JP5385877B2 - 電磁開閉器 - Google Patents

Description

本発明は、電流路に介挿された固定接触子及び可動接触子を有する接点装置と、可動接触子を駆動する電磁石とを備えた電磁開閉器に関するものである。

この種の電磁開閉器としては、例えば、円環状のコアベース上部と、円環状のコアベース底部と、これらコーベース上部及びコアベース底部の外周縁間を連結するコア外壁とで中空キャビティを形成し、この中空キャビティ内に励磁コイルを装着するとともに、コーベース上部の中心開口に円筒状のコアセンターを挿通してコアアセンブリーを形成し、コアセンターの外周部に有底円筒部材を外嵌し、この有底円筒部材内にコアセンターの下面に所定ギャップを介して対向する可動可能なプランジャを配設し、このプランジャにコアセンター内を通じて上方に延長して可動接点を保持するアーマチュアシャフトを固定した密閉型リレー装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、励磁コイルを巻装した円筒部の両端にフランジ部を有するボビンの上部側及び下部側に個別にボビンの円筒部に内嵌される円筒部とその外側に形成に形成されたフランジ部とを有する第１のヨーク及び第２のヨークが配設され、第２のヨークの内周面に可動鉄心を摺動可能に配設し、この可動鉄心に連結軸を介して可動接触子を保持した構成を有する電磁開閉装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特表平９−５１００４０号公報 特開２００６−１９１４８号公報

ところで、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、励磁コイルの内周側に固定鉄心となるコアセンターの接極面と可動鉄心となるプランジャとの接極面とが互いに所定ギャップを介して対向配置されており、可動鉄心を案内するためにコアセンターの外周面に外嵌された有底円筒部材を必要としている。このように、励磁コイルの中心側に固定鉄心及び可動鉄心の接極面を配置する場合には、小ストロークで吸引力を効率的に出力ための要件となる接極面積の拡大と励磁コイルのコイル巻装量の増加との２つの要件を同時に満足することができないという未解決の課題がある。すなわち、接極面積を拡大する場合には、励磁コイルを巻装するボビンの内径を大きくする必要があり、これによってコイル巻装量が減少してしまい。逆に、コイル巻装量を増加させるためにボビンの内径を小さくすると固定鉄心と可動鉄心との間の接極面積を確保できなくなり、接極面積の拡大とコイル巻装量の増加とはトレードオフの関係にある。このため、小ストロークで吸引力を効率的に出力することができないという未解決の課題がある。

また、可動鉄心を案内するために有底円筒部材を必要とし部品点数が増加するとともに、この有底円筒部材の内径寸法を高精度にする必要があると共に、有底円筒部材を特殊な絞り加工で形成するため製造コストが嵩む等の未解決の課題がある。
また、特許文献２に記載された従来例にあっては、特殊な有底円筒部材を必要としないものの、可動鉄心を第２のヨークで案内するので、この第２のヨークの内径寸法を高精度にする必要があると共に、前述した特許文献１に記載された従来例と同様に接極面積の拡大とコイル巻装量の増加とがトレードオフの関係にあり、小ストロークで吸引力を効率的に出力することができないという未解決の課題がある。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、励磁コイル内に可動鉄心を案内する案内面を形成する必要がなく、小ストロークで吸引力を効率的に出力することができる電磁開閉器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係る電磁開閉器は、消弧室容器内に所定間隔を保って固定された一対の固定接触子と該一対の固定接触子に対して接離可能に配設された可動接触子とを有する接点装置と、前記可動接触子を駆動する電磁石装置とを備え、前記電磁石装置は、筒状の励磁コイルと、該励磁コイルの中心を通る固定鉄心と、前記励磁コイルの外側を覆う磁気ヨークと、前記固定鉄心及び前記磁気ヨークと対向して前記消弧室容器内に可動自在に配設され、且つ前記可動接触子を支持する可動鉄心とを有し、前記固定鉄心及び前記磁気ヨークの接極面を前記励磁コイルより前記接点装置側に形成したことを特徴としている。

