JP2010212035A

JP2010212035A - 電磁継電器

Info

Publication number: JP2010212035A
Application number: JP2009055833A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsumae; 博松前
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2010-09-24
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: JP5284830B2

Abstract

【課題】動作信頼性が高い電磁継電器を提供する。
【解決手段】可動接点部２１と固定接点部２０からなるスイッチ２を複数個有する。また、通電により磁束Φが発生する１個の電磁コイル３を備える。少なくとも一部が磁性体からなるとともに、電磁コイル３への通電の有無により電磁コイル３の軸線方向へ進退動作する複数本のプランジャ４が、この電磁コイル３の内側に設けられている。複数本のプランジャ４に各々可動接点部２１が取り付けられている。そして、プランジャ４の進退動作に伴って可動接点部２１と接離する位置に、固定接点部２０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、動作信頼性を高めることができ、かつプランジャがスムーズに動作する電磁継電器に関する。

従来から、可動接点部と固定接点部とからなるスイッチを複数個備え、このスイッチのオンオフを切り替えることにより、回路に電流を流したり、電流を遮断したりする電磁継電器が知られている。
従来の電磁継電器は、１個の電磁コイルを有し、その電磁コイルの内側に１本のプランジャを備えている（下記特許文献３参照）。この電磁継電器は、電磁コイルへの通電の有無によって、プランジャが進退動作するよう構成されている。１本のプランジャに複数個の可動接点部が取り付けられており、プランジャの進退動作に伴って複数個の可動接点部が動き、固定接点部に接離する。

特開２００３−２８８８３０号公報特開２００７−３３５０８２号公報特開２００１−１７６３７０号公報

しかしながら、プランジャが進退動作した際に摩擦熱が発生して、他の部品と固着する場合がある。従来の電磁継電器は１本のプランジャで全ての可動接点部を動かしているため、このプランジャが故障して他の部品と固着等すると、全てのスイッチが動作しなくなる問題がある。
また、スイッチを流れる電流により熱が発生して、溶着する可能性がある。上述したように、従来の電磁継電器は１本のプランジャで全ての可動接点部を動かしているため、複数個のスイッチのうち１個が溶着した場合、他のスイッチも動作しなくなる。このような場合、全てのスイッチが導通状態になる。
そのため、動作信頼性をより高めることができる電磁継電器が望まれている。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、動作信頼性が高い電磁継電器を提供しようとするものである。

本発明は、可動接点部と固定接点部からなるスイッチを複数個有し、該スイッチのオン状態とオフ状態とを切り替える電磁継電器であって、
通電により磁束が発生する１個の電磁コイルと、
該電磁コイルの内側に設けられ、少なくとも一部が磁性体からなるとともに、上記電磁コイルへの上記通電の有無により該電磁コイルの軸線方向へ進退動作する複数本のプランジャとを備え、
該複数本のプランジャに各々上記可動接点部が取り付けられ、
該プランジャの進退動作に伴って上記可動接点部と接離する位置に、上記固定接点部が設けられていることを特徴とする電磁継電器にある（請求項１）。

本発明の作用効果について説明する。
本発明の電磁継電器は、可動接点部と固定接点部からなるスイッチを複数個有し、各々の可動接点部に対してプランジャが個別に取り付けられている。そのため、例えば図６に示す回路に用いた場合、複数個のプランジャのうち１個が固着したり、１個のスイッチが溶着したりしても、他のプランジャが動作するため、電磁継電器全体としては正常動作を確保できるようになる。そのため、電磁継電器の動作信頼性を高めることができる。
また、本発明の電磁継電器は、電磁コイルを１個のみ有する。複数個の電磁コイルを設けることも可能であるが、電磁継電器の製造コストが上昇したり、サイズが大きくなったりする問題が生じやすい。しかし電磁コイルが１個であれば、このような問題を回避することが可能である。

本発明の電磁継電器は、大電流を流す回路に好適に用いることができる。大電流を流す場合は、抵抗熱でスイッチが溶着する可能性がある。しかし本発明のようにスイッチ毎にプランジャを設ければ、１個のスイッチが溶着した場合でも他のスイッチが正常に動作するので、電磁継電器全体としては正常に動作する。そのため、本発明の電磁継電器は、大電流を流す回路に用いた場合の効果が特に大きい。例えば、車両用のインバータに好適に用いることができる。

