JP2015032443A - 電磁継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】接点の接触安定性が向上した電磁継電器を提供することを目的とする。【解決手段】電磁継電器１は、固定接点２１および可動接点２２を有する接点装置２と、電磁石装置３と、補助コイル４とを備えている。電磁石装置３は、励磁コイル３１を有し、励磁コイル３１への通電時に磁気回路に生じる磁束によって、固定接点２１から離れた開位置より固定接点２１に接触する閉位置へ可動接点２２を移動させる。補助コイル４は、励磁コイル３１と同軸周りに巻かれたコイルであって、一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２間において接点装置２と直列に接続されている。補助コイル４は、可動接点２２が閉位置にあるときに、接点装置２を通して一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２間に流れる負荷電流によって、継鉄３２と固定鉄芯３３と可動鉄芯３４とで形成される磁気回路上に励磁コイル３１の生じる磁束と同じ向きの磁束を生じる。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁石装置によって接点装置を開閉する電磁継電器に関する。

特許文献１には、同方向の磁束を発生するように鉄心に巻回された入力側コイルおよび出力側コイルを備え、入力側コイルおよび出力側コイルの各々で発生する磁束により可動鉄心を駆動して接点を開閉する電磁継電器（マグネットリレー）が記載されている。入力側コイルは、コンデンサを介して入力端子に接続されており、出力側コイルは、接点（固定接点、可動接点）を介して出力端子に接続されている。

特許文献１に記載の電磁継電器は、入力端子間に入力信号が印加されると、入力側コイルに充電電流が流れてコンデンサが充電され、この充電電流により入力側コイルに磁束が生じて接点を閉成する。これと同時に、出力端子に接続されている出力回路から接点を介して出力側コイルに電流が流れ、出力側コイルには入力側コイルと同方向の磁束が発生する。入力側コイルに流れる充電電流は時間とともに減衰しほぼゼロに収束するが、出力側コイルに生じる磁束によって接点の動作状態（閉成）が維持される。

特開昭５７−１３２６２７号公報

特許文献１に記載の電磁継電器では、接点を閉じるための磁束が入力側コイルで生じるのは、コンデンサに充電電流が流れている期間だけであって、充電電流がほぼゼロに収束した後は、出力側コイルに生じる磁束によって接点が閉じられることになる。そのため、この電磁継電器は、出力端子に接続されている出力回路（負荷）を流れる電流が小さくなると、接点の動作状態（閉成）を維持する磁束が減少して、接点の接触安定性が低下する可能性がある。

また、特許文献１に記載の電磁継電器においては、入力側コイルは、Ｕ字形に形成された鉄心の一端部（一方側突出端）に巻回され、出力側コイルは、鉄心の他端部（他方側突出端）に巻回されている。したがって、鉄心の一端部と他端部との間の空間において、出力側コイルの漏れ磁束と入力側コイルの漏れ磁束とが相殺し、これにより、接点の動作状態（閉成）を維持するための磁束が減少して、接点の接触安定性が低下する可能性がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されており、接点の接触安定性が向上した電磁継電器を提供することを目的とする。

本発明の電磁継電器は、固定接点および可動接点を有する接点装置と、励磁コイルを有し、当該励磁コイルへの通電時に磁気回路に生じる磁束によって、前記固定接点から離れた開位置より前記固定接点に接触する閉位置へ前記可動接点を移動させる電磁石装置と、前記励磁コイルと同軸周りに巻かれたコイルであって、前記接点装置と直列に接続されており、前記可動接点が前記閉位置にあるときに前記接点装置を通して流れる負荷電流によって、前記磁気回路上に前記励磁コイルの生じる磁束と同じ向きの磁束を生じる補助コイルとを備えることを特徴とする。

この電磁継電器において、前記補助コイルは、前記励磁コイルの中心軸に直交する平面において前記励磁コイルの内側に配置されていることが望ましい。

また、この電磁継電器において、前記補助コイルは、前記励磁コイルの中心軸に直交する平面において前記励磁コイルの外側に配置されていることが望ましい。

また、この電磁継電器において、前記補助コイルは、前記励磁コイルの中心軸に直交する平面において前記励磁コイルの内側と外側との両方に配置されていることが望ましい。

本発明は、可動接点が閉位置にあるときに接点装置を通して流れる負荷電流によって、磁気回路上に励磁コイルの生じる磁束と同じ向きの磁束を生じる補助コイルを備えるので、接点の接触安定性が向上する、という利点がある。

実施形態１に係る電磁継電器の一部を破断した概略断面図である。 実施形態１に係る電磁継電器の接続例を示す概略回路図である。 実施形態１に係る電磁継電器の要部を示す概略図である。 実施形態１に係る電磁継電器の要部を示す概略図である。 実施形態１に係る電磁継電器の動作説明図である。 実施形態１に係る電磁継電器の動作説明図である。 実施形態１に係る電磁継電器の動作説明図である。 実施形態２に係る電磁継電器の一部を破断した概略断面図である。 実施形態３に係る電磁継電器の一部を破断した概略断面図である。 参考例に係る電磁継電器の一部を破断した概略断面図である。

（実施形態１）
本実施形態の電磁継電器１は、図１に示すように、接点装置２と、電磁石装置３と、補助コイル４とを備えている。接点装置２は、固定接点２１および可動接点２２を有する。

電磁石装置３は、励磁コイル３１を有し、励磁コイル３１への通電時に磁気回路に生じる磁束によって、固定接点２１から離れた開位置より固定接点２１に接触する閉位置へ可動接点２２を移動させる。補助コイル４は、励磁コイル３１と同軸周りに巻かれたコイルであって、接点装置２と直列に接続されており、可動接点２２が閉位置にあるときに接点装置２を通して流れる負荷電流によって、磁気回路上に励磁コイル３１の生じる磁束と同じ向きの磁束を生じる。

