JPH10144171A - 消弧機構を有する電流スイッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチ接触子が分離している間、形成され
るア−クを消す機構を備える電流スイッチング装置を提
供する。 【解決手段】 接触器（電流スイッチング装置）１０
は、固定接点３２と、ソレノイド１８によって駆動され
るとき、固定接点の接触から離れる可動接点２８とを有
する。消弧室３４は可動及び固定接点２８、３２に隣接
しており、それらの間に間隙３９を備えた第１及び第２
の分離板４０、４２の２つの列３６、３８を含む。第１
の型の分離板４０は、永久磁石が入る開口を備えた非磁
性材料の第１の要素と、磁性材料の第２の要素とを有す
る。消弧室内に磁界によりア−クを移動させる。第１及
び第２の要素の周囲にはケ−シングがあり、磁石はその
磁界によりケ−シングの回りに電気的ア−クを移動さ
せ、従来のような分離板上の腐食を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流（ＤＣ）のような
電流をスイッチングする装置に関し、特にスイッチ接触
子が分離する間に形成されるア−クを消すための機構を
有する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】直流は、電池を電源とするシステム、モ
−タ駆動及び直流付属回路のような種々なものに適用さ
れている。典型的には、接触器は直流電源と、電力が供
給、遮断される負荷との間に備えられる。重量、信頼
性、及び高電圧スイッチングと遮断性能が、接触器の開
発に重要な要件である。さらに多くの場合、スイッチン
グされると、比較的、大電流が接触器の接触子が分離し
たとき流れてア−クが生じ、そのために消弧機構が必要
とされる。

【０００３】従来の１あるいはそれ以上の消弧室を取り
入れたＤＣ接触器及びスイッチは、スイッチ接触子間に
形成されるア−クを消すためのもので、米国特許第５４
１６４５５号の「ア−クシュ−ト」として言及されてい
る。ア−ク消弧室は非鉄系の銅のような電気伝導体から
なる一組の間隔をおいたスプリッタプレ−ト（分離板）
から構成される。直流スイッチング装置において、一組
の分離板の側面にある永久磁石は、配置された分離板中
に向かうア−クの消弧室を横切る磁界を形成する。一つ
の分離板から一組中の他の分離板へ伝播するア−クは、
徐々に分離板間の多くの間隙の間を進み、それによって
ア−クが消えるまでの十分なア−ク電圧が達成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】設計では、直流スイッ
チング装置のア−クは、一組の分離板においてア−ク電
圧を一様に達成するために、与えられた分離板上の一点
で安定する。この一点へのエネルギ−の集中は、特にア
−クが誘導負荷で起こるような比較的、長く続くとき
に、金属を腐食させる。

【０００５】本発明の全体的目的は、改良された電流ス
イッチング装置を提供することである。他の目的は、ス
イッチ接触子が分離している間、形成されるア−クを消
す機構を備える電流スイッチング装置を提供することで
ある。さらに本発明の目的は、消弧機構の要素がア−ク
の誘起する腐食を減少させることである。他の目的は、
ア−ク消弧機構の表面を、ア−クが連続的に移動するよ
うにする内部磁界を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、一つの電源
端子に電気的に接続される固定接点を備える一組の接点
を含む電流スイッチング装置によって実行される。可動
接点は、二接点間の電気接続を達成するために、選択的
に固定接点と接続される。消弧室は可動接点及び固定接
点と隣接し、複数の第１の型の分離板を有する。これら
分離板のそれぞれは、開口を備える非鉄系の電気伝導材
料の要素を有し、該開口は要素の周囲に磁界を生じる永
久磁石を保持する。この磁界を伴う消弧室内のア−クの
相互作用により、ア−クに要素の表面の周りを動き回る
ようにする。ア−クは延長された時間、一箇所で要素に
衝突せず、要素は腐食される効果が減少させられる。好
ましい実施例において、分離板の第１の型のそれぞれ
は、その中に受け入れられる開口を備える非磁性材料か
らなる第１の要素を有し、また、第１の構成要素と接
し、第１の構成要素が設けられるところにノッチを有す
る永久磁石からなる第２の構成要素を有する。非鉄系
の、電気伝導材料の容器は、第１及び第２の構成要素の
周囲に、少なくとも部分的に伸びる、ア−クが衝突する
表面を形成する。他の磁石アッセンブリが、直流の電気
ア−クが消弧室に入り込むようにさせる磁界を形成する
固定及び可動接点に隣接して設けられてよい。

