JP6654692B2

JP6654692B2 - 電気スイッチのためのコンタクト装置及び電気スイッチ

Info

Publication number: JP6654692B2
Application number: JP2018510856A
Authority: JP
Inventors: ロベルトホフマン，; トマスウェステブ，
Original assignee: TDK Electronics AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2036-07-18
Also published as: KR20180043316A; WO2017032508A1; CN108140506A; US10727008B2; CN108140506B; KR102397524B1; DE102015114083A1; US20190206633A1; EP3341950A1; JP2018530863A; EP3341950B1

Description

本発明は、電気スイッチのためのコンタクト装置に関する。さらに、本発明は、コンタクト装置を有する電気スイッチに関する。

リレー、特に接触器（Schuetze）は、主に比較的高い及び最も高い電気的負荷のスイッチングのために使用される。かかるスイッチは好ましくは、可能な動作温度、許容可能な内部圧力、電気絶縁特性及びアーク耐性に関して高い要求がなされるコンタクトチャンバを有する。リレー内で電流の遮断の際にスイッチングアークが発生する。これは、電流の流れを安全に遮断し、部品の破壊に対抗するように作用するために、中断されなければならない。

アークを消弧するためには、しばしばブローマグネット（Blasmagnete）が適用される。ブローマグネットは永久磁石又は電磁石であり、リレーのコンタクト間のスイッチングアークを、アークに作用するローレンツ力によって偏向し、それにより延長し、従ってより早く消弧するために使用される。

本発明の基礎となる課題は、特に少なくとも部分的な破損の確率を低減することで、電気スイッチの信頼できる稼働を実現し及び／又は低い故障確率を有する電気スイッチのためのコンタクト装置及び電気スイッチを提供することである。

課題は、独立請求項の特徴によって解決される。本発明の好適な発展形態は従属請求項において特定される。

本発明は、第１の態様によれば、電気スイッチのためのコンタクト装置によって特徴付けられる。コンタクト装置は、第１接続要素と第２接続要素と可動コンタクトブリッジとを備える。さらに、コンタクト装置は、電気スイッチのスイッチングの際に発生するアークを消弧するための少なくとも２つの磁石を有する。磁石は少なくとも１つの第１コンタクト領域及び第２コンタクト領域を含む第１領域内に磁界を生成し、第１コンタクト領域及び第２コンタクト領域では、電気スイッチの閉スイッチング位置において第１接続要素と第２接続要素がそれぞれ（das erste Anschlusselement beziehungsweise das zweite
Anschlusselement）コンタクトブリッジと接触する。さらに、コンタクト装置は１つ以上の偏向要素を有し、偏向要素は、第１接続要素とコンタクトブリッジとの間に形成される第１アーク、及び第２接続要素とコンタクトブリッジとの間に形成される第２アークを、接続要素におけるそれぞれの電流方向に依存しないで、相互に反して延びる異なる方向に（in verschiedene, voneinander abweisend verlaufende Richtungen）押し向けられる（gedraengt）ように磁界を歪曲させるために配置され形成されている。

これは、特にコンタクト装置内のガス空間における両アークの接続を、コンタクト装置内で電流が流れる方向に関係なく防止することができるという利点を有する。電気スイッチにおける直接アーク短絡を防止することができる。ローレンツ力の利用のもとで、アークがより大きい表面を有し、従ってより早く冷却され、イオン化された空気を含むアークの導電性がより早く失われるので、アークが延長され、早く消弧される。コンタクト装置は、有利には電気エネルギー貯蔵器の充電及び放電と関連して適用される電気スイッチのために使用される。ここでは異なる電流方向が生じるからである。

コンタクトブリッジは第１位置を取ることができ、第１位置では、コンタクトブリッジは第１接続要素と第２接続要素とを伝導接続する（leitend verbindet）。さらに、コンタクトブリッジは、第２位置を取ることができ、第２位置では、第１接続要素と第２接続要素とは絶縁される。

第１態様による有利な構成において、第１アークが押し向けられる方向を表す第１方向ベクトルは、第１コンタクト領域の中央を第２コンタクト領域の中央とつなぐ接続軸に対して（mit der Verbindungsachse）、９０°より大きく２７０°より小さい範囲の角度に含まれる（einschliesst）。第２アークが押し向けられる方向を表す第２方向ベクトルは、接続軸に対して、９０°より小さく−９０°より大きい範囲内の角度を取り囲む。第１方向ベクトルは、第２コンタクト領域から離れる（weg weist）、接続軸に沿った方向成分を有する。第２方向ベクトルは、第１コンタクト領域から離れる、接続軸に沿った方向成分を有する。このようにして、両アークの接続が行われないことが確保される。

