JP5643405B2 - 電磁開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁開閉装置の可動部及びこれを含む電磁開閉装置に関するものである。

電磁開閉装置は電気的な中継作用をする電動式スイッチ装置であって、一般的に小さい入力電流の変化によって主回路を通電または遮断する接続変換装置をいう。電磁開閉装置では、電磁気力により接点が動いて電流の開閉操作が可能になる。

図１は、従来の電磁開閉装置を示す図である。

図１に図示された電磁開閉装置は、ハウジング１、前記ハウジング１の内側の上部に位置する固定接点２、及び前記固定接点２の下部に位置し、前記固定接点２と接触または分離を繰り返す可動接点３を含む。

前記可動接点３はシャフト７に結合されて上下に移動するが、前記シャフト７の外周面には可動コア６が結合され、前記可動コア６の外側上部には固定コア４が位置し、前記可動コア６及び固定コア４の外側にはコイル５が配置される。

そして、前記固定コア４は上部固定コア４ａ及び下部固定コア４ｂを含む。

また、前記シャフトの上部にはリターンばね９が備えられる。

そして、前記シャフト７及び可動コア６の下方には、ハウジング１の底面に弾性部材８が位置する。

したがって、コイル５に電流が印加されれば、可動コア６に駆動力が作用して可動コア６がシャフト７を押しながら共に上昇して、固定接点２と可動接点３とが接するようになる。

一方、コイル５に印加される電流が遮断されれば、前記シャフト７はリターンばね９により下方に押圧されて下降し、下降したシャフト７及び可動コア６は弾性部材８と衝突する。

弾性部材８はシャフト７及び可動コア６との衝突による衝撃を吸収する。

前記のような構成を有する従来の電磁開閉装置において、コイル５に電流が流れない時、前記上部固定コア４ａの下端と、前記可動コア６の上端との間はＡだけ離隔する。

この距離が遠過ぎれば可動コアが上昇する力が弱くなり、近過ぎれば上昇が速く始まって、充分な上昇力を持たないので、可動接点と駆動接点との間の通電がなされないこともある。

したがって、前記可動コア６と上部固定コア４ａとの間の距離Ａはコイルにより生成される磁力によって適切に維持されなければならない。

ところが、電磁開閉装置の作動により全体的な内部温度が上昇するようになれば、発生する磁力が弱くなるので、固定コアと可動コアとの間の距離Ａを狭めることがより好ましいという課題がある。

本発明は前記のような課題を解決するために、シャフト下端の弾性部材が温度上昇によって上下に体積膨脹する性質を用いて、温度上昇時、可動コアと上部固定コアとの間の距離を狭めることができるようにすることを目的とする。

本発明による電磁開閉装置は、可動接点と結合されて上下に往復動するシャフト、及び前記シャフトの下端に結合される弾性部材を含み、前記弾性部材は温度上昇によって上下方向の体積が膨脹する。

前記シャフトの下部には弾性部材収容部が備えられ、前記弾性部材は、上端が前記弾性部材の収容部の上面と接触するように収容されて、上部への体積膨脹に制限できる。

前記弾性部材は、底面が非対称でありうる。

前記弾性部材はゴムでありうる。

本発明の一実施形態による電磁開閉装置は、前記シャフトの外側を覆いかぶせる固定コアをさらに含み、前記固定コアは、上下方向に互いに離隔した上部固定コアと下部固定コアとを含み、前記シャフトは、大径部と、前記大径部の下部に備えられる小径部とを含み、前記可動コアは、前記小径部の外側に備えられ、前記上部固定コアは前記大径部の外側を覆うように備えることができる。

前記弾性部材収容部は、前記シャフトの下端と、前記可動コアの内周面により形成される空間であり、前記弾性部材の収容部には前記弾性部材の上端の一部を嵌めることができる。

前記弾性部材収容部に結合される逆Ｔ字型のサポーターをさらに含み、前記Ｔ字型サポーターが弾性部材の収容部に結合される場合、前記弾性部材の上方への膨脹を制限する弾性部材の収容部の底面は前記Ｔ字型サポーターの底面になりうる。

