JP2012243590A

JP2012243590A - 電磁接触器

Info

Publication number: JP2012243590A
Application number: JP2011112913A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Naka; 康弘中; Yukinobu Takatani; 幸悦高谷; Kenji Suzuki; 健司鈴木; Takahiro Taguchi; 貴裕田口
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd; Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd; Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2012-12-10
Also published as: US20130301181A1; CN103329236A; WO2012157174A1; EP2711954B1; CN103329236B; EP2711954A1; EP2711954A4; US9048051B2

Abstract

【課題】コイルへの通電電流を低減して全体を小形化することができる電磁接触器を提供する。
【解決手段】固定接触子に対して接離自在に配設された可動接触子を駆動する電磁石ユニットは、復帰スプリングで付勢された可動プランジャと、該可動プランジャを可動させるコイル２０８と、前記可動プランジャに形成された周鍔部を囲むように固定配置された当該可動プランジャの可動方向に着磁された環状永久磁石とを少なくとも備えている。コイル２０８を駆動する駆動回路３００は、前記コイルに電力を供給する電源と、前記可動プランジャを吸引動作させる投入パルスと、該投入パルスによって前記可動プランジャを吸引動作したときに当該吸引動作を保持する保持パルスとを前記コイル２０８に供給出力するパルス駆動回路３０５と、前記コイル２０８と並列に接続された半導体スイッチ素子Ｔｒ２を有するフライホイール回路３１０，３２０とを備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、固定接触子及びこれに接離可能な可動接触子と、可動接触子を駆動する電磁石ユニットとを備えた電磁接触器に関する。

電流路の開閉を行う電磁接触器では、可動接触子を電磁石ユニットの励磁コイル及び可動プランジャで駆動するようにしている。すなわち、励磁コイルが非励磁状態であるときに、可動鉄心が復帰ばねによって付勢されて、可動接触子が所定間隔を保って配置された一対の固定接触子から離間している釈放状態となる。この釈放状態から、励磁コイルを励磁することにより、可動鉄心が固定鉄心に吸引されて復帰ばねに抗して可動されて、可動接触子が一対の固定接触子に接触して投入状態となる（例えば、特許文献１参照）。

特許第３１０７２８８号公報

ところで、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、封止容器内に接点機構を配置するようにしているので、高電流の通電及び遮断を行うことができるものである。しかしながら、例えばハイブリッド車や電気自動車等の車両に使用する車載用途で用いる場合には、保証周囲温度が高いとともに、装置の小形化の要求も厳しいため、上記従来例では電磁石を構成するコイルへの励磁電流が大きく、吸引力及び保持力の確保と回路部品の発熱を抑制するための構成が必要となり、全体の構成が大型化してしまうという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、コイルへの励磁電流を低減して全体を小形化することができる電磁接触器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係る電磁接触器は、所定間隔を保って配置された一対の固定接触子及び当該一対の固定接触子に対して接離自在に配設された可動接触子と、前記可動接触子を駆動する電磁石ユニットと、該電磁石ユニットを駆動する駆動回路とを備えている。前記電磁石ユニットは、復帰スプリングで付勢された可動プランジャと、該可動プランジャを可動させるコイルと、前記可動プランジャに形成された周鍔部を囲むように固定配置された当該可動プランジャの可動方向に着磁された環状永久磁石とを少なくとも備えている。前記駆動回路は、前記コイルに電力を供給する電源と、前記可動プランジャを吸引動作させる投入パルスと、該投入パルスによって前記可動プランジャを吸引動作したときに当該吸引動作を保持する保持パルスとを前記コイルに供給出力するパルス駆動回路と、前記コイルと並列に接続されたスイッチング素子を有するフライホイール回路とを備えている。

この構成によると、可動プランジャの周鍔部を囲むように永久磁石を設けるようにしているので、可動プランジャに可動接触子を釈放方向に可動させる吸引力を作用させて、復帰スプリングの付勢力を減少させることができる。このため、コイルの通電電流を減少させることができる。そして、コイルの駆動回路をパルス駆動回路とフライホイール回路とで構成することにより、投入動作及び保持動作においてコイルを励磁する電流を小電流とすることができる。

また、本発明の他の形態に係る電磁接触器は、前記フライホイール回路が、前記コイルと並列に接続されたフライホイールダイオード及びスイッチング素子の直列回路と、前記スイッチング素子と並列に接続された高インピーダンス素子と、前記スイッチング素子をコイル電流に基づいてオンオフ制御するスイッチング制御回路とを備えていることを特徴としている。

この構成によると、パルス駆動回路から保持パルスを出力する保持動作時の保持動作を、スイッチング制御回路によってスイッチング素子をオンオフ制御することにより行い、釈放動作はスイッチング素子をオフ状態とし、並列に接続されているバリスタ等の高インピーダンス素子によりコイルエネルギーを消費することで素早い釈放動作を実現するとこができる。

