(57)【要約】      （修正有）【課題】電気自動車においては、衝突の発生時、電気系統から主電池を切断しなければならないが、どのような形の衝突についても確実に切断するパワーコンタクトを提供する。【解決手段】このパワーコンタクタ１は、２つのスイッチ位置を有する少なくとも１つのスイッチ要素１５と、少なくとも１つのスイッチ要素を少なくとも開位置から閉位置へ切り替えることのできる電磁駆動ユニット１３と、少なくとも閉位置で、開位置に向かってスイッチ要素にリセットモーメントを及ぼす少なくとも１つのリセット要素４９とを含み、スイッチ要素が回転アーマチュア１７として構成されることにより衝撃抵抗を大幅に高める。【選択図】図１
2018010866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車の高電圧および／または高電流を切り替えるためのパワーコンタクタ（１）であって、
少なくとも１つのスイッチ要素（１５）と、
前記少なくとも１つのスイッチ要素（１５）を少なくとも開位置（３）から閉位置（７９）へ切り替えることのできる電磁駆動ユニット（１３）と、
少なくとも前記閉位置（７９）で、前記開位置（３）に向かって前記スイッチ要素（１５）にリセット力（９９）を及ぼす少なくとも１つのリセット要素（４９）とを含み、
前記スイッチ要素（１５）は回転アーマチュア（１７）として構成されている、
ことを特徴とするパワーコンタクタ（１）。
【請求項２】
回転アーマチュア（１７）がその周りで回転可能に支承される回転軸（１９）が、前記回転アーマチュア（１７）を通って、好ましくはその重心（７５）を通って延びていることを特徴とする、
請求項１に記載のパワーコンタクタ（１）。
【請求項３】
ヨーク（５）が２つのヨーク脚部（７）を備え、
前記回転アーマチュア（１７）は、前記ヨーク脚部（７）の端部部分（１１）に配置された２つの対向する極面（２７）間に位置していることを特徴とする、
請求項１または２に記載のパワーコンタクタ（１）。
【請求項４】
前記回転軸（１９）は、前記２つの極面（２７）間の空隙（２５）の領域で前記回転アーマチュア（１７）に交差していることを特徴とする、
請求項３に記載のパワーコンタクタ（１）。
【請求項５】
前記回転アーマチュア（１７）は、
少なくとも１つの永久磁石（３１）と、
少なくとも１つのアーマチュア板（３３）と、を含むことを特徴とする、
請求項１から４のいずれか一項に記載のパワーコンタクタ（１）。
【請求項６】
前記永久磁石（３１）は、前記ヨーク（５）の前記空隙（２５）内に実質的に配置されていることを特徴とする、
請求項５に記載のパワーコンタクタ（１）。
【請求項７】
前記回転アーマチュア（１７）は、少なくとも２つの止め部（６９）を有し、
前記回転アーマチュア（１７）は、前記開位置（３）および前記閉位置（７９）の両方で、少なくとも１つの止め部（６９）で少なくとも１つのヨーク脚部（７）に当接することを特徴とする、
請求項３から６のいずれか一項に記載のパワーコンタクタ（１）。
【請求項８】
少なくとも１つのアーマチュア板（３３）が、少なくとも部分的に前記空隙（２５）を越えて少なくとも１つのヨーク脚部（７）に向かって延びていることを特徴とする、
請求項５から７のいずれか一項に記載のパワーコンタクタ（１）。
【請求項９】
スペーシング要素（２９）が、前記ヨーク（５）と前記回転アーマチュア（１７）との間に配置されていることを特徴とする、
請求項３から８のいずれか一項に記載のパワーコンタクタ（１）。
【請求項１０】
前記回転アーマチュア（１７）は、前記開位置の回転角度（７１）および前記閉位置の回転角度（８３）に回転可能であり、
回転角度（１０１）が、前記少なくとも１つのアーマチュア板（３３）と前記２つの極面（２７）間の最短直線接続線との間の角度に対応し、前記開位置の回転角度（７１）は前記閉位置の回転角度（８３）よりも大きいことを特徴とする、
請求項５から９のいずれか一項に記載のパワーコンタクタ（１）。
【請求項１１】
前記開位置（３）と前記閉位置（７９）との間の前記回転アーマチュア（１７）の中間位置（１０９）、前記開位置（３）および前記中間位置（１０９）の前記回転角度（１０１）間における前記回転アーマチュア（１７）の第１の角度領域（１０９ａ）、前記中間位置（１０９）および前記閉位置（７９）の前記回転角度（１０１）間における前記回転アーマチュア（１７）の第２の角度領域（１０９ｂ）が設けられ、
前記リセット要素（４９）は、少なくとも前記第２の角度領域（１０９ｂ）で前記開位置（３）に向かって前記回転アーマチュア（１７）にリセット力（９９）を及ぼすことを特徴とする、
