JP6106528B2 - コンタクタ用操作装置 - Google Patents

Description

本発明はコンタクタ用操作装置に係り、特に、真空開閉機器の操作装置のように、操作装置に電磁石を搭載しているものに好適なコンタクタ用操作装置に関する。

従来の電磁石搭載型のコンタクト用操作装置の例として、特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載されたコンタクト用操作装置は、固定鉄心と可動鉄心、ヨーク及びコイルからなる電磁石、遮断ばね（引き外しばね）、接圧ばね等より概略構成されている。

上述した遮断ばねは、筺体側壁と可動鉄心が固定されているレバーとの間に配置され、レバーに回転力を与えレバーを回転させることで、真空開閉器の主接点の遮断動作を行うために用いられる。一方、接圧ばねは、一端がレバーに、他端が主接点可動部にそれぞれ接続され、レバーが回転することで押し上げられて主接点間に接触圧力を与え、投入時に主接点溶着を防止するために用いられる。

そして、コイルが励磁されると可動鉄心が固定鉄心方向に吸引され、可動鉄心に連動したレバーを介して主接点可動部が主接点固定部と接触して投入状態になり、コイルの励磁を停止すると、投入動作中に蓄勢しておいた遮断ばねと接圧ばねの反発力により、主接点可動部が開極方向に動き主接点固定部とは遮断状態となる。

一般に、電磁石を搭載するコンタクト用操作装置においては、主接点の投入保持時は、可動鉄心と固定鉄心間の空隙距離が短く磁気抵抗が小さいため、主接点の投入動作時よりもコイル起磁力が少なくて済む。

上述した特許文献１の例では、コイルが励磁され、可動鉄心が固定鉄心方向に吸引されて主接点が投入状態になる直前に、コイル通電電圧が低下するように電子回路的に制御して投入保持時のコイル起磁力を低下させるか、或いは主接点が投入状態になる直前に、コイルが電流制限抵抗と直列接続されるように回路を切り替えて、投入保持時のコイル起磁力を低下させ、省エネルギー化を図っている。

特開平５−２０９７６号公報

しかしながら、上述した特許文献１の構成によれば、遮断ばねを、筐体側壁と可動鉄心が固定されているレバーとの間に設置する必要があるため、遮断ばねが水平配置となり、筺体の水平方向長さを十分に大きくとる必要があり、筺体が大型化してしまう嫌いがある。

また、主接点の投入保持時にコイル起磁力を抑制する手段として、電流制限抵抗を用いる場合は、発熱部を冷却するために、隣接部品との距離を大きくとる必要上、電流制限抵抗の設置スペースを十分広くとる必要があり、筺体が大型化してしまう。

結局、特許文献１の構成では、筺体が大型化し、装置全体も大型化するという課題がある。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、筺体を小型化し、装置全体の小型化を図ったコンタクタ用操作装置を提供することにある。

本発明のコンタクタ用操作装置は、上記目的を達成するために、投入用コイル、保持用コイル、前記両コイルが別々に巻回される２つの固定鉄心、前記２つの固定鉄心の一方の側に配置されて前記２つの固定鉄心に吸引される可動鉄心、前記２つの固定鉄心の他方の側に配置されて前記２つの固定鉄心を支持するヨークから成る電磁石を備え、前記電磁石の可動鉄心が前記２つの固定鉄心に吸着或いは開放されることで、主接点可動部が動作して遮断部の主接点の電気的投入或いは遮断動作が行われ、かつ、前記遮断部の主接点が投入動作中に蓄勢され、前記保持用コイルの通電が停止されると前記蓄勢が開放されて前記遮断部の主接点の遮断動作を行う遮断ばねと、前記可動鉄心の動作に運動して動作し、前記投入用コイルと保持用コイルヘの通電切替を行う補助接点とを有し、前記電磁石の水平方向の一方側に前記遮断ばねが、他方側に前記補助接点が配置され、前記可動鉄心及び前記可動鉄心が衝突するストッパを支持するストッパ支持台それぞれがばね受け部を有し、前記遮断ばねを前記可動鉄心のばね受け部と前記ストッパ支持台のばね受け部間に配置すると共に、前記可動鉄心の動作に連動する前記補助接点を前記ヨークの前記２つの固定鉄心側とは逆側に配置し、かつ、前記補助接点により、前記投入用コイル及び前記投入用コイルよりも巻線抵抗が高い前記保持用コイルの通電タイミングを制御することを特徴とする。

