WO2013171877A1

WO2013171877A1 - 電磁開閉器

Info

Publication number: WO2013171877A1
Application number: PCT/JP2012/062631
Authority: WO
Inventors: 稲口　隆; 智史牧野; 智彦竹本; 伊藤　直樹
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2013-11-21
Also published as: CN104285269B; CN104285269A; JPWO2013171877A1; KR101670567B1; TWI484519B; US9196433B2; JP5964419B2; KR20140138844A; US20150035631A1; DE112012005870T5; TW201349272A

Abstract

　可動接点及び固定接点を、可動接触子の幅方向から覆う一対の側板（３５ｂ、３５ｃ）と、可動接触子の長手方向から覆う背板（３５ｄ）と、上方から覆う天板（３５ａ）とを有し、磁性材料で形成され、可動接点と固定接点とが離間したときに可動接点と固定接点との間に発生するアークを可動接触子の上方へ導くアークランナー（３５）を備え、アークランナー（３５）は、天板（３５ａ）の中央部に、側板（３５ｂ、３５ｃ）と天板（３５ａ）との間に形成される天板－側板間隙間（３５ｆ、３５ｇ）よりも流路面積の大きい天板穴（３５ｅ）を有する。

Description

電磁開閉器

　本発明は、接点を有し電流の開閉を行う電磁開閉器に関する。

　電磁開閉器では、電流の遮断時に、固定接点と可動接点との間でアークが発生する。アークは両接点を溶融することもあり、電磁開閉器の寿命に直接影響を与える。このため発生するアークを速やかに消弧でき、接点寿命の長い電磁開閉器の開発が望まれている。

　消弧性能の向上を目的として、特許文献１、２では、ケース内に可動接触子背面まで伸ばしたアークランナーを設置し、電磁力によりアークをアークランナーに引き寄せ、伸張してアークを消弧する技術を扱っている。

特許第３２６２８８１号公報実開昭５９－１１５５４２号公報

　電磁開閉器の消弧性能を向上させるため、可動接触子背面まで伸ばしたアークランナーを設置し、電磁力によりアークを引き寄せるが、アークがアークランナーから外れ、隣の相まで移動し、相間短絡が発生するという問題があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、相間短絡を防止し、消弧性能の高い電磁開閉器を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、筐体に固定された固定鉄心と、固定鉄心と対向して配置された可動鉄心と、可動鉄心を固定鉄心から離間する方向に付勢する引き離しバネと、固定鉄心の周囲に設置され、引き離しバネの弾性力に抗して可動鉄心を固定鉄心に吸着させる電磁力を励磁時に発生させる操作コイルと、一対の可動接点が両端部に設けられた棒状の可動接触子が複数設置され、可動鉄心が取り付けられて、可動鉄心とともに移動するクロスバーと、可動接点と対応する固定接点が設けられ、固定接点が可動接点の下方に位置するよう配置された複数の固定接触子と、を有し、操作コイルの励磁・消磁に応じて、可動接点と固定接点とが接離する電磁開閉器であって、可動接点及び固定接点を、可動接触子の幅方向から覆う一対の側板と、可動接触子の長手方向から覆う背板と、上方から覆う天板とを有し、磁性材料で形成され、可動接点と固定接点とが離間したときに可動接点と固定接点との間に発生するアークを可動接触子の上方へ導くアークランナーを備え、アークランナーは、天板の中央部に、側板と天板との間に形成される隙間よりも流路面積の大きい天板穴を有することを特徴とする。

　本発明にかかる電磁開閉器は、相間短絡を発生させることなく、消弧性能を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる電磁開閉器の実施の形態１の構成を示す断面図である。図２は、アークランナーの斜視図である。図３は、アークカバーを外した状態の電磁開閉器を模式的に示す図である。図４は、アークカバーを外した状態の電磁開閉器の断面図である。図５は、電磁開閉器の部分断面図である。図６は、本発明にかかる電磁開閉器の実施の形態２を示す斜視図である。図７は、本発明にかかる電磁開閉器の実施の形態３を示す斜視図である。図８は、実施の形態３にかかる電磁開閉器の部分断面図である。図９は、本発明にかかる電磁開閉器の実施の形態４を示す斜視図である。図１０は、本発明にかかる電磁開閉器の実施の形態５を示す斜視図である。図１１は、実施の形態５にかかる電磁開閉器の部分断面図である。図１２は、本発明にかかる電磁開閉器の実施の形態６を示す斜視図である。

