JP2018142529A - 電磁継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】復帰バネを磁性材料で形成するものにおいて、復帰バネの径方向内側に向けて発生する力を低減可能とする電磁継電器を提供する。【解決手段】通電時に磁界を形成する励磁コイル１１０と、励磁コイルの内径部に形成されたコイル中心孔部１１３内に配置され、磁気回路を構成する固定コア１２０と、励磁コイルの外周側および励磁コイルの軸方向の端部側を覆うように配置されて磁気回路を構成すると共に、軸方向の一方側で、固定コアの位置に対応するように開口部１３２ａが形成されたヨーク１３０と、開口部を介して固定コアと対向するように配置されて、励磁コイルへの通電時に固定コア側に吸引される可動コア１４０と、可動コアを吸引方向とは反対方向に付勢する復帰バネ１５０と、を備える電磁継電器において、復帰バネは、磁性材料から形成されて、円錐状に巻かれた円錐状バネとする。【選択図】図１

Description

本発明は、電気回路を開閉する電磁継電器に関するものである。

従来の電磁ソレノイドとして、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の電磁ソレノイド（有極電磁継電器）は、プランジャ型のものであり、励磁コイル、固定鉄心、可動鉄心、およびコイルバネ等を有している。コイルバネは、磁性体から形成されており、固定鉄心と可動鉄心との間に介在されている。コイルバネの可動鉄心側は、可動コイルの外周側に配置されて、可動鉄心の外周部に設けられた嵌合部に位置規制されている。そして、可動鉄心の固定鉄心に対する吸着面の最外周部は、コイルバネの嵌合部よりも所定距離だけ離れた内側に配置されるようにしている。

これにより、コイルバネと可動鉄心の吸着面との干渉を回避して、吸着時の作動電圧を安定化させるようにしている。また、コイルバネが磁性体から形成されていることから、コイルバネにおいて、軸方向に隣あう線材同士に引き合う力が発生して、作動電圧が低減できるようになっている。

特開２０１２−９４４３５号公報

しかしながら、コイルバネを磁性体で形成すると、コイルバネと、このコイルバネに隣接する部材（可動鉄心）との間に力（バネの径方向内側に向かう力）が発生して、コイルバネの傾きに繋がる。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、復帰バネを磁性材料で形成するものにおいて、復帰バネの径方向内側に向けて発生する力を低減可能とする電磁継電器を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

本発明では、通電時に磁界を形成する励磁コイル（１１０）と、
励磁コイルの内径部に形成されたコイル中心孔部（１１３）内に配置され、磁気回路を構成する固定コア（１２０）と、
励磁コイルの外周側および励磁コイルの軸方向の端部側を覆うように配置されて磁気回路を構成すると共に、軸方向の一方側で、固定コアの位置に対応するように開口部（１３２ａ）が形成されたヨーク（１３０）と、
開口部を介して固定コアと対向するように配置されて、励磁コイルへの通電時に固定コア側に吸引される可動コア（１４０）と、
可動コアを吸引方向とは反対方向に付勢する復帰バネ（１５０）と、を備える電磁継電器において、
復帰バネは、磁性材料から形成されて、円錐状に巻かれた円錐状バネであることを特徴としている。

この発明によれば、復帰バネ（１５０）として、磁性材料から形成された円錐状バネを使用している。通電時において、復帰バネ（１５０）には、螺旋状に磁束が流れる。加えて、復帰バネ（１５０）の巻線と固定コア（１２０）との間に発生する漏れ磁束、および復帰バネ（１５０）の巻線と可動コア（１４０）との間に発生する漏れ磁束によって、固定コア（１２０）と復帰バネ（１５０）との間、および可動コア（１４０）と復帰バネ（１５０）との間で吸引力を発生させて、復帰バネ（１５０）を縮ませる力を得ることができる。よって、復帰バネ（１５０）の見かけ上のバネ反力を弱めることができ、相対的な可動コア（１４０）の固定コア（１２０）側への吸引力を高めることができる。

