JP2017536647A

JP2017536647A - 電磁アクチュエータおよびそのようなアクチュエータを備える電気接触器

Info

Publication number: JP2017536647A
Application number: JP2017516144A
Authority: JP
Inventors: パトリック、ラルシェ; バンサン、ジェフロワ
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2014-09-24
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2017-12-07
Also published as: EP3198624B1; EP3198624A1; FR3026222A1; US20170271095A1; CN106716590A; WO2016046249A1; CN106716590B; FR3026222B1; US10115536B2

Abstract

電気接点のこの作動電磁アクチュエータ（２）は、長手方向軸（Ｘ２）上に中心合わせされており、磁場を生成する少なくとも１つのコイル（４４Ａ、４４Ｂ）と、磁束を集中させる少なくとも１つのコア（４６Ａ、４６Ｂ）であって、このコアは、コイル内に設置され、磁束を拡散させるプレート（４６４）が設けられており、プレートが長手方向軸に対して垂直である活性面（Ｓ４６４）を画定する、少なくとも１つのコア（４６Ａ、４６Ｂ）と、磁束を戻す少なくとも１つの要素（４２）と、を含む固定部（４）を備える。このアクチュエータはまた、磁場によって誘導される力の影響下で、長手方向軸（Ｘ２）に沿って、固定部（４）に対して、活性面（Ｓ４６４）から遠位にある第１の位置と、この表面に近接している第２の位置との間で並進可動である電機子（６）と、第１の位置および第２の位置から事前に選択されている位置へと電機子（６）を弾性的に戻す少なくとも１つのデバイス（８Ａ、８Ｂ）とを備える。拡散板（４６４）には、この拡散板と電機子（６）との間で磁力線を閉じる少なくとも１つのリブ（４６８）が設けられており、このリブは、電機子側で活性面（Ｓ４６４）に対して突出しており、拡散板の１つの端部（４６６）上に収容されている。

Description

本発明は、電気接触器の動作のための電磁アクチュエータ、およびそのようなアクチュエータを備える電気接触器に関する。

電磁アクチュエータの分野において、バネ荷重可動電機子の制御のための磁場を生成するために、たとえば、フランス特許出願公開第２９７９７４５号明細書から、コイルを使用することが知られている。特に、電機子と、各コイル内に挿入されるコアに対する延伸部として構成されている拡散板（spreading plate）との間の空隙が大きいため、電機子の動作に必要とされる電磁力は高い。この力を低減するための１つの手法は、拡散板および電機子の活性係合表面積を増大させることを含む。これは、衝撃耐性に関する性能要件を順守することを保証するために、可動質量、すなわち、電機子の質量を増大させること、および、伸縮バネの寸法を大きくすることと関連付けられる。このバネの寸法を大きくする結果として、必要とされる電磁力が増大することになる。したがって、この結果は、所望される結果とは反対のものである。別の可能性のある手法は、伸縮バネのバネ定数を低減することを含む。これによってアクチュエータの衝撃耐性性能が損なわれ、これは許容できない。

フランス特許出願公開第２９７９７４５号

本発明は特に、アクチュエータの寸法を大きく増大させることなく、可動電機子の動作が改善されている、新規の電磁アクチュエータを開示することによって、これらの欠点を修正するように意図されている。

この目的のために、本発明は、電気接触器の動作のための電磁アクチュエータに関し、上記アクチュエータは、長手方向軸上に中心合わせされており、磁場を生成する少なくとも１つのコイルと、磁束を集中させる少なくとも１つのコアであって、このコアは、コイル内に設置され、長手方向軸に対して垂直である活性面（active surface）を画定する磁場のための拡散板が設けられている、少なくとも１つのコアと、少なくとも１つの磁束戻し要素（magnetic flux return element）と、を含む固定部を備える。アクチュエータはまた、磁場によって誘導される負荷に応答して、活性面から遠隔している第１の位置と、この表面に近接している第２の位置との間で、固定部に対して長手方向軸に沿って並進して可動である電機子と、電機子を、第１の位置および第２の位置の間から所定の位置へと復元する少なくとも１つの弾性戻し部材（elastic return member）とを備える。拡散板には、拡散板と電機子との間で磁力線を閉じる少なくとも１つのリブが設けられ、このリブは、電機子側で活性面に対して突出しており、拡散板の１つの端部（edge）の位置（level）に配置されている。

