JP2016134308A - 電磁接触器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】可動接触子の幅方向の両側に沿って配置された一対のアーク消弧用永久磁石40,41は、可動接触子の長手方向の外方に向かって発生する第1磁束φ1が、固定接点13a,14a及び可動接点15a,15bの間で発生したアークに対してアーク消弧空間42,43に向かう第1ローレンツ力F1,F3を作用するとともに、一対のアーク消弧用永久磁石の端部40a,40bにおいて対向磁極面及びこの対向磁極面の裏側の磁極面の間に回り込む第2磁束φ2がアーク消弧空間42,43の近傍で発生し、アーク消弧空間42,43に移動したアークに対して第1ローレンツ力が作用した方向と異なる方向の第2ローレンツ力F2,F4を作用する。
【選択図】図2
Description
そこで、本発明は、小型化を図りながらアーク消弧機能を確保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。
[第1実施形態]
図1から図3に示す本発明に係る第1実施形態の電磁接触器1は、接点機構2と、この接点機構2を駆動する電磁石ユニット20とを備えている。
接点機構2は、絶縁基板6に導体部11,12を介して固定されている一対の固定接触子13,14(以下、第1固定接触子13、第2固定接触子14と称する)と、これら第1及び第2固定接触子13,14に設けた第1及び第2固定接点13a,14aに第1及び第2可動接点15a,15bが対向している可動接触子15とを備えている。
連結軸23の長手方向の中央部には外方に突出するフランジ部25が形成されており、可動接触子15の貫通孔24に連結軸23を上端から挿入することで、可動接触子15の中央下部をフランジ部25に当接し、連結軸23の上部から接触スプリング26を挿入する。そして、連結軸23の上端側にCリング(又はEリング)27aを介して固定されたスプリング受け27で接触スプリング26の上端を固定することで、接触スプリング26が可動接触子15に対して所定の付勢力を付与している。
スプール30は、固定プランジャ29を挿通する中央円筒部31と、この中央円筒部31の下端部から半径方向外方に突出する下フランジ部32と、中央円筒部31の上端より僅かに下側から半径方向外方に突出する上フランジ部33とで構成されている。そして、中央円筒部31、下フランジ部32及び上フランジ部33で構成される収納空間に励磁コイル34が巻装されている。
スプール30の中央円筒部31内に挿入された固定プランジャ29の上部には、有底筒状に形成されたキャップ35で覆われ、このキャップ35の開放端に半径方向外方に延長して形成されたフランジ部35aが上部磁気ヨーク21の下面にシール接合されている。これによって、キャップ35が上部磁気ヨーク21の貫通孔21aを介して連通される密封容器が形成される。
また、上部磁気ヨーク21の上面に、環状に形成された駆動用永久磁石37が可動プランジャ22の周鍔部22aを囲むように固定されている。この駆動用永久磁石37は上下方向すなわち厚み方向に例えば上端側をN極とし、下端側をS極とするように着磁されている。
そして、密閉された接点収納ケース4にアーク消弧用の様々なガスが封入されている。
接点機構2を構成する第1固定接触子13及び第2固定接触子14は、図1から図3に示すように、導電性のある材料からなる側面視C字形状の導電板であり、可動接触子15の長手方向の両端側に離間し、前述した絶縁基板6に導体部11,12を介して固定されている。
可動接触子15は、釈放状態で、長手方向の両端側に位置する可動接点15a,15aと、固定接触子13,14の固定接点13a,14aが、所定間隔を保って離間した状態となる。
図2に示すように、接点収納ケース4を構成する角筒体5の外周に、互いに対向する磁極面をS極とした第1,第2アーク消弧用永久磁石40,41が配置されている。
第1アーク消弧用永久磁石40は、可動接触子15の幅方向の一方の側面15cに角筒体5及び絶縁筒部18を介して対向し、可動接触子15の長手方向側の一方の端部40aが一方の可動接点15aの近くに位置し、可動接触子15の長手方向側の他方の端部40bが他方の可動接点15aの近くに位置するように磁石支持体60に固定されている。
これら第1及び第2アーク消弧用永久磁石40,41は、厚み方向の角筒体5に対向する磁極面がN極となるように着磁されている。
