JP6106031B2 - ラッチングリレー - Google Patents

Description

本発明は、電力量計に用いられる開閉器に好適なラッチングリレーに関する。

ラッチングリレーは、開閉動作時のみ電力を必要とし、開状態および閉状態を保持するのに、電力を必要としない省電力型のリレーである。例えば、特許文献１に開示示されているラッチングリレーは、可動接点が取り付けられた板ばねを電磁石の磁力の発生によって回動する駆動子がくわえる係合部材を有し、この係合部材により板ばねと係合して開閉動作を行っている。

また、同様のリレーにおいて、接点のバウンスを抑制するために特許文献２では、駆動子が、前述の係合部材とは別に、板ばねの可動接点が取り付けられた位置より先端側で板ばねを引っ掛ける第２の係合部材を有している。

また、上述のタイプとは異なり、特許文献３には、電磁石の磁力により駆動子がシーソー動作し、駆動子と一体化されてほぼ同一面上に配置され、駆動子の支点付近からシーソーの腕方向に伸長された板ばねの先端に可動接点が取り付けられ、シーソー型駆動子を支持する台座面に固定された固定接点と可動接点を開閉するリレーが開示されている。

また、電気機器のコンパクト化の要望に伴い、機器に内蔵され、その開閉を司るリレーにも小型化が要求される。一般的なラッチングリレーでは、静止状態においては、永久磁石の磁力により状態が保持され、リレーの駆動時にはこの保持力を相殺する磁力が電磁力により与えられるが、リレーの小型化には、より小型な永久磁石で発生する磁力を有効利用して状態保持することが必要となる。また、特許文献４には、電磁石の磁路を形成するヨークに分岐がないラッチングリレーが記載されている。

特開平４−３３２２７号公報 特開平６−１０３８７６号公報 特開平１０−２１４５５２号公報 特開２０１０−４４９７３号公報

しかしながら、特許文献４に記載されたラッチングリレーのように、電磁石の磁路を形成するヨークに分岐が無いラッチングリレーでは、開状態又は閉状態のいずれかの状態において、接極子間をヨークが接続して、接極子、ヨーク、永久磁石が閉じた磁路を形成するが、開閉状態を反転した場合には接極子とヨークの間に空隙ができ、磁路が閉じている前述の状態に比較して、駆動子の保持力が低下して、耐衝撃性能が低くなってしまう。

本発明の課題は、永久磁石の限られた磁力を有効に活用して駆動子の保持力を改善し、耐衝撃性能を向上させることができるラッチングリレーを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るラッチングリレーは、コイルとヨークとを有する電磁石と、板ばねと、前記板ばねの先端付近に取り付けられた可動接点と、前記可動接点と接離する固定接点と、前記板ばねに接続された可動側端子と、前記固定接点に接続された固定側端子と、前記可動側端子と前記可動接点との間に配置され、前記板ばねを挟んで係合する係合部材と、前記電磁石の前記ヨークと接離する２つの接極子と、前記接極子間に配置された永久磁石と、前記係合部材、前記接極子、前記永久磁石を一体化して回動軸を中心に前記電磁石の作用により回動させ、前記永久磁石の磁力により前記接極子を開状態位置および閉状態位置に保持する駆動子とを有し、前記ヨークが形成する前記電磁石の磁路の両端と切離する前記２つの接極子の内、開状態において前記ヨークと接触しない一方の接極子が閉状態において前記ヨークと接触する接触部の磁路方向の長さが、開状態において前記ヨークと接触する他方の接極子が閉状態において前記ヨークと接触する接触部の磁路方向の長さに比較して長いことを特徴とする。

本発明では、ヨークが形成する電磁石の磁路の両端と切離する２つの接極子の内、開状態においてヨークと接触しない一方の接極子が閉状態においてヨークと接触する接触部の磁路方向の長さが、開状態においてヨークと接触する他方の接極子が閉状態においてヨークと接触する接触部の磁路方向の長さに比較して長いので、永久磁石の限られた磁力を有効に活用して駆動子の保持力を改善し、耐衝撃性能を向上させることができるラッチングリレーを提供することができる。