本発明によれば、温度上昇によって可動コアの位置が共に上昇できるようにすることで、磁力が弱くなるにもかかわらず、可動部に適当な駆動力が提供できるようになる。

従来の電磁開閉装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態による電磁開閉装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態による駆動部を示す断面図である。 本発明の他の実施形態による駆動部を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明による電磁開閉装置の一実施形態を詳細に説明する。

本実施形態による電磁開閉装置は、ハウジング１０、前記ハウジング１０の内側上部に位置する上部アセンブリー１００、及び前記ハウジング１０の内側下部に位置する下部アセンブリー２００、３００を含む。

前記ハウジング１０は本実施形態による電磁開閉装置の最外郭を囲む構成であって、その内部に上部アセンブリー１００及び下部アセンブリー２００、３００を収容する。

以下、前記上部アセンブリー１００をなす各々の構成を先に説明した後、前記下部アセンブリー２００、３００をなす各々の構成を説明する。

前記上部アセンブリーは、上端固定部１１０、固定接点１２０、及びリターンばね１３０を含む。

上端固定部１１０は、リターンばね結合部１１１、リターンばね結合突起１１２、ガイド部１１３、及び中間部１１４を含んで構成される。

前記リターンばね結合部１１１は、下方に向けて開口される略円筒形の溝形状を有する。したがって、前記ばね結合部の中央には下方に突出した略円筒形状のリターンばね結合突起１１２が備えられる。

後述するリターンばね１３０の上端はこのリターンばね結合突起１１２の外側に嵌められる。言い換えると、略円筒形の溝形状を有するリターンばね結合部１１１にリターンばね１３０の上端が嵌められる。

前記リターンばね結合部１１１の外側には下方に向けて延びるガイド部１１３が備えられる。前記ガイド部１１３は、後述するシャフト３１０の上端を収容し、シャフト３１０の上端が内部で上下に摺動できるように、前記シャフトの上端に対応する形状を有する。

一方、前記ガイド部１１３とリターンばね結合部１１１との間には下方に向いた平面である中間部１１４が備えられる。前記中間部１１４は、上昇するシャフト３１０の上端と接して、シャフト３１０がこれ以上上昇できないようにする上昇制限部の役割をする。本実施形態において、上昇制限部とは、前記シャフト３１０と接して前記シャフト３１０がこれ以上上昇できないようにする構成を意味する。

したがって、前記リターンばね結合突起１１２が下方にさらに長く延びて、シャフトの上端が中間部１１４に接する前に、前記リターンばね結合突起１１２の下端が前記シャフト３１０のリターンばね収容部３１４の底面に先に接する場合、リターンばね結合突起１１２が上昇制限部になることができる。

前記上端固定部１１０の外側には固定接点１２０が位置する。前記固定接点１２０は通電可能な導電性素材からなる。

リターンばね１３０は上端が前述したようにリターンばね結合部１１１に嵌められて結合され、下端は後述するシャフト３１０の内側のリターンばね収容部３１４により支持されて、前記シャフト３１０を常時下方に押圧する役割をする。

以下、前記上部アセンブリーの下方に配置される下部アセンブリー２００、３００の構成を説明する。

前記下部アセンブリー２００、３００は、外部から印加される電流により駆動力を提供する駆動部２００、及び前記駆動部からの駆動力により上下に移動する可動部３００を含む。

まず、駆動部２００の構成を説明すれば、本発明の一実施形態による駆動部２００は、ヨーク２１０、ヨーク２１０の内部に設けられるボビン２２０、前記ボビン２２０に巻き取られるコイル２３０、及び前記ボビン２２０の内周面に結合される固定コア２４０を含む。

前記ヨーク２１０はハウジング１０の内側に収容され、前記ヨーク２１０の内側にボビン２２０が位置する。

前記ボビン２２０はコイル２３０が巻き取られる部分であって、中央部分が略中空の円筒形状を有し、上下方向の中間の一地点から内側の中空部分に向けて突出する突出部２２１を含む。

前記ボビン２２０の外側には前述したようにコイル２３０が巻き取られるが、コイル２３０は電気的信号による磁気力を発生させて可動部３００を上昇させる駆動力を生成する機能をする。

