WO2014045963A1 - 電磁継電器 - Google Patents

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WO2014045963A1
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electromagnetic relay
permanent magnet
movable
arc
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和男 窪野
柚場　誉嗣
長谷川　洋一
拓治 村越
純哉 関川
Original Assignee
富士通コンポーネント株式会社
国立大学法人静岡大学
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    • H01H9/44—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • H01H9/443—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet using permanent magnets

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic relay for turning on / off a power supply of an electric device.
  • the electromagnetic relay includes, for example, those for home use, industrial use, and on-vehicle use.
  • the current on the electric circuit is cut off by opening and closing the contacts.
  • the fixed contact and the movable contact constituting the contact for opening and closing are separated from each other or approached from the separated state as the movable contact moves in the contact / separation direction with respect to the fixed contact. In doing so, there is a concern that an arc may occur if the voltage is greater than the minimum arc voltage or if the current is greater than the minimum arc current.
  • the framing of framing is based on the magnetic flux of the magnet located in the vicinity of the contact using the fact that the arc has the same magnetic property as the current.
  • a technique of applying an electromagnetic force (Lorentz force) based on the left-hand rule to an arc to bend its direction, deflecting it, blowing it off, and extinguishing the arc is also applicable.
  • the smaller the external dimensions of the electromagnetic relay the more difficult it is to secure a space for extending the arc, which increases the arc extinguishing effect and reduces the size.
  • An object of the present invention is to provide an electromagnetic relay capable of enhancing the arc extinguishing effect regardless of the external dimensions.
  • an electromagnetic relay includes a contact including a fixed contact, a movable contact that is movable toward and away from the fixed contact, and can be displaced in the first and second directions, and an outer peripheral side of the contact. And a permanent magnet having a polarity direction perpendicular to the first and second directions, and a direct current applied to the contact point facing a directing direction of a Lorentz force acting on the permanent magnet. Including non-magnetic materials.
  • an electromagnetic relay that can enhance the arc extinguishing effect while improving the switching performance.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a part of an electromagnetic relay according to a first embodiment. It is sectional drawing of the electromagnetic relay which concerns on Example 1.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the fixation aspect of the nonmagnetic body aspect and box component of the electromagnetic relay which concerns on Example 1.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the definition of the arc interruption time used as the basis which determines the distance of the nonmagnetic body and contact of the electromagnetic relay which concerns on Example 1.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the detail of the arc extinguishing aspect of the arc in the electromagnetic relay which concerns on Example 1 seeing in the direction which goes to a permanent magnet.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a part of the electromagnetic relay according to the first embodiment as viewed in a direction in which the movable contact is separated (separated) from the fixed contact.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a part of the electromagnetic relay according to the first embodiment when viewed in a direction toward the permanent magnet.
  • the electromagnetic relay 1 includes a fixed contact 2 and a movable contact 3 that can be displaced in a direction of moving toward and away from the fixed contact 2.
  • the fixed contact 2 and the movable contact 3 are cylindrical and constitute a contact 100.
  • the current flows in the direction I (the direction toward the back side of the drawing in FIG. 1).
  • the fixed contact 2 and the movable contact 3 are arranged in parallel while facing each other in the direction I.
  • the direction I coincides with the direction in which the movable contact 3 is separated from the fixed contact 2.
  • the electromagnetic relay 1 further has a permanent magnet 4.
  • the permanent magnet 4 has an N pole and an S pole as shown in FIG.
  • the direction from the N pole to the S pole and the direction from the S pole to the N pole are the polar directions of the permanent magnet 4, and are indicated by a double-headed arrow NS in FIG.
  • the direction of the Lorentz force acting on the arc at the contact 100 is indicated by an arrow R in FIG.
  • the permanent magnet 4 is arranged on the outer peripheral side of the contact 100 such that the magnetic direction NS is perpendicular to the direction I and the direction R. That is, the magnetic direction NS is perpendicular to the contact / separation direction of the movable contact 3 with respect to the fixed contact 2.
  • the electromagnetic relay 1 further has a flat metal plate 5 (nonmagnetic material).
  • the metal plate 5 is disposed on the side of the contact 100 perpendicular to the direction R perpendicular to both the magnetic direction NS and the direction I.
  • the metal plate 5 is opposed to the directing direction of the Lorentz force acting on the permanent magnet 4 in the direct current applied to the contact 100.
  • FIG. 1 shows a case where a current flows from the fixed contact 2 to the movable contact 3 in the contact 100.
  • the fixed contact 2 constituting the positive pole of the contact 100 and the movable contact 3 constituting the negative pole are arranged in parallel and viewed in the direction toward the north pole of the permanent magnet 4.