この構成によると、固定鉄心及び磁気ヨークの接極面が励磁コイルの接点装置側に形成されているので、励磁コイル内に可動鉄心を設ける必要がなく、コイル巻装量を増加させながら接極面積を増加させることができる。
また、本発明の他の形態に係る電磁開閉器は、前記固定鉄心と前記磁気ヨークとに３以上の接極面が形成されていることを特徴としている。

この構成によると、固定鉄心と磁気ヨークとに３つ以上の接極面が形成されているので、接極面積の増加を容易に行うことができる。
また、本発明の他の形態に係る電磁開閉器は、前記固定鉄心は前記励磁コイルに挿通される棒部と該棒部の前記接点装置側の端部に連結された前記励磁コイルの前記接点装置側端部を覆う平板部とでＴ字状に形成され、前記磁気ヨークは前記固定鉄心の前記平板部における少なくとも２以上の端部に対して磁気ギャップを介して対向する２以上の対向板部を有することを特徴としている。

この構成によると、励磁コイルの接点装置側に固定鉄心の平板部で磁気回路を構成する一方の接極面を形成し、磁気ヨークの対向板部で他方の２以上の接極面を形成することができ、コイル巻装量を増加させながら接極面積を増加させることができる。
また、本発明の他の形態に係る電磁開閉器は、前記磁気ヨークの対向板部は、非磁性部材で覆われていることを特徴としている。

この構成によると、磁気ヨークの対向板部を、非磁性ギャップを介して可動鉄心に対向させることができ、接点装置の開成時の釈放特性を確保することができる。
また、本発明の他の形態に係る電磁開閉器は、前記非磁性部材は、前記消弧室容器であることを特徴としている。

この構成によると、非磁性部材を別途用意する必要がなく、部品点数を減少させることができる。
また、本発明の他の形態に係る電磁開閉器は、前記可動鉄心は、復帰弾性体によって前記接点装置側に付勢され、且つガイド部材によって昇降可能に案内され、さらに前記可動接触子を保持する接触子ホルダが固定されていることを特徴としている。
この構成によると、消弧室容器内で可動鉄心をガイド部材によって昇降可能に案内することができる。

本発明によれば、電磁石装置の可動鉄心と固定鉄心との接極面を励磁コイルより接点装置側に形成したので、励磁コイルの中心部に可動鉄心が配設されることはなく、可動鉄心を案内する案内部材を設ける必要がないので、この分部品点数を減少させることができるとともに、励磁コイルの中心側には接極面を設けず固定鉄心のみを配置すればよいので、励磁コイルの巻装量を多くすることが可能となり、さらには固定鉄心と可動鉄心との間に広い接極面積を確保して、小ストロークで吸引力を効率的に出力することができるという効果が得られる。

本発明を電磁接触器に適用した場合の一実施形態を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の接点装置を電磁開閉器としての電磁接触器に適用した場合の一例を示す断面図である。この図１において、１は接点装置であって、この接点装置1の下面側に直流操作形の電磁石装置２が配設されている。
接点装置１は、例えば非磁性体且つ絶縁処理を施した非鉄金属又は合成樹脂製等の消弧室容器３を有し、この消弧室容器３内に接点機構４が配設されている。消弧室容器３は、下端面が開放された有底筒体３ａと、この有底筒体３ａの下端面を閉塞する底板部３ｂとで構成されている。底板部３ｂは、中央部に下方に突出する凸部３ｃを有し、この凸部３ｃの中心位置に後述する固定鉄心１２の軸部１２ａを挿通する挿通孔３ｄが形成されている。

