JP2005158711A - 双安定電磁リレー - Google Patents

Abstract

【課題】リレーの動作後の消費電力が少なく、偶発的にコンタクトが開路された場合に自動的に再閉路可能な電磁リレーを提供する。
【解決手段】永久磁石1,2はヨーク3と7とが離れているときにはスプリング4の力に抗するには不十分な吸引力であるがヨーク3と7とが結合しているときにはスプリング手段に対抗して十分な保持力を与える吸引力を有し、電磁力発生コイル6は、プリング4の力に抗してヨーク3と7とを結合するために永久磁石1,2と共に十分な吸引力を供給する第１の状態と、永久磁石1,2の力に抗してヨーク3と7とを離すためにスプリング4と共に十分な反撥力をヨーク3と7との間に供給する第２の状態とで動作されることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は双安定電磁リレーに関し、特に低電力消費を必要とする優れた双安定電磁リレー、特にリレーのコンタクトが偶然開いたときに接続を確実にする手段を提供する電磁リレーに関する。

電気リレーは電流を伝送するために２つの電極間に接続を形成することを可能にする装置である。通常の電気リレーは電磁効果に基づいている。通常のリレーでは、ＯＮ（即ち閉路）状態は電磁吸引力が２つの磁石の極間に存在し、この吸引力が電極を接触させて電気接続を形成させるように、電流を電磁石に供給することにより得られる。通常、このＯＮ状態は電磁石への電流が除去されるまで維持され、磁石の極はその後、それらの吸引力を失い、通常磁石を離れさせるバイアススプリングにより互いに離され、したがって電極間の接続が開かれる。このような通常のリレーは多年間非常によく知られており、非常に有効である。しかしながら、それらは通常、ＯＮ状態を維持するために電流が連続的に電磁石に与えられなければならず、その結果、比較的電力消費が高くなる。この問題を克服するために、多くの双安定リレーの設計が提案されている。

米国特許第4703293 号明細書および米国特許第4975666 号明細書は“分極リレー”として知られる例を示しており、米国特許第5867081 号明細書には電磁石への電流がオフに切換えられるときでさえも吸引力を維持する永久磁石を使用する“双安定リレー”の１例が示されている。しかしながら、これらの設計では、ＯＮ状態は永久磁石により維持されるので、所望なときにＯＮ（閉口）からＯＦＦ（開路）への確実な切換えを行うことが困難である。さらに、リレーが永久磁石だけによってＯＮ状態で維持されているならば、リレーが偶然に接続を開くことのできる機械的打撃力を受けるならば、ＯＮ状態がどのようにして再度設定されることができるかについては明白ではない。この後者の問題、即ちＯＮ状態が偶然的な開路後に再設定される能力は実際の設計では重要な考慮事項である。

米国特許第4271450 号明細書および米国特許第4774623 号明細書には双安定電子制御回路を使用するリレーの例が記載されているが、これらの設計は実際のリレー設計で実行することは困難である。

前述の理由で、双安定リレーは多くの理論的利点を有するが、これらはこれまでのところ広く普及した実用応用を実現していない。
本発明の目的は、リレーの動作後の消費電力が少なく、しかも、偶発的な力によりコンタクトが開路された場合に自動的に再閉路可能な電磁リレーを提供することである。

本発明にしたがって電磁リレーが提供され、その電磁リレーは静止している第１の部材と、第１の部材の方向に接近しまたそこから離れる方向に移動するように構成された第２の部材とを具備し、第２の部材が第１の部材の方向へ移動するとき電気コンタクトが閉じられ、さらに、通常状態において前記部材を離れるようにバイアスしているスプリング手段と、前記部材間に吸引力を発生する永久磁石手段と、選択的に動作可能な電磁力発生手段とを具備しており、永久磁石手段は、第１および第２の部材が離れているとき永久磁石手段の吸引力がスプリング手段の力に抗するのには不十分であり、前記部材が共に結合しているときには、スプリング手段に対して部材を結合して保持することができる吸引力を有し、電磁力発生手段は、スプリング手段の力に抗して前記部材を共に結合するために永久磁石手段と共ににより十分な吸引力を前記部材間に提供する第１の状態と、前記永久磁石手段の力に抗して前記部材を離すために前記スプリング手段と共に十分な反撥力を部材間に供給する第２の状態とで動作されることができる。

好ましくは、スイッチ手段が設けられ、それによって電磁力発生手段は、部材が共に結合されるときオフに切換えられる。スイッチ手段は第１および第２の部材の偶然的な変位のときに電磁力を発生する手段をオンに切換えるように構成されることができる。
永久磁石手段は好ましくは前記可動の第２の部材に設けられ、一方、電磁力発生手段は固定された第１の部材に設けられる。

第１および第２の部材は１対のＵ型の磁気ヨークを構成し、前記ヨークのアームは相互に対面し、永久磁石手段は好ましくは前記ヨークの１つのアームの端部に設けられ、電磁力発生手段は１つのヨークの周囲に巻かれるコイルと、電流をコイルに供給する手段とを具備していることが好ましい。吸引力と反撥力とを発生するためにコイルに対して反対方向に電流を選択的に供給する手段が設けられることができる。

