiten des beweglichen Kontaktstücks ist, in einen ausgelösten Zustand gebracht wird, entstehen zwischen dem beweglichen Kontaktstück und den festen Kontaktstücken elektrische Lichtbogen. Das bewegliche Kontaktstück ist zwischen den inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten angeordnet, die auf den Außenseiten des Kontaktgehäuses gegenüber dem beweglichen Kontaktstück dicht neben dem beweglichen Kontaktstück angeordnet sind. Die inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete sind so magnetisiert, dass ihre gegenüberliegenden Magnetpolflächen ein und denselben Magnetpoltyp haben.
-
Bei dieser Anordnung von einander gegenüberliegenden inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten verlaufen sowohl der magnetische Fluss von dem N-Pol zu dem S-Pol des einen inneren Permanentmagneten als auch der magnetische Fluss von dem N-Pol zu dem S-Pol des anderen inneren Permanentmagneten in der Richtung parallel zu der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks über die Lichtbogen-Entstehungsstelle zwischen dem beweglichen Kontaktstück und dem festen Kontaktstück. Dieser magnetische Fluss bringt eine so starke Lorentz-Kraft auf den Lichtbogen auf, dass sich der Lichtbogen in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks dehnt und den Lichtbogen zuverlässig löscht. Da die inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete einander gegenüberliegend mit einem relativ geringen Abstand angeordnet sind, wird die erforderliche magnetische Flussdichte von den inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten mit einer relativ geringen magnetischen Kraft erzielt.
-
Da die inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete an den Innenseiten des Kontaktgehäuses angeordnet sind, wird ein entsprechend großer Abstand zwischen der Seitenkante des beweglichen Kontaktstücks und der Innenseite des Kontaktgehäuses erzielt, um einen notwendigerweise großen Lichtbogen-Löschraum auszubilden.
-
Da ein äußerer Lichtbogenlösch-Permanentmagnet, der in der gleichen Richtung wie der innere Lichtbogenlösch-Permanentmagnet magnetisiert ist, an der Außenseite des Kontaktgehäuses vorgesehen ist, wird der magnetische Fluss von dem N-Pol zu dem S-Pol, der von dem inneren Permanentmagneten an der Stelle der Stirnseite des inneren Permanentmagneten an der Innenseite des Kontaktgehäuses erzeugt wird, durch den magnetischen Fluss von dem N-Pol zu dem S-Pol des äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten aufgehoben. Da die Koerzitivkraft des äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten größer als die des inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten ist, nimmt die magnetische Flussdichte des magnetischen Flusses von dem inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten über den Kontaktpunkt zwischen dem beweglichen Kontaktstück und dem festen Kontaktstück zu dem äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten zu. Dieser magnetische Fluss erzeugt eine Lorentz-Kraft zum Dehnen des Lichtbogens zu dem Raum in dem Kontaktgehäuse.
-
Bei einem elektromagnetischen Schütz eines zweiten Aspekts der Erfindung sind äußere Enden, in der Richtung parallel zu der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks, jedes der äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete weiter außen als äußere Enden, in der Richtung parallel zu der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks, des entsprechenden inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten angeordnet.
-
Diese Konfiguration stellt sicher, dass der magnetische Fluss von dem inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten zu dem äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten über die Lichtbogen-Entstehungsstelle zwischen dem beweglichen Kontaktstück und dem festen Kontaktstück verläuft.
-
Bei einem elektromagnetischen Schütz eines dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist jeder der äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete in der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks in zwei Teile unterteilt.
-
Mit dieser Konfiguration wird das Gesamtvolumen der Teil-Abschnitte der äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete verringert, sodass die Kosten der Magnete sinken.
-
Bei einem elektromagnetischen Schütz eines vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist jeder der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete mit einem Magnetgehäuse aus einem Isoliermaterial ummantelt, das an der Innenseite des Kontaktgehäuses ausgebildet ist.
-
Mit dieser Konfiguration, bei der jeder der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete mit einem Magnetgehäuse ummantelt ist, wird vermieden, dass Fragmente der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete zwischen das bewegliche Kontaktstück und das feste Kontaktstück gelangen, sodass ein unzulänglicher Kontakt zwischen ihnen verhindert wird. Darüber hinaus können die inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete dicht an den Lichtbogen-Entstehungsstellen zwischen dem beweglichen Kontaktstück und den festen Kontaktstücken angeordnet werden.
-
Bei einem elektromagnetischen Schütz eines fünften Aspekts der vorliegenden Erfindung hat das Magnetgehäuse eine Führung, die das bewegliche Kontaktstück gleitend berührt und die Drehung des beweglichen Kontaktstücks begrenzt.
-
Mit dieser Konfiguration wird die Drehung des beweglichen Kontaktstücks mit der Führung sicher begrenzt, die an dem Magnetgehäuse aus einem Isoliermaterial vorgesehen ist, das den inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten bedeckt.
-
Bei einem elektromagnetischen Schütz eines sechsten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Endbereich, in der Richtung parallel zu der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks, einer Außenseite des einen äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten durch ein Magnetjoch mit einem Endbereich einer Außenseite des anderen äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten verbunden, und ein anderer Endbereich der Außenseite des einen äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten ist durch ein anderes Magnetjoch mit einem Endbereich der Außenseite des anderen äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten verbunden.
-
Mit dieser Konfiguration wird die Erzeugung der Lorentz-Kraft zum Dehnen des Lichtbogens, der zwischen dem beweglichen Kontaktstück und dem festen Kontaktstück entsteht, zu der Innenseite des Kontaktgehäuses gewährleistet.
-
Ein elektromagnetisches Schütz gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: ein Paar feste Kontaktstücke und ein bewegliches Kontaktstück, das so angeordnet ist, dass es in Kontakt mit dem Paar feste Kontaktstücke kommt und sich von diesem trennt; und ein Kontaktgehäuse zum Aufnehmen der beweglichen und festen Kontaktstücke. An der Innenseite des Kontaktgehäuses ist ein Paar innere Lichtbogenlösch-Permanentmagnete dicht an dem beweglichen Kontaktstück vorgesehen, und an der Außenseite des Kontaktgehäuses ist ein Paar äußere Lichtbogenlösch-Permanentmagnete vorgesehen. Bei dieser Konfiguration wird der magnetische Fluss von dem N-Pol zu dem S-Pol an den Enden, in der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks, des inneren Permanentmagneten durch den magnetischen Fluss von dem N-Pol zu dem S-Pol des äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten aufgehoben und die Dichte des magnetischen Flusses, in der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks, kann an den Lichtbogen-Entstehungsstellen zwischen dem beweglichen und den festen Kontaktstücken ausreichend hoch sein. Dadurch wird die Lorentz-Kraft zuverlässig erzeugt, um den Lichtbogen zu der Innenseite des Kontaktgehäuses zu dehnen.
