JP4483130B2

JP4483130B2 - 開閉装置の消弧機構

Info

Publication number: JP4483130B2
Application number: JP2001159851A
Authority: JP
Inventors: 正博市原; 文裕瀧村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2021-05-29
Also published as: JP2002352653A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は直流電路を開閉する開閉装置の消弧機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の直流開閉装置の一種である電磁接触器の略断面図である。
図７において、１はクロスバー、２はクロスバー１の窓枠１ａ内に配置したばね受け、３はばね受け２に設けた突起２ａと、クロスバー１の窓枠１ａ内のばね受け２と対向する位置に設けた突起１ｂに系合させたばね、４はばね受け２とクロスバー１の窓枠１ａ間に、ばね３により加圧されて保持された可動接触子、４ａは可動接触子４に設けた可動接点、５は前記可動接点４ａと対向する固定接点５ａを持つ固定接触子、６はアークホーン、７はアークホーン６をネジ８により保持し、外郭を成すアークカバー、９はアークカバー７とアークホーン６の間に保持される永久磁石、１０は前記固定接触子５を保持し、外郭を成すハウジングを示す。
【０００３】
図８は、従来の電磁接触器の消弧機構の動作を示す状態図である。
従来の構造を有する電磁接触器の消弧機構においては、可動接点４ａと固定接点５ａが接触して電路を形成した状態から、図８ａに示す可動接点４ａと固定接点５ａが離れた状態になる電路の遮断動作において、可動接点４ａと固定接点５ａ間に生じるアーク１０１は、永久磁石９によりクロスバー１が位置するＡ方向と反対Ｂ方向へ駆動され、図８ｂのごとく可動接触子４と永久磁石９の間、及びアークホーン６と固定接触子５の間の２本のアーク１０１ａ及び１０１ｂに分断される。
その後、２本のアーク１０１ａ及び１０１ｂは、電流方向が逆のため、永久磁石９によりそれぞれクロスバー側のＡ方向、及びＡ方向と逆のアークホーン側のＢ方向へ駆動され、図８ｃのごとくアーク長が増加し、クロスバー側とアークホーン側の全アーク長が回路電圧条件に対応するものとなるまで持続し、その条件がそろった時アークが消弧する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構造を有する電磁接触器の消弧機構においては、可動接触子と永久磁石間に発生したアークは、永久磁石の発生する磁界により駆動され,永久磁石面と可動接触子面をクロスバー１の方向に移動し、アーク１０１ａはクロスバー１に達する。
このクロスバー１と永久磁石９面の間にはアークによる熱ストレスを遮蔽するため、クロスバー１をカバーする機能を持つ絶縁材料からなる遮蔽板を備え、損傷を防止しているが、可動接触子、クロスバー１は接点の開閉動作時に上下方向に動く可動物であることより、完全にカバーする事は出来ず電磁接触器の開閉動作時に発生アークによりクロスバー１への熱影響を与えてしまう。
また、上述したクロスバー１をカバーする機能を持つ絶縁材料からなる遮蔽板を備えた構成の従来の電磁接触器に対し、よりアークのクロスバー１への影響を小さくするためには、上述の構成に加え、永久磁石９からクロスバー１までの距離を大きくすることで対処可能であったが、該構成では製品小形化が困難であった。
【０００５】
また、電磁接触器の直流電流遮断においては、アーク発生部分ではアーク熱による絶縁部品への影響が大きく、消弧室の絶縁材料を耐熱性の高いものにする必要がある。したがって、従来は消弧室の一部を構成するアークカバー７の材料として、耐熱性の高い材料を使用していた。
しかしながら、耐熱性の高い材料は機械的な弾性力を有していない。
このため、従来のアークカバー７には機械的な弾性力がなく、アークカバー７をハウジング１０へ取付ける際に、ネジ等の固定部品が必要であり、かつネジをアークカバー７へ仮固定し、締付ける工数が必要であった。
【０００６】
また、前記構造を有する電磁接触器の消弧機構においては、図８ｂ、図８ｃに示すように、アークカバー７の外側にアーク発生時にアークにより主回路端子と同電位になり充電部となるネジ８が露出するため、アークカバー７から制御盤の扉までの間に、一定の絶縁距離を確保する必要があった。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、直流の電流遮断において、永久磁石とクロスバーの間のギャップを保ち、かつ消弧室を小形化することである。