前記ボビン２２０の内側には固定コア２４０が結合される。前記固定コア２４０は略中空の円筒形状を有し、突出部２２１を中心に上部に位置する上部固定コア２４０ａと下部に位置する下部固定コア２４０ｂとを含む。

したがって、前記上部固定コア２４０ａと前記下部固定コア２４０ｂとは、上下に離隔して配置される。

この際、前記突出部２２１の上部に位置する上部固定コア２４０ａの下端は突出部２２１の上面に接し、突出部２２１の下部に位置する下部固定コア２４０ｂは上端が突出部２２１の底面に接するようになる。

この際、ボビン２２０の突出部の内側端部は固定コア２４０の内側面と同一線上に位置するか、固定コア２４０の内側面よりさらに内側に位置する。即ち、前記突出部２２１は固定コア２４０の厚さと等しいか長く突出する。

以下、可動部３００の構成を説明する。

前記可動部３００は、上下に往復動するシャフト３１０、前記シャフト３１０に結合され、可動接点３２１を備えた可動接触子３２０、可動コア３３０、接圧ばね３４０、及び弾性部材３５０を含む。

前記シャフト３１０は前記固定コア２４０の内側の中空領域に配置され、略円筒形状を有して上下に長く延びる。

前記シャフト３１０は上側の一部の外径が下側の一部の外径より大きく形成され、外径が変わる部分には下方に向ける段差面が形成される。したがって、段差面を基準に上部は大径部３１１となり、下部は小径部３１２となる。この段差面は後述する可動コア３３０の上端が接する押圧面３１３となる。

一方、前記シャフト３１０の上端は開口され、上端から下方に所定深さだけ中空の領域が存在し、この中空領域がリターンばね収容部３１４を形成する。

前記リターンばね収容部３１４には、前述したリターンばね１３０の下端が収容されて支持される。

一方、前記リターンばね収容部３１４の底面の下方には更に他の中空の領域が存在し、この中空の領域が接圧ばね収容部３１５となる。前記接圧ばね収容部３１５は大径部３１１の内側に形成される。

前記接圧ばね収容部３１５には、接圧ばね３４０が収容される。

前記接圧ばね収容部３１５の側面には図２乃至図４に示すように、一部が長手方向に切欠かれた切欠部３１６が備えられる。前記切欠部３１６は互いに対向するように一対が備えられる。

前記切欠部３１６は、可動接触子３２０が上下方向に移動できる空間となる。

前記可動接触子３２０は平板状の導電体であり、上面に可動接点３２１を備える。前記可動接触子３２０と可動接点３２１とは一体に形成できる。前記可動接触子３２０は切欠部３１６を通じてシャフトを貫通し、前記可動接点３２１は前記固定接点１２０の下方に離隔するように位置して前記固定接点１２０と接触及び離隔を繰り返す。

前記可動接触子３２０は前記接圧ばね３４０の上端と接触し、前記接圧ばね３４０により常時上方に押圧される。

前記シャフト３１０の小径部３１２の外側には可動コア３３０が結合される。

前記可動コア３３０は上端が前記押圧面３１３と接する。前記可動コア３３０は前記固定コア２４０の内側で摺動するので、可動コア３３０の外径が固定コア２４０の内径より小さくなければならない。前記可動コア３３０の外径はほぼ前記大径部３１１の外径と同一である。

したがって、前記小径部３１２は可動コア結合部となり、以下、小径部と可動コア結合部は同一の図面符号２２２を使用して説明する。即ち、図面符号２２２は大径部３１１と区別される面では小径部と称することができ、可動コア３３０が結合される面では可動コア結合部と称することができる。

一方、前記可動コア３３０の上端は前記上部固定コア４ａの下端とＡだけ離隔して下部に位置する。

前記シャフト３１０の下側端部には、図２及び図３に示すように弾性部材３５０が結合するが、前記弾性部材３５０は、可動部３００の下降時、ハウジング１０の底面との衝撃を吸収する機能をする。

前記弾性部材３５０は、上下に長く延びて前記シャフト３１０の下部に備えられる弾性部材収容部３６０に結合する。

前記弾性部材収容部３６０は前記シャフト３１０の下端と前記可動コア３３０の内周面とにより形成される空間であって、この空間に前記弾性部材３５０の上端の一部が嵌められる。