更に、通電時において、可動コア（１４０）が固定コア（１２０）側に完全に吸引されたとき、復帰バネ（１５０）は、筒状を成すように縮められる。このとき、復帰バネ（１５０）を通る磁束は、筒状の軸線方向に沿う流れとなり、径方向の成分を持たないものとすることができる。よって、復帰バネ（１５０）に対して径方向の力（径方向内側に向かう力）が作用しないようにすることができ、復帰バネ（１５０）の傾きに繋がる心配がない。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態における電磁継電器（エアギャップ大）を示す断面図である。 第１実施形態における電磁継電器（エアギャップ中）を示す断面図である。 第１実施形態における電磁継電器（エアギャップ０）を示す断面図である。 第１実施形態におけるエアギャップに対する吸引力を示すグラフである。 第１実施形態における復帰バネのエアギャップに対する反力を示すグラフである。 第２実施形態における電磁継電器（エアギャップ大）を示す断面図である。 第２実施形態における電磁継電器（エアギャップ０）を示す断面図である。 第３実施形態における電磁継電器（エアギャップ大）を示す断面図である。 第３実施形態における電磁継電器（エアギャップ０）を示す断面図である。 第４実施形態における電磁継電器（エアギャップ大）を示す断面図である。 第５実施形態における電磁継電器（エアギャップ大）を示す断面図である。 第５実施形態における電磁継電器（エアギャップ０）を示す断面図である。 第５実施形態におけるエアギャップに対する吸引力を示すグラフである。 第５実施形態の変形例を示す断面図である。 第６実施形態における電磁継電器（エアギャップ大）を示す断面図である。 第６実施形態におけるエアギャップに対する吸引力を示すグラフである。 第７実施形態における電磁継電器（エアギャップ大）を示す断面図である。 第８実施形態における電磁継電器（エアギャップ大）を示す断面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
第１実施形態の電磁継電器１００Ａについて、図１〜図５を用いて説明する。電磁継電器１００Ａは、所定の機器に対する電力供給を断続する装置（いわゆるリレー）である。電磁継電器１００Ａは、所定の機器として、例えば、ハイブリッド車両や電気自動車に搭載される走行用駆動モータに対して、バッテリからの電力を変換（例えばＤＣ−ＡＣ変換）して供給するインバータに適用されている。電磁継電器１００Ａは、バッテリとインバータとの間に配置されている。

電磁継電器１００Ａは、図示しないケース内に、主要部を構成する励磁コイル１１０、固定コア１２０、ヨーク１３０、可動コア１４０、および復帰バネ１５０等が設けられて形成されている。ケースは、例えば、樹脂製となっており、ケース内には、内部の主要部を保持するための樹脂製のベースが設けられている。ベースは、接着または爪等の嵌合によりケースに固定されている。

以下、各部材、あるいは各部材間の配置に対する方向を示すために、励磁コイル１１０の軸線方向（図１中の上下方向）を基準にして説明することにする。この軸線方向は、例えば、後述する固定コア１２０と可動コア１４０の並ぶ方向に一致しており、軸線方向の可動コア１４０側を一方側と呼び、また、軸線方向の固定コア１２０側を他方側と呼ぶことにする。軸線方向は、本発明の軸方向に対応する。

励磁コイル１１０は、円筒状を成して、通電時に磁界を形成するものであり、後述するヨーク１３０の底部（第１ヨーク１３１の底部）に固定配置されている。励磁コイル１１０は、ボビン１１１、およびコイル部１１２等を有している。ボビン１１１は、樹脂製の部材であり、筒状部と、この筒状部の軸線方向の両端部に一体的に形成された平板状の鍔部とを有している。コイル部１１２は、ボビン１１１の筒状部に導線が巻かれて形成されている。導線は、ボビン１１１の筒状部の周方向に沿って巻かれている。励磁コイル１１０の内径部（ボビン１１１の筒状部）の空間は、コイル中心孔部１１３となっている。本実施形態では、励磁コイル１１０の軸線方向は、図１の上下方向となっている。

固定コア１２０は、励磁コイル１１０のコイル中心孔部１１３内に配置された円柱状の部材であり、後述するヨーク１３０と共に磁気回路を構成する部材となっている。固定コア１２０は、磁性体金属材料から形成されている。固定コア１２０の中心軸の向きは、励磁コイル１１０の軸線方向と一致している。固定コア１２０は、大径部１２１、小径部１２２、中心孔部１２３、および対向面１２４等を有している。

大径部１２１は、軸線方向の一方側の端部から他方側に向かって延びて、外径が一定に設定された部位となっている。小径部１２２は、大径部１２１における軸線方向の他方側の端部から更に他方側に向かって延びて、大径部１２１よりも外径寸法が小さく設定された部位となっている。

中心孔部１２３は、固定コア１２０の中心軸に沿って貫通するように形成された孔である。中心孔部１２３の内径寸法は、大径部１２１、および小径部１２２の外径寸法に対応するように途中で徐変されている。

