JP2017079105A - 電磁継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】過渡領域における磁気駆動力の向上を可能とする電磁継電器を提供する。【解決手段】電磁継電器１は、電磁石装置２と接点装置３とを備えている。電磁石装置２は、励磁コイル２２と、励磁コイル２２の中心軸方向に移動可能な可動子２４と、励磁コイル２２に対して可動子２４の移動方向の少なくとも一方側に設けられる永久磁石２８とを有する。接点装置３は、可動子２４の移動に伴って接点部３０を開閉するように構成されている。また、電磁石装置２は、励磁コイル２２の通電時に励磁コイル２２で生じる磁界によって磁化された可動子２４に対して永久磁石２８による磁気駆動力を作用させることで、可動子２４を移動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁継電器に関する。

従来、接点機構部と、接点機構部を収納するハウジングとを備えた接点装置が提供されている（例えば特許文献１参照）。接点機構部は、固定接点及び可動接点を有する接点部と、固定接点に接触する第１位置と固定接点から離れる第２位置との間で可動接点を移動させる駆動部とを備えている。

駆動部は、互いに対向するように配置された固定鉄芯及び可動鉄芯と、可動鉄芯に取り付けられて可動鉄芯とともに移動するシャフトと、コイルの通電時に固定鉄芯と可動鉄芯との間に磁気吸引力を発生させるプランジャ型の電磁石装置とを備えている。シャフトの先端には可動接点が取り付けられており、可動接点は、シャフトとともに移動することにより第１位置と第２位置との間で移動する。

特許文献１記載の接点装置では、コイルに通電して固定鉄芯と可動鉄芯との間に磁気吸引力を発生させると、磁気吸引力によって可動鉄芯が固定鉄芯側に移動する。可動鉄芯が固定鉄芯側に移動すると、可動鉄芯に取り付けられたシャフトも可動鉄芯と同じ向きに移動する。その結果、シャフトの先端に取り付けられた可動接点が固定接点に接触する。

また、特許文献１記載の接点装置では、コイルへの通電を停止させると、固定鉄芯と可動鉄芯との間の磁気吸引力がなくなり、復帰ばねのばね力によって可動鉄芯が固定鉄芯から離れる向きに移動する。可動鉄芯が固定鉄芯から離れる向きに移動するとき、可動鉄芯に取り付けられたシャフトも可動鉄芯と同じ向きに移動する。その結果、シャフトの先端に取り付けられた可動接点が固定接点から離れる。

国際公開第２００９／１１６４９３号

プランジャ型の電磁石装置を採用した電磁継電器では、可動鉄芯が復帰ばねのばね力に抗って固定鉄芯に近付く過渡領域における磁気吸引力（磁気駆動力）が小さくなるという問題があり、過渡領域における磁気駆動力の向上が望まれていた。

本発明は、上記事由に鑑みてなされており、その目的は、過渡領域における磁気駆動力の向上を可能とする電磁継電器を提供することにある。

第１形態の電磁継電器は、励磁コイルと、前記励磁コイルの中心軸方向に移動可能な可動子と、前記励磁コイルに対して前記可動子の移動方向の少なくとも一方側の位置に設けられる永久磁石とを有する電磁石装置と、前記可動子の移動に伴って接点部を開閉する接点装置とを備え、前記電磁石装置は、前記励磁コイルの通電時に前記励磁コイルで生じる磁界によって磁化された前記可動子に対して前記永久磁石による磁気駆動力を作用させることで、前記可動子を移動させることを特徴とする。

第２形態の電磁継電器は、第１形態において、前記可動子は、前記中心軸方向における第１位置と第２位置との間を移動可能であり、前記電磁石装置は、前記永久磁石として第１永久磁石及び第２永久磁石を有し、前記第１永久磁石は、前記励磁コイルに対して前記可動子の前記移動方向における前記第１位置側に設けられ、前記第２永久磁石は、前記励磁コイルに対して前記可動子の前記移動方向における前記第２位置側に設けられることを特徴とする。

第３形態の電磁継電器は、第１形態または第２形態において、前記電磁石装置は、外側磁性部をさらに有し、前記外側磁性部は、前記可動子の前記移動方向において前記永久磁石に対して前記励磁コイルとは反対側に設けられ、前記永久磁石と磁気的に結合されることを特徴とする。

第４形態の電磁継電器は、第１形態〜第３形態のいずれかの形態において、前記電磁石装置は、内側磁性部をさらに有し、前記内側磁性部は、前記可動子の前記移動方向において前記永久磁石に対して前記励磁コイル側に設けられ、前記永久磁石と磁気的に結合されることを特徴とする。

第５形態の電磁継電器は、第１形態〜第４形態のいずれかの形態において、前記可動子は、前記励磁コイルの内側を通る軸部と、前記可動子の前記移動方向における前記軸部の端部から前記永久磁石に近付く向きに突出する突出部とを有することを特徴とする。

第６形態の電磁継電器は、第１形態〜第５形態のいずれかの形態において、前記電磁石装置は、前記可動子に対して前記可動子の前記移動方向における少なくとも一方側に設けられ前記可動子の移動範囲を規制する受止部をさらに有することを特徴とする。