本発明の結果として、リブは、拡散板と可動電機子との間の平均空隙を低減し、したがって、コイルによって一定の力において生成される磁場が増大するとともに、電機子の位置を効率的に制御することが可能になる。実際には、リブの幾何形状が、可動質量の低減を可能にし、結果として、均等な力における磁気負荷の増大を可能にし、それによって、電機子の動作に必要とされる磁気装荷の強度の低減を可能にする。固定パッドおよび可動パッドを有する電気アクチュエータにおけるアクチュエータの適用の文脈において、本発明はまた、これらのパッドの衝突の前に蓄積される電磁エネルギーを増大させることも可能にする。空隙が低減される結果として、磁気回路は全体的に、拡散板と可動電機子との間に封止され、それによって、電磁力の増大が引き起こされる。

本発明の有利ではあるが必須ではない態様によれば、このタイプの電磁アクチュエータは、任意の技術的に可能な組み合わせにおいて、以下の特徴のうちの１つまたは複数を組み込むことができる。

並進の軸に対して垂直な面における電機子の寸法が、第２の位置を達成するように、リブに対して長手方向において、活性面に近接するその運動と適合（compatible）している。

固定部が２つのコイルを備え、各コイル内にコアが設置され、各コアの拡散板には、他方の拡散板に対してその対向する端部の位置に配置されている、少なくとも１つのリブが設けられている。

リブが、リブが配置されている位置において、端部の全長にわたって延伸している。

リブが、拡散板に対して一体的に形成される。

固定部が空隙スペーサを含み、その寸法は、リブに隣接して、活性面上のその位置付けと適合している。

電機子の並進の軸に対して平行に測定されるリブの高さと、この方向と平行に測定される電機子の厚さとの間の比は、０．１〜１．０に及び、好ましくは０．２〜０．９に及ぶ。

電機子の並進の軸に対して平行に測定されるリブの高さと、その第１および第２の位置の間で規定される電機子のこの方向と平行に測定される電機子のストロークとの間の比は、０．１〜１．５に及び、好ましくは０．２〜０．９に及ぶ。

活性面に対して平行に、かつ、リブが配置されている端部に対して垂直に測定されるリブの幅と、その第１および第２の位置の間で規定される電機子のストロークとの間の比は、０．１〜１．２に及び、好ましくは０．２〜０．７に及ぶ。

本発明はまた、固定パッドと、アクチュエータと関連付けられる電機子によって駆動される可動パッドと、を備える電気接触器であって、アクチュエータは、上述したタイプのものである、ことを特徴とする電気接触器にも関する。

添付の図面を参照して、例としてのみ与えられている電気アクチュエータおよびその原理による電気接触器の一実施形態の以下の説明によって、本発明の理解が促進され、そのさらなる利点が明確にされる。

本発明による電磁アクチュエータの斜視図である。図１に示されているアクチュエータの拡大斜視図である。図１に示されている平面断面IIIにおける、図１および図２に示されているアクチュエータの可動電機子と固定部との間の磁力線の分布を示す図である。図３と同様であるが、従来技術によるアクチュエータに関する図である。図１および図２に示すアクチュエータを組み込んでいる電気接触器の断面図である。図５内の平面断面は、図１内の面IIIと一致する。図５内の円形領域VIを、より大きいスケールで示す図である。図５内の円形領域VIIを、より大きいスケールで示す図である。拡散板に対する可動電機子の位置の関数として、図１および図２に示すアクチュエータのバネによって与えられる機械力を、第１にはこのアクチュエータ内に存在する磁力、および、第２には従来技術による別のアクチュエータ内に存在する磁力とともに示す図である。図８内の囲み領域を、より大きいスケールで示す図である。

