JP3799610B2

JP3799610B2 - 電磁開閉器

Info

Publication number: JP3799610B2
Application number: JP2003038960A
Authority: JP
Inventors: 肇山本; 和夫柴田
Original assignee: YAMAMOTO ELECTRIC WORKS CO., LTD.
Current assignee: YAMAMOTO ELECTRIC WORKS CO., LTD.
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2023-01-09
Also published as: JP2004221037A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、たとえばガスタービンを起動するスタータモータなどに通電するために適用される直流低電圧大電流用の電磁開閉器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のスタータモータ用電磁開閉器は、自動車専用の小形のものしかなく、大形エンジンのスタータモータ用電磁開閉器は一般産業用の大電流電磁開閉器を直流用に改造して流用していた。そのため、大形で高価であり、操作直流電圧の許容変動率が小さいため、操作電圧が１／２に低下した場合には、電磁開閉器が動作しないおそれがあり、電圧の安定した操作用別置電源装置を必要としていた。
【０００３】
近年のガスタービンの大型化にともない、たとえばＤＣ６０Ｖの直流低電圧状態で、２，０００Ａ程度の大電流を約３０秒間にわたってスタータモータに通電するとともに、約４，０００回以上の開閉動作に耐える電磁開閉器の提供が要請され、発明者等はこれら接点の溶損や溶着をなくし、大電流通電が可能で信頼性に高く、長寿命かつ操作電圧の許容変動率の大きい電磁開閉器を提案した（特許第２９２８８４５号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来構造は、支持ロッドに装着される第４のばね部材が、第１のばね部材、強大な第２のばね部材、および第３のばね部材を順次押し上げ、さらにメイン接点の接触圧を付与しなければならない。
そのために、第４のばね部材は強大なものにする必要があり、線径，全長，外径ともに大きくならざるを得ず、上記支持ロッドに対する可動接点ブロックの弾性支持部分が大形化するのと、可動側アーク接点は導電性ばね部材を介して可動側メイン接点に接続するとともに、固定側アーク接点は専用経路で固定側メイン接点に接続する構成であるために、電磁開閉器自体が大形化し、複雑かつ組み立てが面倒で、コスト高となる課題がある。
さらに、同開閉器はアーク接点がカーボン製で、高抵抗であるために、アーク接点およびメイン両接点の導電状態において、メイン接点が導通不良となった場合、並列に接続されたアーク接点側への電流が増大し、ジュール熱によりアーク接点部を発熱させるなどのおそれがある。
【０００５】
この発明は上記したような従来の課題を解消するためになされたもので、その１つの目的は小形かつ低コスト化が可能な電磁開閉器を提供することにある。
この発明の他の目的は接点の溶損や溶着なく大電流通電が可能で、信頼性の高い長寿命な電磁開閉器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明による電磁開閉器は、アーク固定接点およびメイン固定接点をそれぞれ有する電源側および負荷側端子片を電気絶縁台に所定間隔を存して固定してなる固定端子ブロックと、上記各メイン固定接点およびアーク固定接点に接離可能に対向させて１対のアーク可動接点およびメイン可動接点を設定してなる可動接点ブロックと、この可動接点ブロックを軸移動可能な支持ロッドに電気絶縁部材を介して弾性的に支持してなる複数の復帰ばね部材からなる復帰ばね機構と、上記支持ロッドを軸移動させる電磁石ブロックとを具備し、オン・オフ操作する直流電圧の変動範囲が大きく、かつ直流低電圧大電流を気中開閉する電磁開閉器であって、上記可動接点ブロックは、所定間隔を存して１対のアーク可動接点を設定したアーク可動接点部材と、このアーク可動接点部材に所定間隔を存して対向配置されるとともに１対のメイン可動接点を設定したメイン可動接点部材と、上記メイン可動接点部材に対するアーク可動接点部材の変位をガイドするガイド部材とを具備し、上記復帰ばね機構は、上記各可動接点部材にばね力を付勢する複数の圧縮ばね部材と、上記支持ロッドの中央部に固定されたばね受け用ホルダに支持された強力なばね力を有する復帰ばね部材とを含むことを特徴とする電磁開閉器。
