JP2018073806A - 電気接触器用電磁アクチュエータの可動部、そのような部分を備えたアクチュエータ、及び接触器 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストが低く、開閉時間がより良好に制御される電気接触器用電磁アクチュエータの可動部、そのような部分を備えたアクチュエータ、及び接触器を提供する。【解決手段】電気接触器２の電磁アクチュエータ４の可動部に関する。前記可動部は、ロール状シートから切り出された平坦片８で構成されている。前記平坦片８は、前記電磁アクチュエータ４の固定部６に対向するよう意図された第１のステージと、前記可動部の移動軸Ｘ１０に沿って前記第１のステージに隣り合う第２のステージと、を備える。前記可動部の移動軸Ｘ１０と垂直な平面で測定して、前記第２のステージの中実部は、前記第１のステージの中実部よりも小さい。前記平坦片８が、２つの長縁部及び２つの短縁部の境界を定める矩形パレットであり、前記第２のステージが、前記長縁部と平行に測定して、前記第１のステージの長さよりも短い長さを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電気接触器用電磁アクチュエータの可動部に関する。

ＦＲ−Ａ−２７９２１０８は、直流接触器への組み込みを意図した電磁アクチュエータを開示している。このアクチュエータは、固定部及び可動部を備える。固定部は、絶縁ヨーク・フレーム上に配置され、電流が供給された場合に磁界を発生させるコイルを備える。可動部は、コイルが発生させた磁界の影響下で並進移動するように設計されている。これは、概略円筒形状の磁気コアと、パレットの形態の磁力保持棒（keeper）と、を備える。パレットは、コアの２つの端部に配置されて固定されている。可動部には、コンタクトホルダが並進連結されている。このコンタクトホルダの接点は、可動部が移動したとき、接触器の固定接点と接続されるため、接触器の回路を閉じる効果がある。コイルに電流が供給されなくなったら、１つ又は複数のバネによって、可動部が開位置へと戻ることができる。

このアクチュエータの第１の欠点は、可動部がコア及び２つのパレットを備えるために重いことである。したがって、開閉時間が比較的長くなる。さらに、可動部が多くの銅を含むため、このアクチュエータの製造費用は比較的高くなる。

また、可動部の行程は、複数の寸法、特に、２つのパレット間の距離に依存する。ここで、この距離は、一群の製品で少なからず変動する。したがって、この製品の第２の欠点は、開位置と閉位置との間の可動部の行程が制御困難であるということである。このため、対応する開閉時間は、製品ごとに変わりやすい。

より具体的には、本発明は、製造コストが低く、開閉時間がより良好に制御される電磁アクチュエータの可動部を提案することによって、これらの欠点を是正しようとしている。

この目的のため、本発明は、電気接触器用電磁アクチュエータの可動部に関する。本発明によれば、可動部は、ロール状シートから切り出された平坦片で構成されている。平坦片は、電磁アクチュエータの固定部に対向するよう意図された第１のステージと、可動部の移動軸に沿って第１のステージに隣り合う第２のステージと、を備える。可動部の移動軸と垂直な平面で測定して、第２のステージの中実部は、第１のステージの中実部よりも小さい。

本発明により、可動部は、ＦＲ−Ａ−２７９２１０８に係る電磁アクチュエータの可動部よりもはるかに軽い。このため、可動部を開位置に戻すのに必要な機械力が抑えられる。さらに、可動部の製造に用いられる原材料が少なくなる。したがって、新しい可動部は、製造コストを低くする。さらに、可動部がロール状シートから切り出された平坦片で構成されていることにより、平坦片の厚さに関して、許容差を減らすことが可能となる。したがって、開位置と閉位置との間の可動部の行程の大きさは、より良好に制御される。接触器が閉じるとき、移動の開始時に、平坦片の周辺部を磁束が通過する（面引っ張りの増大）。この領域の誘導レベルは、低いままである（１テスラ未満）。間隙（固定部と可動部との間の距離）が小さくなればなるほど、パレットの中心に向かって、磁力線がより導かれる。パレットの中心には、強力な誘導が集中する。パレットの外側は、極わずかに圧力が加えられる。このため、平坦片の縁部は、中心ほどの厚さを有する必要がない。第２のステージの中実部が第１のステージの中実部よりも小さいことによって、その縁部のうちの少なくとも１つの位置で平坦片を軽量化することができる。その着想では、接触器が閉じるとき磁束を導かない材料を除去することにより、平坦片を最大限に軽量化するが、アクチュエータの閉じる能力に影響を及ぼすことがない。

