JP2002324469A - 接触器、および接点の溶着を防止する方法 - Google Patents

接触器、および接点の溶着を防止する方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】電磁接触器における可動接点および固定接点間
の溶着を防止する装置および方法を提供すること。 【解決手段】固定接点(42)および可動接点を有する接触
器(10)であって、電磁コイル(82)の励磁により、接触器
を流れる電流路を形成するために接点を係合させる。パ
ルス幅変調を用いてコイル(82)に低い電力を供給し接点
間を閉位置に維持する。接触器(10)は、接点が溶着する
のを防止するために、低い故障電流下では、接点材料の
組成によって接点溶着を防止し、中間の故障電流下で
は、接点をブローオープンしてアークが消失し、接点が
十分に冷却されるまで、磁気部材(62,64)を用いて接点
を開位置にする。また高い故障電流下では、接点をブロ
ーオープンさせかつアーマチュア(70)をコイルから分離
させる構成（32,62,64）を有し、コイルが再び励磁され
るまで、接点の再係合を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に電気切換
装置、特に、電磁接触器において変化する故障（漏電
等）電流状態に続いて起こる接点溶着を防止するための
方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電磁接触器は、スタータ利用において、
電流の過負荷からモータ等の負荷を保護したり、負荷の
切換を行うために用いられる。接触器は、電気切換装置
として使用され、固定接点と可動接点を含み、接触器の
回路が閉じると、電力を供給する。一旦回路が閉じる
と、接点は、互いに押し付けられる。互いに押し付け合
う接点を有する接触器に関してよく知られた問題は、短
絡回路において発生する接点の溶着である。
【０００３】電磁接触器等の電気切換装置において接点
の溶着を防止する方法は、いくつか知られている。１つ
の方法は、低い故障電流状態において溶着に対する抵抗
がある複合材料を接点に用いることである。一般的に、
接点を閉じた状態に保持するバネの付勢力よりも大きな
磁気力により、接点がブローオープン(blow open)する
ことがある。接点間が分離するや否や接点間を横切るア
ークが形成される。
【０００４】このアークのエネルギーは、接点表面を溶
かし、そして、電流をゼロにする前にばねの付勢力が消
失する圧縮力を越えるときに、接点が再び閉じると、接
点間が溶着する。化学的組成及び物理的構造により、複
合接点材料は、接点間の溶着を防止することができる。
また、ある場合には、低い故障電流が発生中にわずかな
溶着に対抗できる。これらの軽度の溶着は、スイッチの
開放させるときの接触器の開放力によって取り除くこと
ができる。
【０００５】別の方法は、中間的な故障電流状態におい
て役立つもので、接点キャリア内に磁気部材を備えるこ
とであり、この磁気部材は、接点キャリアと連動して作
動し、故障電流後の所定の時間で接点を分離する。低い
温度抵抗と高い溶融点により、接点材料は、溶解後、対
流、放射、及び伝導による急速な冷却により急激に固体
化する。それゆえ、接点間を流れるアーク電流の通過後
の短い時間の間に、接点が閉じるのを防止するには、接
点を硬くして溶着させないための十分な時間を与える必
要がある。
【０００６】接点溶着を防止する別の方法は、高い故障
電流の下で接触器を強制的に開くことである。短絡回路
の故障電流は、接触器における接点表面間に非常に高い
アーク圧力を発生する。このアーク圧力は、アーマチュ
アと磁気コイルによって発生する磁気力に打ち勝つため
に接触器を開く。
【０００７】接点溶着を防止するための上述したそれぞ
れの方法は、ある種の欠点及び制限を有している。例え
ば、溶着に対して抵抗を有する接点材料を用いること
は、低い故障電流状態においては実行可能であるが、高
い故障電流に対しては有効ではない。中間の故障電流に
対しては、磁気部材を用いて、接点を再閉路させる前に
電流ゼロとなる付加的な時間を与えることができる。
【０００８】しかし、接触器内の空間スペースを減少さ
せる必要があるので、ピーク電流値以下の故障電流で飽
和作用を生じる磁気ラッチング機能が得られるより小さ
い磁気材料が要求される。この飽和作用は、磁気部材に
よって作られる磁気力が、対数関数的でなく線形的に増
加するので、接点溶着を防止するのに磁気ラッチングの
有効性に限界がある。同様に、高い故障電流中にブロー
オープン時に、接点が十分に冷却される前に、接点を更
に押圧して接点間を閉じるとき、ばねの付勢力によって
作られる付加力が加えられる。それゆえ、接点間に溶着
が生じる。
【０００９】従って、数多くの故障電流に対抗でき、接
触器の種々の物理的な寸法形状に対して適合する電磁接
触器を有することが望ましい。このような接触器は、低
い故障電流状態、中間の故障電流状態、高い故障電流状
態において、接点溶着を防止することができるであろ
う。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、電
磁接触器における可動接点および固定接点間の溶着を防
止する装置および方法を提供することを目的としてい
る。さらに、上述した欠点を克服し、さらに、故障電流
値の広い範囲において作動する装置を提供することであ
る。
【００１１】この接触器は、耐溶着性の材料を用いて接
点を製作して低い故障電流状態下で接点の溶着を防止す
る。また、中間の故障電流状態下では、故障電流が消失
し、かつ接点が固化するまで、接点を開位置に一時的に
ラッチするために磁気部材を用いる。更に、高い故障電
流状態下では、接触器がリセットされるまで接点自体が
再閉路しないようにする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、各請求項に記載の構成を有する。本発明
は、互いに付勢されかつ開位置と閉位置の間に切換可能
な固定接点と可動接点を有する接触器を含む。電磁コイ
ルの励磁により、接触器を介して電流が流れる電路を作
り出すように接点間を接触させる。電磁コイルは、より
