JP2017157493A - 電磁アクチュエータおよびそれを用いた電磁リレー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一対の接極片3a,3bを有する第1ヨーク3と、両接極片の内側に配置された閉極コイル6および開極コイル7と、コイルの電磁力により接極片3a,3bのいずれかに吸着されるプランジャ2と、第1ヨーク3に磁界を与えると共に吸着されたプランジャ2の状態を保持する永久磁石5と、永久磁石5とプランジャ2の間の磁路を形成する第2ヨーク4とを備え、プランジャ2と第1ヨーク3の接極片との空隙長が、プランジャ2と第2ヨーク4との空隙長に永久磁石5の厚さを加えた長さより短く形成されており、閉極動作時は閉極コイル6が励磁されると同時に開極コイル7が逆励磁され、開極動作時は7開極コイルが励磁されると同時に閉極コイル6が逆励磁されるように構成した。
【選択図】図6
Description
また、この発明の電磁リレーによれば、可動接点を駆動して固定接点に接離させる電磁アクチュエータとして、上記の電磁アクチュエータが用いられているので、電磁アクチュエータが小型化,省エネルギー化できるため、電磁リレーを小型化,省エネルギー化できる。
図1は、実施の形態1による電磁アクチュエータを用いた電磁リレーを示す斜視図であり、図2は図1の側面断面図である。また、図3は、図1の電磁アクチュエータの部分を抜き出した側面断面図である。
電磁リレーを説明する前に、先ず図3により電磁アクチュエータから説明する。図3に示すように、電磁アクチュエータ1は、プランジャ2と、第1ヨーク3と、第2ヨーク4と、永久磁石5と、閉極コイル6と、開極コイル7とを有している。
第1ヨーク3は、磁性体からなり相対向する一対の接極片を有してU字状に形成されている。この一対の接極片の内、プランジャ2が閉極方向に駆動されて当接する側を閉極側接極片3aと呼び、プランジャ2が開極方向に駆動されて当接する側を開極側接極片3bと呼ぶことにする。
第2ヨーク4も、磁性材からなりU字状に形成されており、U字状の向きを第1ヨーク3に対して直交する方向に向けて第1ヨーク3の中央部で両コイル間に配置されている。この第2ヨーク4は、U字形状の薄板を積層して構成したものを示しているが、磁性体であれば一体物でも問題ない。なお、第2ヨーク4は、中心部の断面ではなく、手前側の端面を示している(以下の側面断面図でも同様)。
閉極コイル6は閉極側接極片3aの近傍に配置され、開極コイル7は開極側接極片3bの近傍に配置されている。この両コイルはボビン(図示せず)に巻回されている。プランジャ2は、そのボビンの内径側にクリアランスを有して貫挿されている。
閉極コイル6および開極コイル7は、図示しない制御線を通じ外部の電源から励磁電流が供給されて電磁力が発生し、その電磁力によってプランジャ2が図の矢印方向に往復移動する。
可動接点14に対向する位置に、固定接点15とそれを固定する固定部材16が配置されている。
なお、電磁リレー10は、電磁アクチュエータ1を含め全体が図示しない筐体に収容されており、固定接点15と固定部材16はその筐体側に固定されている。図1、図2では、電磁リレー10が開極状態にある場合を示している。
また、開極動作または閉極動作が終了すると、開極状態または閉極状態は永久磁石5に起因する磁束によって状態が保持されている。そこで、この永久磁石5に起因する磁束を、以下では永久磁石起因磁束と呼ぶことにする。
そこで次に、実施の形態1による電磁アクチュエータ1の閉極動作と開極動作について説明する。なお、図4,図5と同等部分は同一符号で説明する。
閉極指令が入ると、図6(a)に示すように、閉極コイル6が励磁されると同時に開極コイル7が逆方向に励磁される。ここで、逆方向とは、開極コイル7を励磁したときプランジャ2が開極方向に動くような励磁方向(順方向)とは逆方向の励磁を指し、開極コイル7を逆方向に励磁したときに発生する磁束を開極コイル逆励磁磁束20と呼ぶことにする。
なお、後で説明する閉極コイル6の場合も同様であり、閉極コイル6を逆方向に励磁したときに発生する磁束を閉極コイル逆励磁磁束21と呼ぶことにする。
