DE102012000285A1

DE102012000285A1 - Magnetische Schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE102012000285A1
Application number: DE102012000285A
Authority: DE
Inventors: Yuji Shiba; Hiroyuki Tachikawa; Masaru Isozaki
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd; Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2012-08-30
Also published as: JP5710984B2; CN102592891A; US20120175344A1; JP2012146526A; US8901445B2; FR2970372A1

Abstract

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine magnetische Schaltvorrichtung bzw. einen Unterbrecher zur Verfügung zu stellen, der eine verringerte Gesamtgröße bei einer größeren Gesamtlänge der Lichtbögen hat, die sich beim Unterbrechen einer hohen Versorgungsspannung ausdehnen. Der erfindungsgemäße magnetische Unterbrecher weist Folgendes auf: einen Festkontakt 5 mit einem ersten und einem zweiten Festkontaktstück 7 und 8, die jeweils aus einem Festkontaktteil 13 und einem Festanschlussteil 12 bestehen, der mit einem Netzanschluss verbunden ist, und mit einem dritten Festkontaktstück 9, das zwischen dem ersten und dem zweiten Festkontaktstück 7 und 8 angeordnet ist und zwei Festkontaktteile 15 und 16 hat; ein Kontaktstützgehäuse 4, das den Festkontakt 5 abstützt, wobei die Festanschlussteile 12 des ersten und des zweiten Festkontaktstücks 7 und 8 aus dem Kontaktstützgehäuse 4 herausragen; einen beweglichen Kontakt 6 mit einem ersten beweglichen Kontaktstück 21, das in Kontakt mit den Festkontaktteilen 13 und 15 des ersten bzw. dritten Festkontaktstücks 7 bzw. 9 kommen kann und von diesen getrennt werden kann, und mit einem zweiten beweglichen Kontaktstück 22, das in Kontakt mit den Festkontaktteilen 13 und 16 des zweiten bzw. dritten Festkontaktstücks 8 bzw. 9 kommen kann und von diesen getrennt werden kann, sowie mit einem Isolierkörper 23, der das erste und das zweite bewegliche Kontaktstück 21 und 22 festhält, wobei der bewegliche Kontakt 6 in dem Kontaktstützgehäuse 4 installiert ist; und einen Antriebsmechanismus 3, der den beweglichen Kontakt 6 so antreibt, dass er in Kontakt mit dem Festkontakt 5 kommt und von diesem getrennt wird.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-004177 , die am 12.01.2011 eingereicht wurde und deren Inhalt hiermit im Rahmen dieser Anmeldung vollumfänglich als geoffenbart gilt, und beansprucht deren Priorität.
Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine in einen Strompfad integrierte magnetische Schaltvorrichtung bzw. einen Unterbrecher mit einem Festkontakt und einem beweglichen Kontakt und insbesondere eine magnetische Schaltvorrichtung bzw. einen Unterbrecher, der das Löschen eines Lichtbogens ermöglicht, der beim Trennen des beweglichen Kontakts von dem Festkontakt, das heißt, bei einer Stromunterbrechung, erzeugt wird.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Magnetische Unterbrecher (Schaltvorrichtungen) sind in Hochspannungs-Gleichstrom-Energieversorgungsschaltungen zur Verwendung in Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen und dergleichen installiert. Ein Beispiel eines herkömmlichen magnetischen Unterbrechers, ein magnetischer Tauchkern-Unterbrecher, der im Patentdokument 1 beschrieben ist, weist Folgendes auf, wie in den 9 und 10 gezeigt ist: ein Paar Festkontakte 101 und 102, die mit einem vorgegebenen Abstand voneinander in einem Gehäuse 100 angeordnet sind; bewegliche Kontakte 103 und 104, die gegenüber den Festkontakten 101 und 102 angeordnet sind und eine Schließ- und Öffnungsbewegung in Bezug auf die Festkontakte gestatten; einen Kontakthalter 105, der das Paar bewegliche Kontakte an deren beiden Enden festhält; und ein Paar Lichtbogen-Löschmittel 106 und 107 zum Löschen der Lichtbögen, die in den Kontaktöffnungen zwischen dem Paar Festkontakte 101 und 102 und dem Paar bewegliche Kontakte 103 und 104 entstehen. Die Lichtbogen-Löschmittel 106 und 107 bestehen jeweils aus einem Paar Permanentmagnete, deren Magnetpolflächen, die über die Kontaktöffnung einander gegenüberliegen, entgegengesetzte Polaritäten haben.
Das Prinzip des Lichtbogenlöschens bei diesem Beispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 10 bis 13 beschrieben. Im stromführenden Zustand hat der bewegliche Kontakthalter 105 die beweglichen Kontakte 103 und 104 in Kontakt mit den Festkontakten 101 und 102 gebracht, sodass ein elektrischer Strom von dem Festkontakt 101 über die beweglichen Kontakte 103 und 104 zu dem Festkontakt 102 fließen kann. Im Stromunterbrechungszustand wird der bewegliche Kontakthalter 105 durch Solenoidspulen (in den Figuren nicht dargestellt) nach oben bewegt, um die beweglichen Kontakte 103 und 104 von den Festkontakten 101 und 102 zu trennen. Wenn der stromführende Zustand in den Stromunterbrechungszustand übergeht, entsteht in den Öffnungen zwischen den Festkontakten 101 und 102 und den beweglichen Kontakten 103 und 104 ein Lichtbogen 108, wie in 11 gezeigt ist.
Wie in 12 gezeigt ist, sind die Lichtbogen-Löschmittel 106 und 107 so angeordnet, dass der magnetische Fluss Φ senkrecht zu dem Lichtbogen 108 und ebenfalls senkrecht zu dem Blatt von 12 erzeugt wird. Der magnetische Fluss Φ bringt eine elektromagnetische Kraft, die Lorentz-Kraft, auf den Lichtbogen 108 auf und bewegt, wie in 12 gezeigt ist, den Lichtbogen 108 zu den beiden äußeren Enden in die Richtung der Anordnung der Festkontakte 101 und 102 gemäß der Linke-Hand-Regel von Fleming, die den Richtungen des magnetischen Flusses und des Lichtbogenstroms entspricht. Somit werden die Lichtbögen 108, 108 zu den in 9 dargestellten Lichtbogen-Löschräumen 109, 109 gedehnt, die an beiden Enden in der Richtung der Anordnung der Festkontakte 101 und 102 vorgesehen sind, um dort gelöscht zu werden.
Wenn der Strom in der umgekehrten Richtung fließt, das heißt, von dem Festkontakt 102 über die beweglichen Kontakte 104, 103 zu dem Festkontakt 101, wie es in 13 gezeigt ist, werden der Lichtbogen 108, der zwischen dem Festkontakt 101 und dem beweglichen Kontakt 103 erzeugt wird, und der Lichtbogen 108, der zwischen dem Festkontakt 102 und dem beweglichen Kontakt 104 erzeugt wird, nach innen in die Richtung der Anordnung der Festkontakte 101 und 102 gedehnt, um dort gelöscht zu werden.
Die Stromunterbrechung bei dem herkömmlichen Beispiel, das im Patentdokument 1 beschrieben ist, erfolgt durch Erhöhen der Lichtbogenspannung über die Versorgungsspannung hinaus infolge der gedehnten Lichtbögen. Die Lichtbogenspannung wird von dem Produkt aus dem elektrischen Feld des Lichtbogens und der Lichtbogenlänge bestimmt. Daher erfordert eine Unterbrechung bei einer hohen Versorgungsspannung ein stärkeres elektrisches Lichtbogenfeld oder eine größere Lichtbogenlänge.