実施例１に係るラッチングリレーの正面図および側面図である。 （ａ）は実施例１に係るラッチングリレーの閉極状態を示す図、（ｂ）は実施例１に係るラッチングリレーの開極状態を示す図である。 比較例１のラッチングリレーの正面および側面図である。 比較例２のラッチングリレーの正面および側面図である。 実施例２のラッチングリレーの正面図および側面図である。 比較例１及び比較例２のラッチングリレーの接極子とヨークとの接触状態を示す図である。 実施例１及び実施例２のラッチングリレーの接極子とヨークとの接触状態を示す図である。 実施例２の変形例のラッチングリレーを説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態に係るラッチングリレーについて、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１のラッチングリレーの主回路部およびこれに係合する駆動部の正面図（図１（ａ））と側面図（図１（ｂ））である。

図１に示すラッチングリレーは、コイル１ａと磁性体からなるヨーク１ｂとを有する電磁石１と、板ばね２と、板ばね２の先端付近に取り付けられた可動接点３と、可動接点３と接離する固定接点４と、可動接点３と板ばね２とに接続された可動側端子５と、固定接点４に接続された固定側端子６と、可動側端子５と可動接点３との間の位置で板ばね２を引っ掛けてまたは挟んで係合する係合部材７ａ，７ｂと、電磁石１のヨーク１ｂと接離する接極子８ａ，８ｂと、接極子８ａ，８ｂ間に配置された永久磁石９と、係合部材７ａ，７ｂ、接極子８ａ，８ｂ、永久磁石９を一体化して回動軸１０ａを中心に電磁石１の作用により回動させ、永久磁石９の磁力により接極子８ａ，８ｂを開状態位置および閉状態位置に保持する駆動子１０とを有している。

また、実施例１は、ヨーク１ｂが形成する電磁石１の磁路の両端と切離する２つの接極子８ａ，８ｂの内、開状態においてヨーク１ｂと接触しない一方の接極子８ａが閉状態においてヨーク１ｂと接触する接触部の磁路方向の長さが、開状態においてヨーク１ｂと接触する他方の接極子８ｂが閉状態においてヨーク１ｂと接触する接触部の磁路方向の長さに比較して長いことを特徴とする。

板ばね２は、板ばね固定端２ａから板ばね先端までが例えば２５ｍｍであり、板ばね２には板ばね固定端２ａから２１ｍｍの位置に可動接点３が取り付けられている。板ばね２は、板ばね固定端２ａから１６ｍｍの位置において係合部材７ａと係合部材７ｂ間のスリットに差し込まれている。

開極時の接点間距離は１ｍｍである。図２（ａ）に示すように、閉極状態においては、係合部材７ａが板ばね２を閉極方向に撓ませることによって、可動接点３に接触圧力を与える。係合部材７ａを支持する駆動子１０は、永久磁石９を挟んで配置した接極子８ａ，８ｂとヨーク１ｂとの間の磁力によりヨーク１ｂに吸引されて閉状態を保持する。

一方、開極する際には、コイル１ａが永久磁石９による磁束を相殺する方向に磁束を発生させ、さらにこの方向の磁束を増大させることによって接極子８ｂをヨーク１ｂの上側の端部に吸引し、図２（ｂ）に示すような状態に移行した後、接極子８ａ，８ｂ間の空隙を横切る磁束が接極子８ｂとヨーク１ｂとの間を流れるため状態が保持される。

（保持力の評価方法）
閉極状態の保持力は、図１（ｂ）に示す矢印Ｐの方向に駆動子が動くまでばねばかりで力を加えて測定した。開極状態の保持力は、同様に図１（ｂ）に示した矢印Ｑの方向に力を加えて測定した。

