JP2014045043A

JP2014045043A - 電磁石装置およびこれを用いた電磁継電器

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Publication number: JP2014045043A
Application number: JP2012185902A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Sumino; 聡史住野; Masaaki Yamamoto; 政昭山元; Tatsuro Kato; 達郎加藤; Kazukuni Sakai; 一訓酒井
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2014-03-13
Anticipated expiration: 2032-08-24
Also published as: CN203192704U; JP6079054B2

Abstract

【課題】磁気効率が高く、可動鉄片を動作させることが容易で、復帰状態および動作状態を維持するために必要な保持力を発揮できる電磁石装置およびこれを用いた電磁継電器を提供する。
【解決手段】セットコイル３１ａおよびリセットコイル３１ｂからなる２種類のコイルを巻回したスプール３２の中心孔に鉄芯４０を挿通し、突出する一端部に固定された補助ヨーク４５と、ヨーク５０の水平部５３とで永久磁石２１を狭持し、補助磁気回路を形成する一方、前記ヨーク５０の垂直部５１の下端縁部を支点として可動鉄片６０を回動可能に支持し、前記可動鉄片６０の水平部６１を前記鉄芯４０の他端部である磁極部４２に接離散可能に対向させ、前記補助磁気回路に主磁気回路を並列に設けた電磁石装置である。特に、前記補助ヨーク４５の先端面と、前記ヨーク５０の水平部５３の先端面とを同一垂直面上に配置した。
【選択図】図７

Description

本発明は電磁石装置、特に、ラッチング型電磁継電器に使用される電磁石装置に関する

従来、ラッチング型電磁継電器に使用される電磁石装置としては、例えば、「コイルを巻回した鉄心と鉄心枠と可動鉄片とで構成される磁気回路の残留磁気によって、復帰バネに抗して可動鉄片を吸引保持する磁気保持形リレーにおいて、鉄心を電磁軟鉄材又は炭素含有量０．０１％以下の鋼材で構成すると共に、鉄心枠を半硬質磁性材料で構成したことを特徴とるす磁気保持形リレー」に使用される電磁石装置がある（特許文献１参照）。

実開昭５８−１５７９４７号公報

しかしながら、前記電磁石装置では、鉄心枠を半硬質磁性材料で構成しているが、例えば、大きな開閉加重を必要とするラッチング型継電器に適用される場合、大きなバネ力を有する可動接触片を駆動することは容易でない。特に、動作状態にある可動鉄片を保持する場合に大きな保持力を必要とすることから、実用化が困難である。
また、通常、電磁石装置のコイルの巻数は装置の外形寸法との関係から制限され、２巻型電磁石装置であれば、セットコイルとリセットコイルとの巻数の合計が制限される。このため、例えば、セットコイルの巻数を多くすると、リセットコイルの巻数が少なくなり、所望の動作特性が得られないという問題点がある。
本発明は、前記問題点に鑑み、磁気効率が高く、可動鉄片を動作させることが容易で、復帰状態および動作状態を維持するために必要な保持力を発揮できる電磁石装置およびこれを用いた電磁継電器を提供することにある。

本発明に係る電磁石装置は、前記課題を解決すべく、鉄芯を、セットコイルおよびリセットコイルからなる２種類のコイルを巻回したスプールの中心孔に挿通し、突出する一端部に固定された補助ヨークと、ヨークの水平部とで永久磁石を狭持し、補助磁気回路を形成する一方、前記ヨークの垂直部の下端縁部を支点として可動鉄片を回動可能に支持し、前記可動鉄片の水平部を前記鉄芯の他端部である磁極部に接離散可能に対向させ、前記補助磁気回路に主磁気回路を並列に設けた電磁石装置であって、前記補助ヨークの先端面と、前記ヨークの水平部の先端面とを同一垂直面上に配置した構成としてある。

