JP2005056690A - 遅延作動式の電磁継電器および電気負荷通電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】励磁コイル12への通電開始から遅れて端子部間が閉成する電磁継電器10の提供。
【解決手段】電磁継電器10は、可動室17を有するコイルボビン11に巻線を巻装して形成され、ヨーク13内にグランドプレート14により固定される励磁コイル12と、固定鉄心2と中間可動鉄心3との間に配される下部リターンスプリング15と、中間可動鉄心3と上部可動鉄心4との間に配される上部リターンスプリング16と、作動室51の外周に端子貫通孔53、54を形成し、ヨーク13の開口部に嵌合するカバーアッセンブリ5と、カバーアッセンブリ5内に臨む固定接点62、72を有し、端子貫通孔53、54に貫設される端子部6、7と、作動室51内に嵌挿され、下面がシャフト44で押されて固定接点62、72の上方に臨む可動接点8と、可動接点8より上方の作動室51内に配される接点圧スプリング81とを具備する。
【選択図】図1

Description

本発明は、電気自動車モータの通電、スタータモータの通電、スタータのマグネットスイッチ開閉、グロープラグの通電、またはヒータの通電に好適な遅延作動式の電磁継電器に関する。
特許文献1には、図5の(a)に示す如く、通電により磁力が発生する励磁コイル101、この磁力を吸引力に変換するための固定磁路部材(固定鉄心102、ヨーク103、プレート104)、プランジャ105、およびリターンスプリング106を有するソレノイド部107と、このソレノイド部107の上側に絶縁固定されるスイッチ部108とからなる電磁継電器100が記載されている。
励磁コイル101に通電すると磁力が発生してプランジャ105が固定鉄心102に吸引され、シャフト109の支持が外れるので、スイッチ部108の可動接点110が瞬時に固定接点111に接触し、図5の(b)に示す状態になる。
特開2002−208338 (第1頁−第4頁、図1、図3)
この電磁継電器100を図6の(a)のモータ通電装置に示す様に結線して、励磁コイル101に通電して励磁電流を流すと、電気負荷がモータ112の場合には、図6の(b)に示す様に、接点閉成時に大きな突入電流113が流れるので、接点劣化、バッテリ劣化、および電源電圧ドロップを招く。
このため、例えば、接点に直列に電流制限抵抗を電気接続した第2の電磁継電器を用意し、始動信号が入力すると第2の電磁継電器のコイルへの通電を開始し、始動信号の入力から遅れて電磁継電器100の励磁コイル101への通電を開始する遅延回路を設け、第2の電磁継電器の接点閉成から所定時間経過後に電磁継電器100の接点が閉成して正規の作動用電力がモータ112へ供給される様に電気負荷通電装置を構成して、突入電流113を抑えていた。しかし、遅延回路をマイクロコンピュータ等を用いて構成する必要があるのでコスト高を招いていた。
本発明の第1の目的は、励磁コイルへの通電開始から遅れて端子部間が閉成する電磁継電器の提供にある。
本発明の第2の目的は、励磁コイルへの通電開始から遅れて、正規の作動用電力が電源から電気負荷へ供給される電気負荷通電装置の提供にある。
〔請求項1について〕
励磁コイルは、軸方向に可動室を有し、有底筒状のハウジング内に固定される。
可動室奥のハウジング内壁には、固定鉄心が固定されている。
固定鉄心より入口側の可動室内には、第1の可動鉄心が嵌挿されている。
固定鉄心と第1の可動鉄心との間には、可動室の入口方向に第1の可動鉄心を付勢する第1の押しバネが配設されている。
第1の可動鉄心より入口側の可動室内には、入口側面に電気絶縁性のシャフトを固着した第2の可動鉄心が嵌挿されている。
第1、第2の可動鉄心間には、各可動鉄心が互いに離れる方向に付勢する第2の押しバネが配設されている。
