電気接点スイッチ及び電気コンタクタ

本発明は、電気メータに使用されるような電気コンタクタと共に使用するための電気接点スイッチに関する。本発明は、更に、そのようなスイッチを有する電気コンタクタ及びそのようなスイッチを使用して接点跳動を制限する方法に関する。

電気コンタクタは、分相屋内給電のような用途について、現代の電気メータに負荷断路機能を提供するために使用される。基本的なメータは、内装の電気コンタクタを有するが、そのメータは、脱着を容易にするために、ケーブル接続された公共のメータベースのソケットにプラグ差し込み可能である。そのケーブル及びスプラングジョーは、通常、200アンペア電流を供給するサイズである。

正味200アンペアのレベルにおいて、メータのコンタクタは、その耐久寿命を通して最小数のオン/オフスイッチングサイクル動作(それぞれ通常5000回)を実行できると期待される。これは、望ましいオン/オフ断路シーケンスにおいて、主要なメータ回路による駆動時に接点が燃焼又は溶結することなく、良好に実行されなければならない。

ANSIC12.1仕様書によれば、2極コンタクタについて、適度な短絡故障時に、6全供給サイクルの最大持続時間において5.0kArmsの接点閉鎖状態での電流搬送中に、接点は溶結してはならず、コンタクタは、その後の電磁駆動パルス時に負荷の両方の相を正常に動作して断路すると期待される。

同様に、ANSIC12.1仕様書によれば、完全短絡故障時に、4全供給サイクルの最大持続時間において12kArmsの接点閉鎖状態での電流搬送中に、接点は安全に溶結しなければならない。これは、相スイッチの両方が閉鎖したままであって、破裂、破断及び溶融金属の放出をしてはならず、近くの人に危険を及ぼすことなくメータ内でそのまま残っていなければならないことを意味する。

本発明は、上記制限を満たす改良された電気接点スイッチを提供する解決手段を提供することを求めている。

本発明の第1の特徴によれば、電気コンタクタに使用するための電気接点スイッチであって、第1及び第2の電気端子と、前記第1の電気端子と電気的に連通する導電性バスバーと、前記導電性バスバーに取り付けられた少なくとも1つの固定電気接点と、前記第2の電気端子と電気的に連通する導電性可動アームと、前記導電性可動アームに取り付けられて前記固定電気接点と共に電気接点セットを形成する少なくとも1つの可動電気接点と、前記導電性可動アームの前記第2の電気端子に近い側に又はその側に隣接して配置された固定強磁性エレメントと、前記導電性可動アームの前記固定強磁性エレメントとは反対の側と物理的に連通する可動強磁性エレメントとを備え、前記電気接点セットの閉鎖状態において、前記導電性可動アームは、前記固定及び可動の強磁性エレメントに磁界を誘導して前記可動強磁性エレメントが前記固定強磁性エレメントの方へ磁気的に吸引され、それにより、前記電気接点セットへの接点圧力を増大させることを特徴とする電気接点スイッチが提供される。

誘導される磁気力の結果として電気接点セットの閉鎖状態において相互に吸引される固定強磁性エレメントと可動強磁性エレメントを設けることによって、可動強磁性エレメントを利用して電気接点スイッチの可動アームに付加的な接触圧力を加えることが可能になる。これは、電気接点セットの接点跳動を抑制する点で有利であり、それにより、接点への電気アークによる悪影響を制限する。さもなければ、そのアークの悪影響によって電気接点スイッチの動作寿命又は安全な動作が低下するかもしれない。

可動強磁性エレメントは、導電性可動アームとの間で物理的接触を達成するために導電性可動アームに面する突起を含んでもよく、その場合、その突起は、電気接点セットの閉鎖状態において、固定強磁性エレメントに対する吸引力が最大となる可動強磁性エレメント上の地点に又はその地点に隣接して配置される。好ましい実施例において、可動強磁性エレメント及び/又は固定強磁性エレメントは鋼板として形成されてもよい。

以下で詳述される鋼板は、いくつかの特定の利点を有する。可動鋼板の本体部分の突起は、固定鋼板との磁気的吸引力が最大の地点に配置され、それによって、可動アームに最大の力が加わるような力の伝達が可能になる。これは、最大の接触圧力が可動アームの全領域に亘って広がるのではなく、接点セットに加えられることを確実にする点で有利である。

