JP2011077141A

JP2011077141A - 電磁石装置、およびこれを用いた電磁リレー

Info

Publication number: JP2011077141A
Application number: JP2009224696A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Matsui; 靖松井; Yoshihide Asada; 芳英浅田
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-14

Abstract

【課題】磁気効率の劣化を防止し、継鉄の吸引力の向上を図って、特性を安定化させる。
【解決手段】電磁リレー１は、コイルブロック１１の内部に摺動自在に挿通され、両端部が突き出た状態のアーマチュア１２と、コイルブロックの両端部両面に対向して配置された一対の継鉄１３ａ、１３ｂと、継鉄１３ａ、１３ｂに挟持された永久磁石１４と、アーマチュア１２に係止されたカード１５と、カード１５に橋架された一対の可動ばね１６ａ、１６ｂと、可動ばね１６ａ、１６ｂのそれぞれ一端に固着された可動接点１７ａ、１７ｂと、可動接点１７ａ、１７ｂに対向して配置された固定接点１８ａ、１８ｂを備えて構成される。継鉄１３ａ、１３ｂはＵ字板状に形成され、アーマチュア１２を吸引する一方の突端面に、磁気ギャップとして非磁性ステンレス薄板からなるレシジュアルプレートＲＰが固着、一体化される。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石を用い、アーマチュアおよび継鉄と共に磁気回路を形成する電磁石装置、および電磁石装置によって高能率に接点を開閉する電磁リレーに関する。

従来から、磁気回路に永久磁石を用いることによって、シングルステイブル動作又はラッチング動作を行う電磁リレーが提案されている（例えば、特許文献１〜６参照）。図１１は、このような電磁リレーの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。また、図１２（ａ）、（ｂ）は、図１１に示す電磁リレーの電磁石ブロックの概略構成および励磁方向を示す斜視図である。

図１０および図１１において、電磁リレー３は、コイルが巻回されたコイルブロック３１、コイルブロック３１の内部に摺動可能に挿通され、両端部が突き出た状態のアーマチュア３２、アーマチュア３２の両端部両面に対向して配置された一対の継鉄３３ａ、３３ｂ、継鉄３３ａ、３３ｂの間に挟持された永久磁石３４、からなる電磁石ブロックと、アーマチュア３２に係止されたカード３５と、一端に可動接点３７ａ、３７ｂが固着され、カード３５が橋架された可動ばね３６ａ、３６ｂと、可動接点３７ａ、３７ｂが当接および離隔する固定接点３８ａ、３８ｂを備え、これらが絶縁性のボディ３０に立設された構成となっている。

上記の電磁リレー３は、コイルブロック３１に電流が流れない状態の時、永久磁石３４の磁束によってアーマチュア３２が継鉄３３ｂに吸引されているが、図１２（ｂ）に示す矢印Ｉの向きに電流が流れると、発生した磁束によってアーマチュア３２が継鉄３３ａに吸引され、カード３５によって可動ばね３６ａ、３６ｂが変位して、離隔状態にあった可動接点３７ａ、３７ｂと固定接点３８ａ、３８ｂがそれぞれ接触する。

一方、コイルブロック３１への電流が断たれると、アーマチュア３２は可動ばね３６ａ、３６ｂのばね負荷力によって復帰し、可動接点３７ａ，３７ｂと固定接点３８ａ、３８ｂがそれぞれ離隔して元の状態に復帰し、永久磁石３４の磁束によって保持される。

このような電磁リレー３では、動作が切り替わった際に、アーマチュア３２と継鉄３３ａ、又はアーマチュア３２と継鉄３３ｂが残留磁化で離隔し難くなってリレーの開放特性が劣化するのを防止するために、継鉄３３ａ、３３ｂのアーマチュア３２と対向する面に、それぞれ磁気ギャップを設けている。

図１３は、継鉄３３ａ又は３３ｂの構成を示す図である。図１３において、継鉄３３ａ、３３ｂはＵ字板状に形成され、アーマチュア３２を吸着する一方の先端面に、ポリエステル樹脂やポリイミド樹脂等を、例えば略３０μｍの厚さでコーティング処理した磁気ギャップ３３１を備えている。

しかしながら、この継鉄３３ａ、３３ｂは、製造に際してＵ字板状の他方の先端面にも樹脂がコーティングされ、本来必要でない磁気ギャップ３３２が形成されてしまうことがある。このような磁気ギャップ３３２があると、磁気抵抗が増加して磁気効率が劣化し、継鉄３３ａ、３３ｂのアーマチュア３２を吸着する吸引力が低下するという問題が発生する。

