JP2022017498A - 接触子カバーを有するスイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単純且つコンパクトなデザインを有すると同時に、信頼性のある消弧を確保する一般的なタイプのスイッチ装置を提供する。【解決手段】本発明に係るスイッチ装置は、開状態のとき互いに離間し、閉状態のとき互いに電気的に接続する第１接触子及び第２接触子を有する少なくとも１つの接点を備える。前記接点には、前記接点が開いた際に発生したアークを前記接点から放出するアーク放出用磁界を生成するアーク放出装置が設けられている。前記２つの接触子のうち少なくとも一方の接触子は、他方の接触子とは反対側に面する非接触子面側に非導電性カバーを備える。前記非導電性カバーは、前記アークの基点が前記非接触子面側を通過することを防止する。【選択図】図２

Description

本発明は、独立請求項１の前提部に係るスイッチ装置に関する。

一般的なスイッチ装置は、開状態のときに離間し、閉状態のときに互いに電気的に接触する第１接触子と第２接触子を有する少なくとも１つの接点を備える。アーク放出用磁界を生成するアーク放出装置が接点に設けられることで、接点が開いたときに発生するアークが接点から放出されるように放出用磁界が設計される。

独立請求項１の前提部に係るスイッチ装置は、従来技術として知られている。例えば、特許明細書ＥＰ０３８００１２Ｂ１には、それぞれがピボット式スイッチングアームに配置される１つの接触子と１つのはめ合い接触子とを有する電流制限サーキットブレーカが記載されている。短絡時には、接点を開くため、２つのスイッチングアームが離間するように揺動する。その結果発生するスイッチングアークは、放出用磁界によりアーク放電チャンバ内に案内される。２つのアームの一方におけるスイッチングアークの基点が誤った方向に移動することを防止するため、スイッチングアームの一部は、プラスチック製絶縁キャップにはめ込まれている。絶縁キャップは、第２スイッチングアームに面するスイッチングアームの側面に配置されている。絶縁キャップを有するスイッチングアームは、電流経路を介してサーキットブレーカの接触端子に接続されている。電流経路は、スイッチングアークが接点から放出される際、スイッチングアークの基点が跳ね上がるアーク案内プレートとして機能し、このプレートは、スイッチングアークをアーク放電チャンバに案内し、放電させる。

また、独立請求項１の前提部に係るさらなるスイッチ装置は、ＷＯ２０１２／０７６６０５Ａ１から公知である。このスイッチ装置は、２つの接点を有する二重遮断構造を有する。各接点は、固定接触子とこれに対応する可動接触子からなり、それにより、２つの可動接触子は、アーク放出用磁界に対して平行に位置決めされたコンタクトブリッジの一部となる。また、このスイッチ装置は、双方向動作するように設計されており、従って、コンタクトブリッジの両側面側に消弧手段を有する。スイッチングアークは、電流方向に応じた２つの方向の一方に対してそれぞれの接点から放出される。従って、スイッチングアークの移動方向は、コンタクトブリッジの長手方向延長部分に対して直交する。スイッチングアークを、関連付けられた消弧手段の１つに案内するために、対応するアーク案内プレートが設けられる。これらは、それぞれの固定接触子から、及びコンタクトブリッジにおける関連する可動接触子から延在し、対応する消弧手段まで外部に向かって側方に移動する。

本発明の目的は、単純且つコンパクトなデザインを有すると同時に、信頼性のある消弧を確保する一般的なタイプのスイッチ装置を提供することである。簡略化のため、スイッチングアークは、以下のデザインにおいて単にアークと言及される。

上記目的は、独立請求項１の特徴部により解決される。当該特徴部によれば、２つの接触子（contact）のうち少なくとも１つの接触子が、他方の接触子に面さない側である非接触子面側（non-contact-facing side）に非導電性カバーを有し、この非導電性カバーが、アークの基点が非接触子面側を移動することを防止するすることで、独立請求項１の前提部に係るスイッチ装置において、本発明に係る解決手段を存在させることができる。

