JP6958882B2 - 瞬間的な高電流の影響に対して耐性を有する高電圧リレー - Google Patents

Description

本願は、２０１７年１０月２５日に中国国家知識財産権局に出願された「瞬間的な高電流の影響に対して耐性を有する高電圧リレー」と題する中国特許出願第２０１７１１０５７０４０．Ｘ号、および、２０１７年１０月２５日に中国国家知識財産権局に出願された「瞬間的な高電流の影響に対して耐性を有する高電圧リレー」と題する中国特許出願第２０１７２１３８７２７５．０号に基づく優先権を主張するものであり、両方はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、高電圧リレー、特に瞬間的な高電流の影響に対して耐性を有する高電圧リレーに関する。

電磁石リレーは、電力制御、自動産業装置、および家庭用電気器具などに広く用いられる電気機械的コンポーネントである。電磁石リレーは実際に、比較的低い電流と比較的低電圧とを用いて比較的高い電流と比較的高い電圧とを制御する「自動スイッチ」であり、回路における自動調整、安全保護、および回路切り換えなどに用いられる。

通信システムのＨＶＤＣ（高電圧直流電源）の電力分配において、１対多の電力供給モードが主に用いられている。ブランチに障害（絶縁体の障害および短絡など）が生じる場合、バスの電圧降下が発生する。結果的に、電力障害は別の正常ブランチに発生する。ＨＶＤＣ（高電圧直流電源）電力供給の信頼性を改善すべく、ＨＶＤＣ（高電圧直流電源）のブランチに障害が生じる場合にブランチが迅速にかつ自動で分離されることができるように、小型化リレーが必要である。加えて、通信システムにおけるＨＶＤＣ（高電圧直流電源）リレーの動作条件は屋外通信設備にあることである。従って、電光電流の影響に抵抗することに対する要件が比較的高い。

直線型の導電プレートを有する既存の電磁石リレーにおいて、瞬間的な高電流が流れる場合、コンタクト間の電気的反発力はコンタクト端子圧力よりはるかに大きい。結果として、コンタクトは反発力によって分離され、強い電気アークが生成される。結果的に、コンタクトは瞬間的な高温によって溶解され、消失される。電磁石リレーは主に、ローレンツ力の原理に基づいて設計される。既存の公開特許において、可動バネプレートの変形は、可動コンタクトと静的コンタクトとに対するコンタクト圧力を加えるために主に用いられている。短絡電流の抵抗可能な量は、２つのバネプレートの間の距離およびバネプレートの変形に密接に関連している。従って、バネプレートの変形を用いる方式は、比較的大きいインパルス電流を適合するには困難である。コンタクトは、比較的大きいインパルス電流に抵抗することが困難なバネプレートの変形によって分離され、分割速度が限定されている。剛性、変形およびバネプレートの疲労等の要因は、機械寿命および電磁石リレーの電気的寿命に著しい影響を及ぼす。加えて、バネプレートは処理技術に対して比較的高い要件を有し、バネプレートの材料特性は、分離状態における可動コンタクトと静的コンタクトとの間の距離が限定されていることを決定し、それにより当該距離の動作条件レベルと絶縁および耐電圧レベルとの上昇を限定する。

上記の欠点に対して、本発明は、瞬間的な高電流の影響に対して耐性を有する高電圧リレーを提供する。電流の迅速な分割は、コンタクト構造および制御システムを適切に設計することにより実装され得て、耐電圧レベルは、可動コンタクトと静的コンタクトとの間の距離を増大させることにより改善され得る。

瞬間的な高電流の影響に対して耐性を有する高電圧リレーは、電磁石システム、制御システム、コンタクトシステムおよびベースサポート３を含む。電磁石システムは制御システムに接続され、磁場を生成し制御システムに駆動力を提供するように構成される。制御システムはコンタクトシステムに接続され、コンタクトシステムにおけるコンタクトを制御し開閉するように構成される。コンタクトシステムは、瞬間的な高電流が高電圧リレーを通過する場合に電磁力を生成し、コンタクト間の電気的反発力をオフセットする。

電磁石システムは、磁気ヨーク１、コイルフレームワーク２、可動鉄心９および静的鉄心１０を含む。コイルフレームワーク２は、可動鉄心９と静的鉄心１０との外側に固定される。磁気ヨーク１は、可動鉄心９、静的鉄心１０およびコイルフレームワーク２の上側、下側、左側および右側の周囲に巻き付けられ、磁気回路を形成する。