【０００７】上記目的を達成するため、本発明の請求項
１に記載された電流スイッチング装置は、第１と第２の
電源端子と、第１の電源端子に電気的に接続される固定
接点と、第１及び第２の電源端子間の電気的接続を達成
するために固定接点に選択的に接続される可動接点と、
固定接点との接続及び遮断のために可動接点を動かすた
めのアクチュエ−タと、消弧室は可動及び固定接点に隣
接する複数の第１の分離板を有し、複数の第１の分離板
のそれぞれは非鉄系の電気伝導材料の表面を有し、か
つ、要素の表面の近くでア−クを動かそうとする要素の
回りの磁界を形成する磁石を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項１１に記載された電流スイッチン
グ装置は、固定接点と、固定接点に選択的に接続され、
電気回路を達成する可動接点と、固定接点と接続、遮断
する可動接点のためのアクチュエ−タと、消弧室は可動
及び固定接点に隣接し、両者間に間隙を備えた分離板の
２つの列と、各列は互いに離れている分離板と各分離板
は永久磁石を収容する開口を備える非磁性材料の第１の
要素を有し、第１の要素の周りで少なくとも部分的に伸
びる非鉄系の電気伝導材料から形成されるケ−シングを
有し、ケ−シングの表面を電気的ア−クが横断するよう
にさせる分離板の周囲に磁界を形成する永久磁石とを含
み、消弧室内へ電気的ア−クを移動させるようにする磁
界を形成するための、固定接点と可動接点に隣接する磁
石アセンブリとを含むことを特徴とする。さらに、上記
請求項１及び請求項２の電流スイッチング装置を変形し
た他の実施形態の発明により、上記目的を達成すること
を特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、封入された電
磁単極接触器１０は、第１及び第２の電源接点１４及び
１６を備えるプラスチックハウジング１２を有する。第
１の電源接点１４は、ハウジングに取り付けられた第１
の固定接点１５に接続され、第２の電源接点は第２の固
定接点１７に接続されている。

【０００９】接触器１０内には電磁ソレノイド１８があ
り、それはハウジング１２の内表面の奥まった部分に入
れられている。ソレノイド１８は環状コイル２０、コア
２１及び中央開口２４内に設けられたア−マチャ（接極
子）２２を有する。接極子２２はコア２１内を通り、可
動接触ア−ム２８に接続するシャフト２６を含み、可動
接触ア−ム２８は接触器１０の閉じた状態で接点１４及
び１６巻に電流路を形成する２つの固定接点１５及び１
７を橋絡する。可動接触ア−ム２８の各端部は、閉じた
状態においてこの各端部と共働する固定接点１５あるい
は１７上の対応するパッド３２と接する接点パッド３０
を有する。スプリングアッセンブリ３３は可動接触ア−
ム２８と接極子２２をバイアスし、ソレノイドコイル２
０が消勢されたとき（図１のように）、接触器１０が通
常の開状態となる。

【００１０】可動接触ア−ム２８の各端部は、消弧室内
に伸びている。２つの消弧室は図１において対象的に設
けられていて、その一方が消弧室３４である。消弧室３
４は２つのスタック３６及び３８から形成され、スタッ
ク間に間隙３９を有する間隔を離れている分離板（スプ
リッタプレ−ト）からなる。各スタック３６及び３８
は、スタックに沿って交互に差し込まれている二つの型
の分離板４１及び４２によって形成される列から構成さ
れる。最も奥にあるスタック３６のスタックが下にある
最上分離板は、他の電源端子へより合わせたワイヤによ
って接続されていることに言及しておく。特に第２の電
源端子１６の下にある最も内部のスタック３６の最上分
離板４０ａは、より合わせたワイヤ４１によって第１電
源端子１４に接続される。他のより合わせワイヤ４３
は、第１の電源端子１４の下の消弧室の分離板を第２の
電源端子１６に接続する。

【００１１】分離板４０の第１の型は、第２図に詳細に
示されており、閉じた曲線部を有するＵ型のケ−シング
４４を有し、図１に描かれているように消弧室３４の中
央ギャップ３９に面している。ケ−シング４４は、非鉄
系の銅のような電気伝導材料から形成され、ボディ４６
の周囲に延びている。このボディ４６は、例えばアルミ
ニュウムあるいはプラスチックからなる非磁性内部要素
４８を有し、Ｕ型ケ−シング４４の開口の底に入れられ
る。この内部要素４８は、内部要素の凸状突出部５２の
半分の径内に設けられる開口５０を有する。永久磁石５
４はボディ４６の内部要素の開口５０内に位置し、ケ−
シング４４に接する内部要素の外表面に設けられる。ボ
デイ４６は又、鉄のような磁性材料の外部要素５６を有
し、それはＵ型ケ−シング４４内で内部要素４８と合わ
さる。外部要素５６は、内部要素４８の凸状突出部５２
と合う曲線をなす凹状ノッチ５８を有し、外部要素は永
久磁石の約半分程延びており、磁束案内部として役立
つ。永久磁石５４は、第１の型の分離板のそれぞれの周
囲に分離された次回を形成する。

