JP2004022446A - 電磁接触器の操作用電磁石 - Google Patents

Abstract

【課題】定格使用電圧の異なる電磁接触器の機種に対して、電磁石の操作コイルを共用できるようにして部品種類の削減，製品のコスト低減化を図る。
【解決手段】２脚形の固定鉄心７，　可動鉄心７，　および鉄心の各脚部に装着した操作コイル９からなる電磁接触器の操作用電磁石５において、各脚部に同一仕様の操作コイル９を装着した上で、電磁接触器の定格使用電圧に合わせて双方の操作コイルを並列もしくは直列に結線するようにし、具体的には操作コイルの仕様（コイル定格電圧）をＡＣ１００Ｖ（もしくは２００Ｖ）とし、定格使用電圧ＡＣ１００Ｖ（もしくは２００Ｖ）の電磁接触器に適用する場合には操作コイルを並列に結線し、定格使用電圧ＡＣ２００Ｖ（もしくは４００Ｖ）の電磁接触器には操作コイルを直列に結線する。これにより、同じ仕様の操作コイルを共通部品として定格使用電圧が異なる機種の電磁接触器に適用できる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁接触器に搭載した操作用電磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、本発明の実施対象となる電磁接触器の一般的な構成を図５に示す。図において、１は電磁接触器の本体ケース（樹脂ケース）、２は固定接触子、２ａ，２ｂは主回路の外部端子、３は橋絡形の可動接触子、３ａは接触子ホルダ、４は接触子カバー、５が操作用電磁石であり、該電磁石５は固定鉄心６および可動鉄心７と、固定鉄心６に設けた隈取コイル８と、操作コイル９と、可動鉄心７を上方に付勢する復帰ばね１０との組立体からなり、可動鉄心７に接触子ホルダ３ａを介して可動接触子３が連結されている。なお、１１は操作コイル８の外部端子であり、通常は操作コイル８の外部端子１１を制御回路を介して主回路の電源側電路に接続し、制御回路に指令を与えて電磁接触器をＯＮ，ＯＦＦ操作するようにしている。また、図示の固定鉄心６，可動鉄心７は、“Ｅ形コア”と呼ばれる３脚形鉄心であり、各鉄心の脚部端面（磁極面）が空隙を隔てて対峙し、操作コイル９はボビンにコイル素線を巻装した構造で、固定鉄心６の中央脚部に嵌挿配備されている。なお、前記鉄心は珪素鋼板を積層してリベット締めした積層鉄心である。
【０００３】
上記構成の電磁接触器の動作は周知であり、操作コイル９への給電を切った状態では、可動鉄心７が復帰ばね１０のばね付勢により固定鉄心７から離間して主回路接点はＯＦＦである。一方、投入指令により操作コイル９に電流を流すと電磁石が励磁され、コイルの起磁力により固定鉄心６と可動鉄心７の磁極面間に磁気吸引力が働いて可動鉄心が固定鉄心に吸着されるとともに、可動鉄心７の動きに従動して可動接触子３が固定接触子２に接触して主回路接点がＯＮとなる。
【０００４】
ここで、電磁石の吸引力Ｆは次式で表される。
Ｆ＝μ_Ｏ×ａ（ｎ×Ｉ）^２／　２×δ^２＝ａ×Ｂ^２／２×μ_Ｏ……（１）
但し、μ_Ｏ：真空の透磁率、δ：空隙長、ｎ：コイルのターン数、Ｉ：コイルに流れる電流、ａ：空隙の面積、Ｂ：空隙の有効磁束密度
なお、前記の電磁接触器は、通常は配電盤，制御盤などに装備して使用され、その際の取付け姿勢は図６で示すように主回路の電源側端子を上，負荷側端子を下に向けた横置姿勢で盤内の取付部材（例えば支持レール）に取付けるようにしており、この取付け状態で動作時には電磁石５の可動鉄心７が前後方向に移動して主回路接点を開閉する。
【０００５】
ところで、前記の電磁接触器は電動機の制御用などの用途に多く使用されており、電磁接触器のメーカーでは、ＪＩＳなどの規格に準拠して各容量ごとに定格使用電圧ＡＣ１００Ｖ，２００Ｖ（単相モータ用）、あるいはＡＣ２００Ｖ，４００Ｖ（三相モータ用）などを標準仕様として系列化した多機種の製品を製作している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電磁接触器の開発，製品化に当たっては、製品のコスト低減，および品質，信頼性の向上を図るために、次記のようなことが大きな課題となる。すなわち、
