JP2009129878A - 電磁継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁継電器１自体が過大電流の流れた場合のみ溶断して電流を遮断し、小型で、かつ、溶断する電流の設定自由度が高い電磁継電器１を提供する。
【解決手段】２本の端子ボルト４を介して電気回路に接続される１組の固定接点６と、この１組の固定接点６に対向して可動する可動接点７と、この可動接点７を固定接点６に押し付ける接点圧スプリング８と、これら部品を収容するスイッチカバー９等からなるスイッチ部２と、樹脂製のボビン２６に巻線される励磁コイル２０内に、固定鉄心２２と可動鉄心２３とをリターンスプリング２４を介して装着するソレノイド部３と、可動鉄心２３と可動接点７との間にロッド１８を挟持してそれぞれ組付け、さらに、可動接点７には融点の低い黄銅材を使用するとともに過大電流域では融点に達するジュール熱が発生するように適度な通電断面積を設定した。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気負荷への通電を断続する電磁継電器に関する。

〔従来の技術〕
従来から、車載用のヒータやモータ等のような比較的大電流を流して使用する各電気負荷の通電に電磁継電器が好適に使用され、図５に示すような電気回路を構成して使われている。

電磁継電器は、通電により磁力を発生する励磁コイルと、この磁力を吸引力に変換する磁気部材としての固定鉄心、ヨーク、可動鉄心、および、磁力が消滅したときに可動鉄心を初期の位置に戻すリターンスプリングを有するソレノイド部と、このソレノイド部の上方側に絶縁固定される接点式のスイッチ部からなる電磁継電器がある（例えば、特許文献１参照）。

励磁コイルが通電されると、磁力が発生して可動鉄心が固定鉄心に吸引され、ストロークが生じて、スイッチ部の可動接点が固定接点に接触し、電気負荷に通電がされる。このとき、電気負荷が、例えば、モータ等の場合には、接点閉成時に大きな突入電流が流れるもののモータ等は電気回路の電気負荷として正常に作動する。
特開２００５−５６６９０号公報

しかしながら、大電流を流すような電気回路や大きな突入電流を生じる電気負荷においては、容易に切れるようなヒューズの設定はできないので、例えば、車両異常が生じた場合の過大電流により車両不具合に至る可能性が高いと考えられる。車両側の何らかの異常により、電磁継電器の作動時に実使用上、極めて大きな過大電流が電気回路に流れた場合、回路に使用されている電線が発熱し、電線の耐熱限界を超えて焼損する可能性が考えられ、また、電磁継電器自身も端子部の発熱で不具合が発生する可能性も考えられる。

また、異常により過大電流が電気負荷に流れる場合、電気負荷側にヒューズを配備して電気負荷側の損傷を防止することがなされるが、大電流の使用用途では安定して過大電流の遮断をすることが難しくミスマッチとなる可能性がある。また、大電流ゆえに構造が複雑となり大型化する可能性もある。

そこで、本発明の目的は、上記問題に鑑みてなされたもので、電磁継電器自体が過大電流の流れた場合に溶断して電流を遮断し、小型で、かつ、溶断する電流の設定自由度が高い電磁継電器を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、有底筒状のヨークと、ヨークに収容される筒状の励磁コイルと、励磁コイルの内側空間に配置される固定鉄心と、固定鉄心に対向して可動する可動鉄心と、可動鉄心を反固定鉄心方向へ付勢するリターンスプリングと、を備えるソレノイド部と、可動鉄心の軸方向中心に固着されるロッドと、ヨークの開口部を封止し、軸方向に作動室を形成するカバーと、作動室の両側に１組の端子貫通孔を形成し、端子貫通孔に貫設され、カバー内に臨む先端が固定接点を形成する１組の端子部と、作動室内に嵌挿され、ロッドで押されて固定接点から離れた位置に臨む可動接点と、作動室内に圧縮状態で配設され、可動接点を固定接点方向に付勢する接点圧スプリングと、を備えるスイッチ部とからなる電磁継電器において、固定接点は、固定接点チップと固定台金との接合により形成され、固定台金は端子部と一体、もしくは別体に接合され、可動接点は、可動接点チップと可動台金との接合により形成され、可動台金は、端子部および各接点チップより低融点の材料により構成されることを特徴としている。