図6(a)に示すように、閉極指令により閉極コイル起因磁束18に加えて開極コイル逆励磁磁束20が同方向に流れる。磁束の方向は矢印で示している。
更に、開極コイル逆励磁磁束20は、第2ヨーク4と永久磁石5を通らずプランジャ2を介して閉極動作方向に流れる。すなわち、開極コイル逆励磁磁束20は永久磁石起因磁束17を打ち消すだけでなく、閉極動作を行う電磁力の増加の効果もあり、これらの効果により小さい消費エネルギーで動作が可能となる。
このように、消費エネルギーの最も大きくなる閉極動作時の動き出し時に、永久磁石起因磁束17を打ち消すことで、小さい消費エネルギーで動作が可能となる。
閉極状態では、永久磁石起因磁束17によって閉極状態が保持されている。開極指令が入ると、図7(a)に示すように、開極コイル7が励磁されると同時に閉極コイル6が逆励磁される。これにより、開極コイル起因磁束19が発生すると同時に閉極コイル逆励磁磁束21が発生する。
この閉極コイル逆励磁磁束21は、永久磁石起因磁束17の向きとは逆になっているので、永久磁石起因磁束17を打ち消すように働く。このため、永久磁石5の保持力が小さくなり、小さい消費エネルギーで動作が可能となる。
上記のように、閉極コイル逆励磁磁束21は永久磁石起因磁束17を打ち消すだけでなく、開極動作への電磁力の増加の効果もあり、これらの効果により小さい消費エネルギーで動作が可能となる。
このように、消費エネルギーの最も大きくなる開極動作時の動き出しで永久磁石起因磁束17を打ち消すことで、小さい消費エネルギーで動作が可能となる。これにより、開極コイルや閉極コイルを小型化できる。
図8は、開極コイル7を逆励磁した場合の磁束の磁路と永久磁石5による磁束の磁路の関係を説明する説明図で、図8(a)は側面断面図、図8(b)は図8(a)のB−Bに見た断面図である。図は、開極状態から閉極動作へ移る段階の磁路を示している。
開極位置において、開極コイル逆励磁磁束20(図6参照)による磁路は、プランジャ2から空隙Gを介し第1ヨーク3を通りプランジャ2に戻る第1磁路22と、プランジャ2からプランジャ2と第2ヨーク4との空隙−第2ヨーク4−永久磁石5−第1ヨーク3を通りプランジャ2に戻る第2磁路23の2通りがある。開極コイル逆励磁磁束20は、第1磁路22と第2磁路23の磁気抵抗の小さい方に主として流れる。
もし、第2磁路23の磁気抵抗が第1磁路22の磁気抵抗より小さいと、開極コイル逆励磁磁束20は第2ヨーク4と永久磁石5を通過する。この磁束は永久磁石起因磁束17とは逆向きの流れのため、永久磁石5には磁化方向とは逆方向の磁場が作用する。そのため逆磁場が作用しても減磁しないようにするためには高価な永久磁石を採用する必要があり高コストになる。また、第2磁路23の磁束は閉極動作の駆動力には寄与しない。
先に説明した図4および図5のような場合では、閉極コイル6または開極コイル7を個別に励磁し、閉極コイル6の磁束で閉極方向に、開極コイル7の磁束で開極方向にプランジャ2を駆動していた。これに対して、実施の形態1では、閉極コイル6と開極コイル7を同時に励磁し、プランジャ2に対して同方向に磁束を発生させるのを特徴とし、電源回路は次のように構成されている。
図のように、閉極コイル6と開極コイル7は直列接続されている。閉極時は閉極コイル用電源24から励磁され、開極時は開極コイル用電源25から励磁される。コイルの巻方向を同じとした場合、閉極動作時は、スイッチをオンすると図9(a)に示す矢印のように電流が流れ、閉極コイル6が閉極方向に励磁されると同時に開極コイル7が開極時とは逆方向に励磁される。結果的に同方向の励磁である。これにより、図6で説明したように、閉極コイル起因磁束18と開極コイル逆励磁磁束20が同時に発生して、プランジャ2を閉極方向に駆動させる。
なお、図9では閉極コイル用電源24と開極コイル用電源25を別個のもので説明したが、同じ電源を用いてスイッチの切替えで電流方向を逆にするように構成しても良い。
実施の形態2に係わる電磁アクチュエータおよびそれを用いた電磁リレーは、閉極コイル6および開極コイル7を励磁する励磁回路以外は、すべて実施の形態1と同等であるため、同等部分の説明は省略し、相違部分である励磁回路を主に説明する。
このように、各コイルにそれぞれ一つの電源を設け、電流の方向を逆転させるための4個のスイッチからなる切替え手段を設け、通電方向に応じてスイッチを同時に開閉させるものである。
