JPH0528895A

JPH0528895A - 小形リレー

Info

Publication number: JPH0528895A
Application number: JP20400191A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Inagaki; 慎太郎稲垣; Takeshi Shioiri; 健塩入; Yoshifumi Takahashi; 良文高橋; Manabu Tada; 学多田; Kaname Hanada; 要花田
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1991-07-18
Filing date: 1991-07-18
Publication date: 1993-02-05

Abstract

(57)【要約】【目的】８０ｍＷ程度の低電力で良好動作をする高感度
な片バイアス式小形リレーを提供する。【構成】コア１と、コイル２と、永久磁石３と、ヨーク
４と、その上面の一部に前記ヨーク４と対向する面５ｂ
を有し胴部５ｄの長手方向に垂直な断面の面積がＳａで
あるアーマチュア５と、接触子６ａ，６ｂを備えたバネ
部材６とを含む小形リレーにおいて、前記対向する面５
ｂの面積Ｓ１と前記断面の面積Ｓａとの比を０≦（Ｓ１
／Ｓａ）≦１．３とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石による電磁力
がアーマチュアを常にブレイク側に吸引している片バイ
アス式で、実装高さ十ミリメートル以下の小形リレーに
関し、特に磁気回路の重要な部分であるギャップ部分の
対向面積とアーマチュアの胴部断面積を最適設計した高
感度な小形リレーに係るものである。

【０００２】

【従来の技術】代表的な従来技術の例として従来の片バ
イアス式の小形リレー（特願昭63-190264 号）の構成を
図８に示す。この図は、磁気回路の構成を簡潔に示した
図である。図８において、図１と同一箇所には、同一符
号が付してある。

【０００３】図中実線矢印は永久磁石３より発生した磁
束の流れを示し、磁束がコア１の第２の脚部１ｄ、中央
部１ｃ、第１の脚部１ｂ、アーマチュア５、ヨーク４を
通過して永久磁石３に戻る磁路がわかる。このような磁
路が形成されるため、永久磁石による無励磁電磁力は、
アーマチュアの傾き（アーマチュアトラベル）にかかわ
らず、常にアーマチュアを上方（ブレイク側）に吸引し
ている。アーマチュア５は図８ではブレイク側に位置し
ているが、コイルの励磁電流により下方（メイク側）に
移動する。

【０００４】図中破線は、コアの中央部１ｃに巻回され
たコイル２（図ではコイル断面を示す）の中の励磁電力
により発生した磁束の流れを示す。この磁束が、コアの
第２の脚部１ｄ、アーマチュア５、コアの第１の脚部１
ｂを通過して元の中央部１ｃに戻る磁路がわかる。コイ
ル電流による磁束はアーマチュア５を下方（メイク側）
に吸引し、永久磁石による磁束と合成されて真の励磁吸
引力となる。以上の構成であるから、片バイアス式リレ
ーは構成が簡単で小形化に適するという特徴を有する。

【０００５】そして、上記の永久磁石３、コア１、アー
マチュア５、ヨーク４をめぐる磁路の中に在るギャップ
では磁気抵抗を最小ならしめることが重要であるから、
従来は、ギャップ部分の対向面積を、全体寸法の中で許
される範囲で、最大ならしめる設計がなされていた。す
なわち、アーマチュアの胴部の長手方向に垂直な断面の
断面積Ｓａと比べ、１．５倍かそれより大きな面積を、
ヨークの下面４ａと対向するアーマチュアの第１の対向
面５ｂの面積Ｓ１に持たしめることが必須であるとして
設計が行われていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の片バイアス式の
小形リレーの吸引力特性を磁界解析により算定した結果
を図５に示す。図の横軸は、アーマチュアトラベルで、
ブレイクの時に0.0mm としたアーマチュア先端部の位置
を表わす。図中に破線で示されるバネ負荷は、小形リレ
ーの全体寸法などの必然的技術制約より導出された代表
的数値である。バネ負荷は生産時のばらつきを考慮して
２本の破線で示している。

