JP4766253B2

JP4766253B2 - 電磁継電器

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Publication number: JP4766253B2
Application number: JP2006139858A
Authority: JP
Inventors: 和広筒井; 義明三村
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-05-19
Also published as: US20080001689A1; EP1858045A1; CN101090048A; JP2007311220A

Description

本発明は、電磁継電器に関し、特に発熱を抑制できる電磁継電器に関する。

図４は、従来の電磁継電器の構造図である（たとえば、特許文献１参照）。この電磁継電器１は、コイル２を巻回した鉄心３の近傍にアーマチュア４を配し、このアーマチュア４に負荷電流ｉｚの経路兼用の接点バネ５を取り付けると共に、接点バネ５の先端に可動接点６を取り付け、且つ、可動接点６に対向して固定接点７を配置して構成されている。なお、ＳＷはコイル２の励磁電流ｉｒのオンオフスイッチ、Ｖｒは励磁用電源、Ｚは負荷、Ｖｚは負荷用電源である。

この構成において、ＳＷをオフ（励磁電流ｉｒをゼロ）にしている間は、アーマチュア４が接点バネ５の弾性力によって図中実線で示す位置（鉄心３から離れた位置）に保持されるため、可動接点６と固定接点７が離隔状態（オフ状態）となり、負荷Ｚに電流ｉｚは流れない。一方、ＳＷをオンにすると、アーマチュア４が鉄心３に生じた磁力に引きつけられて図中破線で示す位置に変位するため、可動接点６と固定接点７が接触状態（オン状態）となり、接点バネ５と可動接点６及び固定接点７を介して負荷Ｚに電流ｉｚが流れる。

特開２００４−１３４１４０号公報

しかしながら、従来の電磁継電器１は、以下の改善すべき問題点がある。
（１）接点熱の問題：
可動接点６と固定接点７がオン状態にあるとき、負荷Ｚ→接点バネ５→可動接点６→固定接点７→負荷用電源Ｖｚ→負荷Ｚの経路で電流ｉｚが流れる。ここで、経路中の抵抗分をゼロと仮定すると、これらの経路に生じる発熱もゼロになるが、実際は、経路中の抵抗分はゼロではなく、若干の抵抗分を持つから、仮に、その抵抗分をＲとすれば、ｉｚ²Ｒの電力Ｐを生じ、この電力Ｐに対応した熱（便宜的に「接点熱」と呼ぶことにする）を発生する。

この接点熱を少なくするためには、経路中の抵抗分Ｒをできるだけ小さくしなければならないところ、上記従来の電磁継電器１は、経路中の抵抗分Ｒのうち、特に接点バネ５の抵抗分を希望通りに小さくできないという問題点がある。これは、接点バネ５が電流ｉｚの経路としてだけでなく、アーマチュア４に対する弾性力の付与機能も兼務しているからであり、単純に接点熱を下げるためだけに、接点バネ５の材質や断面積等を自由に選ぶことができないからである。

（２）コイル熱と接点熱の相互影響の問題：
コイル２に電流ｉｒを流すと、コイル２に熱（便宜的に「コイル熱」と呼ぶことにする）が発生するが、このコイル熱は、鉄心３とアーマチュア４を介して接点バネ５へと伝えられる。このとき、可動接点６と固定接点７がオンになっており、前記の接点熱も発生しているので、結局、これらの二つの熱（接点熱とコイル熱）が互いに影響し合ってさらに高い熱を生じるという問題点がある。