Die Größe des elektrischen Lichtbogenfelds in einer Gas-Umgebung wird von der Art und dem Druck des Gases bestimmt. Das elektrische Lichtbogenfeld kann in der Regel durch Erhöhen des Gasdrucks oder durch Verwenden eines Gases verstärkt werden, das ein starkes elektrisches Lichtbogenfeld zeigt, wie etwa Wasserstoff. Der hohe Gasdruck erfordert jedoch, dass der Behälter luftdicht und verstärkt sein muss, was das Problem zur Folge hat, dass der Behälter größer wird. Bei der Verwendung eines Gases mit einem starken elektrischen Lichtbogenfeld, wie etwa Wasserstoff, wird auf Grund einer verschlechterten Durchschlagspannung eines solchen Gases eine größere Öffnung zwischen den Kontakten im geöffneten Zustand benötigt, was zu dem weiteren Problem einer größeren Solenoidspule zum Antreiben des beweglichen Kontakthalters führt.
Die Vergrößerung der Lichtbogenlänge macht es andererseits erforderlich, einen solchen Lichtbogenraum vorzusehen, der eine große Lichtbogenlänge gewährleistet, was wiederum zu dem Problem eines größeren Gehäuses führt.
Um diese ungelösten Probleme anzugehen, wird in dem Patentdokument 2 ein elektromagnetisches Relais beschrieben, bei dem ein Paar magnetische Lichtbogen-Löschteile so angeordnet ist, dass sich die gegenüberliegenden Flächen mit unterschiedlicher Polarität an Stellen der beiden äußeren Enden einer Reihe von Festkontakten befinden, und Lichtbogen-Löschräume zum Dehnen der Lichtbögen durch die Lorentz-Kraft vorgesehen sind, die auf Grund des magnetischen Flusses von den magnetischen Lichtbogen-Löschteilen auf beiden Seiten jedes magnetischen Lichtbogen-Löschteils entsteht, wobei sich die beiden Seiten in den Richtungen senkrecht zu der Richtung der Reihe von Festkontakten und ebenfalls senkrecht zu der Richtung der Öffnungs-/Schließbewegung der Fest- und beweglichen Kontakte befinden.
Patentdokumente 1 und 2:

Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. H07-235248 (1995)
Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2008-226547

Das herkömmliche Beispiel, das im Patentdokument 2 beschrieben ist, hat immer noch das Problem der größeren Abmessung in der Richtung der Anordnung der Festkontakte, da die magnetischen Lichtbogen-Löschteile an Stellen der beiden äußeren Enden der Reihe von Festkontakten angeordnet sind. Das elektromagnetische Relais des Patentdokuments 2 verhindert eine Überlagerung von Lichtbögen unabhängig von der Fließrichtung des Stroms, da Lichtbogen-Löschräume auf beiden Seiten des magnetischen Lichtbogen-Löschteils in der Richtung senkrecht zu der Anordnung der Festkontakte angeordnet sind. Bei der Konfiguration in diesem herkömmlichen Beispiel muss jedoch die Breite in der Richtung senkrecht zu der Anordnung der Festkontakte vergrößert werden, um zu gewährleisten, dass der Lichtbogen die notwendige Länge hat, um den Lichtbogen so zu dehnen, dass eine hohe Versorgungsspannung unterbrochen wird. Somit erfüllt auch dieses herkömmliche Beispiel nicht die Forderung nach einer Verkleinerung des magnetischen Unterbrechers, sodass ein ungelöstes Problem zurückbleibt.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der vorstehend dargelegten ungelösten Probleme realisiert worden, und Ziel der Erfindung ist es, einen magnetischen Unterbrecher zur Verfügung zu stellen, bei dem einer Verkleinerung erreicht wird und gleichzeitig die für einen gedehnten Lichtbogen erforderliche Lichtbogenlänge auch bei einer Unterbrechung einer hohen Versorgungsspannung gewährleistet wird.
Um die vorgenannten Ziele zu erreichen, weist ein magnetischer Unterbrecher gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes auf: einen Festkontakt mit einem ersten Festkontaktstück, das aus einem Festkontaktteil und einem Festanschlussteil besteht, der mit einem Netzanschluss verbunden ist, mit einem zweiten Festkontaktstück, das aus einem Festkontaktteil und einem Festanschlussteil besteht, der mit einer Last verbunden ist, und mit einem dritten Festkontaktstück, das zwischen dem ersten Festkontaktstück und dem zweiten Festkontaktstück angeordnet ist und zwei Festkontaktteile hat; ein Kontaktstützgehäuse, das den Festkontakt abstützt, wobei die Festkontaktteile des ersten Festkontaktstücks und des zweiten Festkontaktstücks aus dem Kontaktstützgehäuse herausragen; einen beweglichen Kontakt mit einem ersten beweglichen Kontaktstück, das in Kontakt mit dem Festkontaktteil des ersten Festkontaktstücks und einem der beiden Festkontaktteile des dritten Festkontaktstücks kommen kam und von diesen getrennt werden kann, und mit einem zweiten beweglichen Kontaktstück, das in Kontakt mit dem Festkontaktteil des zweiten Festkontaktstücks und dem anderen Festkontaktteil des dritten Festkontaktstücks kommen kann und von diesen getrennt werden kann, sowie mit einem Isolierkörper, der das erste bewegliche Kontaktstück und das zweite bewegliche Kontaktstück festhält, wobei der bewegliche Kontakt in dem Kontaktstützgehäuse installiert ist; und einen Antriebsmechanismus, der den beweglichen Kontakt so antreibt, dass er in Kontakt mit dem Festkontakt kommt und von diesem getrennt wird.
Bei dieser Gestaltung sind auf der Seite des Netzanschlusses zwei Lichtbogen-Entstehungsstellen an der Stelle des Kontakts zwischen dem Festkontaktteil des ersten Festkontaktstücks und dem ersten beweglichen Kontaktstück und an der Stelle des Kontakts zwischen dem Festkontaktteil des dritten Festkontaktstücks und dem ersten beweglichen Kontaktstück ausgebildet. Gleichzeitig sind auf der Seite des Lastanschlusses zwei Lichtbogen-Entstehungsstellen an der Stelle des Kontakts zwischen dem Festkontaktteil des dritten Festkontaktstücks und dem zweiten beweglichen Kontaktstück und an der Stelle des Kontakts zwischen dem Festkontaktteil des zweiten Festkontaktstücks und dem zweiten beweglichen Kontaktstück ausgebildet. Somit sind insgesamt vier Lichtbogen-Entstehungsstellen vorgesehen.
Darüber hinaus ist ein später beschriebenes Paar magnetische Lichtbogen-Löschteile zum Dehnen des an den Kontaktstellen entstehenden Lichtbogens vorgesehen, die einen magnetischen Fluss in der Längsrichtung, der Richtung der Reihe der Festkontaktstücke, erzeugen. In dem Kontaktstützgehäuse sind Lichtbogen-Löschräume senkrecht zu der Richtung des Lichtbogenstroms und der Richtung des von den magnetischen Lichtbogen-Löschteilen erzeugten magnetischen Flusses ausgebildet.
Auf der Seite des Netzanschlusses wird die Richtung des Stromflusses an der Kontaktstelle zwischen dem ersten Festkontaktstück und dem ersten beweglichen Kontaktstück von der Richtung des Stromflusses an der Kontaktstelle zwischen dem dritten Festkontaktstück und dem ersten beweglichen Kontaktstück umgekehrt. Dadurch werden die Lichtbögen, die an den beiden Kontaktstellen entstanden sind, jeweils in die Rückwärtsrichtung gedehnt. Daher überlagern sich die Lichtbögen nicht, und so können die beiden benachbarten Kontaktstellen mit einem geringen Abstand angeordnet werden. Ebenso können auf der Seite des Lastanschlusses zwei benachbarte Kontaktstellen mit einem geringen Abstand angeordnet werden.
Der netzseitige Anschluss und der lastseitige Anschluss werden jeweils kaum minimiert, da sie ein Innengewinde zum Verbinden mit einem Außenanschluss haben, sodass der Minimierung des Abstands zwischen den Festanschlussteilen und den beiden Anschlüssen eine Beschränkung auferlegt wird.