対向面１２４は、固定コア１２０における軸線方向の一方側で後述する可動コア１４０と対向する（向かい合う）ように形成された平坦な面となっている。

固定コア１２０は、小径部１２２が、後述するヨーク１３０の底部（第１ヨーク１３１の底部）に穿設された孔に挿入、接合されて、ヨーク１３０に固定されている。

ヨーク１３０は、固定コア１２０と共に磁気回路を構成すると共に、励磁コイル１１０、固定コア１２０、および後述する復帰バネ１５０を内側に収容する部材となっており、第１ヨーク１３１、および第２ヨーク１３２等を有している。

第１ヨーク１３１は、例えば、磁性体金属の帯板材料が、コの字状に折り曲げられて形成された部材となっており、ここでは、励磁コイル１１０の外周側で互いに対向する領域、および励磁コイル１１０の軸線方向の他方側を覆っている。

第２ヨーク１３２は、磁性体金属材料から形成された板状部材となっており、第１ヨーク１３１の開口側（軸線方向の一方側の端部）に配置されている。そして、第２ヨーク１３２の両端部は、第１ヨーク１３１の開口側端部に接合されている。

第２ヨーク１３２の固定コア１２０の位置に対応する領域（中心部領域）には、ヨーク孔部１３２ａが形成されて、開口されている。ヨーク孔部１３２ａは、例えば、円形状となっている。ヨーク孔部１３２ａは、本発明の開口部に対応する。よって、第２ヨーク１３２は、励磁コイル１１０のコイル中心孔部１１３を除く領域において、励磁コイル１１０の軸線方向の一方側を覆っている。

可動コア１４０は、ヨーク孔部１３２ａを介して固定コア１２０と対向するように配置されて、励磁コイル１１０への通電時に固定コア１２０側に吸引される部材となっている。可動コア１４０は、板部１４１、突出部１４２、シャフト部１４３、および対向面１４４等を有している。

板部１４１は、固定コア１２０の中心軸に対して直交する方向に板面が延びる、例えば、円形状の板部材となっている。板部１４１の外径寸法は、ヨーク孔部１３２ａの内径寸法よりも大きく設定されている。

突出部１４２は、板部１４１の軸線方向の他方側の面の中心部領域から、固定コア１２０側に突出する扁平な円柱状の部材となっている。突出部１４２の外径寸法は、ヨーク孔部１３２ａの内径寸法よりも小さく設定されている。

板部１４１、および突出部１４２の中心位置には、軸線方向に貫通するように穿設された孔部１４２ａが設けられている。

シャフト部１４３は、例えば、断面円形の棒状の部材であり、軸線方向の中間部が孔部１４２ａに挿入されて、板部１４１および突出部１４２に接合されている。そして、シャフト部１４３の軸線方向の他方側の端部が固定コア１２０の中心孔部１２３に摺動可能に挿入されている。よって、可動コア１４０は、シャフト部１４３が中心孔部１２３を摺動することで、固定コア１２０に対して、軸線方向に移動可能となっている。

対向面１４４は、可動コア１４０の突出部１４２における軸線方向の他方側で固定コア１２０と対向する（向かい合う）ように形成された平坦な面となっている。

そして、可動コア１４０の板部１４１と、ヨーク１３０の第２ヨーク１３２との間がエアギャップＡＧに相当する部位となっている。

復帰バネ１５０は、磁性材料から形成されており、帯状の薄肉板材が円錐状に巻かれた円錐状バネである。この帯状の薄肉板材が用いられた円錐状バネは、いわゆる竹の子バネと呼ばれるものである。復帰バネ１５０は、固定コア１２０の対向面１２４と、可動コア１４０の対向面１４４との間に配置されている。復帰バネ１５０の円錐底面側に対応する端部（復帰バネ１５０の径方向の大きい側）は、対向面１２４に当接している。また、復帰バネ１５０の円錐頂点側に対応する端部（復帰バネ１５０の径方向の小さい側）は、対向面１４４に当接している。

図１に示すように、非通電時において、復帰バネ１５０によって付勢される可動コア１４０の軸線方向の他方側の端部（対向面１４４）は、第２ヨーク１３２の位置と同等の位置となるように設定されている。このとき、エアギャップＡＧは、最大のエアギャップＡＧとなる。

また、図３に示すように、通電時において、可動コア１４０が固定コア１２０側に吸引されたとき（エアギャップＡＧがゼロのとき）の固定コア１２０と可動コア１４０との距離は、復帰バネ１５０が最大に縮められて筒状になったときの軸線方向の長さ（最小長さ）と等しくなるように設定されている。