第７形態の電磁継電器は、第１形態〜第５形態のいずれかの形態において、前記電磁石装置は、前記励磁コイルを囲むシールド部をさらに有することを特徴とする。

本発明の電磁継電器は、磁化された可動子を永久磁石による磁気駆動力を作用させて移動させるので、過渡領域における磁気駆動力の向上が可能になるという効果がある。

実施形態の電磁継電器における接点部が開状態である場合の概略構成図である。 実施形態の電磁継電器における接点部が閉状態である場合の概略構成図である。 実施形態における可動子の位置に対する可動子に作用する力、及び比較例における可動鉄芯の位置に対する可動鉄芯に作用する力の関係を表すグラフである。 実施形態の電磁継電器の第１変形例の概略構成図である。 実施形態の電磁継電器の第２変形例の概略構成図である。 実施形態における可動子の位置に対する磁気駆動力及びばね負荷の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、電磁継電器、より詳細には固定接点及び可動接点を有する接点装置を備えた電磁継電器に関する。なお、下記の実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

（実施形態）
図１，図２に本実施形態の電磁継電器１の概略構成図を示す。まず、本実施形態の電磁継電器１の概要について説明する。本実施形態では、電磁継電器１が例えば電気自動車（ＥＶ）に搭載され、走行用のバッテリから負荷（例えばインバータ）への直流電力の供給経路上に接点部３０が電気的に接続される場合を例示する。

本実施形態の電磁継電器１は、電磁石装置２と接点装置３とを備えている。電磁石装置２は、励磁コイル２２と、励磁コイル２２の中心軸方向に移動可能な可動子２４と、励磁コイル２２に対して可動子２４の移動方向の少なくとも一方側に設けられる永久磁石２８とを有する。接点装置３は、可動子２４の移動に伴って接点部３０を開閉するように構成されている。また、電磁石装置２は、励磁コイル２２の通電時に励磁コイル２２で生じる磁界によって磁化された可動子２４に対して永久磁石２８による磁気駆動力を作用させることで、可動子２４を移動させるように構成されている。

上記構成により、本実施形態の電磁継電器１は、磁化させた可動子２４を永久磁石２８による磁気駆動力を作用させて移動させる電磁石装置２を備えており、過渡領域における磁気駆動力の向上が可能となる。

以下に、本実施形態の電磁継電器１について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる方向は、図１における上下を上下方向、左右を左右方向と規定する。ただし、これらの方向は電磁継電器１を使用する際の方向を限定する趣旨ではない。

まず、電磁石装置２の構成について説明する。電磁石装置２は、ボビン２１、励磁コイル２２、筒体２３、可動子２４、復帰ばね２５、第１受止部２６ａ、第２受止部２６ｂ、継鉄２７、第１永久磁石２８ａ、第２永久磁石２８ｂ、第１外側磁性部２９ａ、及び第２外側磁性部２９ｂを備えている。電磁石装置２は、可動子２４を移動させることによって生じる駆動力を、シャフト４を介して接点装置３に伝達するように構成されている。

ボビン２１は、例えば合成樹脂などの電気絶縁材料により構成されている。ボビン２１は、上下方向を長手方向とする円筒状に形成された巻胴部２１１と、巻胴部２１１の上端に設けられた円形の上鍔部２１２と、巻胴部２１１の下端に設けられた円形の下鍔部２１３とを有している。巻胴部２１１には、導線が巻き付けられており、この導線により励磁コイル２２が構成されている。励磁コイル２２は、中心軸方向が上下方向と一致する。また、巻胴部２１１の内側を上下方向に貫通するように筒体２３が設けられている。

筒体２３は、非磁性材料により構成されており、上端が開口し、下端部に底部２３１を有する有底円筒状に形成されている。筒体２３は、上下方向の寸法が、ボビン２１の上下方向の寸法よりも大きく設定されている。筒体２３の内部には、可動子２４が収納されている。なお、筒体２３は、磁性材料により構成されていてもよい。この場合、筒体２３は、肉厚が薄く形成されるのが好ましい。

可動子２４は、例えば電磁軟鉄等の磁性材料により構成された可動鉄芯であり、軸部２４１と第１突出部２４２ａと第２突出部２４２ｂとを有している。軸部２４１は、上下方向を長手方向とする円柱状に形成されている。第１突出部２４２ａは、軸部２４１の上端部から全周にわたって軸部２４１の径方向に向かって突出した円環状に形成されている。第２突出部２４２ｂは、軸部２４１の下端部から全周にわたって軸部２４１の径方向に向かって突出した円形に形成されている。上下方向に直交する平面における第１突出部２４２ａ及び第２突出部２４２ｂの外径）は、筒体２３の内径よりも僅かに小さく設定されている。これにより、可動子２４は、筒体２３の内部において上下方向にのみ移動するように移動方向が規制されている。なお、第１突出部２４２ａと第２突出部２４２ｂとを区別しない場合、突出部２４２という。

また、軸部２４１の上端面には、上下方向と直交する平面において断面形状が円形状である凹部２４３が形成されている。この凹部２４３には、中心軸方向が上下方向と一致する向きで配置されたコイル状の復帰ばね２５の下端側が嵌め込まれている。復帰ばね２５は、上端が接点装置３の底板３５の下面に接触し、下端が凹部２４３の底面に接触することで、可動子２４に対して下向きに弾性力を作用させる。また、凹部２４３の底面にはねじ孔が形成されており、このねじ孔には、ねじ溝を有するシャフト４の下端部が結合される。これにより、可動子２４とシャフト４とが連結される。なお、シャフト４の詳細な構成については後述する。