接点機構４は、固定接触子４ａ，４ｂと可動接触子５で構成されている。固定接触子４ａ，４ｂは、消弧室容器３の有底筒体３ａの対向する壁面に、内側端を所定距離離間させ、且つ外側端を消弧室容器３の外側に突出させて固定支持されている。
また、可動接触子５は、平板状に形成され、固定接触子４ａ，４ｂの上端側に所定距離を隔てて接離自在に対向配置されている。この可動接触子５は接触子ホルダ６に接触スプリング７によって下方に付勢されて装着されている。

また、消弧室容器３の下面側には電磁石装置２が配設されている。この電磁石装置２は、軸方向を上下方向とする円筒部１０ａとその両端から外方に突出するフランジ部１０ｂ及び１０ｃとで構成されるコイルボビン１０を備えている。このコイルボビン１０の円筒部１０ａ及びフランジ部１０ｂ及び１０ｃで囲まれる円筒空間に励磁コイル１１が巻装されている。

また、コイルボビン１０の円筒部１０ａの内周面に固定鉄心１２が挿通されている。この固定鉄心１２はコイルボビン１０の円筒部１０ａに挿通される軸部１２ａと、この軸部１２ａの接点装置１側となる上端から軸直角方向に延長する平板部１２ｂとでＴ字形状に構成されている。ここで、平板部１２ｂの上面は、消弧室容器３の底板部３ｂの上面より低い位置となるように設定されている。

また、コイルボビン１０の外側に磁気ヨーク１３が配設されている。この磁気ヨーク１３は、フランジ部１０ｃを支持する底板部１３ａと、この底板部１３ａの外周縁から上方に延長する筒部１３ｂと、この筒部１３ｂの上端から内方に固定鉄心１２の平板部１２ｂの外方端に所定のギャップを介して対向する対向板部としての一対のフランジ部１３ｃとで構成されている。

そして、固定鉄心１２の平板部１２ｂが前述した消弧室容器３の底板部３ｂに形成した凸部３ｃの内側に固定されているとともに、磁気ヨーク１３のフランジ部１３ｃの上面が消弧室容器３の底板部３ｂにおける凸部３ｃの外方側の下面に接触されている。つまり、磁気ヨーク１３のフランジ部１３ｃの上面が消弧室容器３の底板部３ｂによって覆われて、非磁性ギャップが形成されている。

そして、消弧室容器３内において、電磁石装置２の固定鉄心１２の平板部１２ｂ及び磁気ヨーク１３のフランジ部１３ｃと上方から対向するように可動鉄心１４が上下方向に可動自在に配設されている。この可動鉄心１４は、図２に示すように、平板状に形成され、その前後両端部に例えば断面半円状のガイド凹部１４ａ，１４ｂが形成されている。これらガイド凹部１４ａ，１４ｂは消弧室容器３の底板部に上方に突出形成された前後一対のガイド凹部１４ａ，１４ｂに係合する断面半円状のガイド凸部１５ａ，１５ｂを形成したガイド部材１５ｃ，１５ｄによって上下方向に案内されている。

また、固定鉄心１２の上面及び可動鉄心１４の下面との間に復帰弾性部材としての復帰スプリング１６が配設され、この復帰スプリング１６によって可動鉄心１４が固定鉄心１２の平板部１２ｂから上方に離間する方向に付勢されている。そして、可動鉄心１４の上方位置が、図1に示すように、ガイド部材１５ｃ及び１５ｄの上部に形成された係止片１５ｅ及び１５ｆによって規制されている。

そして、可動鉄心１４の上面中央部に前述した固定接触子４ａ，４ｂ間を通って上方に延長する接触子ホルダ６が固定されている。
この実施形態においては、電磁石装置２の励磁コイル１１の接点装置１側の外側に、固定鉄心１２の平板部１２ｂと、この平板部１２ｂの左右方向の両端部に水平方向に所定ギャップを介して対向する磁気ヨーク１３の一対のフランジ部１３ｃとが配設されている。したがって、固定鉄心１２の平板部１２ｂが磁気回路を構成する一方の接極面Ｆａを形成し、磁気ヨーク１３の一対のフランジ部１３ｃが他方の接極面となる２つの接極面Ｆｂ及びＦｃを形成する。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、電磁石装置２の励磁コイルが直流電流を供給しない非通電状態であるときには、固定鉄心１２及び磁気ヨーク１３で形成される磁気回路には磁束が流れず、固定鉄心１２と磁気ヨーク１３の一対のフランジ部１３ｃとで形成される３つの接極面Ｆａ、Ｆｂ及びＦｃでは吸引力が働かない状態となっている。