尚、図示しないケース内において、可動コア１４０の軸線方向の一方側には、可動コア１４０の動きに連動して、所定機器に対する電力供給線の断続を行う図示しない接点部が設けられている。可動コア１４０が固定コア１２０に吸引されていないときには（非通電時）、復帰バネ１５０の付勢力によって、可動コア１４０が軸線方向の一方側へ移動され、接点部は切断されるようになっている。このとき、例えば、接点部の位置規制部により、可動コア１４０は、固定コア１２０から最も離れた状態で停止されるようになっている。このときのエアギャップＡＧは、最大のエアギャップとなり、例えば、２．５ｍｍ〜３ｍｍ程度の設定となっている。

逆に、可動コア１４０が固定コア１２０に吸引されているときには（通電時）、吸引力によって、可動コア１４０が軸線方向の他方側へ移動され、接点部は接続されるようになっている。このとき、可動コア１４０（板部１４１）は、ヨーク１３０（第２ヨーク１３２）に当接して停止されるようになっている。このときのエアギャップＡＧは、最小のエアギャップ（ゼロ）となるように設定されている。

電磁継電器１００Ａは、以上のように構成されており、以下、図２を加えて、その作動および作用効果について説明する。

まず、励磁コイル１１０への通電が遮断されているとき（非通電時）、励磁コイル１１０による磁界の形成は行われず、可動コア１４０に対する吸引力の発生がなく、図１に示すように、可動コア１４０は、復帰バネ１５０により軸線方向の一方側に駆動される。これにより、図示しない接点部は、切断状態となって、所定機器への電力供給は行われない状態となる。

一方、励磁コイル１１０に通電すると（通電時）、図１〜図３中の矢印で示すように、励磁コイル１１０により、固定コア１２０と可動コア１４０との間、および可動コア１４０とヨーク１３０との間に磁界が形成される。

そして、可動コア１４０に対する磁気吸引力が発生され、可動コア１４０は、この吸引力により復帰バネ１５０に抗して固定コア１２０側に吸引される（図１→図２→図３）。これにより、図示しない接点部は、接続状態となって、所定機器への電力供給が行われる状態となる。

ここで、本実施形態では、復帰バネ１５０として、磁性材料から形成された円錐状バネ（竹の子バネ）を使用している。通電時において、復帰バネ１５０には、螺旋状に磁束が流れるが、復帰バネ１５０に沿って螺旋状に流れる磁束は、磁気飽和を起こしやすい。そのため、復帰バネ１５０の巻線と固定コア１２０との間、および復帰バネ１５０の巻線と可動コア１４０との間に、それぞれ漏れ磁束が発生する。そして、これらの漏れ磁束によって、固定コア１２０と復帰バネ１５０との間、および可動コア１４０と復帰バネ１５０との間で吸引力（図１〜図３中の両矢印）を発生させて、復帰バネ１５０を縮ませる力を得ることができる。尚、漏れ磁束は、エアギャップＡＧが小さくなる程、大きくなり、それに伴う吸引力も大きくなっていく。よって、復帰バネ１５０の見かけ上のバネ反力を弱める（バネ定数を下げる）ことができ、相対的な可動コア１４０の固定コア１２０側への吸引力を高めることができる。

更に、可動コア１４０が吸引状態にあるとき、固定コア１２０と可動コア１４０との距離が、復帰バネ１５０の最小長さに等しくなるように設定している。よって、通電時において、可動コア１４０が固定コア１２０側に完全に吸引されたとき、図３に示すように、復帰バネ１５０は、筒状を成すように縮められる。このとき、復帰バネ１５０を通る磁束は、筒状の軸線方向に沿う流れとなり、径方向の成分を持たないものとすることができる。よって、復帰バネ１５０に対して径方向の力（従来技術における径方向内側に向かう力）が作用しないようにすることができ、復帰バネ１５０の傾きに繋がる心配がない。

また、復帰バネ１５０が、従来技術のように、固定コア１２０、および可動コア１４０の外周側に配置される場合であると、径方向内側に向かう磁束が形成されて、径方向を向く力が発生してしまう。これに対して、本実施形態では、復帰バネ１５０は、固定コア１２０の対向面１２４と、可動コア１４０の対向面１４４との間に配置されるようにしているので、上記のような径方向内側に向く力の発生を無くすことができる。

また、本実施形態では、復帰バネ１５０の径方向寸法の大きい側を固定コア１２０側に配置し、復帰バネ１５０の径方向の寸法の小さい側を可動コア１４０側に配置している。これにより、復帰バネ１５０の軸線方向の一方側におけるヨーク１３０（第２ヨーク１３２）との距離を大きくして、復帰バネ１５０から可動コア１４０を経由せずに、直接的にヨーク１３０側に流れてしまう磁束を低減して、吸引力に寄与しない磁束の発生を低減することができる。