請求項１０に記載のパワーコンタクタ（１）。
【請求項１２】
前記開位置（３）に向けられたリセットモーメント（１００）が、前記回転アーマチュア（１７）の各回転位置（１０１）で前記回転アーマチュア（１７）に作用することを特徴とする、
請求項１１に記載のパワーコンタクタ（１）。
【請求項１３】
前記回転アーマチュア（１７）は、少なくとも１つのヒンジ軸（４１）および少なくとも１つのコネクティングロッド（３７、３７ａ）を介してコンタクトブリッジ（４５）にヒンジ連結されていることを特徴とする、
請求項１から１２のいずれか一項に記載のパワーコンタクタ（１）。
【請求項１４】
前記コンタクトブリッジ（４５）は、少なくとも１つのリセット要素（４９）を有し、
前記リセット要素（４９）は、前記閉位置（７９）で、前記開位置（３）に向かって前記回転アーマチュア（１７）に作用するリセットモーメント（１００）を発生させることを特徴とする、
請求項１３に記載のパワーコンタクタ（１）。
【請求項１５】
前記回転アーマチュア（１７）に及ぼされる保持力（８７ａ）が、少なくとも前記開位置（３）において、運動を伝達するように前記回転アーマチュア（１７）に連結された運動要素（３５）の重量の少なくとも１００倍であることを特徴とする、
請求項１から１４のいずれか一項に記載のパワーコンタクタ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車の高電圧および／または高電流を切り替えるためのパワーコンタクタに関する。このパワーコンタクタは、少なくとも１つのスイッチ要素と、少なくとも１つのスイッチ要素を少なくとも開位置から閉位置へ切り替えることのできる電磁駆動ユニットと、少なくとも閉位置において、開位置に向かってスイッチ要素にリセット力を及ぼす少なくとも１つのリセット要素と、を含む。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車の駆動電池（主電池とも呼ばれる）は数百から数千の個々のセルから構成され、主電池は数百ボルトの電圧を有するようになっている。主電池により供給される電流は、数百アンペアの電流を有することもできる。
【０００３】
電気自動車による事故の場合に、乗員または救助隊員が主電池からの電気的衝撃の危険に晒されないようにするために、いわゆる衝突前センサ、すなわち自動車の本体自体が変形する前に自動車のクランプルゾーンの圧縮を検出するセンサが、衝突の場合に電気系統から主電池を切断することが想定されている。
【０００４】
しかしながら、この点について、電気系統からの切断がどのような形の衝突についても確実に保証される必要がある。コンタクタは、衝撃を受けた場合に切替え状態を変化させるべきではない。
【０００５】
国際連合欧州経済委員会（ＵＮＥＣＥ）は、ＥＣＥ−Ｒ１００において、とりわけ単一衝撃に関して遵守すべき規則を記載している。
【０００６】
従来のソレノイドプランジャシステムでは、コンタクタが閉位置にあるときのみ２８Ｇの必要な衝撃抵抗が得られる。閉位置に向かう衝撃により、コンタクタが開位置に切り替わる。したがって、先行技術の解決法は、互いに垂直に向き直列に接続された２つのコンタクタを使用して、少なくとも１つのコンタクタにより、確実に電気系統から主電池を安全に切断するようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の１つの課題は、任意の空間方向への必要な衝撃抵抗を保証するパワーコンタクタを作ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述したタイプのパワーコンタクタは、スイッチ要素が回転アーマチュアとして構成される点においてこの課題を解決する。回転アーマチュアは、所定の方向に沿ってより直線的に動くことにより、この方向に沿った、またはこの方向と反対の質量慣性を有するのではなく、回転運動を及ぼすという利点を有する。
【０００９】
以下で、本発明によるパワーコンタクタの有利な構成についてそれぞれ個々に説明する。個々の構成の技術的特徴は、希望に応じて組み合わせることができ、かつ／または省略される技術的特徴により得られる技術的効果が重要でなければ、これを省略することができる。
【００１０】
前述したように、本発明によるパワーコンタクタは高電圧および／または高電流用に設計されている。高電流は数百アンペアの範囲の電流強度であると理解すべきであり、高電圧は数百ボルトであると理解すべきである。本発明によるパワーコンタクタを使用可能な電気自動車は、好ましくは、完全電動またはハイブリッド乗用車、電動スクータ、電動バス、または重量物運搬車である。