本発明によれば、補助ヨークの先端面と前記ヨークの水平部の先端面とを同一垂直面上に延在してある。このため、補助ヨークとヨークの水平部との対向面積が大きくなり、コイルに電圧を印加した場合に生じる磁束が漏れにくくなり、磁気効率が向上し、消費電力の少ない電磁石装置が得られる。
特に、セットコイルとリセットコイルとの巻数の合計が制限され、例えば、従来例のようにセットコイルの巻数よりもリセットコイルの巻数が少なくなっても、所望のスペックを備えたラッチング型の電磁石装置が得られる。

本発明に係る電磁継電器は、前述の課題を解決すべく、前述の電磁石装置を備えた構成としてある。

本発明によれば、補助ヨークの先端面と前記ヨークの水平部の先端面とを同一垂直面上に延在してある。このため、補助ヨークとヨークの水平部との対向面積が大きくなり、コイルに電圧を印加した場合に生じる磁束が漏れにくくなり、磁気効率が向上する。この結果、消費電力の少ない電磁継電器が得られる。
特に、セットコイルとリセットコイルとの巻数の合計が制限され、例えば、従来例のようにセットコイルの巻数よりもリセットコイルの巻数が少なくなっても、所望のスペックを備えたラッチング型の電磁継電器が得られる。
という効果がある。

図１Ａ，１Ｂは本願発明の実施形態に係る電磁石装置を組み込んだ電磁継電器を示す斜視図である。図１で示した電磁継電器の斜め上方から視た分解斜視図である。図１で示した電磁継電器の斜め下方から視た分解斜視図である。図４Ａ，４Ｂは本願発明の第１実施形態に係る電磁石装置を示す斜視図である。図４Ａで示した電磁石装置の上方から視た分解斜視図である。図４Ｂで示した電磁石装置の下方から視た分解斜視図である。図７Ａ，７Ｂは図１で示した電磁継電器の動作前後を示す断面図である。図８Ａ，８Ｂは本願発明に係る電磁石装置の動作過程を説明するための概略断面図である。図９Ａ，９Ｂは図８に連続する電磁石装置の動作過程を説明するための概略断面図である。本願発明の実施形態に係る電磁継電器の復帰状態から動作状態までの変化を説明するための吸引力特性を示すグラフ図である。本願発明の実施形態に係る電磁継電器の動作状態から復帰状態までの変化を説明するための吸引力特性を示すグラフ図である。実施例１と比較例との吸引力特性を説明するためのグラフ図である。実施例２に使用される電磁石装置を説明するための概略正面図である。図１４Ａ，１４Ｂは測定結果を示す表およびグラフ図である。

本発明に係る電磁石装置の実施形態を図１ないし図１４の添付図面に従って説明する。
本実施形態に係る電磁石装置は、図１ないし図９に示すように、ラッチング型電磁継電器に適用した場合であり、大略、ベース１０と、電磁石装置２０と、接点機構７０と、前記電磁石装置２０に連結され、かつ、前記接点機構７０を駆動するカード８０と、箱形カバー９０とで構成されている。

前記ベース１０は、図２および図３に示すように、その上面中央に略コ字形状の絶縁壁１１を突設し、一方側の上面に後述する電磁石装置２０を配置する一方、他方側の上面に接点機構７０を配置する構造となっている。また、前記絶縁壁１１は、その対向する内側面には後述するヨーク５０の両側縁部を圧入するための圧入溝１２を設けてあるとともに、その上端の中央部に一対のガイドリブ１３を平行に突設してある。

電磁石装置２０は、図４ないし図５に示すように、セットコイル３１ａおよびリセットコイル３１ｂを２重巻したスプール３２の中心孔３３に断面略Ｔ字形の鉄芯４０を挿通し、かつ、突出する上端部４１に補助ヨーク４５をカシメ固定した電磁石ブロック３０と、前記鉄芯４０の上端面とで永久磁石２１を狭持するように組み付けられる断面略Ｌ字形のヨーク５０と、前記ヨーク５０の背面側に組み付けられる支持バネ５５と、前記ヨーク５０の下端面縁部を支点として前記支持バネ５５を介して回動可能に支持される可動鉄片６０と、で構成されている。

