JP6512491B2 - 多極電力接触器 - Google Patents

Description

本発明は、電磁駆動装置と該駆動装置の可動接極子とを備え、少なくとも２つの可動接触子を互いに隣り合わせに配置し前記接極子に連結してなる多極電力接触器に関する。電力接触器の対応する固定接触子が可動接触子に割り当てられている。接極子は、可動接触子と固定接触子とが互いに接触していない開位置から、可動接触子が固定接触子に接触する閉位置に移動可能である。さらに、一般的なタイプの電力接触器における、可動接触子および対応する固定接触子からなる各接点には、消弧装置が割り当てられている。

一般的なタイプの電力接触器は、特に、鉄道車両の発動機接触器として使用される。鉄道車両に使用される電力接触器は、特に大きな電力レベルに対して確実にスイッチ開閉可能でなければならない。発動機の性能が向上しているので、使用される発動機接触器に要求される性能も高度化しつつある。特に、このような情況においては、動作不良も考慮に入れる必要がある。そこで、たとえば、コンバーターの中でサイリスターが発火して短絡が生じることが起こりうるだろう。動作不良が起こった場合、鉄道車両の電気発動機が発電機として働くことによって数百キロワットの範囲の電力を発生させる。電力は、電力接触器によって安全確実に切られなければならない。動作不良がコンバーターではなく接触器自体に起こった場合にも同じことがあてはまる。これに関して、スイッチ開閉の周波数は、５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの範囲である。

接触器の開動作中に、スイッチ開閉アークが形成される。このタイプの電力接触器には、消弧装置が設けられており、スイッチ開閉アークは、磁場の作用で消弧装置の中に押しやられ、その過程で消弧される。スイッチ開閉される電力が大きいほど、スイッチ開閉アークを短時間で消弧することが難しくなる。適度な大電力の場合、スイッチ開閉アークは、装置内部を圧力のかかった状態で拡散する大量の導電性プラズマを生じる。プラズマのせいで、電力接触器内の異なるポイントで短絡が生じるリスクがある。特に、プラズマは、スイッチ開閉アークに、隣り合う極の接点の短絡を起こさせたり、スイッチ開閉アークをユニットの接地個所まで到達させたりする可能性がある。

そこで、本発明の目的は、一般的なタイプの電力接触器を改良することにあり、スイッチ開閉性能を向上させることにある。

本発明は、独立請求項１の特徴によって、解決される。当該請求項によれば、一般的なタイプの電力接触器において、互いに隣り合わせに配置された隣接する極の２つの可動接触子の間にプラズマバリアが配置され、当該プラズマバリアは第１バリアと第２バリアを有し、当該２つのバリアのうちの一方が前記接極子に連結され、前記２つのバリアのうちの他方が前記電力接触器の静止部分に連結され、前記第１バリアおよび前記第２バリアが前記接極子の開位置と閉位置との間の各位置において互いに少なくとも部分的に重なっているものとすれば、本発明による課題の解決手段となるだろう。

本発明は、スイッチ開閉アークにより接触子の開動作中に形成されるプラズマが、１つの接点および／または該接点の収容室から隣接する接点および／またはその収容室に流れないようにする。また、スイッチ開閉アークが、隣接する接点上にフラッシュオーバーしないようにもする。２つのバリアのうちの一方は、好ましくは、電力接触器の継鉄プレートに載置され継鉄プレートに間接的に連結されている絶縁プレート上に、装着されている。最適な封止効果を実現するために、このバリアは、好ましくは、継鉄プレートと面一になるように閉じている。接極子に連結されているバリアは、接極子に直接連結することもできるし、間接的に連結することもできる。バリアは、好ましくは、接極子に接触子支持部を介して連結されている。

さらに、第１バリアと第２バリアの間の重なっている領域における間隔は、５ｍｍ未満が好ましく、２ｍｍ未満がさらに好ましく、１ｍｍ未満とすると特に好ましい。

本発明の好ましい諸実施形態は、従属請求項の対象である。

本発明の特に好ましい実施形態において、第１バリアと第２バリアとがラビリンスシールとなって相互作用する。このようにすることで、特に効果的に、１つの接点から隣接する接点へのプラズマの移動が防止される。

