CN103985578B - 切换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供具有保护塑料磁铁的构造的切换装置。切换装置(10)具备在与在通过使可动构件(3)相对于固定构件(2a、2b)的触点(S1、S2)接触离开而切换电的导通与切断的瞬间产生的电弧的方向正交的方向上产磁场的磁铁(1a、1b)，通过使力作用于该电弧而使该电弧扩散，其中，该磁铁(1a、1b)是在该磁铁的表面使金属露出的塑料磁铁。
Description
技术领域
本发明涉及通过使可动构件相对于固定构件的触点接触离开而切换电的导通与切断的切换装置。
背景技术
通过使可动触点相对于固定触点接触离开而控制电的导通与切断的开关从很早就已经普及。在该开关中，主要在可动触点从固定触点离开的瞬间，产生电弧(是指电流在可动触点的表面与固定触点的表面之间的空隙移动的放电现象)。由于产生电弧，上述表面的材质劣化，所以具有以往以来广泛认知的开关的寿命缩短这样的问题。
为了解决上述问题，提出如下所述的技术：在与上述电流移动的方向正交的方向上产生磁场，使力作用于构成电弧的电子，由此促进该电弧的扩散。例如，在下述专利文献1中，公开了将磁铁设置于固定位置的开关，该磁铁在与可动触点移动的方向交叉的方向上，在固定触点与可动触点接触的部位产生磁场。另外，在下述专利文献2中，公开了具备对电弧附加85mT以上的磁通密度的磁铁的磁消弧型开关装置。
【在先技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本特开昭57-84520号公报(1982年5月26日公开)
专利文献2：日本特开2004-178953号公报(2004年6月24日公开)
上述专利文献1或2所公开的现有技术中，以使用金属磁铁产生磁场为前提。另一方面，出于谋求成本降低、或者使开关轻量化的目的，考虑使用塑料磁铁代替上述金属磁铁。但是，该代替引起新的问题：由于从电弧产生的热，塑料磁铁的表面熔化。原因是由电弧产生的热的温度比金属的熔点低，但比塑料的熔点高。
基于图10，说明塑料磁铁的表面熔化而使开关的性能劣化的情况。图10是在125伏特、6安培的感应负荷的基础上、将时间常数设定为7毫秒的情况下、在将开关从导电状态切换为切断状态10万次的实验的前后，对具备金属磁铁的开关与具备塑料磁铁的开关为了将电流切断分别所需要的时间(切断时间)进行比较而得的图表。
如图10所示，金属磁铁的表面不熔化，所以在试验的前后，切断时间不变化。另一方面，以往的塑料磁铁其表面熔化，所以在试验后，切断时间的平均值显著增加，该切断时间的分散也显著增大。这因为由于表面的熔化，磁力变弱，由此使电弧扩散的性能下降。由此，开关的性能也劣化。
另外，在为了将开关小型化而将磁铁配置得接近电弧产生的位置的情况、在切断更高负荷的电的用途下使用开关的情况下，该磁铁更强地受到由电弧引起的热的影响，所以上述新的问题变得更深刻。通过这样的问题，使用金属磁铁作为用于使电弧扩散的磁铁作为本领域技术人员共同认识的当然的前提而存在，所以使用塑料磁铁自身对于本领域技术人员来说是难以想到的结构。
发明内容
本发明是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于提供具有通过使金属材料在塑料磁铁露出而保护该塑料磁铁的构造的切换装置。
为了解决上述问题，本发明的一个方面所涉及的切换装置是(1)包括在与电弧的方向正交的方向上产生磁场的磁铁的切换装置，所述电弧在通过使可动构件相对于固定构件的触点接触离开而切换电的导通与切断的瞬间产生，所述切换装置通过使力作用于该电弧而使该电弧扩散，其中(2)所述磁铁是在该磁铁的表面使金属露出的塑料磁铁。
如前所述，作为用于使电弧扩散的磁铁，没有使用塑料磁铁。根据塑料磁铁的表面由于由电弧产生的热而熔化的问题，使用金属磁铁作为上述磁铁作为当然的前提而存在，尚未探讨用于克服上述问题的方法。
本发明的一个方面所涉及的切换装置，使用塑料磁铁作为上述磁铁。但是，该塑料磁铁在其表面使金属露出。由此，该塑料磁铁受到保护，所以上述切换装置能够使磁铁的表面不会由于由电弧引起的热而熔化。