低い保持電力を用いて接点間の係合を保持する。
【００１３】本発明では、接触器が始めに係合した後に
パルス変調により、接触器を閉位置に保持する。接点
は、分離され、そして低い故障電流状態及び中間の故障
電流状態の下では、特別の接点材料を用いて接点溶着す
ることなく、ばねの付勢力により接点の閉位置にリセッ
トすることができる。また、磁気部材を用いて、低い故
障電流及び中間の故障電流に対して補償することができ
る。高い故障電流では、ブローオープン作用を作り出
し、アーマチュアを電磁コイルから分離して、電磁コイ
ルに第２の励磁用パルスを加えるか、または作動可能な
所定値のレベル以上になるまで、固定接点と可動接点を
確実に分離させる。
【００１４】本発明の構成によれば、接触器は、接触器
ハウジングと、この接触器ハウジング内に取付けられた
少なくとも１組の固定接点と、少なくとも１組の可動接
点を有する接点ブリッジと、前記接触器ハウジング内に
摺動可能に取付けられた可動接点キャリアと、この可動
接点キャリアに固定されたアーマチュアと、前記接触器
ハウジング内に取り付けられた電磁コイルと、前記固定
接点と可動接点の周りに配置されるアーク抑制機構とを
備える接触器であって、前記可動接点キャリアは、この
キャリア内に移動可能に取付けられる前記接点ブリッジ
と、前記接点ブリッジと前記可動接点キャリアの間に設
けられて前記接点ブリッジおよび前記可動接点を前記固
定接点の方に付勢する付勢機構とを有し、前記電磁コイ
ルは、第１エネルギー源により励磁されたとき前記アー
マチュアが電磁コイル内に引き寄せられて前記固定接点
に可動接点を接触させ、さらに、第１エネルギー源より
低い第２エネルギー源により励磁されると、前記アーマ
チュアを前記電磁コイル内に保持するように構成されて
おり、前記アーク抑制機構は、高い故障電流が発生した
とき、前記電磁コイルから前記アーマチュアを消勢して
前記固定接点から前記可動接点を開成し、別の流入パル
ス(in-rush pulse)が前記電磁コイルに再び加えられる
まで、前記可動接点が前記固定接点に再係合しないよう
にすることを特徴としている。
【００１５】また、本発明の別の構成によれば、少なく
とも１つの固定接点を有する接触器ハウジングと、この
接触器ハウジング内で移動可能となり、かつ上部エンク
ロージャーを有する可動接点キャリアと、この可動接点
キャリア内に取付けられかつ前記固定接点と関連して作
動し、開位置と閉位置の間に切換可能であり、閉位置に
おいて、固定接点と可動接点との間を電流が流れるよう
になっている少なくとも１つの可動接点と、前記可動接
点キャリアに取付けられたアーマチュアと、前記可動接
点キャリアの上部エンクロージャーと可動接点との間に
配置され、前記可動接点を前記固定接点の方に付勢する
可動接点付勢機構と、前記アーマチュアと前記接触器ハ
ウジングのベース部分との間に配置され、前記アーマチ
ュアを前記固定接点の方に付勢するアーマチュア付勢機
構と、前記接触器ハウジング内に取り付けられ、可動接
点と固定接点を係合させるために、前記アーマチュアを
電磁コイル内に吸引する作動力の所定値と、前記両接点
間の係合を維持するために少ない保持力の所定値とを有
する電磁コイルとを有する、可変する故障電流に耐える
接触器であって、低い故障電流が発生した場合には、接
点材料の溶着抵抗によって接点が溶着しないように補償
し、中間の故障電流が発生した場合には、可動接点を固
定接点から分離させ、両接点が、接点溶着しないように
十分冷却されるまで開位置を保持し、高い故障電流が発
生した場合には、前記作動力の所定値に達するエネルギ
ーパルスを加えるまで、前記アーマチュアを電磁コイル
から離脱させるように構成したことを特徴としている。
【００１６】さらに本発明の別の構成によれば、接点溶
着を防止する方法が開示される。この方法では、耐溶着
性材料からなる一対の接点を設け、これらの接点は、他
の接点に対して閉位置と開位置との間で移動可能となっ
ている。第１のエネルギー源により励磁される電磁コイ
ルは、接点が閉位置にあるとき、一対の接点間を通る電
路を作り出す。高い故障電流状態にあるとき、接点の表
面に強い圧縮力により接点が開く。また、中間の故障電
流状態にあるとき、接点は、この故障電流が消失するま
で一時的に開位置に留まり、冷却するまで十分な時間を
与えて、接点の溶着を防止する。
【００１７】２つの磁気部材間の距離を物理的に変化さ
せることにより、接点が閉じるまでの遅延時間が調整さ
れる。それゆえ、高い故障電流の後で、接点は、ブロー
オープンされ、第１のエネルギー源からの電力が電磁コ
イルに再度加えられて、作動力の所定値に打勝って接点
が引き付けられるまで接点は開位置に留まる。本発明に
おける種々の他の特徴、目的及び利点は、以下の詳細な
記述及び図面から明らかになるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１において、溶着防止型電磁接
触器１０が斜視図で示されている。この電磁接触器１０
は、図１４において後述するようにモータへの供給電流
を切換えるための電磁接触器を含んでいる。
【００１９】１つの実施形態では、接触器ハウジング１
２は、過負荷リレー(図示略)への接続を容易にするため
に設計されており、過負荷リレーは、モータ制御等の産
業用制御装置において作動するスタータに用いられる。
接触器に過負荷リレー等を固定するために、電磁接触器
１０のハウジング壁１８のスロット１６が設けられてい
る。ハウジング壁１８に配置された開口２３は、接触器
１０にリード線を接続することを容易にする。
【００２０】接触器１０は、プラットフォーム２４を有
し、このプラットフォームは、接触器壁１８の平面に直
交しかつ一体に組み立てられる。プラットフォーム２４
は、接触器の内側から外側に伸びる屈曲可能なコイル端
子２８を支持する支持体２６を含む。組立られると、過
負荷リレーは、プラットフォーム２４上に配置され、屈
曲可能なコイル端子２８に電気接続される。図示された
接触器は、３極構造であるが、本発明では、これに限定
されるものではない。
【００２１】図２において、可変する故障電流に耐える
接触器１０の分解図が示されている。この図において、