【００１２】再び、図１を参照すると、第２の の分離
板４２は、銅のような電気伝導材料からなる非鉄系のＵ
型片である。それぞれの第２の分離板４２の閉じた曲線
端部は、第１の分離板４０と交互に積み重ねられると
き、消弧室３４の中央ギャップ３４に面している。スタ
ック３６及び３８において、第１の分離板４０は互いに
面するそれらの磁石の極のように方向づけられる。例え
ば、１つのスタックにおいて最上分離板４０のＮ極は、
図１で上方を向いている。次の第１の分離板４０のＳ極
は上方に方向付けられ、それによって分離板４０の間に
位置する第２の分離板４２と共に最上分離板のＳ極に面
する。スタックの第１の分離板の３番目のものは、上方
にＮ極を有する。スタックのその後の第１の分離板は、
この交互の磁極を方向づけるように続く。

【００１３】接触器１０は、直流を切り換え、他の磁界
が消弧室３４内に電気的ア−クを移動させるようにす
る。図３を参照すると、磁界は永久磁石アセンブリ６０
によって、消弧室３４の間隙３９を横断して形成され
る。このアセンブリは消弧室３６の高さに沿って消弧室
３６のプラスチックハウジングの外側に設けられる永久
磁石からなっている。永久磁石６２は一対の鉄からなる
Ｕ型要素６６及び６８に磁性的に接続され、それらはこ
の磁石の外表面に接し、消弧室３４の反対側の周囲に伸
びている。一対のプラスチックブラケット７０及び７２
は、プラスチックハウジング６４のノッチ内で分離板４
０及び４２を保持し、そのハウジングに接する。Ｕ型要
素６６及び６８を備える永久磁石６２の結合は消弧室３
４を横断する（図３の垂直方向）磁界を形成する。そし
て、以下に述べるように、分離板４０及び４２の方へ接
点パッド３０と３２の間に形成される電気的ア−クを向
ける。

【００１４】図１を参照すれば、接触器１０が開いたと
き、接触子２２と取りつけられた接触ア−ム２８は、固
定接点１５及び１７から離れ、これらは接点パッド３０
及び３２を図示される位置へ分離させ、動かす。接点パ
ッド３０及び３２は分離し、ア−ク７７がそれらの間に
形成される。永久磁石６２（図３）からの磁界でア−ク
電流の相互作用によって生じる力は、消弧室３４の外側
スタック３８の方へ、固定接点１７に沿って接点パッド
３２から外側へア−ク７７を移動させるようにする。同
時に、ア−ク７７は他の接点パッド３０から離れて、可
動接点ア−ム２８の先端の方へ動く。

【００１５】接点パッド３２及び３２は分離し続けるの
で、ア−クは固定接点１７に沿って伝わり、そして外側
スタック３８の最上分離板へ伝わる。そのとき、ア−ク
は外側スタック３８と４２の間の間隙に橋絡する。徐々
にア−クは外側スタックの下方に進むが、ア−クの他端
は内側スタックの最上分離板４０ａに伝わる。ア−ク７
７が内側スタック３６の最上分離板４０ａに達したと
き、よったワイヤ４１によって反対側の電源端子１４へ
最上分離板４０ａを接続するため、固定接点１５の他の
消弧室内でのア−クは、短くなり、完全に消える。

【００１６】しかし、ア−ク７７はそのとき消えない
で、各スタック内のさらに下方の各分離板４０及び４２
へ伝わり続ける。この作用は隣接する分離板４０及び４
２間の間隙内に、分離した副ア−クを形成する。次第に
ア−ク７７は、十分なア−ク電圧を増進する分離板とア
−クを消そうとする分離板との間で、十分な数の間隙を
またがる。

【００１７】ア−クが消弧室３４に移動すると、第１の
型の分離板４０の各々に、永久磁石５４によって形成さ
れるここの磁界が作用する。特に、これら内部磁石５４
の各々は図４の線７８に示される、そのそれぞれの第１
の分離板４０の周囲に伸びる磁界を生じる。各分離板の
周囲のこの磁界に伴うア−ク電流の作用は、分離板ケ−
シング４４の表面上で円内にア−クを動かそうとする。
そのようなア−クエネルギ−は、従来のア−ク室で起こ
るようなケ−シング表面の一点に圧縮されず、分離板へ
衝突するア−クの腐食作用は、本発明では減少する。