特開平０５−２９６９号公報実開昭６２−１７５６４５号公報特開平０６−２６００７２号公報特開平０５−２９６７号公報特開昭６１−３４９０４号公報特開平０５−２９６６号公報

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、磁気効率の劣化を防止し、継鉄の吸引力の向上を図ることのできる電磁石装置、および電磁リレーを提供することを目的とする。

本発明の電磁石装置は、コイルと、前記コイル内部に摺動自在に挿通され、両端部が突き出た状態で保持されたアーマチュアと、前記アーマチュアに対向して配置された一対の継鉄と、前記一対の継鉄に挟持された永久磁石と、を備える電磁石装置であって、前記一対の継鉄は、前記アーマチュアを吸着する面に、磁気ギャップを備えることを特徴とするものである。

この構成により、一対の継鉄のアーマチュアを吸着する面に、それぞれ磁気ギャップを備えることで、継鉄の不要な面に磁気ギャップが形成されることがなく、磁気効率の劣化を防止することが可能となり、吸引力の向上を図ることができる。

また、本発明は、上記の電磁石装置において、前記磁気ギャップは、レシジュアルプレートであることを特徴とするものである。

この構成により、一対の継鉄のアーマチュアを吸着する面に備える磁気ギャップをレシジュアルプレートで形成することで、継鉄の不要な面に磁気ギャップが形成されることがなく、磁気効率の劣化を防止することが可能となり、吸引力の向上を図ることができる。

更に、本発明は、上記の電磁石装置において、前記レシジュアルプレートは、非磁性ステンレス板から構成されることを特徴とするものである。

この構成により、レシジュアルプレートを非磁性ステンレスで形成することで、耐久性に富む磁気ギャップを得ることが可能となり、且つ樹脂のコーティング処理に比して安価に製作できる。

本発明の電磁リレーは、上記の電磁石装置と、前記アーマチュアに係止されたカードと、前記カードに橋架された可動ばねと、前記可動ばねの一端に固着された可動接点と、前記可動接点に対向して配置された固定接点と、を備えることを特徴とするものである。

この構成により、磁気効率の劣化がなく、特性が安定した電磁リレーを提供できる。

本発明によれば、磁気効率の劣化を防止し、継鉄の吸引力の向上を図ることのできる電磁石装置、および電磁リレーを提供できる。

（ａ）本発明の実施形態に係る電磁リレーの概略構成を示す平面図（ｂ）本発明の実施形態に係る電磁リレーの概略構成を示す側面図本発明の実施形態に係る電磁リレーにおいて、アーマチュアの概略構成を示す斜視図本発明の実施形態に係る電磁リレーにおいて、継鉄の概略構成を示す側面図（ａ）本発明の実施形態に係る電磁リレーにおいて、アーマチュアがｂ接点側の継鉄に吸着し、無励磁である場合の動作作を説明するための動作説明図（斜視図）（ｂ）本発明の実施形態に係る電磁リレーにおいて、アーマチュアがｂ接点側の継鉄に吸着し、無励磁である場合の動作作を説明するための動作説明図（平面図）（ａ）本発明の実施形態に係る電磁リレーにおいて、アーマチュアがａ接点側の継鉄に吸着し、無励磁である場合の動作作を説明するための動作説明図（斜視図）（ｂ）本発明の実施形態に係る電磁リレーにおいて、アーマチュアがａ接点側の継鉄に吸着し、無励磁である場合の動作作を説明するための動作説明図（平面図）本発明の実施形態に係る電磁リレーにおいて、アーマチュアがｂ接点側の継鉄に吸着し、励磁した場合の動作作を説明するための動作説明図（平面図）本発明の実施形態に係る電磁リレーにおいて、コーティングの有無による継鉄の支承部とアーマチュアの支点部との距離関係を示す表本発明の実施形態に係る電磁リレーにおいて、継鉄の支承部にコーティングがない場合の磁束の変化を、コーティングがある場合と比較して示す表（ａ）本発明の実施形態に係る電磁リレーにおいて、継鉄の支承部にコーティングがない場合の吸引力特性を示す図（ｂ）本発明の実施形態に係る電磁リレーにおいて、継鉄の支承部にコーティングがない場合の励磁電流と吸引力、およびコーティングの影響を示す表（ａ）本発明の実施形態に係る電磁リレーにおいて、継鉄の支承部にルミラーを挿入した場合の吸引力特性を示す図（ｂ）本発明の実施形態に係る電磁リレーにおいて、継鉄の支承部にルミラーを挿入した場合の励磁電流と吸引力、およびフィルム挿入の影響を示す表（ａ）従来の電磁リレーの概略構成を示す平面図（ｂ）従来の電磁リレーの概略構成を示す側面図（ａ）従来の電磁リレーにおいて、電磁石ブロックの概略構成を示す斜視図（ｂ）従来の電磁リレーにおいて、電磁石ブロックの励磁方向を示す斜視図従来の電磁リレーにおいて、継鉄の樹脂コーティング状態を示す側面図