導電性可動アームは、外力がない場合に、少なくとも1つの又は各可動電気接点が少なくとも1つの又は各固定電気接点と接触しているように、バイアスされていてもよい。

可動アームをバイアスすることは、電気接点スイッチにおいて接点跳動が発生する傾向を制限し、電気接点スイッチの閉鎖状態へのより完全な迅速閉鎖を確実にする点で有利である。これは、更に、電気接点スイッチの動作寿命を改善する。

好ましくは、導電性可動アームは、固定強磁性エレメントに対して及び/又は可動強磁性エレメントの本体部分に対して鋭角に配置されてもよい。

固定強磁性エレメント及び可動強磁性エレメントと可動アームとのこのような角度のある構成によって、可動アームの許容される軌道への影響を最小限としながら、固定強磁性エレメントと可動強磁性エレメントとの間の最強の磁気的相互作用が達成される。これは、スイッチの完全な開閉を維持し、それによって電気接点スイッチの望ましくない短絡を回避する点で有利である。

選択肢として、導電性可動アームは、少なくとも2つのブレードを有する分割ブレード構成を有していてもよく、各ブレードの上に1つの前記可動電気接点が設けられ、バスバーの上に対応する複数の固定電気接点が設けられてもよい。前記導電性可動アームのブレードの少なくとも1つがリードブレードであり、前記導電性可動アームのブレードの少なくとも1つがラグブレードであり、前記少なくとも1つ又は各リードブレードは、該リードブレードに関連する可動電気接点が前記少なくとも1つ又は各ラグブレードに関連する可動電気接点と接触するように適合されている。好ましい実施例において、導電性可動アームは、1つの前記リードブレードと2つの前記ラグブレードとを含んでもよい。

リード−ラグブレード構成は、接点閉鎖時の初期通電をリードブレード単独で行うことを可能にする点で有利である。結果としてのタック溶接を回避するために比較的大きなリード接点セットが設けられてもよい。しかしながら、リードブレードが一旦接続してしまうと、タック溶接のリスクは最小になり、従って、接点サイズ、およびラブブレードに対する貴金属条件も実質的に軽減される。分割ブレード構成は、3つのブレードへの電流共有を可能にし、搬送電流に比例する電気アークの可能性を最小にする点で有利である。

本発明の第2の特徴によれば、好ましくは、本発明の第1の特徴による少なくとも1つの電気接点スイッチと、該少なくとも1つの電気接点スイッチ又は各電気接点スイッチの導電性可動アームを開放状態と閉鎖状態との間で作動させるように構成された作動手段とを含む電気コンタクタが提供される。

上述したような電気接点スイッチを使用した電気コンタクタは、そのようなコンタクタの製造の貴金属条件を軽減しながら適度の短絡及び/又は完全短絡故障状態の下での必要な安全条件を満たすことができる点で有利である。

好ましくは、作動手段は、前記少なくとも1つの電気接点スイッチ又は各電気接点スイッチの導電性可動アームに関連するスイッチ−アーム係合エレメントと、該スイッチ−アーム係合エレメント又は各スイッチ−アーム係合エレメントを作動させる電磁的動作可能なアクチュエータとを含んでもよい。前記スイッチ−アーム係合エレメント又は各スイッチ−アーム係合エレメントは、リード−ラグ開放及び閉鎖作動を前記又は各導電性可動アームに与える伝えるための成形係合表面を有しても良い。更に、前記又は各スイッチ−アーム係合エレメントは、前記成形係合表面を形成するための異なる深さの複数の係合突出部を有するスライディングリフタであってもよい。

そのようなアクチュエータは、可動アームを閉鎖状態から徐々に押し出すように作用し、結果としてアーク発生の可能性を減らし、コンタクタの動作寿命の期待値を増大させる。

好ましくは、作動手段は、常閉作動手段であってもよい。

常閉作動手段を設けることによって、電気コンタクタの停止状態が閉鎖され、電気接点セットが開放状態へバイアスされる傾向がないことを確保する。これは、スイッチを閉鎖状態に維持するのに必要な接触圧力を減らし、それにより、接点跳動及びアーク効果の可能性を減らすという点で有利である。