前記弾性部材３５０は温度上昇により体積が膨脹する性質と弾性を共に備えた素材で構成され、例えばゴムで形成することができる。

前記弾性部材３５０の上面は前記弾性部材収容部３６０の上面と接触して、熱膨張時、上方への体積膨脹が制限される。

温度上昇により前記弾性部材３５０の体積が膨脹すると、前記弾性部材３５０の上下方向の長さも増えるようになる。この際、上方への体積変化が制限されるので、上下方向への長さ変化が全て下方のみに集中し、相対的に下方への体積変化が増加するようになる。

したがって、図２及び図３に図示された状態で弾性部材３５０の温度が上昇すると、前記シャフト３１０及び可動コア３３０の高さの増加が効率的になされる。

図４には、弾性部材３５０ａ及び弾性部材収容部３６０ａの更に他の形態が図示されている。

本実施形態において、前記シャフト３１０の下端が中空状態に開口され、この開口された部分にはほぼ逆Ｔ字型のサポーター３７０が挿入され、前記サポーター３７０の下方の中空部分が弾性部材収容部３６０ａとなる。

前記弾性部材収容部３６０ａに嵌められる弾性部材３５０ａは、前記Ｔ字型サポーター３７０と上面が接触して、体積変化が下部に集中できる構造を有する。したがって、前記Ｔ字型サポーター３７０が弾性部材収容部３６０ａに結合する場合、前記弾性部材３５０の上方への膨脹を制限する弾性部材収容部３６０ａの底面は前記Ｔ字型サポーター３７０の底面になることができる。参考に、逆Ｔ字型とは、アルファベットＴ字が上下にひっくり返った形状をいう。

この際、前記弾性部材３５０ａには中央部分が上下に貫通して形成される中空部を備えることができる。

一方、前記Ｔ字型サポーター無しで、中空部分の最後まで弾性部材３５０ａが延びることも可能である。

一方、高温で前記シャフト３１０及び可動コア３３０の高さの上昇が必要な理由は、次の通りである。

コイル２３０に電流が印加されると、可動コア３３０が上昇しようとする力を受けるようになる。この際、前記上部固定コア２４０ａの下端と前記可動コア３３０の上端との間の距離が遠過ぎれば可動コア３３０が上昇する力が弱くなり、近過ぎれば上昇が速く始まって、充分な上昇力を持たないので、可動接点３２１と固定接点１２０との間の接触しないこともある。

したがって、前記可動コア３３０と上部固定コア２４０ａとの間の距離はコイル２３０により生成される磁力により適切に維持されなければならない。

ところが、電磁開閉装置の作動により全体的な内部温度が上昇すれば、発生する磁力が弱くなるので、可動コア３３０が適当な上昇力を得るために、上部固定コア２４０ａと可動コア３３０との間の距離Ａも狭まらなければならない。

本発明の一実施形態による電磁開閉装置では、温度上昇時、上部固定コアと可動コアとの間の距離を狭めるために、温度が上昇するほど膨脹する弾性部材３５０の性質を用いて、ここで、弾性部材は前述したようにゴムでありうる。

一方、前記弾性部材３５０、３５０ａは底面が非対称に形成されることが好ましい。前記弾性部材３５０、３５０ａは、上昇下降時、正確に鉛直上下方向に移動することでなく、固定コア２４０の内側と左右に衝突しながら上昇下降するが、極めて小さい確率で前記シャフト３１０が正確に鉛直方向に下降する場合がある。

この場合、シャフト３１０の下端がハウジング１０の底面と衝突してまた正確に鉛直上方に跳ね上がるようになるので、その反撥力による上昇力が強くて、固定接点１２０と可動接点３２１との間の意図しない接触がなされることができる。

したがって、前記弾性部材３５０、３５０ａの下端を非対称にして、極めて小さい確率であるが、シャフト３１０が正確に垂直に下降する場合、そのまま正確に鉛直上方に上昇せず、固定コア２４０の側面と左右に衝突しながら上昇して、上昇する速度が減少するようにすることができる。

参考に、図２乃至図４では、前記シャフト３１０及び可動コア３３０が固定コア２４０に面接触しているように見えるが、実際には左右に衝突できる程度の小さい間隔があるものと理解されるべきである。

