KR20160030875A

KR20160030875A - 전자기 접촉기

Info

Publication number: KR20160030875A
Application number: KR1020157024351A
Authority: KR
Inventors: 오사무 가시무라; 마사루 이소자키; 고우에츠 다카야; 유지 시바
Original assignee: 후지 덴키 가부시키가이샤; 후지 덴키 기기세이교 가부시끼가이샤
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2016-03-21
Also published as: EP3018688A4; JP6514104B2; EP3018688A1; JP2017120793A; US9583291B2; CN105009248B; JPWO2015001710A1; CN105009248A; KR102206249B1; WO2015001710A1; US20150380193A1

Abstract

가동 접촉자가 고정 접촉자로부터 이격될 때에 발생하는 아크를 용이하게 소호(消弧)할 수 있는 전자기 접촉기를 제공한다. 절연성의 접점 수납 케이스(102) 내에 소정 간격을 유지하여 배치된 한 쌍의 고정 접촉자(111, 112)에 대해 가동 접촉자(130)를 접촉 및 분리 가능하게 배치하고, 한 쌍의 고정 접촉자의 접점과 가동 접촉자의 접점의 접촉 위치에 아크 소호실(145, 146)을 형성하며, 상기 아크 소호실의 적어도 아크와 접촉하는 내벽면측을 합성 수지 성형재보다 높은 열전도율을 갖는 고열전도성재로 형성하고 있다.

Description

전자기 접촉기{ELECTROMAGNETIC CONTACTOR}

본 발명은 고정 접촉자에 대해 가동 접촉자가 접촉 및 분리 가능하게 배치된 접점 장치와, 이 접점 장치의 가동 접촉자를 가동하는 전자석 유닛을 구비한 전자기 접촉기에 관한 것으로, 특히 가동 접촉자가 고정 접촉자로부터 이격되는 개극(開極)시에 발생하는 아크를 용이하게 소호(消弧)하도록 한 것이다.

전류로의 개폐를 행하는 전자기 접촉기로서는, 예컨대 특허문헌 1에 기재된 전자기 접촉기가 알려져 있다. 이 전자기 접촉기는, 소정 거리를 유지하여 배치된 한 쌍의 고정 접촉자와 이들 한 쌍의 고정 접촉자에 대해 접촉 및 분리 가능하게 배치된 가동 접촉자가 접점 수납 케이스 내에 배치되어 있다. 그리고, 접점 수납 케이스의 내측에 한 쌍의 고정 접촉자 및 가동 접촉자를 둘러싸도록 절연 통체가 배치되어 있다. 이 절연 통체에 한 쌍의 고정 접촉자 및 가동 접촉자 사이에 발생하는 아크를 소호하는 아크 소호용 영구 자석을 자석 수납부에서 위치 결정 유지하고, 이 자석 수납부의 가동 접촉자의 연장 방향 외측에 아크 소호 공간을 형성하도록 하고 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2012-243592호 공보

그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 종래예에서는, 아크 소호 공간이 예컨대 합성 수지제의 수지 성형품으로 구성되는 절연 통체의 내주면으로 형성되어 있다. 이 때문에, 수지 성형품의 경우, 내벽면이 매끄럽게 다듬질되어 있기 때문에, 이 내벽면을 따르는 기류는 층류(層流)가 되고 열교환량도 작으며 열교환량이 포화 상태로 되어 있다. 또한, 수지 성형품의 열전도율은 0.2 W/mK로 작기 때문에, 아크의 냉각 효과가 작고, 아크 전계를 높일 수 없기 때문에, 소정의 아크 전압을 얻기 위한 아크 길이가 길어져, 소형화가 곤란해진다고 하는 미해결의 과제가 있다.

그래서, 본 발명은 상기 종래예의 미해결의 과제에 주목하여 이루어진 것으로, 열교환량이 포화하는 일 없이, 아크의 냉각을 충분히 행하고, 아크의 소호를 용이하게 행할 수 있는 전자기 접촉기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 전자기 접촉기의 하나의 양태는, 절연성을 갖는 접점 수납 케이스 내에 소정 간격을 유지하여 배치된 한 쌍의 고정 접촉자에 대해 가동 접촉자를 접촉 및 분리 가능하게 배치하고, 한 쌍의 고정 접촉자의 접점과 가동 접촉자의 접점의 접촉 위치에 아크 소호실을 형성하며, 아크 소호실의 적어도 아크와 접촉하는 내벽면측을 합성 수지 성형재보다 높은 열전도율을 갖는 고열전도성재(high thermal conductivity material)로 형성하고 있다.

본 발명에 의하면, 아크 소호실의 적어도 아크와 접촉하는 내벽면측을 합성 수지 성형재보다 높은 열전도율을 갖는 고열전도성재로 형성했기 때문에, 아크 접촉면의 열전달율을 높일 수 있고, 아크의 냉각을 충분히 행하는 것이 가능해진다. 그 결과, 아크 전계가 높아지고, 소정의 아크 전압을 얻기 위한 아크 길이를 짧게 할 수 있기 때문에, 아크를 늘이기 위한 소호 스페이스를 작게 할 수 있어, 소형화·경량화가 가능해진다.

