JP5547011B2

JP5547011B2 - 電磁継電器

Info

Publication number: JP5547011B2
Application number: JP2010211249A
Authority: JP
Inventors: 淳今田
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2030-09-21
Also published as: JP2012069287A

Description

本発明は、電磁継電器に関し、特に自動車電装、産業機器、家電機器等に使用される電磁継電器に関する。

近年、電磁継電器には小型化及び高通電容量化が求められている。電磁継電器の小型化に伴い、電磁継電器のコイルの体積は減少し、このため、従来と同等の性能を維持するためにコイルの消費電力は増加し、その発熱量が増加している。また、高通電容量化に対応するため、電磁継電器の内部の通電部材の発熱も増加している。

上記のような電磁継電器の内部の発熱要因の増加に加え、電磁継電器自体の体積が減少していることから、電磁継電器の内部温度の上昇という問題が生じている。電磁継電器の内部温度の上昇に伴い、より耐熱温度の高い材料の採用が必要となること、あるいは通電性能が制約されるといった問題も生じている。これらの問題を解決するためには、電磁継電器の内部、特にコイルの発熱を電磁継電器の外部に効率よく放熱させることが必要である。

図５は従来の一般的な電磁継電器の一例を示し、外装ケースを除いた部分の全体斜視図である。図６は図５に示した電磁継電器の断面図である。図５、図６に示されるように、この電磁継電器１００はスプール３に巻装されたコイル２と、スプール３に内包されたコア４と、コア４と磁気的および機械的に結合されたヨーク５と、ヨーク５と磁気的に結合しコイル２への通電により吸引されるアーマチュア６と、アーマチュア６を支持しアーマチュア６に連動する可動接点７を先端部に備えた可動ばね８とを有する電磁ブロック９と、可動接点７に対向配置されたメーク側固定接点１０を有するメーク側固定端子１２及びブレーク側固定接点１１を有するブレーク側固定端子１３とを具備している。ここで、電磁継電器１００のコイル２での発熱は、コイル２が巻装されたスプール３と、内包されたコア４、コア４と機械的に結合されたヨーク５を介し、ヨーク５と結合されたコモン端子１６により電磁継電器の外部へ放熱される。また、コイル２で発生する熱の一部は、コイル２が巻装されたスプール３に結合されたコイル端子１４、１５によっても電磁継電器の外部へ放熱される。しかしながら、前述のスプール３に内包されるコア４からの熱伝導に比べ、コイル端子１４、１５からの放熱は僅少である。

さらに、コイル２の外周部からも空気への熱伝達により電磁継電器の内部へ放熱されるが、外装ケースによって密閉された小空間のため、コイル表面から空気への熱拡散は前記の放熱に比べさらに少ない。

したがって、コイル２により発生した熱の放熱は、スプール３に内包されるコア４を介し、ヨーク５に接続されたコモン端子１６から電磁継電器外部へ放熱される割合がその大部分を占める。しかし、このコモン端子１６は通電用端子を兼ねており、負荷電流の通電時には、端子自体の発熱が生ずることや通電部材の発熱を外部へ放熱する必要があることから、コイル２の発熱を放熱させる能力は低下してしまい、電磁継電器内部の温度上昇を招くこととなる。

そこで、このような問題を解決するため、コイルの発熱を電磁継電器の外部に放熱させる放熱部材を備えた電磁継電器が特許文献１および２に提案されている。

特許文献１に示される電磁継電器では、コイルの発熱が最も伝導されるコアに電磁継電器の外部に突出した放熱部材を直接接続し、コアの発熱を外部に放熱し、コイル温度の抑制を行っている。

また、特許文献２に示される電磁継電器では、スプール下面にコイル端子を兼ねるヒートシンク状の放熱部材を設け、コイルの発熱をスプール経由で電磁継電器の外部へ放熱している。

特開２００４−１３４１４０号公報特開２００７−２９４４２５号公報

上記のいずれの特許文献に示される電磁継電器においても、コイルからの発熱をコアまたはスプール経由で放熱させており、コイルの表面からの熱伝達による放熱はそれまでの電磁継電器と同様に、ほとんど行われていない。コイルの表面からの放熱の効率の悪さがコイルの温度上昇の主要原因の１つであり、これを解決しないとコイル温度の上昇を抑制し電磁継電器の内部の温度上昇を十分に抑制することはできない。

