JP5503792B1 - 電磁継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】瞬間的に大電流が流れた場合でも、固定接点と可動接点が引き離されることがない、より信頼性の高い電磁継電器を提供する。
【解決手段】可動接点部材９は、第１の端子部材７が延びる方向と交差する方向に延びており、第２の端子部材１１は、第１の端子部材７との間に間隔をあけて配置され且つ第１の端子部材７に沿って延びる第１の部分１１Ａと、可動接点部材９が第２の状態にあるときに可動接点３７，３７が固定接点４１，４１に接触する位置に固定接点４１，４１を配置する形状を有する第２の部分１１Ｂとを備えている。本発明では、可動接点３７，３７が固定接点４１，４１よりも間隔Ｓの側に位置するように、可動接点部材９と第２の端子部材１１の第２の部分１１Ｂとの位置関係が定められている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力量計などに内蔵されて、電力の供給を制御するための電磁継電器に関するものである。

従来、電力の供給を制御するための電磁継電器（リレー）として、例えば、非特許文献１などに開示されたものが提案されている。

図４は、非特許文献１に開示されている電磁継電器の要部を模式的に示した図である。図４に示す構造を有する電磁継電器は、第１の端子部材１と、第２の端子部材２と、可動接点部材３とを有しており、電磁コイル装置の発生する磁界の作用により回動する図示しない回動部材により、カード部４を動作させて、固定接点５と可動接点６の開閉を制御するものである。

Yueqing Goodwin Electronic Co., Ltd.、"コイル内部ラッチングタイプメータ用リレー"、［online］、Alibaba.com、［２０１３年９月１２日検索］、インターネット〈URL:http://japanese.alibaba.com/product-gs/coil-inside-latching-type-relay-for-meter-1269905774.html〉

固定接点と可動接点とが接触した閉状態となっている状態で、使用条件によって、電磁継電器には、第１の端子部材及び第２の端子部材に、瞬間的に２０００Ａを超えるような大電流が流れることがある。図４に開示された従来の電磁継電器の場合には、このような大電流が流れたときに、固定接点５と可動接点６とが溶着または溶融してしまうことがあった。これは、第１の端子部材１、第２の端子部材２及び可動接点部材３に電流が流れることにより発生する磁場により電磁力が発生し、可動接点部材３が力を受けて、瞬間的に固定接点５と可動接点６とが引き離された状態となり、固定接点５と可動接点６の間でアークが発生してしまうことが原因であった。

本発明の目的は、瞬間的に大電流が流れた場合でも、固定接点と可動接点が引き離されることがない、より信頼性の高い電磁継電器を提供することにある。

本発明の電磁継電器は、一方の端部に第１端子部が設けられた第１の端子部材と、一方の端部が第１の端子部材の他方の端部に接続され、他方の端部に可動接点が設けられた可動接点部材と、一方の端部に第２端子部が設けられ、他方の端部に固定接点が設けられた第２の端子部材と、電磁コイル装置と、電磁コイル装置の発生する磁場の作用によって、所定の角度範囲内を回動するように支持された回動部材と、カード部とからなる電磁継電器を改良の対象としている。カード部は、可動接点部材の他方の端部と係合しており、回動部材が回動することによって可動接点部材を第１の状態から第２の状態に変位させることにより可動接点を固定接点に接触させ、可動接点部材を第２の状態から第１の状態に変位させることにより可動接点を固定接点から引き離す部材である。

可動接点部材は、第１の端子部材が延びる方向と交差する方向に延びており、第２の端子部材は、第１の端子部材との間に間隔をあけて配置され且つ第１の端子部材に沿って延びる第１の部分と、可動接点部材が第２の状態にあるときに可動接点が固定接点に接触する位置に固定接点を配置する形状を有する第２の部分とを備えている。そして、本発明では、可動接点が固定接点よりも間隔側に位置するように、可動接点部材と第２の端子部材の第２の部分との位置関係が定められている。

