接触装置和使用接触装置的电磁开关 |
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| 申请号 | CN201180027682.X | 申请日 | 2011-06-14 | 公开(公告)号 | CN103155083A | 公开(公告)日 | 2013-06-12 |
| 申请人 | 富士电机机器制御株式会社; 富士电机株式会社; | 发明人 | 高谷幸悦; 铃木健司; 中康弘; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 接触 装置，该接触装置能容易地消灭在接触件打开时、在固定接触件和可动接触件之间产生的 电弧 。还提供一种使用该接触装置的电磁 开关 。该接触装置设有：一对柱状固定接触件（6a，6b），该对柱状固定接触件以预定间距固定到绝缘闭合容器（4）的一个表面，且固定接触件的至少前缘的接触面突出到绝缘密闭的容器内；以及可动接触件（11），该可动接触件设置成能与所述一对固定接触件（6a，6b）接触和分离。该对固定接触件（6a，6b）的面向可动接触件（11）的每个表面由环形周向壁（9）构成，该环形周向壁在中心部分内具有凹入部（9a）。当接触件打开时，在环形周向壁（9）与可动接触件（11）之间形成环形电弧。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种接触装置，包括： |
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| 说明书全文 | 接触装置和使用接触装置的电磁开关技术领域背景技术[0002] 在起到用于打开/闭合电流路径的接触装置作用的传统电磁继电器和电磁接触器中，已提出用于消灭在固定接触件和可动接触件打开从而相互远离时产生的电弧的各种接触机构，以使固定接触件和可动接触件彼此接触的、接触机构的闭合状态通过中断电流而进入打开状态。 [0003] 例如，提出有一种电磁继电器，该电磁继电器具有彼此离开一预定距离而设置的一对固定接触件、设置成能够与该对固定接触件接触和分离的可动接触件、以及驱动可动接触件的电磁体，其中，U形磁性保持构件定位在密封容器的外侧，而该密封容器面向在固定接触件和可动接触件彼此面对的位置上的任一侧面，两对永磁体定位在磁性保持构件的内侧上，以通过使用永磁体的磁力来拉长电弧而容易地消灭电弧（例如，参见专利文献1）。 [0004] 然而，尽管电弧可由永磁体的磁力拉长并容易被消灭，但上面提及的专利文献1中所述的现有技术具有这样的问题：该对固定接触件和可动接触件之间的间隙必须加大，以可靠地消灭电弧。另一个问题是，在密封容器的外侧需要U形磁性支承构件和由磁性支承构件支承的两对永磁体，这导致部件数目和组装过程以及生产成本的增大。 [0005] 为了解决这种问题，提出了一种密封的继电装置，其中，电弧放电在如下构造中被消灭，即，平坦部段形成于固定接触器和与固定接触器接触的可动接触器之间的半圆形接触部分的末端部处，永磁体沿与平坦部段垂直或平行的方向嵌入，并且磁通量沿垂直于电弧的方向形成，该电弧在密封的继电装置处于打开状态时产生（例如参见专利文献2）。 [0006] 专利文献1：日本特开第2010-10057号公报 [0007] 专利文献2：日本特许第3733637号公报 发明内容[0008] 然而，专利文献1和2中所述的现有技术具有如下未解决的问题：需要永磁体来有利地消灭在打开状态期间产生的电弧。 [0009] 因此，本发明是鉴于现有技术的未解决问题而设计出的，且本发明的目的是提供一种接触装置以及使用此接触装置的电磁开关，该接触装置能在不使用永磁体的情况下容易地消灭在固定接触件和可动接触件之间产生的电弧，而该电弧是在接触装置处于打开状态时产生的。 [0010] 为了实现上述目的，根据本发明的接触装置的第一方面具有：一对柱状固定接触件，该对柱状固定接触件固定到绝缘容器的表面，同时在一对柱状固定接触件与绝缘容器之间保持预定间隔，且每个柱状固定接触件都具有突出到所述绝缘容器内的至少一个末端接触面；以及可动接触件，该可动接触件设置成能与该对固定接触件接触和分离；其中，该对固定接触件的面向可动接触件的表面由环形周向壁构成，该环形周向壁具有位于其中心部分处的凹入部。 [0011] 根据此构造，柱形固定接触件的面向可动接触件的表面由环形周向壁构成，这些环形周向壁在其中心部分内具有凹入部。因此，在固定接触件和可动接触件彼此分离的打开状态下，在环形周向壁的面向可动接触件的表面与可动接触件之间产生环形电弧。通过借助流经固定接触件的电流的磁场来沿周向进行转动而冷却该环形电弧。因此，在不使用永磁体的情况下能消弧。 [0012] 在根据本发明的第二方面中，构造成将电弧驱动到固定接触件的外侧的消弧用永磁体附连于凹入部，而该电弧是在接触装置处于打开状态时产生的。 [0013] 根据此构造，沿周向被转动的电弧能通过消弧用永磁体而被驱动到外侧。因此，能可靠地消除电弧。 [0014] 在根据本发明的接触装置的第三方面中，消弧用永磁体的位于可动接触件侧的部分被磁化成N极。 [0015] 根据此构造，消弧用永磁体的位于可动接触件侧的部分被磁化成N极。这致使产生从N极经过永磁体的外侧而到达S极的磁力，并且将在接触装置的打开状态期间产生的环形电弧驱动到消弧用永磁体的外侧。 [0016] 在根据本发明的接触装置的第四方面，绝缘容器是内部密闭有气体的气密容器。 [0017] 根据此构造，固定接触件和可动接触件设置在密闭气体的气密容器内。因此，可以可靠地消弧。 [0018] 根据本发明的电磁开关的一个方面具有如上所述第一至第四方面中的任一个的接触装置，且该接触装置的特征在于，可动接触件联接至操作电磁体的可动芯，而固定接触件分别连接到外连接端子。 [0019] 此构造能提供一种电磁开关，该电磁开关能采用简单的结构来消弧，而电弧是在电磁开关处于打开状态下时产生的。 [0020] 根据本发明，柱形固定接触件的面向可动接触件的表面由环形周向壁构成，这些环形周向壁在其中心部分内具有凹入部。因此，在固定接触件和可动接触件彼此分离的打开状态下，在环形周向壁的面向可动接触件的表面与可动接触件之间产生环形电弧。通过借助流经固定接触件的电流的磁场来沿周向转动环形电弧而冷却该环形电弧。因此，在不使用永磁体的情况下能消弧。 [0021] 由于用于向外驱动电弧的消弧用永磁体设置在凹入部内，所以能更可靠地消弧。 [0023] 图1是示出本发明应用于电磁接触器的第一实施例的剖视图； [0024] 图2(a)是本发明的接触装置的放大剖视图；而图2(b)是沿图2(a)的线A-A剖取的剖视图；以及 [0025] 图3是根据本发明的电磁接触器的分解立体图。 具体实施方式[0026] 下面将参照附图来描述本发明的实施例。 [0027] 图1是示出本发明的接触装置应用于起到电磁开关作用的电磁接触器的示例的剖视图。在图1中，附图标记1表示由例如合成树脂制成的外壳体。该外壳体1由具有开口下端面的有底筒体1a以及将有底筒体1a的下端面闭合的底板1b构成。 [0028] 在外壳体1内，其内设置有接触机构的接触装置2以及用作驱动接触装置2的电磁装置的电磁单元3以电磁单元3定位在底板1b上的方式进行储存。 [0029] 如从图2和3中清楚可见，接触装置2具有绝缘气密容器4，该绝缘气密容器具有包含敞开下端部的大致长方体状的上壳体4a和下壳体4b的双重结构。绝缘气密容器4的上表面设有具有圆形横截面的通孔5a、5b，这些通孔沿纵向、以它们之间有预定间距的形式来设置。由铜制成的一对固定接触件6a、6b例如被插入通孔5a、5b内，并通过粘合剂等固定于通孔。 [0030] 如图2(a)中所示，固定接触件6a、6b中的每个由设置在上部的大直径头部7和设置在下部并同轴地连结到大直径头部7的小直径柱部8构成。小直径柱部8面向下述的可动接触器11的下端表面由环形周向壁9构成，在环形周向壁中，具有圆形横截面的凹入部9a形成于其中心部分内。圆柱形消弧用永磁体10借助粘合剂等附连和固定于每个凹入部 9a的形成环形周向壁9的内侧。消弧用永磁体10沿轴向被磁化，从而，消弧用永磁体位于可动接触件11上的下表面侧被磁化成N极，而大直径头部7侧被磁化成S极。 [0031] 消弧用永磁体10的下端面定位成比固定接触件6a、6b的小直径柱部8的下端面的位置高，但也可定位成与小直径柱部8的下端面齐平。