本発明に係る解決手段によれば、アークを強力に屈曲して放電させる効果を奏することができるので、アークの基点が接触子を周回して消弧しなくなるおそれをなくすことができる。同時に、本発明に係るスイッチ装置は、コンパクトなままとすることができる。本発明に係るカバーが設けられた接触子では、アークが接点から放出される際にアークの基点を跳ね上げたり、アークを放電して対応する消弧装置に案内したりするものとして機能するアーク案内プレートは不要である。これにより、本発明に係るスイッチ装置は、一般的なタイプの従来のスイッチ装置に必要となる各種の部品が不要となるため、コンパクトなだけではなく、軽量且つ低製造コストを実現可能である。カバーにより覆われた接触子のうち、他の接触子に面する側は、カバーを有さない。

本発明に係るスイッチ装置のアーク放出用磁界は、永久磁力のみにより生成されることが好ましい。このことは、放出用磁界を生成する放出用電磁コイルが不要であることを意味する。1つ以上の永久磁石を用いて、放出用磁界を生成することが好ましい。永久磁石には、所望の領域に一様な磁界を確保する極板を設けることができる。永久磁石の使用は、コンパクト、軽量及び高コスト効率のデザインに寄与する。

本発明の好適な実施形態は、従属項の主題として記載される。

本発明の好適な実施形態によれば、カバーは、一方の接触子における非接触子面側から、放出用磁界の磁力線に対して実質的に直交する当該一方の接触子の縁を介して、当該一方の接触子の自由端面まで延在することで、自由端面がカバーにより少なくとも部分的に覆われる。これにより、アークの基点が当該接触子の端面に沿って移動することを防ぐことができる。端面は、カバーにより完全に覆われることが好ましい。また、端面は、アーク放出用磁界の磁力線に対して直交することが好ましい。本発明に係るスイッチ装置が、二重遮断構造と、放出用磁界に対して平行に配置されたコンタクトブリッジとを備える場合、コンタクトブリッジの両端は、カバーにより覆われることが好ましい。

本発明に係る別の好適な実施形態によれば、カバーは、アーク放出用磁界の磁力線に対して実質的に平行な、接触子の長手方向側面に凹部を備え、この凹部は、アークが接点から放出される際、アークの基点が凹部に入り込むように配置及び形成される。従って、このデザインでは、一方の接触子における非接触子面側は、カバーによって部分的に覆われない。これにより、アークの基点を凹部に入り込ませることができる。言うなれば、アークは凹部に捕捉される。凹部の前後において、カバーは、一方の接触子の幅全体に亘って一方の接触子の長手方向の両側面まで延在することが好ましい。この実施形態では、アークの基点が接触子を周回移動すること、言うなれば、消弧できないことを防止する点で特に効果を奏する。また、この実施形態では、基点が意図されない方向に移動することが防止される。凹部でアーク放電されることは利点となり得る。凹部は円弧状であることが好ましい。変形例として、凹部は、矩形状等の非円弧状としてもよい。しかし、カーブした凹部は、効果的であるとの結果が出ている。

本発明に係る別の好適な実施形態によれば、カバーはプラスチック製である。また、カバーは耐熱性プラスチック製とすることが好ましい。ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）の使用は、特に適しているとの結果が出ている。これにより、長い製品寿命が確保される。同時に、カバー用材料としてのプラスチックの使用は、本発明に係るスイッチ装置を低コストで製造することを可能とする。他の絶縁又は非導電性材料もカバー用材料として用いることができる。例えば、カバーはセラミック製としてもよい。カバーは、一方の接触子に接着、係合又はその他の方法で対応する接触子に接続することができる。

