JPWO2015122151A1 - 電磁継電器 - Google Patents

Abstract

電磁継電器は、固定接点及び可動接点を有する接点装置と、可動接点を移動させる電磁石装置とを備える。電磁石装置は、通電により第１磁束を発生するコイルと、第１磁束の向きと同じ向きの第２磁束を発生する永久磁石を有して、中心軸方向に延びる中空部を有する筒体と、筒体の中空部に配置されて中心軸方向に往復移動する可動子と、可動子と筒体と共に第１磁束と第２磁束の少なくとも一方を通す磁気回路を形成する継鉄とを有する。電磁石装置は、コイルへの通電の時に、第１磁束と第２磁束により可動子を吸引することにより第１位置に可動接点を位置させるように構成されている。また、電磁石装置は、コイルへの通電が解除されると第１位置と異なる第２位置に可動接点を位置させるように構成されている。この電磁継電器は、設計が容易で且つコストを抑えつつ消費電力の低減を図ることができる。

Description

本発明は、一般に電磁継電器、より詳細には電磁石装置によって接点装置を開閉する電磁継電器に関する。

従来、永久磁石を備えた有極の電磁石装置が知られている。このような電磁石装置を備えた電磁継電器が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示の従来の電磁継電器は、固定接点及び可動接点を有する接点機構ユニットと、電磁石ブロック（電磁石装置）を有する駆動機構ユニットとを備えている。電磁石ブロックは、スプールと、駆動軸と、可動鉄心と、固定鉄心とを有している。スプールには、コイルが巻き回されている。駆動軸は、スプールの中心孔に挿入されて軸心方向に往復移動可能となっている。可動鉄心は、駆動軸の一端に取り付けられており、コイルの励磁により固定鉄心に吸引される。そして、可動鉄心には、永久磁石が同一軸心上に一体に設けられている。

この従来の電磁継電器では、コイルに電圧を印加すると、固定鉄心の可動鉄心に対する吸引力と、コイルの磁束に対する永久磁石の反発力との合力により、可動鉄心が固定鉄心側に移動する。

特開２０１０−０１００５８号公報

電磁継電器は、固定接点及び可動接点を有する接点装置と、可動接点を移動させる電磁石装置とを備える。電磁石装置は、通電により第１磁束を発生するコイルと、第１磁束の向きと同じ向きの第２磁束を発生する永久磁石を有して、中心軸方向に延びる中空部を有する筒体と、筒体の中空部に配置されて中心軸方向に往復移動する可動子と、可動子と筒体と共に第１磁束と第２磁束の少なくとも一方を通す磁気回路を形成する継鉄とを有する。電磁石装置は、コイルへの通電の時に、第１磁束と第２磁束により可動子を吸引することにより第１位置に可動接点を位置させるように構成されている。また、電磁石装置は、コイルへの通電が解除されると第１位置と異なる第２位置に可動接点を位置させるように構成されている。

この電磁継電器は、設計が容易で且つコストを抑えつつ消費電力の低減を図ることができる。

図１Ａは実施形態に係る電磁継電器において接点の開いた状態を示す概略断面図である。 図１Ｂは実施形態に係る電磁継電器において接点の閉じた状態を示す概略断面図である。 図２は実施形態に係る電磁継電器における磁束の流れを示す拡大断面図である。 図３は実施形態に係る他の電磁継電器の概略断面図である。 図４は実施形態に係るさらに他の電磁継電器の概略断面図である。 図５は実施形態に係るさらに他の電磁継電器の概略断面図である。 図６は実施形態に係るさらに他の電磁継電器の概略断面図である。 図７は実施形態に係るさらに他の電磁継電器の概略断面図である。 図８Ａは実施形態に係るさらに他の電磁継電器の概略断面図である。 図８Ｂは実施形態に係るさらに他の電磁継電器の概略断面図である。

図１Ａと図１Ｂは実施形態に係る電磁継電器１Ａの概略断面図である。電磁継電器１Ａは、接点装置２と電磁石装置３とを備えている。接点装置２は固定接点２１Ａ、２１Ｂと可動接点２２Ａ、２２Ｂを有する。電磁石装置３はコイル３１と可動子３２と永久磁石４０と継鉄３４と筒体４とを有している。コイル３１は軸方向３１Ａに延びる中心軸を中心に巻回されている。筒体４には中心軸方向４Ｅの中心軸４Ｄに沿って延びる中空部４Ｃが設けられている。筒体４の中空部４Ｃは、筒体４の外側に開口する開口部４Ａ、４Ｂを有する。開口部４Ａは中心軸４Ｄ上に位置する。開口部４Ｂは中心軸４Ｄ上で開口部４Ａの反対側に位置する。

図２は電磁継電器１Ａの拡大断面図である。コイル３１は通電により磁束φ１を発生する。永久磁石４０は、可動子３２において磁束φ１の向きと同じ向きに流れる磁束φ２を発生する。可動子３２の少なくとも一部は、筒体４の中空部４Ｃ内に配置されてコイル３１の軸方向３１Ａすなわち筒体４の中心軸方向４Ｅに往復移動する。