以下、本発明の実施形態に係る電磁リレーについて、図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施形態に係る電磁リレーの概略構成を示す、（ａ）平面図、（ｂ）側面図、図２は本発明の実施形態に係る電磁リレーにおいて、アーマチュアの概略構成を示す斜視図、図３は本発明の実施形態に係る電磁リレーにおいて、継鉄の概略構成を示す側面図である。

図１において、本発明の実施形態に係る電磁リレー１は、コイルブロック１１と、アーマチュア１２、第１継鉄１３ａ、第２継鉄１３ｂおよび永久磁石１４からなる電磁石ブロックと、カード１５、可動ばね１６ａ、１６ｂ、可動接点１７ａ、１７ｂおよび固定接点１８ａ、１８ｂからなる接点機構部からなり、これらが樹脂製のベース１０上に立設された構成である。なお、本実施形態の電磁リレー１は、その組み立て後の状態において、不図示のカバーが被せられた箱体として形成される。

コイルブロック１１は、樹脂等の絶縁材からなる円筒状のコイルボビンに、銅線を所定回数巻回して構成され、内部にアーマチュア１２を挿通した状態で所定の電源を印加することにより電磁石を形成し、コイルの巻数とコイルに流れる電流の積（起磁力）に比例した磁束を発生する。

アーマチュア１２は、図２に示すように、電磁軟鉄等の磁性材料により長尺板状に形成され、両端部が突き出た状態でコイルブロック１１の内部に摺動可能に挿通され、一方の端部が第１および第２継鉄１３ａ、１３ｂに吸着される吸着部１２１となり、他方の端部が第１および第２継鉄に１３ａ、１３ｂに支承される支点部１２２となる構成である。

第１および第２継鉄１３ａ、１３ｂは、図３に示すように、電磁軟鉄等の磁性材料によりＵ字板状に形成され、アーマチュア１２の吸着部１２１と対向する左端部に吸引部１３１を有し、アーマチュア１２の支点部１２２を支承する右端部に支承部１３２を有して、且つ吸引部１３１には、磁気ギャップとしてレシジュアルプレートＲＰが固着、一体化される構成である。

レシジュアルプレートＲＰは、非磁性ステンレス等の金属薄板（略３０μｍ厚）を、アーマチュア１２の吸着部１２１に相当する形状に加工してなり、これを第１および第２継鉄１３ａ、１３ｂの吸引部１３１にスポット溶接して固着することで、耐久性に優れた磁気ギャップを形成する。

この第１および第２継鉄１３ａ、１３ｂは、永久磁石１４から発生する磁束、およびコイルブロック１１を励磁することで発生する磁束の磁路となり、可動ばね１７ａ、１７ｂのばね負荷力との整合をとることにより、吸引部１３１においてレシジュアルプレートＲＰを介しアーマチュア１２を吸着する。

永久磁石１４は、第１および第２継鉄１３ａ、１３ｂに挟持されるよう平板状に形成され、後述する図４〜図６に示すように、第２継鉄１３ｂと接する面側がＮ極、第１継鉄１３ａと接する面側がＳ極となるよう磁化されている。

永久磁石１４で発生した磁束は、Ｎ極―第２継鉄１３ｂの吸引部１３１―アーマチュア１２の吸着部１２１―アーマチュア１２の支点部１２２―第１継鉄１３ａの支承部１３２―Ｓ極―Ｎ極、からなる閉ループと、Ｎ極―第２継鉄１３ｂの支承部１３２―アーマチュア１２の支点部１２２―アーマチュア１２の吸着部１２１―第１継鉄１３ａの吸引部１３１―Ｓ極―Ｎ極、からなる閉ループの２つの磁気回路を形成する。

カード１５は、絶縁性を有する合成樹脂板により逆Ｕ字状に形成されて、その中央部がアーマチュア１２に係止され、両端部が可動ばね１６ａ、１６ｂに橋架される。この構成により、アーマチュア１２の動作を可動ばね１６ａ、１６ｂに伝達する。

可動ばね１６ａ、１６ｂは、洋白等の薄板ばね材料により長尺状に形成されて、一端にそれぞれ可動接点１７ａ、１７ｂがかしめ固着され、コイルブロック１１の長手方向両側で略平行に沿うようにして、他端が不図示の可動端子に固定されている。この可動ばね１６ａ、１６ｂは、その長手方向の略中央をカード１５によって駆動されることで、可動接点１７ａ、１７ｂを固定接点１８ａ、１８ｂに当接および離隔する。