ハウジングの開口部を封止する電気絶縁性の蓋体は、中心軸方向に作動室を形成し、この作動室の両側に一組の端子貫通孔を形成している。これら端子貫通孔には、蓋体内に臨む先端が固定接点を形成する一組の端子部が貫設されている。
作動室内には、シャフトで押されて固定接点から離れた位置に臨む可動接点が嵌挿されている。また、第3の押しバネが圧縮状態で作動室内に配設され、可動接点を固定接点方向に付勢する。
励磁コイルに通電を開始すると、固定鉄心により磁路が形成されて磁力が発生し、この磁力が第1の押しバネの復元力に打ち勝って、第1の可動鉄心が可動室内を変移して固定鉄心に吸着する。
第1の可動鉄心の固定鉄心への吸着により、第1の可動鉄心が固定鉄心とともに磁路の一部となって磁力が発生し、この磁力が第2の押しバネの復元力に打ち勝ち、第2の可動鉄心が可動室内を変移して、固定鉄心に吸着している第1の可動鉄心に吸着する。
第2の可動鉄心の第1の可動鉄心への吸着により、可動接点からシャフトが外れる。
可動接点は、第3の押しバネの復元力により固定接点に当接し、これにより、固定接点間が導通状態になり、端子部間も導通状態になる。
遅延作動式の電磁継電器は、第1の可動鉄心が固定鉄心に吸着した後に、第2の可動鉄心が第1の可動鉄心に吸着するので、励磁コイルへの通電開始から遅延して端子部間を導通状態にすることができる。
〔請求項2について〕
励磁コイルは、中心軸方向に円筒状の可動室を有するリング状のボビンに巻線を巻装して形成され、有底円筒状のヨーク内にグランドプレートにより固定される。
可動室奥のヨーク内底には、円柱状の固定鉄心が固定されている。
固定鉄心より上方の可動室内には、円柱状の中間可動鉄心が嵌挿されている。
固定鉄心と中間可動鉄心との間には、これら鉄心間に第1の間隙が生じる様に、固定鉄心に対して中間可動鉄心を上方に付勢する下部リターンスプリングが圧縮状態で配設されている。
中間可動鉄心より上方の可動室内には、円柱状の上部可動鉄心が嵌挿されている。この上部可動鉄心の上端側には、電気絶縁性のシャフトが固着されている。
上部、下部可動鉄心間には、上部、下部可動鉄心間に第2の間隙が生じる様に、上部、下部可動鉄心が互いに離れる方向に付勢する上部リターンスプリングが配設されている。
ヨークの開口部を封止する電気絶縁性の蓋体は、中心軸方向に筒状の作動室を形成し、この作動室の両側に一組の端子貫通孔を形成している。これら端子貫通孔には、蓋体内に臨む先端が板状の固定接点を形成する一組の端子部が貫設されている。
作動室内には、下面がシャフトで押されて固定接点の上方に臨む板状の可動接点が嵌挿されている。また、接点圧スプリングが、可動接点より上方の作動室内に圧縮状態で配設されている。
励磁コイルに通電を開始すると、固定鉄心により磁路が形成されて磁力が発生し、この磁力が下部リターンスプリングの復元力に打ち勝って、中間可動鉄心が可動室内を変移して固定鉄心に吸着する。
中間可動鉄心の固定鉄心への吸着により、中間可動鉄心が固定鉄心とともに磁路の一部となって磁力が発生し、この磁力が上部リターンスプリングの復元力に打ち勝ち、上部可動鉄心が可動室内を変移して、固定鉄心に吸着している中間可動鉄心に吸着する。
上部可動鉄心の中間可動鉄心への吸着により、可動接点からシャフトが外れる。
可動接点は、接点圧スプリングの復元力により固定接点に当接し、これにより、固定接点間が導通状態になり、端子部間も導通状態になる。
遅延作動式の電磁継電器は、中間可動鉄心が固定鉄心に吸着した後に、上部可動鉄心が中間可動鉄心に吸着するので、励磁コイルへの通電開始から遅延して端子部間を導通状態にすることができる。
〔請求項3について〕
遅延作動式の電磁継電器は、励磁コイルが励磁していない非通電時において、グランドプレートより上方に、上部可動鉄心を突出させている。
このため、励磁コイルに通電を開始し、固定鉄心により磁路が形成されて磁力が発生する際に、中間可動鉄心が固定鉄心に吸着するまでは、上部可動鉄心を磁路外に臨ませることができ、充分な遅延時間を確保することができる。
〔請求項4について〕
