JP2013246873A - 接点装置 - Google Patents

Abstract

【課題】再点弧を防止し且つアーク電圧を高めてアークをより確実に消弧することのできる接点装置を提供する。
【解決手段】それぞれ固定接点１０を有する１対の固定端子１、及び各固定接点１０に接離する可動接触子２から成る１対の接点部と、各接点部を気密封止する封止容器４と、各接点部で生じるアークを各接点部から離れる向きに駆動するための永久磁石４２とを備え、各接点部から遠ざかるにつれてアークに印加する磁界Ｂ１が強くなるように永久磁石４２を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、接点装置に関する。

従来から、電気自動車やハイブリッド車等の走行回路のリレーとして用いられ、電流の通電、遮断を切り替えるための電磁継電器が知られており、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１に記載の従来例は、互いに大きさが異なる双方向の電流の通電、遮断を切り替えるもので、磁力を発生するコイルと、磁力によって開閉する１対の接点部と、接点部に生じるアークを消弧するための消弧用磁石体とを有する。１対の接点部は、本体に固定された１対の固定ホルダの先端部近傍にそれぞれ保持された１対の固定接点と、固定ホルダに対して進退する可動ホルダに固定された１対の可動接点とによって構成されている。

そして、この従来例では、１対の接点部の何れにおいても、双方向の電流のうち、大電流を遮断する際に生じるアークが消弧用磁石体によって引き伸ばされる方向が、固定ホルダの先端方向となるように構成されている。これにより、この従来例では、双方向の電流の何れをも円滑に遮断することを可能としている。

特開２０１０−２６７４７０号公報

ところで、上記従来例のように接点部が容器に封止されている電磁継電器では、アークを消弧するための空間が限られているため、大電流を遮断する際にアークを消弧しきれず、遮断できない虞がある。これを解決するためには、アークを引き伸ばしてアーク電圧を高める必要がある。上記従来例では、消弧用磁石体が発生する磁界と、接点間を流れるアーク電流とで生じるローレンツ力を利用して、アークを引き伸ばしている。

ここで、上記従来例では、アークを引き伸ばすための消弧空間において、接点部の近傍で最も磁界が強くなるように消弧用磁石体を配置している。このため、アーク電圧を高めてアークをより確実に消弧する目的で消弧用磁石体が発生する磁界を強くすると、その分接点部の近傍に存在するアークが短時間で拡散するようになる。すると、例えば接点同士を開離させる際に、接点同士が十分に離れていない状態でアークが消弧することにより、再点弧する虞がある。

勿論、消弧用磁石体が発生する磁界を弱めれば、アークが短時間で拡散しないため、接点同士が十分に離れるまではアークが消弧せず、再点弧する可能性を低くすることができる。しかしながら、この場合にはアーク電圧を高めてアークをより確実に消弧するという目的を達成することが難しいという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、再点弧を防止し且つアーク電圧を高めてアークをより確実に消弧することのできる接点装置を提供することを目的とする。

本発明の接点装置は、それぞれ固定接点を有する１対の固定端子、及び前記各固定接点に接離する可動接触子から成る１対の接点部と、前記各接点部を気密封止する封止容器と、前記各接点部で生じるアークを前記各接点部から離れる向きに駆動するための永久磁石とを備え、前記各接点部から遠ざかるにつれて前記アークに印加する磁界が強くなるように前記永久磁石を配置することを特徴とする。

この接点装置において、前記永久磁石を前記各接点部に対してそれぞれ複数配置することが好ましい。

この接点装置において、前記永久磁石を前記封止容器の壁内に埋め込むことが好ましい。

この接点装置において、少なくとも前記封止容器及び前記永久磁石を収納するハウジングを備え、前記ハウジング内において前記封止容器と対向し且つ前記接点部からの距離が最も遠い位置に前記永久磁石を配置することが好ましい。

この接点装置において、前記固定端子又は前記可動接触子のうち少なくとも何れか一方の端部に、前記各接点部から遠ざかるにつれて前記固定接点と前記可動接触子との間の距離が長くなる曲面を形成することが好ましい。

