JP2012243589A - 電磁接触器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電磁接触器10は接点装置100と電磁石ユニット200とを備えている。接点装置100は、一対の固定接触子111,112にC字状接点部が形成され、C字状接点部内に可動接触子130の両端が接離可能に配置され、前記固定接触子及び前記可動接触子を囲む絶縁ケース140の内周面側にアーク消弧用永久磁石143,144が配設されている。電磁石ユニット200は、U字状の磁気ヨーク201と、その開放部に橋架された上部磁気ヨーク210と、前記磁気ヨークに配置された励磁コイル208を巻装したスプール204と、該スプールの中心部に配設され前記可動接触子と連結された可動プランジャ215と、該可動プランジャの先端側の周鍔部を囲むように前記上部磁気ヨーク210上に配置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、大電流を開閉する場合であっても、全体構成を小型化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、可動接触子が一対の固定接触子に接触している投入状態で、通電電流によって開極方向に働く電磁反発力に抗する大きなローレンツ力を発生させることができる。また、C字状部内に可動接触子の両端部が配置される関係で、投入状態から釈放状態に移行する際にアークが接点部間以外でも発生することになるが、この接点部以外のアークの発生を絶縁カバーによって抑制することができる。
この構成によると、絶縁ケースの内側にアーク消弧用永久磁石を配置したので、アーク消弧用永久磁石を一対の固定接触子及び可動接触子間のアーク発生部に近づけることができる。また、アーク消弧用永久磁石の一対の固定接触子の対面方向の外側に広いアーク消弧空間を形成することができ、アークの消弧を確実に行うことができる。
この構成によると、気密性を有する絶縁ケースへのL字状部又はC字状部を有する一対の固定接触子の固定を容易に行うことができる。
この構成によると、可動接触子に形成された凹部の分だけ接触スプリングの配置位置を低くすることができ、接点装置の可動接触子の可動方向の高さをより低くすることができる。
この構成によると、釈放位置にある状態で、励磁コイルを励磁したときに生じる磁束が通る磁路を確実に形成し、可動プランジャのフランジと上部磁気ヨークとの間の磁束密度を高めて、可動プランジャの吸引力を向上させることかできる。
また、接点収納ケース内にアーク消弧用永久磁石を可動接触子に沿う内周面側に配設したので、投入状態から釈放状態とする際に、一対の固定接触子と可動接触子との接点部に生じるアークを横切る磁束を発生させてアークを引き延ばし、永久磁石の一対の固定接触子の対向方向の外側に広いアーク消弧空間を形成することができ、必要なアーク長を確保してアークの消弧を確実に行うことができるという効果が得られる。
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に接触する位置に金属箔を形成する。
実際には、図4(a)に示すように、固定接触子111及び112を取付けた後の消弧室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。
このように、アーク消弧用永久磁石143及び144を絶縁筒体140の内周面側に配置することにより、アーク消弧用永久磁石143及び144を可動接触子130に近接させることができる。このため、両アーク消弧用永久磁石143及び144のN極側から出る磁束φが、図6(a)に示すように、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との対向部を左右方向に内側から外側に大きな磁束密度で横切ることになる。
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。
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。
また、可動プランジャ215の上端面には可動接触子130を支持する連結軸131が螺着されている。
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。
g1<g2 且つ g3<g4
g1<g2 且つ g3>g4
このため、励磁コイル208によって発生される磁束が、図9(b)に示すように、可動プランジャ215から周鍔部216を通って直接上部磁気ヨーク210に入り、この上部磁気ヨーク210からU字状の磁気ヨーク201を通り、その底板部202から直接可動プランジャ215に戻る閉磁路が形成される。
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。これと同時に、永久磁石220の磁力による吸引力が補助ヨーク225に作用されて、可動プランジャ215の周鍔部216が吸引される。このため、可動プランジャ215の周鍔部216の上面が補助ヨーク225の下面に当接している。
このように、釈放状態では、可動プランジャ215に復帰スプリング214による付勢力と環状永久磁石220による吸引力との双方が作用しているので、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降することがなく、誤動作を確実に防止することができる。
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。このため、固定接触子111及び112の下板部118が形成する磁界と可動接触子130に流れる電流の関係からフレミング左手の法則により可動接触子130を固定接触子111及び112の接点部118aに押し付けるローレンツ力を発生することができる。
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。
このため、固定接触子111の接点部118aと可動接触子130の接点部130aとの間では、図6(b)に示すように、電流Iが固定接触子111側から可動接触子130側に流れるとともに、磁束Φの向きが内側から外側に向かう方向となる。このため、フレミングの左手の法則によって、図6(c)に示すように、可動接触子130の長手方向と直交し且つ固定接触子111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、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。
