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技術 電磁開閉器

出願人 三菱電機株式会社
発明者 稲口隆
出願日 2010年1月25日 (9年8ヶ月経過) 出願番号 2010-013187
公開日 2011年8月4日 (8年2ヶ月経過) 公開番号 2011-150972
状態 特許登録済
技術分野 電磁継電器の構成要素(導電部) 開閉器の消弧装置
主要キーワード 表面炭化 先拡がり 操作コイル 臭素成分 両接点間 接点接触 端子ネジ 接点寿命
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年8月4日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

電磁開閉器消弧性能を向上するため、ケース内に、アーク熱分解ガスを発生する部品各相ごとに設置することが行われている。アークは発生した分解ガスで消弧されるにしても、部品点数が増えるので構造が複雑となる。本願では、構造が複雑になることを避けて、簡単な構造で消弧性能を向上させることを目的にしている。

解決手段

電磁開閉器は、固定接点接合された複数の固定接触子と、可動接点が接合された複数の可動接触子と、可動接触子を固定接触子に押圧するクロスバーと、固定接触子が取り付けられる筐体と、筐体を覆う熱可塑樹脂製のアークカバーとを備えていて、アークカバーの天板には固定接触子に対応して設けられた複数の独立した消弧壁が立設しており、各々の消弧壁は固定接点を囲繞し、クロスバーと対向する部分が開放されている。

概要

背景

電磁開閉器では、電流遮断時に、固定接点可動接点の間でアークが発生する。アークは、両接点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、ケース内アーク熱分解ガスを発生する部品を、交流各相ごとに新たに設置し、その分解ガスでアークを消弧する構造が、特許文献1および特許文献2に開示されている。特許文献3は、金属消弧板をアークカバーに設置し、アークをこの金属消弧板に引き寄せて引き伸ばすことでアークを消弧する技術を扱っている。特許文献4は、アークカバーに消弧グリッドを形成することを提案している。アークはこのグリッドに引き寄せられて消弧する。

概要

電磁開閉器の消弧性能を向上するため、ケース内に、アーク熱で分解ガスを発生する部品を各相ごとに設置することが行われている。アークは発生した分解ガスで消弧されるにしても、部品点数が増えるので構造が複雑となる。本願では、構造が複雑になることを避けて、簡単な構造で消弧性能を向上させることを目的にしている。 電磁開閉器は、固定接点が接合された複数の固定接触子と、可動接点が接合された複数の可動接触子と、可動接触子を固定接触子に押圧するクロスバーと、固定接触子が取り付けられる筐体と、筐体を覆う熱可塑樹脂製のアークカバーとを備えていて、アークカバーの天板には固定接触子に対応して設けられた複数の独立した消弧壁が立設しており、各々の消弧壁は固定接点を囲繞し、クロスバーと対向する部分が開放されている。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
5件

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請求項1

固定接点接合された複数の固定接触子と、可動接点が接合された複数の可動接触子と、前記可動接触子を前記固定接触子に押圧するクロスバーと、前記固定接触子が取り付けられる筐体と、前記筐体を覆う熱可塑樹脂製のアークカバーとを備えていて、前記アークカバーの天板には前記固定接触子に対応して設けられた複数の独立した消弧壁が立設しており、各々の消弧壁は前記固定接点を囲繞し、前記クロスバーと対向する部分が開放されていることを特徴とする電磁開閉器

請求項2

熱可塑性樹脂板が、隣り合う消弧室の間に設けられていることを特徴とする請求項1記載の電磁開閉器。

請求項3

消弧室は、ポリアミド6、ポリアミド46、ポリアミド66から選択された一種母材として形成され、この母材にはガラス繊維充填されていることを特徴とする請求項1記載の電磁開閉器。

請求項4

消弧室の母材は、水酸化マグネシウム水酸化アルミニウム、(三、四、五)酸化アンチモンから選択された一種以上の化合物を含むことを特徴とする請求項3に記載の電磁開閉器。

請求項5

消弧室の母材は、ハロゲン化リン酸エステル赤リンから選択された一種以上の化合物を含むことを特徴とする請求項3に記載の電磁開閉器。

技術分野

0001

この発明は、電磁開閉器に関し、特に接点を有する電磁開閉器の消弧性能の向上に関するものである。

背景技術

0002

電磁開閉器では、電流遮断時に、固定接点可動接点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、ケース内アーク熱分解ガスを発生する部品を、交流各相ごとに新たに設置し、その分解ガスでアークを消弧する構造が、特許文献1および特許文献2に開示されている。特許文献3は、金属消弧板をアークカバーに設置し、アークをこの金属消弧板に引き寄せて引き伸ばすことでアークを消弧する技術を扱っている。特許文献4は、アークカバーに消弧グリッドを形成することを提案している。アークはこのグリッドに引き寄せられて消弧する。