-
Da darüber hinaus der Abstand zwischen dem beweglichen Kontaktstück und der Innenseite des Kontaktgehäuses mindestens gleich der Dicke des inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten ist, wird ein ausreichend großer Lichtbogen-Löschraum erhalten.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine Schnittansicht eines elektromagnetischen Schützes einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Die 2A, 2B und 2C sind Schnittansichten entlang der Linie A-A von 1.
-
Die 3A, 3B und 3C zeigen eine Isolier-Abdeckung der Kontaktvorrichtung bei einem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schütz, wobei 3A eine perspektivische Darstellung ist, 3B eine Draufsicht vor dem Verbinden ist und 3C eine Draufsicht nach dem Verbinden ist.
-
4 ist eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einem ähnlichen Zustand wie bei den 2A, 2B und 2C gezeichnet ist.
-
Die 5A und 5B zeigen ein weiteres Beispiel für ein Schaltglied, wobei 5A eine Schnittansicht ist und 5B eine perspektivische Darstellung ist.
-
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
-
Nachstehend werden einige bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
-
1 ist eine Schnittansicht eines elektromagnetischen Schützes einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Die 2A, 2B und 2C sind Schnittansichten entlang der Linie A-A von 1. Das Bezugssymbol 10 in 1 bezeichnet das elektromagnetische Schütz, das aus einer Kontaktvorrichtung 100 und einer Elektromagnet-Einheit 200 besteht, die unter der Kontaktvorrichtung 100 angeordnet ist und zum Antreiben der Kontaktvorrichtung 100 vorgesehen ist.
-
Die Kontaktvorrichtung 100 weist ein Schaltglied 101 und ein Kontaktgehäuse 102 auf, das das Schaltglied 101 enthält. Das Kontaktgehäuse 102 besteht zum Beispiel aus Keramik oder Kunststoff und hat die Form einer umgekehrten Badewanne mit einer Öffnung an der Unterseite.
-
Das Kontaktgehäuse 102 besteht zum Beispiel aus Keramik oder Kunststoff und hat einen rechteckigen Rohrteil 102a und einen oberen Plattenteil 102b, der die Oberseite des rechteckigen Rohrteils 102 verschließt, wobei die beiden Teile monolithisch zusammengepresst sind, sodass die Form einer umgekehrten Badewanne entsteht. Die Fläche der Stirnseite der unteren Öffnung des rechteckigen Rohrteils 102a ist durch Metallisierung zu einer Metallfolie verarbeitet worden, mit der ein Verbindungsteil 304 aus Metall dicht verbunden ist, um das Kontaktgehäuse 102 zu vollenden. Das Verbindungsteil 304 des Kontaktgehäuses 102 ist mit einem oberen Magnetjochteil 210 eines Magnetjochs 201 dicht verbunden, wie später beschrieben wird.
-
Das Schaltglied 101, weist, wie in 1 gezeigt ist, ein Paar feste Kontaktstücke 111 und 112 auf, die durch Durchgangslöcher 106 und 107, die in dem oberen Plattenteil 102b des Kontaktgehäuses 102 gebohrt sind, hindurch führen und an dem oberen Plattenteil 102b befestigt sind. Die festen Kontaktstücke 111 und 112 bestehen jeweils aus einem Hilfsleiter 114 und einem C-förmigen Teil 115. Der Hilfsleiter 114 hat einen Flanschteil 113 an seiner Oberseite, der aus dem Durchgangsloch 106 oder 107 des oberen Plattenteils 102b des Kontaktgehäuses 102 herausragt. Das C-förmige Teil 115 mit einer sich nach innen öffnenden Konfiguration ist mit dem Hilfsleiter 114 verbunden und ist an der unteren Fläche des oberen Plattenteils 102b des Kontaktgehäuses 102 angeordnet.
-
Das C-förmige Teil 115 besteht aus einem oberen Plattenteil 116, einem mittleren Plattenteil 117 und einem unteren Plattenteil 118, wobei die beiden letztgenannten Teile ein L-förmiges Teil bilden. Der obere Plattenteil 116 verläuft nach außen entlang der Unterseite des oberen Plattenteils 102b des Kontaktgehäuses 102. Der mittlere Plattenteil 117 verläuft von dem äußeren Ende des oberen Plattenteils 116 nach unten. Der untere Plattenteil 118 verläuft von dem unteren Ende des mittleren Plattenteils 117 nach innen in der Richtung parallel zu dem oberen Plattenteil 116 zu der Position, an der das feste Kontaktstück 111 oder 112 gegenüberliegt.
-
Der Hilfsleiter 114 und das C-förmige Teil 115 werden durch Löten miteinander verbunden, nachdem ein Stift 114a, der aus der Unterseite des Hilfsleiters 114 herausragt, in ein Durchgangsloch 120 gesteckt worden ist, das in dem oberen Plattenteil 116 des C-förmigen Teils 115 ausgebildet ist. Der Hilfsleiter 114 und das C-förmige Teil 115 können nicht nur durch Löten miteinander verbunden werden, sondern auch einfach dadurch, dass die beiden Teile befestigt werden oder dass ein Außengewinde an dem Stift 114a und ein Innengewinde an dem Durchgangsloch 102 ausgebildet werden und beide miteinander verschraubt werden.
-
Die festen Kontaktstücke 111 und 112 sind jeweils mit einer aus Kunststoff bestehenden Isolier-Abdeckung 121 zum Begrenzen der Dehnung des Lichtbogens versehen. Die Isolier-Abdeckung 121, die in den 3A, 3B und 3C gezeigt ist, bedeckt die Innenseiten des oberen Plattenteils 116 und des mittleren Plattenteils 117 des C-förmigen Teils 115. Die Isolier-Abdeckung 121 besteht aus einem L-förmigen Plattenteil 122 entlang den Innenseiten des oberen Plattenteils 116 und des mittleren Plattenteils 117; seitlichen Plattenteilen 123 und 124, die von dem vorderen Ende und dem hinteren Ende des L-förmigen Plattenteils 122 nach oben und nach außen verlaufen und die Seitenflächen des oberen Plattenteils 116 und des mittleren Plattenteils 117 bedecken; und einem Einrastteil 125, der so ausgebildet ist, dass er von dem oberen Ende der seitlichen Plattenteile 123 und 124 nach innen verläuft und in einen Teil 114b mit einem kleineren Durchmesser einrastet, der an dem Hilfsleiter 114 des festen Kontaktstücks 111 oder 112 ausgebildet ist.
-
Wie in den 3A und 3B gezeigt ist, wird die Isolier-Abdeckung 121 zunächst so positioniert, dass ihr Einrastteil 125 dem Kleiner-Durchmesser-Teil 114b des Hilfsleiters 114 des festen Kontaktstücks 111 oder 112 gegenüberliegt. Dann wird, wie in 3C gezeigt ist, die Isolier-Abdeckung 121 in seitlicher Richtung gedrückt, um den Einrastteil 125 in den Kleiner-Durchmesser-Teil 114b des Hilfsleiters 114 einzurasten.