  • the arc discharge AI is formed in an arc shape that draws a thread from the movable contact 3 to the fixed contact 2.
  • the arc discharge AI (also simply referred to as an arc) is connected to a power source E and an appropriate resistor R1 between the fixed contact 2 and the movable contact 3 as shown in FIG. In this state, it starts when a current begins to flow through a gap or gap between the surface of the fixed contact 2 and the surface of the movable contact 3, and a boundary portion between the surface of the fixed contact 2 and the arc discharge AI and the movable contact 3.
  • the surface of the stationary contact 2 and the surface of the movable contact 3 are heated at the boundary portion between the surface of the electrode and the arc discharge AI, that is, at the anode foot portion and the cathode foot portion.
  • the anode foot is heated by electron impact and the cathode foot is heated by ion impact. Both the anode and cathode are also heated by heat conduction and radiation from the arc discharge AI. As described above, heating in both the anode and the cathode causes evaporation of materials constituting the anode and the cathode, and consumption of both the fixed contact 2 and the movable contact 3 is increased.
  • the generated arc discharge AI is made more effective by appropriately arranging the non-magnetic material and the permanent magnet from the viewpoints of improving the durability of the contact 100 and improving the breaking performance.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross section of the electromagnetic relay 1 passing through the movable iron core and the central axis of the shaft core.
  • the electromagnetic relay 1 is a plunger type and is a one-from-X type in which a pair of contacts exist with respect to the shaft core. That is, the electromagnetic relay 1 has a pair of left and right contacts 100 as shown in FIG.
  • the fixed contact 2 of the left contact 100 is connected to the plus terminal 6, and the fixed contact 2 of the right contact 100 is connected to the minus terminal 7.
  • 2 shows a combination of the anode and the cathode in the contact 100 on the left side in FIG.
  • the positions of the fixed contact 2 and the movable contact 3 shown in FIG. 2 are reversed in the right contact 100 in FIG.
  • Each movable contact 3 of the pair of left and right contacts 100 is disposed at the left and right ends of a rectangular parallelepiped movable portion 8, and the movable portion 8 is connected to the shaft core 9 via a contact pressure spring 10.
  • the upper end portion of the shaft core 9 in FIG. 3 is connected to a housing 11 that fixes the plus terminal 6 and the minus terminal 7 via a return spring 12 and an E ring 13.
  • a bottomed hole portion of the movable iron core 14 is slidably connected in the axial direction of the shaft core 9.
  • An annular yoke 15 is disposed on the outer peripheral side of the movable iron core 14, and a coil wire 16 is wound and disposed on the outer peripheral side of the yoke 15.
  • a barrier 17 for electromagnetic shielding is disposed on the outer peripheral side of the coil wire 16, and supports and encloses both the lower end portion of the yoke 15 in FIG. 3 and the coil wire 16, and a bottom cover that is appropriately joined to the housing 11.
  • a yoke 18 is arranged.
  • the electromagnetic relay 1 includes a pair of metal plates 5.
  • the metal plate 5 is composed of any one of nonmagnetic materials such as copper, aluminum, stainless steel, silver and the like as a main component.
  • the shape of the metal plate 5 can be a flat plate as shown in the conceptual diagrams of FIGS. 1 and 2, but it is considered that the arc discharge AI blown off by the Lorentz force is stretched on the surface of the metal plate 5.
  • FIG. 4A it is preferable that the contact surface of the contact 100 be covered from the radial direction centering on the contact / separation direction of the movable contact 3 with respect to the fixed contact 2.
  • a U-shaped columnar form is selected as an example of the outer covering form.
  • the housing 11 includes a pair of concave portions 11a in which the U-shaped metal plate 5 is accommodated and can be press-fitted and fixed.
  • Each recessed part 11a is located in the outer peripheral side of the corresponding contact 100, and can press-fit the U-shaped metal plate 5 from the direction in which the movable contact 3 separates from the fixed contact 2 (from the upper side in FIG. 4A). It has.
  • the pair of metal plates 5 are press-fitted and fixed in the corresponding recesses 11a.
  • the electromagnetic relay 1 has a pair of flat permanent magnets 4, and the housing 11 further includes a recess 11b in which the permanent magnet 4 is housed and press-fit.
  • the pair of permanent magnets 4 is press-fitted and fixed in the corresponding recesses 11b. Further, the space inside the housing 11 which is a box part is not evacuated or injected.
  • the coil wire 16 includes a terminal portion (not shown) in FIG. 3, and the axial core 9 and the movable iron core 14 are shown in FIG. 3 based on the urging force of the return spring 12 in a state where no excitation current is applied to the terminal portion.