この接点装置において、前記固定端子又は前記可動接触子のうち少なくとも何れか一方の端部に、前記各接点部から遠ざかるにつれて前記固定接点と前記可動接触子との間の距離が長くなる傾斜面を形成することが好ましい。

本発明は、各接点部から遠ざかるにつれてアークに印加する磁界が強くなるように各永久磁石を配置している。このため、接点部の近傍では永久磁石による磁界が弱いため、接点間で発生したアークは短時間で拡散しない。したがって、接点同士が十分に離れるまでアークが消弧しないので、再点弧を防止することができる。また、接点部から離れた位置では永久磁石による磁界が強いので、接点部から離れた位置まで引き伸ばされたアークを更に引き伸ばすことができ、より確実にアークを消弧することができる。

本発明に係る接点装置の実施形態１を示す図で、（ａ）は要部断面図で、（ｂ）は上方から見た断面図で、（ｃ）はアークの消弧についての説明図である。 本発明に係る接点装置の基本的な構成を示す断面図である。 本発明に係る接点装置の実施形態１の他の構成を示す図で、（ａ）は要部断面図で、（ｂ）はアークの消弧についての説明図である。 同上の接点装置における更に他の構成を示す図で、（ａ）は要部断面図で、（ｂ）はアークの消弧についての説明図である。 本発明に係る接点装置の実施形態２を示す上側から見た断面図である。 本発明に係る接点装置の実施形態３を示す要部断面図で、（ａ）は可動接触子の端部に曲面を形成した場合の図で、（ｂ）は可動接触子の端部に傾斜面を形成した場合の図である。

（実施形態１）
以下、本発明に係る接点装置の実施形態１について図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、図２における上下左右を上下左右方向、紙面手前側を前方向、紙面奥側を後方向と定めるものとする。本実施形態は、図２に示すように、接点ブロックＡ１と、電磁石ブロックＢ１とを一体に組み合わせて、中空箱形のハウジング（図示せず）に収納して成る。なお、図２では、後述する永久磁石４２の図示を省略している。

接点ブロックＡ１は、１対の固定端子１と、可動接触子２と、保持部材３と、封止容器４とを備える。各固定端子１は、銅等の導電性材料により円柱状に形成されている。本実施形態では、各固定端子１の下端部が、それぞれ可動接触子２と接離する固定接点１０となる。なお、各固定接点１０は、各固定端子１の下端部に接点材料を固着することで設けてもよい。各固定端子１は、後述するケース４０の１対の貫通穴４０Ａにそれぞれ挿通する。また、各固定端子１の上端部には、ケース４０の外部に露出する鍔部１１をそれぞれ形成している。各鍔部１１は、ケース４０の上面から突出した状態でケース４０にろう付けにより接合する。

可動接触子２は、矩形平板状に形成されており、各固定接点１０と上下方向に沿って所定の間隔を空けて対向する位置に配置される。また、可動接触子２の下面の中央部には、下向きに突出し且つ後述する接圧ばね３３の上端部に嵌合する位置決め突部２Ａを一体に形成している。可動接触子２は、接圧ばね３３を保持する保持部材３により挟持されている。

保持部材３は、それぞれ矩形板状に形成された天板３０及び底板３１と、１対の側板３２とから成る。天板３０は、可動接触子２の上面に当接し、底板３１は、可動接触子２及び接圧ばね３３を間に挟んで天板３０と対向する。これら天板３０と底板３１とで、可動接触子２及び接圧ばね３３を挟持して保持する。一方の側板３２は、可動接触子２の前方において天板３０の前端部と底板３１の前端部とを連結する。また、他方の側板３２は、可動接触子２の後方において天板３０の後端部と底板３１の後端部とを連結する。

底板３１の上面の中央部には、上向きに突出し且つ接圧ばね３３の下端部に嵌合する位置決め突部３１Ａを一体に形成している。また、底板３１の下面からは、下向きに突出する円筒状の突部３１Ｂを一体に形成している。この突部３１Ｂの底部中央には、可動軸２０の上端部が挿通される円筒状のボス部３１Ｃを一体に形成している。可動軸２０は、上下方向に沿って長尺な棒状に形成され、その上端部をボス部３１Ｃ内で固定している。
この可動軸２０の下端部は、後述する可動鉄心７の挿通孔７０に挿通した状態で、可動鉄心７に固定される。