そして、図2に示すように、絶縁筒部18の内部に、可動接触子15の長手方向両端部(第1固定接点13a及び第1可動接点15aの接続位置、第2固定接点14a及び第2可動接点15bの接続位置)から可動接触子15の幅方向の外方に向う位置に、第1〜第4アーク消弧空間42〜45が設けられている。
また、第1アーク消弧用永久磁石40の両端部40a,40bの内側の磁束φ2は、第1アーク消弧空間42及び第1アーク延長空間46の連通位置の近傍でN極の磁極面から裏面のS極の磁極面に回り込んで発生するとともに、第2アーク消弧空間43及び第1アーク延長空間46の連通位置の近傍でN極の磁極面から裏面のS極の磁極面に回り込んで発生する。
また、第2アーク消弧用永久磁石41の両端部41a,41bの内側の磁束φ2は、第3アーク消弧空間44及び第2アーク延長空間47の連通位置の近傍でN極の磁極面から裏面のS極の磁極面に回り込んで発生するとともに、第4アーク消弧空間45及び第2アーク延長空間47の連通位置の近傍でN極の磁極面から裏面のS極の磁極面に回り込んで発生する。
この第1実施形態の電磁接触器1は、第1固定接触子13に正極(+)端子を接続し、第2固定接触子14に負極(−)端子を接続している。
今、図1に示すように、電磁石ユニット20の励磁コイル34が無励磁状態にあって、電磁石ユニット20で可動プランジャ22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。
このように、可動プランジャ22が下降することにより、可動プランジャ22に連結軸23を介して連結されている可動接触子15も下降し、接点機構2の可動接触子15の第1可動接点15a,第2可動接点15bが、第1固定接触子13の第1固定接点13a、第2固定接触子14の第2固定接点14aに対して接触スプリング26の接触圧で接触する。
この接点機構2の閉極状態から、負荷装置への電流供給を遮断する場合には、電磁石ユニット20の励磁コイル34への励磁を停止する。
励磁コイル34への励磁を停止すると、電磁石ユニット20で可動プランジャ22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22が復帰スプリング36の付勢力によって上昇し、周鍔部22aが補助ヨーク39に近づくに従って駆動用永久磁石37の吸引力が増加する。
これにより、第1アークの電流の流れと外側の磁束φ1との関係からフレミング左手の法則により、可動接触子15の幅方向の一方の側面15c側の第1アーク消弧空間42に向う側にローレンツ力F1が発生する(図4参照)。
そして、第1アーク消弧空間42に向けて引き伸ばされた第1アークは、第1アーク消弧用永久磁石40の内側の磁束φ2が第1アーク消弧空間42及び第1アーク延長空間46の連通位置の近傍でN極の磁極面から裏面のS極の磁極面に回り込んで発生しているので、第1アークの電流の流れと内側の磁束φ2との関係からフレミング左手の法則により、ローレンツ力F2とは異なる方向の第1アーク延長空間46に向う側にローレンツ力F2が発生する。そして、このローレンツ力F2によって、第1アーク消弧空間42に引き延ばされた第1アークは、第1アーク延長空間46に入り込んでさらに引き延ばされる。
これにより、第2アークの電流の流れと外側の磁束φ1との関係からフレミング左手の法則により、可動接触子15の幅方向の一方の側面15c側の第2アーク消弧空間43に向う側に大きなローレンツ力F3が発生する。
そして、第2アーク消弧空間43に向けて引き伸ばされた第2アークは、第1アーク消弧用永久磁石40の内側の磁束φ2が第2アーク消弧空間43及び第1アーク延長空間46の連通位置の近傍でN極の磁極面から裏面のS極の磁極面に回り込んで発生しているので、第2アークの電流の流れと内側の磁束φ2との関係からフレミング左手の法則により、ローレンツ力F3とは異なる方向の第1アーク延長空間46に向う側にローレンツ力F4が発生する。そして、このローレンツ力F4によって、第2アーク消弧空間43に引き延ばされた第2アークは、第1アーク延長空間46に入り込んでさらに引き延ばされる。
この第1実施形態によると、開極開始状態において第1固定接点13a及び第1可動接点15aの間に第1アークが発生し、第2固定接点14a及び第2可動接点15bの間に第2アークが発生する。
第1アーク消弧用永久磁石40の外側の磁束φ1と第1アークの電流の流れとの関係によるローレンツ力F1の作用により第1アーク消弧空間42に引き延ばされた第1アークは、第1アーク消弧空間42及び第1アーク延長空間46の連通位置の近傍で発生する第1アーク消弧用永久磁石40の内側の磁束φ2と第1アークの電流の流れとの関係によるローレンツ力F2を受ける。このローレンツ力F2は第1アーク延長空間46に向う力であり、第1アークは、第1アーク延長空間46に入り込んでさらに引き延ばされていく。