또한, 아크 길이가 짧아지면, 차단 완료까지의 시간(아크 지속 시간)이 짧아지고, 고정 접촉자 및 가동 접촉자의 접점의 소모를 억제하는 것이 가능해지며, 컨택터로서의 장수명화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전자기 접촉기의 일 실시형태를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 상의 접점 장치의 일부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선 상의 단면도이다.
도 4는 아크의 발생 상태를 설명하는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태를 도시한 도 2와 동일한 단면도이다.
도 6은 도 5의 A부의 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시형태를 도시한 도 2와 동일한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시형태를 도시한 도 2와 동일한 단면도이다.
도 9는 본 발명에 적용할 수 있는 접점 장치의 변형예를 도시한 도면이며, 도 9의 (a)는 단면도, 도 9의 (b)는 사시도이다.
도 10은 본 발명에 적용할 수 있는 접점 장치의 다른 변형예를 도시한 도면이며, 도 10의 (a)는 단면도, 도 10의 (b)는 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전자기 접촉기의 일례를 도시한 단면도, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 상에 있어서의 접점 장치의 단면도이다. 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선 상의 단면도이다.

이들 도 1 내지 도 3에 있어서, 도면 부호 10은 전자기 접촉기이며, 이 전자기 접촉기(10)는 접점 기구를 배치한 접점 장치(100)와, 이 접점 장치(100)를 구동하는 전자석 유닛(200)으로 구성되어 있다.

접점 장치(100)는, 도 1 내지 도 3으로부터 명백한 바와 같이, 접점 기구(101)를 수납하는 접점 수납 케이스(102)를 갖는다. 이 접점 수납 케이스(102)는, 금속제의 하단부에 외측으로 돌출하는 플랜지부(103)를 갖는 금속 각통체(角筒體; 104)와, 이 금속 각통체(104)의 상단을 폐색하는 고정 접점 지지 절연 기판(105)과, 금속 각통체(104)의 내주측에 배치된 절연 통체(140)를 구비하고 있다.

금속 각통체(104)는, 예컨대 스테인리스강으로 형성되며, 그 플랜지부(103)가 후술하는 전자석 유닛(200)의 상부 자기 요크(210)에 시일 접합되어 고정되어 있다.

또한, 고정 접점 지지 절연 기판(105)은, 평판형의 세라믹 절연 기판으로 구성되며, 중앙부에 후술하는 한 쌍의 고정 접촉자(111 및 112)를 삽입 관통시키는 관통 구멍(106 및 107)이 소정 간격을 유지하여 형성되어 있다.

접점 기구(101)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 접점 수납 케이스(102)의 고정 접점 지지 절연 기판(105)의 관통 구멍(106 및 107)에 삽입 관통되어 고정된 한 쌍의 고정 접촉자(111 및 112)를 구비하고 있다. 이들 고정 접촉자(111 및 112)의 각각은, 고정 접점 지지 절연 기판(105)의 관통 구멍(106 및 107)에 삽입 관통되는 상단에 외측으로 돌출하는 플랜지부(113)를 갖는 지지 도체부(114)와, 이 지지 도체부(114)에 연결되고 고정 접점 지지 절연 기판(105)의 하면측에 배치되며 안쪽측을 개방한 C자형부(115)를 구비하고 있다.

C자형부(115)는, 고정 접점 지지 절연 기판(105)의 하면을 따라 외측으로 연장되는 상판부(116)와 이 상판부(116)의 외측 단부로부터 하방으로 연장되는 중간판부(117)와, 이 중간판부(117)의 하단측으로부터 상판부(116)와 평행하게 안쪽측 즉 고정 접촉자(111 및 112)의 대면 방향으로 연장되는 하판부(118)에 의해 C자형으로 형성되어 있다.

여기서, 지지 도체부(114)와 C자형부(115)는, 지지 도체부(114)의 하단면에 돌출 형성된 핀(114a)을 C자형부(115)의 상판부(116)에 형성된 관통 구멍(120) 내에 삽입 관통시킨 상태로 예컨대 납땜 등에 의해 고정되어 있다. 한편, 지지 도체부(114) 및 C자형부(115)의 고정은, 납땜 등에 한하지 않고, 핀(114a)을 관통 구멍(120)에 감합(嵌合)시키거나, 핀(114a)에 수나사를 형성하고, 관통 구멍(120)에 암나사를 형성하여 양자를 나사 결합시키거나 해도 좋다.

그리고, 고정 접촉자(111 및 112)의 C자형부(115)에 각각, 아크의 발생을 규제하는 합성 수지재제의 절연 커버(121)가 장착되어 있다. 이 절연 커버(121)는, C자형부(115)의 상판부(116) 및 중간판부(117)의 내주면을 피복하는 것이다.

이와 같이, 고정 접촉자(111 및 112)의 C자형부(115)에 절연 커버(121)를 장착함으로써, 이 C자형부(115)의 내주면에서는 하판부(118)의 상면측만이 노출되어 접점부(118a)로 되어 있다.

그리고, 고정 접촉자(111 및 112)의 C자형부(115) 내에 양단부를 배치하도록 가동 접촉자(130)가 배치되어 있다. 이 가동 접촉자(130)는 후술하는 전자석 유닛(200)의 가동 플런저(215)에 고정된 연결축(131)에 지지되어 있다. 이 가동 접촉자(130)는, 중앙부의 연결축(131)의 근방이 하방으로 돌출하는 오목부(132)가 형성되고, 이 오목부(132)에 연결축(131)을 삽입 관통시키는 관통 구멍(133)이 형성되어 있다.