遅延作動式の電磁継電器は、励磁コイルの非通電時において、第1の間隙の軸方向距離が、第2の間隙の軸方向距離より短くなる様に、上部、下部リターンスプリングのバネ定数および撓み量が設定されている。
これにより、中間可動鉄心を先に固定鉄心に吸着させ、その後、固定鉄心へ吸着した中間可動鉄心に上部可動鉄心を吸着させることができる。
〔請求項5について〕
電気負荷通電装置は、請求項1〜4の何れかの遅延作動式の電磁継電器を用いた遅延通電回路と、励磁コイルへの通電により接点が直ちに閉成状態になる他の電磁継電器を用いた通電回路とにより、電気負荷に通電を行う。
遅延通電回路は、電源と、遅延作動式の電磁継電器の一組の端子部と、電気負荷とを直列に電気接続している。
通電回路は、電源と、他の電磁継電器の接点と、電流制限用抵抗と、電気負荷とを直列に電気接続している。
電気負荷通電装置は、マイクロコンピュータ等による遅延回路を設けることなく、励磁コイルへの通電開始から遅れて、正規の作動用電力を電源から電気負荷へ供給することができる。
中心軸方向に円筒状の可動室を有するリング状のボビンに巻線を巻装して形成され、有底円筒状のヨーク内にグランドプレートにより固定される励磁コイルと、可動室奥のヨーク内底に固定される円柱状の固定鉄心と、前記固定鉄心より上方の可動室内に嵌挿される円柱状の中間可動鉄心と、前記固定鉄心と前記中間可動鉄心との間に圧縮状態で配設され、これら鉄心間に第1の間隙が生じる様に、前記固定鉄心に対して前記中間可動鉄心を上方に付勢する下部リターンスプリングと、前記中間可動鉄心より上方の可動室内に嵌挿される円柱状の上部可動鉄心と、各可動鉄心間に圧縮状態で配設され、各可動鉄心間に第2の間隙が生じる様に、各可動鉄心が互いに離れる方向に付勢する上部リターンスプリングと、前記上部可動鉄心の上端側に固着される電気絶縁性のシャフトと、中心軸方向に筒状の作動室を形成し、この作動室の両側に一組の端子貫通孔を形成し、前記ヨークの開口部を封止する電気絶縁性の蓋体と、前記端子貫通孔に貫設され、蓋体内に臨む先端が板状の固定接点を形成する一組の端子部と、作動室内に嵌挿され、下面が前記シャフトで押されて前記固定接点の上方に臨む板状の可動接点と、該可動接点より上方の作動室内に圧縮状態で配設される接点圧スプリングとを具備することにより、励磁コイルへの通電開始から遅れて端子部間が閉成する電磁継電器を実現した。
本発明の実施例1に係る電磁継電器10を図1〜図3に基づいて説明する。
電磁継電器10は、図1〜図3に示す如く、ソレノイド部20と、ソレノイド部20の上側に設けられる接点部30とからなる。
ソレノイド部20は、コイルボビン11に巻線を巻装した励磁コイル12と、この磁力を吸引力に変換するための固定磁路部材(ヨーク13、固定鉄心2、グランドプレート14)と、中間可動鉄心3と、上部可動鉄心4と、下部リターンスプリング15および上部リターンスプリング16とを有する。
コイルボビン11は、外形が略ドーナツ状を呈し、中心軸方向に円筒状の可動室17を有する。励磁コイル12は、励磁電流が巻線に流されると磁力が発生する。
ヨーク13は、上部が薄肉で底部が肉厚である有底円筒状を呈し、ソレノイド部20のハウジングを兼ねている。このヨーク13は、磁界を発生させるためのものであり、軟鉄で形成されている。
固定鉄心2(軟鉄製)は、円柱状を呈し、ヨーク13の内底中心部に下部が固定されている。また、固定鉄心2の上部外周には下部リターンスプリング15を介挿するための上側段21が形成されている。
グランドプレート14(軟鉄製)は、励磁コイル12をヨーク13の内壁面に固定するためのものである。
中間可動鉄心3(軟鉄製)は、外壁に上側段31を有する上部と、外壁に下側段32を有する下部と、中間の中間部とからなり、外形が略円柱状を呈する。この中間可動鉄心3は、非通電時において、励磁コイル12の略中間位置の可動室17内に位置する。
