JP2015185484A

JP2015185484A - 電磁接触器

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Publication number: JP2015185484A
Application number: JP2014062936A
Authority: JP
Inventors: 純倉茂; Jun Kurashige; 勝彦白石; Katsuhiko Shiraishi; 佐藤　崇; Takashi Sato; 崇佐藤
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2034-03-26
Also published as: JP6258097B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、コイルを小形化した電磁接触器を提供することにある。【解決手段】本発明の電磁接触器は、磁石コイルが挿し込まれた固定コアと、固定コアと電磁力によって近づくあるいは離れる動作をする可動コアとを有する電磁接触器であって、可動コアを固定する可動コア固定枠と対向する面を有する固定コアを固定する固定コア固定枠と、を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁接触器に関する。

電磁接触器は、筐体内に設けた電磁石を用いて接点を操作して電気回路の開閉を行う開閉器で、例えば、電動機の運転、停止などの制御のときに主に使用される。

電磁石の構造は、中央脚とこの中央脚の両側にある距離を付与して両側脚を設けた略Ｅ字形状コアの固定コアと可動コアを形成し、互いに各脚の先端の接極面が対向するように配置する。そして、固定コアと可動コアの中央脚に電磁石コイルを巻回したコイルボビンを嵌挿した構成（いわゆる略Ｅ字型形状コア）、または、プランジャ形の電磁石構成が一般的なものとなっている。

これらの構成において、電磁石コイルに通電すると、固定コアと可動コアとの間に吸引力が働き、可動コアは固定コアとコイル間との間に配置された戻しバネの押圧力に反しながら固定コア側に移動する。その結果、可動コアに連動している可動接点が固定接点に接触し、接続用の端子が導通し、閉路状態が維持されるものである。

また、特許文献１（特開２０１３−８９３５５号公報）には、「本発明は、電磁石コイルのボビン２２が嵌挿された固定コア２と、この固定コア２に接極、開極するよう対向配置された可動コア３と、固定接触子１１との間で接触圧を確保する接点バネ９を介して可動接触子１０を支持する可動絶縁台７と、固定接触子１１を支持する上部絶縁台８と、可動コア３を固定コア２から開極するように配置された戻しバネ５と、各部材を収容する固定絶縁台６を有する直流操作形電磁接触器において、可動コア及び固定コアの接極面に傾斜を設け、少なくとも１個以上の傾斜面に段差を設け、吸引力を向上させた。」と記載される技術が開示されている。

特開２０１３−８９３５５号公報

直流電磁石は動作初期とコア吸着後のコイルに流れる電流に変化がないため、吸引力・消費電力・発熱を考慮すると、コイルの寸法が交流電磁石に比べ大きく、巻き線を多く使用する必要がある。

上記問題から従来略Ｅ字形状コア(単にＥ字形状コアとも呼ぶ)の場合は、対向する可動コア、固定コアの積極面に傾斜を設け空隙を短くし、動作初期の吸引力を向上させる方法が一般的となっているが（特許文献1参照）、特許文献１の方法では、側脚が存在するために、コイルの幅方向に制限が有り、高さ方向に影響を与えてしまう。
また、積極面の形状が傾斜しているため、磁気回路の有効断面積が不足し動作後半・動作後に吸引力が不足することを考慮していない。

一方、いわゆるプランジャ形の場合は動作初期の可動コアと固定コア間の空隙が長く、磁気による吸引力を確保するために大量に巻き線を使用することでコイルが非常に大きくなってしまう。吸引力を得る必要があるため、コイルが大きくなることで、装置全体として大型化してしまう課題を有している。

また、プランジャ型の動作後半の吸引力は略Ｅ字形形状コアよりも確保できるが動作後の消費電力が高い電磁石となっており、消費電力を下げる課題を有している。

本発明の目的は、上記課題を解決するため、コイルを小形化した電磁接触器を提供することにある。

本発明の実施形態の一態様である電磁接触器は、磁石コイルが挿し込まれた固定コアと、固定コアと電磁力によって近づくあるいは離れる動作をする可動コアとを有する電磁接触器であって、可動コアを固定する可動コア固定枠と対向する面を有する固定コアを固定する固定コア固定枠と、を有することを特徴とする。