【００１１】
閉位置は、たとえば、パワーコンタクタが主電池と電気系統との電気接続を生じさせる、パワーコンタクタの位置であると理解すべきである。これに対して、開位置は、電気接続が切断された、パワーコンタクタの切換え状態を説明している。
【００１２】
事故の場合には、主電池からの電圧または電流による危険が乗員および／または救助隊員に及ばないようにするために、パワーコンタクタの開位置、すなわち、たとえば電気系統からの主電池の切断が、パワーコンタクタの所望の動作状態となる。
【００１３】
少なくとも１つのばね要素を、好ましくはリセット要素として使用することができる。しかしながら、互いに反発する２つの永久磁石をリセット要素として使用することも考えられる。閉位置において、リセット要素はリセットモーメントを回転アーマチュアに伝え、このリセットモーメントは回転アーマチュアの開位置に向けられる。以下、回転アーマチュアに作用する力に言及する場合、これらの力は回転アーマチュアの回転を生じさせることのできるトルクを発生させる。
【００１４】
本発明によるパワーコンタクタの１つの可能な構成において、回転アーマチュアがその周りで回転可能に支承される回転軸が、回転アーマチュアを通って、好ましくはその重心を通って延びている。これは、３つの空間方向の各々に沿った、または３つの空間方向からなる方向に沿った回転アーマチュアの加速度が、回転アーマチュアをその静止位置に残す、すなわち回転アーマチュアを直線的にも回転方向にも動かさないという利点を有する。
【００１５】
本発明によるパワーコンタクタのさらなる構成において、ヨークが少なくとも２つのヨーク脚部を備え、回転アーマチュアは、ヨーク脚部の端部部分に配置された２つの対向する極面間に位置している。ヨークは、電磁駆動ユニットにより発生する磁場を、回転アーマチュアにまたは回転アーマチュアを通して、的を絞って案内することができるという利点を有する。
【００１６】
本発明によるパワーコンタクタのさらなる構成において、回転軸は、空隙の領域で、特に２つの極面間の中心で回転アーマチュアに交差している。これが有利なのは、磁場電磁駆動ユニットにより発生する磁場が、一方では、回転アーマチュアに対称に作用し、すなわち回転アーマチュアに伝わるトルクが対称であり、他方では、回転アーマチュアが、最大限の（使用可能な）磁場強度の領域に少なくとも部分的に位置するからである。
【００１７】
パワーコンタクタのさらなる構成において、回転アーマチュアは、少なくとも１つの永久磁石と、少なくとも１つのアーマチュア板とを含む。永久磁石は、パワーコンタクタの電流が切られたときでも、回転アーマチュアの規定位置を可能にするという利点を有する。この位置合わせは、永久磁石と強磁性ヨークとの間の磁気引力によって行われる。
【００１８】
好ましくは、少なくとも１つのアーマチュア板が強磁性材料から作られ、一方では、多くの場合、非常に硬質であるため脆い永久磁石を衝撃から保護し、他方では、強磁性アーマチュア板を通して、永久磁石により発生する磁場を伝えるように機能する。
【００１９】
好ましくは、永久磁石を、互いに略平行に配置された２つのアーマチュア板によって少なくとも部分的に囲むことができる。アーマチュア板が、永久磁石を越えて少なくとも部分的に突出して、永久磁石が外部の機械的影響からある程度保護されるようになっていることも好ましい。
【００２０】
本発明によるパワーコンタクタのさらなる構成において、永久磁石は、ヨークの空隙内に実質的に配置されている。永久磁石の重心は、好ましくは回転アーマチュアの重心に対応して、永久磁石と回転アーマチュアが共にヨークの極面間の空隙に対称に配置されるようになっている。
【００２１】
さらに、この配置は、電磁駆動ユニットが最大の（使用可能な）磁場強度を発生させるパワーコンタクタの領域に永久磁石が位置するという利点を有する。
【００２２】
パワーコンタクタのさらなる構成において、回転アーマチュアが少なくとも２つの止め部を有し、回転アーマチュアは、開位置および閉位置の両方で、少なくとも１つの止め部で少なくとも１つのヨーク脚部に当接することが有利である。回転アーマチュアは、特に、少なくとも１つの止め部によりヨーク脚部の少なくとも１つの端部部分に当接することができる。これは、回転アーマチュアとヨークとの接触点を予め設定することができ、それに応じて準備し取り扱うことができるという利点を有する。
【００２３】
少なくとも２つの止め部は、回転アーマチュアの別個の要素であっても、あるいはその一部であってもよい。少なくとも２つの止め部は、たとえば材料の硬化、被覆などの特定の処理を受けていてもよい。
【００２４】
