JP4612736B2 - 電気機械式開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は電磁駆動ユニット構成の分野に関し、また、電気機械式開閉装置にも関する。

背景技術
図１に従来の電磁駆動ユニット１の一部分が示されており、この部分には、中心脚部１２の周部に配置されたコイル１１を備えたヨーク１０と可動子１５とが含まれる。電流が、有利には制御ユニット９９によって制御されてコイル１１に通されるとヨーク１０は励磁され、可動子１５の外側極脚１６，１７が該ヨーク１０の外側極脚１３，１４にカタッと当たるまで、該ヨーク１０は該可動子１５を該ヨーク１０の方向に引きつける。

一般的にはこの種の電磁駆動ユニットは、とりわけ電気機械式開閉装置で使用される場合、とりわけ接触器で使用される場合、作動されるかまたは非作動化される１００万の動作サイクルに耐える必要がある。再び図１を参照すると、同図には、有利には可動のコンタクトブリッジ２０に配置された可動接触部材２１を固定接触部材６から駆動し該固定接触部材６から駆動して電流路を閉成または開放するために電磁駆動ユニットが使用される簡略的な電気機械式開閉装置５０も示されている。前記電流路は、たとえば端子５ａと５ｂとの間の電流路である。可動子１５は有利には、バー７を介してコンタクトブリッジ２０を運動させる。

可動接触部材と固定接触部材との間でアーク形成を回避するためには、電磁開閉装置の接触子を比較的高速で運動させなければならない。可動子１５の引力は、たとえば接触ばね等の弾性減衰部材２７の大きな力を克服しなければならない。このことによって、可動子１５がヨーク１０に当たることにより、とりわけ接点周辺の材料が疲労する。これは、図１において参照番号１８によって示されている。このようなクラックを補償するためには通常、有利には弾性減衰部材２７を有する減衰システムが使用される。

たとえばＤＥ１０３３１３３９Ａ１で提案されているように可動子をより軽量化することが有利である。というのも、クラックによって生じる衝撃を低減できるからである。このような実施形態では、とりわけＥＰ１１０１２３３に開示された構成と組み合わせると、可動子を少なくとも部分的に粉末磁性材料から形成することができ、さらに、適切なポリマーを使用して、たとえばエポキシ樹脂を使用して硬化することができる。このような構成の別の利点は、可動子およびヨークが金属薄板積層体から製造されることにより単純な形状しか可能でない従来の構成と対照的に、可動子およびヨークの形状の多様性が改善されることである。

上記のような構成の欠点は、ヨークおよび可動子に提案された材料は脆弱であるために衝撃に対して十分に耐性でないことである。このことにより、電磁駆動ユニットの予想寿命が大きく制限され、電気機械式開閉装置で使用するのにあまり適さなくなってしまう。

本発明の概要
本発明の課題は、予想寿命が長くなった電気機械式開閉装置を提供することである。前記課題は、請求項１に記載の電気機械式開閉装置によって解決される。

従属請求項に本発明の種々の有利な側面が記載されている。

本発明の利点
電気機械式開閉装置、とりわけ接触器、または接触器の他に付加的にたとえば回路遮断器等の別のユニットも含む多機能装置は、少なくとも１つの固定接触部材と、該少なくとも１つの固定接触部材から運動し該少なくとも１つの固定接触部材へ運動して電流路を開閉することができる少なくとも１つの可動接触部材と、電磁駆動ユニットとを有する。前記電磁駆動ユニットは、コイルに印加された電圧に応答して可動接触部材を変位させるように構成されている。

前記少なくとも１つの可動接触部材と前記少なくとも１つの固定接触部材とが電磁駆動ユニットの作動後に可動子の運動を制限するように構成されている場合、ヨークと可動子との間の衝撃は軽減される。このことの他に付加的に電気機械式開閉装置は、電磁駆動ユニットの作動後に可動子の運動を制限するように設けられた少なくとも１つのストップを含むことができる。

前記少なくとも１つの可動接触部材と前記少なくとも１つの固定接触部材とが電磁駆動ユニットの作動後に可動子の運動を制限するように構成されている場合、ヨークと可動子との間の衝撃は軽減される。このことの他に付加的に電気機械式開閉装置は、電磁駆動ユニットの作動後に可動子の運動を制限するように設けられた少なくとも１つの当接部を含むことができる。

ヨークがコイルを収容するための脚部またはエッジを有し、可動子に該脚部またはエッジを少なくとも部分的に通すように形成された少なくとも１つの開口を該可動子が有する場合、該脚部と可動子との間の衝撃は軽減されるかまたは回避され、なおかつ、可動子を高信頼性で駆動するのに十分な強度の磁界をヨークによって発生させるのに適したサイズのコイルを使用することができる。さらに、可動子はヨークの方向にさらに運動することができる。