换言之，如下所述，消弧用永磁体10的下端面的高度并不特别受限，只要在接触装置的打开状态期间，能将电弧驱动到每个环形周向壁9的外侧即可。 [0032] 固定接触件6a、6b通过粘合剂等固定到上壳体4a，以密封通孔5a、5b，而小直径柱部8插入上壳体4a的通孔5a、5b。 [0033] 在接触装置2内，平坦的可动接触件11设置成与固定接触件6a、6b的小直径柱部8的下端面面对，且两者之间有预定的短间隙，以能与这些下端面接触和分离。该可动接触件11由接触弹簧13向上偏置，并附连于接触件保持件12。 [0034] 接触件保持件12插入形成于下壳体4b内的插孔14，并沿垂直方向被引导。接触件保持件12联接于下文所述的电磁单元3的可动芯，并随后沿垂直方向被驱动。 [0035] 由上壳体4a和下壳体4b构成的绝缘气密容器4将气体密闭于其内。 [0036] 此外，外连接端子板15a、15b螺接到固定接触件6a、6b的大直径头部7。 [0037] 如图1和3中所示，电磁单元3具有从侧面看为U形的磁轭21。具有开口下端部的管状部21b在磁轭21的底板部21a的中心部分内形成。磁轭21的上表面连结到上表面磁轭22。 [0038] 具有绕在其周围的励磁线圈23的线圈保持件24附连于磁轭21的管状部21b的外周面，并且，具有可滑动地安装于其内的可动芯25的有底管状盖26设置在管状部21b的内周面上。橡胶座27设置在盖26的底面上，该橡胶座通过与可动芯25的底面接触而吸收可动芯25下落的冲击。 [0039] 联接轴28装配到可动芯25的中心部分。联接轴28的头部穿过形成于上表面磁轭22内的通孔29向上延伸，并联接到接触件保持件12。 [0040] 此外，弹簧插孔30形成于可动芯25的联接轴28的周围，用于将可动芯25向下偏置的复位弹簧31附连于弹簧插孔30和上表面磁轭22之间。 [0041] 此外，绝缘气密容器4和上表面磁轭22通过接合构件32彼此接合。 [0042] 下面描述实施例的操作。 [0043] 假设外连接端子板15a例如连接到用于供给大电流的供电源，而外连接端子板15b连接到负载。 [0044] 假设，在此状态下，电磁单元3的励磁线圈23处于非供电状态，并且在电磁单元3内没有产生用于使可动芯25运动的励磁力。在此状态下，可动芯25由复位弹簧31沿向下方向偏置，以与上表面磁轭22分离，并与橡胶座27邻接。因此，由接触件保持件12支承的可动接触件11与固定接触件6a、6b的小直径柱部8的下端面面对，且两者之间有一预定的短间隙，该接触件保持件12通过联接轴28联接到可动芯25，并且接触装置2打开。 [0045] 在接触装置2的这一打开状态下，将电压施加于电磁单元3的励磁线圈23会产生电磁单元3中的励磁力，从而抵抗复位弹簧31向上推动可动芯25。响应于此，通过联接轴28联接于可动芯25的接触件保持件12向上运动，且可动接触件11通过接触弹簧13的接触压力而与固定接触件6a、6b的小直径柱部8的底面相接触。 [0046] 由此，接触装置2进入闭合状态，在该闭合状态中，外部供电源的大电流i经由外连接端子板15a、固定接触件6a、可动接触件11、固定接触件6b和外连接端子板15b而供给到负载。 [0047] 当在此接触装置2的闭合状态下中断向负载的电流供应时，停止向电磁单元3的励磁线圈23施加电压。 [0048] 因此，用于使可动芯25向上运动的励磁力在电磁单元3内消失，由此可动芯25通过复位弹簧31的偏置力而下降。可动芯25的这种下降使通过联接轴28与其联接的接触件保持件12下降。由此，可动接触件11保持与固定接触件6a、6b接触，而接触压力由接触弹簧13施加到可动接触件11。随后，一旦接触弹簧13的接触压力消失，则接触装置2进入可动接触件11向下而与固定接触件6a、6b分离的打开状态。 [0049] 在此打开开始状态下，在可动接触件11与固定接触件6a、6b之间产生电弧。此时，电弧形成环形，这是因为固定接触件6a、6b和可动接触件11之间的接触表面由环形周向壁9构成，在该环形周向壁中，凹入部9a形成于其中心部分内。此外，由于大电流向下流经固定接触件6a，固定接触件6a的自身电流路径的磁场产生逆时针磁通量φ1，如图2(b)中所示。