-
Nach dem Verbinden der Isolier-Abdeckung 121 mit dem C-förmigen Teil 115 des festen Kontaktstücks 111 oder 112 liegt nur die Oberseite des unteren Plattenteils 118 frei, während die Innenseite des anderen Teils des C-förmigen Teils 115 von der Isolier-Abdeckung 121 bedeckt wird. Die freiliegende Oberseite des unteren Plattenteils 118 hat einen Kontaktpunkt 118a.
-
Ein bewegliches Kontaktstück 130 ist so angeordnet, dass seine beiden Enden in den C-förmigen Teilen 115 der festen Kontaktstücke 111 und 112 positioniert sind. Das bewegliche Kontaktstück 130 wird von einer Verbindungsstange 131 gehalten, die an einem beweglichen Tauchkern 215 in einer Elektromagnet-Einheit 200 befestigt ist, die später beschrieben wird. Wie in 1 gezeigt ist, hat das bewegliche Kontaktstück 130 einen nach unten ausgesparten Teil 132 um die Verbindungsstange 131 herum. Das bewegliche Kontaktstück 130 hat außerdem ein Durchgangsloch 133 in dem ausgesparten Teil 132 in der Mitte des beweglichen Kontaktstücks 130. Die Verbindungsstange 131 ist durch das Durchgangsloch 133 geführt.
-
Die Verbindungsstange 131 hat an ihrer Oberseite einen Flanschteil 131a. Die Verbindungsstange 131 wird von ihrem unteren Ende aus durch eine Kontaktfeder 134 und dann durch das Durchgangsloch 133 des beweglichen Kontaktstücks 130 gesteckt, bis das obere Ende der Kontaktfeder 134 in Kontakt mit dem Flanschteil 131a der Verbindungsstange 131 kommt. Der Druck der Kontaktfeder 134 wird so eingestellt, dass sie eine entsprechende Federkraft erzeugt, und sie wird zum Beispiel mit einem C-Ring 135 in die richtige Stellung gebracht.
-
Wenn der Kontakt geöffnet ist, sind die Kontaktpunkte 130a an beiden Enden des beweglichen Kontaktstücks 130 mit einem festgelegten Abstand von den Kontaktpunkten 118a an dem unteren Plattenteil 118 der C-förmigen Teile 115 der festen Kontaktstücke 111 und 112 getrennt. Wenn der Kontakt geschlossen ist, werden die Kontaktpunkte 130a an den beiden Enden des beweglichen Kontaktstücks 130 mit einem festgelegten Kontaktdruck, der von der Kontaktfeder 134 erzeugt wird, in Kontakt mit den Kontaktpunkten 118a an den unteren Plattenteilen 118 der C-förmigen Teile 115 der festen Kontaktstücke 111 und 112 gebracht.
-
Wie in den 2A, 2B und 2C gezeigt ist, sind innere Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 vorgesehen, die durch Magnetgehäuse 141 und 142 gesteckt und befestigt sind, die an der Innenseite des Kontaktgehäuses 102 an dem den Seitenflächen des beweglichen Kontaktstücks 130 gegenüberliegenden Teil ausgebildet sind.
-
Die inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 sind so magnetisiert, dass die in der Dickenrichtung gegenüberliegenden Magnetpolflächen jeweils N-Pole sind. Wie in den 2A, 2B und 2C gezeigt ist, sind die beiden Enden in der linken und rechten Richtung (in der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks 130) der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 geringfügig innerhalb der Position des gegenüberliegenden Kontaktpunkts 118a des festen Kontaktstücks 111 und eines Kontaktpunkts 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 und der Position des gegenüberliegenden Kontaktpunkts 118a des festen Kontaktstücks 112 und dem anderen Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 angeordnet. Auf beiden Seiten des Magnetgehäuses 141 sind Lichtbogen-Löschräume 145 ausgebildet, und auf beiden Seiten des Magnetgehäuses 142 sind Lichtbogen-Löschräume 146 ausgebildet.
-
Führungen 148 und 149 des beweglichen Kontaktstücks 130 zum Begrenzen der Drehung des beweglichen Kontaktstücks 130 sind so ausgebildet, dass sie an beiden Stirnseiten in der linken und rechten Richtung (Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks) der Magnetgehäuse 141 und 142 herausragen. Die Führungen 148 und 149 berühren gleitend die Seitenkanten des beweglichen Kontaktstücks.
-
Da die inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 an der Innenseite eines Isolatorrohrs 140 (rechteckiger Rohrteil 102a des Kontaktgehäuses 102) angeordnet sind, können die inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 dicht an dem beweglichen Kontaktstück 130 positioniert werden.
-
Ein Paar äußere Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 151 und 152 ist an der Außenseite des Kontaktgehäuses 102 an den Stellen vorgesehen, die den inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 143 und 144 gegenüberliegen. Die äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 151 und 152 sind in der gleichen Richtung magnetisiert wie die inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 bzw. 144. Die äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 151 und 152 haben eine größere Koerzitivkraft als die inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144. Die beiden Enden in der linken und rechten Richtung, d. h. der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks 130, der äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 151 und 152 befinden sich weiter außen als die Stelle, an der der Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 111 dem Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 gegenüberliegt, und als die Stelle, an der der Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 112 dem Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 gegenüberliegt.
-
Bei dieser Konfiguration wird der durch eine gestrichelte Kurve in 2A dargestellte magnetische Fluss von dem N-Pol zu dem S-Pol in der Nähe der äußeren Enden in der linken und rechten Richtung der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 teilweise durch den ebenfalls durch eine gestrichelte Kurve in 2A dargestellten magnetischen Fluss von dem N-Pol zu dem S-Pol der äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 151 und 152 aufgehoben. Die Koerzitivkraft der äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 151 und 152 ist jedoch auf höhere Werte eingestellt als die der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144. Dadurch verläuft, wie in 2A gezeigt ist, der durch Volllinien dargestellte magnetische Fluss φ mit einer großen magnetischen Flussdichte von dem N-Pol des inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 143 (oder 144) zu dem S-Pol des äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 151 (oder 152) über die Positionen der gegenüberliegenden Kontaktpunkte 118a und 130a der feste Kontaktstücke 111 und 112 und des beweglichen Kontaktstücks 130 nach außen in der linken und rechten Richtung.
-
Wenn der positive Anschluss einer Stromquelle mit dem festen Kontaktstück 111 verbunden wird und eine Last mit dem festen Kontaktstück 112 verbunden wird, fließt in dem geschlossenen Zustand ein elektrischer Strom in dem Pfad von dem festen Kontaktstück 111 über das bewegliche Kontaktstück 130 zu dem festen Kontaktstück 112, wie es durch den Pfeil in 2B angegeben ist. Wenn das bewegliche Kontaktstück 130 nach oben von den festen Kontaktstücken 111 und 112 getrennt wird, um von dem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand zu wechseln, entsteht ein Lichtbogen zwischen dem Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 111 und dem Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 und zwischen dem Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 112 und dem anderen Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130.