図４は、本実施形態において、理論解析に基づくエアギャップＡＧと、可動コア１４０に作用する吸引力との関係を示したものである。本実施形態では、エアギャップＡＧが最大値からゼロに至る領域で、従来技術に対して吸引力が向上されている。

加えて、図５に示すように、竹の子バネを用いた復帰バネ１５０は、通常のコイルバネに対して、特に、エアギャップＡＧが小さく成る程、バネ反力が急激に大きくなる特性を有している。よって、エアギャップＡＧがゼロ（吸引状態）において、復帰バネ１５０に蓄えられるエネルギーも大きくなる。したがって、励磁コイル１１０への通電を切り、復帰バネ１５０の反力によって可動コア１４０を押し上げて、図示しない接点部を切断状態にする際に、復帰バネ１５０に蓄えられているエネルギーが大きいことで、押し上げ（切断）の初速を高めることができ、より速く接点部を切断状態にすることが可能となる。即ち、緊急遮断時等に発生するアークの遮断性能を高めることができる。

尚、従来技術では、固定鉄心と可動鉄心には、それぞれ励磁コイルの軸線方向に対して傾斜して互いに対向するテーパ面を有しており、この部位において、テーパ面に対して交差する方向の吸引力が発生する。この交差する方向の吸引力の径方向の分力は、コイルバネの径方向に向かう力となる。本実施形態では、固定コア１２０および可動コア１４０にそれぞれ平坦な対向面１２４、１４４を設けて、従来技術のようなテーパ面を有さないものとしているので、テーパ面に起因する径方向の力の発生もない。

（第２実施形態）
第２実施形態の電磁継電器１００Ｂを図６、図７に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、プランジャ型の電磁継電器１００Ｂとし、可動コア１４０を可動コア１４０１に変更したものである。

可動コア１４０１は、上記第１実施形態のように、板部１４１、および突出部１４２の構成はなく、全体が扁平で円柱状に形成されたものとなっている。この可動コア１４０１を使用するにあたり、第２ヨーク１３２のヨーク孔部１３２ａには、軸線方向の他方側に延びて、可動コア１４０１の軸線方向の動きをガイドするガイド部１３２ｂが設けられている。他の構成は、上記第１実施形態と同じである。

本実施形態においても、竹の子バネを用いた復帰バネ１５０の構成は同一であり、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

尚、上記で説明したプランジャ型でコイルバネを用いた従来技術においては、固定鉄心（固定コア）と可動鉄心（可動コア）との間を磁性材料から成るコイルバネによって磁気的に接続しているため、固定鉄心と可動鉄心との間の吸引力が低下するおそれがある。

これに対して、プランジャ型のものであっても、本実施形態のように復帰バネ１５０として竹の子バネを使用することで、上記第１実施形態で説明した漏れ磁束を利用して、復帰バネ１５０と各コア１２０、１４０との間で吸引力を発生させることができ、吸引力の低下を抑制することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態の電磁継電器１００Ｃを図８、図９に示す。第３実施形態は、上記第１実施形態に対して、復帰バネ１５０を復帰バネ１５１に変更したものである。

復帰バネ１５１は、断面円形の線状材料が円錐状に巻かれた円錐状バネである。この線状材が用いられた円錐状バネは、いわゆる円錐コイルバネと呼ばれるものである。復帰バネ１５１の円錐底面側に対応する端部は、対向面１２４に当接している。また、復帰バネ１５１の円錐頂点側に対応する端部は、対向面１４４に当接している。

また、図９に示すように、通電時において、可動コア１４０が固定コア１２０側に吸引されたとき（エアギャップＡＧがゼロのとき）の固定コア１２０と可動コア１４０との距離は、復帰バネ１５１が最大に縮められて円板状になったときの軸線方向の長さ（最小長さ）と等しくなるように設定されている。

本実施形態では、基本的な構成は上記第１実施形態と同一であり、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

尚、本実施形態では、復帰バネ１５１として竹の子バネを円錐コイルバネに変更したものとなっており、復帰バネ１５１と各対向面１２４、１４４との接触面積が小さく成る分、磁気抵抗が大きくなり、吸引力の低下が懸念される。

一方、復帰バネ１５１においては、最大に縮められたときの長さ（最小長さ）を、第１実施形態における復帰バネ１５０に比べて小さく設定することができ、固定コア１２０と可動コア１４０との距離を小さくすることができるので、吸引中（エアギャップＡＧがゼロ）の磁気抵抗を小さくして吸引力を高めることができる。

