JPS62143335A - 交流操作電磁継電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

この発明は、固定鉄心と、この固定鉄心と磁気的にかつ
機械的に結合されたヨークと、前記固定鉄心とヨークと
の間に配され前記固定鉄心の方向へ吸引される可動鉄心
と、前記固定鉄心または可動鉄心の該両鉄心対向面側に
埋め込まれたくま取りコイルとを備えてなる交流電磁石
を備え、電気回路たとえば電気ヒータや小形電動機の回
路の開閉を行う電磁継電器に関する。

【従来技術とその問題点】

この種の電磁継電器として、従来、第７図に示すような
ヒンジ形電磁石構造のものが、構造が簡単で大量生産に
向いていることから安価に供給され、特に単相回路用に
使用されている。以下、ヒンジ形電磁石を備えた電磁継
電器を主体に説明する。 単相交流電磁石の吸引力は電源周波数の２倍の周波数で
脈動するため、固定鉄心と可動鉄心とが互いに引き合う
対向面すなわち鉄心の接極面にくま取りコイル１２を設
け、くま取りコイルで囲まれる鉄心部分を通る磁束の位
相を遅らせて、くま取りコイルで囲まれない接極面の吸
引力と合成した。 合成吸引力の脈動を減すると共に吸引力が零になること
がないようにする。ところが、このくま取りコイルの作
用は、固定鉄心１１と可動鉄心６の接極面相互間のギャ
ップが零に近い場合だけしか効果を表わさないため、電
磁継電器で回路を閉路する場合、電磁石のソレノイド１
３に励磁電流が流れると、可動鉄心６に吸引力が働き、
電磁継電器は閉路動作を始めるが、吸引力はＭＪＪＭ１
電流の零点通過付近で最も小さくなるので、丁度この時
点で可動鉄心が固定鉄心と衝突するチャンスに合うと、
吸引力が＠磁線電器接点の接触ばね４及び可動鉄心の復
帰ばね７の作る負荷力より小さくなるため、可動鉄心は
固定鉄心に吸着されず反発してバウンスを生ずる。この
バウンスにより、この種の継電器が小形であって、接点
のオーバートラベル（ワイプとも言う）が小さいことか
ら、接点もバウンスを生ずることになる。接点バウンス
は、［磁線電器が、電動機の始動１１ｔｄＬやランプ点
灯時のラッシュ電流を投入する用途に使われると、接点
の溶着を生じ、次の開路動作のとき復帰ばねでは開路状
態に戻らないということが起こる。このため、通電容量
は２０Ａ以上あるにも拘わらず、溶着を起こさない閉路
容量がたとえば４０Ａであるときは、始動時のラッシュ
電流が全ｉ荷電流の５倍である電動機開路では全負荷時
の通電容量として８Ａまでしか使用できないという欠点
を持っていた。

【発明の目的］ この発明は、従来の交流操作電磁継電器の閉路動作時の可動鉄心バウンスによってひき起こされる接点バウンスを無くするか著しく低減して、閉路容量を上げる構造の電磁継電器を提供することを目的とする。 【発明の要点】