Bei der vorliegenden Erfindung wird dieser Zwischenraum zwischen den Festkontaktteilen vorteilhaft ausgenutzt und das dritte Festkontaktstück wird in dem Zwischenraum angeordnet. Dadurch wird die Anzahl von Lichtbogen-Entstehungsstellen erhöht und die Gesamtlänge des Lichtbogens wird vergrößert. Daher kann eine höhere Spannung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der gleichen Größe wie der von herkömmlichen Vorrichtungen unterbrochen werden.
Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße magnetische Unterbrecher weiterhin ein Paar magnetische Lichtbogen-Löschteile auf, die einander gegenüberliegend über eine Reihe aus dem ersten, zweiten und dritten Festkontaktstück und dem ersten und zweiten beweglichen Kontaktstück angeordnet sind und einander gegenüberliegende Magnetpolfläche mit der gleichen Polarität haben.
Bei dieser Konfiguration geht der magnetische Fluss von den oder in die gegenüberliegenden Magnetpolflächen des Paars magnetische Lichtbogen-Löschteile über die Lichtbogen-Entstehungsstellen zwischen den Festkontaktteilen der Festkontaktstücke und den beweglichen Kontaktstellen in die Richtung der Reihe der Festkontaktteile. Wie vorstehend dargelegt worden ist, wird auf der Seite des Netzanschlusses die Richtung des Stromflusses an der Kontaktstelle zwischen dem ersten Festkontaktstück und dem ersten beweglichen Kontaktstück von der Richtung des Stromflusses an der Kontaktstelle zwischen dem dritten Festkontaktstück und dem ersten beweglichen Kontaktstück umgekehrt, während die Richtung des magnetischen Flusses an beiden Kontaktstellen gleich ist. Daher wird die Lorentz-Kraft, die auf den Strom an der Kontaktstelle zwischen dem ersten Festkontaktstück und dem ersten beweglichen Kontaktstück aufgebracht wird, zu einem der beiden einander gegenüberliegenden magnetischen Lichtbogen-Löschteile, d. h. der Permanentmagnete, die in der Richtung der Reihe der Festkontaktstücke angeordnet sind, gerichtet, und die Lorentz-Kraft, die auf den Strom an der Kontaktstelle zwischen dem dritten Festkontaktstück und dem ersten beweglichen Kontaktstück aufgebracht wird, wird zu dem anderen Permanentmagneten gerichtet. Somit werden die entstandenen Lichtbögen in entgegengesetzte Richtungen gedehnt und an entsprechenden gegenüberliegenden Zielstellen gelöscht. Ebenso wird auf der Lastseite die Lorentz-Kraft, die auf den Strom an der Kontaktstelle zwischen dem zweiten Festkontaktstück und dem zweiten beweglichen Kontaktstück aufgebracht wird, zu einem der beiden einander gegenüberliegenden Permanentmagnete gerichtet, die in der Richtung der Reihe der Festkontaktstücke angeordnet sind, und die Lorentz-Kraft, die auf den Strom an der Kontaktstelle zwischen dem dritten Festkontaktstück und dem zweiten beweglichen Kontaktstück aufgebracht wird, wird zu dem anderen Permanentmagneten gerichtet. Somit werden die entstandenen Lichtbögen in entgegengesetzte Richtungen gedehnt und an entsprechenden gegenüberliegenden Zielstellen gelöscht. Daher wird die Lichtbogen-Gesamtlänge vergrößert, und es kann eine hohe Spannung unterbrochen werden.
Vorzugsweise sind bei dem erfindungsgemäßen magnetischen Unterbrecher die beiden gegenüberliegenden Magnetpolflächen des Paars magnetische Lichtbogen-Löschteile N-Pole.
Bei dieser Konfiguration geht sowohl auf der Netzseite als auch auf der Lastseite der magnetische Fluss von dem Paar magnetische Lichtbogen-Löschteile durch den mittleren Bereich zwischen dem Paar magnetische Lichtbogen-Löschteile, in dem sich die Lichtbogen-Entstehungsstellen befinden. Dadurch werden die Lorentz-Kräfte auf die entstandenen Lichtbögen in entgegengesetzten Richtungen senkrecht zu der Reihe der Festkontaktstücke jeweils auf der Netzseite und der Lastseite aufgebracht.
Vorzugsweise sind bei dem erfindungsgemäßen magnetischen Unterbrecher die beiden gegenüberliegenden Magnetpolflächen des Paars magnetische Lichtbogen-Löschteile S-Pole.
Bei dieser Konfiguration geht sowohl auf der Netzseite als auch auf der Lastseite der magnetische Fluss von der Rückseite des Paars magnetische Lichtbogen-Löschteile durch den mittleren Bereich zwischen dem Paar magnetische Lichtbogen-Löschteile, in dem sich die Lichtbogen-Entstehungsstellen befinden, und er kehrt dann zu den S-Polen zurück. Dadurch werden die Lorentz-Kräfte auf die entstandenen Lichtbögen in entgegengesetzten Richtungen senkrecht zu der Reihe der Festkontaktstücke jeweils auf der Netzseite und der Lastseite aufgebracht.
Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen magnetischen Unterbrecher das Paar magnetische Lichtbogen-Löschteile an Außenflächen der Seitenwände des Kontaktstützgehäuses angeordnet.
Bei dieser Konfiguration lässt sich das Paar magnetische Lichtbogen-Löschteile problemlos montieren.
Vorzugsweise sind bei dem erfindungsgemäßen magnetischen Unterbrecher die Lichtbogen-Löschräume umschlossen von Innenflächen der Seitenwände des Kontaktstützgehäuses ausgebildet, auf dem das Paar magnetische Lichtbogen-Löschteile angeordnet ist.
Bei dieser Konfiguration wird der Lichtbogen, der von dem Festkontaktstück, das Strom zuführt, zu dem beweglichen Kontaktstück, das Strom empfängt, verläuft, auf Grund der Lorentz-Kraft infolge des magnetischen Flusses, der von dem Paar magnetische Lichtbogen-Löschteile erzeugt wird, gedehnt, und zwar von der Seitenfläche des Strom-zuführenden Festkontaktstücks über den Lichtbogen-Löschraum, der von den Seitenflächen des Festkontaktstück getrennt ist, und das bewegliche Kontaktstück zu der Rückseite des beweglichen Kontaktstücks. Der Weg des gedehnten Lichtbogens kann geändert werden.
Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße magnetische Unterbrecher weiterhin Zwischenwände auf, die aus einem Isoliermaterial bestehen und im mittleren Bereich der Lichtbogen-Löschräume angeordnet sind, wobei jede Zwischenwand jeden der Lichtbogen-Löschräume in einen Teil auf der Seite des ersten beweglichen Kontaktstücks und einen Teil auf der Seite des zweiten beweglichen Kontaktstücks unterteilt.
Bei dieser Konfiguration wird eine Überlagerung von Lichtbögen ohne Ausfall durch Trennung dadurch vermieden, dass mit den Zwischenwänden der Lichtbogen, der zwischen dem Festkontaktteil des dritten Festkontaktstücks und dem beweglichen Kontaktstück entsteht, von dem Lichtbogen getrennt wird, der zwischen dem Festkontaktteil des dritten Festkontaktstücks und dem zweiten beweglichen Kontaktstück entsteht.
