JP2007095605A - 電磁石装置および電磁リレー - Google Patents

Abstract

【課題】電磁リレーの動作特性の調整が容易であって、接点寿命の長寿命化を図るとともに、低消費電力化に対応できるようにする。
【解決手段】可動ブロック５の永久磁石２３を、動作側の磁極部であるヨーク１６ｂ寄りに配置する一方、復帰側の磁極部であるヨーク１６ａの遊端を延長して可動ブロック５の鉄片２２に対向する磁極面を、動作側のヨーク１６ｂの鉄片２２に対向する磁極面よりも大きくして吸引力特性の幅を広くしている。
【選択図】図３

Description

本発明は、電磁石装置およびそれを用いた電磁リレーに関する。

電磁石装置によって駆動される電磁リレーにおいては、構成部品の寸法や特性のばらつきなどによって、電磁石の吸引力特性とバネ負荷特性との不整合、すなわち、図１５に示す動作吸引力特性Ｌ１と復帰吸引特性Ｌ２との間に、バネ負荷特性Ｌ３が収まらず、いわゆる、２段動作などの特性不良が生じる場合がある。

かかる電磁石の吸引力特性とバネ負荷特性との不整合による特性不良に対して、調整バネを配置してバネ負荷特性を調整するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２８５７８２号公報

近年、省エネルギーの観点から、工場などの生産設備で用いられる電磁リレーの低消費電力化が要求されてきている。

一般に、電磁リレーの低消費電力化を図ろうとすると、コイルへの電流値を減少させる必要があり、その結果として通電時と無通電時の電磁石の吸引力の幅、すなわち、上述の図１５の動作吸引力特性Ｌ１と復帰吸引特性Ｌ２との吸引力特性の幅が狭くなり、上述の調整バネ等による調整が困難となり、歩留まりを低下させるといった難点がある。

また、電磁石の吸引力特性の幅が低下することから、リレーの接点通電時に接点同士の溶着が発生した場合に、溶着した接点を引き離す力、すなわち、上述の図１５に示されるＮＯ接点およびＮＣ接点をそれぞれ引き離す力Ｐ１，Ｐ２が減少し、リレーの接点寿命の低下につながるという問題点がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、電磁リレーの動作特性の調整が容易であって、接点寿命の長寿命化を図るとともに、低消費電力化に対応できるようにすることを目的としている。

（１）本発明の電磁石装置は、コイルが巻回された鉄心を有する電磁石ブロックと、該電磁石ブロックの励磁および消磁によって正逆に回動する可動ブロックとを備え、前記可動ブロックが、前記電磁石ブロックの両磁極部に吸引、離反される鉄片および該鉄片に設けられた永久磁石を有する電磁石装置であって、前記永久磁石を、前記励磁時に前記鉄片が吸引される動作側の磁極部に近接させる一方、前記消磁時に前記鉄片が吸引される復帰側の磁極部の前記鉄片に対向する磁極面を、前記動作側の磁極部の前記鉄片に対向する磁極面よりも大きくしている。

前記磁極部は、ヨークであるのが好ましく、前記鉄片に対向する磁極面は、ヨークの鉄片に対向する対向面であるのが好ましい。

本発明の電磁石装置によると、永久磁石を、動作側の磁極部に近接させる一方、復帰側の磁極部の磁極面を大きくしているので、復帰吸引力特性を低くできる一方、動作吸引力特性を高くすることができ、これによって、吸引力特性の幅を広くすることができる。したがって、電磁リレーの駆動用に用いた場合に、電磁リレーの動作特性の調整が容易となり、また、溶着した接点を引き離す力が大きくなり、接点寿命の長寿命化を図ることができる。

（２）前記永久磁石を、前記動作側の磁極部寄りにずらして配置して該磁極部に近接させてもよい。

なお、永久磁石の形状を非対称な形状として動作側の磁極部に近接させてもよい。

（３）前記復帰側の磁極部を延長して前記対向する磁極面を大きくしてもよい。

なお、復帰側の磁極部を延長することなく、幅方向に大きくして鉄片に対向する磁極面を大きくしてもよい。

（４）本発明の電磁リレーは、コイルが巻回された鉄心を有する電磁石ブロックと、該電磁石ブロックの励磁および消磁によって正逆に回動する可動ブロックと、該可動ブロックに係合されて前記正逆の回動に応じて、直線方向に往復移動するカードと、該カードの移動によって切換え操作される複数の接点機構とを備え、前記可動ブロックが、前記電磁石ブロックの両磁極部に吸引、離反される鉄片および該鉄片に設けられた永久磁石を有する電磁リレーにおいて、前記永久磁石を、前記励磁時に前記鉄片が吸引される動作側の磁極部に近接させる一方、前記消磁時に前記鉄片が吸引される復帰側の磁極部の前記鉄片に対向する磁極面を、前記動作側の磁極部の前記鉄片に対向する磁極面よりも大きくしている。

