JP2019046719A - 電磁継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】可動コアを固定コアに吸引する際の吸引力を向上させると共に、可動コアを固定コアから引き離す際の応答性の向上を可能とする電磁継電器を提供する。【解決手段】励磁コイル１１０と、固定コア１２０と、励磁コイルの外側を覆うように配置されて励磁コイルの軸線方向の一方側がプレート部１３２として形成されておりプレート部に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プレート部と磁気的に繋がれて励磁コイルへの通電時に軸線方向に沿って固定コアに吸引される可動コアと、可動コア１４０の吸引を補助する磁石１６０とを備える電磁継電器において、可動コアあるいはプレート部に、可動コアと固定コアとの隙間ＡＧが所定隙間より小さくなる領域で、磁石によって可動コアとプレート部とを流れる磁束密度を飽和させる磁気飽和部１４４を形成する。【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。

従来の電磁継電器として、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の電磁継電器（有極電磁継電器）は、コイルと、コイルの軸線位置に配置された鉄心（固定コア）と、鉄心の一端側からコイルの径方向に延び、コイル外周側で曲げられ、軸線方向に沿って鉄心の他端側に延設された継鉄（ヨーク）と、鉄心の他端側から径方向に延設されて、その延設された先端部が、継鉄の先端部と対向する鉄心頭部（ヨーク）とを有している。継鉄の先端部と、鉄心頭部の先端部との間には隙間部が形成されている。鉄心、継鉄、および鉄心頭部は、コイルに対する磁気回路を形成している。隙間部には、コイルの軸線方向に沿う磁束が流れるようになっている。

また、継鉄の径方向外方には、コイルの軸線方向に延びて、この軸線方向に摺動可能に支持された力伝達部材（可動コア）が設けられている。力伝達部材の一端側は、通電状態を開閉する接点部に接続されており、また、力伝達部材の他端側には、接極子が設けられている。接極子の一部は、継鉄と鉄心頭部との隙間部に配置されている。更に、接極子には、隙間部を流れるコイルの磁束の方向に着磁された永久磁石が設けられている。

特許文献１においては、コイルに対して非通電（非励磁）のときは、接点部のバネ力によって、接点部が開かれるように力伝達部材が摺動される。一方、コイルに通電（励磁）したときは、コイルによる磁束と永久磁石による磁束とによって、接極子の一部が隙間部において吸引作用を受け、非通電時とは逆方向に力伝達部材を摺動させて、接点部を閉じるようにしている。

これにより、コイルへの通電時に、接点部を閉じる際の応答性（動作時間）を向上させるようにしている。

特開２００８−２１０７７６号公報

上記のように、特許文献１では、接極子に永久磁石を設け、永久磁石の着磁方向をコイルの磁束方向に合せて、コイルの磁束と永久磁石の磁束とによって、接点部を閉じる際の吸引力を増大させて応答性を向上させている。しかしながら、接点部を例えば緊急遮断したい場合には、永久磁石による吸引力が常時作用したままとなっているため、逆に、接点部を切断する際の応答性が悪くなる。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、永久磁石を使用するものにおいて、可動コアを固定コアに吸引する際の吸引力を向上させると共に、可動コアを固定コアから引き離す際の応答性の向上を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、
励磁コイルの外側を覆うように配置されて固定コアと共に磁気回路を構成すると共に、励磁コイルの軸線方向の一方側がプレート部（１３２）として形成されており、プレート部に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ると共に、プレート部と磁気的に繋がれて、励磁コイルへの通電時に軸線方向に沿って固定コアに吸引される可動コア（１４０）と、
可動コアの吸引を補助する磁石（１６０）と、を備える電磁継電器において、
可動コア、あるいはプレート部には、可動コアと固定コアとの隙間（ＡＧ）が所定隙間より小さくなる領域で、磁石によって可動コアとプレート部とを流れる磁束密度を飽和させる磁気飽和部（１４４）が形成されたことを特徴としている。