継鉄３４は、固定子３３と可動子３２と筒体４と共に磁束φ１、φ２の少なくとも一方を通す磁気回路３４Ａを形成する。電磁石装置３は、コイル３１への通電時に磁束φ１、φ２により可動子３２を吸引し、可動子３２の吸引に伴って位置Ｐ１へと可動接点２２Ａ、２２Ｂを移動させる、すなわち位置Ｐ１に可動接点２２Ａ、２２Ｂを位置させるように構成されている。また、電磁石装置３は、コイル３１への通電が解除されると、位置Ｐ１より位置Ｐ２へと可動接点２２Ａ、２２Ｂを移動させて、位置Ｐ１と異なる位置Ｐ２に可動接点２２Ａ、２２Ｂを位置させるように構成されている。永久磁石４０は筒体４の少なくとも一部を構成している。固定子３３は、継鉄３４と筒体４に対して不動であり、可動子３２とギャップ３３Ｐを介して対向する。可動子３２は、固定子３３と継鉄３４と筒体４に対して可動である。磁束φ１の向きはギャップ３３Ｐにおいて磁束φ２と同じ向きである。

以下、本実施形態の電磁継電器１Ａについて図面を用いて詳細に説明する。但し、以下に説明する電磁継電器１Ａは本発明の一例に過ぎない。そして、本発明は、下記の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、以下の説明では、コイル３１の軸方向３１Ａは上下方向１００１Ａと一致し、継鉄部３４１はコイル３１の上方に位置し、継鉄部３４２はコイル３１の下方に位置する。ただし、「上方」「下方」で定義される位置関係は、電磁継電器１Ａの絶対的な方向を限定する趣旨ではない。

電磁継電器１Ａは、図１Ａと図１Ｂに示すように、接点装置２と電磁石装置３とを備えている。接点装置２は、１対の固定接点２１Ａ、２１Ｂと、１対の可動接点２２Ａ、２２Ｂと、固定接点２１Ａ、２１Ｂをそれぞれ支持する１対の接点台２３、２４と、可動接点２２Ａ、２２Ｂを支持する可動接触子２５とを有している。また、接点装置２は、後述する継鉄部３４１との間に固定接点２１Ａ、２１Ｂ及び可動接点２２Ａ、２２Ｂを収納するケースを有している。ケースは、例えばセラミック等の材料よりなり、下面に設けられた開口を有する箱状に形成されている。ケースの開口の外周部が継鉄部３４１の上面の周縁部に連結体を介して接合されている。

接点台２３、２４は導電性材料から形成されており、接点台２３、２４の下端には固定接点２１Ａ、２１Ｂがそれぞれ設けられている。接点台２３、２４は上下方向１００１Ａに直交する平面内の一方向である左右方向１００１Ｂに並ぶように配置されている。各々、当該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。１対の接点台２３、２４は、ケースの底板（上壁）に形成された１対の孔に各々挿入される形でケースに接合されている。

可動接触子２５は導電性材料よりなり、矩形板状に形成されている。可動接触子２５の長手方向の両端が１対の接点台２３、２４の下端と対向するように、可動接触子２５は１対の接点台２３、２４の下方に配置されている。可動接触子２５のうち、接点台２３、２４に設けられている固定接点２１Ａ、２１Ｂと対向する各部位には可動接点２２Ａ、２２Ｂがそれぞれ設けられている。

可動接触子２５が電磁石装置３によって上下方向１００１Ａに駆動されることにより、可動接触子２５は、可動接触子２５に設けられている可動接点２２Ａ、２２Ｂが固定接点２１Ａ、２１Ｂにそれぞれ接触する閉位置である位置Ｐ１と、可動接点２２Ａ、２２Ｂが固定接点２１Ａ、２１Ｂからそれぞれ離れた開位置である位置Ｐ２との間で移動する。可動接点２２Ａ、２２Ｂが閉位置にある状態すなわち接点装置２が閉じた状態では、１対の接点台２３、２４の間は可動接触子２５を介して短絡する。また、可動接点２２Ａ、２２Ｂが開位置にある状態すなわち接点装置２が開いた状態では、１対の接点台２３、２４の間は開放される。

電磁石装置３は、コイル３１と、可動子３２と、固定子３３と、継鉄３４と、復帰ばね３５と、接圧ばね３６と、シャフト３７と、筒体４とを有している。コイル３１は、通電により磁束φ１を発生する。筒体４は、通電により磁束φ１と同じ向きの磁束φ２を発生する永久磁石４０を有している。なお、電磁石装置３は、合成樹脂製であってコイル３１が巻き付けられるコイルボビンを有していてもよい。

継鉄３４は磁性材料により形成され、コイル３１を囲むように設けられている。継鉄３４は、継鉄部３４１と、継鉄部３４２と、継鉄部３４３Ａ、３４３Ｂとを具備している。継鉄部３４１及び継鉄部３４２は、それぞれ矩形板状に形成されている。また、継鉄部３４１及び継鉄部３４２はコイル３１の軸方向３１Ａ（上下方向１００１Ａ）の両側にそれぞれ設けられており、互いに反対側に配置されている。継鉄部３４３Ａは継鉄部３４１と継鉄部３４２との左端同士を連結し、継鉄部３４３Ｂは継鉄部３４１と継鉄部３４２との右端同士を連結している。