  • the contact 100 constituted by the fixed contact 2 and the movable contact 3 is urged downward to make a transition or maintenance to an open state.
  • an exciting current is applied to the terminal portion, the shaft core 9 and the movable portion 8 are moved upward by a force that attracts the movable iron core 14 generated by the coil wire 16, the yoke 15 and the yoke 18 upward in FIG.
  • the movable contact 3 is brought into contact with the fixed contact 2 to be closed.
  • the waveform shown in FIG. 5 is obtained.
  • the current I gradually decreases for about 2 milliseconds after dropping in a step shape at the beginning of the interruption, and then rapidly decreases, and the voltage V increases for about 2 milliseconds after increasing in a step shape at the beginning of the interruption. Then it rises rapidly and reaches the default value.
  • the arc interruption time T at the contact 100 of the electromagnetic relay 1 is the time until the voltage V finally reaches a predetermined value after the current I is stepped. It shows that the shorter the arc interruption time T, the shorter the time required for extinguishing the arc discharge AI.
  • the relationship between the distance D and the arc interruption time T in the direction in which the arc discharge AI in FIG. 6 between the fixed contact 2 and the metal plate 5 of the movable contact 3 constituting each contact 100 is blown away is as shown in FIG.
  • the arc interruption time T gradually decreases as the distance D decreases.
  • the electromagnetic relay 1 of the first embodiment shown in FIG. When the characteristic is obtained by experiment or simulation, the distance D is set to a value larger than the minimum value 1 mm, for example, about 1.5 mm (predetermined range).
  • the electromagnetic relay 1 of the first embodiment by providing the permanent magnet 4 having the predetermined positional relationship and the non-magnetic metal plate 5 in the vicinity of each contact 100, the following operational effects are obtained. be able to.
  • the metal plate 5 is disposed opposite to the direction in which the Lorentz force acts. Therefore, the arc-shaped arc discharge AI can be extended along the surface of the metal plate 5 as shown in FIG. In FIG. 6, for convenience of illustration, the metal plate 5 has a flat plate shape.
  • the arc discharge AI generated when the movable contact 3 contacts and separates from the fixed contact 2 is generated between the fixed contact 2 and the movable contact 3 by the generation of the permanent magnet 4.
  • the electromagnetic force (Lorentz force) based on the Fleming's left-hand rule generated by the magnetic flux to be generated and the arc discharge AI is deflected in the direction away from the contact 100 and blown away, and against the metal plate 5 (non-magnetic material).
  • the blown-off arc discharge AI can be collided.
  • the arc discharge AI Due to this collision, the arc discharge AI is extended in the surface direction of the metal plate 5, the thermal energy of the arc discharge AI is absorbed by the nonmagnetic material, and the extension distance between the fixed contact 2 and the movable contact 3 of the arc discharge AI is increased. By making it as long as possible, the arc discharge AI can be extinguished more quickly.
  • the arc discharge AI forms an arc shape and simply expands in the radial direction as shown in FIG. Since the non-magnetic metal plate 5 is installed, the arc discharge AI can be extended on the surface without entering the metal plate 5 as shown in FIG. Thus, the thermal energy of the arc discharge AI is absorbed by the metal plate 5, and the extension distance in the space of the arc discharge AI is lengthened, so that the arc discharge AI can be more effectively extinguished.
  • the metal plate 5 of the first embodiment also has a function of preventing the arc discharge AI from colliding with the housing 11, and the housing 11 can be prevented from being damaged by the arc discharge AI. 11 can be prevented from being generated due to damage of the resin constituting 11 and deterioration of the contact characteristics of each contact 100 can be prevented. Further, since the generation of gas can be prevented by preventing the housing 11 as a box part from being damaged, it is possible to reduce the cost by not evacuating or injecting the space inside the housing 11.
  • the space required for extending the arc discharge AI to lower the thermal energy to ensure the shut-off performance should be the minimum necessary by installing the metal plate 5, and downsizing the housing 11 and the electromagnetic relay 1 as a whole. Can do. In other words, the breaking performance can be enhanced regardless of the outer dimensions of the electromagnetic relay.
  • both the permanent magnet 4 and the metal plate 5 are fixed to the housing 11 as a box component forming the outer shell by press-fitting, but the permanent magnet 4 and the metal plate 5 are the housing. 11 may be embedded in advance by insert molding and fixed integrally.
  • the permanent magnet 4 and the metal plate 5 can be fixed to the housing 11 by insert molding in one step, and the ease of assembly and the ease of manufacture can be improved.
  • Example 2 In the first embodiment described above, the embodiment in which the present invention is applied to the plunger type electromagnetic relay has been described. However, the present invention can also be applied to an arm type (hinge type) electromagnetic relay. A second embodiment in which the present invention is applied to an arm type electromagnetic relay will be described below.