このように構成することにより、固定接点と可動接点が接触した閉状態になり、第１の端子部材、第２の端子部材及び可動接点部材に電流が流れると、前述の間隔の中には、第１の端子部材を流れる電流と、第２の端子部材の第２の部分を流れる電流と、可動接点部材を流れる電流により磁場が形成される。この磁場と可動接点部材を流れる電流との間に働くローレンツ力で、可動接点部材に、可動接点を固定接点に向けて押し付ける力（電磁力）が発生する。この力は可動接点を固定接点に対して押し付ける方向に作用する力であるため、第１の端子部材及び第２の端子部材に流れる電流が瞬間的に大電流になったとしても、固定接点から可動接点が引き離されことがなく、固定接点と可動接点の間にアークが発生し、接点が溶着または溶融してしまうことがない。

第１の端子部材、第２の端子部材及び可動接点部材に電流が流れたときに、可動接点部材の周囲に発生する磁場により、可動接点部材を第２の端子部材の第２の部分に引きつける吸引力を発生するように、可動接点部材と隣接した位置に磁性材料からなる吸引力発生体を更に備えてもよい。このように磁性材料からなる吸引力発生体を配置することで、可動接点部材に電流が流れて発生する磁場により、吸引力発生体と可動接点部材との間に吸引力が発生し、可動接点部材には、固定されている吸引力発生体の方向に力が働くため、固定接点と可動接点とをより確実に接触させることが可能になる。

可動接点部材を複数枚で構成する場合は、可動自由度を持たせるために、可動接点部材の一方の端部と他方の端部との間に、屈曲部または湾曲部を設けてもよい。この場合、屈曲部または湾曲部を可動接点が設けられる側とは反対側に向かって凸にすると良い。このように構成することで、可動接点部材と磁性材料からなる吸引力発生体を近接して配置することが可能になるため、吸引力を高めることができる。

絶縁ケースの閉塞部材を取り外した状態の本実施の形態の電磁継電器の平面図であり、可動接点部材が第１の状態にある状態を示す図である。 絶縁ケースの閉塞部材を取り外した状態の本実施の形態の電磁継電器の平面図であり、可動接点部材が第２の状態にある状態を示す図である。 第１の端子部材、第２の端子部材及び可動接点部材に電流が流れたときに可動端子部材に発生する力を示す模式図である。 従来の電磁継電器の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の電磁継電器の実施の形態を詳細に説明する。図１及び図２は、いずれも絶縁ケースの閉塞部材を取り外した状態の本実施の形態の電磁継電器の平面図であり、図１は、可動接点部材が第１の状態にある状態を示す図であり、図２は、可動接点部材が第２の状態にある状態を示す図である。

まず、本願明細書においては、図１に示すように、電磁継電器１に対して複数の方向を定めている。すなわち、右方向ＲＩ及び左方向ＬＥからなる左右方向（第１の方向Ｄ１）、前方方向ＦＯ及び後方方向ＲＥからなる前後方向（第２の方向Ｄ２）を図１に示すように定義している。また、図示していないが、第１の方向Ｄ１及び第２の方向Ｄ２のいずれの方向にも直行し、図１の紙面に向かって奥方向を下方向、反対方向を上方向とし、上方向及び下方向からなる上下方向（第３の方向）も使用する。各構成部材について用いる方向は、各構成部材を絶縁ケース内に収納した状態における方向である。図２及び図３でも同じ方向を用いている。

［全体構成］
本実施の形態の電磁継電器１は、絶縁ケース３を有しており、各構成部材が絶縁ケース３内に収納されている。絶縁ケース３は、ケース本体５及びケース本体５のカバーである閉塞部材（図示せず）とから構成されている。絶縁ケース３には、主な構成部材として、第１の端子部材７と、第１の端子部材７に固定される可動接点部材９と、第２の端子部材１１と、カード部１３と、電磁コイル装置１５と、回動部材１７と、吸引力発生体１９とが収納されている。ただし、第１の端子部材７及び第２の端子部材１１は、絶縁ケース３に設けられたスリットから端子部を外部に突出させた状態で絶縁ケース３に収納されている。

