以下の実施形態に係る電磁継電器は、一対の固定接点と可動ばねとの間に発生するアークを引き延ばすための磁石と、磁石に接触するヨークとを備える。磁石は、一対の固定接点が並んでいる第1の方向とは直交する第2の方向に沿って一対の固定接点に隣接し、かつ、第1の方向および第2の方向と直交する第3の方向に沿って励磁コイルに隣接して設けられている。ヨークは、磁石に接触している状態で第3の方向において一対の固定接点に隣接して設けられている。これにより、上記電磁継電器では、接点近傍に磁束が発生する。その結果、アークには、一対の固定接点が並んでいる方向に力が作用し、アークを上記方向に引き延ばすことができる。
以下、本実施形態に係る電磁継電器の詳細について図面を参照しながら説明する。
本実施形態に係る電磁継電器1は、図1,2に示すように、電磁石ブロック2と、接点ブロック3と、ケース4と、ストッパ5と、消弧機構6とを備えている。
電磁石ブロック2は、図2に示すように、励磁コイル21と、ボビン22と、鉄芯23と、継鉄24と、接極子25と、一対のコイル端子261,262とを備えている。
ボビン22は、筒部221(図4参照)と、一対の鍔部222,223とを備えている。筒部221は、軸方向に挿通孔224を有している。すなわち、筒部221は、中空円筒状に形成されている。一対の鍔部222,223は、例えば略矩形板状に形成され、筒部221の軸方向の両端に形成されている。筒部221および一対の鍔部222,223は、樹脂などの絶縁材料により一体に形成されている。ボビン22は、鍔部222と鍔部223との間の筒部221に励磁コイル21が巻回されている。筒部221の略中央には、凹部225が形成されている。
鉄芯23は、ボビン22の挿通孔224に挿通されて接極子25に対向している。鉄芯23は、軸部231と、鍔部232とを備えている。軸部231は、柱状に形成され、より詳細には長尺円柱状に形成されている。鍔部232は、軸部231の一端に設けられている。軸部231および鍔部232は、磁性材料により一体に形成されている。
継鉄24は、第1の片241と、第2の片242とを備え、略L字状に形成されている。第1の片241はおよび第2の片242は、磁性材料により一体に形成されている。第1の片241は、ボビン22の鍔部223に形成された凹部226に嵌め込まれている。第1の片241には、挿通孔243が形成されている。挿通孔243には、鉄芯23が挿通される。第2の片242は、第1の片241の一端より第1の片241の鉛直方向に延びて設けられている。第2の片242は、ボビン22の筒部221の軸方向に沿って設けられている。
接極子25は、可動ばね35の可動部36に取り付けられて、可動部36と一体に変位する。より詳細には、接極子25は、可動部36に取り付けられて鉄芯23に対向して配置されている。接極子25は、磁性材料によって長尺平板状に形成されている。接極子25の一端は、継鉄24の第2の片242と当接している。
一対のコイル端子261,262の各々は、銅などの導電性材料により長尺板状に形成されている。一対のコイル端子261,262の各々には、励磁コイル21の先端が巻回されて、半田などによって接続されている。
接点ブロック3は、一対の固定接点31,32と、一対の主端子33,34と、可動ばね35とを備えている。
固定接点31は、主端子33に取り付けられ、固定接点32は、主端子34に取り付けられている。一対の主端子33,34の各々は、銅などの導電性材料により形成されている。
可動ばね35は、励磁コイル21への通電の入り切りに応じて一対の固定接点31,32に接離自在に構成されている。可動ばね35は、可動部36と、固定部37と、復帰ばね38とを備えている。可動ばね35は、略L字状に形成されている。
可動部36は、励磁コイル21への通電に応じて、一対の固定接点31,32に接離する。より詳細には、可動部36は、銅などの導電性材料により形成されている。可動部36は、基部361と、接圧部362と、成形部363とを備えている。また、可動部36は、突出部364を備えている。可動部36のうち成形部363を除く部分は、金属で形成されている。成形部363は、樹脂などの絶縁材料で形成されている。可動部36のうちの一面には接極子25が固定されている。
接圧部362は、一対の可動接点391,392を備えており、励磁コイル21へ通電されると変形する。一対の固定接点31,32は、第1の方向D1に沿って並んでいる。可動接点391は、固定接点31と対向する位置に設けられ、可動接点392は、固定接点32と対向する位置に設けられている。可動接点391は、固定接点31に接離する。可動接点392は、固定接点32に接離する。
