JP2011141975A - 電磁石装置および電磁リレー - Google Patents

Abstract

【課題】電磁石装置の駆動力を大きくするとともに直線駆動距離を大きくすることのできる電磁石装置および開閉接点間の開離距離を大きくすることのできる電磁リレーを提供する。
【解決手段】電磁石により駆動される可動鉄心部の可動鉄心を、永久磁石を内蔵したＵ字形鉄心により構成し、この可動鉄心の平行な鉄心脚の一方が電磁石の平行に配置された２つのヨークの先端部間に挿入され、かつ前記ヨークの一方の先端部が可動鉄心の平行な２本の鉄心脚間に挿入されるように可動鉄心と電磁石のヨークとを互いに入り組んで配置するとともに可動鉄心部の下端を回転可能に支持する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電磁石装置およびこれを用いた電磁リレーに関する。

電磁石装置により駆動される電磁リレーおいては、一般に回転可能に支持された可動鉄心部を電磁石の磁気吸引力および復帰ばねのばね力により回転させ、この回転力により直接又は間接的に接点機構を駆動して可動接点と固定接点からなる開閉接点の開閉が行われる。

そして、特に、安全リレーと称される高規格の電磁レーにおいては、開閉接点の溶着による開閉不良を低減するために、開閉接点に溶着が生じた場合でもこれを剥離して開閉を行うことができるように、駆動力の大きな電磁石装置で駆動するようにしている。

電磁石装置の駆動力を大きくするために、従来から、特許文献１に見られるように電磁石装置の可動鉄心部に永久磁石を使用することが知られている。

このような永久磁石を使用した電磁石装置を備えた従来の電磁リレーの構成を図１０に示す。この電磁リレーは、電磁石装置５０と、これによって駆動される開閉接点機構６０とを備える。

電磁石装置５０は、鉄心５１、この鉄心５１に巻装された電磁コイル５２、鉄心５１の上下両端に結合されたヨーク５３、５４および永久磁石５５の組み込まれた可動鉄心部５６により構成されている。可動鉄心部５６は、上下両端部がそれぞれ上下のヨーク５３、５４と対向され、中心部に設けられた回転軸５７により回転可能に支持されている。

開閉接点機構６０は、それぞれ先端に接点６１ａ、６１ｂを備えたばね材で構成された固定接触子片６２ａ、６２ｂと、これと対向してそれぞれ先端に接点６３ａ、６３ｂの固着された可動接触子片６４ａ、６４ｂによりそれぞれ常開開閉接点および常閉開閉接点を構成する。固定接触子片６２ａ、６２ｂおよび可動接触子片６４ａ、６４ｂは基端側が絶縁ベース６７に埋め込まれそれぞれ外部引き出し端子Ｒ接続されて外部へ引き出される。

電磁石装置５０の駆動力を開閉接点機構６０へ伝達するために、開閉接点機構６０の上部に直線的にスライド可能にしたスライド板６９が設けられている。このスライド板６９の左端の連係孔６９ｃに電磁石装置５０の可動鉄心部５６の上端に設けた操作突起５６ａの先端を挿入係合することにより、可動鉄心部５６をスライド板６９に連係する。スライド板６９には、その他に連係孔６９ａ、６９ｂが設けられ、これらの連係孔６９ａ、６９ｂにそれぞれ可動接触片６２ａ、６２ｂの先端が挿入係合される。スライド板６９の中間付近に復帰用突起６９ｄが設けられており、この突起６９ｄに復帰ばね６８の先端が係合される。復帰ばね６８は、スライド板６９を電磁石側（図の右方向）へ付勢する。

このように構成された電磁リレーにおいて、電磁コイル５２への励磁電流の供給を遮断して電磁石装置５０を非励磁の状態にすると、可動鉄心部５６は永久磁石５５による吸引力およびスライド板６９を介して復帰ばね６８の付勢力により、回転軸５７を中心にして右方向（時計方向）へ回転される。これにより図１０に点線で示すように、可動鉄心部５６の上辺が永久磁石５７の磁力により電磁石の上ヨーク５３に吸引され接触して停止する。