接触器１０は、接点キャリアアセンブリ３４を示すため
に、ハウジングカバー３０と、アーク圧力抑制機構、即
ち、アークシールド３２が外されている。ねじ３６は、
接触器ハウジング１２にハウジングカバー３０を固定す
るものである。接点キャリアアセンブリ３４は、接触器
ハウジング１２内に摺動可能に取付けられている。一対
の内部ハウジングガイド壁３８は、高い故障電流が生じ
た場合に、後述するように、接点キャリアアセンブリ３
４の停止機構を与える。ガイドタブ４０は、接触器１０
に取り付ける間、ハウジングカバー３０との整合を適切
にする。
【００２２】アークシールド３２は、アークシールドの
閉じ込め領域内で発生する電気アーク及びガスを含むた
めに、各組の接点を取り囲む。また、アークシールドが
あることで、プラスチックハウジングを保護し、接点間
のアークをシールドに導く。好ましい実施形態では、ア
ークは、接触器ハウジング１２に固定された一対のアー
クシールド３２により閉じ込められる。３極接触器にお
いて全体で６つのアークシールドが各組の接点を取り囲
む。
【００２３】図３において、接点キャリアアセンブリ３
４の分解図が示されている。接点キャリアアセンブリ３
４は、可動接点キャリア４４を有し、このキャリアは、
上方に伸びる一対の側部４８を有する、３つの上部エン
クロージャー４６を備えている。接点キャリアアセンブ
リ３４は、図２の接触器ハウジング１２内で移動可能に
取付けられている。
【００２４】可動接点キャリア４４と接点は、接点開位
置の不作動状態と接点閉位置の作動状態との間で切換え
可能である。閉位置の状態は、公知の方法で、一組の可
動接点５０が一組の固定接点４２と連動して作動し、こ
の接点間に電流を流すことを可能にする。各組の可動接
点５０は、可動接点キャリア４４の窓５４内を移動する
接点ブリッジ５２に取付けられる。可動接点５０と接点
ブリッジ５２は、接点が閉位置にあるとき、固定接点４
２の組に対して、図７で最もよく示すように、可動接点
キャリア４４の上部エンクロージャー４６と可動接点５
０を支持する接点ブリッジ５２の間に位置する付勢機
構、即ち、ばねによって付勢される。
【００２５】図３において、第１磁気部材６２は、各接
点ブリッジ５２の周りに置かれ、組立てられたとき、ブ
リッジ５２と窓５４の下方表面との間に配置される。第
１磁気部材６２は、可動接点５０と接点ブリッジ５２と
ともに、上部エンクロージャー４６に向けて上方に摺動
可能である。第２磁気部材６４の組は、可動接点５０が
接点の閉位置にあるとき、第１磁気部材６２から所定の
距離離れており、可動接点５０と上部エンクロージャー
４６の間の上方に伸長する側部４８に固定される。
【００２６】可動接点キャリア４４における上方伸長側
部４８の各々は、第２磁気部材６４を受け入れて固定保
持するためのスロット６６，６８を有する。一対のねじ
６９は、アーマチュア７０を可動接点キャリア４４に固
定する。ガイドピン７１が、図５において、より良く説
明されているようにアーマチュア７０に取り付けられ
る。
【００２７】図１の３−３線に沿って見た上面図である
図４において、可変する故障電流に対して溶着を防止す
る型式の接触器１０が、ハウジングカバーを外して示さ
れている。ハウジングカバー用のねじ３６は、接触器１
０の中央位置７６から径方向に対向配置され、接触器ハ
ウジング１２にハウジングカバーを被せることを容易に
する。接点ブリッジ５２の各々は、平行に配置され、か
つその中心に接点を付勢するばね６０が設けられてい
る。この付勢用ばね６０は、可動接点キャリアに固定さ
れ、可動接点を固定接点に対して付勢する。リード線
(図示略)は、ハウジング開口２３を介して接触器ハウジ
ング１２内に入り、導体８０にラグ７９を介して固定さ
れる。この導体８０は、接点４２，５０が閉位置にある
とき、接触器１０を介して電流が容易に流れる。
【００２８】図５において、図４の４−４線に沿って見
た接触器１０の長手方向断面図が示されている。この接
触器１０は、電磁コイル８２が励磁する前の常開作動位
置を示しており、接点４２，５０が分離して開いてい
る。電磁コイル８２は、接触器ハウジング１２に固定さ
れ、最初に、所定値の作動力またはそれ以上の作動力を
与える第１エネルギー源または流入パルスを受け入れる
ように構成されている。この作動力は、アーマチュア７
０を電磁コイル８２内に引き寄せる力である。
【００２９】アーマチュア７０に固定される可動接点キ
ャリア４４は、電磁コイル８２に向けて引き寄せられ
る。ばね６０により固定接点４２に向かって付勢される
可動接点５０は、固定接点４２に接続されように配置さ
れ、電流路を形成する。電磁コイル８２の励磁の後、Ｐ
ＷＭ保持電流等の第２エネルギー源は、第１エネルギー
源よりも低く、電磁コイル８２に供給される。この第２
エネルギー源は、電磁コイルの減じた保持力の所定値(r
educed holding power threshold)またはそれ以上の値
であり、保持力がなくなるまで、または高い故障電流が
発生するまで、電磁コイル８２内にあるアーマチュア７
０の位置を維持する。従って、減じた所定値の保持力が
なくなると、作動力の所定値(activation power thresh
old)を越える流入パルスが再発生するまでコイルからア
ーマチュアが離脱したままになる。高い故障電流の発生
とアーマチュア７０の離脱によって、高い故障電流が接
点４２，５０を通過すると、接触器が開く。
【００３０】電磁コイル８２は、通常の方法で、コイル
巻線８２によって取り囲まれた磁石アセンブリ８６を含
み、接触器ハウジング１２のベース部分８８上に配置さ
れている。磁石アセンブリ８６は、一般的に、固体の鉄
部材である。好ましくは、電磁コイル８２は、直流によ
って駆動され、上述したように流入パルスが発生した
後、電流を制限するために、パルス幅変調回路によって
制御される。コイルが励磁されると、磁石アセンブリ８
６は、可動接点キャリア４４に接続されているアーマチ
ュアを引き寄せる。アーマチュア７０とともに可動接点
キャリア４４は、ガイドピン７１を有する磁石アセンブ
リ８６に向けて案内される。
【００３１】ガイドピン７１は、可動接点キャリア４４
に取り付けられているアーマチュア７０に圧入または硬