本発明の有利でありながら任意の態様によれば、可動部は、技術的に許容できる任意の組み合わせにて、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含み得る。

平坦片は、２つの長縁部及び２つの短縁部の境界を定める矩形パレットである。一方、第２のステージは、長縁部と平行に測定して、第１のステージの長さよりも短い長さを有する。

第２のステージの中実部と第１のステージの中実部との比は、２５％〜７５％である。

平坦片の２つのステージは、２つの重畳シート片によって構成されている。

平坦片は、少なくとも１つの磁束コンセントレータ（magnetic flux concentrator）を備える。

各磁束コンセントレータは、アクチュエータの固定部の方に向けられた平坦片の表面に形成された凸部である。

また、本発明は、上述のような固定部及び可動部を備えた電磁アクチュエータに関する。

固定部は、コイルが巻回された２つのコアを備えていることが好都合である。

可動部を構成する平坦片は、少なくとも１つの磁束コンセントレータを備え、各磁束コンセントレータが固定部のコアのうちの反対の１つとなるように配置されていることが好都合である。

第２のステージは、コアの位置で測定して、固定部の長さと少なくとも等しい長さを有していることが好都合である。

本発明は、最終的には、上述のようなアクチュエータを備えた電気接触器に関する。

本発明の有利でありながら任意の態様によれば、このような電気接触器は、技術的に許容できる任意の組み合わせにて、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含み得る。
−接触器は、円弧状ハウジングと、円弧状ハウジングと接触したアクチュエータの固定部を保持する手段であって、例えば少なくとも１つの弾性要素を含む手段と、を備える。
−各弾性要素は、接触器の基板から延びて、基板とアクチュエータの固定部との間に配置された電子回路基板を通過する。

本発明及びその他の利点については、その原理に係る電磁アクチュエータの可動部の一実施形態に関する以下の説明に照らして、より明確に明らかとなるであろうが、これは、ほんの一例として、添付の図面を参照して与えられる。

開位置で表され、本発明に係る固定部及び可動部を有する電磁アクチュエータを備えた、本発明に係る電気接触器の断面図である。 接触器が閉位置で表された、図１に類似の断面図である。 図１及び図２のアクチュエータの可動部を表す斜視図である。 図１及び図２のアクチュエータの可動部を表す斜視図である。

図１及び図２は、例えば電源と電気負荷との間の電力回路における電流路を選択的に遮断可能な電気接触器２を示している。図１において、接触器２は、電流路を遮断する開位置で表されている。接触器２は、多くの可動接点１２及び対応する数の固定接点１４を備える。本例において、この数は２に等しいが、ユニットの種類に応じて変化し得る。

可動接点１２は、当該可動接点１２と固定接点１４とが絶縁距離だけ分離された図１に表される開位置と、可動接点１２と固定接点１４とが接触して接続された図２に表される閉位置との間で、軸Ｘ１０に沿って移動可能なコンタクトホルダ１０に属している。コンタクトホルダ１０は、電磁アクチュエータ４を介して、軸Ｘ１０に沿って並進移動する。

電磁アクチュエータ４は、固定部６と、図１に表される開位置と図２に表される閉位置との間で軸Ｘ１０に沿って移動可能な部分８と、を備える。図１において、可動部８の行程は、距離ｃによって表されている。

コンタクトホルダ１０及びアクチュエータ４の可動部８は、軸Ｘ１０に沿って、並進連結されている。本例において、アクチュエータの部分８は、コンタクトホルダ１０と一体化するように、コンタクトホルダに組み付けられている。

固定部６は、Ｕ字状構造の磁力保持棒６０を備える。したがって、磁力保持棒６０は、基部と、基部から軸Ｘ１０と平行に延びた２つのコア６１と、を備える。コア６１にはそれぞれ、コイル６２が巻回されている。電流が供給されると、コイル６２は、アクチュエータ４の可動部８を固定部６へと引き付ける磁界を発生させる。

電磁アクチュエータ４は、可動部８を開位置に戻す手段を備える。本例において、これらの戻し手段は、固定部６と可動部８との間に延びた２つの螺旋状バネ２４によって構成されている。バネ２４は、圧縮バネである。図面の明瞭化のため、図２において、バネ２４は示されていない。

接触器２は、基板１６と、当該基板１６に固定された円弧状ハウジング１８と、を備える。基板１６は、アクチュエータ４の固定部６を囲む。開位置においては、コンタクトホルダ１０の一部が円弧状ハウジング１８を当接しており、一方、閉位置においては、可動部８がアクチュエータ４の固定部６と接触している。