電気制御回路は電流をコイルに供給するために提供されることができる。この制御回路はリレーをオンとオフに切換えるスイッチ手段を含むことができ、リレーがオンに切換えられたとき、回路は吸引力の電磁力を発生し、同時にキャパシタが充電されるように第１の方向で電流をコイルに供給し、前記リレーがオフに切換えられたとき、キャパシタは反撥力の電磁力を発生するため反対方向で電流をコイルに供給する。

本発明の１実施形態を添付図面を参照にして例示により説明する。
図１は、本発明の１実施形態にしたがった双安定リレーを示している。リレーはＵ型のヨーク３、７の端部が互いに対面するように配置されている２つのフラックス導通性のＵ型ヨーク３、７を備えている。この実施形態では、上部ヨーク３は可動であり、一方、下部ヨーク７は静止しており、ベース８に固定されている。用語“上部”と“下部”は図面を参照するときの単なる便宜性のために使用され、限定用語として解釈されるべきではないことが理解されよう。Ｕ型の可動ヨーク３の２つの端部には永久磁石１、２が設けられ、一方コイル６が固定された下部ヨーク７のアーム周辺に巻かれている。スプリング４がヨーク３、７間に設けられ、これは通常、２つのヨーク３、７を相互に離すように作用する。

固定された下部ヨーク７の２つのアームの間には、アルミニウムのような非磁性材料から形成されるＵ型のセルの形状の保持装置９が設けられている。この保持装置９内には、マイクロスイッチ11が設けられ、これは可動の上部ヨーク３のアーム間から下方向に突出しているスイッチ動作部材５との結合により動作される。スイッチ動作部材５は以下さらに説明する方法でマイクロスイッチ11を動作させる。

スイッチ動作部材５と反対側の可動の上部ヨーク３には、コンタクト支持バー14が設けられており、その両側の端部に電気コンタクト12a、13bが設けられ、それらは相補型のコンタクト12b、13bに面しており、それらは電気回路の一部であり、その動作はリレーにより制御される。

本発明のこの実施形態にしたがったリレーの基本的な動作原理を説明する。

図１は電気コンタクト12a、12bと、13a、13bが開いているＯＦＦ（即ち開路）状態のリレーを示している。この状態では、ヨーク３に設けられた永久磁石１、２によりヨーク３、７間に吸引力が存在するが、永久磁石は吸引力がヨークを離れた状態にするスプリング４の力を克服するのに不十分であるように選択されている。リレーをＯＮ（即ち閉）状態に切換えるために、電流はヨーク３、７間に電磁気の吸引力を発生するようにコイル６に与えられる。この電磁気の吸引力は永久磁石１、２により発生される吸引力と共に、スプリング４を克服するのに十分であり、ヨーク３、７は接触し、コンタクト12a、12bと、13a、13bとが閉じることを可能にする。

ヨーク３、７が共に接続されるとき、切換え動作部材５はマイクロスイッチ11と接触し、これはコイル６への電流の供給をオフに切換える。この位置で、ヨーク３、７は接触するので、永久磁石１、２により発生される吸引力の電磁力はスプリング４の反撥力を克服するのに十分であり、吸引力の電磁力はコイル６への電流をオフに切換えることにより除去されるが、この状態では、永久磁石はそれ自体でスプリング４の力を克服するのに十分であり、したがってリレーは電流がコイル６に供給されなくてもＯＮ状態に維持することができる。電流の一定の供給を必要とする通常のリレーと比較して、本発明のこの実施形態はそれ故、電力消費は十分に低い。例えば偶然的な機械的打撃力の結果のような、幾つかの理由でヨーク３、７が離れる動作をされるならば、スプリング４が永久磁石１、２からの吸引力を克服し、同時にスイッチ動作部材５がマイクロスイッチ11から離され、電流が再度コイル６へ与えられ、それによってヨーク３、７が再度接触する。したがって、リレーは偶然的なコンタクトの開路に対して保護される。

コンタクト12a、12bと、13a、13bが相互の接触からはずれて動作されるようにＯＮからＯＦＦ位置へ再度リレーを移動することが所望されるとき、電流は反撥電磁力を発生するために反対方向でコイル６へ与えられることができる。この反撥力はバイアススプリング４からのスプリング力と共に、永久磁石の吸引力を克服し、ヨーク３、７を離す。

リレーはＡＣおよびＤＣ電源の両者と使用されることができる。図２は、ＡＣ動作の場合、図３はＤＣ動作の場合の制御回路の動作を示している。

図２の回路では、ＡＣ電源はスイッチＳＷと、ＡＣ電力をＤＣ電力へ変換するダイオードＤを介して制御回路に接続されている。スイッチＳＷがＯＮのとき、マイクロリレーＲ１−ａｃはそのコネクタＮＰ１とＮＰ２が接続１−３が行われる位置（図２で点線により示されている）へ移動するように付勢される。この位置によりキャパシタＣが充電されることが可能になり、ＤＣ電流は図２の破線により示されている方向ａで回路を通して流れ、特に図２のＲＬにより示されているリレーのコイル６を通って流れる。可動の上部ヨーク３が固定した下部ヨーク７と接触するように下方へ移動し、マイクロスイッチ11が動作されるとき、図２に示されているマイクロスイッチ11は電流の流れを中断するために開かれる。