制御システムは、伝動シャフト８、接点バネ１１、収縮バネ１２および可動コンタクトサポート１５を含む。接点バネ１１と収縮バネ１２とは、伝動シャフト８の周囲に巻きつけられる。伝動シャフト８は、可動コンタクトサポート１５を通過し、ジャンプ輪を用いて可動コンタクトサポート１５に接続される。

コンタクトシステムは、電流流入プレート４、可動銅プレート５、接続部品６、電流流出プレート７、可動コンタクト１３、静的コンタクト１４および腰部円形孔１６を含む。電流流入プレート４および電流流出プレート７の両方は、ベースサポート３に固定される。可動コンタクト１３は、可動銅プレート５に固定される。静的コンタクト１４は、電流流出プレート７に固定される。接続部品（６）は、電流流入プレート（４）と可動銅プレート（５）とにリベットで留められるか、または溶接される。

可動鉄心９および静的鉄心１０は環形かつ中空であり、透過性磁性材料で作製され、固定されたエアギャップを有する。

可動鉄心９は伝動シャフト８を駆動し、高電圧リレーに電力が印加された後に移動するようにして、その結果、可動コンタクトサポート１５と可動銅プレート５とがコンタクトを閉鎖する方向に向かって移動する。

接点バネ１１は、コンタクト圧力を提供するように構成され、その結果、可動コンタクト１３と静的コンタクト１４とが確実に接触することができる。

収縮バネ１２は、伝動シャフト８を用いて可動コンタクトサポート１５を駆動し、静的コンタクト１４から可動コンタクト１３を迅速に分離するように構成される。

電流流入プレート４と可動銅プレート５とは、瞬間的な高電流が高電圧リレーを通過する場合に協調的に磁場を生成し、その結果、可動銅プレート５は、コンタクト間の電気的反発力と反対方向において電磁力を生成する。

可動コンタクト３と静的コンタクト４との間にオーバートラベルが設けられる。

従来技術と比較して、本発明は以下の有益な技術的効果をもたらす。

本発明において、製品の外形寸法が増加されないこと、およびコイル制御部の電力消費が増加されないことに基づいて、電流の迅速な分割は、コンタクト構造および制御システムを適切に設計することにより実装され得て、耐電圧レベルは、可動コンタクトと静的コンタクトとの間の距離を増大させることにより改善され、高電圧条件にさらに適用可能にし得る。加えて、電流流入銅プレートと可動銅プレートとに対して反対方向の電流により生成される電磁力は、可動コンタクトと静的コンタクトとの間の、瞬間的な高電流により生成される電気的反発力に抵抗するのに用いられる。リレーは、圧縮構造、強い耐衝撃、および振動性能、長い電気的寿命および機械寿命を有し、料金が低く、大量生産ができる。

一実施形態における、瞬間的な高電流の影響に対して耐性を有する高電圧リレーの概略構造図であり、ここで、１は磁気ヨークであり、２はコイルフレームワークであり、３はベースサポートであり、４は電流流入プレートであり、５は可動銅プレートであり、６は柔らかい接続部品であり、７は電流流出プレートであり、８は伝動シャフトであり、９は可動鉄心であり、１０は静的鉄心であり、１１は接点バネであり、１２は収縮バネであり、１３は可動コンタクトであり、１４は静的コンタクトであり、１５は可動コンタクトサポートであり、１６は腰部円形孔である。