本発明によれば、永久磁石の吸引力を釈放状態の可動プランジャを吸引するように作用させることができ、この分可動プランジャを釈放状態に復帰させる復帰スプリングの付勢力を抑制することができる。このため、可動プランジャを吸引するコイルの通電電流を減少させることができる。コイルの駆動回路をパルス駆動回路とフライホイール回路とで構成することにより、投入動作及び保持動作にコイルに通電する電流を小電流とすることができる。この結果、電磁石ユニットを小形化することができるとともに、駆動回路を小形化することができ、コストダウンを図ることができる。

本発明に係る電磁接触器の第１の実施形態を示す断面図である。絶縁カバーを示す斜視図である。永久磁石と可動プランジャとの位置関係を示す拡大断面図である。永久磁石による可動プランジャ吸引動作を説明する図であって、（ａ）は釈放状態、（ｂ）は投入状態を示す部分断面図である。本発明に適用し得る駆動回路を示す回路図である。図４の駆動回路の動作の説明に供する信号波形図である。本発明野第２の実施形態を示す駆動回路の回路図である。図７の駆動回路の動作の説明に供する信号波形図である。本発明の接点装置の変形例を示す断面図である。本発明の接点装置における接点機構の変形例を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。本発明の接点装置における他の変形例を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る電磁開閉器の一例を示す断面図である。この図１において、１０は電磁接触器であり、この電磁接触器１０は接点機構を配置した接点装置１００と、この接点装置１００を駆動する電磁石ユニット２００とで構成されている。
接点装置１００は、図１から明らかなように、接点機構１０１を収納する接点収納ケース１０２を有する。この接点収納ケース１０２は、金属製の下端部に外方と突出するフランジ部１０３を有する金属角筒体１０４と、この金属角筒体１０４の上端を閉塞する平板状のセラミック絶縁基板で構成される固定接点支持絶縁基板１０５とを備えている。

金属角筒体１０４は、そのフランジ部１０３が後述する電磁石ユニット２００の上部磁気ヨーク２１０にシール接合されて固定されている。
また、固定接点支持絶縁基板１０５には、中央部に後述する一対の固定接触子１１１及び１１２を挿通する貫通孔１０６及び１０７が所定間隔を保って形成されている。この固定接点支持絶縁基板１０５の上面側における貫通孔１０６及び１０７の周囲及び下面側における角筒体１０４に接触する位置にメタライズ処理が施されている。

接点機構１０１は、図１に示すように、接点収納ケース１０２の固定接点支持絶縁基板１０５の貫通孔１０６及び１０７に挿通されて固定された一対の固定接触子１１１及び１１２を備えている。これら固定接触子１１１及び１１２のそれぞれは、固定接点支持絶縁基板１０５の貫通孔１０６及び１０７に挿通される上端に外方に突出するフランジ部を有する支持導体部１１４と、この支持導体部１１４に連結されて固定接点支持絶縁基板１０５の下面側に配設され内方側を開放したＣ字状部１１５とを備えている。

Ｃ字状部１１５は、固定接点支持絶縁基板１０５の下面に沿って外側に延長する上板部１１６とこの上板部１１６の外側端部から下方に延長する中間板部１１７と、この中間板部１１７の下端側から上板部１１６と平行に内方側すなわち固定接触子１１１及び１１２の対面方向に延長する下板部１１８とで中間板部１１７及び下板部１１８で形成されるＬ字状に上板部１１６を加えたＣ字状に形成されている。

ここで、支持導体部１１４とＣ字状部１１５とは、支持導体部１１４の下端面に突出形成されたピン１１４ａをＣ字状部１１５の上板部１１６に形成された貫通孔１２０内に挿通した状態で例えばろう付けによって固定されている。なお、支持導体部１１４及びＣ字状部１１５の固定は、ろう付けに限らず、ピン１１４ａを貫通孔１２０に嵌合させたり、ピン１１４ａに雄ねじを形成し、貫通孔１２０に雌ねじを形成して両者を螺合させたりしてもよい。

そして、固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５にそれぞれ、アークの発生を規制する合成樹脂材製の絶縁カバー１２１が装着されている。この絶縁カバー１２１は、図２に示すように、Ｃ字状部１１５の上板部１１６及び中間板部１１７の内周面を被覆するものである。
絶縁カバー１２１は、上板部１１６及び中間板部１１７の内周面に沿うＬ字状板部１２２と、このＬ字状板部１２２の前後端部からそれぞれ上方及び外方に延長してＣ字状部１１５の上板部１１６及び中間板部１１７の側面を覆う側板部１２３及び１２４と、これら側板部１２３及び１２４の上端から内方側に形成された固定接触子１１１及び１１２の支持導体部１１４に形成された小径部１１４ｂに嵌合する嵌合部１２５とを備えている。

そして、絶縁カバー１２１が、図２に示すように、嵌合部１２５を固定接触子１１１及び１１２の支持導体部１１４の小径部１１４ｂに対向させた状態としてから絶縁カバー１２１を小径部１１４ｂに押し込むことにより、嵌合部１２５を支持導体部１１４の小径部１１４ｂに嵌合させる。
このように、固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５に絶縁カバー１２１を装着することにより、このＣ字状部１１５の内周面では下板部１１８の上面側のみが露出されて接点部１１８ａとされている。

