JP2012243583A - 電磁接触器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】所定間隔を保って配置された一対の固定接触子111,112及び当該一対の固定接触子に対して接離自在に配設された可動接触子130と、前記可動接触子130を駆動する電磁石ユニット200とを備えている。電磁石ユニット200は、プランジャ駆動部を囲む磁気ヨーク201,210と、先端が前記磁気ヨークに形成された開口を通じて突出され且つ復帰スプリングで付勢された可動プランジャ215と、該可動プランジャ215の突出端側に形成された周鍔部216を囲むように固定配置された前記可動プランジャ215の可動方向に着磁された環状永久磁石220とを備えている。
【選択図】図1
Description
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、複数の永久磁石を使用することなく1つの永久磁石で必要な磁力を確保するとともに、永久磁石の磁力を効率的に使用することができる電磁接触器を提供することを目的としている。
この構成によると、釈放状態で可動プランジャを環状永久磁石の磁力で吸引し、投入時にはU字状の磁気ヨーク及び上部磁気ヨークと可動プランジャとで磁路を形成することができる。
この構成によると、環状永久磁石の磁力が補助ヨークを介して直接可動プランジャの周鍔部に作用するので、漏れ磁束を抑制してより効率よく環状永久磁石の磁力を使用することができる。
この構成によると、永久磁石の厚みで可動プランジャのストロークを決定することができ、可動プランジャのストロークに影響する累積の部品点数や形状交差を最小限とすることができる。また、環状永久磁石の厚みと可動プランジャの周鍔部の厚みのみで可動プランジャのストロークを決定することができ、ストロークのバラツキを極小化することができる。
この構成によると、大電流の通電・遮断が可能となる。
また、環状永久磁石を可動プランジャの周鍔部を囲むように配置するので、吸引力を作用させる位置の近傍に環状永久磁石を配置することができ、環状永久磁石の磁力を効率的に使用することができる。
図1は本発明に係る電磁開閉器の一例を示す断面図、図2は消弧室の分解斜視図である。この図1及び図2において、10は電磁接触器であり、この電磁接触器10は接点機構を配置した接点装置100と、この接点装置100を駆動する電磁石ユニット200とで構成されている。
接点装置100は、図1及び図2から明らかなように、接点機構101を収納する消弧室102を有する。この消弧室102は、図2(a)に示すように、金属製の下端部に外方と突出するフランジ部103を有する金属角筒体104と、この金属角筒体104の上端を閉塞する平板状のセラミック絶縁基板で構成される固定接点支持絶縁基板105とを備えている。
また、固定接点支持絶縁基板105には、中央部に後述する一対の固定接触子111及び112を挿通する貫通孔106及び107が所定間隔を保って形成されている。この固定接点支持絶縁基板105の上面側における貫通孔106及び107の周囲及び下面側における角筒体104に接触する位置にメタライズ処理が施されている。このメタライズ処理を行うには、平面上に複数の固定接点支持絶縁基板105を縦横に配列した状態で、貫通孔106及び107の周囲及び角筒体104に接触する位置に銅箔を形成する。
絶縁カバー121は、上板部116及び中間板部117の内周面に沿うL字状板部122と、このL字状板部122の前後端部からそれぞれ上方及び外方に延長してC字状部115の上板部116及び中間板部117の側面を覆う側板部123及び124と、これら側板部123及び124の上端から内方側に形成された固定接触子111及び112の支持導体部114に形成された小径部114bに係合する嵌合部125とを備えている。
実際には、図4(a)に示すように、固定接触子111及び112を取付けた後の接点収納ケース102を、固定接点支持絶縁基板105を下側とした状態で、上方の開口部から絶縁カバー121を図3(a)〜(c)とは上下逆にした状態で、固定接触子111及び112間に挿入する。
このように、固定接触子111及び112のC字状部115に絶縁カバー121を装着することにより、このC字状部115の内周面では下板部118の上面側のみが露出されて接点部118aとされている。
因みに、アーク消弧用永久磁石143及び144を、図7(a)〜(c)に示すように、絶縁筒体140の外側に配置する場合には、固定接触子111及び112の接点部118aと可動接触子130の接点部130aとの対向位置までの距離が長くなり、本実施形態と同一の永久磁石を適用した場合に、アークを横切る磁束密度が少なくなる。
しかも、アーク消弧用永久磁石143及び144を固定接触子111及び112と可動接触子130の接点部との距離を短くするためには絶縁筒体140の前後方向の奥行きを狭くする必要があり、アークを消弧するための十分なアーク消弧空間を確保することができないという問題点がある。
電磁石ユニット200は、図1に示すように、側面から見て扁平なU字形状の磁気ヨーク201を有し、この磁気ヨーク201の底板部202の中央部に円筒状補助ヨーク203が固定されている。この円筒状補助ヨーク203の外側にプランジャ駆動部としてのスプール204が配置されている。
