JP2009009950A - 電磁継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧遮断用に使用した場合にも接点寿命が短くならないだけでなく、小型化が可能な電磁継電器を提供する。
【解決手段】電磁継電器は、鉄芯に巻回された第１コイルと、該第１コイルへの電力の供給により前記鉄芯に吸引されたときにメイク接点に接触する共通接点を有する接極子と、前記鉄芯の端部において前記メイク接点の方向に延びる延長継鉄に巻回された第２コイルと、を備え、前記第１コイルへの電力が停止されたとき、該第１コイルに発生する逆起電力が前記第２コイルに供給され、該第２コイルが、前記延長継鉄の端部から前記共通接点と前記メイク接点との間に向けて磁束を発生し、該磁束が接点間に発生するアークを移動させ、消滅させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電磁継電器に係わり、特に、高電圧を遮断することが可能な小型電磁継電器に関する。

近年、自動車に搭載される部品（例えばサイドミラー、座席）の電動化が進んでおり、電動アクチュエータである電動機あるいはソレノイドへの電力の供給を制御するために、電磁継電器が使用される場合が多いが、車載用電磁継電器は小型であることが要求されることがいうまでもない。

また、電動化部品の増大に対して、従来のように低電圧で電力を供給する場合には、電力伝送用のワイヤーハーネスの線径が大となり、ワイヤーハーネスの重量の増加、高価格化を招くため、現在使用されている端子電圧が１２〜１６Ｖの蓄電池に代えて、４０〜６０Ｖの端子電圧を有する蓄電池を使用することが検討されている。

従って、電動アクチュエータへの電力の供給を制御するために、現在は、低電圧を遮断することの可能な電磁継電器が使用されているが、今後は、高電圧を遮断することの可能な電磁継電器を使用することが要求される。

実願昭４９−６６０号（実開昭５０−９５５５９号）のマイクロフィルム 特開平８−１９５１５３号公報

しかしながら、低電圧遮断用電磁継電器で高電圧を遮断した場合には、遮断時のアーク継続時間が長くなって、接点の溶着、スティッキングが発生し易くなるため、電磁継電器接点の寿命が短くなる。電磁継電器接点の寿命を長くするために、接点間隔を広げる方法が公知である。しかし、接点間隔を広げた場合には、単に接点を大型化する必要があるだけでなく、接点操作用の磁力を増加するために電磁コイルをも大型化することが必要であるため、電磁継電器全体が大型となることは避けることができない。

本発明は、上記課題に鑑み成されたものであって、高電圧遮断用に使用した場合にも、接点寿命が短くならないだけでなく、小型化が可能な電磁継電器を提供することを目的とする。

本発明に係る電磁継電器は、鉄芯に巻回された第１コイルと、該第１コイルへの電力の供給により前記鉄芯に吸引されたときにメイク接点に接触する共通接点を有する接極子と、前記鉄芯の端部において前記メイク接点の方向に延びる延長継鉄に巻回された第２コイルと、を備え、前記第１コイルへの電力が停止されたとき、該第１コイルに発生する逆起電力が前記第２コイルに供給され、該第２コイルが、前記延長継鉄の端部から前記共通接点と前記メイク接点との間に向けて磁束を発生することとした。

さらに、励磁電源が、前記第１コイルの巻き始め端と巻き終わり端との間にスイッチング素子を介して接続され、前記第２コイルの巻き始め端が、前記第１コイルの巻き始め端に接続され、該第２コイルの巻き終わり端が、逆流防止ダイオードを介して該第１コイルの巻き終わり端に接続され、前記スイッチング素子がオンからオフにされて、前記励磁電源から前記第１コイルへの電力の供給が停止されたとき、前記第２コイルが、前記磁束を発生することとした。

また、本発明の電磁継電器では、前記鉄芯に巻回された第３コイルを有し、該第３コイルは、前記第１コイルへの電力が停止されたとき、該第１コイルに発生する逆起電力による励磁電流を発生し、前記第２コイルが、前記励磁電流の供給により前記磁束を発生することとした。