上部可動鉄心4(軟鉄製)は、上面中央に凹部41が形成され、外壁下部に下側段42を有し、外形が略円柱状を呈する。この上部可動鉄心4(軟鉄製)は、非通電時において、鉄心上面43がグランドプレート14より若干上方の可動室17内に位置している。これにより、中間可動鉄心3が固定鉄心2に吸引されるまで、上部可動鉄心4が磁気回路から外れる。また、上部可動鉄心4の凹部41には、絶縁性のプラスチックで形成したシャフト44の下部が固着され、シャフト44は上部可動鉄心4と一体的に上下動する。
下部リターンスプリング15は、固定鉄心2の上側段21と、中間可動鉄心3の下側段32との間の隙間に介挿され、励磁コイル12の非通電時において、中間可動鉄心3を上方に付勢している。
上部リターンスプリング16は、上部可動鉄心4の下側段42と、中間可動鉄心3の上側段31との間の隙間に介挿され、励磁コイル12の非通電時において、上部可動鉄心4と中間可動鉄心3とが互いに離れる様に付勢している。
接点部30は、蓋体であるカバーアッセンブリ5と、一組の端子部6、7と、円板状の可動接点8と、接点圧スプリング81とを有する。
カバーアッセンブリ5は、作動室51を中心軸方向に形成し、作動室51の外周に、対向して端子貫通孔53、54を軸方向に形成している。このカバーアッセンブリ5は、電気絶縁性のプラスチックで形成され、Oリング55を介してヨーク13の開口部に気密的に嵌合している。
作動室51は、可動接点8を係止するストッパ面50を有する円筒状の下側入口部と、接点圧スプリング81が配設される奥部とからなる。
端子部6、7は、良電導性金属で形成され、Oリング56を介して端子貫通孔53、54に貫設され、外部に露出するターミナル61、71と、カバーアッセンブリ5内に臨む固定接点62、72とを備える。
ターミナル61、71は、バッテリ側の被覆線を電気接続した金具およびモータ側の被覆線を電気接続した金具をネジ止めするためのものである。
固定接点62、72は、カバーアッセンブリ5内の略中央に、可動接点8と所定距離を隔てて水平に配設されている。
可動接点8は、作動室51の下側入口部内に嵌挿され、下面がシャフト44で押されて固定接点62、72の上方に臨んでいる。
励磁コイル12の非通電時において、可動接点8は、上方から接点圧スプリング81により下方に付勢されているが、シャフト44を固着した上部可動鉄心4が強い力で上方に付勢されているので、ストッパ面50まで上方に押し上げられている。
下部リターンスプリング15、上部リターンスプリング16、および接点圧スプリング81は、巻径が均等のコイル形状を呈する押しバネ(圧縮バネ)である。
励磁コイル12の非通電時において、接点圧スプリング81の復元力により発生する可動接点8を下方へ付勢する力が、下部リターンスプリング15の復元力と上部リターンスプリング16の復元力とにより発生するシャフト44を上方へ付勢する力より小さくなる様に接点圧スプリング81のバネ定数が設定されている。
また、励磁コイル12の非通電時において、固定鉄心2と中間可動鉄心3との間の間隙22の軸方向距離が、上部可動鉄心4と中間可動鉄心3との間の間隙33の軸方向距離より短くなる様に、上部リターンスプリング16と下部リターンスプリング15のバネ定数および撓み量が設定されている。
なお、上部リターンスプリング16には、接点圧スプリング81により発生する可動接点8を下方へ付勢する力が加わっている。また、下部リターンスプリング15には、接点圧スプリング81により発生する可動接点8を下方へ付勢する力が加わっている。
図1に示す非励磁状態の電磁継電器10は、励磁コイル12に励磁電流が流れると、図2の過渡状態を経て、図3に示す状態になり、可動接点8が固定接点62、72に圧接する。つまり、通電開始から所定時間、遅延して接点部30の接点が閉成する。
本実施例の電磁継電器10は、以下に示す利点を有する。
電磁継電器10は、励磁コイル12の励磁によって中間可動鉄心3が固定鉄心2に吸着した後に、上部可動鉄心4が中間可動鉄心3に吸着する様に作動するので、励磁コイル12への通電開始から所定時間、遅延して接点部30の接点が導通状態になる。