これにより、１組の端子部、固定接点、および可動接点を構成するそれぞれの構成材料の組合せにより所望の箇所での溶断構造を成立させることができるので、ミスマッチを起こすことなく所望の電流値での遮断が可能となり、確実に電気回路の損傷を防止できる。また、部品の追加や構造変更なしにできるので、簡素化、かつ、小型化が実現できる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、可動接点の可動台金の構成材料を黄銅としたことを特徴としている。
これにより、通常の可動接点は黄銅製の可動台金を採用する構成であり、黄銅は他の部品の構成材料よりも融点が低いので、特別に新たな材料を採用することなく安価に溶断構造を構成できる。

〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、可動接点は、通常使用する電流域では発熱せず、使用最大電流以上の過大電流域でジュール熱が融点に達する導体抵抗値となるように通電断面積が設定されることを特徴としている。
これにより、可動接点の可動台金の通電断面積を調整することで、電気回路の通電を遮断する電流値を任意に設定でき、設定の自由度が高まる。

〔請求項４の手段〕
請求項４の手段によれば、可動接点の可動台金が溶断して電気回路を遮断することを特徴としている。
これにより、電気回路の遮断後、電磁継電器の再投入で過大電流を通電することによる車両不具合の拡大を防止できる。

本発明の最良の実施形態を、図に示す実施例１とともに説明する。

〔実施例１の構成〕
図１は、本実施例における電磁継電器の断面図である。図２（ａ）は、固定接点の上面図であり、（ｂ）は正面図である。図３（ａ）は可動接点の上面図であり、（ｂ）は正面図である。

電磁継電器１は、図１に示すように、スイッチ部２とソレノイド部３とをそれぞれ軸心を一致して組付けることによって構成される。なお、以下の説明では、電磁継電器１の軸方向のスイッチ部２寄りを上方側、ソレノイド部３寄りを下方側とし、上下方向はこれに従うものとする。

スイッチ部２は、２本の端子ボルト４を介して図示しない電気回路に接続される１組の固定接点６と、この１組の固定接点６に対向して可動する可動接点７と、この可動接点７を固定接点６に押し付ける接点圧スプリング８と、これら部品を配置して収容する蓋体であるスイッチカバー９等からなる。

スイッチカバー９は、電気絶縁性の樹脂製であって、その中心軸方向に作動室１０が形成され、作動室１０の上方側壁部に１組の端子貫通孔１４が軸方向に設けられ、また、各端子貫通孔１４の間の中心位置に作動室１０に突設する接点受け部１３が設けられている。

２本の端子ボルト４は、スイッチ部２の端子部を構成し、良電導性の鉄材料で形成され、Ｏリング１７を介して端子貫通孔１４に貫設され、スイッチカバー９の外部に露出するターミナル部３０と内部に臨む固定接点６とを備える。ターミナル部３０は、電気回路の配線をネジ止めして電気接続するためにボルト構造となっている。

固定接点６は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、端子ボルト４と一体に成形された固定台金１１の接触面に固定接点チップ１２をろう付け等により接合して構成される。通常、固定接点チップ１２の構成材料は良電導性の銀合金で形成され、固定台金１１は端子ボルト４と一体の良電導性の鉄材料からなる。そして、１組の固定接点６は、スイッチカバー９の作動室１０内の略中央に、後記する可動接点７と所定の接点ギャップＧ１を隔てて水平に配設されている（図１参照）。

なお、固定台金１１は端子ボルト４と別体の部材から構成され、端子ボルト４の端部にろう付け等により固定されて一体化されてもよい。この場合にあっても、固定台金１１は端子ボルト４と同様に鉄材料が好適である。

可動接点７は、スイッチカバー９の内部の作動室１０に突設された接点受け部１３に当接して位置決めされるとともに、その接点受け部１３の周囲に配設される接点圧スプリング８の付勢力を受けて、後記する可動鉄心２３に固着されるロッド１８の端面に当接されている。