そして、固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５内に両端部を配置するように可動接触子１３０が配設されている。この可動接触子１３０は後述する電磁石ユニット２００の可動プランジャ２１５に固定された連結軸１３１に支持されている。この可動接触子１３０は、図１に示すように、中央部の連結軸１３１の近傍が下方に突出する凹部１３２が形成され、この凹部１３２に連結軸１３１を挿通する貫通孔１３３が形成されている。

連結軸１３１は、上端に外方に突出するフランジ部１３１ａが形成されている。この連結軸１３１に下端側から接触スプリング１３４に挿通し、次いで可動接触子１３０の貫通孔１３３を挿通して、接触スプリング１３４の上端をフランジ部１３１ａに当接させこの接触スプリング１３４で所定の付勢力を得るように可動接触子１３０を例えばＣリング１３５によって位置決めする。

この可動接触子１３０は、釈放状態で、両端の接点部１３０ａと固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５の下板部１１８の接点部１１８ａとが所定間隔を保って離間した状態となる。また、可動接触子１３０は、投入位置で、両端の接点部が固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５の下板部１１８の接点部１１８ａに、接触スプリング１３４による所定の接触圧で接触するように設定されている。

さらに、接点収納ケース１０２の角筒体１０４の内周面には、例えば合成樹脂製の絶縁筒体１４０が配設されている。この絶縁筒体１４０は、角筒体１０４の内周面に配置された角筒部１４０ａとこの角筒部１４０ａの下面側を閉塞する底板部１０４ｂとで構成されている。
電磁石ユニット２００は、図１に示すように、側面から見て扁平なＵ字形状の磁気ヨーク２０１を有し、この磁気ヨーク２０１の底板部２０２の中央部に円筒状補助ヨーク２０３が固定されている。この円筒状補助ヨーク２０３の外側にプランジャ駆動部としてのスプール２０４が配置されている。

このスプール２０４は、円筒状補助ヨーク２０３を挿通する中央円筒部２０５と、この中央円筒部２０５の下端部から半径方向外方に突出する下フランジ部２０６と、中央円筒部２０５の上端より僅かに下側から半径方向外方に突出する上フランジ部２０７とで構成されている。そして、中央円筒部２０５、下フランジ部２０６及び上フランジ部２０７で構成される収納空間に励磁コイル２０８が巻装されている。

そして、磁気ヨーク２０１の開放端となる上端間に上部磁気ヨーク２１０が固定されている。この上部磁気ヨーク２１０は、中央部にスプール２０４の中央円筒部２０５に対向する貫通孔２１０ａが形成されている。
そして、スプール２０４の中央円筒部２０５内に、底部と磁気ヨーク２０１の底板部２０２との間に復帰スプリング２１４を配設した可動プランジャ２１５が上下に摺動可能に配設されている。この可動プランジャ２１５には、上部磁気ヨーク２１０から上方に突出する上端部に半径方向外方に突出する周鍔部２１６が形成されている。

また、上部磁気ヨーク２１０の上面に、環状に形成された永久磁石２２０が可動プランジャ２１５の周鍔部２１６を囲むように固定されている。この永久磁石２２０は周鍔部２１６を囲む貫通孔２２１を有する。この永久磁石２２０は上下方向すなわち厚み方向に例えば上端側をＮ極とし、下端側をＳ極とするように着磁されている。なお、永久磁石２２０の貫通孔２２１の形状は周鍔部２１６の形状に合わせた形状とし、外周面の形状は円形、方形等の任意の形状とすることができる。

そして、永久磁石２２０の上端面に、永久磁石２２０と同一外形で可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の外径より小さい内径の貫通孔２２４を有する補助ヨーク２２５が固定されている。この補助ヨーク２２５の下面に可動プランジャ２１５の周鍔部２１６が対向されている。
ここで、永久磁石２２０の厚みＴは、図３に示すように、可動プランジャ２１５のストロークＬと可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の厚みｔとを加算した値（Ｔ＝Ｌ＋ｔ）に設定されている。したがって、可動プランジャ２１５のストロークＬが永久磁石２２０の厚みＴで規制されている。

このため、可動プランジャ２１５のストロークに影響する累積の部品数や形状公差を最小限とすることができる。また、可動プランジャ２１５のストロークＬを永久磁石２２０の厚みＴと周鍔部２１６の厚みｔのみで決定することができ、ストロークＬのバラツキを最小化することができる。特に、小型の電磁接触器でストロークが小さい場合により効果的である。

また、永久磁石２２０を環状に形成したので、部品点数が少なくなってコストダウンが図れる。また、永久磁石２２０に成形した貫通孔２２１の内周面近傍に可動プランジャ２１５の周鍔部２１６が配置されるため、永久磁石２２０で生じる磁束を通す閉回路に無駄がなく、漏れ磁束が少なくなり、永久磁石の磁力を効率的に使用することができる。
なお、永久磁石２２０の形状は上記に限定されるものではなく、円環状に形成することもでき、要は内周面が円筒面であれば外形は任意形状とすることができる。また、円環状に過切らず、四角、六角、八角等の角枠状に形成することもできる。