また、本実施形態では、補助コイル４は、励磁コイル３１の中心軸に直交する平面において励磁コイル３１の内側に配置されている。

以下、本実施形態の電磁継電器１について詳しく説明する。ただし、以下に説明する電磁継電器１は、本発明の一例に過ぎず、本発明は、下記実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

本実施形態においては、電磁継電器１が、電気自動車（ＥＶ）に搭載され、図２に示すように走行用のバッテリ１０１から負荷（たとえばインバータ）１０２への直流電力の供給路上に接点装置２を挿入するように接続されて用いられる場合を例とする。この電磁継電器１の励磁コイル３１は、電気自動車のＥＣＵ（電子制御ユニット）１０３からの制御信号に応じてオンとオフとが切り替わるスイッチング素子１０４を介して、励磁用電源１０５に接続されている。これにより、電磁継電器１は、ＥＣＵからの制御信号に応じて接点装置２が開閉し、走行用のバッテリ１０１から負荷１０２への直流電力の供給状態を切り替えることができる。

本実施形態では、接点装置２は、図１に示すように、一対の固定接点２１と、一対の可動接点２２と、各固定接点２１を支持する一対の接点台１１，１２と、両可動接点２２を支持する可動接触子１３とを有している。接点装置２の構成について詳しくは後述するが、接点装置２は、固定接点２１および可動接点２２を一対ずつ備えることにより、接点装置２が閉じた状態で一対の接点台１１，１２間が可動接触子１３を介して短絡する。したがって、接点装置２は、走行用のバッテリ１０１（図２参照）からの直流電力が、一対の接点台１１，１２および可動接触子１３を通して負荷１０２（図２参照）へ供給されるように、バッテリ１０１と負荷１０２との間に挿入される。なお、接点装置２は、バッテリ１０１の出力端間において負荷１０２と直列に接続されていればよく、バッテリ１０１の負極（マイナス極）と負荷１０２との間に挿入されていてもよい。

本実施形態に係る電磁継電器１は、図１に示すように、上述した接点装置２、電磁石装置３、補助コイル４に加えて、ホルダ１４と、接圧ばね１５と、シャフト１６と、一対のヨーク１７，１８とを備えている。さらに、電磁継電器１は、走行用のバッテリ１０１（図２参照）から負荷１０２（図２参照）への直流電力の供給路上に挿入される一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２と、励磁用電源１０５に接続される一対の入力端子Ｔ３，Ｔ４（図２参照）とを備えている。

電磁石装置３は、励磁コイル３１の他に、継鉄３２と、固定鉄芯３３と、可動鉄芯３４と、復帰ばね３５とを有している。なお、電磁石装置３は、合成樹脂製であって励磁コイル３１が巻き付けられるコイルボビン（図示せず）を有していてもよい。

継鉄３２は、固定鉄芯３３および可動鉄芯３４と共に、励磁コイル３１の通電時に生じる磁束が通る磁気回路を形成する。そのため、継鉄３２と固定鉄芯３３と可動鉄芯３４とは磁性材料から形成されている。

本実施形態においては、継鉄３２は、励磁コイル３１の中心軸方向の両側に設けられて互いに対向する第１継鉄３２１および第２継鉄３２２を具備している。以下では、励磁コイル３１の中心軸方向を上下方向とし、励磁コイル３１から見て第１継鉄３２１側を上方、第２継鉄３２２側を下方として説明するが、電磁継電器１の使用形態を限定する趣旨ではない。

継鉄３２は、第１継鉄３２１と第２継鉄３２２との周縁部同士を連結する第３継鉄３２３と、第２継鉄３２２の上面の中央部から上方に突出する形の円筒状に形成された第４継鉄３２４とをさらに具備している。ここでは、第１継鉄３２１および第２継鉄３２２はそれぞれ矩形板状に形成されている。第３継鉄３２３は、第１継鉄３２１の下面において互いに対向する一対の辺と、第２継鉄３２２の上面における互いに対向する一対の辺とを連結するように、一対設けられている。第４継鉄３２４は、その下端部が第２継鉄３２２の中央部に形成された保持孔（図示せず）に嵌合している。

励磁コイル３１は、これら第１継鉄３２１と第２継鉄３２２と第３継鉄３２３とで囲まれた空間に配置されており、その内側に第４継鉄３２４と固定鉄芯３３と可動鉄芯３４とが配置されている。励磁コイル３１の内径は第４継鉄３２４の外径よりも大きく形成され、励磁コイル３１の内周面と第４継鉄３２４の外周面との間に所定幅の隙間が確保されている。励磁コイル３１は、その両端が一対の入力端子Ｔ３，Ｔ４（図２参照）に接続されている。

固定鉄芯３３は、第１継鉄３２１の下面の中央部から下方に突出する形の円筒状に形成され、その上端部が継鉄（第１継鉄３２１）３２に固定されている。固定鉄芯３３の外径は、第４継鉄３２４の内径よりも小さく形成されている。さらに、固定鉄芯３３の下端面と第４継鉄３２４の上端面との間には、上下方向においてギャップ（隙間）が確保されている。

可動鉄芯３４は、円柱状に形成されており、固定鉄芯３３の下方において、その上端面を固定鉄芯３３の下端面に対向させるように配置されている。可動鉄芯３４の外径は第４継鉄３２４の内径よりも小さく形成され、可動鉄芯３４は第４継鉄３２４の内側を第４継鉄３２４の内周面に沿って上下方向に移動する。言い換えれば、可動鉄芯３４は、その上端面が固定鉄芯３３の下端面に接触した第１の位置と、その上端面が固定鉄芯３３の下端面から離れた第２の位置との間で移動可能に構成されている。

