JP2012199112A - 電磁継電器および接点装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通電電流の許容範囲（短絡耐量）を高める。
【解決手段】電磁継電器は、２つの固定接点２４，２４と、２つの可動接点を有する可動接触子２５と、通電に応じて可動接触子２５を可動させる電磁石装置と、可動接触子２５を挟むように設けられた一対のヨーク４０とを備える。電磁石装置は、可動接触子２５を可動させて２つの固定接点２４，２４と２つの可動接点とを１対１で接離させる。一対のヨーク４０は、間隙４３が形成され、可動接触子２５に電流Ｉ１が流れているときに、吸引力によって、２つの固定接点２４，２４と２つの可動接点とが当接する方向に可動接触子２５を支持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定接点と可動接点とを接離させる電磁継電器および接点装置に関する。

従来から、電磁石装置の通電状態に応じて固定接点と可動接点とを接離させる電磁継電器が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された電磁継電器は、固定接点と可動接点とが対向して設置されている。固定鉄芯に可動鉄芯が当接した状態では固定接点と可動接点とが当接し、固定鉄芯と可動鉄芯との間に設けられた復帰ばねのばね力によって可動鉄芯が固定鉄芯から離間された状態では固定接点と可動接点とが離れる。

特開２００７−２８７５２５号公報

従来の電磁継電器には、図９に示すように、固定端子５１に設けられた固定接点５２と可動接触子５３に設けられた可動接点（図示せず）とに、例えば短絡電流などの大きな電流Ｉ１が流れると、固定接点５２と可動接点との間に電磁反発力Ｆｒが発生する。これにより、固定接点５２と可動接点とが離れてしまい、動作不良になるという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みて為され、本発明の目的は、通電電流の許容範囲（短絡耐量）を高めることができる電磁継電器および接点装置を提供することにある。

本発明の電磁継電器は、一対の固定接点部と、一対の可動接点部を有する可動接触子と、通電に応じて前記可動接触子を可動させて前記一対の固定接点部と前記一対の可動接点部とを１対１で接離させる電磁石装置と、前記可動接触子を挟むように設けられ、前記可動接触子に電流が流れているときに、吸引力によって、前記一対の固定接点部と前記一対の可動接点部とが当接する方向に前記可動接触子を支持する一対のヨークとを備えることを特徴とする。

この電磁継電器において、前記可動接触子の周囲に設けられた接触子ホルダを備え、前記一対のヨークは、前記可動接触子の前記可動接点部が設けられた面に対向して前記接触子ホルダに固定された第１のヨークと、前記可動接触子を介して前記第１のヨークと対向して設けられ前記可動接触子に当接する第２のヨークとを有し、前記第１のヨークと前記第２のヨークとの間に前記吸引力が発生することが好ましい。

この電磁継電器において、前記可動接触子は、前記一対の可動接点部間を複数の通電経路に分岐し、前記一対のヨークは、前記複数の通電経路の各々に設けられることが好ましい。

この電磁継電器において、前記一対の可動接点部の少なくともいずれかは、複数の可動接点からなり、前記複数の可動接点からなる可動接点部と接離する固定接点部は、前記複数の可動接点と１対１で接離する複数の固定接点からなることが好ましい。

この電磁継電器において、前記複数の可動接点部の少なくともいずれかは、複数の可動接点からなり、前記複数の可動接点からなる可動接点部と接離する固定接点部は、曲面状に形成され前記複数の可動接点と接離する一の固定接点からなることが好ましい。

本発明の接点装置は、一対の固定接点部と、一対の可動接点部を有し前記一対の固定接点部と前記一対の可動接点部とを１対１で接離するように可動する可動接触子と、前記可動接触子を挟むように設けられ、前記可動接触子に電流が流れているときに、吸引力によって、前記一対の固定接点部と前記一対の可動接点部とが当接する方向に前記可動接触子を支持する一対のヨークとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、可動接触子に流れる電流の大きさに応じた吸引力が一対のヨークの間に働き、一対の固定接点部と一対の可動接点部とが当接する方向に可動接触子を支持することができるので、電磁反発力に耐えることができる。その結果、電磁継電器が耐えることができる電流値を向上させることができる。つまり、通電電流の許容範囲（短絡耐量）を高めることができる。