バリアは、それぞれが少なくとも１枚のプレートにより形成されていると、特に容易かつ低コストに実装可能である。この点で、第１バリアが、少なくとも２枚の平行なプレートを有し、第２バリアの少なくとも１枚のプレートが、第１バリアの２枚の平行なプレートの間に配置されていると、封止効果の面で特に有利である。これによって、特に効果的なラビリンスシールが達成される。この実施形態は、２枚の平行なプレートが、接極子に連結された接触子支持部に固定されているか、接触子支持部の一部であれば、特に実装が容易である。

本発明のさらなる特に好ましい実施形態において、バリアは、プラスチックまたはセラミックでつくられている。これら２つの材料は、導電性がないので、２つの隣接する接点間で通電することがないよう保証される。

本発明のさらなる特に好ましい実施形態において、電力接触器は、継鉄プレートを有し、電力接触器の構成部品のうち、継鉄プレート上の接点のうちの１つのすぐ近くに装着された少なくとも１つの構成部品が、１つまたは複数のプラスチックねじによって継鉄プレートに固定されている。プラスチックねじは、好ましくは、高強度プラスチックねじとして形成されている。この実施形態において、導電性金属のねじが用いられる従来の電力接触器とは対照的に、プラズマとねじを通じて、接地された継鉄プレート上に短絡が発生する可能性が防止される。この実施形態は、電力接触器の継鉄プレートではなく電力接触器の任意の接地された部品に螺合されるねじにも適している。固定される部品は、たとえば、筐体パーツや消弧室である。プラスチックねじの使用は、本発明による電力接触器に適しているだけでなく、電力接触器一般に適していることに留意されたい。したがって、プラスチックねじを前記の目的に使用することは、本発明による電力接触器のスイッチ開閉性能のさらなる向上に寄与するものではあるとしても、別の発明である。

本発明のさらなる好ましい実施形態において、電力接触器の継鉄プレートは、少なくとも部分的に、接点に対面する側に絶縁フィルムを備えている。これによって、プラズマとの接触が防止され、短絡のリスクがさらに低減される。

本発明のさらなる特に好ましい実施形態において、接極子は、金属製の駆動軸に連結され、駆動軸は、静止絶縁スリーブに少なくとも一部が収容されている。これにより、アークにより生成されるプラズマが駆動軸に接触するのが防止され、駆動軸上に短絡が生じることが防止される。この実施形態は、駆動軸が接点のうちの１つのすぐ近くに配置されている場合に特に推奨される。鉄道車両の発動機接触器として用いられる３極電力接触器については、コンタクトブリッジのうちの１つ（可動接触子）は一般に駆動軸の一端に直接装着される。中央のコンタクトブリッジは、駆動軸も位置する同一平面内に位置させるのが実用的である。このような配置には、アークにより生成されるプラズマが駆動軸に接触するという深刻なリスクがある。しかし、これは、静止絶縁スリーブにより防止される。静止絶縁スリーブは、結果として、電力接触器の静止部品を構成し、好ましくは、継鉄プレート上に配置された絶縁プレート上に装着される。最適な封止効果を達成するために、静止絶縁スリーブは、好ましくは、継鉄プレートと面一になるように閉じている。駆動軸が円柱状に設計されている場合、静止絶縁スリーブは、中空の円筒形状に構成することができる。もっとも、原理的に、十分な封止効果が確保できるなら、他の任意の断面形状を採用することもできる。

特に好ましい実施形態において、駆動軸は、静止絶縁スリーブに対して移動可能な移動絶縁スリーブに少なくとも一部が収容され、移動絶縁スリーブは、駆動軸に堅固に連結され、静止絶縁スリーブと移動絶縁スリーブとが伸縮式に相互作用するようになっている。この実施形態において、静止絶縁スリーブと移動絶縁スリーブとは、ラビリンスシールとなって相互作用する。したがって、スイッチ開閉アークにより生成するプラズマの駆動軸との接触が効果的に防止される。好ましくは、静止絶縁スリーブと移動絶縁スリーブとはともにプラスチックまたはセラミックでつくられている。さらに好ましくは、封止効果を最適化するために２つのスリーブの間には非常に短い間隔がある。間隔は、好ましくは１ｍｍ未満である。