く固定される。ガイドピン７１は、磁石アセンブリ８６
内のガイド表面９４に沿って摺動可能である。単一のガ
イドピンは、中心に配置され、スムーズな動きを与える
ために用いられ、かつアーマチュア７０および可動接点
キャリア４４の経路で磁石アセンブリ８６を前後に移動
するときも用いられる。
【００３２】可動接点キャリア４４は、キャリア上端部
９６で接触器ハウジング１２上の内部壁９７，９８によ
って案内される。ガイドピン７１は、アーマチュア付勢
機構又はアーマチュアのリターン用弾性ばね９９によっ
て部分的に取り囲まれ、このばねは、可動接点キャリア
４４が磁石アセンブリ８６の方に移動するとき圧縮され
る。アーマチュアのリターン用ばね９９は、磁石アセン
ブリ８６とアーマチュア７０との間に配置され、可動接
点キャリア４４とアーマチュア７０を磁石アセンブリ８
６から離すように付勢する。一対の接触器ブリッジ止め
１００は、高い故障電流の発生時、図１３により詳細に
説明されるように、接点ブリッジ５２をアークシールド
３２の方へ移動させることを制限する。
【００３３】ガイドピン７１とアーマチュアのリターン
用ばね９９の組み合わせにより、可動接点キャリア４４
の下方への移動を促進させ、接点の閉位置にある間に起
こる傾斜またはロッキングを防止する。アーマチュア７
０とともに可動接点キャリア４４が励磁された磁石アセ
ンブリ８６の方に引き寄せられると、アーマチュア７０
は、リターン用ばね９９に抗して圧縮力を発揮する。ガ
イドピン７１とともに可動接点キャリア４４とアーマチ
ュア７０が、ガイド表面９４に沿って移動して、可動接
点キャリア４４のための移動経路を与える。
【００３４】図６において、接触器１０の横方向断面図
では、電磁コイル８２を励磁する前の常開作動位置が示
されている。最初、アーマチュア７０は、アーマチュア
とコアの間に分離を生じるハウジングストップ１０２に
向けてアーマチュアが磁石アセンブリ８６から離れるよ
うに、アーマチュアのリターン用弾性ばね９９によって
付勢される。接点キャリアアセンブリ３４は、また、ア
ーマチュア付勢機構９９により磁石アセンブリ８６から
離れて移動する。この付勢機構９９は、可動接点５０と
固定接点４２間の分離を作り出し、接点４２，５０を流
れる電流の流れを防止する。接点ブリッジ５２と第２磁
性部材６４の各々の間に配置されたばね６０を付勢する
ことにより、各組の接点４２，５０が、最大に伸びて第
１磁気部材６２と第２磁気部材６４と間に最大のスペー
ス６１を生じる。
【００３５】図７は、図４と同様に、接触器１０の長手
方向断面図であり、接点４２，５０は閉位置を示してい
る。接触器１０は、電磁コイル８２が励磁された後の常
閉作動位置にある。アーマチュア７０は、第１エネルギ
ー源または流入パルスによって電磁コイル８２内に引き
寄せられ、第２エネルギー源またはＰＷＭ保持電流によ
ってコイル内に維持される。可動接点キャリア４４は、
電磁コイル８２の方にシフトされ、可動接点キャリア４
４の上端部９６とハウジングカバー３０との間に、一般
的に参照番号１０３で示される空間を生じさせる。ばね
６０は、圧縮されて、磁気部材６２，６４間の空間６１
を減少させる。接触器ハウジング１２は、導体８０に取
付けられた固定接点の組を有する。閉位置では、可動接
点５０は、固定接点４２、導体８０、及び接点ブリッジ
５２を通る電流を導くように配置される。開位置では、
電流経路は遮断される。
【００３６】接点４２，５０は、接点の溶着を防止する
銀酸化物材料からなることが望ましい。低い故障電流の
状態下では、銀酸化物材料の接点は、ピーク値で2500〜
3000アンペアまでの電流範囲を有するアークに対抗でき
る。１つの好ましい実施形態では、接点４２，５０は、
低い故障電流の状態下で接点の溶着をなくすための銀と
錫の酸化物材料からなる。別の実施形態では、銀と錫の
酸化物材料は、銀合金に内部酸化処理または共有押出し
成形処理を施すことにより形成される。好ましい銀と錫
の酸化物材料は、ＥＭＢ12であり、この材料は、フラン
スのクービル−スール−ウール(Courville-Sur-Eure)に
在所するメタロール(Metalor)・コンタクツ・フランス
・ソシエテアノニムから市販され、概略、錫酸化物（Sn
O2）10％、ビスマス酸化物(Bi2O3)２％、及び残りが銀
（Ag）と不純物を有するものである。さらなる実施形態
では、接点４２，５０は、銀ととカドミニウムの酸化物
から作ることもできる。
【００３７】図８は、通常作動状態である常閉位置にあ
る接触器１０の横方向断面図であり、電磁コイル８２
は、励磁されて、アーマチュア７０がコイル内に引き寄
せられた後の状態で、ハウジングストップ１０２から最
も離れた位置にある。可動接点５０は、可動接点付勢機
構６０によって固定接点４２に向けて付勢され、接点４
２，５０を閉位置に維持し、電流の流れを可能にする。
固定接点４２は、導体８０上に配置され、接点４２，５
０の閉位置の間、可動接点５０との整合を可能する。ガ
イドピンをベース部分８８に向けて下降させることによ
り、可動接点キャリア４４をガイドピン７１と同一方向
に移動させ、可動接点付勢機構６０を圧縮する。
【００３８】図９は、図８の一部拡大図であり、常閉作
動位置にある磁気部材６２，６４を有する可動接点キャ
リア４４を示している。低い故障電流状態下では、接点
溶着は、接点が時々ブローオープンされるとしても接点
の材料によって防止される。この材料は、これらの低い
故障電流において溶着を防止する。ばね６０は、第１磁
気部材６２を第２磁気部材６４から離すように付勢し、
その間にギャップを形成して、電磁コイル８２の初期励
磁の前に最大のギャップにする。コイル８２の初期励磁
の後、ギャップ６１は、ばね６０の圧縮により減少し、
第１、第２磁気部材６２，６４がより近づくように移動
する。
【００３９】図１０は、図４及び図６と同様に、接触器
１０の長手方向断面図を示す。この図は、電磁コイル８
２の励磁後、中間の故障電流状態を示している。一般的
に、接触器の寸法によるけれども、中間の故障電流は、
ピーク値で3000〜7500アンペアまでの電流範囲に対して
生じるものである。
【００４０】中間故障電流は、接触器１０における接点