（１）　電磁接触器の製品開発に当たって、電磁接触器の各機種ごとに、電磁石の操作コイルの素線ターン数，素線の太さなどを定格使用電圧に合わせて最適設計して製品を製作しているのが現状である。しかしながら、操作コイルの仕様が異なると、コイルおよびボビンの外形サイズも変わり、さらにこの操作コイルを装着する鉄心の形状，サイズも変わるなど、メーカーが製作する部品の種類が増えることから、これら部品の設計，製造，管理を含めて電磁接触器の製品コストが高くなる。
【０００７】
かかる点、定格使用電圧の異なる機種の電磁接触器に搭載する操作コイルの部品共用化が図れれば、設計，製作する操作コイルの種類が減少して製品コストの低減が可能となる。
（２）　一方、電磁接触器には、使用先現場での取付け，および外部からの振動に対して高い安定度が要求される。かかる点、従来製品では図５で述べたように電磁石として鉄心を３脚形とし、操作コイルを鉄心の中央脚部に装着するような構造を採用している。
【０００８】
このために、操作コイルが大形となり、かつ図６に示した標準の取付け姿勢では操作コイル９の重心位置が３脚形鉄心の中央脚の高さとなって安定性に欠け、外部から加わる振動に対する振動耐力が低くなるといった問題がある。
また、電磁接触器の電磁石には、吸引動作状態で外部から加わる振動，衝撃などによって主回路接点が不測に開かないようにする磁気保持力が要求される。そこで、操作コイルと別に電磁石の吸着状態での保持力を確保する補助コイルを鉄心に追加装備する対策が考えられるが、従来の３脚形鉄心構造では、各側脚部を通る磁束のバランスを確保するには、追加する補助コイルは操作コイルと一緒に中央脚部に取付ける必要がある。しかしながら、電磁接触器の限られたケースのスペース内で補助コイルを鉄心の中央脚部に追加装備することは、現実として極めて困難である。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その第１の目的は定格使用電圧の異なる電磁接触器の機種に対して電磁石の操作コイルを共用化して製品コストの低減化が図れるようにし、また第２の目的は実使用面での取付けの安定性，並びに耐震性向上が図れるように改良した電磁接触器の操作用電磁石を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明によれば、固定鉄心，　可動鉄心，　および固定鉄心に装着した操作コイルからなる脚形電磁石の可動鉄心に可動接触子を連繋し、電磁石の吸引動作で接触子を開閉操作するようにした電磁接触器の操作用電磁石において、
電磁石の鉄心を２脚形鉄心とし、かつその各脚部に同一仕様の操作コイルを装着した上で、電磁接触器の定格使用電圧に合わせて双方の操作コイルを並列もしくは直列に結線する（請求項１）ものとし、その具体的な実施態様として、操作コイルのコイル定格電圧をＡＣ１００Ｖ（もしくは２００Ｖ）とし、定格使用電圧ＡＣ１００Ｖ（もしくは２００Ｖ）の電磁接触器では操作コイルを並列に結線し、定格使用電圧ＡＣ２００Ｖ（もしくは４００Ｖ）の電磁接触器では操作コイルを直列に結線するようにする（請求項２）。
【００１１】
上記において、同一仕様の操作コイルを並列に結線してＡＣ１００Ｖ（もしくは２００Ｖ）の電源に接続した場合と、操作コイルを直列に結線してＡＣ２００Ｖ（もしくは４００Ｖ）の電源に接続した場合では、コイルに流れる電流は同じであり、これにより各操作コイルに発生する起磁力，および２脚形鉄心の空隙（固定鉄心と可動鉄心の間の空隙）を通る磁束も同じとなり、電磁石には所定の吸引力が発生して吸引動作する。したがって、定格使用電圧がＡＣ１００Ｖ（もしくは２００Ｖ）である機種の電磁接触器と、同一容量で定格使用電圧がＡＣ２００Ｖ（もしくは４００Ｖ）の電磁接触器に対して、コイルの結線を変えるだけで同一仕様の操作コイルを共通部品としてそ適用することができる。
【００１２】
また、第２の目的を達成するために、本発明によれば、固定鉄心，　可動鉄心，　および固定鉄心の脚部に嵌挿した操作コイルからなる脚形電磁石の可動鉄心に可動接触子を連繋し、電磁石の吸引動作で接触子を開閉操作するようにした電磁接触器の操作用電磁石であり、２脚形鉄心の各脚部に操作コイルを装着した構成になるものにおいて、
