JP4224757B2 - 接触器、および接点の溶着を防止する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に電気切換装置、特に、電磁接触器において変化する故障（漏電等）電流状態に続いて起こる接点溶着を防止するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁接触器は、スタータ利用において、電流の過負荷からモータ等の負荷を保護したり、負荷の切換を行うために用いられる。接触器は、電気切換装置として使用され、固定接点と可動接点を含み、接触器の回路が閉じると、電力を供給する。一旦回路が閉じると、接点は、互いに押し付けられる。互いに押し付け合う接点を有する接触器に関してよく知られた問題は、短絡回路において発生する接点の溶着である。
【０００３】
電磁接触器等の電気切換装置において接点の溶着を防止する方法は、いくつか知られている。１つの方法は、低い故障電流状態において溶着に対する抵抗がある複合材料を接点に用いることである。一般的に、接点を閉じた状態に保持するバネの付勢力よりも大きな磁気力により、接点がブローオープン(blow open)することがある。接点間が分離するや否や接点間を横切るアークが形成される。
【０００４】
このアークのエネルギーは、接点表面を溶かし、そして、電流をゼロにする前にばねの付勢力が消失する圧縮力を越えるときに、接点が再び閉じると、接点間が溶着する。化学的組成及び物理的構造により、複合接点材料は、接点間の溶着を防止することができる。また、ある場合には、低い故障電流が発生中にわずかな溶着に対抗できる。これらの軽度の溶着は、スイッチの開放させるときの接触器の開放力によって取り除くことができる。
【０００５】
別の方法は、中間的な故障電流状態において役立つもので、接点キャリア内に磁気部材を備えることであり、この磁気部材は、接点キャリアと連動して作動し、故障電流後の所定の時間で接点を分離する。低い温度抵抗と高い溶融点により、接点材料は、溶解後、対流、放射、及び伝導による急速な冷却により急激に固体化する。それゆえ、接点間を流れるアーク電流の通過後の短い時間の間に、接点が閉じるのを防止するには、接点を硬くして溶着させないための十分な時間を与える必要がある。
【０００６】
接点溶着を防止する別の方法は、高い故障電流の下で接触器を強制的に開くことである。短絡回路の故障電流は、接触器における接点表面間に非常に高いアーク圧力を発生する。このアーク圧力は、アーマチュアと磁気コイルによって発生する磁気力に打ち勝つために接触器を開く。
【０００７】
接点溶着を防止するための上述したそれぞれの方法は、ある種の欠点及び制限を有している。例えば、溶着に対して抵抗を有する接点材料を用いることは、低い故障電流状態においては実行可能であるが、高い故障電流に対しては有効ではない。中間の故障電流に対しては、磁気部材を用いて、接点を再閉路させる前に電流ゼロとなる付加的な時間を与えることができる。
【０００８】
しかし、接触器内の空間スペースを減少させる必要があるので、ピーク電流値以下の故障電流で飽和作用を生じる磁気ラッチング機能が得られるより小さい磁気材料が要求される。この飽和作用は、磁気部材によって作られる磁気力が、対数関数的でなく線形的に増加するので、接点溶着を防止するのに磁気ラッチングの有効性に限界がある。同様に、高い故障電流中にブローオープン時に、接点が十分に冷却される前に、接点を更に押圧して接点間を閉じるとき、ばねの付勢力によって作られる付加力が加えられる。それゆえ、接点間に溶着が生じる。
【０００９】
従って、数多くの故障電流に対抗でき、接触器の種々の物理的な寸法形状に対して適合する電磁接触器を有することが望ましい。このような接触器は、低い故障電流状態、中間の故障電流状態、高い故障電流状態において、接点溶着を防止することができるであろう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、電磁接触器における可動接点および固定接点間の溶着を防止する装置および方法を提供することを目的としている。さらに、上述した欠点を克服し、さらに、故障電流値の広い範囲において作動する装置を提供することである。
【００１１】
この接触器は、耐溶着性の材料を用いて接点を製作して低い故障電流状態下で接点の溶着を防止する。また、中間の故障電流状態下では、故障電流が消失し、かつ接点が固化するまで、接点を開位置に一時的にラッチするために磁気部材を用いる。更に、高い故障電流状態下では、接触器がリセットされるまで接点自体が再閉路しないようにする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、各請求項に記載の構成を有する。本発明は、互いに付勢されかつ開位置と閉位置の間に切換可能な固定接点と可動接点を有する接触器を含む。電磁コイルの励磁により、接触器を介して電流が流れる電路を作り出すように接点間を接触させる。電磁コイルは、より低い保持電力を用いて接点間の係合を保持する。
【００１３】
本発明では、接触器が始めに係合した後にパルス変調により、接触器を閉位置に保持する。接点は、分離され、そして低い故障電流状態及び中間の故障電流状態の下では、特別の接点材料を用いて接点溶着することなく、ばねの付勢力により接点の閉位置にリセットすることができる。また、磁気部材を用いて、低い故障電流及び中間の故障電流に対して補償することができる。高い故障電流では、ブローオープン作用を作り出し、アーマチュアを電磁コイルから分離して、電磁コイルに第２の励磁用パルスを加えるか、または作動可能な所定値のレベル以上になるまで、固定接点と可動接点を確実に分離させる。
【００１４】