另外，在本发明的一个方面所涉及的切换装置中，(1)所述磁铁是通过将配合塑料树脂的比例控制为规定的范围而在所述磁铁的表面使金属露出的塑料磁铁。
即，上述切换装置通过使用将树脂的配合量控制为规定量的塑料磁铁，使该磁铁的表面出现磁铁本来具有的作为金属的性质(熔点较高的性质)。在这里，能够使用配合有环氧类树脂(塑料树脂)的钕磁铁(钕塑料磁铁)、配合有尼龙类树脂(尼龙12等塑料树脂)的金属粉末(钐铁氮等)的铁素体类磁铁等作为上述塑料磁铁。
由此，该塑料磁铁受到保护，所以上述切换装置能够使磁铁的表面不会由于由电弧引起的热而熔化。
另外，在本发明的一个方面所涉及的切换装置中，(1)所述磁铁是通过将所述比例控制为5％以下而在该磁铁的表面使金属露出的塑料磁铁。
如果斟酌制造成本、与电弧的热相对的耐久性等，则从实验可知配合于上述磁铁的塑料树脂的比例优选为5％以下。因此，该塑料磁铁受到保护，所以上述切换装置能够使磁铁的表面不会由于由电弧引起的热而熔化。
另外，在本发明的一个方面所涉及的切换装置中，(1)所述磁铁是通过形成规定金属制隔热板而在该磁铁的表面使金属露出的塑料磁铁。
由此，上述磁铁由上述隔热板保护，所以上述切换装置能够使磁铁的表面不会由于由电弧引起的热而熔化。
另外，在本发明的一个方面所涉及的切换装置中，(1)所述磁铁是通过在所述磁铁中注塑成形所述金属并形成该规定金属制隔热板而在该磁铁的表面使金属露出的塑料磁铁。
由此，上述磁铁在通过上述金属而贴紧了的状态下由上述隔热板保护，所以上述切换装置能够使磁铁的表面不会由于由电弧引起的热而熔化。
另外，在本发明的一个方面所涉及的切换装置中，(1)通过在所述隔热板的内壁设置飞边且在所述磁铁的表面形成与该飞边相对应的凹陷，从而使该磁铁与所述隔热板一体化。
由此，上述磁铁与上述隔热板的贴紧性提高，所以能够提高切换装置的生产性。
另外，在本发明的一个方面所涉及的切换装置中，(1)通过在所述隔热板的内壁设置打穿孔且在所述磁铁的表面形成与该打穿孔相对应的突起，从而使所述磁铁与该隔热板一体化。
由此，上述磁铁与上述隔热板的贴紧性提高，所以能够提高切换装置的生产性。
发明效果
根据本发明的一个方面所涉及的切换装置，所述磁铁是使金属在该磁铁的表面露出的塑料磁铁。因此，本发明的一个方面所涉及的切换装置起到能够使磁铁的表面不会因为由电弧引起的热而熔化的效果。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的开关的要部构成的框图。
图2是表示上述开关的外观的模式图。
图3是表示上述开关的内部的构造的剖视图，图3的(a)是图2中的A－A线向视剖视图，图3(b)是图2中的B－B线向视剖视图。
图4是放大表示上述开关的内部的构造的剖视图，图4的(a)放大表示在图3的(a)中通过虚线画出的圆的内部，图4的(b)放大表示在图3的(b)中通过虚线画出的圆的内部。
图5的(a)是表示将环氧类树脂的配合量设为2％(九个采样的平均配合量为1.96％、配合量的标准偏差为0.03％)的钕(neodymium)的各采样中的配合量的表，图5的(b)是表示将尼龙类树脂的配合量设为10％(六个采样的平均配合量为10.09％、配合量的标准偏差为0.07％)的钐铁氧体的各采样中的配合量的表。
图6是在125伏特、6安培的感应负荷的基础上、将时间常数设定为7毫秒的情况下，在将10万次开关从导电状态切换为切断状态的实验的前后、对具备金属磁铁的开关与具备将树脂的配合量控制为规定的优选量的塑料磁铁的上述开关为了将电流切断分别所需要的时间进行比较的图表。
图7是表示使磁铁与隔热板一体化的构造的一例的模式图，图7的(a)是通过卷边(burring)加工使两者一体化的情况下的上述隔热板的构造，图7的(b)是通过打穿加工使两者一体化的情况下的上述隔热板的构造，图7的(c)表示进行(b)所示的打穿加工的情况下的上述隔热板的外观。
图8是表示在80℃的环境下放置96小时的试验的前后、磁铁的尺寸、外观以及磁通密度的变化的表。
