JP5548435B2

JP5548435B2 - 電気接触器用電磁石

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Publication number: JP5548435B2
Application number: JP2009279083A
Authority: JP
Inventors: カマル・パンデー; アヴィジット・サハ; カルヤナ・スンダラム; スブラマニオン・ナガラジャン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2029-12-09
Also published as: JP2010140900A; US8212638B2; CN101901723B; EP2197012B1; US20100141364A1; CN101901723A; EP2197012A1

Description

本発明は、電気スイッチング装置に関し、特に、直流（ＤＣ）制御接触器に用いる電磁石に関する。

電気接触器では、電磁石を利用して、接点を開位置と閉位置との間で移動させる。具体的には、接触器は、可動コア、（可動コアと結合している）可動接点部、固定接点部、及び固定コアで構成される。固定コアが励磁されて可動コアを誘引することにより、固定接点部と可動接点部とが接触する。可動コアと固定コアは、接点に対して適切な開閉力を有するよう構成される。電気接触器を小型化すると、それに応じて可動コアも小型化する必要があるが、その開閉力を適切に維持しておく必要がある。現在、小型電気接触器の多くが、２ポールアーム設計の固定コアを採用している。サイズ及びコストを低減する目的で、２ポールコアには、反対の極性を有する巻線が各ポールに収容されている。

米国特許第５，６８０，０８３号

本発明の例示的実施形態おいて、電気接触器を開示する。この電気接触器は、フレームと、フレームに設けられた固定接点部とを含む。固定接点部は、少なくとも１つの電気接点部材を含む。可動接点部は、固定接点部に対して選択的に移動可能である。可動接点部は、少なくとも１つの電気接点素子を含む。可動接点部には、可動コア部材が取り付けられている。可動コア部材は、第１の可動コア面及び第２の可動コア面を含む。第２の可動コア面は、第１の可動コア面に対して角度をなしている。フレームには、固定コア部材が取り付けられている。固定コア部材は、ポールアームを含み、ポールアームは、第１の固定コア面及び第２の固定コア面を有する。第２の固定コア面は、第１の固定コア面に対して角度をなしている。固定コア部材及び可動コア部材により画定されたパスを横切る磁界に反応して、第１の固定コア面が励磁され、第１の固定コア面と第１の可動コア面とが接合し、また、第２の固定コア面が励磁され、第２の固定コア面と第２の可動コア面とが接合する。その結果、少なくとも１つの電気接点部材と少なくとも１つの電気接点素子とが接触する。

本発明の別の実施形態において、電気接触器の動作方法を開示する。この方法は、第１の固定コア面及び第２の固定コア面を含むポールアームを有する固定コア部材を励磁することを含む。第２の固定コア面は、第１の固定コア面に対して角度をなしている。本方法は更に、可動コア部材を固定コア部材へ誘引することを含む。可動コア部材は、第１の固定コア面と接合するよう構成された第１の可動コア面と、第２の固定コア面と接合するよう構成された第２の可動コア面とを含む。本方法は更に、可動接点部を固定接点部の方へ移動させることによって、少なくとも１つの電気接点部材と少なくとも１つの電気接点素子とを接触させることを含む。

本発明の更に別の実施形態において、電気接触器用電磁石を開示する。この電気接触器用電磁石は、第１の可動コア面及び第２の可動コア面を含む可動コア部材を有する。第２の可動コア面は、第１の可動コア面に対して角度をなしている。電気接触器は更に、第１の固定コア面及び第２の固定コア面を含む、ポールアームを有する固定コア部材を含む。第２の固定コア面は、第１の固定コア面に対して角度をなしている。固定コア部材及び可動コア部材により画定されたパスを横切る磁界に反応して、第１の固定コア面が励磁され、第１の固定コア面と第１の可動コア面とが接合し、第２の固定コア面が励磁され、第２の固定コア面と第２の可動コア面とが接合する。その結果、少なくとも１つの電気接点部材と少なくとも１つの電気接点素子とが接触する。

本発明の例示的実施形態による、電磁石を有する電気接触器の側面断面図である。図１の電磁石の斜視図である。図２の電磁石の固定コア部材及び可動コア部材の斜視図である。図３の固定コア部材の分解図である。

図１に、本発明の例示的実施形態による電気接触器の全体を参照符号２で示す。接触器２は、フレーム４を含んでおり、フレーム４は、複数の電気接点部材１０を有する固定接点部６と、複数の電気接点素子２４を有する可動接点部２０とを支持している。図示において、接触器２は更に電磁石４０を含み、電磁石４０により、電磁石を通る磁界の流れに可動接点部２０を反応させて、固定接点部６の方へ移動させることにより、電気接点部材１０と電気接点素子２４とを選択的に連結したり切断したりする。すなわち、接触器２は、常時開（ＮＯ）接点及び常時閉（ＮＣ）接点の両方を含んでおり、これらは、電磁石４０が励磁されると、それぞれが選択的に開閉する。