そこで、本発明の課題は、コイルの発熱を、コイルの表面から外部へ効率的に放熱させることにより、コイルの温度上昇を抑制する電磁継電器を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の電磁継電器は、スプールに巻装されたコイルと、前記スプールに内包されたコアと、前記コアと磁気的および機械的に結合されたヨークと、前記ヨークと磁気的に結合し前記コイルへの通電により吸引されるアーマチュアと、前記アーマチュアを支持し前記アーマチュアに連動する可動接点を先端部に備えた可動ばねとを有する電磁ブロックと、前記可動接点に対向配置されたメーク側固定接点及びブレーク側固定接点を有する固定端子とを具備した電磁継電器において、前記コイルの外周部の表面に接する円筒曲面状の部分と、前記円筒曲面状の部分を支持するとともに、基板に実装される外部端子となる棒状の部分と、前記棒状の部分に垂直に形成された前記スプールに固定されるコの字状の部分とからなる放熱部材を有し、前記コイルで発生する熱を前記棒状の部分を介して前記基板に放熱させることを特徴とする。

ここで、前記放熱部材がコイル表面へ密着される状態を維持するため、前記放熱部材は前記スプールに固定する。

また、基板実装時に前記コイルで発生する熱を基板へと有効に放熱させるため、前記電磁継電器を基板へ実装する時に前記外部端子も基板に実装され、前記コイルで発生する熱を前記外部端子を介して基板へと放熱させる。

また、前記コイルの断線を防止するため、前記放熱部材の前記コイルに接する部分の端部を面取りするか、もしくは前記端部を曲面としてもよい。

また、前記放熱部材の前記コイルに接する面に、樹脂コーティングがされていてもよい。すなわち、前記放熱部材と前記コイルとの短絡を防止するため、前記放熱部材とコイルとの短絡防止を目的とし、熱伝導を妨げない程度の樹脂で前記放熱部材を覆うことも有効である。

また、前記放熱部材は、前記コイルの外周部の、前記外周部に対峙して前記ヨークまたは前記固定端子が配置されていない部分の表面に接するように設置されていてもよい。すなわち、コイル表面の近傍に他の部品が配置されていない部分に前記放熱部材を配置することが望ましい。

以上のように、本発明では、従来の電磁継電器では不十分であったコイルの外周部の表面からの放熱を、コイルの外周部の表面に接して設置された放熱部材により行うことができ、これによりコイルの表面から直接、電磁継電器の外部に放熱させることができる。すなわち、本発明により、コイルの発熱を、コイルの表面から外部へ効率的に放熱させることにより、コイルの温度上昇を抑制する電磁継電器が得られる。

本発明による電磁継電器の一実施の形態の外装ケースを除いた部分の全体斜視図。本発明による実施の形態の電磁継電器における放熱部材の電磁継電器への取り付け状態を示す分解斜視図。本発明による実施の形態の電磁継電器に使用可能な放熱部材の他の例を示す斜視図。図３（ａ）は、面取り部を設けた例を示す斜視図。図３（ｂ）は、曲面をを設けた例を示す斜視図。本発明による実施の形態の電磁継電器に使用可能な放熱部材の他の例を示す平面図。従来の一般的な電磁継電器の一例を示し、外装ケースを除いた部分の全体斜視図。図５に示した電磁継電器の断面図。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。

図１は本発明による電磁継電器の一実施の形態の外装ケースを除いた部分の全体斜視図である。また、図２は本発明による実施の形態の電磁継電器における放熱部材の電磁継電器への取り付け状態を示す分解斜視図である。

図１において、本実施の形態の電磁継電器１は、従来の図５の電磁継電器と同様に、スプール３に巻装されたコイル２と、スプール３に内包されたコア４と、コア４と磁気的および機械的に結合されたヨーク５と、ヨーク５と磁気的に結合しコイル２への通電により吸引されるアーマチュア６と、アーマチュア６を支持しアーマチュア６に連動する可動接点７を先端部に備えた可動ばね８とを有する電磁ブロック９と、可動接点７に対向配置されたメーク側固定接点１０を有するメーク側固定端子１２及びブレーク側固定接点１１を有するブレーク側固定端子１３とを具備している。ヨーク５はコア４の一端に固定され、アーマチュア６はコア４の他端に対向して配置され、コイル２への通電によりコア４に吸引される。

スプール３は、コイル２への通電用のコイル端子１４、１５を有する。電磁ブロック９およびメーク側固定端子１２、ブレーク側固定端子１３は絶縁ベース１７に圧入、固定されている。

ここで、本実施の形態においては、コイル２の外周部の表面に接する放熱部材１８を有し、放熱部材１８によりコイル２で発生する熱を電磁継電器の外部に放熱させる構成となっている。放熱部材１８は、コイル２と接する円筒曲面状の部分と、支持する棒状の部分と、これに垂直に形成されたスプールに接するコの字状の部分からなる。このため、放熱部材１８のコイル２に接する面は、コイル２の外周面に多くの面で接するように、コイル２の外周曲面とほぼ同じ曲率の内周曲面を有する円筒曲面状となっている。また、放熱部材１８は、コイル２の外周部の、外周部に対峙してヨーク５、およびメーク側固定端子１２およびブレーク側固定端子１３が配置されていない部分の表面に接するように設置されている。また、放熱部材１８の下端は電磁継電器の外部に突出する外部端子２６となっており、電磁継電器を基板へ実装する時に外部端子２６も基板に実装され、コイル２で発生する熱を外部端子２６を介して基板へと放熱させる構成となっている。

