DE112009005331T5

DE112009005331T5 - Elektromagnetvorrichtung und Schaltvorrichtung, die eine Elektromagnetvorrichtung verwendet

Info

Publication number: DE112009005331T5
Application number: DE112009005331T
Authority: DE
Inventors: Taehyun Kim; Tomotaka Yano; Masahiro Arioka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: WO2011052011A1; CN102668001B; AU2009354702B9; AU2009354702B2; KR20120062916A; US8680956B2; HK1173845A1; CN102668001A; KR101304056B1; AU2009354702A1; DE112009005331B4; US20120169441A1; JP5230819B2; JPWO2011052011A1

Abstract

Bei einer Schaltvorrichtung, in der eine Elektromagnetvorrichtung und Hauptschaltungskontaktabschnitte der Schaltvorrichtung koaxial angeordnet sind, sind die Hauptschaltungskontaktabschnitte der Schaltvorrichtung, ein Isolierstab, ein Treibstab, eine Kontaktdruckfeder, eine Öffnungsfeder und ein Elektromagnet allesamt koaxial angeordnet; und deshalb besteht insofern ein Problem, als die axiale Abmessung der Schaltvorrichtung groß wird. Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das vorstehend erwähnte Problem zu lösen, und eine Aufgabe besteht darin, die Elektromagnetvorrichtung und die die Elektromagnetvorrichtung verwendende Schaltvorrichtung zu erzielen, wobei die Elektromagnetvorrichtung in der Lage ist, die axiale Abmessung der Schaltvorrichtung kürzer zu machen, indem die Hauptschaltungskontaktabschnitte der Schaltvorrichtung, der Isolierstab, der Treibstab, die Kontaktdruckfeder, die Öffnungsfeder und ein Teil des Elektromagneten im selben axialen Bereich angeordnet sind. Insbesondere sind die Öffnungsfeder und der Elektromagnet im selben axialen Bereich angeordnet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektromagnetvorrichtung, die einen beweglichen Kern im Hinblick auf einen feststehenden Kern durch eine Energiezufuhr zu einer elektromagnetischen Spule verschiebt, und bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung, die durch die treibende Kraft der Elektromagnetvorrichtung Kontakte öffnet und schließt, wobei die Schaltvorrichtung für Übertragungs-/Verteilungs- und Empfangseinrichtungen für elektrische Leistung verwendet wird.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
In manchen Schaltvorrichtungen, die Kontakte durch die treibende Kraft einer Elektromagnetvorrichtung öffnen und schließen, sind die Elektromagnetvorrichtung und Hauptschaltungskontaktabschnitte der Schaltvorrichtung koaxial angeordnet, und es wird ein Vorteil geboten, der eine von einem Verbindungsmechanismus herrührenden Übertragungsverlust senken kann. Bei der so aufgebauten Schaltvorrichtung sind die Hauptschaltungskontaktabschnitte der Schaltvorrichtung, ein Isolierstab, eine Treibstange, eine einen Kontaktdruck an die Hauptschaltungskontakte anlegende Kontaktdruckfeder, eine Öffnungsfeder, die eine Beaufschlagung in einer Öffnungsrichtung an einem beweglichen Kontakt der Hauptschaltungskontakte entfaltet, und eine bewegliche Welle der Elektromagnetvorrichtung allesamt koaxial angeordnet. (Siehe z. B. Patentschrift 1.)
Schriftstück aus dem Stand der Technik
Patentschrift

Patentschrift 1: Geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 4277198

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
Bei der Schaltvorrichtung, in der die Elektromagnetvorrichtung und die Hauptschaltungskontaktabschnitte der Schaltvorrichtung koaxial angeordnet sind, besteht insofern ein Problem, als die Hauptschaltungskontaktabschnitte der Schaltvorrichtung, der Isolierstab, der Treibstab, die Kontaktdruckfeder, die Öffnungsfeder und ein Elektromagnet allesamt koaxial angeordnet sind und deshalb die axiale Abmessung der Schaltvorrichtung groß wird.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das vorstehend erwähnte Problem zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Elektromagnetvorrichtung, die in der Lage ist, die axiale Abmessung einer Schaltvorrichtung kürzer zu machen, und eine die Elektromagnetvorrichtung verwendende Schaltvorrichtung zu erzielen.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Hauptschaltungskontaktabschnitte einer Schaltvorrichtung, ein Isolierstab, ein Treibstab, eine Kontaktdruckfeder, eine Öffnungsfeder und ein Teil eines Elektromagneten sind im selben axialen Bereich angeordnet. Im Spezielleren sind die Öffnungsfeder und der Elektromagnet im selben axialen Bereich angeordnet.
VORTEILHAFTE WIRKUNG DER ERFINDUNG
Die gesamte aufsummierte Länge des Elektromagneten und der Öffnungsfeder kann verkürzt und eine Größenreduktion der Schaltvorrichtung erzielt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Frontschnittansicht, die eine Schaltvorrichtung nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Frontschnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem Kontakte der Schaltvorrichtung von 1 geschlossen sind (Kontaktschließzustand);
3 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte um einen Elektromagneten 10 in einer Elektromagnetvorrichtung 5 von 2 zeigt;
4 ist eine Seitenschnittansicht von 3;
5 ist eine perspektivische Ansicht des in 3 gezeigten Elektromagneten 10;
6 ist eine perspektivische Teilschnittansicht zur Erklärung eines Magnetkreises des Elektromagneten;
7 ist eine Aufbauansicht in dem Fall, in dem die Anziehungskraft des Elektromagneten herabgesetzt ist;
8 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte einer Elektromagnetvorrichtung 5 nach Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte einer Elektromagnetvorrichtung 5 mit einem anderen Aufbau nach Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte einer Elektromagnetvorrichtung 5 mit einem anderen Aufbau nach Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte einer Elektromagnetvorrichtung 5 mit einem anderen Aufbau nach Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte einer Elektromagnetvorrichtung 5 nach Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist eine Draufsicht, die Hauptabschnitte einer Elektromagnetvorrichtung 5 nach Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte einer Elektromagnetvorrichtung 5 nach Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ist eine Draufsicht, die die Hauptabschnitte der Elektromagnetvorrichtung 5 nach Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte einer Elektromagnetvorrichtung 5 nach Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte einer Elektromagnetvorrichtung 5 nach Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
18 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte einer Elektromagnetvorrichtung 5 nach Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung zeigt.
ART UND WEISE ZUR UMSETZUNG DER ERFINDUNG
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1
Ausführungsform 1
1 ist eine Frontschnittansicht, die eine Schaltvorrichtung nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Darüber hinaus ist 2 eine Längsschnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Kontakte der Schaltvorrichtung von 1 geschlossen sind (Kontaktschließzustand). Im Übrigen ist 1 eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Kontakte der Schaltvorrichtung offen sind (Öffnungszustand). In den Zeichnungen hat eine Schaltvorrichtung 1 einen feststehenden Kontakt 2, einen beweglichen Kontakt 3, der mit dem feststehenden Kontakt 2 in Kontakt kommen oder sich davon lösen kann, ein Vakuumventil 4, das den feststehenden Kontakt 2 und den beweglichen Kontakt 3 enthält, eine Elektromagnetvorrichtung 5, die den beweglichen Kontakt 3 in einer Richtung verschiebt, in der er mit dem feststehenden Kontakt 2 in Kontakt kommt oder sich davon löst, und eine Verbindungseinrichtung 6, die die Elektromagnetvorrichtung 5 mit dem beweglichen Kontakt 3 verbindet.
Der bewegliche Kontakt 3 kommt mit dem feststehenden Kontakt 2 durch eine Verschiebung in einer Achsenlinienrichtung (im Nachstehenden lediglich als „Achsenlinienrichtung” bezeichnet) der Schaltvorrichtung 1 in Kontakt oder löst sich davon. Die Kontakte der Schaltvorrichtung 1 werden dadurch geschlossen, dass der bewegliche Kontakt 3 mit dem feststehenden Kontakt 2 in Kontakt kommt, und die Kontakte werden dadurch geöffnet, dass sich der bewegliche Kontakt 3 vom feststehenden Kontakt 2 löst.