また、筒体２３の内部には、第１受止部２６ａ及び第２受止部２６ｂがさらに収納されている。第１受止部２６ａ及び第２受止部２６ｂは、例えば剛性ゴムにより構成されており、上下方向に移動する可動子２４を受け止めることで可動子２４の移動範囲を規制する。なお、第１受止部２６ａと第２受止部２６ｂとを区別しない場合、受止部２６という。

第１受止部２６ａは、上下方向に直交する平面における断面形状が円環状に形成されており、筒体２３の開口周縁部に設けられている。すなわち、第１受止部２６ａは、可動子２４に対して上側の位置に配置されており、上向きに移動する可動子２４を受け止めるように構成されている。また、第１受止部２６ａの中央部に形成された貫通孔２６１は、復帰ばね２５及びシャフト４が通されている。

第２受止部２６ｂは、上下方向に直交する平面における断面形状が円形状に形成されており、筒体２３の底部２３１の上面に設けられている。すなわち、第２受止部２６ｂは、可動子２４に対して下側の位置に配置されており、下向きに移動する可動子２４を受け止めるように構成されている。

なお、受止部２６を構成する材料は、剛性ゴムに限らず、例えば合成樹脂、スポンジなどにより構成されていてもよい。また、受止部２６は、複数の材料が組み合わされて構成されていてもよい。例えば、受止部２６は、可動子２４側にスポンジ、可動子２４とは反対側に剛性ゴムが設けられた二層で構成されていてもよい。

継鉄２７は、例えば電磁軟鉄などの磁性材料により構成されており、励磁コイル２２を囲むように設けられている。具体的には、継鉄２７は、励磁コイル２２の上側に位置する第１片２７１、励磁コイル２２の下側に位置する第２片２７２、励磁コイル２２の左側に位置する第３片２７３、及び励磁コイル２２の右側に位置する第４片２７４が組み合わされた枠状に形成されている。第１片２７１及び第２片２７２それぞれには、筒体２３が上下方向に貫通する貫通孔２７５，２７６が形成されている。第１片２７１の上面には、第１永久磁石２８ａが設けられ、第２片２７２の下面には、第２永久磁石２８ｂが設けられている。継鉄２７のうち、第１片２７１は、第１永久磁石２８ａと磁気的に結合され第１永久磁石２８ａの磁束を通す内側磁性部としても機能し、第２片２７２は、第２永久磁石２８ｂと磁気的に結合され第２永久磁石２８ｂの磁束を通す内側磁性部としても機能する。また、継鉄２７は、励磁コイル２２の漏れ磁束を低減するシールド部としても機能する。なお、本実施形態における継鉄２７は、第１片２７１、第２片２７２、第３片２７３、及び第４片２７４が一体に形成されているが、それぞれが別体に構成されていてもよい。

第１永久磁石２８ａ及び第２永久磁石２８ｂは、例えばネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石などで構成されており、上下方向に直交する平面における断面形状が円環状に形成されている。第１永久磁石２８ａ及び第２永久磁石２８ｂそれぞれの貫通孔２８１ａ，２８１ｂには、筒体２３が上下方向に貫通している。すなわち、第１永久磁石２８ａ及び第２永久磁石２８ｂは、可動子２４に対して可動子２４の移動方向（上下方向）に直交する方向に離れた位置に配置されている。また、第１永久磁石２８ａ及び第２永久磁石２８ｂは、上面と下面とに互いに異なる極性の磁極面を有しており、磁場を発生させる。第１永久磁石２８ａは、上面をＮ極、下面をＳ極となるように配置されている。第２永久磁石２８ｂは、上面がＳ極面、下面がＮ極面となるように配置されている。図１中の「Ｎ」，「Ｓ」は、第１永久磁石２８ａ、第２永久磁石２８ｂの極性をわかりやすくするために便宜上記載しており、実態を有するものではない。他の図においても同様の理由により「Ｎ」，「Ｓ」を記載している。なお、第１永久磁石２８ａと第２永久磁石２８ｂとを区別しない場合、永久磁石２８という。また、第１永久磁石２８ａの上面には第１外側磁性部２９ａが設けられ、第２永久磁石２８ｂの下面には第２外側磁性部２９ｂが設けられている。

第１外側磁性部２９ａ及び第２外側磁性部２９ｂは、例えば電磁軟鉄などの磁性材料により構成されており、上下方向に直交する平面における断面形状が円環状に形成されている。第１外側磁性部２９ａは、第１永久磁石２８ａと磁気的に結合され第１永久磁石２８ａの磁束を通すように構成されている。第２外側磁性部２９ｂは、第２永久磁石２８ｂと磁気的に結合され第２永久磁石２８ｂの磁束を通すように構成されている。また、第１外側磁性部２９ａ及び第２外側磁性部２９ｂそれぞれの貫通孔２９１ａ，２９１ｂには、筒体２３が上下方向に貫通している。なお、以下の説明において、第１外側磁性部２９ａと第２外側磁性部２９ｂとを区別しない場合、外側磁性部２９という。

ここで、可動子２４と永久磁石２８との相対位置は、励磁コイル２２の通電によって磁化された可動子２４に対して、永久磁石２８の磁場が発生させる力が上向きに作用するように設定されている。