本発明の実施形態の一態様である電磁接触器は、磁石コイルが挿し込まれた固定コアと、固定コアと電磁力によって近づくあるいは離れる動作をする可動コアとを有する電磁接触器であって、近づくあるいは離れる動作をする際に、磁石コイルから発生する電磁力の磁気回路は、可動コアを固定する可動コア固定枠と対向する面を有する固定コアを固定する固定コア固定枠とを通過する固定枠磁気回路と、コアの可動コアと対向する面とを通過するコア通過磁気回路と、を切り替えることを有することを特徴とする。

本発明によれば、コイルを小形化した回路遮断器を提供することが可能となる。

本発明の一実施例となる電磁石部の斜視図である。本発明の一実施例となる電磁石部の断面図である。本発明の一実施例となる電磁石部の可動コアと固定コア・固定枠の空隙を説明する図である。本発明の一実施例となる動作初期の磁気回路を示す図である。本発明の一実施例となる磁気回路が変化した後の磁気回路を示す図である。本発明の動作とＡ方向からの矢視図を示す図である。本発明の動作とＢ方向からの矢視図を示す図である。従来の電磁石部の斜視図である。固定コアと可動コア間の空隙の関係を示す図である。固定コアと可動コア間の空隙の関係を示す図である。

以下、本発明の実施するための参考例を図面を用いて説明する。

従来の構成を図８を用いて説明する。コイルに電流を流すことで可動コア３１ａと固定コア２１ａが近付く。その際には、可動コア３１ａと固定コア２１ａは接触しない。接触した場合には、引き外しが困難となるためである。

図1は本発明の直流操作形電磁接触器の電磁石部の斜視図である。
図2は本発明の直流操作形電磁接触器の電磁石部の内部構造がわかるようにした断面図である。

図1、2にて示すように本発明の電磁石部はコイル1に凸又は凹の固定コア側の斜面２４をもつ固定コア21が嵌挿され、つまり挿し込んでから嵌め込まれており（嵌め込む際に差し込んでもよく、この固定コア２１の構成が成立すればどのような取り付け方であってもよい）、固定コア21に固定コア21の逆の凸又は凹の可動コア側の斜面３３をもつ可動コア31が対向するように配置されている。

なお、斜面２４は円錐形状を有しており、図示しないが先端が尖っていても、略水平となるように円錐の先端が平や丸くなっている状態に加工していてもよい。また、円錐形状に限らず、三角錐や四角錐等であってもよくテーパ形状を有していればよい。鋳造で作る場合には、円錐がよい。表面は平らとなるよう均一であることが望ましいが鋳造や研磨、切削加工による製作方法の都合により多少の粗さを持っていてもよい。

また固定コア21は磁性体である固定コア側の固定枠２２（固定コアを固定する固定枠を指す）と接合されており、固定コア側の固定枠２２はコイル底面からコイル側面を通過し、コイル上面の磁性体である可動コア側の固定枠２３（可動コアを固定する固定枠を指す）と接合されている。また、固定コア側の固定枠２２のコイル側面の一部には凸又は凹の固定コア側の傾斜２５を形成し、可動コア側の固定枠２３と接触しない面を有している。

可動コア32は可動コア側の固定枠２３に略平行に対向配置され、さらに固定コア側の固定枠２２の固定コア側の傾斜２５を形成した側面と重なり合うように固定コア側の固定枠２２の逆の凸又は凹の可動コア側の傾斜３４を設けた側面を設けている、ただし、固定コア側の固定枠２２と可動コア側の傾斜３４は動作完了時にも接触しないようにする必要がある。接触した場合には引き外しが困難となるためである。

上記傾斜３４と固定コア側の固定枠２２に設けられた傾斜２５は、Ｖ字型の構成をとっているが、Ｗ字やＭ字や、Ｖ字の反対（記号でいうＶ字を上下逆さまにしたチルダのような傘型の形状）等の対向した面が略平行となる関係を構成することが望ましい。略平行とすることで、後述する図９に記載される可動コアと固定コア間の空隙の距離に関する説明と同様に、傾斜３４と傾斜２５間の空隙を小さくすることができる。

また、磁気回路を図４と図５の関係のように構成することが可能となり、
図3は本発明の可動コア31、可動コア32、固定コア側の固定枠２２、可動コア側の固定枠２３の各動作位置における空隙の関係を示すものである。