　以下に、本発明にかかる電磁開閉器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、本発明にかかる電磁開閉器の実施の形態１の構成を示す断面図である。絶縁材料で成形された取り付け台１ａには、ケイ素鋼板を積層した固定鉄心２が固定されている。同じく絶縁材料で成形されたベース１ｂには固定接触子８が取り付けられている。取り付け台１ａ及びベース１ｂが筐体１をなしている。可動鉄心３は、固定鉄心２と同じくケイ素鋼板を積層した鉄心である。可動鉄心３と固定鉄心２とは対向配置されている。操作コイル４は、励磁時に、引き外しバネ３１の弾性力に抗して固定鉄心２と可動鉄心３とを吸着させる駆動力を発生する。角窓３２が設けられているクロスバー５は絶縁材料で形成され、その下端で可動鉄心３を保持している。

　可動接触子６は、棒状であり、クロスバー５の角窓３２に挿入されていて、押さえバネ７により保持されている。固定接触子８は可動接触子６に対向して設けられていて、両者が接触すると電流が流れる状態になる。可動接触子６と固定接触子８は、３相交流の各相に対応するために３組設けられている。可動接触子６には、一対の可動接点２０が両端側に分かれて接合されており、固定接触子８には固定接点２１が接合されている。端子ネジ９は電磁接触器１００を外部回路へ接続するために使用される。

　電磁開閉器１００では、可動接点２０と固定接点２１とを開極したとき、接点間にアークが発生する。アークカバー１１は、電磁開閉器１００の上面を覆うように設置され、アークが外部へ排出されることを防いでいる。アークランナー３５は、可動接点２０と固定接点２１とが離間したときに可動接点２０と固定接点２１との間に発生したアークを引きつけて可動接触子６の上方へ導き、伸張して消弧させる。アークランナー３５は、ベース１ｂ又はアークカバー１１に固定され、可動接点２０と固定接点２１とを取り囲み、その一部は可動接触子６の背面を覆う。

　図２は、アークランナーの斜視図である。アークランナー３５は、可動接点２０及び固定接点２１を可動接触子６を上方から覆うアークランナー天板３５ａ、可動接点２０及び固定接点２１を可動接触子６の幅方向から覆うアークランナー側板３５ｂ、３５ｃ、及び可動接点２０及び固定接点２１を可動接触子６の長手方向から覆うアークランナー背板３５ｄを有する。アークランナー背板３５ｄとアークランナー側板３５ｂ、３５ｃとは物理的に接続されており、アークランナー天板３５ａとアークランナー背板３５ｄも物理的に接続されている。

　アークランナー天板３５ａには、天板穴３５ｅがアークランナー天板３５ａの中央部に設けられている。天板穴３５ｅの面積はアークランナー側板３５ｃとアークランナー天板３５ａから構成される隙間である天板－側板間隙間３５ｆ、３５ｇの面積の合計値より大きく設定されている。図２では天板穴３５ｅの形状は円形であるが、矩形、楕円形などの形状であっても良い。アークランナー背板３５ｄには、背板穴３５ｈが設けられている、図２では背板穴３５ｈの形状は矩形であるが、円形、楕円形などの形状でも良い。

　アークランナー３５は、アークを引き寄せるために磁性を有する材料を用いて作製される。本実施の形態では、強磁性体（例えば鉄、又はニッケル、銅、スズ、亜鉛などのめっきを施した鉄）で構成されるものとする。

