(57)【要約】【課題】固定接点と可動接点の接離時に発生する騒音を減少させ、アークの消弧性能を向上させる電磁開閉装置を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態による電磁開閉装置は、ハウジングを貫通して固定される固定端子と、固定端子に近接又は離隔する固定接点と、固定端子と固定接点との間に固定され、固定接点を固定端子から離隔する方向に付勢する弾性部材と、固定接点に接離する可動接点と、可動接点を移動させて固定接点に接離させる移動部とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部装置に対するスイッチングが行われるようにする消弧部と、
アクチュエータを備え、電気的信号を用いて接点の開閉を制御する駆動部とを含み、
前記消弧部は、
ハウジングを貫通して固定される固定端子と、
前記固定端子に近接又は離隔する固定接点と、
前記固定端子と前記固定接点との間に固定され、前記固定接点を前記固定端子から離隔する方向に付勢する弾性部材とを含む電磁開閉装置。
【請求項２】
前記消弧部は、
前記固定接点に接離する可動接点と、
前記可動接点を移動させて前記固定接点に接離させる移動部とをさらに含む請求項１に記載の電磁開閉装置。
【請求項３】
前記弾性部材は、
一端が前記固定端子に固定され、他端が前記固定接点に固定される圧縮コイルばねである請求項１又は２に記載の電磁開閉装置。
【請求項４】
前記固定端子には、前記圧縮コイルばねの中央に挿入されて前記固定接点の近接時に前記固定接点との一定の間隔を維持するストッパが形成される請求項３に記載の電磁開閉装置。
【請求項５】
前記駆動部は、
前記電気的信号により磁力を発生させて接点の駆動力を生成する励磁コイルと、
前記励磁コイルの内部に固定されて配置された固定鉄心と、
前記固定鉄心に当接するように配置された可動鉄心とを含む請求項１に記載の電磁開閉装置。
【請求項６】
ハウジングを貫通して固定される固定端子と、
前記固定端子に近接又は離隔する固定接点と、
前記固定端子と前記固定接点との間に固定され、前記固定接点を前記固定端子から離隔する方向に付勢する弾性部材と、
前記固定接点に接離する可動接点と、
前記可動接点を移動させて前記固定接点に接離させる移動部とを含む電磁開閉装置。
【請求項７】
前記弾性部材は、
一端が前記固定端子に固定され、他端が前記固定接点に固定される圧縮コイルばねである請求項６に記載の電磁開閉装置。
【請求項８】
前記固定端子には、前記圧縮コイルばねの中央に挿入されて前記固定接点の近接時に前記固定接点との一定の間隔を維持するストッパが形成される請求項６又は７に記載の電磁開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁開閉装置に関し、特に電気自動車などに適用される電磁開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁開閉装置は、電気的な中継を行う電動式スイッチ装置である。一般に電磁開閉装置とは、小さな入力電流の変化により主回路を通電又は遮断する接続変換装置をいう。電磁開閉装置には、接点開閉装置、無接点開閉装置、圧力開閉装置、光開閉装置などがある。その中でも接点開閉装置は、その構造が比較的単純なので、自動車のウィンカやワイパモータなどに多く用いられている。
【０００３】
また、直流電力を開閉する電磁開閉装置は、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車、ゴルフカート、電動フォークリフトなどの電気自動車において、蓄電池と直流変換装置との間に設置されて蓄電池から直流電力を直流変換装置に供給又は遮断する機能を果たす。
【０００４】
また、直流電力を開閉する電磁開閉器は、太陽光発電システムや風力発電システムなどの環境にやさしい発電システムにおいて、直流発電機と、直流発電電力を商用周波数及び電圧の交流電力に変換するインバータとの間に設置され、直流発電電力をインバータに供給又は遮断する機能を果たす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気自動車に用いられる直流電力を開閉する電磁開閉装置は、安定した電流を供給するためにアーク発生を最小限に抑える必要があり、室内の静粛性を維持するために騒音発生を最小限に抑える必要がある。
【０００６】