Das Innere des Vakuumventils 4 wird unter Vakuum gehalten, um eine Lichtbogenunterdrückungswirkung zwischen dem feststehenden Kontakt 2 und dem beweglichen Kontakt 3 zu verbessern. Der bewegliche Kontakt 3 kommt im Vakuumventil 4 mit dem feststehenden Kontakt 2 in Kontakt oder löst sich davon. Wenn der bewegliche Kontakt 3 vom feststehenden Kontakt 2 gelöst ist, wird das Innere des Vakuumventils 4 unter Vakuum gehalten und dementsprechend steht das Innere unter Unterdruck; und somit wird eine Kraft ausgeübt, bei der der bewegliche Kontakt 3 den feststehenden Kontakt 2 zu schließen versucht.
Die Elektromagnetvorrichtung 5 ist durch ein plattenartiges Halterungsteil 7 gehaltert. Darüber hinaus besitzt die Elektromagnetvorrichtung 5 eine Antriebswelle 8, die über die Verbindungsvorrichtung 6 mit dem beweglichen Kontakt 3 verbunden ist, eine Öffnungsfeder (Beaufschlagungskörper) 9, die die Antriebswelle 8 in eine Richtung drückt, in der sich der bewegliche Kontakt 3 vom feststehenden Kontakt 2 löst, und einen Elektromagneten 10, der die Antriebswelle 8 in eine Richtung verschiebt, in der der bewegliche Kontakt 3 entgegen einer Beaufschlagung durch die Öffnungsfeder 9 mit dem feststehenden Kontakt 2 in Kontakt kommt.
Die Antriebswelle 8 verläuft durch das Halterungsteil 7, um sich in der Achsenlinienrichtung verschieben zu können. Darüber hinaus besteht die Antriebswelle 8 aus einem Material mit niedriger Permeabilität (schwach magnetischem Material), wie etwa einem rostfreien Material. Der Elektromagnet 10 ist mit einem feststehenden Kern 19 und einem beweglichen Kern 20 versehen, an dem die Antriebswelle 8 befestigt ist, wobei sich der bewegliche Kern 20 im Hinblick auf den feststehenden Kern 19 in der Achsenlinienrichtung verschieben kann.
Die Öffnungsfeder 9 ist zwischen dem beweglichen Kern 20 und der Halterungsplatte 7 komprimiert, um eine Rückstoßfederkraft in der Achsenlinienrichtung zu erzeugen. Deshalb wird die Antriebswelle 8 durch die Rückstoßfederkraft der Öffnungsfeder 9 in eine Richtung gedrückt, in der sich der bewegliche Kontakt 3 vom feststehenden Kontakt 2 löst, wobei die Rückstoßfederkraft auf den beweglichen Kern 20 ausgeübt wird.
Der Elektromagnet 10 ist am Halterungsteil 7 angebracht. Die Antriebswelle 8 wird dadurch selektiv verschoben, dass der Elektromagnet 10 in eine Richtung gesteuert wird, in der der bewegliche Kontakt 3 mit dem feststehenden Kontakt 2 (Kontaktschließrichtung) in Kontakt kommt, oder in eine Richtung, in der sich der bewegliche Kontakt 3 vom feststehenden Kontakt 2 (Öffnungsrichtung) löst.
Die Verbindungsvorrichtung 6 besitzt einen beweglichen Stab 13, der in der Achsenlinienrichtung angeordnet und am beweglichen Kontakt 3 befestigt ist, einen Isolierstab 14, der in einen Zwischenabschnitt des beweglichen Stabs 13 eingesetzt ist, und eine Kontaktdruckvorrichtung 15, die zwischen dem beweglichen Stab 13 und der Antriebswelle 8 eingesetzt ist. Der bewegliche Stab 13 ist losgelöst und an beiden Endabschnitten des in den Zwischenabschnitt eingesetzten Isolierstabs 14 befestigt; und dementsprechend ist der bewegliche Stab 13 elektrisch isoliert. Deshalb ist die Elektromagnetvorrichtung 5 im Hinblick auf den beweglichen Kontakt 3 durch den Isolierstab 14 isoliert.
Die Kontaktdruckvorrichtung 15 besitzt einen Federrahmen 16, der am beweglichen Stab 13 befestigt ist, eine Rastplatte 17, die an einem Endabschnitt der Antriebswelle 8 befestigt ist und sich im Federrahmen 16 befindet, und eine Kontaktdruckfeder 18, die zwischen dem Federrahmen 16 und der Rastplatte 17 gestaucht und angeschlossen ist.
Die Antriebswelle 8 kann sich im Hinblick auf den Federrahmen 16 zusammen mit der Rastplatte 17 in der Achsenlinienrichtung verschieben. Die Kontaktdruckfeder 18 drückt die Antriebswelle 8 in eine Richtung, in der sie von der beweglichen Stange 13 gelöst ist. Die Verschiebung der Antriebswelle 8 in die Richtung, in der sie von der beweglichen Stange 13 gelöst ist, wird durch den Eingriff der Rastplatte 17 im Hinblick auf den Federrahmen 16 geregelt.
Der bewegliche Kern 20 kann sich zwischen einer Rückwärtsbewegungsposition, die vom feststehenden Kern 19 gelöst ist (1) und einer Vorwärtsbewegungsposition verschieben, die näher am feststehenden Kern 19 ist als die Rückwärtsbewegungsposition (2). Der bewegliche Kontakt 3 ist vom feststehenden Kontakt 2 gelöst, wenn sich der bewegliche Kern 20 an seiner Rückwärtsbewegungsposition befindet; und der bewegliche Kontakt 3 ist an den feststehenden Kontakt 2 gedrückt, wenn sich der bewegliche Kern 20 an seiner Vorwärtsbewegungsposition befindet.
In dem Fall, in dem der bewegliche Kontakt 3 vom feststehenden Kontakt 2 gelöst ist (1), und wenn die Antriebswelle 8 in der Achsenlinienrichtung verschoben ist, sind die Verbindungsvorrichtung 6 und der bewegliche Kontakt 3 zusammen mit der Antriebswelle 8 verschoben. Dabei befindet sich die Rastplatte 17 durch eine Beaufschlagung durch die Kontaktdruckfeder 18 mit dem Federrahmen 16 in Eingriff. Wenn der bewegliche Kontakt 3 mit dem feststehenden Kontakt 2 in Kontakt kommt (2), kann sich die Antriebswelle 8 darüber hinaus im Hinblick auf den Federrahmen 16 entgegen der Beaufschlagung durch die Kontaktdruckfeder 18 in eine Kontaktschließrichtung verschieben. Entsprechend wird die Kontaktdruckfeder 18 noch mehr gestaucht und der bewegliche Kontakt 3 durch die Rückstoßfederkraft der Kontaktdruckfeder 18 an den feststehenden Kontakt 2 gedrückt.
Wenn ein Kontaktschließvorgang aus einem Zustand heraus erfolgt, in dem der bewegliche Kontakt 3 vom feststehenden Kontakt 2 gelöst ist, wird die Antriebswelle 8 zusammen mit der Verbindungsvorrichtung 6 und dem beweglichen Kontakt 3 beim Stauchen der Öffnungsfeder 9 zur Kontaktschließrichtung verschoben. Wenn danach der bewegliche Kontakt 3 mit dem feststehenden Kontakt 2 in Kontakt kommt, wird die Verschiebung der Verbindungsvorrichtung 6 und des beweglichen Kontakts 3 gestoppt. Auch wird danach die Antriebswelle 8 weiter in die Kontaktschließrichtung verschoben und die Kontaktdruckfeder 18 gestaucht. Entsprechend wird der bewegliche Kontakt 3 an den feststehenden Kontakt 2 gedrückt.
Wenn ein Öffnungsvorgang aus einem Zustand heraus erfolgt, in dem der bewegliche Kontakt 3 mit dem feststehenden Kontakt 2 in Kontakt kommt, wird die Antriebswelle 8 in die Öffnungsrichtung verschoben, wenn die Öffnungsfeder 9 und die Kontaktdruckfeder 18 wieder elastisch rückgestellt werden. Entsprechend wird die Rastplatte 17 im Hinblick auf den Federrahmen 16 verschoben und gelangt mit dem Federrahmen 16 in Eingriff. Danach wird auch die Antriebswelle 8 durch die Beaufschlagung durch die Öffnungsfeder 9 weiter in die Öffnungsrichtung verschoben. Entsprechend wird der bewegliche Kontakt 3 vom feststehenden Kontakt 2 gelöst.