本発明の構成によれば、接触器は、接触器ハウジングと、この接触器ハウジング内に取付けられた少なくとも１組の固定接点と、少なくとも１組の可動接点を有する接点ブリッジと、前記接触器ハウジング内に摺動可能に取付けられた可動接点キャリアと、前記接点ブリッジに固定され、かつ前記可動接点の組に隣接配置されて前記可動接点の組とともに移動可能な第１磁気部材と、前記可動接点キャリアに固定され、かつ前記接点ブリッジとの間に付勢機構を挟むために、前記接点ブリッジに対向配置される第２磁気部材と、前記可動接点キャリアに固定されたアーマチュアと、前記接触器ハウジング内に取付けられた電磁コイルと、前記固定接点と可動接点の周りに配置されかつ前記接触器ハウジングに固定される板状のアークシールドとを備える接触器であって、
前記可動接点キャリアは、このキャリア内に移動可能に取付けられる前記接点ブリッジと、前記接点ブリッジと前記可動接点キャリアの間に設けられて前記接点ブリッジおよび前記可動接点を前記固定接点の方に付勢する付勢機構とを有し、
前記接触器を流れる3000〜7500アンペアの中間故障電流が、前記第１、第２磁気部材間に吸引磁気力を発生して。前記固定接点の組から可動接点の組を一時的に分離させ、さらに、前記電磁コイルは、第１エネルギー源により励磁されたとき、前記アーマチュアが電磁コイル内に引き寄せられて前記固定接点に可動接点を接触させ、さらに、第１エネルギー源より低い第２エネルギー源により励磁されると、前記アーマチュアを前記電磁コイル内に保持するように構成されており、
7500アンペア以上の高故障電流が発生したとき、前記電磁コイルから前記アーマチュアを離脱させて前記固定接点から前記可動接点を開放し、別の流入パルスが前記電磁コイルに再び加えられるまで、前記可動接点が前記固定接点に再係合しないようにすることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の別の構成によれば、少なくとも１つの固定接点を有する接触器ハウジングと、この接触器ハウジング内で移動可能となり、かつ上部エンクロージャーを有する可動接点キャリアと、この可動接点キャリア内に取付けられかつ前記固定接点と関連して作動し、開位置と閉位置の間に切換可能であり、閉位置において、固定接点と可動接点との間を電流が流れ、かつ2500〜3000アンペアの間の低故障電流発生時に、接点溶着に対抗し得る材料からなる、少なくとも１つの可動接点と、前記可動接点が固定された接点ブリッジと、前記可動接点キャリアに取付けられたアーマチュアと、前記可動接点キャリアの上部エンクロージャーと可動接点との間に配置され、前記可動接点を前記固定接点の方に付勢する可動接点付勢機構と、前記可動接点キャリア内に移動可能に取り付けられた前記接点ブリッジに固定され、かつ前記少なくとも１つの可動接点に隣接配置されて前記可動接点とともに移動可能な第１磁気部材と、前記可動接点キャリアに固定され、かつ前記接点ブリッジとの間に前記付勢機構を挟むために、前記接点ブリッジに対向配置される第２磁気部材と、前記アーマチュアと前記接触器ハウジングのベース部分との間に配置され、前記アーマチュアを前記固定接点の方に付勢するアーマチュア付勢機構と、前記接触器ハウジング内に取付けられ、前記可動接点と前記固定接点を係合させるために、前記アーマチュアを電磁コイル内に吸引する作動力の所定値と、前記両接点間の係合を維持するために少ない保持力の所定値とを有する電磁コイルとを有する、可変する故障電流に耐える接触器であって、
3000〜7500アンペアの中間故障電流発生時、前記第１，第２磁気部材が、前記第１、第２磁気部材が、前記可動接点を前記固定接点から分離させ、前記可動接点および前記固定接点が溶着しないように十分に冷却されるまで開位置を保持し、さらに、7500アンペア以上の高故障電流発生時、前記作動力の所定値に達するエネルギーパルスを加えるまで、前記アーマチュアを電磁コイルから離脱させるように構成したことを特徴としている。
【００１６】
さらに本発明の別の構成によれば、接点溶着を防止する方法が開示される。この方法では、耐溶着性材料からなる一対の接点を設け、これらの接点は、他の接点に対して閉位置と開位置との間で移動可能となっている。第１のエネルギー源により励磁される電磁コイルは、接点が閉位置にあるとき、一対の接点間を通る電路を作り出す。高い故障電流状態にあるとき、接点の表面に強い圧縮力により接点が開く。また、中間の故障電流状態にあるとき、接点は、この故障電流が消失するまで一時的に開位置に留まり、冷却するまで十分な時間を与えて、接点の溶着を防止する。
【００１７】
２つの磁気部材間の距離を物理的に変化させることにより、接点が閉じるまでの遅延時間が調整される。それゆえ、高い故障電流の後で、接点は、ブローオープンされ、第１のエネルギー源からの電力が電磁コイルに再度加えられて、作動力の所定値に打勝って接点が引き付けられるまで接点は開位置に留まる。本発明における種々の他の特徴、目的及び利点は、以下の詳細な記述及び図面から明らかになるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１において、溶着防止型電磁接触器１０が斜視図で示されている。この電磁接触器１０は、図１４において後述するようにモータへの供給電流を切換えるための電磁接触器を含んでいる。
【００１９】
１つの実施形態では、接触器ハウジング１２は、過負荷リレー(図示略)への接続を容易にするために設計されており、過負荷リレーは、モータ制御等の産業用制御装置において作動するスタータに用いられる。接触器に過負荷リレー等を固定するために、電磁接触器１０のハウジング壁１８のスロット１６が設けられている。ハウジング壁１８に配置された開口２３は、接触器１０にリード線を接続することを容易にする。
【００２０】
接触器１０は、プラットフォーム２４を有し、このプラットフォームは、接触器壁１８の平面に直交しかつ一体に組み立てられる。プラットフォーム２４は、接触器の内側から外側に伸びる屈曲可能なコイル端子２８を支持する支持体２６を含む。組立られると、過負荷リレーは、プラットフォーム２４上に配置され、屈曲可能なコイル端子２８に電気接続される。図示された接触器は、３極構造であるが、本発明では、これに限定されるものではない。
【００２１】