図12は、図10の回路において、開極動作時の電流の流れの説明図である。図12(b)に示すように、スイッチ28a,28bをオンして矢印のように電流を流し開極コイル7を開極方向に励磁すると同時に、図12(a)に示すように、スイッチ27a,27bをオンして矢印のように電流を流し、閉極コイル6を逆励磁する。これにより、実施の形態1の図7のような磁束の流れとなる。
これ以降の接点の開閉動作は実施の形態1の場合と同様なので説明は省略する。
図13は閉極動作時の回路図であり、図14は開極動作時の回路図である。いずれも(a)は閉極コイル6側を示し(b)は開極コイル7側を示している。閉極コイル6と開極コイル7を個別の電源から励磁するのは、図10の回路と同じであるが、図13,図14では、更に、それぞれのコイルに2つの電源を並列に接続し、その極性を切替える切替え手段を備えたものである。
図のように、閉極コイル6に対して、閉極コイル用電源24と、閉極方向とは逆方向に励磁する逆励磁用電源24aが並列に接続されて、各電源に対応してスイッチ30aとスイッチ30bが設けられている。また、開極コイル7に対して、開極コイル用電源25と、開極方向とは逆方向に励磁する逆励磁用電源25aが並列に接続され、各電源に対応してスイッチ31aとスイッチ31bが設けられている。
開極動作時は、図14に示すように、スイッチ30bとスイッチ31aを同時に閉じることで逆励磁用電源24aから閉極コイル6が逆励磁されると同時に、開極コイル7が開極方向に励磁される。磁束の流れは、実施の形態1の図7のようになり、プランジャ2が開極方向に駆動される。
3b 開極側接極片、4 第2ヨーク、5 永久磁石、6 閉極コイル、7 開極コイル、10 電磁リレー、11 シャフト、12 接圧ばね、13 ばね受け、14 可動接点、15 固定接点、16 固定部材、17 永久磁石起因磁束、18 閉極コイル起因
磁束、19 開極コイル起因磁束、20 開極コイル逆励磁磁束、21 閉極コイル逆励磁磁束、22 第1磁路、23 第2磁路、24 閉極コイル用電源、24a,25a 逆励磁用電源、25 開極コイル用電源、26a,26b,27a,27b,28a,28b,29a,29b,30a,30b,31a,31b スイッチ
Claims (4)
- 磁性材からなり相対向する一対の接極片を有する第1ヨークと、前記一対の接極片の内側に配置され励磁電流により励磁されて電磁力が発生する閉極コイルおよび開極コイルと、前記閉極コイルおよび前記開極コイルに貫挿され前記電磁力により前記一対の接極片のいずれか一方に吸着されるプランジャと、前記第1ヨークに磁界を与えると共に前記接極片に吸着された前記プランジャの状態を保持する永久磁石と、前記永久磁石と前記プランジャの間の磁路を形成する第2ヨークとを備え、
前記第1ヨークの前記接極片と前記プランジャとの空隙長が、前記プランジャと前記第2ヨークとの空隙長に前記永久磁石の厚さを加えた長さより短く形成されており、
閉極動作時は前記閉極コイルが励磁されると同時に前記開極コイルが逆励磁され、開極動作時は前記開極コイルが励磁されると同時に前記閉極コイルが逆励磁されるように構成されていることを特徴する電磁アクチュエータ。 - 請求項1に記載の電磁アクチュエータにおいて、
前記閉極コイルと前記開極コイルとは同方向に巻回されて直列に接続され、前記励磁電流の通電により同時に励磁されるように構成されていることを特徴する電磁アクチュエータ。 - 請求項1に記載の電磁アクチュエータにおいて、
前記閉極コイルと前記開極コイルは個別の励磁回路を備え、それぞれの前記励磁回路に前記励磁電流の極性を切替える切替え手段を有していることを特徴とする電磁アクチュエータ。 - 固定接点と、可動接点と、可動接点を駆動して固定接点に接離させる電磁アクチュエータとを備えた電磁リレーであって、
前記電磁アクチュエータは、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電磁アクチュエータが用いられていることを特徴とする電磁リレー。
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