２脚形鉄心の各脚部に装着する操作コイルとしてターン数の異なる大小２種類のコイルを用意し、電磁接触器の標準取付け姿勢で下側に位置する脚部にはターン数の多い大形コイルを、上側の脚部にターン数の少ない小形コイルを装着する（請求項３）。
【００１３】
この構成によれば、電磁接触器を標準取付け姿勢で据え付けた実使用状態では、電磁石鉄心に装着した操作コイルの重心が低くなって取付け姿勢での安定性が増して、振動耐力も改善される。しかも、２脚形鉄心は磁気回路が一つであることから、２脚形鉄心の各脚部に分けて装着した各操作コイルのアンペアターンを変えてもトータル的な起磁力は同じであり、電磁石の吸引動作特性が変わることはない。
【００１４】
また、本発明によれば、電磁石の吸着状態での保持力を高めるために、前記の操作コイルとは別に、電磁石の可動鉄心を吸着状態に保持する補助コイルを鉄心に追加装備し（請求項４）、さらに電磁石の吸引動作過程で鉄心の磁束密度が所定値を超えた条件で前記補助コイルを通電する制御手段を備える（請求項５）ものとし、その制御手段を、鉄心に巻装した誘導コイルと、該誘導コイルの出力で補助コイルを通電制御する補助リレーとから構成する（請求項６）。
【００１５】
これにより、電磁石の吸引動作状態での磁気保持力が高まるので、外部から加わる振動，衝撃などで主回路接点が不測に開くことを防ぐことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に示す実施例に基づいて説明する。なお、各実施例の図中で図５に対応する部分には同じ符号を付してその説明は省略する。
〔実施例１〕
図１（ａ），（ｂ）　は本発明の請求項１，２に対応する実施例を示すものである。この実施例においては、電磁石５が２脚形の固定鉄心６および可動鉄心７と、固定鉄心６の各脚部に分けて装着した操作コイル９とからなる。ここで、図示実施例の操作コイル９は、コイル定格電圧をＡＣ１００Ｖとして所定の起磁力が得られるように素線ターン数，素線径などを選定して設計，製作した同一仕様のもを装備している。
【００１７】
そして、この電磁石５を定格使用電圧ＡＣ１００Ｖの電磁接触器（単相モータ用）に搭載する場合には、（ａ）　図のように鉄心の各脚部に装着した２個の操作コイル９を並列に接続して結線するように各コイル９の端子９ａ，９ｂの間を配線した上で、電磁接触器の主回路電路（ＡＣ１００Ｖ）に接続して使用する。一方、この電磁石５を同じ容量で定格使用電圧がＡＣ２００Ｖの電磁接触器（単相モータ用）に適用する場合には、（ｂ）　図のように２個の操作コイル９を直列に接続して結線し、電磁接触器の主回路電路（ＡＣ２００Ｖ）に接続して使用する。
【００１８】
これにより、（ａ）　図，（ｂ）　図のいずれの使用条件でも、各操作コイル９に流れる電流は同じであり、したがって各操作コイルに発生する起磁力，および２脚形鉄心の空隙（固定鉄心と可動鉄心の間の空隙）を通る磁束も同じとなり、電磁石には所定の吸引力が発生して吸引動作する。したがって、定格使用電圧がＡＣ１００Ｖである単相用の電磁接触器と、同一容量で定格使用電圧がＡＣ２００Ｖの電磁接触器に対して、コイルの結線を変えるだけで同一仕様の操作コイルを共通部品として適用できる。
【００１９】
また、３相用の電磁接触器に適用する電磁石の操作コイルについては、２脚形鉄心の各脚部に分けて装着する操作コイル９を、そのコイル定格電圧をＡＣ２００Ｖとして所定の起磁力が得られるように設計，製作する。そして、定格使用電圧がＡＣ２００Ｖの３相用電磁接触器に適用する場合には、各操作コイル９を（ａ）　図と同様に並列に結線してＡＣ２００Ｖの電源から給電するようにし、定格使用電圧がＡＣ４００Ｖの３相用電磁接触器に適用する場合には、各操作コイル９を（ｂ）　図と同様に直列に結線してＡＣ４００Ｖの電源から給電を受けるようにする。これにより、前記と同様に、同一容量で定格使用電圧がＡＣ２００Ｖおよび４００Ｖの３相用の電磁接触器に対して、コイルの結線を変えるだけで同一仕様の操作コイルを共通部品として適用できる。
【００２０】
〔実施例２〕