本発明の例示的実施形態において、電磁石４０は、可動コア部材４３及び固定コア部材４６を含んでおり、固定コア部材４６には第１及び第２の巻線コイル４９及び５０が設けられている。図２から最もよくわかるように、可動コア部材４３は、第１の可動コア面５６を含んでおり、その第１の端部５７は、中間部５９を経て第２の端部５８まで延在している。可動コア部材４３は更に、第２の可動コア面６３を含んでおり、その第１の端部６６は、第１の可動コア面５６の第１の端部５７から中間部６８を経て第２の端部６７まで延在している。第２の可動コア面６３は、第１の可動コア面５６と角度αをなして延在している。図面に例示した実施形態では、角度αは、約１２０度である。図面において、可動コア部材４３は更に、第３の可動コア面７９を含み、その第１の端部８２は、第１の可動コア面５６の第２の端部５８から中間部８４を経て第２の端部８３まで延在している。第３の可動コア面７９は、第１の可動コア面５６と角度βをなして延在している。図面に例示した実施形態では、角度βは、角度αとほぼ同じである。

次に、図３〜図４を参照しながら、本発明の例示的実施形態による固定コア部材４６について説明する。図面において、固定コア部材４６は、ベース部材９７を含んでおり、その第１の端部区間９８は、中間部区間１００を経て第２の端部区間９９まで延在している。また、図面において、固定コア部材４６は、第１の端部区間９８に位置する第１のポールアーム１０４と、第２の端部区間９９に位置する第２のポールアーム１０６とを含んでいる。第１のポールアーム１０４の第１の端部１０９は、第１の端部区間９８から中間（コイル）ゾーン１１１を経て第２の端部１１０に延在している。同様に、第２のポールアーム１０６の第１の端部１１４は、第２の端部区間９９から中間（コイル）ゾーン１１６を経て第２の端部１１５に延在している。

更に、図示の実施形態では、第１のポールアーム１０４の第２の端部１１０において、固定コア部材４６に第１のポールピース１３４が取り付けられている。第１のポールピース１３４は本体１３５を含み、第１の固定コア面１３７及び第２の固定コア面１３８が、本体１３５により画定されている。第２の固定コア面１３８は、第１の固定コア面１３７から角度δをなして延在している。後述するが、角度δは、第２の可動コア面６３の角度αと一致している。第１の固定コア面１３７には、スペーサ１５０が設けられており、スペーサ１５０は、接触器２が励磁されていない時に、固定コア部材４６と可動コア部材４３との間の残留磁束密度を低減するよう構成されている。

固定コア部材４６は更に、第２のポールピース１６０を含んでおり、その本体１６１により、第３の固定コア面１６４及び第４の固定コア面１６５が画定される。第４の固定コア面１６５は、第３の固定コア面１６４から角度φで延在している。角度φは、第３の可動コア面７９の角度βと一致する。第３の固定コア面１６４にはスペーサ１７５が設けられており、スペーサ１７５は、接触器２が励磁されていない時に、固定コア部材４６と可動コア部材４３との間の残留磁束密度を低減するよう構成されている。これらの角度をなすコア面、すなわち、第２及び第３の可動コア面６３、７９、並びに、第２及び第４の固定コア面１３８、１６５により、電磁石４０を大型化することなく、その性能を強化することができる。

固定コア部材４６と可動コア部材４３とにより画定されたパスを横切る磁界に反応して、第１の固定コア面１３７が励磁され、第１の可動コア面５６と接合し、第２の固定コア面１３８が励磁され、第２の可動コア面６３と接合し、第３の固定コア面１６４が励磁され、第１の可動コア面５６と接合し、第４の固定コア面１６５が励磁され、第３の可動コア面７９と接合する。その結果、電気接点部材１０と電気接点素子２４とが接触する。このように、コア面に角度をつけることにより、更に大型の接触器に匹敵する開閉力を有する小型の接触器を作製することができる。すなわち、コア面に角度をつけることによって、磁束パスの磁気抵抗が小さくなり、有効な磁束が増加し、確実に磁気力を強化することができる。更に、角度をなすコア面のそれぞれにより、耐振動性及び耐衝撃性が向上する。最後に、本発明において、角度α、β、δ、及びφは、実施形態に応じて様々であってよいことを理解されたい。

