TWI484519B - 電磁開關器 - Google Patents

Description

電磁開關器

本發明係關於具有接點用來進行電流之開關之電磁開關器。

在電磁開關器中，當電流之切斷時，在固定接點和可動接點之間會產生電弧(arc)。電弧會使兩接點熔融，會對電磁開關器之壽命造成直接影響。因此，希望開發有可以將所發生之電弧快速消弧之長接點壽命之電磁開關器。

為著達成提高消弧性能之目的，在專利文獻1、2所揭示之技術是在殼體內，設置延伸到可動接觸件背面之電弧流道(arc runner)，利用電磁力將電弧吸引到電弧流道，使其延伸用來對電弧進行消弧。

[先前技術文獻] (專利文獻)

專利文獻1：日本發明專利第3262881號公報

專利文獻2：日本實開昭59-115542號公報

為著提高電磁開關器之消弧性能，設置延伸到可動接觸件背面之電弧流道，利用電磁力吸引電弧，但是電弧會有離開電弧流 道移動到相鄰之相，發生相間短路之問題。

本發明是針對上述問題而研發成者，其目的是獲得可以防止相間短路，且高消弧性能之電磁開關器。

為著解決上述問題以達成目的，本發明是一種電磁開關器，依照操作線圈之激磁、消磁使可動接點和固定接點接離，具有：固定鐵心，被固定在框體；可動鐵心，與固定鐵心對向配置；跳脫彈簧(separating spring)，在使可動鐵心朝離開固定鐵心之方向賦勢；操作線圈(operating coil)，設置在固定鐵心之周圍，在激磁時產生電磁力，用來抵抗跳脫彈簧之彈力而將可動鐵心吸著到固定鐵心；交叉桿(cross bar)，設置有複數個在兩端部設有一對可動接點之棒狀可動接觸件，並安裝有可動鐵心而與可動鐵心一起移動；和複數個固定接觸件，設有與可動接點對應之固定接點，且配置成為使該固定接點位於可動接點之下方；並具備有電弧流道，具有從可動接觸件之寬度方向覆蓋可動接點和固定接點之一對側板，從可動接觸件之長度方向覆蓋可動接點和固定接點之背板，和從上方覆蓋可動接點和固定接點之頂板，且由磁性材料形成，並在可動接點和固定接點互相離開時，將在可動接點和固定接點之間產生之電弧導引到可動接觸件之上方；而且電弧流道在頂板之中央部具有頂板洞，其流路面積大於形成在側板和頂板之間之間隙。