　図３は、アークカバーを外した状態の電磁開閉器を模式的に示す図である。相間壁４０がクロスバー５と直交する向きに、各相を区切るように設けられ、アークが発生した際、隣の相にアークが移動し、相間短絡することを防止する。アークランナー３５は、可動接点２０と固定接点２１との対に対応するように６個所に設置される。図３中の破線矢印は、可動鉄心３が固定鉄心２から開離する際の空気の流れを示しており、アークランナー３５で囲まれた部分の空気が天板穴３５ｅからアークランナー３５の外へ流出する。この空気の流れについては後段で説明する。

　図４は、アークカバーを外した状態の電磁開閉器の断面図であり、図３でのＩＶ－ＩＶ線に沿った断面を示している。相間壁４０とアークカバー１１との間に相間壁隙間４１が生じる。図４中の破線矢印は、可動鉄心３が固定鉄心２から開離する際の空気の流れを示しており、アークランナー３５で囲まれた部分の空気が天板穴３５ｅからアークランナー３５の外へ流出する。この空気の流れについては後段で説明する。

　次に動作について説明する。操作コイル４を励磁すると、引き外しバネ３１に抗して可動鉄心３が固定鉄心２に吸引される。これに伴って、クロスバー５、可動接触子６が移動し、可動接点２０が固定接点２１に接触する。可動接点２０と固定接点２１とが接触した後も、可動鉄心３、クロスバー５は移動を続けるが、可動接点２０が固定接点２１に接触しているため可動接触子６は移動が制限され、押さえバネ７が縮む。可動接点２０と固定接点２１とは加圧され、接点間の接触抵抗が低減し、電流が流れる。

　操作コイル４を消磁すると、引き外しバネ３１により可動鉄心３は固定鉄心２から開離する。この動作に伴い、クロスバー５も上方に移動し、固定接点２１と可動接点２０とが開離する。この時、両接点間にはアークが生じる。図５は、電磁開閉器の部分断面図である。両接点が開いた当初、アークはａの位置に発生する。アークは電流であるため、磁場を発生させる。アークランナー３５は強磁性体で構成され、アークランナー側板３５ｂとアークランナー背板３５ｄ、アークランナー側板３５ｃとアークランナー背板３５ｄはそれぞれ物理的に接続されている。このため、アークランナー側板３５ｂ、アークランナー背板３５ｄ、アークランナー側板３５ｃを通過する磁束密度が増加し、アークに大きな電磁力が作用し、アークの位置はａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅと変化する。

　また、アークランナー背板３５ｄには背板穴３５ｈが設けられているため、穴の厚さ方向の角部で電界が強くなることもアークがａの位置からｂ、ｃの位置に移動しやすい要因となる。

　アークがａの位置からｂの位置に移動する際、アークは分断され、分断されたアークの位置はｆ→ｇと移動する。アークが接点間からこのように移動するため、アークは伸張され、冷却され、分断される。アークが伸張・冷却されることによりアーク電圧は高くなる。また、アークが分断されることにより、陰極降下電圧又は陽極降下電圧の発生ポイントが増加するため、さらにアーク電圧が高くなる。これらにより、アークを消弧しやすくなる。また、アークが可動接点２０や固定接点２１にとどまらないため、接点の消耗が抑制される。

　アークの発生により周囲の空気は熱せられ膨張する。もし流路面積の大きい天板穴３５ｅが無ければ空気は天板－側板間隙間３５ｆ、３５ｇから流出する。アークは電磁力に駆動される他、空気の流れの影響も受ける。それ故、天板－側板間隙間３５ｆ、３５ｇからの空気の流出につられてアークも天板－側板間隙間３５ｆ、３５ｇから流出する。流出したアークは相間壁隙間４１を通過し、隣の相に移動し、相間短絡を発生させる原因となる。

　可動接触子背面まで伸ばしたアークランナーがある場合、アークを伸張し、冷却し、分断することで、消弧性能を向上できたが、上記の理由により、アークがアークランナーから外れ、隣の相まで移動し、相間短絡が発生するという問題がある。その原因は空気の流れにアークが影響されることにあった。