図２において、可変する故障電流に耐える接触器１０の分解図が示されている。この図において、接触器１０は、ハウジングカバー３０と、アーク圧力抑制機構、即ち、各接点を取り囲む板状のアークシールド３２を有しており、接点キャリアアセンブリ３４を示すために、このアークシールドが取り外されている。ねじ３６は、接触器ハウジング１２にハウジングカバー３０を固定するものである。接点キャリアアセンブリ３４は、接触器ハウジング１２内に摺動可能に取付けられている。一対の内部ハウジングガイド壁３８は、高い故障電流が生じた場合に、後述するように、接点キャリアアセンブリ３４の停止機構を与える。ガイドタブ４０は、接触器１０に取り付ける間、ハウジングカバー３０との整合を適切にする。
【００２２】
アークシールド３２は、アークシールドの閉じ込め領域内で発生する電気アーク及びガスを含むために、各組の接点を取り囲む。また、アークシールドがあることで、プラスチックハウジングを保護し、接点間のアークをシールドに導く。好ましい実施形態では、アークは、接触器ハウジング１２に固定された一対のアークシールド３２により閉じ込められる。３極接触器において全体で６つのアークシールドが各組の接点を取り囲む。
【００２３】
図３において、接点キャリアアセンブリ３４の分解図が示されている。接点キャリアアセンブリ３４は、可動接点キャリア４４を有し、このキャリアは、上方に伸びる一対の側部４８を有する、３つの上部エンクロージャー４６を備えている。接点キャリアアセンブリ３４は、図２の接触器ハウジング１２内で移動可能に取付けられている。
【００２４】
可動接点キャリア４４と接点は、接点開位置の不作動状態と接点閉位置の作動状態との間で切換え可能である。閉位置の状態は、公知の方法で、一組の可動接点５０が一組の固定接点４２と連動して作動し、この接点間に電流を流すことを可能にする。各組の可動接点５０は、可動接点キャリア４４の窓５４内を移動する接点ブリッジ５２に取付けられる。可動接点５０と接点ブリッジ５２は、接点が閉位置にあるとき、固定接点４２の組に対して、図７で最もよく示すように、可動接点キャリア４４の上部エンクロージャー４６と可動接点５０を支持する接点ブリッジ５２の間に位置する付勢機構、即ち、ばねによって付勢される。
【００２５】
図３において、第１磁気部材６２は、各接点ブリッジ５２の周りに置かれ、組立てられたとき、ブリッジ５２と窓５４の下方表面との間に配置される。第１磁気部材６２は、可動接点５０と接点ブリッジ５２とともに、上部エンクロージャー４６に向けて上方に摺動可能である。第２磁気部材６４の組は、可動接点５０が接点の閉位置にあるとき、第１磁気部材６２から所定の距離離れており、可動接点５０と上部エンクロージャー４６の間の上方に伸長する側部４８に固定される。
【００２６】
可動接点キャリア４４における上方伸長側部４８の各々は、第２磁気部材６４を受け入れて固定保持するためのスロット６６，６８を有する。一対のねじ６９は、アーマチュア７０を可動接点キャリア４４に固定する。ガイドピン７１が、図５において、より良く説明されているようにアーマチュア７０に取り付けられる。
【００２７】
図１の３−３線に沿って見た上面図である図４において、可変する故障電流に対して溶着を防止する型式の接触器１０が、ハウジングカバーを外して示されている。ハウジングカバー用のねじ３６は、接触器１０の中央位置７６から径方向に対向配置され、接触器ハウジング１２にハウジングカバーを被せることを容易にする。接点ブリッジ５２の各々は、平行に配置され、かつその中心に接点を付勢するばね６０が設けられている。この付勢用ばね６０は、可動接点キャリアに固定され、可動接点を固定接点に対して付勢する。リード線(図示略)は、ハウジング開口２３を介して接触器ハウジング１２内に入り、導体８０にラグ７９を介して固定される。この導体８０は、接点４２，５０が閉位置にあるとき、接触器１０を介して電流が容易に流れる。
【００２８】
図５において、図４の４−４線に沿って見た接触器１０の長手方向断面図が示されている。この接触器１０は、電磁コイル８２が励磁する前の常開作動位置を示しており、接点４２，５０が分離して開いている。電磁コイル８２は、接触器ハウジング１２に固定され、最初に、所定値の作動力またはそれ以上の作動力を与える第１エネルギー源または流入パルスを受け入れるように構成されている。この作動力は、アーマチュア７０を電磁コイル８２内に引き寄せる力である。
【００２９】
アーマチュア７０に固定される可動接点キャリア４４は、電磁コイル８２に向けて引き寄せられる。ばね６０により固定接点４２に向かって付勢される可動接点５０は、固定接点４２に接続されるように配置され、電流路を形成する。電磁コイル８２の励磁の後、ＰＷＭ保持電流等の第２エネルギー源は、第１エネルギー源よりも低く、電磁コイル８２に供給される。この第２エネルギー源は、電磁コイルの減じた保持力の所定値(reduced holding power threshold)またはそれ以上の値であり、保持力がなくなるまで、または高い故障電流が発生するまで、電磁コイル８２内にあるアーマチュア７０の位置を維持する。従って、減じた所定値の保持力がなくなると、作動力の所定値(activation power threshold)を越える流入パルスが再発生するまでコイルからアーマチュアが離脱したままになる。高い故障電流の発生とアーマチュア７０の離脱によって、高い故障電流が接点４２，５０を通過すると、接触器が開く。
【００３０】
電磁コイル８２は、通常の方法で、コイル巻線８２によって取り囲まれた磁石アセンブリ８６を含み、接触器ハウジング１２のベース部分８８上に配置されている。磁石アセンブリ８６は、一般的に、固体の鉄部材である。好ましくは、電磁コイル８２は、直流によって駆動され、上述したように流入パルスが発生した後、電流を制限するために、パルス幅変調回路によって制御される。コイルが励磁されると、磁石アセンブリ８６は、可動接点キャリア４４に接続されているアーマチュアを引き寄せる。アーマチュア７０とともに可動接点キャリア４４は、ガイドピン７１を有する磁石アセンブリ８６に向けて案内される。