筒体４は、永久磁石４０と、筒体部４１と、筒体部４２とで構成されており、全体として中心軸４Ｄに沿って延びる中空部４Ｃを囲む円筒状に形成されている。筒体４はコイル３１の内側に配置され、筒体４の下端が継鉄部３４２の中央部に形成された保持孔に嵌め合わされて継鉄部３４２（継鉄３４）に固定されている。筒体４は、可動子３２及び固定子３３及び継鉄３４と共に、磁束φ１及び磁束φ２の少なくとも一方を通す磁気回路３４Ａを形成する。

なお、本実施形態の電磁継電器１Ａでは、筒体４を円筒状に形成しているが、この形状に限定する趣旨ではない。例えば、筒体４は、その断面が四角形などの多角形状であってもよい。また、筒体４は中空部４Ｃを完全に囲む筒状に形成されている必要は無く、例えば中心軸４Ｄと平行に延びて周面の一部を開放する空隙を有する形状であってもよい。本実施形態では、筒体４の中心軸４Ｄはコイル３１の中心軸と一致している。筒体４は、筒体４の中心軸４Ｄがコイル３１の中心軸とずれるように配置してもよい。

筒体部４１は磁性材料よりなり、円筒状に形成されている。筒体部４１の上端には永久磁石４０が固定されている。永久磁石４０は、例えばネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石といった強磁性体よりなり、円環状に形成されている。なお、ここに挙げた強磁性体は一例であり、他の強磁性体により永久磁石４０を形成してもよい。永久磁石４０の外径及び内径は筒体部４１の外径及び内径とそれぞれ等しい。なお、「等しく」とは、「同一」、若しくは「ほぼ同一」を含む表現である。永久磁石４０の上下方向１００１Ａの厚さは、筒体部４１の上下方向１００１Ａの厚さよりも小さく、例えば１ｍｍ以下である。この数値は一例であり、永久磁石４０の上下方向１００１Ａの厚さを限定する趣旨ではない。永久磁石４０の上下方向１００１Ａの厚さは、筒体部４１の上下方向１００１Ａの厚さと同じであっても良く、小さくてもよい。

永久磁石４０の上端には筒体部４２が固定されている。つまり、永久磁石４０は筒体部４１と筒体部４２との間に設けられている。筒体部４２は磁性材料よりなり、円筒状に形成されている。筒体部４２の外径及び内径は、筒体部４１の外径及び内径とそれぞれ等しい。なお、「等しく」とは、「同一」、若しくは「ほぼ同一」を含む表現である。

コイル３１は継鉄３４で囲まれた空間に配置されている。また、コイル３１の内側には、可動子３２、固定子３３、筒体４が配置されている。コイル３１は、通電することにより、固定子３３、継鉄部３４１、継鉄部３４３Ｂ（３４３Ａ）、継鉄部３４２、筒体４、可動子３２をこの順に通る磁束φ１を発生する。なお、本実施形態の電磁継電器１Ａでは、コイル３１はソレノイドコイルであるが、この構成に限定する趣旨ではない。

固定子３３は円筒状に形成された固定鉄心であって、固定子３３の上端が継鉄部３４１の下面の中央部に固定されている。本実施の形態においては、固定子３３の下端の面と筒体部４２の上端の面との間には上下方向１００１Ａにおいてギャップ（隙間）が確保されている。このギャップは確保されていなくてもよい。

可動子３２は円柱状に形成された可動鉄心であって、固定子３３の下方に位置する。可動子３２の上端の面は固定子３３の下端の面に上下方向１００１Ａで対向する。可動子３２の外径は筒体４の内径すなわち中空部４Ｃの外径よりも小さい。可動子３２は筒体４の内側である中空部４Ｃ内を上下方向１００１Ａに移動する。すなわち、可動子３２は、可動子３２の上端の面が固定子３３の下端の面に接触した位置Ｐ３と、可動子３２の上端の面が固定子３３の下端の面から離れた位置Ｐ４との間で移動可能に構成されている。換言すれば、可動子３２は、筒体４の内側に配置されて上下方向１００１Ａ（コイル３１の軸方向３１Ａ）に往復移動するように構成されている。

復帰ばね３５はコイルばねであって、固定子３３の内側に配置されている。復帰ばね３５は、可動子３２の上端面に押されて圧縮されることにより下向きの弾性力を発生する。接圧ばね３６はコイルばねであって、継鉄部３４１と可動接触子２５との間に配置されている。接圧ばね３６は、可動接触子２５に押されて圧縮されることにより上向きの弾性力を発生する。

シャフト３７は、非磁性材料から上下方向に延びた丸棒状に形成されている。シャフト３７は、継鉄部３４１の中央部に形成された孔３４４と、可動接触子２５の中央部に形成された孔２５１とに挿通されている。シャフト３７は、固定子３３及び復帰ばね３５の内側を通って、シャフト３７の下端が可動子３２に固定されている。また、シャフト３７の上端には留め部３７１が一体に形成されている。留め部３７１の外径は可動接触子２５の孔２５１の外径よりも大きい。シャフト３７は、可動子３２が上下方向１００１Ａに移動するのに伴って上下方向１００１Ａに移動する。