これに応じて、スライド板６９が右側へ移動するので、可動接触子片６４ａおよび６４ｂの先端が右側へ変位し、常開開閉接点を構成する可動接触子６４ａの接点６３ａが固定接点６１ａから開離し、常閉開閉接点を構成する可動接触子片６４ｂの可動接点６３ｂが固定接点６３ｂと閉合する。

電磁コイル５２に通電し、電磁石装置５０を励磁状態にすると鉄心５１およびヨーク５３、５４に、可動鉄心部５６に結合された永久磁石５５を反発する極性の磁束が発生されることにより、可動鉄心部５６が左方向（反時計方向）へ回転し、永久磁石５５の磁力により可動鉄心部５６の下辺が実線で図示するように電磁石の下側ヨーク５４に吸引され接触して停止する。

これにより、スライド板６９が可動鉄心部５６の係合突起５６ａにより左方向へ押され、水平に直線移動する。このスライド板６９の移動とともにこれに係合された可動接触子片６４ａおよび６４ｂならびに復帰ばね６８の先端が移動されるため、可動接点６３ａが固定接点６１ａに閉合し、可動接点６３ｂが固定接点６１ｂから開離し、開閉接点の開閉状態が切り替わる。

特開２０００‐２８５７８２号公報

このような、電磁石装置のコイルを励磁、非励磁に切り換えることにより可動鉄心部を回転させて開閉接点機構を駆動するようにした従来の電磁石装置は、可動鉄心部の中心部に回転軸が設けられている関係で、可動鉄心部の回転中心から作用点となるスライド板との係合点までの回転半径が、ほぼ可動鉄心部５６の全長の半分となり、短くなる。そして、可動鉄心部５６は、磁気的吸引力および反発力を利用して回転されるので、その回転角度が制限され、これを大きくすることができない。

このため、従来の電磁石装置では、駆動力はそこそこ得られても、可動接触子に対する直線駆動距離を大きくすることができず、電磁リレーの開閉接点の開離距離を大きくすることができないという問題がある。

この発明は、このような問題を解決するために、電磁石装置の駆動力を大きくするだけでなく直線駆動距離を大きくすることのできる電磁石装置を得るとともに、開閉接点間の開離距離を大きくすることのできる電磁リレーを得ることを課題とするものである。

前記の課題を解決するために、この発明の電磁石装置は、電磁コイルの巻かれた鉄心と、この鉄心の両端に結合された２つのヨークとを有する電磁石部と、この電磁石部の前記２つのヨークの間に回転可能に配置された可動鉄心部とを備え、前記電磁石部の２つのヨークが、互いに所定の間隔をおいて平行に配置された先端部を有し、前記可動鉄心部が、平行に間隔をおいて配置された２本の鉄心脚を備えた可動鉄心と、この可動鉄心の平行な２本の鉄心脚を端部で結合する永久磁石片と、前記可動鉄心を保持する絶縁性の非磁性材で構成された保持体とを備え、さらに前記可動鉄心部の可動鉄心の平行な２本の鉄心脚の一方が前記平行に配置された２つのヨーク間に挿入され、かつ前記平行する２つのヨークの一方が前記平行する２本の鉄心脚の間に挿入されるように前記可動鉄心部の可動鉄心と前記電磁石部のヨークとを互いに入り組んで配置するとともに前記可動鉄心部の一方端に操作部を形成し、他方端に回転可能に支持する支持部を設けたことを特徴とするものである。

この発明においては、前記可動鉄心部にＵ字形の可動鉄心を設け、この可動鉄心の平行な鉄心脚の間に底片と並べて前記永久磁石片を配設することができる。

さらに、この発明の電磁石装置を電磁リレーに適用する場合は、電磁コイルの巻かれた鉄心と、この鉄心の両端に結合された２つのヨークとを有する電磁石と、この電磁石の前記２つのヨークの間に回転可能に配置された可動鉄心部とを備え、前記電磁石の２つのヨークが、互いに所定の間隔をおいて平行に配置された先端部を有し、前記可動鉄心部が、平行に間隔をおいて配置された２本の鉄心脚を備えた可動鉄心と、この可動鉄心の平行な２本の鉄心脚を端部で結合する永久磁石片と、前記可動鉄心を保持する絶縁性の非磁性材で構成された保持体とを備え、さらに前記可動鉄心部の可動鉄心の平行な２本の鉄心脚の一方が前記平行に配置された２つのヨーク間に挿入され、かつ前記平行する２つのヨークの一方が前記平行する２本の鉄心脚の間に挿入されるように前記可動鉄心部の可動鉄心と前記電磁石部のヨークとを互いに入り組んで配置するとともに前記可動鉄心部を保持する保持体を前記可動鉄心部の下端において回転可能に支持するように構成された電磁石装置に開閉接点機構を結合し、前記可動鉄心部により前記開閉接点機構の開閉接点を開閉駆動するように構成する。

