JPH07506697A - 高い電流を導きかつ切換えるためのリレーの接点ばね装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高い電流を導きかつ切換えるた めのリレーの接点ばね装置 本発明は、高い電流を導きかつ切換えるためのリレー接点ばね装置であって、少 なくとも１つの、接点片を保持する、長く延びた接点ばねを有し、この接点ばね が同様に接点片を保持する、定置の対応接点部材と協働しており、さらに接点ば ねのために少な（とも１つの剛性の接続脚部を有し、この接続脚部が接点はねに 対してほぼ平行にばねギャップを形成して、接点片とは反対側を延びており、か つ切換え電流を接点ばねとは反対の方向に導ひく形式のものに関する。

家庭用と工業用のネット電圧に装置を接続するためにはいわゆる小型スイッチリ レーが使用されている。

この小型スイッチリレーは比較的に小さな構成形態でばね接点を用いて、これら の使用に際して生じる５０Ａの範囲までの電流負荷を克服する。より高い電流の ためには通常は、その使用範囲のためにあらかじめ別の構成を有する接点部材と それに相応してより強い駆動システムを備えているが、これに相応して前述のリ レーよりも寸法の大きい接触器が用いられる。

多（の場合には寸法が小さいためにいわゆる小型スイッチリレーを大型の配線技 術、すなわち事務建築物、クリニック及び工業設備における配線設備に使用する ことがしばしば望まれる。普通の切換え運転において発生する電流のためにはこ のリレーは問題なく適している。しかしながら導線系又は電気的な消費機におけ る短絡の場合には問題が生じる。なぜならば、この場合にもリレーの接点は前置 された安全システム又は機構、例えば配線保護スイッチ又は溶融安全装置が遮断 するまでは溶融してはならないからである。このような場合に発生するいわゆる プロスペクティブな短絡電流は１０００から１５０ＯＡの大きさでありかつ前述 の安全システムが溶融するまで３から３５ｍ５の時間まで包含するリレーの閉じ られた接点を介して流れる。さらに他面においてはこのようなリレーは前記形式 の短絡に開かれなければならないということも起こり得る。このような負荷の場 合には従来の構造形式のばね接点システムのためには接点片が溶融するという大 きな危険が生じる。一方ではこのようなリレーにおいては磁石系の力は発生する 電流のために十分に高い接点力を生せしめるので不十分である。他方では電流が 反対に流れる平行な接点ばねの場合にはエレクトロダイナミックな力は駆動シス テムの力に抗して作用するので、これによって接点力が付加的に減少させられる 。しかしながら小さすぎる接点力は電流力に基づき、熱すぎる接点接触ゾーンに おける接点材料の蒸発とのコンビネーションで、接点の一時的な離反、アークの 形成及び接点が戻り落下する場合の溶融をもたらす前述のエレクトロダイナミッ ク力を減少させるのではなく、接点力の増大に活用するためには、ＤＥ４０２６ ４２５Ｃ号明細書によれば、一方の接点ばねの接触を行う区分が他方の接点ばね の対応する区分をＵ字形に取囲むことがすでに提案されている。この場合に生ぜ しめられた電流ループ力で短絡に際して接点が開（ことが阻止される。もちろん 取囲むループは、スイッチする電気的なポテンシャルが互いに接近させられたば ね区分の間で活用するという欠点を有する。すなわち、この場合には普通の切換 え運転においてアークが飛びかつ接点ばねを損傷することになる。

接点ばねのための１つの接続脚がばねの、接点片とは反対側を延びる、冒頭に述 べた形式の公知の接点はね装置においては、エレクトロダイナミック力は所定の 突離し力を生ぜしめ、この突離し力がばねを介して接触力を強めるが、すべての これらの公知の場合、例えばＥＰＯ４２５７８０Ａ号明細書によるリレーの場合 にはそこでの寸法で達成可能な効果は、前述の短絡電流に際して接点片の溶融を 阻止するには不十分である。

本発明の目的は冒頭に述べた形式のこのような接点ばね装置に、接点片の溶融が 最高の短絡電流が発生した場合でも確実に阻止されるような寸法を与えることで ある。

本発明の目的はばねギャップが少なくともほぼ接点ばねの全長に亙ってその固定 個所から接点片まで延びており、接点が閉じられた場合のばねギャップにおける 間隔に対する長さの比が以下の条件をほぼ充たしていることによって達成された 。

Ｌ＝ばねギャップの長さ Ｄ＝ばねギャップにおける平均間隔 前記式は記述した接点ばね装置の機械的な特性のための簡易化された仮定である 。短絡インパルスの短い作用時間（＜５ｍ５）のためには例えばばねは剛体とし て見なされる。したがって正の効果は実験においてすでに理論的な値Ｌ／Ｄのほ ぼ２／３において開始する。

