JP2016207638A - 電磁開閉器 - Google Patents

Abstract

【課題】固定コアと可動コアとの接触中心を一致させることにより磁力を最大限に活用して遮断性能の低下を防止するようにした電磁開閉器を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態による電磁開閉器は、管体３２及び複数のフランジ３３から構成され、管体３２の外周面にコイル３５が巻回されるボビン３１と、管体３２の内部に管体３２から所定間隔離隔して固定設置される固定コア２０と、管体３２の内部に摺動可能に設置されて固定コア２０に接離する可動コア２５とを含み、管体３２の下部において内周面に沿ってガイド部３４が突設されることにより、可動コア２５が固定コア２０の中心軸に沿って一直線状に移動可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁開閉器に関し、特に、固定コアと可動コアの接触中心を一致させることにより磁力を最大限に活用して遮断性能の低下を防止するようにした電磁開閉器に関する。

一般に、電磁開閉器（Magnetic Switch）又は直流リレー（Direct Current Relay）は、電磁石の原理を利用して機械的な駆動と電流信号を伝達する電気的な回路開閉装置の一種であって、各種産業用設備、機械や車両などに設けられる。

特に、電気自動車用リレーの場合、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車、ゴルフカート、電動フォークリフトなどの電気自動車のバッテリシステムに配置されて主電流の通電を開閉する役割を果たすこともある。

図５は従来技術による電磁開閉器の縦断面図であり、図６は図５の電磁開閉器の分解斜視図である。

従来技術による電磁開閉器の構成及び製造工程は次の通りである。上から固定接点１が設けられたアークチャンバ２、可動接点３が設けられた可動軸アセンブリ４、プレート５、固定コア６、可動コア７を順次積層し、可動コア７に可動軸８の下端部をレーザ溶接で完全に固定する。また、上部のアークチャンバ２をプレート５にレーザ溶接して固定接点１と可動接点３の作動空間を完全に密封する。さらに、固定コア６と可動コア７にシリンダ９を被せてプレート５の下部に気密溶接する。さらに、下部にはコイル５ｂが巻回されたコイルアセンブリ５ａとヨーク５ｃを結合する。

電磁開閉器は、コイル５ｂから発生する磁場によりプレート５、ヨーク５ｃ、可動コア７、固定コア６を通る磁路が形成され、このとき固定コア６に発生する磁力により可動コア７が固定コア６に吸引されると共に可動コア７に固定された可動軸８が移動することによって、可動軸８の上部に結合された可動接点３が押し上げられて固定接点１に接触して通電が起こるようにする機構である。

従来技術による電磁開閉器において、アークチャンバ２は、その内部に消弧用ガスが充填されるので、密閉構造にしなければならない。また、固定コア６と可動コア７とは、中心を正確に一致させることで磁力の損失が発生しないようにすることが重要である。

さらに、シリンダ９は、深絞り（deep drawing）というプレス加工により製作される。しかし、プレス加工の特性上、原材料を厚さ方向に打ち抜いてシリンダ９構造を形成するので、シリンダ９部品は正確な直角をなすのではなく若干の勾配（傾斜）を有することになる。これにより、シリンダ９の下部に可動コア７との干渉が生じることがあり、これを避けるために、可動コア７の外径をシリンダ９の内径より若干小さくしている。

しかし、可動コア７の外径をシリンダ９の内径より若干小さくした場合は、可動コア７とシリンダ９の間に遊びがあるので、長期間使用することにより摩擦による摩耗が生じることがある。よって、可動コア７とシリンダ９部品から発生した鉄粉が残留することになるという問題がある。また、可動コア７が一定の直線運動を行うことができないので、磁力を最大限に用いることができず、遮断時間が増加したり電圧損失が発生するなど遮断性能が低下するという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、固定コアと可動コアの接触中心を一致させることにより磁力を最大限に活用できるようにした電磁開閉器を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態による電磁開閉器は、管体及び複数のフランジから構成され、前記管体の外周面にコイルが巻回されるボビンと、前記管体の内部に前記管体から所定間隔離隔して、固定設置される固定コアと、前記管体の内部に摺動可能に設置されて、前記固定コアに接離する可動コアとを含み、前記管体の下部において内周面に沿ってガイド部が突設されることにより、前記可動コアが前記固定コアの中心軸に沿って一直線状に移動可能になることを特徴とする。