可動接点１７ａ、１７ｂは、接触抵抗の低い、例えば銀合金等の接点材料を用いて表面を凸曲面とした円盤状に形成され、それぞれ可動ばね１６ａ、１６ｂの一端にかしめ固着される。

固定接点１８ａ、１８ｂは、可動接点１７ａ、１７ｂと同様の銀合金等の接点材料を用いて表面を平面とした円盤状に形成され、不図示の固定端子板に固着されている。

次に、以上のように構成された本発明の実施の形態に係る電磁リレー１の動作について、図面を用いて説明する。図４〜図６は、本実施形態に係る電磁リレー１の動作を説明するための動作説明図である。

図４（ａ）および（ｂ）は、アーマチュア１２の吸着部１２１が第２継鉄１３ｂ（即ち、ｂ接点側）に吸着され、コイルブロック１１が無励磁の状態を示す、それぞれ斜視図および平面図である。

この状態では、永久磁石１４のＮ極―第２継鉄１３ｂの吸引部１３１―アーマチュア１２の吸着部１２１―アーマチュア１２の支点部１２２―第１継鉄１３ａの支承部１３２―永久磁石１４のＳ極―Ｎ極、からなる実線で示す閉ループで磁気回路が形成され、磁束Φ１が矢印の向きに発生する。また、永久磁石１４のＮ極―第２継鉄１３ｂの支承部１３２―アーマチュア１２の支点部１２２―アーマチュア１２の吸着部１２１―第１継鉄１３ａの吸引部１３１―永久磁石１４のＳ極―Ｎ極、からなる破線で示す閉ループで磁気回路が形成され、磁束Φ２が矢印の向きに発生する。

このとき、アーマチュア１２の吸着部１２１と第１継鉄１３ａの間、および支承部１３２と第２継鉄１３ｂの間には、それぞれエアギャップＧ１、Ｇ２が形成される。

しかしながら、エアギャップのＧ１がＧ２より大きいため、実線で示す閉ループの磁束Φ１が勝り、アーマチュア１２の吸着部１２１は、レシジュアルプレートＲＰを介して継鉄１３ｂの吸引部１３１に強く吸着される。

図５（ａ）、（ｂ）は、アーマチュア１２の吸着部１２１が第１継鉄１３ａ（即ち、ａ接点側）に吸着され、コイルブロック１１が無励磁の状態を示す、それぞれ斜視図および平面図である。

この状態では、図４（ａ）、（ｂ）に示したと同様に、実線および破線で示す閉ループで磁気回路が形成され、それぞれ磁束Φ１、Φ２が矢印の向きに発生する。

このとき、アーマチュア１２の吸着部１２１および支承部１３２と、第２継鉄１３ｂの間には、それぞれエアギャップＧ２、Ｇ３が形成される。

しかしながら、エアギャップのＧ３がＧ２より大きいため、破線で示す閉ループの磁束Φ２が勝り、アーマチュア１２の吸着部１２１は、レシジュアルプレートＲＰを介して第１継鉄１３ａの吸引部１３１に強く吸着される。

図６は、アーマチュア１２の吸着部１２１が第２継鉄１３ｂ（ｂ接点側）に吸着されていて、コイルブロック１１を励磁した状態を示す図である。

この状態では、図４および図５に示したのと同様に、実線および破線で示す閉ループで磁気回路が形成され、それぞれ磁束Φ１、Φ２が矢印の向きに発生すると共に、コイルブロック１１の励磁によって、アーマチュア１２の吸着部１２１―第１継鉄１３ａの吸引部１３１―第１継鉄１３ａの支承部１３２―アーマチュア１２の支点部１２２―アーマチュア１２の吸着部１２１、からなる一点鎖線で示す閉ループで磁気回路が形成され、磁束Φ３が矢印の向きに発生する。

また、アーマチュア１２の吸着部１２１―第２継鉄１３ｂの吸引部１３１―第２継鉄１３ｂの支承部１３２―アーマチュア１２の支点部１２２か―アーマチュア１２の吸着部１２１、からなる二点鎖線で示す閉ループで磁気回路が形成され、磁束Φ４が矢印の向きに発生する。

この場合、第１継鉄１３ａの支承部１３２における樹脂コーティングの有無に応じて、アーマチュア１２の支点部１２２と、第１および第２継鉄１３ａ、１３ｂの各支承部１３２との距離Ａ、Ｂは、図７に示すようになる。即ち、樹脂コーティングがある場合は、Ａ＞Ｂとなり、コーティングがない場合はＡ＜Ｂとなる。