したがって本発明によれば、接点ばねとその接続部材との間に形成されたばねギ ャップの寸法は、ばねの反対側に位置する接点を閉じようとする、電流ループに よって生ぜしめられた突離し力が、短絡電流が最高である場合でも、接点を開こ うとする反対方向に作用する力よりも大きくなるように設定されている。いわゆ る限界加熱強さ又は電流容量の簡単な関連性が見い出された。この関連性自体は 溶融限界電流［ｋＡ２］と接点力［Ｎ］とからの商として規定されかつ所定の材 料に対する定数である。この概念の規定については書物Ｋｅｉ１．Ｍｅｒ１．Ｖ ｉｎａｒｉｃｋｙ：　ｒ電気的な接点及びその材料Ｊ　Ｓｐｒｉｇｅｒ社、１９ ８４、ｌ５ＢＮ３−５４０．１２２３３−８を参照されたい。

ここで問題としている使用に主として対象となる銀及び銀合金のためには限界加 熱強さはＨｓ−０，１６５における間隔に対する長さの比に対しては値３０が算 出される。したがってギャップにおけるばね長さが平均間隔よりも少な（とも３ ０倍大きいと接点の溶融は最高の短絡電流の場合にも回避される。実験によれば この効果は値２０からすでに機能することが判った。

次に本発明を図示の実施例について説明する。

第１図と第２図は本発明によって構成された接点部材を有するリレーの断面図。

第３図は概略的に示した接点ばね装置において本発明の構成原理を示した図。

第４図は複数回折畳まれた接点ばねを有する本発明の実施例を示した図。

第５図は本発明に対する作用形式の相違を説明するために示した、リレーにおけ る従来の接点ばね装置を示した図。

第１図と第２図においては強電流使用のためのリレーが示されている。このリレ ーの接点ばね装置は本発明にしたがって構成されている。基体１には上方がら、 コイルコア３．２つのヨーク４、永久磁石５及び揺動可動子６を有する磁石系が 配置されている。可動子の作動フィンガ７はスライダ８を介して接点ばね９を作 動する。この接点ばね９はこの場合には主ばね脚１０と先行ばね脚１１とに分割 されている。ばね保持体１２はその接点ビン１２ａから接点ばね９のための固定 個所１２ｂまで接点ばね９に対してほぼ平行に延びている。これによってばねギ ャップ１３が形成されている。接点ばね９の接点片１４．１５は接続ビン１２ａ の上側で、ばね保持体１２とは反対側に位置している。これらの接続片１４．１ ５は対応接点部材１８の対応する接点片１６．１７と協働する。これらの接点片 １６．１７はばね保持体１２同様、差込みによって基体のスリットに保留されか つ接続ビン１８ａを有している。

ばね保持体１２は接点片１４と固定個所１２ｂとの間の範囲において、ばねギャ ップ１３の長さがばね保持体１２と接点ばね９との間の平均間隔の３０倍以上、 少なくとも２０倍になるように接点ばね９に近づけ。

られている。これによってばね保持体１２と接点ばね９との間の突離し力は高い 短絡電流の場合に、接点片１６からの接点片１４の短時的な離れが回避され、接 点の溶融が阻止されるほど強くなる。この場合には対応接点部材１８はばね保持 体１２に対して横に配置されている。これによって、移動する接点ばねには面の 大きな金属部分は対置しない。この金属部分はうず電流力の発生につながる。こ のようなうず電流は電流ループの所望の突離しを妨害する。

ばね保持体１２と接点ばね９との間の前述の電流ループを設定するための物理的 な考案は第３図と第５図に基づき公知技術に比較してより正確に記述する。

第５図には切換え接点ばね２１と対応接点ばね２２とを有する従来の接点ばね組 が示されている。これらの接点ばね２１．２２は接点片２３もしくは２４を介し て電流回路を閉じる。このような接点ばねを介して高い短絡電流が導かれなけれ ばならないと次のような効果が生じる。すなわち、接点力が所定の値に達しない と、閉じられた接点は熱すぎる接点接触ゾーンにおける接点材料の蒸発との組合 せで電流密度に基づき、かつ大きな蒸気圧に基づき一時的に離反する。その際、 相応に高い電流強さＩｋを有するアームが生せしめられる。この場合、接点表面 は大きな面に亙って溶融される。最後に接点はその材料の溶融場に再び落下して 戻りかつ溶融する。