尚、復帰バネ１５１は、線状材料として断面が四角い平角線を用いてもよい。この場合であると、上記の断面円形の場合に比べて、復帰バネが縮められている途中段階での固定コア１２０、可動コア１４０との対向面積、および、復帰バネが最小長さになったときの固定コア１２０、可動コア１４０との接触面積を増やすことができるため、磁気抵抗を低下させて更に吸引力を高めることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態の電磁継電器１００Ｄを図１０に示す。第４実施形態は、上記第１実施形態に対して、復帰バネ１５０の配置方向を変更したものである。

復帰バネ１５０の円錐底面側に対応する端部（復帰バネ１５０の径方向の大きい側）は、可動コア１４０の対向面１４４に当接している。また、復帰バネ１５０の円錐頂点側に対応する端部（復帰バネ１５０の径方向の小さい側）は、固定コア１２０の対向面１２４に当接している。

本実施形態では、復帰バネ１５０の径方向の大きい側におけるヨーク１３０（第２ヨーク１３２）との距離が上記第１実施形態に対して小さくなる。よって、復帰バネ１５０から可動コア１４０を経由せずに、直接的にヨーク１３０側に流れてしまう磁束が発生しやすくなり、磁束が低下して、吸引力が低下することが懸念されるが、基本的な構成は上記第１実施形態と同一であり、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第５実施形態）
第５実施形態の電磁継電器１００Ｅを図１１〜図１３に示す。第５実施形態は、上記第１実施形態に対して、固定コア１２０に延設部１２５を追加したものである。

延設部１２５は、固定コア１２０の対向面１２４（可動コア１４０と向かい合う面）に、可動コア１４０側に突出形成されて、復帰バネ１５０の径方向位置を規制する部位となっている。延設部１２５は、円柱状を成して、復帰バネ１５０の内径側に設けられている。延設部１２５の中心軸位置は、固定コア１２０の中心軸位置に、一致するように配置されている。

延設部１２５の外径は、復帰バネ１５０の円錐頂点側の内径よりも僅かに小さく設定されている。また、エアギャップＡＧが最大となる状態で（図１１）、延設部１２５の先端部が復帰バネ１５０の円錐頂点側の内径領域に入り込むように、延設部１２５の軸線方向長さが設定されている。よって、可動コア１４０が固定コア１２０に吸引される際に（図１２）、収縮する復帰バネ１５０の円錐頂点側の内周面が、延設部１２５の外周面によってガイドされるようになっている。

延設部１２５の中心軸領域には、大径部１２１側から中心孔部１２３が連続するように形成されて、軸線方向の一方側（可動コア１４０側）の端部で開口されている。よって、固定コア１２０における中心孔部１２３の軸線方向の長さは、上記第１実施形態に比べて、延設部１２５の分（長さＬ）だけ、長くなっており、可動コア１４０のシャフト部１４３が中心孔部１２３内で摺動可能となる長さが、長くなっている（延設されている）。

以下、本実施形態の作動、および作用効果について説明する。上記第１実施形態では、復帰バネ１５０の径方向の位置ずれが発生すると、復帰バネ１５０の可動コア１４０に対する支持点が中心からずれることになり、可動コア１４０の傾きが発生して、固定コア１２０への吸引力にバラツキが発生してしまう。

本実施形態では、固定コア１２０に延設部１２５を設けているので、励磁コイル１１０に通電して、可動コア１４０が固定コア１２０に吸引される際に、延設部１２５の外周面によって復帰バネ１５０の円錐頂点側の内周面がガイドされる。よって、復帰バネ１５０の径方向の位置が規制されて、復帰バネ１５０の径方向の位置ずれが抑制される。これにより、可動コア１４０の傾きの発生を抑制することができる。また、延設部１２５に設けられた中心孔部１２３の長さが延設部１２５の分（長さＬ）だけ、上記第１実施形態よりも長く設定することができ、シャフト部１４３を軸線方向に支持する長さを長くすることができ、シャフト部１４３、更には可動コア１４０の傾きの発生を抑制することができる。

総じて、可動コア１４０の傾きの発生を抑制することができ、可動コア１４０が固定コア１２０に吸引される際の吸引力にバラツキが発生することを抑制することができる。

また、図１１に示すように、通電時に、エアギャップＡＧが大きい状態では、延設部１２５を流れる磁束によって、固定コア１２０から復帰バネ１５０への磁束流入量を増加させることができるので、固定コア１２０と復帰バネ１５０との間で発生する吸引力を向上させることができる。更には、この磁束流入量増加によって、磁気回路全体の磁束量を増加させて、可動コア１４０の吸引力を向上させることができる。