-
Auf diese Lichtbogen wirken die Lorentz-Kräfte, die von dem magnetischen Fluss φ von den N-Polen der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 zu den S-Polen der äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 151 und 152 verursacht werden. Die Lorentz-Kräfte wirken in der Richtung, die durch den Pfeil F in 3C angegeben wird, und sie dehnen die Lichtbogen zu dem Lichtbogen-Löschraum 145. Die Lichtbogen-Löschräume 145 und 146 sind größer als die Dicke des inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 143 oder 144, was eine so große Lichtbogenlänge ermöglicht, dass das Löschen der Lichtbogen gewährleistet ist.
-
Die Elektromagnet-Einheit 200 hat ein Magnetjoch 201 mit eine relativ flachen U-Form in der in 1 gezeigten Seitenansicht. Ein zylindrisches Hilfsjoch 203 ist in der Mitte einer Grundplatte 202 des Magnetjochs 201 befestigt. Eine Spule 204 ist außerhalb des zylindrischen Hilfsjochs 203 angeordnet.
-
Die Spule 204 weist Folgendes auf: einen Mittelzylinder 205, in den das zylindrische Hilfsjoch 203 eingesteckt ist; einen unteren Flansch 206, der von der Unterseite des Mittelzylinders 205 radial nach außen verläuft; und einen oberen Flansch 207, der von der Oberseite des Mittelzylinders 205 radial nach außen verläuft. Eine Erregerspule 208 ist in dem offenen Raum gewickelt, der von dem Mittelzylinder 205, dem unteren Flansch 206 und dem oberen Flansch 207 gebildet wird.
-
Ein oberer Magnetjochteil 210 ist an der Oberseite des Magnetjochs 201 in dem offenen Ende des Magnetjochs befestigt. Der obere Magnetjochteil 210 hat ein Durchgangsloch 210a in seiner Mitte, das dem Mittelzylinder 205 der Spule 204 gegenüberliegt.
-
In dem Mittelzylinder 205 der Spule 204 ist ein beweglicher Tauchkern 215 vertikal gleitfähig angeordnet. Eine Rückstellfeder 214 ist zwischen dem unteren Plattenteil 202 und einer Stufe in der Nähe der Unterseite des beweglichen Tauchkerns 215 angeordnet. Der bewegliche Tauchkern 215 hat einen Flanschteil 216, der an der Oberseite des beweglichen Tauchkerns, die aus dem oberen Magnetjoch 210 herausragt, radial nach außen übersteht.
-
An der Oberseite des oberen Magnetjochs 210 ist ein Permanentmagnet 220 mit einer Ringform befestigt, der den Flanschteil 216 des beweglichen Tauchkerns 215 umgibt.
-
Dieser Permanentmagnet 220 ist in der vertikalen Richtung oder in der Dickenrichtung magnetisiert und hat an seiner Oberseite einen N-Pol und an seiner Unterseite einen S-Pol.
-
An der Oberseite des Permanentmagneten 220 ist ein Hilfsjoch 225 befestigt, das den gleichen Außendurchmesser wie der Permanentmagnet 220 hat und das ein Durchgangsloch 224 mit einem kleineren Durchmesser als der Außendurchmesser des Flanschteils 216 des beweglichen Tauchkerns 215 hat. Der Flanschteil 216 des beweglichen Tauchkerns 215 ist in Kontakt mit der Unterseite des Hilfsjochs 225.
-
Die Dicke T des Permanentmagneten 220 wird so eingestellt, dass sie gleich der Summe aus dem Hub L des beweglichen Tauchkerns 215 und der Dicke t des Flanschteils 216 des beweglichen Tauchkerns 215 ist: T = L + t. Somit wird der Hub L des beweglichen Tauchkerns 215 durch die Dicke T des Permanentmagneten 220 begrenzt.
-
Mit dieser Konfiguration werden die Gesamtanzahl der Teile und die Maßtoleranz minimiert, die den Hub L des beweglichen Tauchkerns 215 beeinflussen. Und da der Hub L des beweglichen Tauchkerns 215 nur von der Dicke T des Permanentmagneten 220 und der Dicke t des Flanschteils 216 bestimmt wird, kann die Streuung des Hubs L minimiert werden. Das ist bei kleinen elektromagnetischen Schützen mit einem kurzen Hub besonders effektiv.
-
Der Permanentmagnet 220 kann jede beliebige äußere Gestalt, unter anderem eine rechteckige und eine Ringform, haben, solange die Innenumfangsfläche zylindrisch ist.
-
Die Verbindungsstange 131 zum Halten des beweglichen Kontaktstücks 130 ist an dem Mittelloch des beweglichen Tauchkerns 215 durch Verschrauben an der Oberseite des Tauchkerns befestigt.
-
Wenn der Kontakt geöffnet ist, wird der bewegliche Tauchkern 215 von der Rückstellfeder 214 nach oben getrieben und die Oberseite des Flanschteils 216 kommt in Kontakt mit der Unterseite des Hilfsjochs 225, was eine ausgelöste Position ist. In diesem Zustand wird der Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 von dem Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 111 und dem Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 112 getrennt, was ein Stromunterbrechungszustand ist.
-
In diesem ausgelösten Zustand wird der Flanschteil 216 des beweglichen Tauchkerns 215 von der magnetischen Kraft des Permanentmagneten 220 zu dem Hilfsjoch 225 gezogen. Diese Anziehungskraft verhindert zusammen mit der Triebkraft der Rückstellfeder 214, dass sich der bewegliche Tauchkern 215 durch Erschütterung oder eine andere Störung von außen abwärts bewegt, und sie halten den beweglichen Tauchkern 215 in Kontakt mit dem Hilfsjoch 225.
-
Der Tauchkern 215 ist mit einer Kappe 230 bedeckt, die aus einem nicht-magnetischen Material besteht und eine zylindrische Form mit einem unteren Teil hat. Die Kappe 230 hat einen Flanschteil 231, der von ihrem offenen Ende radial nach außen verläuft. Der Flanschteil 231 ist mit der Unterseite des oberen Magnetjochs 210 dicht verbunden. Durch diese Konfiguration entsteht ein hermetisch abgedichteter Behälter, in dem der Raum in dem Kontaktgehäuse 102 und der Raum in der Kappe 230 durch das Durchgangsloch 210a in dem oberen Magnetjochteil 210 miteinander in Verbindung stehen. Der abgedichtete Behälter, der aus dem Kontaktgehäuse 102 und der Kappe 230 besteht, enthält Lichtbogen-Löschgas, wie etwa Wasserstoffgas, Stickstoffgas, Gasgemische aus Wasserstoff und Stickstoff, Luft, SF6 oder ein anderes Gas.