本発明のさらなる特に好ましい実施形態において、可動接触子および／または固定接触子は、それぞれアークガイドホーンを備えるものとして設計され、アークガイドホーンは、少なくとも部分的に先細形状になっている。先細形状のアークガイドホーンを備える接触子は、本発明による電力接触器に適しているだけでなく、一般に、電力接触器に使用するのに適していることに留意されたい。先細形状のアークガイドホーンを備える実施形態および以下に記載する好ましい諸実施形態は、したがって、別の発明であるが、本発明による電力接触器のスイッチ開閉性能のさらなる最適化に対して、同様に寄与するものである。アークガイドホーンとは、それぞれの接触子から角度をつけて立ち上がり延出する接触子の延長部分であり、スイッチ開閉アークを、その形成後に、それぞれの消弧装置の中に案内するものである。この目的のために、永久磁石や、電磁石や、専用に形成された接触片の電磁ブロー効果により、磁場が生成され、利用される。アークガイドホーンが先細形状なので、磁力線が集束し、その結果、電磁ブロー効果が強化される。したがって、低電力範囲におけるアークのスイッチングに、はっきりと知覚できるくらいのかなりの向上が見込める。アークガイドホーンは、寿命の要件が許容する程度に寸法を細く抑えるのが好ましい。好ましくは、アークガイドホーンは、各接触子の実接触面積に対して、少なくとも２５％、好ましくは、いずれにしても少なくとも５０％にはなるような、先細形状となっている。

特に好ましくは、アークガイドホーンは、別部品として設計され、それぞれの固定接触子および／または可動接触子に固定されている。固定は、好ましくは、リベット留めによって行われる。さらに好ましくは、アークガイドホーンは、青銅でつくられている。この実施形態では、従来の方法で構成され、各接触子とともに一体完全な銅部品を形成するアークガイドホーンと比べて、アークガイドホーンの大幅な長寿命が保証される。従来のアークガイドホーンは、振動負荷のせいで早期に壊れる可能性があることが明らかになっている。

本発明のさらなる好ましい実施形態において、電力接触器の継鉄プレートは、接点のうちの１つの領域内に貫通孔を有し、その貫通孔はフォームラバーマットで封止されている。この実施形態は、たとえば、継鉄プレートが、接極子および／または接触子支持部にしっかりと連結される連結部用の貫通孔を有し、継鉄プレートの下に配置された補助開閉器をこの貫通孔を介して駆動させるようになっている場合に、使用することができる。フォームラバーマットは、好ましくは、連結部を密封収容するように形成されている。この実施形態は、アークにより生成するプラズマが、貫通孔を介して継鉄プレートに、および／または、下方に配置された電力接触器の接地させた部品に、接触することで短絡のリスクを生じることがない点で有利である。フォームラバーマットによる貫通孔の封止は、本発明による電力接触器の場合に実装できるだけでなく、電力接触器一般に対して実装可能であることに留意されたい。したがって、この実施形態は、別の発明を表象するものであるにもかかわらず、本発明による電力接触器のスイッチ開閉性能のさらなる最適化に寄与する発明を表すものである。

本発明の実施形態について、以下の図面により、より詳細に説明する。図面が図示する内容は次のとおりである。

本発明による電力接触器の部分断面斜視図である。 図１に示した本発明による電力接触器の概略縦断面図である。 図１および図２に示した本発明による電力接触器のコンタクトブリッジの詳細図である。

以下の説明において、同一の部分は同一の参照符号で示す。図面の関連する説明箇所で詳しく説明していない参照符号が図面に含まれている場合は、その前または後ろの図面の説明箇所を参照されたい。

図１に、本発明による電力接触器１の部分断面斜視図を示す。電力接触器は、３極構成の設計であり、３つの隣り合わせに配置されたスイッチ開閉点を備えている。電磁駆動装置の接極子２は、駆動軸１４を介して接触子支持部３に連結されている。電力接触器の接触子支持部３は、３つのコンタクトブリッジ支持部２３（図２により詳しく示す）を有し、３つのコンタクトブリッジ支持部はそれぞれが、３つの隣り合わせに配置されたコンタクトブリッジ４のうちの１つを担持している。３つのコンタクトブリッジは、電力接触器の可動接触子を構成している。３つのコンタクトブリッジ支持部のうちの１つが、電磁駆動装置２によって駆動される駆動軸１４の上端に配置されている。接触子支持部３は、接極子２によって、可動接触子４とそれぞれ割り当てられた固定接触子５とが互いに接触しない開位置から、可動接触子４が固定接触子５に接触して電気的接続を確立する閉位置に、移動させることができる。接触子の開動作の間、スイッチ開閉アークが形成されるが、大きな負荷のスイッチ開閉がなされる場合には特に、接触子や電力接触器の他の部品の損傷を防ぐため、このスイッチ開閉アークは、可及的速やかに消弧しなければならない。そこで、可動接触子４および対応する固定接触子５からなる各接点に、消弧装置が割り当てられている。消弧装置の消弧室６は、図１に、合計６つの接点のうちの４つが示されている。