以上のごとく、本発明によれば、動作信頼性が高い電磁継電器を提供することができる。

実施例１における、スイッチが開いた状態での電磁継電器の断面図。実施例１における、スイッチが閉じた状態での電磁継電器の断面図。図１のＢ−Ｂ断面図。図３のＣ−Ｃ拡大断面図。図１のＡ−Ａ断面図。実施例１における、電磁継電器が使用される回路の例。実施例１における、プランジャ挿通孔６を３個形成した板状部材の平面図。比較例における、板状部材の平面図。実施例２における、板状部材の平面図。

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明の電磁継電器は、電源と負荷とを繋ぐ回路に用いられ、２個の上記スイッチのうち一方のスイッチは、上記電源の第１電極と上記負荷とを繋ぐ配線上に設けられ、他方のスイッチは、上記電源の第２電極と上記負荷とを繋ぐ配線上に設けられていることが好ましい。
このようにすると、２個のスイッチのうち一方のスイッチが溶着等した場合でも、他方のスイッチが正常に動作するため、その正常なスイッチだけで、電源のオンオフを切り替えることができる。これにより、回路の信頼性を高めることができる。

本発明において、磁性体からなる板状部材を備え、該板状部材は上記プランジャの外形と相似形状であって所定のクリアランスをもって板厚方向に貫通形成したプランジャ挿通孔を有し、上記プランジャと上記板状部材とは、上記電磁コイルから発生した上記磁束が通過する磁気回路の一部をなしており、該磁束によって上記プランジャにラジアル方向へ作用する力を均等にするための切欠部が上記板状部材に形成されていることが好ましい（請求項２）。
このように磁性体からなる板状部材を設けることにより、電磁コイルの周りに発生する磁界を強くすることができ、プランジャを強い力で進退動作させることができる。電磁コイルによって発生した磁束はプランジャを通過し、板状部材に移って、プランジャ挿通孔の周りに広がる。
ここで、板状部材に複数個のプランジャ挿通孔が形成されており、上記切欠部が形成されていない場合は、磁束は磁性体の密度が高い方へ向かうため、他のプランジャ挿通孔が形成されていない方向へ磁束が流れやすくなる。したがって、磁束の流れがアンバランスになり、プランジャに加わるラジアル方向の力がアンバランスになりやすい。そのため、プランジャがスムーズに動かなくなるという問題が生じやすい。

しかし、板状部材に上記切欠部を形成することにより、プランジャ挿通孔の周りの磁束密度を均等にすることができる。これにより、プランジャにラジアル方向へ加わる力が均等になり、スムーズにプランジャが動くようになる。そのため、プランジャが固着する等の問題が生じにくくなり、電磁継電器の動作信頼性を高めることが可能となる。

また、上記プランジャ挿通孔を２個有し、上記２個のプランジャ挿通孔の中心を繋ぐ線上であって、該２個のプランジャ挿通孔の外側位置に上記切欠部が形成されていることが好ましい（請求項３）。
このようにすると、プランジャ挿通孔の周りの磁束密度を均等にしやすくなる。すなわち、磁束は、より磁性体の密度が高い方向に流れようとするため、仮に２個のプランジャ挿通孔を隣接して設け、切欠部を形成しなかったとすると、各々のプランジャ挿通孔の周りの磁束は、相手方のプランジャ挿通孔とは反対側（外側）に向かおうとする。そのため、この外側における磁束密度が高くなり、プランジャに加わる力がアンバランスになる。
しかし、この外側部分に切欠部を設けることにより、磁束密度を均等にすることが可能となる。これにより、プランジャに加わるラジアル方向の力を均等にでき、プランジャがスムーズに動くようになる。そのため、プランジャの固着等が生じにくくなる。

また、上記切欠部は上記プランジャ挿通孔と一体になっておらず、上記プランジャ挿通孔から所定距離はなれた位置に形成されていることが好ましい（請求項４）。
切欠部をプランジャ挿通孔と一体に形成することもできるが、この場合、プランジャ挿通孔と切欠部との境界が角張った形状になることがある。そのため、この部分にプランジャが接触すると滑らかに動作しにくくなる場合がある。
しかしながら、上述のようにプランジャ挿通孔と別の位置に切欠部を設けると、切欠部の形状の自由度が高まり、また、角張った部分が形成されることがないため、このような問題を回避することが可能となる。