本発明の電磁リレーによると、永久磁石を動作側の磁極部に近接させる一方、復帰側の磁極部の磁極面を大きくしているので、復帰吸引力特性を低くできる一方、動作吸引力特性を高くすることができ、これによって、吸引力特性の幅を広くすることができ、動作特性の調整が容易となり、低消費電力化に対応できる。また、溶着した接点を引き離す力が大きくなり、接点寿命の長寿命化を図ることができる。

（５）前記永久磁石を、前記動作側の磁極部寄りにずらして配置して該磁極部に近接させてもよい。

（６）前記復帰側の磁極部を延長して前記対向する磁極面を大きくしてもよい。

本発明によれば、永久磁石を動作側の磁極部に近接させる一方、復帰側の磁極部の磁極面を大きくしているので、復帰吸引力特性を低くできる一方、動作吸引力特性を高くすることができ、吸引力特性の幅を広くすることができる。これによって、電磁リレーの動作特性の調整が容易となり、接点寿命の長寿命化を図るとともに、低消費電力化に対応できることになる。

以下、図面によって、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１に、本発明に係る電磁リレーの縦断した側面図が示され、図２に、カバーケースを外した状態の斜視図が示されている。

この電磁リレーは、樹脂成形されたベース１、ベース１に組付けられた多極型の接点機構２、前後方向に直線往復移動可能にベース上部に案内支持された接点切換え用のカード３、ベース１の前端部（図１では左端部）に組付け固定された電磁石ブロック４、ベース１に横向きの支点ｐを中心に回動自在に支持されて電磁石ブロック４に対向配備されたカード駆動用の可動ブロック５、ベース１に上方から外嵌装着されたカバーケース６、等から構成されている。なお、以後の説明において、図１における左右方向を前後方向、紙面表裏方向を左右方向と呼称する。

前記ベース１の左右中央には、仕切り壁１ａが立設されており、この仕切り壁１ａの両側にそれぞれ接点機構２が配備されている。仕切り壁１ａの左右両側に配備された前記接点機構２は、同一の仕様であるので、図１に示されている手前側の接点機構２についてのみ説明する。この例の接点機構２は、２組の常開回路を構成する固定接触片９と可動接触片１０、及び１組の常閉回路を構成する固定接触片９と可動接触片１０からなり、それぞれが上向き片持ち状にベース１に圧入止着されるとともに、各接触片９，１０から延出された端子９ａ，１０ａがベース１の下面から突出されている。

可動ブロック５に連動するカード３は、仕切り壁１ａの上端部において、前後にスライド移動可能に案内支持されており、このカード３の係止部に、接点機構２における各可動接触片１０の上端が係止支持され、カード３の前後往復移動によって各可動接触片１０が前後に変位されて接点切換えが行われるようになっている。このカード３の前端に形成された左右に細長い角形の係合孔２７に、可動ブロック５を構成するブロック本体２１の上端部の係合突起２６が係入され、可動ブロック５の正逆回動によってカード３が前後に往復移動されるようになっている。

なお、このカード３には、ベース１から立設した調整バネ１２の上端が係止されており、この調整バネ１２の弾性力によってカード３に常に電磁石ブロック４の在る方向（前方）への復帰力が付与されている。

前記電磁石ブロック４は、鉄心１３に外嵌した樹脂製のボビン１４にコイル１５を巻回するとともに、鉄心１３の上下両端に両極のヨーク１６ａ，１６ｂをカシメ付け連結して構成されたものであり、各ヨーク１６ａ，１６ｂの屈曲端部に前記可動ブロック５が対向配備される。

コイル１５に接続された一対の端子１７がベース１の下面から突設されており、コイル１５への通電が断たれている非励磁時には、図１に示すように、可動ブロック５は、その上部が前方に復帰回動し、コイル１５へ通電された励磁時には、可動ブロック５の上部が後方に回動して接点切換えを行う。