-
Nachstehend wird die Funktionsweise des elektromagnetischen Schützes der ersten Ausführungsform beschrieben.
-
Betrachten wir eine Anordnung, bei der eine von außen anzuschließende Kontaktplatte an dem festen Kontaktstück 111 angebracht ist, wobei die Kontaktplatte mit einer Stromquelle zum Liefern eines Starkstroms verbunden ist, und eine weitere von außen anzuschließende Kontaktplatte an dem anderen festen Kontaktstück 112 angebracht ist, wobei die Kontaktplatte mit einer Last verbunden ist.
-
Wenn die Erregerspule 208 der Elektromagnet-Einheit 200 nicht mit elektrischem Strom versorgt wird, ist das elektromagnetische Schütz in einem ausgelösten Zustand, in dem die Elektromagnet-Einheit 200 keine Triebkraft zum Herunterziehen des beweglichen Tauchkerns 215 erzeugt. In diesem ausgelösten Zustand wird von der Rückstellfeder 214 eine Aufwärts-Triebkraft auf den beweglichen Tauchkern 215 aufgebracht, die ihn von dem oberen Magnetjoch 210 trennt. Gleichzeitig wirkt eine Anziehungskraft, die von dem Permanentmagneten 220 erzeugt wird, über das Hilfsjoch 225 auf den Flanschteil 216 des beweglichen Tauchkerns 215. Dadurch ist die Oberseite des Flanschteils 216 des Tauchkerns 215 in Kontakt mit der Unterseite des Hilfsjochs 225.
-
Bei dem Schaltglied 101 sind die Kontaktpunkte 130a des beweglichen Kontaktstücks 130, das über die Verbindungsstange 131 mit dem beweglichen Tauchkern 215 verbunden ist, oben von den Kontaktpunkten 118a an den festen Kontaktstücken 111 und 112 durch einen festgelegten Spalt getrennt. Dadurch ist der Strompfad zwischen den festen Kontaktstücken 111 und 112 in einem unterbrochenen Zustand und das Schaltglied 101 ist in einem geöffneten Zustand.
-
In diesem ausgelösten Zustand der Elektromagnet-Einheit 200 nimmt der bewegliche Tauchkern 215 sowohl die von der Rückstellfeder 214 erzeugte Triebkraft als auch die von dem ringförmigen Permanentmagneten 220 erzeugte Anziehungskraft auf. Daher fällt der bewegliche Tauchkern 215 zum Beispiel durch eine von außen einwirkende Schwingkraft nicht unbeabsichtigt herunter und eine Störung wird zuverlässig vermieden.
-
Wenn ein elektrischer Strom in die Erregerspule 208 der Elektromagnet-Einheit 200 von ihrem ausgelösten Zustand aus eingespeist wird, erzeugt die Elektromagnet-Einheit 200 eine magnetische Kraft zum Drücken des beweglichen Tauchkerns 215 nach unten gegen die Triebkraft der Rückstellfeder 214 und die Anziehungskraft des ringförmigen Permanentmagneten 220. Die Abwärtsbewegung des beweglichen Tauchkerns 215 hört auf, wenn die Unterseite des Flanschteils 216 in Kontakt mit der Oberseite des oberen Magnetjochs 210 kommt.
-
Mit der Abwärtsbewegung des beweglichen Tauchkerns 215 bewegt sich auch das bewegliche Kontaktstück 130, das über die Verbindungsstange 131 mit dem beweglichen Tauchkern 215 verbunden ist, abwärts, sodass die Kontaktpunkte 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 mit den Kontaktpunkten 118a der festen Kontaktstücke 111 und 112 mit einem von der Kontaktfeder 134 erzeugten Kontaktdruck in Kontakt kommen.
-
Auf diese Weise entsteht ein geschlossener Kontaktzustand, in dem ein Starkstrom I von der externen Stromquelle durch das feste Kontaktstück 111, das bewegliche Kontaktstück 130 und das feste Kontaktstück 112 fließt.
-
Die festen Kontaktstücke 111 und 112 haben jeweils das C-förmige Teil 115, das aus dem oberen Plattenteil 116, dem mittleren Plattenteil 117 und dem unteren Plattenteil 118 besteht, wie in 1 gezeigt ist. Der untere Plattenteil 118 ist in einem Zustand des Punktkontakts mit dem beweglichen Kontaktstück 130. In dem unteren Plattenteil 118 fließt ein elektrischer Strom in Bezug auf die Punktkontaktstelle in der zu dem Strom entgegengesetzten Richtung, der in dem beweglichen Kontaktstück 130 fließt. Dadurch wirkt eine elektromagnetische Abstoßungskraft in der Richtung zum Öffnen des beweglichen Kontaktstücks 130.
-
Da jedoch das C-förmige Teil 115 vorgesehen ist, ist der Strom durch den oberen Plattenteil 116 zu dem Strom durch das bewegliche Kontaktstück 130 entgegengesetzt. Daher wird durch das magnetische Feld, das von dem Strom durch den oberen Plattenteil 116 erzeugt wird, und das magnetische Feld, das von dem Strom durch das bewegliche Kontaktstück 130 erzeugt wird, eine Kraft zum Drücken des beweglichen Kontaktstücks 130 auf den Kontaktpunkt 118a erzeugt. Vorzugsweise ist das C-förmige Teil 115 so konfiguriert, dass die Kraft zum Drücken des beweglichen Kontaktstücks 130 auf den Kontaktpunkt 118a größer als die elektromagnetische Abstoßungskraft ist, die von dem Punktkontakt in der Richtung zum Öffnen des beweglichen Kontaktstücks 130 bewirkt wird. Eine solche Konfiguration kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass ein Überlappungsbereich, in einer planaren Projektion, des oberen Plattenteils 116 und des beweglichen Kontaktstücks 130 vergrößert wird oder der Abstand zwischen dem oberen Plattenteil 116 und dem beweglichen Kontaktstück 130 verringert wird.
-
Diese Lorentz-Kraft wirkt gegen die elektromagnetische Abstoßungskraft, die zwischen dem Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 und den Kontaktpunkten 118a der festen Kontaktstücke 111 und 112 erzeugt wird, wobei die elektromagnetische Abstoßungskraft in der Richtung zum Öffnen des Kontakts wirkt. Somit bewirkt die Lorentz-Kraft, dass zuverlässig vermieden wird, dass sich der Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 öffnet. Dadurch wird die Druckkraft der Kontaktfeder 134 zum Halten des beweglichen Kontaktstücks 130 verringert, und daher kann die Schubkraft verringert werden, die von der Erregerspule 208 erzeugt wird. Dadurch kann die Gesamtgröße des elektromagnetischen Schützes reduziert werden.