【０００７】
【実施例】
以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。
図１はこの発明による電磁開閉器の一例を示す断面図で、図２の平面図におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
同図において、Ａは電磁石ブロック、Ｂは可動接点ブロック、Ｃは固定端子ブロック、Ｄは復帰ばね機構、Ｅはアーク消弧装置である。
【０００８】
上記電磁石ブロックＡは、筒状ケース１ａの下部開口を基台１ｂで閉塞してケース本体１を構成し、上記基台１ｂに形成された凹所２にプランジャ３を軸移動可能に収納し、電磁コイル４を巻装した電気絶縁性コイルスプール５を同軸状に固定して、上記ケース本体１およびコイルスプール５の上部開口を蓋体６およびシリンダベッド７で密閉するとともに、上記スプール５の円筒状軸部をシリンダ８として構成し、上記シリンダ８の内部空間には上記プランジャ３およびシリンダヘッド７で構成されたシリンダ室９が形成されている。
上記プランジャ３には軸線方向へ延びる貫通孔３ａが形成されるとともに、上記凹所２の下方に形成された通気孔２ａおよび上記貫通孔３ａを介して上記シリンダ室９が外気に連通されている。
【０００９】
上記シリンダヘッド７には中央部に形成された貫通孔７ａに金属製の支持ロッド１０が軸移動可能に嵌挿され、その基端部１０ａを上記シリンダ室９の内部で上記プランジャ３に当接可能に対向配設させるとともに、中央部１０ｂに復帰ばね機構Ｄを介して可動接点ブロックＢを弾性的に支持し、先端部１０ｃを固定端子ブロックＣに軸移動可能に挿通させている。
上記支持ロッド１０の中央部１０ｂには有頭筒状の金属製第２ホルダ１１が軸移動可能に嵌合されるとともに、図３で拡大して示すように、上記支持ロッド１０の中央部１０ｂに突設されたばね受け座１０ｄと第２ホルダ１１の頭部１１ａとの間に第４の復帰コイルばね部材１２Ｄが圧縮状態で介挿されている。
【００１０】
また、上記支持ロッド１０の中央部１０ｂに有底筒状の金属製第１ホルダ１３を挿通するとともに、上記第２ホルダ１１の頭部１１ａにその底部１３ａを当接させて、上記支持ロッド１０のホルダ受け座１０ｅに係止させ、上記支持ロッド１０の中央部１０ｂにねじ込まれたねじ体１４でもって固定されている。
さらに、第１および第２の復帰コイルばね部材１２Ａ，１２Ｂを上記第１ホルダ１３の上記底部１３ａにその筒状部１３ｂの内外周においてほぼ同心状に当接させるとともに、第１のばね部材１２Ａは上記第１ホルダ１３の底部１３ａと軸受部材１７との間に圧縮状態で介挿し、第２のばね部材１２Ｂはフリー状態に保持されている。
【００１１】
上記第２ホルダ１１には電気絶縁性の筒状体１８がほぼ同心状に外嵌され、上記筒状体１８は下方の小径筒状部１８ａと、上方の大径筒状部１８ｂと、これら両部間を連結する環状段部１８ｃとを有し、上記小径筒状部１８ａを上記第２ホルダ１１の筒状部１１ｃに摺動可能に外嵌するとともに、第１および第２のばね部材１２Ａ，１２Ｂの下端部を上記大径筒状部１８ｂで取り囲んで電気絶縁し、かつ、上記段部１８ｃをアーク可動接点部材１９の上面に当接させてある。
【００１２】
上記アーク可動接点部材１９は、図４で示すように小判形の剛性を有する導電性平板の両端部に耳状の突片１９ａを突設して形成され、中心孔に前述の支持ロッド１０を挿通させるとともに、有底筒状の前記金属製第１ホルダ１３および電気絶縁性筒状体１８が上記支持ロッド１０とほぼ同心状に装着され、上記突片１９ａの上面にアーク可動接点２０が固定されている。
また、上記筒状体１８の大径筒状部１８ｂにおける点対称位置の外周部には、１対の電気絶縁性突部１８ｄおよび取付片１８ｅが突設され、上記各取付片１８ｅにねじ体２１をねじ込むことにより、上記筒状体１８がアーク可動接点部材１９に固定されている。
【００１３】
上記アーク可動接点部材１９の下方には、これに直交する剛性かつ導電性を有する小判形の平板からなるメイン可動接点部材２２が上記支持ロッド１０に挿通されて対向配置され、その端部にメイン可動接点２３が固定されている。
上記アーク可動接点部材１９には１対のガイドピン２４が下方から挿通され、その軸部２４ｂ（図３）に電気絶縁性の筒状スペーサ２６が外嵌されてねじ体２５で固定されることにより、上記アーク可動接点部材１９をメイン可動接点部材２２に対し支持ロッド１０の軸線方向へ安定性を保持する案内をしながら摺動移動させるとともに、上記スペーサ２６でもって上記両接点部材１９，２２の間における電気絶縁性を確保するように構成されている。
【００１４】