ここで、前記可動コアの外周面は、長手方向に段差や傾斜が形成されずに一定に維持されるようにしてもよい。

また、前記ガイド部の内径は、前記可動コアの外径と同一であってもよい。

さらに、前記ガイド部の内径は、前記固定コアの外径より小さくしてもよい。

さらに、前記ガイド部の長さは、前記可動コアの長さより短くしてもよい。

さらに、開放状態において、前記ガイド部の上端の高さと前記可動コアの上端の高さとが一致するようにしてもよい。

さらに、前記ガイド部には、長手方向に複数のスプライン溝が形成されるようにしてもよい。

本発明の各実施形態による電磁開閉器においては、ボビンの内周面に可動コアガイド部が形成されることにより、可動コアが固定コアの中心軸に沿って一直線状に移動可能になる。よって、可動コアと固定コアとは中心軸が一致した状態で接離することになるので、電圧損失なく磁力を最大限に活用することができ、動作時間の損失をなくして最適化された遮断性能を発揮することができるという効果がある。

また、シリンダを除去し、従来と同じ固定コアを用いることにより、部品点数を削減し、生産コストを低減し、組み立て工程を単純化することができるという効果がある。

本発明の一実施形態による電磁開閉器の縦断面図である。 図１の電磁開閉器の分解斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ部の断面図である。 図１におけるＡ−Ａ部の変形例の断面図である。 従来技術による電磁開閉器の縦断面図である。 図５の電磁開閉器の分解斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態による電磁開閉器について説明するが、これは本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できる程度に詳細に説明するためのものであり、本発明の技術的思想や範囲を限定するものではない。

図１は本発明の一実施形態による電磁開閉器の縦断面図であり、図２は図１の電磁開閉器の分解斜視図であり、図３は図１におけるＡ−Ａ部の断面図である。

本発明の一実施形態による電磁開閉器は、管体３２と複数のフランジ３３とから構成され、管体３２の外周面にコイル３５が巻回されるボビン３１と、管体３２の内部に固定設置される固定コア２０と、管体３２の内部に摺動可能に設置されて固定コア２０に接離する可動コア２５とを含み、管体３２の下部において内周面に沿ってガイド部３４が突設されることにより、可動コア２５が固定コア２０の中心軸に沿って一直線状に移動可能になる。

上部フレーム１０は、概して下面が開放された箱状に形成されてもよい。上部フレーム１０は、プラスチックなどの合成樹脂で形成されてもよい。上部フレーム１０は、射出成形物からなるようにしてもよい。

上部フレーム１０の上面には、一対の固定接点１１が設置される一対の接点収容部１３が形成される。

上部フレーム１０の前面には、固定接点１１に接続されるターミナル１５又はバスバーが挿入される。ターミナル１５は、銀（Ａｇ）などのように導電性のよい材質で形成されてもよい。また、ターミナル１５の一部には、固定接点１１が挿入設置される貫通孔１５ａが形成される。

上部フレーム１０の前面及び背面には永久磁石１６が配置される。上部フレーム１０の上部には、永久磁石１６を固定する永久磁石ホルダ１７が備えられてもよい。

一対の固定接点１１は、ターミナル１５の貫通孔１５ａと上部フレーム１０の接点収容部１３に挿入されて上部フレーム１０の外部に露出し、電源又は負荷に接続される端子である。一対の固定接点１１は、銅（Ａｕ）などのように導電性のよい材質で形成されてもよい。一対の固定接点１１は、上端部が電源又は負荷に接続され、下端部が可動接点１２と接触するようになっている。