  • FIG. 9A shows an overview of the electromagnetic relay 21 according to the second embodiment
  • FIG. 9B shows an enlarged part of the electromagnetic relay 21.
  • the electromagnetic relay 21 of Example 2 shows an embodiment in which the present invention is applied to an arm type and one-from-A type electromagnetic relay.
  • the fixed contact 22 and the movable contact 23 constituting the contact 100 are opposed to each other in the contact / separation direction of the movable contact 23 with respect to the fixed contact 22, and the permanent magnet 24 supports the movable contact 23. It arrange
  • the non-magnetic metal plate 25 is disposed at a position opposite to the direction in which the Lorentz force acts by the magnetic force of the permanent magnet 24 on the arc discharge AI flowing in the contact / separation direction of the movable contact 23 with respect to the fixed contact 22,
  • the permanent magnet 24 is disposed on the fulcrum side of the movable arm 23A.
  • the movable arm 23A is connected to the plus terminal 26, and the fixed contact 22 is connected to the minus terminal 27.
  • the drive part comprised by the housing as a box component which comprises the outer shell which comprises the electromagnetic relay 21, and the coil electric wire and yoke which drive the movable arm 23A, it functions with the plunger-type electromagnetic relay 1 of Example 1. Since the structure is equivalent, the description of the detailed structure is omitted.
  • the electromagnetic relay 21 according to the second embodiment is an arm type, and disposing the metal plate 25 so as to cover the contact 100 around the contact / separation direction of the movable contact 23 with respect to the fixed contact 22 is to swing the movable arm 23a. Since it is not appropriate in terms of securing a necessary space, the metal plate 25 has a flat plate shape.
  • the left hand of Fleming in which the arc discharge AI generated at the time of contact / separation between the fixed contact 22 and the movable contact 23 is generated by the magnetic flux generated by the permanent magnet 24 and the arc discharge AI.
  • the arc discharge AI can be made to collide against the metal plate 25 while being deflected and blown away in the direction away from the contact 100 by the Lorentz force based on the above law. Based on this collision, the arc discharge AI is extended in the surface direction of the metal plate 25 in the same manner as in the first embodiment, the thermal energy of the arc discharge AI is absorbed by the non-magnetic material, and the arc discharge AI is weakened.