上記各可動接点部材１９，２２間には複数（４個）の第３の圧縮コイルばね部材１２Ｃが支持ロッド１０の軸線まわりに等間隔に配置して介装され、これによって、アーク可動接点部材１９がメイン可動接点部材２２に対し弾性的に保持され、メイン可動接点部材２２は上記ばね部材１２Ｃのばね力に抗して上記スペーサ２６に案内されながら、上記アーク可動接点部材１９の近接方向へ変位することができ、前述した第１，第２および第４のばね部材１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｄとともに復帰ばね機構Ｄを構成している。
また、上記第３のばね部材１２Ｃの下端部はメイン可動接点部材２２の支持孔２２ａに嵌入された電気絶縁性の第３ホルダ５０に嵌挿されて、上記第３のばね部材１２Ｃおよびアーク接点部材１９とメイン接点部材２２との間における電気絶縁性を確保するように構成されている。
【００１５】
さらに、上記第２ホルダ１１には前記筒状体１８とほぼ同形状の電気絶縁性筒状体４２が同心状に装着され、下方の大径筒状部４２ａが上記金属製第２ホルダ１１の下端つば部１１ｂの外周面を取り囲み、上方の小径筒状部４２ｂが前記筒状体１８の小径筒状部１８ａに摺動可能に外嵌されて、上記両筒状体１８，４２でもって金属製第２ホルダ１１の電気絶縁を確保している。
【００１６】
上記可動接点ブロックＢの上方にはこれに対向して固定端子ブロックＣが配置され、この端子ブロックＣは、図５で示すように、メイン固定接点２８を設定した電源側端子片２９が合成樹脂製の電気絶縁台３０に１対のねじ体３１で固定されるとともに、上記端子片２９の内端部に一体に突設された馬蹄形のアーク固定端子片２９ａの先端部にアーク固定接点３２が設定されて、固定端子ブロックＣを構成している。
【００１７】
上記絶縁台３０は、たとえば４隅を切欠しかつ中央部に開口３０ａを形成したほぼ正方形板材からなり、上記開口３０ａの上方を前記軸受部材１７で閉塞してねじ体３３（図１）で固定し、この軸受部材１７の軸受孔１７ａに上記支持ロッド１０の先端部１０ｃを摺動可能に挿通するとともに、上記各固定接点２８，３２の近傍に電気絶縁壁３０ｂ−３０ｅが突設されている。
【００１８】
すなわち、上記メイン固定接点２８の両側には１対の電気絶縁壁３０ｂ，３０ｃが突設されるとともに、上記アーク固定接点３２に隣接する一方の絶縁壁３０ｃに対向させて上記アーク固定接点３２の他側方に絶縁壁３０ｄを突設し、かつ、点対称位置に突設された上記各絶縁壁３０ｂ，３０ｄから上記開口３０ａの中心方向へ延びる１対の電気絶縁壁３０ｆがそれぞれ突設され、この中心方向へ延びる各絶縁壁３０ｆの先端部には上記開口３０ａに開放された縦溝３０ｇが形成されている。
また、上記アーク固定端子片２９ａには上記開口３０ａに開放された半円状の凹部２９ｂが形成されている。
【００１９】
上記アーク接点３２の両側面に突設された１対の電気絶縁壁３０ｃ，３０ｄの間は外方へ開放された開放通路３３とされへこの開放通路３３にアーク消弧装置Ｅ（図１）が設置される。
上記アーク消弧装置Ｅは複数枚のグリッド板３４を絶縁性枠体３５に上下方向へ所定間隔存して並設して構成され、固定端子ブロックＣの絶縁台３０にねじ体３６でもって固定された金属製ブラケット３７にねじ体３８をねじ込むことにより固定されている。
また、上記アーク消弧装置Ｅは、前記蓋体６にねじ体３９でもって固定された金属製ブラケット４０にねじ体４１をねじ込むことにより、前述の固定端子ブロックＣとともに絶縁性枠体３５に固定されている。
【００２０】
上記固定端子ブロックＣの固定に際し、可動接点ブロックＢにおける筒状体１８の大径筒状部１８ｂ（図４）が上記固定端子ブロックＣにおける絶縁台３０の中央部開口３０ａ（図５）に嵌合されるとともに、上記筒状部１８ｂの外周部に突設された１対の突部１８ｄが上記固定端子ブロックＣにおける開口３０ａの中心方向へ延びる電気絶縁壁３０ｆの縦溝３０ｇに進退移動可能に配置され（図６）、さらに、上記筒状部１８ｂの外周部に突設された取付片１８ｅがアーク固定端子片２９ａの凹部２９ｂに嵌入される。
【００２１】
以上は、電源側端子片２９の開閉機構を図２のＸ−Ｘ線に沿う構成について説明したものであり、負荷側端子片２９Ｙの開閉機構については前述のものとほぼ同様である。
したがって、図２のＹ−Ｙ線に沿う負荷側端子片２９Ｙの開閉機構については、便宜上、上記Ｘ−Ｘ線に沿う構成とほぼ同一もしくは相当部分に同一符号に補助符号Ｙを付記して、その詳しい説明を省略する。
【００２２】
つぎに、上記構成の動作について説明する。