また、電磁石装置３は、非磁性材料からなり固定鉄芯３３および可動鉄芯３４を収納する筒体（図示せず）を有していてもよい。筒体は、上面が開口した有底円筒状に形成され、上端部（開口周部）が第１継鉄３２１に固定され、下部が第４継鉄３２４の内側に嵌合する。これにより、筒体は、可動鉄芯３４の移動方向を上下方向に制限し、且つ可動鉄芯３４の第２の位置を規定する。

なお、電磁石装置３は、励磁コイル３１と第４継鉄３２４と固定鉄芯３３と可動鉄芯３４とが全て上下方向に沿った同一直線上に中心軸を有するように構成されている。

復帰ばね３５は、固定鉄芯３３の内側に配置されており、可動鉄芯３４を下方（第２の位置）へ付勢するコイルばねである。

上述した構成により、可動鉄芯３４は、励磁コイル３１に通電されていないとき（非通電時）には、固定鉄芯３３との間に磁気吸引力が生じないため、復帰ばね３５のばね力によって固定鉄芯３３から離れた第２の位置に位置することになる。一方、励磁コイル３１に通電されると、可動鉄芯３４は、固定鉄芯３３との間に磁気吸引力が生じるため、復帰ばね３５のばね力に抗して上方に引き寄せられ固定鉄芯３３に接触する第１の位置に移動する。

言い換えれば、電磁石装置３は、励磁コイル３１の通電時には、継鉄３２と固定鉄芯３３と可動鉄芯３４とで形成される磁気回路に励磁コイル３１が磁束を生じるので、この磁気回路の磁気抵抗が小さくなるように可動鉄芯３４を移動させる。具体的には、電磁石装置３は、励磁コイル３１の通電時、磁気回路のうち固定鉄芯３３の下端面と第４継鉄３２４の上端面との間のギャップを可動鉄芯３４で埋めるように、可動鉄芯３４を第２の位置から第１の位置へ移動させる。

要するに、電磁石装置３は、励磁コイル３１への通電時に磁気回路に生じる磁束によって可動鉄芯３４を上方へ移動させ、励磁コイル３１への通電が停止すると復帰ばね３５のばね力によって可動鉄芯３４を下方へ移動させる。このように、電磁石装置３は、励磁コイル３１の通電状態の切り替えに伴い可動鉄芯３４を上下方向に移動させることにより、接点装置２の開状態と閉状態とを切り替えるための駆動力を発生する。

接点装置２における一対の接点台１１，１２は、電磁石装置３の上方において上下方向に直交する平面内の一方向に並ぶように配置されており、各々、当該平面内での断面形状が円形状となる円柱状に形成されている。これら一対の接点台１１，１２は、電磁石装置３の継鉄３２や固定鉄芯３３との位置関係が固定されている。具体的には、電磁継電器１は、下面が開口した箱状に形成され第１継鉄３２１との間に固定接点２１および可動接点２２を収納するケース（図示せず）を備えている。一対の接点台１１，１２は、このケースの底板（上壁）に形成された丸孔に挿通された形でケースに接合されている。ケースは、たとえばセラミックなどの耐熱性材料より形成されており、その開口周部が第１継鉄３２１の上面の周縁部に対して、連結体（図示せず）を介して接合されている。

なお、ケースと連結体と第１継鉄３２１と上述した筒体とは、内部に気密空間を形成する気密容器を形成することが望ましく、この場合、気密容器内には水素を主体とする消弧ガスが封入されていることが望ましい。これにより、気密容器内に収納されている固定接点２１および可動接点２２において開極する際にアークが発生したとしても、アークは消弧ガスによって急速に冷却され迅速に消弧可能になる。ただし、固定接点２１および可動接点２２は気密容器に収納される構造に限らない。

一対の接点台１１，１２は、導電性材料から形成されており、各々の下端部には固定接点２１が設けられている。一対の接点台１１，１２の各々は、その外径が各接点台１１，１２における上端部以外の部位に比べて上端部で大きく形成されている。一対の接点台１１，１２のうち第１の接点台１１は、その上端部に第１の出力端子Ｔ１が接続されている。一方、一対の接点台１１，１２のうち第２の接点台１２は、その上端部に第２の出力端子Ｔ２が補助コイル４を介して接続されている。つまり、補助コイル４は、第２の接点台１２と第２の出力端子Ｔ２との間に挿入されている。言い換えれば、補助コイル４は、図２に示すように一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２間において接点装置２と直列に接続されている。

可動接触子１３は、導電性材料から矩形板状に形成されており、その長手方向の両端部を一対の接点台１１，１２の下端部に対向させるように一対の接点台１１，１２の下方に配置されている。可動接触子１３のうち、各接点台１１，１２に設けられている固定接点２１に対向する各部位には、可動接点２２がそれぞれ設けられている。

可動接触子１３は、電磁石装置３によって上下方向に駆動される。これにより、可動接触子１３に設けられている各可動接点２２は、それぞれ対応する固定接点２１に接触する閉位置と、固定接点２１から離れた開位置との間で移動することになる。可動接点２２が閉位置にあるとき、つまり接点装置２が閉じた状態では、第１の接点台１１と第２の接点台１２とは可動接触子１３を介して短絡する。したがって、接点装置２が閉じた状態では、第１の出力端子Ｔ１と第２の出力端子Ｔ２との間は補助コイル４を介して導通し、走行用のバッテリ１０１から負荷１０２へ補助コイル４を介して直流電力が供給されることになる。

シャフト１６は、非磁性材料にて上下方向に延びた丸棒状に形成されており、電磁石装置３で発生した駆動力を、電磁石装置３の上方に設けられている接点装置２へ伝達する。シャフト１６は、第１継鉄３２１の中央部に形成された透孔３２５に挿通されており、固定鉄芯３３および復帰ばね３５の内側を通って、その下端部が可動鉄芯３４に固定されている。シャフト１６の上端部は、可動接触子１３を保持するホルダ１４に固定されている。