この発明は、従来構造の交流操作電磁継電器における閉
路動作時の過渡的現象を理論的、実験的に連木した結果
見出されたものである。以下、本発明の原理につき説明
する。 ヒンジ形電磁継電器の可動部の連動現象を表わす方程式
は（１）式となる。 ｄｔ” ここで　Ｊ　：　可動部の慣性モーメントＴ、４：　　
電磁石吸引力によるトルクＴＰ　：　電磁石の負荷トル
ク 現象を簡単化して検討するため、バウンス中のトルクの
変化は無視してＴＲＩ　　ＴＰ一定とすると角度θにつ
いて（２）式を得る。 Ｊ ここで　ε　：　可動鉄心の反ｔａ係数ω。：　可動鉄
心の衝突角速度 この式から、バウンスすなわちθを小さくするたＪ の項を大きくすればよいことがわかる。考えられる公知
の方法としては例えば６ω。を小さくするためにバンバ
をつける方法があるが、小形安価なものに余分な装置を
付加すると、コストを上げスペースを大きくするので採
用できない、また、Ｔ、ｌを太き（するには電磁石が大
きくなる、Ｔ、を小さくすることは接触力、復帰力を小
さくすることで得られるが、これらは通電容量及び閉路
容量を低減してしまうので効果が相殺されてしまう、と
いった理由から、これまでバウンスを減らす実施可能な
方法は見つかっていなかった。 さて、公知例の第７図にも示したように、開路状態にお
ける可動鉄心の位置を規制するのに、可動鉄心の一端の
一部を延長してストッパ１４を形成し、このストッパを
ヨーク９に当てるｔ構造は、ヨークを通る主磁束の一部
がストッパ部をバイパスして流れ、ヨークとストッパと
の間に可動鉄心とコードとの間に働く吸引力と反対向き
の吸引力を生ずるので、先の（２）式かられかるように
このヨークとストッパとの間の吸引力を小さくして（２
）式の第２項を大きく維持するため、ストッパ部は強度
的に耐える程度の大きさに制限してバイパス磁束が磁気
飽和を起こすようにして力を出さないようにしていた０
例えば、第８図の平面図に示すようにストッパ１４の磁
路断面積は可動鉄心６の数分の１以下としている。また
、これと同様の考え方は、従来のプランジャ形電磁石で
も行なわれていた。 すなわち第９図のような、従来広く採用されているプラ
ンジャ形電磁石の構造において、接極面３６ａ側に（ま
取りコイル３２を備えたプランジャ形の可動鉄心３６は
ヨーク３９を貫通して配され、ソレノイド３３に流れる
励磁電流によって生ずる磁束が通る閉磁路（接極面３６
ａ−固定鉄心３１−ヨーク３９−可動鉄心３６）のうち
、ヨーク３９と可動鉄心３６との間の小間隙に生ずる磁
束は、可動鉄心３６の外周面に垂直であって、この小間
隙に生ずる磁束によっては可動鉄心の固定鉄心方向への
移動を妨げる力を生じない。このようにして、可動鉄心
の接極面３６ａと固定鉄心３１との間の吸引間隙に生ず