先行技術

0003

特開昭63−133420
特公平8−21277
特開昭59−94313
特許3411206

発明が解決しようとする課題

0004

電磁開閉器の消弧性能を向上するため、ケース内に、アーク熱で分解ガスを発生する部品を各相ごとに設置する構造では、アークは発生した分解ガスで消弧されるにしても、この場合、部品点数が増えるので構造が複雑となる。本願では、構造が複雑になることを避けて、簡単な構造で電磁開閉器の消弧性能を向上させることを目的にしている。

課題を解決するための手段

0005

この発明に係る電磁開閉器は、固定接点が接合された複数の固定接触子と、可動接点が接合された複数の可動接触子と、可動接触子を前記固定接触子に押圧するクロスバーと、固定接触子が取り付けられる筐体と、筐体を覆う熱可塑樹脂製のアークカバーとを備えていて、アークカバーの天板には固定接触子に対応して設けられた複数の独立した消弧壁が立設しており、各々の消弧壁は固定接点を囲繞し、クロスバーと対向する部分が開放されている。

発明の効果

0006

接点を有する電磁開閉器の機械的強度耐電圧特性を維持しながら、消弧性能が向上する。簡単な構造であるため小型で安価な電磁開閉器を提供できる。また分解ガスを発生する部品を容易に交換できるので、メンテナンスの観点からも優れている。

図面の簡単な説明

0007

この発明による実施の形態1に対応する電磁開閉器の断面を示す図である。
アークカバーの外観を表す斜視図である。
この発明による電磁開閉器の外観を示す斜視図である。
消弧室と相間壁の関係を示す図である。
この発明による実施の形態2に対応する電磁開閉器の断面を示す図である。
図5における断面A−Aを示す図である。

実施例

0008

実施の形態1.
図1から4に基づいて本実施の形態1を説明する。第1図は電磁開閉器100の全体断面図を示す。絶縁物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。同じく絶縁物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。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、両方の鉄心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は絶縁物で形成され、その下端で可動鉄心3を保持している。

0009

可動接触子6はクロスバー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。角窓32はクロスバー5に3個設けられていて、それぞれの角窓32に一枚の可動接触子6が挿入される。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組が設けられている。可動接触子6には可動接点20が、固定接触子8には固定接点21が、それぞれ、接合されている。端子ネジ9は電磁開閉器100を外部回路に接続するのに使用される。アークカバー11には、消弧室11aが設けられている。電磁開閉器100では、可動接点20と固定接点21の間にアーク30が発生する。

0010

図2はアークカバー11の外観を示す斜視図である。アークカバー11は、消弧室11aと天板11bが熱可塑性樹脂一体成型されたものである。消弧室11aは、6個設けられていて、それぞれが6組の接点(可動接点20と固定接点21)に対応している。消弧室11aは、前列後列に分かれて配置されていて、同じ列の消弧室は同じ向きに整列している。後列の消弧室11aと前列の消弧室11aは、対向していて、両者の間に、クロスバー5が収められる。

0011

各々の消弧室11aは、コの字状に配置された側壁40a〜40cと、天井壁40dとで構成されている。側壁40a〜40cは天板11bまたは天井壁40dに対し垂直に立設されている。天井壁40dがアークカバー11の天板11bから一段高くなっているのは、消弧室11aの強度を高めるためで、天板11bをそのまま天井壁40dにすることもできる。側壁40a〜40cは側壁40aと側壁40cが対向するように連続して折れ曲っている。中央の側壁40bはクロスバー5平行になるように配置される。

0012

コの字状の消弧室11aは可動接点20と固定接点21の間に発生するアーク30を4方向から遮蔽する。側壁40a〜40cは一体化しているが、熱を逃がすために間隙または穴を設けておいてもよい。側壁40は、アーク熱を逃がすために閉じないように一部が切り欠かれている。開放されている側壁40の開放口(側壁40bと対向する面)はクロスバー5を向いている。連続する消弧室11aの側壁40a〜40cは、アークの閉じ込め効果を高めるために、先拡がり(例えば、側壁40aと側壁40cとを側壁40b側が狭いハの字状に配置した形状、側壁40aと側壁40cとを側壁40bを介さず直接接したV字状に配置した形状、および側壁40aと側壁40cとを側壁40bを介さず直接接したU字状に配置した形状など)になっていてもよい。天板11bに対向する消弧室11aの底面が開放されているのも、アーク熱を逃がすためである。側壁40の形状には、コの字状の他に、C字状、先すぼまりなどが考えられる。