-
Um die Stromzufuhr zu der Last von dem Schaltglied 101 in dem geschlossenen Zustand zu unterbrechen, wird der Strom unterbrochen, der in die Erregerspule 208 der Elektromagnet-Einheit 200 eingespeist wird.
-
Dadurch wird die elektromagnetische Kraft der Elektromagnet-Einheit 200 eliminiert, die den beweglichen Tauchkern 215 nach unten treibt. Daher bewegt sich der bewegliche Tauchkern 215 durch die Federkraft der Rückstellfeder 214 nach oben. Wenn sich der Flanschteil 216 dem Hilfsjoch 225 nähert, nimmt die von dem ringförmigen Permanentmagneten 220 erzeugte Anziehungskraft zu.
-
Durch die Aufwärtsbewegung des beweglichen Tauchkerns 215 wird das bewegliche Kontaktstück 130, das über die Verbindungsstange 131 mit dem beweglichen Tauchkern 215 verbunden ist, nach oben bewegt. In der Anfangsphase des Prozesses der Aufwärtsbewegung der Verbindungsstange 131 bleibt jedoch das bewegliche Kontaktstück 130 durch den von der Kontaktfeder 134 erzeugten Kontaktdruck in Kontakt mit den festen Kontaktstücken 111 und 112. Der C-Ring 135 bewegt sich zusammen mit der Verbindungsstange 131 so lange nach oben, bis er das bewegliche Kontaktstück 130 berührt und es zu schieben beginnt, sodass das bewegliche Kontaktstück 130 von den festen Kontaktstücken 111 und 112 getrennt wird, wodurch die Federkraft der Kontaktfeder 134 überwunden wird. Dadurch beginnt der Übergang von dem geschlossenen Zustand des Schaltglieds in den geöffneten Zustand.
-
Wenn der Prozess des Öffnens des Schaltglieds beginnt, entsteht ein elektrischer Lichtbogen zwischen dem Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 und dem Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 111 (oder 112). Der Lichtbogen lässt Strom durch das Schaltglied fließen. Da die Isolier-Abdeckung 121 vorgesehen ist, die den oberen Plattenteil 116 und den mittleren Plattenteil 117 des C-förmigen Teils 115 der festen Kontaktstücke 111 und 112 bedeckt, entsteht der Lichtbogen nur zwischen dem Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 111 (oder 112) und dem Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130. Dadurch wird der Lichtbogen stabil erzeugt und die Lichtbogen-Löschleistung wird verbessert.
-
Die gegenüberliegenden Magnetpolflächen der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 sind N-Pole und ihre äußeren Polflächen sind S-Pole. Ebenso sind die gegenüberliegenden Magnetpolflächen der äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 151 und 152 N-Pole und ihre äußeren Polflächen sind S-Pole. Die Koerzitivkraft der äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 151 und 152 ist größer als die der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144.
-
Der magnetische Fluss φ von dem N-Pol des inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 144 verläuft, wie in 2A gezeigt ist, in der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks 130 von seiner Innenseite zu seiner Außenseite über Lichtbogen-Entstehungsstellen, an denen die Kontaktpunkte 118a der festen Kontaktstücke 111 und 112 und die entsprechenden Kontaktpunkte 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 einander gegenüberliegen. Der magnetische Fluss φ nach den Lichtbogen-Entstehungsstellen kehrt zu dem S-Pol des äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 152 zurück. Ebenso verläuft der magnetische Fluss φ von dem N-Pol des inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 143 in der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks 130 von seiner Innenseite zu seiner Außenseite über Lichtbogen-Entstehungsstellen, an denen die Kontaktpunkte 118a der festen Kontaktstücke 111 und 112 und die entsprechenden Kontaktpunkte 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 einander gegenüberliegen. Der magnetische Fluss φ nach den Lichtbogen-Entstehungsstellen kehrt zu dem S-Pol des äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 151 zurück.
-
Anschließend verlaufen der magnetische Fluss φ von dem inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 143 und der magnetische Fluss φ von dem inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 144 über die Kontaktstelle zwischen dem Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 111 und dem Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 und über die Kontaktstelle zwischen dem Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 112 und dem anderen Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130. Der magnetische Fluss verläuft über die Kontaktstellen in der entgegengesetzten Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks 130.
-
Der Strom I fließt an der Kontaktstelle auf der Seite des festen Kontaktstücks 111 von dem Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 111 zu dem Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 (von der Rückseite zu der Vorderseite des Blatts), wie in 2B gezeigt ist. Der magnetische Fluss φ verläuft von innen nach außen (nach links). Gemäß der Linke-Hand-Regel von Fleming wirkt die Lorentz-Kraft F so, dass sie den Lichtbogen zu dem Lichtbogen-Löschraum 145 treibt, wie in 2C gezeigt ist. Die Richtung der Lorentz-Kraft ist senkrecht zu der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks 130 und senkrecht zu der Öffnungs-Schließ-Richtung (die senkrecht zu dem Blatt ist) zwischen dem festen Kontaktstück 111 und dem beweglichen Kontaktstücks 130.
-
Die Lorentz-Kraft F dehnt den Lichtbogen, der zwischen dem Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 111 und dem Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 entstanden ist, zu einer Struktur, die an der Seitenfläche des Kontaktpunkts 118a des festen Kontaktstücks 111 beginnt, in den Lichtbogen-Löschraum 145 führt und an der Oberseite des beweglichen Kontaktstücks 130 ankommt. Nach dieser Dehnung wird der Lichtbogen schließlich gelöscht.
-
In dem oberen und dem unteren Teil des Lichtbogen-Löschraums 145 wird der magnetische Fluss nach oben und unten in Bezug auf die Richtung des magnetischen Flusses an der Kontaktstelle zwischen dem Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 111 und dem Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 schräg geführt. Der Lichtbogen, der zu dem Lichtbogen-Löschraum 145 hin gedehnt worden ist, wird weiter von dem schräg geführten magnetischen Fluss getrieben, der zu Ecken des Lichtbogen-Löschraums 145 verläuft und den Lichtbogen verlängert. Dadurch wird eine gute Unterbrechungsleistung erzielt.
-
Der Strom I fließt an der Kontaktstelle auf der Seite des festen Kontaktstücks 112 von dem Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 zu dem Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 112 (von der Vorderseite zu der Rückseite des Blatts), wie in 2B gezeigt ist. Der magnetische Fluss φ verläuft von innen nach außen (nach rechts). Gemäß der Linke-Hand-Regel von Fleming wirkt die Lorentz-Kraft F senkrecht zu der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks 130 und senkrecht zu der Öffnungs-Schließ-Richtung (die senkrecht zu dem Blatt ist) des festen Kontaktstücks 112 und des beweglichen Kontaktstücks 130.
-
Die Lorentz-Kraft F dehnt den Lichtbogen, der zwischen dem Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 112 und dem Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 entstanden ist, zu einer Struktur, die an der Oberseite des beweglichen Kontaktstücks 130 beginnt, in den Lichtbogen-Löschraum 145 führt und an der Seitenkante des Kontaktpunkts 118a des festen Kontaktstücks 112 ankommt. Nach dieser Dehnung wird der Lichtbogen schließlich gelöscht.