実施形態１に係る電磁継電器の要部であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 実施形態１に係る電磁継電器の縦断面図である。 実施形態２に係る電磁継電器の要部であって、（ａ）は概略図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 実施形態２の変形例に係る電磁継電器の要部であって、（ａ）は概略図、（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。 実施形態３に係る電磁継電器の要部の概略図である。 実施形態３の変形例に係る電磁継電器の要部の概略図である。 実施形態４に係る電磁継電器の要部の概略図である。 実施形態４の変形例に係る電磁継電器の要部の概略図である。 従来の電磁継電器の要部の縦断面図である。

以下の実施形態１〜４では、固定接点と可動接点とを接離させる電磁継電器について説明する。以下の各実施形態の電磁継電器は、さまざまな用途に用いられ、例えば電気自動車などに用いられる。

（実施形態１）
実施形態１に係る電磁継電器は、図２に示すように、励磁用巻線３を有した電磁石装置１と接点装置２とを備えている。

電磁石装置１は、励磁用巻線３を備える固定部材と、固定部材に突き合わされて配置される可動部材とを備えている。固定部材は、励磁用巻線３の他に、合成樹脂製であって励磁用巻線３が巻装された筒状のコイルボビン４と、磁性金属材料からなりコイルボビン４を包囲する継鉄５と、コイルボビン４の内側に配置される固定鉄芯６とを備えている。可動部材は、コイルボビン４の内側において、コイルボビン４の軸方向である上下方向に固定鉄芯６と並んで配置される可動鉄芯７を備えている。固定鉄芯６と可動鉄芯７とは、励磁用巻線３により生じる磁束を通す磁路を継鉄５とともに形成する。コイルボビン４は、励磁用巻線３の上下両側方において上下方向に対向する一対の鍔片８，８を有している。

継鉄５は、コイルボビン４の上端面に当接する矩形板状の継鉄上板９と、コイルボビン４の下端面に当接する矩形板状の継鉄下板１０と、継鉄上板９および継鉄下板１０の左右各端縁同士をそれぞれ連結する一対の継鉄側板１１，１１とを備えている。継鉄５は、前後方向に開放されている。継鉄下板１０と一対の継鉄側板１１，１１とは１枚の板を折曲することにより連続一体に形成されている。

固定鉄芯６および可動鉄芯７とコイルボビン４との間には、非磁性材料からなり上面開口の有底円筒状に形成されたプランジャキャップ１２が介在する。言い換えると、コイルボビン４の内側に設けられたプランジャキャップ１２内に、固定鉄芯６と可動鉄芯７とが収納されることになる。固定鉄芯６はプランジャキャップ１２の開口側に配置される。固定鉄芯６および可動鉄芯７はそれぞれ外径がプランジャキャップ１２の内径と同程度の円筒状に形成され、可動鉄芯７はプランジャキャップ１２の軸方向に移動可能となっている。可動鉄芯７の移動範囲は、固定鉄芯６から離れる初期位置と、固定鉄芯６に当接する当接位置との間に設定されている。固定鉄芯６の内側には、コイルばねからなる復帰ばね１３が介在する。復帰ばね１３は、可動鉄芯７を初期位置に復帰させる向きのばね力を有している。

継鉄上板９の中央部には、固定鉄芯６が挿通される挿通孔１４が貫通して形成されている。固定鉄芯６は挿通孔１４に挿通された状態で継鉄上板９に固定されている。さらに、プランジャキャップ１２は、開口周部が継鉄上板９の下面における挿通孔１４の周囲に固着されるとともに、下端部が継鉄下板１０の中央部に形成された保持孔１５内に挿通される。ここで、プランジャキャップ１２の下部に収納された可動鉄芯７は、継鉄下板１０における保持孔１５の周部と磁気結合されることになる。

