JP2024017829A - 電磁石装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁コイルに印加する電圧を動作電圧から保持電圧に簡単な構成で切り替えられる電磁石装置を提供することにある。【解決手段】電磁石装置は、電磁力によって接点装置を駆動させる。電磁石装置は、電磁コイルと、コンデンサとを含む。電磁コイルは、第１コイルと、第１コイルに並列に接続される第２コイルとを含む。コンデンサは、第２コイルに接続され、電磁コイルへの電圧の印加により充電される。第１コイル及び第２コイルは、電磁コイルへの電圧の印加により非導通状態から導通状態となる。第２コイルは、電磁コイルへの電圧の印加によりコンデンサの充電が完了することで、第２コイルに流れる電流が遮断されて導通状態から非導通状態となる。【選択図】図５

Description

本発明は、電磁石装置に関する。

電磁力によって接点装置を駆動させる電磁石装置において、電磁コイルに電圧を印加して接点部を動作させた後で、電磁コイルに印加する電圧を動作電圧から保持電圧に切り替える制御回路が知られている（特許文献１参照）。これにより、電磁石装置の消費電力や温度上昇が抑制される。

特開２００９－１５８１５９号公報

特許文献１の制御回路は、主接点と機械的に連動する補助接点と、半導体スイッチング素子とを用いて、補助接点が開状態から閉状態に切り替わることを条件に電磁コイルに印加する電圧が動作電圧から保持電圧に切り替わる。このため、制御回路の構成が複雑になり、制御回路の設置スペースやコストが増大する。

本発明の課題は、電磁コイルに印加する電圧を動作電圧から保持電圧に簡単な構成で切り替えられる電磁石装置を提供することにある

本発明の一態様に係る電磁石装置は、電磁力によって接点装置を駆動させる。電磁石装置は、電磁コイルと、コンデンサとを含む。電磁コイルは、第１コイルと、第１コイルに並列に接続される第２コイルとを含む。コンデンサは、第２コイルに接続され、電磁コイルへの電圧の印加により充電される。第１コイル及び第２コイルは、電磁コイルへの電圧の印加により非導通状態から導通状態となる。第２コイルは、電磁コイルへの電圧の印加によりコンデンサの充電が完了することで、第２コイルに流れる電流が遮断されて導通状態から非導通状態となる。

この電磁石装置では、第２コイルは、第１コイルに並列に接続され、電磁コイルへの電圧の印加によりコンデンサの充電が完了することで、導通状態から非導通状態となる。すなわち、電磁コイルに電圧が印加されてからコンデンサの充電が完了するまでは第１コイルと第２コイルの通電状態が維持される。一方、コンデンサの充電完了後は、第１コイルは、通電状態が維持され、第２コイルは、コンデンサによって非導通状態となる。これにより、例えば、第１コイルの消費電力を保持電圧に基づいて設定することで、コンデンサの充電完了後は、電磁コイルに印加される電圧が保持電圧に切り替わることになる。この結果、電磁コイルに印加する電圧を簡単な構成で動作電圧から保持電圧に切り替えられる。

電磁コイルへの電圧の印加により接点装置の接点部がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わるまでの時間は、コンデンサの充電が完了するまでの時間よりも短くてもよい。この場合は、接点装置の接点部がＯＦＦ状態からＯＮ状態になる前に第２コイルが非導通状態になることを防止できる。すなわち、接点部の動作中に電磁力が弱くなることを抑制できる。

コンデンサは、電磁コイルへの電圧の印加により接点装置の接点部がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わった後で充電が完了するように構成されてもよい。この場合は、接点装置の接点部がＯＦＦ状態からＯＮ状態になる前に第２コイルが非導通状態になることを防止できる。すなわち、接点部の動作中に電磁力が弱くなることを抑制できる。