3 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte des Umfangs des Elektromagneten 10 in der Elektromagnetvorrichtung 5 von 2 zeigt; und 4 ist eine Seitenschnittansicht von 3. 5 ist eine perspektivische Ansicht des in 3 gezeigten Elektromagneten 10. In den Zeichnungen besitzt der Elektromagnet 10 den feststehenden Kern 19; den beweglichen Kern 20, an dem die Antriebswelle 8 befestigt ist, wobei sich der bewegliche Kern 20 im Hinblick auf den feststehenden Kern 19 in der Achsenlinienrichtung verschieben kann; eine elektromagnetische Spule 21, die am feststehenden Kern 19 angeordnet ist und durch Energiezufuhr ein Magnetfeld erzeugt; und Permanentmagnete 22, die am feststehenden Kern 19 angeordnet sind. Die Öffnungsfeder 9 befindet sich koaxial mit der Antriebswelle 8 und ist zwischen dem beweglichen Kern 20 und der Halterungsplatte 7 zusammengedrückt.
Der bewegliche Kern 20 besitzt Hauptabschnitte 23, die in der Achsenlinienrichtung angeordnet sind; ein Paar Nebenabschnitte 24, die von jeder Seitenfläche der Hauptabschnitte 23 in zueinander entgegengesetzten Richtungen vorstehen, und einen Kompaktmaterialabschnitt 101, der mit der Antriebswelle 8 verbunden ist und mit einer Sitzfläche der Öffnungsfeder 9 in Kontakt kommt. Jeder der Hauptabschnitte 23 ist parallel zur Achsenlinienrichtung an der Position angeordnet, die weiter außen liegt als die sich an der Antriebswelle 8 zentrierende Öffnungsfeder 9. Jeder Nebenabschnitt 24 steht vom Hauptabschnitt 23 in einer zur Achsenlinienrichtung senkrechten Richtung vor. Die Antriebswelle 8 ist am beweglichen Kern 20 befestigt, indem sie am Kompaktmaterialabschnitt 101 festgemacht ist.
Der feststehende Kern 19 besitzt einen ersten feststehenden Kernabschnitt 26 und ein Paar zweite feststehende Kernabschnitte 27, die am ersten feststehenden Kernabschnitt 26 vorgesehen und so angeordnet sind, dass ein Bereich vermieden wird, in dem sich der bewegliche Kern 20 verschiebt (5).
Der erste feststehende Kernabschnitt 26 besitzt einen seitlichen Kernabschnitt 28, der parallel zu jedem Nebenabschnitt 24 angeordnet ist, und ein Paar längs verlaufender Kernabschnitte 29, die sich von beiden Endabschnitten des seitlichen Kernabschnitts 28 her zu jedem Nebenabschnitt 24 erstrecken. Die Antriebswelle 8 verläuft durch den seitlichen Kernabschnitt 28, um sich in der Achsenlinienrichtung verschieben zu können. In diesem Beispiel ist ein Lager auf der Halterungsplatte 7 vorgesehen, und die Antriebswelle 8 verläuft durch das Lager. Jeder der längs verlaufenden Kernabschnitte 29 befindet sich entlang der Achsenlinienrichtung. Zumindest der erste feststehende Kernabschnitt 26 ist mit einem Bereich des beweglichen Kerns 20 innerhalb einer in der Achsenlinienrichtung projizierten Fläche überlagert.
Jeder der zweiten feststehenden Kernabschnitte 27 ist mit einem längs verlaufenden Kernabschnitt 29 und dem anderen längs verlaufenden Kernabschnitt 29 verbunden. Darüber hinaus schließt jeder zweite feststehende Kernabschnitt 27 jeden längs verlaufenden Kernabschnitt 29 in einer zur Achsenlinienrichtung senkrechten Richtung sandwichartig ein. Darüber hinaus befindet sich jeder zweite feststehende Kernabschnitt 27 außerhalb des Bereichs des beweglichen Kern 20 innerhalb der in der Achsenlinienrichtung projizierten Fläche. Darüber hinaus besitzt jeder zweite feststehende Kernabschnitt 27 einen zum seitlichen Kernabschnitt 28 parallelen Jochkernabschnitt 30 und ein Paar Abstandshalter 31, die zwischen jedem Jochkernabschnitt 30 und jedem längs verlaufenden Kernabschnitt 29 zum Einsatz kommen.
Jeder Jochkernabschnitt 30 befindet sich in einer zur Achsenlinienrichtung senkrechten Richtung vom Hauptabschnitt 23 beabstandet. Deshalb verändert sich der Abstand zwischen dem Jochkernabschnitt 30 und dem Hauptabschnitt 23 selbst dann nicht, wenn sich der bewegliche Kern 20 in der Achsenlinienrichtung verschiebt. Bei dem Material jedes Jochkernabschnitts 30 und des Abstandshalters 31 handelt es sich um ein magnetisches Material wie etwa einen Stahlwerkstoff, elektromagnetisches Weicheisen, Siliciumstahl, Ferrit und Permalloy.
Eine erste feststehende Fläche 32 ist an einem Zwischenabschnitt des seitlichen Kernabschnitts 28 vorgesehen, und eine zweite feststehende Fläche 33 ist an einem Endabschnitt jedes längs verlaufenden Kernabschnitts 29 vorgesehen (3). Das heißt, die erste feststehende Fläche 32 und die zweite feststehende Fläche 33 sind am ersten feststehenden Kernabschnitt 26 so vorgesehen, dass sie an voneinander getrennten Positionen sind, wenn die erste feststehende Fläche 32 und die zweite feststehende Fläche 33 in der Achsenlinienrichtung projiziert werden. Bei der ersten feststehenden Fläche 32 und jeder zweiten feststehenden Fläche 33 handelt es sich um zur Achsenlinienrichtung senkrechte Flächen.
Eine erste bewegliche Fläche 34, die der ersten feststehenden Fläche 32 in der Achsenlinienrichtung zugewandt ist, ist am Hauptabschnitt 23 vorgesehen; und eine zweite bewegliche Fläche 35, der der zweiten feststehenden Fläche 33 in der Achsenlinienrichtung zugewandt ist, ist an einem Endabschnitt jedes Nebenabschnitts 24 vorgesehen. Bei der ersten beweglichen Fläche 34 und der zweiten beweglichen Fläche 35 handelt es sich um zur Achsenlinienrichtung senkrechte Flächen.
Der Permanentmagnet 22 ist an jedem Jochkernabschnitt 30 vorgesehen; und der Permanentmagnet 22 befindet sich zwischen jedem Jochkernabschnitt 30 und dem Hauptabschnitt 23. Darüber hinaus befindet sich jeder Permanentmagnet 22 außerhalb des Bereichs der ersten beweglichen Fläche 34 und der zweiten beweglichen Fläche 35 innerhalb einer in der Achsenlinienrichtung projizierten Fläche. In diesem Beispiel befindet sich jeder Permanentmagnet 22 außerhalb des Bereichs des beweglichen Kerns 20 innerhalb der in der Achsenlinienrichtung projizierten Fläche.
Jeder Permanentmagnet 22 besitzt einen N-Pol und einen S-Pol (ein Paar Magnetpole). Dementsprechend erzeugt der Permanentmagnet 22 einen anhaltenden Magnetfluss, der den beweglichen Kern 20 in der Vorwärtsbewegungsposition hält. Darüber hinaus befindet sich in jedem Permanentmagneten 22 entweder nur der N-Pol oder S-Pol dem Hauptabschnitt 23 in einer zur Achsenlinienrichtung senkrechten Richtung zugewandt. Das heißt, eine Richtung des durch jeden Permanentmagneten 22 erzeugten anhaltenden Magnetflusses ist im Wesentlichen senkrecht zur Achsenlinienrichtung zwischen dem Permanentmagneten 22 und dem Hauptabschnitt 23. In diesem Beispiel ist der N-Pol jedes Permanentmagneten 22 dem Hauptabschnitt 23 zugewandt, und der S-Pol jedes Permanentmagneten 22 ist am Jochkernabschnitt 30 fixiert.
Die elektromagnetische Spule 21 ist so angeordnet, dass sie zwischen dem Hauptabschnitt 23 und dem längs verlaufenden Kernabschnitt 29 hindurch verläuft. In diesem Beispiel umgibt die elektromagnetische Spule 21 den Hauptabschnitt 23 innerhalb der in der Achsenlinienrichtung projizierten Fläche. Dementsprechend erzeugt die elektromagnetische Spule 21, wenn sie mit Energie versorgt wird, einen Magnetfluss, der durch den feststehenden Kern 19 und den beweglichen Kern 20 verläuft. Darüber hinaus kann der durch die elektromagnetische Spule 21 erzeugte Magnetfluss durch Umschalten einer Energiezufuhrrichtung zur elektromagnetischen Spule 21 umgekehrt werden Im Übrigen fällt eine zentrale Achsenlinie der elektromagnetischen Spule 21 im Wesentlichen mit einer Achsenlinie der Schaltvorrichtung 1 zusammen.