この発明によれば、可動コア（１４０）が吸引される際に、磁石（１６０）によって可動コア（１４０）とプレート部（１３２）との間を流れる磁束の軸線方向の成分が、可動コア（１４０）の吸引を補助する力となって本来の吸引力に付加されるので、励磁コイル（１１０）への通電時の吸引力を向上させることができる。

加えて、可動コア（１４０）、あるいはプレート部（１３２）には、磁気飽和部（１４４）が形成されている。磁気飽和部（１４４）は、可動コア（１４０）と固定コア（１２０）との隙間（ＡＧ）が所定隙間より小さくなる領域で、磁石（１６０）によって可動コア（１４０）とプレート部（１３２）とを流れる磁束密度を飽和させる。これにより、可動コア（１４０）が固定コア（１２０）に吸引された後に、可動コア（１４０）を固定コア（１２０）から引き離す際の磁石（１６０）による吸引力を低下させることができる。よって、可動コア（１４０）を固定コア（１２０）から引き離す際の応答性を向上させることができる。

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の全体を示す断面図である。 第１実施形態における電磁継電器の主要部を示す断面図である。 図２においてエアギャップ大の状態を示す断面図である。 図２においてエアギャップ中の状態を示す断面図である。 図２においてエアギャップ小の状態を示す断面図である。 エアギャップに対するバネ力、および磁石による吸引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の主要部を示す断面図である（エアギャップ大）。 図７においてエアギャップ中の状態を示す断面図である。 図７においてエアギャップ小の状態を示す断面図である。 エアギャップに対するバネ力、および磁石による吸引力を示すグラフである。 エアギャップに対するバネ力、およびトータルの吸引力を示すグラフである。

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６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１、図２に示すように、ケース１０１内に、励磁コイル１１０、固定コア１２０、ヨーク１３０、可動コア１４０、復帰バネ１５０、磁石１６０、および接点部１７０等が設けられて形成されている。ケース１０１は、例えば、樹脂製で、筒状を成して、両軸方向端部が閉塞された形となっている。

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、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。

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となっており、ヨーク１３０の底部（ヨーク部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。

尚、ボビン１１１には、ストッパ部１１１ａが設けられている。ストッパ部１１１ａは、例えば、ボビン１１１の筒状部の軸線方向の中間部となる内周面に設けられて、径方向の内側に突出する部位となっている。ストッパ部１１１ａは、復帰バネ１５０の軸線方向の他方側の端部を支持するようになっている。

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、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、テーパ部１２１、円形部１２２、小径部１２３、および中心孔部１２４等を有している。

テーパ部１２１は、固定コア１２０における軸線方向の一方側となる端部（すなわち、可動コア１４０側の端部）から軸線方向の他方側に向かって拡径する部位となっている。円形部１２２は、テーパ部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、外径が一定に設定された部位となっている。尚、円形部１２２の軸線方向の中間位置には、円形部１２２よりも径方向寸法が大きく設定された大径部１２２ａが設けられている。

小径部１２３は、円形部１２２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、円形部１２２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１２４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１２４の内径寸法は、円形部１２２、および小径部１２３の外径寸法に対応するように途中で徐変されている。

固定コア１２０における軸線方向の一方側の端部（すなわち、テーパ部１２１の端面）には、中心部に円柱状凹部空間である凹部１２５が形成され、この凹部１２５の周りに環状に連続した突起状の凸部１２６が形成されている。

固定コア１２０は、小径部１２３が、ヨーク１３０の底部（ヨーク部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、励磁コイル１１０の外側を覆うように配置されて、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、および固定コア１２０を内側に収容する部材となっている。ヨーク１３０は、ヨーク部１３１、およびプレート部１３２等を有している。

ヨーク部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。

プレート部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、ヨーク部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、プレート部１３２の両端部は、ヨーク部１３１の開口側端部に接合されている。