本発明によれば、遮断ばねと補助接点を電磁石に隣接配置でき、電磁石と筺体側壁との間に遮断ばねの設置スペースを必要とせず、また、制限抵抗を用いずに投入保持時のコイル起磁力を抑制できるため、筺体の小型化が可能になり、装置全体の小型化が図れる。

本発明のコンタクタ用操作装置の実施例１を示し、筐体正面より筐体内部を見た操作装置の構成図である。 図１のＡ−Ａ´矢視図である。 本発明のコンタクタ用操作装置の実施例１に採用される電磁石の回路構成図である。 本発明のコンタクタ用操作装置の実施例２を示し、筐体正面より筐体内部を見た操作装置の構成図である。 図４のＡ部拡大図である。 本発明のコンタクタ用操作装置の実施例３を示し、筐体正面より筐体内部を見た操作装置の構成図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明のコンタクタ用操作装置を説明する。なお、以下に説明する各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。

図１及び図２に、本発明のコンタクタ用操作装置の実施例１を示す。

該図に示す如く、筺体１内上部には、遮断部８０が配置されている。この遮断部８０は、一相分乃至三相分が図１の紙面奥行き方向に平行配置され、それぞれが接圧ばね３０を介して接圧ばね受け４１に接続されている。遮断部８０の内部には、真空絶縁或いはガス絶縁された主接点（図示せず）が設置されている。主接点は、固定側接点と可動側接点からなり、固定側接点は端子８４に、可動側接点は主接点可動部８１と接続されていると共に、フレキシブル導体８２を介して端子８５に接続されている。

次に、主接点の開閉動作を行う電磁石６０の構成を説明する。電磁石６０は、固定鉄心６１及び６２、この固定鉄心６１及び６２を支持するヨーク６５、固定鉄心６１及び６２に吸引される可動鉄心４２、固定鉄心６１の磁極６６、固定鉄心６２の磁極６７、固定鉄心６１に巻回された投入コイル６３、固定鉄心６２に巻回された保持コイル６４から概略構成されている。

このように構成される電磁石６０は、投入コイル６３と保持コイル６４を、図１の紙面奥行き方向に配置した馬蹄型電磁石であり、また、ヨーク６５は、筺体底面６上に固定され電磁石６０全体を支持している。ヨーク６５は、電磁石６０を支持する際の補強材としてリブを有していても良い。

また、非磁性材の接圧ばね受け４１は、シャフト４０を介して可動鉄心４２の一端に接続され、その接続部とは反対側の接圧ばね受け４１と主接点可動部８１との間には、接圧ばね３０が配置されている。

図１は、主接点が遮断状態にあるときを示しているが、この状態から主接点を投入する場合の動作は次のようになる。

まず、投入コイル６３及び保持コイル６４の両コイルが発生する磁気吸引力によって可動鉄心４２は、磁極６６及び６７に吸着される。それに伴い、接圧ばね受け４１がシャフト４０を中心として時計方向に回転することで、接圧ばね３０が図１中の上方へ押し上げられて蓄勢し、これと共に主接点可動部８１も上方へ押し上げられ、遮断部８０内の主接点が投入状態となる。

一方、遮断ばね３１は、断面Ｌ字状の一辺が可動鉄心４２に固定されたばね受け部４３の他辺と、断面Ｕ字状のストッパ支持台５０に固定されているストッパ５１の上部に設けたばね受け部５２との間に配置されている。なお、遮断ばね３１は、投入動作中に蓄勢されている。また、主接点を遮断する場合は、主接点の投入保持中に保持コイル６４の通電を停止する。その結果、接圧ばね３０と遮断ばね３１に蓄勢されたエネルギーが開放され、主接点可動部８１が図１中の下方へ押し下げられ、遮断部８０内の主接点は遮断状態となる。

また、断面Ｕ字状のストッパ支持台５０は、正面より見て電磁石６０の右側方の筺体底面６に固定されている。このストッパ支持台５０は、可動鉄心４２のストッパ５１を支持固定しているが、遮断ばね３１も併せて支持している。