そして、スプール204の中央円筒部205内に、底部と磁気ヨーク201の底板部202との間に復帰スプリング214を配設した可動プランジャ215が上下に摺動可能に配設されている。この可動プランジャ215には、上部磁気ヨーク210から上方に突出する上端部に半径方向外方に突出する周鍔部216が形成されている。
ここで、永久磁石220の厚みTは、図8に示すように、可動プランジャ215のストロークLと可動プランジャ215の周鍔部216の厚みtとを加算した値(T=L+t)に設定されている。したがって、可動プランジャ215のストロークLが永久磁石220の厚みTで規制されている。
そして、釈放状態では、可動プランジャ215が復帰スプリング214によって上方に付勢されて、周鍔部216の上面が補助ヨーク225の下面に当接する釈放位置となる。この状態で、可動接触子130の接点部130aが固定接触子111及び112の接点部118aから上方に離間して、電流遮断状態となっている。
この釈放状態では、可動プランジャ215の周鍔部216が永久磁石220の磁力によって補助ヨーク225に吸引されており、復帰スプリング214の付勢力と相まって可動プランジャ215が外部からの振動や衝撃等によって不用意に下方に移動することなく補助ヨーク225に当接された状態が確保される。
g1<g2 且つ g3<g4
このため、可動プランジャ215の周鍔部216の下面と上部磁気ヨーク210の上面との間のギャップg1の磁束密度を高めることができ、より大きな吸引力を発生して、可動プランジャ215を復帰スプリング214の付勢力及び永久磁石220の吸引力に抗して下降させる。
この投入状態となると、図9(b)に示すように、可動プランジャ215の下端面がU字状の磁気ヨーク201の底板部202に近づくので、前述した各ギャップg1〜g4が下記のようになる。
g1<g2 且つ g3>g4
このため、ギャップg1及びギャップg4で大きな吸引力が作用して可動プランジャ215が下降位置に保持される。このため、可動プランジャ215に連結軸213を介して連結された可動接触子130の接点部130aが固定接触子111及び112の接点部118aへの接触状態が継続される。
今、固定接触子111が例えば大電流を供給する電力供給源に接続され、固定接触子112が負荷に接続されているものとする。
この状態で、電磁石ユニット200における励磁コイル208が非励磁状態にあって、電磁石ユニット200で可動プランジャ215を下降させる励磁力を発生していない釈放状態にあるものとする。この釈放状態では、可動プランジャ215が復帰スプリング214によって、上部磁気ヨーク210から離れる上方向に付勢される。
このため、可動プランジャ215に連結軸131を介して連結されている接点機構101の可動接触子130の接点部130aが固定接触子111及び112の接点部118aから上方に所定距離だけ離間している。このため、固定接触子111及び112間の電流路が遮断状態にあり、接点機構101が開極状態となっている。
この釈放状態から、電磁石ユニット200の励磁コイル208を励磁すると、この電磁石ユニット200で励磁力を発生させて、可動プランジャ215を復帰スプリング214の付勢力及び環状永久磁石220の吸引力に抗して下方に押し下げる。
このように、可動プランジャ215が下降することにより、可動プランジャ215に連結軸131を介して連結されている可動接触子130も下降し、その接点部130aが固定接触子111及び112の接点部118aに接触スプリング13の接触圧で接触する。
このとき、固定接触子111及び112と可動接触子130との間に可動接触子130を開極させる方向の電磁反発力が発生する。
しかしながら、固定接触子111及び112は、図1に示すように、上板部116、中間板部117及び下板部118によってC字状部115が形成されているので、上板部116及び下板部118とこれに対向する可動接触子130とで逆方向の電流が流れることになる。
このローレンツ力によって、固定接触子111及び112の接点部118aと可動接触子130の接点部130a間に発生する開極方向の電磁反発力に抗することが可能となり、可動接触子130の接点部130aが開極することを確実に防止することができる。
この接点機構101の閉極状態から、負荷への電流供給を遮断する場合には、電磁石ユニット200の励磁コイル208の励磁を停止する。
これによって、電磁石ユニット200で可動プランジャ215を下方に移動させる励磁力がなくなることにより、可動プランジャ215が復帰スプリング214の付勢力によって上昇し、周鍔部216が補助ヨーク225に近づくに従って環状永久磁石220の吸引力が増加する。
この開極開始状態となると、固定接触子111及び112の接点部118aと可動接触子130の接点部130aとの間にアークが発生し、このアークによって電流の通電状態が継続される。
したがって、アーク消弧用永久磁石143及び144の磁束がともに固定接触子111の接点部118a及び可動接触子130の接点部130a間と、固定接触子112の接点部118a及び可動接触子130の接点部130a間を可動接触子130の長手方向で互いに逆方向に横切ることになる。
また、消弧空間145では、その下方側及び上方側で、固定接触子111の接点部118a及び可動接触子130の接点部130a間の磁束の向きに対して下方側に及び上方側に磁束が傾くことになる。このため、傾いた磁束によってアーク消弧空間145に引き伸ばされたアークがアーク消弧空間145の隅の方向へさらに引き伸ばされ、アーク長を長くすることができ、良好な遮断性能を得ることができる。