可動接点１２は、上部フレーム１０の内部に設けられ、一対の固定接点１１に接離する端子である。前述したように、可動接点１２は一対の固定接点１１の下端部に接触する。可動接点１２は、所定の厚さを有するように平坦に形成される板状体と、一対の固定接点１１に接触する一対の接点部とからなる。可動接点１２は、コイルアセンブリ３０の内部に設けられるシャフト２３に固定され、シャフト２３が軸方向に線形駆動することにより一対の固定接点１１に接離する。可動接点１２が一対の固定接点１１に接触すると閉回路となって通電が行われ、可動接点１２が一対の固定接点１１から分離すると開回路となって電流が遮断される。

コイルアセンブリ３０は、制御電源により磁場を形成するように設けられる。コイルアセンブリ３０は、磁力を供給して電磁石の原理を利用できるようにする。コイルアセンブリ３０は、ボビン３１、コイル３５、コイルターミナル３６などから構成されてもよい。

ボビン３１は、コイルアセンブリ３０を支持及び形成する構造物である。ボビン３１は、管体３２と、管体３２の周囲に形成される複数のフランジ３３とから構成されてもよい。ボビン３１は、プラスチックなどの合成樹脂で形成されてもよい。これにより、ボビン３１が固定コア２０及び可動コア２５と接触しても、その摩擦が小さいので摩耗が抑制される。管体３２の内部には固定コア２０及び可動コア２５が挿入され、管体３２の外周面にはコイル３５が巻回される。

コイル３５にはコイルターミナル３６を介して外部の制御電源が供給される。コイル３５に電源が供給されるとコイル３５の周囲に磁場が形成される。

固定コア２０は、管体３２の内部に固定設置される。固定コア２０は、コイル３５の周囲に形成される磁場中で磁化して磁束密度を増大させるために備えられる。固定コア２０は、上部フレーム１０とヨーク３７との間に配置されるプレートと一体に構成されてもよい。すなわち、固定コア２０の上面がフランジを形成するようにしてもよい。固定コア２０は鉄材で形成されてもよい。ここで、固定コア２０は、管体３２から所定間隔離隔して設置される。よって、固定コア２０は、管体３２との摩擦が生じないので、開閉衝撃による摩耗などが生じない。また、従来のシリンダ部品が除去されているが、固定コア２０の大きさを管体３２に合わせる必要がなく、従来と同じ部品を用いることができるので、設計及び生産コストを低減することができる。

可動コア２５は、固定コア２０の下方に摺動可能に設置される。可動コア２５は、シャフト２３の下端部２３ａに結合されてシャフト２３と共に移動する。固定コア２０と同様に、可動コア２５は鉄材で形成されてもよい。

シャフト２３は、固定コア２０及び可動コア２５の中心を貫通して設けられる。下端部２３ａに可動コア２５が固定結合されたシャフト２３は、固定コア２０に摺動可能に設置される。

管体３２の下部の内周面上にはガイド部３４が突設される。ガイド部３４は、後述する可動コア２５を支持すると共にその移動をガイドするために備えられる。また、可動コア２５の外周面は、長手方向に段差や傾斜が形成されずに一定に維持される。

ガイド部３４の内径は、可動コア２５の外径と同一であってもよい。これにより、可動コア２５が移動する際に、ガイド部３４にガイドされて一定の直線運動を行うことになる。

ガイド部３４の内径は、固定コア２０の外径より小さくしてもよい。これにより、ガイド部３４が十分な厚さを有し、安定した支持力を有することになる。

ガイド部３４は、合成樹脂などで形成されてもよい。これにより、ガイド部３４が可動コア２５と接触しても、その摩擦が小さいので部品の摩耗が抑制される。

ガイド部３４により可動コア２５が中心軸に沿って一直線状に移動するので、可動コア２５が固定コア２０に吸引される際に磁力損失が最小限に抑えられ、安定した遮断性能を維持することができる。