プレート部１３２の固定コア１２０の位置に対応する領域（中心部領域）には、開口部１３２ａが形成されて、開口されている。開口部１３２ａは、例えば、円形状となっている。よって、プレート部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。また、プレート部１３２の開口部１３２ａの周囲と、固定コア１２０の軸線方向の一方側の端部周囲との間には、所定寸法の隙間部１３２ｂが形成されている。

また、プレート部１３２の板厚は、中心側が外周側に比べて薄く設定されており、径方向の中間位置に、板厚差に伴う段部１３２ｃが形成されている。板厚の薄い領域は、固定コア１２０側にへこむように形成されている。段部１３２ｃの深さ（板厚の差）は、可動コア１４０の板部１４１の外周側と同等の寸法となるように設定されている。

可動コア１４０は、開口部１３２ａを介して固定コア１２０と対向するように配置されると共に、プレート部１３２と磁気的に繋がれて、励磁コイル１１０への通電時に軸線方向に沿って固定コア１２０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、および磁気飽和部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の中心部には、円形の孔部１４１ａが穿設されている。板部１４１の外径寸法は、プレート部１３２の開口部１３２ａの内径寸法よりも大きく設定され、また、プレート部１３２の段部１３２ｃにおける内径寸法から、磁石１６０の分を差し引いた内径寸法よりも小さく設定されている。

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側に突出する円筒状の部材となっている。突出部１４２の外径寸法は、プレート部１３２の開口部１３２ａの内径寸法よりも小さく設定され、また、突出部１４２の内径寸法は、固定コア１２０の円形部１２２における外径寸法よりも大きく設定されている。そして、突出部１４２の軸線方向の他方側の先端部（突出側端部）は、可動コア１４０が固定コア１２０から最も離れた状態で（非通電時に）、隙間部１３２ｂに入り込む位置に設定されている。

突出部１４２の内周面には、テーパ部１４２ａ、および円筒部１４２ｂが形成されている。テーパ部１４２ａは、突出部１４２の内周面の軸線方向の一方側の領域において、内径寸法が一方側から他方側に向けて拡径されるように形成されている。円筒部１４２ｂは、テーパ部１４２ａの他方側の端部から更に他方側に向けて内径寸法が一定になるように形成されている。

シャフト部１４３は、例えば、断面円形の棒状の部材であり、板部１４１の孔部１４１ａに挿入されて、長手方向の中間部が、板部１４１に接合されている。シャフト部１４３の軸線方向の一方側の端部１４３ａは、接点部１７０の支持板１７２ａ側に向けて延び、支持板１７２ａに当接可能となっている。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１２４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の軸線方向の他方側の端部が中心孔部１２４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。可動コア１４０が固定コア１２０側に移動したとき（通電時に）、固定コア１２０のテーパ部１２１、および円形部１２２の軸線方向の一方側における一部は、相対的に、可動コア１４０の突出部１４２の内部空間に入り込むことができるようになっている。

可動コア１４０の中心部領域（突出部１４２の内側領域）における板部１４１と、固定コア１２０の凸部１２６との間が、エアギャップＡＧ（隙間）として形成されている。

磁気飽和部１４４は、可動コア１４０が固定コア１２０に対して、エアギャップＡＧが所定隙間より小さくなる領域で、磁石１６０によって可動コア１４０とプレート部１３２とを流れる磁束密度を所定レベルの磁束密度に飽和させるものである。つまり、この磁気飽和部１４４によって、エアギャップＡＧが所定隙間より小さくなる領域で、可動コア１４０とプレート部１３２とを流れる磁束密度（磁束量）が制限されるようになっている。

所定隙間は、可動コア１４０が固定コア１２０に吸引された後、非通電時に開離されるときの可動コア１４０の移動（移動する際の初速）を妨げない領域として設定されている。本実施形態では、所定隙間は、例えば０．５ｍｍ程度に設定されている。