る以外の磁束によっては可動鉄心には可及的に制動力が
作用しないようにしていた。 、　本発明は、可動鉄心と固定鉄心との間の吸引間隙以
外の部分に生ずる磁束をうまく使ってダンパの効果を持
たせられないかに着目したものである。 いま、ヒンジ形電磁石において、可動鉄心が衝突すると
きの角速度ω。は加速トルクが大きい程大きく、小さけ
れば小さくなる。ストッパ部の吸引力は加速トルクを減
する作用をすることは説明するまでもないが、衝突直後
もこの吸引力が作用しては可動鉄心の吸着力を減じてし
まって（２）式のＴ、１−ＴＰが減少するため、折角ω
。を小さくしてもその効果が減少させられてしまうこと
になる。 可動鉄心に同時に作用する２つの力を分けて測定するこ
とはできないので、力の発生源である各部の磁束を測る
ことにより２つの力の相互作用を推定できる。固定鉄心
のくま取りコイルに囲まれた部分と囲まれない部分及び
可動鉄心にサーチコイルを巻いて閉路動作時の各部の磁
束変化を測定した結果第９図のような例が得られた。こ
こでφ１はくま取りコイルで囲まれた部分の磁束、φ２
はくま取りコイルで囲まれない部分の磁束、φ、はスト
ッパ１４を通る磁束、φ。は可動鉄心の磁束である。 可動鉄心がコイルに接近するとくま取りコイルの作用が
現れ、くま取りコイルに囲まれた接極面の磁束φ１は位
相遅れを生じ、可動鉄心の磁束φ。 が零の時点でも吸引力を発生する。この吸引力が可動鉄
心の反ｔ８力より大きければ可動鉄心はバウンスしない
ことがわかる。 この実験による現象解析から、ストッパをバイパスする
磁束は可動鉄心磁束と同一位相にあるので、くま取りコ
イルの作用によって作られる吸引力を減するようなマイ
ナス効果を及ぼさないことがわかった。 よって従来の常識に反してストッパ部の磁路断面積を磁
気飽和が生じないよう十分大きくして可動鉄心の衝突直
前まで可動鉄心に制動作用を与えることにより可動鉄心
の衝突角速度ω。を小さくし、バウンスを零にするか著
しく低減することが可能になる。 本発明は、上述のような理論的、実験的解析の結果に基
づき、固定鉄心と、この固定鉄心と磁気的にかつ機械的
に結合されたヨークと、前記固定鉄心とヨークとの間に
配され前記固定鉄心の方向へ吸引される可動鉄心と、前
記固定鉄心または可動鉄心の該両鉄心対向面側に埋め込
まれたくま取りコイルとを備えてなる交流電磁石を備え
、前記可動鉄心と連動して接点が開閉駆動される交流操
作Ｔ！１磁継磁器電器いて、前記可動鉄心の固定鉄心方
向への移動時に該可動鉄心と前記ヨークとの間に該可動
鉄心を前記移動方向と反対方向へ移動させようとする力
を該可動鉄心の全吸引ストロークにわたって生ぜしめる
空隙が形成されるようにして、前記の目的を達成しよう
とするものである。