前記スプール３２は、その下方鍔部３４の縁部に圧入したコイル端子３５，３５および共通コイル端子３８に、前記セットコイル３１ａおよび前記リセットコイル３１ｂの引き出し線をそれぞれ絡げて半田付けしてある。また、前記スプール３２は、上方鍔部３６の上面に後述する補助ヨーク４５を位置決めするための位置決め用突起３７を突設してある。

前記補助ヨーク４５は、その中心にカシメ孔４６を有するとともに、隣り合う隅部から補助ヨーク４５の基部の断面に対し、断面積の小さい磁気抵抗部である接続用巾狭部４７，４７を平行に延在している。

前記永久磁石２１は、前記補助ヨーク４５の巾寸法と略同一の巾寸法を有している。

断面略Ｌ字形の前記ヨーク５０は、その垂直部５１の両側に後述する前記支持バネ５５を弾性係合するための切り欠き部５２，５２をそれぞれ設けてあるとともに、前記垂直部５１の上端から水平部５３を側方に延在してある。そして、前記水平部５３の先端面は前記補助ヨーク４５と略同一垂直面上に位置し、漏れ磁束を抑制して磁気効率を高めている。

前記支持バネ５５は、図５および図６に示すように、その両側縁部から一対の弾性腕部５６，５６を平行に延在する一方、その下方側縁部から弾性支持部５９を延在してある。なお、一対の前記弾性腕部５６，５６のうち、一方の弾性腕部５６の先端に係合爪５７を突設する一方、他方の弾性腕部５６の先端に係止爪５８を切り起こしてある。

前記可動鉄片６０は、その水平部６１の上面の前方半分を一段低い段部６２とするとともに、前記段部６２に当接用突部６３を突き出し加工で形成してある。また、前記可動鉄片６０は、その垂直部６４の先端両側縁部に後述するカード８０を係合するための係合用切り欠き部６５，６５を形成してある。

前記接点機構７０は、図２および図３に示すように、所定の距離で対向するように配置する第１，第２固定接触片７１，７２と、前記第１，第２固定接触片７１，７２の間に配置される可動接触片７３とで構成されている。前記可動接触片７３に設けた可動接点７３ａは、前記第１，第２固定接触片７１，７２にそれぞれ設けた第１固定接点７１ａおよび第２固定接点７２ａに交互に接離可能に対向する。
また、前記可動接触片７３の上端部には、後述するカード８０の他端側縁部８３に上下に係止するための２組の係止爪７４，７５を設けてある。

前記カード８０は、図２および図３に示すように、一端側に突出する当接用突起８１の両側に一対の弾性腕部８２，８２を延在してある一方、他端側縁部８３の両端から一対の係止用腕部８４，８４を延在してある。

箱形カバー９０は、前記ベース１０に嵌合可能な箱形状を有するものであり、その天井面から位置規制用凸部９１を下方に膨出させるとともに（図７参照）、前記位置規制用凸部９１の底面にガス抜き孔９２を設けてある。前記位置規制用凸部９１は、その下方側に位置決めされるカード８０の浮き上がりを防止する。また、箱形カバー９０は、その上面の一端側に目印用凹部９３を設けてある。

したがって、前記電磁継電器を組み立てる場合には、まず、電磁石ブロック３０の補助ヨーク５０とヨーク５０の水平部５３とで永久磁石２１を狭持するように組み付ける。そして、前記ヨーク５０の垂直部５１の下端縁部に可動鉄片６０を位置決めするとともに、前記ヨーク５０の切り欠き部５２，５２に支持バネ５５の係合爪５７，係止爪５８をそれぞれ係合，係止することにより、前記可動鉄片６０を回動可能に支持する。さらに、前記ベース１０の絶縁壁１１に設けた圧入溝１２，１２に前記ヨーク５０の両側縁部を圧入して組み付ける。