図２は本発明の請求項３に対応する操作用電磁石の実施例を示すものである。この実施例においては、２脚形鉄心の各脚部に分けて装着した操作コイルについて、図６に示した電磁接触器の標準取付け姿勢の状態で上側の脚部に巻装した操作コイルを９１，下側の脚部に巻装した操作コイルを９２として、下側の操作コイル９２のターン数（ボビンに巻く素線の巻回数）を上側の操作コイル９２のターン数よりも多く選定し、操作コイル９１のアンペアターンと操作コイル９２のアンペアターンの合計で電磁石５に要求される所定の起磁力を得るようにしている。なお、２脚形鉄心の磁気回路では、各脚部に分けて配した操作コイルのターン数の配分を変えても、二つの操作コイルのアンペアターンの合計が同じであれば鉄心を通る磁束量は変わることはない。
【００２１】
上記構成によれば、電磁石５として必要な吸引力を確保しつつ、鉄心の下側脚部に装着した操作コイル９２が上側の操作コイル９１よりも重量が重く、したがって電磁石の重心位置が下がる。これにより、電磁接触器の取付け状態での安定性，振動耐力が増す。なお、下側の操作コイル９２に太い素線を用いることにより、ターン数の増加に伴うコイルの電気抵抗の増加分を低く抑えて通電による発熱量を上側の操作コイル９１と同じ程度まで低減でき、これにより鉄心の熱的な歪みを低く抑えて運転時の安定性も確保できる。
【００２２】
〔実施例３〕
図３は本発明の請求項４〜６に対応する実施例を示すものである。この実施例においては、電磁石５の吸着状態での保持力を高める手段として、２脚形の固定鉄心６には、その各脚部に装着した操作コイル９とは別に、補助コイル１２を鉄心のヨーク部に追加装備している。そして、電磁石５の吸引動作過程で鉄心の磁束密度が所定値を超えた条件、つまり可動鉄心７が固定鉄心６に吸着された状態を捉えて前記補助コイル１２を通電するための制御手段として、固定鉄心６のヨーク部に巻装した誘導コイル１３、および該誘導コイル１３の出力で動作する補助リレー１４を設け、この補助リレーのリレー接点（ａ接点）を補助コイル１２の電源回路（操作コイル９の電源と同じ）に接続している。
【００２３】
また、図４は電磁石５の吸引動作過程における空隙長（固定鉄心６と可動鉄心７の磁極面間の空隙）と鉄心の磁束密度との関係を表した図であり、その横軸の「接触」は可動鉄心が固定鉄心に吸着して主回路接点がＯＮとなる位置を、「開放」は固定鉄心６と可動鉄心７が離間した主回路接点ＯＦＦの位置を表す。
ここで、鉄心の磁束密度は空隙長の減少に伴って増加し、「接触」位置で最大となる。また、誘導コイル１３には鉄心を通る磁束（交番磁束）との鎖交により電圧が誘起し、その出力で補助リレー１４がＯＮ動作すると補助コイル１２が励磁されるわけであるが、この場合に補助リレー１４は、鉄心の磁束密度がＢ１　以上の範囲に動作域を設定（リレー接点の復帰ばねを調整する）しておく。
【００２４】
これにより、電磁石５の吸引動作過程で可動鉄心７が固定鉄心６に殆ど接触する状態になると、誘導コイル１３の出力で補助リレー１４が動作し、そのリレー接点が閉じて補助コイル１２が通電される。その結果、電磁石５の吸着状態では操作コイル９のアンペアターンに補助コイル１２のアンペアターンが加算されて磁気保持力が高くなる。したがって、電磁接触器の使用状態で外部から振動，衝撃が加わっても、投入状態にある主回路接点が不測に開いたりする動作トラブルを防ぐことができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、次記の効果を奏する。
（１）　２脚形鉄心の各脚部に標準仕様の操作コイルを装着した上で、電磁接触器の定格使用電圧に合わせて双方の操作コイルを並列もしくは直列に結線するようにしたことにより、定格使用電圧がＡＣ１００Ｖ（もしくは２００Ｖ）である機種の電磁接触器と、同一容量で定格使用電圧がＡＣ２００Ｖ（もしくは４００Ｖ）の電磁接触器に対して、コイルの結線を変えるだけで同一仕様の操作コイルを共通部品として適用することができ、これにより電磁接触器の製作コスト低減化が図れる。
【００２６】