Der erfindungsgemäße magnetische Unterbrecher weist Folgendes auf: einen Festkontakt mit einem ersten Festkontaktstück, einem zweiten Festkontaktstück und einem dritten Festkontaktstück, das zwischen dem ersten Festkontaktstück und dem zweiten Festkontaktstück angeordnet ist und zwei Festkontaktteile hat; und einen beweglichen Kontakt mit einem ersten beweglichen Kontaktstück, das dem Festkontaktteil des ersten Festkontaktstücks und einem der beiden Festkontaktteile des dritten Festkontaktstücks gegenüberliegt, und mit einem zweiten beweglichen Kontaktstück, das dem Festkontaktteil des zweiten Festkontaktstücks und dem anderen Festkontaktteil des dritten Festkontaktstücks gegenüberliegt, sowie mit einem Isolierkörper, der das erste bewegliche Kontaktstück und das zweite bewegliche Kontaktstück festhält. Bei dieser Konfiguration des erfindungsgemäßen magnetischen Unterbrechers wird die Anzahl der Lichtbogen-Entstehungsstellen erhöht. Das Löschen der Lichtbögen in den in ihrer Anzahl erhöhten Lichtbogen-Löschräumen vergrößert die Lichtbogen-Gesamtlänge, was die Unterbrechung einer hohen Spannung gestattet. Daher kann ein erfindungsgemäßer magnetischer Unterbrecher, der die gleiche Größe wie die des herkömmlichen Unterbrechers hat, eine höhere Spannung unterbrechen.
Auf der Netzseite wird die Richtung des Stroms, der über die Kontaktstelle zwischen dem ersten beweglichen Kontaktstück und dem Festkontaktteil des ersten Festkontaktstücks fließt, das in Kontakt mit dem ersten beweglichen Kontaktstück ist, von der Richtung des Stroms umgekehrt, der über die Kontaktstelle zwischen dem ersten beweglichen Kontaktstück und dem Festkontaktteil des dritten beweglichen Kontaktstücks fließt, das in Kontakt mit dem ersten beweglichen Kontaktstück ist. Dadurch werden die Lichtbögen, die an den Kontaktstellen entstanden sind, in unterschiedlichen Richtungen zu den Lichtbogen-Löschräumen gedehnt. Daher kommt es nicht zu einer Überlagerung dieser Lichtbögen, und der Abstand zwischen den Kontaktstellen kann verringert werden. Ebenso kann auf der Lastseite der Abstand zwischen den Kontaktstellen verringert werden. Daher wird die Länge des magnetischen Unterbrechers in der Richtung der Reihe der Festkontaktstücke verringert.
Wie vorstehend dargelegt worden ist, werden die Größe des ersten Festkontaktstücks und die des zweiten Festkontaktstücks kaum verringert, da sie jeweils ein Schraubenloch mit Innengewinde zum Verbinden mit einem Außenanschluss haben. Dadurch wird der Verringerung des Abstands zwischen dem ersten Festkontaktstück und dem zweiten Festkontaktstück eine Beschränkung auferlegt. Unter vorteilhafter Nutzung dieser Beschränkung wird das dritte Festkontaktstück zwischen dem ersten Festkontaktstück und dem zweiten Festkontaktstück in dem erfindungsgemäßen magnetischen Unterbrecher angeordnet.
Da die Richtungen des Stroms, der durch die benachbarten Kontaktstellen fließt, umgekehrt werden, werden auch die Lorentz-Kräfte umgekehrt, die an den Kontaktstellen aufgebracht werden. Zu welchem Lichtbogen-Löschraum auf beiden Seiten der Reihe der Festkontaktstücke sich der Lichtbogen tatsächlich dehnt, wird von der Richtung des Stroms bestimmt, der an der betreffenden Kontaktstelle fließt. Da der erfindungsgemäße magnetische Unterbrecher auf beiden Seiten der Reihe der Festkontaktstücke und der Reihe der beweglichen Kontaktstücke mit Lichtbogen-Löschräumen versehen ist, erfolgt die Lichtbogenlöschung unabhängig von der Richtung des an der Kontaktstelle fließenden Lichtbogenstroms. Daher wird eine zufriedenstellende Lichtbogen-Löschfunktion im Falle einer Rückkehr eines Rückkopplungsstroms von der Lastseite zu der Netzseite sowie im Falle eines Stromflusses von der Netzseite zu der Lastseite realisiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen magnetischen Unterbrechers.
2 ist eine Schnittansicht eines in 1 gezeigten Kontaktmechanismus 2 durch eine Ebene in der Längsrichtung.
3 zeigt magnetische Flüsse, die von Lichtbogen-Löschteilen erzeugt werden.
4 ist eine Schnittansicht, die den Strompfad des magnetischen Unterbrechers im geschlossenen Zustand zeigt.
5 ist eine Schnittansicht, die die Entstehung von Lichtbögen während des Übergangs des magnetischen Unterbrechers von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand zeigt.
6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A–A von 5, die die Richtung der Wirkung der Lorentz-Kraft angibt, die den Richtungen des Lichtbogenstroms und des magnetischen Flusses entspricht, der von den Permanentmagneten erzeugt wird.
7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B–B von 6, die eine Konfiguration eines gedehnten Lichtbogens zeigt.
8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C–C von 6, die eine Konfiguration eines gedehnten Lichtbogens zeigt.
9 ist eine Schnittansicht eines Beispiels einer herkömmlichen Vorrichtung.
10 zeigt schematisch die relative Anordnung von Kontaktstellen und Lichtbogen-Löschnitteln im stromführenden Zustand bei dem Beispiel der herkömmlichen Vorrichtung.
11 zeigt den Strompfad und die Lichtbogen-Entstehung bei dem Beispiel der herkömmlichen Vorrichtung.
12 zeigt schematisch die Beziehung zwischen dem Strompfad, der Konfiguration des Lichtbogens und des magnetischen Flusses, der von den Lichtbogen-Löschmitteln beim Unterbrechen des Stroms erzeugt wird, bei dem Beispiel der herkömmlichen Vorrichtung.
13 ist eine Zeichnung ähnlich wie 12 für das Beispiel der herkömmlichen Vorrichtung, wobei jedoch in 13 die Richtung des Stromflusses entgegengesetzt ist.
Bezugszeichenliste

1: Magnetischer Unterbrecher
2: Kontaktmechanismus
3: Antriebsmechanismus
4: Kontaktstützgehäuse
4a: Obere Platte
4b, 4c: Seitenplatte
5: Festkontakt
6: Beweglicher Kontakt
7, 8, 9: Festkontaktstück
11: Innengewinde
12: Festanschlussteil
13: Festkontaktteil (des ersten und des zweiten Festkontaktstücks)
14: Ebenes Plattenteil
15, 16: Festkontaktteil (des dritten Kontaktstücks)
21, 22: Bewegliches Kontaktstück
23: Isolierkörper
24: Welle
31, 32: Magnetischer Lichtbogen-Löschteil
34, 35: Lichtbogen-Löschraum
36: Lichtbogen
100: Gehäuse
101, 102: Festkontakt
103, 104: Beweglicher Kontakt
105: Beweglicher Kontakthalter
106, 107: Permanentmagnet
108: Lichtbogen

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Nachstehend werden einige bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Zunächst steht in 1, die eine perspektivische Darstellung eines magnetischen Unterbrechers einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist, das Bezugssymbol 1 für einen magnetischen Unterbrecher, der aus einem Kontaktmechanismus 2 im oberen Teil und einem Antriebsmechanismus 3 im oberen Teil besteht.
Der Kontaktmechanismus 2 weist, wie in 2 gezeigt ist, Folgendes auf: ein Kontaktstützgehäuse 4, das die Form eines rechteckigen Quaders hat und aus einem Isoliermaterial besteht; und einen Festkontakt 5 und einen beweglichen Kontakt 6, die beide aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen und von dem Kontaktstützgehäuse 4 abgestützt werden.
Der Festkontakt 5 hat ein erstes Festkontaktstück 7 und ein zweites Festkontaktstück 8, die an einer oberen Platte 4a des Kontaktstützgehäuses 4 mit einem vorgegebenen Abstand zwischen den Festkontaktstücken befestigt sind. Der Festkontakt 5 hat weiterhin ein drittes Festkontaktstück 9, das an der Unterseite der oberen Platte 4a zwischen dem ersten, Festkontaktstück 7 und dem zweiten Festkontaktstück 8 mit einem vorgegebenen Isolierabstand von dem ersten Festkontaktstück 7 und dem zweiten Festkontaktstück 8 befestigt ist.