上述した構成によれば、励磁用巻線３への通電時には、固定鉄芯６における可動鉄芯７との対向面と継鉄下板１０における保持孔１５の周部とは、一対の磁極部として互いに異極性に磁化されることになる。したがって、励磁用巻線３に通電すると、継鉄下板１０における保持孔１５の周部に磁気結合された可動鉄芯７と固定鉄芯６とが互いに異極性になり、可動鉄芯７は固定鉄芯６に吸引されて当接位置に移動する。一方、励磁用巻線３への通電が停止されると、可動鉄芯７は復帰ばね１３により初期位置に復帰する。

電磁石装置１の上方には、接点装置２を構成するベースブロック（ケース）２０が設けられている。ベースブロック２０は、例えばセラミックなどの耐熱性材料により下面が開口する箱状に形成されている。ベースブロック２０の上面部２１の２箇所には端子孔２２，２２が形成されている。各端子孔２２には、銅系材料から円柱状に形成された固定端子２３が挿通されている。各固定端子２３の下端面には固定接点２４が固着されている。つまり、各固定端子２３は、固定接点２４を先端２３１（図２の下端）に有し、ベースブロック２０の外部に基端２３２（図２の上端）を露出してベースブロック２０に固定されて設けられている。各固定接点２４は、固定端子２３の先端２３１において、曲面状に形成されている。

ベースブロック２０内には、図１に示すように、２つの固定接点２４，２４間に跨る形で導電材料からなる平板状の可動接触子２５が設けられている。可動接触子２５の上面において固定接点２４に対向する各部位には、固定接点２４とともに接点装置２を構成する可動接点（図示せず）が設けられている。２つの固定接点２４と２つの可動接点は、可動接触子２５の可動によって１対１で接離する。本実施形態では、１つの固定接点２４が固定接点部を構成し、１つの可動接点が可動接点部を構成する。

ベースブロック２０内において、可動接触子２５の周囲には接触子ホルダ４４が設けられている。接触子ホルダ４４は、略矩形板状の基部４４１と、基部４４１の両端（図１（ｂ）の左右方向の両端）から上方へ延びて設けられた一対の側面部４４２，４４２と、各側面部４４２の先端が内側へ向けて折り曲げられて形成された一対の当接部４４３，４４３とで構成される。接触子ホルダ４４内には一対のヨーク４０が設けられている。

一対のヨーク４０は、可動接触子２５の可動接点が設けられた面（図１の上面）に対向して設けられた上ヨーク４１と、可動接触子２５を介して上ヨーク４１と対向して設けられた下ヨーク４２とからなる。上ヨーク４１は、例えば軟鉄などの磁性材料で略矩形板状に形成され、接触子ホルダ４４の一対の当接部４４３，４４３に接着されて固定されている。下ヨーク４２は、例えば軟鉄などの磁性材料で形成された部材であり、略矩形板状の底面部４２１と、底面部４２１の両端から上方に突出して設けられた２つの側面部４２２，４２２とで構成され、可動接触子２５に当接している。底面部４２１と２つの側面部４２２，４２２とは一体に設けられてもよいし、別体で接合して設けられてもよい。上ヨーク４１と下ヨーク４２は、可動接触子２５に電流Ｉ１が流れていない状態で間隙４３が形成されるように、２つの可動接点間に可動接触子２５を挟んで設けられている。

上ヨーク４１と下ヨーク４２には、可動接触子２５に電流Ｉ１が流れているときに磁束φ１が通るため、上ヨーク４１と下ヨーク４２が磁化され、吸引力Ｆ１が発生する。吸引力Ｆ１は、２つの固定接点２４，２４と２つの可動接点とが当接する方向（図１の上方向）に発生し、上ヨーク４１と下ヨーク４２は、吸引力Ｆ１によって可動接触子２５を支持する。本実施形態では、上ヨーク４１がベースブロック２０に固定されているため、吸引力Ｆ１によって下ヨーク４２が上ヨーク４１に引きつけられる。可動接触子２５に電流Ｉ１が流れなくなると、吸引力Ｆ１は働かなくなる。