本発明の第3の特徴によれば、電気コンタクタの接点跳動を防止又は抑制する方法であって、a)好ましくは本発明の第1の特徴による電気接点スイッチを設け、b)導電性可動アームを、その少なくとも1つの又は各可動接点が固定電気接点に対して閉鎖状態になるように作動し、c)固定強磁性エレメント及び可動強磁性エレメントに磁界を誘導するように導電性可動アームに電流を流し、それにより、可動強磁性エレメントが固定強磁性エレメントの方に吸引され、可動強磁性エレメントが導電性可動アームに物理的な閉鎖力を加えてその可動電気接点又は各電気接点の接点跳動を防止又は抑制する方法が提供される。

本発明の第1の特徴による電気接点スイッチの一実施例の正面図を示す。

図1の電気接点スイッチの側面図を示す。

図1の電気接点スイッチの導電性可動アームの一実施例の側面図を示す。

本発明の第2の特徴による電気コンタクタの一実施例の正面図であって、その電気コンタクタの接点閉鎖状態を示す。

図4aの電気コンタクタの接点開放状態の正面図を示す。

図4bの破線で示された領域の拡大上面図であって、導電性可動アームと連通する電気コンタクタの作動手段のスイッチ−アーム係合エレメントを示す。

以下、本発明について添付図面を参照しながら例示する方法のみによって詳細に説明する。

図1及び図2を参照すると、全体として参照番号10として示された電気接点スイッチが示され、その電気接点スイッチは、図4a及び図4bにおいて参照番号12で示されるような電気コンタクタの一部として使用されるものである。

電気接点スイッチ10は、第1と第2の電気端子14、16を含み、それらの電気端子には、電気コンタクタ12に簡単に装着できるように、図2で最も良く示されているように導電性スタブ18が連接されている。第1の電気端子14には、固定導電性バスバー20が電気的に連通しており、その固定導電性バスバー20には、少なくとも1つの固定電気接点22が取り付けられている。このような3つの固定接点22が、図示した実施例に示されているが、本発明に従って任意の既知の接点構成も容易に提供できることは明らかであり、図示した接点構成は、例示として使用されるだけのものである。

第2の端子16と電気的に連通して導電性可動アーム24が設けられ、その導電性可動アーム24に少なくとも1つの可動電気接点26a、26bが取り付けられている。本実施例の導電性可動アーム24について、更に詳細な図が図3に示されている。固定電気接点22と共に接点セット28を形成するように、可動電気接点26a、26bの補足セットが設けられている。本実施例において、可動電気接点は、1つのリード可動電気接点26aと2つのラグ可動電気接点26bとして設けられ、この接点構成の特徴は、後述する電気コンタクタの説明の際に詳細に説明する。

固定強磁性エレメントも設けられており、その固定強磁性エレメントは、本実施例では、導電性可動アーム24の第2の電気端子16に最も近い側に又はその側に隣接して固定鋼板30として設けられている。図示した実施例において、固定鋼板30は第2の電気端子16にリベット留めされ、導電性可動アーム24は、固定鋼板30に対して鋭角で配置されるように第2の電気端子16にリベット留めされている。これは、第2の端子16と導電性可動アーム24との間に固定鋼板30を配置するが、固定鋼板30の正確な位置決めは、わすかに補正することができ、例えば、固定鋼板30と第2の端子16とは、それらを溶接することによって完全に同一平面にすることができる。

導電性可動アーム24の他方の側には、可動強磁性エレメントが配置され、この可動強磁性エレメントは、本実施例において、可動鋼板32として設けられ、この可動鋼板32は、鋼板本体34と、該鋼板本体34から導電性可動アーム24の方へ延びる隆起部、バンプ、突出部又は同様な鋼板突起36とを有する。可動鋼板32は、鋼板本体34が導電性可動アーム24に対して鋭角をなすが、鋼板突起36が導電性可動アーム24と物理的に接触するように、第2の電気端子16及び/又は導電性可動アーム24に固着されている。

図示した実施例において、バスバー20は、T字形状を有し、固定電気接点22がそのT字形状のブリッジ38上に設けられるように形成されている。これは、接点22の利用可能なスペースを最大にしながらバスバー20の材料所要量を最小にする。通常、バスバー20は、真鍮、銅、又は、例えば、第1及び第2の端子14、16のような電位的に一様な鋼のような導電性材料から形成されるであろう。他方、スタブ18は、銅のような高導電性材料から形成されるであろう。しかしながら、これらの構成要素の構成に利用可能な代替の材料は当業者にとって明らかであろう。