（実施例１）
図１はスイッチ２が開いた状態における、電磁継電器１の断面図である。図２はスイッチ２が閉じた状態での断面図であり、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。また、図４は図３のＣ−Ｃ拡大断面図である。
図１に示すごとく、本例は可動接点部２１と固定接点部２０からなるスイッチ２を複数個有し、スイッチ２のオン状態とオフ状態とを切り替える電磁継電器１である。この電磁継電器１は、通電により磁束が発生する１個の電磁コイル３を備える。また、少なくとも一部が磁性体からなるとともに、電磁コイル３への通電の有無により電磁コイル３の軸線方向へ進退動作する複数本のプランジャ４が、電磁コイル３の内側に設けられている。
そして、複数本のプランジャ４に各々可動接点部２１が取り付けられている。また、プランジャ４の進退動作に伴って可動接点部２１と接離する位置に、固定接点部２０が設けられている。
以下、詳説する。

図１に示すごとく、プランジャ４は、磁性体からなる磁性部分４０と、絶縁体からなる絶縁部分４１とを有する。また、プランジャ４にはスプリング１０，１１が取り付けられている。電磁コイル３に通電しない時は、スプリング１０の付勢力によりプランジャ４は図の上方に付勢され、これにより固定接点部２０と可動接点部２１とが非接触になる。
電磁コイル３に通電すると、図２に示すごとく磁束Φが磁性部分４０、板状部材５、ヨーク材１４を流れる。これにより磁性部分４０が磁化して図の下方に引き寄せられ、固定接点部２０と可動接点部２１とが接触してスイッチ２がオンする。

本例の電磁継電器１は、図３に示すごとく２個のスイッチ２Ａ，２Ｂを備えている。このスイッチ２Ａ，２Ｂは、電磁コイル３に通電した場合にのみオンする２ａ接点となっている。

一方、図４に示すごとく、固定接点部２０は貴金属からなる接点２２ａ，２２ｂを備え、可動接点部２１は接点２３ａ，２３ｂを備える。電磁コイル３への通電によりプランジャ４が図の下方に引き寄せられると、接点２２ａと２３ａが接触し、また、接点２２ｂと２３ｂが接触する。これにより、電流が固定接点部２０ａから可動接点部２１を通って固定接点部２０ｂへ流れる。

スイッチ２を遮断すると、接点２２ａ−２３ａ間および２２ｂ−２３ｂ間にアーク２４が発生する。このアーク２４を早く消すために、図３、図４に示すごとく、磁石１２が設けられている。磁石１２の磁界によりアーク２４にローレンツ力Ｆが作用し、アーク２４が引き伸ばされて早く消弧する。また、本例の電磁継電器１は、アーク２４を消すための消弧室１３を備えている。

図１のＡ−Ａ断面図を図５に示す。同図を用いて、板状部材５の説明をする。この板状部材５は磁性体からなる。板状部材５はプランジャ４の外形と相似形状であって所定のクリアランスをもって板厚方向に貫通形成したプランジャ挿通孔６を有する。そしてプランジャ４と板状部材５とは、電磁コイル３から発生した磁束Φが通過する磁気回路の一部をなしている（図２参照）。また、図５に示すごとく、磁束Φによってプランジャ４にラジアル方向へ作用する力を均等にするための切欠部７が板状部材５に形成されている。

電磁コイル３から発生した磁束Φはプランジャ４を流れた後、プランジャ挿通孔６から板状部材５内に広がる。本例では板状部材５に上記切欠部７を形成したため、プランジャ挿通孔６から磁束Φが略均等に広がっている。そのため、プランジャ４に加わるラジアル方向の力が偏らず、均等になる。

また、図５に示すごとく、板状部材５は２個のプランジャ挿通孔６ａ，６ｂを有している。この２個のプランジャ挿通孔６ａ，６ｂの中心を繋ぐ線上であって、該２個のプランジャ挿通孔６ａ，６ｂの外側位置に切欠部７が形成されている。

図５に示すごとく、第１切欠部７ａと第２切欠部７ｂとの、２個の切欠部７が形成されている。また、切欠部７はプランジャ挿通孔６と一体になっておらず、プランジャ挿通孔６ａ，６ｂから各々所定距離はなれた位置に形成されている。個々の切欠部７ａ，７ｂは、プランジャ挿通孔６ａ，６ｂの中心を繋ぐ線Ａに関して対象となる形状に形成されている。また、個々の切欠部７ａ，７ｂは、円弧状の外周縁７０および内周縁７１を有する形状になっている。