-
In dem oberen und dem unteren Teil des Lichtbogen-Löschraums 145 wird der magnetische Fluss nach oben und unten in Bezug auf die Richtung des magnetischen Flusses an der Kontaktstelle zwischen dem Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 112 und dem Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 schräg geführt. Der Lichtbogen, der zu dem Lichtbogen-Löschraum 145 hin gedehnt worden ist, wird weiter von dem schräg geführten magnetischen Fluss getrieben, der zu den Ecken des Lichtbogen-Löschraums 145 verläuft und den Lichtbogen verlängert. Dadurch wird eine gute Unterbrechungsleistung erzielt.
-
Der magnetische Fluss, der von den inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 143 und 144 an deren Enden in der Richtung parallel zu der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks 130 erzeugt wird und von dem N-Pol zu dem S-Pol der Magnete verläuft, wie es durch die gestrichelte Kurve in 2A angegeben ist, wird teilweise durch den magnetischen Fluss aufgehoben, der von den äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 151 und 152 an deren Enden in der Richtung parallel zu der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks 130 erzeugt wird und von dem N-Pol zu dem S-Pol der Magnete verläuft, wie es durch die gestrichelte Kurve in 2A angegeben ist. Dadurch entsteht keine Magnetfluss-Komponente, die die Lichtbogen-Löschleistung bei den gedehnten Lichtbogen beeinträchtigen könnte. Auf diese Weise wird vermieden, dass ein magnetischer Fluss entsteht, der die Lichtbogen-Triebkraft in dem Lichtbogen-Löschraum beeinträchtigen könnte, und es wird eine gute Lichtbogen-Löschleistung gewährleistet.
-
Wenn das elektromagnetische Schütz 10 aus dem geschlossenen Zustand, in dem ein Rückkopplungsstrom von der Last über das Schütz zu der Gleichstromquelle fließt, geöffnet wird, wird die Richtung des Stromflusses in diesem Fall von der in 2B angegebenen Richtung umgekehrt. Dadurch wirkt die Lorentz-Kraft F zu dem Lichtbogen-Löschraum 146 hin, um den Lichtbogen in den Lichtbogen-Löschraum 146 zu dehnen. Ein weiterer Lichtbogen-Löschmechanismus ist demjenigen ähnlich, der in Bezug auf die 2A, 2B und 2C beschrieben worden ist.
-
Da die inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 in dem Magnetgehäuse 141 bzw. 142 enthalten sind, die an der Innenseite des Isolatorrohrs 140 (rechteckiger Rohrteil 102a des Kontaktgehäuses 102) angeordnet sind, kommt der Lichtbogen nicht in direkten Kontakt mit den inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 143 und 144. Dadurch werden die magnetischen Eigenschaften der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 stabil gehalten, sodass eine stabile Unterbrechungsleistung erzielt wird.
-
Bei dem bisher beschriebenen elektromagnetischen Schütz der ersten Ausführungsform sind die inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 an der Innenseite des Isolatorrohrs 140 des Kontaktgehäuses 102 angeordnet, wobei die Innenseite dem Seitenrand des beweglichen Kontaktstücks 130 gegenüberliegt. Bei dieser Anordnung befinden sich die inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 dicht an den Kontaktstellen zwischen dem beweglichen Kontaktstück 130 und den festen Kontaktstücken 111 und 112. Mit dieser Anordnung wird die magnetische Flussdichte von innen nach außen in der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks 130 erhöht. Dieser magnetische Fluss ist erforderlich, um den Lichtbogen in die Lichtbogen-Löschräume 145 und 146 zu dehnen. Die höhere magnetische Flussdichte führt zu einer Verringerung der magnetischen Kraft der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144, um die erforderliche magnetische Flussdichte zu erhalten. Dadurch werden die Kosten der Lichtbogenlöschmagnete gesenkt.
-
Bei der Kontaktvorrichtung 100 sind die C-förmigen Teile 115 der festen Kontaktstücke 111 und 112 und die Kontaktfeder 134 zum Aufbringen des Kontaktdrucks auf das bewegliche Kontaktstück 130 parallel angeordnet. Bei dieser parallelen Anordnung hat das Schaltglied 101 eine geringere Höhe als die serielle Anordnung eines festen Kontaktstücks, eines beweglichen Kontaktstücks und einer Kontaktfeder. Dadurch hat die Kontaktvorrichtung 100 der Erfindung eine geringe Größe.
-
Der Abstand zwischen dem Seitenrand des beweglichen Kontaktstücks 130 und der Innenseite des Isolatorrohrs 140 des Kontaktgehäuses 102 kann mindestens so groß wie die Dicke der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 sein. Dadurch kann ein so großer Lichtbogen-Löschraum erhalten werden, dass der Lichtbogen zuverlässig gelöscht wird.
-
Die Magnetgehäuse 141 und 142 zum Aufnehmen der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 haben Führungen 148 und 149 für das bewegliche Kontaktstück 130 an Positionen, die dem beweglichen Kontaktstück 130 gegenüberliegen, wobei die Führungen gleitfähig mit dem Seitenrand des beweglichen Kontaktstücks 130 in Kontakt sind. Die Führungen verhindern zuverlässig, dass sich das bewegliche Kontaktstück 130 dreht.
-
Bei dem vorstehend beschriebenen magnetischen Schütz der ersten Ausführungsform bestehen die äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 151 und 152 jeweils aus einer einzelnen Permanentmagnet-Platte. Die äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 151 und 152 können aber auch in der Mitte in der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks 130 jeweils in zwei Permanentmagnet-Platten unterteilt werden.
-
Nachstehend wird ein elektromagnetisches Schütz einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
-
Das elektromagnetische Schütz der zweiten Ausführungsform ist außerhalb der äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 151 und 152 in der Konfiguration des elektromagnetischen Schützes der ersten Ausführungsform mit einem Magnetjoch versehen.
-
Bei der Konfiguration des Schaltglieds 101 bei der zweiten Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, sind die Außenflächen, die S-Pole sind, der äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 151 und 152 durch ein Paar Magnetjoche 401 und 402 miteinander verbunden. Die übrige Konfiguration ist derjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich.
-
In 4 sind die Teile, die denjenigen der ersten Ausführungsform entsprechen, mit den gleichen Bezugssymbolen wie in 2 bezeichnet, und daher entfällt ihre Beschreibung.
-
Bei der Konfiguration der zweiten Ausführungsform sind die äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 151 und 152 durch die Magnetjoche 401 und 402 magnetisch verbunden, die jeweils die Form des Buchstabens C haben und mit einem festgelegten Spalt dazwischen in der Mitte, in der Längsrichtung des beweglichen Kontaktstücks 130, der äußeren Permanentmagnete 151 und 152 angeordnet sind. Die mittleren Plattenteile 403 der Magnetjoche 401 und 402 werden in Kontakt mit den Außenflächen eines linken und rechten Plattenteils 102c des Kontaktgehäuses 102 gebracht.