なお、電磁石装置３は、可動子３２及び固定子３３を収納する器体を有していてもよい。器体は、上面に設けられた開口を有して、底を有する円筒状に形成されている。器体の上端である開口の周縁部が継鉄部３４１に固定され、器体の下部が筒体４の内側の中空部４Ｃに嵌め合わされる。このため、器体は、可動子３２の移動方向を上下方向１００１Ａに制限し、且つ可動子３２の位置Ｐ４を規定する。

また、この器体と上述のケースと連結体とは、内部に気密空間を形成する気密容器を構成することが望ましく、この場合、気密容器内には水素を主体とするアーク消弧性ガスが封入されているのが望ましい。この構成では、気密容器内に収納されている可動接点２２Ａ、２２Ｂが固定接点２１Ａ、２１Ａからそれぞれ離れる際にアークが生じたとしても、アーク消弧性ガスによりアークを急速に冷却して迅速に消弧することが可能になる。本実施形態の電磁継電器１Ａでは、固定接点２１Ａ、２１Ｂ及び可動接点２２Ａ、２２Ｂを収納する気密容器を構成することが望ましいが、この構成を採用するか否かは任意である。

ここで、本実施形態の電磁継電器１Ａでは、永久磁石４０の上端がＮ極、下端がＳ極となっている。したがって、永久磁石４０は、筒体部４２、可動子３２、固定子３３、継鉄部３４１、継鉄部３４３Ｂ（３４３Ａ）、継鉄部３４２、筒体部４１を順に通る向きの磁束φ２を発生する。磁束φ２の向きは、コイル３１で発生する磁束φ１の向きと同じである。なお、永久磁石４０は、上端がＳ極、下端がＮ極であってもよい。この場合、コイル３１に流す電流の向きを逆向きにすることで、磁束φ１の向きと、磁束φ２の向きとを揃えればよい。

永久磁石４０は磁束φ１にとって磁気的な空隙になり得る。本実施形態では、可動接点２２Ａ、２２Ｂが位置Ｐ１に位置しているときと位置Ｐ２に位置しているときとに、中心軸方向４Ｅと直角の方向４Ｆにおいて筒体４の筒体部４１、４２は可動子３２に対向している。したがって磁束φ１は永久磁石４０及び筒体部４２を殆ど通らず、主に筒体部４１を通って可動子３２を通る。また、磁束φ１及び磁束φ２は、何れも可動子３２と固定子３３との間のギャップ（隙間）を通る。したがって、磁束φ１及び磁束φ２により、可動子３２と固定子３３との間のギャップを縮めさせるような磁気吸引力が生じる。

以下、本実施形態の電磁継電器１Ａの基本的な動作について簡単に説明する。まず、コイル３１に通電されていないとき（非通電時）における電磁継電器１Ａの状態について説明する。この状態では、永久磁石４０で発生する磁束φ２により可動子３２と固定子３３との間に磁気吸引力が生じているが、復帰ばね３５の弾性力の方が大きいため、可動子３２は位置Ｐ４に位置する。このとき、シャフト３７の留め部３７１は可動接触子２５を下方に押し下げる。したがって、可動接触子２５は、留め部３７１によって上方への移動が規制され、可動接点２２Ａ、２２Ｂを固定接点２１Ａ、２１Ｂからそれぞれ離れた開位置（位置Ｐ２）に位置させる。この状態は、接点装置２が開いた状態であり、一対の接点台２３、２４間は非導通である。

次に、コイル３１の通電時における電磁継電器１Ａの状態について説明する。この状態では、コイル３１で発生する磁束φ１と、永久磁石４０で発生する磁束φ２とにより可動子３２と固定子３３との間に磁気吸引力が生じる。この磁気吸引力は復帰ばね３５の弾性力よりも大きい。したがって、可動子３２は復帰ばね３５の弾性力に抗して上方に引き寄せられ、固定子３３に接触する位置Ｐ３に移動する。すると、可動子３２と連動するシャフト３７が上方に引き上げられることにより、留め部３７１も上方へと移動するため、可動接触子２５の上方への移動規制が解除される。このため、可動接触子２５は、接圧ばね３６の弾性力により上方に押し上げられ、可動接点２２Ａ、２２Ｂを固定接点２１Ａ、２１Ｂにそれぞれ接触させる閉位置（位置）に移動させる。この状態は、接点装置２が閉じた状態であり、一対の接点台２３、２４間が導通する。

この状態でコイル３１の通電が解除されると、コイル３１で発生する磁束φ１による磁気吸引力が失われるため、復帰ばね３５の弾性力が磁気吸引力を上回る。したがって、可動子３２は復帰ばね３５により押し下げられ位置Ｐ４に移動する。すると、可動子３２と連動するシャフト３７が下方に引き下げられることにより、留め部３７１も下方へと移動し、可動接触子２５が接圧ばね３６の弾性力に抗して下方へと押し下げられる。このため、可動接点２２Ａ、２２Ｂが開位置（位置Ｐ２）に位置するので、接点装置２が開いた状態となり、一対の接点台２３、２４間は非導通となる。

