JP6681579B2

JP6681579B2 - 電磁石装置、及びそれを用いた電磁継電器

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Publication number: JP6681579B2
Application number: JP2015133102A
Authority: JP
Inventors: 昌一小林
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2035-07-01
Also published as: US10483064B2; DE112016003019T5; CN107615437B; WO2017002350A1; US20180277324A1; JP2017016908A; CN107615437A

Description

本発明は、一般的に、電磁石装置及びそれを用いた電磁継電器、より詳細には、励磁コイルから発生した磁力で移動する可動鉄心を有する電磁石装置、及びそれを用いた電磁継電器に関する。

従来、第１の励磁コイルへの通電時に第１の励磁コイルで生じる磁束によって第１の固定子に可動子を吸引し、可動子を第２の位置から第１の位置へ移動させる電磁石装置を備えた電磁継電器が知られている（例えば特許文献１参照）。一般的に、励磁コイルで生じる磁束は、励磁コイルを流れる電流によって変化する。

特開２０１５−４６３７７号公報

特許文献１の電磁石装置では、第１の励磁コイルを流れる電流が変動すると、第１の固定子に可動子を吸引する吸引力が変動する可能性があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされ、励磁コイルを流れる電流が変動しても固定子に可動子を吸引する吸引力の変動を抑制できる電磁石装置、及びそれを用いた電磁継電器を提供することを目的とする。

本発明の電磁石装置は、励磁コイルと、前記励磁コイルと磁気的に結合された固定子と、前記励磁コイルに電流が流れた際に前記励磁コイルに生じる磁束によって前記固定子に吸引されて一方向へ移動し、かつ前記固定子に接する位置まで移動する可動子と、第１端部が前記固定子と磁気的に結合され、前記第１端部と異なる第２端部が、前記固定子と前記可動子とが並ぶ前記一方向において前記可動子に対して前記固定子とは反対側に配置され、前記励磁コイルに生じる前記磁束の磁路の一部を形成する継鉄と、前記継鉄の前記第２端部に設けられ、前記継鉄と前記固定子と前記可動子との各々に磁気的に結合された継鉄延長部とを備え、前記継鉄延長部は、前記固定子における前記可動子と接する部位よりも前記一方向へ突出するように形成され、前記可動子は、前記固定子と接する接触端、及び前記接触端に対して前記固定子と反対側の非接触端を有し、前記一方向と直交する方向において、前記接触端から前記継鉄延長部までの距離よりも、前記非接触端から前記継鉄延長部までの距離が大きくなっていることを特徴とする。
本発明の電磁石装置は、励磁コイルと、前記励磁コイルと磁気的に結合された固定子と、前記励磁コイルに電流が流れた際に前記励磁コイルに生じる磁束によって前記固定子に吸引されて一方向へ移動し、かつ前記固定子に接する位置まで移動する可動子と、第１端部が前記固定子と磁気的に結合され、前記第１端部と異なる第２端部が、前記可動子に対して前記固定子とは反対側に配置され、前記励磁コイルに生じる前記磁束の一部を形成する継鉄と、前記継鉄の前記第２端部に設けられ、前記継鉄と前記固定子と前記可動子との各々に磁気的に結合された継鉄延長部とを備え、前記継鉄延長部は、前記固定子における前記可動子と接する部位よりも前記可動子と接する部位よりも前記一方向へ突出するように形成され、前記励磁コイルに電流が流れているとき、前記継鉄と前記継鉄延長部と前記固定子とで形成される第１磁路と、前記継鉄と前記継鉄延長部と前記可動子と前記固定子とで形成される第２磁路と、が形成され、前記第１磁路の磁気抵抗は、前記第２磁路の磁気抵抗よりも小さいことを特徴とする。

この電磁石装置において、前記固定子は、前記継鉄と別体に形成されたことも好ましい。

この電磁石装置において、前記固定子は、前記継鉄の前記第１端部と一体に形成されたことも好ましい。

この電磁石装置において、前記可動子は、前記固定子と接する接触端、及び前記接触端に対して前記固定子と反対側の非接触端を有し、前記一方向と直交する方向において、前記接触端から前記継鉄延長部までの距離よりも、前記非接触端から前記継鉄延長部までの距離が大きくなっていることも好ましい。

本発明の電磁継電器は、上記した電磁石装置と、接点装置とを備え、前記接点装置は、固定接点及び可動接点を有し、前記可動子の移動に伴って前記可動接点が移動することにより、前記可動子が前記固定子に接するときに前記可動接点が前記固定接点に接する閉状態となり、前記可動子が前記固定子に接していないときに前記可動接点が前記固定接点に接していない開状態となり、前記電磁石装置と前記接点装置とは前記一方向に並んでいることを特徴とする。

本発明によれば、継鉄延長部が固定子における可動子と接する部位よりも一方向へ突出するように形成されたことにより、励磁コイルを流れる電流が変動しても固定子に可動子を吸引する吸引力の変動を抑制できる。

実施形態１に係る電磁継電器を示す概略断面図である。実施形態１に係る電磁石装置を通る磁束を説明する要部断面図である。実施形態１に係る継鉄延長部の突出寸法と吸引力の大きさとの関係を示すグラフである。実施形態１の変形例１に係る電磁継電器を示す概略断面図である。実施形態１の変形例２に係る電磁継電器を示す概略断面図である。実施形態２に係る電磁継電器を示す概略断面図である。実施形態２に係る電磁継電器の接続例を示す概略回路図である。実施形態３に係る電磁継電器を示す概略断面図である。

（実施形態１）
本実施形態の電磁石装置１及び電磁石装置１を用いた電磁継電器１００について、図１、図２及び図３を参照して説明する。ただし、以下に説明する電磁継電器１００は、本発明の一例に過ぎず、本発明は、下記実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、本実施形態では図１に示す上方向の矢印の向きを上方向と定義し、右方向の矢印の向きを右方向として説明するが、この方向は便宜上定めた方向であり、この方向に限定される趣旨ではない。

本実施形態の電磁継電器１００は、例えば電気自動車に搭載され、電気自動車の走行用のバッテリと負荷とをつなぐ電路に接続されて用いられる。電磁継電器１００は、電気自動車のＥＣＵ（Electronic Control Unit）からの制御信号に応じて、走行用のバッテリと負荷との間を電気的に接続又は遮断して、走行用のバッテリから負荷への直流電力の供給状態を切り替える。

まず、電磁石装置１について説明する。電磁石装置１は、励磁コイル２と、固定子３と、可動子４と、継鉄５と、継鉄延長部６とを備える。本実施形態の電磁石装置１はさらに、復帰ばね３２と、筒体５３とを備えている。電磁石装置１は、励磁コイル２への通電時に励磁コイル２で生じる磁束によって固定子３に可動子４を吸引し、可動子４を第２の位置から第１の位置へ移動させる。

継鉄５と、継鉄延長部６と、固定子３と、可動子４とは各々、磁性材料から形成され、励磁コイル２の通電時に生じる磁束の磁路を形成する。

継鉄５は、継鉄上板５１（第１端部）と、継鉄下板５２（第２端部）と、継鉄側板５０とを具備している。継鉄５は、例えば鉄、ＳＵＳ（Steel Special Use Stainless）などの材料からなる。

継鉄上板５１及び継鉄下板５２の各々は矩形板状に形成されている。継鉄上板５１及び継鉄下板５２は、一方向Ｄ１に並べてられていて、かつ一方向Ｄ１と直交する面と平行に配置されている。継鉄側板５０は、継鉄上板５１の四辺及びその四辺の各々に対応する継鉄下板５２の四辺を連結する。本実施形態の継鉄側板５０と継鉄下板５２とは１枚の板から一体に形成されている。以下では、励磁コイル２の中心軸方向を上下方向とし、励磁コイル２から見て継鉄上板５１側を上方、継鉄下板５２側を下方として説明するが、電磁継電器１００の使用形態を限定する趣旨ではない。

継鉄上板５１と継鉄下板５２と継鉄側板５０とで囲まれた空間には、励磁コイル２と、継鉄延長部６と、筒体５３と、固定子３の一部とが配置されている。また筒体５３内には、上述した固定子３の一部と、可動子４とが配置されている。励磁コイル２は、中心軸が一方向Ｄ１（上方向）に沿うように継鉄上板５１と継鉄下板５２との間に配置されている。

筒体５３は、円筒状の周壁５３２と、周壁５３２の底面を構成する底板５３１とからなる有底円筒状に形成されている。筒体５３は非磁性材料で形成されている。筒体５３は、励磁コイル２の中心軸と同軸となるように配置されている。筒体５３の開口部の縁部分は、継鉄上板５１に固定されている。筒体５３の底板５３１は、継鉄延長部６の内側に嵌合する。周壁５３２の一部は継鉄延長部６に覆われている。継鉄延長部６は、その下端部が継鉄下板５２の孔に嵌合している。また、継鉄下板５２は、可動子４に対して固定子３とは反対側に配置されていることになる。

筒体５３は、固定子３と可動子４とを周壁５３２の内側に収納している。可動子４は、固定子３の下端面よりも下方向に配置されている。可動子４と固定子３とは各々、励磁コイル２の中心軸と同軸となるように一方向Ｄ１（上方向）に並んで配置されている。