연결축(131)은, 상단에 외측으로 돌출하는 플랜지부(131a)가 형성되어 있다. 이 연결축(131)은, 하단측으로부터 접촉 스프링(134)을 삽입 관통하고, 이어서 가동 접촉자(130)의 관통 구멍(133)을 삽입 관통한다. 그리고, 접촉 스프링(134)의 상단을 플랜지부(131a)에 접촉시키고 이 접촉 스프링(134)에 의해 소정의 압박력을 얻도록 가동 접촉자(130)를 예컨대 C링(135)에 의해 위치 결정한다.

이 가동 접촉자(130)는, 석방 상태에서, 양단의 접점부와 고정 접촉자(111 및 112)의 C자형부(115)의 하판부(118)의 접점부(118a)가 소정 간격을 유지하여 이격된 상태가 된다. 또한, 가동 접촉자(130)는, 투입 위치에서, 양단의 접점부가 고정 접촉자(111 및 112)의 C자형부(115)의 하판부(118)의 접점부(118a)에, 접촉 스프링(134)에 의한 소정의 접촉압으로 접촉하도록 설정되어 있다.

또한, 접점 수납 케이스(102)를 구성하는 절연 통체(140)는, 불포화 폴리에스테르 수지나 페놀 수지 등의 열경화성 수지로 이루어지는 합성 수지 성형재의 열전도율 0.2 W/mK보다 열전도율이 높고 절연성을 갖는 알루미나 세라믹스(열전도율 30 W/mK), 질화알루미늄(열전도율 180 W/mK), 질화붕소(열전도율 63 W/mK) 등의 세라믹스계의 고열전도성재로 성형되어 있다. 이 고열전도성재로서는, 후술하는 바와 같이 접점 수납 케이스(102) 내에 봉입하는 기체인 수소의 높은 온도에 있어서의 열전도율 20 W/mK(4000℃, 1 atm)보다 높은 것이 바람직하다.

절연 통체(140)에는, 가동 접촉자(130)의 연장 방향 중앙부의 측면에 대향하는 위치에 내측으로 돌출하는 자석 수납 포켓(141 및 142)이 형성되어 있다. 이 자석 수납 포켓(141 및 142)에는, 아크 소호용 영구 자석(143 및 144)이 삽입 관통되어 고정되어 있다.

이 아크 소호용 영구 자석(143 및 144)은, 두께 방향으로 서로의 대향면이 동극 예컨대 N극이 되도록 착자(着磁)되어 있다. 그리고, 자석 수납 포켓(141 및 142)의 좌우 방향의 외측이며 또한 한 쌍의 고정 접촉자(111, 112)의 접점(118a)과 가동 접촉자(130)의 접점(130a)의 접촉 위치에 각각 아크 소호실(145 및 146)이 형성되어 있다.

전자석 유닛(200)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 측면에서 보아 편평한 U자 형상의 자기 요크(201)를 가지며, 이 자기 요크(201)의 바닥판부(202)의 중앙부에 원통형 보조 요크(203)가 고정되어 있다. 이 원통형 보조 요크(203)의 외측에 플런저 구동부로서의 스풀(spool; 204)이 배치되어 있다.

스풀(204)은, 원통형 보조 요크(203)를 삽입 관통하는 중앙 원통부(205)와, 이 중앙 원통부(205)의 하단부로부터 반경 방향 외측으로 돌출하는 하부 플랜지부(206)와, 중앙 원통부(205)의 상단보다 약간 하측으로부터 반경 방향 외측으로 돌출하는 상부 플랜지부(207)로 구성되어 있다. 그리고, 중앙 원통부(205), 하부 플랜지부(206) 및 상부 플랜지부(207)로 구성되는 수납 공간에 여자 코일(208)이 감겨져 있다.

또한, 자기 요크(201)의 개방단이 되는 상단 사이에 상부 자기 요크(210)가 고정되어 있다. 이 상부 자기 요크(210)는, 중앙부에 스풀(204)의 중앙 원통부(205)에 대향하는 관통 구멍(210a)이 형성되어 있다.

그리고, 스풀(204)의 중앙 원통부(205) 내에, 바닥부와 자기 요크(201)의 바닥판부(202) 사이에 복귀 스프링(214)을 배치한 가동 플런저(215)가 상하로 미끄럼 이동 가능하게 배치되어 있다. 이 가동 플런저(215)에는, 상부 자기 요크(210)로부터 상방으로 돌출하는 상단부에 반경 방향 외측으로 돌출하는 둘레 플랜지부(216)가 형성되어 있다.

또한, 상부 자기 요크(210)의 상면에, 환형으로 형성된 환형 영구 자석(220)이 가동 플런저(215)의 둘레 플랜지부(216)를 둘러싸도록 고정되어 있다. 이 환형 영구 자석(220)은 외형이 직사각형으로 형성되고 중앙부에 둘레 플랜지부(216)를 둘러싸는 관통 구멍(221)을 갖는다. 이 환형 영구 자석(220)은 상하 방향 즉 두께 방향으로 상단측을 예컨대 N극으로 하고, 하단측을 S극으로 하도록 착자되어 있다. 한편, 환형 영구 자석(220)의 관통 구멍(221)의 형상은 둘레 플랜지부(216)의 형상에 맞춘 형상으로 하며, 외주면의 형상은 원형, 사각형 등의 임의의 형상으로 할 수 있다. 마찬가지로, 환형 영구 자석(220)의 외형도 직사각형 형상에 한하지 않고, 원형, 육각형 등의 임의의 형상으로 할 수 있다.