すなわち、電磁石装置３は、コイル３１への通電時に磁束φ１及び磁束φ２により可動子３２を吸引するように構成されている。そして、電磁石装置３は、可動子３２の吸引に伴って固定接点２１Ａ、２１Ｂから離れた開位置（位置Ｐ２）から固定接点２１Ａ、２１Ｂにそれぞれ接触する閉位置（位置Ｐ１）へと可動接点２２Ａ、２２Ｂを移動させるように構成されている。また、電磁石装置３は、コイル３１への通電が解除されると、閉位置（位置Ｐ１）より開位置（位置Ｐ２）へと可動接点２２Ａ、２２Ｂを移動させるように構成されている。つまり、本実施形態の電磁継電器１Ａは、コイル３１の通電時に接点装置２が閉じ、コイル３１の非通電時に接点装置２が開くａ接点の単安定リレー（ｍｏｎｏｓｔａｂｌｅ ｒｅｌａｙ）である（ＪＩＳ Ｃ ４５４０−１参照）。

なお、本実施形態の電磁継電器１Ａは、コイル３１の通電時に接点装置２が開き、コイル３１の非通電時に接点装置２が閉じるｂ接点の単安定リレーで構成してもよい。この構成では、開位置が位置Ｐ１、閉位置が位置Ｐ２となる。すなわち、電磁石装置３は、コイル３１への通電時に、可動子３２の吸引に伴って固定接点２１Ａ、２１Ｂにそれぞれ接触する閉位置（位置Ｐ２）より、固定接点２１Ａ、２１Ｂからそれぞれ離れた開位置（位置Ｐ１）へと可動接点２２Ａ、２２Ｂを移動させるように構成される。また、電磁石装置３は、コイル３１への通電が解除されると、開位置（位置Ｐ１）より閉位置（位置Ｐ２）へと可動接点２２Ａ、２２Ｂを移動させるように構成される。

上述のように、本実施形態の電磁継電器１Ａでは、コイル３１で発生する磁束φ１を通す磁気回路３４Ａに永久磁石４０で発生する磁束φ２が加わることにより、可動子３２と固定子３３との間に生じる磁気吸引力を大きくすることができる。すなわち、電磁石装置３は、コイル３１への通電の時に、磁束φ１、φ２により可動子３２を吸引することにより位置Ｐ１に可動接点２２Ａ、２２Ｂを位置させる。したがって、接点装置２を閉じるために必要な磁気吸引力が同じであるならば、磁束φ２の分だけ磁束φ１は小さくて済む。すなわち、本実施形態の電磁継電器１Ａは、コイル３１に流す必要のある電流を小さくすることができ、消費電力を低減することができる。また、本実施形態の電磁継電器１Ａでは、必要とする磁束φ１が小さくて済むことから、コイル３１を小さくすることができるので、小型化及び軽量化も図ることができる。

ここで、特許文献１に示す従来の電磁継電器では、可動鉄心に永久磁石が一体に設けられているため、以下の問題点を抱えている。

第１に、従来の電磁継電器では、可動鉄心の形状、寸法を変更しなければならず、設計が困難である。また、従来の電磁継電器では、可動鉄心に永久磁石を組み込むための構造が複雑であることから、可動鉄心及び永久磁石の要求される寸法精度も高くなり、コストの増大を招く虞がある。

第２に、従来の電磁継電器では、可動鉄心に永久磁石の質量が上乗せされるため、可動鉄心が固定鉄心に接触する際の衝撃が大きくなり、電磁継電器の動作音が大きくなる。

第３に、小型且つ強力な電磁石装置を設計するためには、可動鉄心に一定以上の体積が必要であり、また、可動鉄心の固定鉄心との対向面積を一定以上確保する必要がある。しかしながら、従来の電磁継電器では、可動鉄心に永久磁石が組み込まれているため、可動鉄心の一定以上の体積、及び一定以上の対向面積を確保し難い。

第４に、電磁継電器では、接点の寿命、遮断性能、通電性能を向上させるために、可動鉄心及び固定鉄心を含めて気密空間を形成する場合がある。しかしながら、従来の電磁継電器では、可動鉄心に永久磁石を組み込む構造となっているため、気密空間内に永久磁石が配置される構成となっている。このため、従来の電磁継電器では、永久磁石を組み込むことによる可動鉄心の大型化に伴って、気密空間を大きく設計する必要がある。そして、気密空間を大きく設計することは技術的に難しく、またコストが嵩む。

本実施形態の電磁継電器１Ａでは、永久磁石４０を筒体４の一部として構成することにより、上記の問題点を解決している。第１の問題点について、本実施形態の電磁継電器１Ａでは、永久磁石４０が筒体４の一部を構成していることから、可動子３２に永久磁石４０を組み込む必要がない。このため、本実施形態の電磁継電器１Ａでは、可動子３２の形状や寸法を変更する必要がなく、また、可動子３２及び永久磁石４０の要求される寸法精度も従来例と比較して低くなる。したがって、本実施形態の電磁継電器１Ａは、従来の電磁継電器と比較して設計が容易であり、またコストの増大を招く虞もなく、第１の問題点を解消することができる。

要するに、本実施形態の電磁継電器１Ａは、永久磁石４０が筒体４の一部を構成している。このため、本実施形態の電磁継電器１Ａは、可動鉄心に永久磁石を一体に設ける従来の電磁継電器と比較して、設計が容易で且つコストを抑えつつ消費電力の低減を図ることができる。