第１態様によるさらなる有利な構成において、少なくとも１つの偏向要素は部分的に、第１接続要素と第２接続要素とコンタクトブリッジとが配置された領域の周りに配置される。好ましくは、コンタクト装置は、その領域の周りに配置された少なくとも２つの偏向要素を有する。好ましくは、第１接続要素と第２接続要素とコンタクトブリッジとが配置され、その周りに少なくとも１つの偏向要素が配置された領域は、長方形又は略長方形である。これは、好適に費用効果の高い（kostenguenstige）コンタクト装置の製造を可能にする。

第１態様によるさらなる有利な構成では、複数の磁石のうち少なくとも１つが、第１接続要素と第２接続要素とコンタクトブリッジとが配置される領域の第１側面上に配置される。さらに、複数の磁石のうち少なくとも１つは、その領域の第１側面に対向する第２側面上に配置される。コンタクト装置は第１偏向要素を有し、第１偏向要素は、第１アングル部分及び第２アングル部分を有する第１アングルを備える。第１アングル部分は少なくとも部分的にその領域の第１正面に沿って延在し、第２アングル部分は少なくとも部分的にその領域の第１側面に沿って延在する。さらに、コンタクト装置は第２偏向要素を備え、第２偏向要素は、第１アングル部分及び第２アングル部分を有する第２アングルを備える。第１アングル部分は少なくとも部分的にその領域の第１正面に対向する第２正面に延在し、第２アングル部分は部分的にその領域の第２側面に沿って延在する。これらのアングルは、第１及び第２接続要素内におけるそれぞれの電流方向に依存せず、第１接続要素とコンタクトブリッジとの間に形成される第１アーク、及び第２接続要素とコンタクトブリッジとの間に形成される第２アークが、相互に反して延びる異なる方向に押し向けられるように、磁界を歪曲させるように好適に作用する。さらに、第１及び第２アングルはコンタクト装置の費用対効果の高い製造を可能にする。

第１態様によりさらなる有利な構成では、少なくとも１つの偏向要素は磁気伝導性材料（magnetisch leitfaehiges Material）を含むか、又は磁気伝導性材料からなる。有利には第１及び第２偏向要素は磁気伝導性材料を含むか、又は磁気伝導性材料からなる。磁気伝導性材料は、磁力線の所望の偏向を達成することを可能にする。

第１態様によるさらなる有利な構成では、第１アングル及び／又は第２アングルの第２アングル部分は、第１側面又は第２側面の少なくとも１つの磁石を少なくとも部分的に覆うように構成され配置されている。有利には、第１アングル及び／又は第２アングルの第２アングル部分は、第１側面又は第２側面の少なくとも１つの磁石を完全に覆うように構成され配置されている。これは、少ない材料消費で磁力線の十分な偏向を好適に可能にする。

第１態様によるさらなる有利な構成では、第１側面の少なくとも１つの磁石及び第２側面の少なくとも１つの磁石が、磁石の同極側が向かい合うように配置されている。即ち、第１及び第２磁石は、相互に反発し合って作用するように組み立てられている。従って、第１及び第２コンタクト領域において磁力線の付加的な偏向が達成される。

第１態様によるさらなる有利な構成では、コンタクト装置は、第１側面に配置される第１磁石を有する。さらに、コンタクト装置は、第２側面に配置される第２磁石を有する。ここで、第１磁石及び第２磁石はそれぞれ、第１接続要素の第１コンタクト領域から第２コンタクト要素の第２コンタクト領域へと延在する第２領域を覆う。

第１態様によるさらなる有利な構成では、第１磁石及び第２磁石は、少なくともそれぞれ第１コンタクト領域及び第２コンタクト領域を覆うように配置され構成されている。これは、適切な磁界の生成を可能にする。あるいは、磁石はより小さくてもよく、それぞれコンタクト領域の間に配置されることができる。

第２態様によれば、本発明は第１態様によるコンタクト装置と駆動ユニットとを有する電気スイッチによって特徴づけられる。駆動ユニットは、コンタクトブリッジが第１接続要素及び第２接続要素を伝導接続する第１位置と、第１接続要素及び第２接続要素が絶縁される第２位置との間で、コンタクト装置のコンタクトブリッジを往復運動させるために構成されている。ここで、第１態様の有利な構成は第２態様にも適用される。