図１において、電磁コイル４を励磁すると、プランジャ３はシリンダ室９の内部をシリンダ８の内周面を摺動しながら上昇開始し、復帰ばね機構Ｄによる圧縮ばね力の付勢を受けながら上昇する。
つまり、一般に、電磁コイル４は通電開始時におけるプランジャ３の励磁力が弱いため、上記支持ロッド１０に対するプランジャ３の負荷を軽減させるために、復帰ばね機構Ｄにおける最大のばね力を有する第２のコイルばね部材１２Ｂはフリー状態に保持することにより、そのばね力が付勢されることなく上記プランジャ３を上昇開始させる。
【００２３】
上記プランジャ３はＧ１に相当する距離を上昇すると、図７で示すように支持ロッド１０の下端１０ｆに当接し、次に電磁コイル４への通電にもとづく励磁力の上昇にともなって、上記可動接点ブロックＢを復帰ばね機構Ｄにおける弱い第１のばね部材１２Ａのばね反力に抗しながらＧ２に相当する距離を上昇すると、第２のばね部材１２Ｂの上端１２Ｂａが軸受部材１７に当接したのち、強大な第２のばね部材１２Ｂのばね力が付勢開始される。
これに抗しながら、プランジャ３が図８で示すようにＧ３に相当する距離を上昇すると、アーク可動接点２０，２０Ｙをアーク固定接点３２，３２Ｙに接触させる。
【００２４】
これによって、上記電源側端子片２９は、アーク固定端子片２９ａ（図５），アーク固定接点３２，アーク可動接点２０（図４），アーク可動接点部材１９，アーク可動接点２０Ｙ，アーク固定接点３２Ｙ，アーク固定端子片２９ａＹを介して負荷側端子片２９Ｙに電気的に接続される。このとき、アーク接点が接触した瞬間にアークが発生し、続いて全負荷電流、たとえば２，０００Ａがアーク接点を流れる。
【００２５】
上記アーク可動接点２０，２０Ｙがアーク固定接点３２，３２Ｙに接触したのち、プランジャ３が図９で示すようにＧ４に相当する距離を上昇すると、支持ロッド１０が上昇し、支持ロッド１０のばね受け座１０ｄと第２ホルダ１１間に圧縮状態で取り付けられた第４のばね部材１２Ｄは第２ホルダ１１および第２筒状体４２を介してメイン可動接点部材２２を押し上げ、第３のばね部材１２Ｃを押し縮める。
第４のばね部材１２Ｄの圧縮反力は、第３のばね部材１２Ｃの反力より強いため、第４のばね部材１２Ｄは第３のばね部材１２Ｃのばね力に抗して同部材１２Ｃを押し縮め、その反力はアーク可動接点部材１９を押してアーク可動接点２０（２０Ｙ）とアーク固定接点３２（３２Ｙ）間に接触圧力を発生させる。
同時に、メイン可動接点２３（２３Ｙ）をメイン固定接点２８（２８Ｙ）に接触させる。
【００２６】
すなわち、上記アーク可動接点２０（２０Ｙ）がアーク固定接点３２（３２Ｙ）に接触した状態で、上記メイン可動接点２３（２３Ｙ）をメイン固定接点２８（２８Ｙ）に接触させる。
【００２７】
さらに、プランジャ３がＧ５に相当する距離を上昇することにより、そのばね受け座１０ｄに係止された第４のばね部材１２Ｄは圧縮され、その反力（第４のばね反力−第３のばね反力）は第２ホルダ１１および第２筒状体４２を介してメイン可動接点部材２２を押し、メイン可動接点２３（２３Ｙ）とメイン固定接点２８（２８Ｙ）間の接触圧を発生させ、上記電源側端子片２９がメイン固定接点２８（図５），メイン可動接点２３（図４），メイン可動接点部材２２，メイン可動接点２３Ｙおよびメイン固定接点２８Ｙを介して負荷側端子片２９Ｙに電気的に接続して通電する。
【００２８】
プランジャ３がＧ５に相当する距離を上昇すると、復帰ばね機構Ｄにおける全ばね部材１２Ａ〜１２Ｄの反力が支持ロッド１０に付加され、これに抗して支持ロッド１０が上昇し、図１０で示すように、プランジャ３はシリンダヘッド７の内面７ｂに当接して可動接点ブロックＢの上昇が停止される。
前述した実施例における操作電圧、励磁吸引力、プランジャストロークおよび第１〜第４のばね力に関する動作関連図は図１１に示すとおりである。
【００２９】
上記メイン接点の接触時には図８〜図１０で示すように、アーク接点の電流路がすでに閉路されて通電状態にあり、その通電状態における電流を上記メイン接点側に転流させるものであるため、アークの発生が防止されて、上記メイン接点の溶着や溶損を有効に防止し、メイン接点間の接触を良好に保ち、大電流通電を確保することができる。
上記構成によれば、上記メイン接点の接触と同時に、バッテリからの大電流が上述したように、電源側端子片２９から負荷側端子片２９Ｙに流れて負荷を駆動することができる。
【００３０】
ところで、スタータモータを起動する電磁開閉器は、通常、別置電源装置のコスト低減のため、スタータモータ駆動用バッテリを兼用にして操作電源とする。このため、スタータモータ起動時には短絡的大電流が流れてバッテリ端子電圧は定格電圧の１／２位まで低下する。