この破局的経過を避けるためには接点の開放は十分な接点力を生せしめることに よって回避されなければならない。比較的に小さな磁気回路容量で達成可能な１ ００ｃＮよりも小さい接点力を有する今日のリレーは前述の大きさの短絡電流の ためには、第５図の接点装置において前述の接点開放を回避するためには不十分 すぎる。逆向きに向けられた電流路を平行な協働する接点部材に有する前記装置 においては接点力に付加的に抗して作用するエレクトロダイナミックな突離し力 が生ぜしめられる。したがってこのような接点は高い電流のもとで開放し、付加 的な溶融の危険が増大せしめられる。この場合に発生する突離し力は次の関係に 依存した電流の平方である。

Ｌ＝ばね長さ Ｄ＝ばね間隔 ｉｋ＝接点電流［Ａ］ Ｆ　ｓ　＝電流ループの力［Ｎ］ 第５図の構成の力Ｆｓは最大５０ｃＮのあたりで変動する。何故ならば間隔りは ２倍の接点片高さの大きさであるからである。この場合、顕著な幾何学的ファク タはＬ／Ｄの比が１０よりも小さい数値であることである。

冒頭に述べたようにＤＥ４０２６４２５Ｃ１号明細書には互いに取囲み合う接点 ばねで、電流ループを接点力の増強に活用し、短絡に際して接点の開放を阻止す ることが記載されている。しかし、当該明細書に示された装置においては、接点 が開かれた場合に異なるポテンシャルを導びく２つの接点部材によって電流ル− プが形成され、ひいては普通のスイッチ運転においてアークの危険が生じるとい う欠点がある。

本発明において使用された電流ループの形は第３図にもう一度概略的に示しであ る。この場合には電流ループはばね保持体１２と接点ばね９との間で、切換えよ うとする接点片１４の背部において形成されている。この場合、良好な導電体と しては銅から成るばね保持体１２が使用され、導びこうとする電流強さｊｈのた めに十分な寸法の与えられたばねは同様に銅合金から成っている。このばねは切 換え側に接点片１４、有利には銀もしくは銀合金、例えばＡｇＣｄ０又はＡｇ５ ｎＯから成る接点片を保持している。電流は接点が閉じられている場合ばね保持 体１２において接点ばね９における方向と逆向きに流れる。ばねと金属部分（ば ね保持体１２）は個所１２ａにおいて導電的に結合されている。しかしながらば ね保持体と接点ばねを有する公知のリレーにおけるこのような装置がこのような 電流ループを形成した限りにおいては、寸法１ま突離し力が短絡に際しての溶融 を回避するのに十分暑こなるようには選ばれていない。

第３図における電流ループのためには短絡の場合法の力勘定が当て嵌まる。

Ｆ　ｘ　＋　Ｆ　ｓ≧Ｆ。

リレーの本来の接点力ＦＫには電流ループの電流に関連した力Ｆ８が電流ループ において反対に流れる電流ｌｋに基づき加えられる。この両方の力が電流容量Ｆ 、よりも大きいと、接点片は短絡の場合能れずかつ溶融しない。しかし電流容量 Ｆ、よりも小さいと接点の溶融の危険を伴う前述の離反過程が生じる。通常の短 絡電流（＞１００ＯＡ）の場合には本来の接点力Ｆｋはループ力Ｆ５に対して無 視できるので、先きの関係が生じる。

が成り立つ。

１＝は［ｋＡ］ 先に挙げた物理的な法則性と接点材料としての銀のためのＨｓ＝０．１６５とで 力平衡のために以下の簡易化された次の関係が生じる。

この場合、ｉｔは［ｋＡ］で与えられている。

したがって電流はこの等式では消去され、条件：が残る。

この場合りはばねギャップの全長しに亙って平均化されたばね間隔である。

この「ｉ＝−接点」は電流とは無関係に、ループの幾何学的ファクタＬ／Ｄ　＞ 　３０が構成的に保証されると必要な接点力を十分に生せしめることが判る。し たがってＬ／Ｄはできるだけ大きくしたい。理論的には電流ｉｋは、接点回路に おける他の導電性の部材の導電性による制限が与えられていないとすれば任意の 大きさであることができる。この幾何学的なファクタで上記等式から１００ＯＡ 又はｌｋＡの場合に６Ｎ又は６００ｃＮの力が得られる。さらに実験によればす でに値Ｌ／Ｄ＞２０から正であることが判った。このファクタが高ければ高いほ ど、接点の溶融は閉じた接点を介する短絡の場合だけではなく、短絡を目的とし て開放切換えの場合にも一層確実に阻止される。この場合には移動させられる接 点部材がリレーの駆動系に対して強制案内されていることが有利である。