Wie in 2 gezeigt ist, bestehen das erste Festkontaktstück 7 und das zweite Festkontaktstück 8 jeweils aus einem Festanschlussteil 12 und einem Festkontaktteil 13. Der Festanschlussteil 12, der zylinderförmig ist, ragt aus der oberen Platte 4a des Kontaktstützgehäuses 4 heraus und hat ein Innengewinde 11, das von der oberen Ebene des Festanschlussteils ausgeht. Der Festkontaktteil 13, der die Form eines Zylinders mit einem kleineren Durchmesser als dem des Festanschlussteils 12 hat, setzt sich von dem Festanschlussteil 12 nach unten fort.
Mit dem Festanschlussteil 12 des ersten Festkontaktstücks 7 ist ein Außenanschluss verbunden, der zum Beispiel mit einer Hochspannungs-Gleichstromquelle mit mehreren Hundert Volt verdrahtet ist, und mit dem Festanschlussteil 12 des zweiten Festkontaktstücks 8 ist ein Außenanschluss für die Last verbunden.
Wie in 2 gezeigt ist, besteht das dritte Festkontaktstück 9 aus einem flachen Plattenteil 14 und zwei Festkontaktteilen 15 und 16. Der flache Plattenteil 14, der aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, hat eine Breite, die kleiner als die Länge in der Links- und Rechtsrichtung in 2 ist, und verläuft zwischen dem ersten Festkontaktstück 7 und dem zweiten Festkontaktstück 8. Die Festkontaktteile 15 und 16, die jeweils eine zylindrische Form haben, ragen nach unten aus der unteren Ebene des flachen Plattenteils 14 an beiden Stirnseiten des flachen Plattenteils 14 mit einem ziemlich kurz bemessenen Abstand voneinander in der Links- und Rechtsrichtung heraus. Die Festkontaktteile 15 und 16 ragen so weit nach unten heraus, dass die unteren Ebenen der Festkontaktteile 15 und 16 mit den unteren Ebenen der Festkontaktteile 13 des ersten und des zweiten Festkontaktstücks 7 und 8 übereinstimmen, wenn das dritte Festkontaktstück 9 an der oberen Platte 4a des Kontaktstützgehäuses 4 befestigt ist, wie in 2 gezeigt ist.
Der bewegliche Kontakt 6 besteht aus einem ersten beweglichen Kontaktstück 21, einem zweiten beweglichen Kontaktstück 22 und einem Isolierkörper 23. Das erste bewegliche Kontaktstück 21 liegt dem Festkontaktteil 13 des ersten Festkontaktstücks 7 und dem Festkontaktteil 15 des dritten Festkontaktstücks 9 gegenüber. Das zweite bewegliche Kontaktstück 22 liegt dem Festkontaktteil 16 des dritten Festkontaktstücks 9 und dem Festkontaktteil 13 des zweiten Festkontaktstücks 8 gegenüber. Der Isolierkörper 23 ist ein Isolierteil, das das erste bewegliche Kontaktstück 21 und das zweite bewegliche Kontaktstück 22 fest abstützt. Der Isolierkörper 23 ist über eine Welle 24 mit dem Antriebsmechanismus 3 verbunden, der unter dem Kontaktmechanismus 2 angeordnet ist.
Der Antriebsmechanismus 3 weist Folgendes (in den Figuren nicht dargestellt) auf eine Erregerspule, die auf einen Spulenkörper gewickelt ist, einen Magnetkern und einen Tauchkern, der in dem Spulenkörper angeordnet ist. Der Tauchkern ist an der Welle 24 befestigt. Wenn die Erregerspule keinen Strom führt, ist der Kontaktmechanismus 2 in einem geöffneten Zustand, in dem das erste und das zweite bewegliche Kontaktstück 21 und 22 nach unten von den Festkontaktteilen 13, 13, 15 und 16 des ersten Festkontaktstücks 7, des zweiten Festkontaktstücks 8 und des dritten Festkontaktstücks 9 mit einem vorgegebenen Abstand getrennt werden. Wenn die Erregerspule mit Strom versorgt wird, wird der Tauchkern aus diesem geöffneten Zustand des Kontaktmechanismus 2 nach oben bewegt, wodurch der Isolierkörper 23 und das erste und das zweite bewegliche Kontaktstück 21 und 22 über die Welle 24 nach oben bewegt werden. Dadurch kommt das erste bewegliche Kontaktstück 21 in Kontakt mit dem Festkontaktteil 13 des ersten Festkontaktstücks 7 und dem Festkontaktteil 15 des dritten Festkontaktstücks 9. Gleichzeitig kommt das zweite bewegliche Kontaktstück 22 in Kontakt mit dem Festkontaktteil 16 des dritten Festkontaktstücks 9 und dem Festkontaktteil 13 des zweiten Festkontaktstücks 8. Auf diese Weise geht der Kontaktmechanismus 2 in den geschlossenen Zustand.
Ein Paar magnetische Lichtbogen-Löschteile 31 und 32 ist an den Außenflächen 4b und 4c des Kontaktstützgehäuses 4 vorgesehen, wie in 1 gezeigt ist. Die Außenflächen 4b und 4c verlaufen parallel zu der Reihe aus dem ersten Festkontaktstück 7, dem dritten Festkontaktstück 9 und dem zweiten Festkontaktstück 8 des Festkontakts 5. Die magnetischen Lichtbogen-Löschteile 31 und 32 sind einander gegenüber angeordnet und sind an den Außenflächen zum Beispiel mit einem Klebstoff befestigt. Die magnetischen Lichtbogen-Löschteile 31 und 32 werden in der Richtung ihrer Dicke magnetisiert. Die gegenüberliegenden Magnetpolflächen, die Innenflächen sind, sind N-Pole, und die Rückseiten, die Außenflächen sind, sind S-Pole.
Die magnetischen Lichtbogen-Löschteile 31 und 32 sind so angeordnet, dass die Mitte des magnetischen Teils in der Längsrichtung, die die Links- und Rechtsrichtung in 3 ist, mit der Mitte des dritten Festkontaktstücks 9 in der Links- und Rechtsrichtung übereinstimmt und dass sich das linke Ende des magnetischen Teils zwischen dem ersten Festkontaktstück 7 und dem dritten Festkontaktstück 9 befindet und sich das rechte Ende des magnetischen Teils zwischen dem zweiten Festkontaktstück 8 und dem dritten Festkontaktstück 9 befindet. Dadurch verläuft der magnetische Fluss von den N-Polen der magnetischen Lichtbogen-Löschteile 31 und 32, wie in der Draufsicht von 3 gezeigt ist, durch den Zwischenraum zwischen dem ersten beweglichen Kontaktstück 21 und den netzseitigen Festkontaktstücken erstes Festkontaktstück 7 und drittes Festkontaktstück 9 in der Richtung der Reihe der Festkontaktstücke des Festkontakts 5. Der magnetische Fluss von den N-Polen verläuft außerdem durch den Zwischenraum zwischen dem zweiten beweglichen Kontaktstück 22 und den lastseitigen Festkontaktstücken drittes Festkontaktstück 9 und zweites Festkontaktstück 8 in der Richtung der Reihe der Festkontaktstücke des Festkontakts 5.