次に、接点装置３の構成について説明する。接点装置３は、一対の固定接点３１と一対の可動接点３２とを備えており、上下方向に対向する固定接点３１と可動接点３２とで接点部３０を構成している。接点装置３は、可動接点３２が固定接点３１に接触している閉状態と、可動接点３２が固定接点３１から離れている開状態とを切り替え可能に構成されている。

本実施形態の接点装置３は、一対の接点台３１１、可動接触子３２１、ケース３３、連結体３４、及び底板３５をさらに有している。

一対の接点台３１１の各々は、導電性材料により構成されており、上下方向に直交する平面における断面形状が円形状となる円柱状に形成されている。一対の接点台３１１は、電磁石装置２の上方において上下方向に直交する平面内の一方向（左右方向）に離れて配置されており、各々の下端部には固定接点３１が設けられている。

一対の固定接点３１の各々は、導電性材料により構成されており、上下方向に直交する平面における断面形状が円形状に形成されている。なお、接点台３１１と固定接点３１とが一体に形成されていてもよい。

ここで、一対の接点台３１１は、外部回路（例えばバッテリ、負荷）を電気的に接続するための端子としての機能も有する。例えばバッテリを一方の接点台３１１に電気的に接続し、負荷を他方の接点台３１１に電気的に接続することにより、可動接点３２が固定接点３１に接触した閉状態においてバッテリから負荷への直流電力の供給路が形成される。

ケース３３は、例えばセラミックなどの耐熱性及び電気絶縁性を有する材料により構成されており、下面が開口した箱状に形成されている。ケース３３の上壁には、一対の貫通孔３３１が形成されている。一対の接点台３１１の各々は、貫通孔３３１に通された状態でケース３３に固定されている。また、ケース３３の開口を下方から覆うように板状の底板３５が配置されている。具体的には、ケース３３の開口周部は、全周にわたって設けられた連結体３４を介して、底板３５の周縁部に接合されている。

可動接触子３２１は、導電性材料により構成されており、左右方向を長手方向とする矩形板状に形成されている。可動接触子３２１は、長手方向の両端部が一対の接点台３１１の下端部と上下方向に対向するように、一対の接点台３１１の下方に配置されている。可動接触子３２１は、各接点台３１１に設けられている固定接点３１と対向する部位に、可動接点３２が設けられている。

一対の可動接点３２の各々は、導電性材料により構成されており、上下方向に直交する平面における断面形状が円形状に形成されている。なお、可動接触子３２１と一対の可動接点３２とが一体に形成されていてもよい。

接圧ばね３６は、コイル状に形成されており、中心軸方向が上下方向と一致する向きで可動接触子３２１の中央部と底板３５の中央部との間に配置されている。接圧ばね３６は、可動接触子３２１に対して上向き（可動接点３２が固定接点３１に近付く向き）に弾性力を作用させる。なお、接圧ばね３６のばね力は、復帰ばね２５のばね力よりも小さく設定されている。

また、可動接触子３２１及び底板３５それぞれの中央部には、シャフト４が上下方向に貫通する貫通孔３２２，３５１が形成されている。

シャフト４は、非磁性材料により構成されており、上下方向を長手方向とする丸棒状に形成されている。シャフト４は、電磁石装置２で発生した駆動力を、電磁石装置２の上方に設けられている接点装置３へ伝達するように構成されている。シャフト４は、丸棒状の軸部４１と、軸部４１の上端部に形成された鍔部４２とを有している。可動接触子３２１の貫通孔３２２の内径は、シャフト４の鍔部４２の外径よりも小さく設定されており、鍔部４２の下面が可動接触子３２１の上面における貫通孔３２２の周部に接触する。また、シャフト４の軸部４１は、可動接触子３２１の貫通孔３２２、接圧ばね３６、底板３５の貫通孔３５１、第１受止部２６ａの貫通孔２６１、及び復帰ばね２５それぞれの内側を通って、下端部が可動子２４に固定されている。なお、シャフト４は、磁性材料により構成されていてもよい。

上記構成により、本実施形態の電磁継電器１は、励磁コイル２２への通電と非通電とを切り替えることで、可動子２４が移動範囲における下端位置（以降、第２位置という）と上端位置（以降、第１位置という）との間で移動し、一対の接点部３０が開閉する。以下に、電磁継電器１の動作について詳細に説明する。

まず、励磁コイル２２に通電されていない非通電時の動作について説明する。励磁コイル２２の非通電時は、図１に示すように、復帰ばね２５のばね力によって可動子２４には下向きの力が作用し、可動子２４が第２受止部２６ｂに接触した第２位置に位置する。このとき、シャフト４は、可動子２４により下方に引き下げられているので、可動接触子３２１は、シャフト４の鍔部４２によって下方に押し下げられる。そのため、可動接触子３２１は、シャフト４の鍔部４２によって上方への移動が規制され、一対の可動接点３２が一対の固定接点３１から離れた開位置に位置する。これにより、一対の接点部３０が開状態となり、一対の接点台３１１間が非導通状態となる。