固定子３は固定鉄心である。固定子３は、継鉄上板５１の下面の中央部から下方に突出し、下方に向けて開口している有底筒状に形成されている。固定子３の上端部は、継鉄上板５１の中央部に形成された嵌合孔に嵌合している。固定子３は、励磁コイル２の中心軸と同軸となるように継鉄上板５１に固定されている。固定子３の外径は、後述する継鉄延長部６の内径よりも小さく形成されている。固定子３における継鉄上板５１の下端面から下方向に突き出た部位（固定子３の一部）は、筒体５３に収納されている。

固定子３は、下方に向けて開口している有底筒状に形成されている。固定子３は、継鉄上板５１と磁気的に結合されている。本実施形態の固定子３は、継鉄５と別体に形成されている。固定子３は、例えば電磁ステンレス鋼、磁性紛体（磁性粉末）、フェライトなどで形成されている。固定子３の中心軸周辺に形成されている収納空間３３には、復帰ばね３２が収納されている。

可動子４は可動鉄心である。可動子４は、円柱状に形成されている。可動子４は、例えば電磁ステンレス鋼、磁性紛体（磁性粉末）、フェライトなどで形成されている。なお、磁性粉末を用いる場合、可動子４及び固定子３は、磁性粉末と合成樹脂などの絶縁材料とを混合し、成型、熱硬化することによって形成される。可動子４の中央部には、可動子４と同軸となるようにねじ孔が形成されている。そのねじ孔には、後述する棒状のシャフト４１がねじ込まれている。シャフト４１は可動子４に固定されている。

可動子４は、筒体５３に収納された状態で、固定子３の下方に配置される。可動子４の上端面は固定子３の下端面に対向している。可動子４の外径は固定子３の外径よりもわずかに小さく形成されている。そのため可動子４の外径は継鉄延長部６の内径よりも小さくなっており、継鉄延長部６の内側を継鉄延長部６の内側面に沿って上方向又は下方向に移動することができる。例えば可動子４は、励磁コイル２の中心軸と同軸となるように配置された状態で、一方向Ｄ１に沿って移動できる。可動子４は、励磁コイル２に電流が流れた際に励磁コイル２に生じる磁束Ｆ３によって固定子３に吸引されて一方向Ｄ１へ移動し、かつ固定子３に接する位置まで移動する。可動子４は、その上端面が固定子３の下端面に接する第１の位置と、その上端面が固定子３の下端面から離れて接していない第２の位置との間で移動可能に構成されている。以下、固定子３における可動子４と接する下端面（固定子３における可動子４と接する部位）のことを接触面３１と呼ぶ。つまり可動子４が接触面３１に接した位置が第１の位置となる。また、本実施形態における第２の位置とは、シャフト４１及び可動接触子１１３を介して可動子４を上方へ付勢する接圧ばね１１４のばね力と、可動子４を下方へ付勢する復帰ばね３２のばね力とがつり合った状態における可動子４の位置のことである。

復帰ばね３２は、固定子３の内側に配置されており、可動子４を下方へ付勢するコイルばねである。可動子４が第２の位置にある場合、復帰ばね３２の下端は収納空間３３から下方に突き出ている。可動子４が第１の位置にある場合、復帰ばね３２は可動子４の上端面に接して可動子４から上向きの力を受けて縮み、収納空間３３に収まる。そのため、可動子４は、第１の位置で固定子３と接する。

筒体５３の深さは、底板５３１から固定子３の接触面３１までの距離が可動子４の上下方向の寸法よりも大きくなるように定められている。具体的に言うと、筒体５３の深さは、可動子４が固定子３に接した状態で、可動子４の下端面と筒体５３の底板５３１との間にギャップ長Ｇ１が生じるように定められている。

継鉄延長部６は、両端が開口している円筒状に形成されている。継鉄延長部６の下端部は、継鉄下板５２の中央部に形成された嵌合孔に嵌合している。継鉄延長部６は、励磁コイル２の中心軸と同軸となるように継鉄下板５２に固定されている。つまり継鉄延長部６は継鉄下板５２に設けられている。継鉄延長部６は、継鉄下板５２の上面から一方向Ｄ１に沿って上方に突出している。継鉄延長部６は、継鉄下板５２の上面から、固定子３の接触面３１よりも一方向Ｄ１へ突出するように形成されている。つまり、継鉄延長部６における継鉄下板５２の上面からの突出寸法Ｌ３が、継鉄下板５２の上面から固定子３の接触面３１までの寸法Ｌ２よりも大きくなるように定められている。本実施形態の継鉄延長部６の突出寸法Ｌ３は、寸法Ｌ２よりも接触面３１突出寸法Ｌ１だけ突出するように定められている。継鉄延長部６は、突出寸法Ｌ１だけ接触面３１より上方に突出していることにより、一方向Ｄ１と直交する方向において固定子３の外周部分と重なる重複部を有する。継鉄延長部６は、重複部において固定子３と磁気的に結合されている。また継鉄延長部６の内側には、筒体５３を介して可動子４が配置されているので、継鉄延長部６は可動子４と磁気的に結合されている。つまり継鉄延長部６は、継鉄５と固定子３と可動子４との各々に磁気的に結合されている。

上述した構成により、可動子４は、励磁コイル２に通電されていないとき（非通電時）には、固定子３との間に磁気吸引力が生じないため、復帰ばね３２のばね力によって第２の位置に位置することになる。一方、励磁コイル２に通電されると、可動子４は、固定子３との間に磁気吸引力が生じるため、復帰ばね３２のばね力に抗して上方に引き寄せられ第１の位置に移動する。

このように、電磁石装置１は、励磁コイル２の通電状態の切り替えにより可動子４に作用する吸引力を制御し、可動子４を上方向又は下方向に移動させる。

次に、電磁継電器１００について説明する。電磁継電器１００は、電磁石装置１と、接点装置１１とを備える。接点装置１１と電磁石装置１とは一方向Ｄ１に並べて配置されている。本実施形態の電磁継電器１００は、例えば電気自動車に搭載され、電気自動車の走行用のバッテリと負荷とをつなぐ電路に接点装置１１を挿入するように接続されて用いられる。

本実施形態の電磁継電器１００はさらに、シャフト４１と、ケース１６と、連結体１７と、励磁用電源に接続される一対の入力端子とを備えている。一対の入力端子の各々は、励磁コイル２の両端に電気的に接続されている。一対の入力端子は、電気自動車のＥＣＵからの制御信号に応じてオンとオフとが切り替わるスイッチング素子を介して、励磁用電源に接続されている。電気自動車のＥＣＵは、スイッチング素子をオン又はオフに切り替えることにより、励磁コイル２に流す電流を制御する。

本実施形態の接点装置１１は、一対の固定接点１２２と、一対の可動接点１２１と、一対の接点台１１１，１１２と、可動接触子１１３と、接圧ばね１１４とを有している。一対の接点台１１１，１１２は、導電性材料から形成されており、対応する固定接点１２２の各々を支持する。可動接触子１１３は、一対の可動接点１２１を支持する。接圧ばね１１４は、可動接点１２１が固定接点１２２に接する際の接圧を確保するために設けられている。接点装置１１は、可動子４の移動に伴って可動接点１２１が移動することにより、可動子４が固定子３に接するときに可動接点１２１が固定接点１２２に接する閉状態となる。接点装置１１は、可動子４の移動に伴って可動接点１２１が移動することにより、可動子４が固定子３に接していないときに可動接点１２１が固定接点１２２に接していない開状態となる。

接点装置１１は、固定接点１２２及び可動接点１２１を一対ずつ備えることにより、接点装置１１が閉じた状態で一対の接点台１１１，１１２間が可動接触子１１３を介して短絡する。したがって、接点装置１１は、走行用のバッテリからの直流電力が、一対の接点台１１１，１１２及び可動接触子１１３を通して負荷へ供給されるように、バッテリと負荷との間に挿入されている。

接点装置１１における一対の接点台１１１，１１２は、電磁石装置１の上方において一方向Ｄ１と直交する平面内に並ぶように配置されている。一対の接点台１１１，１１２の各々は、その平面内での断面形状が円形状となる円柱状に形成されている。一対の接点台１１１，１１２は、継鉄５に接合されたケース１６に固定されている。ケース１６は、下面が開口し、上面に上板１６１を有する箱状に形成されており、継鉄上板５１との間に固定接点１２２及び可動接点１２１を収納する。ケース１６は、たとえばセラミックなどの耐熱性材料より形成されており、その開口周部が継鉄上板５１の上面の周縁部に対して、連結体１７を介して接合されている。

一対の接点台１１１，１１２の各々の下端部には固定接点１２２が設けられている。一対の接点台１１１，１１２は、ケース１６の上板１６１に形成された丸孔に挿通されてケース１６に接合されている。一対の接点台１１１，１１２の各々の上端部は、上板１６１から上方に露出している。その上端部の左右方向の寸法は、上板１６１から下方に突き出ている一対の接点台１１１，１１２の各々の外径よりも大きくなっている。