電気スイッチはリレーでありうる。好ましくは、駆動ユニットは磁気駆動部を有し、磁気駆動部が通電されていない場合、コンタクトブリッジは第２位置をとる。

以下では本発明の実施形態を模式的な図面を参照して説明する。
コンタクト装置を有する電気スイッチの実施形態を示す図である。例示的コンタクト装置の斜視図を示す図である。第１磁界プロファイルを有するコンタクト装置の上面図を示す図である。第２磁界プロファイルを有するコンタクト装置の上面図を示す図である。

同一の構造又は機能の要素は、図面全体にわたって同じ参照符号で示される。

図１は、電気スイッチの実施形態を示す。電気スイッチは、例えばリレー１０として設計されている。

電気スイッチは例えばリレー１０として構成されている。リレー１０は駆動ユニット２０とコンタクト装置３０とを有する。駆動ユニット２０は、例えば、少なくとも１つのコイル２２と、少なくとも１つのコイル２２内に配置されたプランジャ２４と、を有する磁気駆動部を備える。コイル２２は、プランジャ２４内に磁界を発生させるために、外部から電圧を印加される（mit einer Spannung beaufschlagt）ことができ、従ってプランジャ２４はその長手方向に沿ってコンタクト装置の方向へ移動することができる。コイル２２及びプランジャ２４は好ましくは磁化可能なヨーク２６内に配置される。

コンタクト装置３０は、第１接続要素３１と第２接続要素３２と可動コンタクトブリッジ３３とを有する。

駆動ユニット２０は、特にプランジャ２４は、コイル２２の通電に依存して、コンタクトブリッジ３３が第１接続要素３１及び第２接続要素３２を伝導接続する第１位置と、第１接続要素３１及び第２接続要素３２が絶縁される第２位置と、の間でコンタクト装置３０のコンタクトブリッジ３３を切り替えるように配置され構成されている。

コンタクト装置３０は、電気スイッチの切り替えの際に発生するアークを消弧するための（zur Loeschung von Lichtboegen）少なくとも２つの磁石、例えば第１磁石３５及び第２磁石３６を有する。磁石３５、３６は、少なくとも第１コンタクト領域及び第２コンタクト領域を有する第１領域内に磁界を生成する。第１コンタクト領域及び第２コンタクト領域では、電気スイッチの閉スイッチング位置において第１接続要素３１と第２接続要素３２がそれぞれコンタクトブリッジ３３にコンタクトする。

さらに、コンタクト装置３０は少なくとも１つの偏向要素を有し、第１接続要素３１とコンタクトブリッジ３３との間に形成される第１アーク、及び第２接続要素３２とコンタクトブリッジ３３との間に形成される第２アークを、それぞれの電流方向に依存しないで、相互に反して延びる異なる方向に押し向けるように磁界を歪曲させるために、偏向要素は配置され構成されている。

図２はコンタクト装置３０の例示的第１実施形態の斜視図である。

コンタクト装置３０は例えば空間を制限するフレームを有し、その中に第１接続要素３１及び第２接続要素３２並びにコンタクトブリッジ３３が少なくとも部分的に配置されている。フレームはハウジングの部分であってもよく、又はコンタクトチャンバ、例えばセラミックチャンバであってもよい。フレームは磁石３５、３６及び偏向要素の安定した配置を容易にし、そのためコンタクト装置３０に対して任意である。アーク消弧の機能のために磁石３５，３６及び偏向要素の配置はそれぞれ、接続要素３１、３２及びコンタクトブリッジ３３との関係で重要である。

フレームは例えばコンタクト装置３０の少なくとも１つの偏向要素を有する。例えばコンタクト装置３０は、フレームの部分である、第１偏向要素及び第２偏向要素を有する。第１及び第２偏向要素は好ましくは磁気伝導性材料を含むか又は磁気伝導材料からなる。

フレームは、例えば第１側壁３７と、第１側壁３７に対向する第２側壁３８とを有する。第１及び第２側壁３７、３８は好ましくは磁気非導電性（magnetisch nicht-leitend）に形成されている。