本発明は、固定接点と可動接点の接離時に発生する騒音を減少させ、アークの消弧性能を向上させる電磁開閉装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態による電磁開閉装置は、外部装置に対するスイッチングが行われるようにする消弧部と、アクチュエータを備え、電気的信号を用いて接点の開閉を制御する駆動部とから構成される。ここで、前記消弧部は、ハウジングを貫通して固定される固定端子と、前記固定端子に近接又は離隔する固定接点と、前記固定端子と前記固定接点との間に固定され、前記固定接点を前記固定端子から離隔する方向に付勢する弾性部材とから構成される。
【０００８】
本発明の一実施形態による電磁開閉装置は、ハウジングを貫通して固定される固定端子と、前記固定端子に近接又は離隔する固定接点と、前記固定端子と前記固定接点との間に固定され、固定接点を固定端子から離隔する方向に付勢する弾性部材と、前記固定接点に接離する可動接点と、前記可動接点を移動させて前記固定接点に接離させる移動部とを含む。
【０００９】
本発明の一実施形態による電磁開閉装置に含まれる弾性部材は、一端が前記固定端子に固定され、他端が前記固定接点に固定される圧縮コイルばねであり、前記固定端子には、前記圧縮コイルばねの中央に挿入されて前記固定接点の近接時に前記固定接点との一定の間隔を維持するストッパが形成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態による電磁開閉装置は、弾性部材を備えるので、固定接点と可動接点が接離して電磁開閉を行う際に発生する騒音を減少させることができる。
【００１１】
本発明の実施形態は、電磁開閉を行う際に発生する騒音を減少させると共に、アークを消弧して電磁開閉の性能を向上させ、装置の安全性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による電磁開閉装置の全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による電磁開閉装置の消弧部の構成図である。
【図３】本発明の一実施形態による固定端子が圧縮される前の斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による固定端子が圧縮された後の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態による電磁開閉装置の全体構成図である。図１を参照すると、電磁開閉装置１００は、消弧部１１０と、駆動部１３０とから構成される。
【００１４】
消弧部１１０は、ハウジング１１１と、固定端子１１２と、可動端子１１５と、シャフト１１７とから構成される。消弧部は、電磁開閉装置１００に接続された外部装置に対するスイッチングが行われるように、固定端子１１２と可動端子１１５の接点を開閉する。
【００１５】
ハウジング１１１は、セラミックなどの耐熱性材料で箱状に形成される。ハウジング１１１は、駆動部１３０の上に接合されており、消弧部１１０の主要構成を内部に収容し、それを外部から保護することができる。ハウジング１１１の下部には開口が形成され、駆動部１３０の上板と接合される。また、ハウジング１１１の上部には２つの端子孔が形成される。これは、固定端子１１２がハウジングを通過して結合されるようにするためである。
【００１６】
下部が開口した箱状に形成されるハウジング１１１が駆動部１３０の上方に載置された状態で設置され、ハウジング１１１の上部には端子孔が備えられ、端子孔から固定接点１１４及び固定端子１１２が挿入される。ハウジング１１１の内部には、固定端子１１２の下側に、シャフト１１７に結合され、スイッチングのために固定端子１１２の固定接点１１４に接離する可動接点が離隔して配置される。
【００１７】
また、ハウジング１１１は、連結体を用いて駆動部１３０の上板に接合され、固定端子１１２と可動端子１１５を収容するアーク消弧空間１１９を形成することができる。ハウジング１１１の下部は、金属材料などで形成された連結体を用いて駆動部１３０に連結され、それを溶接などの接合方法で気密接合することができる。アーク消弧空間１１９には、水素を主成分とする絶縁性ガスが密封されている。これにより、固定端子１１２の接点と可動端子１１５の接点が接離する際に発生するアークを除去することができる。
【００１８】
固定端子１１２は、銅系材料などの導電体で円筒形に形成され、下端には固定接点１１４が形成され、上端には外部装置が接続されるようにつば部が備えられる。固定端子１１２は、ハウジング１１１の上部の端子孔を貫通して固定される。固定端子１１２の下端はハウジング１１１の上部の端子孔を貫通するが、固定端子１１２の上端はハウジング１１１の上部の端子孔より大きく形成されるので、それを通過することができない。よって、固定端子１１２の上端はハウジング１１１の外部に位置し、固定端子１１２の下端はハウジング１１１の内部のアーク消弧空間１１９に位置する。