表面を横切る高い圧縮力を発生させることができる。こ
のような高い圧縮力は、接点付勢機構６０に打勝ち、接
点４２，５０間のブローオープンを導く。アーマチュア
７０は、減じられた保持電流により電磁コイル８２内に
留まる。この保持電流は、パルス幅変調されたパワー源
であることが望ましい。即ち、コイル８２は、励磁され
るが、可動接点５０は、固定接点４２から離れるブロー
オープンとなる。ブローオープンとなった後、接点４
２，５０は、電流ゼロ後に中間の故障電流が消失するの
に続いて付勢機構６０によって再閉位置になるまで、磁
気部材６２，６４間に働く磁気的な吸引力により、僅か
にミリ秒の間、分離するように引っ張られ、そして、互
いに離れたまま開位置に留まる。
【００４１】図１１において、図９と同様に図１０の一
部拡大図が示されている。接点が中間あるいは高い故障
電流によりブローオープンした後、ばね６０は、圧縮さ
れ、第１磁気部材６２と第２磁気部材６４の間のギャッ
プが最小にある。このような状態でアークが発生する
と、磁気部材間の磁気力の増大により磁気部材６２，６
４がラッチされる状態となる。アーマチュア７０は、電
磁コイル８２内に留まってそれを減少した保持電流によ
り維持される。可動接点５０は、故障電流が消失した
後、所定時間、磁気部材６２，６４によって開位置に保
持される。これにより、中間故障電流の状態中、接点４
２，５０の溶着が防止される。故障電流状態後に接点を
閉位置にするためのこの遅延時間は、移動範囲と共に、
磁界消失のための時間に依存する。
【００４２】図１２において、図５，図７，および図１
０と同様な接触器１０の長手方向断面図が示され、この
図では、接点４２，５０間を流れる高い故障電流からブ
ローオープンされた後の状態を示す。アークシールド３
２は、接触器ハウジング１２に固定され、これにより、
接点４２，５０が閉位置となり、アークシールド３２の
シールドされる部分内でアークが生じることの結果、発
生した電気アーク及びホットガスを包含する。包含され
たガスは、シールド３２内の圧力を上昇させ、接点４
２，５０の表面を横切るアークは、付勢機構６０に打勝
って更に接点を分離させる。さらに、接触器の大きさ及
び利用によるけれども、高い故障電流は、一般的に、ピ
ーク値で7500アンペア以上の電流値を有する。
【００４３】高い故障電流によって発生したこの圧縮力
とアーク圧力は、接点４２，５０を切り離しそして、可
動接点５０をプッシュして、付勢ばね力に打勝つような
力及び電磁コイルの吸引力のような力を用いて、アーマ
チュア７０を電磁コイル８２から離す。この分離は、最
初の励磁の後、コイルに供給される低電力により、少な
くとも部分的に達成される。
【００４４】図６および図８で示されるハウジングスト
ップ１０２は、電磁コイル８２から離れるアーマチュア
７０の動きを制限する。電磁コイル８２から離れるアー
マチュア７０のシフト移動は、第１エネルギー源を再び
加えるまで、接点４２，５０は、互いに閉位置になるこ
とを防止する。
【００４５】図１３は、図９と同様な方法における図１
２に示した接点配置を示す詳細図であり、接点間を高い
故障電流が流れた後の状態を示している。接点がブロー
オープンされると、アーマチュア７０と可動接点キャリ
ア４４は、電磁コイル８２から離れるようにシフトさ
れ、接点４２，５０間の係合が、第１エネルギー源が再
び加えられるまで防止される。
【００４６】即ち、接触器は、手動で再励磁されるま
で、ブローオープンされる。接点ブリッジのストップ１
００は、磁気部材６２，６４を分離させ、また、付勢機
構６０の圧縮による減少させるように、電磁コイル８２
から離れる接点ブリッジ５２の動きを制限する。流入パ
ルスを再び加えることにより、上述したように、接触器
１０の連続した作動のためにアーマチュア７０を電磁コ
イル８２内に引き戻す。
【００４７】図１４において、本発明に従うブロック図
が示されている。種々の制御回路とマイクロプロセッサ
を集合して、コントローラ１０８が示され、このコント
ローラは、パルス幅変調を用いて接触器１０に直流制御
を与える。このパルス幅は、コントローラ１０８によっ
て調整することが可能であり、流入パルスを用いて電磁
コイル８２を始動させ、アーマチュア７０をコイル８２
内に引き寄せて接触器１０を閉じる。より低いＰＷＭ保
持電流が連続動作中に加えられると、アーマチュア７０
の位置を保持できる。接触器１０は、電源１１０とモー
タ１１２間の電路を開閉するように設計されている。過
負荷リレー１１４は、一般的に、接触器１０とモータ１
１２との間に配置され、接触器１０と一緒にスタータ１
１６を形成する。回路遮断器１１８は、電源１１０から
の不均一な電力に対してスタータ１１６とモータ１１２
を保護する。
【００４８】接触器の作動を以下に記述する。図１４の
電源１１０は、コントローラ１０８を制御してエネルギ
ーを発生させる。最初の第１エネルギー源または流入パ
ルスは、コントローラ１０８によって、電磁コイル８２
を励磁するために所定値の作動力またはそれ以上の値の
作動力が作り出され、アーマチュア７０を電磁コイル８
２内に引き入れる。アーマチュア７０が電磁コイル８２
内に下方に向けて引き入れられると、作動力よりも少な
い減じた保持力の所定値またはそれ以上の値である第２
エネルギー源またはＰＷＭ保持電流が発生し、コイル８
２内でのアーマチュア７０の位置を維持する。電磁コイ
ル８２内のアーマチュア７０の位置決めと、付勢機構６
０によって、接点４２，５０を閉位置にさせる。
【００４９】低い故障電流の下で、接点は、ブローオー
プンされ、接点間を横切るアークが生じる。低い故障電
流は、接点の材料によって補償されており、接点は、上
述したように、このような低い故障電流範囲に対する溶
着を防止するように設計されている。電流は、接点を溶
着することなく接触器１０を通って流れる。
【００５０】高い故障電流を導く状態では、接点がブロ
ーオープンされ、これらの接点４２，５０は、互いに一
時的に切り離される。故障電流の発生の結果として生じ
る磁気力が、第１磁気部材６２を固定の第２磁気部材６
４の方に引き寄せ、これにより、接点を開くかまたはブ
ローオープン状態の開放を促進する。そして、接点が十