本実施形態の電磁継電器１００におけるケース１６と連結体１７と継鉄上板５１と筒体５３とは、内部に気密空間を形成する気密容器を形成している。気密容器内には水素を主体とする消弧ガスが封入されている。これにより、気密容器内に収納されている固定接点１２２及び可動接点１２１において開極する際にアークが発生したとしても、アークは消弧ガスによって急速に冷却され迅速に消弧可能になる。なお、本実施形態では、ケース１６と連結体１７と継鉄上板５１と筒体５３とにより、内部に気密空間を形成する気密容器を形成しているが、固定接点１２２及び可動接点１２１は気密容器に収納される構造に限らない。

可動接触子１１３は、導電性材料から矩形板状に形成されており、その長手方向の両端部を一対の接点台１１１，１１２の下端部に対向させるように一対の接点台１１１，１１２の下方に配置されている。可動接触子１１３のうち、各接点台１１１，１１２に設けられている固定接点１２２に対向する各部位には、可動接点１２１がそれぞれ設けられている。可動接触子１１３の中央部には、棒状のシャフト４１を通すための孔が形成されている。その孔は、シャフト４１の軸と直交する方向の寸法よりもわずかに大きくなるように形成されている。そのためシャフト４１は可動接触子１１３に対して上下方向に移動自在となっている。

可動接触子１１３は、可動子４の移動に伴って上方向又は下方向に移動する。これにより、可動接触子１１３に設けられている各可動接点１２１は、それぞれ対応する固定接点１２２に接する閉位置と、固定接点１２２から離れた開位置との間で移動する。可動接点１２１が閉位置にあるとき、つまり接点装置１１が閉じた状態では、接点台１１１と接点台１１２とは可動接触子１１３を介して短絡する。したがって、接点装置１１が閉じた状態では、電気自動車の走行用のバッテリから負荷に直流電力が供給される。なお、本実施形態では可動接点１２１と可動接触子１１３とは別体に形成されているが、一体に形成されていてもよい。

接圧ばね１１４は、固定子３と可動接触子１１３との間に配置されており、可動接触子１１３を上方へ付勢するコイルばねである。接圧ばね１１４のばね力は復帰ばね３２のばね力よりも小さく設定されている。

シャフト４１は、非磁性材料にて棒状に形成されている。シャフト４１は、可動子４の移動に伴って可動接触子１１３を移動可能な状態にする。シャフト４１の上端部は、シャフト４１が通されている可動接触子１１３の孔の周部に重なる鍔部４２が形成されている。シャフト４１は、接圧ばね１１４と固定子３と復帰ばね３２との内側を通された状態で、その下端部が可動子４に固定されている。

次に、電磁継電器１００の動作について説明する。図１は励磁コイル２の通電時における電磁継電器１００の状態を示している。可動子４が第２の位置から第１の位置に移動すると、シャフト４１の鍔部４２は上方向に移動する。可動接触子１１３は接圧ばね１１４に押されて上方に移動し、一対の可動接点１２１が一対の固定接点１２２に接する。このとき、シャフト４１は、可動接点１２１が固定接点１２２に接した後さらに押し上げられている。可動接触子１１３は、接圧ばね１１４によって上方へ付勢されているので、一対の可動接点１２１と一対の固定接点１２２との間の接圧（接触圧）を確保することができる。この状態（図１の状態）では、接点装置１１は閉じた状態にあるので、一対の接点台１１１，１１２間は導通する。

一方、励磁コイル２の非通電時において、可動子４が第１の位置から第２の位置に移動すると、シャフト４１の鍔部４２は下方向に移動する。可動接触子１１３は鍔部４２によって下方に押されて下方に移動し、可動接点１２１と固定接点１２２とが離れる。可動子４が第２の位置にあるとき、接圧ばね１１４のばね力と、復帰ばね３２のばね力とはつり合っている。このとき、可動接触子１１３は、シャフト４１の鍔部４２にて下方に（固定子３に近づく方向に）押し下げられた状態となっている。そのため、可動接触子１１３は、シャフト４１の鍔部４２によって上方への移動が規制される。一対の可動接点１２１は、対応する一対の固定接点１２２に接していない状態となる。この状態では、接点装置１１は開いた状態にあるので、一対の接点台１１１，１１２間は非導通である。

上述したように、電磁継電器１００は、電気自動車のＥＣＵからの制御信号に応じて電磁石装置１の可動子４を移動させて接点装置１１を開閉させることにより、走行用のバッテリから負荷への直流電力の供給状態を切り替えることができる。

ところで、継鉄延長部６の突出寸法Ｌ３は、固定子３における可動子４との接触面３１から継鉄下板５２の上面までの寸法Ｌ２よりも突出寸法Ｌ１だけ長く形成されている。以下、継鉄延長部６の効果について図２及び図３を参照して説明する。

図２は、励磁用電源から励磁コイル２に電流が流れた際に励磁コイル２に生じる磁束Ｆ１〜Ｆ３を模式的に示した図である。図２において、可動子４は、第１の位置にあって固定子３の接触面３１と接している。

磁束Ｆ３は、継鉄上板５１と、継鉄側板５０と、継鉄下板５２とを通る。磁束Ｆ３の一部の磁束Ｆ１が継鉄延長部６を通り、磁束Ｆ３のうち磁束Ｆ１を除く磁束Ｆ２が可動子４を通る。磁束Ｆ１と磁束Ｆ２とは固定子３を通るので、固定子３には磁束Ｆ３が通る。このように、磁束Ｆ３は、継鉄５と、継鉄延長部６と、可動子４と、固定子３とで形成される磁路を通る。なお、磁束Ｆ１及び磁束Ｆ２の各々は継鉄５を通るが、継鉄５を通る磁束は、磁束Ｆ１及び磁束Ｆ２を合成した磁束Ｆ３として図示する。

可動子４には、継鉄下板５２と継鉄延長部６と固定子３とで形成される磁路と、継鉄下板５２と継鉄延長部６と可動子４と固定子３とで形成される磁路とが形成されている。以下、継鉄下板５２と継鉄延長部６と固定子３とで形成される磁路を第１磁路と呼ぶ。継鉄下板５２と継鉄延長部６と可動子４と固定子３とで形成される磁路を第２磁路と呼ぶ。

継鉄延長部６の内側面と固定子３の外側面とは、一方向Ｄ１と直交する方向に突出寸法Ｌ１だけ重なり合うように配置されている。そのため、継鉄延長部６の内側面と固定子３の外側面とが一方向Ｄ１と直交する方向に重なり合っていない場合と比べて、第１磁路の磁気抵抗が小さくなる。継鉄延長部６の内側面と固定子３の外側面とが一方向Ｄ１と直交する方向に重なり合っていない場合と比べて、磁束Ｆ３における磁束Ｆ１の割合が大きくなり、磁束Ｆ１によって固定子３が磁気飽和状態になりやすくなる。固定子３が磁気飽和状態になると、磁束Ｆ２の大きさの変動が抑制される。

次に、可動子４が接触面３１からわずかに離れた状態、つまり可動子４が第１の位置と第２の位置との間であって第１の位置に近い位置にある場合について説明する。この場合の可動子４の位置を中間位置と呼ぶ。例えば継鉄延長部６の内側面と固定子３の外側面とが一方向Ｄ１と直交する方向に重なり合っていない場合、可動子４が中間位置にある場合と第１の位置にある場合とで、磁束Ｆ２の大きさが変動する。本実施形態では、継鉄延長部６の内側面と固定子３の外側面とが一方向Ｄ１と直交する方向に重なり合っているので、可動子４が中間位置にあっても、磁束Ｆ３における磁束Ｆ１の大きさがあまり変化しない。つまり、可動子４が中間位置にあっても、磁束Ｆ１によって固定子３の磁気飽和状態が維持されているので、磁束Ｆ２の大きさの変動が抑制される。

図３に示すグラフは、可動子４が固定子３に接する第１の位置にある場合における、固定子３が可動子４を吸引する吸引力の分析結果である。図３のグラフの縦軸は、固定子３が可動子４を吸引する吸引力である。言い換えると、縦軸は、第１の位置にある可動子４が固定子３に吸引される吸引力である。図３に示すグラフの横軸は、継鉄延長部６における継鉄下板５２の上面からの突出寸法Ｌ３である。点線Ｘ１は、励磁コイル２に電流Ｉ１を流した際に可動子４が第１の位置にある場合において、固定子３に可動子４を吸引する吸引力の大きさと、継鉄延長部６の突出寸法Ｌ３との関係を示している。実線Ｘ３は、励磁コイル２に電流Ｉ１のおよそ３倍の電流Ｉ３を流した際に固定子３に可動子４を吸引する吸引力の大きさと、継鉄延長部６の突出寸法Ｌ３との関係を示している。

次に、本実施形態の電磁石装置１における継鉄延長部６の効果について説明する。継鉄延長部６の突出寸法Ｌ３が、固定子３における可動子４との接触面３１から継鉄下板５２の上面までの寸法Ｌ２よりも小さい場合を本実施形態の比較例として説明する。比較例の電磁石装置１における継鉄延長部６の突出寸法Ｌ３は寸法Ｌ２よりも小さい。そのため、比較例の磁束Ｆ１よりも比較例の磁束Ｆ２のほうが大きくなる。つまり、比較例の電磁石装置１では、第１磁路を通る磁束Ｆ１よりも、第２磁路を通る磁束Ｆ２の方が大きくなる。