磁気飽和部１４４は、本実施形態では、エアギャップＡＧが所定隙間より小さくなる領域で、可動コア１４０と磁石１６０とが互いに面対する両方の対向面（両面）１４４ａ、１６１のうち、可動コア１４０の対向面１４４ａの方が、磁石１６０の対向面１６１よりも軸線方向の長さが小さく設定されることで形成されている。

換言すると、磁気飽和部１４４は、可動コア１４０の板部１４１の外周部において、径方向の外側に突出して周方向に連続する突出部として形成されている。軸線方向における突出部の寸法（厚み）は、軸線方向における磁石１６０の寸法よりも小さくなるように設定されている。よって、対向面１４４ａの面積は、対向面１６１の面積よりも小さく設定されている。また、突出部（磁気飽和部１４４）は、軸線方向における板部１４１の中央位置（中心）に配置されている。よって、可動コア１４０が固定コア１２０に吸引されて停止した位置で、突出部（磁気飽和部１４４）は、軸線方向における磁石１６０の中心位置に面対するようになっている（図２）。

また、励磁コイル１１０へ通電している状態（可動コア１４０が固定コア１２０へ当接している状態）から非通電にした際に、可動コア１４０のシャフト部１４３における端部１４３ａが、可動接点１７２の支持板１７２ａに接触するまでの区間（図５中の隙間Ａ）において、磁気飽和部１４４は、磁石１６０と面対するようになっている。

また、励磁コイルへ１１０への通電時に、磁気飽和部１４４は、可動接点１７２が固定接点１７１に接触した後に、磁石１６０と面対するように配置されている。

尚、磁気飽和部１４４は、例えば、磁石１６０の厚さ寸法や、設定位置等によって、可動コア１４０と磁石１６０とが互いに面対しない位置関係として設定することも可能である。

復帰バネ１５０は、固定コア１２０の外周側に配置されて、可動コア１４０を軸線方向の一方側（吸引方向とは反対方向）に付勢する部材となっている。復帰バネ１５０は、例えば、金属製のコイルバネが使用されており、固定コア１２０の外周部に挿通されている。そして、復帰バネ１５０の軸線方向の他方側の端部は、ボビン１１１に設けられたストッパ部１１１ａに当接されている。また、復帰バネ１５０の軸線方向の一方側の端部は、可動コア１４０の突出部１４２に当接されている。

磁石１６０は、可動コア１４０の固定コア１２０への吸引を補助する部材であり、永久磁石が使用されている。磁石１６０は、例えば、軸線方向から見た全体の形状がリング形状に形成されて、リング形状の中心軸を含む面で切った場合の断面形状が矩形状を成している。磁石１６０の中心軸は、可動コア１４０の中心軸と一致するように配置されて、プレート部１３２における段部１３２ｃに固定されている。

磁石１６０は、プレート部１３２上において、非通電時における可動コア１４０の位置（エアギャップＡＧ最大時）に対して、可動コア１４０が吸引によって移動する側の領域で、且つ、軸線方向から見たときに可動コア１４０の外周側（外周ラインよりも外側）に対応する領域に配置されている。そして、可動コア１４０が固定コア１２０に吸引されて停止したときに、磁石１６０は、可動コア１４０には接触しない領域に配置されている。

接点部１７０は、所定機器に対する電力供給線の断続（通電状態のオンオフ）を行うスイッチであり、軸線方向において可動コア１４０の一方側に設けられている。接点部１７０は、固定接点１７１、可動接点１７２、および、接点バネ１７３等を有している。尚、図２では、接点部１７０の表示を省略している。

固定接点１７１は、ヨーク１３０のプレート部１３２に設けられた支持部１７１ａに固定（位置固定）されている。可動接点１７２は、支持部１７１ａに対向する支持板１７２ａに設けられており、軸線方向において固定接点１７１の一方側に配置されている。支持板１７２ａには、可動コア１４０に固定されたシャフト部１４３の端部１４３ａが当接可能となっている。接点バネ１７３は、支持板１７２ａ（可動接点１７２）を軸線方向の他方側に付勢するように設けられている。