好ましくは、少なくとも２つの止め部は少なくとも１つのアーマチュア板に位置することができ、２つのアーマチュア板を有する回転アーマチュアの構成において、アーマチュア板の各々が少なくとも１つの止め部を有することができると好ましい。
【００２５】
好ましくは、止め部はアーマチュア板からヨーク側を向くことができる。
【００２６】
本発明によるパワーコンタクタのさらなる構成において、少なくとも１つのアーマチュア板が、少なくとも部分的に空隙を越えて少なくとも１つのヨーク脚部に向かって突出している。言い換えると、少なくとも１つのアーマチュア板は、少なくとも１つのヨーク脚部を少なくとも部分的に覆っている。
【００２７】
永久磁石がヨークの極面間に配置されることが好ましいため、かつ回転アーマチュアが２つのアーマチュア板により構成されたときに特徴的な形状を有するため、これはＨ型アーマチュアとも呼ばれる。
【００２８】
アーマチュア板の少なくとも１つが少なくとも部分的に空隙を越えて少なくとも１つのヨーク脚部に向かって突出することにより、空隙への機械的アクセスを少なくとも部分的に防止して、回転アーマチュアの妨害の危険を低下させるようになっている。
【００２９】
パワーコンタクタのさらなる構成において、スペーシング要素がヨークと回転アーマチュアとの間に配置される。
【００３０】
電流がパワーコンタクタに供給されているときに、電磁駆動ユニットにより回転アーマチュアをスペーシング要素まで押すことができる。スペーシング要素は、特に閉位置の止め部側を向いた電流板であってよい。スペーシング要素を、強磁性または非強磁性材料から構成することができる。好ましくは、スペーシング要素を金属から作ることができ、薄型のスペーシング要素のために誘電材料を使用してもよい。
【００３１】
さらに、２つのスペーシング要素を設けることができ、好ましくは、これらのスペーシング要素は、閉位置の回転アーマチュアとヨークの端部部分との間の所定のスペーシングを保証する。
【００３２】
同様に、回転軸と対称であり、２つのアーマチュア板を有する回転アーマチュアを使用するときに、たとえば２つのスペーシング要素を回転軸に対して軸対称に配置してもよい。この配置において、スペーシング要素はヨークの内方を向き、第２のスペーシング要素は外方を向くことができる。
【００３３】
さらに、本発明によるパワーコンタクタの一構成において、回転アーマチュアは開位置の回転角度および閉位置の回転角度に回転可能であり、回転角度が、少なくとも１つのアーマチュア板と２つの極面間の最短直線接続線との間の角度に対応する。開位置の回転角度は、閉位置の回転角度よりも大きい。閉位置または開位置の異なる回転角度により、パワーコンタクタを単安定（monostable）させることができる。これは、パワーコンタクタの電流が切られたときに常に規定の状態をとるべきである場合に望ましい。
【００３４】
アーマチュア板がヨークの端部部分に平行である回転アーマチュアの配置を、以下で、ゼロ度位置（zero-degree position）についての言及として使用する。開位置または閉位置の回転角度は、０°の回転角度から時計方向または反時計方向への回転アーマチュアの回転に対応する。したがって、開位置の回転角度は、閉位置の回転角度に対する反対方向の回転を使用して測定される。
【００３５】
パワーコンタクタのさらなる構成において、開位置と閉位置との間の回転アーマチュアの中間位置、開位置および中間位置の回転角度間における回転アーマチュアの第１の角度領域、ならびに中間位置および閉位置の回転角度間における回転アーマチュアの第２の角度領域が設けられる。リセット要素は、少なくとも第２の角度領域で開位置に向かって回転アーマチュアにリセット力を及ぼす。
【００３６】
したがって、中間位置は回転アーマチュアの回転角度を特徴付け、閉位置に向かってさらに回転したときに、リセット要素はこの回転角度から閉位置へのさらなる回転に対抗する。
【００３７】
回転アーマチュアは単安定して構成され、電流がパワーコンタクタに供給されない状態で、回転アーマチュアは閉位置から、特に第２の角度領域から開位置へ回転するようになっている。
【００３８】
本発明によるパワーコンタクタのさらなる構成において、開位置に向けられたリセットモーメントが、回転アーマチュアの各回転位置で回転アーマチュアに作用する。
【００３９】
回転アーマチュアに作用する力を個々に考慮すると、永久磁石は、開位置の回転角度と逆転角度との間で、回転アーマチュアの開位置に向かって磁気開放力を及ぼし、逆転角度と閉位置の回転角度との間で、閉位置に向かって回転アーマチュア上に磁気閉鎖力を及ぼす。逆転角度と閉位置の回転角度との間のすべての回転角度について、リセット要素のリセット力は磁気閉鎖力より大きくてよい。これは、パワーコンタクタが単安定挙動を有する、すなわち電流が切られたときに常に開位置に戻るという利点を有する。
