JP4526454B2 - 交流パワーリレー - Google Patents

Description

本発明はパワーリレーに係り、特に交流電圧で駆動される交流パワーリレーに関する。

パワーリレーは、電磁石に電圧を印加した際に生ずる電磁力により接極子を吸引することによって接点の開閉動作を行うものである。パワーリレーを動作させる際（電磁石に通電して接極子を吸引する際）は、電磁石と接極子とが離間した状態から接極子を吸引する必要があるため、比較的大きな電圧を電磁石に印加することが必要である。一方、接極子が電磁石に吸引された状態では、接極子が電磁石にほぼ接しているため、電磁石への印加電圧が、動作時の電圧に比べて十分に低くなるまで、接極子は復帰しない。なお、本出願において、接極子を電磁石に吸引するのに必要な電圧を作動電圧といい、接極子が復帰する電圧を復帰電圧という。

ところで、パワーリレーには、交流パワーリレーと直流パワーリレーとがあり、このうち交流パワーリレーは、製造設備の制御装置などに広く用いられている。この交流パワーリレーでは、電磁石による接極子の吸引力が、電磁石に流れる交流電流の振幅変化に同期して変動する。かかる吸引力の変動を抑えるため、電磁石のコア先端にくま取りコイルと呼ばれる電磁コイルを設けることが一般的である。しかし、くま取りコイルを設けた場合も吸引力の変動を完全には防止できず、上記吸引力の変動に伴って接極子は常に振動している。このため、交流パワーリレーでは、電磁石への印加電圧が動作電圧から比較的小幅に低下しただけで接極子が復帰してしまう（つまり、動作電圧と復帰電圧の差が小さくなってしまう）ことになる。

なお、リレーに関する文献として特許文献１及び特許文献２が挙げられる。特許文献１に開示される発明は、組立工程の中で圧潰により鉄心頭部の高さ調整を行っても鉄心の座屈が起こらないようにするものである。また、特許文献２に開示される発明は、双安定リレーを用いることにより、電磁リレーに必要な電流及び電圧を小さくできるようにするリレー制御回路に係るものである。
特許第２９２０９９６号公報 特許第２６２０５３６号公報

通常、交流パワーリレーでは、電磁石への交流印加電圧として商用電源が用いられる。しかし、商用電源は、各種外部要因によって、瞬間的に電圧が低下する現象（瞬低）が起きることがある。そして、上記の通り、交流パワーリレーは、比較的小幅な電圧低下でも動作状態から復帰し易いため、瞬低が起きると交流パワーリレーが予期せず復帰して、交流パワーリレーで制御される装置等が誤動作したり、電源が遮断してしまったりする可能性がある。かかる問題は上記特許文献１に記載の発明では解決できない。また、上記特許文献２の発明では、専用の制御回路が必要となって構成が複雑になってしまう。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、瞬低などの電源電圧低下の影響を受けにくい交流パワーリレーを簡単な構成で実現することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、鉄心に電磁コイルが巻回されてなる電磁石と、この電磁石に交流電圧が印加された場合に前記電磁石に吸引される接極子と、前記接極子が前記電磁石に吸引されるのに応じて開閉状態を変化させる接点とを備える交流パワーリレーであって、
前記鉄心を一体に構成すると共に、前記接極子に対して接近及び離間する向きに変位可能に構成し、かつ、前記鉄心を前記接極子から離間する向きに付勢する付勢手段を設け、
前記電磁石に交流電圧が印加されると、前記電磁石が発生する電磁吸引力により、前記接極子が前記電磁石に吸引されると共に、前記鉄心が前記接触子に向けて移動するように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、鉄心が接極子に対して接近及び離間する向きに変位可能であり、かつ、鉄心を接極子から離間する向きに付勢する付勢手段が設けられるので、電磁石に電圧が印加されない復帰状態では、鉄心は接極子から離間し、電磁石に電圧が印加された動作状態では、磁気吸引力により鉄心は接極子に接近する。ここで、交流パワーリレーは、鉄心と接極子との距離が小さいほうが動作電圧及び復帰電圧が低くなる特性を有する。したがって、本発明によれば、動作電圧を高く、復帰電圧を低くして、瞬低などの電源電圧低下の影響を受けにくい交流パワーリレーを実現できる。

また、本発明において、前記鉄心の前記接極子から離間する向きの変位を所定位置で規制する規制手段を設けてもよい。また、前記鉄心の変位に応じて前記鉄心に粘性抵抗が作用するように構成されてもよい。