次に、本例の電磁継電器１を用いた回路の例を図６に示す。図示するごとく、本例の電磁継電器１は、車両用のインバータ８に用いられる。このインバータ８は、車両に搭載された直流電源８２の電圧を交流に変換している。そして、この交流電圧で三相交流モータ８１を駆動して車両を走行させる。
直流電源８２とインバータ８を接続する際には、電磁継電器１の電磁コイル３（図１参照）に通電し、スイッチ２Ａ，２Ｂをオンにする。本例では、直流電源８２の電力を用いてモータ８１を駆動する場合と、車両を制動する際にモータ８１を発電機として用い、直流電源８２を充電する場合とがある。いずれの場合にも、電磁継電器１をオンにすることにより、直流電源８２とインバータ８を接続する。

なお、上記実施例ではプランジャ挿通孔６を２個設けた例について説明したが、図７に示すごとく、プランジャ挿通孔６を３個設けてもよい。この場合、３個のプランジャ挿通孔６を一直線上に並べ、その両脇に切欠部７を２個設けるとよい。同様にして、プランジャ挿通孔６を４個以上形成することも可能である。

本例の電磁継電器１の作用効果につき説明する。
本発明の電磁継電器１は図１〜図４に示すごとく、可動接点部２１と固定接点部２０からなるスイッチ２を複数個有し、各々の可動接点部２１に対してプランジャ４を個別に設けた。これにより、例えば図６に示す回路に使用した場合、複数個のプランジャ４のうち１個が固着したり、１個のスイッチ２が溶着したりしても、他のプランジャ４が動作するため、電磁継電器１全体としては正常な動作を確保できるようになる。そのため、電磁継電器１の動作信頼性を高めることができる。
例えば、プランジャ４の磁性部分４０と板状部材５とが摩擦熱で固着したり、電流による熱で固定接点部２０と可動接点部２１とが溶着したりする可能性があるが、このような場合でも、プランジャ４を別々にしたので、固着等していないプランジャが正常に動作する。

また、本例の電磁継電器１は、電磁コイル３を１個のみ有する。複数個の電磁コイル３を設けることも可能であるが、電磁継電器１の製造コストが上昇したり、サイズが大きくなったりする問題が生じやすい。しかし電磁コイル３が１個であれば、このような問題を回避することが可能である。

本例の電磁継電器１は、大電流を流す回路に好適に用いることができる。大電流を流す場合は、抵抗熱でスイッチが溶着する可能性がある。しかし本発明のようにスイッチ２毎にプランジャ４を設ければ、１個のスイッチ２が溶着した場合でも他のスイッチ２が動作するので、電磁継電器１全体としては正常な動作を確保できる。

また、本例の電磁継電器１は、図６に示すごとく、電源８２と負荷８，８１とを繋ぐ回路に用いられ、２個のスイッチ２Ａ，２Ｂのうち一方のスイッチ２Ａは、電源８２の第１電極（正極）と負荷８，８１とを繋ぐ配線上に設けられ、他方のスイッチ２Ｂは、電源８２の第２電極（負極）と負荷８，８１とを繋ぐ配線上に設けられている。
このようにすると、２個のスイッチ２Ａ，２Ｂのうち一方のスイッチが溶着等した場合でも、他方のスイッチが正常に動作するため、その正常なスイッチだけで、電源８２のオンオフを切り替えることができる。これにより、回路の信頼性を高めることができる。

また、本例では図１、図５に示すごとく、磁性体からなり、プランジャ挿通孔６を有する板状部材５を備え、この板状部材５に切欠部７を設けた。
このように磁性体からなる板状部材５を設けることにより、電磁コイル３の周りに発生する磁界を強くすることができ、プランジャ４を強い力で進退動作させることができる。
図２、図５に示すごとく、電磁コイル３によって発生した磁束Φはプランジャ４の磁性部分４０を通過し、板状部材５に移って、プランジャ挿通孔６の周りに広がる。

ここで、図８の比較例に示すごとく、板状部材９５に複数個のプランジャ挿通孔９６が形成されており、切欠部が形成されていない場合は、磁束Φは磁性体の密度が高い方へ向かうため、他のプランジャ挿通孔が形成されていない方向へ磁束が流れやすくなる。したがって、磁束Φの流れがアンバランスになり、プランジャ９４に加わるラジアル方向の力がアンバランスになりやすい。そのため、プランジャ９４がスムーズに動かなくなるという問題が生じやすい。

しかし、図５に示すごとく、板状部材５に切欠部７を形成することにより、プランジャ挿通孔７の周りの磁束密度を均等にすることができる。これにより、プランジャ４に加わるラジアル方向の力が均等になり、スムーズにプランジャ４が動くようになる。そのため、プランジャ４が固着する等の問題が生じにくくなり、電磁継電器１の動作信頼性を高めることが可能となる。