Der magnetische Fluss von den N-Polen der magnetischen Lichtbogen-Löschteile 31 und 32 wird in der Draufsicht nach links und rechts in dem mittleren Bereich in der Längsrichtung getrennt. Ein Zweig Φ1 des magnetischen Flusses verläuft entlang dem Kraftlinienweg, der den Zwischenraum zwischen dem Festkontaktteil 15 des dritten Festkontaktstücks 9 und dem ersten beweglichen Kontaktstück 21, die einander gegenüberliegen, den Zwischenraum zwischen dem Festkontaktteil 13 des ersten Festkontaktstücks 7 und dem ersten beweglichen Kontaktstück 21, die einander gegenüberliegen, und den Raum außerhalb des Kontaktstützgehäuses 4 links umfasst und an den S-Polen der magnetischen Lichtbogen-Löschteile 31 und 32 endet. Der andere Zweig Φ2 des magnetischen Flusses verläuft entlang dem Kraftlinienweg, der den Zwischenraum zwischen dem Festkontaktteil 16 des dritten Festkontaktstücks 9 und dem zweiten beweglichen Kontaktstück 22, die einander gegenüberliegen, den Zwischemaum zwischen dem Festkontaktteil 13 des zweiten Festkontaktstücks 8 und dem zweiten beweglichen Kontaktstück 22, die einander gegenüberliegen, und den Raum außerhalb des Kontaktstützgehäuses 4 rechts umfasst und an den S-Polen der magnetischen Lichtbogen-Löschteile 31 und 32 endet.
Lichtbogen-Löschräume 34 und 35 sind umschlossen von Innenflächen der Seitenwände des Kontaktstützgehäuses 4 ausgebildet, auf dem das Paar magnetische Lichtbogen-Löschteile angeordnet ist, wie nachstehend näher dargelegt wird. Ein Teil des Lichtbogen-Löschraums 34 auf der Netzseite ist zwischen der Innenfläche der Seitenwand des Kontaktstützgehäuses 4 auf der Seite des magnetischen Lichtbogen-Löschteils 31 und den drei Kontakt-Elementen Festkontaktteil 13 des ersten Festkontaktstücks 7, Festkontaktteil 15 des dritten Festkontaktstücks 9 und erstes bewegliches Kontaktstück 21 ausgebildet, wie in den 7 und 8 gezeigt ist, die Schnittansichten entlang der Linie B–B bzw. der Linie C–C von 6 sind. Ein Teil des Lichtbogen-Löschraums 35 auf der Netzseite ist zwischen der Innenfläche der Seitenwand des Kontaktstützgehäuses 4 auf der Seite des magnetischen Lichtbogen-Löschteils 32 und den drei Kontakt-Elementen Festkontaktteil 13 des ersten Festkontaktstücks 7, Festkontaktteil 15 des dritten Festkontaktstücks 9 und erstes bewegliches Kontaktstück 21 ausgebildet, wie in den 7 und 8 gezeigt ist. Der Rest des Lichtbogen-Löschraums 34 auf der Lastseite, der die Verlängerung des Teils des Lichtbogen-Löschraums 34 auf der vorgenannten Netzseite ist, ist zwischen der Innenfläche der Seitenwand des magnetischen Lichtbogen-Löschteils 31 und den drei Kontakt-Elementen Festkontaktteil 13 des zweiten Festkontaktstücks 8, Festkontaktteil 16 des dritten Festkontaktstücks 9 und zweites bewegliches Kontaktstück 22 ausgebildet, wie in 6 gezeigt ist. Der Rest des Lichtbogen-Löschraums 35 auf der Lastseite, der die Verlängerung des Lichtbogen-Löschraums 35 auf der vorgenannten Netzseite ist, ist zwischen der Innenfläche der Seitenwand des Kontaktstützgehäuses 4 auf der Seite des magnetischen Lichtbogen-Löschteils 32 und den drei Kontakt-Elementen Festkontaktteil 13 des zweiten Festkontaktstücks 8, Festkontaktteil 16 des dritten Festkontaktstücks 9 und zweites bewegliches Kontaktstück 22 ausgebildet, wie in 6 gezeigt ist.
Nachstehend wird die Funktionsweise des magnetischen Unterbrechers in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform näher beschrieben.
Zunächst wird die Situation betrachtet, dass der Festanschlussteil 12 des ersten Festkontaktstücks 7 mit der Schaltung für eine Hochspannungs-Gleichstromquelle verbunden ist und der Festanschlussteil 12 des zweiten Festkontaktstücks 8 mit der Schaltung für eine Last verbunden ist.
Wenn in dieser Situation die Erregerspule (nicht dargestellt) in dem Antriebsmechanismus 3 nicht mit Strom versorgt wird, wird die Welle 24 des beweglichen Kontakts 6 von einer Rückholfeder (nicht dargestellt), die in dem Antriebsmechanismus 3 vorgesehen ist, nach unten gedrückt, sodass der Kontaktmechanismus 3 in einen ausgelösten Zustand oder einen geöffneten Zustand gebracht wird, wie in 2 gezeigt ist. In dem ausgelösten Zustand wird das erste bewegliche Kontaktstück 21 nach unten von dem Festkontaktteil 13 des ersten Festkontaktstücks 7 und dem Festkontaktteil 15 des dritten Festkontaktstücks 9 mit einem vorgegebenen Abstand getrennt. Das zweite bewegliche Kontaktstück 22 wird ebenfalls nach unten von dem Festkontaktteil 13 des zweiten Festkontaktstücks 8 und dem Festkontaktteil 16 des dritten Festkontaktstücks 9 mit einem vorgegebenen Abstand getrennt. Zwischen dem ersten Festkontaktstück 7 und dem zweiten Festkontaktstück 8 kann kein elektrischer Strom fließen, und der magnetische Unterbrecher ist in einem Stromunterbrechungszustand, in dem kein Strom von der Hochspannungs-Gleichstromquelle an die Last abgegeben wird.
Wenn die Erregerspule des Antriebsmechanismus 3 aus dem geöffneten Zustand des Kontaktmechanismus 2 unter Strom gesetzt wird, wird ein Tauchkern (nicht dargestellt), der in dem Antriebsmechanismus 3 vorgesehen ist, nach oben gegen die Kraft der Rückholfeder bewegt, um die Welle 24 für den beweglichen Kontakt 6 nach oben zu drücken. Dadurch geht der Kontaktmechanismus 2 in den in 4 gezeigten geschlossenen Zustand, in dem das erste bewegliche Kontaktstück 21 in Kontakt mit dem Festkontaktteil 13 des ersten Festkontaktstücks 7 und dem Festkontaktteil 15 des dritten Festkontaktstücks 9 ist und das zweite bewegliche Kontaktstück 22 in Kontakt mit dem Festkontaktteil 16 des dritten Festkontaktstücks 9 und dem Festkontaktteil 13 des zweiten Festkontaktstücks 8 ist.
Dadurch kommt der magnetische Unterbrecher in einen Stromzuführzustand, in dem Strom vom Netzanschluss zu der Last geführt wird. in diesem Zustand fließt der Strom, der in den Festanschlussteil 12 des erstem Festkontaktstücks 7 eingespeist wird, durch den Festkontaktteil 13 des ersten Festkontaktstücks 7 und das erste bewegliche Kontaktstück 21 und gelangt in den Festkontaktteil 15 des dritten Festkontaktstücks 9. Der Strom fließt dann durch den flachen Plattenteil 14 und den Festkontaktteil 16 des dritten Festkontaktstücks 9 und das zweite bewegliche Kontaktstück 22 und gelangt in den Festkontaktteil 13 des zweiten Festkontaktstücks 8. Von dem Festanschlussteil 12 dieses zweiten Festkontaktstücks 8 wird der Strom in die Last eingespeist.