【０００７】リレーの良好動作のために、無励磁の吸引
力特性カーブは２本のバネ負荷カーブの上に在り、かつ
感動電力での励磁の吸引力特性カーブは２本のバネ負荷
カーブの下に在ることが必須である。

【０００８】図５より、従来形の特性は、アーマチュア
トラベル 0.15mm において感動電力80mWで励磁（励磁吸
引力Ｆ２）した場合、動作余裕を得ることができない励
磁特性であることが分かる。原因は、全体寸法が小形で
あるためコアにおけるコイル励磁力が小さく、必然的に
吸引力幅（図中Ｆ2 −Ｆ1 の値）が小さくなるためであ
る。ここで、Ｆ1 はアーマチュアトラベル 0.15mm にお
ける無励磁吸引力である。

【０００９】従来寸法のギャップ部分の対向面積を用い
る限り動作余裕を改善することができないことが、後で
詳しく述べるように発明者等による磁界解析および実験
により明らかになった。従来の片バイアス式小形リレー
は、吸引力特性の余裕度が小さいため、150mW以上の大
きな感動電力の投入によらなければ良好な動作をせず、
低電力では良好動作が期待できない低感度な小形リレー
であった。

【００１０】本発明の目的は、上に述べた従来の片バイ
アス式小形リレーの問題点を解決し、磁界解析と実験に
基づき、特に対向面積に着目して最適設計した対向面積
を有する磁気回路を備えて、全体寸法が小形でありなが
ら吸引力特性の余裕度を最大限に実現した、80mW程度の
低電力で良好動作する高感度な小形リレーを提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】発明者等は磁界解析と実
験を行い、その結果に基づいて、特に磁気回路中のギャ
ップ部分の対向面積とアーマチュアの断面積に着目し、
最適設計を行った。本発明の小形リレーは、ギャップ部
分の対向面積とアーマチュアの断面積について、今まで
の小形リレーに無い特徴を備えることで、上に述べた目
的を達成している。

【００１２】後に図４及び図５を用いて、詳しく説明す
るところであるが、小形リレーで形成される磁路の中
で、基本的に重要なギャップ部分とアーマチュア断面積
がある。ギャップ部の対抗面積としては、ヨークと対抗
するアーマチュアの第１の対抗面５ｂの面積Ｓ１があ
り、アーマチュア断面積としては、アーマチュアの胴部
の長手方向に垂直な断面の断面積Ｓａがある。従来の技
術では、磁路の抵抗を少なくするという考えに基づい
て、Ｓ１をＳａの１．５倍あるいはそれより大きくして
いた。

【００１３】この発明では、前記ギャップ部分の対抗面
積と前記アーマチュアの断面積について、解析・検討を
した結果、特許請求の範囲に限定記載したような特徴あ
る最適化数値を得たものである。

【００１４】本発明の構成を図１を用いて述べる。本発
明の小形リレーは、細長い中央部１ｃと、該中央部の
長手方向両端に形成され、該中央部に対して同方向に直
角に延びる第１、第２の脚部１ｂ，１ｄとを有するコア
１、前記中央部に巻回されたコイル２、第１極３ａ
が前記第２の脚部に接触している永久磁石３、前記永
久磁石の第２極３ｂと接触し、かつ前記第２の脚部の自
由端面１ｅに対向する面４ａを有する位置まで延びるヨ
ーク４、その一端５ａを前記コアの第１の脚部の自由
端１ａと当接した支点として回動し、該一端から他端ま
で延びる胴部５ｄの長手方向に垂直な断面の断面積がＳ
ａであって、他端の上面において前記ヨークの前記対向
する面に対向する第１の対向面５ｂを有し、かつ他端の
下面において前記第２の脚部の自由端面と対向する第２
の対向面５ｃを有するアーマチュア５、前記アーマチ
ュアによって往復運動され、かつ、接触子６ａ，６ｂを
備えたバネ部材６を含む小形リレーにおいて、前記第１
の対向面の面積Ｓ１と、前記胴部の長手方向に垂直な断
面の断面積Ｓａとの比Ｓ１／Ｓａが０≦（Ｓ１／Ｓａ）
≦ 1.3であることを特徴とする小形リレーである。な
お、図には、バネ部材の接触子と対向する端子７ａ，７
ｂも参考のために示してある。