比較例の電磁石装置１では、励磁コイル２に電流Ｉ１が流れたときの吸引力（点線Ｘ１で示す吸引力）よりも、励磁コイル２に電流Ｉ３が流れたときの吸引力（実線Ｘ３で示す吸引力）のほうが大きい。継鉄延長部６の突出寸法Ｌ３が寸法Ｌ２に近づくように定められた場合であっても、実線Ｘ３で示す吸引力は、点線Ｘ１で示す吸引力の３倍以上大きくなっている。つまり従来の電磁石装置１では、励磁コイル２に流れる電流の大きさの変化に応じて、固定子３に可動子４を吸引する吸引力の大きさが変化している。

励磁コイル２に流れる電流Ｉ１，Ｉ３が変化する場合とは、例えば、励磁コイル２の周辺温度が変化する場合や、励磁コイル２の巻線抵抗によって励磁コイル２自体が発熱する場合などが考えられる。励磁コイル２に流れる電流の大きさの変化に応じて固定子３に可動子４を吸引する吸引力の大きさが変化すると、可動子４が第２の位置から第１の位置に移動して固定子３に接する際に生じる接触音の大きさが変化する可能性がある。可動子４が固定子３に接する際に生じる接触音の大きさのばらつきを抑えたいという要望があった。

一方、本実施形態の継鉄延長部６の内側面は、固定子３の外側面と一方向Ｄ１と直交する方向に突出寸法Ｌ１だけ重なり合っている。本実施形態の電磁石装置１の第１磁路の磁気抵抗は、第２磁路の磁気抵抗よりも小さい。そのため、励磁コイル２に流れる電流Ｉ１，Ｉ３が変化して磁束Ｆ３が変化しても、第１磁路を通る磁束Ｆ１によって固定子３が磁気飽和状態になりやすくなるので、磁束Ｆ２の変化が抑制される。

第１磁路を通る磁束Ｆ１により、固定子３は磁気飽和しやすくなる。具体的に言うと、磁束Ｆ１は磁束Ｆ２よりも大きいため、励磁コイル２を流れる電流が大きくなって磁束Ｆ３が大きくなると、磁束Ｆ１も大きくなり、かつ磁束Ｆ１は第１磁路を通って固定子３を磁気飽和状態になりやすくなる。励磁コイル２を流れる電流が大きくなって磁束Ｆ３が大きくなると、磁束Ｆ２も大きくなるが、固定子３は磁束Ｆ１によって磁気飽和状態になっているため、第２磁路を通る磁束Ｆ２の変動が抑制される。また、可動子４が第１の位置からわずかに離れた位置（中間位置）にあっても、磁束Ｆ１によって固定子３の磁気飽和状態が維持されているので、磁束Ｆ２の大きさの変動が抑制される。

本実施形態の電磁石装置１において、継鉄延長部６の突出寸法Ｌ３は、寸法Ｌ２よりも大きくなるように定められている。継鉄延長部６の突出寸法Ｌ３が寸法Ｌ２を超えると、励磁コイル２に電流Ｉ３が流れたときの吸引力（実線Ｘ３で示す吸引力）が急激に減少している。特に図３における範囲Ｒ１において、突出寸法Ｌ３が大きくなるにつれて実線Ｘ３は急激に減少して点線Ｘ１に近づく。範囲Ｒ１は、継鉄延長部６の突出寸法Ｌ３が、寸法Ｌ２以上であって、かつ実線Ｘ３と点線Ｘ１との差が最も小さくなる場合の突出寸法Ｌ４以下となる範囲である。

継鉄延長部６の内側面と固定子３の外側面とが突出寸法Ｌ１だけ対向する面の面積が増加するにつれて、継鉄延長部６と固定子３との磁気抵抗が小さくなるので、第１磁路の磁気抵抗が小さくなる。電流Ｉ１よりも大きい電流Ｉ３が励磁コイル２に流れている場合、電流Ｉ１が流れている場合よりも磁束Ｆ３は大きくなるが、第１磁路の磁気抵抗が小さいので、磁束Ｆ１も電流Ｉ３に応じて大きくなる。磁束Ｆ１が大きくなると固定子３は磁気飽和状態になりやすくなるので、可動子４と固定子３とを通る磁束Ｆ２は、比較例よりも減少する。

図３の範囲Ｒ１において、重複部の突出寸法Ｌ１を大きくしていくにつれて、実線Ｘ３は点線Ｘ１に近づく。つまり、寸法Ｌ２よりも突出寸法Ｌ３を大きくするにつれて、励磁コイル２を流れる電流が大きくなっても固定子３に可動子４を吸引する吸引力の変動を抑制する効果が大きい。なお、範囲Ｒ１を超えてさらに突出寸法Ｌ３を大きくすると、実線Ｘ３及び点線Ｘ１の両方の場合で、可動子４を吸引する吸引力が少しずつ減少していく。これは固定子３が磁気飽和状態であって、かつ第１磁路を通る磁束Ｆ１が大きくなるので、磁束Ｆ２がさらに小さくなるためであると推考される。

励磁コイル２を流れる電流が変動しても固定子３に可動子４を吸引する吸引力の変動が抑制されることにより、可動子４が第２の位置から第１の位置に移動して固定子３に接する際に生じる接触音の大きさのばらつきが抑制される。

以上説明したように、本実施形態の電磁石装置１は、励磁コイル２と、固定子３と、可動子４と、継鉄５と、継鉄延長部６とを備える。固定子３は、励磁コイル２と磁気的に結合されている。可動子４は、励磁コイル２に電流が流れた際に励磁コイル２に生じる磁束Ｆ３によって固定子３に吸引されて一方向Ｄ１へ移動し、かつ固定子３に接する位置まで移動する。継鉄５は、第１端部（本実施形態では継鉄上板５１）が固定子３と磁気的に結合されている。継鉄５は、第１端部（継鉄上板５１）と異なる第２端部（本実施形態では継鉄下板５２）が、可動子４に対して固定子３とは反対側に配置されている。継鉄５は、励磁コイル２に生じる磁束Ｆ３の磁路の一部を形成する。継鉄延長部６は、継鉄５の第２端部（継鉄下板５２）に設けられ、継鉄５と固定子３と可動子４との各々に磁気的に結合されている。継鉄延長部６は、固定子３における可動子４と接する部位（本実施形態では接触面３１）よりも一方向Ｄ１へ突出するように形成されている。

上記構成によれば、可動子４に対して固定子３とは反対側に継鉄５の第２端部（継鉄下板５２）が配置され、継鉄５の第２端部には継鉄延長部６が設けられている。継鉄延長部６は、固定子３において可動子４と接する部位（接触面３１）よりも一方向Ｄ１へ突出するように形成されている。継鉄延長部６は、固定子３と継鉄５の第２端部とを磁気的に結合して、固定子３と継鉄５と継鉄延長部６とによる磁路（本実施形態では第１磁路）を形成する。励磁コイル２に流れる電流が変動して励磁コイル２に発生する磁束Ｆ３が変動しても、磁束Ｆ３の変動分の多くは固定子３と継鉄５と継鉄延長部６とによる磁路（第１磁路）を通る。そのため、継鉄延長部６及び可動子４で形成される磁路（本実施形態では第２磁路）の磁束Ｆ３の変動分は相対的に小さくなる。つまり、励磁コイル２に流れる電流が変動しても、可動子４を固定子３に吸引する吸引力の変動が抑制される。言い換えると、電磁石装置１は、励磁コイル２を流れる電流が変動しても固定子３に可動子４を吸引する吸引力の変動を抑制できる。

本実施形態の電磁石装置１は、励磁コイル２を流れる電流が変動しても固定子３に可動子４を吸引する吸引力の変動を抑制できるので、可動子４が固定子３の接触面３１に接した際に発生する接触音の大きさのばらつきを抑えることができる。

本実施形態の電磁石装置１において、固定子３は、継鉄５と別体に形成されていることが好ましい。

上記構成によれば、固定子３が継鉄５と別体に形成されていることにより、継鉄５とは異なる材料で固定子３を形成することが可能になる。

本実施形態の電磁継電器１００は、上記した電磁石装置１と、接点装置１１とを備える。接点装置１１は、固定接点１２２及び可動接点１２１を有し、可動子４の移動に伴って可動接点１２１が移動することにより、可動子４が固定子３に接するときに可動接点１２１が固定接点１２２に接する閉状態となる。接点装置１１は、可動子４の移動に伴って可動接点１２１が移動することにより、可動子４が固定子３に接していないときに可動接点１２１が固定接点１２２に接していない開状態となる。電磁石装置１と接点装置１１とは一方向Ｄ１に並んでいる。