图9的(a)表示通过将一般的塑料磁铁与对规定的金属进行了冲压加工而得的部件进行安装(组装)而提高了耐热性的磁铁，图9的(b)表示为了避免电弧而对容易受其影响的部分的表面进行了钻孔加工的磁铁。
图10是在将以往的开关切换10万次的实验的前后、对具备金属磁铁的开关与具备塑料磁铁的以往的开关为了将电流切断分别所需要的时间(切断时间)进行比较的图表。
具体实施方式
[第一实施方式]
基于图1～图6，详细说明本发明的第一实施方式。首先，基于图1，说明开关10的构成。图1是表示开关10的要部构成的模式图。另外，将参照图2～图4在后面对开关10的全体与图1表示的要部的关系进行描述。
开关(切换装置)10是通过使可动构件3相对于固定构件2a的触点S1或者固定构件2b的触点S2接触离开而切换电的导通与切断的切换装置。开关10具备磁铁1a、固定构件2a、固定构件2b以及可动构件3。
可动构件3是通过具有导电性的金属制作的细板状的部件。该可动构件的一方的端部(以下，称为“可动端部”)以在触点S1或者触点S2分别相对于固定构件2a或者固定构件2b接触离开的方式，以被固定的另一方的端部(以下，称为“固定端部”)为支点，在触点S1与触点S2之间运动。另外，在上述可动端部在触点S1与固定构件2a接触时，电从可动构件3的上述固定端部流向固定构件2a。因此，在可动端部从触点S1背离而向S2移动的瞬间，从触点S2向S1产生电弧，在可动端部从触点S2背离而向S1移动的瞬间，从触点S1向S2产生电弧。
固定构件2a以及固定构件2b是通过具有导电性的金属制作的部件。固定构件2a具有细板状的形状，且被固定于开关10的外框4(在图1中未图示，参照图3的(a)以及(b))。固定构件2b具有以包括触点S2一侧的端部上抬的方式将具有与固定构件2a同样的形状的薄板的中央部相对于水平弯曲约45度的角度的形状。而且，以固定构件2a的一方端部(包括触点S1的一侧的端部)与固定构件2b的一方端部(包括触点S2的一侧的端部)夹着可动构件3的可动端部而相对的方式，将固定构件2b固定于外框4。
磁铁1a是为了与电弧产生的方向(以下，称为“电弧产生方向”)正交地出现该磁铁的磁场而被固定于固定构件2a的上部(从触点S2朝向S1的方向的延长方向)的塑料磁铁。由此，将电弧(详细地说为构成电弧的电子)向由弗来明的左手定则规定的力的朝向(与电弧产生方向和产生磁场的方向都正交的方向，以下，称为“消弧方向”)牵引，所以该电弧不会持续，而向大气中扩散。另外，磁铁1a的位置、磁极的朝向以及磁铁1a的形状只不过是一例，只要该磁铁的磁场与电弧产生方向正交地出现，则可以是任意的位置、磁极的朝向以及形状。
在消弧方向上不存在磁铁1a也没关系，磁铁1a的表面受到由电弧产生的热的影响。因为电弧具有以描画出将电弧产生方向设为弦而展开的弧的方式、放射状地扩展的性质。因此，在前述的以往的技术中，仅将金属磁铁置换为塑料磁铁，该塑料磁铁的表面熔化。
因此，具备开关10的磁铁1a使塑料磁铁的金属成分在表面露出。具体地说，通过使用配合约3％环氧类树脂(塑料树脂)的钕磁铁(钕塑料磁铁，以下称为“钕”)、配合约3％尼龙类树脂(尼龙12等塑料树脂)的金属粉末(钐铁氮等)的铁素体系磁铁(以下，称为“钐铁氧体”)等、将树脂的配合量控制为规定的优选量(例如，如上所述约3％)的塑料磁铁，从而使该磁铁的表面出现磁铁本来具有的作为金属的性质(熔点较高的性质)。由此，能够提高磁铁1a的熔点，通过由电弧产生的热，该磁铁的表面也不会熔化。
基于图2，说明开关10的外观。图2是表示开关10的外观的模式图。如图2所示，开关10具有大致长方体的形状。开关10的尺寸能够根据用途适当变更。
基于图3，说明开关10的内部的构造。图3是表示开关10的内部的构造的剖视图，图3的(a)是图2中的A－A线向视剖视图，图3的(b)是图2中的B－B线向视剖视图。如图3的(a)以及(b)所示，在外框4的内部分别配置有图1所示的要部构成。
基于图4，进一步说明开关10的内部的构造。图4是放大表示开关10的内部的构造的剖视图，图4的(a)放大表示在图3的(a)中通过虚线画出的圆的内部，图4的(b)放大表示在图3的(b)中通过虚线画出的圆的内部。如图4的(a)以及(b)所示，通过可动端部的前端在触点S1与固定构件2a接触，从而电流动。相反，通过可动端部的前端在触点S2与固定构件2b接触，从而电被切断。另外，与可动端部的前端和固定构件2a或者固定构件2b的接触相对应的电的导通与切断的关系也可以相反。