上記より、後述の接圧ばね３３による接触圧Ｆ２と吸引力Ｆ１との合計（Ｆ１＋Ｆ２）が電磁反発力Ｆｒより大きければ、可動接触子２５は固定接点２４から離れない。したがって、上ヨーク４１と下ヨーク４２とを備えていない場合と比べて、より大きな電流Ｉ１が流れても動作不良を防止することができる。

図２に示す可動接触子２５は、接圧ばね３３のばね力によって上方に押し付けられるので、丸棒状に形成されたシャフト３０の上方で保持される。シャフト３０の下端部は、固定鉄芯６に挿通され、可動鉄芯７に結合される。この構成により、可動接触子２５が可動鉄芯７の移動に連動して上下方向に移動する。

ここにおいて、可動鉄芯７が初期位置にあるときには可動接点と固定接点２４とが互いに離間され、可動鉄芯７が当接位置にあるときには可動接点と固定接点２４とが接触するように、可動鉄芯７と可動接触子２５との位置関係が設定される。要するに、励磁用巻線３に通電していない期間には２つの固定端子２３，２３間が絶縁され、励磁用巻線３に通電している期間には２つの固定端子２３，２３間が導通することになる。可動接点と固定接点２４との間の接触圧は接圧ばね３３によって確保される。

また、接点装置２と固定鉄芯６と可動鉄芯７とが気密空間に収納されるように、ベースブロック２０と継鉄上板９との隙間を覆う筒状の連結体３４が設けられている。ベースブロック２０と固定端子２３と継鉄上板９とプランジャキャップ１２と連結体３４とを気密接合することにより、ベースブロック２０と固定端子２３と継鉄上板９とプランジャキャップ１２と連結体３４とで囲まれた空間は気密空間となる。この気密空間には水素のような消弧性ガスが封入される。

以上の説明より、本実施形態の電磁継電器は、可動接触子２５に流れる電流Ｉ１の大きさに応じた吸引力Ｆ１が一対のヨーク４０の上ヨーク４１と下ヨーク４２との間に働く。これにより、２つの固定接点２４，２４と２つの可動接点とが当接する方向（図１の上方向）に可動接触子２５を支持することができるので、一対のヨーク４０を備えていない場合よりも大きな電磁反発力Ｆｒに耐えることができ、その結果、電磁継電器が耐えることができる電流値を向上させることができる。つまり、通電電流の許容範囲を高めることができる。

（実施形態２）
実施形態２に係る電磁継電器は、図３に示すように、可動接触子２５が複数（図示例では２つ）の通電経路２５１，２５１を有している点で、実施形態１に係る電磁継電器と相違する。なお、実施形態１の電磁継電器と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

一対のヨーク４０の上ヨーク４１と下ヨーク４２とによる吸引力Ｆ１の上限は、上ヨーク４１および下ヨーク４２内を通る磁束φ１（φ２）によって制限される。つまり、吸引力Ｆ１は磁気飽和によって制限される。

本実施形態の可動接触子２５は、２つの可動接点２６，２６間を２つの通電経路２５１，２５１に分岐する。なお、実施形態１の可動接触子２５（図１参照）と同様の機能については説明を省略する。

本実施形態の一対のヨーク４０は、２つの通電経路２５１，２５１の各々に設けられている。なお、実施形態１の一対のヨーク４０（図１参照）と同様の機能については説明を省略する。

以上、本実施形態の電磁継電器によれば、可動接触子２５を２つの通電経路２５１，２５１に分岐することによって、各々の一対のヨーク４０内を通る磁束φ１（φ２）が減少するため、磁気飽和の影響を低減することができる。これにより、短絡耐量を向上させることができる。