【００３１】
ガイドピン７１は、可動接点キャリア４４に取り付けられているアーマチュア７０に圧入または硬く固定される。ガイドピン７１は、磁石アセンブリ８６内のガイド表面９４に沿って摺動可能である。単一のガイドピンは、中心に配置され、スムーズな動きを与えるために用いられ、かつアーマチュア７０および可動接点キャリア４４の経路で磁石アセンブリ８６を前後に移動するときも用いられる。
【００３２】
可動接点キャリア４４は、キャリア上端部９６で接触器ハウジング１２上の内部壁９７，９８によって案内される。ガイドピン７１は、アーマチュア付勢機構又はアーマチュアのリターン用弾性ばね９９によって部分的に取り囲まれ、このばねは、可動接点キャリア４４が磁石アセンブリ８６の方に移動するとき圧縮される。アーマチュアのリターン用ばね９９は、磁石アセンブリ８６とアーマチュア７０との間に配置され、可動接点キャリア４４とアーマチュア７０を磁石アセンブリ８６から離すように付勢する。一対の接触器ブリッジ止め１００は、高い故障電流の発生時、図１３により詳細に説明されるように、接点ブリッジ５２をアークシールド３２の方へ移動させることを制限する。
【００３３】
ガイドピン７１とアーマチュアのリターン用ばね９９の組み合わせにより、可動接点キャリア４４の下方への移動を促進させ、接点の閉位置にある間に起こる傾斜またはロッキングを防止する。アーマチュア７０とともに可動接点キャリア４４が励磁された磁石アセンブリ８６の方に引き寄せられると、アーマチュア７０は、リターン用ばね９９に抗して圧縮力を発揮する。ガイドピン７１とともに可動接点キャリア４４とアーマチュア７０が、ガイド表面９４に沿って移動して、可動接点キャリア４４のための移動経路を与える。
【００３４】
図６において、接触器１０の横方向断面図では、電磁コイル８２を励磁する前の常開作動位置が示されている。最初、アーマチュア７０は、アーマチュアとコアの間に分離を生じるハウジングストップ１０２に向けてアーマチュアが磁石アセンブリ８６から離れるように、アーマチュアのリターン用弾性ばね９９によって付勢される。接点キャリアアセンブリ３４は、また、アーマチュア付勢機構９９により磁石アセンブリ８６から離れて移動する。この付勢機構９９は、可動接点５０と固定接点４２間の分離を作り出し、接点４２，５０を流れる電流の流れを防止する。接点ブリッジ５２と第２磁性部材６４の各々の間に配置されたばね６０を付勢することにより、各組の接点４２，５０が、最大に伸びて第１磁気部材６２と第２磁気部材６４と間に最大のスペース６１を生じる。
【００３５】
図７は、図４と同様に、接触器１０の長手方向断面図であり、接点４２，５０は閉位置を示している。接触器１０は、電磁コイル８２が励磁された後の常閉作動位置にある。アーマチュア７０は、第１エネルギー源または流入パルスによって電磁コイル８２内に引き寄せられ、第２エネルギー源またはＰＷＭ保持電流によってコイル内に維持される。可動接点キャリア４４は、電磁コイル８２の方にシフトされ、可動接点キャリア４４の上端部９６とハウジングカバー３０との間に、一般的に参照番号１０３で示される空間を生じさせる。ばね６０は、圧縮されて、磁気部材６２，６４間の空間６１を減少させる。接触器ハウジング１２は、導体８０に取付けられた固定接点の組を有する。閉位置では、可動接点５０は、固定接点４２、導体８０、及び接点ブリッジ５２を通る電流を導くように配置される。開位置では、電流経路は遮断される。
【００３６】
接点４２，５０は、接点の溶着を防止する銀酸化物材料からなることが望ましい。低い故障電流の状態下では、銀酸化物材料の接点は、ピーク値で2500〜3000アンペアまでの電流範囲を有するアークに対抗できる。１つの好ましい実施形態では、接点４２，５０は、低い故障電流の状態下で接点の溶着をなくすための銀と錫の酸化物材料からなる。別の実施形態では、銀と錫の酸化物材料は、銀合金に内部酸化処理または共有押出し成形処理を施すことにより形成される。好ましい銀と錫の酸化物材料は、ＥＭＢ12であり、この材料は、フランスのクービル−スール−ウール(Courville-Sur-Eure)に在所するメタロール(Metalor)・コンタクツ・フランス・ソシエテアノニムから市販され、概略、錫酸化物（SnO2）10％、ビスマス酸化物(Bi2O3)２％、及び残りが銀（Ag）と不純物を有するものである。さらなる実施形態では、接点４２，５０は、銀とカドミニウムの酸化物から作ることもできる。
【００３７】
図８は、通常作動状態である常閉位置にある接触器１０の横方向断面図であり、電磁コイル８２は、励磁されて、アーマチュア７０がコイル内に引き寄せられた後の状態で、ハウジングストップ１０２から最も離れた位置にある。可動接点５０は、可動接点付勢機構６０によって固定接点４２に向けて付勢され、接点４２，５０を閉位置に維持し、電流の流れを可能にする。固定接点４２は、導体８０上に配置され、接点４２，５０の閉位置の間、可動接点５０との整合を可能する。ガイドピンをベース部分８８に向けて下降させることにより、可動接点キャリア４４をガイドピン７１と同一方向に移動させ、可動接点付勢機構６０を圧縮する。
【００３８】
図９は、図８の一部拡大図であり、常閉作動位置にある磁気部材６２，６４を有する可動接点キャリア４４を示している。低い故障電流状態下では、接点溶着は、接点が時々ブローオープンされるとしても接点の材料によって防止される。この材料は、これらの低い故障電流において溶着を防止する。ばね６０は、第１磁気部材６２を第２磁気部材６４から離すように付勢し、その間にギャップを形成して、電磁コイル８２の初期励磁の前に最大のギャップにする。コイル８２の初期励磁の後、ギャップ６１は、ばね６０の圧縮により減少し、第１、第２磁気部材６２，６４がより近づくように移動する。
【００３９】