接圧ばね３３は、コイルばねから成り、その下端部の内径部に保持部３の底板３１の位置決め突部３１Ａが嵌合することで、底板３１に対して位置決めされる。また、接圧ばね３３は、その上端部の内径部に可動接触子２の位置決め突部２Ａが嵌合することで、可動接触子２に対して位置決めされる。すなわち、保持部材３の天板３０と底板３１とによって、可動接触子２及び接圧ばね３３が当該接圧ばね３３の伸縮方向に沿って挟持され、接圧ばね３３は圧縮した状態となる。

封止容器４は、ケース４０と、フランジ４１とで構成される。ケース４０は、セラミック等の耐熱性材料から下面が開口した中空箱形に形成され、その上面には、１対の貫通穴４０Ａを貫設している。そして、ケース４０の開口周縁に、フランジ４１の上端縁をろう付けにより接合している。更に、フランジ４１の下端縁を後述する第１継鉄板６０の上面に接合することで、１対の固定接点１０及び可動接触子２から成る各接点部を気密封止する封止容器４が完成する。封止容器４の内部には、水素を主体とする混合ガスを封入している。このため、接点の開閉に伴って生じるアークを冷却することができる。

また、ケース４０の左右両壁の外面には、図１（ａ），（ｂ）に示すように、１対の板状の永久磁石４２を固着している。これら永久磁石４２により、封止容器４内において後方から前方に向かう向きの磁界Ｂ１が発生している。ここで、接点の開閉時には、各固定接点１０及び可動接触子２にアーク電流が流れる。本実施形態では、このアーク電流と永久磁石４２による磁界Ｂ１とで生じるローレンツ力を利用して、アークを各接点部から離れる向きに駆動して引き伸ばすことができる。

電磁石ブロックＢ１は、励磁巻線５３を巻回するコイルボビン５と、継鉄６と、可動鉄心７と、固定鉄心８とを備える。コイルボビン５は、樹脂材料から成り、励磁巻線５３が巻き回される円筒部５０と、円筒部５０の上下両端にそれぞれ形成した第１鍔部５１及び第２鍔部５２とで構成される。第１鍔部５１の上面には、下向きに窪んだ凹部５１Ａを設けている。また、円筒部５０の下端側の内径は、上端側の内径よりも径寸法が大きくなっている。

励磁巻線５３は、第１鍔部５１に設けた１対の端子部（図示せず）に端部をそれぞれ接続している。各端子部は、リード線（図示せず）を介して１対のコイル端子（図示せず）にそれぞれ接続している。したがって、外部電源から各コイル端子を介して励磁巻線５３に電流を流すようになっている。

継鉄６は、コイルボビン５の上端側に配置する第１継鉄板６０と、コイルボビン５の下端側に配置する第２継鉄板６１と、第２継鉄板６１の左右両端から第１継鉄板６０側へ延設される１対の第３継鉄板６２とから構成される。第１継鉄板６０は、矩形板状に形成されている。第１継鉄板６０の中央部には、挿通孔６０Ａを貫設している。

挿通孔６０Ａには、上端に鍔部５４Ａを形成した有底円筒状の円筒部材５４を挿通している。鍔部５４Ａは、凹部５１Ａの底面に接合する。円筒部材５４内の下端部には、磁性材料から円筒状に形成した可動鉄心７を収納している。また、円筒部材５４内の上端部には、磁性材料から円筒状に形成した固定鉄心８を、可動鉄心７と対向する形で収納している。可動鉄心７には、軸方向に沿って挿通孔７０を形成している。この挿通孔７０に可動軸２０の下端部を挿通した状態で固定している。また、可動鉄心７の上端部には、下向きに窪んだ第１凹部７１を設けている。この第１凹部７１には、後述する固定鉄心８の第２ボス部８３が嵌合するようになっている。更に、第１凹部７１の中央部には、下向きに窪んだ第２凹部７０Ａを設けている。