该磁通量φ1便于沿周向转动电弧，从而便于电弧的冷却（能量吸收）。 [0050] 此外，圆柱形消弧用永磁体10固定到凹入部9a的内侧，这些凹入部形成于固定接触件6a、6b面向可动接触件11的表面上。在每个消弧用永磁体10中，消弧用永磁体位于可动接触件11侧的下端侧被磁化成N极，而其上端侧被磁化成S极。如图2(a)中所示，这导致形成从下端侧的N极经过消弧用永磁体10的外侧而到达消弧用永磁体10上端侧的S极的磁通量φ2。因此，根据弗莱明左手定则，由于消弧用永磁体10的磁通量φ2和流经固定接触件6a、6b的电流，电弧被驱动到消弧用永磁体10的外侧，从而在较短的时间内消弧。 [0051] 根据上述的此实施例，其中心部分内形成有凹入部9a的环形周向壁9形成于固定接触件6a、6b的面向可动接触件11的表面上。因此，在接触装置的打开状态期间，形成环形电弧，在此打开状态下，固定接触件6a、6b与可动接触件11分离。环形电弧通过流经固定接触件6a、6b的电流的磁通量φ1沿周向转动，从而便于电弧的冷却（能量吸收）。由此，能可靠地消弧，而不使用消弧用永磁体10。 [0052] 此外，将消弧用永磁体10定位在凹入部9a内能在较短的时间内可靠地消弧。在此情况下，仅需借助粘合剂等将消弧用环状永磁体10定位和固定在凹入部9a内，从而允许消弧用环状永磁体10容易地附连于固定接触件6a、6b。或者，凹入部9a能例如通过切削而与固定接触件6a、6b的中心轴线同轴地形成。由此，消弧用永磁体10也能可靠地与固定接触件6a、6b的中心轴线同轴地定位。 [0053] 此外，精确地消弧可使固定接触件6a、6b和可动接触件11之间的间隙变窄，并减少用于中断电流的打开时间。 [0054] 注意到，本实施例描述了固定接触件6a、6b由大直径头部7和小直径柱部8构成，但本发明不限于此；因此，整个固定接触件6a、6b可形成为柱体。 [0055] 固定接触件6a、6b的小直径柱部8的横截面形状不限于圆形；因此，小直径柱部8的横截面形状可以是任何形状，包括椭圆形和正方形，并且据此，凹入部9a和消弧用永磁体10的横截面形状可改变到相同的形状。 [0056] 此外，在如下情况下描述了本实施例：消弧用永磁体10定位在固定接触件6a、6b的凹入部9a内，但在不设置消弧用永磁体10的情况下仍能实现足够的消弧性能。 [0057] 此外，本实施例描述了起到消弧室作用的绝缘气密容器4将气体密闭于其内的情况，但本发明不限于此；因此，可不密闭气体。 [0058] 此外，本实施例描述了可动接触件11平坦地形成的情况，但本发明不限于此；因此，可动接触件11的面向固定接触件6a、6b的接触点之间的中心部可成形为凹状或凸状。 [0059] 电磁单元3的构造不限于本实施例；因此，任何构造都可应用，只要接触件保持件12可以电磁方式运动即可。 [0060] 此外，本实施例描述了本发明的接触装置2应用于电磁接触器的情况，但本发明不限于此；因此，接触装置2可应用于电磁继电器或者任何开关，包括电磁开关。 [0061] 工业应用性 [0062] 本发明可提供一种接触装置，其中，固定接触件面向可动接触件的表面由环形周向壁构成，这些环形周向壁在其中心部分内具有凹入部。在具有这种构造的接触装置中，在接触装置处于打开状态下时，在可动接触件和环形周向壁面向可动接触件的表面之间产生环形电弧。此接触装置能通过借助流经固定接触件的电流的磁场来沿周向转动电弧而冷却环形电弧，并由此消弧。本发明还可提供一种使用这种接触装置的电磁开关。 [0063] 附图标记说明 [0064] 1…外壳体,2…接触装置,3…电磁单元,4…绝缘气密容器,4a…上壳体,4b…下壳体,6a,6b…固定接触件,7…大直径头部,8…小直径柱部,9…凹入部,10…消弧用永磁体,11…可动接触件,12…接触件保持件,13…接触弹簧,15a,15b…外连接端子板,21…磁轭,22…上表面磁轭,23…励磁线圈,24…线圈保持件,25…可动芯,26…盖,28…联接轴,31…复位弹簧 |
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