JP2010102932A - 双安定リレー - Google Patents

Abstract

【課題】制御電流を小さくできるとともに小型化が図れる双安定リレーを提供する。
【解決手段】双安定リレー１０は、１本の棒状の鉄心１１と、回転軸１４ａを中心に一緒に回転可能なように設けられた永久磁石１２ａおよび可動接点１２ｂを備えた可動部１２と、鉄心１１の末端部に巻回された、かつ、双安定リレー１０の状態を切り替えるための制御電流が印加されるコイル１３とを具備する。双安定リレー１０では、制御電流の印加時に磁化される向きに応じて発生する永久磁石１２ａのＮ極側およびＳ極側に対する鉄心１１の先端部の吸引力および反発力を利用して回転軸１４ａを中心に永久磁石１２ａを時計回りまたは反時計回りに回転させて、永久磁石１２ａのＮ極側またはＳ極側を鉄心１１の先端面に吸着させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、双安定リレーに関し、特に、小さな制御電流で接点切替をするのに好適な双安定リレーに関する。

一般に、双安定リレー１００（ラッチングリレーまたはキープリレー）は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、半硬質磁性材料からなる鉄心１０１と、半硬質磁性材料からなるヨーク（継鉄）１０２と、半硬質磁性材料からなる鉄片１０３と、鉄心１０１に巻回された第１および第２のコイル１０４₁，１０４₂と、一端が鉄片１０３に取り付けられた復帰バネ１０５と、鉄片１０３に取り付けられた可動接点１０６とを具備する。

図４（ａ）に矢印で示すように第１のコイル１０４₁に制御電流を流すと、鉄心１０１を構成する半硬質磁性材料が磁化されて、鉄片１０３が鉄心１０１に吸引される。鉄片１０３が鉄心１０１に吸着すると、可動接点１０６が第１の固定接点１１１₁（ａ接点）に接触して、双安定リレー１００は動作状態（セット）になる。
この状態で第１のコイル１０４₁に制御電流を流すことを止めても、鉄心１０１、ヨーク１０２および鉄片１０３を構成する半硬質磁性材料の残留磁束によって鉄片１０３は鉄心１０１に吸着したままであるため、双安定リレー１００は動作状態のままとなる。

双安定リレー１００が動作状態であるときに図４（ｂ）に矢印で示すように第２のコイル１０４₂に制御電流を流すと、鉄心１０１を構成する半硬質磁性材料が逆向きに磁化されて、鉄片１０３と鉄心１０１との間の吸引力が小さくなるため、復帰バネ１０５の作用によって鉄片１０３が復帰する。これにより、可動接点１０６が第２の固定接点１１１₂（ｂ接点）に接触して、双安定リレー１００は復帰状態（リセット）になる。

鉄片１０３が復帰すると、鉄心１０１、ヨーク１０２および鉄片１０３を構成する半硬質磁性材料の残留磁束がほぼ“０”になり、双安定リレー１００は休止状態になる。
その後、第２のコイル１０４₂に制御電流を流すことを止めても、鉄片１０３は復帰バネ１０５の作用によって復帰したままとなり、双安定リレー１００は休止状態を維持する。

なお、下記の特許文献１には、簡単な磁気回路で安定な動作を実現するために、継鉄をＵ字状に形成し、一方の脚部はコイルボビン内を挿通するようにし、他方の脚部には孔を穿設して永久磁石を嵌め込み、また、アマチュアが、くの字状に形成され、屈曲部が継鉄の他方の脚部の先端で揺動自在に支持され、一方の辺が継鉄の両脚部の先端間に臨み、他方の辺が継鉄の他方の脚部の先端から永久磁石を超えて延びるようにすることにより、バネなどの部品を用いることなく永久磁石、継鉄およびアマチュアの３つの部品で構成したラッチングリレーが開示されている。

また、下記の特許文献２には、鉄−クロム−コバルト合金からなる長方形状磁性板を永久磁石化するときの着磁量を安定化させて電磁継電器としての特性および生産性の向上を図るために、コイルが巻成されたＵ字形鉄心の端辺間に両端がＳ極にまた中間がＮ極に着磁された永久磁石が固定された電磁石完成体を駆動源とするシーソー形有極継電器の製造方法が開示されている。
特開２００６−４０６６１号公報 特開平６−７６７１２号公報