そこで本発明は、接点熱を抑制し且つコイル熱と接点熱との相互影響問題も回避できる電磁継電器を提供することを目的としている。

本発明に係る電磁継電器は、絶縁部材で形成された平面矩形状のベースを備え、前記ベースの長手方向に沿って、電磁石部、固定接点金具、可動接点金具及びストッパーの順に配列し、前記電磁石部、固定接点金具及びストッパーを前記ベースの一方面側に取り付けて固定するとともに、前記電磁石部は、鉄心と、スプールを介して該鉄心に巻回されたコイルと、該コイルの両端に接続されたコイル端子と、該スプールに取り付けられたヨークと、該ヨークに一の弾性部材を介して弾性的に取り付けられたアーマチュアとを有し、前記アーマチュアは、前記一の弾性部材によって弾性的に回動可能に前記スプールに支持され、その一方面側に前記鉄心の軸方向に移動可能な押圧部を備えるとともに、前記コイルが非励磁状態のときに前記一の弾性部材の弾性力によって前記鉄心から離隔する一方、前記コイルが励磁状態のときに前記一の弾性部材の弾性力に抗して前記鉄心に引きつけられるようになっていること、前記固定接点金具は、少なくとも一対対向して設けられ、各々は、導体抵抗が低い金属素材により形成され、固定接点が設けられるとともに延設される脚部とを有し、該脚部を前記ベースに固定していること、前記可動接点金具は、導体抵抗が低い略四角形金属板に各々設けられた前記固定接点と接離される複数の可動接点と、該四角形金属板の略中央部分に形成された弾性部材当接部とを有していること、前記ストッパーは、金属板をコの字状に折り曲げて形成した凹部と、該凹部の側面から延びる脚部とを有し、該脚部を前記ベースに固定していること、及び、前記ストッパーの凹部の開口面と前記可動接点金具の弾性部材当接部との間に二の弾性部材を入れたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記押圧部は、前記電磁石部が非励磁状態にあるときに前記可動接点金具を押圧して前記可動接点と前記固定接点が互いに非接触状態となるようにする一方、前記電磁石部が励磁状態にあるときに前記可動接点金具を押圧せずに、前記可動接点金具から離れるようにすることを特徴とする。
前記押圧部は、前記アーマチュアと一体であってもよく、あるいは、別体であっても構わない。

本発明によれば、可動接点と固定接点が接触したとき（接点オン状態のとき）、負荷電流は、それらの接点と可動接点金具を通り、弾性部材（一の弾性部材や二の弾性部材）は通らない。また、アーマチュアに対する弾性力は、一の弾性部材によって与えられるようになっており、かかる弾性力の付与に可動接点や固定接点及び可動接点金具は関与しない。
したがって、弾性部材（一の弾性部材や二の弾性部材）の特性に一切の考慮を払うことなく、接点抵抗や可動接点金具の導体抵抗を小さくして、負荷電流の経路抵抗Ｒを低減することができ、接点熱を大幅に抑制することができる。
加えて、前記電磁石部が励磁状態にあるときに、前記押圧部と前記可動接点金具とが接触しないようにすることにより、電磁石部の熱（コイル熱）を前記可動接点金具に伝達しないようにすることができ、コイル熱と接点熱との相互影響問題も回避できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明における様々な細部の特定ないし実例および数値や文字列その他の記号の例示は、本発明の思想を明瞭にするための、あくまでも参考であって、それらのすべてまたは一部によって本発明の思想が限定されないことは明らかである。また、周知の手法、周知の手順、周知のアーキテクチャおよび周知の回路構成等（以下「周知事項」）についてはその細部にわたる説明を避けるが、これも説明を簡潔にするためであって、これら周知事項のすべてまたは一部を意図的に排除するものではない。かかる周知事項は本発明の出願時点で当業者の知り得るところであるので、以下の説明に当然含まれている。

図１は、実施形態に係る電磁継電器１０の原理構成図である。（ａ）は非励磁状態のときの図、（ｂ）は励磁状態のときの図である。なお、ＳＷは励磁電流ｉｒのオンオフスイッチ、Ｖｒは励磁用電源、Ｚは負荷、Ｖｚは負荷用電源、Ｐ１、Ｐ２はコイル端子、Ｐ３、Ｐ４は固定接点端子である。

この図において、電磁継電器１０は、ＳＷがオンになっているときに磁力を発生する電磁石部１１を含み、この電磁石部１１の近くに、電磁石部１１の励磁／非励磁に応じて電磁石部１１から離隔したり電磁石部１１に接近したりするアーマチュア１２が配置されている。

具体的には、アーマチュア１２と継電器本体１３との間にスプリング等の第１弾性部材１４、１４が縮設されており、アーマチュア１２は、電磁石部１１が非励磁状態にあるとき、この第１弾性部材１４、１４の弾性力Ｐａによって電磁石部１１から離隔する一方、電磁石部１１が励磁状態にあるとき、第１弾性部材１４、１４の弾性力Ｐａを上回る電磁石部１１の吸引力Ｐｂ（電磁石部１１の磁力に伴う吸引力）により、電磁石部１１に接近するようになっている。

アーマチュア１２には、押圧部材１５が取り付けられている。なお、図においては、アーマチュア１２と押圧部材１５とが一体化された絵が描かれているが、これ（一体化）に限定されない。別体であっても構わない。この押圧部材１５は、電磁石部１１が非励磁状態にあるとき、両端に可動接点１６、１６が取り付けられた可動接点金具１７を図面の右方向に押圧する。可動接点金具１７と継電器本体１３との間にはスプリング等の第２弾性部材１８が縮設されており、電磁石部１１が非励磁状態にあるとき、押圧部材１５は、この第２弾性部材１８の弾性力Ｐｃを上回る力で可動接点金具１７を押圧する。