0013

アークカバー11には、アーク熱が加えられた際に水素ガスを発生する熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。例えば、ポリメチルペンテン樹脂ポリメチルメタクリレート樹脂ポリブチレン樹脂が好適に適用される。本発明においては、PA6(Polyamide 6)、PA46(Polyamide 46)、PA66(Polyamide 66)を用いることが高い消弧性能を確保する上で特に好ましい。ポリアミドは、芳香環をもたない熱可塑性樹脂で、数字はC(炭素)数を示している。ジアミノブタンアジピン酸重縮合によるPA46は融点が290℃、ガラス転移温度(Tg)が約78℃と高い特性値を示す。PA66とPA6の融点は、それぞれ262℃と222℃である。

0014

PA6、PA46、PA66をアークカバー11、特に、消弧室11aに用いるには、これらの一種母材とし、ガラス繊維充填剤に含ませるとよい。また、水酸化マグネシウム水酸化アルミニウム三酸化アンチモン四酸化アンチモン五酸化アンチモンから選択された一種以上の難燃剤を含んでいることが望ましく、さらに臭素成分を含まない材料で構成されていることがより望ましい。

0015

図3は電磁開閉器100の外形を概略的に示す斜視図である。電磁開閉器100の筐体1は、取り付け台1aとベース1bから構成されていて、固定鉄心2、可動鉄心3、操作コイル4、クロスバー5を収容している。アークカバー11は、筐体1の上面(取り付け面1d)を覆うもので、筐体1(ベース1b)から着脱を容易に行える。アークカバー11にはカバー保護壁11c、11dが取り付けられている。4枚の相間壁35a〜35dは、アークカバー11(消弧室11a)と、同じ絶縁性の高い熱可塑性樹脂で形成されている板状の部材で、カバー保護壁11c、11dと平行に配置されている。ここでは、カバー保護壁11c、11dと相間壁35a〜35dは、アークカバー11から着脱できる構成になっているが、一体成型されていてもよい。

0016

図4は、電磁開閉器100からアークカバー11の天板11bを仮想的に外した状態を模式的に表す図で、相間壁35a〜35dと消弧室11aの関係が表示されている。相間壁35a〜35dは、クロスバー5と直行する向きに配置されている。相間壁35a、35bは下段に、相間壁35c、35dは上段に、配置されていて、各相に対応する6個の消弧室11aを相互に隔離している。相間壁35はアーク30が発生した際、隣の消弧室にアーク30が移ることを遮断する。消弧室11aはクロスバー5に対向する面が開放されている。消弧室11aは6室あり、それぞれは独立して設けられているが、真中の消弧室の側壁40aと、左隣の消弧室の側壁40cが一体化していてもよい。同様に真中の消弧室の側壁40cと、右隣の消弧室の側壁40aが一体化していてもよい

0017

筐体1の取り付け面1dには、6枚の固定接触子8が固定されている。固定接触子8は、上段および下段に3枚ずつ配置されていて、3相交流の各相に対応している。クロスバー5には3個の角窓32が並列に設けられている。クロスバー5に挿入された3枚の可動接触子6はそれぞれが固定接触子8の上方に配置されている。可動接点20と固定接点21は対向している。上段および下段に分かれて配置されている固定接触子8は対を成していて、可動接触子6が下方に移動すると導通する。各々の固定接触子8は、筐体1の上面(取り付け面1d)から見ると消弧室11aの側壁40で周囲を囲まれている。

0018

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。これにともない、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。接点接触後も可動鉄心3、クロスバー5は移動を続けるが、可動接触子6は可動接点20が固定接点21に接触しているため移動が制限され、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が開離する。この時、両接点間にはアーク30が生じる。

0019

生じたアーク30は、電磁力により外側に引っ張られ、アークカバー11の消弧室11aの近傍にまで及ぶ。アークの熱、光によりアークカバー11の成分が蒸発し、ガスがアークカバー11より放出される。アークカバー11は、PA6、PA46、PA66から選択された一種を母材としている熱可塑性樹脂製であるので、水素ガスを発生しやすい。水素ガスは熱伝導率が高いので、アークガスを冷却しやすいうえに、固定接点21を覆うように消弧室11aがコの字状に形成されているので、アーク30は周囲から熱伝導率の高い水素ガスで冷却される。アーク30の直径は次第に細くなり、電圧が上昇して、遮断される。