可動子が応答性の極脚を通り過ぎて運動するための１つまたは２つの外側極脚または外側極エッジをヨークが有する場合、衝撃は軽減されるかまたは完全に回避される。

可動子の頂部からヨークの方向に延在するエッジを可動子が有し、かつ、電磁駆動ユニットの作動に応答してヨークの底部のレベルに達するように設けられた少なくとも１つの領域も有する場合、可動子の運動は比較的大きくなり、なおかつ、衝撃の逆方向の作用が軽減されるかまたは完全に回避される。

特に有利には、可動子またはヨークが磁性粉末材料を含み、該磁性粉末材料は有利には合成材料によって保持され、たとえばポリマーやとりわけエポキシ樹脂によって保持される場合に、本発明を実施することができる。

ヨークとコイルと可動子とを有する電磁駆動ユニットにおいて、ヨークおよび可動子の形状が一致されており、コイルが駆動された場合に可動子が少なくとも部分的にヨークと交差する（重なる）ように設けられている場合、衝撃に起因する応力は回避されるか、または少なくとも軽減される。

電気機械式開閉装置に設けられる従来の電磁駆動ユニットの一部分を示す。 電流路が開放されている場合の、本発明の第２の側面による電気機械式開閉装置に設けられる本発明の第１の側面による電磁駆動ユニットの一部分を示す。 電流路が開放された場合の図２の電磁駆動ユニットの一部分を示す。

以下で、添付図面に示された実施例を参照して、本発明の有利な実施形態を詳細に説明する。以下の説明全体において、参照番号が同一である場合には同様の構造の要素を指す。

詳細な説明
図２に電磁駆動ユニット２０１の一部分が示されており、該電磁駆動ユニット２０１はヨーク２１０とコイル１１と可動子２１５とを有する。

少なくとも１つの可動接触部材２１と少なくとも１つの固定接触部材６とは、コイル１１の作動後に可動子２１５の運動を制限するように設けられている。付加的に電気機械式開閉装置２５０は、電磁駆動ユニット２０１の作動後に可動子２１５の運動を制限するように設けられた少なくとも１つの当接部を含むこともできる。

ヨーク２１０および可動子２１５の形状を一致させることにより、電磁駆動ユニット２０１が制御ユニット９９によって作動されると、可動子２１５が有利には摺動によってヨーク２１０と少なくとも部分的に交差して該ヨーク２１０と可動子２１５との衝突が回避することができる。

可動接触部材２１と固定接触部材６とが相互に接触すると、可動子２１５の運動は図３に示されているように、該可動接触部材２１と固定接触部材６とによって制限される。可動接触部材２１を担持するコンタクトブリッジ２０に取り付けられたバー２０７は、可動子２１５に対して制限する力を及ぼす。

有利には、ヨーク２１０はコイル１１を収容するための脚部２１２を有する。その際には可動子２１５は、脚部２１２を該可動子２１５に少なくとも部分的に通すために設けられた少なくとも１つの開口２７０を有することができる。このようにして、可動子２１５がヨーク２１０の方向に引きつけられると、該可動子２１５は該ヨーク２１０に交差する際に比較的接触しなくなるか、または、ヨーク２１０に対する可動子２１５のクラックが回避される程度に接触するようになる。

ヨーク２１０は１つまたは２つの外側極脚２１３，２１４を有し、これによって、可動子２１５が応答側の極脚２１３，２１４を通り過ぎて運動することができる。

可動子２１５は、該可動子２１５の頂部２８０からヨーク２１０の方向に延在する脚部２１６，２１７を有し、これらは、コイル１１の駆動に応答して、ヨーク２１０の底部２９０のレベルに達するように設けられた少なくとも１つの領域Ｒを有する。

しかし本発明のこの有利な実施形態では、可動子２１５は丸形の断面を有するポットコアの形状を有する。したがって、エッジが脚部２１６，２１７の代わりになる。

可動子２１５またはヨーク２１０は磁性粉末材料を含み、オプションとして合成材料を含むこともできる。この合成材料は有利にはポリマーであり、とりわけエポキシ樹脂である。磁性粉末材料は焼結することができる。ＤＥ１０３３１３３９Ａ１およびＥＰ１１０１２３３に、可動子２１５またはヨークを製造するのに特に有利な材料および手法が記載されている。磁性粉末材料は通常、ｍ_ｒ＞５０００の領域内の高い透磁性を示す。たとえばポリマーである合成材料の場合、透磁率はμ_ｒ≒１の領域内とすることができる。このような合成材料から得られる可動子２１５またはヨーク２１０は、μ_ｒ∈［５０，１５０］の領域内の透磁性を有することができる。有利には、可動子２１５およびヨーク２１０の双方は同一の材料から形成される。