可動接点７は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、良電導性の金属材料よりなる板状の導体セグメントである可動台金１５と、その片面に可動接点チップ１６がそれぞれ両端部に対をなしてろう付けされて形成される。通常、可動接点チップ１６の構成材料は、固定接点６の固定接点チップ１２と同様に、銀合金で形成され、可動台金１５の構成材料は黄銅が好適に採用される。また、可動接点７の長手方向の中央部には、可動接点７の各可動接点チップ１６間の導体抵抗値が所定の抵抗値となるように通電断面積を絞るためのＲ（アール）切欠きが加工されている。

なお、本実施例では、図３（ｃ）に示すように、幅方向のＲ切欠きを大きくして通電断面積を小さくした場合を示しているが、通電断面積はこのＲ切欠きによって任意に調整が可能であり、また、Ｒ切欠きは可動台金１５の幅方向に限ることなく、厚み方向に凹ませることにより通電断面積を調整してもよい。

一方、ソレノイド部３は、以下に詳述するヨーク１９、励磁コイル２０、グランドプレート２１、固定鉄心２２、可動鉄心２３、およびリターンスプリング２４等より構成される周知の構造を有している。

図１に示すように、ヨーク１９は、上部が薄肉で開口部を有し、下部が厚肉の底部を有する有底円筒状に設けられ、磁気回路の一部を形成するとともに、ソレノイド３のケースを兼ねている。また、ヨーク１９は軟鉄製であり、磁路および剛性を好適に確保する。また、ヨーク１９の開口部の外側面には、肉厚を薄く形成した薄肉部２５が設けられ、スイッチ部２との組付けのかしめ代を備えている。

励磁コイル２０は、樹脂製のボビン２６に巻線されて、ヨーク１９の内部に収容される。ボビン２６の上方側端部には、径方向外側に突き出る鍔部２７が形成され、この鍔部２７にグランドプレート２１がインサート成形されて、ヨーク１９の薄肉部２５の下方側段差に嵌入され、スイッチカバー９の下方側端部との間に挟持されて固定される。これにより、励磁コイル２０の軸方向の位置決めがなされる。

固定鉄心２２は、軟鉄製の円柱状磁性部材であり励磁コイル２０の内周に装着され、その下方側端部がヨーク１９に固定されている。また、固定鉄心２２の上方側外周には外周とは異径の段差部が形成され、後記するリターンスプリング２４を保持するようになっている。

可動鉄心２３は、軟鉄製の円柱状磁性部材であり励磁コイル２０の内周と摺動可能に収容され、その上方側端面に凹部２８が形成され後記するロッド１８が固着される。また、下方側外周には段差部が形成されリターンスプリング２４と係合する。この可動鉄心２３は、励磁コイル２０の非通電時において、上方側端面がグランドプレート２１より若干上方側に突出し、磁気回路を好適に構成する。

リターンスプリング２４は、圧縮コイルスプリングであり固定鉄心２２の段差部と可動鉄心２３の段差部との間の隙間に介挿され、励磁コイル２０の非通電時において、可動鉄心２３を上方側に付勢し所定の吸引ギャップＧ２を形成して保持している。

また、可動鉄心２３の凹部２８には、樹脂製の電気絶縁性のロッド１８が固着され、ロッド１８は可動鉄心２３と一体的に上下動する。そして、非通電時において、リターンスプリング２４の付勢力によって可動接点７に当接している。

そして、可動接点７および固定接点６を収容するスイッチカバー９が、ソレノイド部３の各構成部品をヨーク１９の内部に組み入れた後、ヨーク１９の内側に挿入されて、ヨーク１９の薄肉部２５にＯリング２９を介してかしめ固定され電磁継電器１が完成する。

