JP5687594B2

JP5687594B2 - 直流操作形電磁接触器

Info

Publication number: JP5687594B2
Application number: JP2011226863A
Authority: JP
Inventors: 拓樹益子; 勝彦白石
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2031-10-14
Also published as: JP2013089355A

Description

本発明は、直流操作形電磁接触器に関し、特に直流操作形電磁接触器の可動コア及び固定コアの構造に関するものである。

電磁接触器は、筐体内に設けた電磁石を用いて接点を操作して電気回路の開閉を行う開閉器で、例えば、電動機の運転、停止などの制御のときに主に使用される。
電磁石の構造は、中央脚とこの中央脚の両側にある距離を付与して両側脚を設け、
基端側で連結して略Ｅ字形状コアの固定コアと可動コアを形成し、互いに各脚の先端の接極面が対向するように配置する。そして、固定コアと可動コアの中央脚に電磁石コイルを巻回したコイルボビンを嵌挿した構成となっている。
この構成において、電磁石コイルに通電すると、固定コアと可動コアとの間に吸引力が働き、可動コアは固定コアとコイル間との間に配置された戻しバネの押圧力に反しながら固定コア側に移動する。その結果、可動コアに連動している可動接点が固定接点に接触し、接続用の端子が導通し、閉路状態が維持されるものである。

本技術分野に関連する先行技術文献として特開昭６２−２８６２０８号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、「それぞれＥ字状に形成され、その中央脚と両側脚の接極面となる端面を互いに対向して配置してなる固定鉄心と可動鉄心、および直流電流によって励磁される直流電磁コイルを備えた直流電磁石において、両鉄心の中央脚接極面の一方を山形に形成するとともに、他方をこの山形の傾斜面と平行な傾斜面を有するＶ字溝状に形成し、かつ、この傾斜面の開き角を２０乃至３０度とした直流電磁石」のことが記載されている。

特開昭６２−２８６２０８号公報

特許文献１の電磁石において、始動位置の吸引力を向上させるためには傾斜面の角度θを大きくすれば良い。しかしながら、角度θを大きくし過ぎると、動作後半における吸引力が低下し、接点の接触開始位置において、吸引力が不足するという問題を生じる。

本発明の目的は、上記問題を解消し、可動コアが固定コアに近づく動作後半における吸引力の低下を抑制しつつ、始動位置における吸引力を向上した直流操作形電磁接触器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、電磁石コイルのコイルボビンが嵌挿された固定
コアと、該固定コアに接極、開極するよう対向配置された可動コアと、固定接触子との間で接触圧を確保する接点バネを介して可動接触子を支持する可動絶縁台と、固定接触子を支持する上部絶縁台と、前記可動コアを前記固定コアから開極するように配置された戻しバネと、各部材を収容する固定絶縁台とを有する直流操作形電磁接触器において、前記可動コアは、略Ｅ字形状であり、該略Ｅ字形状の中央脚の先端はＶ字形状であり、該Ｖ字形状の傾斜面は傾斜角が同じで段差を有した傾斜面であり、該Ｖ字形状の傾斜面の段差は先端部分を高く、先端部より離れた部分を低くした形状であり、前記固定コアは、略Ｅ字形状であり、該略Ｅ字形状の中央脚の先端は凹んだＶ字形状であり、該Ｖ字形状の内側の傾斜面は前記可動コアの傾斜面に対応した段差を有することを特徴とする

また、上記直流操作形電磁接触器において、前記傾斜面に設ける段差は１段以上とすることを特徴とする。

本発明によれば、可動コアが固定コアに近づく動作後半における吸引力の低下を抑制しつつ、始動位置における吸引力を向上した直流動作形電磁接触器を提供でき、これにより消費電力を減少させることができ、電磁石コイルを小型化することができる。