第２の問題点について、本実施形態の電磁継電器１Ａでは、可動子３２に永久磁石４０を組み込む必要がないことから、永久磁石４０の質量が可動子３２に上乗せされることがない。このため、本実施形態の電磁継電器１Ａは、可動子３２が固定子３３に接触する際の衝撃が従来の電磁継電器と比較して小さいので、動作音が小さくなる。したがって、本実施形態の電磁継電器１Ａは、第２の問題点を解消することができる。更に言えば、従来の電磁継電器では、永久磁石が可動鉄心に搭載され、衝撃が加わり易い構成になっているのに対し、本実施形態の電磁継電器１Ａは、永久磁石４０を可動子３２及び固定子３３の何れにも搭載していない。このため、本実施形態の電磁継電器１Ａは、可動子３２が固定子３３に接触した際の衝撃が永久磁石４０にも伝わり難く、永久磁石４０の耐衝撃性にも優れている。

第３の問題点について、本実施形態の電磁継電器１Ａでは、可動子３２に永久磁石４０を組み込む必要がないことから、可動子３２の一定以上の体積、及び一定以上の対向面積を従来の電磁継電器と比較して容易に確保することができる。したがって、本実施形態の電磁継電器１Ａは、第３の問題点を解消することができる。

第４の問題点について、本実施形態の電磁継電器１Ａでは、永久磁石４０を筒体４の一部として構成しているため、永久磁石４０が気密空間の外に配置される。したがって、本実施形態の電磁継電器１Ａでは、可動子３２及び固定子３３を器体に収納し、封止することで気密空間を形成したとしても、永久磁石４０が気密空間の設計に影響を及ぼすことがない。したがって、本実施形態の電磁継電器１Ａは、従来の電磁継電器と比較して気密空間の設計が容易であり、コストが嵩むこともなく、第４の問題点を解消することができる。

また、本実施形態の電磁継電器１Ａでは、永久磁石４０が筒体４の一部を構成しているので、図２に示すように、可動子３２と固定子３３との間のギャップの近傍に永久磁石４０が配置されることになる。このため、本実施形態の電磁継電器１Ａは、当該ギャップに磁束φ２を通し易く、磁気回路３４Ａの磁気効率を高めることができる。

更に、本実施形態の電磁継電器１Ａは、従来の電磁継電器と比較して、可動子３２の質量を小さくすることができる。このため、本実施形態の電磁継電器１Ａは、仮に過大な衝撃が加わったとしても、衝撃による可動子３２の変位を小さく抑えることが可能であり、耐衝撃性が向上する。

磁束φ１の通る磁気回路３４Ａに磁束φ２が通るために、例えば継鉄３４の一部として永久磁石４０を設けることも可能である。しかしながら、この構成では、永久磁石４０がコイル３１の外側に配置されるため、永久磁石４０が大型化してしまう。一方、本実施形態の電磁継電器１Ａでは、永久磁石４０をコイル３１の内側に挿入される筒体４の一部として設けている。このため、永久磁石４０がコイル３１の内側に配置されるため、継鉄３４の一部として永久磁石４０を設ける場合と比較して、永久磁石４０の小型化を図ることができる。

また、本実施形態の電磁継電器１Ａでは、磁性材料により形成されている筒体部４１と筒体部４２との間に永久磁石４０を設けている。このため、永久磁石４０で発生する磁束φ２は、図２に示すように、筒体部４１及び筒体部４２を通る。したがって、筒体部４１及び筒体部４２を設けない電磁継電器と比較して、永久磁石４０で発生する磁束φ２の漏れを低減することができるので、磁気回路３４Ａの磁気効率を高めることができる。

図３は本実施形態に係る他の電磁継電器１Ｂの概略断面図である。図３において、図１Ａと図１Ｂに示す電磁継電器１Ａと同じ部分には同じ参照番号を付す。図３に示す電磁継電器１Ｂでは、筒体部４３と永久磁石４０とで筒体４が構成されており、筒体４の上端は永久磁石４０で構成されている。筒体部４３は磁性材料よりなり、円筒状に形成されている。また、筒体４の下端（コイル３１の軸方向３１Ａすなわち筒体４の中心軸方向４Ｅの一端）が継鉄３４（継鉄部３４２）と連結されている。そして、永久磁石４０は筒体部４３の上端に固定されている。換言すれば、筒体４は、コイル３１の軸方向３１Ａにおいて、下端（コイル３１の軸方向３１Ａすなわち筒体４の中心軸方向４Ｅの一端）側から筒体部４３、永久磁石４０の順に配置されるように構成されている。すなわち、筒体４の中心軸方向４Ｅにおいて、筒体部４３は、筒体４の下端（コイル３１の軸方向３１Ａの一端）と永久磁石４０との間に位置する。可動接点２２Ａ、２２Ｂが位置Ｐ１に位置しているときと位置Ｐ２に位置しているときとに、中心軸方向４Ｅと直角の方向４Ｆにおいて筒体４の筒体部４３は可動子３２に対向している。この構成でも、図１Ａと図１Ｂに示す電磁継電器１Ａと同様の効果を奏することができる。また、電磁継電器１Ｂでは、筒体部４３と永久磁石４０との計２つの部品で筒体４を構成しているため、図１Ａと図１Ｂに示す電磁継電器１Ａと比較して部品点数を削減し、コストを低減することができる。