この電磁リレーにおいては、前記開閉接点機構に開閉接点と連係された直線的に移動可能にしたスライド板を設け、このスライド板を前記電磁石装置の前記可動鉄心部により直線的に往復駆動するようにする。

この発明によれば、電磁石装置の可動鉄心部に永久磁石を組み込むとともにその回転支点を可動鉄心部の下端に設けたことにより、可動鉄心部の発生する回転駆動力を大きくすることができ、そして可動鉄心部の回転中心から作用点となる上端までの回転半径を大きくすることができることにより、可動鉄心部の小さい回転角度で大きな直線駆動距離を得ることができる。

そして、この電磁石装置により開閉接点機構を駆動するようにした電磁リレーによれば、開閉接点機構を駆動したときの直線駆動距離を大きくすることができるので、開閉接点機構の接点間の開離距離を十分に大きく確保することができ、より安全な電磁リレーとすることができる。

この発明の実施例の電磁石装置の構成を示す正面図である。 この発明の実施例の電磁石装置の復帰状態における永久磁石の流れの説明図である。 この発明の実施例の電磁石装置の復帰状態における磁極極性の説明図である。 この発明の実施例の電磁石装置の復帰状態における電磁石の磁束の流れの説明図である。 この発明の実施例の電磁石装置の動作状態の説明図である。 この発明の実施例の電磁石装置の動作状態における磁極極性の説明図である。 この発明の実施例の電磁石装置の回転動作の説明図である。 この発明の実施例の電磁リレーの復帰状態を示す一部断面を構成図である。 この発明の実施例の電磁リレーの動作状態を示す一部断面を構成図である。 従来の電磁リレーの構成を示す一部断面を含む構成図である。

次に、この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。

図１は、この発明による電磁石装置の実施例の構成を示す正面図である。

この図において、１０は電磁石装置である。この電磁石装置１０の電磁石部１１は、電磁コイル１２の巻かれた鉄心１３の両端にそれぞれヨーク１４および１５を機械的および磁気的に結合して構成されている。ヨーク１４および１５のそれぞれ垂直方向に折り曲げられた先端部１３ａおよび１４ａは、互いに所定の間隔をおいて平行に配置され、その一部が対向し、重なり合う。

可動鉄心部１６は、所定間隔をおいて平行に並置された２本の鉄心脚１７ａおよび１７ｂとこれらの鉄心脚の下端を連結する連結脚１７ｃによりＵ字形に形成された可動鉄心１７を備える。この可動鉄心１７の平行な鉄心脚１７ａと１７ｂの間に永久磁石片１８が連結脚１７ｃと接して装着されている。なお、この可動鉄心１７連結脚１７ｃは必ずしも必要でなく、省いてもよい。

さらに、可動鉄心１７は、絶縁性の非磁性材、例えば絶縁性の合成樹脂で形成された保持体１９により保持されている。保持体１９の上方の先端に細くなった操作突起１９ａが設けられ、下端部に可動鉄心部１６を回転可能に支持するための回転軸１９ｂが設けられている。回転軸１９ｂは、図示しない軸受を介して固定フレームにより支持される。このため、可動鉄心部１６は、下端部の回転軸１９ｂを中心にして、この回転軸１９ｂから操作突起１９ａの先端までの距離Ｌを回転半径として左右両方向に回転可能となる。この回転半径Ｌは、電磁石部１１の全体の高さＨにほぼ等しい。

このように構成された電磁石部１１と可動鉄心部１６とは、図１に示すように、可動鉄心部１６の平行した２本の鉄心脚１７ａと１７ｂの間に電磁石部１１の一方のヨーク先端部１４ａが挿入され、平行した２つのヨーク先端部１４ａと１５ａの間に可動鉄心部１６の一方の鉄心脚１７ｂが挿入されるように、互いに入り組んで配置される。