電磁石装置は、第１コイル及び外部電源の陽極に接続される第１コイル端子と、外部電源の陰極に接続される第２コイル端子と、第２差し込み部を含む第３コイル端子とをさらに備えてもよい。第１コイル端子は、第１差し込み部を含んでもよい。コンデンサは、第１差し込み部に差し込まれる第１端子と、第２差し込み部に差し込まれる第２端子とを含んでもよい。この場合は、第１コイル端子とコンデンサとの接続、並びに第３コイル端子とコンデンサとの接続が容易になる。

電磁石装置は、第１差し込み部に差し込まれるカソード端子と、第２差し込み部に差し込まれるアノード端子とを含むダイオードをさらに備えてもよい。この場合は、逆起電圧から電磁石装置を保護できる。また、第１コイル端子とダイオードとの接続、並びに第３コイル端子とダイオードとの接続が容易になる。

コンデンサ及びダイオードは、第１コイル端子と第３コイル端子とに外付けされてもよい。この場合は、例えば、３本のコイル端子を備える既存の電磁石装置において、本発明を容易に適用できる。また、電磁石装置が収容されるケース内にコンデンサ及びダイオードの設置スペースを確保することが難しい電磁継電器において、本発明を容易に適用できる。

本発明によれば、電磁コイルに印加する電圧を動作電圧から保持電圧に簡単な構成で切り替えられる電磁石装置を提供することができる。

電磁継電器の斜視図である。 電磁継電器の側面図である。 電磁石装置の斜視図である。 電磁石装置の背面図である。 電磁石装置の模式回路図である。 磁気コイルに電圧が印加されたときの第１コイル、第２コイル、接点装置、及びコンデンサの各状態を説明するためのタイミングチャートである。 電磁石装置の変形例を説明するための図である。

以下、本発明の一態様に係る電磁石装置を備える電磁継電器の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１から図４に示すように、電磁継電器１は、ベース２と、接点装置３と、電磁石装置４と、可動鉄片５と、カード６と、を備えている。

以下の説明では、ベース２に対して接点装置３及び電磁石装置４が配置される方向を上方、その反対方向を下方と定義する。電磁石装置４に対して接点装置３が配置される方向を前方、その反対方向を後方と定義する。また、図２の紙面に対して直交する方向を左右方向と定義する。これらの方向は、説明の便宜上、定義されるものであって、電磁継電器１の配置方向を限定するものではない。

ベース２は、樹脂などの絶縁性を有する材料で形成されている。ベース２は、前後方向及び左右方向に延びている。なお、電磁継電器１は、ベース２の上方からベース２に被せられる図示しないケースを備えている。

接点装置３は、ベース２に配置されている。接点装置３は、ベース２に支持されている。接点装置３は、固定端子８と、可動接触片１０とを含む。固定端子８及び可動接触片１０は、導電性を有する材料で形成されている。

固定端子８は、ベース２に支持されている。固定端子８は、ベース２を上下方向に貫通している。固定端子８は、固定接点８ａを含む。固定接点８ａは、固定端子８の後面に配置されている。

可動接触片１０は、固定端子８の後方に配置されている。可動接触片１０は、ベース２に支持されている。可動接触片１０は、ベース２を上下方向に貫通している。可動接触片１０は、可動接点１０ａを含む。可動接点１０ａは、固定接点８ａと前後方向に対向して配置され、固定接点８ａに接触可能である。

電磁石装置４は、電磁力によって接点装置３を駆動させる。電磁石装置４は、可動鉄片５を介してカード６を移動させる。電磁石装置４は、ベース２に配置されている。電磁石装置４は、ベース２に支持されている。電磁石装置４は、電磁コイル４１と、スプール４２と、鉄芯４３と、ヨーク４４とを含む。

電磁コイル４１は、スプール４２の外周に巻き付けられている。なお、図１から図４では、電磁コイル４１の巻線の図示を省略している。電磁コイル４１は、直流電源５０から電圧が印加される。直流電源５０は、外部電源の一例である。

図５に示すように、電磁コイル４１は、第１コイル４１ａと第２コイル４１ｂとを含む。第２コイル４１ｂは、第１コイル４１ａに並列に接続されている。第１コイル４１ａ及び第２コイル４１ｂは、電磁コイル４１への電圧の印加により非導通状態から導通状態となる。