本発明に係る別の好適な実施形態によれば、スイッチ装置は、２つの接点を有する二重遮断構造を備える。２つの接点それぞれの第１接触子は固定接触子であり、２つの接点それぞれの第２接触子は、アーク放出用磁界の磁力線に対して平行に配置された共通のコンタクトブリッジの一部である。このデザインでは、カバーは、２つの固定接触子とは反対側に面する、コンタクトブリッジの面全体に対して延在することが好ましい。従って、可動接触子の２つの非接触子面側は、コンタクトブリッジの単一の非接触子面側を形成する。この実施形態におけるアーク放出用磁界は、コンタクトブリッジの長手方向延長部分に対して実質的に平行に配置されるため、アークは、コンタクトブリッジに対して直角で一方の接点から放出される。従って、カバーにおいて効果的に設けられる凹部は、コンタクトブリッジの長手方向の側面に配置される。

また、この実施形態において、各接点には、消弧手段が設けられることが好ましい。これにより、信頼性を持って消弧を行うことができる。スイッチ装置は、コンタクトブリッジの両側面側に配置された消弧要素を備える消弧手段を有することで、双方向動作が可能であることが好ましい。消弧手段又はその消弧要素は、プラスチック製としてもよい。ポリアミド（ＰＡ）の使用は、アークが発生した際、ポリアミドの蒸発によりアークの冷却効果を実現するために適している。もちろん、消弧要素は、セラミック等の他の好適な材料で構成してもよい。

この実施形態を好適に発展させた形態では、消弧要素は、コンタクトブリッジの非接触子面側にも配置される。消弧要素は、コンタクトブリッジに対して所定の距離があることが好ましい。コンパクトなデザインであるにもかかわらず、この実施形態では、高い消弧能力を実現する。アークは、放出用磁界により強力に曲げられ、これにより、消弧手段の消弧要素により完全に消弧されるまで放電される。

この実施形態をさらに好適に発展させた形態では、固定接触子は、アーク放出用磁界の磁力線に直交する方向において、コンタクトブリッジよりも広い幅である。また、固定接触子は、消弧手段まで到達すると同時に、アーク案内プレートとして機能することが好ましい。この点に関し、対向する可動接触子やコンタクトブリッジにはアーク案内プレートは不要であることが再度強調される。

本発明に係るさらに別の実施形態によれば、消弧手段とアーク放出装置は、スナップ式フックにより、工具無しにスイッチ装置の筐体に取付可能なリムーバブルアセンブリを形成する。これにより、本発明に係るスイッチ装置を維持すること、又は消弧装置及びアーク放出装置を交換することが容易となる。スナップ式フックは弾性の凸部であることが好ましく、また、この凸部は、消弧手段の一部又は消弧手段及びアーク放出装置を含むアセンブリの一部であることが好ましい。スナップ式フックは、筐体における対応するスナップ要素に係合する。さらに、筐体側においてスナップ式フックごとに１つのブラケットが設けられ、このブラケットが、スナップ式フックにおける係合した端部を取り囲み、シール等によりラッチを取り付けることで、ラッチが意図せずに緩むことを防止するとともに、ラッチが緩んだ際、過度の伸びにより生じる材料の変形を防止する。さらに、２つの接点における消弧手段及びアーク放出装置の全ては、単一のリムーバブルアセンブリにまとめられることが好ましい。

本発明に係る別の好適な実施形態によれば、本発明に係るスイッチ装置は、アークにより発生し且つコンタクトブリッジの非接触子面側に配置された消弧要素の間から出るプラズマが側方に屈曲されるように設計されたアーク放電チャンバをも有する。この屈曲は、スイッチ装置の２つの対向する側面においてプラズマを放出するように起こることが好ましい。これにより、プラズマがスイッチ装置の上部から漏れ出ることが防止され、本発明に係るスイッチ装置と、スイッチ装置の上方に配置された他の部品との間の距離を減少させることができる。これにより、本発明に係るスイッチ装置を、スイッチ装置を用いる対応する装置に設けることがより容易になる。

本発明に係る他の好適な実施形態によれば、消弧装置及びアーク放出装置を含むアセンブリに対して、スナップ式フックを用いることにより、工具なしにアーク放電チャンバカバーを取り付けてもよい。従って、アーク放電チャンバカバーを、本発明に係るスイッチ装置に対して交換又は組込みを容易に行うことができる。