この電磁石装置１０では、可動鉄心１７の一方の鉄心脚１７ａのヨーク先端部１４ａと対向する内側面と、他方の鉄心脚１７ｂのそれぞれヨーク先端部１４ａおよび１５ａに対向する内側面および外側面の３つの面が有効な磁極面となる。

次に、この電磁石装置１０の動作を説明する。

まず、電磁コイル１２への励磁電流の供給が停止され、電磁石部１１が非励磁となっている状態では、可動鉄心部１６の備える永久磁石１８の生じる磁束により、可動鉄心部１６が電磁石部１１側へ吸引されて、右方向（時計方向）へ回転する。このため、可動鉄心１６は、図２に示すように鉄心脚１７ａがコーク先端部１４ａに、そして鉄心脚１７ｂがヨーク先端部１５ａに接触して停止し、復帰位置に置かれる。

この状態では、永久磁石１８の発生する磁束が、可動鉄心部１６と電磁石部１１との間で図２に実線矢印で示すように通る。このため互いに接している鉄心脚１７ａとコーク先端部１４ａの間、および鉄心脚１７ｂとヨーク先端部１５ａの間には、図３に示すように互いに反対の極性の磁極が生じることにより吸引力が働き、可動鉄心部１６はこの復帰位置に安定して保持される。

次に、電磁石部１１に図４に太点線矢印で示すように永久磁石１８の発生する磁束を打ち消す方向の極性の磁束を発生する励磁電流を電磁コイル１２に供給して、電磁石部１１を励磁状態にする。この状態では、電磁石部１１に発生される磁束が、電磁石部１１および可動鉄心部１６を図４に細点線矢印で示すように通る。これにより、鉄心脚１７ａおよび１７ｂに接しているヨーク先端部１４ａおよび１５ａには、図４に示すようにそれぞれ接している可動鉄心部１６の鉄心脚１７ａおよび１７ｂの極性と同じ極性の磁極が生じる。このため、互いに接している鉄心脚１７ａと上ヨーク先端部１４ａとの間および鉄心脚１７ｂと下ヨーク先端部１５ａとの間に磁気反発力が生じるとともに、上ヨーク１４ａと鉄心脚１７ｂとの間に磁気吸引力が生じるので、これらの力により可動鉄心部１６が左方向（反時計方向）へ回転し、鉄心脚１７ｂが図５に示すようにヨーク先端部１４ａに接触し、これに吸引されて停止し、動作位置に置かれる。

この状態ではヨーク先端部１４ａ、１５ａおよび鉄心脚１７ａ、１７ｂの先端の磁極の極性が、図６に示すような極性となる。これにより、ヨーク先端部１４ａ、１５ａと鉄心脚１７ａ、１７ｂとの間に矢印で示すような磁気吸引力および反発力が働き、鉄心脚１７ｂが上ヨーク先端部１４ａに吸引接触された状態となる。

ここで、電磁コイル１２への励磁電流の供給を停止して電磁石部１１を非励磁状態に戻した場合、可動鉄心部１６に復帰手段から復帰方向の付勢力が与えられなければ、可動鉄心部１６は上ヨーク先端部１４ａに吸着された位置を保持する。しかし、通常は、ここには図示しないが何らかの復帰手段が設けられているので、電磁石部１１が励磁状態から非励磁状態に戻されると、この復帰手段から加えられる復帰力により可動鉄心部１６が、上ヨーク先端部１４ａへの吸着力に抗して右方向（時計方向）へ回転され、図２に示す復帰位置に戻る。

このように、電磁石装置１０は、電磁コイル１２へ供給する励磁電流を制御して、電磁石部１１を非励磁状態と励磁状態に切り換えることにより、可動鉄心部１６を復帰位置と動作位置の間で回転させる。このときの可動鉄心部１６の回転角度は、図７に示すように可動鉄心部１６の極片１７ｂが下側ヨーク先端部１５ａに接した位置から上側ヨーク先端部１４ａに接する位置までのθとなる。そして可動鉄心部１６の操作突起１９ａの直線移動距離(操作ストローク)はＸとなる。この直線移動距離Ｘは、回転角度θが一定であれば、可動鉄心部１６の回転半径Ｌに比例した大きさになるので、この発明のように、可動鉄心部１６の回転軸１９ｂを可動鉄心部１６の下端側に設けて、回転半径Ｌを大きくすれば、電磁石装置の大きさを大きくすることなく直線移動距離(操作ストローク)Ｘを大きくすることができる。