本發明之電磁開關器具有不會發生相間短路，可以提高消弧性能之效果。

1‧‧‧框體

1a‧‧‧安裝台

1b‧‧‧基座

2‧‧‧固定鐵心

3‧‧‧可動鐵心

4‧‧‧操作線圈

5‧‧‧交叉桿

6‧‧‧可動接觸件

7‧‧‧按壓彈簧

8‧‧‧固定接觸件

11‧‧‧電弧蓋

20‧‧‧可動接點

21‧‧‧固定接點

31‧‧‧跳脫彈簧

32‧‧‧矩形窗

35‧‧‧電弧流道

35a‧‧‧電弧流道頂板

35b、35c‧‧‧電弧流道側板

35d‧‧‧電弧流道背板

35e‧‧‧頂板洞

35f、35g‧‧‧頂板-側板間間隙

35h‧‧‧背板洞

35i‧‧‧前端部

35j‧‧‧頂板-背板洞

40‧‧‧相間壁

41‧‧‧相間壁間隙

100‧‧‧電磁開關器

第1圖是剖視圖，用來顯示本發明之電磁開關器之實施形態1之構成。

第2圖是電弧流道之立體圖。

第3圖示意地顯示將電弧蓋(arc cover)拆卸後之狀態之電磁開關器。

第4圖是將電弧蓋拆卸後之狀態之電磁開關器之剖視圖。

第5圖是電磁開關器之部分剖視圖。

第6圖是立體圖，用來顯示本發明之電磁開關器之實施形態2。

第7(a)及(b)圖是立體圖，用來顯示本發明之電磁開關器之實施形態3。

第8圖是實施形態3之電磁開關器之部分剖視圖。

第9圖是立體圖，用來顯示本發明之電磁開關器之實施形態4。

第10圖是立體圖，用來顯示本發明之電磁開關器之實施形態5。

第11圖是實施形態5之電磁開關器之部分剖視圖。

第12圖是立體圖，用來顯示本發明之電磁開關器之實施形態6。

以下根據圖式來詳細地說明本發明之電磁開關器之實施形態。另外，不以本實施形態來限制本發明。

實施形態1

第1圖是剖視圖，用來顯示本發明之電磁開關器之實施形態1之構成。在以絕緣材料形成之安裝台1a固定有經由疊層矽鋼板(silicon steel plate)形成之固定鐵心2。在以相同絕緣材料形成之基座(base)1b安裝有固定接觸件8。安裝台1a和基座1b形成為框體1。可動鐵心3是疊層與固定鐵心2相同之矽鋼板之鐵心。可動鐵心3和固定鐵心2被配置成為互相面對。操作線圈4係在激磁時，產生抵抗跳脫彈簧31之彈力，而使吸著固定鐵心2和可動鐵心3之驅動力。設有矩形窗32之交叉桿5由絕緣材料形成，以其下端保持可動鐵心3。

可動接觸件6係為棒狀，插入到交叉桿5之矩形窗32，利用按壓彈簧(pressing spring)7保持。固定接觸件8設置成為面對可動接觸件6，當兩者接觸時成為有電流流動之狀態。可動接觸件6和固定接觸件8設有3組用以對應到3相交流之各相。在可動接觸件6一對之可動接點20分開地接合在兩端側，在固定接觸件8接合有固定接點21。端子螺絲(terminal screw)9用來將電磁開關器100連接到外部電路。

在電磁開關器100當使可動接點20和固定接點21成為開路時，在接點間會產生電弧。電弧蓋11設置成為覆蓋在電磁開關器100之上面，用來防止電弧被排出到外部。電弧流道35在可動接點20和固定接點21互相離開時，用來吸引在可動接點20和固定接點21之間產生之電弧，將其導引到可動接觸件6上方，進行擴伸用來消弧。電弧流道35被固定在基座1b或電弧蓋11，成為包圍可動接點20和固定接點21，其一部分覆蓋在可動接觸件6之背面。

第2圖是電弧流道之立體圖。電弧流道35具有：電弧流道頂板35a，從上方覆蓋可動接觸件6及可動接點20和固定接點21；電弧流道側板35b，35c，從可動接觸件6之寬度方向覆蓋可動接點20和固定接點21：和電弧流道背板35d，從可動接觸件6之長度方向覆蓋可動接點20和固定接點21。電弧流道背板35d和電弧流道側板35b，35c實體地連接，電弧流道頂板35a和電弧流道背板35d亦實體地連接。

在電弧流道頂板35a，於電弧流道頂板35a之中央部設有頂板洞35e。頂板洞35e之面積被設定成為大於由電弧流道側板35c和電弧流道頂板35a構成之間隙(頂板-側板間隙35f，35g)之面積之合計值。在第2圖中頂板洞35e之形狀為圓形，但是亦可以為矩形、橢圓形等之形狀。在電弧流道背板35d設有背板洞35h，在第2圖中背板洞35h之形狀為矩形，但是亦可以為圓形、橢圓形等之形狀。

電弧流道35為著吸引電弧，所以使用具有磁性之材料製作。在本實施形態中成為由強磁性體(例如，施加過鐵、或鎳(nickel)、銅、錫(tin)、鋅等之鍍覆之鐵)構成者。

第3圖示意地顯示將電弧蓋拆卸後之狀態之電磁開關器。相間壁40設置成為在與交叉桿5正交之方向，用來區隔各個相，在產生電弧時用來防止電弧在相鄰之相移動造成相間短路。電弧流道35被設置在6個位置成為與可動接點20和固定接點21之對偶對應。第3圖中之虛線箭頭表示可動鐵心3從固定鐵心2離開時之空氣之流動，被電弧流道35包圍之部分之空氣從頂板洞35e朝向電弧流道35之外流出。該空氣之流動將於後段進行說明。

第4圖是將電弧蓋拆卸後之狀態之電磁開關器之剖視圖，用來顯示沿著第3圖之IV-IV線之剖面。在相間壁40和電弧蓋11之間產生有相間壁間隙41。第4圖中之虛線箭頭表示可動鐵心3從固定鐵心2離開時之空氣之流動，被電弧流道35包圍之部分之空氣從頂板洞35e朝向電弧流道35之外流出。該空氣之流出將於後段進行說明。