上記構成によれば、励磁コイル２を流れる電流が変動しても固定子３に可動子４を吸引する吸引力の変動を抑制することが可能な電磁継電器１００を実現することができる。

本実施形態の電磁継電器１００は、接点装置１１が開状態から閉状態に切り替わる際に可動子４が固定子３に接することで生じる接触音の大きさのばらつきを抑制することができる。

なお、本実施形態の継鉄延長部６と固定子３と可動子４とは各々、円筒状に形成されているが、角筒状に形成されていてもよい。また継鉄延長部６は、固定子３の外側面の周囲を全周にわたって囲む筒状に形成されることに限定されず、一方向Ｄ１と直交する方向において、固定子３の外側面と重なる部位（重複部）を有するように形成されていればよい。例えば、継鉄延長部６は、周壁の上端に突出部を有し、継鉄下板５２の上面からその突出部の先端までの寸法が寸法Ｌ２よりも大きく形成されていてもよい。この場合、その突出部が、一方向Ｄ１と直交する方向において固定子３の外側面の一部と重なることにより、継鉄延長部６は、固定子３と継鉄５とを磁気的に結合する。つまり継鉄延長部６は、継鉄下板５２の上面からの突出寸法Ｌ３が寸法Ｌ２よりも大きくなるように形成されて固定子３と継鉄５とを磁気的に結合できる任意の形状でよい。

本実施形態の接触面３１は、一方向Ｄ１と直交する面と平行するように形成されているが、固定子３における可動子４と接する部位は、一方向Ｄ１と直交する平面に限定されない。固定子３における可動子４と接する部位は例えば、可動子４から固定子３に向く方向に外径が小さくなるテーパ状でもよいし、可動子４と固定子３とは凹凸を有する面で接してもよい。この場合、固定子３における可動子４と接する部位において、継鉄下板５２の上面に近い部位から継鉄下板５２の上面までの寸法が寸法Ｌ２となる。固定子３における可動子４と接する部位は平面や曲面などの適宜の形状であってもよい。継鉄延長部６は、継鉄下板５２の上面からの突出寸法Ｌ３が寸法Ｌ２よりも大きくなるように形成されていればよい。

本実施形態の継鉄延長部６と継鉄下板５２とは別体に形成されているが、継鉄延長部６と継鉄下板５２とは一体に形成されていてもよい。継鉄延長部６と継鉄下板５２とを一体に形成することにより、継鉄延長部６を継鉄下板５２の孔に嵌合させる手間を省くことができ、かつ電磁石装置１の部品点数を減らすことができる。

本実施形態の可動子４は、第１の位置と第２の位置とに移動可能に構成されているが、第２の位置よりもさらに下方に移動可能に構成されていてもよい。

電磁石装置１は、合成樹脂製であって励磁コイル２が巻き付けられるコイルボビンを有していてもよい。

本実施形態の接点装置１１は、一対の固定接点１２２と、それに対応する一対の可動接点１２１とを有しているが、例えば１個の固定接点及びそれに対応する１個の可動接点とを有していてもよい。その場合、可動子４の移動によって、１個の固定接点と１個の可動接点とが接する状態と、離れた状態とに切り替わることにより、接点装置１１の開閉状態が切り替わるように構成されていればよい。

ところで、可動子４と継鉄延長部６との間に隙間を設けることにより第２磁路の磁気抵抗を大きくして、第２磁路を通る磁束Ｆ２の変動を小さくしてもよい。以下、図４に示すように、可動子４に段部４３を設けた電磁石装置１Ａを本実施形態の変形例１として説明する。

本変形例の電磁石装置１Ａ及びそれを用いた電磁継電器１００Ａについて図４を参照して説明する。

電磁石装置１Ａは、可動子４の外側面に段部４３が設けられている点が実施形態１の電磁石装置１と異なる。段部４３は、可動子４の下端面の外径が、上端面の外径よりも小さくなるように形成されている。また段部４３の一方向Ｄ１に沿う寸法は、可動子４の一方向Ｄ１に沿う寸法よりも小さくなるように定められている。これにより可動子４は、固定子３の外径よりもやや小さい外径を有する接触端４５と、固定子３の外径よりも小さい外径となるように形成された非接触端４４とを有する。接触端４５は、可動子４における固定子３と接する上端面を有する。非接触端４４は、可動子４において固定子３と反対側の下端面を有する。つまり可動子４は、固定子３の接触面３１と接する接触端４５と、接触端よりも外径が小さい非接触端４４との２つの筒体からなる。

段部４３は、非接触端４４の外側面から筒体５３の内側面までの距離が一定となるように設けられている。そのため非接触端４４の外側面は、継鉄延長部６の内側面までの距離が一定となっている。

非接触端４４は、励磁コイル２の中心軸と同軸となる円筒状に形成されている。可動子４において非接触端４４より上側の接触端４５の外径は、固定子３の外径よりもやや小さくなるように形成されている。

可動子４に段部４３が設けられていることにより、段部４３が設けられていない場合の可動子４よりも、非接触端４４と継鉄延長部６とで形成される磁路の磁気抵抗が大きくなる。つまり可動子４と継鉄延長部６とで形成される第２磁路の磁気抵抗を大きくすることができる。第２磁路の磁気抵抗が大きくなると、相対的に第１磁路の磁気抵抗が小さくなるので、励磁コイル２に生じる磁束Ｆ３は、継鉄延長部６と固定子３とで形成される第１磁路を通りやすくなり、磁束Ｆ１（図２参照）を大きくしやすくなる。磁束Ｆ１が大きくなると固定子３が磁気飽和状態になりやすくなるので、励磁コイル２を流れる電流が変動した際に、第２磁路を通る磁束Ｆ２の変動が抑制される。

以上説明したように、本変形例の電磁石装置１Ａの可動子４は、固定子３と接する接触端４５、及び接触端４５に対して固定子３と反対側の非接触端４４を有する。可動子４は、一方向Ｄ１と直交する方向において、接触端４５から継鉄延長部６までの距離よりも、非接触端４４から継鉄延長部６までの距離が大きくなっていることが好ましい。本変形例では、可動子４に段部４３が設けられていることにより、非接触端４４の外側面から継鉄延長部６の内側面までの距離が、接触端４５から継鉄延長部６の内側面までの距離よりも大きくなっている。

上記構成によれば、接触端４５から継鉄延長部６までの距離よりも、非接触端４４から継鉄延長部６までの距離が大きくなっているので、非接触端４４と継鉄延長部６とで形成される磁路の磁気抵抗を大きくすることができる。つまり、非接触端４４から継鉄延長部６までの距離が、接触端４５から継鉄延長部６までの距離と同じ場合と比べて、第２磁路の磁気抵抗を大きくすることができる。第２磁路の磁気抵抗が大きくなると、相対的に第１磁路の磁気抵抗が小さくなるので、励磁コイル２に生じる磁束Ｆ３は、継鉄延長部６と固定子３とで形成される第１磁路を通りやすくなり、磁束Ｆ１（図２参照）を大きくしやすくなる。磁束Ｆ１が大きくなると固定子３は磁気飽和状態になりやすくなるので、励磁コイル２を流れる電流が変動した際に、第２磁路を通る磁束Ｆ２の変動が抑制される。そのため、可動子４に生じる吸引力の変動が抑制される。

変形例１のように、可動子４の外径を小さくして可動子４と継鉄延長部６との磁気抵抗を大きくする他にも、継鉄延長部６の直径を大きくすることにより第２磁路の磁気抵抗を大きくしてもよい。以下、図５に示すように、継鉄延長部６に段部６１を設けた電磁石装置１Ｂ及びそれを用いた電磁継電器１００Ｂを本実施形態の変形例２として説明する。

本変形例の可動子４において、非接触端４４の外径は、接触端４５の外径と同一である点が変形例１と異なる。非接触端４４及び接触端４５の他の構成は変形例１と同様である。

電磁石装置１Ｂは、継鉄延長部６の内側面に段部６１が設けられている点が実施形態１の電磁石装置１と異なる。段部６１は、継鉄延長部６の下端の内径が、上端の外径よりも大きくなるように形成されている。また段部６１の下面から継鉄下板５２の上面までの一方向Ｄ１に沿う寸法は、継鉄延長部６の突出寸法Ｌ３よりも小さくなるように定められている。これにより継鉄延長部６は、固定子３の外径よりもやや大きい内径を有する小径部６２と、固定子３の外径よりも大きい内径となるように形成された大径部６３とを有する。つまり継鉄延長部６は、内径の異なる２つの中空筒体からなる。

段部６１は、大径部６３の内側面から筒体５３の外側面までの距離が一定となるように設けられている。そのため大径部６３の内側面は、可動子４の外側面までの距離が一定となっている。

大径部６３は、励磁コイル２の中心軸と同軸となる円筒状に形成されている。継鉄延長部６において大径部６３の内径は、大径部６３より上側の小径部６２の外径よりも大きくなるように形成されている。