（比較例１）
図３は、比較例１の従来のラッチングリレーの正面および側面図である。図６（ａ）に比較例１のラッチングリレーの接極子８ａ，８ｃとヨーク１ｂとの接触状態を示す。比較例１では、接極子８ａ，８ｃともにヨーク１ｂとの接触部の磁路方向（即ち、ヨーク１ｂの長手方向）の長さがａ１で４．５ｍｍである。前記接触部の磁路方向に対して垂直な方向（即ち、紙面に対して直交する方向で、図６（ａ）では幅方向ｗ１，ｗ２）の長さが１２ｍｍとした。

この際、閉極状態における保持力は４２０ｇｆと耐衝撃性能の観点から十分なレベルである。しかし、開極状態における保持力は８０ｇｆと非常に小さい値であった。この比較例１に対して閉極状態での保持力を下げることなく、開極状態での保持力を２倍以上向上させた場合について、有効であると判定した。

（比較例２）
図４は、比較例２のラッチングリレーの正面および側面図である。図６（ｂ）に比較例２のラッチングリレーの接極子８ｄ，８ｅとヨーク１ｂとの接触状態を示す。図４に示す比較例２では、接極子８ｄ，８ｅともに、ヨーク１ｂの接触部の磁路方向の長さがａ２で２ｍｍである。前記接触部の磁路垂直方向の長さ、即ち図６（ｂ）に示す幅方向ｗ１，ｗ２の長さが１２ｍｍとした。この際、閉極状態における保持力は６５０ｇｆとさらに大きく向上したが、開極状態における保持力は１３０ｇｆと１．６倍に留まった。

（実施例１）
図７（ａ）に実施例１のラッチングリレーの接極子８ａ，８ｂとヨーク１ｂとの接触状態を示す。図１に示す実施例１のラッチングリレーでは、接極子８ａとヨーク１ｂとの接触部の磁路方向の長さがａ１で４．５ｍｍであり、接極子８ａとヨーク１ｂとの接触部の磁路垂直方向の長さがｗ１で１２ｍｍである。接極子８ｂとヨーク１ｂとの接触部の磁路方向の長さがｂ１で２ｍｍであり、接極子８ｂとヨーク１ｂとの接触部の磁路垂直方向の長さがｗ２で１２ｍｍである。この際、閉極状態における保持力は４５０ｇｆと若干増大し、開極状態における保持力は１８０ｇｆと２．３倍まで増大した。

（実施例２）
実施例２のラッチングリレーは、他方の接極子８ｆとヨーク１ｂとの接触部の磁路に垂直な方向の長さが、一方の接極子８ａとヨーク１ｂとの接触部の磁路に垂直な方向の長さよりも短いこと特徴とする。

図５は、実施例２のラッチングリレーの正面図および側面図である。図７（ｂ）に実施例２のラッチングリレーの接極子８ａ，８ｆとヨーク１ｂとの接触状態を示す。実施例２のラッチングリレーでは、下側の接極子８ｆは、図７（ｂ）に示すように、接極子本体に対して、磁路方向の長さｂ３と磁路垂直方向の長さｗ３とからなる長方形の突起部が形成されている。

図５に示す実施例２のラッチングリレーでは、接極子８ａとヨーク１ｂとの接触部の磁路方向の長さがａ１で４．５ｍｍであり、接極子８ａとヨーク１ｂとの接触部の磁路垂直方向の長さがｗ１で１２ｍｍである。接極子８ｆとヨーク１ｂとの接触部の磁路方向の長さがｂ３で２ｍｍであり、接極子８ｆとヨーク１ｂとの接触部の磁路垂直方向の長さがｗ３で６ｍｍである。この際、閉極状態における保持力は６５０ｇｆと大きく増大し、開極状態における保持力も３５０ｇｆと４．４倍まで大幅に増大した。