図１および図２は、図５に示す電気接触器２００内に組み込むように設計されている、電磁アクチュエータ２を示す。アクチュエータ２は、固定部４と、アクチュエータ２の長手方向軸Ｘ２において、固定部４に対して並進して可動である電機子６とを備える。

固定部４は、ベースプレート４２と、２つの同一のコイル４４Ａおよび４４Ｂと、２つの同一のコア４６Ａおよび４６Ｂと、空隙スペーサ４８とを備える。ベースプレート４２は、２つの同一のオリフィス４２２Ａおよび４２２Ｂを組み込んでおり、それらの各々は、長手方向軸Ｘ２に平行な、軸Ｘ２ＡまたはＸ２Ｂ上に中心合わせされている。コイルおよびコアは同一であるため、コイル４４Ａおよびコア４６Ａのみを詳細に説明する。コイル４４Ａは、２つの末端プレート４４６の間に配置されている、巻き線４４４がその周囲に巻装されているソケット４４２を画定する。コイル４４Ａのソケット４４２は軸Ｘ２Ａ上に中心合わせされ、一方で、コイル４４Ｂのソケット４４２は軸Ｘ２Ｂ上に中心合わせされる。コア４６Ａは、コイル４４Ａのソケット４４２を通過し、ベースプレート４２内のオリフィス４２２Ａと係合するように設計されている脚部４６２を組み込んでいる。各コア４６Ａまたは４６Ｂの脚部４６２は、長手方向軸Ｘ２Ａに対して垂直である表面Ｓ４６４を画定する拡散板４６４によって延伸される。

拡散板４６４は矩形である。４６６は、板４６４の端部を表す。コア４６Ａおよび４６Ｂの２つの拡散板４６４がコイル４４Ａおよび４４Ｂならびにベースプレート４２内で適所に置かれることによって、コア４６Ａの拡散板４６４の端部４６６は、コア４６Ｂの拡散板４６４の反対に配置される。同様に、コア４６Ｂの拡散板４６４の端部４６６は、コア４６Ａの拡散板４６４の反対に配置される。図２に示す外観において、コア４６Ａの端部４６６は、その関連する拡散板４６４の上端であり、一方で、コア４６Ｂの端部４６６は下端である。

表面Ｓ４６４から突出するリブ４６８は、電機子６の方向において拡散板４６４の端部４６６に沿って配置されている。リブ４６８には、２つのブレース４６８２が設けられており、その機能は、コア４６Ａおよび４６Ｂをアクチュエータ２内に配置することである。

コア４６Ａの表面Ｓ４６４と電機子６との間にバネ８Ａが配置されている。同様に、コア４６Ｂの表面Ｓ４６４と電機子６との間にバネ８Ｂが配置されている。空隙プレート４８には、バネ８Ａおよび８Ｂを通すために２つのオリフィス４８２Ａおよび４８２Ｂが穿孔されている。

可動電機子６は、空隙プレート４８の間の支持構成において、空隙プレート４８および拡散板４６４から遠隔している第１の位置Ｐ０であって、この位置は図５〜図７において示されている、第１の位置Ｐ０と、活性面Ｓ４６４に近接している第２の位置Ｐ１との間で、長手方向軸Ｘ２に対して平行に並進して動く。この第２の位置において、可動電機子は、リブ４６８の間に位置付けられる。文字Ｃは、これらの２つの位置Ｐ０とＰ１との間の可動電機子６のストロークを示す。

Ｌ６は、長手方向軸Ｘ２に対して垂直に、かつ、軸Ｘ２ＡおよびＸ２Ｂを含む平面に対して平行に測定される、電機子６の長さを示す。Ｉ６は、軸Ｘ２および長さＬ６に対して垂直に測定される、電機子６の幅を示す。軸Ｘ２に対して平行に測定される、電機子６の厚さはｅ６によって表されている。長手方向軸Ｘ２に対して垂直に、かつ、軸Ｘ２Ａおよび軸Ｘ２Ｂを含む平面に対して平行に測定される、コア４６Ａのリブ４６８とコア４６Ｂのリブ４６８との間の距離は、ｄ４６８によって表されている。長さＬ６は距離ｄ４６８よりも短く、それによって、電機子６がコア４６Ａのリブ４６８とコア４６Ｂのリブ４６８との間に係合し、表面Ｓ４６４に近接して動くことが可能になる。それゆえ、電機子６は、軸Ｘ２内で各リブ４６８に沿ってスライドする。