次に、励磁コイル２２に通電されている通電時の動作について説明する。励磁コイル２２の通電時は、励磁コイル２２から発生する磁束によって可動子２４が磁化される。ここで、励磁コイル２２には、可動子２４の上端がＳ極、下端がＮ極に磁化される向きの電流が供給される。この磁化された可動子２４に対して、第１永久磁石２８ａ及び第２永久磁石２８ｂによる磁気駆動力が上向きに作用する。ここでいう磁気駆動力とは、第１永久磁石２８ａ及び第２永久磁石２８ｂが発生する磁場によって、磁化された可動子２４に対して作用する磁気吸引力あるいは磁気反発力である。言い換えれば、磁気駆動力とは、磁化された可動子２４を含む磁気回路において、磁気抵抗が小さくなるように可動子２４に作用する力である。この磁気駆動力により、可動子２４は、復帰ばね２５のばね力に抗して上方に引き上げられ、第１受止部２６ａに接触した第１位置に移動する（図２参照）。可動子２４が第１位置に移動することで、シャフト４が可動子２４により上方に押し上げられ、シャフト４の鍔部４２により可動接触子３２１の上方への移動規制が解除される。これにより、可動接触子３２１が接圧ばね３６のばね力によって上方に押し上げられて、一対の可動接点３２が一対の固定接点３１に接触する閉位置に位置し、一対の接点部３０が閉状態となり、一対の接点台３１１間が導通状態となる。なお、第１位置において、可動子２４は第１受止部２６ａに必ずしも接触している必要はない。例えば、第１永久磁石２８ａと可動子２４との間に作用する磁気駆動力と、第２永久磁石２８ｂと可動子２４との間に作用する磁気駆動力とが釣り合う位置を第１位置としてもよい。

電磁継電器１において、バッテリから負荷に大きな電流の供給を可能とするためには、接点部３０で生じるジュール熱の低減が求められている。このジュール熱の要因として、固定接点３１と可動接点３２との接触抵抗がある。この接触抵抗を低減するためには、固定接点３１と可動接点３２との接圧を高める必要がある。しかし、接圧を高め、かつ電磁継電器１として接点部３０を安定的に開閉動作させるためには、可動子２４に作用する磁気駆動力を高める必要がある。具体的には、可動子２４が復帰ばね２５のばね力に抗って第２位置から第１位置に向かって移動するときの終端領域で作用する磁気駆動力を高めるだけでなく、過渡領域で作用する磁気駆動力も高める必要がある。ここでいう終端領域とは、可動子２４の移動範囲における第１位置及び第１位置近傍の領域である。また、過渡領域とは、可動子２４の移動範囲における第２位置と終端領域との間の領域である。

また、一対の接点台３１１間に高電圧の印加を可能とするためには、一対の接点部３０が開状態である場合における固定接点３１と可動接点３２との間の距離（絶縁距離）を大きくする必要がある。そのためには、可動子２４の移動範囲を大きくする必要があるので、復帰ばね２５として伸縮量及びばね力が大きなばねを採用する必要がある。

図３に、可動子２４の位置に対する、可動子２４に作用する力の大きさのグラフを示す。可動子２４に作用する力とは、可動子２４に作用する磁気駆動力、及び復帰ばね２５と接圧ばね３６とによって可動子２４に作用する弾性力である。図３において、横軸は可動子２４の位置を示し、縦軸は力（磁気駆動力、弾性力）の大きさを示している。また、図３において、第１位置をＰ１、第２位置をＰ２で示し、過渡領域をＡ１、終端領域をＡ２で示している。図３のＹ１は、可動子２４の位置に対する弾性力の大きさの特性を示している。図３のＹ２は、励磁コイル２２の通電時における磁気駆動力の大きさの特性を示し、Ｙ３は、励磁コイル２２の非通電時における磁気駆動力の大きさの特性を示している。また、比較例として、可動鉄芯を固定鉄芯に吸引させるプランジャ型の電磁石装置を採用した電磁継電器（以降、プランジャ型の電磁継電器という）における、磁気駆動力及び弾性力の特性を図３に合わせて示している。図３のＹ４は、プランジャ型の電磁継電器の励磁コイルに、本実施形態の励磁コイル２２と同等のアンペアターンを発生させるように通電した場合における、可動鉄芯に作用する磁気駆動力の大きさの特性を示している。図３のＹ５は、プランジャ型の電磁継電器に採用されている復帰ばねと接圧ばねとによって可動鉄芯に作用する弾性力の大きさの特性を示している。なお、プランジャ型の電磁継電器において、可動鉄芯が固定鉄芯に接触した位置が第１位置に相当する。

図３の特性Ｙ４に示すように、プランジャ型の電磁石装置を採用したプランジャ型の電磁継電器では、過渡領域における磁気駆動力が小さく、可動鉄芯が固定鉄芯に近付くにつれて磁気駆動力が急激に増加するという特性がある。言い換えれば、プランジャ型の電磁継電器では、過渡領域における電磁駆動力が小さい。そのため、図３の特性Ｙ４，Ｙ５に示すように、プランジャ型の電磁継電器では、過渡領域における磁気駆動力が弾性力を上回るために、伸縮量及びばね力が小さい復帰ばね及び接圧ばねを採用している。プランジャ型の電磁継電器において、大電流、高電圧の通電に対応するために伸縮量及びばね力が大きい復帰ばね及び接圧ばね（図３の特性Ｙ１参照）を採用した場合、過渡領域において磁気駆動力が弾性力を下回り、接点の開閉動作が不可となる。プランジャ型の電磁継電器において接点の開閉動作を正常に行うためには、励磁コイルを大型化、あるいは励磁コイルに供給する電流を増加させ、励磁コイルに生じるアンペアターンを増加させて磁気駆動力を弾性力よりも大きくする必要がある。