また、補助接点１０は、正面より見て電磁石６０の左側方の筺体底面６上に固定されている。この補助接点１０は、機械操作式であるため、万一の故障時には、導通状態ではなく開放状態となってコイル通電を遮断するため安全性が高い。更に、補助接点１０は、接圧ばね受け４１に連動して動作することで、投入コイル６３と保持コイル６４の通電を切替るのみでなく、遮断部８０の開閉状態を電気信号として外部に送出する機能も有する。

また、補助接点１０は、レバー２０で補助接点スイッチ１１を押し下げることにより動作する。補助接点１０の動作は、接圧ばね受け４１を補助接点スイッチ１１上部まで延伸して、投入動作時に直接に補助接点スイッチ１１を押し下げる構造としても良い。

上述した補助接点スイッチ１１を押し下げるレバー２０は、接圧ばね受け４１に設けたピン４４と連動し、ピン２１を軸に回転するものである。ピン２１は、補助接点１０の上部に固定するか、或いは後述する磁気シールド２３の上部に固定しても良い。また、接圧ばね受け４１或いはレバー２０の先端には、外部から主接点の開閉状態を確認できる状態表示板を取り付けることもできる。

また、端子８４及び８５、フレキシブル導体８２には高電圧が印加されるため、これらは、筺体１に対しては絶縁材（図示せず）を介して接続されている。更に、筺体１の内部にあっては、絶縁材製の絶縁プレート８３を設置して、ばね受け部４３、可動鉄心４２、シャフト４０及び接圧ばね受け４１に対する放電を防止している。また、接圧ばね受け４１は、絶縁材製とし、主接点可動部８１に印加される高電圧を絶縁している。

以上のような構造とすることで、筺体１内の空間を有効に利用でき、可動鉄心４２と筺体側壁３との間に遮断ばね３１を配置する場合と比較して、筺体１の水平方向のサイズを小さくできる。

また、ストッパ５１は、例えば、ボルト構造となっており、主接点が遮断状態にあるときの可動鉄心４２と磁極６６及び６７間の空隙距離を調整することができる。更に、ストッパ支持台５０は、ストッパ５１と共に可動鉄心４２の衝撃吸収体（図示せず）を固定支持し、可動鉄心がストッパ５１に衝突する際の跳ね返りを抑制することで、主接点可動部が跳ね返りに連動して振動するのを抑えることができる。なお、ストッパ５１自体が、衝撃吸収機能を有していても良い。

次に、本実施例における電磁石６０の回路構成を、図３を用いて説明する。

該図において、主接点の投入時は、まず、直流電源スイッチ８をＯＮすることで、直流電源７より直流電源スイッチ８を介して投入コイル６３と保持コイル６４に電流が供給される。投入動作完了の直前には、接圧ばね受け４１に連動して補助接点スイッチ１１がＯＦＦすることで、投入コイル６３のみ通電が遮断される。その結果、保持コイル６４のみが通電状態となって主接点が投入保持される。

このとき、コイルの巻き数を調整して投入コイル６３の抵抗と保持コイル６４の巻線抵抗比率を、例えば、１：２０程度になるように設定しておけば、投入動作に必要な電流を確保しつつ、投入保持時の電流を制限し、省エネルギー化することができる。

また、投入コイル６３及び保持コイル６４には、コイル通電遮断時に生じる逆起電力対策としてダイオード６９及び７０がそれぞれ並列に接続されている。このダイオード６９及び７０は、直列或いは並列に複数個接続したものとしても良く、また、ダイオード６９及び７０と並列にバリスタのような電圧制限素子を接続してもよい。

これにより、逆起電力等のサージ電圧に対する耐性が向上し、操作装置の動作信頼性を更に向上できる。

なお、ダイオード６９及び７０やバリスタ等のサージ電圧対策機器は、補助接点１０の側方に配置すると効果的である。即ち、電気配線を要する機器類を、このように一方の側に集中配置することで、アクセス性が向上し、組立時や保守時の作業性が向上する。

以上説明した本実施例によれば、遮断ばね３１と補助接点１０を電磁石６０に隣接配置でき、電磁石６０と筺体側壁２との間に遮断ばね３１の設置スペースを必要とせず、また、制限抵抗を用いずに投入保持時のコイル起磁力を抑制できるため、筺体１の小型化が可能になり、装置全体の小型化が図れる。更に、投入コイル６３及び保持コイル６４の通電タイミング制御用に、万が一の故障時には開放状態となる機械操作式の補助接点１０を使用することで、安全性を高めることができる。