継鉄延長部６に段部６１が設けられていることにより、段部６１が設けられていない場合の継鉄延長部６よりも、大径部６３と可動子４とで形成される磁路の磁気抵抗が大きくなる。つまり可動子４と継鉄延長部６とで形成される第２磁路の磁気抵抗を大きくすることができる。第２磁路の磁気抵抗が大きくなると、相対的に第１磁路の磁気抵抗が小さくなるので、励磁コイル２に生じる磁束Ｆ３は、継鉄延長部６と固定子３とで形成される第１磁路を通りやすくなり、磁束Ｆ１（図２参照）を大きくしやすくなる。磁束Ｆ１が大きくなると固定子３は磁気飽和状態になりやすくなるので、励磁コイル２を流れる電流が変動した際に、第２磁路を通る磁束Ｆ２の変動が抑制される。そのため、可動子４に生じる吸引力の変動が抑制される。

以上説明したように、本変形例の電磁石装置１Ｂの可動子４は、固定子３と接する接触端４５、及び接触端４５に対して固定子３と反対側の非接触端４４を有する。可動子４は、一方向Ｄ１と直交する方向（本変形例では左右方向）において、接触端４５から小径部６２（継鉄延長部６）までの距離よりも、非接触端４４から大径部６３（継鉄延長部６）までの距離が大きくなっていることが好ましい。本変形例では、継鉄延長部６に段部６１が設けられていることにより、非接触端４４の外側面から大径部６３の内側面までの距離が、接触端４５から小径部６２の内側面までの距離よりも大きくなっている。

上記構成によれば、接触端４５から小径部６２（継鉄延長部６）までの距離よりも、非接触端４４から大径部６３（継鉄延長部６）までの距離が大きくなっているので、非接触端４４と継鉄延長部６とで形成される磁路の磁気抵抗を大きくすることができる。つまり、非接触端４４から継鉄延長部６までの距離が、接触端４５から継鉄延長部６までの距離と同じ場合と比べて、第２磁路の磁気抵抗を大きくすることができる。以下、変形例１と同様に、磁束Ｆ１が大きくなると固定子３が磁気飽和状態になりやすくなるので、励磁コイル２を流れる電流が変動した際に、第２磁路を通る磁束Ｆ２の変動が抑制される。

なお、実施形態１の電磁石装置１に、段部４３及び段部６１の両方が設けられていてもよい。段部４３及び段部６１によってさらに可動子４と継鉄延長部６との磁気抵抗を大きくすることが可能である。

また、筒体５３の周壁５３２を及び可動子４の各々を、下方に向けて先細りとなる形状にすることで可動子４と継鉄延長部６との間に隙間を形成してもよい。他にも例えば、可動子４と継鉄延長部６との間に適宜の部材を配置して可動子４と継鉄延長部６との距離を大きくしてもよい。

本実施形態の段部４３は、非接触端４４の外側面から継鉄延長部６の内側面までの距離が一定となるように設けられているが、例えば非接触端４４の外側面がテーパ面を形成するように設けられていてもよい。例えば、非接触端４４は、下端面から上端面に向かうにつれて外径が大きくなるようなテーパ面を有する円筒状に形成されてもよい。また、段部４３は、可動子４の外周全周にわたって設けられることに限定されず、例えば溝状に形成されてもよい。つまり段部４３は、継鉄延長部６と可動子４とで形成される磁路の磁気抵抗を大きくするために設けられていればよい。具体的に言うと、段部４３は、継鉄延長部６と可動子４との距離を大きくする適宜の形状となるように設けられていてもよい。

（実施形態２）
本実施形態の電磁石装置１Ｃ及びそれを用いた電磁継電器１００Ｃについて、図６及び図７を参照して説明する。なお、実施形態１の電磁石装置１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

電磁継電器１００Ｃは、一例として、電気自動車に搭載されて用いられる。電磁継電器１００Ｃは、図７に示すように、走行用のバッテリ１０１から負荷１０２への直流電力の供給路上に接点装置１１を挿入するように接続されている。負荷１０２は例えばインバータなどである。この電磁継電器１００Ｃの励磁コイル２は、電気自動車のＥＣＵ１０３からの制御信号に応じてオンとオフとが切り替わるスイッチング素子１０４を介して、励磁用電源１０５に接続されている。これにより、電磁継電器１００Ｃは、ＥＣＵ１０３からの制御信号に応じて接点装置１１が開閉し、走行用のバッテリ１０１から負荷１０２への直流電力の供給状態を切り替えることができる。

電磁継電器１００Ｃは、異常電流が流れた場合に励磁コイル１４１に生じる磁束を利用して可動子４を強制的に第１の位置から第３の位置に移動させるので、異常電流の発生を速やかに検出して電路（接点装置１１）を迅速に遮断できる。

電磁継電器１００Ｃは、電磁石装置１Ｃと、接点装置１１と、トリップ装置１４とを備える。電磁継電器１００Ｃはさらに、図７に示すように、走行用のバッテリ１０１から負荷１０２への直流電力の供給路上に挿入される一対の出力端子５１０，５２０と、励磁用電源１０５に接続される一対の入力端子５３０，５４０とを備えている。

接点装置１１は、一対の固定接点１２２と、一対の可動接点１２１と、一対の接点台１１１，１１２と、可動接触子１１３と、接圧ばね１１４とを有している。一対の接点台１１１，１１２の各々の下端部には固定接点１２２が設けられている。接点装置１１は、可動子４の移動に伴って可動接点１２１が移動することにより、可動子４が固定子３に接していないときに可動接点１２１が固定接点１２２に接していない開状態となる。

接点台１１１には、励磁コイル１４１を介して出力端子５１０が接続されている。接点台１１２には、出力端子５２０が接続されている。つまり励磁コイル１４１は、接点台１１１と出力端子５１０との間に挿入されている。

電磁石装置１Ｃは、実施形態１の電磁石装置１の継鉄側板５０に代えて継鉄側板５０Ｃを備えている。励磁コイル２は、その両端が一対の入力端子５３０，５４０に接続されている。つまり一対の入力端子５３０，５４０を流れる電流によって励磁コイル２に磁束Ｆ３が生じる。

継鉄側板５０Ｃは、継鉄側板５０よりも上下方向の寸法が小さくなるように形成されていて、継鉄上板５１と継鉄下板５２との距離は電磁石装置１に比べて小さくなる。そのため筒体５３は継鉄下板５２よりも下方に突き出る。この場合でも、継鉄延長部６の突出寸法Ｌ３は、継鉄下板５２の上面から固定子３における接触面３１までの寸法Ｌ２よりも大きく定められている。継鉄下板５２よりも下方に突き出た筒体５３の下側部分は、トリップ装置１４の中央部に嵌合している。

トリップ装置１４は、接点装置１１と直列に接続された励磁コイル１４１と、保持装置７とを有している。本実施形態のトリップ装置１４はさらに、可動子４に対して固定子３とは一方向Ｄ１の反対側に配置された固定子１４３と、継鉄１４４とをさらに有している。継鉄１４４と固定子１４３とはいずれも磁性材料から形成されている。可動子４と励磁コイル１４１と固定子１４３とは、全て一方向Ｄ１に沿った同一直線上に中心軸を有するように構成されている。

トリップ装置１４は、一方向Ｄ１に沿った同一直線上に接点装置１１及び電磁石装置１Ｃと並べて配置されており、かつ電磁石装置１Ｃに対して接点装置１１とは反対側に配置されている。つまり、トリップ装置１４は、電磁石装置１Ｃの下方に配置されている。

トリップ装置１４は、可動子４が第１の位置にある状態で接点装置１１を通して流れる規定値以上の異常電流により励磁コイル１４１で生じる磁束によって、可動子４を第３の位置へ移動させる。第３の位置は、第２の位置よりもさらに下方に位置する。

継鉄１４４は、固定子１４３及び可動子４と共に、励磁コイル１４１の通電時に生じる磁束が通る磁路を形成する。継鉄５の継鉄下板５２及び継鉄延長部６が継鉄１４４の上板として兼用されており、継鉄１４４は、励磁コイル１４１の下方に設けられて継鉄５の継鉄下板５２に対向する下板４４２を具備している。以下では、継鉄１４４の上板として兼用される継鉄下板５２及び継鉄延長部６については、継鉄５の一部としてだけでなく、継鉄１４４の一部を構成する部材として説明する。

継鉄１４４は、継鉄下板５２と下板４４２との周縁部同士を連結する側板４４３をさらに具備している。ここでは、継鉄下板５２及び下板４４２はそれぞれ矩形板状に形成されている。側板４４３は、継鉄下板５２の四辺及びその四辺の各々に対応する下板４４２の四辺を連結する。本実施形態の側板４４３と下板４４２とは１枚の板から連続一体に形成されている。

励磁コイル１４１は、継鉄１４４（継鉄下板５２と継鉄延長部６と下板４４２と側板４４３）で囲まれた空間に配置されている。励磁コイル１４１の内側には筒体５３の下端部が配置されている。つまり、筒体５３は、継鉄５の継鉄下板５２を貫通しており、その下端部が励磁コイル１４１の内側に突き出ている。