分に冷却されるまで故障電流状態中、接点を開いたまま
に維持する。再度、接点４２，５０は、ともに溶着が防
止される。
【００５１】好ましい実施形態では、第１磁気部材６２
はＵ形状である。しかし、第２磁気部材６４も同様にＵ
形状とすることができ、第１磁気部材６２をＵ形状また
は平面とすることもできる。接点４２，５０が開位置に
あるとき、第１、第２磁気部材が故障電流状態時に互い
に引き付けられるように、２つの磁気部材６２，６４が
物理的に互いに閉じた関係となる限りは、他の形状も適
合する。
【００５２】他の実施形態では、磁気部材６２，６４
は、高い磁束密度を有する材料から構成される。この高
い磁束密度の材料により、電流がゼロになった後、接点
４２，５０を閉じる前により長い遅延時間を可能にす
る。更に別の実施形態では、接点を閉じるタイミングを
遅らせるために、２つの磁気部材６２，６４間の物理的
ギャップ（図９）を変えることによって調整することが
できる。磁気部材６２，６４は、故障状態中、溶着から
接点４２，５０を適切に保護できるようなスチールプレ
ートを含むことができ、同時に、部品費用と修正費用の
両方に対して、接触器１０に対する費用を最小にするこ
とができる。
【００５３】高い故障電流の状態下で、接触器１０がブ
ローオープンした後、アーマチュア７０と可動接点キャ
リア４４は、電磁コイル８２から離れるようにシフトさ
れ、第１エネルギー源が再び加えられるまで接点４２，
５０間の更なる係合を防止する。第１エネルギー源を再
び加える前に、電流は、接触器１０を流れることはでき
ない。再度エネルギーが加えられた後、接点４２，５０
は、共に溶着することはない。接点ブリッジストップ１
００は、磁気部材６２，６４を分離させ、かつ付勢機構
６０の圧縮による減少により、電磁コイル８２から離れ
る接点ブリッジ５２の移動を制限する。
【００５４】従って、本発明は、電磁接触器における種
々の故障電流状態下での接点溶着を防止する方法を含ん
でいる。この方法は、一対の可動接点を設け、可動接点
は、固定接点の組との関係で閉位置と開位置との間で移
動可能となっている。一対の磁気部材は、中間の故障電
流の状態後、ある時間の間、接点を引き離すように設け
られる。この方法は、第１エネルギー源を用いてコイル
を励磁し、接点が閉位置にあるとき、接点を流れる電路
を作り出す。本発明は、接点間を分離して、中間及び高
い故障電流の状態下で接点が溶着しないようにする。接
点が開放され、かつ故障電流が消失されると、本発明で
は、所定の時間、接点を分離した状態に維持することが
できる。この所定時間は、磁気部材に対して用いられた
材料と関連した磁束密度または、上述した磁気部材間の
物理的距離のいずれかに依存する。
【００５５】磁気部材間の距離を物理的に変えることに
より、接点が閉じるまでの遅延時間が磁気部材間のギャ
ップを調整することにより調整される。この方法におい
て、接点を閉じる前に冷却するための十分な時間が与え
られ、接点の溶着を防止する。接点を比較的早く開放す
ることにより、故障電流状態中、接点を流れる電流は制
限される。また、接点は、電流がゼロになり、接点が十
分冷却されるまで、磁気部材によって開位置にラッチさ
れる。高い故障電流状態では、接点間が分離され、かつ
磁気部材によって開位置に接点が保持されるのみなら
ず、故障電流が所定値を超える場合コイルからの慣性力
でブローオープンすることにより、アーマチュアが引き
離され、別の第１エネルギー源が加えられ、アーマチュ
アをコイル内に引き寄せ、そして接触器を閉じるまで、
接触器は開放される。
【００５６】これまで、本発明の好ましい実施形態につ
いて説明してきたが、本発明は、ここに記載した実施形
態に限定されるものではなく、種々の変更及び修正を含
み、添付された特許請求の範囲またはその技術的思想か
ら逸脱しない上述の記載を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う溶着防止の電磁接触器の斜視図で
ある。
【図２】カバーとアークシールドを取り除いて、可動接
点キャリアと内部部品を示す図１の接触器の分解図であ
る。
【図３】図２の接触器の一部を示す分解図である。
【図４】図１の３−３線に沿って見た接触器の上面図で
ある。
【図５】電磁コイルを励磁する前の常開位置における接
触器を用いて図３の４−４線に沿って見た接触器の長手
方向断面図である。
【図６】電磁コイルを励磁する前の常開位置における接
触器を用いて図４の５−５線に沿って見た接触器の横方
向断面図である。
【図７】電磁コイルを励磁後の通常作動状態下における
閉位置での接触器を示す図５と同様に見た接触器の長手
方向断面図である。
【図８】電磁コイルを励磁後の通常作動状態下における
閉位置での接触器を示す図６と同様に見た接触器の横方
向断面図である。
【図９】通常作動状態下の磁気部材間の空間を示す図８
の８−８線に沿って見た部分拡大図である。
【図１０】ラッチされた開位置にある両接点を示す中間
故障電流から高い故障電流を吹き払った後の図５と同様
の接触器の長手方向断面図である。
【図１１】磁気部材間の空間が最小でかつ両接点が開い
ている状態を示す図９と同様の部分拡大図である。
【図１２】高い故障電流によりブローオープンした後、
接点が開いた状態で半ラッチ状態を示す図５と同様の接
触器の長手方向断面図である。
【図１３】高い故障電流によりブローオープンした後、
接点が開いた状態で半ラッチ状態で、さらに、磁気部材
が分離したことを示す図９と同様の部分拡大図である。
【図１４】本発明に従うシステムのブロック図である。
【符号の説明】 １０ 接触器 １２ 接触器ハウジング １６ スロット １８ ハウジング壁 ３０ ハウジングカバー ３２ アーク抑制機構 ３４ 接点キャリアアセンブリ ４２ 固定接点 ４４ 可動接点キャリア ４６ 上部エンクロージャー ５０ 可動接点 ５２ 接点ブリッジ ６０ ばね ６１ ギャップ ６２ 第１磁気材料 ６４ 第２磁気材料 ７０ アーマチュア ８０ 導体 ８２ 電磁コイル １０８ コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｈ 50/54 Ｈ０１Ｈ 50/54 Ｅ (72)発明者 シン シュウ アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53005 ブルックフィールド アルフレッド ス トリート 945 (72)発明者 マイケル トーマス リトル アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53224 ミルウォーキー フスティス ストリー ト ウエスト 8905 Ｆターム(参考） 5G050 AA01 AA10 CA05 DA05 5G057 AA16 BB04 BC02 BD04