図１におけるコンタクトシステムのコンタクトの閉鎖の模式図である。

図１に示される可動銅プレートおよび可動コンタクトサポートの概略構造図である。

以下で、付随の図面および実施形態を参照して、本発明の技術的解決手段を詳細に説明する。

図１は、一実施形態における、電磁石システム、制御システムおよびコンタクトシステムを含む、瞬間的な高電流の影響に対して耐性を有する高電圧リレーを示す。電磁石システムは、磁気ヨーク１、コイルフレームワーク２、コイル（図示せず）、可動鉄心９および静的鉄心１０を含む。制御システムは、ベースサポート３、伝動シャフト８、接点バネ１１、収縮バネ１２および可動コンタクトサポート１５を含む。コンタクトシステムは、電流流入プレート４、可動銅プレート５、接続部品６、電流流出プレート７、可動コンタクト１３、および静的コンタクト１４を含む。本実施形態において、伝動シャフト８は接点バネ１１と収縮バネ１２とに巻きつけられ、可動鉄心９と静的鉄心１０とを順次通過する。好ましくは、可動鉄心９と静的鉄心１０とは環形かつ中空であり、透過性磁性材料で作製され、固定されたエアギャップを有する。伝動シャフト８はさらに、可動コンタクトサポート１５を通過し、ジャンプ輪を用いて可動コンタクトサポート１５に接続される。コイルフレームワーク２の表面は絶縁層で覆われており、鉄心９と静的鉄心１０との外側に固定される。磁気ヨーク１は、可動鉄心９、静的鉄心１０およびコイルフレームワーク２の上側、下側、左側および右側の周囲に巻き付けられ、磁気回路を形成する。電流流入プレート４および電流流出プレート７の両方は、ベースサポート３に固定される。可動銅プレート５は、可動コンタクトサポート１５に固定される。可動コンタクト１３は可動銅プレート５に固定される。静的コンタクト１４は電流流出プレート７に固定される。電流流入プレート４と可動銅プレート５とは、柔らかい接続部品６（銅の柔らかい接続部品またはアルミニウムの柔らかい接続部品）によって接続される。柔らかい接続部品６の一方の端部は電流流入プレート４に溶接されるかまたはリベットで留められ、他方の端部は可動銅プレート５に溶接されるかまたはリベットで留められる。

上記の構造において、コイルに電力が印加された後に、可動鉄心９は、コイルにより生成される磁場の作用下で、エアギャップを縮小させる方向に向かって移動する。可動鉄心９は、伝動シャフト８を駆動して可動コンタクトサポート１５を有効にし、可動銅プレート５が可動コンタクトサポート１５に固定されるようにし、電流流入プレート４がコンタクトを閉鎖する方向に向かって移動するようにする。移動方向は、コンタクト分離部分の法線方向である。移動プロセスにおいて、伝動シャフト８はコイルと可動鉄心９とにより抑制され、可動コンタクトサポート１５を押す。同時に、接点バネ１１と収縮バネ１２とは圧縮される。接点バネ１１は可動コンタクトサポート１５に圧力を加え、その結果、可動コンタクト１３と静的コンタクト１４とは確実に接触する。可動コンタクト１３と静的コンタクト１４とが閉鎖された後、接点バネ１１は適切なコンタクト圧力を提供する。図２に示すとおり、コンタクトは安定的に閉鎖され得る。コンタクトの寿命を保証すべく、可動コンタクト１３と静的コンタクト１４との間に特定のオーバートラベルが設けられる。加えて、可動コンタクト１３と静的コンタクト１４とが確実に接触することをさらに保証すべく、腰部円形孔１６が可動コンタクトサポート１５の中間に提供される。図３に示すとおり、腰部円形孔は可動コンタクトサポート１５を比較的狭い範囲内で微調整するのに用いられ、それにより可動コンタクト１３と静的コンタクト１４との間の良好なコンタクトを容易にする。

コイルに電力が印加された後、瞬間的な高電流が高電圧リレーを通過してよい。この場合、電流流入プレート４の電流と可動銅プレート５の電流とは反対方向にあり、互いにやり取りして磁場を生成する。可動銅プレート５は、磁場の作用下で電磁力を生成する。コンタクト間の電磁力および電気的反発力は反対方向にある。電磁力は、可動コンタクトサポート１５を用いて可動コンタクト１３と静的コンタクト１４とに加えられ、それにより可動銅プレート５の変形を回避する。本実施形態において、可動銅プレート５の長さおよび設置方式が適切に設けられ、その結果、生成された電磁力はコンタクト間の電気的反発力を完全にオフセットする。

コイルへの電力が遮断された後、収縮バネ１２の作用下で、伝動シャフト８は可動コンタクトサポート１５を駆動し、可動コンタクト１３を静的コンタクト１４から迅速に分離し、それにより迅速な分割を実装する。可能な限り迅速に電気アークを消滅させるべく、本実施形態において、永久磁石がコンタクト領域の両側に配置され、電気アークを吹き込み、その結果電気アークは迅速に伸ばされ、消滅する。

本実施形態において設計される制御システムは、リレーに電力が印加される場合に可動コンタクトと静的コンタクトとの間のコンタクトを良好に制御し得て、コンタクト間にオーバートラベルを設けることによりコンタクトの寿命を効果的に保証できる。リレーが瞬間的な高電流の影響に遭遇する場合、コンタクトシステムは、生成された磁場を用いて可動コンタクトと静的コンタクトとの間の電気的反発力をオフセットし、リレーの内部装置の変形を回避する。リレーへの電力が遮断された後、制御システムは可動コンタクトと静的コンタクトとを駆動し、迅速な分割を実装する。