よって、可動接点１７２は、接点バネ１７３、および復帰バネ１５０の付勢力を受けながら、固定コア１２０に対して吸引あるいは非吸引される（移動される）可動コア１４０に連動して、固定接点１７１に対して接触あるいは開離するようになっている。

尚、可動接点１７２が固定接点１７１に接触したのち、可動コア１４０は、所定量（０．５ｍｍ程度）移動して、固定コア１２０（凸部１２６）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、ゼロであり、シャフト部１４３の端部１４３ａと支持板１７２ａとの間に、隙間Ａ（０．５ｍｍ程度の隙間）が形成されるようになっている（図５）。

電磁継電器１００Ａは、以上のように構成されており、以下、図３〜図６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）、図１に示すように、励磁コイル１１０による磁界の形成は行われず、わずかに磁石１６０の磁束による吸引力はあるものの、復帰バネ１５０の付勢力が接点バネ１７３の付勢力に打ち勝って、可動コア１４０は、軸線方向の一方側に駆動される。そして、シャフト部１４３の端部１４３ａによって、可動接点１７２が固定接点１７１から開離されて、接点部１７０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。励磁コイル１１０への通電が遮断されている状態では、エアギャップＡＧは、最大値（２．５ｍｍ）をとっている。

一方、励磁コイル１１０に通電すると（通電時）、図３に示すように、励磁コイル１１０により、固定コア１２０と突出部１４２との間、突出部１４２とプレート部１３２との間、およびヨーク部１３１に磁界が形成される（図３中の実線矢印）。そして、可動コア１４０に対する電磁吸引力が発生される。加えて、可動コア１４０の板部１４１の外周領域（磁気飽和部１４４）と磁石１６０との間に磁束が流れ（図３中の破線矢印）、磁石１６０による磁石吸引力が発生する。そして、接点バネ１７３の付勢力、電磁吸引力、および磁石吸引力の合力が、復帰バネ１５０の付勢力に打ち勝って、可動コア１４０は固定コア１２０側に吸引される。以下、図３〜図５の順に吸引動作の詳細を説明する。

まず、図３に示すように、通電直後では、板部１４１の外周領域（可動コア１４０の磁気飽和部１４４）と磁石１６０との間は、最大のエアギャップＡＧ（２．５ｍｍ）に伴う寸法分だけ離れており、励磁コイル１１０の電磁吸引力、および磁石１６０の磁石吸引力によって可動コア１４０の吸引が開始される。尚、磁石１６０による磁束は、発生するものの磁石吸引力は、わずかに作用する状態となっている。

次に、図４に示すように、可動コア１４０が主に電磁吸引力、および磁石吸引力によって吸引され、エアギャップＡＧが所定隙間（０．５ｍｍ）まで変化すると、磁気飽和部１４４の先端部と磁石１６０とが接近する。この状態では、磁石１６０の磁石吸引力が強く作用し、可動コア１４０の吸引が補助される。

このとき、支持板１７２ａが支持部１７１ａ側へ移動され、可動接点１７２が固定接点１７１に接触して、接点部１７０は接続される。両接点１７１、１７２が接触した後は、接点バネ１７３の力は、可動コア１４０には付勢されない状態となり、復帰バネ１５０のみが可動コア１４０に対して作用する。よって、図６に示すように、トータルのバネ力（復帰バネ１５０のみの付勢力）は、大きくなる。このバネ力に対して、可動コア１４０を固定コア１２０に吸引するために、上記のように磁石１６０（磁石吸引力）による吸引補助がなされ、可動コア１４０は固定コア１２０側に吸引されていく。