鉄芯４３は、スプール４２の内周に配置されている。鉄芯４３の上端は、磁極面であり、可動鉄片５と前後方向に対向して配置されている。

ヨーク４４は、電磁コイル４１の周囲に配置されている。ヨーク４４は、Ｌ字状に屈曲した形状を有している。ヨーク４４は、電磁コイル４１の下方及び前方に配置されている。ヨーク４４は、鉄芯４３の下端に接続されている。

可動鉄片５は、電磁石装置４とカード６の間に配置されている。 可動鉄片５は、Ｌ字状に屈曲した形状を有している。可動鉄片５は、カード６に連結されている。可動鉄片５の後端は、鉄芯４３の上方に配置されている。可動鉄片５は、ヒンジバネに回動可能に支持されている。可動鉄片５は、ヨーク４４の上端を回動支点として回動する。可動鉄片５の後端は、ヒンジバネによって鉄芯４３から離れる方向に付勢されている。

カード６は、樹脂などの絶縁性を有する材料で形成されている。カード６は、可動鉄片５の回動に伴い前後方向に移動する。

次に電磁継電器１の動作について説明する。電磁コイル４１が励磁されていない状態では、可動接点１０ａが固定接点８ａから開離した開離状態にある。電磁コイル４１に電圧が印加されて励磁されると、可動鉄片５が鉄芯４３に吸引されて可動鉄片５が回動する。可動鉄片５の回動に伴い、カード６が可動鉄片５に押圧されて、カード６が前方に移動する。これにより、可動接触片１０がカード６に前方に押圧されて、可動接点１０ａが固定接点８ａに接触する。

電磁コイル４１への電圧の印加が停止されると、可動接触片１０及びヒンジバネの弾性力によって可動鉄片５が鉄芯４３から離れる方向に回動する。これにより、カード６が後方に移動して、可動接点１０ａが固定接点８ａから開離する。

図３から図５に示すように、電磁石装置４は、コンデンサ４５と、ダイオード４６と、第１コイル端子４７と、第２コイル端子４８と、第３コイル端子４９とをさらに含む。

コンデンサ４５は、第２コイル４１ｂに直列に接続されている。コンデンサ４５は、第１コイル４１ａに並列に接続されている。コンデンサ４５の静電容量は、例えば、１００μＦ程度である。コンデンサ４５は、第２コイル４１ｂと第１コイル端子４７との間に配置されている。コンデンサ４５は、第１端子４５ａと、第２端子４５ｂとを含む。第１端子４５ａは、第１コイル端子４７に接続されている。第２端子４５ｂは、第３コイル端子４９に接続されている。

コンデンサ４５は、電磁コイル４１への電圧の印加によりコンデンサ４５に電流が流れることで充電される。コンデンサ４５に電流が流れて一定時間が経過すると、コンデンサ４５の充電が完了する。コンデンサ４５の充電が完了することで、第２コイル４１ｂに流れる電流が遮断されて、第２コイル４１ｂは、導通状態から非導通状態となる。

ダイオード４６は、コンデンサ４５に並列に接続されている。ダイオード４６は、第１コイル端子４７と第３コイル端子４９とに接続されている。ダイオード４６は、コンデンサ４５の上方に配置されている。ダイオード４６は、逆起電圧から電磁石装置４を保護する保護回路として機能する。

ダイオード４６は、カソード端子４６ａと、アノード端子４６ｂとを含む。カソード端子４６ａは、第１コイル端子４７に接続されている。カソード端子４６ａは、コンデンサ４５の第１端子４５ａと上下方向に離れている。アノード端子４６ｂは、第３コイル端子４９に接続されている。アノード端子４６ｂは、コンデンサ４５の第１端子４５ａと上下方向に離れている。

第１コイル端子４７は、ベース２を上下方向に貫通している。第１コイル端子４７は、スプール４２又はベース２の少なくとも一方に支持されている。第１コイル端子４７は、第１コイル４１ａに接続されている。第１コイル端子４７は、直流電源５０の陽極に接続されている。