Ｌ４８は、長さＬ６に対して平行に測定される、空隙プレート４８の長さを表す。長さＬ４８は距離ｄ４６８よりも短く、それによって、空隙プレート４８が、コア４６Ａのリブ４６８とコア４６Ｂのリブ４６８との間で表面Ｓ４６４にフィットすることが可能になる。

Ｈ４６８は、表面Ｓ４６４からＸ２に対して平行に、ブレース４６８２を除いて測定される、リブ４６８の高さを表す。高さＨ４６８と厚さｅ６との間の比は０．１〜１．０に及び、好ましくは０．２〜０．９に及ぶ。その上、高さＨ４６８と電機子６のストロークＣとの間の比は０．１〜１．５に及び、好ましくは０．２〜０．９に及ぶ。

Ｉ４６８は、活性面Ｓ４６４に対して平行に、かつ隣接する端部４６６に対して垂直に、ブレース４６８２を除いて測定される、リブ４６８の幅を表す。幅Ｉ４６８と電機子６のストロークＣとの間の比は０．１〜１．２に及び、好ましくは、０．２〜０．７に及ぶ。実際には、リブの幅は、その誘導レベル、負荷の増大、および、電機子の質量の増大の間の妥協点である。

たとえば、ストロークＣが５．５ｍｍに等しい場合、高さＨ４６８は１〜５ｍｍに及び、幅Ｉ４６８は１〜４ｍｍに及ぶ。

コア４６Ａおよび４６Ｂは、たとえば、金属焼結によって形成される一体成形構造である。変形形態として、拡散板４６４およびリブ４６８は、一体成形構造であり、たとえば、溶接によって脚部４６２にフィットされる。さらなる変形形態によれば、コア４６Ａおよび４６Ｂの脚部４６２、拡散板４６４およびリブ４６８は別個に形成され、その後、たとえば、溶接によってアセンブリに組み合わされる。

６２Ａおよび６２Ｂは、その幅Ｉ６に平行な、可動電機子６の端部を表す。

図３において、図解を明瞭にするために、空隙プレート４８ならびにバネ８Ａおよび８Ｂは示されていない。図３は、コイル４４Ａおよび４４Ｂによって磁場が生成される結果としての、可動電機子６とコア４６Ａおよび４６Ｂとの間に延伸する磁力線Ｌ_ｍを示す。この図において、磁力線Ｌ_ｍの閉ループがベースプレート４２を通過しており、したがって、ベースプレート４２は、磁束戻し要素を構成することが観察される。Ｌ_ｍｆは、一方の側で、コア４６Ａの端部６２Ａとリブ４６８との間、および、他方の側では、コア４６Ｂの端部６２Ｂとリブ４６８との間に延伸する接続磁力線を表す。接続磁力線Ｌ_ｍｆは、図４に示されているような従来技術によるアクチュエータの可動電機子６’と拡散板４６４’との間に存在する空隙Ｅ’よりも大幅に浅い空隙Ｅを通過する。したがって、接触器２００の特定の動作段階の間に、リブ４６８は、電機子６とコア４６Ａおよび４６Ｂとの間の磁場の強度が、従来技術に対して増大されることを可能にする。小さい空隙からもたらされる磁場は、軸Ｘ２上の可動電機子６の長手方向位置を効果的に制御することを可能にする。