このため、フレミングの左手の法則によって、可動接触子130の長手方向と直交し且つ固定接触子112の接点部118aと可動接触子130との開閉方向と直交してアーク消弧空間145側に向かう大きなローレンツ力Fが作用する。
また、アーク消弧空間145では、上述したように、その下方側及び上方側で、固定接触子112の接点部118a及び可動接触子130の接点部130a間の磁束の向きに対して下方側及び上方側に磁束が傾くことになる。
一方、電磁接触器10の投入状態で、負荷側から直流電源側に回生電流が流れている状態で、釈放状態とする場合には、前述した図6(b)における電流の方向が逆となることから、ローレンツ力Fがアーク消弧空間146側に作用し、アークがアーク消弧空間146側に引き伸ばされることを除いては同様の消弧機能が発揮される。
さらに、絶縁機能、アーク消弧用永久磁石143及び144の位置決め機能及びアーク消弧用永久磁石143及び144のアークからの保護機能を1つの絶縁筒体140で行うことができるので、製造コストを低減させることができる。
固定接点支持絶縁基板105の平面度、反りの抑制や管理も接点収納ケース102を桶状に形成する場合に比較して容易となる。さらに、接点収納ケース102を纏めて大量に製作することが可能となり、製作コストを低減させることができる。
このため、釈放状態における可動プランジャ215の固定を環状永久磁石220の磁力と復帰スプリング214の付勢力とで行うことができるので、誤動作衝撃に対する保持力を向上させることができる。
さらに、環状永久磁石220の内周面内に可動プランジャ215の周鍔部216を配置することにより、環状永久磁石220から生じる磁束を通す閉磁路に無駄がなく、漏れ磁束を少なくして永久磁石の磁力を効率的に使用することができる。
このため、可動プランジャ215のストークに影響する累積の部品数や形状公差を最小限とすることができる。しかも、可動プランジャ215のストローク調整を環状永久磁石220の厚み及び可動プランジャ215の周鍔部216の厚みのみで行うので、ストロークのバラツキを極小化することができる。
例えば、図11(a)及び(b)に示すように、支持導体部114にC字状部115における上板部116を省略した形状となるL字状部160を連結するようにしてもよい。この場合でも、固定接触子111及び112に可動接触子130を接触させた閉極状態で、L字状部160の垂直板部を流れる電流によって生じる磁束を固定接触子111及び112と可動接触子130との接触部に作用させることができる。このため、固定接触子111及び112と可動接触子130との接触部における磁束密度を高めて電磁反発力に抗するローレンツ力を発生させることができる。
また、上記実施形態においては、可動プランジャ215に連結軸131を螺合させる場合について説明したが、螺合に限らず、任意の接続方法を適用することができ、さらには可動プランジャ215と連結軸131とを一体に形成するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、消弧室102及びキャップ230で密封容器を構成し、この密封容器内にガスを封入する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、遮断する電流が低い場合にはガス封入を省略するようにしてもよい。
Claims (5)
- 所定間隔を保って配置された一対の固定接触子及び当該一対の固定接触子に対して接離自在に配設された可動接触子と、前記可動接触子を駆動する電磁石ユニットとを備え、
前記電磁石ユニットは、
プランジャ駆動部を囲む磁気ヨークと、
先端が前記磁気ヨークに形成された開口を通じて突出され且つ復帰スプリングで付勢された可動プランジャと、
該可動プランジャの突出端側に形成された周鍔部を囲むように固定配置された前記可動プランジャの可動方向に着磁された環状永久磁石と
を備えていること特徴とする電磁接触器。 - 前記磁気ヨークは、上部を開放し励磁コイルを巻装し且つ中央部に前記可動プランジャを可動可能に配置したスプールを支持する断面U字状の磁気ヨークと、該磁気ヨークの上部開放部に橋架された上部磁気ヨークとで構成され、前記上部磁気ヨークに前記可動プランジャを挿通する開口が形成され、該開口の周囲に前記環状永久磁石が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁接触器。
- 前記環状永久磁石は、前記上部磁気ヨークの外面における開口の周囲に配置され、前記上部磁気ヨークとは反対側に前記可動プランジャの前記周鍔部の前記上部磁気ヨークとは反対側に対向する補助ヨークを備えていることを特徴とする請求項2に記載の電磁接触器。
- 前記永久磁石の厚みが前記可動プランジャの周鍔部の厚みと当該可動プランジャのストロークとの和に設定されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の電磁接触器。
- 少なくとも前記固定接触子及び可動接触子と、前記可動プランジャとがガス封入容器内に配置されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の電磁接触器。
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