リレーのための接点ループ原理の有利な構成は、ループのばねがタングステン接 点片を有する先行接点と銀合金（ＡｇＣｄＯ，Ａｇ５ｎ０２）の接点片を有する 主接点に分割されていることで与えられる。この第１図と第２図に示された変化 実施例は、相応の電流ピークを有する蛍光材管を切換える場合に有利である。

公称電流範囲における切換えのためとは銀合金の接点だけを二重装備することが コスト的に有利である。もちろん単接点装備がもっとも安価な解決策ではあるが 、これは多くの使用目的のために寿命的に不十分である。

交流電流の場合の通常の切換え運転においては電流ループによって、接点が閉じ られている場合にマイクロ振動効果が生せしめられる。これは電流伝達、すなわ ち接点抵抗に有利に作用する。

さらに、接点ばねを第４図に示されているようにアコーディオン状に折畳むこと で変化実施例を構成することもできる。この場合には折畳まれた接点ばね３０は 交互に逆向きに延びる５の区分３１．３２．３３゜３４．３５を有しているので 、ばね保持体１２と協働して、相応の平均間隔ＤＩ　Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５を 有する５つのばねギャップを形成する。この場合にはすべてのループ長さの和し はすべての間隔Ｄ１からＤ５の平均値に対する比において前述の条件を充たさな ければならない。すなわち銀接点の場合には平均ギャップ間隔の少な（とも２倍 の値を有していなければならない。間隔Ｄ１からＤ５この場合等しく、例えば薄 い絶縁シートで確保されていることができる。

記述した接点原理のための磁気的な駆動系としてはすべての形式の磁気回路を用 いることができる。しかしながら有利であるのは例えば第１図に示された、中心 に支承された可動子を有する、揺動の影響を受けにくい、極性化された、双安定 の磁石系である。磁石系の力の連結は接点ばね固定部と接点片との間で行うこと ができるが、接点片とばねの自由端との間の領域において行うこともできる。

Ｉ６１ ■ ＦＩＧ　２ ＦＩＧ３ ＦＩＧ４ フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、ＣＺ、ＪＰ、ＵＳ（７２）発明者　フルトヴエングラー、　ゲルハルトドイツ 連邦共和国　Ｄ−８２００８ウンターハーヒング　レナ　クリスト　シュトラー セ９ （７２）発明者　タム、　ホルスト ドイツ連邦共和国　Ｄ−８１７３５ミュンヘン　カール　マルクス　リンク　５ ６／３０ゲ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．高い電流を導きかつ切換えるためのリレーの接点はね装置であって、少なく とも１つの、接点片を保持する、長く延びた接点ばねを有し、この接点ばねが同 様に接点片を保持する、定置の対応接点部材と協働しており、接点ばねのために 少なくとも１つの剛性的な接続脚部を有し、この接続脚部が接点ばねに対してほ ぼ平行にばねギャップを形成して、接点片とは反対側を延びており、かつ切換え 電流を接点ばねとは反対方向に導びく形式のものにおいて、ばねギャップ（１３ ）がほぼ接点ばねの全長に亙ってその固定点（１２ｂ）から接点片（１４，１５ ）まで延び、ばねギャップにおける間隔（Ｄ）に対する長さ（Ｌ）の比が接点が 閉じられた状態でほぼ下記の条件： Ｌ／Ｄ＞２π／μｏ・Ｈｓ Ｌ＝ばねギャップの長さ Ｄ＝ばねギャップにおける平均間隔 μｏ＝磁界定数＝１．２５６．１０−６［Ｖｓ／Ａｍ］Ｈｓ＝接点材料の限界加 熱強さ又は電流容量［ｋＡ２／Ｎ］を充たしていることを特徴とする、高い電流 を導びきかつ切換えるためのリレーの接点ばね装置。
2. ２．接点ばねの長さの、ばねギャップの範囲における間隔に対する比が下記の条 件： Ｌ／Ｄ＞２０有利にはＬ／Ｄ＞３０ を充たしている、請求項１記載の接点ばね装置。
3. ３．接点ばね（３０）のアコーディオン状の折畳みにより複数のばねギャップ（ ３６，３７，３８，３９４０）が並べられており、ギャップ長さの、和が平均ギ ャップ幅に対する比が下記の条件：ΣＬ／Ｄ＞２π／μｏ・Ｈｓ を充たしている、請求項１又は２記載の接点ばね装置。
4. ４．接点ばねが銀合金から成る主接点片（１４）を有する主ばね脚部（１０）を タングステンから成る先行接点片（１５）を有する先行ばね脚部（１１）とに分 割されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の接点ばね装置。