以下、前記のような構成を有する電磁開閉装置の作動過程を説明する。

リターンばね１３０によりシャフト３１０は常時下方に、即ち、固定接点１２０と可動接点３２１とが遠ざかる方向に押圧されて、固定接点１２０と可動接点３２１とが離隔した状態を維持する。

このような状態で、コイル２３０に電流が印加されれば、コイル２３０により発生する磁束により可動コア３３０が上下方向に運動する駆動力を有するようになる。

この駆動力は可動コア３３０を上昇させ、可動コア３３０が上昇しながらシャフト３１０の押圧面３１３を上方に押圧してシャフト３１０を上昇させる。

シャフト３１０が上昇すれば可動接点３２１と固定接点１２０とが接触するようになり、接触した後にも更に少し上昇し、シャフト３１０が上昇制限部に接することによって上昇が終了する。

一方、コイル２３０への電源供給が遮断されれば、リターンばね１３０の弾性復原力によりシャフト３１０が下方に押されて下降するようになる。

この過程で、装置の内部の温度が増加すれば、弾性部材３５０、３５０ａの上下体積も膨脹して、上部固定コア２４０と可動コア３３０との間の間隔Ａが減るようになり、これによって、可動コア３３０に作用する駆動力が補償される。

前記シャフト３１０の上昇または下降時、前記シャフト３１０は固定コア２４０とぶつかりながら上下移動するようになるが、極めて小さい確率であるが、前記シャフト３１０が鉛直下方に下降する場合がある。

この場合にも、前記弾性部材３５０、３５０ａの底面が非対称からなるため、ハウジング１０の底面に衝突したシャフト３１０がそのまま鉛直上方に跳ね上がらず、左右にぶつかりながら上昇するようになり、上昇速度が制限されることによって、前記固定接点１２０と前記可動接点３２１との間の望ましくない接触を防止することができる。

１０ ハウジング
１１０ 上端固定部
１１１ 接合ばね結合部
１１２ 接圧ばね結合突起
１１３ ガイド部
１１４ 中間部
２００ 駆動部
２１０ ヨーク
２２０ ボビン
２２１ 突出部
２３０ コイル
２４０ 固定コア
３００ 可動部
３１０ シャフト
３１１ 大径部
３１２ 小径部
３１３ 押圧面
３１４ リターンばね収容部
３１５ 接圧ばね収容部
３１６ 切欠部
３２０ 可動接触子
３２１ 可動接点
３３０ 可動コア
３４０ 接圧ばね
３５０、３５０ａ 弾性部材
３６０、３６０ａ 弾性部材収容部
３７０ サポーター

Claims (4)

1. 可動接点と結合して上下に往復動するシャフトと、
   前記シャフトの外側を覆う固定コアと、
   前記シャフトの下部に備えられる弾性部材収容部と、
   上端が前記弾性部材収容部の上面と接触するように収容され、底面が非対称である弾性部材と、を含み、
   前記弾性部材は温度上昇によって上下方向の体積が膨張し、前記弾性部材収容部の上面により上部への体積膨張に制限され、
   前記固定コアは、上下方向に互いに離隔した上部固定コアと下部固定コアとを含み、
   前記シャフトは、大径部と、前記大径部の下部に備えられる小径部とを含み、
   可動コアは前記小径部の外側に備えられ、前記上部固定コアは前記大径部の外側を覆うように備えられることにより、前記可動コアの上端は前記上部固定コアの下端と離隔して下部に位置することを特徴とする電磁開閉装置。
2. 前記弾性部材はゴムである、請求項１に記載の電磁開閉装置。
3. 前記弾性部材収容部は、前記シャフトの下端と、前記可動コアの内周面により形成される空間であり、
   前記弾性部材収容部に前記弾性部材の上端の一部が嵌められる、請求項１に記載の電磁開閉装置。
4. 前記弾性部材収容部に結合する逆Ｔ字型のサポーターをさらに含み、
   前記Ｔ字型サポーターが弾性部材収容部に結合される場合、
   前記弾性部材の上方への膨脹を制限する弾性部材収容部の底面は前記Ｔ字型サポーターの底面になる、請求項３に記載の電磁開閉装置。

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