本実施形態の電磁継電器１は、磁化させた可動子２４を永久磁石２８による磁気駆動力を作用させて移動させる電磁石装置２を備えており、過渡領域における磁気駆動力がプランジャ型の電磁継電器よりも大きくなる。これにより、本実施形態の電磁継電器１は、過渡領域及び終端領域の両方において磁気駆動力が弾性力を上回り（図３の特性Ｙ１，Ｙ２参照）、可動子２４を第２位置から第１位置に移動させることができる。また、過渡領域における磁気駆動力の向上が可能となることで、伸縮量及びばね力が大きな復帰ばね２５及び接圧ばね３６を採用することができる。これにより、一対の接点部３０が閉状態である場合における固定接点３１と可動接点３２との接圧の向上が可能となる。さらに、一対の接点部３０が開状態である場合における固定接点３１と可動接点３２との間の距離（絶縁距離）の向上が可能となる。したがって、一対の接点台３１１間に大電流、高電圧の通電が可能となる。また、本実施形態の電磁継電器１の励磁コイル２２と、プランジャ型の電磁石装置を採用したプランジャ型の電磁継電器の励磁コイルとで、同等のアンペアターンを発生させた場合、過渡領域における磁気駆動力は本実施形態の電磁継電器１の方が大きい。言い換えれば、本実施形態の電磁継電器１は、プランジャ型の電磁継電器に比べて小さいアンペアターンで大きな磁気駆動力を得ることができるので、小型化、消費電力の低減を図ることが可能となる。

また、図３の特性Ｙ１，Ｙ３に示すように、励磁コイル２２の非通電時において可動子２４に作用する磁気駆動力は、弾性力よりも小さい。したがって、可動子２４が第１位置にある状態で励磁コイル２２への通電を停止すると、復帰ばね２５及び接圧ばね３６のばね力により可動子２４が第１位置から第２位置に移動し、一対の接点部３０が開状態となる。すなわち、励磁コイル２２への通電と非通電とを切り替えることで、一対の接点部３０の閉状態と開状態とを切り替えることができる。

また、本実施形態の電磁継電器１において、可動子２４は、励磁コイル２２の中心軸方向における第１位置と第２位置との間で移動可能であり、電磁石装置２は、永久磁石２８として第１永久磁石２８ａと第２永久磁石２８ｂとを有している。第１永久磁石２８ａは、励磁コイル２２に対して可動子２４の移動方向における第１位置側に設けられている。第２永久磁石２８ｂは、励磁コイル２２に対して可動子２４の移動方向における第２位置側に設けられている。

すなわち、励磁コイル２２に対して上側の位置に第１永久磁石２８ａが設けられ、下側の位置に第２永久磁石２８ｂが設けられている。磁化された可動子２４に対して、第１永久磁石２８ａと第２永久磁石２８ｂとの両方が磁気駆動力を作用させるので、可動子２４に作用する磁気駆動力の向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態の電磁石装置２は、外側磁性部２９（第１外側磁性部２９ａ、第２外側磁性部２９ｂ）を有している。外側磁性部２９（第１外側磁性部２９ａ、第２外側磁性部２９ｂ）は、可動子２４の移動方向において永久磁石２８（第１永久磁石２８ａ、第２永久磁石２８ｂ）に対して励磁コイル２２側に設けられている。さらに、外側磁性部２９（第１外側磁性部２９ａ、第２外側磁性部２９ｂ）は、永久磁石２８（第１永久磁石２８ａ、第２永久磁石２８ｂ）と磁気的に結合されている。

また、本実施形態の電磁石装置２は、内側磁性部（継鉄２７の第１片２７１、第２片２７２）を有している。内側磁性部（継鉄２７の第１片２７１、第２片２７２）は、可動子２４の移動方向において永久磁石２８（第１永久磁石２８ａ、第２永久磁石２８ｂ）に対して励磁コイル２２側に設けられている。さらに、内側磁性部（継鉄２７の第１片２７１、第２片２７２）は、永久磁石２８（第１永久磁石２８ａ、第２永久磁石２８ｂ）と磁気的に結合されている。

すなわち、第１永久磁石２８ａ、第２永久磁石２８ｂそれぞれの磁極面には、ヨークとして機能する外側磁性部２９（第１外側磁性部２９ａ、第２外側磁性部２９ｂ）、及び内側磁性部（継鉄２７の第１片２７１、第２片２７２）が設けられている。これにより、可動子２４と、第１永久磁石２８ａ及び第２永久磁石２８ｂとの間で磁束が効率よく伝達され、可動子２４に作用する磁気駆動力の向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態の可動子２４は、軸部２４１と、突出部２４２（第１突出部２４２ａ、第２突出部２４２ｂ）とを有している。軸部２４１は、励磁コイル２２の内側を通るように構成されている。突出部２４２（第１突出部２４２ａ、第２突出部２４２ｂ）は、可動子２４の移動方向における軸部２４１の端部から永久磁石２８（第１永久磁石２８ａ、第２永久磁石２８ｂ）に近付く向きに突出している。