第１側壁３７には例えば第１磁石３５が配置されている。あるいは、第１側壁３７は切欠きを有し、その中に第１磁石３５が配置される。

第２磁石３６は例えば第２側壁３８に配置される。あるいは、第２側壁３８は切欠きを有し、その中に第２磁石３６が配置される。

第１磁石３５及び第２磁石３６は、それぞれ、磁石３５、３６の同極側が向かい合うように、第１側壁３７又は第２側壁３８に配置される。好ましくは第１磁石３５及び第２磁石３６はフレームの内側面に直接対向して配置される。

第１偏向要素は例えば、第１及び第２アングル部分４１、４２を有する第１アングル３９を備える。第１アングル部分４１はフレームの第１正面に沿って延在し、第２アングル部分４２は少なくとも部分的に第１側壁３７に沿って配置される。

第２偏向要素は例えば、第１アングル部分４３及び第２アングル部分４４を有する第２アングル４０を備える。第１アングル部分４３は、フレームの第１正面に対向する第２正面に沿って延在し、第２アングル部分４４は部分的に側壁３８に沿って配置される。

第１アングル３９及び第２アングル４０の第２アングル部分４２、４４は、例えばそれぞれ、第１側壁３７又は第２側壁３８の外側面に配置される。

図３は、コンタクト装置３０の上面図である。第１磁界プロファイルが示される。第１接続要素３１及び第２接続要素３２を流れる電流は、第１電流方向を有する。さらに、第１及び第２方向ベクトルＦＬ１、ＦＬ２が示される。第１方向ベクトルＦＬ１は、例示的に、第１アークが押し向けられる方向を表す。第２方向ベクトルＦＬ２は、例示的に、第２アークが押し向けられる方向を表す。両方向ベクトルＦＬ１、ＦＬ２は互いに離れる方向を示す（weisen voneinander weg）。方向ベクトルＦＬ１、ＦＬ２はそれぞれ、相応の位置においてイオン化された空気即ちアークに作用するローレンツ力の力ベクトルを表す。

特に、第１方向ベクトルＦＬ１は、第２コンタクト領域から離れる方向を示し、第１コンタクト領域の中央を第２コンタクト領域の中央とつなぐ接続軸に沿った方向部分を含む。第２方向ベクトルＦＬ２は、第１コンタクト領域から離れる方向を示す接続軸に沿った方向部分を含む。

図４はコンタクト装置３０の上面図を示す。第２磁界プロファイルが示される。第１接続要素３１及び第２接続要素３２を流れる電流は第１電流方向と反対向きの第２電流方向を有する。第１アーク及び第２アークは図３に示された場合とは異なる方向に押しやられる（ａｂｇｅｄｒａｅｎｇｔ）。しかしながら、ここでも第１方向ベクトルＦＬ１は第２コンタクト領域から離れる方向を示す接続軸に沿った方向部分を含み、第２方向ベクトルＦＬ２は第１コンタクト領域から離れる方向を示す接続軸に沿った方向部分を有する。

１０リレー
２０駆動ユニット
２２コイル
２４プランジャ
２６ヨーク
３０コンタクト装置
３１第１接続要素
３２第２接続要素
３３コンタクトブリッジ
３５第１磁石
３６第２磁石
３７第１側壁
３８第２側壁
３９第１アングル
４０第２アングル
４１第１アングルの第１アングル部分
４２第１アングルの第２アングル部分
４３第２アングルの第１アングル部分
ＦＬ１第１方向ベクトル
ＦＬ２第２方向ベクトル
Ｍ磁力線