本明細書では、概して、最適な態様を含めた様々な実施形態を例示しながら本発明を開示してきた。これにより、当業者は、本発明に係るデバイス又はシステムを作製したり、それに付随する方法を実施したりすることを含め、本発明を実施することができよう。本発明の特許可能な範囲は、当業者に想起可能な、記載した以外の実施形態を包含する添付の特許請求の範囲に基づく。かかるその他の実施形態は、特許請求の範囲に記載の文言と相違ない構成要素を有する限り、或いは、特許請求の範囲に記載の文言と本質的に同様の構成要素を有する限り、本発明の実施形態として認められる。

２接触器
４フレーム
６固定接点部
１０複数の電気接点部材
２０可動接点部
２４複数の電気接点素子
４０電磁石
４３可動コア部材
４６固定コア部材
４９コイル
５０コイル
５６第１の可動コア面
５７第１の端部（５６）
５８第２の端部（５６）
５９中間部（５６）
６３第２の可動コア面
６６第１の端部（６３）
６７第２の端部（６３）
６８中間部（６３）
７０（角度α）（アルファ）
７９第３の可動コア面
８２第１の端部（７９）
８３第２の端部（７９）
８４中間部（７９）
８６（角度β）（ベータ）
９７ベース部材
９８第１の端部区間
９９第２の端部区間
１００中間部区間
１０４第１のポールアーム
１０６第２のポールアーム
１０９第１の端部（１０４）
１１０第２の端部（１０４）
１１１中間コイルゾーン（１０４）
１１４第１の端部（１０６）
１１５第２の端部（１０６）
１１６中間コイルゾーン（１０６）
１３４第１のポールピース
１３５本体
１３７第１の固定コア面
１３８第２の固定コア面
１３９（角度δ）（デルタ）
１５０スペーサ
１６０第２のポールピース
１６１本体（１６０）
１６４第３の固定コア面
１６５第４の固定コア面
１７５スペーサ