また、接触器２は、円弧状ハウジング１８と接触したアクチュエータ４の固定部６を保持する保持手段を備える。より具体的には、アクチュエータの固定部６は、円弧状ハウジング１８に属する突起１８０と接触して保持される。突起１８０は、軸Ｘ１０周りに分散している。本例においては、突起１８０は４つ存在する。

上記保持手段は、少なくとも１つの弾性要素２２、好ましくは２つの弾性要素２２を備える。本例において、弾性要素２２は、エラストマー・プラグである。各プラグ２２は、基板１６から延びて、この目的で基板２０に形成された貫通孔を介して電子回路基板２０を通過する。したがって、電子回路基板２０は、基板１６とアクチュエータ４の固定部６との間に配置されている。これは、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）製の支持部を備える。

保持手段２２は、アクチュエータ４の固定部６の「基準化」すなわち「規定」が可能である。これは、一群の製品の接触器に関わらず、アクチュエータ４の固定部６が一群の製品で同じ位置となることを意味する。したがって、開位置と閉位置との間の可動部８の行程ｃの端点は、明確に定義される。これは、開位置と閉位置との間の可動部８の行程ｃの大きさの制御の改良に寄与するため、結果として、接点の大きな圧力の制御及び開閉時間の再現性の改良に寄与する。

図３及び図４に見られるように、電磁アクチュエータ４の可動部８は、平坦なシート片で構成されている。平坦片という表現は、それがロール状シートから得られたことを意味すると理解されるものとする。

平坦片８はステージになっており、電磁アクチュエータ４の固定部６に対向するよう意図された第１のステージ８０と、反対側で円弧状ハウジング１８に対向するように意図された第２のステージ８２と、を備える。第２のステージ８２は、軸Ｘ１０に沿って、第１のステージ８０に隣り合っている。これは、第１のステージ８０及び第２のステージ８２が軸Ｘ１０と垂直であり、第１のステージ８０と第２のステージ８２との間に空隙が存在しないことを意味する。可動部８の移動軸Ｘ１０と垂直な平面で測定して、第２のステージ８２の中実部は、第１のステージ８０の中実部よりも小さい。中実部は、断面において輪郭により境界が定められた領域である。このため、領域の計算には、第１のステージ８０又は第２のステージ８２の如何なる孔も考慮されない。第２のステージ８２の中実部と第１のステージ８０の中実部との比は、通過する磁束及び使用された強磁性材料に応じてシミュレーションによって示される。これは、２５％〜７５％であり、好ましくは５０％に等しい。

本例において、平坦片８は、ステージを２つしか備えていない。図示されない変形例として、平坦片は、正確に３つ以上のステージを備え得る。ステージは、平坦片の少なくとも１つの他の部分と異なる中実部を有する平坦片８の部分に対応する。

第１のステージ８０は、電磁アクチュエータ４の固定部６に向かって向くように意図された表面Ｓ８０の境界を定める。本例において、表面Ｓ８０は、アクチュエータ４の固定部６と接触することが意図されている。しかしながら、変形例として、片は、閉位置における部分６と８との間への挿入も可能である。第２のステージ８２は、表面Ｓ８０の反対の表面Ｓ８２の境界を定めている。表面Ｓ８２は、組み立てられた構成において、接触器２の円弧状ハウジング１８に対向している。表面Ｓ８０及びＳ８２は、実質的に平面状である。

第２のステージ８２は、実質的に中心に配置されている。言い換えると、第２のステージ８２は、第１のステージ８０の中心部のみを覆っているため、パレットの中心に十分な通路区域を確保することができる。一方、平坦片８の縁部のうちの少なくとも１つは、第１のステージ８０のみによって境界が定められ、片の最大厚よりも小さな厚さを有する。

したがって、平坦片８の厚さは、均一ではない。本例において、厚さが均一なパレットと比較した重量の軽減は、１５％程度である。これが磁気的な性能レベルへの影響が無い又は実質的な影響も無いのは、接触器２が閉じたとき、コイル６２より発生した磁束の殆どが平坦片８の中心部を通過するためである。したがって、平坦片８の縁部の誘導レベルは、あまり高くない。このため、閉じたとき平坦片８の磁気的挙動を変更し得る磁気飽和を誘発することなく、縁部の厚さを抑えることができる。言い換えると、接触器が閉じたとき、磁束を全く又は殆ど導かない材料のみが除去される。これにより、軽量化された可動部を得ることができる。