【００１９】
一方、固定端子１１２の下端に形成された固定接点１１４と可動端子１１５が接触すると、固定端子１１２の上端に接続された外部装置に電流が供給される。固定接点１１４と可動端子１１５が分離されると、固定端子１１２の上端に接続された外部装置に供給されていた電流が遮断される。これにより、電磁開閉装置１００は、電気的な中継を行う電動式スイッチ装置として作動することができる。
【００２０】
可動端子１１５は、銅系材料などの導電体で平板状に形成される。可動端子１１５の上部面には可動接点が形成される。可動接点は、可動端子１１５と一体に形成される。可動端子１１５は、アーク消弧空間１１９内に収容され、アーク消弧空間１１９内を移動して固定端子１１２の固定接点１１４に接離する。この場合、可動端子１１５の可動接点が固定端子１１２の固定接点１１４に接離する際にアークが発生しても、アークを消弧することができる。
【００２１】
シャフト１１７は、駆動部１３０の中央部と消弧部１１０の中央部を軸方向に貫通して連結される。このために、駆動部１３０の中央にはシャフト１１７の移動を案内する貫通口が形成される。シャフト１１７の上端には消弧部の可動端子１１５が連結される。シャフト１１７の下端には駆動部１３０の可動鉄心１３３が結合される。これにより、駆動部１３０の可動鉄心１３３が上下運動をすると、シャフト１１７は可動端子１１５に上下運動を伝達し、可動端子１１５が固定端子１１２に接離するようにする。
【００２２】
本発明の一実施形態による電磁開閉装置１００の消弧部１１０は、可動端子１１５の下部に接圧スプリング１１８が備えられる。可動端子１１５の下部に連結されたシャフト１１７は、接圧スプリング１１８の内部空間に位置する。すなわち、接圧スプリング１１８はシャフト１１７の周囲に位置する。接圧スプリング１１８は、可動端子１１５が固定端子１１２に接触すると、固定端子１１２側に付勢する。接圧スプリング１１８は、固定端子１１２と可動端子１１５が一定以上の圧力で接触状態を維持できるようにする。
【００２３】
また、接圧スプリング１１８は、可動端子１１５が固定端子１１２から分離される際にシャフト１３０の移動速度を低減させ、駆動部１３０の可動鉄心１３３がプランジャキャップ１３４に接触する際の衝撃力を緩和して騒音、振動の発生を抑制することができる。
【００２４】
以下、駆動部１３０について説明する。
【００２５】
駆動部１３０は、電気的信号を用いて接点の開閉を制御できるようにするアクチュエータを含む。通常、電磁開閉装置１００は、アクチュエータによる駆動部１３０の上下運動により、電磁開閉装置１００に接続された外部装置をスイッチングする。駆動部１３０は、電気的信号により磁力を発生させて接点の駆動力を生成する励磁コイル１３１と、励磁コイル１３１の内部に固定されて配置された固定鉄心１３２と、固定鉄心１３２に当接するように配置された可動鉄心１３３とを含む。
【００２６】
励磁コイル１３１と固定鉄心１３２及び可動鉄心１３３との間には、励磁コイル１３１が巻装されるコイルボビン１３５が備えられ、コイルボビン１３５の軸方向に沿って上下方向に固定鉄心１３２及び可動鉄心１３３が配置される。固定鉄心１３２と可動鉄心１３３は、励磁コイル１３１により発生する磁束を通過させる磁路を形成する。励磁コイル１３１により発生する磁束は、可動鉄心１３３が上下方向に運動する駆動力を発生させる。
【００２７】
コイルボビン１３５と固定鉄心１３２及び可動鉄心１３３との間には、非磁性材料からなり、消弧部側の面が開口し、他面が有底の円筒形に形成されるプランジャキャップ１３４を備える。プランジャキャップ１３４は、固定鉄心１３２及び可動鉄心１３３が収納される容器状の形態を有し、固定鉄心１３２及び可動鉄心１３３の各外径がプランジャキャップ１３４の内径と同程度となる直径を有する円筒形に形成される。可動鉄心１３３は、プランジャキャップ１３４の軸方向に移動することができる。
【００２８】
可動鉄心１３３の移動範囲は、固定鉄心１３２に接合する接合位置と、プランジャキャップ１３４の他面である底面に落下する初期位置との間となる。可動鉄心１３３が固定鉄心１３２と接合する接合力は励磁コイル１３１により提供され、可動鉄心１３３が初期位置に復帰する方向のばね力は復帰スプリング１３６により提供される。駆動部１３０の中央部には、固定鉄心１３２を挿入貫通させる挿通孔が設けられており、固定鉄心１３２は挿通孔に挿入貫通した状態で駆動部１３０に固定される。駆動部１３０の中央部には、固定鉄心１３２に接離する可動鉄心１３３が備えられる。中央部のコイルボビン１３５の内側には、可動鉄心１３３の移動を案内するガイドが備えられる。
【００２９】