このため、可動鉄心１４は、復帰スプリング１６によって、固定鉄心１２の平板部１２ｂから離間する上方向に付勢され、この可動鉄心１４の上面がガイド部材１５ｃ，１５ｄの上面に形成された係止片１５ｅ及び１５ｆに当接することにより上方位置が規制されている。

この状態では、固定鉄心１２の平板部１２ｂの上面と可動鉄心１４の下面との間に例えば２ｍｍ程度のギャップが形成される。このとき、可動鉄心１４に形成された接触子ホルダ６に保持された可動接触子５が接触スプリング７によって下方に付勢されているが、可動接触子５と固定接触子４ａ及び４ｂとの間も２ｍｍ程度離間して、接点装置１が開成状態となっており、一方の固定接触子４ａに供給される電力が固定接触子４ｂ側に供給されず、電力遮断状態となっている。

この接点装置１の開成状態から、励磁コイル１１に通電すると、この励磁コイル１１を囲む固定鉄心１２と磁気ヨーク１３とで形成される磁気回路に磁束が流れることになり、固定鉄心１２と磁気ヨーク１３の一対のフランジ部１３ｃとでなる３つの接極面ＦａとＦｂ及びＦｃとで吸引力が発生し、可動鉄心１４を復帰スプリング１６に抗して下方に吸引する。

このため、可動鉄心１４が下方に移動して消弧室容器３の底板部３ｂの上面に接触し、可動鉄心１４の下面が磁気ヨーク１３の一対のフランジ部１３ｃと消弧室容器３の底板部３ｂで形成される非磁性ギャップを介して対向することになる。このとき、可動鉄心１４に形成された接触子ホルダ６に保持されている可動接触子５も下方に移動し、固定接触子４ａ及び４ｂ間に接触スプリング７による接触圧で接触する。これにより、固定接触子４ａ及び４ｂ間が可動接触子５によって導通状態となり接点装置１が閉成状態となる。

この接点装置１の閉成状態から励磁コイル１１への通電を停止すると、電磁石装置２の固定鉄心１２と磁気ヨーク１３の一対のフランジ部１３ｃとの接極面Ｆａ、Ｆｂ及びＦｃにおける吸引力が消滅する。これによって、可動鉄心１４が復帰スプリング１６によって固定鉄心１２と磁気ヨーク１３のフランジ部１３ｃとで形成される接極面Ｆａ、Ｆｂ及びＦｃから離れて上方に移動する。このため、可動接触子５が上方に移動して、固定接触子４ａ及び４ｂ間から離間して、接点装置１が開成状態に復帰する。

このように、上記実施形態によると、電磁石装置２の固定鉄心１２と磁気ヨーク１３の一対のフランジ部１３ｃとで形成される接極面Ｆａ、Ｆｂ及びＦｃが励磁コイル１１を巻装したコイルボビン１０の接点装置１側に形成されている。このため、励磁コイル１１内には固定鉄心１２の軸部１２ａが挿通されているだけであり、可動部は存在しないので、励磁コイル１１内に案内部材を配置する必要がなく、この分部品点数を減少させることができる。

しかも、励磁コイル１１内に挿通される固定鉄心１２の軸部１２ａは磁路を形成するだけでよいので、大きな断面積を必要とすることはなく、コイルボビン１０の円筒部１０ａの内径を小さくしてコイルボビン１０に巻装する励磁コイル１１の巻装量を十分に確保して、磁束を確保することができる。
これに加えて、固定鉄心１２と磁気ヨーク１３の一対のフランジ部１３ｃとで形成される３つの接極面Ｆａ、Ｆｂ及びＦｃはコイルボビン１０の接点装置１側に形成されており、コイル巻装量とのトレードオフを生じることはなく、広い接極面積を確保することができるので、電磁石装置２によって小ストロークで吸引力を効率的に出力することができる。