ホルダ１４は、可動接触子１３の上下方向の両側に設けられて互いに対向する上板１４１および下板１４２と、上板１４１と下板１４２との周縁部同士を連結する側板１４３とを具備している。ここでは、上板１４１および下板１４２はそれぞれ矩形板状に形成されている。側板１４３は、上板１４１の下面において互いに対向する一対の辺と、下板１４２の上面における互いに対向する一対の辺とを連結するように、一対設けられている。下板１４２の中央部にはシャフト１６の上端部が固定されている。これにより、電磁石装置３で発生した駆動力はシャフト１６にてホルダ１４へと伝達され、可動鉄芯３４が上下方向に移動するのに伴いホルダ１４が上下方向に移動する。

一対のヨーク１７，１８は、磁性材料からなり、ホルダ１４に囲まれた空間において可動接触子１３の上下方向の両側に設けられている。一対のヨーク１７，１８のうち、可動接触子１３の上側に設けられた第１のヨーク１７は、上板１４１の下面に固着され、ホルダ１４と一体化されている。一対のヨーク１７，１８のうち、可動接触子１３の下側に設けられた第２のヨーク１８は、可動接触子１３に固着され、可動接触子１３と一体化されている。ここでは、第２のヨーク１８は、図３Ｂに示すように、その上面に凹部１８１が形成されており、凹部１８１内に可動接触子１３が嵌り込むような形で可動接触子１３と一体化されている。一対のヨーク１７，１８の機能については後述する。

接圧ばね１５は、ホルダ１４の下板１４２と第２のヨーク１８との間に配置されており、可動接触子（第２のヨーク１８）１３を上方へ付勢するコイルばねである。

次に、上述した構成の電磁継電器１の基本的な動作について図３Ａ，図３Ｂ，図４Ａ，図４Ｂを参照して簡単に説明する。なお、図３Ａおよび図４Ａは接点装置２を含む電磁継電器１の要部を示す断面図、図３Ｂは図３ＡのＸ−Ｘ断面図、図４Ｂは図４ＡのＸ−Ｘ断面図である。

図３Ａ，図３Ｂは励磁コイル３１の非通電時における電磁継電器１の状態を示している。この状態では、電磁石装置３の可動鉄芯３４が第２の位置に位置するため、ホルダ１４は、電磁石装置３によってシャフト１６を介して下方に引き下げられている。このとき、ホルダ１４は、その上板１４１にて第１のヨーク１７を介して可動接触子１３を下方に押し下げることになる。そのため、可動接触子１３は、第１のヨーク１７によって上方への移動が規制され、一対の可動接点２２を一対の固定接点２１から離れた開位置に位置させる。

このとき、第２のヨーク１８は、接圧ばね１５によって可動接触子１３ごと上方へ付勢されているので、第１のヨーク１７に下方から接触し第１のヨーク１７と共に可動接触子１３を包囲する。この状態（図３Ａ，図３Ｂの状態）では、接点装置２は開いた状態にあるので、一対の接点台１１，１２間は非導通であり、一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２間が非導通となる。

一方、図４Ａ，図４Ｂは励磁コイル３１の通電時における電磁継電器１の状態を示している。この状態では、電磁石装置３の可動鉄芯３４が第１の位置に位置するため、ホルダ１４は、シャフト１６を介して上方に押し上げられている。このとき、ホルダ１４は、その上板１４１に固定されている第１のヨーク１７を上方へ移動させることになる。そのため、可動接触子１３は、第１のヨーク１７による上方への移動規制が解除され、ホルダ１４の下板１４２にて接圧ばね１５および第２のヨーク１８を介して上方に押し上げられ、一対の可動接点２２を一対の固定接点２１に接触する閉位置に位置させる。

このとき、ホルダ１４は、第１のヨーク１７が可動接触子１３から離れる位置まで押し上げられており、第１のヨーク１７と第２のヨーク１８との間にはギャップが形成される。第２のヨーク１８は、接圧ばね１５によって可動接触子１３ごと上方へ付勢されているので、一対の可動接点２２と一対の固定接点２１との間の接圧（接触圧）を確保することができる。この状態（図４Ａ，図４Ｂの状態）では、接点装置２は閉じた状態にあるので、一対の接点台１１，１２間は導通し、一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２間が導通する。

次に、一対のヨーク１７，１８の機能について説明する。

まず、一対のヨーク１７，１８がないと仮定した場合について説明する。この場合、励磁コイル３１の通電時において、可動接触子１３（並びにそれと一体化されている構成要素）には図５に示すような力が作用する。すなわち、可動接触子１３には、図５に示すように、接圧ばね１５からの第１の力Ｆ１が上向きに作用し、電磁反発力である第２の力Ｆ２と、垂直抗力である第３の力Ｆ３とが下向きに作用する。

第１の力Ｆ１は、接圧ばね１５から可動接触子１３に対して常時作用する。第２の力Ｆ２は、一対の接点台１１，１２の一方から他方に向けて可動接触子１３を通して流れる電流に起因して発生する。つまり、一対の接点台１１，１２の一方から他方へ可動接触子１３を通して電流Ｉ１（図７Ａ参照）が流れると、この電流Ｉ１によって可動接触子１３の周辺に磁束φ１（図７Ａ参照）が生じる。この磁束φ１と可動接触子１３を流れる電流Ｉ１とによって、可動接触子１３には、可動接点２２を固定接点２１から離す向き（下向き）のローレンツ力（電磁反発力）が、第２の力Ｆ２として作用することになる。第３の力Ｆ３は、可動接触子１３に作用する上向きの力と下向きの力とがつり合うように、固定接点２１から可動接触子１３に作用する垂直抗力である。