突出部364は、一対の可動接点391,392の間に設けられている。より詳細には、突出部364は、一対の可動接点391,392の間において、成形部363から突出するように設けられている。励磁コイル21へ通電されると、突出部364がストッパ5に接触する。突出部364は、弾性を有していることが好ましい。したがって、突出部364の長さに対する突出部364の幅の比率が小さいほうが好ましい。
固定部37は、電磁石ブロック2に固定されている。より詳細には、固定部37は、例えばねじ止めなどにより、継鉄24の第2の片242に固定されている。これにより、可動ばね35は、継鉄24に固定されている。
可動ばね35は、励磁コイル21へ通電されると、磁力によって、接極子25が鉄芯23に吸引されることで、固定部37を支点として可動部36が変形して、一対の固定接点31,32に接触する。そして、可動ばね35は、励磁コイル21への通電が遮断されると、復帰力(弾性力)によって、可動部36が一対の固定接点31,32から離れる。
ケース4は、略矩形平板状のベース41と、略矩形箱状のカバー42とを備えている。カバー42は、一面が開口してベース41に覆設される。ケース4は、励磁コイル21とボビン22と鉄芯23と継鉄24と接極子25と一対の固定接点31,32と可動ばね35とを収納している。
ベース41は、主端子33が挿通される挿通孔411と、主端子34が挿通される挿通孔412と、コイル端子261が挿通される挿通孔と、コイル端子262が挿通される挿通孔とを有している。さらに、ベース41は、外側に開口する凹部43を有している。より詳細には、ベース41は、第3の方向D3において励磁コイル21に隣接した位置に凹部43を有している。凹部43には、永久磁石(磁石)61が収納される。また、ベース41は、一対の固定接点31,32の間に壁部44を備えている。壁部44は、固定接点31と固定接点32とを隔てるように設けられている。また、ベース41は、励磁コイル21を支持する支持部45を備えている。
ストッパ5は、可動ばね35の可動部36の移動を抑制する。より詳細には、ストッパ5は、励磁コイル21への通電が遮断されると、可動ばね35の可動部36(可動接点391,392)が固定接点31,32から離れた後における可動ばね35の可動部36の移動を抑制する。ストッパ5は、金属で形成されている。好ましくは、ストッパ5は、可動ばね35と同じ金属である。ただし、ストッパ5は、同じ金属であることに限定されず、異なる材料であってもよい。なお、ストッパ5は、非磁性材料であることが好ましい。ただし、ストッパ5は、非磁性材料であることに限定されず、磁性材料であってもよい。
ストッパ5は、図3に示すように、基部51と、延設部52と、当接部53とを一体に備えている。
基部51は、電磁石ブロック2に固定されている。より詳細には、基部51は、ボビン22に固定されている。基部51は、鉄芯23の軸部231が挿通される貫通孔54を有している。そして、基部51は、ボビン22の鍔部222の略中央に形成された凹部225に嵌め込まれ、貫通孔54に鉄芯23の軸部231が挿通されている状態で鉄芯23の鍔部232とボビン22とで挟持されて固定されている。さらに、基部51は、貫通孔54の周囲に4つの凹部55を有している。また、基部51は、4つの凹部55に設けられた4つの接触片56を備えている。各接触片56は、先端が基端よりも鉄芯23の鍔部232側になるように傾斜している。これにより、鉄芯23の鍔部232とボビン22とで基部51を挟持するときに、基部51をより強固に固定することができる。
延設部52は、基部51から延びて設けられている。より詳細には、延設部52は、基部51と90°の角度を有する方向に沿って基部51から延びて設けられている。
当接部53は、弾性を有し、可動ばね35の可動部36および接極子25が当接する。当接部53は、延設部52の先端に設けられている。図3の例では、当接部53は、平板状に形成されている。そして、当接部53は、延設部52とは90°の角度を有するように延設部52の先端から突出している。すなわち、当接部53は、基部51と略平行になるように設けられている。
当接部53は、励磁コイル21へ通電されると、可動部36と当接する。当接部53は、励磁コイル21への通電が遮断されると、接極子25と当接する。ところで、当接部53に可動部36が当接すると、当接部53は、可動部36の可動接点391,392が固定接点31,32から離れる方向A1に沿って、弾性によって撓む。すなわち、当接部53は、可動接点391,392が固定接点31,32から離れる方向A1に沿って撓むように弾性を有している。これにより、当接部53は、当接部53に可動部36が当接する前に比べて、方向A1における可動ばね35の可動部36の単位時間あたりの移動量すなわち可動部36の移動速度を低減させる。なお、当接部53は、延設部52側である基端側よりも先端側で、可動ばね35の可動部36および接極子25と当接するほうが好ましい。