また、図１２に示すように、エアギャップＡＧがゼロとなる状態では、延設部１２５の先端部から可動コア１４０の対向面１４４に直接流れる磁束が発生し、延設部１２５と可動コア１４０とのとの間でも吸引力が得られるため、可動コア１４０の吸引力を向上させることができる。

図１３は、本実施形態において、理論解析に基づくエアギャップＡＧと、可動コア１４０に作用する吸引力との関係を示したものである。本実施形態では、エアギャップＡＧが最大値からゼロに至る領域で、延設部１２５を設けない場合（第１実施形態）に対して吸引力が向上されている。

尚、本実施形態は、上記第２〜第４実施形態に適用するものとしてもよい。第４実施形態（図１０）に本実施形態を適用した電磁継電器１００Ｅ１では、図１４に示すように、延設部１２５の外周部と、復帰バネ１５０の内径部との位置が相対的に変わらない。よって、可動コア１４０が移動する際に、延設部１２５に対する復帰バネ１５０の摺動がなく、延設部１２５と復帰バネ１５０との間で、摩擦の発生が無い状態で動作可能となる。

（第６実施形態）
第６実施形態の電磁継電器１００Ｆを図１５、図１６に示す。第６実施形態は、上記第５実施形態に対して、固定コア１２０に延設部１２６を追加したものである。

延設部１２６は、固定コア１２０の対向面１２４に、可動コア１４０側に突出形成されて、復帰バネ１５０の径方向位置を規制する部位となっており、復帰バネ１５０の外径側に設けられている。延設部１２６は、復帰バネ１５０の軸線方向から見たときに、円形状（リング状）に形成されており、延設部１２６の中心軸位置は、固定コア１２０の中心軸位置に、一致するように配置されている。

延設部１２６の内径は、復帰バネ１５０の円錐底部側の外径よりも僅かに大きく設定されている。復帰バネ１５０の円錐底部側は、延設部１２６の内径側に挿入されて、復帰バネ１５０の円錐底部側の外周面が、延設部１２６の内周面によってガイドされるようになっている。

尚、延設部１２６は、復帰バネ１５０の軸線方向から見たときに、上記円形状のものに代えて、復帰バネ１５０の外周部が内接する多角形としてもよい。また、周方向に連続する円形状、多角形に対して、周方向に分割されたものとしてもよい。

本実施形態では、固定コア１２０に延設部１２６を設けているので、励磁コイル１１０に通電して、可動コア１４０が固定コア１２０に吸引される際に、延設部１２６の内周面によって復帰バネ１５０の円錐底部側の外周面がガイドされる。よって、復帰バネ１５０の径方向の位置が規制されて、復帰バネ１５０の径方向の位置ずれが抑制される。これにより、可動コア１４０の傾きの発生を抑制することができ、可動コア１４０が固定コア１２０に吸引される際の吸引力にバラツキが発生することを抑制することができる。

また、通電時に、エアギャップＡＧが大きい状態では、延設部１２６を流れる磁束によって、固定コア１２０から復帰バネ１５０への磁束流入量を増加させることができるので、固定コア１２０と復帰バネ１５０との間で発生する吸引力を向上させることができる。更には、この磁束流入量増加によって、磁気回路全体の磁束量を増加させて、可動コア１４０の吸引力を向上させることができる。

図１６は、本実施形態において、理論解析に基づくエアギャップＡＧと、可動コア１４０に作用する吸引力との関係を示したものである。本実施形態では、エアギャップＡＧが最大値からゼロに至る領域で、わずかではあるが延設部１２６を設けない場合（第１実施形態）に対して吸引力が向上されている。

尚、本実施形態は、上記第２、第３実施形態に適用するものとしてもよい。

（第７実施形態）
第７実施形態の電磁継電器１００Ｇを図１７に示す。第７実施形態は、上記第５、第６実施形態を組合せて、固定コア１２０に延設部１２５、および延設部１２６を設けたものである。

本実施形態では、励磁コイル１１０に通電して、可動コア１４０が固定コア１２０に吸引される際に、延設部１２５の外周面によって復帰バネ１５０の円錐頂点側の内周面がガイドされると共に、延設部１２６の内周面によって復帰バネ１５０の円錐底部側の外周面がガイドされる。加えて、延設部１２５によって、シャフト部１４３を軸線方向に支持する長さが、長さＬ分だけ、長くなっている。

よって、復帰バネ１５０の径方向の位置が上記第５、第６実施形態よりも効果的に規制されると共に、シャフト部１４３の傾きも抑制されて、復帰バネ１５０の径方向の位置ずれが抑制される。これにより、可動コア１４０の傾きの発生を抑制することができ、可動コア１４０が固定コア１２０に吸引される際の吸引力にバラツキが発生することを抑制することができる。