【発明の実施例】

第１図ないし第３図はこの発明の第１の実施例を示すも
ので、対をなす固定接点ｌは絶縁ベース２に取付けられ
、固定接点１に対向して設けられる可動接点３は、丁字
形の板ばね４に接合される。 板ばね４は絶縁台５を介して操作電磁石の可動鉄心６に
適当な方法で取り付けられる。可動鉄心６は１を磁石の
無励磁状態では復帰ばね７により、コイル１１とポルト
１５により剛に結合されたヨーク９との係合値ｙｌｔｚ
を支点にして時計方向に回動させられ、第２図、第３図
に示すように、磁気飽和を起こさないように幅広く形成
されたストッパ８がヨーク９に固着された非磁性板１０
に当接した位置で静止させられる。この非磁性板１０は
電磁石の最低動作電圧（感動電圧とも言う）が上がり過
ぎる場合に設けて当接状態における吸引力を弱める。 非磁性板の代わりにストッパ８又はヨーク９に微小突起
を設けてもよい、固定鉄心１１の接極面にはくま取りコ
イル１２が設けられる。 このような構成において、電磁石を励磁すると、可動鉄
心６と固定鉄心１１との間に働く吸引力が負荷力以上に
なった時点で可動鉄心６は反時計方向に回動動作を始め
る。この動作により、ストッパ８とヨーク９との間には
空隙が形成され、この空隙を通る磁束によりストッパ８
とヨーク９との間に吸引力が生じ、この吸引力が可動鉄
心の角加速度を必要以上に増大させないような制動力と
して働き、しかも、可動鉄心６が固定鉄心１１に衝突す
るとき最も可動鉄心の吸引力が小さくなる位相において
はこの制動力はほとんど零になるので、可動鉄心６は衝
突後反撥されないか反ｔａ　ｂでも著しく小さいものと
なる。なお、衝突時に制動力がかなりある位相において
は可動鉄心の吸引力が大きいので反撥力より吸引力の方
が大きくなり、可動鉄心のバウンスは起こらない。 ストッパ８の有無の効果を実際に実測した結果の１例は
次に示す通りである。 第４．５図は第１〜３図に示す実施例の変形例を示すも
ので、第１〜３図のものと相違する点はストッパ１８を
ヨーク１９側に形成した点であり、ヨーク１９を延長し
て可動鉄心１６の接極面と反対側の面で吸引力を発生さ
せる点にある。 以上の実施例および変形例においては、ストッパはいず
れも可動鉄心またはヨークと一体に形成されているが、
このストッパはこれらの可動鉄心やヨークとは別部材と
して着脱自在に取り付ける構造としてもよい、ストッパ
部をこのように構成すれば、電磁石を直流電磁石として
使用するときは可動鉄心に制動をかけなくても固定鉄心
との衝突時に反１８現象が起こらないことから、制動力
を生ずるためのストッパを必要とせず、交流操作用の可
動鉄心と直流操作用の可動鉄心、または交流操作用のヨ
ークと直流操作用のヨークとを共用化することができる
という利点が生ずる。 第６図に本発明の第２の実施例を示す０本実施例は交流
電磁石として多用されるプランジャ形電磁石を備えた電
磁継電器への適用例を示すものであって、ソレノイド２
３を同心に収容する円筒状またはＵ字状の固定鉄心２１
と磁気的にかつ機械的に剛に結合された円筒状またはＵ
字状ヨーク２９との間には、プランジ中形の可動鉄心２
６がソレノイド２３と同心に配され、かつ接極面２６ａ
にはくま取りコイル２２が埋め込まれている。可動鉄心
２６の反接掻面側は大直径に形成され、ヨーク２９と非
磁性板２０を介して接している。 ソレノイド２３に励磁電流が流れると、固定鉄心２１−
ヨーク２９−非磁性板２〇−可動鉄心２６−固定鉄心２
１の閉Ｍｉ路中を磁束が通る。可動鉄心２６と固定鉄心
２１との間に作用する吸引力は、前記閉磁路中を通る磁
束をφ。、可動鉄心２６の接極面の面積をＡ１゜この接
極面と固定鉄心との間の空隙の磁束密度をここでｋは比
例定数である。同様に、可動鉄心２６の大直径部の断面
積をＡｔ、この大直径部とヨーク２９との間の空隙（非
磁性板２０の部分も空隙とみなす）の磁束密度をＢ□と
すれば、可動鉄心２６とヨーク２９との間に作用する吸
引力は、 Ａ　ｔ　　　　　　　Ａ　ｔ ここでＡ、＜Ａ、であるから、可動鉄心の接極面に作用
する吸引力は大直径の端面に作用する吸引力よりも大と
なり、可動鉄心の接極面２６ａは固定鉄心２１の方向へ
移動する。この移動とともにヨーク２９と可動鉄心の大
直径側端面との間には空隙が形成され、この空隙を通る
磁束により可動鉄心に対して前記移動方向と反対方向の
力が作用し、この力が制動力として作用する。また、空
隙を通る磁束は磁路の磁気抵抗によって左右されるが、
この磁気抵抗は、可動鉄心の移動とともに固定鉄心２１
と可動鉄心の接極面２６ａとの間の空隙長が減する一方
、反撥極面側の大直径部端面とヨーク２９との間の空隙
長が増して行くことから、全体として小さくなって行き
、これにより閉磁路を通る磁束が増加して可動鉄心への
加速度が大きくなるが、（３）、　＋４１式かられかる
ように、これと比例して可動鉄心に対する制動力も大き
くなるから、可動鉄心に対する制動力が可動鉄心の移動
開始から固定鉄心への衝突時まで連続して有効に作用し
、過大な衝突速度を避けることができる。なお、衝突時
の磁束もしくは励磁電流の位相が、固定鉄心と可動鉄心
との間の吸引力が最小とろるような位相のときには制動
力も最小となるから、くま取りコイル２２によって接極
面に残留する磁束φ３．φ２（第１０図。 第１１図参照）による吸着力によって可動鉄心のバウン
スが無くなり、あるいは著しく小さく抑えられる。