この発明の電磁石装置１０においては、可動鉄心部１６に平行した２本の鉄心脚１７ａおよび１７ｂが設けられ、これらの鉄心脚のヨーク先端部１４ａおよび１５ａに対向する３面が有効な磁極面となり、ヨークとの間に生じる磁気吸引力又は反発力のすべてを回転力に有効に利用することができるので、可動鉄心部１６の発生する駆動力が大きくなる。

図８および図９は、この発明の電磁石装置を使用した電磁リレーの実施例を示すものである。

これらの図において、１０は、前記した電磁石装置と同一構成の電磁石装置、２０は電磁リレーの開閉接点機構である。

この開閉接点機構２０は、ばね材で構成され、先端にそれぞれ固定接点２１ａおよび可動接点２３ａを備えた固定接触子片２２および可動接触子片２４ａにより構成した２組の常開開閉接点機構（所謂ａ接点機構）を備える。そして、同様にばね材で構成され、先端にそれぞれ固定接点２１ｂおよび可動接点２３ｂ備えた固定接触子片２２ｂおよび可動接触子片２４ｂにより構成した１組の常閉開閉接点機構（所謂ｂ接点機構）を備える。

固定接触子片２２ａ、２２ｂおよび可動接触子片２４ａ、２４ｂは、それぞれ基端部を合成樹脂で構成された絶縁ベース２７に埋め込まれ、このベース内で接続された外部引き出し端子Ｒを介して外部へ引き出される。

さらに、可動接触子片２４ａおよび２４ｂの上部に、スライド板２９が水平方向に直線的にスライド可能に配置されている。また、スライド板２９の先端側（図の左端）に、基端を絶縁ベース２７に埋め込み固定された板ばねにより形成した復帰ばね２８が設けられている。この復帰ばね２８は、先端をスライド板２９の先端部に設けた係合段部２９ａに係合させて、スライド板２８を常に電磁石装置１０側（図の右方向）へ付勢する。

スライド板２９には、さらに、可動接触子片２４ａ、２４ｂ、２４ｂおよび電磁石装置の１０における可動鉄心部１６の先端の操作突起１９ａに対応する位置にそれぞれ連係孔２９ｂ，２９ｃ、２９ｄおよび２９ｅが設けられている。これらの連係孔２９ｂ，２９ｃ、２９ｄには、それぞれ可動接触子片２４ａ、２４ｂ、２４ｂ先端が挿入係合される。

電磁石装置１０を開閉接点機構２０の絶縁ベース２７上に載置固定し、可動鉄心部１６の操作突起１９ａの先端をスライド板２９の連係孔２９ｅに挿入係合する。これによって電磁石装置１０の可動鉄心部１６と開閉接点機構２０の可動接触子片４ａ、２４ｂ、２４ｂとがスライド板２９を介して連係され、電磁石装置１０により開閉接点機構２０を開閉駆動する電磁リレーが完成する。

図８は、電磁石装置１０を非励磁状態にした復帰状態を示す。この状態では、電磁石装置１０の可動鉄心部１６による駆動力が解除されているため、スライド板２９が開閉接点機構２０の復帰ばね２８の復帰力により押されて右側へ直線移動されることにより、電磁石装置１０における可動鉄心部１６が操作突起１９ａを介して右方向（時計方向）に回転し、電磁石部１１の上ヨーク１４および下ヨーク１５に接触して停止する。

また、スライド板２９の右側への移動とともにこれに係合された可動接触子片２４ａ，２４ａ、２４ｂも移動するので、可動接点２３ａ、２３ａが固定接点２１ａ、２１ａから開離し、可動接点２３ｂが固定接点２１ｂに閉合した復帰状態となる。