  • the protective effect and downsizing effect of the housing can be obtained in the second embodiment.
  • the present invention relates to an electromagnetic relay, and it is possible to enhance the arc extinguishing effect and the contact breaking performance while improving the downsizing property. For this reason, this invention is useful when applied to the electromagnetic relay used for household use, industrial use, and vehicle-mounted use.
  • Electromagnetic relay 2 Fixed contact 3 Movable contact 4 Permanent magnet 5 Metal plate (nonmagnetic material) 6 Positive terminal 7 Negative terminal 8 Movable part 9 Shaft core 10
  • Contact pressure spring 11 Housing 12
  • E-ring (stopper) 14
  • movable iron core 15
  • yoke 16
  • coil electric wire 17
  • barrier 18
  • yoke 21
  • electromagnetic relay 22 fixed contact 23 movable contact 23A movable arm 24
  • permanent magnet 25 metal plate (non-magnetic material) 26 Positive terminal 27 Negative terminal 100 Contact

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Abstract

　電磁継電器は、固定接点と、当該固定接点に対して接離する第１及び第２の方向に変位可能な可動接点とからなる接点と、当該接点の外周側に配置された前記第１及び第２の方向と垂直をなす極性方向を有する永久磁石と、前記接点に通電される直流電流において、前記永久磁石に基づいて作用するローレンツ力の指向方向に対向する非磁性体とを含む。

Description

電磁継電器
　本発明は、電気機器の電源をオンオフする電磁継電器に関する。電磁継電器は、例えば家庭用、産業用及び車載用のものを含む。
　例えば下記の特許文献１に記載されるような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、可動接点の固定接点に対する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。
特開２０１２－８９４８４号公報
　この特許文献１に記載されているような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も適用可能である。ところが、アークを偏向させて引き延ばすことによって遮断性能を高めることを考慮した場合に、電磁継電器の外形寸法が小さくなるほどアークを引き延ばすための空間確保が難しくなり、アークの消弧効果を高めることと小型化を十分に両立できないという問題も生じる。
　本発明は、外形寸法にかかわらずにアークの消弧効果を高め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。
　本発明の一側面によれば、電磁継電器は、固定接点と、当該固定接点に対して接離する第１及び第２の方向に変位可能な可動接点とからなる接点と、当該接点の外周側に配置された前記第１及び第２の方向と垂直をなす極性方向を有する永久磁石と、前記接点に通電される直流電流において、前記永久磁石に基づいて作用するローレンツ力の指向方向に対向する非磁性体とを含む。
　本発明の一側面によれば、開閉性能を高めた上で、アークの消弧効果を高めることができる電磁継電器を提供することができる。
本発明の実施例１に係る電磁継電器の一部を示す模式図である。 実施例１に係る電磁継電器の一部を示す模式図である。 実施例１に係る電磁継電器の断面図である。 実施例１に係る電磁継電器の非磁性体の態様と箱部品との固定態様を示す模式図である。 実施例１に係る電磁継電器の非磁性体と接点との距離を決定する根拠となるアーク遮断時間の定義を示す模式図である。 実施例１に係る電磁継電器におけるアークの消弧態様の詳細を永久磁石に向かう方向に視て示す模式図である。 実施例１に係る電磁継電器の非磁性体と接点との距離とアーク遮断時間との相関関係である特性を示す模式図である。 実施例１に係る電磁継電器におけるアークの消弧態様を関連技術との比較に基づいて示す模式図である。 本発明の実施例２に係る電磁継電器の概観と一部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。