【発明の効果】

以上に述べたように、本発明によれば、交流電磁石を、
可動鉄心の固定鉄心の方向への移動時に可動鉄心とヨー
クとの間に前記移動方向と反対方向へ可動鉄心を移動さ
せようとする力を生ずる空隙が形成されるように構成し
たので、可動鉄心の移動開始から固定鉄心への衝突時点
まで可動鉄心に対して制動力が作用し、可動鉄心の衝突
速度を有効に低減することができるから、衝突時のバウ
ンスを阻止する吸引力が最小となる位相のときにも、く
ま取りコイルによって接極面に残留する磁束による吸着
力により容易にバウンスを防ぎ、あるいは著しく小さく
することができ、電磁継電器接点の閉路容量をあげて該
接点のｉｉ！！電容量全容量に利用することができるか
ら、その経済的効果は顕著である。しかも、この効果を
生ぜしめるための１ｉ磁石の構造変更に対しほとんど追
加コストを必要としないというメリットがある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１の実施例を示す。 それぞれ正面図と平面図と部分拡大図、第４図。 第５図は第１図〜第３図に示す実施例の変形例を示す、
それぞれ正面図と平面図、第６図は本発明の第２の実施
例を示す縦断面図、第７図１第８図は従来の交流操作電
磁継電器の構造例を示す、それぞれ正面図と平面図、第
９図は従来の別の交流操作電磁継電器の構造例を示す縦
断面図、第１Ｏ図。 第１１図は本発明の原理を示す説明図であって、第１θ
図はくま取りコイルを有する交流電磁石の各部の磁束の
時間変化を示すオシログラム、第１１図は磁路の拡大図
である。 １：固定接点、３：可動接点、６．１６．２６．３６：
可動鉄心、８，１４．１８　　：ストツバ、９．１９．
２９゜３９；ヨーク、１１．２１．３ｔ：固定鉄心、１
２．２２．３２：くま取りコイル、１５：ボルト、２５
：ねじ。 第１図 第２図 第３図 第５図 く佳取り コイノン 第６図 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）固定鉄心と、この固定鉄心と磁気的にかつ機械的に
   結合されたヨークと、前記固定鉄心とヨークとの間に配
   され前記固定鉄心の方向へ吸引される可動鉄心と、前記
   固定鉄心または可動鉄心の該両鉄心対向面側に埋め込ま
   れたくま取りコイルとを備えてなる交流電磁石を備え、
   前記可動鉄心と連動して接点が開閉駆動される交流操作
   電磁継電器において、前記可動鉄心の固定鉄心方向への
   移動時に該可動鉄心と前記ヨークとの間に該可動鉄心を
   前記移動方向と反対方向へ移動させようとする力を該可
   動鉄心の全吸引ストロークにわたって生ぜしめる空隙が
   形成されることを特徴とする交流操作電磁継電器。 ２）特許請求の範囲第１項記載の電磁継電器において、
   固定鉄心が一方の端面にくま取りコイルを備えた柱状に
   形成されているとともに該固定鉄心の他方の端面に前記
   一方の端面とほぼ同一平面の高さに支点位置が形成され
   た板状のヨークが結合されており、前記固定鉄心の一方
   の端面と前記ヨークとの間に配される可動鉄心が前記ヨ
   ークにより前記支点位置において支承される板状に形成
   されて前記支点位置の反固定鉄心側で前記ヨークに沿っ
   て延び、該可動鉄心の固定鉄心方向への吸引時に該可動
   鉄心の反固定鉄心側端部が前記ヨークとの間に空隙を形
   成することを特徴とする交流操作電磁継電器。 ３）特許請求の範囲第１項記載の電磁継電器において、
   固定鉄心が一方の端面にくま取りコイルを備えた柱状に
   形成されているとともに該固定鉄心の他方の端面に、前
   記一方の端面とほぼ同一平面の高さに支点位置が形成さ
   れるとともに該支点位置を越えて前記固定鉄心側へ延び
   る板状のヨークが結合されており、前記固定鉄心の一方
   の端面と前記ヨークとの間に配される可動鉄心が前記ヨ
   ークにより前記支点位置において支承される板状に形成
   されるとともに前記固定鉄心方向への吸引時に前記ヨー
   クの固定鉄心側へ延びた部分との間に空隙を形成するこ
   とを特徴とする交流操作電磁継電器。 ４）特許請求の範囲第１項記載の電磁継電器において、
   固定鉄心と、該固定鉄心と磁気的にかつ機械的に剛に結
   合されたヨークとが平行な対向面を形成するとともに、
   該対向面の間に配される可動鉄心が該対向面に垂直に配
   される径小部と径大部とを有しかつ径小部端面が前記固
   定鉄心側対向面と対向する段付きプランジャとして形成
   され、該プランジャの固定鉄心方向への吸引時に前記径
   大部端面と前記ヨーク側対向面との間に空隙が形成され
   ることを特徴とする交流操作電磁継電器。