図８は、第１継鉄１３ａの支承部１３２に樹脂コーティングがない場合の磁束の変化を、コーティングがある場合と比較して示した表である。

図８において、コイルブロック１１が無励磁の場合は、アーマチュア１２がｂ接点側およびａ接点側のいずれに吸着していても、永久磁石１４によって形成される磁束Φ１、Φ２は、それぞれ増加、減少する。そして、これらの磁束変化に伴って発生する吸引力は、アーマチュア１２がｂ接点側に吸着している場合に増加し、ａ接点側に吸着している場合に減少する。

また、コイルブロック１１を励磁した場合は、永久磁石１４によって形成される磁束Φ１、Φ２は、アーマチュア１２がｂ接点側およびａ接点側のいずれに吸着していても、それぞれ増加、減少し、励磁によって新たに発生する磁束Φ３、Φ４は、アーマチュア１２がｂ接点側およびａ接点側のいずれに吸着していても、それぞれ増加する。

図９（ａ）は、本実施形態の電磁リレー１において、第１継鉄１３ａの支承部１３２にコーティングがない場合の吸引力特性（実測値）を示す図であり、図９（ｂ）は、励磁電流と吸引力の関係、および樹脂コーティングの影響を示す表である。

図９（ａ）、（ｂ）において、アーマチュア１２のストローク終端における吸引力は、第１継鉄１３ａの支承部１３２に樹脂コーティングがない場合に増加し、その程度は励磁電流が小さいほど大きくなる傾向にある。

図１０（ａ）は、本実施形態の電磁リレー１において、第１継鉄１３ａの支承部１３２に樹脂コーティングの代替品として５０μｍ厚のポリエステルフィルム（例えば、東レ製ルミラー）を挿入した場合の吸引力特性（実測値）を示す図であり、図１０（ｂ）は、励磁電流と吸引力の関係、およびフィルム挿入の影響を示す表を示す表である。

図１０（ａ）、（ｂ）において、アーマチュア１２の吸引力は、ストローク終端以外でも増加し、その程度は励磁電流が小さいほど大きく、且つ幅は減少する傾向にある。

以上説明したように、このような本発明の実施形態に係る電磁石によれば、コイルブロック１１の内部に摺動自在に挿通され、両端部が突き出た状態のアーマチュア１２と、コイルブロックの両端部両面に対向して配置された一対の継鉄１３ａ、１３ｂと、一対の継鉄１３ａ、１３ｂに挟持された永久磁石１４を備えて構成し、一対の継鉄１３ａ、１３ｂのアーマチュア１２を吸引する一方の端面に、磁気ギャップとしてのレシジュアルプレートＲＰを固着、一体化することで、磁気効率の劣化を防止でき、吸引力の向上を図ることが可能となる。

また、本発明の実施形態に係る電磁リレー１によれば、上記の電磁石と、アーマチュア１２に係止されたカード１５と、カード１５に橋架された一対の可動ばね１６ａ、１６ｂと、可動ばね１６ａ、１６ｂのそれぞれに固着された可動接点１７ａ、１７ｂと、可動接点１７ａ、１７ｂに対向して配置された固定接点１８ａ、１８ｂを備えて構成することで、磁気効率の劣化がなく、特性が安定した電磁リレーを提供できる。

１電磁リレー
１１コイルブロック
１２アーマチュア
１３ａ第１継鉄
１３ｂ第２継鉄
１４永久磁石
１５カード
１６ａ、１６ｂ可動ばね
１７ａ、１７ｂ可動接点
１８ａ、１８ｂ固定接点
ＲＰレシジュアルプレート

Claims

コイルと、前記コイル内部に摺動自在に挿通され、両端部が突き出た状態で保持されたアーマチュアと、前記アーマチュアに対向して配置された一対の継鉄と、前記一対の継鉄に挟持された永久磁石と、を備える電磁石装置であって、
前記一対の継鉄は、
前記アーマチュアを吸着する面に、それぞれ磁気ギャップを備える
ことを特徴とする電磁石装置。
請求項１に記載の電磁石装置であって、
前記磁気ギャップは、レシジュアルプレートであることを特徴とする電磁石装置。
請求項２に記載の電磁石装置であって、
前記レシジュアルプレートは、非磁性ステンレス板から構成されることを特徴とする電磁石装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁石装置と、
前記アーマチュアに係止されたカードと、
前記カードに橋架された可動ばねと、
前記可動ばねの一端に固着された可動接点と、
前記可動接点に対向して配置された固定接点と、
を備えることを特徴とする電磁リレー。