したがって、この低下したバッテリ電圧でも電磁開閉器は確実に動作しなければならない。そこで、電磁開閉器の各復帰ばね特性は、バッテリ電圧の低下した下限電圧領域でのプランジャ３の電磁吸引力特性によって決定する。
すなわち、電磁吸引力に少し余裕をもたせるために、バッテリの１／３定格電圧での電磁力特性曲線に沿って各復帰ばね特性を決定する。これらは図１１で示したとおりである。
【００３１】
つぎに、この下限電圧領域で決定された各復帰ばね特性を有する電磁開閉器をバッテリ１００％定格電圧での上限電圧領域で使用した場合には、下記の課題が生じる。
電磁開閉器に通電直後のプランジャ３の励磁吸引力は、下限電圧領域でのそれの数倍の力がある。このため、第１の復帰ばね部材１２Ａの弱いばね反力では、この電磁吸引力を押え切れず、プランジャ３は瞬間に終端に到達して各接点を接触させる。
【００３２】
しかしながら、電磁コイル４にはインダクタンスＬがあるので、強大なばね反力に抗してプランジャ３を吸引上昇させるには少し時間がかかり、電磁開閉器への通電直後には電磁吸引力が不足している。
したがって、プランジャ３はストローク途中まで速やかに上昇し、弱い第１のばね部材１２Ａを圧縮することができるけれども、距離Ｇ２（図７）を上昇した後には強大な第２のばね部材１２Ｂのばね反力が付加される。プランジャ３はその慣性力でもって第２のばね部材１２Ｂを押し縮め始めるが、電磁吸引力の上昇不足により、ストローク途中で停止、後退し、遅れて電磁吸引力が上昇した後、再び上昇し始める。
【００３３】
押し戻されて再び上昇を開始した直後のプランジャ３は十分に加速されていないために遅く、この上昇速度の遅い時点でアーク接点を閉成させることにより、その衝撃的な接点接触を抑制し、アーク接点のバウンスによるアークの発生を有効に抑制することができる。
この実施例において、これらの点に関する実験結果を図１２および図１３に示す。
各図中、ｈは支持ロッド１０の上昇時における変位軌跡、Ｌ，Ｒは前述した電源側および負荷側の各アーク接点の接触時点を示し、その波高値は特別な意味を有するものではない。
また、図１２の実験結果によれば、Ｒ側のアーク接点にバウンスの発生が認めれているが、図１３の実験結果には接点バウンスの発生が認めれない。
これらのことは、アーク接点の投入時期を考慮する上で重要な意味を有することが明白である。
【００３４】
前述のとおり、上記メイン接点の電流路に大電流を流して負荷の駆動を完了し、電磁コイル４の励磁が解除されると、上記可動接点ブロックＢは復帰ばね機構Ｄによる強大なばね反力でもって、支持ロッド１０およびプランジャ３とともにほぼ一体的に軸移動して下降を開始する。
ところで、上記アーク可動接点２０，２０Ｙは、図１０のとおりアーク可動接点部材１９を介し第３の圧縮コイルばね部材１２Ｃに弾性的に支持されて上方位置に保持されるとともに、メイン可動接点部材２２により常時、上方に押し上げられている。
【００３５】
これにより、メイン可動接点部材２２が下降して第３の圧縮コイルばね部材１２Ｃの押し上げ力がなくなり、アーク可動接点部材１９の上方位置への保持力がなくなるまでアーク固定接点３２，３２Ｙに対するオン動作を保持することができる。
したがって、上記アーク可動接点２０，２０Ｙをアーク固定接点３２，３２Ｙに接触した状態で、メイン可動接点２３，２３Ｙをメイン固定接点２８，２８Ｙから開放させることができ、メイン接点の開放に際し、アークの発生を有効に防止することができる。
【００３６】
以下、電磁コイル４の通電が切られ、メイン可動接点２３，２３Ｙがメイン固定接点２８，２８Ｙから開離されるまでの動作を詳述する。
電磁コイル４には前述のとおりインダクタンス分Ｌがあるので、励磁エネルギが溜まっており、この通電を切っても、その励磁エネルギのために励磁力が急激になくならない。
また、プランジャ３はシリンダヘッド７の内面７ｂに当接しているので、上記プランジャ３と磁性体からなるシリンダヘッド７の内面７ｂとの間には通電を切っても、残留磁気のために強い吸引力が働らいている。
したがって、次式が成立するまでプランジャ３はシリンダヘッド７の内面７ｂから開離することがない。
【００３７】
残留磁気による吸引力＋電磁コイル４の残留エネルギによる励磁力
＜（第１のばね反力＋第２のばね反力＋第３のばね反力＋第４のばね反力）
この式が成立するには、通電を切って電磁コイル４の残留エネルギが放出され、励磁力が所定値以下になったときである。この実施例によれば、これに要する時間は約１５ｍｓであり、この時点まで上記プランジャ３は下降を開始しない。
【００３８】