本発明の実施形態は、図面を参照してより詳細に説明される。

本発明に係るスイッチ装置の斜視図である。 図１に示す本発明に係るスイッチ装置を図１の切断線ＩＩに沿って示す縦方向斜視断面図である。 図１及び図２に示す本発明に係るスイッチ装置を図１の切断線ＩＩＩに沿って示す断面図である。 図１～図３に示す本発明に係るスイッチ装置を、消弧手段を除いた状態で示す平面図である。 図１に示す本発明に係るスイッチ装置に、追加的なアーク放電チャンバカバーを付した状態を示す図である。 図１～図５に示す本発明に係るスイッチ装置にアーク放電チャンバカバーを付した状態を示す側面図である。

以下の実施形態において、同一の部品には、同一の参照符号が付される。図面に関連する明細書の箇所で明示的に言及されない参照符号を図面が含む場合、当該参照符号は、先に説明した又はその後に説明する内容である。

図１は、本発明に係るスイッチ装置１の斜視図であり、スイッチ装置１の筐体２０及び２つの接触端子２５と、本発明に係るスイッチ装置１の上部に配置された消弧手段１６とが示されており、これらの部品の詳細については後述する。

図２は、本発明に係る図１のスイッチ装置１を図１の切断線ＩＩに沿って示す縦方向斜視断面図である。同図では、スイッチ装置１が、２つの接点１４、１５を有する二重遮断構造を備えることが示されている。各接点１４、１５は、固定接触子２及び可動接触子を備え、これにより、２つの可動接触子は、共通のコンタクトブリッジ３を形成するように結合される。２つの固定接触子２は、スイッチ装置１の筐体２０から引き出されており、従って、スイッチ装置１の２つの接触端子２５が同時に形成される。各固定接触子２は、対応する接触面４を有し、この接触面４は、コンタクトブリッジ３における対向する接触面５と接触可能である。スイッチ装置１が閉じているとき、接触面４、５を介して固定接触子２とコンタクトブリッジ３の間に電気的な接続が形成される。コンタクトブリッジ３の電磁的駆動部は、図２の下方に示されているが、本発明とは関連性がない。

図３は、本発明に係るスイッチ装置１の断面を、図１の切断線ＩＩＩに沿って示す断面図である。この断面図では、第１接点１４を通る。同図は、第２接点１５にも適用可能である。スイッチ装置１は、図３に示す永久磁石６と、図１及び図２に示す対応する極板７とから実質的に成るアーク放出装置を備える。アーク放出装置は、コンタクトブリッジ３の長手方向延長部分（longitudinal extension）と平行に位置決めされたアーク放出用磁界を生成する。コンタクトブリッジ３の長手方向延長部分は、２つの接点１４、１５を仮想的に接続したものとして定義される。

接点が開くとき、スイッチングアーク２４が接触面４、５の間で発生し、コンタクトブリッジ３の長手方向延長部分に対して直交する放出用磁界により、接点から放出される。電流方向に依存して、スイッチングアーク２４は、図３における左側に又は右側に放出される。図３には、スイッチングアーク２４のいくつかの位置が示されている。スイッチングアーク２４は、接点から強力に屈曲され、従って、さらに遠くへ放電されることが明確に理解されよう。スイッチングアーク２４の下方の基点１０は、固定接触子２に沿って外側に移動する。固定接触子２は、コンタクトブリッジ３よりもかなり幅が広く、そのため、アーク案内プレートとしても機能する。他の基点９は、接触面５からコンタクトブリッジ３の長手方向側面に沿ってコンタクトブリッジ３の上側に移動して、固定接触子２とは反対側に向かう。基点９がさらに移動してコンタクトブリッジ３に実質的に回り込むことを防止するため、コンタクトブリッジ３のうち接触子に面さない上側（非接触子面上側）には、耐熱性プラスチック（例えばポリエーテルイミド）からなる非導電性の絶縁カバー８が設けられる。