図１０は、図４及び図６と同様に、接触器１０の長手方向断面図を示す。この図は、電磁コイル８２の励磁後、中間の故障電流状態を示している。一般的に、接触器の寸法によるけれども、中間の故障電流は、ピーク値で3000〜7500アンペアまでの電流範囲に対して生じるものである。
【００４０】
中間故障電流は、接触器１０における接点表面を横切る高い圧縮力を発生させることができる。このような高い圧縮力は、接点付勢機構６０に打勝ち、接点４２，５０間のブローオープンを導く。アーマチュア７０は、減じられた保持電流により電磁コイル８２内に留まる。この保持電流は、パルス幅変調されたパワー源であることが望ましい。即ち、コイル８２は、励磁されるが、可動接点５０は、固定接点４２から離れるブローオープンとなる。ブローオープンとなった後、接点４２，５０は、電流ゼロ後に中間の故障電流が消失するのに続いて付勢機構６０によって再閉位置になるまで、磁気部材６２，６４間に働く磁気的な吸引力により、僅かにミリ秒の間、分離するように引っ張られ、そして、互いに離れたまま開位置に留まる。
【００４１】
図１１において、図９と同様に図１０の一部拡大図が示されている。接点が中間あるいは高い故障電流によりブローオープンした後、ばね６０は、圧縮され、第１磁気部材６２と第２磁気部材６４の間のギャップが最小にある。このような状態でアークが発生すると、磁気部材間の磁気力の増大により磁気部材６２，６４がラッチされる状態となる。アーマチュア７０は、電磁コイル８２内に留まってそれを減少した保持電流により維持される。可動接点５０は、故障電流が消失した後、所定時間、磁気部材６２，６４によって開位置に保持される。これにより、中間故障電流の状態中、接点４２，５０の溶着が防止される。故障電流状態後に接点を閉位置にするためのこの遅延時間は、移動範囲と共に、磁界消失のための時間に依存する。
【００４２】
図１２において、図５，図７，および図１０と同様な接触器１０の長手方向断面図が示され、この図では、接点４２，５０間を流れる高い故障電流からブローオープンされた後の状態を示す。アークシールド３２は、接触器ハウジング１２に固定され、これにより、接点４２，５０が閉位置となり、アークシールド３２のシールドされる部分内でアークが生じることの結果、発生した電気アーク及びホットガスを包含する。包含されたガスは、シールド３２内の圧力を上昇させ、接点４２，５０の表面を横切るアークは、付勢機構６０に打勝って更に接点を分離させる。さらに、接触器の大きさ及び利用によるけれども、高い故障電流は、一般的に、ピーク値で7500アンペア以上の電流値を有する。
【００４３】
高い故障電流によって発生したこの圧縮力とアーク圧力は、接点４２，５０を切り離しそして、可動接点５０をプッシュして、付勢ばね力に打勝つような力及び電磁コイルの吸引力のような力を用いて、アーマチュア７０を電磁コイル８２から離す。この分離は、最初の励磁の後、コイルに供給される低電力により、少なくとも部分的に達成される。
【００４４】
図６および図８で示されるハウジングストップ１０２は、電磁コイル８２から離れるアーマチュア７０の動きを制限する。電磁コイル８２から離れるアーマチュア７０のシフト移動は、第１エネルギー源を再び加えるまで、接点４２，５０は、互いに閉位置になることを防止する。
【００４５】
図１３は、図９と同様な方法における図１２に示した接点配置を示す詳細図であり、接点間を高い故障電流が流れた後の状態を示している。接点がブローオープンされると、アーマチュア７０と可動接点キャリア４４は、電磁コイル８２から離れるようにシフトされ、接点４２，５０間の係合が、第１エネルギー源が再び加えられるまで防止される。
【００４６】
即ち、接触器は、手動で再励磁されるまで、ブローオープンされる。接点ブリッジのストップ１００は、磁気部材６２，６４を分離させ、また、付勢機構６０の圧縮による減少させるように、電磁コイル８２から離れる接点ブリッジ５２の動きを制限する。流入パルスを再び加えることにより、上述したように、接触器１０の連続した作動のためにアーマチュア７０を電磁コイル８２内に引き戻す。
【００４７】
図１４において、本発明に従うブロック図が示されている。種々の制御回路とマイクロプロセッサを集合して、コントローラ１０８が示され、このコントローラは、パルス幅変調を用いて接触器１０に直流制御を与える。このパルス幅は、コントローラ１０８によって調整することが可能であり、流入パルスを用いて電磁コイル８２を始動させ、アーマチュア７０をコイル８２内に引き寄せて接触器１０を閉じる。より低いＰＷＭ保持電流が連続動作中に加えられると、アーマチュア７０の位置を保持できる。接触器１０は、電源１１０とモータ１１２間の電路を開閉するように設計されている。過負荷リレー１１４は、一般的に、接触器１０とモータ１１２との間に配置され、接触器１０と一緒にスタータ１１６を形成する。回路遮断器１１８は、電源１１０からの不均一な電力に対してスタータ１１６とモータ１１２を保護する。
【００４８】
接触器の作動を以下に記述する。図１４の電源１１０は、コントローラ１０８を制御してエネルギーを発生させる。最初の第１エネルギー源または流入パルスは、コントローラ１０８によって、電磁コイル８２を励磁するために所定値の作動力またはそれ以上の値の作動力が作り出され、アーマチュア７０を電磁コイル８２内に引き入れる。アーマチュア７０が電磁コイル８２内に下方に向けて引き入れられると、作動力よりも少ない減じた保持力の所定値またはそれ以上の値である第２エネルギー源またはＰＷＭ保持電流が発生し、コイル８２内でのアーマチュア７０の位置を維持する。電磁コイル８２内のアーマチュア７０の位置決めと、付勢機構６０によって、接点４２，５０を閉位置にさせる。
【００４９】
低い故障電流の下で、接点は、ブローオープンされ、接点間を横切るアークが生じる。低い故障電流は、接点の材料によって補償されており、接点は、上述したように、このような低い故障電流範囲に対する溶着を防止するように設計されている。電流は、接点を溶着することなく接触器１０を通って流れる。
【００５０】