可動接点ブロックＢとプランジャ３は支持ロッド１０の下端１０ｆに当接し、一体となっているが、上記式が成立した瞬間、第１，第２，第３，第４の全ばね群が強いばね反力で支持ロッド１０を押圧し、支持ロッド１０の下端１０ｆが質量の大きいプランジャ３を弾き飛ばすように作用し、可動接点ブロックＢとプランジャ３を分離させる。
図１０で示す状態において、第１，第２，第３，第４のばね部材１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄのばね反力により、支持ロッド１０が図９で示すようにＧ５に相当する距離を下降すると、支持ロッド１０のばね受け座１０ｄに係止された第４のばね部材１２Ｄが伸長し、第２ホルダ１１，第２筒状体４２およびメイン可動接点部材２２を介して発生していたメイン可動接点２３，２３Ｙとメイン固定接点２８，２８Ｙ間の押し付け圧が０となる。それと同時に、第１ホルダ１３の底面が第２ホルダ１１の上端面１１ａに当接する。
【００３９】
つぎに、図９で示す状態において、第１，第２，第３のばね部材１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃのばね反力により、支持ロッド１０がＧ４に相当する距離を下降すると、第１ホルダ１３の底面が第２ホルダ１１の頭部１１ａに当接した状態でこれを押し下げ、図８で示すように第１筒状体１８の段部１８ｃに当接する。
上記第２ホルダ１１の下降により、第２筒状体４２を介して上記第２ホルダ１１の下端つば部１１ｂに係止されているメイン可動接点部材２２が第３のばね部材１２Ｃのばね反力を受けて下降し、メイン可動接点２３，２３Ｙがメイン固定接点２８，２８Ｙから解離する。
【００４０】
他方、アーク可動接点部材１９は支持ロッド１０が距離Ｇ４を下降し終わるまで、第３のばね部材１２Ｃの圧縮反力により上方へ押し上げられ、上記アーク可動接点２０，２０Ｙをアーク固定接点３２，３２Ｙに接触した状態に保持するとともに、上記支持ロッド１０が距離Ｇ４を下降し終わった時点で、第３のばね部材１２Ｃの圧縮反力がなくなりアーク可動接点２０，２０Ｙとアーク固定接点３２，３２Ｙ間の押圧力は０となる。
【００４１】
さらに、第１，第２のばね部材１２Ａ，１２Ｂのばね反力により、支持ロッド１０がＧ３（図８）に相当する距離を下降すると、第１ホルダ１３の底面が第２ホルダ１１の頭部１１ａおよび第１筒状体１８の段部１８ｃに当接し、上記筒状体１８を介してアーク可動接点部材１９を押圧し、可動接点ブロックＢ全体を強力に押し下げ、アーク可動接点２０，２０Ｙとアーク固定接点３２，３２Ｙを切り離す。この時点で、上記支持ロッド１０は十分に加速されており、アーク接点間は急速に解離される。
【００４２】
このとき、アーク接点には全負荷電流、たとえばＤＣ６０Ｖ，２，０００Ａが流れているので、爆発的にアークがアーク接点間に発生する。この接点をアークの被害から救うには、可動接点ブロックＢを急速に下降させる必要がある。
そのためには、第１，第２のばね部材１２Ａ，１２Ｂを可能な限り強くして、可動接点ブロックＢの降下速度を早くしなければならない。それと同時に、プランジャ３の下降が可動接点ブロックの降下を妨げないように、プランジャ３自体の降下速度を早くしなければならない。
【００４３】
プランジャ３の下降速度を早くするため、その軸方向へ貫通孔３ａを形成し、上記プランジャ３の降下時における上方空間は負圧となり、下方空間は正圧ないし圧縮となって、上記プランジャ３の降下を阻害しないように、下方空間の圧縮空気を上記プランジャ３の貫通孔３ａを通して負圧側に逃がすことにより、上記プランジャ３の降下速度を早めることができる。
また、発生したアーク電流は、アーク消弧装置Ｅにおける各グリッド板３４で伸長させたのち、分断して冷却することにより容易に消弧することができる。
【００４４】
上記構成によれば、可動接点ブロックＢがアーク可動接点部材１９とメイン可動接点部材２２とを所定間隔存して対向配置するとともに、各接点部材１９，２２にアーク可動接点２０，２０Ｙおよびメイン可動接点２３，２３Ｙを設定して支持ロッド１０に装着する構成であるから、上記各接点部材に固定された導電性ばね部材の先端部に各接点を設定する従来構造に比較して、部品点数を低減して構造が簡単かつ組立性が簡素であり、低コストな電磁開閉器を提供することができる。
【００４５】
また、従来においては、第４のばね部材１２Ｄでもって、第１，第２および第３のばね部材１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｄを押し上げる構造であるために、上記ばね部材１２Ｄのばね力を強大なものにする必要があり、線径，全長，外径が大きくなり、これを装着するための可動接点ブロックＢも必然的に大形となる課題がある。
【００４６】