可動ブロック５は、樹脂成形されたブロック本体２１と、これの前面に嵌入止着される鉄片２２と、鉄片２２の前面に後述のように吸着固定される角ブロック状の永久磁石２３と、鉄片２２の前面上下に取付けられる非磁性金属、例えば、燐青銅からなる遮磁板２４とを備えており、ブロック本体２１に左右から突出された支点軸２５の両端が、ベース１に設けられた左右一対の軸支部に回動自在に挿入支持されるようになっている。遮磁板２４は、カシメピンによってカシメ固定されている。

この実施形態では、電磁リレーの動作特性の調整を容易とし、低消費電力化に対応できるようにするために、可動ブロック５の永久磁石２３を、下側にずらして動作（ＮＯ）側のヨーク１６ｂに近接させて配置する一方、電磁石ブロック４の復帰（ＮＣ）側である上側のヨーク１６ａを、動作（ＮＯ）側である下側のヨーク１６ｂよりも長く延長している。

かかる構成によって、動作吸引力特性と復帰吸引特性との吸引力特性の幅を広くすることができ、電磁リレーの動作特性の調整が容易となる。

以下、この実施形態の電磁リレーの構成および動作特性を、従来例等と比較しながら更に詳細に説明する。

図３は、この実施形態の電磁リレーの電磁石装置を、図４は、永久磁石２３の位置のみをずらした電磁石装置を、図５は、従来例の電磁石装置をそれぞれ示す図であり、対応する部分には、同一の参照符号を付す。これらの図では、電磁石装置を横に倒した状態で示している。

従来例の電磁石装置は、図５に示すように、可動ブロック５の支点ｐを回動中心とする支点軸２５を基準として、コイル１５、ヨーク１６、鉄心１３、永久磁石２３、鉄片２２が、図で左右対称に配置されている。

この図５において、ヨーク１６の外方の端面から支点ｐまでの寸法をｘ、ヨーク１６の外方の端面から永久磁石２３の中心までの寸法をａ、ヨーク１６の外方の端面から永久磁石２３寄りの内方の端面までの寸法をｙとしている。

これに対して、この実施形態の電磁石装置は、図３に示すように、可動ブロック５の支点ｐを回動中心とする支点軸２５を基準として、コイル１５、鉄心１３、鉄片２２は、図で左右対称に配置されているけれども、永久磁石２３が、動作（ＮＯ）側に寸法αずれて配置されているとともに、復帰（ＮＣ）側のヨーク１６ａの遊端が、永久磁石２３側に寸法β延長されている。したがって、復帰（ＮＣ）側のヨーク１６ａと鉄片２２との対向する吸着面積が大きくなっており、また、ヨーク１６ａの遊端が、永久磁石２３に近くなっている。図５の従来例では、左右のヨーク１６，１６は、同一部品であったけれども、この実施形態では、左右のヨーク１６ａ，１６ｂは、別部品となっている。

図４は、本発明の理解を容易にするために、永久磁石２３を、動作（ＮＯ）側に寸法αずらした以外は、図５の従来例と同様の構成を示している。

以下、説明の便宜上、図５の構成を従来例１、図４の構成を従来例２という。

図６〜図８は、図３〜図５の電磁石装置のコイル無通電時、すなわち、復帰位置の磁束の流れをそれぞれ示す図であり、これらの図において、矢符Ａはバネによる復帰力を、矢符Ｔ１〜Ｔ３は可動ブロック５の回転トルクをそれぞれ示している。

各図において、コイル無通電時には、永久磁石２３の磁束によって永久磁石２３⇒鉄片２２⇒ヨーク１６（１６ａ，１６ｂ）⇒鉄芯１３⇒永久磁石２３の経路をたどるような磁束ｂ１，ｂ２の流れが永久磁石２３を中心に電磁石の左右に発生する。

このコイル無通電状態では、磁束ｂ１，ｂ２の大きさのバランスにより、可動ブロック５の回転トルクが決定される。

上述のように、図６〜図８の各可動ブロック５の回転トルク（図の右回りを正方向とする）をＴ１〜Ｔ３、すなわち、実施形態の回転トルクをＴ１、従来例２の回転トルクをＴ２、従来例１の回転トルクをＴ３とすると、
Ｔ２＞Ｔ３
Ｔ１＜Ｔ２
Ｔ１＜Ｔ３（α,βの寸法バランスにより任意でT1＞T3にも設定可能）となる。