ストッパ5は、励磁コイル21への通電が遮断されているとき、図4,5に示すように、可動ばね35と一体に変位する接極子25と当接する。励磁コイル21へ通電されると、図6,7に示すように、ストッパ5は、可動ばね35の可動部36の一対の可動接点391,392が一対の固定接点31,32に接触する前に、可動部36の突出部364と当接する。これにより、ストッパ5は、方向A2における可動部36の移動速度を低減させる。方向A2は、可動部36(一対の可動接点391,392)が一対の固定接点31,32に近づく方向である。その後、励磁コイル21への通電が遮断されると、図4,5に示すように、ストッパ5は、可動ばね35と一体に変位する接極子25と当接する。これにより、ストッパ5は、方向A1における可動部36の移動を緩和する。方向A1は、可動部36(一対の可動接点391,392)が一対の固定接点31,32から離れる方向である。
消弧機構6は、図8に示すように、永久磁石61と、ヨーク62とを備えている。
永久磁石61は、ベース41の凹部43に収納されたときに、第1の方向D1とは直交する第2の方向D2に沿って一対の固定接点31,32に隣接する。このとき、永久磁石61は、第1の方向D1および第2の方向D2と直交する第3の方向D3に沿って励磁コイル21に隣接して設けられている。永久磁石61は、例えばフェライト磁石などである。本実施形態では、永久磁石61は、ヨーク62側がN極、励磁コイル21側がS極となるように配置されている。
ヨーク62は、鉄系材料(例えば亜鉛めっき鋼板)など、透磁率の高い材料で形成されている。ヨーク62は、永久磁石61に接触するように設けられている。より詳細には、ヨーク62は、磁力によって永久磁石61に取り付けられている。ヨーク62は、永久磁石61に接触している状態で第3の方向D3において一対の固定接点31,32に隣接して設けられている。また、ヨーク62は、永久磁石61に接触している状態でケース4の外面に接するように設けられている。ヨーク62は、図9に示すように、主端子33が挿通される挿通孔621と、主端子34が挿通される挿通孔622とを有している。また、ヨーク62は、永久磁石61の位置決めのための複数(図示例では4つ)の突起623を備えている。
励磁コイル21への通電が遮断されると、可動接点391,392が固定接点31,32から離れる際に、可動接点391と固定接点31との間および可動接点392と固定接点32との間にアークが発生することがある。このとき、図10,11に示すように、消弧機構6(永久磁石61およびヨーク62)によって、可動接点391,392と固定接点31,32とが対向する第2の方向D2から見たときに、接点近傍には、一対の固定接点31,32が並んでいる第1の方向D1および第2の方向D2と直交する第3の方向D3に磁束が発生する。フレミングの左手の法則により、アークには、一対の固定接点31,32が並んでいる第1の方向D1に力が作用する。これにより、可動接点391と固定接点31との間に発生したアークを矢印B2の向きすなわち外側に引き延ばすことができる。また、可動接点392と固定接点32との間に発生したアークを矢印B3の向きすなわち外側に引き延ばすことができる。
本実施形態において、ヨーク62は、一対の固定接点31,32に隣接する一対の隣接部63,64を含み、一対の隣接部63,64の間に切り欠き65を有している。これにより、接点近傍の磁束密度を高めることができ、アークをより外側に引き延ばすことができる。
また、本実施形態では、一対の固定接点31,32が並んでいる第1の方向D1において、ヨーク62の長さL1(図10参照)は、一対の固定接点31,32間の距離L2(図10参照)よりも長い。さらに、第1の方向D1において、ヨーク62の長さL1は、永久磁石61の長さL3(図8参照)よりも長い。これにより、アークをより長く引き延ばすことができるので、アークを早期に消弧させることができる。
次に、本実施形態に係る電磁継電器1の動作について図4〜7を用いて説明する。
まず、励磁コイル21が通電される前では、可動ばね35が接極子25に取り付けられた状態で、接極子25が鉄芯23から離れ、一対の可動接点391,392が一対の固定接点31,32から離れている。励磁コイル21が通電される前では、ストッパ5には、接極子25が当接している。
その後、励磁コイル21が通電されると、鉄芯23が磁化され、鉄芯23の鍔部232に接極子25が引き寄せられていく。これに伴い、接極子25が設けられた可動ばね35の可動部36の先端が変位する。その後、一対の可動接点391,392が一対の固定接点31,32にそれぞれ接触する。その結果、一対の可動接点391,392と一対の固定接点31,32との間は、それぞれ導通される。