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】接触器ハウジング（12）と、 この接触器ハウジング内に取付けられた少なくとも１組
    の固定接点（42）と、 少なくとも１組の可動接点（50）を有する接点ブリッジ
    （52）と、 前記接触器ハウジング（12）内に摺動可能に取付けられ
    た可動接点キャリア（44）と、 この可動接点キャリアに固定されたアーマチュア（70）
    と、 前記接触器ハウジング（12）内に取り付けられた電磁コ
    イル（82）と、 前記固定接点と可動接点の周りに配置されるアーク抑制
    機構（32）と、を備える接触器（10）であって、 前記可動接点キャリア（44）は、このキャリア内に移動
    可能に取付けられる前記接点ブリッジ（52）と、前記接
    点ブリッジと前記可動接点キャリア（44）の間に設けら
    れて前記接点ブリッジおよび前記可動接点（50）を前記
    固定接点（42）の方に付勢する付勢機構（60）とを有
    し、 前記電磁コイル（82）は、第１エネルギー源により励磁
    されたとき前記アーマチュア（70）が電磁コイル（82）
    内に引き寄せられて前記固定接点（4 2）に可動接点（5
    0）を接触させ、さらに、第１エネルギー源より低い第
    ２エネルギー源により励磁されると、前記アーマチュア
    （70）を前記電磁コイル（82）内に保持するように構成
    されており、 前記アーク抑制機構（32）は、高い故障電流が発生した
    とき、前記電磁コイル（82）から前記アーマチュア（7
    0）を離脱させて前記固定接点（42）から前記可動接点
    （50）を開放し、別の流入パルスが前記電磁コイル（8
    2）に再び加えられるまで、前記可動接点（50）が前記
    固定接点（42）に再係合しないようにすることを特徴と
    する接触器。
  2. 【請求項２】さらに、コントローラ（108）を含み、こ
    のコントローラは、接触器（10）を閉成するために第１
    エネルギー源を供給し、一旦閉成されると、第１エネル
    ギー源よりも低い第２エネルギー源を供給して、前記接
    触器（10）の閉成を維持することを特徴とする請求項１
    記載の接触器。
  3. 【請求項３】前記コントローラ（108）は、パルス幅変
    調制御器であることを特徴とする請求項２記載の接触
    器。
  4. 【請求項４】アーク抑制機構（32）は、前記可動及び固
    定接点（50,42）を取り囲むアークシールドを含み、高
    い故障電流によって発生したアークは、アークシールド
    内に集中し、第２エネルギー源によって生じた電磁コイ
    ル（82）の吸引力に打ち勝つ力により、前記固定接点
    （42）から前記可動接点（50）及び可動接点キャリア
    （44）を分離することを特徴とする請求項２記載の接触
    器。
  5. 【請求項５】さらに、固定接点（42）を囲うために前記
    接触器ハウジング（12）に固定されるアークシールドを
    含み、このシールド内にガスを封じ込め、これにより、
    高いアーク電流の下で圧力を高めて前記固定接点（42）
    から前記可動接点（50）を分離することを特徴とする請
    求項１記載の接触器。
  6. 【請求項６】第１、第２磁気部材（62,64）を更に含
    み、第１磁気部材（62）は、可動接点（50）の組と隣接
    しかつ移動可能であり、第２磁気部材（64）は、可動接
    点キャリア（44）に強固に取付けられ、接触器（10）を
    流れる中間故障電流が、前記第１、第２磁気部材（62,6
    4）間に吸引磁気力を発生し、固定接点（42）の組から
    可動接点（50）の組を一時的に分離させるようにしたこ
    とを特徴とする請求項１記載の接触器。
  7. 【請求項７】固定および可動接点（42,50）は、中間故
    障電流の消失後、前記固定及び可動接点（42,50）が、
    接点溶着を避けるために十分に冷却された時点で、自動
    的に再係合することを特徴とする請求項６記載の接触
    器。
  8. 【請求項８】第１、第２磁気部材（62,64）は、その間
    にギャップ（61）を形成し、中間故障電流の発生後に、
    前記固定及び可動接点（42,50）が開位置にあるとき、
    前記ギャップは、前記第１、第２磁気部材（62,64）が
    溶着しないように十分離れていることを特徴とする請求
    項６記載の接触器。
  9. 【請求項９】第１、第２磁気部材（62, 64）は、高い
    残留磁束を有する材料から構成され、所定の時間で故障
    電流が消失した後、固定および可動接点が開位置を維持
    することを特徴とする請求項６記載の接触器。
  10. 【請求項１０】少なくとも１組の固定接点（42）と少な
    くとも１組の可動接点（50）は、銀酸化物材料、銀と錫
    の酸化物材料、及び銀とカドミニウムの酸化物の１つか
    ら構成されることを特徴とする請求項１記載の接触器。
  11. 【請求項１１】銀と錫の酸化物材料は、銀合金に内部酸
    化処理または共有押出し成形処理を施すことにより形成
    され、この酸化物材料は、概略、錫酸化物（SnO2）10
    ％、ビスマス酸化物(Bi2O3)２％、及び残りが銀（Ag）
    と不純物を有することを特徴とする請求項１０記載の接
    触器。