Wenn die Stromzufuhr zu der Erregerspule des Antriebsmechanismus 3 unterbrochen wird, um den Stromzuführzustand zu beenden, beginnt der Tauchkern (nicht dargestellt), sich durch die Kraft der Rückholfeder nach unten zu bewegen. Bei dem in 5 gezeigten Kontaktmechanismus 2 beginnt das erste bewegliche Kontaktstück 21, sich von dem Festkontaktteil 13 des ersten Festkontaktstücks 7 und von dem Festkontaktteil 15 des dritten Festkontaktstücks 9 zu trennen. Gleichzeitig beginnt das zweite bewegliche Kontaktstück 22, sich von dem Festkontaktteil 16 des dritten Festkontaktstücks 9 und von dem Festkontaktteil 13 des zweiten Festkontaktstücks 8 zu trennen. Bei diesem Vorgang entstehen auf der Netzseite Lichtbögen 36 zwischen dem ersten beweglichen Kontaktstück 21 und dem Festkontaktteil 13 des ersten Festkontaktstücks 7 und zwischen dem ersten beweglichen Kontaktstück 21 und dem Festkontaktteil 15 des dritten Festkontaktstücks 9. Die Lichtbögen 36 entstehen auch auf der Lastseite zwischen dem zweiten beweglichen Kontaktstück 22 und dem Festkontaktteil 16 des dritten Festkontaktstücks 9 und zwischen dem zweiten beweglichen Kontaktstück 22 und dem Festkontaktteil 13 des zweiten Festkontaktstücks 8. Somit entstehen insgesamt vier Lichtbögen. Die Lichtbögen lassen den Stromfließzustand auf der Netzseite und der Lastseite fortbestehen.
Die magnetischen Lichtbogen-Löschteile 31 und 32 sind so angeordnet, dass die gegenüberliegenden Magnetpolflächen beide N-Pole sind, wie vorstehend dargelegt worden ist. Der magnetische Fluss von den N-Polen zu dem Netzanschluss verläuft nach links in die Richtung der Reihe der Festkontaktstücke durch den Zwischenraum zwischen dem Festkontaktteil 15 des dritten Festkontaktstücks 9 und dem ersten beweglichen Kontaktstück 21 und durch den Zwischenraum zwischen dem Festkontaktteil 13 des ersten Festkontaktstücks 7 und dem ersten beweglichen Kontaktstück 21. Dadurch wird, wie in 6 gezeigt ist, auf den Lichtbogen zwischen dem Festkontaktteil 13 des ersten Festkontaktstücks 7 und dem ersten beweglichen Kontaktstück 21 eine Lorentz-Kraft senkrecht zu der Reihe der Festkontaktstücke und zu der Seite des magnetischen Lichtbogen-Löschteils 32 gemäß der Linke-Hand-Regel von Fleming aufgebracht, bei der der Strom nach unten in Bezug auf das Blatt von 6 fließt und sich das magnetische Feld links befindet. Andererseits wird auf den Lichtbogen zwischen dem Festkontaktteil 15 des dritten Festkontaktstücks 9 und dem ersten beweglichen Kontaktstück 21 eine Lorentz-Kraft senkrecht zu der Reihe der Festkontaktstücke und zu der Seite des magnetischen Lichtbogen-Löschteils 31 gemäß der Linke-Hand-Regel von Fleming aufgebracht, bei der der Strom nach oben in Bezug auf das Blatt von 6 flieht.
Gleichermaßen verläuft auf der Lastseite der magnetische Fluss von den N-Polen der gegenüberliegenden Magnetpolflächen der magnetischen Lichtbogen-Löschteile 31 und 32 nach rechts in die Richtung der Reihe der Festkontaktstücke durch den Zwischenraum zwischen dem Festkontaktteil 16 des dritten Festkontaktstücks 9 und dem zweiten beweglichen Kontaktstück 22 und durch den Zwischenraum zwischen dem Festkontaktteil 13 des zweiten Festkontaktstücks 8 und dem zweiten beweglichen Kontaktstück 22. Dadurch wird, wie in 6 gezeigt ist, auf den Lichtbogen zwischen dem Festkontaktteil 16 des dritten Festkontaktstücks 9 und dem zweiten beweglichen Kontaktstück 22 eine Lorentz-Kraft senkrecht zu der Reihe der Festkontaktstücke und zu der Seite des magnetischen Lichtbogen-Löschteils 31 gemäß der Linke-Hand-Regel von Fleming aufgebracht, bei der der Strom nach unten in Bezug auf das Blatt von 6 fließt. Auf den Lichtbogen zwischen dem Festkontaktteil 13 des zweiten Festkontaktstücks 8 und dem zweiten beweglichen Kontaktstück 22 wird eine Lorentz-Kraft senkrecht zu der Reihe der Festkontaktstücke und zu der Seite des magnetischen Lichtbogen-Löschteils 32 gemäß der Linke-Hand-Regel von Fleming aufgebracht, bei der der Strom nach oben in Bezug auf das Blatt von 6 fließt.
Dadurch wird, wie in 7 gezeigt ist, die eine Schnittansicht entlang der Linie B-B von 6 ist, der Lichtbogen zwischen dem Festkontaktteil 13 des ersten Festkontaktstücks 7 und dem ersten beweglichen Kontaktstück 21 zu dem Lichtbogen-Löschraum 35 gedehnt, und der Lichtbogen nimmt schließlich eine Konfiguration an, die in dem unteren Bereich des Festkontaktteils 13 des ersten Festkontaktstücks 7 beginnt und in dem Bereich der Unterseite des ersten beweglichen Kontaktstücks 21 endet, und durch diese Konfiguration wird er gelöscht. Wie in 8 gezeigt ist, die eine Schnittansicht entlang der Linie C–C von 6 ist, wird der Lichtbogen zwischen dem Festkontaktteil 15 des dritten Festkontaktstücks 9 und dem ersten beweglichen Kontaktstück 21 zu dem Lichtbogen-Löschraum 34 gedehnt, und der Lichtbogen nimmt schließlich eine Konfiguration an, die in dem unteren Bereich des Festkontaktteils 15 des dritten Festkontaktstücks 9 beginnt und in dem Bereich der Unterseite des ersten beweglichen Kontaktstücks 21 endet, und durch diese Konfiguration wird er gelöscht.
Ebenso wird auf der Lastseite der Lichtbogen, der zwischen dem Festkontaktteil 16 des dritten Festkontaktstücks 9 und dem zweiten beweglichen Kontaktstück 22 entstanden ist, in den Lichtbogen-Löschraum 34 ausgedehnt und dort gelöscht. Der Lichtbogen, der zwischen dem Festkontaktteil 13 des zweiten Festkontaktstücks 8 und dem zweiten beweglichen Kontaktstück 22 entstanden ist, wird in den Lichtbogen-Löschraum 35 ausgedehnt und dort gelöscht.
Wenn in dem Verbindungszustand des magnetischen Unterbrechers 1 ein Rückkopplungsstrom von der Last zu der Gleichstromquelle fließt und eine Stromunterbrechung von diesem Zustand aus durchgeführt werden soll, wird der gleiche Lichtbogen-Löschprozess durchgeführt, mit der Ausnahme, dass die Richtung der Lorentz-Kraft in Bezug auf die Linie der Reihe der Festkontaktstücke umgekehrt wird, da der Strom nun entgegengesetzt zu der Richtung von 6 fließt.
In dem Prozess des Übergangs von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand werden bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform vier Lichtbögen erzeugt, also zwei Lichtbögen mehr als bei den herkömmlichen Vorrichtungen. Da jeder der vier Lichtbögen in den Lichtbogen-Löschraum 34 oder 35 ausgedehnt wird, kann die Gesamtlänge der gedehnten Lichtbögen vergrößert werden. Daher kann mit einem magnetischen Unterbrecher mit der gleichen Größe wie ein herkömmlicher eine höhere Spannung unterbrochen werden.
Da die Lichtbogen-Löschräume zum Dehnen des entstandenen Lichtbogens auf der Netzseite und der Lastseite unterschiedlich sind, kommt es nicht zu einer Überlagerung der Lichtbögen, und der Abstand zwischen benachbarten Festkontaktteilen von Kontaktstücken kann verringert werden.