Beim Hauptabschnitt 23 und Nebenabschnitt 24 des beweglichen Kerns 20 handelt es sich um einen geschichteten Körper, in dem mehrere aus Magnetmaterial hergestellte dünne Schichten in einer zur Achsenlinienrichtung senkrechten Richtung geschichtet sind.
Im Übrigen kann ein Magnetmaterial mit hoher Permeabilität als Material für den Hauptabschnitt 23 und den Nebenabschnitt 24 des beweglichen Kerns 20 akzeptabel sein; und zum Beispiel kann Stahlwerkstoff, elektromagnetisches Weicheisen, Siliciumstahl, Ferrit und Permalloy enthalten sein. Darüber hinaus kann der bewegliche Kern 20 zum Beispiel aus einem Pulverkern bestehen, bei dem Eisenpulver komprimiert und gehärtet ist. Der erste feststehende Kernabschnitt 26 ist ein geschichteter Körper, in dem aus Magnetmaterial hergestellte dünne Schichten in einer zur Achsenlinienrichtung senkrechten Richtung geschichtet sind.
Bei jedem Jochkernabschnitt 30 handelt es sich um ein Stahlteil, das in einer rechteckigen Parallelflachform hergestellt ist. Bei dem Abstandhalter 31 handelt es sich um ein Stahlteil, das in einer Plattenform mit einer vorbestimmten Dicke ausgebildet ist. Der Jochkernabschnitt 30 und der Abstandshalter 31 sind mit dem ersten feststehenden Kernabschnitt 26 in der Reihenfolge Abstandshalter 31 und Jochkernabschnitt 30 in der Schichtungsrichtung der dünnen Schichten 39 des ersten feststehenden Kernabschnitts 26 überlagert.
Im Übrigen kann ein Magnetmaterial mit hoher Permeabilität als Material für den feststehenden Kern 19 akzeptabel sein; und zum Beispiel kann Stahlwerkstoff, elektromagnetisches Weicheisen, Siliciumstahl, Ferrit und Permalloy enthalten sein. Darüber hinaus kann der feststehende Kern 19 zum Beispiel aus einem Pulverkern bestehen, bei dem Eisenpulver komprimiert und gehärtet ist. Darüber hinaus ist der erste feststehende Kernabschnitt 26 in diesem Beispiel durch Schichten dünner Schichten hergestellt; jedoch kann der erste feststehende Kernabschnitt 26 auch durch integrales Ausbilden von Magnetmaterial hergestellt sein, oder der erste feststehende Kernabschnitt 26 kann durch Kombinieren mehrerer geteilter Körper hergestellt sein. Darüber hinaus ist der Jochkernabschnitt 30 in diesem Beispiel durch integrales Ausbilden von Magnetmaterial hergestellt; jedoch kann der Jochkernabschnitt 30 auch durch Schichten dünner Schichten hergestellt sein, oder der Jochkernabschnitt 30 kann durch Kombinieren mehrerer geteilter Körper hergestellt sein.
Eine Sitzfläche der Öffnungsfeder 9 kommt mit dem Kompaktmaterial 101 des beweglichen Kerns 20 in Kontakt, und die andere Sitzfläche kommt mit der Halterungsplatte 7 in Kontakt. Die Öffnungsfeder 9 ist koaxial mit der Antriebswelle 8 angeordnet und ist so angeordnet, dass sie in der elektromagnetischen Spule 21 hindurch verläuft. Darüber hinaus befindet sich die Öffnungsfeder 9 innerhalb eines axialen Bereichs des feststehenden Kerns 19. Ein Teil des Hauptabschnitts 23 des beweglichen Kerns 20 verläuft durch die elektromagnetische Spule 21. In 3 erfolgt die Anordnung ausgehend von der Antriebswelle 8 innerhalb eines axialen bestehenden Bereichs der elektromagnetischen Spule 21 in der Reihenfolge Öffnungsfeder 9, beweglicher Kern 20, elektromagnetische Spule 21.
6 ist eine perspektivische Teilschnittansicht zur Erklärung eines Magnetkreises des Elektromagneten 10 zu dem Zeitpunkt, zu dem der bewegliche Kern 20 von 5 durch den anhaltenden Magnetfluss der Permanentmagnete 22 in der Vorwärtsbewegungsposition gehalten ist; und die Antriebswelle 8, die Öffnungsfeder 9, das Kompaktmaterial 101 des beweglichen Kerns 20 sind aus der Zeichnung weggelassen. In der Zeichnung verläuft der durch den Permanentmagneten 22 erzeugte anhaltende Magnetfluss durch einen ersten Magnetflusspfad 44 oder einen zweiten Magnetflusspfad 45. Der erste Magnetflusspfad 44 ist ein Pfad, in dem der anhaltende Magnetfluss ausgehend vom Permanentmagneten 22 in der Reihenfolge Hauptabschnitt 23, erste bewegliche Fläche 34, erste feststehende Fläche 32, seitlicher Kernabschnitt 28, längs verlaufende Kernabschnitte 29, Abstandshalter 31 und Jochkernabschnitte 30 durchfließt und zum Permanentmagneten 22 zurückkehrt. Der zweiten Magnetflusspfad 45 ist ein Pfad, in dem der anhaltende Magnetfluss ausgehend vom Permanentmagneten 22 in der Reihenfolge Hauptabschnitt 23, Nebenabschnitt 24, zweite bewegliche Fläche 35, zweite feststehende Fläche 33, längs verlaufender Kernabschnitt 29, Abstandshalter 31 und Jochkernabschnitt 30 durchfließt und zum Permanentmagneten 22 zurückkehrt.
Wenn sich der bewegliche Kern 20 in der Vorwärtsbewegungsposition befindet, sind der Spalt zwischen der ersten feststehenden Fläche 32 und der ersten beweglichen Fläche 34 und der Spalt zwischen der zweiten feststehenden Fläche 33 und der zweiten beweglichen Fläche 35 schmäler als diejenigen, wenn sich der bewegliche Kern 20 in der Rückwärtsbewegungsposition befindet. Entsprechend wird der Magnetwiderstand des ersten Magnetflusspfads 44 und des zweiten Magnetflusspfads 45 klein. Deshalb wird die Anziehungskraft F1 zwischen der ersten feststehenden Fläche 32 und der zweiten beweglichen Fläche 34 und die Anziehungskraft F2 zwischen der zweiten feststehenden Fläche 33 und der zweiten beweglichen Fläche 35 groß; und dementsprechend wird der bewegliche Kern 20 entgegen den Beaufschlagungen durch die Öffnungsfeder 9 und die Kontaktdruckfeder 18 in der Vorwärtsbewegungsposition gehalten. Darüber hinaus wird eine Aufsummierung, der Anziehungskraft F1, der Anziehungskraft F2 und der Reibungskraft des beweglichen Abschnitts nicht kleiner als die Beaufschlagungen durch die Öffnungsfeder 9 und die Kontaktdruckfeder 19; und somit wird der bewegliche Kern 20 in der Vorwärtsbewegungsposition gehalten.
Als Nächstes wird ein Betriebsablauf beschrieben. Im Falle eines Öffnungszustands, in dem der bewegliche Kontakt 3 vom feststehenden Kontakt 2 gelöst ist, ist der bewegliche Kern 20 durch die Beaufschlagung durch die Öffnungsfeder 9 in die Rückwärtsbewegungsposition verschoben. Durch eine Energiezufuhr zur elektromagnetischen Spule 21 wird der bewegliche Kern 20 zum ersten feststehenden Kernabschnitt 26 hin angezogen; und somit wird der bewegliche Kern 20 entgegen der Beaufschlagung durch die Öffnungsfeder 9 aus der Rückwärtsbewegungsposition zur Vorwärtsbewegungsposition verschoben. Dementsprechend wird der bewegliche Kontakt 3 zum feststehenden Kontakt 2 hin verschoben.