しかしながら、上述した双安定リレー１００では、復帰バネ１０５の力よりも大きな吸引力で鉄片１０３を鉄心１０１に吸着させる必要があることや、第１のコイル１０４₁に流す制御電流を小さくすると接触抵抗が大きくなり双安定リレー１００を用いた信号伝送装置の誤動作（不動作）を招いたり接点部分に発生する酸化皮膜を除去することができず双安定リレー１００の不動作を招いたりすることから、第１のコイル１０４₁に流す制御電流を大きくしなければならないという問題があった。また、復帰バネ１０５を用いて双安定リレー１００を休止状態に維持しているため、小型化が困難であるという問題があった。

なお、上記の特許文献１に開示されたラッチングリレーでは、接点部材として可動バネを使用しているため、双安定リレー１００と同様の問題がある。
また、上記の特許文献２に開示されたシーソー形有極継電器では、Ｕ字形鉄心に巻成されるコイルとサイドヨークに巻成されるコイルとが必要であるため、小型化が困難であるという問題がある。

本発明の目的は、制御電流を小さくできるとともに小型化が図れる双安定リレーを提供することにある。

本発明の双安定リレー（１０）は、１本の棒状または１枚の板状の鉄心（１１）と、任意の一点を中心に一緒に回転可能なように設けられた永久磁石（１２ａ）および可動接点（１２ｂ）を備えた可動部（１２）と、前記鉄心の末端部に巻回された、かつ、前記双安定リレーの状態を切り替えるための制御電流が印加されるコイル（１３）とを具備し、前記制御電流の印加時に磁化される向きに応じて発生する前記永久磁石の第１および第２の極側に対する前記鉄心の先端部の吸引力および反発力を利用して前記任意の一点を中心に該永久磁石を時計回りまたは反時計回りに回転させて、該永久磁石の該第１または第２の極側を該鉄心の先端面に吸着させることを特徴とする。
ここで、回転軸（１４ａ）を備えた支持台（１４）をさらに具備し、前記可動部が、該可動部が前記回転軸を中心として回転可能なように末端部が前記支持台に取り付けられた支持部材（１２ｃ）をさらに備え、前記可動接点が前記支持部材の先端部に取り付けられており、前記永久磁石が前記支持部材の前記可動接点と前記回転軸との間に固定されていてもよい。
前記永久磁石が、底面が前記鉄心の先端面と互いに対向するように設けられており、前記可動接点が、前記永久磁石の前記第１の極側の底面が前記鉄心の先端面に吸着した状態では第１の固定接点（２１₁）に当接し、該永久磁石の前記第２の極側の底面が該鉄心の先端面に吸着した状態では第２の固定接点（２１₂）に当接してもよい。
前記鉄心の先端面が凸面とされており、前記永久磁石の底面が凹面とされていてもよい。
前記鉄心の末端部に２個のコイルが巻回されており、前記制御電流を流すコイルを変えることによって前記鉄心が磁化される向きを変えてもよい。

本発明の双安定リレーは、以下に示す効果を奏する。
（１）制御電流のコイルへの印加時に磁化される向きに応じて発生する永久磁石のＮ極側およびＳ極側に対する鉄心の先端部の吸引力および反発力を利用することができるため、鉄心の先端部に発生させる磁界の強度を小さくすることができるので、コイルに流す制御電流を小さくしたり鉄心およびコイルを小型化したりすることができる。
（２）永久磁石の吸引力によって双安定リレーを動作状態および休止状態に維持することができるため、復帰バネなどを用いる必要がなくなるので、双安定リレーを小型化することができる。

上記の目的を、１本の棒状の鉄心と、永久磁石および可動接点を備えた可動部とを具備させて、制御電流のコイルへの印加時に磁化される向きに応じて発生する永久磁石のＮ極およびＳ極側に対する鉄心の先端部の吸引力および反発力を利用して永久磁石のＮ極側またはＳ極側を鉄心の先端面に吸着させることにより実現した。