なお、本実施形態の変形例として、電磁継電器は、図４に示すように、複数（図示例では２つ）の通電経路２５１，２５１を挟む一対のヨーク４０を備えてもよい。図４に示す一対のヨーク４０は、平板状に形成された上ヨーク４１と、断面Ｅ字状の下ヨーク４２とで構成されている。上ヨーク４１と下ヨーク４２は、可動接触子２５に電流Ｉ１が流れていない状態で間隙４３が形成されている。図４のような構成であっても、可動接触子２５を２つの通電経路２５１，２５１に分岐することによって、磁気飽和の影響を低減することができる。これにより、短絡耐量を向上させることができる。

（実施形態３）
実施形態３に係る電磁継電器は、図５に示すように一方の可動接点部の可動接点２６の個数を増やす点で、実施形態２に係る電磁継電器と相違する。なお、実施形態２の電磁継電器と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の可動接触子２５は、複数（図示例では２つ）の通電経路２５１，２５１に分岐し、通電経路２５１ごとに可動接点２６１が設けられている。各可動接点２６１には、１対１で接離する固定接点（図示せず）が対応付けられている。本実施形態の２つの可動接点２６１，２６１は可動接点部を構成する。

電流集中による電磁反発力Ｆｒは、電流Ｉ１の二乗に比例するため、本実施形態のように、可動接触子２５を２つの通電経路２５１，２５１に分岐し、通電経路２５１ごとに可動接点２６１を設けることによって、電磁反発力Ｆｒの合計（Ｆｒ１＋Ｆｒ２）は２（Ｉ１／２）^２＝Ｉ１^２／２に比例する（Ｉ１／２＝Ｉ１１＝Ｉ１２）。つまり、本実施形態では、可動接触子２５の通電経路を分岐せずに可動接点２６１が１つである場合に対して、電磁反発力Ｆｒを半分にすることができる。

以上、本実施形態の電磁継電器によれば、電流集中による電磁反発力Ｆｒが電流Ｉ１の二乗に比例することから、可動接点２６を増やして電流集中を緩和することによって、電磁反発力Ｆｒの合計を小さくすることができる。その結果、短絡耐量を向上させることができる。

また、本実施形態の電磁継電器によれば、固定接点２４と可動接点２６との接触部分を３点にしたことにより、つまり３点接触にしたことにより、可動接点２６が固定接点２４に当接したときに可動接触子２５の揺動を抑えることができる。これにより、可動接触子２５の安定性を向上させることができ、可動接触子２５の揺動による異音の発生を抑制することができる。

なお、本実施形態の変形例として、電磁継電器は、図６に示すように、複数（図示例では２つ）の通電経路２５１，２５１を挟む一対のヨーク４０を備えてもよい。図６に示す一対のヨーク４０は、平板状に形成された上ヨーク４１と、断面Ｅ字状の下ヨーク４２とで構成されている。上ヨーク４１と下ヨーク４２は、可動接触子２５に電流Ｉ１が流れていない状態で間隙４３が形成されている。図６に示すような構成であっても、電流集中による電磁反発力Ｆｒが電流Ｉ１の二乗に比例することから、可動接点２６を増やして電流集中を緩和することによって、電磁反発力Ｆｒの合計を小さくすることができる。その結果、短絡耐量を向上させることができる。

（実施形態４）
実施形態４に係る電磁継電器は、図７に示すように、複数（図示例では２つ）の可動接点２６２，２６２に１つの固定接点２４が接離する点で、実施形態１に係る電磁継電器と相違する。図７（ａ）は、上方向（図１の上方向）から見たときの可動接触子２５を示し、図７（ｂ）は、図７（ａ）の右方向から見たときの固定端子２３および可動接触子２５を示す。なお、実施形態１の電磁継電器と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の可動接触子２５には、図７（ａ）の右端側において、２つの可動接点２６２，２６２が設けられている。２つの可動接点２６２，２６２には、図７（ｂ）に示すように、１つの固定接点２４が接離する。本実施形態の２つの可動接点２６２，２６２は可動接点部を構成する。