Danach wird, wenn der bewegliche Kontakt 3 mit dem feststehenden Kontakt 2 in Kontakt kommt, die Verschiebung des beweglichen Kontakts 3 gestoppt. Jedoch wird der bewegliche Kern 20 weiter verschoben und erreicht die Vorwärtsbewegungsposition. Entsprechend wird die Kontaktdruckfeder 18 gestaucht und der bewegliche Kontakt 3 an den feststehenden Kontakt 2 gedrückt, um den Kontaktschließbetrieb abzuschließen (2).
Wenn der bewegliche Kern 20 die Vorwärtsbewegungsposition erreicht, wird der bewegliche Kern 20 durch den anhaltenden Magnetfluss der Permanentmagnete 22 zum ersten feststehenden Kernabschnitt 26 hin angezogen und dort gehalten, wobei der anhaltende Magnetfluss durch den ersten Magnetflusspfad 44 und den zweiten Magnetflusspfad 45 fließt (6); und somit wird der bewegliche Kern 20 in der Vorwärtsbewegungsposition gehalten.
In dem Fall, in dem das Halten des beweglichen Kerns 20 in der Vorwärtsbewegungsposition aufhört, erfolgt die Energiezufuhr zur elektromagnetischen Spule 21 in einer zum Fall des Kontaktschließbetriebs entgegengesetzten Richtung. Wenn die Energiezufuhr zur elektromagnetischen Spule 21 erfolgt, sinkt die Anziehungskraft zwischen dem beweglichen Kern 20 und dem ersten feststehenden Kernabschnitt 26 insgesamt, und es beginnt eine Verschiebung des beweglichen Kerns 20 aus der Vorwärtsbewegungsposition zur Rückwärtsbewegungsposition mit jeder Beaufschlagung durch die Öffnungsfeder 9 und die Kontaktdruckfeder 18. Dabei wird der bewegliche Kontakt 3 an den feststehenden Kontakt 2 gedrückt.
Wenn danach der bewegliche Kern 20 weiter zur Rückwärtsbewegungsposition verschoben wird, gelangt die Rastplatte 17 mit dem Federrahmen 16 in Eingriff. Danach wird auch der bewegliche Kern 20 zur Rückwärtsbewegungsposition verschoben; und dementsprechend wird der bewegliche Kontakt 3 vom feststehenden Kontakt 2 gelöst. Die Beaufschlagung durch die Öffnungsfeder 9 ist größer als die Kraft, mit der der bewegliche Kontakt 3 des Vakuumventils 4 den feststehenden Kontakt 2 zu schließen versucht. Danach wird der bewegliche Kern 20 weiter verschoben, um die Rückwärtsbewegungsposition zu erreichen. Dementsprechend ist der Öffnungsbetrieb abgeschlossen (1).
Bei einer solchen Elektromagnetvorrichtung 5 ist in einem offenen Kontaktzustand (1) die Beaufschlagung durch die Öffnungsfeder 9, um in der Kontaktschließrichtung zu wirken, aufgrund des Unterdrucks, weil es sich bei dem Vakuumventil 4 um einen Vakuumbehälter handelt, größer als eine Beaufschlagung, mit der der bewegliche Kontakt 3 den feststehenden Kontakt 2 zu schließen versucht; und demzufolge kann der offene Kontaktzustand stabil aufrechterhalten werden. Darüber hinaus kann, selbst wenn eine Aufsummierung der Reibungskraft des beweglichen Abschnitts und die Beaufschlagung durch die Öffnungsfeder 9 aufgrund des Unterdrucks des Vakuumbehälters des Vakuumventils 4 größer ist als die in der Kontaktschließrichtung auszuübende Beaufschlagung, bei der der bewegliche Kontakt 3 den feststehenden Kontakt 2 zu schließen versucht, der offene Kontaktzustand stabil aufrechterhalten werden.
Andererseits erzeugt der Permanentmagnet 22 im Kontaktschließzustand (2) den anhaltenden Magnetfluss, der den beweglichen Kern 20 in der Vorwärtsbewegungsposition hält. Die Anziehungskraft F1 und die Anziehungskraft F2, wobei beide Anziehungskräfte als eine durch den Magnetfluss der Permanentmagnete 22 erzeugte Beaufschlagung in die Kontaktschließrichtung dienen, werden auf den beweglichen Kern 20 ausgeübt, und die Beaufschlagung ist größer als eine Aufsummierung der Beaufschlagungen durch die Öffnungsfeder 9 und die Kontaktdruckfeder 18; und deshalb kann der Kontaktschließzustand stabil aufrechterhalten werden. Darüber hinaus kann der Kontaktschließzustand selbst dann stabil aufrechterhalten werden, wenn die Aufsummierung der Anziehungskraft F1, der Anziehungskraft F2 und der Reibungskraft des beweglichen Abschnitts nicht geringer ist als die Aufsummierung der Beaufschlagungen durch die Öffnungsfeder 9 und die Kontaktdruckfeder 19.
Die Beaufschlagung durch die Öffnungsfeder 9 wird über den gesamten Bereich eines Bewegungsbereichs des beweglichen Kerns 20 ausgeübt; andererseits wirkt die Beaufschlagung durch die Kontaktdruckfeder 18 auf einen Teil des Bewegungsbereichs des beweglichen Kerns 20; und dementsprechend ist die gesamte Länge der Öffnungsfeder 9 länger als diejenige der Kontaktdruckfeder 18. Darüber hinaus ist die Öffnungsfeder 9 koaxial mit der Antriebswelle 8 angeordnet und so angeordnet, dass sie durch die elektromagnetische Spule 21 verläuft. Die Öffnungsfeder 9 befindet sich innerhalb eines axialen Bereichs des feststehenden Kerns 19. Ein Teil des Hauptabschnitts 23 des beweglichen Kerns 20 verläuft durch die elektromagnetische Spule 21. In 3 liegt die Anordnung ausgehend von der Antriebswelle 8 in einem axialen bestehenden Bereich der elektromagnetischen Spule 21 in der Reihenfolge Öffnungsfeder 9, beweglicher Kern 20, elektromagnetische Spule 21 und feststehender Kern 19 vor. Durch die vorstehend erwähnte Anordnung kann die axiale Länge der Elektromagnetvorrichtung 5 kürzer als in dem Fall ausgelegt werden, in dem der Elektromagnet 10 und die Öffnungsfeder 9 in der axialen Richtung angeordnet sind. Deshalb kann die gesamte Länge dieser diese Elektromagnetvorrichtung 5 verwendenden Schaltvorrichtung 1 verkürzt werden.
Bei dem Hauptabschnitt 23 und dem Nebenabschnitt 24 des beweglichen Kerns 20 und dem ersten feststehenden Kernabschnitt 26 des feststehenden Kerns 19 handelt es sich um Hauptabschnitte, durch die der durch die elektromagnetische Spule 21 erzeugte Magnetfluss hindurchfließt. Die Hauptabschnitte sind durch Schichten von dünnen Schichten aus Magnetmaterial in einer Richtung aufgebaut, die im Wesentlichen zu einer Richtung des durch die elektromagnetische Spule 21 erzeugten Magnetflusses senkrecht ist; und deshalb kann, wenn der elektromagnetischen Spule 21 zur Betätigung des Elektromagneten 10 Energie zugeführt wird, ein im Inneren des Magnetmaterials erzeugter Wirbelstrom unterdrückt werden, eine Betätigungsverzögerung aufgrund des Auftretens des Wirbelstroms kann verhindert werden, und die Schaltvorrichtung 1 kann mit zeitlich hoher Genauigkeit angesteuert werden.
Darüber hinaus ist in dem durch die elektromagnetische Spule 21 erzeugten Magnetfluss nach dem physikalischen Prinzip geringster Wirkung der genau proximal zur elektromagnetischen Spule 21 umfließende Magnetfluss am stärksten. Der Hauptabschnitt 23 und die Nebenabschnitte 24 des beweglichen Kerns 20 sind direkt der elektromagnetischen Spule 21 zugewandt, und das Kompaktmaterial 101 befindet sich in einem Bereich, in dem der erzeugte Magnetfluss schwach ist; und deshalb ist ein Einfluss auf den Betrieb des Elektromagneten 10 gering, und somit kann die Schaltvorrichtung 1 mit zeitlich hoher Genauigkeit angesteuert werden.