0020

アーク30の遮断は3相とも同時に生ずるとは限らない。ある相は遮断できたが、別の相では遮断ができていないことが生じる。相関壁35a〜35dは、相間にわたって短絡することを防ぐために設けられている。隣り合う消弧室11aの間に相間壁35を配置したため、相間の絶縁強化されるとともに、アークカバー11が損傷をうけるのを防ぐことができる。

0021

PA6、PA46、PA66は耐熱性熱可塑樹脂であるため、表面炭化による絶縁不良が抑制される。また芳香環を含まないことも表面炭化による絶縁不良を抑制し、遊離炭素周辺飛散することによる消弧不良を抑制する。また、アークカバー11の材質に臭素成分を含まない場合には、導電率が高い臭素がアークによる蒸発ガスに含まれないので、消弧性能を向上する。

0022

アーク30による蒸発ガス(消弧ガス)は、消弧室11aの内部圧力を高める。消弧室の底面および一側面は開放されているから、ここから蒸発ガスは放出される。アークカバー11にはガラス繊維が充填されているので、アークカバー11の耐圧強度は高く、蒸発ガスの圧力で破損することが防がれる。

0023

水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモンから選択された一種以上の難燃剤は、遊離炭素の発生抑制効果があり、消弧性能を向上させる。難燃剤には芳香環をもたないリン系難燃剤であるハロゲン化リン酸エステル赤リンをもちいてもよく、表面炭化による絶縁不良や遊離炭素の発生による消弧性能劣化を抑制する。

0024

可動鉄心3が固定鉄心2に吸引されるとき、固定鉄心2と可動鉄心3が衝突し、その衝撃は取り付け台1a、ベース1b、クロスバー5に伝達される。電磁開閉器100に対し、AC4級電気試験では3万回、AC3級電気試験では200万回に及ぶ開閉遮断試験を実施するため、取り付け台1a、ベース1b、クロスバー5には機械強度が必要とされる。また固定接触子8が配置されるベース1bと、可動接触子6を支持するクロスバー5には耐電圧が必要とされる。消弧性能を向上するため、ベース1b、クロスバー5の材料、形状を変更すると、ベース1bの機械強度、耐電圧を損なうことが考えられる。しかしアークカバー11はベース1bにかぶせられているだけであり、高度の機械強度は必要なく、耐電圧性能もベース1b、クロスバー5ほど要求されないため、消弧性能向上に最適な形状、材料を選択できる。

0025

固定接点21をコの字状に覆うアークカバー11の側壁40a〜40cは、天板11bと一体構造であるため、各相に対応する固定接続子8ごとに、消弧ガス発生部品を別個ケースの内部に配置するよりも構造が簡単である。またアークカバー11はもともと電磁
開閉器100の一部品としてあるもので、取り外しを容易に行える構造を備えている。

0026

上記構造では消耗部品は、可動接点20を含む可動接触子6と、固定接点21を含む固定接触子8とアークカバー11のみになり、メンテナンス時これらの部品さえ交換すれば電磁開閉器100は使用可能となる。

0027

実施の形態2.
図5は実施の形態2について説明した図であり、図6図5における断面A−Aを示した図である。実施の形態1との違いは金属消弧板32がアークカバー11のコの字状に設けられた側壁40a〜40cの内側に配置されていることである。金属消弧板32には孔32aが1つ以上空けられている。固定接触子8は、電磁力でアークを外側に引っ張る力を強化するため、コの字状に折り曲げられている。実施の形態1に比べると、固定接点21の筐体1の取り付け面1dからの高さが高くなっている。

0028

金属消弧板32を設置することにより、アーク30が電磁力で金属消弧板32に引き寄せられる。引き寄せられたアーク30の熱によりアークカバー11は蒸発ガスを発する。このガスは金属消弧版32に設けられた孔32aを通過し、アーク30を消弧する。この実施の形態2により消弧性能がさらに向上する。

0029

1筐体、2固定鉄心、3可動鉄心、5クロスバー、6可動接触子、8固定接触子、11アークカバー、11a消弧室、11b天板、20可動接点、21固定接点、35 相間壁、40a〜40c側壁、40d 天井壁

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