【００４０】
たとえば、無電流状態にあり、リセット要素の効果がないパワーコンタクタを考えると、そのように構成されたパワーコンタクタは双安定挙動（bistable behaviour）を有する。開位置および閉位置の両方で、永久磁石はヨークの端部部分を引き付け、回転アーマチュアをこの位置に保持する。磁気引力に対抗力が打ち勝つ限り、２つの位置の一方からの回転アーマチュアの回転が可能である。
【００４１】
逆転角度は、回転アーマチュアが不安定な平衡にある回転アーマチュアの回転角度として理解すべきである。これは、２つの端部部分に対する永久磁石の磁気引力が同一であることを意味する。したがって、回転アーマチュアの小さい偏向により、対応する位置への回転アーマチュアの偏向が生じる。
【００４２】
そのような不安定な平衡を回避するために、回転アーマチュアの逆転角度が中間位置の回転角度と異なっていることが有利である。回転アーマチュアの逆転角度で、リセット要素により開位置に向かって回転アーマチュアにリセット力をすでに及ぼすことができる。したがって、これにより、回転アーマチュアの第１の角度領域および第２の角度領域の両方で、磁気開放力または結果として生じるリセット要素のリセット力のベクトル和および永久磁石の磁気閉鎖力が、回転アーマチュアを開位置へ動かすことが可能になる。
【００４３】
本発明によるパワーコンタクタのさらなる構成によれば、回転アーマチュアは、少なくとも１つの軸および少なくとも１つのコネクティングロッドを介してコンタクトブリッジにヒンジ連結されている。少なくとも１つの軸および少なくとも１つのコネクティングロッドを介したコンタクトブリッジの連結は、接触領域、すなわち、２つのコンタクト要素間の電気接続がコンタクトブリッジにより生じる領域を、絶縁体により電磁駆動ユニットから空間的に分離できるという利点を有する。
【００４４】
閉状態で伝わる電流の電流強度は、通常、パルス幅変調（ＰＷＭ）により調整される。高電流ＰＷＭの発生中、電流の増減のこの急峻なフランク（ｆｌａｎｋ）は、電気接続点に高周波調波を生じさせ、この高周波調波は、近くに位置する低圧系統の電気接続内に結合する可能性がある。次いで、これらの干渉はすべての回線にわたって広がり、たとえば最終的に通信システムまたは無線に干渉し得る。
【００４５】
この構成により、ソレノイドプランジャシステムの場合、高圧系統と低圧系統とが非常に近接することにより、強い結合を生じさせる。このために、このような誘発された干渉を、これらのリレー用のコンタクタの駆動回路においてブロックしなければならない。
【００４６】
電磁駆動ユニット、すなわち本発明によるパワーコンタクタのコイルは、たとえば、コンタクトブリッジから空間的に分離して配置することができるため、切替えプロセスにより生じる誘発電磁干渉を最小化し、または完全になくすことができる。
【００４７】
この構成は、切替え時のノイズの発生を抑えるという利点も有する。切替え時の音量は、動いた質量、力、および構造によりもたらされるノイズの減衰によって決まる。大きい切替え能力用のソレノイドプランジャシステムは重いアーマチュアを有し、剛性の鉄回路を介して大きい力およびノイズを環境に伝えることがある。結果として、そのようなコンタクタは大音量になる。回転アーマチュアを有する同等のシステムでは、アーマチュアの質量と、レバーの並進運動により経路とを小さくすることができる。したがって、吸収され衝撃時に音として部分的に放出される運動エネルギーが小さくなる。
【００４８】
パワーコンタクタは２つのコネクティングロッドを有することができ、これらのコネクティングロッドは、回転軸に平行に配置されたヒンジ軸によって互いに連結可能である。コネクティングロッドは、互いに略９０°の角度を有することができる。好ましくは、コンタクトブリッジが直接または間接的に固定されるコネクティングロッドを、ヨークの端部部分に平行に配置することができる。
【００４９】
好ましくは、このコネクティングロッドの動きは、ヨークの平面で行うことができる。
【００５０】
本発明によるパワーコンタクタのさらなる構成において、スイッチブリッジは少なくとも１つのリセット要素を有し、このリセット要素は、閉位置で、開位置に向かって回転アーマチュアに作用するリセット力を発生させる。これは、少なくとも１つのリセット要素を回転軸または回転アーマチュア自体に取り付ける必要がないという利点を有する。したがって、リセット要素を、好ましくは螺旋または板ばねの形のパワーコンタクタの外側に配置することができる。これにより、たとえば、リセット要素の簡易なメンテナンスまたは簡単な交換が可能になる。