絶縁カバー８は、図４の平面図（明確性のため、消弧装置１６は図示されていない。）に最もよく示されている。カバー８は、コンタクトブリッジ３のうち接触子に面さない側（非接触子面側）から、アーク放出用磁界の磁力線に対して実質的に直交するコンタクトブリッジ３の自由端の縁を介して、コンタクトブリッジ３の自由端面１１まで延在する。従って、端面１１は、少なくとも上方においてカバー８にも覆われる。これにより、アーク２４がコンタクトブリッジ３の端面１１に沿って移動することが防止される。コンタクトブリッジ３の両端１１には、フロントカバーが設けられる。コンタクトブリッジ３の長手方向側面１２において、カバー８は、接点ごとに２つの凹部１３を有し、これらの凹部１３は、アーク２４が接点から放出される際、スイッチングアーク２４の基点９が凹部１３に入り込むように配置及び設計されている。アーク２４の基点９は、言うなれば凹部１３に捕捉され、基点９が意図しない方向に移動することを効果的に防止することが可能となる。図４に示すように、凹部１３は円弧状である。

図３に示すように、消弧装置１６は、コンタクトブリッジ３の両側面側において及びコンタクトブリッジ３のうち接触子に面さない上側（非接触子面上側）において、スイッチングアーク２４を消弧する複数の消弧要素１７を有する。消弧要素１７は、プラスチック製であり、消弧装置１６のためのホルダと一体的に設計されている。消弧要素１７は、もちろんセラミック製としてもよい。消弧装置１６は、永久磁石６及び極板７を有するアーク放出装置と共に、工具を要さないリムーバブルアセンブリを形成する。このアセンブリは、スナップ式フック１８を介して、本発明に係るスイッチ装置１の筐体２０に取り付けられる。スナップ式フック１８は、弾性の舌片として設計され、その端部は、筐体２０における対応するラッチ要素１９と係合する。このスナップ接続では、スナップ接続が解放される際、フック１８を過度に伸ばすことによって生じる、材料への過負荷は、筐体側のブラケット２１により抑制されると共に、シール材等のロック装置を取り付けることにより、意図しない解放が抑制される。

図５及び図６に示すように、本発明に係るスイッチ装置１には、スナップ式フック２３を介することで工具なしに消弧装置１６に取付可能なアーク放電チャンバカバー２２を取り付けてもよい。アーク放電チャンバカバー２２は、本発明に係るスイッチ装置１の上側に配置することができる。アーク放電チャンバカバー２２は、アーク２４により発生し、且つコンタクトブリッジ３のうち接触子に面さない上側（非接触子面上側）に配置された消弧要素１７を介して外側を通過するプラズマを屈曲させる。プラズマの屈曲は、当該上側から外側に向かって発生する。その結果、本発明に係るスイッチ装置１の上部と他の部品又は部分との間に、安全距離を維持する必要がなくなる。多くの場合、アーク放電チャンバカバー２２は、本発明に係るスイッチ装置１の配置を促進する。

Claims (14)