更に、図５、図６に示すように、エアギャップＡＧが所定隙間の位置から、可動コア１４０が固定コア１２０に対して当接して停止する位置（エアギャップＡＧがゼロ）に至る間（エアギャップＡＧが所定隙間より小さくなる領域）においては、シャフト部１４３は、可動コア１４０と共に、固定コア１２０側に移動し、シャフト部１４３の端部１４３ａと支持板１７２ａとの間に、隙間Ａ（０．５ｍｍ程度の隙間）が形成される。

この状態では、磁気飽和部１４４によって磁石１６０による磁束密度が飽和されて、磁石吸引力は制限（低下）される。エアギャップＡＧが所定隙間の位置からゼロに至る間においては、エアギャップＡＧがより小さくなることで、本来の電磁吸引力の向上が得られ、磁石吸引力の補助を積極的に得なくても、可動コア１４０は固定コア１２０に吸引される。

つまり、磁石１６０による磁石吸引力は、バネ力が大きくなる所定隙間の位置で可動コア１４０の吸引補助に使用される。その後のエアギャップＡＧがゼロに至る間では、磁気飽和部１４４によって磁石吸引力を低下させて、本来の電磁吸引力で可動コア１４０を吸引し、磁石吸引力による補助を抑えるようにしている。

更に、通電状態から非通電状態に切替えると、電磁吸引力は消滅する。このとき磁気飽和部１４４が設けられていない場合であると、磁石１６０による磁石吸引力が可動コア１４０に作用するため、復帰バネ１５０の付勢力によって可動コア１４０が固定コア１２０から離れようとする初速が鈍る。しかしながら、本実施形態では、磁気飽和部１４４によって、可動コア１４０とプレート部１３２との間における磁石吸引力が制限されており、復帰バネ１５０の付勢力によって、所定隙間（隙間Ａ）に至る間において、可動コア１４０が軸線方向の一方側へ、初速を高めて瞬時に移動される。可動コア１４０と共に、シャフト部１４３の端部１４３ａは、加速して支持板１７２ａに衝突する。そして、衝突の初速をもった状態で、接点バネ１７３の付勢力に打ち勝って、支持板１７２ａが移動され、接点部１７０が開離される（図５→図４→図３の順に変化）。

以上のように、本実施形態では、可動コア１４０が吸引される際に、磁石１６０によって可動コア１４０とプレート部１３２との間を流れる磁束の軸線方向の成分が、可動コア１４０の吸引を補助する力（磁石吸引力）となって本来の吸引力（電磁吸引力）に付加されるので、励磁コイル１１０への通電時の吸引力を向上させることができる。

加えて、可動コア１４０には、磁気飽和部１４４が形成されている。磁気飽和部１４４は、可動コア１４０と固定コア１２０とのエアギャップＡＧが所定隙間より小さくなる領域で、磁石１６０によって可動コア１４０とプレート部１３２とを流れる磁束密度を飽和させる。これにより、可動コア１４０が固定コア１２０に吸引された後に、可動コア１４０を固定コア１２０から引き離す際の磁石１６０による吸引力を低下させることができる。よって、可動コア１４０を固定コア１２０から引き離す際の応答性を向上させることができる。つまり、短時間で接点部１７０を開離することができ、両接点１７１、１７２間に発生するアークを短時間で消弧することができる。

図６は、理論解析に基づくエアギャップＡＧと、復帰バネ１５０および接点バネ１７３によるバネ力と、磁石１６０による磁石吸引力との関係を示している。エアギャップＡＧが所定隙間より小さくなる領域において、磁気飽和部１４４を設けない比較例に対して、磁気飽和部１４４を設けた本実施形態では、磁石吸引力を低下することができている。

また、本実施形態では、磁気飽和部１４４は、エアギャップＡＧが所定隙間より小さくなる領域で可動コア１４０の対向面１４４ａの方が磁石１６０の対向面１６１よりも軸線方向の長さを小さく設定することで、形成されるようにしている。これにより、容易に磁気飽和部１４４を形成することができる。