また、電磁接触器1は、アークが発生すると第1固定接点13a及び第1可動接点15a、第2固定接点14a及び第2可動接点15bの温度が上昇することで固定接点及び可動接点が溶融して金属蒸気が発生する。この際、この第1実施形態では、発生した金属蒸気が第1アーク延長空間46及び第2アーク延長空間47に分散することで、第1アーク消弧空間42、第2アーク消弧空間43で充満するのを抑制し、第1アーク及び第2アークの消弧性能が低下するのを防止するとともに、第1固定接点13a及び第1可動接点15a、第2固定接点14a及び第2可動接点15bの間の絶縁性能が劣化して再発弧するのを防止することができる。これにより、アーク発生時間の短縮による寿命性能を向上させることができる。
また、第2アークは、第4アーク消弧空間45及び第2アーク延長空間47の連通位置の近傍で発生する第2アーク消弧用永久磁石41の内側の磁束φ2と第2アークの電流の流れとの関係によるローレンツ力を受け、第2アーク延長空間47に入り込んでさらに引き延ばされていく。
次に、図5は、本発明に係る第2実施形態の電磁接触器1を構成する接点機構80を平面視で示したものである。なお、図2で示した第1実施形態の接点機構2と同一構成部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
この第2実施形態の接点機構80を構成する第1アーク消弧用永久磁石40は、可動接触子15の長手方向の中央位置を分割位置とした2つの永久磁石81,82で構成され、第2アーク消弧用永久磁石41は、可動接触子15の長手方向の中央位置を分割位置とした2つの永久磁石83,84で構成されている。
これにより、大電流の遮断時に、第1固定接点13a及び第1可動接点15aの間で発生した第1アークが第3アーク消弧空間44及び第2アーク延長空間47で十分にひき延ばされ、第2固定接点14a及び第2可動接点15bの間で発生した第2アークが第4アーク消弧空間45及び第2アーク延長空間47で十分にひき延ばされるので、小型化を図りながらアーク消弧機能を確実に発揮することができるとともに、金属蒸気の充満を抑制してアーク発生時間の短縮を図ることができる。
次に、図6は、本発明に係る第3実施形態の電磁接触器1を構成する接点機構90を平面視で示したものである。なお、この第3実施形態も、図1から図4で示した第1実施形態の電磁接触器1と同一構成部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
この第3実施形態では、接点収納ケース4を構成する角筒体5の内部に、互いに対向する磁極面をS極とした第1,第2アーク消弧用永久磁石40,41が配置されている。
絶縁筒部18の底部には、可動接触子15の幅方向の一方の側面15cに長尺方向が沿っている矩形状の空間を有する第1磁石収納部91が形成され、可動接触子15の幅方向の他方の側面15cに長尺方向が沿っている矩形状の空間を有する第2磁石収納部92が形成されており、第1磁石収納部91の空間に第1アーク消弧用永久磁石40が収納され、第2磁石収納部92の空間に第2アーク消弧用永久磁石41が収納されている。
また。絶縁筒部18の内部の可動接触子15の長手方向両端部から可動接触子15の幅方向の外方に向う位置に、第1〜第4アーク消弧空間93〜96が設けられている。
また、第1磁石収納部91の壁と絶縁筒部18の側壁18aとの間に、可動接触子15の長手方向に延在して第1及び第2アーク消弧空間93,94に連通する第1アーク延長空間97が形成され、第2磁石収納部92の壁と絶縁筒部18の側壁18bとの間に、可動接触子15の長手方向に延在して第3及び第4アーク消弧空間95,96に連通する第2アーク延長空間98が形成されている。
また、第1アーク消弧用永久磁石40の両端部40a,40bの内側の磁束φ2は、第1アーク消弧空間93及び第1アーク延長空間97の連通位置の近傍でN極の磁極面から裏面のS極の磁極面に回り込んで発生するとともに、第2アーク消弧空間94及び第1アーク延長空間97の連通位置の近傍でN極の磁極面から裏面のS極の磁極面に回り込んで発生する。