このため、正規の作動用電力を遅延して通電する必要がある電気負荷へ、電磁継電器10の接点部30の接点を介して通電する様にすれば、マイクロコンピュータ等を用いて遅延回路を構成する必要がなく、低コストで済む。なお、上記電気負荷は、電気自動車モータ、スタータモータ、スタータのマグネットスイッチ、グロープラグ、またはヒータ等である。
つぎに、実施例2に係るモータ通電装置90について説明する。
モータ通電装置90は、図4の(a)に示す如く、実施例1の遅延作動式の電磁継電器10と、励磁コイル101(図5参照)への通電により接点が直ちに閉成状態になる従来形の電磁継電器100と、電源であるバッテリ91と、電磁継電器10の端子部6、7と、電気負荷であるモータ92とを直列に電気接続した遅延通電回路93と、バッテリ91と、他の電磁継電器である電磁継電器100の接点と、電流制限用抵抗94とを直列に電気接続した通電回路95とを備え、始動信号の入力により励磁電流96が励磁コイル12(図1参照)、101に同時に流れる様に構成している。
図4の(b)に示す経過時間t1において、励磁電流96が、励磁コイル12、101へ同時に流れる。これにより、励磁コイル101が励磁し、電磁継電器100の接点が瞬時に閉成状態になり、電流制限用抵抗94により制限された起動電流がモータ92に流れ、モータ92が回転を開始する。
経過時間t1から所定時間が経過すると、経過時間t2において、電磁継電器10の端子部6、7間が閉成状態になり、モータ92とバッテリ91とが直接、電気接続され、モータ92へ定常電流が流れる。なお、所定時間は、起動電流が安定するのに必要な遅延時間であり、数百ms〜数秒に設定されている。
経過時間t3において、励磁コイル12、101への励磁電流96の供給を同時に停止すると、電磁継電器10、100の接点が開成する。
本実施例のモータ通電装置90は、以下に示す利点を有する。
モータ通電装置90は、マイクロコンピュータ等による遅延回路を設けることなく、励磁コイル12への通電開始から遅れて端子部6、7間が閉成状態になるので、遅延して、正規の作動用電力をバッテリ91からモータ92へ供給することができる。
このため、始動時に大きな起動電流が流れないので、電磁継電器10、100の接点劣化、バッテリ91の劣化、および電源電圧ドロップを防止できる。
また、遅延回路をマイクロコンピュータ等を用いて構成する必要がないので、製造コストを低減することができる。
本発明の実施例1に係る電磁継電器(非励磁状態)の断面図である。 その電磁継電器(過渡状態)の断面図である。 その電磁継電器(所定時間経過後)の断面図である。 (a)は本発明の実施例2に係るモータ通電装置の電気回路図であり、(b)はそのモータ通電装置の各電磁継電器に励磁電流を流した時の接点状態を示すタイミングチャートである。 (a)は従来の電磁継電器の非励磁状態の断面図であり、(b)は励磁状態の断面図である。 (a)は従来の電磁継電器の電気回路図であり、(b)はそのモータ通電装置の電磁継電器に励磁電流を流した時において、経過時間に対する、接点状態および電流変化を示すタイミングチャートである。
符号の説明
2 固定鉄心
3 中間可動鉄心(第1の可動鉄心)
4 上部可動鉄心(第2の可動鉄心)
5 カバーアッセンブリ(蓋体)
6、7 端子部
8 可動接点
10 電磁継電器(遅延作動式の電磁継電器)
11 コイルボビン
12 励磁コイル
13 ヨーク(ハウジング)
14 グランドプレート
15 下部リターンスプリング(第1の押しバネ)
16 上部リターンスプリング(第2の押しバネ)
17 可動室
22 間隙(第1の間隙)
33 間隙(第2の間隙)
44 シャフト
51 作動室
53、54 端子貫通孔
62、72 固定接点
81 接点圧スプリング(第3の押しバネ)
90 モータ通電装置(電気負荷通電装置)
91 バッテリ(電源)
92 モータ(電気負荷)