【００１８】各第１の分離板４０の外側要素５６は、磁
束案内部として作用する。もし、この要素が内部要素４
８のような非磁性材料から作られていると、磁束線は分
離板の外端７９の周囲を回り、図３で明らかのように、
消弧室の隣接するＵ型要素６６あるいは６８にぶつか
る。Ｕ型要素６６あるいは６８は、消弧室ハウジングの
外側の永久磁石６２によって磁極化されているので、そ
れらは第１の分離板４０の外側部分で磁束線７８を短絡
する。それ故、磁束線は第１の分離板の外端の回りに進
まず、図４の分離板ケ−シング４４の底部にも行かな
い。そのように底部表面の外側部でのア−クは、磁界に
出会わず、ケ−シング４４の体部表面の周囲に移動しな
い。

【００１９】しかし、外側要素５６を鉄のような磁性材
料で作ることによって、外側要素は外側端７９に隣接す
る第１の分離板の部分を通して、磁束を案内する。外側
要素５６を通過した後、これら磁束はケ−シング４４の
底部から抜け出し、底部ケ−シングの表面を中央部へ空
気中を曲がる。磁界は、各第１分離板の最上部と底部の
表面を横断して形成され、どの場所でもア−クは表面に
ぶつからない。ア−クは、ケ−シング表面でア−クが移
動するように、磁界と相互作用する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による消弧室を一体化した直流
接触器の破断図である。

【図２】図２は、消弧室内に用いられる分離板の１つの
型を示す斜視図である。

【図３】図３は、図１の３−３線に沿う消弧室の横断面
を示す図である。

【図４】図４は、消弧室内の２つの隣接する分離板及び
電流と磁界の相互作用を描いた図である。

【符号の説明】

１４ 電源端子 １５ 固定接点 １６ 電源端子 １８ ソレノイド ２８ 可動接点 ３４ 消弧室 ４０ 第１の分離板 ５４ 磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 マ−ク アラン ジッド アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53146 ニュ−ベルリン ウエスト ウエストビ ュ− エルエ− 17824