高い故障電流を導く状態では、接点がブローオープンされ、これらの接点４２，５０は、互いに一時的に切り離される。故障電流の発生の結果として生じる磁気力が、第１磁気部材６２を固定の第２磁気部材６４の方に引き寄せ、これにより、接点を開くかまたはブローオープン状態の開放を促進する。そして、接点が十分に冷却されるまで故障電流状態中、接点を開いたままに維持する。再度、接点４２，５０は、ともに溶着が防止される。
【００５１】
好ましい実施形態では、第１磁気部材６２はＵ形状である。しかし、第２磁気部材６４も同様にＵ形状とすることができ、第１磁気部材６２をＵ形状または平面とすることもできる。接点４２，５０が開位置にあるとき、第１、第２磁気部材が故障電流状態時に互いに引き付けられるように、２つの磁気部材６２，６４が物理的に互いに閉じた関係となる限りは、他の形状も適合する。
【００５２】
他の実施形態では、磁気部材６２，６４は、高い磁束密度を有する材料から構成される。この高い磁束密度の材料により、電流がゼロになった後、接点４２，５０を閉じる前により長い遅延時間を可能にする。更に別の実施形態では、接点を閉じるタイミングを遅らせるために、２つの磁気部材６２，６４間の物理的ギャップ（図９）を変えることによって調整することができる。磁気部材６２，６４は、故障状態中、溶着から接点４２，５０を適切に保護できるようなスチールプレートを含むことができ、同時に、部品費用と修正費用の両方に対して、接触器１０に対する費用を最小にすることができる。
【００５３】
高い故障電流の状態下で、接触器１０がブローオープンした後、アーマチュア７０と可動接点キャリア４４は、電磁コイル８２から離れるようにシフトされ、第１エネルギー源が再び加えられるまで接点４２，５０間の更なる係合を防止する。第１エネルギー源を再び加える前に、電流は、接触器１０を流れることはできない。再度エネルギーが加えられた後、接点４２，５０は、共に溶着することはない。接点ブリッジストップ１００は、磁気部材６２，６４を分離させ、かつ付勢機構６０の圧縮による減少により、電磁コイル８２から離れる接点ブリッジ５２の移動を制限する。
【００５４】
従って、本発明は、電磁接触器における種々の故障電流状態下での接点溶着を防止する方法を含んでいる。この方法は、一対の可動接点を設け、可動接点は、固定接点の組との関係で閉位置と開位置との間で移動可能となっている。一対の磁気部材は、中間の故障電流の状態後、ある時間の間、接点を引き離すように設けられる。この方法は、第１エネルギー源を用いてコイルを励磁し、接点が閉位置にあるとき、接点を流れる電路を作り出す。本発明は、接点間を分離して、中間及び高い故障電流の状態下で接点が溶着しないようにする。接点が開放され、かつ故障電流が消失されると、本発明では、所定の時間、接点を分離した状態に維持することができる。この所定時間は、磁気部材に対して用いられた材料と関連した磁束密度または、上述した磁気部材間の物理的距離のいずれかに依存する。
【００５５】
磁気部材間の距離を物理的に変えることにより、接点が閉じるまでの遅延時間が磁気部材間のギャップを調整することにより調整される。この方法において、接点を閉じる前に冷却するための十分な時間が与えられ、接点の溶着を防止する。接点を比較的早く開放することにより、故障電流状態中、接点を流れる電流は制限される。また、接点は、電流がゼロになり、接点が十分冷却されるまで、磁気部材によって開位置にラッチされる。高い故障電流状態では、接点間が分離され、かつ磁気部材によって開位置に接点が保持されるのみならず、故障電流が所定値を超える場合コイルからの慣性力でブローオープンすることにより、アーマチュアが引き離され、別の第１エネルギー源が加えられ、アーマチュアをコイル内に引き寄せ、そして接触器を閉じるまで、接触器は開放される。
【００５６】
これまで、本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明は、ここに記載した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更及び修正を含み、添付された特許請求の範囲またはその技術的思想から逸脱しない上述の記載を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う溶着防止の電磁接触器の斜視図である。
【図２】カバーとアークシールドを取り除いて、可動接点キャリアと内部部品を示す図１の接触器の分解図である。
【図３】図２の接触器の一部を示す分解図である。
【図４】図１の３−３線に沿って見た接触器の上面図である。
【図５】電磁コイルを励磁する前の常開位置における接触器を用いて図３の４−４線に沿って見た接触器の長手方向断面図である。
【図６】電磁コイルを励磁する前の常開位置における接触器を用いて図４の５−５線に沿って見た接触器の横方向断面図である。
【図７】電磁コイルを励磁後の通常作動状態下における閉位置での接触器を示す図５と同様に見た接触器の長手方向断面図である。
【図８】電磁コイルを励磁後の通常作動状態下における閉位置での接触器を示す図６と同様に見た接触器の横方向断面図である。
【図９】通常作動状態下の磁気部材間の空間を示す図８の８−８線に沿って見た部分拡大図である。
【図１０】ラッチされた開位置にある両接点を示す中間故障電流から高い故障電流を吹き払った後の図５と同様の接触器の長手方向断面図である。
【図１１】磁気部材間の空間が最小でかつ両接点が開いている状態を示す図９と同様の部分拡大図である。
【図１２】高い故障電流によりブローオープンした後、接点が開いた状態で半ラッチ状態を示す図５と同様の接触器の長手方向断面図である。
【図１３】高い故障電流によりブローオープンした後、接点が開いた状態で半ラッチ状態で、さらに、磁気部材が分離したことを示す図９と同様の部分拡大図である。
【図１４】本発明に従うシステムのブロック図である。
【符号の説明】
１０ 接触器
１２ 接触器ハウジング
１６ スロット
１８ ハウジング壁
３０ ハウジングカバー
３２ アーク抑制機構
３４ 接点キャリアアセンブリ