動作不良が生じた場合、状況によっては、数百キロワットの電力を、電力接触器１によって確実に遮断することができるのでなければならない。スイッチ遮断時に形成されるアークは、プラズマを生成し、プラズマは、接点直下領域に短時間残存するだけでなく、最悪の場合、隣接するスイッチ開閉点に転移することさえある。この場合、隣接するスイッチ開閉点すなわち接点にアークがフラッシュオーバーするリスクがある。これを回避するため、本発明により、２つの隣接する接点の間にプラズマバリアを設けている。プラズマバリアは、実質的に、仕切り壁からなる。仕切り壁は、ラビリンスシールとなって相互作用するものであるとともに、対応する接点を互いに分離するものである。図２に示すように、各プラズマバリアは、互いに平行に配置され接触子支持部３にしっかりと連結された２枚のプレート７．１および７．２を備えている。接触子支持部３およびプレートは、好ましくは、単一部品を形成する。互いに平行に並んでいる２枚のプレート７．１および７．２は、その間に、電力接触器の静止部品に連結されている他のプレート８を収容している。図示されている実施形態において、対応するプラスチックプレート２２（中央プレート８はここから実質的に垂直に立ち上がって延出している）が、電力接触器の継鉄プレート９上に装着されている。プレート７．１および７．２は、中央プレート８を、少なくとも一部、ここでは接極子の開位置と閉位置の間のすべての位置において、覆っている。したがって、プレート７．１および７．２は、ラビリンスシールとなってプレート８と相互作用することで、スイッチ開閉アークによって接点のうちの１つで生成したプラズマが隣接するスイッチ開閉点に転移することを効果的に防止する。

プラズマが、継鉄プレート９または下方に配置され接地されている（電力接触器の）部品に、接触することで短絡を生じることを防ぐため、本発明により、図示した実施形態に従って、追加の対策が講じられた。ひとつには、継鉄プレート９と継鉄プレート上にあるプラスチックプレート２２との間に絶縁フィルム１１を設けている。また、プラズマは、継鉄プレート９上の何らかの部品を固定するために使用される金属ねじと接触すると短絡を生じることが実地で観察されている。たとえば、消弧装置６が、適切なねじによって継鉄プレート９に固定されている。スイッチ開閉性能向上のため、各接点のすぐ近くの部品を継鉄プレートに固定することを目的とするものとして、高強度プラスチックねじ１０が本発明による電源接触器のために設けられている。

また、金属でつくられている駆動軸１４に対向して、プラズマバリアが設けられている。プラズマバリアは、プラスチックプレート２２から立ち上がり延出する静止絶縁スリーブ１２と、接触子支持部３の一部である移動絶縁スリーブ１３とからなる。静止絶縁スリーブ１２および移動絶縁スリーブ１３は、ラビリンスシールとなって伸縮式に相互作用する。スリーブ間には非常に小さな、ちょうど、プレート８とプレート７．１および／または７．２との間くらいの間隔があいている。

また、電力接触器には、接極子を介して駆動される補助開閉器が設けられている。したがって、本発明による図示されている電力接触器の接触子支持部３に、連結部２０が連結されている。継鉄プレート９の下に配置され、継鉄プレートの貫通孔１９を通して案内される補助接触子を、連結部２０が駆動する。スイッチ開閉プロセス中に形成されるプラズマが、継鉄プレート９に、または、電力接触器の、継鉄プレートの下に配置されている接地されている部品に、接触することを防ぐため、貫通孔１９は、フォームラバーマット２１によって封止されている。当然、フォームラバーマットは、連結部２０が案内される継鉄プレート９の貫通孔１９に比べてずっと小さな貫通孔を有するものである。

スイッチ開閉性能を向上させるために本発明による電力接触器に関して採用されたもう一つの対策を図３に示す。図３は、３つのコンタクトブリッジ４のうちの１つを詳細に図示するものである。電力接触器が閉状態のときに対応する固定接触子５に接触する２つの接触領域１８が示されている。実質的に垂直に立ち上がり延出しているアークガイドホーン１５が、コンタクトブリッジ４の２つの端部にそれぞれ配置されている。アークガイドホーン１５は、青銅でできており、コンタクトブリッジ４とともにリベット留めされている。リベット留めによる連結部１７は、コンタクトブリッジの中央領域に配置されている。アークホーン１５の、垂直に立ち上がり延出している領域１６は、磁力線を集束させて電磁ブロー効果を強化するために、鋭い先細形状をなしている。