また、可動プランジャ２１５の上端面には可動接触子１３０を支持する連結軸１３１が螺着されている。
そして、釈放状態では、可動プランジャ２１５が復帰スプリング２１４によって上方に付勢されて、周鍔部２１６の上面が補助ヨーク２２５の下面に当接する釈放位置となる。この状態で、可動接触子１３０の接点部１３０ａが固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａから上方に離間して、電流遮断状態となっている。
この釈放状態では、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６が永久磁石２２０の磁力によって補助ヨーク２２５に吸引されており、復帰スプリング２１４の付勢力と相まって可動プランジャ２１５が外部からの振動や衝撃等によって不用意に下方に移動することなく補助ヨーク２２５に当接された状態が確保される。

また、釈放状態では、図４（ａ）に示すように、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０の上面との間のギャップｇ１、可動プランジャ２１５の外周面と上部磁気ヨーク２１０の貫通孔２１０ａとの間のギャップｇ２、可動プランジャ２１５の外周面と円筒状補助ヨーク２０３との間のギャップｇ３、可動プランジャ２１５の下面と磁気ヨーク２０１の底板部２０２の上面とのギャップｇ４と関係が以下のように設定されている。
ｇ１＜ｇ２且つｇ３＜ｇ４

このため、釈放状態で、励磁コイル２０８を励磁したときに、図４（ａ）に示すように、可動プランジャ２１５から周鍔部２１６を通り、周鍔部２１６と上部磁気ヨーク２１０との間のギャップｇ１を通って上部磁気ヨーク２１０に達する。この上部磁気ヨーク２１０からＵ字状の磁気ヨーク２０１を通って円筒状補助ヨーク２０３を通って可動プランジャ２１５に至る閉磁路が形成される。
このため、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０の上面との間のギャップｇ１の磁束密度を高めることができ、より大きな吸引力を発生して、可動プランジャ２１５を復帰スプリング２１４の付勢力及び永久磁石２２０の吸引力に抗して下降させる。

したがって、この可動プランジャ２１５に連結軸１３１を介して連結されている可動接触子１３０の接点部１３０ａを固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａに接触されて固定接触子１１１から可動接触子１３０を通じて固定接触子１１２に向かう電流路が形成されて投入状態となる。
この投入状態となると、図４（ｂ）に示すように、可動プランジャ２１５の下端面がＵ字状の磁気ヨーク２０１の底板部２０２に近づくので、前述した各ギャップｇ１〜ｇ４が下記のようになる。
ｇ１＜ｇ２且つｇ３＞ｇ４

このため、励磁コイル２０８によって発生される磁束が、図４（ｂ）に示すように、可動プランジャ２１５から周鍔部２１６を通って直接上部磁気ヨーク２１０に入り、この上部磁気ヨーク２１０からＵ字状の磁気ヨーク２０１を通り、その底板部２０２から直接可動プランジャ２１５に戻る閉磁路が形成される。
このため、ギャップｇ１及びギャップｇ４で大きな吸引力が作用して可動プランジャ２１５が下降位置に保持される。このため、可動プランジャ２１５に連結軸２１３を介して連結された可動接触子１３０の接点部１３０ａが固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａへの接触状態が継続される。

そして、可動プランジャ２１５が非磁性体製で有底筒状に形成されたキャップ２３０で覆われ、このキャップ２３０の開放端に半径方向外方に延長して形成されたフランジ部２３１が上部磁気ヨーク２１０の下面にシール接合されている。これによって、接点収納ケース１０２及びキャップ２３０が上部磁気ヨーク２１０の貫通孔２１０ａを介して連通される密封容器が形成されている。そして、接点収納ケース１０２及びキャップ２３０で形成される密封容器内に水素ガス、窒素ガス、水素及び窒素の混合ガス、空気、ＳＦ₆等のガスが封入されている。

また、電磁石ユニット２００のコイル２０８を駆動する駆動回路３００は、図５に示すように構成されている。この駆動回路３００は、直流電源３０１の正極側がダイオード３０２及びダイオード３０３を介してコイル２０８の正極側に接続され、このコイル２０８の負極側がスイッチング素子としてのＮＰＮトランジスタＴｒ１を介して直流電源３０１の負極側に接続されている。

そして、ＮＰＮトランジスタＴｒ１のベースに、ＰＷＭ発振回路で構成されるパルス駆動回路３０５から出力されるパルス信号が供給される。このパルス駆動回路３０５には、投入スイッチ３０６が設けられており、この投入スイッチ３０６をオフ状態からオン状態とすると、直流電源３０１の電源電圧を検出し、電源電圧が正常であるときに、先ず所定幅のオン区間が比較的長い投入パルスＰ１を出力し、次いで、投入パルスＰ１がオフ状態となったときに、所定間隔でオン区間が短いパルス幅変調信号でなる保持パルスＰ２を出力する。そして、投入スイッチ３０６がオフ状態に復帰されたときに、保持パルスＰ２の出力を停止する。