図８の従来例１の回転トルクＴ３よりも図７の従来例２の右回りの回転トルクＴ２が大きくなったのは、永久磁石２３が寸法αだけ右側にずれたことが原因である。

すなわち、永久磁石２３が右側にずれることにより、磁束ｂ２のたどる経路よりも磁束ｂ１のたどる経路が長くなり、磁束b1側経路の磁気抵抗が増加することから磁束b1は減少する。逆にｂ２側経路の磁気抵抗は減少するので、磁束ｂ２は増加する。その結果、従来例２の回転トルクＴ２よりも従来例１の回転トルクＴ３のほうが小さい値となる。

図７の従来例２の回転トルクＴ２よりも図６の実施形態の右回りの回転トルクＴ１が小さくなったのは、左側ヨーク１６ａの寸法がβだけ大きくなったことが原因である。

すなわち、図７の従来例２と比較して、左側ヨーク１６ａの寸法がβだけ大きくなったことにより、鉄片２２と左側ヨーク１６ａの吸着面積が増大し、磁束ｂ１側の磁気抵抗が減少する。したがって、従来例２よりも実施形態の磁束ｂ１の大きさが大きくなり、結果的に右回り回転トルクはＴ１＜Ｔ２の関係（実施形態の磁石は左回り回転トルクが大きい）を持つことになる。

図６の実施形態の回転トルクＴ１と図８の従来例１の回転トルクＴ３の大きさの関係は、ヨーク１６ａの寸法βと永久磁石２３のずらし寸法αにより決定されるが、この実施形態では寸法α、βの調整によりＴ１＜Ｔ３と設定している。

以上の各回転トルクＴ１，Ｔ２，Ｔ３の間の関係は、復帰動作中も同様であり、ストロークに対する各回転トルクＴ１，Ｔ２，Ｔ３を示す復帰吸引力特性は、図９に示すようになる。

図１０〜図１２は、図６〜図８に対応する電磁石装置のコイル通電時、すなわち、動作位置の磁束の流れをそれぞれ示す図である。

各図において、コイル通電時には、コイル１５による鉄芯１３の励磁および永久磁石２３の磁束によって鉄芯１３⇒左側ヨーク１６（１６ａ）⇒永久磁石２３⇒鉄片２２⇒右側ヨーク１６（１６ｂ）⇒鉄芯１３の経路をたどるような磁束の流れが電磁石全体を一周するように発生する。

ここで、可動ブロック５の回転トルクを、図６〜図８と同様に、実施形態の回転トルクをT1、従来例２の回転トルクをＴ２、従来例１の回転トルクをＴ３とすると、コイル通電時における各回転トルクＴ１〜Ｔ３の大きさは、次式のような関係を持つ。

Ｔ２＞Ｔ３（ただし磁石の位置寸法αの調整により、任意でＴ２＜Ｔ３としても設定可能）
Ｔ１＞Ｔ２
Ｔ１＞Ｔ３
図１１の従来例２の回転トルクＴ２と図１２の従来例１の回転トルクＴ３の大きさについては、永久磁石２３の寸法αを調整することにより、Ｔ２＞Ｔ３もしくはＴ３＞Ｔ２とすることが可能である。

これはαを大きくする（永久磁石２３を右よりに移動）ほど、図１１の永久磁石２３に向かう磁束ｂ３が強くなり、右回りの回転トルクは増大する方向となるが、左側ヨーク１６と永久磁石２３の空間ギャップが大きくなってしまうため磁束ｂ４が減少し、ｂ３の増加分による右回りの回転トルクの増加量を、左側ヨーク１６と永久磁石２３の空間ギャップが大きくなってしまうため磁束ｂ４が減少し、ｂ３の増加分による右回りの回転トルクの増加量を打ち消す方向に働く。したがって永久磁石２３の寸法αを調整することにより、回転トルクの大きさをある程度の範囲で調整することが可能となる。

ここではＴ２＞Ｔ３とする。

図１０の実施形態の回転トルクＴ１が、図１１の従来例２の回転トルクＴ２よりも大きくなったのは、永久磁石２３の位置が同じであり、かつ左側ヨーク１６ａの端部がより永久磁石２３に近い（＝βが大きいのでヨーク１６ａと永久磁石２３の空間ギャップが小さい）ことから磁束ｂ４が大きくなったことが原因である。

図１０の実施形態の回転トルクＴ１が、図１２の従来例１の回転トルクＴ３よりも大きくなったのは、磁束ｂ３の経路が小さくなり磁気抵抗が減少したことと、左側ヨーク１６ａと永久磁石２３の空間ギャップ（図を参照）が狭くなったことによる磁気抵抗の減少により、磁束ｂ３とｂ４が両方とも増大したことによるものである。