また、第2アーク消弧用永久磁石41の両端部41a,41bの内側の磁束φ2は、第3アーク消弧空間95及び第2アーク延長空間98の連通位置の近傍でN極の磁極面から裏面のS極の磁極面に回り込んで発生するとともに、第4アーク消弧空間96及び第2アーク延長空間47の連通位置の近傍でN極の磁極面から裏面のS極の磁極面に回り込んで発生する。
この第3実施形態の電磁接触器1は、第1固定接触子13に正極(+)端子を接続し、第2固定接触子14に負極(−)端子を接続しているものとする。
この第3実施形態の電磁接触器1は、電力供給源の大電流が、第1固定接触子13、可動接触子15、第2固定接触子14を通じて負荷装置に供給される閉極状態となると、電磁石ユニット20の励磁コイル34への励磁を停止する。
この可動プランジャ22が上昇することにより、連結軸23を介して連結された可動接触子15が上昇する。これに応じて接触スプリング26で接触圧を与えているときは、可動接触子15の第1可動接点15a,第2可動接点15bが第1固定接触子13の第1固定接点13a、第2固定接触子14の第2固定接点14aに接触している。その後、接触スプリング26の接触圧がなくなった時点で、可動接触子15が第1固定接触子13及び第2固定接触子14から上方に離間する開極開始状態となる。
第1固定接触子13の第1固定接点13aと可動接触子15の第1可動接点15aとの間では、図6に示すように、第1アーク消弧用永久磁石40の外側の磁束φ1と、第2アーク消弧用永久磁石41の外側の磁束φ1とが、第1アークの近くを通過して可動接触子15の長手方向の一方の側面15cの外方に向って発生する。
このローレンツ力F5によって、第1固定接点13a及び第1可動接点15aの間に発生した第1アークが、第1アーク消弧空間93に向けて引き延ばされる。
これにより、第2アークの電流の流れと外側の磁束φ1との関係からフレミング左手の法則により、可動接触子15の幅方向の一方の側面15c側の第2アーク消弧空間94に向う側に大きなローレンツ力F7が発生する。
そして、第2アーク消弧空間94に向けて引き伸ばされた第2アークは、第1アーク消弧用永久磁石40の内側の磁束φ2が第2アーク消弧空間94及び第1アーク延長空間97の連通位置の近傍でN極の磁極面から裏面のS極の磁極面に回り込んで発生しているので、第2アークの電流の流れと内側の磁束φ2との関係からフレミング左手の法則により、ローレンツ力F7とは異なる方向の第1アーク延長空間97に向う側にローレンツ力F8が発生する。そして、このローレンツ力F8によって、第2アーク消弧空間94に引き延ばされた第2アークは、第1アーク延長空間97に入り込んでさらに引き延ばされる。
この第3実施形態によると、開極開始状態において第1固定接点13a及び第1可動接点15aの間に第1アークが発生し、第2固定接点14a及び第2可動接点15bの間に第2アークが発生する。
第1アーク消弧用永久磁石40の外側の磁束φ1と第1アークの電流の流れとの関係によるローレンツ力F5の作用により第1アーク消弧空間93に引き延ばされた第1アークは、第1アーク消弧空間93及び第1アーク延長空間97の連通位置の近傍で発生する第1アーク消弧用永久磁石40の内側の磁束φ2と第1アークの電流の流れとの関係によるローレンツ力F6を受ける。このローレンツ力F6は第1アーク延長空間97に向う力であり、第1アークは、第1アーク延長空間97に入り込んでさらに引き延ばされていく。
また、この第3実施形態では、絶縁筒部18の底部に設けた第1磁石収納部91及び第2磁石収納部92に第1及び第2アーク消弧用永久磁石40,41が収納されているので、接点機構90の小型化を図ることができる。
そして、第3実施形態も、アークが発生すると第1固定接点13a及び第1可動接点15a、第2固定接点14a及び第2可動接点15bの温度が上昇することで固定接点及び可動接点が溶融して金属蒸気が発生するが、発生した金属蒸気が第1アーク延長空間97及び第2アーク延長空間98に分散することで、第1アーク消弧空間93、第2アーク消弧空間94で充満するのを抑制し、第1アーク及び第2アークの消弧性能が低下するのを防止するとともに、第1固定接点13a及び第1可動接点15a、第2固定接点14a及び第2可動接点15bの間の絶縁性能が劣化して再発弧するのを防止することができる。これにより、アーク発生時間の短縮による寿命性能を向上させることができる。
また、第2アークは、第4アーク消弧空間96及び第2アーク延長空間98の連通位置の近傍で発生する第2アーク消弧用永久磁石41の内側の磁束φ2と第2アークの電流の流れとの関係によるローレンツ力を受け、第2アーク延長空間98に入り込んでさらに引き延ばされていく。
2,80,90 接点機構