また、コイル２０８と並列にフライホイール回路３１０が接続されている。このフライホイール回路３１０は、コイル２０８と並列に接続されたフライホイールダイオード３１１とスイッチング素子としてのＮＰＮトランジスタＴｒ２の直列回路を有する。ここで、フライホイールダイオード３１１はアノードがコイル２０８とＮＰＮトランジスタＴｒ１のコレクタの接続点に接続され、カソードがＮＰＮトランジスタＴｒ２のコレクタに接続されている。また、ＮＰＮトランジスタＴｒ２のエミッタがダイオード３０３及びコイル２０８の接続点に接続され、ＮＰＮトランジスタＴｒ２のベースが遅延回路３１２に接続されている。
遅延回路３１２は、前述したダイオード３０３を含み、このダイオード３０３と並列に充放電用コンデンサ３１３が接続されている。そして、充放電用コンデンサ３１３とダイオード３０３のアノードとの接続点が抵抗３１４を介してＮＰＮトランジスタＴｒ２のベースに接続されている。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、固定接触子１１１が例えば大電流を供給する電力供給源に接続され、固定接触子１１２が負荷に接続されているものとする。
この状態で、電磁石ユニット２００における駆動回路３００の投入スイッチ３０６がオフ状態であるものする。この場合には、パルス駆動回路３０５からパルス信号Ｐ１又はＰ２が出力されていないので、ＮＰＮトランジスタＴｒ１がオフ状態を維持する。

このため、励磁コイル２０８には電流が流れず、非通電状態にある。したがって、電磁石ユニット２００で可動プランジャ２１５を下降させる励磁力を発生していない釈放状態にある。この釈放状態では、可動プランジャ２１５が復帰スプリング２１４によって、上部磁気ヨーク２１０から離れる上方向に付勢される。
これと同時に、永久磁石２２０の磁力による吸引力が補助ヨーク２２５に作用されて、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６が吸引される。このため、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の上面が補助ヨーク２２５の下面に当接している。

この状態では、接点機構１０１の可動接触子１３０は、可動プランジャ２１５に連結軸１３１を介して連結されているので、接点部１３０ａが固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａから上方に所定距離だけ離間している。このため、固定接触子１１１及び１１２間の電流路が遮断状態にあり、接点機構１０１が開極状態となっている。
このように、釈放状態では、可動プランジャ２１５に復帰スプリング２１４による付勢力と環状永久磁石２２０による吸引力との双方が作用しているので、可動プランジャ２１５が外部からの振動や衝撃等によって不用意に下降することがなく、誤動作を確実に防止することができる。

この釈放状態から、駆動回路３００の投入スイッチ３０６をオン状態とすると、パルス駆動回路３０５で、直流電源３０１の電源電圧を検出して電源電圧が正常であるか否かを判定し、電源電圧が正常であるときに、図６（ｂ）に示すように、所定幅のオン区間を有する投入パルスＰ１を出力する。
この投入パルスＰ１がＮＰＮトランジスタＴｒ１のベースに供給されるので、このＮＰＮトランジスタＴｒ１がオン状態となる。このため、コイル２０８に図６（ｃ）に示すように、電流が流れ、励磁コイル２０８によって可動プランジャ２１５を復帰スプリング２１４の付勢力及び環状永久磁石２２０の吸引力に抗して下方に吸引する。

このとき、図４（ａ）に示すように、可動プランジャ２１５の底面と磁気ヨーク２０１の底板部２０２との間のギャップｇ４が大きく、このギャップｇ４を通る磁束は殆どない。しかしながら、可動プランジャ２１５の下部外周面には円筒状ヨーク２０３が対向しており、この円筒状ヨーク２０３との間のギャップｇ３がギャップｇ４に比較して小さく設定されている。

このため、可動プランジャ２１５及び磁気ヨーク２０１の底板部２０２間には、円筒状ヨーク２０３を通じて磁路が形成される。さらに、可動プランジャ２１５の外周面と上部磁気ヨーク２１０の貫通孔２１０ａの内周面との間ギャップｇ２に比較して可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０との間のギャップｇ１が小さく設定されている。このため、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０の上面との間の磁束密度が大きくなり、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６を吸引する大きな吸引力が作用する。

したがって、可動プランジャ２１５が復帰スプリング２１４の付勢力及び環状永久磁石２２０の吸引力に抗して速やかに下降する。この可動プランジャ２１５の下降が、図４（ｂ）に示すように、周鍔部２１６の下面が上部磁気ヨーク２１０の上面に当接することにより停止される。
このように、可動プランジャ２１５が下降することにより、可動プランジャ２１５に連結軸１３１を介して連結されている可動接触子１３０も下降し、その接点部１３０ａが固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａに接触スプリング１３の接触圧で接触する。

このため、外部電力供給源の大電流が固定接触子１１１、可動接触子１３０、及び固定接触子１１２を通じて負荷に供給される閉極状態となる。
このとき、固定接触子１１１及び１１２と可動接触子１３０との間に可動接触子１３０を開極させる方向の電磁反発力が発生する。
しかしながら、固定接触子１１１及び１１２は、図１に示すように、上板部１１６、中間板部１１７及び下板部１１８によってＣ字状部１１５が形成されているので、上板部１１６及び下板部１１８とこれに対向する可動接触子１３０とで逆方向の電流が流れることになる。