また、延設部１２５、１２６によって、上記第５実施形態、および第６実施形態と同様に磁束量増加の効果が得られ、可動コア１４０の吸引力を向上させることができる。

尚、本実施形態は、上記第２、第３、第４実施形態に適用するものとしてもよい。

（第８実施形態）
第８実施形態の電磁継電器１００Ｈを図１８に示す。第８実施形態は、上記第１実施形態に対して、固定コア１２０に延設部１２７を追加したものである。

延設部１２７は、上記第５実施形態の延設部１２５に対して、外径が、復帰バネ１５０の円錐頂点側の内径よりも小さく設定されており、上記第５実施形態のように、復帰バネ１５０の径方向位置を規制する機能は有していない。本実施形態では、延設部１２７によって、固定コア１２０における中心孔部１２３の軸線方向の長さが、延設部１２７の分（長さＬ）だけ、長くなっている。よって、シャフト部１４３を軸線方向に支持する長さを長くすることで、シャフト部１４３の傾きの発生を抑制して、可動コア１４０の傾き発生の抑制を可能としている。

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、電磁継電器１００Ａ〜１００Ｈを使用する所定機器として、例えば、電力変換用のインバータとしたが、これに限らず、オンオフの制御を必要とする電気機器に広く適用可能である。

１００Ａ〜１００Ｄ 電磁継電器
１１０ 励磁コイル
１１３ コイル中心孔部
１２０ 固定コア
１２３ 中心孔部（孔部）
１２４ 対向面
１２５ 延設部
１２６ 延設部
１２７ 延設部
１３０ ヨーク
１３２ａ ヨーク孔部（開口部）
１４０ 可動コア
１４３ シャフト部
１４４ 対向面
１５０ 復帰バネ（円錐状バネ、竹の子バネ）
１５１ 復帰バネ（円錐状バネ、円錐コイルバネ）

Claims (10)

1. 通電時に磁界を形成する励磁コイル（１１０）と、
   前記励磁コイルの内径部に形成されたコイル中心孔部（１１３）内に配置され、磁気回路を構成する固定コア（１２０）と、
   前記励磁コイルの外周側および前記励磁コイルの軸方向の端部側を覆うように配置されて磁気回路を構成すると共に、前記軸方向の一方側で、前記固定コアの位置に対応するように開口部（１３２ａ）が形成されたヨーク（１３０）と、
   前記開口部を介して前記固定コアと対向するように配置されて、前記励磁コイルへの通電時に前記固定コア側に吸引される可動コア（１４０）と、
   前記可動コアを吸引方向とは反対方向に付勢する復帰バネ（１５０）と、を備える電磁継電器において、
   前記復帰バネは、磁性材料から形成されて、円錐状に巻かれた円錐状バネである電磁継電器。
2. 前記復帰バネは、前記固定コアと前記可動コアとが互いに向かい合う対向面（１２４、１４４）の間に配置された請求項１に記載の電磁継電器。
3. 前記可動コアが吸引状態にあるとき、前記固定コアと前記可動コアとの距離が、前記復帰バネの最小長さに等しい請求項２に記載の電磁継電器。
4. 前記復帰バネの径方向寸法の大きい側は前記固定コア側に配置され、径方向寸法の小さい側は前記可動コア側に配置された請求項２または請求項３に記載の電磁継電器。
5. 前記固定コアの前記可動コアと向かい合う面に、前記可動コアの方向に突出して、前記円錐状バネの径方向位置を規制する延設部（１２５、１２６）が設けられた請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の電磁継電器。
6. 前記延設部は、前記円錐状バネの内径側に設けられた請求項５に記載の電磁継電器。
7. 前記延設部は、円柱状に形成された請求項６に記載の電磁継電器。
8. 前記延設部は、前記円錐状バネの外径側に設けられた請求項５に記載の電磁継電器。
9. 前記延設部は、前記円錐状バネの軸線方向から見たときに、円形または多角形に形成、あるいは、円形または多角形が周方向に分割されて形成された請求項８に記載の電磁継電器。
10. 前記可動コアには、前記固定コア側に延びるシャフト部（１４３）が設けられ、
    前記固定コアには、前記シャフト部が挿入される孔部（１２３）が設けられ、
    前記シャフト部が前記孔部内を摺動することで、前記固定コアに対する前記可動コアの移動をガイドするようになっており、
    前記固定コアの前記可動コアと向かい合う面に、前記可動コアの方向に突出して、前記孔部の長さを延設する延設部（１２７）が設けられた請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の電磁継電器。

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