Die Anziehungskraft, die durch den Magnetfluss der Permanentmagnete des Elektromagneten 10 erzeugt wird, ist dann am stärksten, wenn die Kraft in der axialen Richtung wirkt. Wenn eine Beaufschlagung durch ein Bauteil in einer zur axialen Richtung senkrechten Richtung angelegt wird, nimmt die Anziehungskraft ab. Deshalb wird, wenn die Sitzfläche der Öffnungsfeder 9 geneigt ist, die Beaufschlagung durch das Bauteil in der zur axialen Richtung senkrechten Richtung erzeugt; und deshalb muss die Neigung der Sitzfläche unterbunden werden. Eine Sitzfläche der Öffnungsfeder 9 kommt mit dem Kompaktmaterial 101 des beweglichen Kerns 20 in Kontakt und die andere Sitzfläche kommt mit der Halterungsplatte 7 in Kontakt; und deshalb kann die Neigung der Sitzfläche der Öffnungsfeder 9 besser als in dem Fall unterbunden werden, in dem die Sitzflächen durch geschichtete Flächen aus den geschichteten dünnen Schichten aufgenommen sind, und eine Verschlechterung der Anziehungskraft des Elektromagneten 10 aufgrund der Neigung der Beaufschlagung durch die Öffnungsfeder 9 kann unterbunden werden.
Ausführungsform 2
Bei der Elektromagnetvorrichtung 5 von Ausführungsform 1 ist die Halterungsplatte 7 aus nichtmagnetischem Material hergestellt; und dementsprechend kann eine Verschlechterung der Anziehungskraft des Elektromagneten 10 unterbunden werden. Der Aufbau des Falls, in dem die Anziehungskraft des Elektromagneten 10 abnimmt, ist in 7 gezeigt, und dessen Prinzipien werden nun beschrieben. 7 entspricht einem Zustand, in dem sich der Elektromagnet 10 von 3 der Ausführungsform 1 im Kontaktschließzustand befindet. Ein Magnetfluss 102 und ein Magnetfluss 103 des Permanentmagneten 22 sind in 7 gezeigt. Der durch den Permanentmagneten 22 erzeugte Magnetfluss wird vom N-Pol des Permanentmagneten 22 abgegeben und verläuft durch einen durch Magnetmaterial gebildeten geschlossenen Kreislauf, wobei es sich bei dem geschlossenen Kreislauf um einen Kreislauf handelt, in dem hauptsächlich ein nichtmagnetischer Bereich am kleinsten wird. Der Magnetfluss 102 und der Magnetfluss 103 fließen in 7 durch Magnetmaterialabschnitte. Im Spezielleren, fließt der Magnetfluss 102 durch den beweglichen Kern 20 und den feststehenden Kern 19. Der Magnetfluss 103 fließt durch den beweglichen Kern 20, die Öffnungsfeder 9 und den feststehenden Kern 19. Der Magnetfluss 102 fließt durch die erste feststehende Fläche 32 des feststehenden Kerns 19 senkrecht zur Achsenlinienrichtung und zur ersten beweglichen Fläche 34 des beweglichen Kerns 20. Der durch den Permanentmagneten 22 erzeugte Magnetfluss 102 fließt durch die erste feststehende Fläche 32 des feststehenden Kerns 19 und die erste bewegliche Fläche 34 des beweglichen Kerns 20; und deshalb wird eine Kraft erzeugt, die den beweglichen Kern 20 an den feststehenden Kern 19 anzieht. Hingegen fließt der Magnetfluss 103 nicht durch die Fläche, in der der bewegliche Kern 20 mit dem feststehenden Kern 19 in Kontakt kommt, wobei die Fläche senkrecht zur axialen Richtung ist; und deshalb wird die Kraft nicht erzeugt, die den beweglichen Kern 20 an den feststehenden Kern 19 anzieht. Das heißt, ein Teil des durch den Permanentmagneten 22 erzeugten Magnetflusses trägt nicht zu der Kraft bei, die den beweglichen Kern 20 an den feststehenden Kern 19 anzieht. Darüber hinaus ist der Betrag des durch den Permanentmagneten 22 erzeugten Magnetflusses annähernd konstant. In dem Fall, in dem der Magnetfluss 103 vorkommt, der nicht durch die Fläche fließt, in der der bewegliche Kern 20 an den feststehenden Kern 19 angezogen wird, trägt der gesamte durch den Permanentmagneten 22 erzeugte Magnetfluss nicht zu der Kraft bei, die den beweglichen Kern 20 an den feststehenden Kern 19 anzieht; und deshalb wird er vom Standpunkt der Anziehungskraft her zu einem Aufbau mit geringem Wirkungsgrad.
Falls in 3 die Halterungsplatte 7 aus nichtmagnetischem Material hergestellt ist, wird ein Teil des geschlossenen Kreislaufs des Magnetmaterials, in dem der durch den Permanentmagneten 22 erzeugte Magnetfluss durch die Öffnungsfeder 9 fließt, nicht magnetisiert, und ein Pfad des Magnetflusses 103 kann verkürzt werden; und deshalb kann die Abnahme der Anziehungskraft des Elektromagneten 10 unterbunden werden. Die Erzeugung der Anziehungskraft aufgrund des durch den Permanentmagneten 22 erzeugten Magnetflusses kann hoch wirkungsvoll sein, und es kann eine stabile Anziehungskraft mit hoher Stärke erzeugt werden.
Ausführungsform 3
In der Elektromagnetvorrichtung 5 von Ausführungsform 1 ist das Kompaktmaterial 101 des beweglichen Kerns 20 des Elektromagneten 10 aus nichtmagnetischem Material hergestellt; und dementsprechend wird ein Teil des geschlossenen Kreislaufs des Magnetmaterials, in dem der durch den Permanentmagneten 22 erzeugte Magnetfluss durch die Öffnungsfeder 9 fließt, nicht magnetisiert, und somit kann eine Abnahe der Anziehungskraft des Elektromagneten 10 wie in Ausführungsform 2 unterbunden werden.
Ausführungsform 4
Die Antriebswelle 8 ist in Ausführungsform 1 aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt; jedoch kann in der Auslegung von Ausführungsform 2 oder Ausführungsform 3 die Antriebswelle 8 einen Stahlwerkstoff verwenden, der als Magnetmaterial dient. Der Grund dafür ist, dass die Halterungsplatte 7 oder das Kompaktmaterial 101, die/das aus nichtmagnetischem Material besteht, zwischen Pfaden des Permanentmagneten 22 und der Antriebswelle 8 vorhanden ist und deshalb die Halterungsplatte 7 oder das Kompaktmaterial 101 nicht zum Pfad des durch den Permanentmagneten 22 erzeugten Magnetflusses wird; und somit wird die Anziehungskraft des beweglichen Kerns 20 und des feststehenden Kerns 19 nicht durch die Tatsache verschlechtert, dass die Antriebswelle 8 aus Magnetmaterial hergestellt ist. Magnetmaterial kann für die Antriebswelle 8 übernommen werden; und dementsprechend kann ein kostengünstiger und hochfester Stahlwerkstoff für die Antriebswelle 8 verwendet und ein kostengünstiger und stabiler Betrieb der Elektromagnetvorrichtung 5 erzielt werden.
Ausführungsform 5
In der Elektromagnetvorrichtung 5 von Ausführungsform 1 ist die Öffnungsfeder 9 aus nichtmagnetischem Material hergestellt; und dementsprechend wird die Öffnungsfeder 9 des geschlossenen Kreislaufs des Magnetmaterials, in dem der durch den Permanentmagneten 22 erzeugte Magnetfluss durch die Öffnungsfeder 9 fließt, nicht magnetisiert, und somit kann eine Abnahme der Anziehungskraft des Elektromagneten 10 wie in Ausführungsform 2 unterbunden werden.
Ausführungsform 6
8 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte der Elektromagnetvorrichtung 5 nach Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt. Der bewegliche Kern 20 in 8 unterscheidet sich vom Aufbau von 3 der Ausführungsform 1; und alle Kerne, einschließlich ein Abschnitt des Kompaktmaterials 101 sind durch Schichten von dünnen Schichten aufgebaut. Eine Platte 105 aus nichtmagnetischem Material befindet sich zwischen einer Sitzfläche, in der die Öffnungsfeder 9 dem beweglichen Kern 20 zugewandt ist, und dem beweglichen Kern 20. Deshalb wird ein Teil des geschlossenen Kreislaufs des Magnetmaterials, in dem der durch den Permanentmagneten 22 erzeugte Magnetfluss durch die Öffnungsfeder 9 fließt, nicht magnetisiert; und somit kann eine Abnahme der Anziehungskraft des Elektromagneten 10 wie in Ausführungsform 2 unterbunden werden. Darüber hinaus kann sich, um eine ähnliche Wirkung zu erzielen, die Platte aus nichtmagnetischem Material, wie in 9 gezeigt, zwischen der Öffnungsfeder 9 und der Halterungsplatte 7 befinden. Wie in 10 gezeigt ist, kann sich die Platte 105 aus nichtmagnetischem Material auf beiden Seiten der Öffnungsfeder 9 an den Sitzflächen befinden. Wie in 11 gezeigt ist, kann die Halterungsplatte 7 aus nichtmagnetischem Material hergestellt sein.