さらに、励磁電源が、前記第１コイルの巻き始め端と巻き終わり端との間にスイッチング素子を介して接続され、前記第２コイルの巻き終わり端と前記第３コイルの巻き終わり端が前記第１コイルの巻き始め端に接続され、該第２コイルの巻き始め端と前記第３コイルの巻き始め端とが接続されることとした。

本発明に係る電磁継電器によれば、回路を遮断するときに発生する逆起電力により生成される磁界とアーク中を流れる電流によって、アークは共通接点とメイク接点の間から移動させられ、接点間に発生するアークを消すことができ、共通接点とメイク接点とが開離する際に共通接点とメイク接点の間におけるアークの発生による接点の磨耗が減少し、電磁継電器の寿命を延長することが可能となるだけでなく、接点間隔を小さくすることもできるため、電磁継電器を小型化することも可能となる。

本分割出願の元となった出願では、直列接続された２つ以上の開閉回路を使用して回路を遮断することによって、遮断時に発生するアーク継続時間を短縮して接点寿命を確保した電磁継電器が提案された。つまり、この電磁継電器では、接極子を吸引するためのコイルへの電力の供給が停止されたとき、負荷が短絡されるように、開閉回路の接続を工夫した。これに対して、本出願の電磁継電器では、接点近傍に磁石を配置し磁力によりアークを消す磁気アーク消弧を採用することにより、接点寿命を延ばすことも可能であることを利用した。

図１は、磁石を配置した場合における磁気アーク消弧型電磁継電器の原理図であって、Ｕ字型の継鉄９１の一方の腕には主コイル９２が巻回される。
継鉄９１の他方の腕の上部には可動バネ９３が取り付けられるが、可動バネ９３はほぼ直角に折り曲げられて継鉄９１の一方の腕を越えて延びるが、この部分には一端が継鉄９１の一方の腕に接する接極子９４が取り付けられる。なお、接極子９４は、継鉄９１の一方の腕を覆う大きさを有し、主コイル９２を励磁したときにＵ字型の継鉄９１の開口部を短絡し閉磁路を構成する機能を有する。

可動バネ９３の延長端には共通接点Ｃが形成され、共通接点Ｃの上方対向位置にはブレーク接点Ｂが、下方対向位置にはメイク接点Ｍが配置される。さらに、共通接点Ｃとメイク接点Ｍの近傍には、共通接点Ｃとメイク接点Ｍの間の空隙に磁界が形成されるように磁石９５が配置される。

即ち、主コイル９２が励磁されると共通接点Ｃとメイク接点Ｍとが接触し、主コイル９２が無励磁とされると共通接点Ｃとメイク接点Ｍとが開離するが、共通接点Ｃとメイク接点Ｍを開離して回路を遮断する際に共通接点Ｃとメイク接点Ｍとの間にアークが発生する。アーク中を流れる電流と共通接点Ｃとメイク接点Ｍの間の空隙に存在する磁界の双方に直角方向にアークにフレミングの左手の法則に基づく力が作用し、アークは接点の外部に押し出されるため、アークによる接点の磨耗が抑制される。

磁気アーク消弧型電磁継電器では磁石として永久磁石を使用することも可能であるが、永久磁石は高価であり、かつ、アーク消弧のためには回路遮断時に磁界が存在すれば充分であることに鑑み、本発明においては主コイル９２を無励磁とする際に発生する逆起電力を使用してアーク消弧用の磁界を発生させる。
図２は、上述の原理を採用した本発明の実施形態であり、本実施形態による電磁継電器の概略構造図を示している。

本実施形態では、図１の原理図に対してＵ字型の継鉄７１の一方の腕の上部にメイク接点Ｍの方向に向かって延びる延長継鉄４１と、この延長継鉄４１に巻回された消弧コイル４２が追加される。主コイル９２は励磁電源４３およびスイッチング素子４４の直列接続に接続される。この消弧コイル４２が、原理図で示された磁石９５の役割を担う。