平坦片は、２つの短辺及び２つの長辺を備えた矩形パレットが好都合である。２つの短辺は、可動パレット８の２つの両側縁部Ｂ１及びＢ２を構成する。２つの長辺は、２つの両側縁部Ｂ３及びＢ４を構成する。縁部Ｂ１及びＢ２は、厚さが最大であるパレット８の中心領域に対して、厚さが抑えられている。縁部Ｂ１及びＢ２がパレット８の第１のステージ８０のみによって境界が定めされ、一方、縁部Ｂ３及びＢ４は、２つのステージ８０及び８２により併せて境界が定められている。表面Ｓ８０は、長縁部Ｂ３及びＢ４と平行に測定して、表面Ｓ８２の長さよりも大きな長さを有する。

材料の軽量化により、接触器２の開時間は、軽量化されていない可動部が用いられる場合よりも短い。さらに、軽量化されたパレット８の磁気的挙動が全く影響を受けない又は殆ど影響を受けないことから、閉時間は実質的に同じである。

本例において、第１のステージ８０の厚さは、第２のステージ８２の厚さと同一である。したがって、縁部Ｂ１及びＢ２の厚さは、平坦片８の最大厚の半分に等しい。より一般的には、第１のステージ８０の厚さは、パレット８の最大厚に対して、縁部で許容できる飽和に応じて寸法付けられる必要がある。実際、第１のステージ８０の厚さは、パレット８の最大厚の２５％〜７５％、特に３５％〜５５％である。

平坦片８の２つのステージは、２つの重畳シート片８０及び８２によって構成されていることが好都合である。パレット８の長辺Ｂ３及びＢ４と平行に長さを測定したとき、シート片８２は、シート片８０より短い。本例において、２つのシート片８０及び８２は、特にレーザ溶接法を用いて、互いに溶接されている。

第２のステージ８２は、コア６１の位置で長さを測定したとき、固定部６の長さＬ６１と少なくとも等しい長さＬ８２を有していることが好都合である。長さＬ８２及びＬ６１は、軸Ｘ１０と垂直で、図１の平面に含まれる方向に測定される。このため、第２のステージ８２は、固定部６のコア６１と軸方向に反対の部分を含む。

電気接触器の組み立てられた構成においては、アクチュエータ４の固定部６側にシート片８０が向けられ、一方、シート片８２は、円弧状ハウジング１８側すなわちアクチュエータ４の固定部６と反対側に向けられている。

平坦片８は、少なくとも１つの磁束コンセントレータ、好ましくは少なくとも３つの磁束コンセントレータを備えることが好都合である。

本例において、平坦片は、４つの磁束コンセントレータを備える。これら４つの磁束コンセントレータは、パレット８の４つの隅部に配置されている。

各磁束コンセントレータは、アクチュエータ４の固定部６の方に向けられたパレット８の面Ｓ８０に形成された凸部８０．２である。凸部８０．２は、固定部６に対する可動部８の支承表面を構成する。各凸部８０．２は、シート・ダイスタンプ（sheet die-stamping）法で形成されていることが好都合である。縁部Ｂ３側に配置された凸部８０．２は、長円形及び円形であり、パレット８の縁部Ｂ１及びＢ２と平行に延びている。縁部Ｂ４側に配置された凸部８０．２は、円形である。

凸部８０．２は、コイル６２が発生させる磁束を導く。実際、磁束の約９５％が凸部８０．２を通過する。これにより、一方では、可動部８を閉位置に保持する磁力を最適化してコイル６２の消費を制限し、他方では、残留効果すなわち磁化を保つパレット８の能力を潜在的に制限することができる。

各磁束コンセントレータ８０．２は、固定部６のコア６１のうちの軸方向に反対の１つとなるように配置されていることが好都合である。これにより、磁束が磁束コンセントレータ８０．２を通りやすくなる。

図示されない変形例として、アクチュエータ４の固定部６と可動部８との間に挿入された磁気材料で構成された片を用いることにより、同様の効果が得られる。

シート片８０は、戻しバネ２４の端部が通る２つの貫通孔８０．１の境界を定める。バネ２４は、シート片８０の上方に配置された第２のシート片８２の突起８２．１に当接する。