本発明によれば、瞬低などの電源電圧低下の影響を受けにくい交流パワーリレーを、電磁コイルの鉄心を可動式にしただけの簡単な構成で実現することができる。

図１は、本発明の一実施形態である交流パワーリレー１０の断面図である。同図に示すように、本実施形態の交流パワーリレー１０は、側面視Ｌ字型の形状を有する継鉄１２と、電磁石１４とを備えている。電磁石１４は、電磁コイル１６と、この電磁コイル１６が巻回されるボビン１８の内側に挿通された鉄心２０とにより構成されている。ボビン１８は継鉄１２の第１腕部１２ａに固定されている。一方、鉄心２０はボビン１８に対して上下に変位可能に構成されている。なお、継鉄１２の第１腕部１２ａの鉄心２０に対応する位置には、開口部２１が形成されることで、鉄心２０と継鉄１２との干渉が防止されている。また、鉄心２０の外周面とボビン１８の内周面との間には、例えばグリースのような粘性流体を介在させており、鉄心２０が変位する際に粘性抵抗が生ずるようになっている。

鉄心２０の下端と、継鉄１２の第１腕部１２ａの下面との間には板ばねなどの弾性部材２２が設けられている。弾性部材２２はその弾性力により、鉄心２０を図中下向きに付勢する。また、鉄心２０の上端部近傍には側方へ突起するストッパー部２３が設けられており、図１に示すように、このストッパー部２３がボビン１８の上端面に当接することで、鉄心２０の図中下向き変位が規制される。

継鉄１２の第２腕部１２ｂの図中上端部には、接極子２４が支持されている。接極子２４は、鉄心２０の先端と対向する位置まで図中右方へ延びて電磁石１４による磁気吸引力を受ける作用部２４ａと、後述する接点を開閉駆動する作動部２４ｂとからなる側面視Ｌ字型の部材であり、その屈曲部において継鉄１２の第２腕部１２ｂの上端部に支持されている。また、継鉄１２の第２腕部１２ｂの外側には、所定の間隔をおいて第１接片２６が取り付けられ、第２腕部１２ｂと第１接片２６との間に接極子２４の作動部２４ｂが配置されている。さらに、第１接片２６から所定の間隔をおいて第２接片２８が取り付けられており、これら第１接片２６及び第２接片２８に接点３０が設けられている。

第１接片２６は板ばね材により構成されており、電磁石１４に電圧が印加されない状態では、図１に示すように、接極子２４の作動部２４ｂが、第１接片２６のばね力により第２腕部１２ｂへ押し当てられる向きに（つまり、接極子２４の作用部２４ａが電磁石１４から離間する向きに）付勢されている。この状態では、第１接片２６と第２接片２８とが離間して接点３０はブレーク状態となる。

鉄心２０の上端部には、くま取りコイル３２が設けられている。電磁石１４には常に変化する交流電流が流れており、くま取りコイル３２は、電流が低下した僅かの時間に吸引力が低下して接極子２４が開放されるのを防ぐ目的で設けられたものであるが、このくま取りコイル３２だけでは接極子２４の吸引力を十分安定させ復帰電圧を下げることができないことは上記従来技術に関して述べた通りである。

次に、本実施形態の交流パワーリレー１０の動作について説明する。
電磁石１４へ電圧が印加されていない状態では、接極子２４の作用部２４ａに電磁吸引力は作用しない。このため、図１に示すように、接極子２４の作動部２４ｂが第１切片２６を継鉄１２側へ付勢し、作用部２４ａが電磁石１８から離間すると共に、第１切片２６と第２切片２８とが離間し、接点３０が開いた状態（ブレーク状態）となる。この状態では、鉄心２０は弾性部材２２により下向きに付勢され、上下可動範囲の最も下方の位置にある。

一方、電磁石１４に電圧が印加されると、接極子２４の作用部２４ａに電磁石１４による大きな電磁吸引力が作用する。これにより、作用部２４ａが電磁石１４側へ吸引され、作動部２４ｂが第１接片２６のばね力に抗って第１接片２６を図中左向きに駆動することで、接点３０が閉じる。この際、電磁石１４の鉄心２０には、図中上向きの吸引力が作用する。ここで、上記弾性部材２２が鉄心２０を図中下向きに付勢する力は、鉄心２０に作用する前記吸引力よりも小さくなるように設計されている。このため、電磁石１４に電圧が印加されると、鉄心２０は弾性部材２２の付勢力に抗って図中上向きに変位しようとする。しかし、上記したように、鉄心２０とボビン１８との間にはグリースなどの粘性流体が介在して鉄心２０に大きな粘性抵抗が作用するので、電磁石１４への電圧印加直後は、図２に示すように、鉄心２０は図１と同じ位置にあって、鉄心２０の先端と接極子２４の作用部２４ａとは離間している。その後、鉄心２０に作用する上記吸引力により鉄心２０は緩やかに上向きに変位して、図３に示すように、上端が接極子２４の作用部２４ａに当接した位置で停止して交流パワーリレー１０は動作状態となる。