これらの改善は、図３および図４を比較することから分かるように、アクチュエータ２の全体的なフットプリントを維持しながら達成される。

図５、図６および図７において、アクチュエータ２は、電気接触器２００内に組み込まれる。電気接触器２００は、導電体をブロックするための領域２０４から延伸し、固定コンタクトパッド２０６を担持する第１の固定トラック２０２を備える。電気接触器２００はまた、導電体を接続するための領域２１４と固定コンタクトパッド２１６との間に延伸する第２の固定トラック２１２をも備える。電気接触器２００はまた、可動ブリッジ２１０上に取り付けられている２つの可動コンタクトパッド２０８および２１８をも備える。この可動ブリッジ２１０は、軸Ｘ２に対して平行に、可動電機子６の方向においてバネ２２０によって荷重される。可動コンタクトホルダ２２２が、可動ブリッジ２１０と可動電機子６との間に配置されている。トラック２０２および２１２の各々は、電流路を形成する。

図８において、位置Ｐ０は、表面Ｓ４６４に対して可動電機子６から遠隔している第１の位置を表す。位置Ｐ１は、第２のより近接している位置を表し、この位置において、可動電機子６は空隙プレート４８と接触する。この図において、位置Ｐ２は、位置Ｐ０から位置Ｐ１への途中にある中間位置を表し、この位置において、可動パッド２０８および２１８は固定パッド２０６および２１６と係合する。図８において、位置Ｐ０およびＰ１の間の距離は、ストロークＣを表す。

可動電機子６がコイル４４Ａおよび４４Ｂと関連付けられる磁場によって生成される磁力によって動かされる位置Ｐ０から開始して、バネ８Ａおよび８Ｂによって生成される抵抗機械力が、曲線Ｃ１の右手区画に示すように、線形的に増大する。位置Ｐ２から、可動電機子６の継続する運動の結果として、バネ２２０の圧縮とともに可動コンタクトホルダ２２２と可動ブリッジ２１０とが分離することになり、当該バネのバネ定数は、バネ８Ａおよび８Ｂのバネ定数と組み合わされる。したがって、曲線Ｃ１は、位置Ｐ２から前方へと、位置Ｐ０およびＰ２の間よりも急峻な傾斜をとる。電気接触の完全な確立は、バネ８Ａおよび８Ｂならびにバネ２２０が、位置Ｐ１に達するまで圧縮し続ける効果による、位置Ｐ３によって表される。

図８および図９において、曲線Ｃ２は、従来技術によるアクチュエータによって与えられる磁力を表し、曲線Ｃ３は、本発明によるアクチュエータによって与えられる磁力を表す。リブ４６８がある結果として、曲線Ｃ３は、位置Ｐ０およびＰ３の間で曲線Ｃ２よりも上にある。言い換えれば、リブ４６８があると、上記リブがない場合よりも磁力が強い。逆に、曲線Ｃ３が位置Ｐ１に近づくと、曲線Ｃ３は曲線Ｃ２よりも下に動く。言い換えれば、パッド２０８および２１８がパッド２０６および２１６と係合した後、本発明によるアクチュエータ２において利用される磁力は、従来技術によるアクチュエータにおいて利用される磁力よりも低い。要約すると、これらのリブ４６８が加わることによって、位置Ｐ０およびＰ３の間で、必要に応じてさらなる磁力を生成し、位置Ｐ３およびＰ１の間で、この力が必要ない場合に磁力を低減することが可能になる。

リブ４６８が端部４６６の全長にわたって延伸しており、したがって、それらが可動電機子６の幅Ｉ６全体にわたって磁力線を閉じるのに寄与することを可能にすることが観察される。一方、変形形態として、リブ４６８は、その長さが中断していてもよく、または、隣接する端部４６６の一部分のみにわたって延伸してもよい。

本発明は、これまで、２コイルまたは２リブアクチュエータに関して説明されている。本発明は単一コイルアクチュエータに適用可能であり、この場合、図面に示す例においてはベースプレート４２に対応する磁束戻し要素の幾何形状は、それに従って調整される。

図示されていない一実施形態によれば、リブ４６８と同様であるリブが、他方の拡散板に最も近接している端部を除く、拡散板４６４の３つの隣接する端部に設けられてもよい。言い換えれば、図示されていない変形形態によれば、本発明は、最大６つのリブを有することができる。これまで説明されている実施形態および変形形態は、本発明の新たな実施形態を作成するために組み合わせることができる。