空隙の符号は、４１が空隙１、４２が空隙２、４３が空隙３を示し、以下空隙１から３を用いて説明する。

動作初期の空隙の関係は空隙１＜空隙２＜空隙３となり、コイルに電圧が印加され吸引力が発生すると可動コア31、32が固定コア21、固定コア側の固定枠２２、23との距離が縮まることで、空隙３≦空隙１＜空隙２と空隙の関係が変化し、動作完了時には空隙３＜空隙１＜空隙２となるような位置関係を有する。

図4は本発明の動作初期の磁気回路の説明図であるが、空隙1＜空隙2＜空隙3であることから、磁束は主に固定コア21→固定コア側の固定枠２２→固定コア側の傾斜２５→可動コア側の傾斜３４→可動コア32→可動コア31→可動コア側の斜面３３→固定コア側の斜面２４の順に通過する。

図５は本発明の磁気回路変化後の磁気回路の説明図であるが、空隙３＜空隙１＜空隙２と空隙が変化することで、磁束は主に固定コア21→固定コア側の固定枠２２→可動コア側の固定枠２３→可動コア32→可動コア31→可動コア側の斜面３３→固定コア側の斜面２４の順に通過する。

つまり、図４と図５ではＡ方向とＢ方向から見ており、可動コア３１の動作によって、磁束の通過経路が変わることがわかる。

ここで、図６と図７を用いて、電磁石の吸引状態と可動コア３１の動作を説明する。図６は本発明をＡ方向から見た矢視図を示し、図７はＢ方向から見た矢視図を示す。

動作は大きく３段階に分けられ、動作ａを固定コア２１と可動コア３２が離れており吸引が始まった状態において初期動作を示す。なお、初期動作である動作ａは動き出す前後の状態を含むものとする。また、動作ｃは、吸引が終わり可動コア３２と固定コア２１が近づいた状態であり、動作ａと動作ｃの中間にかかる動作を動作ｂとする。なお、中間にかかる動作ｂは、動作ａと動作ｃについて動作時間や動作する距離の厳密な中間という意味ではなく、動作ａと動作ｃとは異なる状態の一例を示すものである。

図６では可動コア３２と固定コア２１の距離が動作ａから動作ｃにかけて狭くなっているのがわかる。また、図７も同様に動作ａからｃにかけて可動コア３２と固定コア２１間の空隙が近付いていることがわかる。

すなわち、動作ａからｃにかけて、磁束は図４に記載されるように傾斜３４と固定コア側の傾斜２５との間に構成される空隙と空隙２との関係から磁気回路の構成が変化する。

これら図６，７は可動コア３２が固定コア２１に近づく動きを示しているが、逆に動作ｃから動作ａへと固定コア２１から可動コア３２が離れるように動作させることも可能である。なお、本構成をとることによって、引き外し動作であっても、空隙が従来よりも小さくできるため、少ない磁束で引き外し動作を行うことができる。

次に、図９を用いてストロークすなわち固定コアと可動コア先端部との距離と、ギャップ量すなわち固定コア２１と可動コア３２との最短距離（空隙１）について説明する。

可動コア３３の接線と水平とのなす角を０°、２０°、４０°、６０°とした場合のストロークとギャップ量を示した。

０°の場合は、固定コア２１と可動コア３２は水平である場合であり、６０°の場合は図２のような斜面３３と固定コア側の斜面２４のような関係を示すものである。

０°に比べて６０°の場合には最も、ストロークに対してギャップ量が小さいことがわかる。ギャップ量が小さいということは空隙２も小さいため、より小さい磁束で可動コア３２を動作させることができる。

これらの関係をグラフに示したものが図１０である。図１０は横軸をストローク、縦軸をギャップ量として示した。０°はストロークとギャップの比が１：１であるのに対して２０°、４０°、６０°はストロークとギャップの比が１：１より小さいことがわかる。

すなわち、０°より大きな角度を有することによってストロークとギャップの比率は１：１より小さくすることができる、つまり空隙の距離を小さくすることができることによって本願発明を実施しうる。

また、これらの関係は空隙１だけにいえるものではなく、傾斜２５と傾斜３４との間に構成される空隙においても同様の関係を有していることから、本実施例においては図を用いた詳細な説明は省略する。上記説明と同様に、傾斜２５と傾斜３４との間に構成される空隙の距離を小さくできることは明らかである。