また、消弧コイル４２は、スイッチング素子４４をオン状態として主コイル９２の励磁を開始したときに、消弧コイル４２に励磁電流が流れることを防止する逆流防止用ダイオード４５を介して、主コイル７２に並列接続される。

即ち、図２に示す実施形態においては、主コイル９２の巻き始め端９２１と消弧コイル４２の巻き始め端とは共通であり、主コイル９２の巻き終わり端９２２と消弧コイル４２の巻き終わり端４２２の間には、主コイル９２の巻き終わり端９２２にカソードが、消弧コイル４２の巻き終わり端４２２にアノードが接続される逆流防止用ダイオード４５が接続される。また、主コイル９２の巻き始め端９２１は励磁電源４３の正極に、巻き終わり端９２２はスイッチング素子４４を介して励磁電源４３の負極に接続される。

図３はスイッチング素子４４をオフとしたときの磁束の発生状況の説明図（その１）、図４はメイク接点の状態、閉磁路に発生する磁束Φ₁ 、延長継鉄４１に発生する磁束Φ₂ 、および励磁電流の時間的変化を示すグラフ（その１）である。

本実施例において、スイッチング素子４４をオンとすると、主コイル９２には励磁電流Ｉ_E が流れるが、励磁電流は逆流防止用ダイオード４５に阻止されるため消弧コイル４２には流れ込まない。従って、主コイル９２が励磁されると、Ｕ字型の継鉄９１の開口部が接極子９４で覆われて形成された閉磁路内を磁束Φ₁が発生するが、延長継鉄４１中には磁束は発生しない。

スイッチング素子４４をオフとすると、主コイル９２によりＵ字型の継鉄９１と接極子９４で構成される閉磁路内の磁束Φ₁ は消滅するが、この際閉磁路内に逆起電力が発生し主コイルに励磁時とは逆向きの電流Ｉ_R が流れる。この逆向きの電流は逆流防止用ダイオード４５を順方向に流れて、消弧コイル４２中を流れる。従って、延長継鉄４１内および共通接点Ｃとメイク接点Ｍの間の空隙に磁束Φ₂ が発生して磁界が形成され、この磁界と共通接点Ｃとメイク接点Ｍの間に発生するアーク中を流れる電流との相互作用による力Ｆ₁ がアークに加わりアークが消弧される。

図５は、本発明の他の実施形態による電磁継電器の概略構造図であって、図１および図２と同一の要素には同一の参照番号を使用する。
本発明の他の実施形態では、図１に示す原理図に対して、Ｕ字型の継鉄９１の一方の腕の上部にメイク接点Ｍの方向に向かって延びる延長継鉄４１と、この延長継鉄４１に巻回された消弧コイル４２の外に、Ｕ字型の継鉄９１の一方の腕に巻回される副コイル５１が追加される。そのため、図２および図３に示された本発明の実施形態による電磁継電器に用いられた逆流防止用ダイオード４５は不要となる。

主コイル９２の巻き始め端９２１と副コイル５１および消弧コイル４２の巻き終わり端とは共通に接続され、副コイル５１および消弧コイル４２の巻き始め端も共通に接続される。
そして、励磁電源４３とスイッチング素子４４の直列接続で構成される励磁回路が主コイル９２の巻き始め端９２１と巻き終わり端９２２との間に接続される。

図６はスイッチング素子４４をオフとしたときの磁束の発生状況の説明図（その２）、図７はメイク接点の状態、閉磁路に発生する磁束Φ₁ 、副コイルを流れる電流、延長継鉄４１に発生する磁束Φ₂ 、および励磁電流の時間的変化を示すグラフである。