93 遅延通電回路
94 電流制限用抵抗
95 通電回路
100 電磁継電器(他の電磁継電器)

Claims (5)

  1. 有底筒状のハウジングと、
    軸方向に可動室を有し、ハウジング内に固定される励磁コイルと、
    可動室奥のハウジング内壁に固定される固定鉄心と、
    前記固定鉄心より入口側の可動室内に嵌挿される第1の可動鉄心と、
    前記固定鉄心と前記第1の可動鉄心との間に配設され、前記第1の可動鉄心を入口方向に付勢する第1の押しバネと、
    前記第1の可動鉄心より入口側の可動室内に嵌挿される第2の可動鉄心と、
    前記第1、第2の可動鉄心間に配設され、各可動鉄心が互いに離れる方向に付勢する第2の押しバネと、
    前記第2の可動鉄心の入口側面に固着される電気絶縁性のシャフトと、
    中心軸方向に作動室を形成し、この作動室の両側に一組の端子貫通孔を形成し、前記ハウジングの開口部を封止する電気絶縁性の蓋体と、
    前記端子貫通孔に貫設され、蓋体内に臨む先端が固定接点を形成する一組の端子部と、 作動室内に嵌挿され、前記シャフトで押されて前記固定接点から離れた位置に臨む可動接点と、
    前記作動室内に圧縮状態で配設され、前記可動接点を固定接点方向に付勢する第3の押しバネとを具備する遅延作動式の電磁継電器。
  2. 有底円筒状のヨークと、
    中心軸方向に円筒状の可動室を有するリング状のボビンに巻線を巻装して形成され、グランドプレートによりヨーク内に固定される励磁コイルと、
    可動室奥のヨーク内底に固定される円柱状の固定鉄心と、
    前記固定鉄心より上方の可動室内に嵌挿される円柱状の中間可動鉄心と、
    前記固定鉄心と前記中間可動鉄心との間に圧縮状態で配設され、これら鉄心間に第1の間隙が生じる様に、前記固定鉄心に対して前記中間可動鉄心を上方に付勢する下部リターンスプリングと、
    前記中間可動鉄心より上方の可動室内に嵌挿される円柱状の上部可動鉄心と、
    上部、中間可動鉄心間に圧縮状態で配設され、前記上部、中間可動鉄心間に第2の間隙が生じる様に、前記上部、中間可動鉄心が互いに離れる方向に付勢する上部リターンスプリングと、
    前記上部可動鉄心の上端側に固着される電気絶縁性のシャフトと、
    中心軸方向に筒状の作動室を形成し、この作動室の両側に一組の端子貫通孔を形成し、前記ヨークの開口部を封止する電気絶縁性の蓋体と、
    前記端子貫通孔に貫設され、蓋体内に臨む先端が板状の固定接点を形成する一組の端子部と、
    作動室内に嵌挿され、下面が前記シャフトで押されて前記固定接点の上方に臨む板状の可動接点と、
    該可動接点より上方の作動室内に圧縮状態で配設される接点圧スプリングとを具備する遅延作動式の電磁継電器。
  3. 前記励磁コイルが励磁していない非通電時において、前記グランドプレートより上方に、前記上部可動鉄心が突出していることを特徴とする請求項2に記載の遅延作動式の電磁継電器。
  4. 前記励磁コイルの非通電時において、前記第1の間隙の軸方向距離が、前記第2の間隙の軸方向距離より短くなる様に、前記上部、下部リターンスプリングのバネ定数および撓み量が設定されていることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の遅延作動式の電磁継電器。
  5. 請求項1乃至請求項4の何れかに記載の遅延作動式の電磁継電器と、
    励磁コイルへの通電により接点が直ちに閉成状態になる他の電磁継電器と、
    電源と、前記遅延作動式の電磁継電器の前記一組の端子部と、電気負荷とを直列に電気接続した遅延通電回路と、
    前記電源と、前記他の電磁継電器の接点と、電流制限用抵抗と、前記電気負荷とを直列に電気接続した通電回路とを備えた電気負荷通電装置。
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