［実施例１］
　図１は、実施例１に係る電磁継電器の一部を、可動接点が固定接点と離間（分離）する方向に視て示す模式図である。図２は、実施例１に係る電磁継電器の一部を、永久磁石に向かう方向に視て示す模式図である。
　図１及び図２を参照すれば、実施例１に係る電磁継電器１は、固定接点２と、固定接点２に対し接離する方向に変位可能な可動接点３を有する。固定接点２及び可動接点３は円柱状であり、接点１００を構成する。接点１００において、電流は方向Ｉ（図１の紙面奥側に向かう方向）に流れる。固定接点２及び可動接点３は、方向Ｉに相互に対向しながら並列する。方向Ｉは可動接点３が固定接点２から離間する方向に一致する。
　電磁継電器１は永久磁石４を更に有する。永久磁石４は図１に示すようにＮ極とＳ極を有する。Ｎ極からＳ極への方向及びＳ極からＮ極への方向は永久磁石４の極性方向であり、図１に双頭矢印ＮＳで示す。接点１００においてアークに作用するローレンツ力の方向は、図１に矢印Ｒで示す。永久磁石４は、その磁性方向ＮＳが方向Ｉ及び方向Ｒに垂直となるように、接点１００の外周側側方に配置される。即ち、磁性方向ＮＳは、可動接点３の固定接点２に対する接離方向に対して垂直をなす。
　電磁継電器１は平板状の金属板５（非磁性体）を更に有する。金属板５は、磁性方向ＮＳと方向Ｉの双方に垂直な方向Ｒに対して垂直に、接点１００の側方に配置される。金属板５は、接点１００に通電される直流電流において、永久磁石４に基づいて作用するローレンツ力の指向方向に対向する。図１は、接点１００において固定接点２から可動接点３に電流が流れる場合を示す。
　つまり、図２に示すように、接点１００の＋極を構成する固定接点２と、－極を構成する可動接点３を並列させた状態で、永久磁石４のＮ極側に向かう方向で視ると、アーク放電ＡＩは可動接点３から固定接点２に糸を引く円弧状に形成される。
　なお、アーク放電ＡＩ（単にアークとも言う）とは固定接点２と可動接点３の間に図２に示すように電源Ｅと適宜の抵抗Ｒ１に接続され閉回路とされて電気的な負荷がかけられている状態において、固定接点２の表面と可動接点３の表面間の空隙すなわちギャップを通して電流が流れ始める時に始まるものであり、固定接点２の表面とアーク放電ＡＩとの境界部分及び可動接点３の表面とアーク放電ＡＩとの境界部分、すなわち陽極足部分と陰極足部分において、固定接点２の表面と可動接点３の表面がそれぞれ加熱される。陽極足部分は電子衝撃、陰極足部分はイオン衝撃によって加熱される。陽極及び陰極はともにアーク放電ＡＩからの熱伝導及び放射によっても加熱される。このように陽極と陰極の双方においての加熱が陽極及び陰極を構成する材料を蒸発させることを招き、固定接点２及び可動接点３の双方の消耗が増大する。
　このため実施例１の電磁継電器１では、接点１００の耐久性向上と遮断性能の向上の双方の観点から、非磁性体と永久磁石を適宜配置することにより、発生したアーク放電ＡＩをより効果的に消弧する。
　次に、実施例１の電磁継電器１の全体構成を説明する。図３は、可動鉄心と軸芯の中心軸を通る電磁継電器１の断面を示す模式図である。図３に示すように、電磁継電器１はプランジャタイプであり軸芯に対して接点が一対存在するワンフロムエックスタイプである。つまり、電磁継電器１は、図３に示すように、左右一対の接点１００を有している。図３では左側の接点１００の固定接点２がプラス端子６に接続され、右側の接点１００の固定接点２がマイナス端子７に接続されている。なお、図２は図３における左側の接点１００における陽極と陰極の組合せを示す。図２に示す固定接点２と可動接点３の位置は、図３における右側の接点１００では逆となる。
　左右一対の接点１００のそれぞれの可動接点３は直方体状の可動部８の左右端部に配置されており、可動部８は軸芯９に接圧バネ１０を介して連結されている。軸芯９の図３中の上端部はプラス端子６及びマイナス端子７を固定するハウジング１１に復帰バネ１２及びＥリング１３を介して連結されており、軸芯９の図３中の下端部は可動鉄心１４の有する有底孔部に軸芯９の軸方向に摺動自在に連結されている。
　可動鉄心１４の外周側には円環状のヨーク１５が配置され、ヨーク１５の外周側にはコイル電線１６が巻回され配置される。コイル電線１６の外周側には電磁遮蔽を目的とするバリア１７が配置され、ヨーク１５の図３中下端部とコイル電線１６の双方を支持し外包して、ハウジング１１に適宜接合される底蓋状のヨーク１８が配置される。
　電磁継電器１は一対の金属板５を含む。金属板５は、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス、銀等の強磁性体ではない非磁性体のいずれかによりまたはいずれかを主成分として構成される。なお金属板５の形状は図１、図２の概念図に示すように平板状とすることもできるが、ローレンツ力により吹き飛ばされるアーク放電ＡＩが金属板５の表面上で引き延ばされることを考慮して、図４（ａ）に示すように、接点１００の接触面を可動接点３の固定接点２に対する接離方向を中心とする径方向から外覆する外覆形態とすることが好ましい。図４（ａ）ではこの外覆形態の一例としてＵ字柱状形態が選択されている。ハウジング１１はこのＵ字柱状の金属板５が収納され圧入固定可能な一対の凹部１１ａを備えている。各凹部１１ａは対応する接点１００の外周側に位置して、Ｕ字柱状の金属板５を可動接点３が固定接点２から離間する方向から（図４（ａ）中上方から）圧入可能な形態を具備している。一対の金属板５は対応する凹部１１ａに図４（ｂ）に示すように、圧入固定される。また、図４（ａ）に示すように、電磁継電器１は一対の平板状の永久磁石４を有し、ハウジング１１は永久磁石４が収納され圧入固定可能な凹部１１ｂを更に具備している。一対の永久磁石４はそれぞれ対応する凹部１１ｂに圧入固定される。さらに箱部品であるハウジング１１内部の空間には真空化もしくはガス注入を施さない。