すなわち、可動子２４は、上端部に第１永久磁石２８ａに近付く向きに突出している第１突出部２４２ａが設けられ、下端部に第２永久磁石２８ｂに近付く向きに突出している第２突出部２４２ｂが設けられている。この突出部２４２（第１突出部２４２ａ、第２突出部２４２ｂ）により、可動子２４と第１永久磁石２８ａ及び第２永久磁石２８ｂとのギャップがより小さくなる。したがって、磁化された可動子２４に対して第１永久磁石２８ａ及び第２永久磁石２８ｂの磁場が発生させる力を有効に利用することが可能となる。

また、可動子２４の第１突出部２４２ａと第２突出部２４２ｂとの間のスペースに、励磁コイル２２が介在するように構成されていてもよい。これにより、電磁石装置２の小型化、あるいは励磁コイル２２の巻数の増加により、可動子２４に作用する磁気駆動力の向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態の電磁石装置２は、可動子２４に対して可動子２４の移動方向における少なくとも一方側に設けられ可動子２４の移動範囲を規制する受止部２６（第１受止部２６ａ、第２受止部２６ｂ）を有している。

上記構成により、上下方向に移動する可動子２４の停止位置（第１位置、第２位置）を規定することが可能となる。また、受止部２６を構成する材料に、例えば剛性ゴム、合成樹脂、スポンジなどの衝撃吸収材を採用することで、可動子２４が受止部２６に接触する際に発生する衝突音の軽減が可能となる。

また、本実施形態の電磁石装置２は、励磁コイル２２を囲むシールド部（継鉄２７）を有している。

上記構成により、励磁コイル２２からの漏れ磁束が低減され、可動子２４を通る磁束が増加するので、可動子２４に作用する磁気駆動力の向上を図ることが可能となる。

また、上述した電磁継電器１の例では、励磁コイル２２に対して可動子２４の移動方向（上下方向）の両側の位置に永久磁石２８が設けられているが、この構成に限らない。図４あるいは図５に示すように、励磁コイル２２に対して上側あるいは下側にのみ永久磁石２８が設けられた構成であってもよい。図４に示す第１変形例の電磁継電器１Ａでは、励磁コイル２２の上側にのみ第１永久磁石２８ａ及び第１外側磁性部２９ａが設けられている。図５に示す第２変形例の電磁継電器１Ｂでは、励磁コイル２２の下側にのみ第２永久磁石２８ｂ及び第２外側磁性部２９ｂが設けられている。図４あるいは図５に示す構成であっても、励磁コイル２２によって磁化された可動子２４を第１永久磁石２８ａあるいは第２永久磁石２８ｂによる磁気駆動力によって移動させることができ、過渡領域における磁気駆動力の向上が可能となる。また、図４に示すように、可動子２４の第１突出部２４２ａの下側スペースにも励磁コイル２２が介在するように構成することによって、励磁コイル２２の巻数が増加し、可動子２４に作用する磁気駆動力の向上を図ることが可能となる。

また、励磁コイル２２の非通電時には、通電時に比べて小さいながらも可動子２４に磁気駆動力が作用する。この非通電時における磁気駆動力を利用して接点部３０の開閉状態を保持するラッチ機能を実現することができる。本実施形態の電磁継電器１は、可動子２４に作用する磁気駆動力と弾性力との関係を調整することにより、ラッチ機能を実現している。可動子２４に作用する磁気駆動力と弾性力との関係の調整は、例えば可動子２４の寸法、可動子２４と永久磁石２８との位置関係、励磁コイル２２のアンペアターン、復帰ばね２５のばね力などを調整することにより可能である。図６に、ラッチ機能を実現した場合における、可動子２４の位置に対する、可動子２４に作用する力の大きさのグラフを示す。可動子２４に作用する力とは、可動子２４に作用する磁気駆動力、及び復帰ばね２５と接圧ばね３６とによって可動子２４に作用する弾性力である。図６において、横軸は可動子２４の位置を示し、縦軸は力（磁気駆動力、弾性力）の大きさを示している。また、図６において、第１位置をＰ１、第２位置をＰ２で示している。図６のＹ１１は、可動子２４の位置に対する弾性力の大きさの特性を示している。図６のＹ１２は、励磁コイル２２に第１向きに電流が供給された場合における磁気駆動力の大きさの特性を示し、Ｙ１３は、励磁コイル２２に第２向きに電流が供給された場合における磁気駆動力の大きさの特性を示している。また、図６のＹ１４は、励磁コイル２２の非通電時における磁気駆動力の大きさの特性を示している。

励磁コイル２２に第１向きに電流が供給された場合、可動子２４の上端がＳ極、下端がＮ極に磁化され、可動子２４に対して第１永久磁石２８ａ及び第２永久磁石２８ｂによる磁気駆動力が上向きに作用し、可動子２４が第１位置に移動する。そして、可動子２４が第１位置にある状態で励磁コイル２２に供給されている電流が停止されると、可動子２４に作用する磁気駆動力の絶対値が小さくなる（図６の特性Ｙ１２，Ｙ１４参照）。ここで、図６の特性Ｙ１１，Ｙ１４に示すように、可動子２４が第１位置にある場合、非通電時における磁気駆動力は、弾性力を上回っている。したがって、励磁コイル２２への通電が解除されても、可動子２４は磁気駆動力により第１位置に保持される。