一方、前記ベース１０の絶縁壁１１に仕切られた他方側の上面に、接点機構７０の第２固定接触片７２、可動接触片７３および第１固定接触片７１を圧入して組み付ける。ついで、カード８０の当接用突起８１を可動鉄片６０の上端部近傍に当接させるとともに、前記可動鉄片６０の垂直部６４に設けた一対の係合用切り欠き部６５，６５に一対の弾性腕部８２，８２をそれぞれ係合する。さらに、前記カード８０の他端側縁部８３に前記可動接触７３の係止爪７４，７５を係止する。そして、前記ベース１０に前記箱形カバー９０を嵌合し、前記ベース１０の底面に図示しないシール材を注入して密封する。最後に、前記箱形カバー９０のガス抜き孔９２から内部ガスを抜いた後、前記ガス抜き孔９２を熱カシメすることにより、組立作業が完了する。

次に、本実施形態に係る電磁継電器の動作について説明する。
図７Ａに示すように、セットコイル３１ａに電圧が印加されていない場合には、可動鉄片６０の当接用突部６３が鉄芯４０の磁極部４２から離れているとともに、可動接点７３ａが第１固定接点７１ａに接触している。このとき、永久磁石２１の磁束は、図８Ａに示すように、永久磁石２１から流れた磁束が補助ヨーク４５からなる磁気回路Ｍ１を流れるとともに、漏れ磁束がヨーク５０を介して磁気回路Ｍ２を形成する。このため、可動接触片７３のバネ力と、磁気回路Ｍ１，Ｍ２に流れる磁束によって生じる磁力との均衡により、可動鉄片６０の復帰状態が維持される。なお、磁気回路Ｍ１は磁気飽和状態にある。

そして、前記セットコイル３１ａに永久磁石２１の磁束と同一方向の磁束が生じるように電圧を印加すると、セットコイル３１ａに対する電圧の印加によって生じた磁束が磁気回路Ｍ２に流れ（図８Ｂ）、可動鉄片６０に対する吸引力が増大する（図１０）。このため、可動接触片７３のバネ力に抗し、鉄芯４０の磁極部４２に可動鉄片６０が吸引され、前記磁極部４２に当接用突部６３が吸着する。このため、可動鉄片６０の垂直部６４がカード８０を介して可動接触片７３を押圧し、可動接点７３ａが第１固定接点７１ａを離れて第２固定接点７２ａに接触する（図７Ｂ）。

ついで、セットコイル３１ａに対する電圧の印加を停止しても、図９Ａに示すように、永久磁石２１から補助ヨーク４５からなる磁気回路Ｍ１に流れた磁束と、ヨーク５０、可動鉄片６０および鉄芯４０からなる磁気回路Ｍ２に流れた磁束とによる磁力の合力が、可動接触片７３のバネ力よりも大きい（図１１）。このため、可動鉄片６０は回動することなく、その動作状態を維持する。

さらに、可動鉄片６０に対する永久磁石２１の磁力を打ち消すように、前記リセットコイル３１ｂに前述の印加電圧と逆方向の復帰電圧を印加すると（図９Ｂ）、永久磁石２１の磁束が相殺されて磁力が低下し、可動接触片７３のバネ力が相対的に大きくなる。このため、可動接点７３ａが第２固定接点７２ａを離れて第１固定接点７１ａに接触し、元の復帰状態に復帰する。

本実施形態においてリセットコイル３１ｂに復帰電圧を印加しても、補助ヨーク４５からなる磁気回路Ｍ１は磁気飽和しているので、前記磁気回路Ｍ１に磁束は流れない。このため、復帰電圧の印加によって生じたコイルのすべての磁束は、ヨーク５０、可動鉄片６０および鉄芯４０からなる磁気回路Ｍ２に流れて復帰動作させるので、消費電力の少ないラッチング型電磁継電器が得られるという利点がある。
（実施例１）

実施例１として、補助ヨークの先端面を永久磁石の外側端面よりも外側に配置するとともに、ヨークの水平部の先端面を前記補助ヨークの先端面と面一に配置した場合の保持力の変化を計算した。一方、補助ヨークの先端面を永久磁石の外側端面よりも外側に配置するとともに、ヨークの水平部の先端面を永久磁石の外側端面と略面一に配置した場合を比較例として保持力の変化を計算した。計算結果を図１２に図示する。