4 接点収納ケース
5 角筒体
6 絶縁基板
7 フランジ部
9,10 貫通孔
11,12 導体部
13 第1固定接触子
13a 第1固定接点
13b 第1導電板部
13c 第2導電板部
13d 第3導電板部
14 第2固定接触子
14a 第2固定接点
14b 第1導電板部
14c 第2導電板部
14d 第3導電板部
15 可動接触子
15a 第1可動接点
15b 第2可動接点
15c 可動接触子の幅方向の一方の側面
15d 可動接触子の幅方向の他方の側面
16,17 絶縁カバー
18 絶縁筒部
18a,18b 側壁
19a,19b 磁性体板
20 電磁石ユニット
21 上部磁気ヨーク
21a 貫通孔
22 可動プランジャ
22a 円鍔部
23 連結軸
24 貫通孔
25 フランジ部
26 接触スプリング
27 スプリング受け
27a Cリング
28 磁気ヨーク
29 固定プランジャ
30 スプール
31 中央円筒部
32 下フランジ部
33 上フランジ部
34 励磁コイル
35 キャップ
36 復帰スプリング
37 駆動用永久磁石
38 貫通孔
39 補助ヨーク
40 第1アーク消弧用永久磁石
40a,40b 第1アーク消弧用永久磁石の端部
41 第2アーク消弧用永久磁石
41a,41b 第2アーク消弧用永久磁石の端部
42,93 第1アーク消弧空間
43,94 第2アーク消弧空間
44,95 第3アーク消弧空間
45,96 第4アーク消弧空間
46,97 第1アーク延長空間
47,98 第2アーク延長空間
50 電磁接触器カバー
60 磁石支持体
61 第1内壁
62 第2内壁
81,82 第1アーク消弧用永久磁石を構成する永久磁石
83,84 第2アーク消弧用永久磁石を構成する永久磁石
90 第8内壁
91 第3アーク消弧空間
92 第4アーク消弧空間
93 第5アーク消弧空間
94 第6アーク消弧空間
95 ガス流入空間
F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,F8 ローレンツ力
Claims (7)
- 固定接点を有する一対の固定接触子と、
これら一対の固定接触子の前記固定接点に接離可能な一対の可動接点を長手方向の両端に設けた可動接触子と、
これら一対の固定接触子及び前記可動接触子を収納している絶縁体で形成した絶縁ケースと、
前記可動接触子の幅方向の両側に沿って配置され、互いに対向する対向磁極面を同一極性とした一対のアーク消弧用永久磁石と、
前記絶縁ケース内の前記可動接触子の長手方向両端部から幅方向の外方に向う位置に設けたアーク消弧空間と、を備え、
前記一対のアーク消弧用永久磁石は、前記可動接触子の長手方向の外方に向かって発生する第1磁束が、前記固定接点及び前記可動接点の間で発生したアークに対して前記アーク消弧空間に向かう第1ローレンツ力を作用するとともに、
前記一対のアーク消弧用永久磁石の端部において前記対向磁極面及びこの対向磁極面の裏側の磁極面の間に回り込む第2磁束が前記アーク消弧空間の近傍で発生し、前記アーク消弧空間に移動した前記アークに対して前記第1ローレンツ力が作用した方向と異なる方向の第2ローレンツ力を作用することを特徴とする電磁接触器。 - 前記絶縁ケース内の前記アーク消弧空間に連通する位置に、前記第2ローレンツ力の作用により移動した前記アークが入り込むアーク延長空間を設けたことを特徴とする請求項1記載の電磁接触器。
- 前記アーク延長空間は、前記絶縁ケースの内壁に沿って前記可動接触子の長手方向に設けられていることを特徴とする請求項2記載の電磁接触器。
- 前記一対のアーク消弧用永久磁石は、前記絶縁ケースの外側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項記載の電磁接触器。
- 前記一対のアーク消弧用永久磁石は、前記絶縁ケースの内部に前記可動接触子の幅方向の両側に沿って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項記載の電磁接触器。
- 前記一対のアーク消弧用永久磁石と前記絶縁ケースの内壁との間に、前記アーク延長空間を配置したことを特徴とする請求項5記載の電磁接触器。
- 前記一対のアーク消弧用永久磁石は、前記可動接触子の長手方向に二分割されていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項記載の電磁接触器。
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