また、本実施形態では、通電状態から非通電状態にしたときに、可動コア１４０（シャフト部１４３の端部１４３ａ）が可動接点１７２の支持板１７２ａに接触するまでの区間において、磁気飽和部１４４は、磁石１６０と面対するようにしている。これにより、接点部１７０を開離する際の初期段階において、確実に磁石吸引力を弱めることができる。

また、本実施形態では、励磁コイル１１０への通電時に、可動接点１７２が固定接点１７１に接触した後に、磁気飽和部１４４は、磁石１６０と面対するように配置されている。これにより、接点部１７０が接続されるまでは、磁石１６０による磁石吸引力を発揮させて可動コア１４０に対する吸引力を高めると共に、接点部１７０が接続された後は、磁気飽和部１４４によって、磁石吸引力を低下させて、次の非通電時に、短時間で接点部１７０を開離させることが可能となる。

また、磁気飽和部１４４による磁気飽和状態では、磁気抵抗が高く、余分な磁束が流れることがないため、磁気飽和部１４４の周方向にわたって、磁石吸引力のバランスを抑えることができ、可動コア１４０に対するサイドフォースを低減することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の電磁継電器１００Ｂを、図７〜図１１に示す。第２実施形態の電磁継電器１００Ｂは、上記第１実施形態の電磁継電器１００Ａに対して、磁気飽和部１４４の設定位置を変更したものである。尚、図７〜図９においては、接点部１７０の表示を省略している。

本実施形態の磁気飽和部１４４は、図７〜図９に示すように、励磁コイル１１０への通電時に、可動コア１４０が固定コア１２０に対して停止した位置で、軸線方向における磁石１６０の中心よりも固定コア１２０に近い側に配置されている。更に具体的には、磁気飽和部１４４は、軸線方向における可動コア１４０の板部１４１の他方側（図中の下側）に配置されている。よって、可動コア１４０が固定コア１２０に吸引されて停止した位置で、磁気飽和部１４４は、軸線方向における磁石１６０の他方側（図中の下側）に面対するようになっている（図９）。

本実施形態の作動は、基本的には、上記第１実施形態と同じである。ただし、磁気飽和部１４４の設定位置を変更していることから、図９に示すように、通電時に可動コア１４０が固定コアに対して停止した位置で、磁石１６０による磁束は、磁気飽和部１４４から軸線方向における磁石１６０の中間位置に向けて、上斜め方向に流れる。よって、磁石１６０による磁束の軸線方向における一方側（図中の上側）に向かう磁石吸引力が発生することになる。

よって、本実施形態では、通電状態から非通電にしたときに、磁石１６０によって、固定コア１２０に対して可動コア１４０を引き離す力が付加されて、接点部１７０を開離する際の可動コア１４０の初速を高めることができ、更に、接点部１７０の開離時間を短縮することができる。

図１０は、理論解析に基づくエアギャップＡＧと、復帰バネ１５０および接点バネ１７３によるバネ力と、磁石１６０による磁石吸引力との関係を示している。エアギャップＡＧが所定隙間（ここでは１．０ｍｍ）以下において、磁気飽和部１４４を設けない比較例に対して、磁気飽和部１４４を設けた本実施形態では、磁石吸引力を低下することができている。本実施形態の磁石吸引力がマイナスとなる領域は、上向きの吸引力となることを示している。

尚、磁石吸引力がマイナスとなる領域が形成されることで、図１１に示すように、磁石吸引力に本来の電磁吸引力を加えたトータルの吸引力は、比較例に比べて、多少小さくなるが、バネ力に対しては、充分大きく、固定コア１２０に対する可動コア１４０の吸引動作を損なうものではない。