以上の各回転トルクＴ１，Ｔ２，Ｔ３の間の関係は、動作中も同様であり、ストロークに対する各回転トルクＴ１，Ｔ２，Ｔ３を示す動作吸引力特性は、図１３に示すようになる。

図９で示したコイル無通電時の吸引力特性と図１３のコイル通電時の吸引力特性を重ね合わせたものを図１４に示す。

図１４に示すように、永久磁石２３をずらした従来例２は、従来例１の吸引力特性が上方にシフトしており、従来例１，２の吸引力特性の幅ΔＴ３，ΔＴ２は、殆んど変化がないのに対して、この実施形態では、復帰吸引力特性を低くできる一方、動作吸引力特性を高くすることができ、従来例に比べて、吸引力特性の幅ΔＴ１を広くすることができる。

このように永久磁石２３の位置をずらし、かつ復帰側のヨーク１６ａの長さを伸ばして磁極面を大きくすることにより、吸引力特性の幅を大きくすることが可能であるから、リレー生産工程におけるバネ負荷の調整工程の簡便化およびリレーの長寿命化を実現することができる。

本発明に係る電磁リレーの縦断側面図である。 カバーケースを取外した電磁リレーの斜視図である。 本発明に係る電磁石装置の要部の概略構成図である。 従来例の永久磁石をずらした電磁石装置の要部の概略構成図である。 従来例の電磁石装置の要部の概略構成図である。 復帰時の磁束の流れを説明するための図３に対応する図である。 復帰時の磁束の流れを説明するための図４に対応する図である。 復帰時の磁束の流れを説明するための図５に対応する図である。 図６〜図８に対応する復帰吸引力特性を示す図である。 動作時の磁束の流れを説明するための図３に対応する図である。 動作時の磁束の流れを説明するための図４に対応する図である。 動作時の磁束の流れを説明するための図５に対応する図である。 図１０〜図１２に対応する動作吸引力特性を示す図である。 図９および図１３の吸引力特性を示す図である。 従来例の吸引力特性を示す図である。

符号の説明

１ ベース ２ 接点機構
３ カード ４ 電磁石ブロック
５ 可動ブロック １３ 鉄心
１６ａ，１６ｂヨーク ２２ 鉄片
２３ 永久磁石

Claims (6)

1. コイルが巻回された鉄心を有する電磁石ブロックと、該電磁石ブロックの励磁および消磁によって正逆に回動する可動ブロックとを備え、前記可動ブロックが、前記電磁石ブロックの両磁極部に吸引、離反される鉄片および該鉄片に設けられた永久磁石を有する電磁石装置であって、
   前記永久磁石を、前記励磁時に前記鉄片が吸引される動作側の磁極部に近接させる一方、前記消磁時に前記鉄片が吸引される復帰側の磁極部の前記鉄片に対向する磁極面を、前記動作側の磁極部の前記鉄片に対向する磁極面よりも大きくしたことを特徴とする電磁石装置。
2. 前記永久磁石を、前記動作側の磁極部寄りにずらして配置する請求項１に記載の電磁石装置。
3. 前記復帰側の磁極部を延長して前記対向する磁極面を大きくした請求項１または２に記載の電磁石装置。
4. コイルが巻回された鉄心を有する電磁石ブロックと、該電磁石ブロックの励磁および消磁によって正逆に回動する可動ブロックと、該可動ブロックに係合されて前記正逆の回動に応じて、直線方向に往復移動するカードと、該カードの移動によって切換え操作される複数の接点機構とを備え、前記可動ブロックが、前記電磁石ブロックの両磁極部に吸引、離反される鉄片および該鉄片に設けられた永久磁石を有する電磁リレーにおいて、
   前記永久磁石を、前記励磁時に前記鉄片が吸引される動作側の磁極部に近接させる一方、前記消磁時に前記鉄片が吸引される復帰側の磁極部の前記鉄片に対向する磁極面を、前記動作側の磁極部の前記鉄片に対向する磁極面よりも大きくしたことを特徴とする電磁リレー。
5. 前記永久磁石を、前記動作側の磁極部寄りにずらして配置する請求項４に記載の電磁リレー。
6. 前記復帰側の磁極部を延長して前記対向する磁極面を大きくした請求項４または５に記載の電磁リレー。

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