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。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。
このとき、アーク消弧用永久磁石143及び144は絶縁筒体140に形成された磁石収納ポケット141及び142内に配置されているので、アークが直接アーク消弧用永久磁石143及び144に接触することがない。このため、アーク消弧用永久磁石143及び144の磁気特性を安定して維持することができ、遮断性能を安定化させることができる。
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。
このように、上記実施形態によると、接点装置100では、固定接触子111及び112のC字状部115と可動接触子130の接触圧を付与する接触スプリング134とが並列に配置されているので、前述した特許文献1に記載されているように固定接触子、可動接触子及び接触スプリング直列に配置する場合に比較して接点機構101の高さを短くすることができる。このため、接点装置100を小型化することができる。
固定接点支持絶縁基板105の平面度、反りの抑制や管理も消弧室102を桶状に形成する場合に比較して容易となる。さらに、消弧室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。
この第2の実施形態では、消弧室の構成を変更したものである。
すなわち、第2の実施形態においては、図10及び図2(b)に示すように、セラミックスや合成樹脂材によって角筒部301とその上端を閉塞する天面板部302とを一体成形して桶状体303を形成し、この桶状体303の開放端面側にメタライズ処理して金属箔を形成し、この金属箔に金属製の接続部材304をシール接合して消弧室102を構成している。
また、天面板部302には、前述した固定接点支持絶縁基板105と同様に、固定接触子111及び112を挿通する挿通孔306及び307が形成され、これら挿通孔306及び307に固定接触子111及び112が前述した第1の実施形態と同様に支持されている。
この第2の実施形態によると、絶縁材で一体成形された桶状体303で消弧室102を構成しているので、気密性のある消弧室102を少ない工数で容易に形成することができるとともに、部品点数を減少させることができる。
なお、上記第1及び第2の実施形態においては、固定接触子111及び112にC字状部115を形成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、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。
また、上記第1及び第2の実施形態においては、アーク消弧用永久磁石143及び144を保持する絶縁筒体140を一体成形した場合について説明したが、これに限定されるものではない。
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 (7)
- 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を内装した接点装置と、
前記接点装置の可動接触子に連結軸を介して連結された可動プランジャを駆動する励磁コイルを備えた電磁石ユニットとを備え、
前記接点装置は、所定間隔を保って固定配置された一対の固定接触子に互いの対面方向に所定長さ延長する接点部を有するL字状部が形成され、前記可動接触子の両端が前記L字状部の接点部に前記電磁石ユニットとは反対側で接離可能に配置された構成を有し、
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。 - 前記一対の固定接触子は、前記L字状部を、前記可動接触子の両端を挟んで対向する位置に対向板部を形成してC字状部とし、該C字状部の前記接点部を除く内周部にアーク発生を規制する絶縁カバーが装着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。
- 前記接点装置は、前記一対の固定接触子及び前記可動接触子が接点収納ケースで囲まれ、該接点収納ケースの前記可動接触子に沿う内周面側にアーク消弧用永久磁石が配設された構成を有することを特徴とする請求項1に記載の電磁接触器。
- 前記接点収納ケースは、一端が前記電磁石ユニットの上部磁気ヨークに気密に接合され、前記一対の固定接触子及び前記可動接触子を囲む金属製筒体と、該金属製筒体の開放端面を気密に閉塞して接合され、且つ前記一対の固定接触子を支持する固定接点支持絶縁基板と、前記金属製筒体の内周面に配設された絶縁筒体とで構成されていることを特徴とする請求項2に記載の電磁接触器。
- 前記可動接触子は、前記可動プランジャに連結された連結軸の先端に形成されたフランジ部に接触スプリングを介して可動可能に配設され、前記連結軸に支持され前記接触スプリングを受ける中央部が前記電磁石ユニット側に突出する凹部とされていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の電磁接触器。
- 前記電磁石ユニットは、上部を開放した断面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、前記磁気ヨークの底面板部に配置された励磁コイルを巻装し中心開口を有するスプールと、該スプールの中心開口内に軸方向に可動自在に配置され先端が前記上部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先端側に形成された周鍔部を囲むように前記上部磁気ヨーク上に固定配置され且つ軸方向に着磁された環状永久磁石と、該環状永久磁石の上面に固定されて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接触する補助ヨークとを備えている
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の電磁接触器。 - 前記電磁石ユニットは、釈放位置で、前記可動プランジャの前記U字状磁気ヨークの底面側端部の側面を囲む環状補助ヨークを備え、該環状補助ヨークと前記可動プランジャの側面とのギャップ長を前記可動プランジャの底面側端部と前記U字状磁気ヨークとの間のギャップ長より短く設定されていることを特徴とする請求項6に記載の電磁接触器。
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