1. 開状態のとき互いに離間し、閉状態のとき互いに電気的に接続する第１接触子（２）及び第２接触子（３）を有する少なくとも１つの接点（１４、１５）を備え、
   前記接点（１４、１５）には、前記接点（１４、１５）が開いた際に発生したアーク（２４）を前記接点から放出するアーク放出用磁界を生成するアーク放出装置が設けられている
   ことを前提とするスイッチ装置（１）において、
   前記２つの接触子のうち少なくとも一方の接触子（３）は、他方の接触子（２）とは反対側に面する非接触子面側に非導電性カバー（８）を備え、
   前記非導電性カバーは、前記アーク（２４）の基点（９）が前記非接触子面側を通過することを防止する
   ことを特徴とするスイッチ装置（１）。
2. 請求項１に記載のスイッチ装置（１）において、
   前記非導電性カバー（８）は、前記一方の接触子（３）の前記非接触子面側から、前記アーク放出用磁界の磁力線に対して実質的に直交して延びる前記一方の接触子の縁を介して、前記一方の接触子（３）の自由端面（１１）まで延在し、
   前記自由端面（１１）は、前記非導電性カバー（８）により少なくとも部分的に覆われる
   ことを特徴とするスイッチ装置（１）。
3. 請求項１又は２に記載のスイッチ装置（１）において、
   前記非導電性カバー（８）は、前記アーク放出用磁界の磁力線に対して実質的に平行な前記一方の接触子の長手方向側面（１２）に凹部（１３）を備え、
   前記凹部（１３）は、前記アーク（２４）が前記接点（１４、１５）から放出される際、前記アーク（２４）の前記基点（９）が前記凹部（１３）に入り込むように配置及び形成されている
   ことを特徴とするスイッチ装置（１）。
4. 請求項３に記載のスイッチ装置（１）において、
   前記凹部（１３）は円弧状である
   ことを特徴とするスイッチ装置（１）。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のスイッチ装置（１）において、
   前記非導電性カバー（８）はプラスチック製である
   ことを特徴とするスイッチ装置（１）。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載のスイッチ装置（１）において、
   前記スイッチ装置（１）は、２つの接点（１４、１５）を有する二重遮断構造を備え、
   前記２つの接点それぞれの前記第１接触子（２）は固定接触子であり、
   前記２つの接点それぞれの前記第２接触子は、前記アーク放出用磁界の磁力線に対して平行に配置された共通のコンタクトブリッジ（３）の一部である
   ことを特徴とするスイッチ装置（１）。
7. 請求項６に記載のスイッチ装置（１）において、
   各接点（１４、１５）には、消弧装置（１６）が設けられる
   ことを特徴とするスイッチ装置（１）。
8. 請求項７に記載のスイッチ装置（１）において、
   前記スイッチ装置（１）は、双方向動作が可能であり、
   前記消弧装置（１６）は、前記コンタクトブリッジ（３）の両側面側に配置された消弧要素（１７）を有する
   ことを特徴とするスイッチ装置（１）。
9. 請求項８に記載のスイッチ装置（１）において、
   前記消弧要素（１７）は、前記コンタクトブリッジ（３）の前記非接触子面側にも設けられる
   ことを特徴とするスイッチ装置（１）。
10. 請求項６～９のいずれか１項に記載のスイッチ装置（１）において、
    前記固定接触子（２）は、前記アーク放出用磁界の磁力線と直交する方向において前記コンタクトブリッジ（３）よりも幅が広い
    ことを特徴とするスイッチ装置（１）。
11. 請求項１０に記載のスイッチ装置（１）において、
    前記固定接触子（２）は、前記消弧装置（１６）に沿って延在し、アーク案内プレートとしても機能する
    ことを特徴とするスイッチ装置（１）。
12. 請求項７～１１のいずれか１項に記載のスイッチ装置（１）において、
    前記消弧装置（１６）は、前記アーク放出装置と共に、工具なしに取り外し可能であり且つスナップ式フック（１８）を介して前記スイッチ装置（１）の筐体（２０）に固定されるアセンブリを形成する
    ことを特徴とするスイッチ装置（１）。
13. 請求項９～１２のいずれか１項に記載のスイッチ装置（１）において、
    前記スイッチ装置（１）は、前記アーク（２４）により生成され且つ前記コンタクトブリッジ（３）の前記非接触子面側に配置された複数の前記消弧要素（１７）の間を出るプラズマを側方に屈曲させるアーク放電チャンバカバー（２２）をさらに有する
    ことを特徴とするスイッチ装置（１）。
14. 請求項１３に記載のスイッチ装置（１）において、
    前記アーク放電チャンバカバー（２２）は、前記消弧装置（１６）及び前記アーク放出装置を含む前記アセンブリに対して、スナップ式フック（２３）を介して工具なしに固定される
    ことを特徴とするスイッチ装置（１）。

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