コイルボビン５の下端部の内周面と、円筒部材５４の外周面との間に形成される隙間には、第２継鉄板６１と一体に形成される円筒状の第４継鉄板６３を嵌合している。この第４継鉄板６３は、各継鉄板６０〜６２と、可動鉄心７と、固定鉄心８と共に磁気回路を形成している。

固定鉄心８の上面には、上向きに突出し且つ第１継鉄板６０の挿通孔６０Ａを挿通する円筒状の第１ボス部８０を一体に形成している。この第１ボス部８０内に保持部材３の突部３１Ｂを挿入することで、保持部材３を位置決めしている。また、固定鉄心８の下面には、下向きに突出して可動鉄心７の第１凹部７１に嵌合する円筒状の第２ボス部８３を一体に形成している。

固定鉄心８には、第１ボス部８０及び第２ボス部８３と連通する内筒部８１を設けている。内筒部８１の下端部には、僅かに径寸法を大きくして成る凹部８１Ａを設けており、この凹部８１Ａと可動鉄心７の第２凹部７０Ａとで囲まれる空間に復帰ばね８２を収納している。復帰ばね８２は、コイルばねから成り、その下端が可動鉄心７の第２凹部７０Ａの底面に当接し、上端が固定鉄心８の凹部８１Ａの底面に当接する。したがって、復帰ばね８２は、第２凹部７０Ａの底面と凹部８１Ａの底面との間で圧縮した状態で収納され、可動鉄心７を下向きに弾性付勢する。

以下、本実施形態における接点の開閉動作について図２を用いて説明する。本実施形態では、復帰ばね８２が接圧ばね３３よりも高いばね定数を有している。このため、復帰ばね８２の付勢力によって可動鉄心７が下向きに摺動し、それに伴って可動軸２０及び保持部材３も下向きに移動する。可動接触子２は、保持部３の天板３０により下向きに押圧されて下向きに移動する。このため、初期状態では可動接触子２は各固定接点１０と離間している。

そして、励磁巻線５３に通電すると、可動鉄心７が固定鉄心８に吸引されて上向きに摺動する。このとき、可動鉄心７に連結された可動軸２０及び保持部材３も連動して上向きに移動する。これにより、保持部３の天板３０が上向きに移動するので、天板３０が可動接触子２から離れ、可動接触子２の上方への移動の規制が解除される。そして、可動接触子２は、接圧ばね３３の付勢力により上向きに移動し、可動接触子２が各固定接点１０に当接して接点間が導通する。

また、励磁巻線５３への通電をオフにすると、固定鉄心８の吸引力が失われ、復帰ばね８２の付勢力によって可動鉄心７が下向きに移動する。このとき、可動鉄心７に連結された可動軸２０及び保持部材３も連動して下向きに移動する。これにより、保持部３の天板３０が可動接触子２を下向きに押圧するので、可動接触子２と各固定接点１０とが離間し、接点間が遮断される。

ところで、接点を開閉する際に発生するアークを消弧して遮断するためには、アーク電圧を電源電圧以上に高くする必要がある。このアーク電圧は、アーク長が長くなるにつれて大きくなるため、アークをできる限り引き伸ばしてやることで、アークをより確実に消弧することができ、遮断性能を向上させることができる。

しかしながら、アーク電圧を高めてアークをより確実に消弧する目的で永久磁石４２の磁界を単に強くしただけでは、発明が解決しようとする課題でも既に述べたように再点弧する虞がある。

そこで、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、ケース４０の左側外壁に設けた永久磁石４２を、前端部がＮ極、後端部がＳ極となるように配置している。同様に、ケース４０の右側外壁に設けた永久磁石４２を、前端部がＳ極、後端部がＮ極となるように配置している。すなわち、本実施形態では、各接点部から遠ざかるにつれてアークに印加する磁界Ｂ１が強くなるように各永久磁石４２を配置している。

以下、具体例として、右側の接点部におけるアークの消弧について図１（ｃ）を用いて説明する。先ず、接点同士が開離する際には、固定接点１０と可動接触子２との間に流れるアーク電流Ｉ０と、永久磁石４２が発生する後方から前方に向かう向きの磁界Ｂ１とにより、右向きのローレンツ力Ｆ０が生じる。このローレンツ力Ｆ０により、接点間で発生したアークが右向きに、すなわち接点部から遠ざかる向きに引き伸ばされる。