図７（ｂ）に示すように固定接点２４は曲面状に形成されているので、固定接点２４と可動接点２６２とが当接した場合、電磁反発力Ｆｒは、垂直方向（接離方向）ではなく垂直方向から角θ１だけ外側に傾いた方向に発生する。これにより、本実施形態における電磁反発力Ｆｒの垂直方向成分（接離方向成分）Ｆｒｃｏｓθ１は、電磁反発力Ｆｒが垂直方向に発生した場合よりも小さくなる。

以上、本実施形態の電磁継電器によれば、２つの可動接点２６２，２６２にすることによって、電磁反発力Ｆｒの垂直方向成分Ｆｒｃｏｓθ１を小さくすることができるので、短絡耐量を向上させることができる。

また、本実施形態の電磁継電器によれば、固定接点２４と可動接点２６との接触部分を３点にしたことにより、つまり３点接触にしたことにより、可動接点２６が固定接点２４に当接したときに可動接触子２５の揺動を抑えることができる。これにより、可動接触子２５の安定性を向上させることができ、可動接触子２５の揺動による異音の発生を抑制することができる。

なお、本実施形態の変形例として、可動接触子２５は、図８に示すように、固定接点２４が当接する部位にテーパが形成されていてもよい。この場合、電磁反発力Ｆｒは、垂直方向（接離方向）から角θ２（θ２＞θ１）だけ外側に大きく傾いた方向に発生する。これにより、電磁反発力Ｆｒの垂直方向成分（接離方向成分）Ｆｒｃｏｓθ２をさらに小さくすることができる。

１ 電磁石装置
２ 接点装置
２０ ベースブロック（ケース）
２４ 固定接点
２５ 可動接触子
２５１ 通電経路
２６ 可動接点
４０ 一対のヨーク
４１ 上ヨーク（第１のヨーク）
４２ 下ヨーク（第２のヨーク）
４４ 接触子ホルダ

Claims (6)

1. 一対の固定接点部と、
   一対の可動接点部を有する可動接触子と、
   通電に応じて前記可動接触子を可動させて前記一対の固定接点部と前記一対の可動接点部とを１対１で接離させる電磁石装置と、
   前記可動接触子を挟むように設けられ、前記可動接触子に電流が流れているときに、吸引力によって、前記一対の固定接点部と前記一対の可動接点部とが当接する方向に前記可動接触子を支持する一対のヨークと
   を備えることを特徴とする電磁継電器。
2. 前記可動接触子の周囲に設けられた接触子ホルダを備え、
   前記一対のヨークは、前記可動接触子の前記可動接点部が設けられた面に対向して前記接触子ホルダに固定された第１のヨークと、前記可動接触子を介して前記第１のヨークと対向して設けられ前記可動接触子に当接する第２のヨークとを有し、前記第１のヨークと前記第２のヨークとの間に前記吸引力が発生する
   ことを特徴とする請求項１記載の電磁継電器。
3. 前記可動接触子は、前記一対の可動接点部間を複数の通電経路に分岐し、
   前記一対のヨークは、前記複数の通電経路の各々に設けられる
   ことを特徴とする請求項１または２記載の電磁継電器。
4. 前記一対の可動接点部の少なくともいずれかは、複数の可動接点からなり、
   前記複数の可動接点からなる可動接点部と接離する固定接点部は、前記複数の可動接点と１対１で接離する複数の固定接点からなる
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁継電器。
5. 前記複数の可動接点部の少なくともいずれかは、複数の可動接点からなり、
   前記複数の可動接点からなる可動接点部と接離する固定接点部は、曲面状に形成され前記複数の可動接点と接離する一の固定接点からなる
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁継電器。
6. 一対の固定接点部と、
   一対の可動接点部を有し前記一対の固定接点部と前記一対の可動接点部とを１対１で接離するように可動する可動接触子と、
   前記可動接触子を挟むように設けられ、前記可動接触子に電流が流れているときに、吸引力によって、前記一対の固定接点部と前記一対の可動接点部とが当接する方向に前記可動接触子を支持する一対のヨークと
   を備えることを特徴とする接点装置。

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