（２）　２脚形鉄心の各脚部に装着する操作コイルとしてターン数の異なる大小２種類のコイルを用意し、電磁接触器の標準取付け姿勢で下側に位置する脚部にはターン数の多い大形コイルを、上側の脚部にターン数の少ない小形コイルを装着することにより、電磁接触器を標準取付け姿勢で据え付けた使用状態では、電磁石鉄心に装着した操作コイルの重心が低くなって取付け姿勢での安定性が増して、振動耐力も改善される。
【００２７】
（３）　２脚形鉄心の各脚部に操作コイルを装着した電磁石において、前記操作コイルとは別に、電磁石の可動鉄心を吸着状態に保持する補助コイルを鉄心に追加装備し、さらに電磁石の吸引動作過程で鉄心の磁束密度が所定値を超えた条件で前記補助コイルを通電する制御手段を備えることにより、電磁石の吸引動作状態で補助コイルを励磁して鉄心の保持力を高めることができ、これにより外部から加わる振動，衝撃などで主回路接点が不測に開離するトラブルを防止して電磁接触器の信頼性向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に対応する電磁石の操作コイル結線図であり、（ａ），（ｂ）　はそれぞれ操作コイルを並列，および直列に接続した結線状態を表す図
【図２】本発明の実施例２に対応する電磁石の略示構成図
【図３】本発明の実施例３に対応する操作用電磁石のコイル配置，および補助コイルの励磁制御回路を表す図
【図４】図３の電磁石における空隙長と鉄心の磁束密度との関係を表す特性線図
【図５】操作用電磁石に３脚形電磁石を採用した従来における電磁接触器の一般的な構成断面図
【図６】図５の電磁接触器の実使用状態における標準取付け姿勢を表す図
【符号の説明】
２　　固定接触子
３　　可動接触子
５　　操作用電磁石
６　　固定鉄心
７　　可動鉄心
９　　操作コイル
１０　　復帰ばね（負荷）
１２　　補助コイル
１３　　誘導コイル
１４　　補助リレー

Claims (6)

1. 固定鉄心，　可動鉄心，　および固定鉄心に装着した操作コイルからなる脚形電磁石の可動鉄心に可動接触子を連繋し、電磁石の吸引動作で接触子を開閉操作するようにした電磁接触器の操作用電磁石において、
   電磁石の鉄心を２脚形鉄心とし、かつその各脚部に同一仕様の操作コイルを装着した上で、電磁接触器の定格使用電圧に合わせて双方の操作コイルを並列もしくは直列に結線することを特徴とする電磁接触器の操作用電磁石。
2. 請求項１記載の操作用電磁石において、操作コイルの仕様のコイル定格電圧ＡＣ１００Ｖ（もしくは２００Ｖ）とし、定格使用電圧ＡＣ１００Ｖ（もしくは２００Ｖ）の電磁接触器では操作コイルを並列に結線し、定格使用電圧ＡＣ２００Ｖ（もしくは４００Ｖ）の電磁接触器では操作コイルを直列に結線することを特徴とする電磁接触器の操作用電磁石。
3. 固定鉄心，　可動鉄心，　および固定鉄心に装着した操作コイルからなる脚形電磁石の可動鉄心に可動接触子を連繋し、電磁石の吸引動作で接触子を開閉操作するようにした電磁接触器の操作用電磁石であり、操作コイルを２脚形鉄心の各脚部に装着した構成になるものにおいて、
   ２脚形鉄心の各脚部に装着する操作コイルとしてターン数の異なる２種類のコイルを用意し、電磁接触器の標準取付け姿勢で下側に位置する脚部にはターン数の多いコイルを、上側の脚部にターン数の少ないコイルを装着したことを特徴とする電磁接触器の操作用電磁石。
4. 固定鉄心，　可動鉄心，　および固定鉄心に装着した操作コイルからなる脚形電磁石の可動鉄心に可動接触子を連繋し、電磁石の吸引動作で接触子を開閉操作するようにした電磁接触器の操作用電磁石であり、操作コイルを２脚形鉄心の各脚部に装着した構成になるものにおいて、
   前記操作コイルとは別に、電磁石の可動鉄心を吸着状態に保持する補助コイルを追加装備したことを特徴とする電磁接触器の操作用電磁石。
5. 請求項４記載の操作用電磁石において、電磁石の吸引動作過程で鉄心の磁束密度が所定値を超えた条件で補助コイルを通電する制御手段を備えたことを特徴とする電磁接触器の操作用電磁石。
6. 請求項５記載の操作用電磁石において、制御手段が、鉄心に巻装した誘導コイルと、該誘導コイルの出力で補助コイルを通電制御する補助リレーとからなることを特徴とする電磁接触器の操作用電磁石。

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