以下、本発明の双安定リレーの実施例について、図面を参照して説明する。
本発明の一実施例による双安定リレー１０は、図１乃至図３を用いて後で説明するように、制御電流のコイルへの印加時に磁化される向きに応じて発生する永久磁石１２ａの第Ｎ極側およびＳ極側に対する１本の棒状の鉄心１１の先端部の吸引力および反発力を利用して回転軸１４ａを中心に永久磁石１２ａを時計回りまたは反時計回りに回転させて、永久磁石１２ａのＮ極側またはＳ極側を鉄心１１の先端面に吸着させることを特徴とする。
なお、以下の説明では、説明の簡単のために、図１乃至図３の紙面の横方向を左右方向とし、図１の紙面の縦方向を上下方向とする。

双安定リレー１０は、図１に示すように、鉄心１１と、可動部１２と、コイル１３と、支持台１４とを具備する。

ここで、鉄心１１は、半硬質磁性材料からなり、１本の棒状または１枚の板状の形状を有する。
また、鉄心１１は、先端部を上にして、かつ、支持台１４よりも図１の紙面の裏側に設けられている。
さらに、鉄心１１の先端面（上側の端面）は、縦断面形状（鉄心１１の長手方向に沿って切断したときに鉄心１１の長手方向と垂直な方向から見た断面形状。以下同様。）が半円状の凸面とされている。

可動部１２は、永久磁石１２ａと、可動接点１２ｂと、支持部材１２ｃとを備える。

永久磁石１２ａは、その底面が鉄心１１の先端面と互いに対向するように設けられている。
また、永久磁石１２ａは、Ｎ極側およびＳ極側の一方しか鉄心１１の先端面に吸着されないようにその幅（左右方向の長さ）が鉄心１１の幅（左右方向の長さ）よりも長くされており、かつ、その底面の縦断面形状が円弧状の凹面とされている。すなわち、永久磁石１２ａは、縦断面形状がＣ型の板状とされている。
さらに、永久磁石１２ａは、左側がＮ極とされ、右側がＳ極とされている。

可動接点１２ｂは、図１に示すように永久磁石１２ａのＮ極側の底面が鉄心１１の先端面に吸着した状態では第２の固定接点２１₂（ｂ接点）に当接し、図２（ｂ）に示すように永久磁石１２ａのＳ極側の底面が鉄心１１の先端面に吸着した状態では第１の固定接点２１₁（ａ接点）に当接するように、支持部材１２ｃの先端部に取り付けられている。

支持部材１２ｃの末端部は、可動部１２が回転軸１４ａを中心として回転可能なように支持台１４に取り付けられている。また、永久磁石１２ａは、支持部材１２ｃの可動接点１２ｂと回転軸１４ａとの間に固定されている。これにより、永久磁石１２ａと可動接点１２ｂとは、任煮の一点（回転軸１４ａ）を中心に一緒に回転可能とされている。

コイル１３は鉄心１１の末端部（下側の部分）に巻回されており、コイル１３に流す制御電流の方向を変えることにより双安定リレー１０の状態が切り替えられる。

以上のように構成された双安定リレー１０では、図１に示すように永久磁石１２ａのＮ極側の底面が鉄心１１の先端面に吸着した状態で図２（ａ）に矢印で示す方向に制御電流をコイル１３に流すと、鉄心１１の先端部および末端部がＮ極およびＳ極にそれぞれ磁化されて、永久磁石１２ａのＮ極側が鉄心１１の先端部に反発されるとともに永久磁石１２ａのＳ極側が鉄心１１の先端部に吸引されて、可動部１２が回転軸１４ａを中心に半時計回りに回転する。
これにより、図２（ｂ）に示すように、永久磁石１２ａのＳ極側の底面が鉄心１１の先端面に吸着するとともに、可動接点１２ｂが第１の固定接点２１₁に当接して、双安定リレー１０は動作状態（セット）になる。

この状態でコイル１３に制御電流を流すことを止めても、永久磁石１２ａの吸引力によって永久磁石１２ａのＳ極側の底面は鉄心１１の先端面に吸着したままとなるため、双安定リレー１０は動作状態を維持する。

その後、図３（ａ）に矢印で示す方向に制御電流をコイル１３に流すと、鉄心１１の先端部および末端部がＳ極およびＮ極にそれぞれ磁化されて、永久磁石１２ａのＳ極側が鉄心１１の先端部に反発されるとともに永久磁石１２ａのＮ極側が鉄心１１の先端部に吸引されて、可動部１２が回転軸１４ａを中心に時計回りに回転する。
これにより、図３（ｂ）に示すように、永久磁石１２ａのＮ極側の底面が鉄心１１の先端面に吸着するとともに、可動接点１２ｂが第２の固定接点２１₂に当接して、双安定リレー１０は復帰状態（リセット）になる。