なお、傾斜２５と傾斜３４と間に構成される空隙と空隙１から３の大きさが変化する関係によって、図４と５に示されるような磁束の通過経路が変わるようであれば、本発明を実施することができる。つまり、磁束の経路が変わるということは磁気回路が構成される部材が異なる。そのため、傾斜２５と傾斜３４の間に構成される空隙も空隙１から３を構成する斜面の角度の構成はいずれを選択してもよい。ただし、先に説明したように空隙が小さい方が磁気回路の構成として好ましいため、大きな角度で構成することが望ましい。

上記説明したように、本発明の構成をとることによって、空隙を小さくすることで、可動コアが固定コアに近づく際における吸引力を増加させ、始動位置における吸引力を向上することが可能となる。

また、磁気回路を初期動作と動作後半で変化させることにより、従来の電磁石よりも各動作位置における吸引力効率を向上させることが可能となり、コイルの小形化による製品サイズの小形化、動作時の消費電力の低下を図ることが可能となる。

また、コイルの小型化が可能となるため、製造にかかる省エネも図ることができる。

また、傾斜２５と傾斜３４を設けることで、略Ｅ字形形状コアのように側脚の影響が少ないため、コイルを幅方向にスペースを多く確保できるため、電磁接触器の高さを小さくすることもできる。

1・・コイル 21・・固定コア 22・・固定コア側の固定枠 23・・固定枠
24・・固定コア側の傾斜 25・・固定コア側の固定枠の傾斜 31・・可動コア
32・・可動コア 33・・可動コア側の傾斜３４・・可動コア側の傾斜
41・・空隙１ 42・・空隙２ 43・・空隙３

Claims

磁石コイルが挿し込まれた固定コアと、前記固定コアと電磁力によって近づくあるいは離れる動作をする可動コアとを有する電磁接触器であって、
前記可動コアを固定する可動コア固定枠と対向する面を有する固定コアを固定する固定コア固定枠と、
を有することを特徴とする電磁接触器。
請求項１に記載の電磁接触器であって、
前記可動コア固定枠と対向する面の接線と水平とのなす角は０°より大きいこと
を特徴とする電磁接触器。
請求項１または２に記載の電磁接触器であって、
前記可動コア固定枠と対向する面と、前記固定コア固定枠の前記可動コア固定枠と対向する面とが、略平行であること
を特徴とする電磁接触器。
請求項１または２に記載の電磁接触器であって、
前記可動コア固定枠と対向する面と、前記固定コア固定枠の前記可動コア固定枠と対向する面とが、Ｖ字型で形成されていること
を特徴とする電磁接触器。
請求項１または２に記載の電磁接触器であって、
前記可動コア固定枠と対向する面と、前記固定コア固定枠が前記可動コア固定枠と対向する面とが、Ｗ字型で形成されていること
を特徴とする電磁接触器。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電磁接触器であって、
前記固定コアと可動コアの対向する面のうちいずれか一方の面は凸型の形状を有しており、
前記対向する面のうち前記凸型の形状を有する面と異なる面は、少なくとも一部に前記凸型の形状を有する面と略平行に形成されていること
を特徴とする電磁接触器。
請求項６に記載の電磁接触器であって、
前記凸型の形状は、Ｖ字型の形状を有していること
を特徴とする電磁接触器。
請求項６に記載の電磁接触器であって、
前記凸型の形状は、Ｗ字型の形状を有していること
を特徴とする電磁接触器。
請求項６乃至８のいずれか一項に記載の電磁接触器であって、
前記凸型の形状の先端部に設けられた面は略水平に構成されたこと
を特徴とする電磁接触器。
磁石コイルが挿し込まれた固定コアと、前記固定コアと電磁力によって近づくあるいは離れる動作をする可動コアとを有する電磁接触器であって、
前記近づくあるいは離れる動作をする際に、
前記磁石コイルから発生する電磁力の磁気回路は、
前記可動コアを固定する可動コア固定枠と対向する面を有する固定コアを固定する固定コア固定枠とを通過する固定枠磁気回路と、前記コアの前記可動コアと対向する面とを通過するコア通過磁気回路と、を切り替えること
を特徴とする電磁接触器。