Claims

フレーム（４）と、
少なくとも１つの電気接点部材（１０）を含む、該フレーム（４）に設けられた固定接点部（６）と、
少なくとも１つの電気接点素子（２４）を含む、該固定接点部（６）に対して選択的に移動可能な可動接点部（２０）と、
第１の可動コア面（５６）、該第１の可動コア面（５６）に対して角度をなす第２の可動コア面（６３）及び、前記第１の可動コア面（５６）に対して角度をなす第３の可動コア面（７９）を含む、該可動接点部（２０）に設けられた可動コア部材（４３）と、
第１の固定コア面（１３７）及び該第１の固定コア面（１３７）に対して角度をなす第２の固定コア面（１３８）を有する固定コア部材本体（１３５）と、該固定コア部材本体（１３５）に連結する中間ゾーン（１１１）とを含むポールアーム（１０４）と、第３の固定コア面（１６４）及び該第３の固定コア面（１６４）に対して角度をなす第４の固定コア面（１６５）を含む別の固定コア部材本体（１６０）と、該別の固定コア部材本体（１６０）に連結する別の中間ゾーン（１１６）とを含む別のポールアーム（１０６）と、前記中間ゾーン（１１１）に設けられた第１の巻線コイル（４９）と、前記別の中間ゾーン（１１６）に設けられた第２の巻線コイル（５０）とを含む、前記フレーム（４）に設けられた固定コア部材（４６）と、
を備える電気接触器（２）であって、
前記固定コア部材（４６）及び前記可動コア部材（４３）により画定されたパスを横切る磁界に反応して、前記第１の固定コア面（１３７）が励磁され、前記第１の固定コア面（１３７）と前記第１の可動コア面（５６）とが接合し、前記第２の固定コア面（１３８）が励磁され、前記第２の固定コア面（１３８）と前記第２の可動コア面（６３）とが接合することによって、前記少なくとも１つの電気接点部材（１０）と前記少なくとも１つの電気接点素子（２４）とが接触し、
前記固定コア部材本体（１３５）と前記中間ゾーン（１１１）との連結箇所において前記固定コア部材本体（１３５）の前記可動コア部材（４３）の移動方向に垂直方向における断面積は前記中間ゾーン（１１１）の前記可動コア部材（４３）の移動方向に垂直方向における断面積よりも大きく、
前記別の固定コア部材本体（１６０）と前記別の中間ゾーン（１１６）との連結箇所において前記別の固定コア部材本体（１６０）の前記可動コア部材（４３）の移動方向に垂直方向における断面積は前記別の中間ゾーン（１１６）の前記可動コア部材（４３）の移動方向に垂直方向における断面積よりも大きい
電気接触器（２）。
前記第１の固定コア面（１３７）、及び／又は第３の固定コア面（１６４）に設けられたスペーサ（１５０）を更に備えており、
該スペーサ（１５０）が、前記固定コア部材（４６）及び前記可動コア部材（４３）により画定された前記パスを横切る前記磁界の消滅に反応して、前記固定コア部材（４６）と前記可動コア部材（４３）との間の残留磁束密度を低減するよう、配置及び構成されている、請求項１に記載の電気接触器（２）。
前記第１の可動コア面（５６）と前記第１の固定コア面（１３７）が前記可動コア部材（４３）の移動方向に垂直である、請求項１または２に記載の電気接触器（２）。
前記固定コア部材（４６）及び前記可動コア部材（４３）により画定されたパスを横切る磁界に反応して、前記第３の固定コア面（１６４）が前記第１の可動コア面（５６）と接合し、前記第４の固定コア面（１６５）が前記第３の可動コア面（７９）と接合することによって、前記少なくとも１つの電気接点部材（１０）と前記少なくとも１つの電気接点素子（２４）とが接触する、請求項１乃至３のいずれかに記載の電気接触器（２）。
前記固定コア部材（４６）が、前記中間ゾーン（１１１）と前記別の中間ゾーン（１１６）とに連結されたベース部材（９７）を含み、前記ポールアーム（１０４）、前記別のポールアーム（１０６）及び前記ベース部材（９７）とがΠ字型の構造を形成する、請求項１乃至４のいずれかに記載の電気接触器（２）。
電気接触器の動作方法であって、
第１の固定コア面及び該第１の固定コア面に対して角度をなす第２の固定コア面を含む固定コア部材本体（１３５）と、該固定コア部材本体（１３５）に連結する中間ゾーン（１１１）とを含むポールアームと、第３の固定コア面（１６４）及び該第３の固定コア面（１６４）に対して角度をなす第４の固定コア面（１６５）を含む別の固定コア部材本体（１６０）と、該別の固定コア部材本体（１６０）に連結する別の中間ゾーン（１１６）とを含む別のポールアーム（１０６）と、前記中間ゾーン（１１１）に設けられた第１の巻線コイル（４９）と、前記別の中間ゾーン（１１６）に設けられた第２の巻線コイル（５０）とを有する固定コア部材を励磁するステップと、
可動コア部材を前記固定コア部材の方へ誘引するステップであって、前記可動コア部材が、前記第１の固定コア面と接合するよう構成された第１の可動コア面と、前記第２の固定コア面と接合するよう構成された第２の可動コア面と、第４の固定コア面（１６５）と接合するように構成された第３の可動コア面（７９）とを含むステップと、
可動接点部を固定接点部の方へ移動させることによって、少なくとも１つの電気接点部材と少なくとも１つの電気接点素子とを接触させるステップとを含み、
前記固定コア部材本体（１３５）と前記中間ゾーン（１１１）との連結箇所において前記固定コア部材本体（１３５）の前記可動コア部材（４３）の移動方向に垂直方向における断面積は前記中間ゾーン（１１１）の前記可動コア部材（４３）の移動方向に垂直方向における断面積よりも大きく、
前記別の固定コア部材本体（１６０）と前記別の中間ゾーン（１１６）との連結箇所において前記別の固定コア部材本体（１６０）の前記可動コア部材（４３）の移動方向に垂直方向における断面積は前記別の中間ゾーン（１１６）の前記可動コア部材（４３）の移動方向に垂直方向における断面積よりも大きい、
方法。
請求項１乃至５のいずれかに記載の電気接触器の動作方法であって、
第１の固定コア面及び該第１の固定コア面に対して角度をなす第２の固定コア面を含む固定コア部材本体（１３５）と、該固定コア部材本体（１３５）に連結する中間ゾーン（１１１）とを含むポールアームと、第３の固定コア面（１６４）及び該第３の固定コア面（１６４）に対して角度をなす第４の固定コア面（１６５）を含む別の固定コア部材本体（１６０）と、該別の固定コア部材本体（１６０）に連結する別の中間ゾーン（１１６）とを含む別のポールアーム（１０６）と、前記中間ゾーン（１１１）に設けられた第１の巻線コイル（４９）と、前記別の中間ゾーン（１１６）に設けられた第２の巻線コイル（５０）とを有する固定コア部材を励磁するステップと、
可動コア部材を前記固定コア部材の方へ誘引するステップであって、前記可動コア部材が、前記第１の固定コア面と接合するよう構成された第１の可動コア面と、前記第２の固定コア面と接合するよう構成された第２の可動コア面と、第４の固定コア面（１６５）と接合するように構成された第３の可動コア面（７９）とを含むステップと、
可動接点部を固定接点部の方へ移動させることによって、少なくとも１つの電気接点部材と少なくとも１つの電気接点素子とを接触させるステップとを含む方法。