図４及び図５に、本発明のコンタクタ用操作装置の実施例２を示す。

該図に示す本実施例では、補助接点１０とヨーク６５との間に、磁気シールド２３を設置したことを特徴としている。その他の構成は、実施例１と同様である。

このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、磁気シールド２３は、投入コイル６３と保持コイル６４より生じる漏洩磁場が、補助接点１０付近へ到達するのを妨げ、補助接点１０が誤作動しないようにする効果がある。なお、磁気シールドは、図４及び図５の紙面奥行き方向の長さを、ヨーク６５よりも長くなるようにすれば、投入コイル６３と保持コイル６４より生じる漏洩磁場の遮蔽効果を高めることができる。

また、磁気シールド２３は、筺体側壁４及び５に固定することで、磁気シールド用の部材としてのみでなく、筐体１の補強用部材（リブ）として用いることも可能である。その場合、筐体１の剛性を増加することで撓みが低下するため、可動鉄心４２等の可動部品動作に要するエネルギーを抑制することができる。

図６に、本発明のコンタクタ用操作装置の実施例３を示す。

該図に示す本実施例では、筺体底面６上にヨーク６５及びストッパ支持台５０に密接して磁路９０を設置すると共に、ストッパ５１と可動鉄心４２の間に、非磁性材のギャップピース６８を挿入したことを特徴とする。その他の構成は、実施例１と同様である。なお、ストッパ支持台５０及びストッパ５１は、磁性材で構成されている。

このように構成することで、遮断状態において投入コイル６３と保持コイル６４に通電開始した直後に、ヨーク６５より磁路９０及びストッパ支持台５０、ストッパ５１を経て可動鉄心４２を通る磁気回路が構成され、可動鉄心４２をストッパ５１側にしばらくの間吸着することができる。投入コイル６３と保持コイル６４の通電電流が増加するにつれ、可動鉄心４２は磁極６６側へ吸引され、やがて始動するが、磁路９０を設けることで、可動鉄心４２の始動タイミングを遅らせることができる。

また、投入動作の途中に接圧ばね４１の蓄勢が開始されるために、電磁石６０の負荷力は投入動作の途中で不連続に増加する。このとき、投入コイル６３と保持コイル６４の通電電流が十分高くなるまで可動鉄心４２の始動タイミングを遅らせると、可動鉄心４２に作用する磁極６６側への吸引力がより高められた状態で、可動鉄心４２が始動することになる。

よって、本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、投入動作中に負荷力が不連続に増加しても、可動鉄心４２は、十分な吸引力を得て停止することなく、投入動作を完了し易くなるという効果がある。

また、可動鉄心４２の始動タイミングは、ストッパ５１と可動鉄心４２の間に挿入される非磁性材のギャップピース６８の厚みを調整するか、或いはストッパ支持台５０、ストッパ５１及び磁路９０の断面積を調整することにより制御することができる。なお、筺体底面４の板厚を十分厚くして、磁路９０の代用とすることもできる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…筐体、２、３、４、５…筐体側壁、６…筺体底面、７…直流電源、８…直流電源スイッチ、１０…補助接点、１１…補助接点スイッチ、２０…レバー、２１、４４…ピン、２３…磁気シールド、３０…接圧ばね、３１…遮断ばね、４０…シャフト、４１…接圧ばね受け、４２…可動鉄心、４３、５２…ばね受け部、５０…ストッパ支持台、５１…ストッパ、６０…電磁石、６１、６２…固定鉄心、６３…投入コイル、６４…保持コイル、６５…ヨーク、６６、６７…磁極、６８…ギャップピース、６９、７０…ダイオード、８０…遮断部、８１…主接点可動部、８２…フレキシブル導体、８３…絶縁プレート、８４、８５…端子、９０…磁路。

Claims (15)