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１と第２の電源端子（１４、１６）
   と、 第１の電源端子（１４）に電気的に接続される固定接点
   （１５）と、 第１及び第２の電源端子（１４、１６）間の電気的接続
   を達成するために固定接点（１４）に選択的に接続され
   る可動接点（２８）と、 固定接点（１５）との接続及び遮断のために可動接点
   （２８）を動かすためのアクチュエ−タ（１８）と、 消弧室（３４）は可動及び固定接点（２８、１５、１
   ７）に隣接する複数の第１の分離板（４０）を有し、複
   数の第１の分離板のそれぞれは非鉄系の電気伝導材料の
   表面を有し、かつ、要素の表面の近くでア−クを動かそ
   うとする要素の回りの磁界を形成する磁石（５４）を有
   することを特徴とする電流スイッチング装置。
2. 【請求項２】 複数の第１の分離板（４０）の各々は、
   磁石（５４）が収容される開口（５０）を備える非磁性
   材料の要素（４８）を含み、 該要素は、少なくとも部分的に要素の周囲に伸びる非鉄
   系の電気伝導材料から形成されるケ−シング（４４）で
   ある請求項１記載の電流スイッチング装置（１０）。
3. 【請求項３】 複数の第１の分離板（４０）の１つは、
   電気的に第２の端子（１６）に接続されている請求項１
   記載の電流スイッチング装置（１０）。
4. 【請求項４】 複数の第１の分離板（４０）の各々は、
   磁石（５４）が収容される開口（５０）を備える非磁性
   材料の第１の要素（４８）を含み、 第１の要素に接する磁性材料の第２の要素（５６）と、 その要素が、第１及び第２の要素（４８、５６）の近く
   で少なくとも部分的に伸びる非鉄系の電気伝導材料から
   形成されるケ−シング（４４）である請求項１記載の電
   流スイッチング装置（１０）。
5. 【請求項５】 第１の要素（４８）は、曲がった端部を
   有し、 ケ−シング（４４）は、曲がった端部が接する曲がった
   内表面を備えたＵ型である請求項４記載の電流スイッチ
   ング装置（１０）。
6. 【請求項６】 第２の要素（５６）は、磁石（５４）の
   一部が設けられるノッチ（５８）を有する請求項４記載
   の電流スイッチング装置（１０）。
7. 【請求項７】 複数の第２の分離板（４２）は、複数の
   第１の分離板（４０）が差し込まれている請求項１記載
   の電流スイッチング装置（１０）。
8. 【請求項８】 複数の第１の分離板（４２）の各々はＵ
   型である請求項７記載の電流スイッチング装置（１
   ０）。
9. 【請求項９】 固定接点（３２）と可動接点（２８）の
   双方に隣接する磁石アッセンブリ（６０）を含み、消弧
   室（３４）内へ電気的ア−クを動かそうとする磁界を形
   成する請求項１記載の電流スイッチング装置（１０）。
10. 【請求項１０】 各分離板（４０）の磁石（５４）は、
    永久磁石である請求項１記載の電流スイッチング装置
    （１０）。
11. 【請求項１１】 固定接点（３２）と、 固定接点（３２）に選択的に接続され、電気回路を達成
    する可動接点（２８）と、 固定接点（３２）を接続、遮断する可動接点（２８）の
    ためのアクチュエ−タ（１８）と、 消弧室（３４）は可動及び固定接点（２８、３２）に隣
    接し、両者間に間隙を備えた分離板（４０）の２つの列
    （３６、３８）と、各列は互いに離れている分離板と、
    各分離板（４０）は永久磁石を収容する開口（５０）を
    備える非磁性材料の第１の要素（４８）を有し、第１の
    要素（４８）の周りで少なくとも部分的に伸びる非鉄系
    の電気伝導材料から形成されるケ−シング（４４）を有
    し、ケ−シング（４４）の表面を電気的ア−クが横断す
    るようにさせる分離板（４０）の周囲に磁界を形成する
    永久磁石（５４）とを含み、消弧室（３４）内へ電気的
    ア−クを移動させるようにする磁界を形成するための、
    固定接点（３２）と可動接点（２８）に隣接する磁石ア
    センブリ（６０）とを含む電流スイッチング装置（１
    ０）。
12. 【請求項１２】 各分離板（４０）は、第１の要素（４
    ８）に接する磁性材料からなる第２の要素（５６）、及
    び永久磁石の部分が設けられているノッチ（５８）を含
    み、 ケ−シング（４４）は、第２の要素（５６）の部分を越
    えて伸びている請求項１１記載の電流スイッチング装置
    （１０）。
13. 【請求項１３】 第１の要素（４８）は間隙（３９）に
    面する曲がった端部を有し、 ケ−シング（４４）は曲った端部が接する曲った内表面
    を備えたＵ型である請求項１１記載の電流スイッチング
    装置（１０）。
14. 【請求項１４】 固定接点（３２）と、 固定接点（３２）に選択的に接続され、電気回路を達成
    する可動接点（２８）と、 固定接点（３２）を接続、遮断する可動接点（２８）の
    ためのアクチュエ−タ（１８）と、 消弧室（３４）は可動及び固定接点（２８、３２）に隣
    接し、両者間に間隙を備えた分離板（４０）の２つの列
    （３６、３８）と、各列は互いに離れている分離板（４
    ０）と、第１の型の分離板（４０）のグル−プによって
    形成される各列と、第２の型の分離板（４２）のグル−
    プとを差し込み、第１の型の分離板（４０）は、永久磁
    石が収容される開口を備えた非磁性材料の第１の要素
    （４８）を有し、かつ第１の要素（４８）の周りで少な
    くとも部分的に伸びる非鉄系の電気伝導材料から形成さ
    れるケ−シング（４４）を有し、ケ−シング（４４）の
    周りに電気的ア−クを移動させようとする第１の要素
    （４８）の周りの磁界を形成する永久磁石を備え、 消弧室（３４）内へ電気的ア−クを移動させるようにす
    る磁界を形成するための、固定接点（３２）と可動接点
    （２８）に隣接する磁石アセンブリ（６０）とを含む電
    流スイッチング装置（１０）。
15. 【請求項１５】 第１の分離板（４０）の各々は、第１
    の要素（４８）に接し、かつ永久磁石（５４）の部分が
    設けられるノッチを有する磁気材料からなる第２の要素
    （５６）を含み、ケ−シング（４４）は第２の要素（５
    ６）の部分を越えて伸びる請求項１４記載の電流スイッ
    チング装置（１０）。
16. 【請求項１６】 第１の要素（４８）は間隙（３９）に
    面して曲った端部を有し、ケ−シング（４４）は曲った
    端部が接する曲ったナイフ凹面を備えたＵ型である請求
    項１４記載の電流スイッチング装置（１０）。
17. 【請求項１７】 第２の型の分離板（４２）の各々は、
    間隙（３９）に面して曲った端部を備えたＵ型である請
    求項１４に記載の電流スイッチング装置（１０）。