図４は本実施形態に係るさらに他の電磁継電器１Ｃの概略断面図である。図４において、図３に示す電磁継電器１Ｂと同じ部分には同じ参照番号を付す。図４に示す電磁継電器１Ｃでは、筒体部４３は、継鉄３４（継鉄部３４２）に継ぎ目なく一体的に形成されている。筒体部４３は、継鉄部３４２に例えば絞り加工やバーリング加工等の加工を施して、継鉄部３４２に継ぎ目なく形成することが可能である。この構成では、筒体部４３と継鉄部３４２との間に継ぎ目がある場合と比較して、筒体部４３と継鉄部３４２との間のギャップを低減することができる。したがって、この構成では、ギャップの低減により磁気回路３４Ａの磁気効率が向上し、可動子３２と固定子３３との間の磁気吸引力の増大を図ることができる。

なお、筒体部４３の他に、継鉄部３４３Ａ、３４３Ｂも継鉄部３４２に継ぎ目なく一体的に形成する構成であってもよい。この構成では、継鉄部３４３Ａ、３４３Ｂのそれぞれと継鉄部３４２との間のギャップも低減することができるので、磁気回路３４Ａの磁気効率が更に向上し、可動子３２と固定子３３との間の磁気吸引力のさらなる増大を図ることができる。

図５は本実施形態に係るさらに他の電磁継電器１Ｄの概略断面図である。図５において、図１Ａと図１Ｂに示す電磁継電器１Ａと同じ部分には同じ参照番号を付す。図５に示す電磁継電器１Ｄでは、筒体部４４と永久磁石４０とで筒体４が構成されている。筒体４の下端は永久磁石４０で構成されている。筒体部４４は磁性材料よりなり、円筒状に形成されている。また、筒体４の下端（コイル３１の軸方向３１Ａすなわち筒体４の中心軸方向４Ｅの一端）が継鉄３４（継鉄部３４２）と連結されている。そして、永久磁石４０は、筒体部４４と継鉄部３４２との間に設けられている。換言すれば、筒体４は、筒体４の中心軸方向４Ｅにおいて、下端（コイル３１の軸方向３１Ａすなわち筒体４の中心軸方向４Ｅの一端）側から永久磁石４０、筒体部４４の順に配置されるように構成されている。すなわち、筒体４の中心軸方向４Ｅにおいて、永久磁石４０は、筒体４の下端（コイル３１の軸方向３１Ａすなわち筒体４の中心軸方向４Ｅの一端）と筒体部４４の間に位置する。この構成でも、図１Ａと図１Ｂに示す電磁継電器１Ａと同様の効果を奏することができる。また、電磁継電器１Ｄでは、筒体部４４と永久磁石４０との計２つの部品で筒体４を構成しているため、図１Ａと図１Ｂに示す電磁継電器１Ａと比較して部品点数を削減し、コストを低減することができる。

図６は本実施形態に係るさらに他の電磁継電器１Ｅの概略断面図である。図５において、図１Ａと図１Ｂに示す電磁継電器１Ａと同じ部分には同じ参照番号を付す。図６に示す電磁継電器１Ｅでは、筒体４は永久磁石４０で形成されている。すなわち筒体４の上端と下端の双方とも永久磁石４０で構成されており、永久磁石４０は筒体４の全体を構成する、いる。この構成でも、図１Ａと図１Ｂに示す電磁継電器１Ａと同様の効果を奏することができる。また、この構成では、筒体４が永久磁石４０のみで形成されているため、筒体部４３や筒体部４４を有する電磁継電器１Ａと比較して部品点数を更に削減し、コストを低減することができる。

なお、本実施形態の電磁継電器１Ａ〜１Ｅでは、可動接触子２５に可動接点２２Ａ、２２Ｂを設けているが、この構成に限定する趣旨ではない。例えば、可動接触子２５の一部が可動接点２２Ａ、２２Ｂをなしている構成であってもよい。

図７は本実施形態に係るさらに他の電磁継電器１Ｆの概略断面図である。図５において、図１Ａと図１Ｂに示す電磁継電器１Ａと同じ部分には同じ参照番号を付す。図１Ａから図６に示す本実施形態の電磁継電器１Ａ〜１Ｅでは、可動子３２、固定子３３、及び筒体４がコイル３１の内側に位置するようにコイル３１を配置しているが、コイル３１の配置を限定する趣旨ではない。図７に示す電磁継電器１Ｆでは、筒体４の周囲を避けるようにコイル３１が配置されている。この構成では、筒体４の存在により利用されていなかったコイル３１と固定子３３との間の空間（図１Ａ参照）を利用して、コイル３１を配置することができる。また、この構成では、筒体４の周囲の空間にコイル３１が配置されない。このため、この空間を利用することで、上下方向１００１Ａに直交する平面内での筒体４の占有面積を大きくする代わりに、筒体４の高さ寸法（上下方向１００１Ａの寸法）を小さくすることができる。そして、この構成では、筒体４の高さ寸法を小さくすることで、結果として電磁継電器１Ｆの高さ寸法を小さくすることができる。