放熱部材１８の電磁継電器１との接続を図２により説明する。図２において、放熱部材１８はスプール３に設けられた固定用穴１９、２０に対応する圧入用突起部２１、２２を有する。この圧入用突起部２１、２２を対応する固定用穴１９、２０に圧入することにより放熱部材１８はコイル２の表面に密着するように固定される。

図３は、本発明による実施の形態の電磁継電器に使用可能な放熱部材の他の例を示す斜視図である。図３（ａ）は、面取り部を設けた例を示す斜視図である。図３（ｂ）は、曲面を設けた例を示す斜視図である。図３（ａ）に示すように、放熱部材のコイル２に接する部分の端部に面取りを行って面取り部２３とした放熱部材２７、もしくは図３（ｂ）に示すように、その端部を曲面２４とした放熱部材２８を、振動・衝撃印加時のコイル断線防止のため、用いてもよい。

図４は、本発明による実施の形態の電磁継電器に使用可能な放熱部材の他の例を示す平面図である。図４に示すように、この例では、放熱部材２９のコイルに接する面に、樹脂コーティング２５がされている。放熱部材のコイル２に接する面の表面を０．０５ｍｍ程度の熱伝導を妨げない程度の厚さの樹脂コーティングを行うことは、コイル線材のショート問題対策としても有効である。

次に、本発明の効果を確認するため、本実施の形態の電磁継電器について試作評価を行った結果について説明する。図５に示した従来の電磁継電器のように放熱部材を用いない場合と、図１の本実施の形態のように放熱部材１８を用いた場合におけるコイルの温度の比較を行った。放熱部材１８は厚さ０．５ｍｍの銅板で作製した。試験条件は、コイル抵抗１６０オーム、コイル印加電圧１４Ｖｄｃとし、電磁継電器を７０μｍの銅箔を有するＦＲ４基板に実装し、試験温度を２５℃とした。結果は、本実施の形態の電磁継電器ではコイル温度は７９℃であったが、従来の電磁継電器ではコイル温度は１０４℃であった。

上記結果から明らかなように、本発明の適用により、電磁継電器のコイルの温度上昇は有効に抑制されていることが確認できた。

本発明の電磁継電器の適用により、自動車電装等の高温下での使用、または、高負荷電流通電時のコイルの温度上昇を効率的に抑制することが可能となり、耐熱温度の低い材料の採用、あるいは高付加電流に対応した電磁継電器の提供が可能となる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではないことはいうまでもなく、目的や用途に応じて設計変更可能である。例えば、コイル、コア、アーマチュア、可動ばね、可動接点、固定接点、固定端子などの形状や大きさ、材質、放熱部材の形状、大きさ、材質など、用途に合わせて最適に設計可能である。また、放熱部材の固定はスプール以外にも他の基台などであってもよく、放熱部材の設置場所も上記の実施の形態には限定されない。

１、１００電磁継電器
２コイル
３スプール
４コア
５ヨーク
６アーマチュア
７可動接点
８可動ばね
９電磁ブロック
１０メーク側固定接点
１１ブレーク側固定接点
１２メーク側固定端子
１３ブレーク側固定端子
１４、１５コイル端子
１６コモン端子
１７絶縁ベース
１８、２７、２８、２９放熱部材
１９、２０固定用穴
２１、２２圧入用突起部
２３面取り部
２４曲面
２５樹脂コーティング
２６外部端子

Claims

スプールに巻装されたコイルと、前記スプールに内包されたコアと、前記コアと磁気的および機械的に結合されたヨークと、前記ヨークと磁気的に結合し前記コイルへの通電により吸引されるアーマチュアと、前記アーマチュアを支持し前記アーマチュアに連動する可動接点を先端部に備えた可動ばねとを有する電磁ブロックと、前記可動接点に対向配置されたメーク側固定接点及びブレーク側固定接点を有する固定端子とを具備した電磁継電器において、前記コイルの外周部の表面に接する円筒曲面状の部分と、前記円筒曲面状の部分を支持するとともに、基板に実装される外部端子となる棒状の部分と、前記棒状の部分に垂直に形成された前記スプールに固定されるコの字状の部分とからなる放熱部材を有し、前記コイルで発生する熱を前記棒状の部分を介して前記基板に放熱させることを特徴とする電磁継電器。
前記放熱部材の前記コイルに接する部分の端部を面取りするか、もしくは前記端部を曲面としたことを特徴とする請求項１に記載の電磁継電器。
前記放熱部材の前記コイルに接する面に、樹脂コーティングがされていることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁継電器。
前記放熱部材は、前記コイルの外周部の、前記外周部に対峙して前記ヨークまたは前記固定端子が配置されていない部分の表面に接するように設置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁継電器。