次に、アークがケース４０の右側内壁まで引き伸ばされると、可動接触子２の端部の近傍のアークには、右向きのアーク電流Ｉ１が流れ、固定端子１の端部の近傍のアークには、左向きのアーク電流Ｉ２が流れる。そして、可動接触子２の端部の近傍のアークは、アーク電流Ｉ１と、永久磁石４２による磁界Ｂ１とで生じる下向きのローレンツ力Ｆ１により、下向きに引き伸ばされる。同様に、固定端子１の端部の近傍のアークは、アーク電流Ｉ２と、永久磁石４２による磁界Ｂ１とで生じる上向きのローレンツ力Ｆ２により上向きに引き伸ばされる。したがって、ケース４０の右側内壁まで引き伸ばされたアークは、上下両向きに引き伸ばされることで更にアーク長が長くなる。これにより、本実施形態では、アークを引き伸ばしてアーク電圧を高めることができるので、アークをより確実に消弧することができる。

ここで、永久磁石４２は、Ｎ極からＳ極に向けて放出される磁力線により磁場を形成する。そして、永久磁石４２による磁界Ｂ１は、永久磁石４２に近付く程強くなり、永久磁石４２から離れる程弱くなる。言い換えれば、永久磁石４２による磁界Ｂ１は、接点部から遠ざかる（ケース４０に近付く）につれて強くなる。

したがって、接点部の近傍においては、永久磁石４２による磁界Ｂ１が弱いため、ローレンツ力Ｆ０も弱くなる。このため、接点間で発生したアークは短時間で拡散することがない。すなわち、接点同士が開離する際に、接点同士が十分に離れるまではアークが消弧しないので、再点弧を防止することができる。一方、アークがケース４０に近付くと、永久磁石４２による磁界Ｂ１が強くなるため、ケース４０の内壁まで引き伸ばされたアークが更に引き伸ばされ、より確実にアークを消弧することができる。

上述のように、本実施形態では、各接点部から遠ざかるにつれてアークに印加する磁界Ｂ１が強くなるように各永久磁石４２を配置している。このため、接点部の近傍では永久磁石４２による磁界Ｂ１が弱いため、接点間で発生したアークは短時間で拡散しない。したがって、接点同士が十分に離れるまでアークが消弧しないので、再点弧を防止することができる。また、接点部から離れた位置では永久磁石４２による磁界が強いので、接点部から離れた位置まで引き伸ばされたアークを更に引き伸ばすことができ、より確実にアークを消弧することができる。

ところで、本実施形態では、ケース４０の左右外壁にそれぞれ１つずつ永久磁石４２を配置しているが、図３（ａ），（ｂ）に示すように、各接点部に対してそれぞれ複数（図示では３つ）の永久磁石４２を配置してもよい。この構成では、複数の永久磁石４２による磁界Ｂ１が重畳することでケース４０の内壁近傍での磁界Ｂ１を更に強くすることができる。したがって、各接点部に対して永久磁石４２をそれぞれ１つ設ける場合と比較して、ケース４０の内壁まで引き伸ばされたアークをより引き伸ばすことができ、遮断性能を更に向上することができる。

また、図４（ａ），（ｂ）に示すように、各永久磁石４２をケース４０の壁内に埋め込む形で配置してもよい。この構成では、各永久磁石４２をケース４０の外壁に配置する場合と比較して、各永久磁石４２とケース４０の内壁との間の距離を短くすることができる。すなわち、この構成では、各永久磁石４２をケース４０の外壁に配置する場合と比較して、ケース４０の内壁近傍での磁界Ｂ１を更に強くすることができる。したがって、各永久磁石４２をケース４０の外壁に配置する場合と比較して、ケース４０の内壁まで引き伸ばされたアークをより引き伸ばすことができ、遮断性能を更に向上することができる。