この状態でコイル１３に制御電流を流すことを止めても、永久磁石１２ａの吸引力によって永久磁石１２ａのＮ極側の底面は鉄心１１の先端面に吸着したままとなるため、双安定リレー１０は休止状態を維持する。

以上の説明では、１本の棒状の鉄心１１を用いたが、その代わりに１枚の板状の鉄心を用いてもよい。
また、鉄心１１の末端部に１個のコイル（コイル１３）を巻回したが、鉄心１１に２個のコイルを巻回して、制御電流を流すコイルを変えて鉄心１１が磁化される向きを変えることにより双安定リレー１０の状態を切り替えるようにしてもよい。
さらに、鉄心１１の先端面は、縦断面形状が半円状の凸面としたが、たとえば縦断面形状が三角形状の凸面としてもよいし、平面としてもよい。
さらにまた、永久磁石１２ａの底面は、縦断面形状が円弧状の凹面としたが、鉄心１１の先端面にＮ極側およびＳ極側の一方しか吸着されないようにすればよいため、たとえば縦断面形状が三角形状の凸面としてもよい。

本発明の一実施例による双安定リレー１０の構成を示す図である。 図１に示した双安定リレー１０の動作について説明するための図である。 図１に示した双安定リレー１０の動作について説明するための図である。 従来の双安定リレー１００について説明するための図である。

符号の説明

１０，１００ 双安定リレー
１１，１０１ 鉄心
１２ 可動部
１２ａ 永久磁石
１２ｂ，１０６ 可動接点
１２ｃ 支持部材
１３ コイル
１４ 支持台
１４ａ 回転軸
２１₁，２１₂，１１１₁，１１１₂ 第１および第２の固定接点
１０２ ヨーク
１０３ 鉄片
１０４₁，１０４₂ 第１および第２のコイル
１０５ 復帰バネ

Claims (5)

1. 双安定リレー（１０）であって、
   １本の棒状または１枚の板状の鉄心（１１）と、
   任意の一点を中心に一緒に回転可能なように設けられた永久磁石（１２ａ）および可動接点（１２ｂ）を備えた可動部（１２）と、
   前記鉄心の末端部に巻回された、かつ、前記双安定リレーの状態を切り替えるための制御電流が印加されるコイル（１３）とを具備し、
   前記制御電流の印加時に磁化される向きに応じて発生する前記永久磁石の第１および第２の極側に対する前記鉄心の先端部の吸引力および反発力を利用して前記任意の一点を中心に該永久磁石を時計回りまたは反時計回りに回転させて、該永久磁石の該第１または第２の極側を該鉄心の先端面に吸着させる、
   ことを特徴とする、双安定リレー。
2. 回転軸（１４ａ）を備えた支持台（１４）をさらに具備し、
   前記可動部が、該可動部が前記回転軸を中心として回転可能なように末端部が前記支持台に取り付けられた支持部材（１２ｃ）をさらに備え、
   前記可動接点が前記支持部材の先端部に取り付けられており、
   前記永久磁石が前記支持部材の前記可動接点と前記回転軸との間に固定されている、
   ことを特徴とする、請求項１記載の双安定リレー。
3. 前記永久磁石が、底面が前記鉄心の先端面と互いに対向するように設けられており、
   前記可動接点が、前記永久磁石の前記第１の極側の底面が前記鉄心の先端面に吸着した状態では第１の固定接点（２１₁）に当接し、該永久磁石の前記第２の極側の底面が該鉄心の先端面に吸着した状態では第２の固定接点（２１₂）に当接する、
   ことを特徴とする、請求項１または２記載の双安定リレー。
4. 前記鉄心の先端面が凸面とされており、
   前記永久磁石の底面が凹面とされている、
   ことを特徴とする、請求項３記載の双安定リレー。
5. 前記鉄心の末端部に２個のコイルが巻回されており、前記制御電流を流すコイルを変えることによって前記鉄心が磁化される向きを変えることを特徴とする、請求項１乃至４いずれかに記載の双安定リレー。