上記のように励磁コイル21が通電されると、接極子25がストッパ5の当接部53から離れる。その後、ストッパ5の当接部53には、可動接点391,392が固定接点31,32に接触する前に、可動ばね35の突出部364がストッパ5に当接する。これにより、可動ばね35の移動速度を低減させる。
本実施形態の電磁継電器1は、可動接点391,392が固定接点31,32に接触する前に可動ばね35の突出部364がストッパ5に当接するので、本実施形態の電磁継電器1の接点衝突エネルギーM1(図12参照)は、ストッパ5を備えていない比較例の電磁継電器の接点衝突エネルギーM2(図13参照)に比べて小さくすることができる。接点衝突エネルギーM1は、吸引力曲線N1(図12参照)とばね負荷曲線N2(図12参照)との差分の積算値である。接点衝突エネルギーM2は、吸引力曲線N3(図13参照)とばね負荷曲線N4(図13参照)との差分の積算値である。
一方、励磁コイル21への通電が遮断されると、鉄芯23は消磁され、可動ばね35の弾性作用によって接極子25が鉄芯23の鍔部232から離れるとともに、可動ばね35の可動部36が変位する。これに伴い、一対の可動接点391,392が一対の固定接点31,32から離れる。その結果、一対の可動接点391,392と一対の固定接点31,32との間は、電気的に遮断される。
上記のように励磁コイル21への通電が遮断されると、可動ばね35の弾性作用によって可動ばね35の突出部364がストッパ5から離れる。可動ばね35の可動部36が変位する。その後、ストッパ5の当接部53に接極子25が当接する。このとき、ストッパ5は、弾性を有しているので、可動ばね35の衝撃を緩和する。
以上説明した本実施形態に係る電磁継電器1では、励磁コイル21へ通電されると、可動ばね35の可動部36の可動接点391,392が固定接点31,32に接触する前に、可動部36の突出部364がストッパ5とが当接する。そして、ストッパ5が可動ばね35の移動速度を低減させる。すなわち、ストッパ5が可動ばね35の移動を弱める。これにより、本実施形態に係る電磁継電器1では、ストッパを備えていない電磁継電器に比べて、可動ばね35の可動部36の可動接点391,392が固定接点31,32に接触するときの接点衝突エネルギーを低減させることができる。その結果、可動ばね35の可動部36の可動接点391,392が固定接点31,32に接触することに起因する衝突音を低減させることができる。
また、本実施形態に係る電磁継電器1では、ストッパ5が可動ばね35の移動速度を低減させることによって、接極子25が鉄芯23に衝突する際の勢いを低減させることができる。これにより、接極子25が鉄芯23に衝突することに起因する衝突音を低減させることができる。
さらに、本実施形態に係る電磁継電器1では、ストッパ5が可動ばね35の移動速度を低減させることによって、接点バウンスを低減させることができる。これにより、接点バウンス時のアークに起因する接点消耗を低減させることができるので、接点の開閉寿命を向上させることができる。
本実施形態に係る電磁継電器1では、励磁コイル21への通電が遮断されて、ストッパ5と接極子25とが当接したときに、ストッパ5が弾性によって変形することによって、復帰時における接極子25からストッパ5への衝撃を低減(吸収・緩和)させることができる。これにより、本実施形態に係る電磁継電器1では、接極子25がストッパ5に衝突することに起因する衝突音を低減させることができる。
また、本実施形態に係る電磁継電器1では、ストッパ5および可動ばね35の可動部36(可動接点391,392を含む)は、金属で形成されている。これにより、本実施形態に係る電磁継電器1では、ストッパ5と可動ばね35の可動部36(可動接点391,392)とが金属製部品同士の接触となるので、ストッパが樹脂製部品である場合に比べて、摩耗粉が発生しにくい。また、本実施形態に係る電磁継電器1では、たとえ摩耗粉が発生したとしても、摩耗粉が金属粉であるので、可動ばね35の可動部36の可動接点391,392と固定接点31,32との間で導通不良になりにくい。
本実施形態に係る電磁継電器1では、励磁コイル21へ通電されるときと励磁コイル21への通電が遮断されるときとで、ストッパ5の同じ部分(当接部53)が可動ばね35または接極子25と当接する。これにより、本実施形態に係る電磁継電器1では、接触部分が異なるストッパに比べて、ストッパ5の構成を簡単にすることができる。また、本実施形態に係る電磁継電器1では、励磁コイル21へ通電されるときに可動ばね35が当接する部品と、励磁コイル21への通電が遮断されるときに接極子25が当接する部品とを別個に備える場合に比べて、部品点数を低減させることができる。