Claims

電気接触器（２００）の動作のための電磁アクチュエータ（２）であって、前記アクチュエータは、
固定部（４）であって、
長手方向軸（Ｘ２）上に中心合わせされており、磁場を生成する少なくとも１つのコイル（４４Ａ、４４Ｂ）と、
磁束を集中させる少なくとも１つのコア（４６Ａ、４６Ｂ）であって、このコアは、前記コイル内に設置され、前記長手方向軸に対して垂直である活性面（Ｓ４６４）を画定する磁場のための拡散板（４６４）が設けられている、少なくとも１つのコア（４６Ａ、４６Ｂ）と、
少なくとも１つの磁束戻し要素（４２）と、
を含む固定部（４）と、
前記磁場によって誘導される負荷に応答して、前記活性面から遠隔している第１の位置（Ｐ０）と、この表面に近接している第２の位置（Ｐ１）との間で、前記固定部に対して前記長手方向軸に沿って並進して可動である電機子（６）と、
前記電機子を、前記第１の位置および前記第２の位置の間から所定の位置へと復元する少なくとも１つの弾性戻し部材（８Ａ、８Ｂ）とを備え、
前記拡散板（４６４）には、前記拡散板と前記電機子との間で磁力線（Ｌ_ｍ）を閉じる少なくとも１つのリブ（４６８）が設けられ、このリブは、前記電機子側で前記活性面（Ｓ４６４）に対して突出しており、前記拡散板の１つの端部（４６６）の位置に配置されている、ことを特徴とする電磁アクチュエータ（２）。
前記並進の軸（Ｘ２）に対して垂直な面における前記電機子（６）の寸法（Ｌ６、Ｉ６）は、前記第２の位置（Ｐ１）を達成するように、前記リブ（４６８）に対して長手方向において、前記活性面（Ｓ４６４）に近接するその運動と適合している、ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
前記固定部（４）は２つのコイル（４４Ａ、４４Ｂ）を備え、各コイル内にコア（４６Ａ、４６Ｂ）が設置され、各コアの前記拡散板（４６４）には、他方の前記拡散板に対してその対向する端部（４６６）の位置に配置されている少なくとも１つのリブ（４６８）が設けられている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
前記リブ（４６８）は、前記リブが配置されている位置において、前記端部（４６６）の全長にわたって延伸している、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
前記リブ（４６８）は、前記拡散板（４６４）に対して一体的に形成されている、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
前記固定部（４）は空隙スペーサ（４８）を含み、その寸法（Ｌ４８）は、前記リブ（４６８）に隣接して、前記活性面（Ｓ４６４）上のその位置付けと適合している、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
前記電機子（６）の前記並進の軸（Ｘ２）に対して平行に測定される前記リブ（４６８）の高さ（Ｈ４６８）と、この方向と平行に測定される前記電機子の厚さ（ｅ６）との間の比は、０．１〜１．０に及び、好ましくは０．２〜０．９に及ぶ、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
前記電機子（６）の前記並進の軸（Ｘ２）に対して平行に測定される前記リブ（４６８）の高さ（Ｈ４６８）と、その第１および第２の位置（Ｐ０、Ｐ１）の間で規定される前記電機子のストローク（Ｃ）との間の比は、０．１〜１．５に及び、好ましくは０．２〜０．９に及ぶ、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
前記活性面（Ｓ４６４）に対して平行に、かつ、前記リブ（４６８）が配置されている前記端部（４６６）に対して垂直に測定される前記リブ（４６８）の幅（Ｉ４６８）と、その第１および第２の位置（Ｐ０、Ｐ１）の間で規定される前記電機子（６）の前記ストローク（Ｃ）との間の比は、０．１〜１．２に及び、好ましくは０．２〜０．７に及ぶ、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
固定パッド（２０６、２１６）と、アクチュエータ（２）と関連付けられる電機子（６）によって駆動される可動パッド（２０８、２１８）と、を備える電気接触器（２００）であって、前記アクチュエータ（２）は、請求項１から９のいずれか一項に記載のタイプのものである、ことを特徴とする電気接触器（２００）。