【００５１】
スイッチブリッジのリセット要素から開位置に向かって回転アーマチュアに作用するリセット力を、１つまたは複数のコネクティングロッドおよびヒンジ軸を介して回転アーマチュアに伝えることができる。
【００５２】
スイッチブリッジをスイッチブリッジ支持部により保持することができ、スイッチブリッジはリセット要素によりスイッチブリッジ支持部に当たることができる。
【００５３】
本発明によるパワーコンタクタのさらなる構成において、回転アーマチュアに及ぼされる保持力が、少なくとも開位置において、運動を伝達するように回転アーマチュアに連結された運動要素の重量の少なくとも１００倍である。これは、電気部品の衝撃抵抗について国際連合欧州経済委員会により定められた規則を満たすことができるという利点を有する。運動要素は、２つのコネクティングロッドおよびこれらのコネクティングロッドを連結するヒンジ軸、ならびにコンタクトブリッジ、またはコンタクトブリッジ、リセット要素、およびコンタクトブリッジホルダから構成されたシステムであってよい。
【００５４】
パワーコンタクタが開位置にある場合、たとえば、運動要素の慣性が閉位置に向かって作用するトルクを回転アーマチュアに及ぼすようにパワーコンタクタが加速される場合、加速度は少なくとも１００Ｇであってよく、磁気開放力、すなわち保持力により発生するトルクを越えることはない。好ましくは、パワーコンタクタは、より大きい加速度でも、回転アーマチュアの開位置を維持することができる。
【００５５】
以下で、添付図面を使用して、本発明によるパワーコンタクタについて説明する。図面はパワーコンタクタの有利な構成を示し、図示した構成の技術的特徴は、希望に応じて組み合わせることができ、かつ／または省略される技術的特徴により得られる技術的効果が重要でなければ、これを省略することができる。明確にするために、同じ技術的特徴および同じ技術的効果を有する技術的特徴は、同じ参照符号で示す。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明によるパワーコンタクタの斜視図である。
【図２ａ】開位置における本発明によるパワーコンタクタの側面図である。
【図２ｂ】開位置における本発明によるパワーコンタクタの上面図である。
【図３ａ】閉位置における本発明によるパワーコンタクタの側面図である。
【図３ｂ】閉位置における本発明によるパワーコンタクタの上面図である。
【図４】本発明によるパワーコンタクタの回転角度／力特性曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図１は、開位置３におけるパワーコンタクタ１の斜視図である。
【００５８】
パワーコンタクタ１は、２つのヨーク脚部７、ヨークベース９および２つの端部部分１１、電磁駆動ユニット１３およびスイッチ要素１５から構成されたヨーク５を含む。
【００５９】
スイッチ要素１５は、回転アーマチュア１７として構成され、回転軸１９に回転可能に支承される。
【００６０】
電磁駆動ユニットは、コイル２１の形に構成され、その巻線２３はヨークベース９の周りに巻き付けられる。
【００６１】
ヨーク５は、回転アーマチュア１７が少なくとも部分的に位置する空隙２５を除いて自蔵式（self-contained）であり、空隙２５側、すなわち図１において回転アーマチュア側を向いた極面２７を端部部分１１に有する。
【００６２】
スペーシング要素２９が端部部分１１に取り付けられる。
【００６３】
さらに、図１は、回転アーマチュア１７が永久磁石３１とこの永久磁石３１を囲む２つのアーマチュア板３３とを含むことを示す。
【００６４】
パワーコンタクタ１は、さらにコネクティングロッド３７、ヒンジ３９、およびヒンジ軸４１として構成された運動要素３５をさらに含む。
【００６５】
コンタクトブリッジ４５を支承するコンタクトブリッジキャリア４３はコネクティングロッド３７ａに固定され、コンタクトブリッジキャリア４３はつる巻きばね４７の形に構成されたリセット要素４９を含み、このリセット要素４９により、コンタクトブリッジ４５はコンタクトブリッジキャリア４３に当たる。コンタクトブリッジ４５は、２つの電気コンタクト５１に向かってコンタクトブリッジキャリア４３の支持部５３に当たる。
【００６６】
図２ａおよび図２ｂは、図１のパワーコンタクタ１の側面図５５および上面図５７であり、主電池５９と電気系統６１とに接続された電気コンタクト５１間には電気接続がない。したがって、主電池５９は電気系統６１から切断されている。電気スイッチ６３は、機械的回路切断６５に加えて電気的回路切断６７をもたらす。