可動接点金具１７の両端の可動接点１６、１６に対向して、それぞれ固定接点金具１９、１９に取り付けられた固定接点２０、２０が設けられている。

このような構成において、（ａ）に示すように、ＳＷをオフにして電磁石部１１を非励磁状態にすると、第１弾性部材１４、１４の弾性力Ｐａを受けてアーマチュア１２が電磁石部１１から遠ざかる方向、つまり、図面の右方向に移動する。このとき、アーマチュア１２に取り付けられている押圧部材１５が、第２弾性部材１８の弾性力Ｐｃに抗して可動接点金具１７を図面の右方向に押圧するので、可動接点１６、１６と固定接点２０、２０が非接触状態（オフ状態）になる。

一方、（ｂ）に示すように、ＳＷをオンにして電磁石部１１を励磁状態にすると、この電磁石部１１の吸引力Ｐｂにより、アーマチュア１２が電磁石部１１に接近する方向、つまり、図面の左方向に移動する。このとき、アーマチュア１２に取り付けられている押圧部材１５も同方向に移動するので、可動接点金具１７が第２弾性部材１８の弾性力Ｐｃを受けて同方向（左方向）に移動し、可動接点１６、１６と固定接点２０、２０が接触状態（オン状態）になる。また、このように可動接点１６、１６と固定接点２０、２０が接触しているとき、アーマチュア１２に取り付けられている押圧部材１５と可動接点金具１７は非接触状態にある。

ここで、図示の電磁継電器１０における発熱を説明する。冒頭でも説明したとおり、継電器に発生する熱の一つは接点熱である。この接点熱は、電力Ｐ（Ｐ＝ｉｚ² Ｒ）に対応して発生するので、接点熱を抑制するためには、これらの負荷電流ｉｚと線路抵抗Ｒの双方またはいずれか一方を小さくしなければならないところ、負荷電流ｉｚの大きさは負荷Ｚによって決まるから、調整可能なパラメータは、もっぱら線路抵抗Ｒだけになる。

したがって、可動接点１６、１６と固定接点２０、２０にできるだけ接触抵抗の少ない素材を用いると共に、可動接点金具１７と固定接点金具１９、１９についても、できるだけ導体抵抗が低く且つ断面積が大きな素材を用いる必要がある。

本実施形態における電磁継電器１０にあっては、かかる対策（線路抵抗Ｒを小さくすること）を容易に講じることができる。これは、従来技術のような負荷電流ｉｚの経路兼用の接点バネ５を用いていないからである。つまり、接点バネ５の一の機能（負荷電流ｉｚの経路機能）を可動接点金具１７それ自体で実現すると共に、接点バネ５の他の機能（アーマチュア４に対する弾性力の付与機能）を第１弾性部材１４、１４それ自体で実現したからであり、要するに、接点バネ５の二つの機能を個別の部品（可動接点金具１７と第１弾性部材１４、１４）で分担して実現するようにしたからである。

このため、可動接点１６、１６と固定接点２０、２０の素材選択並びに可動接点金具１７と固定接点金具１９、１９の素材選択に際しては、もっぱら接触抵抗や電気的抵抗の低減のみを考慮して、それらの素材や断面積等を自由に設定することができるから、冒頭に説明した「接点熱の問題」を容易に解決することができる。

また、本実施形態における電磁継電器１０にあっては、電磁石部１１を励磁状態にしたとき、アーマチュア１２と可動接点金具１７とが非接触状態になるので、電磁石部１１で発生した熱（コイル熱）が可動接点金具１７に伝えられることがない。したがって、冒頭に説明した「コイル熱と接点熱の相互影響の問題」も解決することができる。

以上の原理構成とすることにより、接点熱を抑制し且つコイル熱と接点熱との相互影響問題も回避できる電磁継電器を提供することができる。かかる原理構成を採用する限り、如何なる具体的構成の電磁継電器１０であっても構わない。

図２（ａ）は、電磁継電器１０の具体的構成の一例図である。この図において、電磁継電器１０は、絶縁部材で形成されたベース３０と、底面開放箱形状のケース３１とを備え、そのベース３０に、ストッパー３２、可動接点金具３３（図１の可動接点金具１７に相当）、固定接点金具３４〜３６（図１の可動接点金具１９、１９に相当）及び電磁石部３７（図１の電磁石部１１に相当）を取り付け、それらの上からケース３１を被せて組み立てられている。

ストッパー３２は、金属板をコの字状に折り曲げて凹部３２ａと２本の脚部３２ｂ、３２ｃを形成し、その脚部３２ｂ、３２ｃをベース３０の穴３０ａ、３０ｂに差し込んで固定される。