また、一対のヨーク１７，１８がないと仮定した場合、励磁コイル３１の通電時において、ホルダ１４および可動鉄芯３４（並びにそれらと一体化されている構成要素）には図６に示すような力が作用する。すなわち、ホルダ１４および可動鉄芯３４には、図６に示すように、磁気吸引力である第４の力Ｆ４が上向きに作用し、接圧ばね１５からの第５の力Ｆ５と、復帰ばね３５からの第６の力Ｆ６と、垂直抗力である第７の力Ｆ７とが下向きに作用する。

第４の力Ｆ４は、励磁コイル３１の通電時に固定鉄芯３３と可動鉄芯３４との間に作用する。第５の力Ｆ５は、接圧ばね１５からホルダ１４の下板１４２に対して常時作用する。第６の力Ｆ６は、復帰ばね３５から可動鉄芯３４に対して常時作用する。第７の力Ｆ７は、ホルダ１４および可動鉄芯３４に作用する上向きの力と下向きの力とがつり合うように、固定鉄芯３３から可動鉄芯３４に作用する垂直抗力である。

ここで、一対の接点台１１，１２の一方から他方へ可動接触子１３を通して流れる電流Ｉ１が、短絡電流などの大電流であると、上述したように可動接触子１３に作用する電磁反発力（第２の力Ｆ２）が大きくなる。この電磁反発力は、可動接点２２と固定接点２１との間の接圧を低減させるように作用するので、可動接触子１３への電磁反発力の影響は極力小さく抑えることが望ましい。

そこで、本実施形態の電磁継電器１は、一対のヨーク１７，１８を備えることにより、このような電磁反発力の可動接触子１３への影響を極力小さく抑えている。具体的には、一対のヨーク１７，１８は、電磁反発力の原因となる磁界（磁場）の可動接触子１３への影響の抑制と、一対のヨーク１７，１８間の磁気吸引力との２つの作用によって、可動接触子１３への電磁反発力の影響を抑制する。

すなわち、第１のヨーク１７がない場合、可動接触子１３の周辺には図７Ａに示すような磁束φ１が生じるが、可動接触子１３の上方に第１のヨーク１７が設けられることにより、可動接触子１３の周辺の磁束φ１は図７Ｂに示すように変化する。なお、図７Ａ，図７Ｂは、可動接触子１３および第１のヨーク１７について図４ＡのＸ−Ｘ断面に相当する断面を模式的に表している。

つまり、第１のヨーク１７が設けられた図７Ｂの状態では、可動接触子１３の周辺の磁束φ１のうち、電磁反発力の原因となる向き（図７Ｂでは左向き）の磁界を生じる磁束は、主に第１のヨーク１７内を通過する。上記磁界とは反対向きの（図７Ｂでは右向き）の磁界を生じる磁束は、主に可動接触子１３を通過する。

そのため、可動接触子１３を流れる電流Ｉ１に対して作用する磁界は、電磁反発力の原因となる磁界とは反対向きの磁界が支配的になり、可動接触子１３には、可動接点２２を固定接点２１に接触させる向き（上向き）のローレンツ力Ｆ１０が作用することになる。言い換えれば、第１のヨーク１７は、電磁反発力の原因となる磁界の可動接触子１３への影響を抑制する機能を持つ。

また、一対のヨーク１７，１８は、可動接触子１３を囲むように設けられているので、可動接触子１３に電流Ｉ１が流れると、この電流Ｉ１によって可動接触子１３の周囲に発生する磁束が、一対のヨーク１７，１８を通ることになる。これにより、第１のヨーク１７と第２のヨーク１８との間には磁気吸引力が生じ、第２のヨーク１８には図５に示すように第８の力Ｆ８が上向きに作用し、第１のヨーク１７には図６に示すように第９の力Ｆ９が下向きに作用する。

ここで、第１のヨーク１７はホルダ１４の上板１４１に固定されているので、第２のヨーク１８は、第１のヨーク１７との間の磁気吸引力（図５に示す第８の力Ｆ８）によって可動接触子１３ごと上方に引き上げられる。つまり、一対のヨーク１７，１８間の磁気吸引力は、可動接触子１３に対して可動接点２２を固定接点２１へ接触させる向き（上向き）に作用し、可動接触子１３への電磁反発力の影響を抑制する。

ところで、一対のヨーク１７，１８を用いた構成では、励磁コイル３１の通電時に、第１のヨーク１７に対して作用する磁気吸引力（図６に示す第９の力Ｆ９）は、固定鉄芯３３から可動鉄芯３４に作用する磁気吸引力（図６に示す第４の力Ｆ４）と逆向きに働く。第４の力Ｆ４は、電磁継電器１に外部から振動や衝撃が加わっても可動鉄芯３４が動かないように可動鉄芯３４を固定鉄芯３３側（第１の位置）に固定する力である。そのため、短絡時などで可動接触子１３を流れる電流Ｉ１が増大し、第９の力Ｆ９に対して第４の力Ｆ４が不足しているような場合、可動鉄芯３４を位置固定する力が不足して、電磁継電器１の振動や衝撃に対する耐性が低下する可能性がある。

さらにまた、短絡時などで可動接触子１３を流れる電流Ｉ１が増大して第９の力Ｆ９が第４の力Ｆ４に対して過大となる場合、第１のヨーク１７がホルダ１４ごと第２のヨーク１８（下方）に引き寄せられることがある。この場合、可動鉄芯３４と固定鉄芯３３との間に乖離が生じて、可動接点２２と固定接点２１との間の接圧が低減する可能性がある。