図１２に示すように、復帰電圧を１００％印加した場合に改善タイプである実施例１の方が比較例よりも大きい保持力の変化が得られることが判った。特に、実施例１であれば、定格復帰電圧の５０％を印加すれば、可動鉄片が復帰するのに対し、比較例であれば、定格復帰電圧の７０％を印加しなければ、可動鉄片が復帰しない。このため、実施例１の方が比較例よりも磁気効率の高い電磁石装置であることが判った。
（実施例２）

図１３に示すように、永久磁石２１の外側端面の位置と、補助ヨーク４５の先端面およびヨーク５０の水平部５３の先端面の位置とによって保持力がどの様に変化するのかを計算によって求めた。
なお、前記補助ヨーク４５の先端面は、永久磁石２１の外側端面から１．８ｍｍだけ突き出している。そして、前記永久磁石２１の外側端面から前記ヨーク５０の先端面までの水平方向の距離を変化させた場合の保持力の変化を計算した。保持力の変化量は、印加電圧を印加しない場合の保持力と、定格電圧（１００％）を印加した場合の保持力との差として求めた。計算結果の一例を図１４Ａに示し、前記計算結果をグラフ化したものを図１４Ｂに示す。

図１４Ａ，１４Ｂから明らかなように、補助ヨーク４５の先端面とヨーク５０の水平部５３の先端面とが同一垂直面上に位置する場合に、保持力がもっとも大きく、リセット電圧を約８％低減できることが判った。

本発明に係る電磁石装置は、電磁継電器に適用する場合に限らず、他の電気機器に適用してもよいことは勿論である。

１０：ベース
１１：絶縁壁
１２：圧入溝
１３：ガイドリブ
２０：電磁石装置
２１：永久磁石
３０：電磁石ブロック
３１ａ：セットコイル
３１ｂ：リセットコイル
３２：スプール
３３：中心孔
３４：下方鍔部
３５：コイル端子
３６：上方鍔部
３７：位置決め用突起
３８：共通コイル端子
４０：鉄芯
４１：上端部
４２：磁極部
４５：補助ヨーク
４６：カシメ孔
４７：接続用巾狭部（磁気抵抗部）
５０：ヨーク
５１：垂直部
５２：切り欠き部
５３：水平部
５５：支持バネ
５６：弾性腕部
５７：係合爪
５８：係止爪
５９：弾性支持部
６０：可動鉄片
６１：水平部
６２：段部
６３：当接用突部
６４：垂直部
６５：係合用切り欠き部
７０：接点機構
７１：第１固定接触片
７１ａ：第１固定接点
７２：第２固定接触片
７２ａ：第２固定接点
７３：可動接触片
７３ａ：可動接点
７４，７５：係止爪
８０：カード
８１：当接用突起
８２：弾性腕部
８３：他端側縁部
８４：係止用腕部
９０：箱形カバー
９１：位置規制用凸部
９２：ガス抜き孔
９３：目印用凹部
Ｍ１：補助磁気回路
Ｍ２：主磁気回路

Claims

鉄芯を、セットコイルおよびリセットコイルからなる２種類のコイルを巻回したスプールの中心孔に挿通し、突出する一端部に固定された補助ヨークと、ヨークの水平部とで永久磁石を狭持し、補助磁気回路を形成する一方、前記ヨークの垂直部の下端縁部を支点として可動鉄片を回動可能に支持し、前記可動鉄片の水平部を前記鉄芯の他端部である磁極部に接離散可能に対向させ、前記補助磁気回路に主磁気回路を並列に設けた電磁石装置であって、
前記補助ヨークの先端面と、前記ヨークの水平部の先端面とを同一垂直面上に配置したことを特徴とする電磁石装置。
請求項１に記載された電磁石装置を備えたことを特徴とする電磁継電器。