【００６７】
上面図５７で、回転アーマチュア１７の構造、すなわち２つのアーマチュア板３３と永久磁石３１とから構成された回転アーマチュア１７の構成が、回転軸１９の周りで対称に見られる。さらに、図２ａおよび図２ｂは、アーマチュア板３３の各々が、止め部６９によりヨーク５のそれぞれの端部部分１１に載置されていることを示す。
【００６８】
２つの止め部６９は、回転軸１９に対して点対称に配置され、開位置の回転角度７１を定義する。これは、補助軸７３とコネクティングロッド３７との間に示されるが、アーマチュア板３３とヨーク５の端部部分１１との間にも見られる。
【００６９】
回転アーマチュア１７は空隙２５内に配置され、回転軸１９は回転アーマチュア１７の重心７５である。
【００７０】
極面２７は永久磁石３１側を向き、互いに平行に位置合わせされる。
【００７１】
さらに、図２ａおよび図２ｂは、アーマチュア板３３が少なくとも部分的に空隙２５を越えてそれぞれのヨーク脚部７の端部部分１１に向かって突出することを示す。これは領域７７に示される。
【００７２】
図３ａおよび図３ｂは、閉位置７９にあるパワーコンタクタ１の側面図５５および上面図５７を示す。
【００７３】
閉位置７９で、コンタクトブリッジ４５は２つの電気コンタクト５１間の電気接続を確立する。これにより、つる巻きばね４７が圧縮されて緊張状態８１になる。これは、上面図５７から、コンタクトブリッジ４５がコンタクトブリッジキャリア４３の支持部５３に当たらなくなったことにより識別することができる。
【００７４】
図示した閉位置７９において、回転アーマチュア１７は閉位置の回転角度８３を有し、この回転角度は補助軸７３とコネクティングロッド３７との間またはアーマチュア板３３とヨークの端部部分１１との間で測定される。
【００７５】
回転アーマチュア１７の止め部６９が載置されるスペーシング要素２９により、図３ｂの閉位置の回転角度８３は図２ｂに示す開位置の回転角度７１よりも小さい。
【００７６】
補助軸７３は、コネクティングロッド３７ｂが補助軸７３に沿って正確に位置合わせされたときに回転アーマチュア１７が不安定な平衡にある状態（図示せず）で、逆転角度８５をさらに特徴付ける。この状態において、磁気開放力８７（図２ｂ参照）と磁気閉鎖力８９とは互いに打ち消し合う。磁気開放力８７または磁気閉鎖力８９は曲線矢印で示されるが、これは、これらの力が回転アーマチュア１７の回転を引き起こすからである。磁気力８７、８９の正確な作用方向は、ベクトル場により記載する必要があるため図示せず、回転アーマチュア１７への有効な作用方向のみ図示する。
【００７７】
逆転角度８５における不安定な平衡を回避するべきであるため、コネクティングロッド３７ａが逆転角度８５を越えておよそ逆距離９５だけ接触方向９３へ動くように、スペーシング要素２９の厚さ９１が選択される。
【００７８】
逆距離９５は、つる巻きばね４７が圧縮されるばね張力経路９７よりも小さい。したがって、つる巻きばね４７の弛緩により、コネクティングロッド３７ａが逆転角度８５を越えて開位置３に向かって動き、コンタクトブリッジ４５が支持部５３に達すると、回転アーマチュア１７は磁気閉鎖力８９よりも大きい磁気開放力８７（図２ｂ参照）を有する。その結果、閉位置７９に向かう力が電磁駆動ユニット１３により回転アーマチュア１７に及ぼされない場合、回転アーマチュアは開位置３へ動く。したがって、リセットモーメント９９ａを発生させるつる巻きばね４７のリセット力９９により、パワーコンタクタ１が単安定挙動を示す。
【００７９】
磁気開放力８７は保持力８７ａに対応する。
【００８０】
図４では、パワーコンタクタ１の回転角度／力特性曲線が示される。回転角度１０１は横軸にプロットされ、回転角度１０１に応じて力１０３が回転アーマチュア（図示せず）に及ぼされる。力１０３は横軸にプロットされる。
【００８１】
図４は、スペーシング要素２９がない場合に回転アーマチュア１７が最大限傾斜可能な２つの最大偏向１０５を示す。図４は、開位置の回転角度７１と閉位置の回転角度８３を共に示し、閉位置の回転角度８３は、図示したスペーシング要素２９により、開位置の回転角度７１よりも小さい。
【００８２】
無電流状態における回転アーマチュアの力経路、すなわち、逆転角度８５で力効果の符号、すなわち回転アーマチュア１７が力を受ける方向を変化させる無電流力経路１０７がさらに示される。
【００８３】
図示した偏向力特性曲線において、力１０３の正の値は磁気閉鎖力８９を表し、力１０３の負の値は磁気開放力８７を表す。
【００８４】