このため、固定接触子１１１及び１１２の下板部１１８が形成する磁界と可動接触子１３０に流れる電流の関係からフレミング左手の法則により可動接触子１３０を固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａに押し付けるローレンツ力を発生することができる。
このローレンツ力によって、固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａと可動接触子１３０の接点部１３０ａ間に発生する開極方向の電磁反発力に抗することが可能となり、可動接触子１３０の接点部１３０ａが開極することを確実に防止することができる。
このため、可動接触子１３０を支持する接触スプリング１３４の押圧力を小さくすることができ、これに応じて励磁コイル２０８で発生する推力も小さくすることができ、電磁接触器全体の構成を小型化することができる。

このとき、駆動回路３００では、励磁コイル２０８に電流が流れると、ダイオード３０３の電圧降下によって、充放電用コンデンサ３１３が充電される。このコンデンサ３１３の端子間電圧は抵抗３１４を介してＮＰＮトランジスタＴｒ２のベースに供給されるので、このＮＰＮトランジスタＴｒ２がオン状態となる。パルス駆動回路３０５では、投入パルスＰ１の出力が停止されると、続いて比較的短いオン区間の保持パルスＰ２が所定周期で連続的に出力される。このため、保持パルスＰ２がオフ状態であるときには、励磁コイル２０８に蓄積されたエネルギーがフライホイールダイオード３１１及びＮＰＮトランジスタＴｒ２を介して放出される。一方、保持パルスＰ２がオン状態であるときには、ＮＰＮトランジスタＴｒ１がオン状態となるので、このＮＰＮトランジスタＴｒ１を通じて小電流が流れる。このとき、ＮＰＮトランジスタＴｒ１２には電流が流れない。

したがって、励磁コイル２０８には図６（ｃ）に示すように、小電流が流れ続けることになり、投入動作が保持される。
その後、釈放状態に復帰させるには、投入スイッチ３０６をオフ状態に復帰させる。これにより、パルス駆動回路３０５から出力される保持パルスＰ２が停止される。このため、直流電源３０１から励磁コイル２０８への電流供給が遮断される。このとき、ダイオード３０３を流れる電流が遮断されることにより、充放電用コンデンサ３１３が放電される。このため、充放電用コンデンサ３１３の端子間電圧が低下してＮＰＮトランジスタＴｒ２がオフ状態となる。

この状態では、励磁コイル２０８に蓄積されたエネルギーによってフライホイール回路３１０を流れる励磁コイル２０８の電流は図６（ｅ）に示すようにバリスタＺを通じて流れることになる。このバリスタＺの抵抗値が高いため、コイル電流は急速に減衰することになり、釈放を早めることができる。
このように、励磁コイル２０８を流れる電流が遮断されることにより、電磁石ユニット２００で可動プランジャ２１５を下方に移動させる励磁力が消滅する。このため、可動プランジャ２１５が復帰スプリング２１４の付勢力によって上昇し、周鍔部２１６が補助ヨーク２２５に近づくに従って環状永久磁石２２０の吸引力が増加する。

この可動プランジャ２１５が上昇することにより、連結軸１３１を介して連結された可動接触子１３０が上昇する。これに応じて接触スプリング１３４で接触圧を与えている間は可動接触子１３０が固定接触子１１１及び１１２に接触している。その後、接触スプリング１３４の接触圧がなくなった時点で可動接触子１３０が固定接触子１１１及び１１２から上方に離間する開極開始状態となる。

この開極開始状態となると、固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａと可動接触子１３０の接点部１３０ａとの間にアークが発生し、このアークによって電流の通電状態が継続されるが、このアークは例えば永久磁石を、可動接触子１３０を挟んで対向配置し、互いの対向面を同一極性とすることにより、容易に消弧することができる。

このように、上記実施形態によると、可動プランジャ２１５の可動方向に着磁された環状永久磁石２２０を上部磁気ヨーク２１０上に配置し、その上面に補助ヨーク２２５を形成したので、１つの環状永久磁石２２０で可動プランジャ２１５の周鍔部２１６を吸引する吸引力を発生することができる。
このため、釈放状態における可動プランジャ２１５の固定を環状永久磁石２２０の磁力と復帰スプリング２１４の付勢力とで行うことができるので、誤動作衝撃に対する保持力を向上させることができる。

また、復帰スプリング２１４の付勢力を低下させることができ、接触スプリング１３４及び復帰スプリング２１４によるトータル負荷を低減させることができる。したがって，トータル負荷の低下分に応じて励磁コイル２０８に通電する電流を低減することができる。しかも、駆動回路３００で、投入時に投入パルスＰ１によってＮＰＮトランジスタＴｒ１をオン状態に所定時間維持することにより、励磁コイル２０８に連続的に電流を流して投入動作を行わせ、その後にパルス幅変調信号による保持パルスＰ２をＮＰＮトランジスタＴｒ１に供給することにより、励磁コイル２０８に供給する電流量を減少させることができる。この投入保持状態では、フライホイール回路３１０のＮＰＮトランジスタＴｒ２をオン状態として、フライホイールダイオード３１１及びＮＰＮトランジスタＴｒ２を通じて励磁コイル２０８の小さなコイル電流を流す投入保持状態を維持する。そして、釈放動作時には、ＮＰＮトランジスタＴｒ２をオフ状態とすることにより、このＮＰＮトランジスタＴｒ２と並列に接続したバリスタＺによって励磁コイル２０８に蓄積したエネルギーを消費することで素早い釈放動作を得ることができる。このための駆動回路３００の構成を簡易化することができる。