また、接点装置１の閉成状態から開成状態とする可動接触子５の釈放特性を確保するために必要な非磁性ギャップを消弧室容器３の底板部３ｂを利用することができるので、別途非磁性ギャップを形成する必要がなく、この分でも部品点数を減少させることができる。このとき、消弧室容器３の強度を確保するために、消弧室容器３の厚みを厚くした場合でも、前述したように固定鉄心１２の平板部１２ｂを消弧室容器３内に形成することにより、磁気抵抗を小さくして、必要な磁気特性を確保することができる。

なお、上記実施形態においては、消弧室容器３内に電磁石装置２における固定鉄心１２の平板部１２ｂを配置する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、消弧室容器３の厚みを薄くして磁気抵抗を小さくすることができる場合には、固定鉄心１２の平板部１２ｂを消弧室容器３の外側に配設するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、磁気ヨーク１３に２つの接極面Ｆｂ及びＦｃを形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、磁気ヨーク１３のフランジ部１３ｃを固定鉄心１２の平板部１２ｂの他の対向面にも設けて３つ以上の接極面を形成するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態においては、本発明を電磁接触器に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電磁継電器などの他の電磁開閉器に本発明を適用することができる。

１…接点装置、２…電磁石装置、３…消弧室容器、３ａ…有底筒体、３ｂ…底板部、３ｃ…凸部、４ａ，４ｂ…固定接触子、５…可動接触子、６…接触子ホルダ、７…接触スプリング、１０…コイルボビン、１１…励磁コイル、１２…固定鉄心、１２ａ…軸部、１２ｂ…平板部、１３…磁気ヨーク、１３ａ…底板部、１３ｂ…筒部、１３ｃ…フランジ部、１４…可動鉄心、１５ｃ，１５ｄ…ガイド部材、１５ｅ，１５ｆ…係止片、１６…復帰スプリング

Claims (6)

1. 消弧室容器内に所定間隔を保って固定された一対の固定接触子と該一対の固定接触子に対して接離可能に配設された可動接触子とを有する接点装置と、
   前記可動接触子を駆動する電磁石装置とを備え、
   前記電磁石装置は、筒状の励磁コイルと、該励磁コイルの中心を通る固定鉄心と、前記励磁コイルの外側を覆う磁気ヨークと、前記固定鉄心及び前記磁気ヨークと対向して前記消弧室容器内に可動自在に配設され、且つ前記可動接触子を支持する可動鉄心とを有し、前記固定鉄心及び前記磁気ヨークの接極面を前記励磁コイルより前記接点装置側に形成したことを特徴とする電磁開閉器。
2. 前記固定鉄心と前記磁気ヨークとに３以上の接極面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁開閉器。
3. 前記固定鉄心は前記励磁コイルに挿通される棒部と該棒部の前記接点装置側の端部に連結された前記励磁コイルの前記接点装置側端部を覆う平板部とでＴ字状に形成され、前記磁気ヨークは前記固定鉄心の前記平板部における少なくとも２以上の端部に対して磁気ギャップを介して対向する２以上の対向板部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁開閉器。
4. 前記磁気ヨークの対向板部は、非磁性部材で覆われていることを特徴とする請求項３に記載の電磁開閉器。
5. 前記非磁性部材は、前記消弧室容器であることを特徴とする請求項４に記載の電磁開閉器。
6. 前記可動鉄心は、復帰弾性体によって前記接点装置側に付勢され、且つガイド部材によって昇降可能に案内され、さらに前記可動接触子を保持する接触子ホルダが形成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電磁開閉器。

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