本発明の直流動作形電磁接触器の断面図を示す。本発明の電磁接触器の可動コア及び固定コアの斜視図を示す。本発明の可動コア及び固定コアの部分拡大図を示す。本発明の可動コアが固定コアに接極するときの吸引力を示すシミュレーションの図である。コアに段差がある場合とない場合の固定コアと可動コアの距離に対する吸引力を表す特性図である。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の直流操作形電磁接触器の実施例を示す断面図で、直流操作形電磁接触器は閉路状態を示している。
図１において、１は直流操作形電磁接触器、２は固定コア、３は可動コア、４は電磁石コイル、５は戻しバネ、６は固定絶縁台、７は可動絶縁台、８は上部固定絶縁台、９は接点バネ、１０は可動接触子、１１は固定接触子、１２は可動接点、１３は固定接点、１４は上側接続端子、１５は下側接続端子、１６は可動コアの側脚傾斜面、１７は可動コアの中央脚傾斜面、１８は可動コアの側脚傾斜面、１９は固定コアの側脚傾斜面、２０は固定コアの中央脚傾斜面、２１は固定コアの側脚傾斜面、２２はコイルボビン、２３は電源供給端子、２４は緩衝ゴム、２６は下側固定絶縁台である。

直流操作形電磁接触器１は、上部固定絶縁台８と下部固定絶縁台２６の筐体内に電磁石を配置している。
電磁石は、中央脚とその中央脚の両側にある間隔（距離）を設けて側脚を有し、中央脚と側脚の基端側を連結して略Ｅ字形状のコアを形成している。
そして、このコアを対向するように配置し、固定コア２と可動コア３を形成する。また、可動コア３及び固定コア２の中央脚の外周には、筐体に固定されたコイルボビン２２に巻回された電磁石コイル４を嵌挿して配置し、電磁石を形成している。
可動コア３は、コイルボビン２２の上方に配置した戻しバネ５により上方に付勢されている。また、この可動コア３には連結部材（図示せず）を介して可動絶縁台７が固定され、可動絶縁台７には接点バネ９を介して可動接点１２を備えた可動接触子１０が連結されている。

電源供給端子２３より電磁石コイル４に直流電圧を印加すると、固定コア２と可動コア３との間に電磁吸引力が働き、可動コア３はコイル状の戻しバネ５に反して可動コア３は下方に移動する。
このとき可動コア３に連動して、可動絶縁台７及び可動接点１２を有した可動接触子１０が下方に移動し、可動接点１２は固定接点１３に接触する。
その後、可動コア３はさらに移動し、固定コア２に衝突して吸着する。これにより固定接点１３と可動接点１２は接続され、上側接続端子１４と下側接続端子１５は接続し、閉路状態を維持する。
また、接点バネ９は、可動接触子１０を押圧し、可動接点１２と固定接点１３を接触し続けるように働いている。
また、ここで、従来の交流電源で電磁石コイルを駆動する場合は、電流の零点において吸引力が零となるが、直流電圧で電磁石コイルを駆動しているため、電圧値が零でない限り吸引力は保持され続ける。
また、可動コア３が固定コア２に衝突するときの衝撃を和らげるため、固定コア２の下側に緩衝材である緩衝ゴム２４を全面に渡って設置する。
緩衝材は緩衝バネでも良い。
このように、固定コア２の下方に緩衝材を設置することにより固定コア２と可動コア３の衝突時の衝撃力を吸収し、衝突によるコアの破損を防止する。
また、図１のコアの中央脚はＶ字形状を有しており、可動コア３が凸形状で、固定コア２が凹形状となっている。
そして、この凹凸部の傾斜面１７，２０に段差を配置した。

この中央脚の傾斜面の段差については図２を用いて説明する。
図２は、可動コア３及び固定コア２の斜視図を示す。
図２において、可動コア３の略Ｅ字形状の中央脚３０２の先端はＶ字形状１７とし、中央脚３０２から離れた両サイドの側脚３０１及び３０３は斜めにカットした形状としている。また、中央脚３０２の先端のＶ字形状１７の傾斜面の両面には、段差４０を有している。
また、図２において、可動コア３の中央脚３０２の先端のＶ字形状１７の傾斜面の段差４０は、先端部分（中央部分）を高く、先端部より離れた部分（中央部から離れた部分）を低くした形状としている。
従って、固定コア２の中央脚２０２の先端部は凹んだＶ字形状２０を有し、Ｖ字形状２０の内側の傾斜面は、可動コア３の傾斜面に対応した段差４１を配置する。すなわち、Ｖ字形状の内側の底（下側）の部分が低く、開口部の部分が高くなった２段構造を有している。図２において、固定コアの両側脚の傾斜部に設けた３０は銅などの材質の遮磁板である。