図３に示す動作状態で電磁石２４への電圧印加が遮断されると、電磁石１４から接極子２４の作用部２４ａに作用する吸引力が消失し、同時に、鉄心２０に作用する図中上向きの吸引力も消失する。このため、第１切片２６が接極子２４の作動部２４ｂを継鉄１２側へ付勢することで接点３０が開き、また、鉄心２０は弾性部材２２の弾性力により下向きに変位して、上記図１に示す復帰状態に戻る。

以上のように、本実施形態の交流パワーリレー１０においては、図１に示す復帰状態では、鉄心２０が接極子２４の作用部２４ａから離間した位置にあり、図３に示す動作状態では、鉄心２０が図中上向きに変位して接極子２４の作用部２４ａに近接した位置となる。すなわち、電磁石１４に電圧が印加されない復帰状態（図１）では、鉄心２０と接極子２４の作用部２４ａとの距離が大きく、電磁石１４に電圧が印加された作動状態（図３）では鉄心２０と接極子２４の作用部２４ａとの距離が小さくなる。

図４（ａ），（ｂ）は、夫々、図１に示すように鉄心２０と接極子２０の作用部２４ａとの距離が大きい場合と、図２に示すように鉄心２０と接極子２４の作用部２４ａとの距離が小さい場合について、周囲温度と動作電圧との関係を実線で、また、周囲温度と復帰電圧との関係を破線で示している。図４（ａ），（ｂ）を比較して分るように、鉄心２０と接極子２４の作用部２４ａとの距離が大きい場合の方が、動作電圧及び復帰電圧の何れも高くなっている。したがって、本実施形態の交流パワーリレー１０によれば、図１の復帰状態では、鉄心２０と作用部２４ａとの距離が大きいから、動作電圧は図４（ａ）に示すように高くなり、図３の動作状態では、鉄心２０と作用部２４ａとの距離が小さいから、復帰電圧は図４（ｂ）に示すように低くなる。すなわち、本実施形態では、動作状態と復帰状態とで、鉄心２０と接極子２４の作用部２４ａとの距離を変化させることで、動作電圧は図４（ａ）に示すように高く保ちつつ、復帰電圧を図４（ｂ）に示すように低く抑えることができる。したがって、本実施形態によれば、動作電圧と復帰電圧との差が大きく、したがって、電源電圧低下の影響を受けにくい交流パワーリレー１０を実現できる。

なお、上記実施形態では、本発明が図１に示すような特定の形態の交流パワーリレーに適用された場合について説明したが、本発明が適用可能な交流パワーリレーの形態はこれらに限定されるものではなく、様々な形態の交流パワーリレーに適用が可能である。要するに、電磁石と、この電磁石に交流電圧が印加された場合に電磁石に吸引される接極子と、この接極子が電磁石に吸引されるのに応じて開閉状態を変化させる接点とを備えた交流パワーリレーに広く適用が可能である。

本発明の一実施形態である交流パワーリレーの断面図であり、交流パワーリレーの復帰状態を示す。 本実施形態の交流パワーリレーが動作状態に切り替わった直後の状態を示す断面図である。 本実施形態の交流パワーリレーの定常的な動作状態を示す断面図である。 図４（ａ），（ｂ）は、夫々、鉄心と接極子の作用部との距離が大きい場合と、前記距離が小さい場合について、周囲温度と動作電圧との関係を実線で、また、周囲温度と復帰電圧との関係を破線で示している。

符号の説明

１０ 交流パワーリレー １２ 継鉄
１２ａ 第１腕部 １２ｂ 第２腕部
１４ 電磁石 １６ 電磁コイル
１８ ボビン ２０ 鉄心
２１ 開口部 ２２ 弾性部材
２３ ストッパー部 ２４ 接極子
２４ａ 作用部 ２４ｂ 作動部
２６ 第１接片 ２８ 第２接片
３０ 接点 ３２ くま取りコイル

Claims (3)

1. 鉄心に電磁コイルが巻回されてなる電磁石と、この電磁石に交流電圧が印加された場合に前記電磁石に吸引される接極子と、前記接極子が前記電磁石に吸引されるのに応じて開閉状態を変化させる接点とを備える交流パワーリレーであって、
   前記鉄心を一体に構成すると共に、前記接極子に対して接近及び離間する向きに変位可能に構成し、かつ、前記鉄心を前記接極子から離間する向きに付勢する付勢手段を設け、
   前記電磁石に交流電圧が印加されると、前記電磁石が発生する電磁吸引力により、前記接極子が前記電磁石に吸引されると共に、前記鉄心が前記接触子に向けて移動するように構成したことを特徴とする交流パワーリレー。
2. 前記鉄心の前記接極子から離間する向きの変位を所定位置で規制する規制手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の交流パワーリレー。
3. 前記鉄心の変位に応じて前記鉄心に粘性抵抗が作用するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の交流パワーリレー。

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