（実施形態２）
以下、本発明に係る接点装置の実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図５に示すように、封止容器４のケース４０の後側外壁であって、左右の角部にそれぞれ永久磁石４２を配置している。ケース４０の左側外壁に設けた永久磁石４２を、前端部がＮ極、後端部がＳ極となるように配置している。同様に、ケース４０の右側外壁に設けた永久磁石４２を、前端部がＳ極、後端部がＮ極となるように配置している。なお、各永久磁石４２は、ケース４０の外壁に直接固着してもよいし、ハウジングの内壁に固着してもよい。すなわち、本実施形態では、ハウジング内においてケース４０（封止容器４）と対向し且つ各接点部からの距離が最も遠い位置に各永久磁石４２を配置している。

実施形態１では、図１（ｂ）に示すように、アークの走行距離Ｄ１は、各接点部からケース４０の左右内壁までの距離となる。一方、本実施形態では、図５に示すように、アークの走行距離Ｄ２は、各接点部からケース４０の内側角部までの距離となる。したがって、本実施形態におけるアークの走行距離Ｄ２は、実施形態１におけるアークの走行距離Ｄ１よりも長くなる。

上述のように、本実施形態では、各永久磁石４２が配置可能な位置のうち各接点部からの距離が最も遠い位置に各永久磁石４２を配置することで、アークの走行距離Ｄ２を長くすることができる。したがって、本実施形態では、アークの走行距離Ｄ２が長くなった分だけアーク長を長くすることができるので、アーク電圧を高めて遮断性能を更に向上することができる。

（実施形態３）
以下、本発明に係る接点装置の実施形態３について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１又は２と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図６（ａ）に示すように、可動接触子２の左右両端部に、各接点部から遠ざかるにつれて各固定接点１０と可動接触子２との間の距離が長くなる曲面を形成している。

このため、本実施形態では、実施形態１と比較して、接点間で発生したアークが可動接触子２の曲面に沿って走行し易くなる。したがって、本実施形態では、接点間で発生したアークが拡散し易いので、アークが接点部近傍に停滞する時間を短くすることができ、結果としてアークを素早く消弧することができる。

なお、図６（ｂ）に示すように、可動接触子２の左右両端部に、各接点部から遠ざかるにつれて各固定接点１０と可動接触子２との間の距離が長くなる傾斜面を形成してもよい。この構成でも、上記と同様の効果を奏することができる。

また、本実施形態では、可動接触子２の左右両端部に曲面又は傾斜面を形成しているが、左側の固定端子１の左下端部と、右側の固定端子１の右下端部とに曲面又は傾斜面を形成してもよい。この構成でも、上記と同様の効果を奏することができる。勿論、各固定端子１及び可動接触子２の両方に曲面又は傾斜面を形成してもよい。この場合、接点間で発生したアークがより拡散し易くなるので、好ましい。

１ 固定端子
１０ 固定接点
２ 可動接触子
４ 封止容器
４２ 永久磁石

Claims (6)

1. それぞれ固定接点を有する１対の固定端子、及び前記各固定接点に接離する可動接触子から成る１対の接点部と、前記各接点部を気密封止する封止容器と、前記各接点部で生じるアークを前記各接点部から離れる向きに駆動するための永久磁石とを備え、前記各接点部から遠ざかるにつれて前記アークに印加する磁界が強くなるように前記永久磁石を配置することを特徴とする接点装置。
2. 前記永久磁石を前記各接点部に対してそれぞれ複数配置することを特徴とする請求項１記載の接点装置。
3. 前記永久磁石を前記封止容器の壁内に埋め込むことを特徴とする請求項１又は２記載の接点装置。
4. 少なくとも前記封止容器及び前記永久磁石を収納するハウジングを備え、前記ハウジング内において前記封止容器と対向し且つ前記接点部からの距離が最も遠い位置に前記永久磁石を配置することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の接点装置。
5. 前記固定端子又は前記可動接触子のうち少なくとも何れか一方の端部に、前記各接点部から遠ざかるにつれて前記固定接点と前記可動接触子との間の距離が長くなる曲面を形成することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の接点装置。
6. 前記固定端子又は前記可動接触子のうち少なくとも何れか一方の端部に、前記各接点部から遠ざかるにつれて前記固定接点と前記可動接触子との間の距離が長くなる傾斜面を形成することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の接点装置。

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