励磁コイル１４１には、一対の出力端子５１０，５２０間において接点装置１１と直列に接続されている。本実施形態では、励磁コイル１４１は、接点台１１１と出力端子５１０との間に接続されている。これにより、励磁コイル１４１は、接点装置１１が閉じた状態で、走行用のバッテリ１０１から負荷１０２へ供給される負荷電流の経路の一部を形成し、この負荷電流によって励磁される。本実施形態の励磁コイル１４１には、励磁コイル１４１以外の経路でも負荷電流を流すことができるように、バイパス経路６０が電気的に並列に接続されている。バイパス経路６０を設けることで、電磁継電器１００は、走行用のバッテリ１０１から負荷１０２へ供給される負荷電流の一部をバイパス経路６０に流すことができ、励磁コイル１４１での損失を抑えることができる。

固定子１４３は、下板４４２の上面の中央部から上方に突出する形の円柱状に形成された固定鉄心であって、その下端部が下板４４２の中央部に形成された孔に嵌合することにより、継鉄１４４に固定されている。固定子１４３の外径は、可動子４の外径よりもやや大きく形成されている。

保持装置７は、永久磁石からなる保持磁石７１を具備している。保持装置７は、トリップ装置１４が可動子４を第３の位置へ移動させた場合に、保持磁石７１で生じる磁束によって可動子４を第３の位置に保持する。トリップ装置１４がトリップして可動子４が第３の位置へ移動すると、可動子４は保持装置７によって第３の位置に保持（ラッチ）されることになる。

保持磁石７１は、固定子３と可動子４とが並ぶ一方向Ｄ１において可動子４に対して固定子３とは反対側に配置されている。つまり保持磁石７１は、固定子１４３と底板５３１との間に配置される。保持磁石７１は、その上面である第１磁極面７１１を筒体５３の底板５３１に接触させるように配置されている。保持磁石７１は、その下面である第２磁極面７１２を固定子１４３に接触させるように配置されている。つまり保持磁石７１は、一方向Ｄ１において、固定子３及び可動子４と一直線上に並びつつ、可動子４に対して固定子３とは反対側の下方に配置されている。保持磁石７１は、励磁コイル１４１の中心軸と同軸となる円盤状に形成されている。保持磁石７１の外径は、固定子１４３の外径とほぼ同一に形成されている。保持磁石７１は、一方向Ｄ１（上方向）における両面に、互いに異極性の第１磁極面７１１及び第２磁極面７１２を有している。本実施形態では第１磁極面７１１をＮ極、第２磁極面７１２をＳ極として説明するが、Ｎ極とＳ極とは反対の関係でもよい。

次に、トリップ装置１４の動作について説明する。トリップ装置１４は、励磁コイル１４１で生じる磁束によって固定子３とは一方向Ｄ１の反対側（下方）に可動子４を吸引することにより、固定子３が可動子４を吸引する吸引力とは逆向きの吸引力を固定子１４３が可動子４に作用させる。すなわち、トリップ装置１４は、励磁コイル１４１への通電時に励磁コイル１４１で生じる磁束によって可動子４を第３の位置へ移動させ、これにより、接点装置１１を強制的に開状態にする。以下、トリップ装置１４が、第１の位置に有る可動子４を第３の位置に移動させる動作をトリップ動作と呼ぶ。つまりトリップ装置１４はトリップ動作により閉状態の接点装置１１を強制的に開状態にする。

第３の位置は、第１の位置と第２の位置とを結ぶ可動子４の移動軸の延長線上にある。第３の位置は、第２の位置に対して第１の位置とは一方向Ｄ１の反対側（下方）の位置である。言い換えれば、第２の位置は第１の位置と第３の位置との間の位置である。トリップ装置１４がトリップ動作していない状態においては、可動子４は、励磁コイル２の通電時に第１の位置に位置し、励磁コイル２の非通電時に第２の位置に位置する。トリップ装置１４がトリップ動作すると、可動子４は第３の位置に位置する。つまり、可動子４が第１の位置にある状態でトリップ装置１４がトリップ動作することにより、可動子４は、第１の位置から第２の位置を通って第３の位置まで移動することになる。

励磁コイル１４１で生じた磁束は、継鉄１４４と固定子１４３と可動子４とで形成される磁路を通る。

トリップ装置１４は、この磁路の磁気抵抗が小さくなるように可動子４を移動させる向きの吸引力を、可動子４に作用させる。言い換えれば、トリップ装置１４は、磁気回路のうち固定子１４３の上端面と継鉄延長部６の下端面との間のギャップを可動子４で埋めるように、第１の位置から第３の位置へ移動させる向きの吸引力を可動子４に作用させる。

電磁継電器１００Ｃは、励磁コイル２に通電されており接点装置１１が閉じた状態（可動子４が第１の位置にある状態）において、可動子４には固定子３との間の吸引力が上向きに作用する。また、復帰ばね３２のばね力及び固定子１４３との間の吸引力は下向きに作用する。

トリップ装置１４は、可動子４が第１の位置にある状態において、可動子４と固定子３との間の吸引力よりも、復帰ばね３２のばね力及び可動子４と固定子１４３との間の吸引力との合成力が上回ったときにトリップ動作を行う。トリップ動作により可動子４は第１の位置から第３の位置に移動する。固定子１４３から可動子４に作用する吸引力は、励磁コイル１４１を流れる電流（負荷電流）の大きさに応じて変化する。そこで、トリップ装置１４は、励磁コイル１４１を流れる電流が、規定値以上の異常電流となったときにトリップ動作を行うように構成される。規定値は、たとえば電磁継電器１００の定格電流に対して過電流となる値、あるいは短絡電流となる値に設定される。ここでいう過電流は、たとえば定格電流の５倍から１０倍程度の大きさの電流であって、短絡電流は、たとえば定格電流の数十倍程度の大きさの電流である。これにより、電磁継電器１００は、過電流や短絡電流等の異常電流が接点装置１１を通して流れた場合、トリップ装置１４により可動子４を第３の位置へ移動させ、接点装置１１を強制的に開状態とすることができる。

ところで、可動子４と固定子３との間の吸引力が変化すると、トリップ装置１４におけるトリップ動作の開始タイミングが変化する。可動子４と固定子３との間の吸引力が大きくなっている場合には、励磁コイル１４１を流れる電流の電流値が、規定値よりもさらに大きくならなければトリップ装置１４がトリップ動作を行わない場合がある。逆に、可動子４と固定子３との間の吸引力が小さくなっている場合には、励磁コイル１４１を流れる電流の電流値が、規定値未満でもトリップ装置１４がトリップ動作を行う場合がある。

本実施形態の電磁継電器１００Ｃは、電磁石装置１Ｃを備えているので、電磁石装置１の励磁コイル２を流れる電流の大きさが変動しても、可動子４と固定子３との間の吸引力が変動しにくくなっている。そのため、トリップ装置１４におけるトリップ動作の開始タイミングの変動が抑制される。つまりトリップ装置１４は、励磁コイル１４１を流れる電流が規定値を超えたタイミングで安定してトリップ動作を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態の電磁石装置１Ｃは、励磁コイル２と、固定子３と、可動子４と、継鉄５と、継鉄延長部６とを備える。

継鉄延長部６において継鉄上板５１（第１端部）及び継鉄下板５２（第２端部）を連結する継鉄側板５０の一方向Ｄ１に沿う寸法は、筒体５３の一方向Ｄ１に沿う寸法よりも小さく定められている。筒体５３は一方向Ｄ１の反対側に継鉄下板５２（第２端部）から突出している。継鉄延長部６は、固定子３における可動子４と接する部位（接触面３１）よりも一方向Ｄ１へ突出するように形成されている。

上記構成によれば、電磁石装置１Ｃは、励磁コイル２を流れる電流が変動しても固定子３に可動子４を吸引する吸引力の変動を抑制できる。

本実施形態の電磁継電器１００Ｃは、上記した電磁石装置１Ｃと、接点装置１１と、トリップ装置１４とを備える。トリップ装置１４は、接点装置１１と直列に接続された励磁コイル１４１と、保持装置７とを有している。可動子４と励磁コイル１４１と保持装置７とは、全て一方向Ｄ１に沿った同一直線上に中心軸を有するように構成されている。接点装置１１は、可動子４の移動に伴って可動接点１２１が移動することにより、可動子４が固定子３に接していないときに可動接点１２１が固定接点１２２に接していない開状態となる。トリップ装置１４は、接点装置１１と直列に接続された励磁コイル１４１と、保持装置７とを有している。トリップ装置１４は、可動子４が第１の位置にある状態で接点装置１１を通して流れる規定値以上の異常電流により励磁コイル１４１で生じる磁束によって、可動子４を第３の位置へ移動させる。第３の位置は、第２の位置よりもさらに下方に位置する。

上記構成によれば、励磁コイル２を流れる電流が変動しても固定子３に可動子４を吸引する吸引力の変動が抑制され、安定しやすくなっている。

第１の位置に可動子４がある状態で、可動子４に対して一方向Ｄ１の吸引力が安定することにより、可動子４を一方向Ｄ１の逆向きに移動させる際に必要な一方向Ｄ１と逆向きの吸引力が安定する。そのため、接点装置１１を通して流れる電流の電流値が規定値に達するとトリップ装置１４がトリップ動作を開始しやすくなるので、トリップ動作が安定する。