また、電磁石装置３において固定鉄芯３３と可動鉄芯３４との間に作用する磁気吸引力を大きくすれば、第９の力Ｆ９に対し第４の力Ｆ４が不足することに起因した、振動や衝撃に対する耐性の低下や接点装置２の接圧の低減は、ある程度抑制できる。しかし、電磁石装置３の磁気吸引力を大きくすると、電磁石装置３の大型化につながり、電磁石装置３での消費電力の増大やコスト増につながる。

本実施形態に係る電磁継電器１は、電磁石装置３の励磁コイル３１とは別に補助コイル４を備えることにより、これらの課題を解決する。

すなわち、補助コイル４は、図１に示すように、励磁コイル３１と同軸周りに巻かれたコイルであって、接点装置２と直列に接続されている。本実施形態では、補助コイル４は、第２の接点台１２と第２の出力端子Ｔ２との間に接続されている。これにより、補助コイル４は、接点装置２が閉じた状態で、走行用のバッテリ１０１から負荷１０２へ供給される負荷電流（電流Ｉ１）の経路の一部を形成し、この負荷電流によって励磁される。

このとき補助コイル４の生じる磁束が、継鉄３２と固定鉄芯３３と可動鉄芯３４とで形成される磁気回路上において、励磁コイル３１の生じる磁束と同じ向きとなるように、補助コイル４の巻き付け方向は設定されている。したがって、可動接点２２が閉位置にある状態で、磁気回路（継鉄３２と固定鉄芯３３と可動鉄芯３４）上には、励磁コイル３１の生じる磁束に補助コイル４の生じる磁束分を加えた磁束が生じることになる。

さらに詳しく説明すると、本実施形態では、磁気回路のうち固定鉄芯３３と可動鉄芯３４とを含む直線状の一部の周囲に、励磁コイル３１と補助コイル４とが巻かれている。補助コイル４および励磁コイル３１は、補助コイル４の外周に励磁コイル３１が重なるように二重巻きにされている。励磁コイル３１の内周面と第４継鉄３２４の外周面との間には、上述したように隙間が確保されているので、この隙間を利用して補助コイル４は配置される。言い換えれば、補助コイル４は、上下方向に沿った励磁コイル３１の中心軸に直交する平面において励磁コイル３１の内側に設けられている。

なお、電磁石装置３が、励磁コイル３１が巻き付けられるコイルボビン（図示せず）を有する場合には、固定鉄芯３３と可動鉄芯３４と補助コイル４とは、コイルボビンの内側に配置される。

ここで、補助コイル４には、走行用のバッテリ１０１から負荷１０２へ供給される負荷電流が流れるので、補助コイル４での損失（銅損）を小さく抑えるように、コイル線（銅線）の線径を大きく且つ線長を短くすることが望ましい。補助コイル４の起磁力は、補助コイル４を流れる電流の大きさと、補助コイル４の巻き数（ターン数）との積で表される。補助コイル４で生じる磁束が必要になるのは、基本的には、短絡電流などの過大な電流Ｉ１が可動接触子１３を流れる場合である。たとえば数千アンペア（Ａ）の短絡電流を想定すれば、補助コイル４は、３〜１０回程度の巻き数で十分な起磁力を生じることができるので、補助コイル４の巻き数を３〜１０回程度に抑えてコイル線を短くすることが望ましい。

以上説明した本実施形態の電磁継電器１によれば、励磁コイル３１と同軸周りに巻かれたコイルであって、接点装置２と直列に接続された補助コイル４が、電磁石装置３の励磁コイル３１に加えて備わっている。この補助コイル４は、可動接点２２が閉位置にあるときに接点装置２を通して流れる負荷電流によって、磁気回路上に励磁コイル３１の生じる磁束と同じ向きの磁束を生じるように構成されている。

したがって、固定鉄芯３３から可動鉄芯３４に作用する磁気吸引力（図６に示す第４の力Ｆ４）は、励磁コイル３１で生じる磁気吸引力に、接点装置２を流れる負荷電流の大きさに応じて補助コイル４で生じる磁気吸引力を加えた大きさになる。そのため、一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２間を流れる電流が大きくなるほど、固定鉄芯３３から可動鉄芯３４に作用する磁気吸引力が増大する。よって、本実施形態の電磁継電器１によれば、第１のヨーク１７に作用する磁気吸引力（図６に示す第９の力Ｆ９）に対して第４の力Ｆ４が不足することに起因した、振動や衝撃に対する耐性の低下や、接点装置２の接圧の低減が生じにくくなる。

また、この電磁継電器１は、基本的には、電磁石装置３の励磁コイル３１が生じる磁束によって接点装置２が開状態から閉状態に切り替えられ、且つ接点装置２が閉状態に維持されるのであって、接点装置２の動作状態は接点装置２に流れる電流には依存しない。したがって、一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２間を流れる電流（負荷電流）が小さくなっても、接点装置２の動作状態（閉状態）は電磁石装置３によって十分に維持され、接点の接触安定性が低下する可能性は低くなる。

さらに、補助コイル４は、電磁石装置３の励磁コイル３１と同軸周りに巻かれているので、補助コイル４の漏れ磁束と励磁コイル３１の漏れ磁束とが互いに相殺する可能性も低い。したがって、補助コイル４が励磁された状態で、補助コイル４と励磁コイル３１とで磁束が相殺されることより、接点装置２の動作状態（閉状態）を維持するための磁束が減少することに起因して接点の接触安定性が低下する可能性は低くなる。

