JP6202943B2 - 電磁継電器 - Google Patents

Description

本発明は、電磁継電器に関する。電磁継電器は、例えば家庭用、産業用又は車載用のものを含む。

電磁継電器においては電気回路上の電流の通電遮断を接点の開閉により行っている。この開閉を行う接点を構成する固定接点と可動接点とが、可動接点の接離方向への移動に伴って接触している状態から相互に離隔するとき又は離隔している状態から接近するときにおいて、電圧が最小アーク電圧よりも大きくなる又は電流が最小アーク電流よりも大きくなる場合に、アークが発生することが懸念される。

特許第４８４０５３３号公報

電磁継電器においては、アークが電流と同じ磁気的な性質を有していることを利用して、接点近傍に位置する永久磁石の磁束に基づいて、フレミングの左手の法則に基づく電磁力（ローレンツ力）をアークに作用させてその方向を曲げ、偏向させて吹き飛ばして消弧する技術が適用されている。ところが、特許文献１では永久磁石を専用のヨークに保持させることが開示されており、工数や部品点数の増大ひいてはコストアップを招くという問題も生じる。

本発明は、コストアップを招くことなく適正な消弧を図ることができる電磁継電器を提供することを目的とする。

上記の問題を解決するため、本発明に係る電磁継電器は、固定接点と、当該固定接点に対して接離方向に変位可能な可動接点とを有する接点部と、前記可動接点に軸芯を介して連結される可動鉄心と、コイルと、前記軸芯を挿通する挿通孔を有する第一板状部材と前記コイルを外包する第二板状部材とを備える固定鉄心と、を有する駆動部と、前記接離方向と垂直をなす極性方向を有する永久磁石と、を含み、前記第一板状部材と前記第二板状部材のいずれかが前記接点部の側に延長される延長部を有し、当該延長部が前記永久磁石を保持することを特徴とする。

本発明によれば、コストアップを招くことなく適正な消弧を図ることができる電磁継電器を提供することができる。

本発明に係る実施例の電磁継電器１をシャフト５（軸芯）の中心軸線を通る断面にて示す模式図である。 実施例の電磁継電器１の一実施形態におけるプランジャ６（可動鉄心）の凸部６ａの形態を示す模式図である。 実施例の電磁継電器１の一実施形態のヨーク１２（第一板状部材）の凹部１２ａの形態を示す模式図である。 実施例の電磁継電器１の一実施形態のプランジャ６の凹部６ａａとヨーク１２の凸部１２ａａ及び背面凹部１２ｃａの形態を示す模式図である。 実施例の電磁継電器１の一実施形態の外観を示す模式図である。 実施例の電磁継電器１の一実施形態における固定接点２と可動接点３の形態を示す模式図である。 実施例の電磁継電器１の一実施形態におけるストロークと吸引力の特性の調整態様を示す模式図である。 実施例の電磁継電器１の一実施形態におけるプランジャ６の凸部６ａとヨーク１２の凹部１２ａ及び背面凸部１２ｃｂの形態を示す模式図である。 実施例の電磁継電器１の一実施形態における消弧グリッド２２の設置態様を示す模式図である。 実施例の電磁継電器１の一実施形態におけるアークランナ２３の設置態様を示す模式図である。 実施例の電磁継電器１の一実施形態におけるヨーク１２の延長部１２ｃが永久磁石１９を保持する形態を示す模式図である。 実施例の電磁継電器１の一実施形態における接続筐体１８（樹脂成形部材）の傾斜面１８ａと平面１８ｂの形態を示す模式図である。 実施例の電磁継電器１の一実施形態においてヨーク１２が背面凸部１２ｃｂを有する場合の接続筐体１８（樹脂成形部材）の形態を示す模式図である。 実施例の電磁継電器１の一実施形態におけるヨーク１２の延長部１２ｃが永久磁石１９を保持する形態の変形例を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。