本実施形態の電磁継電器１００Ｃは、永久磁石からなる保持磁石７１を有する保持装置７を備えている。保持装置７は、トリップ装置１４が可動子４を第３の位置へ移動させた場合に、保持磁石７１で生じる磁束によって可動子４を第３の位置に保持する。トリップ装置１４が動作（トリップ動作）すると、その後、励磁コイル１４１への通電が停止しても、保持装置７は、保持磁石７１で生じる磁束によって可動子４を第３の位置に保持する。そのため、電磁継電器１００Ｃは接点装置１１に異常電流が流れた際に、接点装置１１を開状態に維持することが可能になる。

なお、本実施形態の電磁継電器１００Ｃにおけるトリップ装置１４は、励磁コイル１４１で生じる吸引力によって固定子３とは反対側に可動子４を吸引する適宜の構成でよい。例えば、励磁コイル１４１で生じる磁束の方向は、励磁コイル２で生じる磁束の方向と同方向でもよいし、逆方向でもよい。励磁コイル１４１で生じる磁束の方向が励磁コイル２で生じる磁束の方向と逆方向である場合、トリップ装置１４は、可動子４に生じる磁束を打ち消す。トリップ装置１４は、復帰ばね３２のばね力及び保持磁石の磁束で生じる吸引力で可動子４を第３の位置に移動させることによりトリップ動作を行う。一方、励磁コイル１４１で生じる磁束の方向が励磁コイル２で生じる磁束の方向と同方向である場合、トリップ装置１４は、固定子３が可動子４を吸引する吸引力よりも大きな吸引力で可動子４を固定子１４３に吸引することによりトリップ動作を行う。

本実施形態の接点装置１１は、バッテリ１０１の正極（プラス極）と負荷１０２との間に挿入されているが、バッテリ１０１の負極（マイナス極）と負荷１０２との間に挿入されていてもよい。

なお、実施形態１と、実施形態１の変形例１と、実施形態１の変形例２との各々に本実施形態のトリップ装置１４を適用可能である。

（実施形態３）
ところで、図１に示すように、継鉄上板５１と固定子３とは別体に形成されることに限定されず、図８に示すように、継鉄上板５１と固定子３とは一体に形成されていてもよい。図８に示す本実施形態の電磁石装置１Ｄは、電磁石装置１における継鉄上板５１及び固定子３に代えて、固定子５４１が一体に形成された継鉄上板５４を備えている。また、電磁石装置１Ｄは、電磁石装置１の可動子４と復帰ばね３２とに代えて可動子４００と復帰ばね４０１とを備えている。

継鉄上板５４は、継鉄上板５４は矩形板状に形成されていて、中央部分に固定子５４１が形成されている。なお、継鉄上板５４の他の構成は継鉄上板５１と同様であるため説明を省略する。

固定子５４１は、継鉄上板５４の下面の中央部から下方に突出する有底筒状に形成されている。固定子５４１は継鉄上板５４から下方向に突き出るように形成されている。固定子５４１は、励磁コイル２の中心軸と同軸となるように形成されている。固定子５４１の外径は、実施形態１の固定子３の外径とほぼ同じ寸法に形成されている。固定子５４１における継鉄上板５４の下端面から下方向に突き出た部位（固定子５４１の一部）は、筒体５３に収納されている。固定子５４１の下端面には、励磁コイル２の中心軸と同軸となる孔が形成されている。その孔にシャフト４１が通されている。

可動子４００は、円柱状に形成された可動鉄心である。可動子４００は、筒体５３に収納された状態で、固定子５４１の下方に配置される。可動子４００の上端面は固定子５４１の下端面に対向している。可動子４００の外径は固定子５４１の外径とほぼ同一に形成されている。可動子４００は、励磁コイル２の中心軸と同軸となるように配置された状態で、一方向Ｄ１に沿って移動できる。可動子４００は、その上端面が固定子５４１の下端面に接する第１の位置と、その上端面が固定子５４１の下端面から離れて接していない第２の位置との間で移動可能に構成されている。固定子５４１における可動子４００と接する下端面のことを接触面５４２と呼ぶ。つまり可動子４００が接触面５４２に接した位置が第１の位置となる。

可動子４００には、その上端面に開口する有底筒状の収納空間４０２が形成されている。収納空間４０２の中心軸は、可動子４００と同軸となっている。収納空間４０２には、復帰ばね４０１が収納されている。復帰ばね４０１は、固定子５４１と可動子４００とに接して、可動子４００を下方（第２の位置）へ付勢するコイルばねである。復帰ばね４０１は、可動子４００が固定子５４１に吸引されて第２の位置から第１の位置へと移動する際、圧縮されながら収納空間４０２に収まるため、可動子４００は固定子５４１に接することができる。復帰ばね４０１の内側には、シャフト４１が通されている。可動子４００には、収納空間４０２及び復帰ばね４０１の内側を通されたシャフト４１の先端部分が固定されている。

以上説明したように、本実施形態の固定子５４１は、継鉄５の第１端部（本実施形態では継鉄上板５４）と一体に形成されている。

上記構成によれば、継鉄５の第１端部（継鉄上板５４）と固定子５４１とを一体に形成することにより、固定子５４１と継鉄５の第１端部（継鉄上板５４）とを磁気的に結合させ、かつ継鉄５に対して固定子５４１の位置を固定することが容易になる。

本実施形態では、復帰ばね４０１を収納する収納空間４０２が可動子４に形成されている。そのため、固定子５４１に復帰ばねを収納するための収納空間を形成しなくてもよいので、固定子５４１の形成が容易になる。また、固定子５４１と継鉄上板５４とを一体に形成することにより、電磁石装置１Ｄの部品点数を減らすことができる。

なお、実施形態１と、実施形態１の変形例１と、実施形態１の変形例２と、実施形態２との各々についても本実施形態と同様に、継鉄上板５１と固定子３とを一体に形成してもよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ電磁石装置
１１接点装置
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ電磁継電器
２励磁コイル
３，５４１固定子
４，４００可動子
４４非接触端
４５接触端
５継鉄
５１，５４継鉄上板（第１端部）
５２継鉄底板（第２端部）
６継鉄延長部
３１，５４２接触面（固定子における可動子と接する部位）
１２２固定接点
１２１可動接点
Ｄ１一方向Ｄ１
Ｆ３磁束（励磁コイルに生じる磁束）

Claims

励磁コイルと、
前記励磁コイルと磁気的に結合された固定子と、
前記励磁コイルに電流が流れた際に前記励磁コイルに生じる磁束によって前記固定子に吸引されて一方向に移動し、かつ前記固定子に接する位置まで移動する可動子と、
第１端部が前記固定子と磁気的に結合され、前記第１端部と異なる第２端部が、前記可動子に対して前記固定子とは反対側に配置され、前記励磁コイルに生じる前記磁束の磁路の一部を形成する継鉄と、
前記継鉄の前記第２端部に設けられ、前記継鉄と前記固定子と前記可動子との各々に磁気的に結合された継鉄延長部と
を備え、
前記継鉄延長部は、前記固定子における前記可動子と接する部位よりも前記一方向へ突出するように形成され、
前記可動子は、前記固定子と接する接触端、及び前記接触端に対して前記固定子と反対側の非接触端を有し、
前記一方向と直交する方向において、前記接触端から前記継鉄延長部までの距離よりも、前記非接触端から前記継鉄延長部までの距離が大きくなっている
ことを特徴とする電磁石装置。
励磁コイルと、
前記励磁コイルと磁気的に結合された固定子と、
前記励磁コイルに電流が流れた際に前記励磁コイルに生じる磁束によって前記固定子に吸引されて一方向へ移動し、かつ前記固定子に接する位置まで移動する可動子と、
第１端部が前記固定子と磁気的に結合され、前記第１端部と異なる第２端部が、前記可動子に対して前記固定子とは反対側に配置され、前記励磁コイルに生じる前記磁束の一部を形成する継鉄と、
前記継鉄の前記第２端部に設けられ、前記継鉄と前記固定子と前記可動子との各々に磁気的に結合された継鉄延長部と
を備え、
前記継鉄延長部は、前記固定子における前記可動子と接する部位よりも前記可動子と接する部位よりも前記一方向へ突出するように形成され、
前記励磁コイルに電流が流れているとき、前記継鉄と前記継鉄延長部と前記固定子とで形成される第１磁路と、前記継鉄と前記継鉄延長部と前記可動子と前記固定子とで形成される第２磁路と、が形成され、
前記第１磁路の磁気抵抗は、前記第２磁路の磁気抵抗よりも小さい
ことを特徴とする電磁石装置。
前記固定子は、前記継鉄と別体に形成された
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁石装置。
前記固定子は、前記継鉄の前記第１端部と一体に形成された
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電磁石装置。
請求項１〜４の何れか１項に記載の電磁石装置と、
接点装置と
を備え、
前記接点装置は、固定接点及び可動接点を有し、前記可動子の移動に伴って前記可動接点が移動することにより、前記可動子が前記固定子に接するときに前記可動接点が前記固定接点に接する閉状態となり、前記可動子が前記固定子に接していないときに前記可動接点が前記固定接点に接していない開状態となり、
前記電磁石装置と前記接点装置とは前記一方向に並んでいる
ことを特徴とする電磁継電器。