　コイル電線１６は図３中においては図示しない端子部を備えており、こ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１２の付勢力に基づいて軸芯９及び可動鉄心１４が図３中下方に付勢されて、固定接点２と可動接点３より構成される接点１００の開状態への遷移又は維持がなされる。端子部に励磁電流が印加されると、コイル電線１６及びヨーク１５及びヨーク１８の発生する可動鉄心１４を図３中上方に吸引する力により、軸芯９及び可動部８が上方に移動させられて、可動接点３は固定接点２に接触されて閉状態とされる。
　なお、図２に示した閉回路上における電圧Ｖと電流Ｉを接点１００におけるアークの遮断前後において測定すると図５に示す波形を示す。電流Ｉは遮断の初期においてステップ状に下がった後、２ミリ秒程度漸減して、その後急激に低下し、電圧Ｖは遮断の初期においてステップ状に上がった後、２ミリ秒程度漸増して、その後急激に上昇して既定値に到達する。
　電磁継電器１の接点１００におけるアーク遮断時間Ｔは電流Ｉがステップ状に下がってから、電圧Ｖが最終的に既定値に到達するまでの時間である。このアーク遮断時間Ｔが短いほど、アーク放電ＡＩの消弧に要する時間が短いことを示している。ここで、各接点１００を構成する固定接点２と可動接点３の金属板５との図６中のアーク放電ＡＩが吹き飛ばされる方向における距離Ｄとアーク遮断時間Ｔとの関係は図７に示すように、距離Ｄの減少に対してアーク遮断時間Ｔが漸減する形態をなす。
　ローレンツ力により吹き飛ばされるアーク放電ＡＩをより効果的に金属板５に衝突させるにあたっては、距離Ｄが短い方が衝突エネルギーを大きく確保できる。ただし、距離Ｄを小さく設定しすぎると、各接点１００の固定接点２の側面又は可動接点３の側面と金属板５との間において、図６に示すような逆Ω字型にアーク放電ＡＩを引き延ばすにあたって必要な隙間が確保できなくなることを招く。加えて、固定接点２の側面が実質的にはプラス端子６又はマイナス端子７であってプラス端子６又はマイナス端子７に例えば鉄系統の強磁性体が含まれる場合には、アーク放電ＡＩがプラス端子６又はマイナス端子７に進入してしまうことも招く。
　この場合、金属板５の表面に沿わせたアーク放電ＡＩの接点１００と金属板５との間における引き延ばしが十分にできないことを招いてしまうため、実施例１の電磁継電器１において図７に示す特性が実験又はシミュレーションにより得られる場合には、距離Ｄを最小値１ｍｍよりも大きい値例えば１．５ｍｍ程度（所定範囲）に設定する。
　実施例１の電磁継電器１によれば、上述した所定の位置関係を有する永久磁石４と非磁性体の金属板５を、各接点１００近傍に具備することによって、以下のような作用効果を得ることができる。
　すなわち、各接点１００の開閉に伴って、固定接点２と可動接点３との間のギャップに発生するアーク放電ＡＩがローレンツ力により吹き飛ばされるにあたり、金属板５をローレンツ力の作用する方向に対向配置しているので、円弧状のアーク放電ＡＩを図６に示すように、金属板５の表面に沿って引き延ばすことができる。なお、図６では図示の便宜上金属板５は平板状としている。
　つまり実施例１の電磁継電器１においては、各接点１００において、固定接点２と可動接点３との間に可動接点３の固定接点２に対する接離時に発生するアーク放電ＡＩを、永久磁石４の発生する磁束とアーク放電ＡＩとにより発生する、フレミングの左手の法則に基づく電磁力（ローレンツ力）により接点１００から離隔する方向に偏向させて吹き飛ばすととともに、金属板５（非磁性体）に対して吹き飛ばされたアーク放電ＡＩを衝突させることができる。この衝突によりアーク放電ＡＩを金属板５の面方向に引き延ばして、アーク放電ＡＩの熱エネルギーを非磁性体に吸収させかつアーク放電ＡＩの固定接点２と可動接点３との間の延在距離をなるべく長くすることで、より迅速にアーク放電ＡＩを消弧することができる。
　つまりローレンツ力によるアーク放電ＡＩが吹き飛ばされる方向に金属板５が設置されない場合においては、図８（ａ）に示すようにアーク放電ＡＩは円弧状をなして径方向に単に膨張する形態をなすが、非磁性体である金属板５が設置されることによって、図８（ｂ）に示すように金属板５内部にアーク放電ＡＩが進入することなく表面上で引き延ばすことができるので、より広い範囲で金属板５によりアーク放電ＡＩの熱エネルギーが吸収され、かつ、アーク放電ＡＩの空間内での延在距離を長くして、アーク放電ＡＩの消弧をより効果的に行うことができる。
　さらに実施例１の金属板５は、アーク放電ＡＩのハウジング１１への衝突を防止する機能も有しており、ハウジング１１がアーク放電ＡＩにより損傷を受けることを防止することができるとともに、このハウジング１１を構成する樹脂の損傷に伴うガスの発生も防止して、各接点１００の接触特性の劣化を防止できる。また箱部品としてのハウジング１１の損傷を防止してガス発生を防止できるため、ハウジング１１内部の空間には真空化もしくはガス注入を施さないこととしてコストダウンと図ることもできる。
　加えてアーク放電ＡＩを引き延ばして熱エネルギーを下げて遮断性能を確保するにあたって必要な空間を、金属板５の設置により必要最低限のものとして、ハウジング１１ひいては電磁継電器１全体のダウンサイジングを図ることができる。換言すれば、電磁継電器の外形寸法にかかわらずに遮断性能を高めることができる。