［各部材の構成］
＜絶縁ケース＞
絶縁ケース３のケース本体５は、主に底壁部２１と周壁部２３とから構成されている。底壁部２１は、第１の方向Ｄ１に延びる第１の辺、第１の辺と直交する第２の方向Ｄ２に延びる第２の辺、第１の辺と平行に第１の方向Ｄ１に延びる第３の辺及び第２の辺と平行に第２の方向Ｄ２に延びる第４の辺からなる矩形状を呈している。周壁部２３は、第１乃至第４の辺から上方向に向かって立ち上がっている第１の側壁部２５、第２の側壁部２７、第３の側壁部２９及び第４の側壁部３１によって構成されている。第４の側壁部３１には、第１の端子部材７の端子部（第１端子部）８を外部に突出した状態で収納するための第１の端子導出孔３３が形成されている。第１の側壁部２５には、第２の端子部材１１の端子部（第２端子部）１２を外部に突出した状態で収納するための第２の端子導出孔３５が形成されている。また、ケース本体５には、構成部材を収納して固定するための壁部が形成されている。

＜端子部材及び可動接点部材＞
第１の端子部材７は、一端に端子部８を備えており、他端に可動接点部材９が固定されている。可動接点部材９は、３枚の金属板を組み合わせて構成されている。可動接点部材９は、一端が第１の端子部材７に固定され、第１の端子部材７が延びる方向（第２の方向Ｄ２）と交差する方向（第１の方向Ｄ１）に延びて、他端に第３の方向に２つ並んだ可動接点３７，３７が設けられている。可動接点部材９の一端と他端の間には、可動接点３７，３７が設けられた側と反対側に向かって凸になった湾曲部３９が設けられている。

第２の端子部材１１は、第１の端子部材７との間に間隔をあけて配置され且つ第１の端子部材７に沿って延びる第１の部分１１Ａと、可動接点３７，３７と対向する位置に、第３の方向に２つ並んだ固定接点４１，４１が設けられた第２の部分１１Ｂとを備えている。本実施の形態では、可動接点３７，３７が、固定接点４１，４１よりも、前方向ＦＯ、すなわち、第１の端子部材７と第２の端子部材１１の間に形成される間隔の側に位置するように可動接点部材９と第２の端子部材１１Ａの第２の部分１１Ｂを定めている。

＜カード部＞
カード部１３は、絶縁材料で作製されており、一端が可動接点部材９の端部を挟んで可動接点部材９と係合している。そして、第２の端子部材１１の第２の部分１１Ｂを越えて延びて、他端が回動部材１７と係合している。

＜電磁コイル装置及び回動部材＞
電磁コイル装置１５は、鉄心（図示せず）を通したコイル４３と、鉄心に結合させた一対の磁極片４５，４７とから構成されている。一対の磁極片４５，４７は、鉄心と並ぶ位置に間隔をあけて対向するように配置されており、コイル４３が励磁されると、励磁電流の向きに応じた磁極が自由端部４５Ａ，４７Ａに現れるようになっている。励磁電流は、コイル４３と接続された図示していない給電用端子から流すように構成されている。

回動部材１７は、一対の磁極片４５，４７の自由端部４５Ａ，４７Ａの間に配置されている。回動部材１７は、永久磁石（図示せず）を２枚の磁性金属片４９，５１で挟持し、回動部材本体５３により固定されて構成されている。磁性金属片４９，５１には、永久磁石により、極性の異なる磁極が発現している。本実施の形態では、磁性金属片４９に永久磁石のＮ極が接しており、磁性金属片５１に永久磁石のＳ極が接している。回動部材１７は、回動中心５５を中心として、所定の角度範囲内を回動するよう構成される。回動部材本体５３からは回動アーム５７が延びており、カード部１３の他端と係合している。