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、磁石１６０をヨーク１３０のプレート部１３２に設け、磁気飽和部１４４を可動コア１４０の板部１４１に設けるようにした。しかしながら、これに限定されることなく、磁石１６０を板部１４１の外周に設け、磁気飽和部１４４を、磁石１６０と面対するプレート部１３２の端部に設けるようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、磁石１６０は、軸線方向から見た全体形状がリング形状となるように形成されたものとして説明したが、この他にも、六角形や八角形等の多角形状としたものとしてもよい。また、磁石１６０は、リング形状、あるいは多角形状の少なくとも一部としてもよい。

あるいは、磁石１６０は、リング形状、あるいは多角形状の一部を複数、用いたものとしてもよい。つまり、リング形状、あるいは多角形状の周方向に複数分割されたものとしてもよい。この場合は、複数の各パーツを、可動コア１４０の中心軸に対して、対称（点対称）となるように配置するのがよい。これにより、周方向の磁石１６０による磁束のバランスを保つことができる。そして、これに併せて、磁気飽和部１４４も周方向に連続させずに、分割された磁石１６０に対応するように配置してもよい。

また、上記各実施形態では、電磁継電器１００Ａ、１００Ｂ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、１００Ｂ 電磁継電器
１１０ 励磁コイル
１１３ コイル中心孔部
１２０ 固定コア
１３０ ヨーク
１３２ プレート部
１３２ａ 開口部
１４０ 可動コア
１４４ 磁気飽和部
１４４ａ 対向面（面対する面）
１５０ 復帰バネ
１６０ 磁石
１６１ 対向面（面対する面）
１７０ 接点部
１７１ 固定接点
１７２ 可動接点
ＡＧ エアギャップ（隙間）

Claims (5)

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側を覆うように配置されて前記固定コアと共に磁気回路を構成すると共に、前記励磁コイルの軸線方向の一方側がプレート部（１３２）として形成されており、前記プレート部に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ると共に、前記プレート部と磁気的に繋がれて、前記励磁コイルへの通電時に前記軸線方向に沿って前記固定コアに吸引される可動コア（１４０）と、
   前記可動コアの吸引を補助する磁石（１６０）と、を備える電磁継電器において、
   前記可動コア、あるいは前記プレート部には、前記可動コアと前記固定コアとの隙間（ＡＧ）が所定隙間より小さくなる領域で、前記磁石によって前記可動コアと前記プレート部とを流れる磁束密度を飽和させる磁気飽和部（１４４）が形成された電磁継電器。
2. 前記磁石は、前記プレート部に設けられており、
   前記磁気飽和部は、前記隙間が前記所定隙間より小さくなる領域で前記可動コアと前記磁石とが互いに面対する両面（１４４ａ、１６１）のうち、前記可動コアの面（１４４ａ）の方が前記磁石の面（１６１）よりも前記軸線方向の長さが小さく設定されて形成された請求項１に記載の電磁継電器。
3. 前記励磁コイルへの通電停止時に、前記可動コアに対して、前記吸引される方向とは反対方向への力を付勢する復帰バネ（１５０）と、
   位置固定された固定接点（１７１）、および前記可動コアに連動して移動する可動接点（１７２）の接触あるいは開離によって所定機器に対する通電状態のオンオフを行う接点部（１７０）と、を備え、
   前記可動コアは、前記励磁コイルへの通電停止時に、前記復帰バネによって、前記反対方向へ移動する途中で前記可動接点に接触するように配置されており、
   前記可動コアが、前記可動接点に接触するまでの区間において、前記磁気飽和部は、前記磁石と面対していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁継電器。
4. 前記磁気飽和部は、前記励磁コイルへの通電時に、前記可動接点が前記固定接点に接触した後に、前記磁石と面対するように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の電磁継電器。
5. 前記励磁コイルへの通電時に、前記可動コアが前記固定コアに対して停止した位置で、前記磁気飽和部は、前記軸線方向における前記磁石の中心よりも前記固定コアに近い側に配置されていることを特徴とする請求項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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