Claims (11)

1. 電磁駆動装置と可動接極子（２）を備え、さらに、互いに隣り合わせに配置され前記接極子（２）に連結された少なくとも２つの可動接触子（４）を備えた多極電力接触器（１）であって、前記電力接触器（１）の対応する固定接触子（５）が前記可動接触子（４）に割り当てられ、前記接極子（２）は前記可動接触子（４）および前記固定接触子（５）が互いに接触しない開位置から前記可動接触子（４）が前記固定接触子（５）に接触する閉位置まで移動させることが可能であり、可動接触子（４）と対応する固定接触子（５）とからなる各接点が消弧装置（６）に割り当てられ、互いに隣り合わせに配置された２つの可動接触子（４）の間にプラズマバリアが配置され、当該プラズマバリアは第１バリア（７）と第２バリア（８）を有し、当該２つのバリアのうちの一方（７）が前記接極子（２）に連結され、前記２つのバリアのうちの他方（８）が前記電力接触器（１）の静止部分（２２）に連結され、前記第１バリア（７）および前記第２バリア（８）が前記接極子（２）の開位置と閉位置との間の各位置において互いに少なくとも部分的に重なっている電力接触器（１）において、前記接極子（２）が、金属製の駆動軸（１４）に連結され、当該駆動軸（１４）が、静止絶縁スリーブ（１２）に少なくとも一部が収容され、当該静止絶縁スリーブ（１２）は、前記駆動軸（１４）が前記接点の開閉動作中に形成されるスイッチ開閉アークにより生成されるプラズマに接触しないように配置されていることを特徴とする電力接触器（１）。
2. 前記第１バリア（７）と前記第２バリア（８）とがラビリンスシールとなって相互作用することを特徴とする請求項１に記載の電力接触器（１）。
3. 前記第１バリア（７）と前記第２バリア（８）とが、それぞれ少なくとも１枚のプレートにより形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力接触器（１）。
4. 前記第１バリア（７）が少なくとも２枚の平行なプレート（７．１，７．２）を有し、前記第２バリア（８）の少なくとも１枚のプレートが前記第１バリアの前記２枚の平行なプレート（７．１，７．２）の間に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の電力接触器（１）。
5. 前記バリア（７，８）がプラスチックまたはセラミックでつくられていることを特徴とする請求項１〜４のうちの一項に記載の電力接触器（１）。
6. 前記電力接触器（１）は、継鉄プレート（９）を有し、前記電力接触器（１）の構成部品のうち、当該継鉄プレート（９）上の前記接点のうちの１つのすぐ近くに装着された少なくとも１つの構成部品が、１つまたは複数のプラスチックねじ（１０）によって前記継鉄プレートに固定されていることを特徴とする請求項１〜５のうちの一項に記載の電力接触器（１）。
7. 前記電力接触器（１）の前記継鉄プレート（９）が、少なくとも部分的に、前記接点に対面する側に絶縁フィルム（１１）を備えていることを特徴とする請求項６に記載の電力接触器（１）。
8. 前記駆動軸（１４）が、前記静止絶縁スリーブ（１２）に対して移動可能な移動絶縁スリーブ（１３）に少なくとも一部が収容され、前記移動絶縁スリーブ（１３）が前記駆動軸（１４）に堅固に連結され、前記静止絶縁スリーブ（１２）と前記移動絶縁スリーブ（１３）とが伸縮式に相互作用することを特徴とする請求項１〜７のうちの一項に記載の電力接触器（１）。
9. 前記可動接触子（４）および／または前記固定接触子（５）がそれぞれアークガイドホーン（１５）を備えるものとして設計され、当該アークガイドホーン（１５）が少なくとも部分的に先細形状になっていることを特徴とする請求項１〜８のうちの一項に記載の電力接触器（１）。
10. 前記アークガイドホーン（１５）は、別部品として設計され、対応する前記固定接触子（５）および／または可動接触子（４）に固定されることを特徴とする請求項９に記載の電力接触器（１）。
11. 前記電力接触器（１）の前記継鉄プレート（９）が、前記接点のうちの１つの領域内に貫通孔（１９）を有し、当該貫通孔（１９）がフォームラバーマット（２１）で封止されていることを特徴とする請求項６または７に記載の電力接触器（１）。
    
    

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