なお、上記第１の実施形態においては、半導体スイッチ素子としてＮＰＮトランジスタＴｒ１及びＴｒ２を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の電界効果トランジスタやＭＯＳ電界効果トランジスタ等の任意の半導体スイッチ素子を適用することができる。

次に、本発明の第２の実施形態を図７及び図８について説明する。
この第２の実施形態では、駆動回路３００の構成を変更したものである。
すなわち、第２の実施形態では、駆動回路３００を図７に示すように構成している。この駆動回路３００は、直流電源３０１にダイオード３０２、励磁コイル２０８、フライホイール回路３２０を構成するＮチャネルのＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ２及びＮチャネルのＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ１を直列に接続している。

そして、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ１のゲートにはパルス駆動回路３０５のパルス信号Ｐ１及びＰ２が供給される。
また、フライホイール回路３２０は、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ２と並列に高インピーダンス素子としてのバリスタＺを接続し、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ２及びバリスタＺとＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ１との接続点と励磁コイル２０８の正極側との間にフライホイールダイオード３２１を接続している。さらに、フライホイール回路３２０は、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ２のゲートを駆動する遅延回路３３０を有する。

この遅延回路３３０は、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ２のソース及びゲート間に、充放電用コンデンサ３３１、放電抵抗３３２及びツェナーダイオード３３３の並列回路が接続されている。また、充放電用コンデンサ３３１及びＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ２のゲートとの接続点がダイオード３３４を逆方向に介し、さらに抵抗３３５を介して励磁コイル２０８及びダイオード３０２の接続点に接続されている。

この駆動回路３００によれば、パルス駆動回路３０５からパルス信号が出力されていない釈放状態では、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ１がオフ状態であるときには、励磁コイル２０８に対する電流路が遮断されているとともに、充放電用コンデンサ３３１の充電路も遮断されている。このため、充放電用コンデンサ３３１が放電状態となって、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ２もオフ状態を維持する。

この釈放状態から投入スイッチ３０６をオン状態とすると、パルス駆動回路３０５から図８（ｂ）に示すオン区間が比較的長い投入パルスＰ１が出力される。これによって、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ１がオン状態となる。
このため、充放電用コンデンサ３３１の充電路が形成されて、直流電源３０１からの電流がダイオード３０２、抵抗３３５、ダイオード３３４を介して充放電用コンデンサ３３１に供給されてこの充放電用コンデンサ３３１が充電される。この充放電用コンデンサ３３１の端子間電圧がＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ２のゲート及びソース間に印加されるので、このＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ２がオン状態となる。

したがって、直流電源３０１からダイオード３０２、励磁コイル２０８、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ２、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ１を通じて直流電源３０１に戻る電流路が形成される。これによって、励磁コイル２０８に図８（ｃ）に示すように大きなコイル電流が流れて、可動プランジャ２１５を復帰スプリング２１４の付勢力及び永久磁石２２０の吸引力に抗して吸引する励磁力が発生される。この励磁力によって、可動プランジャ２１５が下降されて可動接触子１３０が接触スプリング１３４の接触圧で固定接触子１１１及び１１２に接触して投入状態となる。

その後、前述した第１の実施形態と同様に、パルス駆動回路３０５から図８（ｂ）に示すように保持パルスＰ２が出力され、この保持パルスＰ２によってＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ１がオンオフ制御される。
この状態では、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ１がオン状態であるときには、励磁コイル２０８、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ２、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ１を通じて小電流が流れる。一方、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ１がオフ状態であるときには励磁コイル２０８のコイル電流がＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ２及びフライホイールダイオード３２１を通じて流れる。

このため、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ２には、図８（ｄ）に示すように、小さなコイル電流が流れる。この結果、励磁コイル２０８に図８（ｃ）に示すコイル電流が流れ、投入動作保持状態となる。
この投入動作保持状態から、投入スイッチ３０６をオフ状態とすると、パルス駆動回路３０５から保持パルスＰ２の出力が停止されることにより、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ１がオフ状態を継続することになる。この状態となると、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ１による励磁コイル２０８への通電が遮断されるとともに、充放電用コンデンサ３３１の充電路も遮断される。このため、充放電用コンデンサ３３１の充電電荷が抵抗３３２によって放電されてＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ２がオフ状態となる。

このとき、励磁コイル２０８に蓄積されたエネルギーは図８（ｅ）に示すように、バリスタＺを通じ、フライホイールダイオード３２１を通じて放出され、バリスタＺの高抵抗によってコイルエネルギーが消費されて素早い釈放動作を行うことができる。
したがって、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、上記実施形態においては、接点装置１００の接点収納ケース１０２を角筒体１０４及び固定接点支持絶縁基板１０５で構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の構成とすることができる。例えば、図９に示すように、セラミックスや合成樹脂材によって角筒部３５１とその上端を閉塞する天面板部３５２とを一体成形して桶状体３５３を形成し、この桶状体３５３の開放端面側にメタライズ処理して金属箔を形成し、この金属箔に金属製の接続部材３５４をシール接合して接点収納ケース１０２を形成するようにしてもよい。