Claims

電気スイッチのためのコンタクト装置（３０）であって、
‐ 第１接続要素（３１）と
‐ 第２接続要素（３２）と、
‐ 可動コンタクトブリッジ（３３）と、
‐ 電気スイッチのスイッチングの際に生じるアークを消弧するための少なくとも２つの磁石であって、前記磁石は少なくとも、前記電気スイッチの閉スイッチング状態において前記第１接続要素（３１）が前記コンタクトブリッジ（３３）に接触する領域である第１コンタクト領域及び前記電気スイッチの閉スイッチング状態において前記第２接続要素（３２）が前記コンタクトブリッジ（３３）に接触する領域である第２コンタクト領域を含む第１領域内に磁界を発生させる、前記少なくとも２つの磁石と、
‐ 前記第１接続要素（３１）と前記コンタクトブリッジ（３３）との間に形成される第１アーク、及び前記第２接続要素（３２）と前記コンタクトブリッジ（３３）との間に形成される第２アークが、前記第１接続要素及び前記第２接続要素（３１，３２）におけるそれぞれの電流方向に依存せず、相互に反して延びる異なる方向に押し向けられるように、前記磁界を歪曲させるために配置され構成された少なくとも１つの偏向要素と、
を備え、
前記少なくとも１つの偏向要素は部分的に、前記第１接続要素（３１）と前記第２接続要素（３２）と前記コンタクトブリッジ（３３）とが配置された領域の周りに配置され、
‐ 前記少なくとも２つの磁石のうちの少なくとも一方が、前記第１接続要素（３１）と前記第２接続要素（３２）と前記コンタクトブリッジ（３３）とが配置された前記領域の、第１側面に配置され、
‐ 前記少なくとも２つの磁石のうち少なくとも他方が、前記領域の、前記第１側面に対向する第２側面に配置され、
‐ 前記コンタクト装置は、第１偏向要素として、少なくとも部分的に前記領域の第１正面に沿って延在する第１アングル部分（４１）と、少なくとも部分的に前記領域の前記第１側面に沿って延在する第２アングル部分（４２）と、を有する第１アングル（３９）を備え、
‐ 前記コンタクト装置は、第２偏向要素として、少なくとも部分的に前記領域の前記第１正面に対向する第２正面に沿って延在する第３アングル部分（４３）と、前記領域の前記第２側面に沿って延在する第４アングル部分（４４）と、を有する第２アングル（４０）を備え、
- 前記第１アングル（３９）と前記第２アングル（４０）とは、前記領域の対角上に配置される、コンタクト装置。
‐ 前記第１アークが押し向けられる方向を表す第１方向ベクトル（ＦＬ１）は、前記第１コンタクト領域の中央を前記第２コンタクト領域の中央とつなぐ接続軸に対して９０°より大きく２７０°より小さい範囲の角度に含まれ、
‐ 前記第２アークが押し向けられる方向を表す第２方向ベクトル（ＦＬ２）は、前記接続軸に対して９０°より小さく−９０°より大きい範囲の角度に含まれ、
‐ 前記第１方向ベクトル（ＦＬ１）は、前記第２コンタクト領域から離れる、前記接続軸に沿う方向部分を有し、
‐ 前記第２方向ベクトル（ＦＬ２）は、前記第１コンタクト領域から離れる、前記接続軸に沿う方向成分を有する、
請求項１記載のコンタクト装置。
前記少なくとも１つの偏向要素は、磁気伝導性材料を含み、又は磁気伝導性材料からなる、
請求項１又は２項記載のコンタクト装置。
前記第１アングル（３９）及び／又は前記第２アングル（４０）の前記第２アングル部分（４２，４４）は、前記第１側面の前記少なくとも１つの磁石、又は前記第２側面の前記少なくとも１つの磁石を、少なくとも部分的に覆うように形成され配置されている、
請求項１乃至３いずれか１項記載のコンタクト装置。
前記第１側面の前記少なくとも１つの磁石及び前記第２側面の前記少なくとも１つの磁石は、前記磁石の同極側が向かい合うように配置される、
請求項１乃至４いずれか１項記載のコンタクト装置。
前記コンタクト装置は、
‐ 前記第１接続要素（３１）と前記第２接続要素（３２）と前記コンタクトブリッジ（３３）とが配置された領域の第１側面上に配置された第１磁石（３５）と、
‐ 前記領域の第２側面上に配置された第２磁石（３６）と、を備え、
前記第１磁石（３５）及び前記第２磁石（３６）は、それぞれ、前記第１接続要素（３１）の第１コンタクト領域から前記第２接続要素（３２）の前記第２コンタクト領域へと延在する第２領域を覆う、
請求項１乃至５いずれか１項記載のコンタクト装置。
第１磁石（３５）及び第２磁石（３６）は、前記第１コンタクト領域及び前記第２コンタクト領域を少なくとも部分的に覆うように配置され形成されている、
請求項１乃至６いずれか１項記載のコンタクト装置。
‐ 請求項１乃至７いずれか１項記載のコンタクト装置と、
‐ 駆動ユニット（２０）と、を備える電気スイッチであって、
前記駆動ユニット（２０）は、前記コンタクトブリッジ（３３）が前記第１接続要素（３１）及び前記第２接続要素（３２）を伝導接続する第１位置と、前記第１接続要素（３１）及び前記第２接続要素（３２）が絶縁される第２位置との間で、前記コンタクト装置（３０）の前記コンタクトブリッジ（３３）を往復運動させる、
電気スイッチ。