-
Bei der Konfiguration der zweiten Ausführungsform ist die linke Hälfte des S-Pols des äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 151 durch das linke Magnetjoch 401 mit der linken Hälfte des S-Pols des äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 152 magnetisch verbunden. Ebenso ist die rechte Hälfte des S-Pols des äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 151 durch das rechte Magnetjoch 402 mit der rechten Hälfte des S-Pols des äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagneten 152 magnetisch verbunden. Dadurch erreicht der magnetische Fluss von den N-Polen, gegenüber dem beweglichen Kontaktstück 130, der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 die mittleren Plattenteile 403 der Magnetjoche 401 und 402 und verläuft über die magnetischen Pfade der Magnetjoche 401 und 402, um zu den S-Polen der äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 151 und 152 zurückzukehren.
-
Bei dieser Konfiguration verläuft der magnetische Fluss von den N-Polen aus, die sich innerhalb der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 befinden und dem beweglichen Kontaktstück 130 gegenüberliegen. Der magnetische Fluss verläuft von innen über die Kontaktstelle zwischen dem Kontaktpunkt 130a des beweglichen Kontaktstücks 130 und dem Kontaktpunkt 118a des festen Kontaktstücks 111 (oder 112) nach außen. Die magnetische Flussdichte an den Kontaktstellen wird durch die Konfiguration mit den Magnetjochen 401 und 402 bei der zweiten Ausführungsform erhöht. Durch die höhere magnetische Flussdichte wird die Lorentz-Kraft zum Dehnen des Lichtbogens vergrößert, der zwischen den Kontaktpunkten 118a und dem Kontaktpunkt 130a zu Beginn des Prozesses der Stromunterbrechung entsteht. Dadurch wird der Lichtbogen zuverlässig gelöscht.
-
Bei den Konfigurationen der ersten und der zweiten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben worden sind, sind die gegenüberliegenden Magnetpole in der Anordnung der inneren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 143 und 144 und der äußeren Lichtbogenlösch-Permanentmagnete 151 und 152 N-Pole. Die gegenüberliegenden Magnetpole können in der entsprechenden Anordnung der inneren und äußeren Permanentmagnete aber auch S-Pole sein. Bei dieser Anordnung werden die Richtung des magnetischen Flusses über den Lichtbogen und die Richtung der Lorentz-Kraft zwar umgekehrt, aber mit dieser umgekehrten Konfiguration können die gleichen Wirkungen wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform erzielt werden.
-
Bei den Konfigurationen der ersten und der zweiten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben worden sind, hat das Kontaktgehäuse 102 die Form einer umgekehrten Badewanne. Die obere Platte kann jedoch ein gesondertes Teil sein. Bei einer weiteren Konfiguration kann das Kontaktgehäuse 102 aus einem rechteckigen Rohrkörper aus Metall und einem keramischen Isoliersubstrat bestehen, das die Oberseite des rechteckigen Rohrkörpers abschließt. Die beiden Teile sind durch Hartlöten miteinander verbunden, und in dem rechteckigen Rohrkörper aus Metall ist ein rechteckiges Isolierrohr vorgesehen.
-
Bei den Konfigurationen der ersten und der zweiten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben worden sind, sind C-förmige Teile 115 in den festen Kontaktstücken 111 und 112 ausgebildet. Das feste Kontaktstück 111 (oder 112) kann jedoch, wie in den 5A und 5B gezeigt ist, aus dem Hilfsleiter 114 und einem L-förmigen Teil 160 bestehen, das durch Entfernen des oberen Plattenteils 116 von dem C-förmigen Teil 115 entsteht.
-
In dem geschlossenen Zustand, bei dem das bewegliche Kontaktstück 130 in Kontakt mit den festen Kontaktstücken 111 und 112 ist, wird auch bei dieser Konfiguration durch den Strom, der durch den vertikalen Teil des L-förmigen Teils 160 fließt, ein magnetischer Fluss erzeugt, der an der Kontaktstelle zwischen dem beweglichen Kontaktstück 130 und den festen Kontaktstücken 111 und 112 wirkt. Dieser magnetische Fluss erhöht die magnetische Flussdichte an der Kontaktstelle zwischen dem beweglichen Kontaktstück 130 und den festen Kontaktstücken 111 und 112, sodass eine ausreichende Lorentz-Kraft entsteht, um der elektromagnetischen Abstoßungskraft entgegen zu wirken.
-
Bei den Konfigurationen der ersten und der zweiten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben worden sind, ist die Verbindungsstange 131 durch Verschrauben mit dem beweglichen Tauchkern 215 verbunden. Der bewegliche Tauchkern 215 und die Verbindungsstange 131 können aber auch monolithisch ausgebildet sein.
-
In der vorstehenden Beschreibung enthält das Kontaktgehäuse 102 für das Schaltglied 101 als ein eingeschlossenes Gas Wasserstoffgas, Stickstoffgas, Gasgemische aus Wasserstoff und Stickstoff, Luft, SF6 oder ein anderes Gas. Der Gaseinschluss ist jedoch nicht notwendig, wenn der Strom, der durch die festen Kontaktstücke 111 und 112 fließt, klein ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Elektromagnetisches Schütz
- 100
- Kontaktvorrichtung
- 101
- Schaltglied
- 102
- Kontaktgehäuse
- 111, 112
- Festes Kontaktstück
- 114
- Hilfsleiter
- 115
- C-förmiges Teil
- 116
- Oberer Plattenteil
- 117
- Mittlerer Plattenteil
- 118
- Unterer Plattenteil
- 118a
- Kontaktpunkt
- 121
- Isolier-Abdeckung
- 130
- Bewegliches Kontaktstück
- 130a
- Kontaktpunkt
- 131
- Verbindungsstange
- 132
- Ausgesparter Teil
- 134
- Kontaktfeder
- 140
- Isolatorrohr
- 141, 142
- Magnetgehäuse
- 143, 144
- Innerer Lichtbogenlösch-Permanentmagnet
- 145, 146
- Lichtbogen-Löschraum
- 151, 152
- Äußerer Lichtbogenlösch-Permanentmagnet
- 160
- L-förmiger Teil
- 200
- Elektromagnet-Einheit
- 201
- Magnetjoch
- 203
- Zylindrisches Hilfsjoch
- 204
- Spule
- 208
- Erregerspule
- 210
- Oberer Magnetjochteil
- 214
- Rückstellfeder
- 215
- Beweglicher Tauchkern
- 216
- Flanschteil
- 220
- Permanentmagnet
- 225
- Hilfsjoch
- 401, 402
- Magnetjoch
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2011-240484 [0001]
- JP 3997700 [0003]