　実施例１の電磁継電器１においては、外殻をなす箱部品としてのハウジング１１に、永久磁石４及び金属板５の双方を圧入により固定する形態としているが、永久磁石４と金属板５がハウジング１１にインサートモールド成型にて予め埋設され一体的に固定されるものとしてもよい。
　後者の成型手法を採用することにより、永久磁石４と金属板５のハウジング１１への固定をインサートモールド成型により一工程で行うことができ、組立容易性と製造容易性を高めることができる。
［実施例２］
　上述した実施例１では、本発明をプランジャタイプの電磁継電器に適用する形態について述べたが、本発明は、アームタイプ（ヒンジタイプ）の電磁継電器に適用することも可能である。以下、アームタイプの電磁継電器に本発明を適用した実施例２について述べる。図９（ａ）は実施例２の電磁継電器２１の概観を示し、図９（ｂ）は電磁継電器２１の一部分を拡大して示す。
　図９（ａ）に示すように、実施例２の電磁継電器２１は、アームタイプかつワンフロムエータイプの電磁継電器に本発明を適用した形態を示している。図９（ｂ）に示すように、接点１００を構成する固定接点２２と可動接点２３は可動接点２３の固定接点２２に対する接離方向において相互に対向し、永久磁石２４は可動接点２３を支持する可動アーム２３Ａの支点から端点に向かう方向に対向する位置に配置される。非磁性体の金属板２５は、可動接点２３の固定接点２２に対する接離方向に流れるアーク放電ＡＩに永久磁石２４の磁性力によりローレンツ力が作用して吹き飛ばされる方向に対向する位置に配置され、ここでは永久磁石２４よりも可動アーム２３Ａの支点側に配置される。可動アーム２３Ａはプラス端子２６に接続され、固定接点２２はマイナス端子２７に接続される。
　なお、電磁継電器２１を構成する外殻をなす箱部品としてのハウジングや、可動アーム２３Ａを駆動するコイル電線やヨークにより構成される駆動部については、実施例１のプランジャタイプの電磁継電器１と機能的には同等の構造であるため詳細構造についての説明は割愛する。実施例２の電磁継電器２１はアームタイプであり、接点１００について可動接点２３の固定接点２２に対する接離方向を中心として外覆する形態に金属板２５を配置することは可動アーム２３ａの揺動に必要なスペースを確保する観点で適切でないため、金属板２５は平板状としている。
　実施例２の電磁継電器２１においても、固定接点２２と可動接点２３との間に接離時に発生するアーク放電ＡＩを、永久磁石２４の発生する磁束とアーク放電ＡＩとにより発生する、フレミングの左手の法則に基づくローレンツ力により接点１００から離隔する方向に偏向させて吹き飛ばすととともに、金属板２５に対して吹き飛ばされたアーク放電ＡＩを衝突させることができる。この衝突に基づいて、実施例１と同様にアーク放電ＡＩを金属板２５の面方向に引き延ばして、アーク放電ＡＩの熱エネルギーを非磁性体に吸収させてアーク放電ＡＩを弱め、アーク放電ＡＩの固定接点２２と可動接点２３との間の延在距離をなるべく長くすることで熱エネルギーを減らして、より迅速にアーク放電ＡＩを消弧することができる。ハウジングの保護効果、ダウンサイジング効果についても実施例１と同様に実施例２についても得ることができる。
　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改良を加えることができる。
　本発明は、電磁継電器に関するものであり、ダウンサイジング性を高めた上で、アークの消弧効果と接点の遮断性能を高めることができる。このため、本発明は、家庭用、産業用及び車載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　　　永久磁石
　５　　　金属板（非磁性体）
　６　　　プラス端子
　７　　　マイナス端子
　８　　　可動部
　９　　　軸芯
１０　　　接圧バネ
１１　　　ハウジング
１２　　　復帰バネ
１３　　　Ｅリング（止め具）
１４　　　可動鉄心
１５　　　ヨーク
１６　　　コイル電線
１７　　　バリア
１８　　　ヨーク
２１　　　電磁継電器
２２　　　固定接点
２３　　　可動接点
２３Ａ　　可動アーム
２４　　　永久磁石
２５　　　金属板（非磁性体）
２６　　　プラス端子
２７　　　マイナス端子
１００　　　　接点

Claims (5)

  1. 　固定接点と、当該固定接点に対して接離する第１及び第２の方向に変位可能な可動接点とからなる接点と、
    　当該接点の外周側に配置された前記第１及び第２の方向と垂直をなす極性方向を有する永久磁石と、
    　前記接点に通電される直流電流において、前記永久磁石に基づいて作用するローレンツ力の指向方向に対向する非磁性体とを、
    　含むことを特徴とする電磁継電器。
  2. 　前記非磁性体の形状が平板状あるいは前記接点を覆う外覆形状であることを特徴とする請求項１に記載の電磁継電器。
  3. 　前記非磁性体と前記接点との距離を当該距離と前記接点の遮断時間との間の特性に基づいて所定範囲に定めることを特徴とする請求項１に記載の電磁継電器。
  4. 　外殻をなす箱部品を更に含み、
    　当該箱部品の複数の凹部に前記永久磁石及び前記制限板をそれぞれ圧入することにより、前記箱部品に前記永久磁石と前記非磁性体が固定されることを特徴とする請求項１に記載の電磁継電器。
  5. 　前記箱部品内部の空間には真空化もしくはガス注入を施さない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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