【００１５】

【作用】本発明の作用について説明する。課題を解決す
るための手段の欄で述べたように、本発明の小形リレー
では、Ｓ１／Ｓａが1.3 以下と、Ｓ１の小さな構成とな
っているため、Ｓ１の部分（アーマチュアとヨークの対
向面部分）において磁束が狭く絞られる。よって、Ｓ１
部分では磁束密度が増加し、かつ、磁気抵抗は大きくな
る。磁束密度増加により特にアーマチュアが上方（ブレ
イク位置）にある時に強い無励磁吸引力が得られる。同
時に磁気抵抗が大きいためブレイク位置以外のアーマチ
ュア位置では無励磁吸引力は低下する。さらに、ブレイ
ク位置で要求以上の吸引力が発生するため、これを適宜
抑制すべく永久磁石を若干小さく設計できるので、無励
磁、励磁の両吸引力は全体として低下（図５の吸引力特
性図で下方へ移動）する。このような作用が総合され
て、従来の小形リレーの吸引力特性で問題を生じていた
アーマチュアトラベル0.15mmのときの励磁吸引力Ｆ2 に
おける動作余裕度が非常に改善される。

【００１６】従来、このような小さなＳ１の採用は全く
かえりみられていなかったし、このような総合的な吸引
力の作用を数値的に評価することは困難とされていた。
しかし、発明者等は、有限要素法を用いた三次元磁界解
析プログラムによれば、従来は理論解析が困難とされて
いた小形リレーの如き実用形状の電磁力計算が可能であ
ることに着目し、上記の小さなＳ１を備えた小形リレー
の特性を多数の形状について系統的に数値解析して比較
検討した。

【００１７】その結果、片バイアス式小形リレーの最適
形状として０≦（Ｓ１／Ｓａ）≦1.3 を得るに到った。
代表例としてＳ１／Ｓａ＝0.5 の小形リレーの吸引力特
性の解析結果を図４に示す。この特性と従来形の特性
（図５）とを比較して明らかなように、従来形の問題点
であったアーマチュアトラベル0.15mm付近における励磁
吸引力がバネ負荷カーブから離れて大きな動作余裕度を
実現している。

【００１８】さらに詳しくアーマチュアトラベル0.15mm
のときのＳ１／Ｓａと無励磁吸引力Ｆ１、励磁吸引力Ｆ
2 の関係を解析した結果を図３に示す。図中破線で示す
のがバネ負荷であり、Ｆ1 は２本のバネ負荷線の上に、
Ｆ2 は２本のバネ負荷線の下になければならない。図よ
り、０≦（Ｓ１／Ｓａ）≦1.3 が最適設計の条件である
ことがわかる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図２は小形リレーの分解構成図である。
図中図１と同一箇所には同一符号が付してある。同図に
おいて１はコアであり、３は永久磁石、４はヨーク、５
はアーマチュア、６はバネである。コア１は棒状の中央
部１ｃと、この中央部１ｃの両端側に設けられた第１，
第２の脚部１ｂ，１ｄから形成されている。そして、こ
のコア１の両脚部１ｂ，１ｄにはコア補助体１１ａ，１
１ｂがモールドにより成型されるとともにコイルターミ
ナル１２，１２の各挿入溝１１ｃ，１１ｃがモールド成
型される。しかして、各挿入溝１１ｃ，１１ｃにそれぞ
れコイルターミナル１２，１２が挿入されてコイルボビ
ン１１が形成され、該コイルボビン１１にコイル２が巻
回されてコイル組立１３が形成される。

【００２０】一方、アーマチュア５は各角部に凸部のあ
るほぼ長方形に形成されていて、カード組立１５に組み
込まれる。また、７ａ，７ａはそれぞれメーク接点ター
ミナルであり、７ｂ，７ｂはブレイク接点ターミナル、
７ｃ，７ｃは固定ターミナルである。一方、１４はベー
スであって、このベース１４には各ターミナルの挿入溝
１４ａ〜１４ｃ，１４ａ〜１４ｃが形成されている。そ
して、永久磁石３、ヨーク４がコイル組立１３に組み込
まれ、それとカード組立１５、バネ６，６、各ターミナ
ル７ａ〜７ｃ，７ａ〜７ｃがベース１４に組み込まれて
リレー半組立１６となり、ケース１７が被せられてリレ
ーが組み上がる。