그리고, 환형 영구 자석(220)의 상단면에, 환형 영구 자석(220)과 동일 외형이며 중심 개구(224)를 갖는 보조 요크(225)가 고정되어 있다.

또한, 가동 플런저(215)가, 도 1에 도시한 바와 같이, 비자성체제이며 바닥이 있는 통 형상으로 형성된 캡(230)으로 덮여지고, 이 캡(230)의 개방단에 반경 방향 외측으로 연장되어 형성된 플랜지부(231)가 상부 자기 요크(210)의 하면에 시일 접합되어 있다. 이에 의해, 접점 수납 케이스(102) 및 캡(230)이 상부 자기 요크(210)의 관통 구멍(210a)을 통해 연통(連通)되는 밀봉 용기가 형성되어 있다. 그리고, 접점 수납 케이스(102) 및 캡(230)으로 형성되는 밀봉 용기 내에 수소 가스, 질소 가스, 수소 및 질소의 혼합 가스, 공기, SF₆ 등의 가스가 봉입되어 있다.

다음으로, 상기 제1 실시형태의 동작을 설명한다.

지금, 고정 접촉자(111)가 예컨대 대전류를 공급하는 전력 공급원에 접속되고, 고정 접촉자(112)가 부하에 접속되어 있는 것으로 한다.

이 상태에서는, 전자석 유닛(200)에 있어서의 여자 코일(208)이 비여자 상태에 있고, 전자석 유닛(200)에서 가동 플런저(215)를 하강시키는 여자력을 발생시키고 있지 않은 석방 상태에 있는 것으로 한다. 이 석방 상태에서는, 가동 플런저(215)가 복귀 스프링(214)에 의해, 상부 자기 요크(210)로부터 멀어지는 상방향으로 압박된다.

이와 동시에, 환형 영구 자석(220)의 자력에 의한 흡인력이 보조 요크(225)에 작용되어, 가동 플런저(215)의 둘레 플랜지부(216)가 흡인된다. 이 때문에, 가동 플런저(215)의 둘레 플랜지부(216)의 상면이 보조 요크(225)의 단차판부 하면에 접촉하고 있다.

이 때문에, 가동 플런저(215)에 연결축(131)을 통해 연결되어 있는 접점 기구(101)의 가동 접촉자(130)의 접점부(130a)가 고정 접촉자(111 및 112)의 접점부(118a)로부터 상방으로 소정 거리만큼 이격되어 있다. 이 때문에, 고정 접촉자(111 및 112) 사이의 전류로가 차단 상태에 있고, 접점 기구(101)가 개극 상태로 되어 있다.

이와 같이, 석방 상태에서는, 가동 플런저(215)에 복귀 스프링(214)에 의한 압박력과 환형 영구 자석(220)에 의한 흡인력의 양방이 작용하고 있기 때문에, 가동 플런저(215)가 외부로부터의 진동이나 충격 등에 의해 부주의하게 하강하는 일이 없어, 오동작을 확실하게 방지할 수 있다.

이 석방 상태로부터, 전자석 유닛(200)의 여자 코일(208)을 여자하면, 이 전자석 유닛(200)에서 여자력을 발생시켜, 가동 플런저(215)를 복귀 스프링(214)의 압박력 및 환형 영구 자석(220)의 흡인력에 대항하여 하방으로 밀어내린다.

이와 같이, 가동 플런저(215)가 하강함으로써, 가동 플런저(215)에 연결축(131)을 통해 연결되어 있는 가동 접촉자(130)도 하강하여, 그 접점부(130a)가 고정 접촉자(111 및 112)의 접점부(118a)에 접촉 스프링(134)의 접촉압으로 접촉한다.

이 때문에, 외부 전력 공급원의 대전류가 고정 접촉자(111), 가동 접촉자(130), 및 고정 접촉자(112)를 통해 부하에 공급되는 폐극(閉極) 상태가 된다.

이때, 고정 접촉자(111 및 112)와 가동 접촉자(130) 사이에 가동 접촉자(130)를 개극시키는 방향의 전자기 반발력이 발생한다.

그러나, 고정 접촉자(111 및 112)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 상판부(116), 중간판부(117) 및 하판부(118)에 의해 C자형부(115)가 형성되어 있기 때문에, 상판부(116) 및 하판부(118)와 이것에 대향하는 가동 접촉자(130)에서 반대 방향의 전류가 흐르게 된다.

이 때문에, 고정 접촉자(111 및 112)의 하판부(118)가 형성하는 자계와 가동 접촉자(130)에 흐르는 전류의 관계로부터 플레밍의 왼손의 법칙에 의해 가동 접촉자(130)를 고정 접촉자(111 및 112)의 접점부(118a)에 밀어붙이는 로렌츠 힘을 발생시킬 수 있다.

이 로렌츠 힘에 의해, 고정 접촉자(111 및 112)의 접점부(118a)와 가동 접촉자(130)의 접점부(130a) 사이에 발생하는 개극 방향의 전자기 반발력에 대항하는 것이 가능해져, 가동 접촉자(130)의 접점부(130a)가 개극하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

이 때문에, 가동 접촉자(130)를 지지하는 접촉 스프링(134)의 압박력을 작게 할 수 있고, 이에 따라 여자 코일(208)에서 발생하는 추력(推力)도 작게 할 수 있으며, 전자기 접촉기 전체의 구성을 소형화할 수 있다.