【０００８】
また、第２の目的は、永久磁石のクロスバーとの反対側面に導電性非磁性材料から成るアークホーンにより保持し、接点間で発生したアークをアークホーンへ転移させて分断することである。
【０００９】
また、第３の目的は、永久磁石を保持するアークホーンの先端にエッジを設け、接点間で発生したアークのアークホーンへの転移を促進することである。
【００１０】
また、第４の目的は、アークカバーの材料を熱可塑性樹脂とし、ベースへのアークカバーの着脱容易化を図るとともに、ネジ等の金属取付部品のアークカバー正面への露出を防止し、安全性を向上させることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る開閉装置の消弧機構は、クロスバー内に配設されたばねにより加圧され、クロスバーに保持された可動接触子と、この可動接触子と対向する固定接触子と、外郭をなすアークカバーと、アークカバー内部に配設された永久磁石とを備えた開閉装置において、永久磁石の可動接触子裏面との対峙面におけるクロスバー側を覆う、絶縁材料からなるアークシールドと、永久磁石の反クロスバー側に配置され、上記永久磁石の可動接触子裏面との対峙面の一部を開放するエッジ部を設けた、導電性非磁性材料からなるアークホーンと、を備えたものである。
【００１４】
また、アークカバー及びアークシールドに対して係合部を形成し、アークシールドを、永久磁石を載置した状態で組み付けるものである。
【００１５】
また、アークシールドを耐熱材料により形成し、アークカバーの材料を熱可塑性樹脂とし、アークシールドとアークカバーの係合部をアークカバーの弾性力により取り付け、取り外し可能とするものである。
【００１６】
また、永久磁石をアークシールドにより覆う範囲は、電磁開閉器の電流開閉における定格電圧、定格電流により、遮断条件が満足されるアーク長が得られる条件となるように決定するものである。
【００１７】
さらに、永久磁石の、可動接触子の接点部裏面との対峙面のうち、クロスバー側から可動接触子方向の最頂部までの概略１／２を熱硬化性樹脂からなるアークシールドにより覆うものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１.
この発明の一実施の形態を図１〜図６によって説明する。
図１は、この発明の一実施の形態による電磁接触器の消弧機構を示す略縦断面図であり、図２は、図１のＡ方向から見た電磁接触器の内部構造を示す略断面図である。
図において、１はクロスバー、２はクロスバー１の窓枠１ａ内に配置したばね受け、３はばね受け２に設けた突起２ａと、クロスバー１の窓枠１ａ内のばね受け２と対向する位置に設けた突起１ｂに系合させたばね、４はばね受け２とクロスバー１の窓枠１ａ間に、ばね３により加圧されて保持された可動接触子、４ａは可動接触子４に設けた可動接点、５は前記可動接点４ａと対向する固定接点５ａを持つ固定接触子、６はアークホーン、７は熱可塑性樹脂で構成され、アークホーン６を保持し、外郭を成すアークカバー、９はアークカバー７とアークホーン６の間に保持される永久磁石、１０は熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂で構成され、固定接触子５を保持し、外郭を成すハウジング、１１は消弧直前のアーク１０１ａ及びアーク１０１ｂが激突するため、熱硬化性樹脂等の耐熱性材料で構成されたアークシールドである。
また、アークホーン６のうち可動接触子４と向合う先端には、エッジ部６ａが設けられている。
【００１９】
なお、アークカバー７、ハウジング１０、アークシールド１１の材質は、電磁接触器の電流開閉時のアークによる熱影響度の大きさにより決定される。
とくに、直流電磁開閉器においてはアークに長時間さらされ熱影響の大きな部品は耐熱性材料で構成する必要がある。
【００２０】
図３は、アークシールド１１、アークホーン６と永久磁石９の、アークカバー７への取付け前の状態を示す状態図であり、図４は、アークシールド１１、永久磁石９、アークホーン６の各部品を示す斜視図、図５は、この発明の一実施の形態によるアークカバー７取り付け時の状態を示す斜視図である。
図において、アークホーン６の先端６ｂがアークカバー７の溝部７ｂ１に挿入され、アークシールド１１の壁部１１ｂがアークカバー７の溝部７ｂ２に挿入され、永久磁石９がアークカバー７の皿型形状部７ｂ３に当接し、その後、アークシールド１１の爪部１１ａがアークカバー７の凹部７ａに係合される。