本実施例の電磁継電器１は図１に示すように、一対の固定接点２と、これらの固定接点２にそれぞれ対応し、固定接点２に対して接離方向に変位可能な一対の可動接点３とを有する接点部を有する。電磁継電器１は、一対の可動接点３を保持して接離方向に移動する可動子４と、可動子４に連結されるシャフト５（軸芯）と、接離方向に相対移動可能にシャフト５に連結されるプランジャ６（可動鉄心）を含む。以下、可動子４の変位方向に対して、可動接点３が固定接点２に接近する方向あるいは可動接点３から見て固定接点２に向かう方向を接近方向、可動接点３が固定接点から離れる方向あるいは可動接点３からみて接近方向とは逆の方向を離隔方向と称する。

さらに、電磁継電器１は、プランジャ６を接離方向の接近方向に駆動する駆動部７と、シャフト５を接離方向の離隔方向に付勢する復帰バネ８と、を含むとともに、可動子４を接離方向の接近方向に付勢する接圧バネ９を含む。

本実施例の駆動部７は、図１に示すように、固定鉄心を構成する磁性部材としてヨーク１０（第二板状部材）、ヨーク１１、ヨーク１２（第一板状部材）を含み、ヨーク１０とコイル１３との間の絶縁を確保する絶縁バリア１４を含む。本実施例のヨーク１０は、一枚の板状部材をＵ字状に折り曲げて形成される。ヨーク１０〜１２は磁気回路を構成する継鉄である。加えて、電磁継電器１はコイル１３が巻回されるリール状のボビン１５を含む。絶縁バリア１４及びボビン１５は例えば合成樹脂により構成される。

本実施例の電磁継電器１は、図１に示すように駆動部筐体１６、接点部筐体１７、接続筐体１８を有している。駆動部筐体１６は例えばモールド樹脂により構成されて有底箱形状をなし、上述した駆動部７を内包する。接続筐体１８及び接点部筐体１７もモールド樹脂により構成される。

駆動部筐体１６の底部にはほぼ円筒状の突起部１６ａが設けられて、ヨーク１０には突起部１６ａよりも大径の孔部１０ａが設けられる。またヨーク１０はヨーク１２と組み合わせる為の切り欠き１０ｂと、組立後においてヨーク１２よりも接点部側に延長する一対の延長部１０ｃを有している。切り欠き１０ｂは、図１図示奥行き方向に形成されている。本実施例では、一対の延長部１０ｃにはそれぞれ対応する一対の平板状の永久磁石１９が磁力に基づいて保持される。永久磁石１９は接離方向と垂直をなす極性方向を有している。

プランジャ６のヨーク１２に対向する側は図２に示すように部分円錐柱状の凸部６ａを有しており、図３に示すようにヨーク１２は凸部６ａに対応する凹部１２ａを有している。凹部１２ａの中央にはシャフト５を挿通する挿通穴１２１が形成される。また図３に示すようにヨーク１２は切り欠き１０ｂに嵌合する嵌合片１２ｂを有している。なお、図４に示すように凸凹を相互に置換して、プランジャ６が凹部６ａａを有し、ヨーク１２が凸部１２ａａを有することとしてもよい。なおプランジャ６の凸部６ａ又は凹部６ａａは例えば切削加工により、ヨーク１２の凹部１２ａ又は凸部１２ａａは例えばプレス加工により形成される。

駆動部筐体１６に対してヨーク１０とヨーク１１を載置すると、突起部１６ａは孔部１０ａを挿通した後、ヨーク１１の内周側に挿通され、円筒状のヨーク１１が挿通した突起部１６ａにより位置決めされる。ヨーク１０も駆動部筐体１６の両側壁に挟持されて位置決めがなされる。

この後で、絶縁バリア１４が嵌合されたボビン１５を上側から挿入し、プランジャ６とシャフト５の組立体をヨーク１１に挿入して、その上にヨーク１２が位置するようヨーク１０の切り欠き１０ｂに嵌合片１２ｂを挿入して載置して、シャフト５を挿通穴１２１に挿通することで駆動部７が組み立てられる。さらに、接点部筐体１７に対する嵌合形状を有するほぼ平板状の接続筐体１８がヨーク１２の上に載置される。