この中央脚の可動コア３と固定コア２の傾斜部に設けた段差について、従来の段差なしの場合とを比較する。

図３は、可動コア及び固定コアの接極面を傾斜させたとき、従来の電磁石のコアと本発明の電磁石のコアの構造を示す。
図３（ａ）は、従来の可動コア及び固定コアの接極面に傾斜面を有した場合を示し、図３（ｂ）は本発明の可動コア及び固定コアの接極面に傾斜面を有し、さらに傾斜面に段差を配置した場合を示す。
図３（ａ）、（ｂ）は、可動コア及び固定コアのＶ字形状の右半分の拡大部分図を示す。
図３（ａ）に示した可動コアの中央脚３０２及び固定コアの中央脚２０２の左右対称の右半分において、傾斜面１７の角度をθとし、電磁接触器１が開放状態のとき、すなわち固定コアと可動コアが最も離れた状態を示す。この状態において、可動コアの中央脚３０２と固定コアの中央脚２０２の垂直方向（吸着する方向）の距離をＬ１とし、可動コアの中央脚３０２と固定コアの中央脚２０２の傾斜面に対し、垂直な方向の距離、すなわち対向する接極面の最小距離をＬ２とすると、対向する接極面の最小距離Ｌ２＝Ｌ１・cos θ で表される。
次に、本発明の図３（ｂ）に示した本発明の段差を設けた可動コアの中央脚３０２及び固定コアの中央脚２０２の左右対称の右半分において、双方のコアの傾斜面１７，２０の角度をθとし、段差を一段設け、その段差の高さをＤとする。
また、可動コアの中央脚３０２と固定コアの中央脚２０２の垂直方向（吸着する方向）の距離をＬ１，可動コアの中央脚３０２と固定コアの中央脚２０２の傾斜面に対し、垂直な方向の距離をＬ２とする。
段差の部分において、傾斜面に垂直な距離は、Ｌ２−Ｄとなる。
従って、図３（ａ）の場合と比較すると、段差の高さ分、可動コアの中央脚と固定コアの中央脚の距離が短くなり、すなわち接極面間の最小距離を短縮でき、始動位置における両面間の磁気抵抗が小さくなり、同じ傾斜角であっても段差なしと比較すると、吸引力が向上する。
さらに、傾斜角を変化させていないので、動作後半における吸引力の低下を抑制できる。

図４は、本実施例における動作中の中央脚の右半分における磁束密度分布の変化を表している。
図４（ａ）は、電磁接触器が開放状態、すなわち固定コアより可動コアが最も離れた状態を示す。
図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態より可動コアが僅か固定コアに近づいた状態を示し、さらに図４（ｃ）は可動コアが固定コアに近づいた状態を示し、図４（ｄ）は図４（ｃ）より可動コアが固定コアに接触する前の状態を示し、図４（ｅ）は可動コアが固定コアに接極し、保持している状態を示す。
図４（ａ）において、可動コアの段差の部分の傾斜面を傾斜Ａ１、段差のない部分の傾斜面を傾斜Ａ２，固定コアの段差のない部分の傾斜面を傾斜Ｂ１，段差のある部分の傾斜面を傾斜Ｂ２とすると、開放状態において、固定コアの段差のある傾斜Ｂ２と可動コアの段差のない部分の傾斜Ａ１との間で、僅か細い線が見られ、吸引力が生じていることが分かる。
図４（ｂ）において、可動コアが固定コアに僅か近づくと、固定コアの傾斜Ｂ２と可動コアの傾斜Ａ１の間にはっきりとした白い線を見ることができ、磁束密度分布（磁路）が生じて吸引力が発生していることが分かる。
図４（ｃ）においては、可動コアが固定コアに当初の距離の半分くらい近づいた状態で、固定コアの傾斜Ｂ１，傾斜Ｂ２と可動コアの傾斜Ａ１，傾斜Ａ２間で明確に白い線を見ることができ、磁束が発生して吸引力が増加していることが分かる。
図４（ｄ）は、可動コアが固定コアに接極する直前の状態で、固定コアの傾斜Ｂ１，傾斜Ｂ２と可動コアの傾斜Ａ１，傾斜Ａ２間でも白い線を幅で見ることができ、磁束がさらに発生していることが分かる。
図４（ｅ）は、可動コアが固定コアに接極し、保持状態で上記図４（ｄ）と同じように傾斜部で磁束が発生し、吸引力が多く発生していることが分かる。