　本実施の形態では、天板－側板間隙間３５ｆ、３５ｇの流路面積の合計値よりも流路面積が大きい天板穴３５ｅを設けているため、膨張した空気は流路面積の大きい天板穴３５ｅから流出する。天板穴３５ｅから流出した空気は、図３に破線矢印で示す流れで外部へ排出される。空気の天板穴３５ｅからの流出につられてアークも天板穴３５ｅから流出する可能性がある。しかし、天板穴３５ｅはアークランナー天板３５ａの中央部に設けられており、アークが隣の相に移動することはない。このため、相間短絡は発生しない。空気の流れにつられてアークが移動しても、アークカバー１１によって遮られるため、アークが外部に排出されることはない。

　以上のように、本実施の形態によれば、相間短絡が発生することがなく、アークをより一層伸張・冷却できることにより消弧性能が向上する。

実施の形態２．
　図６は、本発明にかかる電磁開閉器の実施の形態２を示す斜視図である。実施の形態１との違いは、アークランナー背板３５ｄに背板穴を設けていないことである。この他については実施の形態１と同様である。

　本実施の形態では、背板穴の角部の電界増加はないが、電磁力により実施の形態１と同様にアークを移動させ、アークを伸張・冷却・分断させて消弧性能を向上させることができる。

　本実施の形態においても、相間短絡を発生させることなく消弧性能を向上させることができる。

実施の形態３．
　図７は、本発明にかかる電磁開閉器の実施の形態３を示す斜視図であり、図７（ａ）は正面側から見た状態（図７（ｂ）における矢印ＶＩＩａ方向から見た状態）、図７（ｂ）は背面側から見た状態（図７（ａ）における矢印ＶＩＩｂ方向から見た状態）を示している。実施の形態１との違いは、天板－側板間隙間を設けておらず、アークランナー側板３５ｂとアークランナー背板３５ｄ、アークランナー側板３５ｃとアークランナー背板３５ｄが物理的に接続されていないことである。この他については実施の形態１と同様である。

　アークランナー側板３５ｂ、３５ｃとアークランナー背板３５ｄとが物理的に接続されていないことにより、アークランナー側板３５ｂ、アークランナー背板３５ｄ、アークランナー側板３５ｃ間の磁束密度は若干低下し、アークに印加される電磁力は実施の形態１に比べると若干小さくなるが、アークを移動させるには十分な電磁力である。したがって、アークの移動によりアークを伸張・冷却・分断し、消弧性能を向上させることができる。

　図８は、実施の形態３にかかる電磁開閉器の部分断面図である。図８中の破線矢印は、可動鉄心３が固定鉄心２から開離する際の空気の流れを示している。天板－側板間隙間を設けていないことにより、アーク発生時に膨張した空気は背板穴３５ｈから流出し、アークランナー天板３５ａの部分からは一切流出しない。これにより、アークによって膨張した空気が相間隙間を通過して隣の相に行くことは完全に無くなる。したがって、空気の流れの影響でアークが隣の相に移動し、相間短絡を発生させることを完全に防ぐことができる。

　このように、本実施の形態によれば、相間短絡の発生を完全に防ぎ、消弧性能を向上できる。

　なお、本実施の形態では、製作上の容易さを考慮して、アークランナー側板３５ｂ、３５ｃとアークランナー背板３５ｄとを物理的に接続していない構成を例としたが、ろう付け、はんだ付け、溶接などの手法によってアークランナー側板３５ｂ、３５ｃとアークランナー背板３５ｄとを物理的に接続しても、相間短絡の発生を完全に防ぎ、かつ、消弧性能では同等以上の効果をえられる。

実施の形態４．
　図９は、本発明にかかる電磁開閉器の実施の形態４を示す斜視図である。実施の形態１との違いは、アークランナー背板を設けていないことである。

　実施の形態１と比べて磁束密度は小さくなるものの、アークランナー側板３５ｂ、３５ｃによる磁束密度の増加だけでも、実施の形態１と同様にアークを移動させることは可能である。したがって、アークの移動により、アークを伸張・冷却・分断し、消弧性能を向上させることができる。