［電磁継電器の動作］
図１及び図２により、本実施の形態の電磁継電器１の開閉動作を説明する。

＜開動作＞
図１は、本実施の形態の電磁継電器１が開状態になった状態を示している。すなわち、後述の閉状態の電磁継電器１のコイル４３に接続された給電用端子に電流を流して、自由端部４５ＡにＳ極が発生し、自由端部４７ＡにＮ極が発生するようにコイル４３を励磁すると、図１に示すように自由端部４５Ａに磁性金属片４９が吸引され、自由端部４７Ａに磁性金属片５１が吸引される。すると、回動部材１７が回動し、カード部１３を前方向ＦＯに移動させる。これに伴い、カード部１３により可動接点部材９が押圧されて第２の状態から第１の状態に変位し、可動接点３７，３７が固定接点４１，４１から引き離されることになる（開状態）。この状態では、第１の端子部材７及び第２の端子部材１１には電流が流れない状態になる。

＜閉動作＞
図２は、本実施の形態の電磁継電器１が閉状態になった状態を示している。すなわち、開状態の電磁継電器１のコイル４３に接続された給電用端子に電流を流して、自由端部４５ＡにＮ極が発生し、自由端部４７ＡにＳ極が発生するようにコイル４３を励磁すると、図２に示すように自由端部４５Ａに磁性金属片５１が吸引され、自由端部４７Ａに磁性金属片４９が吸引される。すると、回動部材１７が回動し、カード部１３を後方向ＲＥに移動させる。これに伴い、カード部１３により可動接点部材９が引っ張られて第１の状態から第２の状態に変位し、可動接点３７，３７が固定接点４１，４１に接触させられることになる（閉状態）。この状態では、第１の端子部材７、第２の端子部材１１及び可動接点部材９に電流が流れる状態になる。

本実施の形態では、回動部材１７が回動して接点が開状態または閉状態になった後は、逆方向に励磁電流を流すまでは、回動部材１７を構成する永久磁石の有する磁力によって回動部材１７の位置は自己保持される。したがって、電磁継電器１が動作したことを確認できた後は、励磁電流を止めることが可能であり、開状態・閉状態を変更したいときにのみコイル４３の励磁電流を流せばよく、また、励磁電流の向きを変えることにより、接点の開状態・閉状態を切り替えることが可能である。

［閉状態時に発生する力］
図３は、電磁継電器１が閉状態になり、第１の端子部材７、第２の端子部材１１及び可動接点部材９に電流が流れた際に可動接点部材９に発生する力を示す模式図である。例えば、図３に示す例では、矢印で示すように、第２の端子部材１１→可動接点部材９→第１の端子部材７の順に電流が流れ、図３に示したように第１の端子部材７と第２の端子部材１１の間に存在する間隔Ｓの中で、第１の端子部材７と第２の端子部材１１と可動接点部材９を流れる電流により同方向の磁場が発生する。この磁場と可動接点部材９を流れる電流との間に働くローレンツ力で、可動接点部材９に、可動接点３７，３７を固定接点４１，４１に向けて押し付ける力（電磁力）Ｆ１が発生する。したがって、本発明によれば、流れる電流により、可動接点部材９に対して、可動接点３７，３７と固定接点４１，４１とを接触させる方向に力が発生することになるため、固定接点３７，３７と可動接点４１，４１とが引き離されることがなく、接点が溶着または溶融することがない。なお、流れる電流の向きが逆の場合でも、力Ｆ１の向きは変わらない。

また、本実施の形態では、可動接点部材９と隣接した位置に、磁性材料から構成された吸引力発生体１９が固定配置されている。吸引力発生体１９は、第１の端子部材７、第２の端子部材１１及び可動接点部材９に電流が流れたときに、可動接点部材９の周囲に発生する磁場により、可動接点部材９と吸引力発生体１９との間に吸引力が発生し、可動接点部材９を第２の端子部材１１の第２の部分１１Ｂに引きつける力（電磁力）Ｆ２を発生する。したがって、吸引力発生体１９を配置することで、さらに、可動接点３７，３７を固定接点４１，４１に対して接触させる方向に力を発生させることが可能となり、固定接点と可動接点とをより確実に接触させることが可能になる。