〔実施例１の作用〕
本実施例の電磁継電器１の作用を、図４に従って説明する。図４は、電磁継電器１の作動説明図であり、（ａ）は通電ＯＦＦ時（接点開成状態）、（ｂ）は通電ＯＮ直後の閉成過渡状態、（ｃ）は通電ＯＮの閉成完了状態を示す。
図４（ａ）に示す電源ＯＦＦ時では、磁気回路の一部を構成する可動鉄心２３は磁力の発生がないために、単に、機械的なリターンスプリング２４の付勢力によって上方側に押し付けられ可動鉄心２３に固着されたロッド１８に当接される可動接点７は接点受け部１３に押し付けられて固定接点６との間に接点ギャップＧ１を保持した開成状態のままである。

そして、図４（ｂ）に示す通電ＯＮ時では、通電された励磁コイル２０に磁力が発生し、磁気回路の一部を構成する固定鉄心２２と可動鉄心２３との間に吸引力が働くため、リターンスプリング２４の付勢力に抗して可動鉄心２３が固定鉄心２２側へ吸引され、移動（ストローク）を開始して固定鉄心２２の端面に接近する。このとき、図４（ａ）に示すように、非通電時の固定鉄心２２と可動鉄心２３との間の吸引ギャップＧ２は固定接点６と可動接点７との間の接点ギャップＧ１より少し大きなギャップに設定される。つまり、可動鉄心２３のオーバーストロークＳが設定されるので、通電直後の過渡状態として、可動鉄心２３が固定鉄心２２に吸着する前に、固定接点６と可動接点７とがコンタクトし、１組の固定接点６に電流が流れ始め、これにより、電気回路が起動する。

このとき、可動鉄心２３の吸引力は吸引ギャップＧ２の縮小とともに増加するので、可動鉄心２３は益々吸引されて固定鉄心２２の端面に吸着するまでストロークが進む。このとき、既に互いの接点間の閉成は不安定接触ながら実施されるが、このオーバーストロークＳによって可動接点７を当接して押し付けるロッド１８との間に、オーバーストロークＳ分の隙間を生じて可動接点７とロッド１８とが離脱できるので、その後、接点圧スプリング８の付勢力によって接点間は安定接触が実現される。これにより、接点間の閉成は安定的に完了して電気回路に所定の電流が流れる（図４（ｃ）参照）。

このとき、車両側の何らかの異常により、極めて大きな過大電流が電気回路に流れた場合、電磁継電器１においては、この過大電流は１組の端子ボルト４のいずれか一方から固定接点６に流れ、互いに接触する固定接点チップ１２および可動接点チップ１６を経由して可動接点７に流れ、可動接点７のＲ切欠きされ所定の通電断面積を有する可動台金１５を経由して、さらに他方の可動接点チップ１６および固定接点チップ１２間、および固定接点６を経由して他方の端子ボルト４へと流れる。

このとき、電磁継電器１のスイッチ部２の構成部材は全て良電導性の金属材料にて構成されているが、可動接点７の可動台金１５のみが、融点の低い金属材料、例えば、黄銅材を使用し、かつ、通常使用する定格電流にては発熱せずに、使用最大電流以上の過大電流域ではジュール熱が融点に達する導体抵抗値となるように適度な通電断面積を設定しているので、過大電流はこの可動接点７のＲ切欠き部の溶断によって遮断される。

本実施例の構成では、１組の端子ボルト４は鉄製であり、各固定接点チップ１２および各可動接点チップ１６は銀合金製であり、可動接点７の可動台金１５は黄銅製である。それぞれの構成材料の融点は、鉄が約１５３０℃、銀合金は約９６０℃、および黄銅が約９００℃であって、融点からみても黄銅が最も低く、さらに、通電断面積を適切に設定することが可能な可動台金１５を採用している。従って、黄銅製の可動台金１５のＲ切欠き部で常に、また、設定のミスマッチなしに溶断が開始する。換言すれば、融点と通電断面積の２つの条件を好適に設定できる構成としたので、比較的大きな余裕度を得ながら確実に、また、可動台金１５が溶断する電流調整が容易である特徴がある。