この磁気回路の寸法は有利には次のように適合される。すなわち、可動子２１５またはヨーク２１０が射出成形法を使用して製造された場合でも、該磁気回路が可動子２１５をヨーク２１０の方向に引きつけるために供給する接触力が十分に大きくなるように適合される。

図２および３には電気機械的開閉装置２５０も示されており、これは図２および３の例では接触器である。

択一的に電気機械的開閉装置は、接触器を有する多機能装置とすることができる。どちらの場合でも、接触器は有利には、電流を低い電圧レベルで、１００Ｖと１０００Ｖとに切り換えるように設けられている。

電気機械的開閉装置２５０は、少なくとも１つの固定接触部材６と、少なくとも１つの可動接触部材２１と、電磁駆動ユニット２０１とを有する。前記少なくとも１つの可動接触部材２１は、前記少なくとも１つの固定接触部材６へ移動し該少なくとも１つの固定接触部材６から移動することにより、電流路５ａ，５ｂを開閉するように設けられている。前記電磁駆動ユニット２０１は、コイル１１に印加された電圧に応答して可動接触部材２１を変位させるように構成されている。電圧をコイルに印加するために、たとえば巻線の端部を介して該電圧を印加することができる。

図２および３には、電気機械式開閉装置２５０の簡略的な実施形態のみが示されている。多くの用途では、２つまたは３つの電流相をほぼ同時に開閉しなければならない。それゆえ電気機械的開閉装置２５０は、各相ごとに少なくとも１つの可動接触子２１と少なくとも１つの固定接触子６とを有することができる。機械的な開閉の安定性を上昇し、接点の焼きつきを回避するためには、可動接触部材２１および固定接触部材６は通常、対で設けられる。すなわち、可動接触部材２１は有利には、バー２０７が及ぼす力によって変形されない頑強なコンタクトブリッジ２０に担持される。

Claims (8)

1. 電気機械式開閉装置（２５０）であって、
   とりわけ接触器であるか、または接触器を有する多機能装置である電気機械式開閉装置（２５０）において、
   ｉ）少なくとも１つの固定接触部材（６）と、
   ii）該少なくとも１つの固定接触部材（６）へ運動し、該少なくとも１つの固定接触部材（６）から運動して、電流路（５ａ，５ｂ）を開閉するように設けられた少なくとも１つの可動接触部材（２１）と、
   iii）ヨーク（２１０）とコイル（１１）と可動子（２１５）とを有する電磁駆動ユニット（２０１）
   とを有し、
   該電磁駆動ユニット（２０１）は、該コイル（１１）に印加された電圧に応答して該可動接触部材（２１）を変位するように構成されており、
   該少なくとも１つの可動接触部材（２１）と該少なくとも１つの固定接触部材（６）とは、該電磁駆動ユニット（２０１）の作動後に該可動子（２１５）の運動を制限するように設けられており、
   前記ヨーク（２１０）はコイル（１１）を収容するための脚部（２１２）またはエッジを有し、
   前記可動子（２１５）は、該脚部（２１２）またはエッジを該可動子（２１５）に少なくとも部分的に通すために設けられた少なくとも１つの開口（２７０）を有することを特徴とする、電気機械式開閉装置。
2. 前記電磁駆動ユニット（２０１）の作動後に前記可動子（２１５）の運動を制限するように設けられた少なくとも１つの当接部を有する、請求項１記載の電気機械式開閉装置。
3. 前記コイル（１１）が駆動されると、前記可動子（２１５）は前記ヨーク（２１０）に少なくとも部分的に交差するように、該ヨーク（２１０）および該可動子（２１５）が形成されている、請求項１または２記載の電気機械式開閉装置。
4. 前記ヨーク（２１０）は１つまたは２つの次のような外側極脚（２１３，２１４）またはエッジ、すなわち、前記可動子（２１６，２１７）が応答側の該外側極脚（２１３，２１４）を通り過ぎて運動するための外側極脚（２１３，２１４）またはエッジを有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気機械式開閉装置。
5. 前記可動子（２１６，２１７）は、該可動子（２１５）の頂部（２８０）から前記ヨーク（２１０）の方向に延在するエッジ（２１６）を有し、かつ、前記コイル（１１）の駆動に応答して該ヨーク（２１０）の底部（２９０）のレベルに達する少なくとも１つの領域（Ｒ）を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気機械式開閉装置。
6. 前記可動子（２１５）または前記ヨーク（２１０）は磁性粉末材料を含む、請求項１から５までのいずれか１項記載の電気機械式開閉装置。
7. 前記可動子（２１５）または前記ヨーク（２１０）はさらに合成材料も含み、有利にはポリマーを含み、とりわけエポキシ樹脂を含む、請求項６記載の電気機械式開閉装置。
8. 接触器であるか、または接触器を含む多機能装置である、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気機械式開閉装置。

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