さらに、シャフト５の上側に、接圧バネ９が挿通され可動子４の孔部４ａがシャフト５に嵌合される。また、シャフト５の可動子４から上方に突出する端部に復帰バネ８が挿通され、挿通バネ８の離隔方向側の端部（図１図示下端）が可動子４の上面に当接される。

接点部筐体１７は、固定接点２が端部に配置されたほぼ円柱状の一対の固定端子２１を固定する機能を有して、駆動部筐体１６の開口から挿入され駆動部筐体に嵌合されて固定接点２と可動接点３を対向させる。さらに接点部筐体１７は、復帰バネ８の接近方向側の端部（図１図示上端）を穴部１７ａにより拘束し固定する。接点部筐体１７は、延長部１０ｃの外面と永久磁石１９の内面を保持した後、嵌合箇所を接着剤により接着、溶接又は蝋付けして、必要により密閉処理がなされる。組立後の電磁継電器１の外観は図５に示す形態をなす。図５に示すように、直流回路上に本実施例の電磁継電器１を挿入するための二箇所の端子Ｓ１、Ｓ２が接点部筐体１７から露出している。

なお、固定端子２１はそれぞれ一方の固定接点２に対応するものであり、固定端子２１の離隔方向側の端部（図１図示下端）において、固定接点２は可動接点３に対向する固定端子２１の部位に設置される。本実施例では、可動接点３と固定接点２はともに図６に示すように、相互に接触する部位が中心よりに限定されるような部分球面状をなす。可動接点３と固定接点２はともに銅系材料により構成されてもよいし、貴金属材料により構成されてもよい。可動子４はシャフト５の径方向の双方に延びる板状をなし、可動接点３は板状の可動子４の両端に設けられる。

本実施例の電磁継電器１は、上述したように、左右一対の接点を有するプランジャタイプのリレーである。本実施例では図１中の左右一対の固定端子２１は接続遮断対象となる直流回路のいずれかの箇所に挿入される。駆動部７のコイル１３の端子部は例えば図示しないＰＷＭ制御回路の入出力インターフェースに接続されて励磁電流が適宜制御される。

コイル１３の端子部に励磁電流が印加されない状態において、復帰バネ８の付勢力に基づいてシャフト５は図１中下方に付勢されて、固定接点２と可動接点３とが開状態へ遷移し、又は開状態が維持される。図１に示される開状態及び閉状態から開状態に至る遷移状態においては、復帰バネ８の付勢力によりシャフト５はプランジャ６を図１中上側から下側に押圧するため、プランジャ６の底部は常に駆動部筐体１６の突起部１６ａに当接される。

端子部に励磁電流が印加されると、コイル１３及びヨーク１０〜１２に発生するプランジャ６を図１中上方に吸引する力により、プランジャ６は上方に押圧されて、シャフト５及び可動子４が上方に移動して、可動接点３は固定接点２に接触して可動接点３と固定接点２とが閉状態となり、又は閉状態が維持される。

この接点の開閉動作においてアークが発生した場合は、上述した接離方向における電流の方向と、永久磁石１９の極性方向に基づいて定まるローレンツ力が働く方向に、アークは吹き飛ばされる。本実施例ではローレンツ力が働く方向は接点の並列方向と永久磁石１９の極性方向に垂直な方向としている。

ここで、可動鉄心（プランジャ）のストロークと吸引力特性とは、図７に示すように、可動鉄心の凸部の部分円錐を鈍角型とする場合と、鈍角型に対して頂面を小さめとし側面を大きめとする鋭角型（つまり鋭角型の方が鈍角型よりも側方視で三角に近い形態となる）とする場合で異なるが、凸部を具備しないフラット型の可動鉄心に対して双方ともに低ストローク領域での吸引力が小さくなる。また、図７に示すバネ負荷特性に対して、高ストローク領域では鈍角型は鋭角型よりも追従性が高く、低ストローク領域では鋭角型の追従性が高い。このことは可動鉄心に凹部を形成し、ヨークに凸部を形成した組合せでも同様である。