이 접점 기구(101)의 폐극 상태로부터, 부하에의 전류 공급을 차단하는 경우에는, 전자석 유닛(200)의 여자 코일(208)의 여자를 정지한다.

이에 의해, 전자석 유닛(200)에서 가동 플런저(215)를 하방으로 이동시키는 여자력이 없어짐으로써, 가동 플런저(215)가 복귀 스프링(214)의 압박력에 의해 상승하고, 둘레 플랜지부(216)가 보조 요크(225)에 근접함에 따라 환형 영구 자석(220)의 흡인력이 증가한다.

이 가동 플런저(215)가 상승함으로써, 연결축(131)을 통해 연결된 가동 접촉자(130)가 상승한다. 이에 따라 접촉 스프링(134)으로 접촉압을 부여하고 있는 동안에는 가동 접촉자(130)가 고정 접촉자(111 및 112)에 접촉하고 있다. 그 후, 접촉 스프링(134)의 접촉압이 없어진 시점에서 가동 접촉자(130)가 고정 접촉자(111 및 112)로부터 상방으로 이격되는 개극 상태가 된다.

이 개극 상태가 되면, 고정 접촉자(111 및 112)의 접점부(118a)와 가동 접촉자(130)의 접점부(130a) 사이에 아크가 발생하고, 이 아크에 의해 전류의 통전 상태가 계속된다.

이때, 고정 접촉자(111 및 112)의 C자형부(115)의 상판부(116) 및 중간판부(117)를 덮는 절연 커버(121)가 장착되어 있기 때문에, 아크를 고정 접촉자(111 및 112)의 접점부(118a)와 가동 접촉자(130)의 접점부(130a) 사이에만 발생시킬 수 있다. 이 때문에, 아크의 발생 상태를 안정시킬 수 있고, 아크를 아크 소호실(145 또는 146)로 늘여 소호할 수 있으며, 소호 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, C자형부(115)의 상판부(116) 및 중간판부(117)가 절연 커버(121)로 덮여져 있다. 이 때문에, 가동 접촉자(130)의 양단부와 C자형부(115)의 상판부(116) 및 중간판부(117) 사이의 절연 커버(121)에 의해 절연 거리를 확보할 수 있고, 가동 접촉자(130)의 가동 방향의 높이를 단축할 수 있다. 따라서, 접점 장치(100)를 소형화할 수 있다.

또한, 고정 접촉자(111, 112)의 중간판부(117)의 내측면에는 자성체판(119)에 의해 덮여져 있기 때문에, 이 중간판부(117)를 흐르는 전류에 의해 발생하는 자장이 자성체판(119)에 의해 실드된다. 이 때문에, 고정 접촉자(111, 112)의 접점부(118a) 및 가동 접촉자(130)의 접점부(130a) 사이에 발생하는 아크에 의한 자장과 중간판부(117)를 흐르는 전류에 의해 발생하는 자장이 간섭하는 일은 없어, 중간판부(117)를 흐르는 전류에 의해 발생하는 자장에 아크가 영향을 받는 것을 방지할 수 있다.

한편, 아크 소호용 영구 자석(143 및 144)의 대향 자극면이 N극이고, 그 외측이 S극이기 때문에, 이 N극에서 나온 자속이, 평면에서 보아 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 고정 접촉자(111)의 접점부(118a)와 가동 접촉자(130)의 접점부(130a)와의 대향부의 아크 발생부를 가동 접촉자(130)의 길이 방향으로 내측으로부터 외측으로 가로질러 S극에 도달하여 자계가 형성된다. 마찬가지로, 고정 접촉자(112)의 접점부(118a)와 가동 접촉자(130)의 접점부(130a)의 아크 발생부를 가동 접촉자(130)의 길이 방향으로 내측으로부터 외측으로 가로질러 S극에 도달하여 자계가 형성된다.

따라서, 아크 소호용 영구 자석(143 및 144)의 자속이 모두 고정 접촉자(111)의 접점부(118a) 및 가동 접촉자(130)의 접점부(130a) 사이와, 고정 접촉자(112)의 접점부(118a) 및 가동 접촉자(130)의 접점부(130a) 사이를 가동 접촉자(130)의 길이 방향에서 서로 반대 방향으로 가로지르게 된다.

이 때문에, 고정 접촉자(111)의 접점부(118a)와 가동 접촉자(130)의 접점부(130a) 사이에서는, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 전류(I)가 고정 접촉자(111)측으로부터 가동 접촉자(130)측으로 흐르고, 자속(Φ)의 방향이 내측으로부터 외측으로 향하는 방향이 된다. 이 때문에, 플레밍의 왼손의 법칙에 의해, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 가동 접촉자(130)의 길이 방향과 직교하고 또한 고정 접촉자(111)의 접점부(118a)와 가동 접촉자(130)와의 개폐 방향과 직교하여 아크 소호실(145)측으로 향하는 큰 로렌츠 힘(F)이 작용한다.

이 로렌츠 힘(F)에 의해, 고정 접촉자(111)의 접점부(118a)와 가동 접촉자(130)의 접점부(130a) 사이에 발생한 아크(151)가, 도 2에 도시한 바와 같이, 고정 접촉자(111)의 접점부(118a)의 측면으로부터 아크 소호실(145)의 내벽까지 늘어나고, 이 내벽을 따라 가동 접촉자(130)의 상면측에 도달하도록 크게 늘어난다.