回転アーマチュア１７は中間位置１０９を有し、この中間位置１０９でコンタクトブリッジ４５が電気コンタクト５１（図３ａおよび図３ｂ参照）に接触することを特徴とする。閉位置の回転角度８３に向かう回転角度１０１の変化により、つる巻きばね４７が圧縮され、リセットモーメント９９ａを回転アーマチュア１７に及ぼす。このリセットモーメント９９ａは開位置３に向けられ、図４に示される。
【００８５】
中間位置１０９は、第１の角度領域１０９ａを第２の角度領域１０９ｂから分離する。
【００８６】
図４で逆転角度８５の右に示す磁気閉鎖力８９はリセット力９９により過補償されて、磁気閉鎖力８９とリセット力９９とのベクトル和の後、合力１１１が得られるようになっている。これは図４に示される。
【００８７】
合力１１１が、中間位置１０９の領域で磁気開放力８７の曲線の進行と合流し、すなわち回転角度１０１を表す横軸に交差しないことに留意することが重要である。この曲線の進行は、各々の可能な回転角度１０１について、負の力１０３が回転アーマチュア１７に作用することにより、回転アーマチュア１７を開位置３に向かって動かすことを意味する。
【００８８】
回転アーマチュア１７を開位置３から閉位置７９へ動かすために、永久磁石３１により及ぼされる磁気開放力８７を補償すること、または磁気開放力８７を過補償して磁気閉鎖力８９にすることが必要である。このことは、永久磁石３１の磁場に向けられる磁場を発生させる電磁駆動ユニット１３に電圧を印加し、または電流を供給して、回転アーマチュア１７が閉位置７９に向かって動くようにすることによって達成される。
【００８９】
電流の供給を受けている力経路１１３が、図４に破線の形で示されている。開位置３の領域における無電流力経路１０７の漸近的挙動１１５を補償するために、高電圧または高電流を電磁駆動ユニット１３に印加または供給する必要があり得る。そのような電圧の増大または電流の増大により、力過剰１１７が生じる。力過剰１１７は、閉位置のリセット力９９ａにより低減した閉位置の磁気閉鎖力８９ａから生じる。明確にするために、電流の供給を受け、螺旋ばね３７のリセット力９９によって修正される力経路１１３は図示しない。
【００９０】
センサを使用して回転アーマチュア１７が閉位置７９に接近していることを検出することによって、力過剰１１７を回避することができる。この接近は制御要素により評価され、制御要素は、電磁駆動ユニット１３に印加された電圧または供給された電流を低減させて、最小レベルの力過剰１１７のみで回転アーマチュア１７を閉位置７９に保持するようになっている。
【００９１】
図４に示す力経路９９、１０７、１１３は単に、本発明によるパワーコンタクタ１の有効な原理を示すための比喩的な曲線であると理解すべきであり、すなわち、図示した回転角度／力特性曲線は縮尺通りとみなすべきではない。
【符号の説明】
【００９２】
１  パワーコンタクタ
３  開位置
５  ヨーク
７  ヨーク脚部
９  ヨークベース
１１  端部部分
１３  電磁駆動ユニット
１５  スイッチ要素
１７  回転アーマチュア
１９  回転軸
２１  コイル
２３  巻線
２５  空隙
２７  極面
２９  スペーシング要素
３１  永久磁石
３３  アーマチュア板
３５  運動要素
３７、３７ａ  コネクティングロッド
３９  ヒンジ
４１  ヒンジ軸
４３  コンタクトブリッジキャリア
４５  コンタクトブリッジ
４７  つる巻きばね
４９  リセット要素
５１  電気コンタクト
５３  支持部
５５  側面図
５７  上面図
５９  主電池
６１  電気系統
６３  電気スイッチ
６５  機械的回路切断
６７  電気的回路切断
６９  止め部
７１  開位置の回転角度
７３  補助軸
７５  重心
７７  領域
７９  閉位置
８１  緊張状態
８３  閉位置の回転角度
８５  逆転角度
８７  磁気開放力
８７ａ  保持力
８９  磁気閉鎖力
８９ａ  閉位置の磁気閉鎖力
９１  厚さ
９３  接触方向
９５  逆距離
９７  ばね張力経路
９９  リセット力
９９ａ  閉位置のリセット力
１００  リセットモーメント
１０１  回転角度
１０３  力
１０５  最大偏向
１０７  無電流力経路
１０９  中間位置
１０９ａ  第１の角度領域
１０９ｂ  第２の角度領域
１１１  合力
１１３  電流が供給されているときの力経路
１１５  漸近的挙動
１１７  力過剰
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
2018010866.tif 000008
【外国語明細書】
2018010866000001.pdf