電磁コイル１２に励磁電流を供給し、電磁石部１１を励磁状態にすると、可動鉄心部１６が、永久磁石１８の磁束を打ち消す方向の電磁石部１１の作る磁束により発生される磁気吸引力および反発力により左方向（反時計方向）へ回転され、操作突起１９ａを介して開閉接点機構２０のスライド板２９を左方向へ駆動する。

これによって、スライド板２９が左方向へ直線移動し、可動接点２４ａ，２４ａおよび２４ｂの先端が左方向へ変位されるため、図９に示すように可動接点２３ａ、２３ａが固定接点２１ａ、２１ａに閉合し、可動接点２３ｂが固定接点２１ｂから開離し、動作状態となる。

この発明においては、電磁石装置１０の可動鉄心部１６が下端側に回転軸１９ｂが、設けられているので、回転軸１９ｂの中心から、操作突起１９ａの先端までの可動鉄心部１６の回転半径が大きくなるため、可動鉄心部１６によるスライド板２９の直線駆動距離(操作ストローク)をより大きくすることができる。このため、開閉接点機構２０における開閉接点の復帰状態および動作状態における開離距離を大きく保つことが可能となり、電磁リレーの安全性を高めることができる。

１０：電磁石装置
１１：電磁石部
１２：電磁コイル
１３：鉄心
１４：上ヨーク
１５：下ヨーク
１６：可動鉄心部
１７：可動鉄心
１８：永久磁石片
１９：保持体
２０：開閉接点機構
２９：スライド板

Claims (4)

1. 電磁コイルの巻かれた鉄心と、この鉄心の両端に結合された２つのヨークとを有する電磁石部と、この電磁石部の前記２つのヨークの間に回転可能に配置された可動鉄心部とを備え、前記電磁石部の２つのヨークが、互いに所定の間隔をおいて平行に配置された先端部を有し、前記可動鉄心部が、平行に間隔をおいて配置された２本の鉄心脚を備えた可動鉄心と、この可動鉄心の平行な２本の鉄心脚を端部で結合する永久磁石片と、前記可動鉄心を保持する絶縁性の非磁性材で構成された保持体とを備え、さらに前記可動鉄心部の可動鉄心の平行な２本の鉄心脚の一方が前記平行に配置された２つのヨーク間に挿入され、かつ前記平行する２つのヨークの一方が前記平行する２本の鉄心脚の間に挿入されるように前記可動鉄心部の可動鉄心と前記電磁石部のヨークとを互いに入り組んで配置するとともに前記可動鉄心部の一方端に操作部を形成し、他方端に回転可能に支持する支持部を設けたことを特徴とする電磁石装置。
2. 前記可動鉄心部にＵ字形の可動鉄心を設け、この可動鉄心の平行な鉄心脚の間に底片と並べて前記永久磁石片を配設することを特徴とする請求項１に記載の電磁石装置。
3. 電磁コイルの巻かれた鉄心と、この鉄心の両端に結合された２つのヨークとを有する電磁石と、この電磁石の前記２つのヨークの間に回転可能に配置された可動鉄心部とを備え、前記電磁石の２つのヨークが、互いに所定の間隔をおいて平行に配置された先端部を有し、前記可動鉄心部が、平行に間隔をおいて配置された２本の鉄心脚を備えた可動鉄心と、この可動鉄心の平行な２本の鉄心脚を端部で結合する永久磁石片と、前記可動鉄心を保持する絶縁性の非磁性材で構成された保持体とを備え、さらに前記可動鉄心部の可動鉄心の平行な２本の鉄心脚の一方が前記平行に配置された２つのヨーク間に挿入され、かつ前記平行する２つのヨークの一方が前記平行する２本の鉄心脚の間に挿入されるように前記可動鉄心部の可動鉄心と前記電磁石部のヨークとを互いに入り組んで配置するとともに前記可動鉄心部を保持する保持体を前記可動鉄心部の下端において回転可能に支持するように構成された電磁石装置に開閉接点機構を結合し、前記可動鉄心部により前記開閉接点機構の開閉接点を開閉駆動するように構成することを特徴とする電磁リレー。
4. 前記開閉接点機構に開閉接点と連係された直線的に移動可能にしたスライド板を設け、このスライド板を前記電磁石装置の前記可動鉄心部により直線的に往復駆動することを特徴とする請求項３に記載の電磁リレー。

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