ガイド部３４の長さは、可動コア２５の長さより短くしてもよい。これにより、ガイド部３４と可動コア２５の接触面積が小さくなり、摩擦が最小限に抑えられる。当然ながら、ガイド部３４の長さは、ガイド部３４による支持力を維持する範囲で定められることが好ましい。

開放状態において、ガイド部３４の上端の高さと可動コア２５の上端の高さとが一致するようにしてもよい。これにより、遮断動作時におけるガイド部３４と可動コア２５の接触面積が小さくなり、摩擦が低減される。また、ガイド部３４の上端部は、傾斜面となるように形成されてもよい。これにより、ガイド部３４の支持力が向上し、上端部での接触抵抗が減少することになる。

図４は図１におけるＡ−Ａ部の変形例の断面図である。

本変形例において、ガイド部４４には、長手方向に複数のスプライン溝４５が形成される。これにより、ガイド部４４は剛性が高くなると共に可動コア２５との接触面積が小さくなり、摩擦が低減される。

本発明の各実施形態による電磁開閉器においては、ボビンの内周面に可動コアガイド部が形成されることにより、可動コアが固定コアの中心軸に沿って一直線状に移動可能になる。よって、可動コアと固定コアとは中心軸が一致した状態で接離することになるので、電圧損失なく磁力を最大限に活用することができ、動作時間の損失をなくして最適化された遮断性能を発揮することができるという効果がある。

また、シリンダを除去し、従来と同じ固定コアを用いることにより、部品点数を削減し、生産コストを低減し、組み立て工程を単純化することができるという効果がある。

さらに、従来技術において可動コアとシリンダで生じていた鉄粉発生やねじれ結合などが生じなくなるという効果がある。

前述した実施形態は例示的なものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の基本的な特性を逸脱しない範囲で様々な修正や変形が可能であろう。つまり、前述した実施形態は本発明の技術思想を説明するためのものにすぎず、前述した実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の権利範囲は添付の特許請求の範囲により定められるべきであり、同等の範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

１０ 上部フレーム
１１ 固定接点
１２ 可動接点
１３ 接点収容部
１５ ターミナル
１５ａ 貫通孔
１６ 永久磁石
１７ 永久磁石ホルダ
２０ 固定コア
２３ シャフト
２３ａ 下端部
２５ 可動コア
３０ コイルアセンブリ
３１ ボビン
３２ 管体
３３ フランジ
３４ ガイド部
３５ コイル
３６ コイルターミナル
３７ ヨーク
４４ ガイド部
４５ スプライン溝

Claims (7)

1. 管体及び複数のフランジから構成され、前記管体の外周面にコイルが巻回されるボビンと、
   前記管体の内部に前記管体から所定間隔離隔して、固定設置される固定コアと、
   前記管体の内部に摺動可能に設置されて、前記固定コアに接離する可動コアとを含み、
   前記管体の下部において内周面に沿ってガイド部が突設されることにより、前記可動コアが前記固定コアの中心軸に沿って一直線状に移動可能になる、電磁開閉器。
2. 前記可動コアの外周面は、長手方向に段差や傾斜が形成されずに一定に維持される、請求項１に記載の電磁開閉器。
3. 前記ガイド部の内径は、前記可動コアの外径と同一である、請求項１又は２に記載の電磁開閉器。
4. 前記ガイド部の内径は、前記固定コアの外径より小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁開閉器。
5. 前記ガイド部の長さは、前記可動コアの長さより短い、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電磁開閉器。
6. 開放状態において、前記ガイド部の上端の高さと前記可動コアの上端の高さとが一致する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電磁開閉器。
7. 前記ガイド部には、長手方向に複数のスプライン溝が形成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電磁開閉器。