本実施例の電磁継電器１では、このように凸部６ａ及び凹部１２ａの部分円錐形状の頂面と側面の比率の調整により、ストロークに対する吸引力の調整を行うことができる。つまり、電磁継電器１は固定鉄心側にプランジャ６の凸部６ａに対応する円柱状固定鉄心を有する必要がなく、部品点数を削減しコスト削減を図った上で動作特性の適正化を図ることができる。

なお図４に示したようにプランジャ６が凹部６ａａを有しヨーク１２が凸部１２ａａを有する場合に凸部１２ａａの背面に背面凹部１２ｃａを設けることによって、凸部１２ａａと凹部６ａａのストローク方向の深さをより長く設定することができる。本実施例はこれによっても動作特性の適正化の自由度を高めることができる。もちろん図８に示すようにプランジャ６が凸部６ａを有しヨーク１２が凹部１２ａを有する場合においても凹部１２ａの背面に背面凸部１２ｃｂを設けることとしてもよい。

なお、上述した実施例の電磁継電器１においてローレンツ力が働く方向に、図９に示すような、例えば鉄系材料の平板を重ねた消弧グリッド２２を設置して、アークを複数の平板に分割して吸収させて消弧を行ってもよい。また、図１０に示すように、例えば銅系材料により構成されるホーン型のアークランナ２３を設置して、アークの延在する空間距離を徐々に増大させてアークの消弧を行ってもよい。

また永久磁石１９を保持する固定鉄心はヨーク１０の延長部１０ｃとすること以外にも、図１１に示すようにヨーク１２に延長部１２ｃを形成し、この延長部１２ｃにより二対の永久磁石１９を保持することとしてもよい。なおヨーク１２は板材を折り曲げ加工することによって構成される。この場合図１１に示すように、固定接点２と可動接点３の組合せが並列する方向に対して垂直な方向が永久磁石１９の極性方向となるように、延長部１２ｃをヨーク１２に設けてもよい。

これらのいずれの形態でもヨークの延長部に永久磁石１９を保持させるので、別個のヨークの設置つまりは部品点数の増大を防止できる。特に図１１などのように二対の永久磁石１９を用いる形態では、向かい合う永久磁石１９の極性を対向又は相反させることにより、端子Ｓ１、Ｓ２間に印加する電圧の方向つまり上述した直流回路の電流の流れる方向を逆にした場合に、ローレンツ力の働く方向が接点部の内方となりアークを内側、つまり他方の接点対に向かう方向に吹き飛ばしてしまうことを防止することができる。

また電磁継電器１においては、図１２に示すようにヨーク１２の接点部側に接続筐体１８（樹脂成形部材）を設置し、接続筐体１８は挿通穴１２１に対応する孔部１８１を有し孔部１８１の外縁から駆動部７側に傾斜する傾斜面１８ａと傾斜面１８ａの外縁からシャフト５に垂直をなして外周側に延びる平面１８ｂを有することとしている。

図１２の実施例では、平面１８ｂに固定接点２と可動接点３の摩耗粉が落下しても、傾斜面１８ａにより摩耗粉が径方向内側に移動することが阻止され、孔部１８１及び挿通穴１２１に摩耗粉が入り込んでシャフト５の動作が阻害されることを防止できる。

なお図１２ではヨーク１２の接点部側が平面である形態を示しているが、この形態に限られない。例えばヨーク１２が、背面凸部１２ｃｂを有する場合には、図１３に示すように傾斜面１８ａとその内周側に位置する部分の接続筐体１８の肉厚を背面凸部１２ｃｂに対応させて薄く形成して、背面凸部１２ｃｂに対応する凹部形状１８ｃを接続筐体１８に具備させることができる。