結果的に、本実施形態の構成によれば、接点の接触安定性が向上した電磁継電器１を提供することができる。

しかも、電磁石装置３の磁気吸引力は、接点装置２に電流（負荷電流）が流れていない状態において、接点装置２を開状態から閉状態に切り替え、且つ接点装置２を閉状態に維持するのに必要十分な大きさであればよい。そのため、短絡電流などの過大な電流Ｉ１が可動接触子１３に流れた際には、補助コイル４により固定鉄芯３３−可動鉄芯３４間の磁気吸引力を増大しながらも、電磁石装置３の大型化を避けることができ、電磁石装置３での消費電力の増大やコスト増を回避できる。言い換えれば、短絡電流などの過大な電流Ｉ１が可動接触子１３に流れた際の固定鉄芯３３−可動鉄芯３４間の磁気吸引力を同一とするならば、補助コイル４がない場合に比べて、電磁石装置３を小型化することができ、消費電力の低下やコスト減が期待できる。

また、本実施形態では、補助コイル４は、励磁コイル３１の中心軸に直交する平面において励磁コイル３１の内側に配置されているので、励磁コイル３１の外側に配置される場合に比べて同じ巻き数でも補助コイル４のコイル線の線長を短くできる。そのため、電磁継電器１は、補助コイル４の銅損を小さく抑えることができ、また補助コイル４を設けたことによる重量の増加を小さく抑えることができる。さらに、補助コイル４を設けたことにより電磁石装置３の外形が大きくなることはないので、補助コイル４が励磁コイル３１の外側に配置される場合に比べて、電磁継電器１はコンパクトになる。

なお、本実施形態においては、電磁継電器１が、一対のヨーク１７，１８を備える構成を前提として、補助コイル４を備える場合について説明したが、この構成に限らず、一対のヨーク１７，１８は省略されていてもよい。

（実施形態２）
本実施形態の電磁継電器１は、図８に示すように、補助コイル４が、励磁コイル３１の中心軸に直交する平面において励磁コイル３１の外側に配置されている点で、実施形態１の電磁継電器１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態では、励磁コイル３１の内周面と第４継鉄３２４の外周面との間に隙間を確保する必要はないので、図８に示すように、励磁コイル３１の内径は実施形態１の構成に比べて小さく形成されている。ここで、励磁コイル３１の巻き数が実施形態１と同じであるとすれば、励磁コイル３１の外径は実施形態１に比べて小さくなるので、励磁コイル３１の外周面と第３継鉄３２３の内周面との間には隙間が確保され、この隙間を利用して補助コイル４は配置される。

つまり、図８の例では、補助コイル４は、第３継鉄３２３の内側に設けられている。補助コイル４および励磁コイル３１は、励磁コイル３１の外周に補助コイル４が重なるように二重巻きにされる。

補助コイル４は、実施形態１と同様に、接点装置２を流れる負荷電流によって、磁気回路（継鉄３２と固定鉄芯３３と可動鉄芯３４）上に、励磁コイル３１の生じる磁束と同じ向きの磁束を生じるように構成されている。

以上説明した本実施形態の電磁継電器１によれば、電磁石装置３の構造に大幅な変更を加えることなく、補助コイル４を付加することが可能になる。したがって、電磁継電器１は、補助コイル４を付加することに伴う、補助コイル４以外の構造の変更を最小限に抑えることができる。また、電磁継電器１は、接点装置２の切り替え等を基本的に担う電磁石装置３の効率を損なうことなく、補助コイル４を付加することができる。

さらに、補助コイル４は励磁コイル３１の外側に配置されているので、補助コイル４の放熱性を高めることができ、短絡電流などの過大な電流が補助コイル４に流れた場合でも、効率的に放熱することができる。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
本実施形態の電磁継電器１は、図９に示すように、補助コイル４が、励磁コイル３１の中心軸に直交する平面において励磁コイル３１の内側と外側との両方に配置されている点で、実施形態１の電磁継電器１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態では、補助コイル４は、第１の補助コイル４１と第２の補助コイル４２とを有している。第１の補助コイル４１は、第１の接点台１１と第１の出力端子Ｔ１との間に挿入され、第２の補助コイル４２は、第２の接点台１２と第２の出力端子Ｔ２との間に挿入されている。言い換えれば、一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２間において、第１の補助コイル４１と接点装置２と第２の補助コイル４２とは直列に接続されている。

第２の補助コイル４２は、実施形態１の補助コイル４と同様に励磁コイル３１の内側に配置されている。励磁コイル３１の内周面と第４継鉄３２４の外周面との間には隙間が確保されているので、この隙間を利用して第２の補助コイル４２は配置される。

また、第１の補助コイル４１は、実施形態２の補助コイル４と同様に励磁コイル３１の外側に配置されている。本実施形態では、図９に示すように、励磁コイル３１の外周面と第３継鉄３２３の内周面との間には隙間が確保され、この隙間を利用して第１の補助コイル４１は配置される。

つまり、図９の例では、第１の補助コイル４１は、第３継鉄３２３の内側に設けられている。第１の補助コイル４１および励磁コイル３１は、励磁コイル３１の外周に第１の補助コイル４１が重なるように二重巻きにされる。

第１の補助コイル４１と第２の補助コイル４２とは、いずれも接点装置２を流れる負荷電流によって、磁気回路（継鉄３２と固定鉄芯３３と可動鉄芯３４）上に、励磁コイル３１の生じる磁束と同じ向きの磁束を生じるように構成されている。そのため、可動接点２２が閉位置にある状態で、磁気回路上には、励磁コイル３１の生じる磁束に第１の補助コイル４１の生じる磁束分と第２の補助コイル４２の生じる磁束分とを加えた磁束が生じることになる。

以上説明した本実施形態の電磁継電器１によれば、第１の補助コイル４１と第２の補助コイル４２との各々が、可動接点２２が閉位置にあるときに接点装置２を通して流れる負荷電流によって、磁気回路上に励磁コイル３１の生じる磁束と同じ向きの磁束を生じる。したがって、固定鉄芯３３から可動鉄芯３４に作用する磁気吸引力は、励磁コイル３１で生じる磁気吸引力に、第１の補助コイル４１で生じる磁気吸引力と第２の補助コイル４２で生じる磁気吸引力とを加えた大きさになる。その結果、電磁継電器１は、第１の補助コイル４１と第２の補助コイル４２とのいずれか一方のみが設けられた構成に比べて、固定鉄芯３３から可動鉄芯３４に作用する磁気吸引力が一層増大し、接点の接触安定性がより向上する。