Die Festkontaktteile 12 des ersten Festkontaktstücks 7 und des zweiten Festkontaktstücks 8 haben jeweils ein Schraubenloch mit Innengewinde zum Anbringen eines Außenanschlusses. Daher werden die Festkontaktstücke 7 und 8 kaum minimiert und sind hinsichtlich der Verringerung des Abstands zwischen ihnen beschränkt. Das dritte Festkontaktstück 9 ist in dem Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Festkontaktstück in dem erfindungsgemäßen magnetischen Unterbrecher angeordnet, wodurch dieser Zwischenraum mit der Maßbeschränkung effektiv genutzt wird. Daher wird die Lichtbogen-Löschleistung verbessert, während die Gesamtgröße nicht zunimmt.
Die auf den Lichtbogen aufgebrachte Lorentz-Kraft kehrt ihre Richtung um, wenn die Richtung des Stroms geändert wird, der zwischen dem Festkontakt und dem beweglichen Kontakt fließt. Der Lichtbogen wird entweder zu dem Raum 34 auf der Seite des magnetischen Lichtbogen-Löschteils 31 oder zu dem Raum 35 auf der Seite des magnetischen Lichtbogen-Löschteils 32 gedehnt, wobei die beiden Räume, das heißt, die Lichtbogen-Löschräume 34 und 35, auf beiden Seiten der beweglichen Kontaktstücke 21 und 22 angeordnet sind, die sich in ihrer Längsrichtung dehnt, wird von der Richtung des Stroms zwischen dem Festkontaktteil und dem beweglichen Kontaktstück bestimmt. Da die Lichtbogen-Löschräume 34 und 35 auf beiden Seiten der beweglichen Kontaktstücke 21 und 22 vorgesehen sind, wird die Lichtbogen-Löschfunktion zuverlässig realisiert, unabhängig von der Richtung des Lichtbogenstroms zwischen dem Festkontaktteil und dem beweglichen Kontaktstück.
Somit stellt die vorliegende Erfindung einen magnetischen Unterbrecher mit geringen Abmessungen zur Verfügung, der eine zufriedenstellende Lichtbogen-Löschfunktion für chic Hochspannungs-Stromquelle unabhängig von der Richtung des Stroms durch den Kontakt zeigt.
Bei der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform sind die Lichtbogen-Löschräume 34 und 35 so ausgebildet, dass sie sich über die gesamte Netzseite und die gesamte Lastseite erstrecken. Jedoch kann jeder der Lichtbogen-Löschräume 34 und 35 mittels einer aus einem Isoliermaterial bestehenden Zwischenwand, die in der Mitte zwischen der Netzseite und der Lastseite vorgesehen wird, so geteilt werden, dass ein Raum auf der Netzseite und ein Raum auf der Lastseite entstehen. Bei dieser Konfiguration wird eine Überlagerung von Lichtbögen ohne Ausfall dadurch vermieden, dass mit der Zwischenwand der Lichtbogen, der zwischen dem Festkontaktteil 15 des dritten Festkontaktstücks 9 und dem ersten beweglichen Kontaktstück 21 entsteht, von dem Lichtbogen getrennt wird, der zwischen dem Festkontaktteil 16 des dritten Festkontaktstücks 9 und dem zweiten beweglichen Kontaktstück 22 entsteht.
Bei der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform sind die gegenüberliegenden Magnetpolflächen der magnetischen Lichtbogen-Löschteile 31 und 32 N-Pole. Die gegenüberliegenden Magnetpolflächen der magnetischen Lichtbogen-Löschteile 31 und 32 können aber auch S-Pole sein. In diesem Fall verläuft der magnetische Fluss von den N-Polen an der Außenfläche der magnetischen Lichtbogen-Löschteile 31 und 32 auf der Netzseite durch den Zwischenraum zwischen dem Festkontaktteil 13 des ersten Festkontaktstücks 7 und dem ersten beweglichen Kontaktstück 21 und durch den Zwischenraum zwischen dem Festkontaktteil 15 des dritten Festkontaktstücks 9 und dem ersten beweglichen Kontaktstück 21 und kehrt zu den S-Polen der magnetischen Lichtbogen-Löschteile 31 und 32 zurück. Ebenso geht der magnetische Fluss auf der Lastseite durch den Zwischenraum zwischen dem Festkontaktteil 13 des zweiten Festkontaktstücks 8 und dem zweiten beweglichen Kontaktstück 22 und durch den Zwischenraum zwischen dem Festkontaktteil 16 des dritten Festkontaktstücks 9 und dem zweiten beweglichen Kontaktstück 22 und kehrt zu den S-Polen der magnetischen Lichtbogen-Löschteile 31 und 32 zurück. Daher werden die gleichen Wirkungen wie die bei der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform erzielt, obwohl die Richtung der Lorentz-Kraft umgekehrt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-004177 [0001]
JP 07-235248 [0011]
JP 2008-226547 [0011]

Claims

Magnetische Schaltvorrichtung mit: einem Festkontakt mit einem ersten Festkontaktstück, das aus einem Festkontaktteil und einem Festanschlussteil besteht, der mit einem Netzanschluss verbunden ist, mit einem zweiten Festkontaktstück, das aus einem Festkontaktteil und einem Festanschlussteil besteht, der mit einer Last verbunden ist, und mit einem dritten Festkontaktstück, das zwischen dem ersten Festkontaktstück und dem zweiten Festkontaktstück angeordnet ist und zwei Festkontaktteile hat; einem Kontaktstützgehäuse, das den Festkontakt abstützt, wobei die Festanschlussteile des ersten Festkontaktstücks und des zweiten Festkontaktstücks aus dem Kontaktstützgehäuse herausragen; einem beweglichen Kontakt mit einem ersten beweglichen Kontaktstück, das in Kontakt mit dem Festkontaktteil des ersten Festkontaktstücks und mit einem der beiden Festkontaktteile des dritten Festkontaktstücks kommen kann und von diesen getrennt werden kann, und mit einem zweiten beweglichen Kontaktstück, das in Kontakt mit dem Festkontaktteil des zweiten Festkontaktstücks und mit dem anderen Festkontaktteil des dritten Festkontaktstücks kommen kann und von diesen getrennt werden kann, sowie mit einem Isolierkörper, der das erste bewegliche Kontaktstück und das zweite bewegliche Festkontaktstück festhält, wobei der bewegliche Kontakt in dem Kontaktstützgehäuse installiert ist; und einem Antriebsmechanismus, der den beweglichen Kontakt so antreibt, dass er in Kontakt mit dem Festkontakt gebracht wird und von diesem getrennt wird.
Magnetische Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, der weiterhin ein Paar magnetische Lichtbogen-Löschteile aufweist, die gegenüberliegend über eine Reihe aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten Festkontaktstück und aus dem ersten und dem zweiten beweglichen Kontaktstück angeordnet sind und gegenüberliegende Magnetpolflächen mit der gleichen Polarität haben.
Magnetische Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden gegenüberliegenden Magnetpolflächen des Paars magnetische Lichtbogen-Löschteile N-Pole sind.
Magnetische Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden gegenüberliegenden Magnetpolflächen des Paars magnetische Lichtbogen-Löschteile S-Pole sind.
Magnetische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar magnetische Lichtbogen-Löschteile an Außenflächen von Seitenwänden des Kontaktstützgehäuses angeordnet ist.
Magnetische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtbogen-Löschräume umschlossen von Innenflächen der Seitenwände des Kontaktstützgehäuses ausgebildet sind, auf dem das Paar magnetische Lichtbogen-Löschteile angeordnet ist.
Magnetische Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, der weiterhin Zwischenwände aufweist, die aus einem Isoliermaterial bestehen und im mittleren Bereich der Lichtbogen-Löschräume angeordnet sind, wobei jede Zwischenwand jeden der Lichtbogen-Löschräume in einen Teil auf der Seite des ersten beweglichen Kontaktstücks und einen Teil auf der Seite des zweiten beweglichen Kontaktstücks unterteilt.