其次說明其動作。當激磁操作線圈4時，可動鐵心3抵抗跳脫彈簧31被吸引到固定鐵心2。隨著該吸引，交叉桿5、可動接觸件6進行移動，可動接點20接觸在固定接點21。在可動接點20接觸在固定接點21之後，可動鐵心3、交叉桿5繼續移動，但是因為可動接點20已接觸在固定接點21，所以可動接觸件6之移動被限制，按壓彈簧7收縮。可動接點20和固定接點21被加壓，減小接點間之接觸電阻地使電流流動。

當使操作線圈4消磁時，利用跳脫彈簧31使可動鐵心3離開固定鐵心2。隨著該動作，交叉桿5亦移動到上方，固定接點21和可動接點20進行離開。這時，在兩個接點間產生電弧。第5圖是電磁開關器之部分剖視圖。兩個接點在離開之當初，電弧產生在a之位置。因為電弧為電流所以產生磁場。電弧流道35由強磁性體構成，電弧流道側板35b和電弧流道背板35d，電弧流道側板35c和電弧流道背板35d分別實體地連接。因此，通過電弧流道側板35b，電弧流道背板35d，電弧流道側板35c之磁通密度增加，對電弧施加大電磁力，使電弧之位置進行a→b→c→d→e之變化。

另外，由於在電弧流道背板35d設有背板洞35h，因此在洞之厚度方向之角部電場變強時，也是成為電弧容易從a之位置移動 到b、c之位置的主要原因。

當電弧從a之位置移動到b之位置時，電弧被分斷，分斷之電弧之位置進行f→g之移動。電弧從接點間以此方式移動，所以電弧被擴伸、冷卻、分斷。由於電弧被擴伸.冷卻，所以電弧電壓變高。另外，由於電弧被分斷，陰極電壓降或陽極電壓降之產生點(point)增加，使電弧電壓更變高。因此，使電弧成為容易消弧。另外，因為電弧不會滯留在可動接點20或固定接點21，所以可以抑制接點之消耗。

由於電弧之產生，周圍之空氣會被加熱而膨脹。假如沒有大導流面積之頂板洞35e，則空氣從頂板-側板間間隙35f，35g流出。電弧除了被電磁力驅動外亦受空氣之流動之影響。因此，隨著空氣之從頂板-側板間間隙35f，35g流出，電弧亦從頂板-側板間間隙35f，35g流出。流出之電弧通過相間壁間隙41，移動到相鄰之相，成為產生相間短路之原因。

在有延伸到可動接觸件背面之電弧流道之情況時，由於將電弧擴伸、冷卻、分斷，所以可以提高消弧性能，但是由於上述之理由，會有電弧離開電弧流道移動到相鄰之相因而產生相間短路之問題。其原因是電弧受到空氣流動之影響。

在本實施形態中，因為設有流路面積比頂板-側板間間隙35f，35g之流路面積之合計值大之頂板洞35e，所以膨脹之空氣從大流路面積之頂板洞35e流出。從頂板洞35e流出之空氣，如第3圖之虛線箭頭所示地流動，被排出到外部。隨著空氣之從頂板洞35e流出，電弧亦有可能從頂板洞35e流出。但是，頂板洞35e被設在電弧流道頂板35a之中央部，所以電弧不會移動到相鄰之 相。因此，不會產生相間短路。即使隨著空氣之流動使電弧移動亦會被電弧蓋11中斷，所以電弧不會被排出到外部。

依照上述方式之本實施形態時，不會產生相間短路，經由對電弧更進一層地擴伸、冷卻，可以提高消弧性能。

實施形態2

第6圖是立體圖，用來顯示本發明之電磁開關器之實施形態2。其與實施形態1之不同在於在電弧流道背板35d未設有背板洞。至於其他之部分與實施形態1相同。

在本實施形態中不會有背板洞之角部之電場增加，但是與實施形態1同樣地利用電磁力使電弧移動，將電弧擴伸、冷卻、分斷，可以提高消弧性能。

在本實施形態中，亦不會產生相間短路而能提高消弧性能。

實施形態3

第7圖是立體圖，用來顯示本發明之電磁開關器之實施形態3，第7圖(a)表示從正面側看到之狀態(從第7圖(b)之箭頭VIIa方向看到之狀態)，第7圖(b)顯示從背面側看到之狀態(從第7圖(a)之箭頭VIIb方向看到之狀態)。其與實施形態1之不同在於未設有頂板-側板間間隙，電弧流道側板35b和電弧流道背板35d，電弧流道側板35c和電弧流道背板35d不實體地連接。至於其他之部分與實施形態1相同。