図５（ｃ）は、図５（ａ），（ｂ）に示した可動コア、固定コアの構成の吸引力について説明する特性図を示している。
図５（ｃ）において、モデル１は図５（ａ）の構成、すなわち傾斜面に段差のない場合の構成で、その吸引力の特性を一点鎖線で表す。
また、モデル２は、図５（ｂ）の構成、すなわち傾斜面に段差を設けた場合の構成で、吸引力の特性を実線で表している。
図５（ｃ）の特性において、横軸は動コアの位置（ｍｍ）、すなわち固定コアとの距離を示し、縦軸は可動コアと固定コアに働く吸引力（Ｎ）を示す。
図５（ｃ）の特性において、段差のないモデル１の特性（一点鎖線）は開放状態、すなわち可動コアが固定コアより最も離れている状態においては吸引力は、段差のあるモデル２の特性（実線）に比較して小さいことが分かる。
また、吸引力は、可動コアが固定コアに接近すると、モデル１とモデル２の特性差が減少し、可動コアが固定コアに接極する直前では、段差のない構成と段差のある構成との吸引力の差はわずかとなっている。
また、本実施例では、段差は1段について説明したが、２段以上のものでも効果は同じであり、２段以上でも問題はない。

本発明は、開放状態において、可動コアと固定コアの吸引力を発生させることを目的としたものであるため、段差による効果を得ている。

１‥直流操作形電磁接触器２‥固定コア３‥可動コア
４‥電磁石コイル５‥戻しバネ６‥固定絶縁台
７‥可動絶縁台８‥上部固定絶縁台
９‥接点バネ１０‥可動接触子１１‥固定接触子
１２‥可動接点１３‥固定接点
１６‥可動コアの側脚傾斜面１７‥可動コアの中央脚傾斜面
１８‥可動コアの側脚傾斜面１９‥固定コアの側脚傾斜面
２０‥固定コアの中央脚傾斜面２１‥固定コアの側脚傾斜面
２４‥緩衝ゴム４０‥段差

Claims

電磁石コイルのコイルボビンが嵌挿された固定コアと、
該固定コアに接極、開極するよう対向配置された可動コアと、
固定接触子との間で接触圧を確保する接点バネを介して可動接触子を支持する可動絶縁台と、
固定接触子を支持する上部絶縁台と、
前記可動コアを前記固定コアから開極するように配置された戻しバネと、
各部材を収容する固定絶縁台とを有する直流操作形電磁接触器において、
前記可動コアは、略Ｅ字形状であり、該略Ｅ字形状の中央脚の先端はＶ字形状であり、該Ｖ字形状の傾斜面は傾斜角が同じで段差を有した傾斜面であり、該Ｖ字形状の傾斜面の段差は先端部分を高く、先端部より離れた部分を低くした形状であり、
前記固定コアは、略Ｅ字形状であり、該略Ｅ字形状の中央脚の先端は凹んだＶ字形状であり、該Ｖ字形状の内側の傾斜面は前記可動コアの傾斜面に対応した段差を有することを特徴とする直流操作形電磁接触器。
請求項１記載の直流操作形電磁接触器において、
前記傾斜面に設ける段差は１段以上とすることを特徴とする直流操作形電磁接触器。