可動接点金具３３は、導体抵抗が低い略四角形金属板のコーナ部分に各々可動接点３３ａ〜３３ｃ（ここでは３個の可動接点とするが、この数に限定されない）（図１の可動接点１６、１６に相当）を形成し、さらに、スプリング３３ｄ（図１の第２弾性部材１８に相当）の一端を取り付けて構成されており、スプリング３３ｄの他端は、ストッパー３２の凹部３２ａに係合されている。

固定接点金具３４〜３６は、図示の例の場合、３個の固定接点端子３４〜３６（図１の固定接点２０、２０に相当）からなり、いずれも導体抵抗が低い金属素材を所定形状に成型して作られている。各々の固定接点金具３４〜３６には脚部３４ｂ〜３６ｂが形成されており、これらの脚部３４ｂ〜３６ｂをベース３０の穴３０ｃ〜３０ｅに差し込んで固定される。

電磁石部３７は、スプール３７ａ、このスプール３７ａに巻回されたコイル３７ｂ、鉄心３７ｃ、コイル３７ｂの両端に接続されたコイル端子３７ｄ、３７ｅ、ヨーク３７ｆ、アーマチュア３７ｇ（図１のアーマチュア１２に相当）、ヒンジバネ３７ｈ（図１の第１弾性部材１４、１４に相当）、及び、押圧部材３７ｉ（図１の押圧部材１５に相当）を備える。

アーマチュア３７ｇは、コイル３７ｂが非励磁の時、ヒンジバネ３７ｈの弾性力によって鉄心３７ｃから離隔しているが、コイル３７ｂが励磁状態になると、ヒンジバネ３７ｈの弾性力に抗して鉄心３７ｃに引きつけられるようになっている。

押圧部材３７ｉは、アーマチュア３７ｇに取り付けられており、コイル３７ｂが非励磁状態の時、可動接点金具３３をストッパー３２に近づけるように押圧して、可動接点３３ａ〜３３ｃと固定接点３４ａ〜３６ａとを非接触状態（オフ状態）にする一方、コイル３７ｂが励磁状態の時、可動接点金具３３を押圧せず、可動接点３３ａ〜３３ｃと固定接点３４ａ〜３６ａとを接触状態（オン状態）にする。なお、図においては、アーマチュア３７ｇと押圧部材３７ｉとが別体化された絵が描かれているが、これ（別体化）に限定されない。一体化されたものであっても構わない。

図２（ｂ）は、可動接点金具３３に取り付ける弾性部材の他の例を示す図であり、図２（ａ）のスプリング３３ｄに代えて板バネ３３ｅ（図１の第２弾性部材１８に相当）を用いるようにした例である。

図３は、図２の電磁継電器１０の動作状態図であり、（ａ）は非励磁状態のときの図、（ｂ）は励磁状態のときの図である。

まず、（ａ）に示すように、コイル３７ｂを非励磁状態にすると、ヒンジバネ３７ｈの弾性力によってアーマチュア３７ｇが鉄心３７ｃから離隔するように変位し、この変位に伴い、可動接点金具３３が、アーマチュア３７ｇに取り付けられている押圧部材３７ｉによって図面右方へ押圧される。したがって、この非励磁状態においては、固定接点金具３４〜３６の固定接点３４ａ〜３６ａと可動接点金具３３の可動接点３３ａ〜３３ｃとは非接触状態（オフ状態）にある。

一方、（ｂ）に示すように、コイル３７ｂに電流を流して励磁状態にすると、アーマチュア３７ｇが鉄心３７ｃに生じた磁力に吸引され、アーマチュア３７ｇは鉄心３７ｃに接近するように変位する。このとき、アーマチュア３７ｇに取り付けられている押圧部材３７ｉも同方向且つ同量変位するため、可動接点金具３３がフリーとなり、結局、可動接点金具３３がスプリング３３ｄ（又は板バネ３３ｅ）の弾性力によって図面の左方に移動し、固定接点金具３４〜３６の固定接点３４ａ〜３６ａと可動接点金具３３の可動接点３３ａ〜３３ｃとが接触状態（オン状態）になる。

このような構成において、負荷電流（図１の負荷電流ｉｚに相当）は、固定接点金具３４〜３６、固定接点３４ａ〜３６ａ、可動接点３３ａ〜３３ｃ及び可動接点金具３３のみを通過し、スプリング３３ｄ（又は板バネ３３ｅ）を通過しない。言い換えれば、スプリング３３ｄ（又は板バネ３３ｅ）は、もっぱら可動接点金具３３の動きにのみ関与し、負荷電流ｉｚの経路に全く関係しない。