図示されない別の変形例によれば、第１のステージ８０及び第２のステージ８２は、単一片である。そして、アクチュエータの可動部は、単一の平坦片で構成されている。

図示されない別の変形例によれば、第１のステージ８０及び第２のステージ８２は、異なる形態が可能である。例えば、第１のステージ８０が正方形のシート片により構成され得る。一方、第２のステージ８２は、第１のステージにより境界が定められた正方形に輪郭が内接した円盤であり得る。別の例によれば、第１のステージ８０及び第２のステージ８２は、同心円状に重畳した２つの円盤であり得て、第１のステージ８０を構成する円盤は、第２のステージ８２を構成する円盤よりも大きな直径を有する。

矩形パレット８は、以下のように製造される。２つのシート片８０及び８２は、ロール状シートから別個に切り出される。そして、シート片８０は、ダイスタンプされて凸部８０．２が形成され、孔開け加工されて孔８０．１が形成される。その後、２つのシート片８０及び８２は、例えばレーザ溶接法を用いて、互いに溶接される。オリフィス８０．１及び縁部Ｂ３の一部の上方で、溶接ビードが生成されることが好都合である。

また、変形例として、２つのシート片８０及び８２の接合に電気スポット溶接法が使用されてもよい。この場合、溶接スポットは、シート片８０と接触したシート片８２の面上に配置された凸部で形成される。そして、４つの溶接スポットで十分である。

また、２つのシート片８０及び８２は、一体的に接着、リベット留め、又はネジ留めされてもよい。

上述の実施形態及び変形例の特徴は、互いに組み合わされて、本発明の新たな実施形態を創出することも可能である。

Claims (13)

1. 電気接触器（２）用の電磁アクチュエータ（４）の可動部（８）において、
   前記可動部が、ロール状シートから切り出された平坦片（８）で構成され、
   前記平坦片が、前記アクチュエータ（４）の固定部（６）に対向するよう意図された第１のステージ（８０）と、前記可動部の移動軸（Ｘ１０）に沿って前記第１のステージに隣り合う第２のステージ（８２）と、を備え、
   前記可動部の前記移動軸（Ｘ１０）と垂直な平面で測定して、前記第２のステージの中実部が、前記第１のステージの中実部よりも小さい、
   ことを特徴とする、可動部（８）。
2. 前記平坦片（８）が、２つの長縁部（Ｂ３、Ｂ４）及び２つの短縁部（Ｂ１、Ｂ２）の境界を定める矩形パレットであり、前記第２のステージ（８２）が、前記長縁部（Ｂ３、Ｂ４）と平行に測定して、前記第１のステージ（８０）の長さよりも短い長さを有することを特徴とする、請求項１に記載の可動部。
3. 前記第２のステージ（８２）の前記中実部と前記第１のステージ（８０）の前記中実部との比が、２５％〜７５％であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の可動部。
4. 前記平坦片（８）の前記２つのステージが、２つの重畳シート片（８０、８２）によって形成されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の可動部。
5. 前記平坦片（８）が、少なくとも１つの磁束コンセントレータ（８０．２）を備えたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の可動部。
6. 各磁束コンセントレータが、前記アクチュエータの固定部（６）の方に向けられた前記平坦片（８）の表面（Ｓ８０）に形成された凸部（８０．２）であることを特徴とする、請求項５に記載の可動部。
7. 固定部（６）及び請求項１〜６のいずれか一項に記載の可動部（８）を備えた、電磁アクチュエータ（４）。
8. 前記固定部が、コイル（６２）が巻回された２つのコア（６１）を備えたことを特徴とする、請求項７に記載の電磁アクチュエータ。
9. 前記可動部が、請求項５に記載のものであり、各磁束コンセントレータ（８０．２）が、前記固定部の前記コア（６１）のうちの反対の１つとなるように配置されたことを特徴とする、請求項８に記載の電磁アクチュエータ。
10. 前記第２のステージ（８２）が、前記コア（６１）の位置で測定して、前記固定部の長さ（Ｌ６１）と少なくとも等しい長さ（Ｌ８２）を有することを特徴とする、請求項８又は９に記載の電磁アクチュエータ。
11. 請求項１０に記載の電磁アクチュエータを備えた、電気接触器（２）。
12. 円弧状ハウジング（１８）と、前記円弧状ハウジングと接触した前記アクチュエータ（４）の前記固定部（６）を保持する手段（２２）であって、例えば少なくとも１つの弾性要素（２２）を含む手段（２２）と、を備えた、請求項１１に記載の電気接触器（２）。
13. 各弾性要素（２２）が、前記接触器の基板（１６）から延びて、前記基板（１６）と前記アクチュエータの前記固定部（６）との間に配置された電子回路基板（２０）を通過することを特徴とする、請求項１２に記載の電気接触器。