４２ 固定接点
４４ 可動接点キャリア
４６ 上部エンクロージャー
５０ 可動接点
５２ 接点ブリッジ
６０ ばね
６１ ギャップ
６２ 第１磁気材料
６４ 第２磁気材料
７０ アーマチュア
８０ 導体
８２ 電磁コイル
１０８ コントローラ

Claims (19)

1. 接触器ハウジング（12）と、
   この接触器ハウジング内に取付けられた少なくとも１組の固定接点（42）と、
   少なくとも１組の可動接点（50）を有する接点ブリッジ（52）と、
   前記接触器ハウジング（12）内に摺動可能に取付けられる可動接点キャリア（44）と、
   前記接点ブリッジ（52）に固定され、かつ前記可動接点（50）の組に隣接配置されて前記可動接点（50）の組とともに移動可能な第１磁気部材（62）と、
   前記可動接点キャリア（44）に固定され、かつ前記接点ブリッジ（52）との間に付勢機構を挟むために、前記接点ブリッジ（52）に対向配置される第２磁気部材（64）と、
   前記可動接点キャリア（44）に固定されたアーマチュア（70）と、
   前記接触器ハウジング（12）内に取付けられた電磁コイル（82）と、
   前記固定接点と可動接点の周りに配置されかつ前記接触器ハウジング（ 12 ）に固定される板状のアークシールド（32）とを備える接触器（10）であって、
   前記可動接点キャリア（44）は、このキャリア内に移動可能に取付けられる前記接点ブリッジ（52）と、前記接点ブリッジ（52）と前記可動接点キャリア（44）の間に設けられて前記接点ブリッジおよび前記可動接点（50）を前記固定接点（42）の方に付勢する付勢機構（60）とを有し、
   前記接触器（10）を流れる3000〜7500アンペアの中間故障電流が、前記第１、第２磁気部材（62,64）間に吸引磁気力を発生して、前記固定接点（42）の組から可動接点の組を一時的に分離させ、さらに、
   前記電磁コイル（82）は、第１エネルギー源により励磁されたとき、前記アーマチュア（70）が電磁コイル（82）内に引き寄せられて前記固定接点（42）に可動接点（50）を接触させ、さらに、第１エネルギー源より低い第２エネルギー源により励磁されると、前記アーマチュア（70）を前記電磁コイル（82）内に保持するように構成されており、
   7500アンペア以上の高故障電流が発生したとき、前記電磁コイル（82）から前記アーマチュア（70）を離脱させて前記固定接点（42）から前記可動接点（50）を開放し、別の流入パルスが前記電磁コイル（82）に再び加えられるまで、前記可動接点（50）が前記固定接点（42）に再係合しないようにすることを特徴とする接触器。
2. さらに、コントローラ（108）を含み、このコントローラは、接触器（10）を閉成するために第１エネルギー源を供給し、一旦閉成されると、第１エネルギー源よりも低い第２エネルギー源を供給して、前記接触器（10）の閉成を維持することを特徴とする請求項１記載の接触器。
3. 前記コントローラ（108）は、パルス幅変調制御器であることを特徴とする請求項２記載の接触器。
4. 前記7500アンペア以上の高故障電流によって発生したアークは、前記アークシールド内に集中し、第２エネルギー源によって生じた電磁コイル（82）の吸引力に打ち勝つ力により、前記固定接点（42）から前記可動接点（50）及び可動接点キャリア（44）を分離することを特徴とする請求項２記載の接触器。
5. 前記アークシールド内にガスを封じ込め、これにより、前記7500アンペア以上の高いアーク電流の下で圧力を高めて前記固定接点（42）から前記可動接点（50）を分離することを特徴とする請求項１記載の接触器。
6. 固定および可動接点（42,50）は、前記中間故障電流の消失後、前記固定及び可動接点（42,50）が、接点溶着を避けるために十分に冷却された時点で、自動的に再係合することを特徴とする請求項１記載の接触器。
7. 第１、第２磁気部材（62,64）は、その間にギャップ（61）を形成し、前記中間故障電流の発生後に、前記固定及び可動接点（42,50）が開位置にあるとき、前記固定及び可動接点が溶着しないように、前記第１、第２磁気部材間のギャップが所定距離離れていることを特徴とする請求項１記載の接触器。
8. 前記第１、第２磁気部材（62, 64）は、残留磁束密度を有する材料から構成され、所定の時間で故障電流が消失した後、固定および可動接点が開位置を維持することを特徴とする請求項１記載の接触器。
9. 少なくとも１組の固定接点（42）と少なくとも１組の可動接点（50）は、銀酸化物材料、銀と錫の酸化物材料、及び銀とカドミニウムの酸化物の１つから構成されることを特徴とする請求項１記載の接触器。
10. 銀と錫の酸化物材料は、銀合金に内部酸化処理または共有押出し成形処理を施すことにより形成され、この酸化物材料は、錫酸化物（SnO2）１０％、ビスマス酸化物(Bi2O3)２％、及び残りが銀（Ag）と不純物からなることを特徴とする請求項９記載の接触器。
11. 少なくとも１つの固定接点（42）を有する接触器ハウジング（12）と、
    この接触器ハウジング内で移動可能となり、かつ上部エンクロージャー（46）を有する可動接点キャリア（44）と、
    この可動接点キャリア内に取付けられかつ前記固定接点（42）と関連して作動し、開位置と閉位置の間に切換可能であり、閉位置において、固定接点と可動接点との間を電流が流れ、かつ2500〜3000アンペアの間の低故障電流発生時に、接点溶着に対抗し得る材料からなる、少なくとも１つの可動接点（50）と、
    前記可動接点（ 50 ）が固定された接点ブリッジ（ 52 ）と、
    前記可動接点キャリア（44）に取付けられたアーマチュア（70）と、
    前記可動接点キャリア（44）の上部エンクロージャー（46）と可動接点（50）との間に配置され、前記可動接点（50）を前記固定接点（42）の方に付勢する可動接点付勢機構（60）と、