基于图5，说明优选的塑料树脂的配合量。图5的(a)是表示将环氧类树脂的配合量设为2％(九个采样的平均配合量为1.96％、配合量的标准偏差为0.03％)的钕的各采样中的配合量的表，图5的(b)是表示将尼龙类树脂的配合量设为10％(六个采样的平均配合量为10.09％、配合量的标准偏差为0.07％)的钐铁氧体的各采样中的配合量的表。
如图5的(a)所示，在使用将树脂的配合量控制为2％的塑料磁铁作为磁铁1a的情况下，该磁铁的表面不会由于电弧的热而熔化(参照图6在后面详细说明)。另一方面，如图5的(b)所示，在使用将树脂的配合量控制为10％的塑料磁铁作为磁铁1a的情况下，该磁铁的表面由于电弧的热而熔化。因此，多个采样的配合量的平均值为2％～9％(特别，如果斟酌制造成本、电弧的热相对的耐久性等，优选为5％以下)即可。
基于图6，说明开关10的耐热性。图6是在125伏特、6安培的感应负荷的基础上、将时间常数设定为7毫秒的情况下，在将10万次开关从导电状态切换为切断状态的实验的前后，对具备金属磁铁的开关与具备磁铁1a的开关10为了将电流切断分别所需要的时间(切断时间)进行比较的图表。
如图6所示，根据开关10具备的磁铁1a(将环氧类树脂的配合量设为2％的钕)，在试验的前后，切断时间不变化。即，通过使用将树脂的配合量控制为规定的优选量的塑料磁铁，从而使该磁铁的表面出现磁铁本来具有的作为金属的性质的磁铁1a能够承受由电弧引起的热。因此，使电弧扩散的性能不会下降，所以开关10能够维持其性能。
[第二实施方式]
基于图7～图9，详细说明本发明的第二实施方式。
第二实施方式涉及的开关(切换装置)与开关10同样地是通过使可动构件3相对于固定构件2a的触点S1或者固定构件2b的触点S2接触离开而控制电的导通的切换装置。第二实施方式涉及的开关具备磁铁1b、固定构件2a、固定构件2b以及可动构件3。即，在本实施方式中，第二实施方式涉及的开关具备磁铁1b来代替在第一实施方式中说明的磁铁1a。通过对与上述开关10中包括的结构相同的结构赋予同一符号，将说明省略，所以以下仅详细说明磁铁1b。
磁铁1b与磁铁1a同样地是以该磁铁的磁场与电弧产生方向正交地出现的方式、固定于固定构件2a的上部(从触点S2朝向S1的方向的延长)的塑料磁铁。但是，与磁铁1a不同，磁铁1b不必将树脂的配合量控制为规定的优选量。即，例如将通过在黄铜等规定的金属中注塑(insert)成形一般的塑料磁铁而使金属部分在其表面露出的部件用作磁铁1b。由此，该磁铁被由该金属构成的隔热板覆盖，所以该磁铁的表面不会由于由电弧引起的热而熔化。
另外，对磁铁1b与上述隔热板进行注塑成形的方法，生产性比单个生产之后再组装的方法高。这是因为能够节减该组装所需要的工时以及用于分别生产的设备。
基于图7，说明使磁铁1b与隔热板一体化的构造。图7是表示使磁铁1b与隔热板一体化的构造的一例的模式图，图7的(a)是通过卷边加工使两者一体化的情况下的上述隔热板的构造，图7的(b)是通过打穿加工使两者一体化的情况下的上述隔热板的构造。另外，图7的(c)表示进行图7的(b)所示的打穿加工的情况下的上述隔热板的外观。
如图7的(a)所示，通过在上述隔热板的内壁设置突起状的飞边且在磁铁1b的表面形成与该飞边相对应的凹陷，从而使该磁铁与该隔热板一体化，能够提高两者的贴紧性。
如图7的(b)所示，通过在上述隔热板的内壁设置打穿孔且在磁铁1b的表面形成与该打穿孔相对应的突起，从而使该磁铁与该隔热板一体化，也能够提高两者的贴紧性。设有打穿孔的隔热板具有图7的(c)所示的外观。
基于图8，说明第二实施方式涉及的开关的耐热性。图8是表示在80℃的环境下放置96小时的试验的前后的磁铁1b的尺寸、外观以及磁通密度的变化的表。