Ausführungsform 7
12 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte der Elektromagnetvorrichtung 5 nach Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt. 13 ist eine Draufsicht. In 12 ist eine Öffnungsfederhalterung 107 an den Nebenabschnitten 24 des beweglichen Kerns 20 durch eine Arretierungsklemme 108 befestigt, die auf der Seite vorgesehen ist, die der dem feststehenden Kern 19 zugewandten Fläche entgegengesetzt ist. Die Öffnungsfeder 9 ist koaxial mit der Antriebswelle 8 so angeordnet, dass sie den Elektromagneten 10 umkreist. Die Anordnung erfolgt in der Reihenfolge Antriebswelle 8, beweglicher Kern 20, elektromagnetische Spule 21, feststehender Kern 19 und Öffnungsfeder 9 in einem Bereich, in dem die Antriebswelle 8, der bewegliche Kern 20, die elektromagnetische Spule 21, der feststehende Kern 19 und die Öffnungsfeder 9 sich in der axialen Richtung überlagern.
Eine Beaufschlagung durch die Öffnungsfeder 9 wird auf den gesamten Bereich eines Bewegungsbereichs des beweglichen Kerns 20 ausgeübt. Hingegen wirk eine Beaufschlagung durch die Kontaktdruckfeder 18 auf einen Teil des Bewegungsbereich des beweglichen Kerns 20; und dementsprechend ist die gesamte Länge der Öffnungsfeder 9 länger als diejenige der Kontaktdruckfeder 18. Darüber hinaus befindet sich die Öffnungsfeder 9 koaxial mit der Antriebswelle 8 und auf einem Umfangsabschnitt des Elektromagneten 10. Die Öffnungsfeder 9 befindet sich innerhalb eines axialen Bereichs des Elektromagneten 10. Durch die vorstehend erwähnte Anordnung kann die axiale Länge der Elektromagnetvorrichtung 5 kürzer als in dem Fall ausgelegt werden, in dem der Elektromagnet 10 und die Öffnungsfeder 9 in der axialen Richtung angeordnet sind. Deshalb kann die gesamte Länge der diese Elektromagnetvorrichtung 5 verwendenden Schaltvorrichtung 1 verkürzt werden.
Ausführungsform 8
14 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte der Elektromagnetvorrichtung 5 nach Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung zeigt. 15 ist eine Draufsicht. Die Ausführungsform 7 ist mit einer Öffnungsfeder 9 aufgebaut; 14 ist jedoch mit mehreren Öffnungsfedern 9 aufgebaut. Auch in dieser Auslegung zeigt sich eine ähnliche Wirkung wie in Ausführungsform 7. Darüber hinaus liegt die Anordnung um den Elektromagneten 10 herum koaxial mit der Antriebswelle 8 vor; und dementsprechend kann eine Veränderung einer Beaufschlagung bei jeder einzelnen Öffnungsfeder 9 ausgemittelt werden, und es wird eine exzentrische Beaufschlagung im Hinblick auf den beweglichen Kern 20 des Elektromagneten 10 unterbunden und somit kann eine Abnahme der Anziehungskraft des Elektromagneten 10 verhindert werden.
Ausführungsform 9
16 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte der Elektromagnetvorrichtung 5 nach Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung zeigt. In 16 verläuft ein an der Halterungsplatte 7 befestigter Lagerhalterungsabschnitt 109 axial durch einen Teil des feststehenden Kerns 19 des Elektromagneten 10 und durch einen Teil des beweglichen Kerns 20; und ein Lager 111 der Antriebswelle 8 ist axial so angeordnet, dass es in einem Bereich des beweglichen Kerns vorgesehen ist. Durch diese Anordnung kann eine Kontaktdruckvorrichtung 15 innerhalb des Lageranordnungsabschnitts 109 angeordnet werden; und die axiale Länge der Elektromagnetvorrichtung 5 kann kürzer als in dem Fall ausgelegt werden, in dem der Elektromagnet 10 und die Kontaktdruckvorrichtung 15 axial angeordnet sind. Deshalb kann die gesamte Länge der diese Elektromagnetvorrichtung 5 verwendenden Schaltvorrichtung 1 noch mehr als in Ausführungsform 8 verkürzt werden.
Ausführungsform 10
17 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte der Elektromagnetvorrichtung 5 nach Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung zeigt. In 17 sind bei einem Paar erster Verbindungsglieder 113, die im Hinblick auf die Antriebswelle 8 symmetrisch angeordnet sind, die einen Endabschnitte durch einen Stift 115 mit der Antriebswelle 8 verbunden, die mit einem beweglichen Kern 20 verbunden ist. Die anderen Endabschnitte der ersten Verbindungsglieder 113 sind durch Stifte 117 mit Antriebshebeln 119 verbunden, wobei die Antriebshebel 119 paarweise an symmetrischen Stellen im Hinblick auf die Antriebswelle 8 angeordnet sind. Die anderen Endabschnitte der mit den ersten Verbindungsgliedern 113 verbundenen Antriebshebel 119 sind durch Stifte 123 mit Hebeldrehpunktteilen 121 verbunden, so dass sie sich drehen können, wobei die Hebeldrehpunktteile 121 an der Halterungsplatte 7 befestigt sind.
Die Öffnungsfedern 9 sind verteilt und im Hinblick auf die Antriebswelle 8 symmetrisch angeordnet. Eine Öffnungsfederhalterung 125, die eine Belastung durch die Öffnungsfeder 9 aufnimmt, ist so angeordnet, dass sie mit der Sitzfläche der Öffnungsfeder 9 in Kontakt kommt, und eine Antriebswelle 127 ist an der Öffnungsfederhalterung 125 angebracht. Das andere Ende der Antriebswelle 127 ist durch einen Stift 131 mit dem zweiten Verbindungsglied 129 verbunden. Das andere Ende des zweiten Verbindungsglieds ist durch einen Stift 133 mit dem Antriebshebel 119 verbunden.
In der wie in 17 gezeigt aufgebauten Elektromagnetvorrichtung 5 liegt die Anordnung ausgehend vom Hebeldrehpunktteil 121 in der Reihenfolge Stift 113, auf den die Öffnungsfeder 9 wirkt, und Stift 115 vor, auf den die Antriebswelle 8 des Elektromagneten 10 wirkt; und deshalb kann ein Kompressionsbereich der Öffnungsfeder 9 im Hinblick auf einen Bewegungsbereich des beweglichen Kerns 20 des Elektromagneten 10 verkleinert werden, und somit kann die Öffnungsfeder 9 von der Größe her verkleinert werden. Darüber hinaus kann ein im Hinblick auf den Elektromagneten 10 vorstehender Bereich durch die Anordnung der Verbindungsglieder verkürzt werden. Deshalb kann die gesamte Länge dieser Elektromagnetvorrichtung 5 verkürzt werden, und die gesamte Länge der diese Elektromagnetvorrichtung 5 verwendenden Schaltvorrichtung 1 kann verkürzt werden.
Ausführungsform 11
18 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptabschnitte der Elektromagnetvorrichtung 5 nach Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Vergleich zu Ausführungsform 10 sind die Verbindungsgliedabschnitte auf der offenen Kontaktseite der Elektromagnetvorrichtung 5 vorgesehen; und auch durch diese Auslegung kann die gesamte Länge der Elektromagnetvorrichtung 5 der Ausführungsform 10 verkürzt werden und auch die gesamte Länge der diese Elektromagnetvorrichtung 5 verwendenden Schaltvorrichtung 1 kann verkürzt werden.
Ausführungsform 12
Eine beliebige Elektromagnetvorrichtung 5 der zuvor erwähnten Ausführungsform 1 bis Ausführungsform 11 wird angewendet; und dementsprechend kann die gesamte Länge der diese Elektromagnetvorrichtung 5 verwendenden Schaltvorrichtung 1 verkürzt und von der Größe her eine Verkleinerung erzielt werden.