また、本例では図５に示すごとく、プランジャ挿通孔６を２個有し、該２個のプランジャ挿通孔６ａ，６ｂの中心を繋ぐ線上であって、該２個のプランジャ挿通孔６ａ，６ｂの外側位置に切欠部７ａ，７ｂが形成されている。
このようにすると、プランジャ挿通孔６の周りの磁束密度を均等にしやすくなる。すなわち、磁束Φは、より磁性体の密度が高い方向に流れようとするため、図８の比較例に示すごとく、２個のプランジャ挿通孔９６を隣接して設け、切欠部を形成しなかったとすると、各々のプランジャ挿通孔９６の周りの磁束Φは、相手方のプランジャ挿通孔９６とは反対側（外側）に向かおうとする。そのため、この外側における磁束密度が高くなり、プランジャ９４に加わる力がアンバランスになる。
しかし、図５に示すごとく、この外側部分に切欠部７を設けることにより、磁束密度を均等にすることが可能となる。これにより、プランジャ４に加わるラジアル方向の力を均等にでき、プランジャ４がスムーズに動くようになる。そのため、プランジャ４の固着等が生じにくくなる。

また、本例では図５に示すごとく、切欠部７はプランジャ挿通孔６と一体になっておらず、プランジャ挿通孔６から所定距離はなれた位置に形成されている。
切欠部７をプランジャ挿通孔６と一体に形成することもできるが、この場合、プランジャ挿通孔６と切欠部７との境界が角張った形状になることがある。そのため、この部分にプランジャ４が接触すると滑らかに進退動作しにくくなる場合がある。
しかしながら、上述のようにプランジャ挿通孔６と別の位置に切欠部７を設けると、切欠部７の形状の自由度が高まり、また、角張った部分が形成されることがないため、このような問題を回避することが可能となる。

また、電磁継電器１は、電磁コイル３に通電しない場合に２個のスイッチ２が開状態になる２ａ接点を構成していることが好ましい。２ａ接点にすると、スイッチ２をオンにする場合にのみ通電すればよいので、消費電力を少なくできる。また、スイッチ２が２個取り付けられている場合は電流Ｉを遮断しやすい。

（実施例２）
本例は、切欠部７の形状を変更した例である。図９に示すごとく、本例ではプランジャ挿通孔６と切欠部７を一体に形成した。このようにすると、プランジャ挿通孔６の直近に切欠部７が形成されているため、遠くに形成した場合と比較して、切欠部７の効果が強く現れる。そのため、切欠部７のサイズが小さい場合でも、磁束Φを均等にでき、ひいてはプランジャ４に加わるラジアル方向の力を均等にすることができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を奏する。

１電磁継電器
２スイッチ
２０固定接点部
２１可動接点部
３電磁コイル
４プランジャ
５板状部材
６プランジャ挿通孔
７切欠部

Claims

可動接点部と固定接点部からなるスイッチを複数個有し、該スイッチのオン状態とオフ状態とを切り替える電磁継電器であって、
通電により磁束が発生する１個の電磁コイルと、
該電磁コイルの内側に設けられ、少なくとも一部が磁性体からなるとともに、上記電磁コイルへの上記通電の有無により該電磁コイルの軸線方向へ進退動作する複数本のプランジャとを備え、
該複数本のプランジャに各々上記可動接点部が取り付けられ、
該プランジャの進退動作に伴って上記可動接点部と接離する位置に、上記固定接点部が設けられていることを特徴とする電磁継電器。
請求項１において、磁性体からなる板状部材を備え、該板状部材は上記プランジャの外形と相似形状であって所定のクリアランスをもって板厚方向に貫通形成したプランジャ挿通孔を有し、上記プランジャと上記板状部材とは、上記電磁コイルから発生した上記磁束が通過する磁気回路の一部をなしており、該磁束によって上記プランジャにラジアル方向へ作用する力を均等にするための切欠部が上記板状部材に形成されていることを特徴とする電磁継電器。
請求項２において、上記プランジャ挿通孔を２個有し、上記２個のプランジャ挿通孔の中心を繋ぐ線上であって、該２個のプランジャ挿通孔の外側位置に上記切欠部が形成されていることを特徴とする電磁継電器。
請求項３において、上記切欠部は上記プランジャ挿通孔と一体になっておらず、上記プランジャ挿通孔から所定距離はなれた位置に形成されていることを特徴とする電磁継電器。