由於電弧流道側板35b、35c與電弧流道背板35d不實體地連接，所以電弧流道側板35b，電弧流道背板35d，電弧流道側板35c之間之磁通密度會稍微降低，施加在電弧之電磁力若與實施形態1比較會稍微降低，但是具有足以使電弧移動的電磁力。因此， 利用電弧之移動使電弧擴伸、冷卻、分斷，可以提高消弧性能。

第8圖是實施形態3之電磁開關器之部分剖視圖。第8圖中之虛線箭頭顯示可動鐵心3離開固定鐵心2時之空氣之流動。由於未設有頂板-側板間間隙，所以電弧產生時膨脹之空氣從背板洞35h流出，完全不會從電弧流道頂板35a的部分流出。因此，由於電弧產生之膨脹之空氣，完全不會通過相間間隙到達相鄰之相。因此，可以完全防止由於空氣之流動之影響使電弧移動到相鄰之相因而產生相間短路。

如此依照本實施形態時，可以完全防止產生相間短路，可以提高消弧性能。

另外，在本實施形態中之實例是考慮到使製作容易，使電弧流道側板35b、35c與電弧流道背板35d不實體連接之構成例，但是亦可以利用銅銲連接、銲接、熔接等之手法使電弧流道側板35b、35c與電弧流道背板35d實體連接，可以完全防止相間短路之產生，和在消弧性能上可以獲得同等以上之效果。

實施形態4

第9圖是立體圖，用來顯示本發明之電磁開關器之實施形態4。其與實施形態1之不同在於未設有電弧流道背板。

當與實施形態1比較時磁通密度雖較小，但利用電弧流道側板35b，35c使磁通密度增加，也可以與實施形態1同樣地使電弧移動。因此，利用電弧之移動使電弧擴伸、冷卻、分斷，可以提高消弧性能。

在本實施形態中，經由去除頂板-側板間間隙，可以完全去除因電弧而膨脹之空氣通過相間間隙到達相鄰之相。因此，可以 完全防止受空氣之流動影響電弧移動到相鄰之相因而產生相間短路。

如此依照本實施形態時，可以完全防止相間短路之產生，可以提高消弧性能。

實施形態5

第10圖是立體圖，用來顯示本發明之電磁開關器之實施形態5。第11圖是實施形態5的電磁開關器之部分剖面圖。其與實施形態1之不同在於使電弧流道頂板35a之前端部(遠離電弧流道背板35d之側之端部)35i彎曲到可動接觸件6側。利用此種方式，電弧流道頂板35a與可動接觸件6之距離成為在前端部35i之部分之距離，比前端部35i以外之部分之距離小。因此，電弧從第11圖之a移動到d之後，d→e之移動變為容易。因此，利用電弧之移動使電弧擴伸、冷卻、分斷，可以提高消弧性能。

另外，使由於電弧之熱而膨脹之空氣從頂板洞35e流出，用來使電弧不會移動到相鄰之相，可以防止相間短路。

在本實施形態中，也不會產生相間短路，可以提高消弧性能。

實施形態6

第12圖是立體圖，用來顯示本發明之電磁開關器之實施形態6。其與實施形態1之不同在於使設在電弧流道背板35d之背板洞和設在電弧流道頂板35a之頂板洞一體化，成為頂板-背板洞35j。換言之，以到達背板之方式形成頂板洞，成為頂板-背板洞35j。頂板-背板洞35j之流路面積大於頂板-側板間隙35f，35g之流路面積之合計值。

在本實施形態中，亦是與實施形態1同樣地利用電磁力使電 弧移動，使電弧擴伸、冷卻、分斷可以提高消弧性能。

在本實施形態中，因為設有大流路面積之頂板-背板洞35j，所以膨脹之空氣從大流路面積之頂板-背板洞35j流出。隨著空氣之從頂板-背板洞35j之流出，電弧亦有可能從頂板-背板洞35j流出，但是因為頂板-背板洞35j設在電弧流道頂板35a和電弧流道背板35d之中央部，所以從頂板-背板洞35j流出之電弧不會移動到相鄰之相。因此，不會產生相間短路。

在本實施形態中，亦是不會產生相間短路，可以提高消弧性能。

(產業上之可利用性)

如上述，本發明之電磁開關器其有用之點是不會產生相間短路，可以提高消弧性能。

35‧‧‧電弧流道

35a‧‧‧電弧流道頂板

35b、35c‧‧‧電弧流道側板

35d‧‧‧電弧流道背板

35e‧‧‧頂板洞

35f、35g‧‧‧頂板-側板間間隙

35h‧‧‧背板洞

Claims (7)