例えばリレーに対する機械的打撃力の結果として、リレーが偶然開かれた場合、ヨークが離れるように移動すると、マイクロスイッチ11はもう一度閉じ、方向ａで矢印により示されているように電流が回路を流れることを可能にし、これはヨーク３、７をＯＮ位置へ戻すための吸引力の電磁力を発生する。

スイッチＳＷがオフに切換えられるとき、マイクロリレーＲ１−ａｃはオフに切換えられ、コネクタＮＰ１とＮＰ２は図２に示されている接続１−２を行う位置へ切換えられる。この位置で、キャパシタＣはａに対して反対方向の破線ｂにより示されている電流方向でリレーＲＬのコイル６を通って放電する。これにより前述したようにヨークを離す動作を行う反撥力の電磁力が発生する。

図３はＤＣ供給が使用されるときの等価回路を示しており、唯一の違いは整流ダイオードＤが必要とされないことである。

したがって、少なくともその好ましい形態では、本発明は従来技術よりも優れた複数の利点を有する双安定電磁リレーを提供することが認められる。特に、一度リレーが閉じられると、コイルに電流を供給し続ける必要はなく、リレーが偶然開かれても、電流はリレーが閉じた状態であることを確実にするために再度供給される。リレーを開くことが所望されるときには、コイルの電流の方向は簡単に反対にされることができる。

本発明の１実施形態にしたがったリレーの斜視図。 ＡＣ電源を使用する本発明の１実施形態にしたがったリレーの回路図。 ＤＣ電源を使用する本発明の１実施形態にしたがったリレーの回路図。

Claims (13)

1. 静止している第１の部材と、この第１の部材に接近して結合し、またそこから離れるように移動するように構成された第２の部材と、第２の部材が第１の部材の方向へ移動するときに閉路される電気コンタクトと、通常の状態において前記第１および第２の部材を離すようにバイアスするスプリング手段と、前記第１および第２の部材間に吸引力を発生する永久磁石手段と、選択的に動作可能な電磁力発生手段とを具備しており、
   前記永久磁石手段は、第１および第２の部材が離れているときには永久磁石手段の吸引力はスプリング手段の力に抗するには不十分であるが、前記第１および第２の部材が共に結合されているときにはスプリング手段に対して第１および第２の部材を共に保持することができる強度の吸引力を有しており、
   前記電磁力発生手段は、前記スプリング手段の力に抗して前記第１および第２の部材を共に結合させるために前記永久磁石手段と共に十分な吸引力を前記第１および第２の部材間に供給する第１の状態と、前記永久磁石手段の力に抗して前記第１および第２の部材を離すために前記スプリング手段と共に十分な反撥力を第１および第２の部材間に供給する第２の状態とで動作されることができるように構成されている電磁リレー。
2. スイッチ手段が設けられ、それによって前記電磁力発生手段は、前記部材が共に結合されるときオフに切換えられる請求項１記載の電磁リレー。
3. 前記スイッチ手段は前記第１および第２の部材が偶然的に離れるときに前記電磁力発生手段をオンに切換えるように構成されている請求項２記載の電磁リレー。
4. 前記永久磁石手段は前記可動の第２の部材に設けられている請求項１記載の電磁リレー。
5. 前記電磁力発生手段は前記静止している第１の部材に設けられている請求項１記載の電磁リレー。
6. 前記第１および第２の部材は１対のＵ型の磁気ヨークを構成し、前記ヨークのアームは相互に対面している請求項１記載の電磁リレー。
7. 前記永久磁石手段は前記ヨークの１つのアームの端部に設けられている請求項６記載の電磁リレー。
8. 前記電磁力発生手段は前記１つのヨークの周囲に巻かれるコイルと、電流を前記コイルに供給する手段とを具備している請求項６記載の電磁リレー。
9. 前記吸引力と反撥力とを発生するために前記コイルに対して反対方向に電流を選択的に供給する手段が設けられている請求項８記載の電磁リレー。
10. 電流を前記コイルに供給する電気制御回路を含んでいる請求項９記載の電磁リレー。
11. 前記制御回路は前記電磁リレーをオンおよびオフに切換えるスイッチ手段を含み、前記電磁リレーがオンに切換えられたとき、前記回路は吸引力の電磁力を発生し、同時にキャパシタが充電されるように第１の方向に電流を前記コイルに供給し、前記電磁リレーがオフに切換えられたとき、前記キャパシタは反撥力の電磁力を発生するために反対方向に電流を前記コイルに供給する請求項１０記載の電磁リレー。
12. 前記第１および第２の部材が共に接続されるとき、マイクロスイッチは電流を前記コイルへ供給して前記回路を開路するように動作される請求項１１記載の電磁リレー。
13. 前記制御回路はＡＣ電源を受けるように構成され、整流手段を含んでいる請求項１０記載の電磁リレー。

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