本実施形態に係る電磁継電器1では、永久磁石61が接点(固定接点31,32、可動接点391,392)から離れた場所に設置されていても、ヨーク62を用いることによって、接点近傍およびアーク消弧空間の磁束密度を大きくすることができる。これにより、電磁継電器1を大型化することなく、遮断能力を高めることができる。
本実施形態に係る電磁継電器1では、一対の固定接点31,32に隣接する一対の隣接部63,64の間にヨーク62が切り欠き65を有することによって、各接点近傍に磁束を集中させることができる。これにより、ヨークが上記切り欠きを有していない電磁継電器に比べて、各接点近傍の磁束密度をより大きくすることができるので、遮断能力をより高めることができる。
本実施形態に係る電磁継電器1では、一対の固定接点31,32が並んでいる方向(第1の方向D1)すなわちアークを引き延ばす方向において、ヨーク62の長さL1を一対の固定接点31,32間の距離L2よりも長くすることによって、アークをより長く引き延ばすことができる。これにより、アークを早期に消弧させることができるので、遮断能力をさらに高めることができる。
なお、本実施形態の変形例として、電磁継電器1は、ストッパ5に代えて、図14に示すようなストッパ5aを備えてもよい。ストッパ5aは、基部51aと、延設部52aと、当接部53aとを一体に備えている。基部51aは、ストッパ5の基部51(図3参照)と同様の構成である。貫通孔54a、凹部55aおよび接触片56aは、ストッパ5の貫通孔54、凹部55および接触片56(図3参照)とそれぞれ同様である。延設部52aは、ストッパ5の延設部52(図3参照)と同様の構成である。
当接部53aは、延設部52aとは90°未満の角度を有するように延設部52aの先端から突出している。すなわち、当接部53aは、先端が基端側よりも基部51a側になるように設けられている。上記以外の点において、当接部53aは、ストッパ5の当接部53(図3参照)と同様である。
本実施形態の他の変形例として、電磁継電器1は、ストッパ5に代えて、図15に示すようなストッパ5bを備えてもよい。ストッパ5bは、基部51bと、延設部52bと、当接部53bとを一体に備えている。基部51bは、ストッパ5の基部51(図3参照)と同様の構成である。貫通孔54b、凹部55bおよび接触片56bは、ストッパ5の貫通孔54、凹部55および接触片56(図3参照)とそれぞれ同様である。延設部52bは、ストッパ5の延設部52(図3参照)と同様の構成である。
当接部53bは、曲板状に形成されている。より詳細には、当接部53bは、第1の曲面部531と、第2の曲面部532とを一体に備えている。第1の曲面部531は、延設部52bの先端に設けられている。第1の曲面部531は、可動部36の可動接点391,392が固定接点31,32から離れる方向A1に凸となる曲面を有している。第2の曲面部532は、第1の曲面部531の先端に設けられている。第2の曲面部532は、可動部36の可動接点391,392が固定接点31,32に近づく方向A2に凸となる曲面を有している。上記以外の点において、当接部53bは、ストッパ5の当接部53(図3参照)と同様である。
また、本実施形態の変形例として、電磁継電器1の可動ばね35において、可動部36は、突出部364に代えて、図16に示すような突出部365を備えていてもよい。
突出部365は、一対の可動接点391,392の間に設けられている。より詳細には、突出部365は、一対の可動接点391,392の間において、成形部363から突出するように設けられている。突出部365は、孔366を有している。これにより、突出部365の幅を広くして突出部365とストッパ5との接触領域を大きくしても、突出部365の弾性を維持することができる。
なお、本実施形態に係る電磁継電器1において、永久磁石61は、N極とS極とを逆にして配置されてもよい。すなわち、永久磁石61は、励磁コイル21側がN極、ヨーク62側がS極となるように配置されてもよい。この場合、主端子33,34の極性を逆にする必要がある。これにより、可動接点391,392と固定接点31,32との間に発生したアークを外側に引き延ばすことができる。
なお、本実施形態に係る電磁継電器1は、可動接点391,392を備えていない構成であってもよい。この場合、可動ばね35の可動部36のうち固定接点31と対向する部分が固定接点31に接離し、可動部36のうち固定接点32と対向する部分が固定接点32に接離する。すなわち、励磁コイル21へ通電されると、可動部36が固定接点31,32に接触し、励磁コイル21への通電が遮断されると、可動部36が固定接点31,32から離れる。