このように、本発明のラッチングリレーによれば、実施例１，２及び比較例１，２に記載されたヨーク１ｂに磁路の分岐が無いラッチングリレーでは、閉極状態において永久磁石９が発生する磁束が接極子及びヨーク１ｂを通り、磁束の大部分は、接触面積が極端に小さくならない限り、磁性体である接極子とヨーク１ｂを流れるため、漏れ磁束は少ない。しかし、開極状態では、永久磁石９が発生する磁束は、一方の接極子から他方の接極子に向かって接極子間の空隙を経由して流れるため、漏れ磁束の割合が大きい。

比較例２のように両方の接極子の接触面積を同時に低減した場合、閉極状態では磁束密度が増加するため、接極子とヨークとの吸引力は増大する。開極状態では、接極子間の磁気抵抗が大きくなることにより漏れ磁束が増大する。このため、ヨーク１ｂと接極子との間を通過する磁束が減少するため、磁束密度の増加はあまり大きくならず、比較例１に対して保持力の増加は小さい。

これに対して、実施例１，２のラッチングリレーでは、開極状態において、ヨーク１ｂと開離している、即ちヨーク１ｂと接触しない接極子８ａの接触面積を低減させずに、ヨーク１ｂと接触している接極子８ｂの面積を低減させた場合には、漏れ磁束の増大は抑制されるので、開極時の保持力は比較例１に比較して大幅に増大させることができる。

従って、永久磁石を大きくすることなく、接極子の形状を適正化することにより、ヨーク１ｂと接極子との吸引力を高めて駆動子の保持力を改善し、耐衝撃性能を向上させることができるラッチングリレーを提供することができる。

なお、本発明は、実施例１及び実施例２のラッチングリレーに限定されるものではない。実施例２のラッチングリレーでは、下側の接極子８ｆの接触部（斜線で示す部分）が横方向に長い長方形の突起部であったが、例えば、図８（ａ）に示すように、接極子８ｇの接触部が三角形状の突起部であっても良く、あるいは、図８（ｂ）に示すように、接極子８ｈの接触部が縦方向に長い長方形の突起部であっても良い。

１ 電磁石
１ａ コイル
１ｂ ヨーク
２ 板ばね
２ａ 板ばね固定端
３ 可動接点
４ 固定接点
５ 可動側端子
６ 固定側端子
７ 係合部材
７ａ 上部係合部材
７ｂ 下部係合部材
８ａ〜８ｈ 接極子
９ 永久磁石
１０ 駆動子
１０ａ 駆動子回動軸

Claims (2)

1. コイルとヨークとを有する電磁石と、
   板ばねと、
   前記板ばねの先端付近に取り付けられた可動接点と、
   前記可動接点と接離する固定接点と、
   前記板ばねに接続された可動側端子と、
   前記固定接点に接続された固定側端子と、
   前記可動側端子と前記可動接点との間に配置され、前記板ばねを挟んで係合する係合部材と、
   前記電磁石の前記ヨークと接離する２つの接極子と、
   前記接極子間に配置された永久磁石と、
   前記係合部材、前記接極子、前記永久磁石を一体化して回動軸を中心に前記電磁石の作用により回動させ、前記永久磁石の磁力により前記接極子を開状態位置および閉状態位置に保持する駆動子とを有し、
   前記ヨークが形成する前記電磁石の磁路の両端と切離する前記２つの接極子の内、開状態において前記ヨークと接触しない一方の接極子が閉状態において前記ヨークと接触する接触部の磁路方向の長さが、開状態において前記ヨークと接触する他方の接極子が閉状態において前記ヨークと接触する接触部の磁路方向の長さに比較して長いことを特徴とするラッチングリレー。
2. 前記他方の接極子と前記ヨークとの接触部の磁路に垂直な方向の長さが、前記一方の接極子と前記ヨークとの接触部の磁路に垂直な方向の長さよりも短いこと特徴とする請求項１記載のラッチングリレー。

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