励磁コイル１３１の通電時には、励磁コイル１３１の周辺に磁束が発生する。このような磁束により固定鉄心１３２と可動鉄心１３３が異なる極性になり、可動鉄心１３３が固定鉄心１３２に吸引され、可動鉄心１３３と固定鉄心１３２が接触する。このように、可動鉄心１３３が固定鉄心１３２と接合位置にあるときは、固定端子１１２と可動端子１１５が接触する。固定端子１１２と可動端子１１５が接触すると、外部装置に電力が供給される。
【００３０】
また、励磁コイル１３１の短絡時には、励磁コイル１３１の磁力発生が停止されて可動鉄心１３３の駆動力が喪失し、可動鉄心１３３が復帰スプリング１３６の弾性力により初期位置に復帰する。可動鉄心１３３が初期位置に復帰すると同時にシャフト１１７が移動し、可動端子１１５が固定端子１１２から分離される。ここで、復帰スプリング１３６は固定鉄心１３２に設けられたスプリング収納孔内に収納されて設けられており、可動鉄心１３３が接合位置に移動すると、復帰スプリング１３６が圧縮されて復帰スプリング１３６全体がスプリング収納孔内に収納されるので、復帰スプリング１３６が可動鉄心１３３と固定鉄心１３２の結合を妨げない。可動鉄心１３３が初期位置に復帰すると、外部装置への電力供給が停止される。
【００３１】
図２は、本発明の一実施形態による電磁開閉装置の消弧部の構成図である。図２を参照すると、固定端子１１２はハウジング１１１を貫通して固定され、固定端子１１２の上端はハウジング１１１の外部に位置し、固定端子１１２の下端はハウジング１１１の内部に位置する。固定端子１１２の下端に近接又は離隔して固定接点１１４が形成される。固定接点１１４は、可動端子１１５の可動接点に接触する領域である。固定端子１１２と固定接点１１４との間には、固定接点１１４を固定端子１１２から離隔する方向に付勢する弾性部材が固定される。
【００３２】
前記弾性部材は、一端が固定端子１１２に固定され、他端が固定接点１１４に固定される圧縮コイルばね１１３でもよい。圧縮コイルばね１１３は、固定端子１１２側に力が加わると、その反対方向に付勢する。従って、固定端子１１２側に加わる力が大きいほど、反対方向の弾性力も大きくなる。これにより、固定接点１１４と可動端子１１５の接触時の騒音発生を低減することができ、圧縮コイルばね１１３が衝撃を吸収するので、接触時のアーク発生を低減することができる。
【００３３】
図３は本発明の一実施形態による固定端子が圧縮される前の斜視図であり、図４は本発明の一実施形態による固定端子が圧縮された後の斜視図である。
【００３４】
図３を参照すると、固定端子１１２の下端には、圧縮コイルばね１１３の中央に挿入されて固定接点１１４の近接時に固定接点１１４との一定の間隔を維持するストッパが形成される。ストッパは、固定端子１１２と同じ材質で形成され、固定端子１１２より小さい半径を有する。ストッパの周囲には圧縮コイルばね１１３が位置する。従って、可動端子１１５が固定接点１１４に近接しない場合、ストッパと固定接点１１４は離隔される。その状態を図３に示す。
【００３５】
もし、可動端子１１５が移動して固定接点１１４に接触し、その後も固定接点１１４に対する加圧が続くと、圧縮コイルばね１１３は圧縮される。圧縮コイルばね１１３が圧縮されると、固定接点１１４は固定端子１１２側に近接する。この場合、ストッパと固定接点１１４が接触すると、それ以上は固定接点１１４が固定端子１１２に接近できない。すなわち、ストッパは、可動端子１１５により圧縮コイルばね１１３が圧縮された状態でも、固定端子１１２と固定接点１１４が一定の間隔で離隔されるようにする。
【００３６】
可動端子１１５と固定接点１１４が接触した後、固定接点１１４とストッパが接触すると、固定接点１１４の上端に接続された外部装置に電流が供給される。この場合、圧縮コイルばね１１３により固定接点１１４と可動端子１１５の接触時の騒音を減少させることができ、接触時の衝撃を圧縮コイルばね１１３が吸収するので、アーク発生を減少させることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１００    電磁開閉装置
１１０    消弧部
１１１    ハウジング
１１２    固定端子
１１３    圧縮コイルばね
１１４    固定接点
１１５    可動端子
１１７    シャフト
１１８    接圧スプリング
１１９    アーク消弧空間
１３０    駆動部
１３１    励磁コイル
１３２    固定鉄心
１３３    可動鉄心
１３４    プランジャキャップ
１３５    コイルボビン
１３６    復帰スプリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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