1. 一種電磁開關器，依照下述操作線圈之激磁、消磁使下述可動接點和下述固定接點接離，具有：固定鐵心，被固定在框體；可動鐵心，與上述固定鐵心對向配置；跳脫彈簧，在使上述可動鐵心朝離開上述固定鐵心之方向賦勢；操作線圈，設置在上述固定鐵心之周圍，在激磁時產生電磁力，用來抵抗上述跳脫彈簧之彈力而將上述可動鐵心吸著到上述固定鐵心；交叉桿，設置有複數個在兩端部設有一對之可動接點之棒狀之可動接觸件，並安裝有上述可動鐵心而與上述可動鐵心一起移動；和複數個固定接觸件，設有與上述可動接點對應之固定接點，且配置成為使該固定接點位於上述可動接點之下方；並具備有電弧流道，具有從上述可動接觸件之寬度方向覆蓋上述可動接點和上述固定接點之一對之側板，從上述可動接觸件之長度方向覆蓋上述可動接點和上述固定接點之背板，和從上方覆蓋上述可動接點和上述固定接點之頂板，且由磁性材料形成，並在上述可動接點和上述固定接點互相離開時，將在上述可動接點和上述固定接點之間產生之電弧導引到上述可動接觸件之上方；而且上述電弧流道在上述頂板之中央部具有頂板洞，其流路面積大於形成在上述側板和上述頂板之間之間隙。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電磁開關器，其中，上述側板和上述背板互相連接。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電磁開關器，其中，上述頂板洞形成為到達上述背板。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電磁開關器，其中，上述頂板之遠離上述背板之側之端部被彎曲到上述可動接觸件側。
5. 一種電磁開關器，依照下述操作線圈之激磁、消磁使下述可動接點和下述固定接點接離，具有：固定鐵心，被固定在框體；可動鐵心，與上述固定鐵心對向配置；跳脫彈簧，在使上述可動鐵心朝離開上述固定鐵心之方向賦勢；操作線圈，設置在上述固定鐵心之周圍，在激磁時產生電磁力，用來抵抗上述跳脫彈簧之彈力而將上述可動鐵心吸著到上述固定鐵心；交叉桿，設置有複數個在兩端部設有一對可動接點之棒狀之可動接觸件，並安裝有上述可動鐵心而與上述可動鐵心一起移動；和複數個固定接觸件，設有與上述可動接點對應之固定接點，且配置成為使該固定接點位於上述可動接點之下方；並具備有電弧流道，具有從上述可動接觸件之寬度方向覆蓋上述可動接點和上述固定接點之一對側板，從上述可動接觸件之長度方向覆蓋上述可動接點和上述固定接點之背板，和從 上方覆蓋上述可動接點和上述固定接點之頂板，且由磁性材料形成，並在上述可動接點和上述固定接點互相離開時，將在上述可動接點和上述固定接點之間產生之電弧導引到上述可動接觸件之上方；而且上述電弧流道之上述頂板和上述側板係無間隙地互相連接。
6. 一種電磁開關器，依照下述操作線圈之激磁、消磁使下述可動接點和下述固定接點接離，具有：固定鐵心，被固定在框體；可動鐵心，與上述固定鐵心對向配置；跳脫彈簧，在使上述可動鐵心朝離開上述固定鐵心之方向賦勢；操作線圈，設置在上述固定鐵心之周圍，在激磁時產生電磁力，用來抵抗上述跳脫彈簧之彈力而將上述可動鐵心吸著到上述固定鐵心；交叉桿，設置有複數個在兩端部設有一對可動接點之棒狀之可動接觸件，並安裝有上述可動鐵心而與上述可動鐵心一起移動；和複數個固定接觸件，設有與上述可動接點對應之固定接點，且配置成為使該固定接點位於上述可動接點之下方；並具備有電弧流道，具有從上述可動接觸件之寬度方向覆蓋上述可動接點和上述固定接點之一對側板，和從上方覆蓋上述可動接點和上述固定接點之頂板，且由磁性材料形成，並在上述可動接點和上述固定接點互相離開時，將在上述可動接點 和上述固定接點之間產生之電弧導引到上述可動接觸件之上方；而且上述電弧流道之上述頂板和上述側板係無間隙地互相連接。
7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述之電磁開關器，其中，上述電弧流道由強磁性體形成。