이와 같이, 아크가 아크 소호실(145)의 내벽면을 따르는 상태가 되면, 아크 소호실(145)의 내벽면을 구성하는 절연 통체(140)가 통상 사용하는 불포화 폴리에스테르 수지나 페놀 수지 등의 열경화 수지로 이루어지는 합성 수지 성형재의 열전도율(0.2 W/mK)보다 높고, 접점 수납 케이스(102)에 봉입하는 수소의 고온(4000℃, 1 atm)에서의 열전도율(20 W/mK)보다 높은 전도율의 알루미나 세라믹스(열전도율 30 W/mK), 질화알루미늄(열전도율 180 W/mK), 질화붕소(63 W/mK) 등의 고열전도성재로 구성되어 있다.

이 때문에, 아크 소호실(145)의 내벽면 및 그 내부의 열전도율이 높아지므로, 아크(151)의 열을 아크 소호실(145)의 벽면 내에 효율적으로 전열할 수 있다. 따라서, 아크(151)의 냉각을 충분히 행하는 것이 가능해진다.

이 결과, 아크 전계를 높일 수 있고, 소정의 아크 전압을 얻기 위한 아크 길이를 짧게 할 수 있다. 따라서, 아크(151)를 늘이기 위한 소호 스페이스를 작게 할 수 있어, 접점 장치(100)의 소형화·경량화를 도모할 수 있다.

한편, 고정 접촉자(112)의 접점부(118a)와 가동 접촉자(130) 사이에서는, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 전류(I)가 가동 접촉자(130)측으로부터 고정 접촉자(112)측으로 흐르고, 자속(Φ)의 방향이 내측으로부터 외측으로 향하는 우측 방향이 된다. 이 때문에, 플레밍의 왼손의 법칙에 의해, 가동 접촉자(130)의 길이 방향과 직교하고 또한 고정 접촉자(112)의 접점부(118a)와 가동 접촉자(130)와의 개폐 방향과 직교하여 아크 소호실(145)측으로 향하는 큰 로렌츠 힘(F)이 작용한다.

이 로렌츠 힘(F)에 의해, 고정 접촉자(112)의 접점부(118a)와 가동 접촉자(130) 사이에 발생한 아크(151)가, 가동 접촉자(130)의 상면측으로부터 아크 소호실(145) 내를 따라 크게 늘어난다. 여기서도, 절연 통체(140)가 통상 사용하는 불포화 폴리에스테르 수지나 페놀 수지 등의 열경화 수지로 이루어지는 합성 수지 성형재의 열전도율(0.2 W/mK)보다 높고, 접점 수납 케이스(102)에 봉입하는 수소의 고온(4000℃, 1 atm)에서의 열전도율(20 W/mK)보다 높은 전도율의 알루미나 세라믹스(열전도율 30 W/mK), 질화알루미늄(열전도율 180 W/mK), 질화붕소(63 W/mK) 등의 고열전도성재로 구성되어 있다. 이 때문에, 전술한 고정 접촉자(111)의 접점부(118a)와 가동 접촉자(130) 사이와 마찬가지로 열전도율을 높이고, 아크(151)를 충분히 냉각하며, 아크(151)를 확실하게 차단할 수 있다.

한편, 전자기 접촉기(10)의 투입 상태이며, 부하측으로부터 직류 전원측으로 회생 전류가 흐르고 있는 상태에서, 석방 상태로 하는 경우에는, 전술한 도 4의 (b)에 있어서의 전류의 방향이 반대가 되기 때문에, 로렌츠 힘(F)이 아크 소호실(146)측으로 작용하고, 아크가 아크 소호실(146)측으로 늘어나는 것을 제외하고는 동일한 아크 소호 기능이 발휘된다.

이때, 아크 소호용 영구 자석(143 및 144)은 절연 통체(140)에 형성된 자석 수납 포켓(141 및 142) 내에 배치되어 있기 때문에, 아크(151)가 직접 아크 소호용 영구 자석(143 및 144)에 접촉하는 일이 없다. 이 때문에, 아크 소호용 영구 자석(143 및 144)의 자기 특성을 안정적으로 유지할 수 있고, 차단 성능을 안정화시킬 수 있다.

또한, 절연 통체(140)에 의해, 금속 각통체(104)의 내주면을 덮어 절연할 수 있기 때문에, 전류 차단시의 아크의 단락이 없고, 확실하게 전류 차단을 행할 수 있다.

또한, 절연 기능, 아크 소호용 영구 자석(143 및 144)의 위치 결정 기능 및 아크 소호용 영구 자석(143 및 144)의 아크로부터의 보호 기능을 하나의 절연 통체(140)로 행할 수 있기 때문에, 제조 비용을 저감시킬 수 있다.

한편, 절연 통체(140)의 재질은, 절연성을 가지며 또한 통상 사용하는 불포화 폴리에스테르 수지나 페놀 수지 등의 열경화 수지로 이루어지는 합성 수지 성형재의 열전도율(0.2 W/mK)보다 높은 열전도율을 가지면 임의의 고열전도성재를 적용할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시형태에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.

이 제2 실시형태에서는, 절연 통체의 구성을 변경한 것이다.

즉, 제2 실시형태에서는, 절연 통체(140)를 도 6에 도시한 바와 같이, 불포화 폴리에스테르 수지, 페놀 수지 등의 열경화성 수지(147)에, 이 열경화성 수지보다 열전도율이 높은 알루미나 세라믹스, 질화알루미늄, 질화붕소, 철, 알루미늄, 구리 등의 열전도율이 높은 분말 등으로 이루어지는 열전도율 필러(148)를 혼입시켜 성형 수지재의 절연 성능을 유지하면서 열전도율을 높인 합성 수지 성형재로 하고 있다. 그 외의 구성에 대해서는 전술한 제1 실시형태와 동일한 구성을 갖는다.