　本実施の形態では、天板－側板間隙間を無くしたことにより、アークによって膨張した空気が相間隙間を通過して隣の相に行くことは完全に無くなる。したがって、空気の流れの影響でアークが隣の相に移動し、相間短絡を発生させることを完全に防ぐことができる。

実施の形態５．
　図１０は、本発明にかかる電磁開閉器の実施の形態５を示す斜視図である。図１１は、実施の形態５にかかる電磁開閉器の部分断面図である。実施の形態１との違いは、アークランナー天板３５ａの先端部（アークランナー背板３５ｄから離れた側の端部）３５ｉを可動接触子６側に曲げたことである。これにより、アークランナー天板３５ａと可動接触子６との距離は、先端部３５ｉの部分での距離の方が、先端部３５ｉ以外の部分での距離よりも小さくなる。このため、アークが図１１のａからｄまで移動した後、ｄ→ｅの移動が容易になる。したがって、アークの移動により、アークを伸張・冷却・分断し、消弧性能を向上させることができる。

　また、アークの熱によって膨張した空気を天板穴３５ｅから流出させることで、アークが隣の相に移動することが無くなり、相間短絡を防ぐことができる。

実施の形態６．
　図１２は、本発明にかかる電磁開閉器の実施の形態６を示す斜視図である。実施の形態１との違いは、アークランナー背板３５ｄに設けた背板穴とアークランナー天板３５ａに設けた天板穴とを一体化して、天板－背板穴３５ｊとしたことである。換言すると、背板まで達するように天板穴を形成することにより天板－背板穴３５ｊとしている。天板－背板穴３５ｊの流路面積は、天板－側板間隙間３５ｆ、３５ｇの流路面積の合計値よりも大きい。

　本実施の形態においても、電磁力により実施の形態１と同様にアークを移動させ、アークを伸張・冷却・分断させて消弧性能を向上させることができる。

　本実施の形態では、流路面積が大きい天板－背板穴３５ｊを設けているため、膨張した空気は流路面積が大きい天板－背板穴３５ｊから流出する。空気の天板－背板穴３５ｊからの流出につれてアークも天板－背板穴３５ｊから流出する可能性があるが、天板－背板穴３５ｊはアークランナー天板３５ａ及びアークランナー背板３５ｄの中央部に設けられているため、天板－背板穴３５ｊから流出したアークが隣の相に移動することはない。このため、相間短絡は発生しない。

　以上のように、本発明にかかる電磁開閉器は、相間短絡を発生させることなく消弧性能を向上させることができる点で有用である。

　１　筐体
　１ａ　取り付け台
　１ｂ　ベース
　２　固定鉄心
　３　可動鉄心
　４　操作コイル
　５　クロスバー
　６　可動接触子
　７　押さえバネ
　８　固定接触子
　１１　アークカバー
　２０　可動接点
　２１　固定接点
　３１　引き外しバネ
　３２　角窓
　３５　アークランナー
　３５ａ　アークランナー天板
　３５ｂ、３５ｃ　アークランナー側板
　３５ｄ　アークランナー背板
　３５ｅ　天板穴
　３５ｉ　先端部
　３５ｆ、３５ｇ　天板－側板間隙間
　３５ｈ　背板穴
　３５ｊ　天板－背板穴
　４０　相間壁
　４１　相間壁隙間
　１００　電磁接触器