図８Ａは本実施形態に係るさらに他の電磁継電器１Ｇの概略断面図である。図８Ａにおいて、図１Ａと図１Ｂに示す電磁継電器１Ａと同じ部分には同じ参照番号を付す。図８Ａに示す電磁継電器１Ｇでは、コイル３１の代わりに、左側の継鉄部３４３Ａにコイル１３１が巻き付けられており、右側の継鉄部３４３Ｂにコイル２３１が巻き付けられている。この構成では、電磁継電器１Ｇの奥行き寸法（図８Ａにおける紙面奥行き方向の寸法）を小さくすることができる。

図８Ｂは本実施形態に係るさらに他の電磁継電器１Ｈの概略断面図である。図８Ｂにおいて、図８Ａに示す電磁継電器１Ｇと同じ部分には同じ参照番号を付す。図８Ｂに示す電磁継電器１Ｈでは、継鉄部３４３Ｂのみにコイル２３１が巻き付けられており、継鉄部３４３Ａにはコイル１３１は巻き付けられていない。この構成では、部品点数を削減することができる。

なお、上記のようにコイル３１（１３１、２３１）の配置を変更しても、コイル３１で発生する磁束φ１は、可動子３２、固定子３３、継鉄３４、及び筒体４で形成される磁気回路３４Ａを通る。

本実施形態において、「上方」「下方」「上面」「下面」「上端」「下端」等の方向を示す用語は電磁継電器１Ａ〜１Ｈの構成部品の相対的な位置関係にのみ依存する相対的な方向を示すものであり、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。

本発明に係る電磁継電器は、設計が容易で且つコストを抑えつつ消費電力の低減を図ることができるので、各種制御装置等に有用である。

１Ａ〜１Ｈ 電磁継電器
２ 接点装置
３ 電磁石装置
４ 筒体
４Ｃ 中空部
４Ｄ 中心軸
４Ｅ 中心軸方向
２１Ａ，２１Ｂ 固定接点
２２Ａ，２２Ｂ 可動接点
３１ コイル
３２ 可動子
３３ 固定子
３３Ｐ ギャップ
３４Ａ 磁気回路
３４ 継鉄
４０ 永久磁石
４１ 筒体部（第１筒体部）
４２ 筒体部（第２筒体部）
４３ 筒体部
４４ 筒体部
１３１ コイル
２３１ コイル
Ｐ１ 位置（第１位置）
Ｐ２ 位置（第２位置）
φ１ 磁束（第１磁束）
φ２ 磁束（第２磁束）

Claims (10)

1. 固定接点及び可動接点を有する接点装置と、
   前記可動接点を移動させる電磁石装置と、
   を備え、
   前記電磁石装置は、
   通電により第１磁束を発生するコイルと、
   前記第１磁束の向きと同じ向きの第２磁束を発生する永久磁石を有して、中心軸方向に延びる中空部を有する筒体と、
   と、
   前記筒体の前記中空部に配置されて前記中心軸方向に往復移動する可動子と、
   前記可動子と前記筒体と共に前記第１磁束と前記第２磁束の少なくとも一方を通す磁気回路を形成する継鉄と、
   を有し、
   前記電磁石装置は、
   前記コイルへの通電の時に、前記第１磁束と前記第２磁束により前記可動子を吸引することにより第１位置に前記可動接点を位置させ、
   前記コイルへの通電が解除されると前記第１位置と異なる第２位置に前記可動接点を位置させる、
   ように構成されている、電磁継電器。
2. 前記筒体は、磁性材料により形成されている第１筒体部と第２筒体部とをさらに有し、
   前記永久磁石は、前記中心軸方向において前記第１筒体部と前記第２筒体部との間に設けられている、請求項１記載の電磁継電器。
3. 前記可動接点が前記第１位置に位置しているときと前記第２位置に位置しているときとに、前記中心軸方向と直角の方向において前記筒体の前記第１筒体部と前記第２筒体部は前記可動子に対向する、請求項２記載の電磁継電器。
4. 前記筒体は磁性材料により形成されている筒体部を有し、
   前記筒体の前記中心軸方向の一端が前記継鉄と連結されており、
   前記中心軸方向において、前記筒体の前記筒体部は前記筒体の前記一端と前記永久磁石の間に配置されている、請求項１記載の電磁継電器。
5. 前記可動接点が前記第１位置に位置しているときと前記第２位置に位置しているときとに、前記中心軸方向と直角の方向において前記筒体の前記筒体部は前記可動子に対向する、請求項４記載の電磁継電器。
6. 前記筒体部は前記継鉄に継ぎ目なく連結されている、請求項４記載の電磁継電器。
7. 前記筒体部は前記継鉄と一体的に形成されている、請求項６記載の電磁継電器。
8. 前記筒体は磁性材料により形成されている筒体部を有し、
   前記筒体の前記中心軸方向の一端は前記継鉄と連結されており、
   前記中心軸方向において、前記永久磁石は前記筒体の前記一端と前記筒体部との間に配置されている、請求項１記載の電磁継電器。
9. 前記永久磁石は前記筒体の全体を構成する、請求項１記載の電磁継電器。
10. 前記電磁石装置は、前記可動子とギャップを介して対向してかつ前記筒体と前記可動子と前記継鉄とで前記磁気回路を形成する固定子をさらに有し、
    前記第１磁束の前記向きは前記ギャップにおいて前記第２磁束と同じ向きである、請求項１記載の電磁継電器。

Images