本発明は実施形態の例を用いて上記に開示されているが、本発明は本発明を限定することを意図するものではない。当業者であれば、本発明の技術的解決手段の範囲から逸脱することなく、上記に開示された技術的内容を用いて同等な変形に対していくつかの構想または修正を加えてよいが、しかしながら、本発明の技術的解決手段の内容から逸脱することなく本発明の技術的本質によって上記の実施形態に成されたあらゆる簡単な修正、同等な変形および修正は、依然として本発明の技術的解決手段の範囲に含まれる。

Claims (8)

1. 電磁石システムと、制御システムと、コンタクトシステムと、ベースサポートとを備える高電圧リレーであって、
   前記電磁石システムは前記制御システムに接続され、前記電磁石システムは磁場を生成し前記制御システムに駆動力を提供するように構成され、前記制御システムは前記コンタクトシステムに接続され、前記制御システムは前記コンタクトシステムにおけるコンタクトを制御し開閉するように構成され、前記コンタクトシステムは、瞬間的な高電流が前記高電圧リレーを通過する場合に電磁力を生成し、前記瞬間的な高電流によって前記コンタクト間に発生する電気的反発力をオフセットする、瞬間的な高電流の影響に対して耐性を有し、
   前記コンタクトシステムは電流流入プレート、可動銅プレート、接続部品、電流流出プレート、可動コンタクト、静的コンタクトおよび伝動シャフトと可動コンタクトサポートを有し、前記電流流入プレートと前記電流流出プレートとは前記ベースサポートに固定され、前記可動コンタクトは前記可動銅プレートに固定され、前記静的コンタクトは前記電流流出プレートに固定され、前記接続部品は前記電流流入プレートと前記可動銅プレートとにリベットで留められるかまたは溶接され、
   前記可動銅プレートは前記可動コンタクトサポートに固定され、前記伝動シャフトは前記可動コンタクトサポートに接続され、前記伝動シャフトは前記高電圧リレーに電力が印加された後に移動するよう駆動され、その結果、前記可動コンタクトサポートと前記可動銅プレートとが前記コンタクトを閉鎖する方向に向かって移動し、
   前記接続部品は柔らかい接続部品である、
   高電圧リレー。
2. 前記電流流入プレートと前記可動銅プレートとは、瞬間的な高電流が前記高電圧リレーを通過する場合に協調的に磁場を生成し、その結果、前記可動銅プレートは、前記コンタクト間の前記電気的反発力の方向と反対方向において電磁力を生成する、
   請求項１に記載の高電圧リレー。
3. 前記可動コンタクトと前記静的コンタクトとの間にオーバートラベルが設けられる、
   請求項１に記載の高電圧リレー。
4. 前記電磁石システムは、磁気ヨーク、コイルフレームワーク、可動鉄心および静的鉄心を備え、前記コイルフレームワークは、前記可動鉄心と前記静的鉄心との外側に固定され、前記磁気ヨークは、前記可動鉄心、前記静的鉄心および前記コイルフレームワークの上側、下側、左側および右側の周囲に巻き付けられ、磁気回路を形成する、
   請求項１に記載の高電圧リレー。
5. 前記可動鉄心と前記静的鉄心とは環形かつ中空であり、透過性磁性材料で作製され、固定されたエアギャップを有する、
   請求項４に記載の高電圧リレー。
6. 前記制御システムは、前記伝動シャフト、接点バネ、収縮バネ、前記可動コンタクトサポートおよび腰部円形孔を有し、前記接点バネと前記収縮バネとは、前記伝動シャフトの周囲に巻きつけられ、前記伝動シャフトは前記可動コンタクトサポートを通過し、ジャンプ輪を用いて前記可動コンタクトサポートに接続され、前記腰部円形孔は、前記可動コンタクトサポートの中間に提供される、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の高電圧リレー。
7. 前記接点バネは、コンタクト圧力を提供するように構成され、その結果、前記可動コンタクトと前記静的コンタクトとが確実に接触することができる、
   請求項６に記載の高電圧リレー。
8. 前記収縮バネは、前記伝動シャフトを用いて前記可動コンタクトサポートを駆動し、前記静的コンタクトから前記可動コンタクトを迅速に分離するように構成される、
   請求項６に記載の高電圧リレー。

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