Claims

　筐体に固定された固定鉄心と、
　前記固定鉄心と対向して配置された可動鉄心と、
　前記可動鉄心を前記固定鉄心から離間する方向に付勢する引き外しバネと、
　前記固定鉄心の周囲に設置され、前記引き外しバネの弾性力に抗して前記可動鉄心を前記固定鉄心に吸着させる電磁力を励磁時に発生させる操作コイルと、
　一対の可動接点が両端部に設けられた棒状の可動接触子が複数設置され、前記可動鉄心が取り付けられて、該可動鉄心とともに移動するクロスバーと、
　前記可動接点と対応する固定接点が設けられ、該固定接点が前記可動接点の下方に位置するよう配置された複数の固定接触子と、
を有し、前記操作コイルの励磁・消磁に応じて、前記可動接点と前記固定接点とが接離する電磁開閉器であって、
　前記可動接点及び前記固定接点を、前記可動接触子の幅方向から覆う一対の側板と、前記可動接触子の長手方向から覆う背板と、上方から覆う天板とを有し、磁性材料で形成され、前記可動接点と前記固定接点とが離間したときに前記可動接点と前記固定接点との間に発生するアークを前記可動接触子の上方へ導くアークランナーを備え、
　前記アークランナーは、前記天板の中央部に、前記側板と前記天板との間に形成される隙間よりも流路面積の大きい天板穴を有することを特徴とする電磁開閉器。
　前記側板と前記背板とが繋がっていることを特徴とする請求項１に記載の電磁開閉器。
　前記天板穴が前記背板まで達するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁開閉器。
　前記天板の前記背板から離れた側の端部が前記可動接触子側に曲げられたことを特徴とする請求項１に記載の電磁開閉器。
　筐体に固定された固定鉄心と、
　前記固定鉄心と対向して配置された可動鉄心と、
　前記可動鉄心を前記固定鉄心から離間する方向に付勢する引き外しバネと、
　前記固定鉄心の周囲に設置され、前記引き外しバネの弾性力に抗して前記可動鉄心を前記固定鉄心に吸着させる電磁力を励磁時に発生させる操作コイルと、
　一対の可動接点が両端部に設けられた棒状の可動接触子が複数設置され、前記可動鉄心が取り付けられて、該可動鉄心とともに移動するクロスバーと、
　前記可動接点と対応する固定接点が設けられ、該固定接点が前記可動接点の下方に位置するように配置された複数の固定接触子と、
を有し、前記操作コイルの励磁・消磁に応じて、前記可動接点と前記固定接点とが接離する電磁開閉器であって、
　前記可動接点及び前記固定接点を、前記可動接触子の幅方向から覆う一対の側板と、前記可動接触子の長手方向から覆う背板と、上方から覆う天板とを有し、磁性材料で形成され、前記可動接点と前記固定接点とが離間したときに前記可動接点と前記固定接点との間に発生するアークを前記可動接触子の上方へ導くアークランナーを備え、
　前記アークランナーは、前記天板と前記側板とが繋がっていることを特徴とする電磁開閉器。
　筐体に固定された固定鉄心と、
　前記固定鉄心と対向して配置された可動鉄心と、
　前記可動鉄心を前記固定鉄心から離間する方向に付勢する引き外しバネと、
　前記固定鉄心の周囲に設置され、前記引き外しバネの弾性力に抗して前記可動鉄心を前記固定鉄心に吸着させる電磁力を励磁時に発生させる操作コイルと、
　一対の可動接点が両端部に設けられた棒状の可動接触子が複数設置され、前記可動鉄心が取り付けられて、該可動鉄心とともに移動するクロスバーと、
　前記可動接点と対応する固定接点が設けられ、該固定接点が前記可動接点の下方に位置するように配置された複数の固定接触子と、
　を有し、前記操作コイルの励磁・消磁に応じて、前記可動接点と前記固定接点とが接離する電磁開閉器であって、
　前記可動接点及び前記固定接点を、前記可動接触子の幅方向から覆う一対の側板と、上方から覆う天板とを有し、磁性材料で形成され、前記可動接点と前記固定接点とが離間したときに前記可動接点と前記固定接点との間に発生するアークを前記可動接触子の上方へ導くアークランナーを備え、
　前記アークランナーは、前記天板と前記側板とが繋がっていることを特徴とする電磁開閉器。
　前記アークランナーが、強磁性体で形成されたことを特徴とする請求項１～６のいずれか１つに記載の電磁開閉器。