이 제2 실시형태에 의하면, 열경화성 수지(147)에 열전도율 필러(148)를 혼입함으로써, 합성 수지 성형재 자체의 열전도율을 높이도록 하고 있기 때문에, 전술한 제1 실시형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다. 게다가, 고열전도성재로서 열경화성 수지(147)에 열전도율 필러(148)를 혼입시킬 뿐이기 때문에, 전술한 제1 실시형태에서의 세라믹스계 재료와 비교하여 제조 비용을 대폭적으로 억제할 수 있다.

여기서, 열전도율 필러(148)로서는, 전술한 열경화성 수지보다 열전도율이 높은 알루미나 세라믹스, 질화알루미늄, 질화붕소, 철, 알루미늄, 구리 등의 열전도율이 높은 분말 등에 한하지 않고, 열경화성 수지보다 열전도율이 높은 임의의 고열전도율재를 적용할 수 있으며, 성상(性狀)으로서는 분말형에 한하지 않고, 짧은 섬유형 등의 임의의 성상으로 할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제3 실시형태에 대해 도 7을 동반하여 설명한다.

이 제3 실시형태는, 절연 통체(140)의 표면에 고열전도재를 인서트 성형한 것이다.

즉, 제3 실시형태에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 전술한 불포화 폴리에스테르 수지, 페놀 수지로 이루어지는 열경화성 수지재로 절연 통체(140)를 성형할 때에, 구리, CuW 등의 열경화성 수지재보다 열전도율이 높은 금속제의 고열전도성재로서의 고열전도율판(149)을 내벽면측이 되도록 인서트 성형하고 있다. 그 외의 구성에 대해서는 전술한 제1 실시형태와 동일한 구성을 갖는다.

이 제3 실시형태에 의하면, 절연 통체(140)의 내벽면에 고열전도성재로서의 금속의 고열전도율판(149)을 인서트 성형하고 있기 때문에, 개극시에 발생하는 아크(151)가 늘어나 절연 통체(140)의 내벽면 근방에 도달했을 때에, 아크(151)의 열을 아크 소호실(145)의 벽면 내에 효율적으로 전열할 수 있다. 따라서, 아크(151)의 냉각을 충분히 행하는 것이 가능해진다.

한편, 상기 제3 실시형태에서는, 고열전도율판(149)을 인서트 성형하는 경우에 대해 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니며, 절연 통체(140)의 내주면에 이 절연 통체를 구성하는 열경화성 수지재보다 높은 열전도율을 갖는 임의의 금속재나 세라믹스를 코팅하도록 해도 좋다.

또한, 열경화성 수지재보다 열전도율이 높은 금속의 고열전도율판(149)에, 절연재를 코팅한 것을 절연 통체(140)의 내벽에, 인서트 성형 또는 접착, 나사 고정하여 고정해도 좋다.

다음으로, 본 발명의 제4 실시형태에 대해 도 8을 동반하여 설명한다.

이 제4 실시형태에서는, 고열전도율판을 인서트 성형하는 경우를 대신하여 절연 통체(140)의 내주면을 덮는 금속 열전도재를 장착한 것이다.

즉, 제4 실시형태에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 불포화 폴리에스테르 수지, 페놀 수지 등의 열경화성 수지로 구성된 절연 통체(140)의 내주면에, 구리, CuW 등의 열경화성 수지재보다 열전도율이 높은 고열전도성재로 구성된 고열전도율 통체(150)를 밀착시켜 배치하고 있다. 고열전도율 통체(150)의 배치 방법은, 접착, 나사 고정 등의 기계적인 결합을 채용하고 있다. 그 외의 구성에 대해서는 전술한 제1 실시형태와 동일한 구성을 갖는다.

이 제4 실시형태에 의하면, 절연 통체(140)의 내주면이 고열전도율 통체(150)를 밀착시켜 배치했기 때문에, 전술한 제3 실시형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 고열전도율 통체(150)의 재질은 절연 통체(140)를 구성하는 열경화성 수지보다 열전도율이 높으면 임의의 고열전도성재를 적용할 수 있다.

한편, 상기 제1 내지 제4 실시형태에서는, 절연 통체를 고열전도율화하거나, 아크(151)와 접촉하는 내벽면에 고열전도성재를 배치하는 경우에 대해 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니며, 절연 통체를 고열전도율화하고, 절연 통체의 내벽면에 고열전도성재를 배치하도록 해도 좋다.

또한, 상기 제3 및 제4 실시형태에 있어서, 고열전도재의 배치는 절연 통체(140)의 내벽면 전역에 배치할 필요는 없고, 적어도 개극시에 발생하는 아크(151)가 접촉하는 내벽면에만 배치하면 된다.

또한, 상기 제1 내지 제4 실시형태에서는, 접점 장치(100)의 접점 수납 케이스(102)를 금속 각통체(104)와 고정 접점 지지 절연 기판(105)과 절연 통체(140)로 구성하는 경우에 대해 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니며, 고정 접점 지지 절연 기판(105)을 생략하고, 금속 각통체(104)와 하단을 개방한 통형의 절연 통체와 그 하면을 덮는 절연 바닥판으로 구성할 수 있다.