【００２１】この実施例においては、アーマチュアの第
１の対向面５ｂの面積Ｓ１と、アーマチュアの胴部の長
手方向に垂直な断面の断面積Ｓａとの比Ｓ１／Ｓａは0.
5 である。試しに、上記形状で面積比のみＳ１／Ｓａ=
1.6に変更して製作した従来形の小形リレーについて、
その吸引力特性の実験結果を図７に示す。感動電力は80
mWである。解析結果（図５）で予測した通り、吸引力特
性カーブの図中左部分で、バネ負荷との動作余裕が得ら
れていない。

【００２２】本実施例の吸引力特性の実験結果を図６に
示す。感動電力は従来形の実験と同じく80mWである。解
析結果（図４）で予測した通り、吸引力特性カーブは大
きな動作余裕を示している。さらに本実施例の小形リレ
ーは、動作について、非常に良好であることが実験で確
認されている。なお、本発明の実施においては、上述の
実施例に限定されず種々の変形が考えられる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の小形リレー
では、磁界解析と実験に基づき最適設計したギャップ部
分の対向面積とアーマチュアの胴部断面積を有するの
で、全体寸法が小形でありながら吸引力特性の余裕度を
最大限に実現し、低電力で良好動作する高感度な小形リ
レーを実現している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る小形リレーの磁気回路の全体構成
を示す図。

【図２】本発明の一実施例の分解構成図。

【図３】ギャップ部分の対向面積Ｓ１とアーマチュアの
胴部断面積Ｓａの最適設計条件を示す図。

【図４】本発明に係る小形リレーの吸引力特性の解析結
果を示す図。

【図５】従来技術に係る小形リレーの吸引力特性の解析
結果を示す図。

【図６】本発明の一実施例の吸引力特性の実験結果を示
す図。

【図７】従来技術に係る小形リレーの吸引力特性の実験
結果を示す図。

【図８】従来技術に係る小形リレーの磁気回路の全体構
成を示す図。

【符号の説明】

１コア１ｂ第１の脚部１ｃ中央部１ｄ第２の脚部２コイル３永久磁石４ヨーク５アーマチュア６バネ部材（バネ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者多田学東京都港区南麻布五丁目10番27号アンリツ株式会社内 (72)発明者花田要東京都港区南麻布五丁目10番27号アンリツ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】細長い中央部（１ｃ）と、該中央部の長
手方向両端に形成され、該中央部に対して同方向に直角
に延びる第１、第２の脚部（１ｂ，１ｄ）とを有するコ
ア（１）と、前記中央部に巻回されたコイル（２）と、第１極（３ａ）が前記第２の脚部に接触している永久磁
石（３）と、前記永久磁石の第２極（３ｂ）と接触し、かつ前記第２
の脚部の自由端面（１ｅ）に対向する面（４ａ）を有す
る位置まで延びるヨーク（４）と、その一端（５ａ）を前記コアの第１の脚部の自由端（１
ａ）と当接した支点として回動し、該一端から他端まで
延びる胴部（５ｄ）の長手方向に垂直な断面の断面積が
Ｓａであって、他端の上面において前記ヨークの前記対
向する面に対向する第１の対向面（５ｂ）を有し、かつ
他端の下面において前記第２の脚部の自由端面と対向す
る第２の対向面（５ｃ）を有するアーマチュア（５）
と、前記アーマチュアによって往復運動され、かつ、接触子
を備えたバネ部材（６）とを含む小形リレーにおいて、前記第１の対向面の面積Ｓ１と、前記胴部の長手方向に
垂直な断面の断面積Ｓａとの比Ｓ１／Ｓａが０≦（Ｓ１
／Ｓａ）≦ 1.3であることを特徴とする小形リレー。