前述の組立の過程において、アークシールド１１の爪部１１ａがアークカバー７の凹部７ａに係合される直前に、アークカバー７の凹部７ａ周辺部は変形する。この際、アークカバー７は壊れることなく変形するが、この変形動作は、アークカバー７の材料を高い弾性力を有する熱可塑性樹脂としたために得られる。
【００２１】
また、アークカバー７の爪部７ｃがハウジング１０の凹部１０ｃに係合され、また、アークカバー７の爪部７ｄがハウジング１０の凹部１０ｄに係合されている。（図１及び図２参照）
図５ａ→図５ｂの過程を経て、アークカバー７がハウジング１０に取付けられ、前述の図１及び図２の状態になるが、図５ａ→図５ｂの過程の途中でアークカバー７の７ｃ部（図１）及び７ｄ部（図２）周辺が変形する。
この際、アークカバー７は壊れることなく変形するが、この変形動作は、アークカバー７の材料を高い弾性力を有する熱可塑性樹脂としたために得られる。
【００２２】
図６は、この発明の一実施の形態による電磁接触器の消弧機構の動作を示す状態図である。
次に、上述の如く構成された電磁接触器の消弧機構の作用について説明する。可動接点４ａと固定接点５ａが接触して電路を形成した状態から、電路の遮断動作で図６ａに示す様に可動接点４ａと固定接点５ａが離れた状態になると、可動接点４ａと固定接点５ａ間にアーク１０１が生じる。
アーク１０１は永久磁石９により駆動され、図６ａの位置から図６ｂの位置へと移動する。
そして、アーク１０１は、アークホーン６のエッジ部６ａの電界集中による付勢力を得ながらアークホーン６へと転移し、アークホーン６により１０１ａと１０１ｂに分断され、図６ｃの状態となる。
その後、永久磁石９はアーク１０１ａに対し、図６ｃのＡ方向へ、アーク１０１ｂに対し図６ｃのＢ方向へ駆動力を与える。
【００２３】
このとき、アークは永久磁石と可動接触子の導電部分間に発生するため、アーク１０１ａの可動接触子４側端末に対し進行方向Ａにおいて移動を妨げる絶縁物はないが、アーク１０１ａの永久磁石９側端末に対し進行方向Ａにおいてアークシールド１１が絶縁物として移動を妨げている。
このため、アーク１０１ａはＡ方向に駆動力を与えられるものの、移動することができず、図６ｄの状態で静止する。
【００２４】
前述のとおり、永久磁石９の、可動接触子４の接点部裏面との対峙面９ａのうち、クロスバー１側から可動接触子４方向の最頂部までの概略１／２を熱硬化性樹脂からなるアークシールド１１により覆われ、クロスバー１との反対側部分がアークホーン６により覆われている。（図３及び図６ａ）
永久磁石９をアークシールド１１により覆う範囲は，電磁開閉器の電流開閉における定格電圧、定格電流により、遮断条件が満足されるアーク長が得られる条件となるように決定する必要がある。
例えば、定格電圧ＤＣ２２０Ｖ、定格電流２０Ａの場合は、５ｍｍとなる様に決定する。
【００２５】
このように、永久磁石９の可動接触子４に対峙する面９ａの一部を耐熱材料で覆うことによって、クロスバー１の表面から永久磁石９の中心までの距離が、従来技術による電磁開閉器に対して本願の電磁開閉器では低減される。
また、アーク１０１ｂの両端末に対し、進行方向Ｂにおいて移動を妨げる絶縁物はなく、アーク１０１ｂはアークホーン６の上を移動しながらＢ方向へ駆動され、図６ｄの状態まで伸長する。
この際、アークホーン６は非磁性材料のため永久磁石が発生する磁束をアークホーン６の断面に集中することなく、気中アーク部への磁束供給が確保され、その結果必要なアーク駆動力が確保される。しかもアークホーン６は高導電性のため、アーク１０１ｂが即座に移動するのを促進する。
この様にして図６ｄのアーク１０１ａとアーク１０１ｂのアーク電圧の合計が絶縁回復電圧を超え、アークは消弧される。
【００２６】
本実施の形態によれば、発生したアーク１０１ａを永久磁石の導電部の露出面に拘束しアーク１０１ａがＡ方向に移動するのを防ぐため、従来の電磁開閉器の消弧室寸法Ｘ（図７のクロスバー１の表面からアークボックス１０の内面）に対し、本実施の形態に係る電磁開閉器の消弧室寸法Ｙ（図１のクロスバー１の表面からアークシールド１１の内面）は約２５％低減され、消弧構造が小型化でき、製品の小型化が計れる。なお、従来技術とは絶縁材料のカバーする対象がクロスバーか永久磁石と異なり、カバーの果たす機能がクロスバーをアークの熱から保護するかアークを永久磁石面のクロスバー方向への移動を制限するかが異なるものである。
また、図６ｂから図６ｃの状態に移行する過程において、導電性材料から成るアークホーン６に転流したアーク１０１ｂはアークホーン６の上を移動し、アーク１０１ｂの伸長を促進する。