또한, 접점 기구(101)도 상기 실시형태의 구성에 한정되는 것은 아니며, 임의의 구성의 접점 기구를 적용할 수 있다.

예컨대, 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 지지 도체부(114)에 C자형부(115)에 있어서의 상판부(116)를 생략한 형상이 되는 L자형부(160)를 연결하도록 해도 좋다. 이 경우라도, 고정 접촉자(111 및 112)에 가동 접촉자(130)를 접촉시킨 폐극 상태에서, L자형부(160)의 수직판부를 흐르는 전류에 의해 발생하는 자속을 고정 접촉자(111 및 112)와 가동 접촉자(130)의 접촉부에 작용시킬 수 있다. 이 때문에, 고정 접촉자(111 및 112)와 가동 접촉자(130)의 접촉부에 있어서의 자속 밀도를 높여 전자기 반발력에 대항하는 로렌츠 힘을 발생시킬 수 있다.

또한, 도 10의 (a) 및 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 오목부(132)를 생략하여 평판형으로 형성하도록 해도 좋다.

또한, 상기 제1 내지 제4 실시형태에서는, 가동 플런저(215)에 연결축(131)을 나사 결합시키는 경우에 대해 설명하였으나, 나사 결합에 한하지 않고, 임의의 접속 방법을 적용할 수 있으며, 나아가서는 가동 플런저(215)와 연결축(131)을 일체로 형성하도록 해도 좋다.

또한, 연결축(131)과 가동 접촉자(130)의 연결이, 연결축(131)의 선단부에 플랜지부(131a)를 형성하고, 접촉 스프링(134) 및 가동 접촉자(130)를 삽입 관통하고 나서 가동 접촉자(130)의 하단을 C링으로 고정하는 경우에 대해 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 연결축(131)의 C링 위치에 반경 방향으로 돌출하는 위치 결정 대직경부를 형성하고, 이것에 가동 접촉자(130)를 접촉시키고 나서 접촉 스프링(134)을 배치하며, 이 접촉 스프링(134)의 상단을 C링에 의해 고정하도록 해도 좋다.

또한, 전자석 유닛(200)에 대해서도, 상기 구성에 한정되는 것은 아니며, 임의의 구성의 전자석 유닛을 적용할 수 있고, 요컨대 가동 접촉자(130)를 고정 접촉자(111 및 112)에 대해 접촉 및 분리 가능하게 구동할 수 있으면 되는 것이다.

또한, 상기 제1 내지 제4 실시형태에서는, 접점 수납 케이스(102) 및 캡(230)으로 밀봉 용기를 구성하고, 이 밀봉 용기 내에 가스를 봉입하는 경우에 대해 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니며, 차단하는 전류가 낮은 경우에는 가스 봉입을 생략하도록 해도 좋다.

10: 전자기 접촉기 100: 접점 장치
101: 접점 기구 102: 접점 수납 케이스
104: 금속 각통체 105: 고정 접점 지지 절연 기판
111, 112: 고정 접촉자 114: 지지 도체부
115: C자형부 121: 절연 커버
130: 가동 접촉자 130a: 접점부
131: 연결축 134: 접촉 스프링
140: 절연 통체 141, 142: 자석 수납 포켓
143, 144: 아크 소호용 영구 자석 145, 146: 아크 소호실
147: 수지 성형재 148: 열전도율 필러
149: 고열전도율판 150: 고열전도율 통체
151: 아크 200: 전자석 유닛
201: 자기 요크 203: 원통형 보조 요크
204: 스풀 208: 여자 코일
210: 상부 자기 요크 214: 복귀 스프링
215: 가동 플런저

Claims

절연성을 갖는 접점 수납 케이스 내에 미리 정해진 간격을 유지하여 배치된 한 쌍의 고정 접촉자에 대해 가동 접촉자를 접촉 및 분리 가능하게 배치하고, 한 쌍의 고정 접촉자의 접점과 가동 접촉자의 접점의 접촉 위치에 아크 소호실(消弧室)을 형성하며,
상기 아크 소호실의 적어도 아크와 접촉하는 내벽면측을 합성 수지 성형재보다 높은 열전도율을 갖는 고열전도성재(high thermal conductivity material)로 형성한 것을 특징으로 하는 전자기 접촉기.
제1항에 있어서, 상기 고열전도성재는, 알루미나 세라믹스, 질화알루미늄, 질화붕소 중 어느 하나를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기 접촉기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고열전도성재는, 합성 수지 성형재의 내면에 인서트 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기 접촉기.
제1항에 있어서, 상기 아크 소호실은 열전도 필러를 혼입시킨 합성 수지 성형재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기 접촉기.
제4항에 있어서, 상기 열전도 필러는, 알루미나 세라믹스, 질화알루미늄, 철, 알루미늄, 구리 중 어느 하나를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기 접촉기.
제1항에 있어서, 상기 아크 소호실의 내표면에 합성 수지 성형재보다 높은 열전도율을 갖는 금속 열전도재를 배치한 것을 특징으로 하는 전자기 접촉기.
제6항에 있어서, 상기 금속 열전도재는, 합성 수지 성형재의 내면에 인서트 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기 접촉기.
제6항에 있어서, 상기 금속 열전도재는, 합성 수지 성형재의 내면을 덮도록 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기 접촉기.
제6항에 있어서, 상기 금속 열전도재는, 합성 수지 성형재의 내면에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기 접촉기.