以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。

例えば延長部１２ｃの形態は図１１に示した形態の他に図１４に示すように、ヨーク１２の長手方向の端部より内側に一対設置することもできる。この場合において延長部１２ｃはヨーク１２と一体的に形成されてもよいし、延長部１２ｃをなす板状部材をヨーク１２に後付け（つまり板状部材としては別個とする）で磁気回路の一部をなすように接合又は接触する形態としてもよい。ここで単に接触する形態を選択する場合には、延長部１２ｃを永久磁石１９とともに接点部筐体１７の有する図示しない収容部に収容してから、接点部筐体１７を駆動部筐体１６に組み付ける段階にて接触させることができる。

本発明は、電磁継電器に関するものであり、主に固定鉄心の構造を簡略化してコストダウンを図りダウンサイジング性も高めることができる。このため、本発明は、家庭用又は産業用に用いられる電磁継電器に適用して有益なものである。

１ 電磁継電器
２ 固定接点
３ 可動接点
４ 可動子
５ シャフト（軸芯）
６ プランジャ（可動鉄心）
６ａ 凸部
６ａａ 凹部
７ 駆動部
８ 復帰バネ
９ 接圧バネ
１０ ヨーク（第二板状部材）
１０ａ 孔部
１０ｂ 切り欠き
１０ｃ 延長部
１１ ヨーク（円筒状）
１２ ヨーク（第一板状部材）
１２１ 挿通穴
１２ａ 凹部
１２ａａ 凸部
１２ｂ 嵌合片
１２ｃａ 背面凹部
１２ｃｂ 背面凸部
１２ｃ 延長部
１３ コイル
１４ 絶縁バリア
１５ ボビン
１６ 駆動部筐体
１７ 接点部筐体
１８ 接続筐体
１８１ 孔部
１８ａ 傾斜面
１８ｂ 平面
１９ 永久磁石
２１ 固定端子
２２ 消弧グリッド（消弧手段）
２３ アークランナ（消弧手段）

Claims (5)

1. 固定接点と、当該固定接点に対して接離方向に変位可能な可動接点とを有する接点部と、
   前記可動接点に軸芯を介して連結される可動鉄心と、コイルと、前記軸芯を挿通する挿通孔を有する第一板状部材と前記コイルを外包する第二板状部材とを備える固定鉄心と、を有する駆動部と、
   前記接離方向と垂直をなす極性方向を有する永久磁石と、を含み、
   前記第一板状部材と前記第二板状部材のいずれかが前記接点部の側に延長される延長部を有し、当該延長部が前記永久磁石を保持することを特徴とする電磁継電器。
2. 前記固定接点と前記可動接点との間に発生するアークを消弧する消弧手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の電磁継電器。
3. 前記消弧手段は消弧グリッド又はアークランナであることを特徴とする請求項２に記載の電磁継電器。
4. 固定接点と、当該固定接点に対して接離方向に変位可能な可動接点とを有する接点部と、
   前記可動接点に軸芯を介して連結される可動鉄心と、コイルと、前記軸芯を挿通する挿通孔を有する第一板状部材と前記コイルを外包する第二板状部材とを備える固定鉄心と、を有する駆動部と、
   前記接離方向と垂直をなす極性方向を有する永久磁石と、を含み、
   前記第一板状部材と前記第二板状部材のいずれかが前記接点部の側に延長される延長部を有し、当該延長部が前記永久磁石を保持しており、
   前記第一板状部材の前記接点部の側に樹脂成形部材が設置され、
   当該樹脂成形部材は前記挿通孔に対応する孔部を有し、当該孔部の外縁から前記駆動部の側に傾斜する傾斜面と、当該傾斜面の外縁から前記軸芯に垂直をなす平面とを有することを特徴とする電磁継電器。
5. 前記樹脂成形部材は前記第一板状部材を覆っていることを特徴とする請求項４に記載の電磁継電器。

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