    前記可動接点キャリア（ 44 ）内に移動可能に取り付けられた前記接点ブリッジ（52）に固定され、かつ前記少なくとも１つの可動接点（50）に隣接配置されて前記可動接点（50）とともに移動可能な第１磁気部材（62）と、
    前記可動接点キャリア（44）に固定され、かつ前記接点ブリッジ（52）との間に前記付勢機構を挟むために、前記接点ブリッジ（52）に対向配置される第２磁気部材（64）と、
    前記アーマチュア（70）と前記接触器ハウジング（12）のベース部分との間に配置され、前記アーマチュアを前記固定接点（42）の方に付勢するアーマチュア付勢機構（99）と、
    前記接触器ハウジング（12）内に取付けられ、前記可動接点（ 50 ）と前記固定接点（ 42 ）を係合させるために、前記アーマチュア（70）を電磁コイル（82）内に吸引する作動力の所定値と、前記両接点（50,42）間の係合を維持するために少ない保持力の所定値とを有する電磁コイル（82）とを有する、可変する故障電流に耐える接触器（10）であって、
    3000〜7500アンペアの中間故障電流発生時、前記第１，第２磁気部材（62,64）が、前記第１、第２磁気部材（62,64）が、前記可動接点（50）を前記固定接点（42）から分離させ、前記可動接点（ 50 ）および前記固定接点（42）が溶着しないように十分に冷却されるまで開位置を保持し、さらに、
    7500アンペア以上の高故障電流発生時、前記作動力の所定値に達するエネルギーパルスを加えるまで、前記アーマチュア（70）を電磁コイル（82）から離脱させるように構成したことを特徴とする接触器。
12. 可動接点（50）が固定接点（42）に係合するのに続いて前記両接点（50,42）に高い故障電流が流れることを禁止するために、高い故障電流を吹き払うアークシールド（32）をさらに有し、該アークシールド（ 32 ）は、前記固定接点（ 42 ）と可動接点（ 50 ）の周りに配置されかつ前記接触器ハウジング（ 12 ）に固定されていることを特徴とする請求項１１記載の接触器。
13. さらに、コントローラ（108）を含み、このコントローラは、接触器（10）を閉成するために第１エネルギー源を供給し、一旦閉成されると、第１エネルギー源よりも低い、パルス幅変調されたエネルギー源としての第２エネルギー源を供給して、前記接触器（10）の閉成を維持することを特徴とする請求項１１記載の接触器。
14. 接点材料の組成は、銀酸化物材料、銀と錫の酸化物材料、及び銀とカドミニウムの酸化物の１つから構成されることを特徴とする請求項１１記載の接触器。
15. 接点材料の組成は、銀合金に内部酸化処理または共有押出し成形処理を施すことにより形成され、この酸化物材料は、錫酸化物（SnO2）１０％、ビスマス酸化物(Bi2O3)２％、及び残りが銀（Ag）と不純物からなることを特徴とする請求項１４記載の接触器。
16. 前記第２磁気部材（64）は、接触器（10）を流れる中間故障電流および高故障電流の下で、固定接点（42）から可動接点（50）を一時的に分離させるようにしたことを特徴とする請求項１１記載の接触器。
17. 可動接点（50）を固定接点（42）との係合から引き離し、続いて前記エネルギーパルスを付加するまで、前記両接点（50,42）に高故障電流を流すために、前記高故障電流を吹き払うアークシールド（32）をさらに有することを特徴とする請求項１６記載の接触器。
18. 接触器に流れる故障電流により生じる接点溶着を防止する方法であって、
    銀酸化物材料、銀と錫の酸化物材料、及び銀とカドミニウムの酸化物の１つから構成され、かつ少なくとも１つの可動接点（50）が、固定接点（42）に関して閉位置と開位置との間を移動できるように配置した一対の接点（42,50）と、
    前記可動接点（ 50 ）が固定された接点ブリッジ（ 52 ）と、
    前記可動接点キャリア（ 44 ）内に移動可能に取り付けられた前記接点ブリッジ（ 52 ）に固定されて前記可動接点（ 50 ）とともに移動可能な第１磁気部材（ 62 ）と、可動接点キャリア（ 44 ）に固定されて前記第１磁気部材との間にばね（ 60 ）を介して対向配置される第２磁気部材（ 64 ）とを設け、
    前記両接点が閉位置にあるとき、前記一対の接点（42,50）を通過する電流路を作り出すために、作動力の所定値に達するエネルギーパルスを用いてコイル（82）を励磁し、
    3000〜7500アンペアの中間故障電流が発生している間、固定接点（42）に可動接点（50）が溶着しないように両接点（50,42）が十分に冷却されるまで前記可動接点（50）を前記固定接点（42）に対して分離するように保持し、
    3000アンペア以上の故障電流が流れる間、前記第１、第２磁気部材（ 62,64 ）は、残留磁束密度を有して、前記一対の接点（ 42,50 ）を開位置に保持し、そして、3000アンペア以下の故障電流に消散した後に、前記可動接点（ 50 ）が再び閉位置に戻るまで、前記ばね（ 60 ）の付勢力に対抗する前記第１、第２磁気部材（ 62,64 ）間の磁気的吸引力によって、前記可動接点（50）を閉じる時間を遅らせ、
    前記作動力の所定値に達するエネルギーパルスを付加するまで、前記可動接点（50）が固定接点（42）に係合しないようにするために、7500アンペア以上の高故障電流下では、アーマチュア（70）をコイル（82）から離脱させる、各ステップを有することを特徴とする方法。
19. 残留磁束密度を有する前記第１、第２磁気部材（62,64）を設けるステップをさらに含み、中間の故障電流が流れる間、一対の接点（42,50）を開位置に保持し、さらに、前記中間の故障電流が消散するまで前記可動接点（50）が閉成される時間を遅らせるように、前記第１磁気部材（62）が前記接点ブリッジ（ 52 ）に取付けられ、前記第２磁気部材（64）が前記可動接点（50）から離れて取付けられていることを特徴とする請求項１８記載の方法。

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