本実施例では、固定鋼板30及び可動鋼板32は、鋼から形成されるものとして提供されているが、これらの要素の重要な特徴は、そこに磁界が誘導されることである。従って、任意の適当な強磁性材料が使用でき、通常、鉄、鋼、コバルト、ニッケル又はそれらの合金のような軟強磁性材料が使用できる(ここで、「軟」とは、硬度ではなく強磁性の程度を表している)。

図3に示されるように、導電性可動アーム24は、分割ブレードアームとして形成され、この分割ブレードアームは、1つのリードブレード40aと2つのラグブレード40bとを有し、そのリードブレード40aとラグブレード40bとにそれぞれリード可動電気接点26aとラグ可動電気接点26bが取り付けられている。通常、導電性可動アーム24は、屈曲性のある比較的薄い導電性材料から形成されるであろう。一般に、これは、銅、好ましくは、薄い銅板、好ましくは、スプリンググレード銅である。外力がない場合には、導電性可動アーム24の取付は、その屈曲性によって導電性電気接点26a、26bが固定電気接点22の方へ自然に付勢されることを意味する。従って、電気接点スイッチ10は、自然に閉鎖状態の方へバイアスされている。

第1の端子14と第2の端子16をそれぞれ回路に接続することによって電気接点スイッチ10が通電されると、導電性可動アームに電流が流れる。通電によって、導電性可動アーム24の周りに瞬時に磁界が発生し、これが固定鋼板30と可動鋼板32に磁界を誘導し、それぞれの磁界の極性は、相互に吸引し合うものである。

固定鋼板30の移動は物理的に防止されるので、可動鋼板32はこの磁気吸引によって固定鋼板30の方へ付勢されるであろう。可動鋼板32は、その可動鋼板32が導電性可動アーム24及び/又は第2の端子16に接続された枢軸点の周りに片持ちされているので吸引力は可動鋼板32の遠位の自由端44に働く。この自由端44は、可動電気接点26a、26bに最も近く、従って、可動鋼板32の付勢によって鋼板突起36を介して導電性可動アーム24に力が加わり、その結果、接点セット28の可動接点26a、26bと固定接点22との間のより確実な接触が達成される。

この電気接点スイッチ10の構成は、電気コンタクタ12に適用された場合で、導電性可動アーム24が開放状態と閉鎖状態との間で規則的に動作している場合に、より関連性のあるものになる。これについては、図4a〜図4cにおいて詳細に説明される。

図4aは、前述したような電気接点スイッチ10を2つ有する2極電気コンタクタ12を閉鎖形状で示している。電気コンタクタ12は作動手段を含み、この作動手段は、本実施例では電磁アクチェータ46として示され、この電磁アクチェータ46は、本実施例ではスライディングリフタ48として形成された2つのスイッチアーム係合エレメントを有している。

アクチュエータ46は、可動プランジャ52を備えたソレノイド50を有するように形成されている。プランジャ52は、スライディングリフタ48と接触する成形カム面54を有する。図4aの閉鎖形状において、ソレノイド50は付勢されず、プランジャ52は放出状態にある。放出状態にある場合、そのカム面54は最も幅が狭く、それは、スライディングリフタ48が電気接点スイッチ10の導電性可動アーム24に対して後退位置に付勢されていることを意味する。

スライディングリフタ48によって導電性可動アーム24に何ら力が加えられていない場合に、接点セット28は、閉鎖され、電気接点スイッチ10が通電されるであろう。

しかしながら、ソレノイド50の付勢によってプランジャ52は後退する。スライディングリフタ48に広い表面を与えるようにカム面54も後退し、スライディングリフタ48を導電性可動アーム24の方へ付勢する。各スライディングリフタ48のヘッド50の形状は、図4cに示されている。ヘッド56は、成形表面を有し、その成形表面の上に複数の係合突出部58a、58bが設けられている。図示した実施例において、外側の係合突出部58bは、中央の係合突出部58aよりも大きく突出している。中央の係合突出部58aと外側の係合突出部58bは、導電性可動アーム24のリードブレード40aとラグブレード40bにそれぞれ接触している。