1. 投入用コイル、保持用コイル、前記両コイルが別々に巻回される２つの固定鉄心、前記２つの固定鉄心の一方の側に配置されて前記２つの固定鉄心に吸引される可動鉄心、前記２つの固定鉄心の他方の側に配置されて前記２つの固定鉄心を支持するヨークから成る電磁石を備え、
   前記電磁石の可動鉄心が前記２つの固定鉄心に吸着或いは開放されることで、主接点可動部が動作して遮断部の主接点の電気的投入或いは遮断動作が行われ、
   かつ、前記遮断部の主接点が投入動作中に蓄勢され、前記保持用コイルの通電が停止されると前記蓄勢が開放されて前記遮断部の主接点の遮断動作を行う遮断ばねと、前記可動鉄心の動作に運動して動作し、前記投入用コイルと保持用コイルヘの通電切替を行う補助接点とを有し、
   前記電磁石の水平方向の一方側に前記遮断ばねが、他方側に前記補助接点が配置され、
   前記可動鉄心及び前記可動鉄心が衝突するストッパを支持するストッパ支持台それぞれがばね受け部を有し、前記遮断ばねを前記可動鉄心のばね受け部と前記ストッパ支持台のばね受け部間に配置すると共に、前記可動鉄心の動作に連動する前記補助接点を前記ヨークの前記２つの固定鉄心側とは逆側に配置し、かつ、前記補助接点により、前記投入用コイル及び前記投入用コイルよりも巻線抵抗が高い前記保持用コイルの通電タイミングを制御することを特徴とするコンタクタ用操作装置。
2. 請求項１に記載のコンタクタ用操作装置において、
   前記ストッパ支持台は、正面より見て前記電磁石の右側方の筐体底面に固定されると共に、前記遮断ばねを支持していることを特徴とするコンタクタ用操作装置。
3. 請求項１又は２に記載のコンタクタ用操作装置において、
   前記２つの固定鉄心のそれぞれの前記可動鉄心側には磁極が配置され、前記磁極と前記可動鉄心との間の距離が、前記ストッパで調整可能であることを特徴とするコンタクタ用操作装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のコンタクタ用操作装置において、
   前記可動鉄心は、前記ストッパが衝突する側とは反対側にシャフトを介して接圧ばね受けが接続され、前記接圧ばね受けと前記主接点可動部との間に接圧ばねが設置されていることを特徴とするコンタクタ用操作装置。
5. 請求項４に記載のコンタクタ用操作装置において、
   前記可動鉄心が接続されている側とは反対側の前記接圧ばね受けにピンが設けられ、かつ、前記補助接点の上部に配置されているレバーが前記ピンと連動して、前記補助接点を動作させることを特徴とするコンタクタ用操作装置。
6. 請求項４に記載のコンタクタ用操作装置において、
   前記接圧ばね受けを前記補助接点の上部まで伸延させ、前記接圧ばね受けの伸延部で前記補助接点を動作させることを特徴とするコンタクタ用操作装置。
7. 請求項５又は６に記載のコンタクタ用操作装置において、
   前記接圧ばね受けの伸延部或いは前記レバーに、外部から前記主接点の開閉状態が確認できる状態表示板が設置されていることを特徴とするコンタクタ用操作装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載のコンタクタ用操作装置において、
   前記投入用コイル及び保持用コイルには、それぞれダイオードが並列接続されていることを特徴とするコンタクタ用操作装置。
9. 請求項８に記載のコンタクタ用操作装置において、
   前記ダイオードと並列に、電圧制限素子が接続されていることを特徴とするコンタクタ用操作装置。
10. 請求項９に記載のコンタクタ用操作装置において、
    前記ダイオードと電圧制限素子は、前記補助接点の側方に配置されていることを特徴とするコンタクタ用操作装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載のコンタクタ用操作装置において、
    前記ヨークと前記補助接点の間に、磁気シールドが配置されていることを特徴とするコンタクタ用操作装置。
12. 請求項１１に記載のコンタクタ用操作装置において、
    前記磁気シールドは、筐体の内部を補強するリブを兼ねていることを特徴とするコンタクタ用操作装置。
13. 請求項２に記載のコンタクタ用操作装置において、
    前記筐体の底面上に、前記ヨークと前記ストッパ支持台に密接して磁路が設置されていることを特徴とするコンタクタ用操作装置。
14. 請求項１から７のいずれか１項に記載のコンタクタ用操作装置において、
    前記ストッパと前記可動鉄心の間に、非磁性材料で構成されたギャップピースが配置されていることを特徴とするコンタクタ用操作装置。
15. 請求項１３又は１４に記載のコンタクタ用操作装置において、
    前記ストッパ及び前記ストッパ支持台が磁性材料で構成されていることを特徴とするコンタクタ用操作装置。

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