〔実施例１の効果〕
本実施例では、２本の端子ボルト４を介して電気回路に接続される１組の固定接点６と、この１組の固定接点６に対向して可動する可動接点７と、この可動接点７を固定接点６に押し付ける接点圧スプリング８と、これら部品を収容するスイッチカバー９等からなるスイッチ部２と、樹脂製のボビン２６に巻線される励磁コイル２０内に、固定鉄心２２と可動鉄心２３とをリターンスプリング２４を介して装着する電磁ソレノイド３と、可動鉄心２３と可動接点７との間にロッド１８を挟持してそれぞれ組付け、さらに、可動接点７には融点の低い黄銅材を使用するとともに過大電流域では融点に達するジュール熱が発生するように適度な通電断面積を設定した。

従って、通常使用する定格電流時には発熱せずに、正常に電気回路を稼動（起動）し、車両側の何らかの異常により、極めて大きな過大電流が電気回路に流れた場合、可動接点７が溶断し、過大電流を遮断できる。また、それぞれの通電部材の構成材質の組合せと適度な通電断面積の設定によって、所望の溶断箇所および電流値での遮断が可能であり、設定の自由度が高く、容易、かつ、確実に電気回路の損傷を防止できる。また、部品の追加や構造変更なしに簡単にできるので、簡素化、かつ、小型化できる。

電磁継電器の断面図である（実施例１）。 （ａ）は固定接点の上面図であり、（ｂ）は正面図である（実施例１）。 （ａ）は可動接点の上面図であり、（ｂ）は正面図である（実施例１）。 電磁継電器の作動説明図であり、（ａ）は通電ＯＦＦ時（接点開成状態）、（ｂ）は通電ＯＮ直後の閉成過渡状態、（ｃ）は通電ＯＮの閉成完了状態を示す（実施例１）。 電気回路図を示す（従来例）。

符号の説明

１ 電磁継電器
２ スイッチ部
３ ソレノイド部
４ 端子ボルト（端子部）
６ 固定接点
７ 可動接点
８ 接点圧スプリング
９ スイッチカバー（カバー）
１０ 作動室
１１ 固定台金
１２ 固定接点チップ
１４ 端子貫通孔
１５ 可動台金
１６ 可動接点チップ
１８ ロッド
１９ ヨーク
２０ 励磁コイル
２２ 固定鉄心
２３ 可動鉄心
２４ リターンスプリング

Claims (4)

1. 有底筒状のヨークと、前記ヨークに収容される筒状の励磁コイルと、前記励磁コイルの内側空間に配置される固定鉄心と、前記固定鉄心に対向して可動する可動鉄心と、前記可動鉄心を反固定鉄心方向へ付勢するリターンスプリングと、を備えるソレノイド部と、
   前記可動鉄心の軸方向中心に固着されるロッドと、
   前記ヨークの開口部を封止し、軸方向に作動室を形成するカバーと、前記作動室の両側に１組の端子貫通孔を形成し、前記端子貫通孔に貫設され、前記カバー内に臨む先端が固定接点を形成する１組の端子部と、前記作動室内に嵌挿され、前記ロッドで押されて前記固定接点から離れた位置に臨む可動接点と、前記作動室内に圧縮状態で配設され、前記可動接点を前記固定接点方向に付勢する接点圧スプリングと、を備えるスイッチ部と、
   からなる電磁継電器において、
   前記固定接点は、固定接点チップと固定台金との接合により形成され、
   前記固定台金は前記端子部と一体、もしくは別体に接合され、
   前記可動接点は、可動接点チップと可動台金との接合により形成され、
   前記可動台金は、前記端子部および前記各接点チップより低融点の材料により構成されることを特徴とする電磁継電器。
2. 請求項１に記載の電磁継電器において、
   前記可動接点の前記可動台金の構成材料を黄銅としたことを特徴とする電磁継電器。
3. 請求項１または２に記載の電磁継電器において、
   前記可動接点は、
   通常使用する電流域では発熱せず、使用最大電流以上の過大電流域でジュール熱が融点に達する導体抵抗値となるように通電断面積が設定されることを特徴とする電磁継電器。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の電磁継電器において、
   前記可動接点の前記可動台金が溶断して電気回路を遮断することを特徴とする電磁継電器。

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