これに対し、上記構成によれば、支持ロッド１０が第１，第２のばね部材１２Ａ，１２Ｂを直接に押し上げる構造とし、また、第３のばね部材１２ｃを押し縮める第４のばね部材１２Ｄも支持ロッド１０が直接に押し上げる構造とし、さらに、上記支持ロッド１０と各可動接点部材１９，２２とを電気絶縁する第２ホルダ１１に第４のばね部材１２Ｄを収納することにより、可動接点ブロックＢを小形化することができ、もってこの種電磁開閉器を小形コンパクト化することができる。
【００４７】
さらに、上記構成によれば、上記固定端子ブロックＣにおける各接点の両側部に電気絶縁壁３０ｂ−３０ｅ（図５）を突設するとともに、上記電気絶縁性筒状体１８の外周面に複数の突部１８ｄ（図４）を突設し、図６で示した上記可動接点ブロックＢと固定端子ブロックＣとの電気的接触時に、上記ブロックＣに形成された縦溝３０ｇに上記突部１８ｄを嵌合させることにより、上記各ばね部材１２Ａ，１２Ｂおよび金属製第１ホルダ１３と上記各アーク・メイン接点とを電気的に絶縁することができ、この点からも電磁開閉器の一層の小形化に寄与することができる。
【００４８】
図１４はこの発明による電磁開閉器の他の例を示す断面図で、図１と同一もしくは相当部分に同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
図１の実施例においては、金属製第２ホルダ１１に第４のばね部材１２Ｄを収納する構成としたことにより、第２ホルダ１１および支持ロッド１０と各可動接点部材１９，２２とを電気絶縁する合成樹脂製第２筒状体４２を必要とした。
これに対し、図１４で示すように、第２ホルダ１１を合成樹脂製とし、上記ホルダ１１の筒状部１１ｃを各可動接点部材１９，２２の中央孔１９ｂ，２２ａに下方から挿通し、上記筒状部１１ｃの外周面に形成された雄ねじ部に合成樹脂製筒状スリーブナット５１の雌ねじ部をねじ込んで、上記ナット５１の下端部と第２ホルダ１１のつば部１１ｂとでメイン可動接点部材２２を挟持することにより、上記ホルダ１１はメイン可動接点部材２２に締め付け固定される。
【００４９】
これによって、上記各可動接点部材１９，２２と支持ロッド１０および第４のばね部材１２Ｄとは上記合成樹脂製の第１筒状体１８および第２ホルダ１１で電気的に絶縁されるとともに、図１の実施例における第２筒状体４２を省略して部品点数を低減することができ、可動接点ブロックＢ、ひいては電磁開閉器の小形コンパクト化に一層貢献することができる。
なお、この発明による電磁開閉器はガスタービンの起動に限られず、他の装置に直流低圧大電流を短時間通電する場合に適応することができることはいうまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
この発明は以上詳述したように、接点の溶損や溶着なく大電流通電が可能で、信頼性が高く長寿命であり、構造が簡単かつ組立が簡素であり、小型で低コストな電磁開閉器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電磁開閉器の一例を示す縦断面図である。
【図２】同電磁開閉器の上面図である。
【図３】同電磁開閉器の要部を拡大して示す縦断面図である。
【図４】同電磁開閉器の内部構造を示す可動接点ブロックの上面側における斜視図である。
【図５】同電磁開閉器の内部構造を示す固定端子ブロックの下面側における斜視図である。
【図６】同電磁開閉器の他の要部を拡大して示す縦断面図である。
【図７】同電磁開閉器の初期動作を説明する概略的な縦断面図である。
【図８】同電磁開閉器のアーク接点の接離動作を説明する概略的な縦断面図である。
【図９】同電磁開閉器のアークおよびメイン接点の接離動作を説明する概略的な縦断面図である。
【図１０】同電磁開閉器のアークおよびメイン接点の圧接動作を説明する概略的な縦断面図である。
【図１１】同電磁開閉器の電磁吸引力特性とばね組み合わせ構成の原理図である。
【図１２】同電磁開閉器のアーク接点の投入動作の一例を説明する特性図である。
【図１３】同電磁開閉器のアーク接点の投入動作の他の例を説明する特性図である。
【図１４】この発明による電磁開閉器の他の例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
Ａ電磁石ブロック
Ｂ可動接点ブロック
Ｃ固定端子ブロック
Ｄ復帰ばね機構
３プランジャ
３ａ貫通孔
４電磁コイル
８シリンダ
１０支持ロッド
１０ａ基端部
１０ｂ中央部
１０ｃ先端部
１０ｄばね受け座
１１第２ホルダ
１１ｂつば部
１１ｃ筒状部
１２Ａ第１のばね部材
１２Ｂ第２のばね部材
１２Ｃ第３のばね部材