次に、励磁コイル２２に第１向きとは逆向きである第２向きの電流が供給された場合、可動子２４の上端がＮ極、下端がＳ極に磁化される。したがって、可動子２４に対して第１永久磁石２８ａ及び第２永久磁石２８ｂによる磁気駆動力が下向きに作用し、可動子２４が第１位置から第２位置に移動する。そして、可動子２４が第２位置にある状態で励磁コイル２２に供給されている電流が停止されると、可動子２４に作用する磁気駆動力の絶対値が小さくなる（図６の特性Ｙ１３，Ｙ１４参照）。ここで、図６の特性Ｙ１１，Ｙ１４に示すように、可動子２４が第２位置にある場合、非通電時における磁気駆動力の絶対値は、弾性力を下回っている。したがって、励磁コイル２２への通電が解除されても、可動子２４は復帰ばね２５のばね力により第２位置に保持される。

このように、可動子２４に作用する磁気駆動力と弾性力とを調整することにより、励磁コイル２２への非通電時に接点部３０の開閉状態を保持するラッチ機能を実現することが可能となる。

なお、本実施形態では、第１永久磁石２８ａの上面及び第２永久磁石２８ｂの下面をＮ極面、第１永久磁石２８ａの下面及び第２永久磁石２８ｂの上面をＳ極面としているが、この構成に限らずＮ極面とＳ極面とは反対の関係であってもよい。この場合、可動子２４を移動させる際に励磁コイル２２に供給する電流の向きも反対向きとなる。

また、永久磁石２８の形状は、円環状に限らず、例えばＣ字状に形成されていてもよい。また、永久磁石２８は、上面及び下面を磁極面とする構成に限らず、筒体２３側と、筒体２３とは反対側とを磁極面とする構成であってもよい。

また、本実施形態の電磁継電器１（１Ａ，１Ｂ）は、いずれもａ接点リレー、ｂ接点リレー、ｃ接点リレーとして用いることができる。例えば、電磁継電器１（１Ａ，１Ｂ）をｃ接点リレーとして用いる場合は、固定接点３１とは別に、可動接点３２が開位置にあるときに接触する固定接点を設ければよい。この構成では、励磁コイル２２の通電状態を切り替えることで、可動接点３２が閉位置で接触する固定接点３１に接続される電路と、可動接点３２が開位置で接触する固定接点に接続される電路とを切り替えることができる。

なお、上述した実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の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ことはもちろんのことである。

１，１Ａ，１Ｂ 電磁継電器
２ 電磁石装置
２２ 励磁コイル
２４ 可動子
２４１ 軸部
２４２ 突出部
２４２ａ 第１突出部
２４２ｂ 第２突出部
２６ 受止部
２６ａ 第１受止部
２６ｂ 第２受止部
２７ 継鉄（シールド部）
２７１ 第１片（内側磁性部）
２７２ 第２片（内側磁性部）
２８ 永久磁石
２８ａ 第１永久磁石
２８ｂ 第２永久磁石
２９ 外側磁性部
２９ａ 第１外側磁性部
２９ｂ 第２外側磁性部
３ 接点装置
３０ 接点部

Claims (7)

1. 励磁コイルと、前記励磁コイルの中心軸方向に移動可能な可動子と、前記励磁コイルに対して前記可動子の移動方向の少なくとも一方側の位置に設けられる永久磁石とを有する電磁石装置と、
   前記可動子の移動に伴って接点部を開閉する接点装置とを備え、
   前記電磁石装置は、前記励磁コイルの通電時に前記励磁コイルで生じる磁界によって磁化された前記可動子に対して前記永久磁石による磁気駆動力を作用させることで、前記可動子を移動させる
   ことを特徴とする電磁継電器。
2. 前記可動子は、前記中心軸方向における第１位置と第２位置との間を移動可能であり、
   前記電磁石装置は、前記永久磁石として第１永久磁石及び第２永久磁石を有し、
   前記第１永久磁石は、前記励磁コイルに対して前記可動子の前記移動方向における前記第１位置側に設けられ、
   前記第２永久磁石は、前記励磁コイルに対して前記可動子の前記移動方向における前記第２位置側に設けられる
   ことを特徴とする請求項１記載の電磁継電器。
3. 前記電磁石装置は、外側磁性部をさらに有し、
   前記外側磁性部は、前記可動子の前記移動方向において前記永久磁石に対して前記励磁コイルとは反対側に設けられ、前記永久磁石と磁気的に結合される
   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. 前記電磁石装置は、内側磁性部をさらに有し、
   前記内側磁性部は、前記可動子の前記移動方向において前記永久磁石に対して前記励磁コイル側に設けられ、前記永久磁石と磁気的に結合される
   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. 前記可動子は、
   前記励磁コイルの内側を通る軸部と、
   前記可動子の前記移動方向における前記軸部の端部から前記永久磁石に近付く向きに突出する突出部とを有する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁継電器。
6. 前記電磁石装置は、前記可動子に対して前記可動子の前記移動方向における少なくとも一方側に設けられ前記可動子の移動範囲を規制する受止部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電磁継電器。
7. 前記電磁石装置は、前記励磁コイルを囲むシールド部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電磁継電器。

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