このため、接点熱を抑制するためには、固定接点金具３４〜３６や可動接点金具３３に導体抵抗が低い素材を用いると共にそれらの断面積を大きくし、且つ、固定接点３４ａ〜３６ａと可動接点３３ａ〜３３ｃに接触抵抗の小さな素材を用いて、負荷電流の経路抵抗Ｒをできるだけ小さくすればよく、かかる経路抵抗Ｒの減少対策に際して、スプリング３３ｄ（又は板バネ３３ｅ）の特性を一切考慮する必要がないから、冒頭に説明した「接点熱の問題」を容易に解決することができる。

しかも、電磁石部３７を励磁状態にしたときには、アーマチュア３７ｃと可動接点金具３３とが非接触状態になるので、電磁石部３７で発生した熱（コイル熱）が可動接点金具３３に伝えられることはない。したがって、冒頭に説明した「コイル熱と接点熱の相互影響の問題」も解決することができる。

このように、図２に示す一例構成の電磁継電器１０とすることにより、接点熱を抑制し且つコイル熱と接点熱との相互影響問題も回避できる電磁継電器を提供することができる。

なお、以上の具体的構成（図２）においては、可動接点３３ａ〜３３ｃと固定接点３４ａ〜３６ａを各々３個とし、また、前記の原理構成（図１）では、可動接点１６、１６と固定接点２０、２０を各々２個としているが、これらの接点数は説明の便宜に過ぎない。ノーマリーオープン型の接点であればよく、それらの接点数には限定されない。

実施形態に係る電磁継電器１０の原理構成図である。電磁継電器１０の具体的構成の一例図である。図２の電磁継電器１０の動作状態図である。従来の電磁継電器の構造図である。

符号の説明

１０電磁継電器
１１電磁石部
１２アーマチュア
１４第１弾性部材
１５押圧部材（押圧部）
１６可動接点
１７可動接点金具
１８第２弾性部材
２０固定接点
３３可動接点金具
３３ａ可動接点
３３ｂ可動接点
３３ｃ可動接点
３３ｄスプリング（第２弾性部材）
３３ｅ板バネ（第２弾性部材）
３４ａ固定接点
３５ａ固定接点
３６ａ固定接点
３７電磁石部
３７ｇアーマチュア
３７ｈヒンジバネ（第１弾性部材）
３７ｉ押圧部材（押圧部）

Claims

絶縁部材で形成された平面矩形状のベースを備え、
前記ベースの長手方向に沿って、電磁石部、固定接点金具、可動接点金具及びストッパーの順に配列し、
前記電磁石部、固定接点金具及びストッパーを前記ベースの一方面側に取り付けて固定するとともに、
前記電磁石部は、鉄心と、スプールを介して該鉄心に巻回されたコイルと、該コイルの両端に接続されたコイル端子と、該スプールに取り付けられたヨークと、該ヨークに一の弾性部材を介して弾性的に取り付けられたアーマチュアとを有し、
前記アーマチュアは、前記一の弾性部材によって弾性的に回動可能に前記スプールに支持され、その一方面側に前記鉄心の軸方向に移動可能な押圧部を備えるとともに、前記コイルが非励磁状態のときに前記一の弾性部材の弾性力によって前記鉄心から離隔する一方、前記コイルが励磁状態のときに前記一の弾性部材の弾性力に抗して前記鉄心に引きつけられるようになっていること、
前記固定接点金具は、少なくとも一対対向して設けられ、各々は、導体抵抗が低い金属素材により形成され、固定接点が設けられるとともに延設される脚部とを有し、該脚部を前記ベースに固定していること、
前記可動接点金具は、導体抵抗が低い略四角形金属板に各々設けられた前記固定接点と接離される複数の可動接点と、該四角形金属板の略中央部分に形成された弾性部材当接部とを有していること、
前記ストッパーは、金属板をコの字状に折り曲げて形成した凹部と、該凹部の側面から延びる脚部とを有し、該脚部を前記ベースに固定していること、
及び、前記ストッパーの凹部の開口面と前記可動接点金具の弾性部材当接部との間に二の弾性部材を入れたこと
を特徴とする電磁継電器。
前記押圧部は、前記電磁石部が非励磁状態にあるときに前記可動接点金具を押圧して前記可動接点と前記固定接点が互いに非接触状態となるようにする一方、前記電磁石部が励磁状態にあるときに前記可動接点金具を押圧せずに、前記可動接点金具から離れるようにすることを特徴とする請求項１記載の電磁継電器。