１２Ｄ第４のばね部材
１３第１ホルダ
１８（４２）電気絶縁部材（電気絶縁性筒状体）
１８ｄ突部
１９アーク可動接点部材
１９ｂ中央孔
２０（２０Ｙ）アーク可動接点
２２メイン可動接点部材
２２ａ中央孔
２３（２３Ｙ）メイン可動接点
２４ガイド用ねじ体
２６ガイド用スペーサ
２８（２８Ｙ）メイン固定接点
２９電源側端子片
２９Ｙ負荷側端子片
３０電気絶縁台
３０ｂ〜３０ｅ電気絶縁壁
３０ｇ縦溝
５１スリーブナット

Claims

アーク固定接点およびメイン固定接点をそれぞれ有する電源側および負荷側端子片を電気絶縁台に所定間隔を存して固定してなる固定端子ブロックと、
上記各メイン固定接点およびアーク固定接点に接離可能に対向させて１対のアーク可動接点およびメイン可動接点を設定してなる可動接点ブロックと、
この可動接点ブロックを軸移動可能な支持ロッドに電気絶縁部材を介して弾性的に支持してなる複数の復帰ばね部材からなる復帰ばね機構と、
上記支持ロッドを軸移動させる電磁石ブロックとを具備し、オン・オフ操作する直流電圧の変動範囲が大きく、かつ直流低電圧大電流を気中開閉する電磁開閉器であって、
上記可動接点ブロックは、所定間隔を存して１対のアーク可動接点を設定したアーク可動接点部材と、このアーク可動接点部材に所定間隔を存して対向配置されるとともに１対のメイン可動接点を設定したメイン可動接点部材と、上記メイン可動接点部材に対するアーク可動接点部材の変位をガイドするガイド部材とを具備し、
上記復帰ばね機構は、上記各可動接点部材にばね力を付勢する複数の圧縮ばね部材と、上記支持ロッドの中央部に固定されたばね受け用ホルダに支持された強力なばね力を有する復帰ばね部材とを含むことを特徴とする電磁開閉器。
上記電磁石ブロックは、シリンダの内部に軸方向へ摺動可能に嵌合されかつ軸方向に貫通孔を有するプランジャと、上記シリンダの外周面に巻装されて上記プランジャを励磁移動させる電磁コイルとを備え、上記支持ロッドの基端部を軸移動可能に支持するとともに、上記プランジャの端面に当接させて上記支持ロッドを軸移動させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の電磁開閉器。
上記ばね受け用ホルダは、支持ロッドの中央部に固定されたばね受け用第１ホルダと、上記支持ロッドの中央部に軸移動可能でかつ上記第１ホルダに頭部を接離可能に当接させた有頭筒状の第２ホルダとを備え、
上記復帰ばね機構は、第１ないし第４からなる複数のコイル状復帰ばね部材を備え、第２の復帰ばね部材は他の復帰ばね部材よりも強力なばね力を有し、
第１の復帰ばね部材は上記支持ロッドに挿通されて上記第１ホルダと前記固定端子ブロックとの間に圧縮状態で介挿され、
第２の復帰ばね部材は上記支持ロッドに上記第１の復帰ばね部材とほぼ同心状に挿通されて上記第１ホルダにフリ−状態で保持され、
第３の復帰ばね部材は上記アーク可動接点部材とメイン可動接点部材との間に圧縮状態で介装され、
第４の復帰ばね部材は上記第２ホルダに収納されてその頭部内面と上記支持ロッドに突設されたばね受け座との間に圧縮状態で介挿されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁開閉器。
上記第１ホルダは金属製からなり、上記支持ロッドの外周を取り囲む電気絶縁性筒状態を上記可動接点ブロックに装着し、上記第１ホルダおよび支持ロッドと各接点とを電気的に絶縁するように構成したことを特徴とする請求項３に記載の電磁開閉器。
上記第２ホルダは合成樹脂製からなり、その筒状部を各可動接点部材の中央孔に挿通し、上記筒状部の外周面に合成樹脂製スリーブナットをねじ込んで、上記ナットの下端と第２ホルダの下端つば部とでメイン可動接点部材を挟持して固定したことを特徴とする請求項３または４に記載の電磁開閉器。
上記電気絶縁性筒状体の外周面に突設された複数の突部と、上記固定端子ブロックにおける各接点の両側部に突設された電気絶縁壁と、所定の電気絶縁壁の先端部に形成された縦溝とを備え、上記可動接点ブロックと固定端子ブロックとの電気的接触時に上記各突部を対応する縦溝に嵌合させて、上記各ばね部材および金属製第１ホルダと上記各接点とを電気的に絶縁したことを特徴とする請求項４に記載の電磁開閉器。
アーク固定接点に対するアーク可動接点の接触は、電磁石ブロックによるプランジャの励磁で支持ロッドを軸移動させ、復帰ばね機構における第２の復帰ばね部材の強力なばね反力が付加され、上記プランジャのストローク途中で押し戻されて再び移動を開始した直後の所定時期に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の電磁開閉器。