如图8所示，在试验的前后，磁铁1b各自的评价项目(尺寸、外观以及磁通密度)几乎没变化。即，通过在规定的金属中注塑成形一般的塑料磁铁而使金属部分在其表面露出的磁铁1b能够承受由电弧引起的热。因此，使电弧扩散的性能不会下降，所以第二实施方式涉及的开关能够维持其性能。
[其他的变形例]
在第二实施方式中，说明了在规定的金属(例如黄铜)中注塑成形一般的塑料磁铁。但是，通过金属保护塑料磁铁的表面，由此使金属部分在其表面露出的方法并不限定于在上述第二实施方式中说明的方法。
基于图9，说明使金属部分在磁铁的表面露出的其他的方法。图9的(a)表示通过将一般的塑料磁铁与对规定的金属进行了冲压加工而得的部件进行安装(组装)而提高了耐热性的磁铁1b。另外，图9的(b)表示为了避免电弧而对容易受其影响的部分的表面进行了钻孔加工的磁铁1b。
如图9的(a)所示，也可以将通过使对规定的金属(例如，黄铜等)进行了冲压加工而得的部件嵌合于一般的塑料磁铁(进行了与该部件的形状相对应的加工)而使金属部分在其表面露出的构件使用作为磁铁1b。或者，也能够将通过对一般的塑料磁铁进行电镀(例如，镀镍)而使金属部分在其表面露出的构件使用作为磁铁1b(未图示)。
如图9的(b)所示，为了避免电弧，通过对容易受其影响的部分的表面进行钻孔加工，从而也能够使磁铁的耐热性提高。
另外，本发明并不限定于上述的第一实施方式或者第二实施方式，在权利要求所示的范围内能够进行各种变更，对于对不同的实施方式分别适当组合已经公开的技术的手段而得到的实施方式，也包含于本发明的技术的范围。进而，通过对各实施方式分别组合已经公开的技术手段，能够形成新的技术特征。
例如，通过在将树脂的配合量控制为规定的优选量的塑料磁铁中注塑成形规定的金属，从而也可以使金属部分在磁铁的表面露出(第一实施方式与第二实施方式的组合例)。由此，能够进一步提高磁铁的耐热性。
产业上的可利用性
本发明能够广泛适用于通过使可动构件相对于固定构件的触点接触离开而切换电的导通与切断的切换装置。
符号说明
1a 磁铁 1b 磁铁
2a 固定构件 2b 固定构件
3 可动构件 10 开关(切换装置)
S1 触点 S2 触点。
Claims (8)
1.一种切换装置，所述切换装置包括在与电弧的方向正交的方向上产生磁场的磁铁，所述电弧在通过使可动构件相对于固定构件的触点接触离开而切换电的导通与切断的瞬间产生，所述切换装置通过使力作用于该电弧而使该电弧扩散，所述切换装置的特征在于，
所述磁铁是在该磁铁的表面使金属露出的塑料磁铁，
其中所述磁铁是通过形成规定金属制隔热板而在所述磁铁的表面使金属露出的塑料磁铁。
2.根据权利要求1所述的切换装置，其特征在于，
所述磁铁是通过将配合塑料树脂的比例控制为规定的范围而在该磁铁的表面使金属露出的塑料磁铁。
3.根据权利要求2所述的切换装置，其特征在于，
所述磁铁是通过将所述比例控制为5％以下而在该磁铁的表面使金属露出的塑料磁铁。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的切换装置，其特征在于，
所述磁铁是通过在所述磁铁中注塑成形所述金属并形成该规定金属制隔热板而在该磁铁的表面使金属露出的塑料磁铁。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的切换装置，其特征在于，
通过在所述隔热板的内壁设置飞边且在所述磁铁的表面形成与该飞边相对应的凹陷，从而使所述磁铁与该隔热板一体化。
6.根据权利要求4所述的切换装置，其特征在于，
通过在所述隔热板的内壁设置飞边且在所述磁铁的表面形成与该飞边相对应的凹陷，从而使所述磁铁与该隔热板一体化。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的切换装置，其特征在于，
通过在所述隔热板的内壁设置打穿孔且在所述磁铁的表面形成与该打穿孔相对应的突起，从而使所述磁铁与该隔热板一体化。
8.根据权利要求4所述的切换装置，其特征在于，
通过在所述隔热板的内壁设置打穿孔且在所述磁铁的表面形成与该打穿孔相对应的突起，从而使所述磁铁与该隔热板一体化。
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