スイッチング素子４４をオンとすると、Ｕ字型の継鉄７１内に磁束Φ₁ が発生しメイク接点が閉となる。磁束Φ₁ が発生するとき副コイル５１に電流Ｉ_E が発生し、延長継鉄４１に磁束Φ₂ が発生するが、これは特段の作用を奏するものではない。

スイッチング素子４４をオフとすると、Ｕ字型の継鉄７１内の磁束Φ₁ は消滅するが、このときに発生する逆起電力により副コイル５１および消弧コイル５２に逆起電力電流Ｉ_R が流れる。すると、延長継鉄４１内および共通接点Ｃとメイク接点Ｍの間の空隙に磁束が発生して磁界Φ₂ が形成され、この磁界と共通接点Ｃとメイク接点Ｍの間に発生するアーク中を流れる電流との相互作用による力がアークに加わりアークが消弧される。

本発明による磁気アーク消弧型電磁継電器の原理図である。 本発明の実施形態による電磁継電器の概略構成図である。 磁束の発生状況の説明図（その１）である。 メイク接点等の時間的変化を示すグラフ（その１）である。 本発明の他の実施形態による電磁継電器の概略構造図である。 磁束の発生状況の説明図（その２）である。 メイク接点等の時間的変化を示すグラフ（その２）である。

符号の説明

Ｃ 共通接点
Ｍ メイク接点
Ｂ ブレーク接点
４１ 延長継鉄
４２ 消弧コイル
４３ 励磁電源
４４ スイッチング素子
４５ 逆流防止用ダイオード
５１ 副コイル
９１ 継鉄
９２ 主コイル
９２１ 巻き始め端
９２２ 巻き終わり端
９３ 可動バネ
９４ 接極子
９５ 磁石
１０８、１０９ ブレーク接点支持部材
１１０、１１１ ブレーク端子
１１２、１１３ メイク接点支持部材
１１４、１１５ メイク端子
４０３、４０４ 共通端子
４０５ 共通メイク基板
６０１、６０２、６０４ 絶縁材
６０３ 共通ブレーク基板

Claims (4)

1. 鉄芯に巻回された第１コイルと、
   前記第１コイルへの電力の供給により前記鉄芯に吸引されたときにメイク接点に接触する共通接点を有する接極子と、
   前記鉄芯の端部において前記メイク接点の方向に延びる延長継鉄に巻回された第２コイルと、を備え、
   前記第１コイルへの電力が停止されたとき、該第１コイルに発生する逆起電力が前記第２コイルに供給され、該第２コイルが、前記延長継鉄の端部から前記共通接点と前記メイク接点との間に向けて磁束を発生することを特徴とする電磁継電器。
2. 励磁電源が、前記第１コイルの巻き始め端と巻き終わり端との間にスイッチング素子を介して接続され、
   前記第２コイルの巻き始め端が、前記第１コイルの巻き始め端に接続され、該第２コイルの巻き終わり端が、逆流防止ダイオードを介して該第１コイルの巻き終わり端に接続され、
   前記スイッチング素子がオンからオフにされて、前記励磁電源から前記第１コイルへの電力の供給が停止されたとき、前記第２コイルが、前記磁束を発生することを特徴とする請求項１に記載の電磁継電器。
3. 前記鉄芯に巻回された第３コイルを有し、
   前記第３コイルは、前記第１コイルへの電力が停止されたとき、該第１コイルに発生する逆起電力による励磁電流を発生し、
   前記第２コイルが、前記励磁電流の供給により前記磁束を発生することを特徴とする請求項１に記載の電磁継電器。
4. 励磁電源が、前記第１コイルの巻き始め端と巻き終わり端との間にスイッチング素子を介して接続され、
   前記第２コイルの巻き終わり端と前記第３コイルの巻き終わり端が前記第１コイルの巻き始め端に接続され、該第２コイルの巻き始め端と前記第３コイルの巻き始め端とが接続されることを特徴とする請求項３に記載の電磁継電器。

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