しかも、第１の補助コイル４１は励磁コイル３１の外側に配置されているので、第１の補助コイル４１の放熱性を高めることができ、短絡電流などの過大な電流が第１の補助コイル４１に流れた場合でも、効率的に放熱することができる。また、第２の補助コイル４２は、励磁コイル３１の中心軸に直交する平面において励磁コイル３１の内側に配置されているので、励磁コイル３１の外側に配置される場合に比べて同じ巻き数でも第２の補助コイル４２のコイル線の線長を短くできる。そのため、電磁継電器１は、第２の補助コイル４２の銅損を小さく抑えることができ、また第２の補助コイル４２を設けたことによる重量の増加を小さく抑えることができる。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

（参考例）
本参考例の電磁継電器１は、図１０に示すように、補助コイル４を構成する第１の補助コイル４１と第２の補助コイル４２とが、励磁コイル３１と異なる軸周りに巻かれている点で、実施形態３の電磁継電器１と相違する。以下、実施形態３と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。

本参考例では、継鉄３２と固定鉄芯３３と可動鉄芯３４とで形成される磁気回路のうち、固定鉄芯３３と可動鉄芯３４とを含む直線状の一部の周囲には、励磁コイル３１が巻かれている。さらに、この磁気回路のうち、一対の第３継鉄３２３の一方（図１０では左側）の第３継鉄３２３の周囲には第１の補助コイル４１が巻かれ、他方の（図１０では右側）の第３継鉄３２３の周囲には第２の補助コイル４２が巻かれている。

この構成では、励磁コイル３１の内周面と第４継鉄３２４の外周面との間に隙間を確保する必要はないので、図１０に示すように、励磁コイル３１の内径は実施形態３の構成に比べて小さく形成されている。ここで、励磁コイル３１の巻き数が実施形態３と同じであるとすれば、励磁コイル３１の外径は実施形態３に比べて小さくなるので、励磁コイル３１の外周面と第３継鉄３２３との間に補助コイル４を巻き付けるスペースが確保される。

さらに、本参考例では、図１０に示すように、上下方向に直交する平面内において第１継鉄３２１と第２継鉄３２２とが、実施形態３の構成に比べて大きく形成されている。第３継鉄３２３は、第１継鉄３２１と第２継鉄３２２との周縁よりやや内側の部位同士を連結している。これにより、第１継鉄３２１と第２継鉄３２２との間には、第３継鉄３２３の外側において補助コイル４を巻き付けるスペースが確保される。第１の補助コイル４１および第２の補助コイル４２は、これらのスペースを利用して、一対の第３継鉄３２３の各々に巻き付けられる。

第１の補助コイル４１と第２の補助コイル４２とは、いずれも接点装置２を流れる負荷電流によって、磁気回路（継鉄３２と固定鉄芯３３と可動鉄芯３４）上に、励磁コイル３１の生じる磁束と同じ向きの磁束を生じるように構成されている。そのため、可動接点２２が閉位置にある状態で、磁気回路上には、励磁コイル３１の生じる磁束に第１の補助コイル４１の生じる磁束分と第２の補助コイル４２の生じる磁束分とを加えた磁束が生じることになる。

以上説明した本参考例の電磁継電器１によれば、補助コイル４が励磁コイル３１と同軸周りに巻かれる必要がないので、補助コイル４の配置の自由度が高くなる。すなわち、補助コイル４は、磁気回路の一部の周囲に巻かれ、この磁気回路上に、接点装置２を流れる負荷電流によって、励磁コイル３１の生じる磁束と同じ向きの磁束を生じる構成であればよい。したがって、電磁継電器１は、たとえば可動鉄芯３４が直進往復移動するプランジャ型の電磁石装置３に限らず、ヒンジ型の電磁石装置を採用する場合でも、補助コイル４を付加することが可能である。

なお、補助コイル４は、本参考例では第１の補助コイル４１および第２の補助コイル４２の２つのコイルを有しているが、この構成に限らず、１つあるいは３つ以上のコイルが補助コイル４として設けられていてもよい。

その他の構成および機能は実施形態３と同様である。

１ 電磁継電器
２ 接点装置
２１ 固定接点
２２ 可動接点
３ 電磁石装置
３１ 励磁コイル
３２ 継鉄
３３ 固定鉄芯
３４ 可動鉄芯
４ 補助コイル
Ｔ１，Ｔ２ 出力端子

Claims (4)

1. 固定接点および可動接点を有する接点装置と、
   励磁コイルを有し、当該励磁コイルへの通電時に磁気回路に生じる磁束によって、前記固定接点から離れた開位置より前記固定接点に接触する閉位置へ前記可動接点を移動させる電磁石装置と、
   前記励磁コイルと同軸周りに巻かれたコイルであって、前記接点装置と直列に接続されており、前記可動接点が前記閉位置にあるときに前記接点装置を通して流れる負荷電流によって、前記磁気回路上に前記励磁コイルの生じる磁束と同じ向きの磁束を生じる補助コイルとを備える
   ことを特徴とする電磁継電器。
2. 前記補助コイルは、前記励磁コイルの中心軸に直交する平面において前記励磁コイルの内側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁継電器。
3. 前記補助コイルは、前記励磁コイルの中心軸に直交する平面において前記励磁コイルの外側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁継電器。
4. 前記補助コイルは、前記励磁コイルの中心軸に直交する平面において前記励磁コイルの内側と外側との両方に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁継電器。

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