なお、本実施の形態では、第１の端子部材７の他端の形状が、可動接点部材９の湾曲部３９と干渉しないように形成され、また、可動接点部材９に近接するように吸引力発生体１９を配置している。このことにより、可動接点部材９と吸引力発生体１９との間の吸引力を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で変更が可能であるのは勿論である。

本発明によれば、第１の端子部材及び第２の端子部材に大電流が流れたとしても、可動接点部材に可動接点を固定接点に対して接触させる方向に力（電磁力）が発生するため、可動接点と固定接点とが瞬間的に引き離される可能性がなくなる。そのため、より信頼性の高い電磁継電器を得ることができる。

１ 電磁継電器
３ 絶縁ケース
５ ケース本体
７ 第１の端子部材
９ 可動接点部材
１１ 第２の端子部材
１３ カード部
１５ 電磁コイル装置
１７ 回動部材
１９ 吸引力発生体
２１ 底壁部
２３ 周壁部
２５，２７，２９，３１ 第１乃至第４の側壁部
３３ 第１の端子導出孔
３５ 第２の端子導出孔
３７ 可動接点
３９ 湾曲部
４１ 固定接点
４３ コイル
４５，４７ 一対の磁極片
４９，５１ 磁性金属片
５３ 回動部材本体
５５ 回動中心
５７ 回動アーム

Claims (3)

1. 一方の端部に第１端子部が設けられた第１の端子部材と、
   一方の端部が前記第１の端子部材の他方の端部に接続され、他方の端部に可動接点が設けられた可動接点部材と、
   一方の端部に第２端子部が設けられ、他方の端部に固定接点が設けられた第２の端子部材と、
   電磁コイル装置と、
   前記電磁コイル装置の発生する磁場の作用によって、所定の角度範囲内を回動するように支持された回動部材と、
   前記可動接点部材の前記他方の端部と係合しており、前記回動部材が回動することによって前記可動接点部材を第１の状態から第２の状態に変位させることにより前記可動接点を前記固定接点に接触させ、前記可動接点部材を前記第２の状態から第１の状態に変位させることにより前記可動接点を前記固定接点から引き離すカード部とからなる電力量計内蔵用電磁継電器であって、
   前記第１の端子部材は、前記第１端子部を有する第１の部分と、前記可動接点部材が接続された第２の部分とを備えており、
   前記第２の端子部材は、前記第１の端子部材との間に間隔をあけて配置され且つ前記第１の端子部材の前記第１の部分に沿って延びる第１の部分と、前記可動接点部材が前記第２の状態にあるときに前記可動接点が前記固定接点に接触する位置に前記固定接点を配置する形状を有する第２の部分とを備えており、
   前記第１の端子部材の前記第２の部分は、前記第２の端子部材の前記第１の部分から離れる方向に延びており、
   前記可動接点部材は、前記第１の端子部材の前記第１の部分が延びる方向と交差する方向に前記第１の端子部材の前記第２の部分に沿って延びており、
   前記可動接点が前記固定接点よりも前記間隔側に位置するように、前記可動接点部材と前記第２の端子部材の前記第２の部分との位置関係が定められていることを特徴とする電力量計内蔵用電磁継電器。
2. 前記第１の端子部材、前記第２の端子部材及び前記可動接点部材に電流が流れたときに、前記可動接点部材の周囲に発生する磁場により、前記可動接点部材を前記第２の端子部材の前記第２の部分に引きつける吸引力を発生するように、前記可動接点部材と隣接した位置に磁性材料からなる吸引力発生体が更に備えられている請求項１に記載の電力量計内蔵用電磁継電器。
3. 前記可動接点部材の一方の端部と他方の端部との間には、前記可動接点が設けられる側とは反対側に向かって凸になった屈曲部または湾曲部を有している請求項１または２に記載の電力量計内蔵用電磁継電器。

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