なお、アークホーン６は非磁性材料から成るため、アークの発生領域において永久磁石６が励起する磁束の経路に影響しない。
さらに、図６ｂから図６ｃの状態に移行する過程において、アークホーン６のエッジ部６ａが電界集中を促し、アークホーン６へのアークの移動を促進する。また、アークカバー７とハウジング１０がネジ等の追加部品を用いずに結合できるため、材料コスト・取付けコストが安価で、かつ着脱容易である。
なお、ネジ等の結合用の金属部品がアークカバー７の外部へ露出することを防止でき、アークカバー７の外面から制御盤の扉までの絶縁距離を確保する必要がないので、制御盤の寸法が小形化できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、アークシールドにより可動接触子と永久磁石との間に発生したアークのクロスバー方向への移動を制限することによりクロスバーをアーク熱から保護することができる。
【００２８】
また、導電性材料から成るアークホーンに転流したアークはアークホーンの上を移動し、アークの伸長を促進し、分断させることができる。
【００２９】
また、アークホーンのエッジ部が電界集中を促し、アークホーンへのアークの移動を促進し、分断させることができる。
【００３０】
また、アークカバーとハウジングがネジ等の追加部品を用いずに結合できるため、材料コスト・取付けコストが安価で、かつ着脱容易である。
また、ネジ等の結合用の金属部品がアークカバーの外部へ露出することを防止でき、アークカバーの外面から制御盤の扉までの絶縁距離を確保する必要がないので、制御盤の寸法が小形化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電磁接触器の消弧機構を示す略縦断面図である。
【図２】図１においてＡ方向から見た電磁接触器の内部構造を示す略縦断面図である。
【図３】電磁接触器の消弧機構のうち、アークシールド１１、アークホーン６と永久磁石９の、アークカバー７への取付け前の状態を示す状態図である。
【図４】電磁接触器の消弧機構のうち、アークシールド、永久磁石、アークホーンの各部品の斜視図である。
【図５】電磁接触器の外観を示す斜視図である。
【図６】本発明の電磁接触器の消弧機構を示す略縦断面図である。
【図７】従来の電磁接触器の消弧機構を示す略縦断面図である。
【図８】従来の電磁接触器の消弧機構を示す略縦断面図である。
【符号の説明】
１クロスバー、２ばね受け、３ばね、４可動接触子、４ａ可動接点、５固定接触子、５ａ固定接点、６アークホーン、６ａアークホーンのエッジ部、６ｂアークホーンのアークカバー溝への挿入部、７アークカバー、７ａアークカバーのアークシールド保持用爪部、７ｂ１アークカバーのアークホーン把持部、７ｂ２アークカバーのアークシールド把持部、７ｂ３アークカバーの永久磁石当接部、７ｃアークカバーのハウジングへの固定用爪部、７ｄアークカバーのハウジングへの固定用爪部、８ネジ、９永久磁石、９ａ永久磁石の可動接触子対峙面、１０ハウジング、１１アークシールド、１０１アーク、１０１ａ分断後のアーク、１０１ｂ分断後のアーク。

Claims

クロスバー内に配設されたばねにより加圧され、クロスバーに保持された可動接触子と、この可動接触子と対向する固定接触子と、外郭をなすアークカバーと、アークカバー内部に配設された永久磁石とを備えた開閉装置において、
永久磁石の可動接触子裏面との対峙面におけるクロスバー側を覆う、絶縁材料からなるアークシールドと、
永久磁石の反クロスバー側に配置され、上記永久磁石の可動接触子裏面との対峙面の一部を開放するエッジ部を設けた、導電性非磁性材料からなるアークホーンと、
を備えたことを特徴とする消弧機構。
アークカバー及びアークシールドに対して係合部を形成し、アークシールドを、永久磁石を載置した状態で組み付けることを特徴とする請求項１に記載の開閉装置の消弧機構。
アークシールドを耐熱材料により形成し、アークカバーの材料を熱可塑性樹脂とし、アークシールドとアークカバーの係合部をアークカバーの弾性力により取り付け、取り外し可能とすることを特徴とする請求項１または２に記載の開閉装置の消弧機構。
永久磁石をアークシールドにより覆う範囲は、電磁開閉器の電流開閉における定格電圧、定格電流により、遮断条件が満足されるアーク長が得られる条件となるように決定することを特徴とする請求項１に記載の開閉装置の消弧機構。
永久磁石の、可動接触子の接点部裏面との対峙面のうち、クロスバー側から可動接触子方向の最頂部までの概略１／２を熱硬化性樹脂からなるアークシールドにより覆うことを特徴とする請求項４に記載の開閉装置の消弧機構。