スライディングリフタ48が導電性可動アーム24の方へ作動させられると、外側の係合突出部58bがラグブレード40bに接触し、その可動電気接点26bを対応する固定電気接点22との接触から外す。その後、中央の係合突出部58aがリードブレード40aに接触し、その可動電気接点26aを対応する固定電気接点22との係合から外す。そのようにして、導電性可動アーム24が変位されると、第1の端子14と第2の端子16との間の電気的連通が遮断される。

その後、電気接点セット28の再閉鎖状態になり、それにより、現在の構成が従来の接点スイッチに比べてその利点を示すことが可能になる。ソレノイド50が消勢されると、プランジャ52が放出され、スライディングリフタ48が内方へ後退させられる。スライディングリフタ48が後退すると、導電性可動アーム24上のリードブレード40aは、ラグブレード40bよりも前方へ移動するであろう、その結果、ラグ可動電気接点26bとその対応する固定電気接点との間で接触が行われるよりも前に、リード可動電気接点26aと固定電気接点22との間で接触が行われる。これは、接点26a、26b、22が相互に接近する際にアーク又はスパークを生じる傾向を制限するという点で有利である。さもなければ、そのような接点セット28の寿命予測値に重大な影響を及ぼすであろう。

リード可動電気接点26aと固定電気接点22との間で接触が起きるとすぐに、導電性可動アームを通って電流が流れることが可能になる。この電流は、固定鋼板30と可動鋼板32の各々にそれらの鋼板を相互に吸引する磁界を誘導し、これによって、可動鋼板32が導電性可動アーム24とともに固定鋼板30の方へ移動する。可動鋼板32上の鋼板突起36を介して磁気吸引の強さに比例する力が、導電性可動アーム24に与えられ、電気接点セット28に対してより大きな接点閉鎖力を生成する。基本的に、これは、接点跳動の可能性を制限し、結果として、より確実で正確な再現可能な接点閉鎖を達成できる。

鋼板本体34上の鋼板突起36の位置決めは、固定鋼板30と可動鋼板32との間の磁気相互作用が最大となる位置に行われる。図示した実施例において、これは、垂直方向に固定鋼板30の自由端が可動鋼板32と一致する地点に近い鋼板本体34の長さの60%と70%の間のどこかである。

この図示した電気コンタクタの実施例は、2つの電気接点スイッチを有し、各電気接点スイッチが名目上垂直な単一の可動アームを有しているが、2アーム式の装置が設けられても良いことは明らかである。しかしながら、本装置は、単一の可動アームがスイッチを製造するために必要な銅の量を大きく減少させるという点で有利である。

従って、電気コンタクタが動作する際に生じる接点跳動を大きく減少させる電気接点スイッチを提供することが可能になる。これは、スイッチの可動アームの周りに隔置された固定強磁性エレメントと可動強磁性エレメントを設け、スイッチの閉鎖時に可動アームが固定強磁性エレメントと可動強磁性エレメントに磁界を誘導することによって、達成される。これらの2つの強磁性エレメントは、その後相互に引き付け合って、可動アームに、従って、電気接点スイッチの接点セットに、より大きな接点閉鎖力を与える。

本発明について本書で使用された言葉「備える」「含む」「有する」等は、記述した構成、整数、工程又は構成要素を特定するために使用されているが、1つ若しくは複数の他の構成、整数、工程、構成要素又はそれらのグループの存在又は付加を排除するものではない。

明瞭化のために別の実施例に関連して記載された本発明の或る構成も単一の実施例において組み合わせてもよいことは理解されたい。逆に、簡潔のために、単一の実施例に関連して記載された本発明の各種構成も別々に又は任意の適当な部分的組合せで使用してもよいことは理解されたい。

上述した実施例は、例示のためだけに提供されたものであり、特許請求の範囲で規定される発明の範囲を逸脱することなく他の種々の変更が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。

10 電気接点スイッチ 12 電気コンタクタ 14 第1の電気端子 16 第2の電気端子 18 導電性スタブ 20 固定導電性バスバー 22 固定電気接点 24 導電性可動アーム 26a リード可動電気接点 26b ラグ可動電気接点 28 接点セット 30 固定鋼板 32 可動鋼板 34 鋼板本体 36 鋼板突起 38 ブリッジ 40a リードブレード 40b ラグブレード 42 枢軸点 44 自由端 46 アクチュエータ 48 スライディングリフタ 50 ソレノイド 52 プランジャ 54 カム面 56 ヘッド 58a 中央の係合突出部 58b 外側の係合突出部