また、接点機構１０１も上記構成に限定されるものではなく、任意の構成の接点機構を適用することができる。
例えば、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、支持導体部１１４にＣ字状部１１５における上板部１１６を省略した形状となるＬ字状部１６０を連結するようにしてもよい。この場合でも、固定接触子１１１及び１１２に可動接触子１３０を接触させた閉極状態で、Ｌ字状部１６０の垂直板部を流れる電流によって生じる磁束を固定接触子１１１及び１１２と可動接触子１３０との接触部に作用させることができる。このため、固定接触子１１１及び１１２と可動接触子１３０との接触部における磁束密度を高めて電磁反発力に抗するローレンツ力を発生させることができる。

また、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、凹部１３２を省略して平板状に形成するようにしてもよい。
また、上記第１及び第２の実施形態においては、可動プランジャ２１５に連結軸１３１を螺合させる場合について説明したが、螺合に限らず、任意の接続方法を適用することができ、さらには可動プランジャ２１５と連結軸１３１とを一体に形成するようにしてもよい。

また、上記第１及び第２の実施形態では、連結軸１３１と可動接触子１３０との連結が、連結軸１３１の先端部にフランジ部１３１ａを形成し、接触スプリング１３４及び可動接触子１３０を挿通してから可動接触子１３０の下端をＣリングで固定する場合について説明したがこれに限定されるものではない。すなわち、連結軸１３１のＣリング位置に半径方向に突出する位置決め大径部を形成し、これに可動接触子１３０を当接させてから接触スプリング１３４を配置し、この接触スプリング１３４の上端をＣリングによって固定するようにしてもよい。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、接点収納ケース室１０２及びキャップ２３０で密封容器を構成し、この密封容器内にガスを封入する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、遮断する電流が低い場合にはガス封入を省略するようにしてもよい。

１０…電磁接触器、１１…外装絶縁容器、１００…接点装置、１０１…接点機構、１０２…接点収納ケース、１０４…角筒体、１０５…固定接点支持絶縁基板、１１１，１１２…固定接触子、１１４…支持導体部、１１５…Ｃ字状部、１１６…上板部、１１７…中間板部、１１８…下板部、１１８ａ…接点部、１２１…絶縁カバー、１２２…Ｌ字状板部、１２３，１２４…側板部、１２５…嵌合部、１３０…可動接触子、１３０ａ…接点部、１３１…連結軸、１３２…凹部、１３４…接触スプリング、１４０…絶縁筒体、２００…電磁石ユニット、２０１…磁気ヨーク、２０３…円筒状補助ヨーク、２０４…スプール、２０８…励磁コイル、２１０…上部磁気ヨーク、２１４…復帰スプリング、２１５…可動プランジャ、２１６…周鍔部、２２０…永久磁石、２２５…補助ヨーク、３００…駆動回路、３０１…直流電源、３０２…ダイオード、３０３…ダイオード、Ｔｒ１…ＮＰＮトランジスタ、３０５…パルス駆動回路、３０６…投入スイッチ、Ｔｒ１…ＮＰＮダイオード、３１０…フライホイール回路、３１１…フライホイールダイオード、３１２…遅延回路、３１３…充放電用コンデンサ、３１４…抵抗、Ｚ…バリスタ、３２０…フライホイール回路、３２１…フライホイールダイオード、３３０…遅延回路、３３１…充放電用コンデンサ、３３２…放電用抵抗、３３３…ツェナーダイオード、３３４…ダイオード、３３５…抵抗

Claims

所定間隔を保って配置された一対の固定接触子及び当該一対の固定接触子に対して接離自在に配設された可動接触子と、前記可動接触子を駆動する電磁石ユニットと、該電磁石ユニットを駆動する駆動回路とを備え、
前記電磁石ユニットは、
復帰スプリングで付勢された可動プランジャと、
該可動プランジャを可動させるコイルと、
前記可動プランジャに形成された周鍔部を囲むように固定配置された当該可動プランジャの可動方向に着磁された環状永久磁石とを少なくとも備え、
前記駆動回路は、
前記コイルに電力を供給する電源と、
前記可動プランジャを吸引動作させる投入パルスと、該投入パルスによって前記可動プランジャを吸引動作したときに当該吸引動作を保持する保持パルスとを前記コイルに供給出力するパルス駆動回路と、
前記コイルと並列に接続された半導体スイッチ素子を有するフライホイール回路とを備えている
ことを特徴とする電磁接触器。
前記フライホイール回路は、前記コイルと並列に接続されたフライホイールダイオード及び半導体スイッチ素子の直列回路と、前記半導体スイッチ素子と並列に接続された高インピーダンス素子と、前記半導体スイッチ素子をコイル供給電流に基づいてオンオフ制御するスイッチ制御回路とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電磁接触器。