Bezugszeichenliste

1: Schaltvorrichtung
2: feststehender Kontakt
3: beweglicher Kontakt
5: Elektromagnetvorrichtung
8: Antriebswelle
9: Öffnungsfeder
10: Elektromagnet
19: feststehender Kern
20: beweglicher Kern
21: elektromagnetische Spule
22: Permanentmagnet
23: Hauptabschnitt
24: Nebenabschnitte
32: erste feststehende Fläche
33: zweite feststehende Fläche
34: erste bewegliche Fläche
35: zweite bewegliche Fläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4277198 [0003]

Claims

Schaltvorrichtung, die einen Elektromagneten verwendet, Folgendes umfassend: einen Elektromagneten, der durch einen Permanentmagneten eine anhaltende Kraft in einer Kontaktschließrichtung erzeugt; eine Kontaktdruckfeder, die eine elektromagnetische Rückstoßkraft von Hauptkontakten unterbindet; eine Öffnungsfeder, die beim Öffnen von Kontakten Energie speichert; und einen Vakuumbehälter, der ein Vakuum um die Hauptkontakte aufrechterhält, wobei in einem Kontaktschließzustand eine Beaufschlagung in der Kontaktschließrichtung des Elektromagneten und eine Reibungskraft eines beweglichen Abschnitts größer sind als eine Aufsummierung einer Beaufschlagung durch die Kontaktdruckfeder und eine Beaufschlagung durch die Öffnungsfeder; und in einem offenen Kontaktzustand eine Aufsummierung der Beaufschlagung durch die Öffnungsfeder und der Reibungskraft des beweglichen Abschnitts aufgrund eines Unterdrucks des Vakuumbehälters größer ist als eine in der Kontaktschließrichtung auszuübende Beaufschlagung.
Schaltvorrichtung, die einen Elektromagneten verwendet, nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Elektromagneten um einen Elektromagneten handelt, der durch den Permanentmagneten im offenen Kontaktzustand eine Haltekraft in einer Kontaktöffnungsrichtung erzeugt; und im offenen Kontaktzustand eine Aufsummierung der Beaufschlagung durch die Öffnungsfeder, der Reibungskraft des beweglichen Abschnitts und der Haltekraft in der Kontaktöffnungsrichtung des Elektromagneten aufgrund des Unterdrucks des Vakuumbehälters größer ist als die in der Kontaktschließrichtung auf die Hauptkontakte auszuübende Beaufschlagung.
Elektromagnetvorrichtung, Folgendes umfassend: einen feststehenden Kern; einen beweglichen Kern; einen Permanentmagneten, bei dem eine Fläche von Magnetpolen dem feststehenden Kern zugewandt ist und die andere Fläche der Magnetpole am feststehenden Kern befestigt ist, der dem beweglichen Kern zugewandt ist; eine Welle, die mit dem beweglichen Kern verbunden ist; eine elektromagnetische Spule, die um die Welle gewickelt angeordnet ist; und eine Öffnungsfeder, die mit einer zur Welle des beweglichen Kerns im Wesentlichen senkrechten Fläche in einem Bewegungsbereich des beweglichen Kerns in Kontakt kommt, wobei im Falle, dass sie sich an einer von äußersten Positionen des Bewegungsbereichs des beweglichen Kerns befindet, es sich bei einer der äußersten Positionen um eine Position handelt, in der der bewegliche Kern mit dem feststehenden Kern in Kontakt kommt, sich ein Teil der oder die gesamte Öffnungsfeder im Inneren der elektromagnetischen Spule befindet; sich ein Teil der oder die gesamte Öffnungsfeder innerhalb des axialen Bereichs des feststehenden Kerns befindet; sich ein Teil des beweglichen Kerns im Inneren der elektromagnetischen Spule befindet; und eine Anordnung ausgehend von der Welle in der Reihenfolge Öffnungsfeder, beweglicher Kern, elektromagnetische Spule und feststehender Kern in einem Bereich erfolgt, in dem die Welle, die Öffnungsfeder, der bewegliche Kern, die elektromagnetische Spule und der feststehende Kern vorkommen, indem sie sich in der axialen Position überlagern.
Elektromagnetvorrichtung nach Anspruch 3, wobei ein Teil oder die Gesamtheit des feststehenden Kerns und des beweglichen Kerns durch Schichten von Magnetschichten aufgebaut ist.
Elektromagnetvorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei es sich bei einer anderen Fläche der Fläche, in der die Öffnungsfeder mit dem beweglichen Kern in Kontakt kommt, um eine Halterungsplatte handelt, auf der der Elektromagnet angebracht ist.
Elektromagnetvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Halterungsplatte aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist.
Elektromagnetvorrichtung nach Anspruch 4, wobei im beweglichen Kern die Fläche, die mit einer Sitzfläche der Öffnungsfeder in Kontakt kommt, aus einem Kompaktmaterial hergestellt ist.
Elektromagnetvorrichtung nach Anspruch 8, wobei es sich bei dem Kompaktmaterial des beweglichen Kerns um nichtmagnetisches Material handelt.
Elektromagnetvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei sich eine Platte aus nichtmagnetischem Material auf einer oder beiden Sitzfläche/n der Kontaktdruckfeder befindet.
Elektromagnetvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kontaktdruckfeder aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist.
Elektromagnetvorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 8, wobei es sich bei der mit dem beweglichen Kern verbundenen Welle um ein Stahlteil mit Magneteigenschaft handelt.
Elektromagnetvorrichtung, Folgendes umfassend: einen feststehenden Kern; einen beweglichen Kern; einen Permanentmagneten, bei dem eine Fläche von Magnetpolen dem feststehenden Kern zugewandt ist und die andere Fläche der Magnetpole am feststehenden Kern befestigt ist, der dem beweglichen Kern zugewandt ist; eine Welle, die mit dem beweglichen Kern verbunden ist; und eine elektromagnetische Spule, die um die Welle gewickelt angeordnet ist, wobei im Falle, dass sie sich an einer von äußersten Positionen des Bewegungsbereichs des beweglichen Kerns befindet, es sich bei einer der äußersten Positionen um eine Position handelt, in der der bewegliche Kern mit dem feststehenden Kern in Kontakt kommt, sich ein Teil des beweglichen Kerns im Inneren der elektromagnetischen Spule befindet; eine Anordnung ausgehend von der Welle in der Reihenfolge beweglicher Kern, elektromagnetische Spule und feststehender Kern in einem Bereich erfolgt, in dem die Welle, der bewegliche Kern, die elektromagnetische Spule und der feststehende Kern vorkommen, indem sie sich in der axialen Position überlagern; und eine oder mehrere der Öffnungsfedern an einem Umfangsabschnitt des auf der Welle zentrierten feststehenden Kerns vorgesehen ist/sind.
Elektromagnetvorrichtung nach Anspruch 12, wobei im Falle, dass sie sich an einer der äußersten Positionen des Bewegungsbereichs des beweglichen Kerns befindet, es sich bei einer der äußersten Positionen um die Position handelt, in der der bewegliche Kern mit dem feststehenden Kern in Kontakt kommt, ein Lagerhalterungsteil, das mit einem Lager der Welle ausgestattet ist, durch den gesamten feststehenden Kern und einen Teil des beweglichen Kerns ausgehend von der Halterungsplatte verlaufend angeordnet ist.
Elektromagnet, der Folgendes umfasst: einen beweglichen Kern; und eine Welle, die mit dem beweglichen Kern verbunden ist, wobei der Elektromagnet umfasst: ein Paar erster Verbindungsglieder, die mit der Welle verbunden sind; ein Paar Antriebshebel, die an symmetrischen Positionen im Hinblick auf die Welle angeordnet sind, wobei ein Ende von diesen mit dem ersten Verbindungsglied und das andere Ende von diesen durch einen Stift mit einem Halterungspunkt eines Halterungsabschnitts des Elektromagneten verbunden ist, um sich drehen zu können; Öffnungsfedern, die an symmetrischen Positionen im Hinblick auf eine Richtung der mit dem beweglichen Kern verbundenen Welle angeordnet sind; und ein Paar Öffnungsfederhalterungen, wovon jede mit einem Ende der Öffnungsfeder in Kontakt kommt und mit dem Antriebshebel verbunden ist, wobei die Öffnungsfederhalterung und der Antriebshebel durch einen Stift über ein zweites Verbindungslied verbunden sind.
Schaltvorrichtung, die eine Elektromagnetvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14 verwendet.