  12. 【請求項１２】少なくとも１つの固定接点（42）を有す
    る接触器ハウジング（12）と、 この接触器ハウジング内で移動可能となり、かつ上部エ
    ンクロージャー（46）を有する可動接点キャリア（44）
    と、 この可動接点キャリア内に取付けられかつ前記固定接点
    （42）と関連して作動し、開位置と閉位置の間に切換可
    能であり、閉位置において、固定接点と可動接点との間
    を電流が流れるようになっている少なくとも１つの可動
    接点（50）と、 前記可動接点キャリア（44）に取付けられたアーマチュ
    ア（70）と、 前記可動接点キャリア（44）の上部エンクロージャー
    （46）と可動接点（50）との間に配置され、前記可動接
    点（50）を前記固定接点（42）の方に付勢する可動接点
    付勢機構（60）と、 前記アーマチュア（70）と前記接触器ハウジング（12）
    のベース部分との間に配置され、前記アーマチュアを前
    記固定接点（42）の方に付勢するアーマチュア付勢機構
    （99）と、 前記接触器ハウジング（1 2）内に取り付けられ、可動
    接点と固定接点を係合させるために、前記アーマチュア
    （70）を電磁コイル（82）内に吸引する作動力の所定値
    と、前記両接点（50,42）間の係合を維持するために少
    ない保持力の所定値とを有する電磁コイル（82）とを有
    する、可変する故障電流に耐える接触器（10）であっ
    て、 低い故障電流が発生した場合には、接点材料の溶着抵抗
    によって接点が溶着しないように補償し、 中間の故障電流が発生した場合には、可動接点（50）を
    固定接点（42）から分離させ、両接点（50,42）が、溶
    着しないように十分冷却されるまで開位置を保持し、 高い故障電流が発生した場合には、前記作動力の所定値
    に達するエネルギーパルスを加えるまで、前記アーマチ
    ュア（70）を電磁コイル（82）から離脱させるように構
    成したことを特徴とする接触器。
  13. 【請求項１３】可動接点（50）は、固定接点（42）への
    係合に続いて前記両接点（50,42）に高い故障電流が流
    れることを禁止するために、高い故障電流を吹き払う開
    放機構（62,64）をさらに有することを特徴とする請求
    項１２記載の接触器。
  14. 【請求項１４】さらに、コントローラ（108）を含み、
    このコントローラは、接触器（10）を閉成するために第
    １エネルギー源を供給し、一旦閉成されると、第１エネ
    ルギー源よりも低い、パルス幅変調されたエネルギー源
    としての第２エネルギー源を供給して、前記接触器（1
    0）の閉成を維持することを特徴とする請求項１２記載
    の接触器。
  15. 【請求項１５】接点材料の組成は、銀酸化物材料、銀と
    錫の酸化物材料、及び銀とカドミニウムの酸化物の１つ
    から構成されることを特徴とする請求項１２記載の接触
    器。
  16. 【請求項１６】接点材料の組成は、銀合金に内部酸化処
    理または共有押出し成形処理を施すことにより形成さ
    れ、この酸化物材料は、概略、錫酸化物（SnO2）10％、
    ビスマス酸化物(Bi2O3)２％、及び残りが銀（Ag）と不
    純物を有することを特徴とする請求項１５記載の接触
    器。
  17. 【請求項１７】第１、第２組の磁気部材（62,64）を更
    に含み、第１組の磁気部材（62）は、可動接点（50）と
    隣接しかつ移動可能であり、第２組の磁気部材（64）
    は、可動接点キャリア（44）に強固に取付けられ、接触
    器（10）を流れる中間および高い故障電流の下で、固定
    接点（42）から可動接点（50）を一時的に分離させるよ
    うにしたことを特徴とする請求項１２記載の接触器。
  18. 【請求項１８】可動接点（50）を固定接点（42）との係
    合から引き離し、続いて前記エネルギーパルスを付加す
    るまで、前記両接点（50,42）に高い故障電流を流すた
    めに、高い故障電流を吹き払う開放機構（62,64）をさ
    らに有することを特徴とする請求項１７記載の接触器。
  19. 【請求項１９】接触器に流れる故障電流により生じる接
    点溶着を防止する方法であって、 銀酸化物材料、銀と錫の酸化物材料、及び銀とカドミニ
    ウムの酸化物の１つから構成され、かつ少なくとも１つ
    の接点（50）が、固定接点（42）に関して閉位置と開位
    置との間を移動できるように配置した一対の接点（42,5
    0）を設け、 前記両接点が閉位置にあるとき、前記一対の接点（42,5
    0）を通過する電流路を作り出すために、作動力の所定
    値に達するエネルギーパルスを用いてコイル（82）を励
    磁し、 中間の故障電流が発生している間、固定接点（42）に可
    動接点（50）が溶着しないように両接点（50,42）が十
    分に冷却されるまで前記可動接点（50）を前記固定接点
    （42）に対して分離するように保持し、 前記作動力の所定値に達するエネルギーパルスを付加す
    るまで、前記可動接点（50）が固定接点（42）に係合し
    ないようにするために、高い故障電流下では、アーマチ
    ュア（70）をコイル（82）から離脱させる、各ステップ
    を有することを特徴とする方法。
  20. 【請求項２０】高い残留磁束密度を有する一対の磁気部
    材（62,64）を設けるステップをさらに含み、中間の故
    障電流が流れる間、一対の接点（42,50）を開位置に保
    持し、さらに、前記中間の故障電流が消散するまで前記
    可動接点（50）が閉成される時間を遅らせるように、一
    方の磁気部材（62）が可動接点（50）に取り付けられ、
    他方の磁気部材（64）が可動接点（50）から離れて取り
    付けられていることを特徴とする請求項１９記載の方
    法。
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