第１コイル端子４７は、第１差し込み部４７ａを含む。第１差し込み部４７ａは、第１コイル端子４７の上部に配置されている。第１差し込み部４７ａは、略Ｕ字形状であり、コンデンサ４５の第１端子４５ａとダイオード４６のカソード端子４６ａとが差し込まれる。コンデンサ４５の第１端子４５ａとダイオード４６のカソード端子４６ａは、第１差し込み部４７ａに半田付けされている。

第２コイル端子４８は、ベース２を上下方向に貫通している。第２コイル端子４８は、スプール４２又はベース２の少なくとも一方に支持されている。第２コイル端子４８は、第１コイル４１ａと第２コイル４１ｂとに接続されている。第２コイル端子４８は、直流電源５０の陰極に接続されている。

第３コイル端子４９は、スプール４２又はベース２の少なくとも一方に支持されている。第３コイル端子４９は、第１コイル端子４７と左右方向に対向して配置されている。第３コイル端子４９は、第１コイル端子４７と前後方向に対向して配置されてもよい。

第３コイル端子４９は、第２差し込み部４９ａを含む。第２差し込み部４９ａは、第３コイル端子４９の上部に配置されている。第２差し込み部４９ａは、略Ｕ字形状であり、コンデンサ４５の第２端子４５ｂとダイオード４６のアノード端子４６ｂとが差し込まれる。コンデンサ４５の第２端子４５ｂとダイオード４６のアノード端子４６ｂは、第２差し込み部４９ａに半田付けされている。

図６は、電磁コイル４１に電圧が印加されたときの第１コイル４１ａ、第２コイル４１ｂ、接点装置３、及びコンデンサ４５の各状態を説明するためのタイミングチャートである。

電磁コイル４１に電圧が印加されると、第１コイル４１ａ及び第２コイル４１ｂに電流が流れて、第１コイル４１ａ及び第２コイル４１ｂが非導通状態から導通状態となる。これにより可動鉄片５に電磁力が作用して、接点装置３の接点部（可動接点１０ａ及び固定接点８ａ）がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。

コンデンサ４５は、電磁コイル４１に電圧が印加されると、時間の経過とともに徐々に充電される。コンデンサ４５の電圧が徐々に高くなるにつれて、第２コイル４１ｂに流れる電流が低下する。電磁コイル４１に電圧が印加された状態が一定時間継続すると、コンデンサ４５の充電が完了する。コンデンサ４５の充電が完了することで、第２コイル４１ｂに流れる電流が遮断される。これにより、第２コイル４１ｂは、導通状態から非導通状態となる。一方、第１コイル４１ａは、通電状態が維持される。

ここで、電磁コイル４１において、第１コイル４１ａの消費電力と第２コイル４１ｂの消費電力との割合は、接点装置３の接点部をＯＮ状態に維持するために必要な保持電圧に基づいて設定される。第１コイル４１ａの消費電力は、接点装置３の接点部をＯＮ状態に維持することが可能な消費電力となるように設定される。接点部をＯＮ状態に維持するために必要な保持電圧が接点部をＯＦＦ状態からＯＮ状態にさせるための動作電圧に対して２５％の場合は、例えば、第１コイル４１ａの消費電力が２５％、残りの７５％が第２コイル４１ｂの消費電力となるように設定する。これにより、コンデンサ４５の充電が完了して第２コイル４１ｂが非導通状態になることで、電磁コイル４１に印加される電圧が保持電圧に切り替わることになる。なお、第１コイル４１ａの消費電力と第２コイル４１ｂの消費電力との割合は、電磁継電器１の設計に応じて適宜変更される。

接点装置３の接点部がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わるまでの時間は、コンデンサ４５の充電が完了するまでの時間よりも短い。コンデンサ４５の充電が完了するまでの時間は、コンデンサ４５の静電容量や第２コイル４１ｂの消費電力量によって調整される。例えば、コンデンサ４５の静電容量は、接点装置３の接点部がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わった後でコンデンサ４５の充電が完了する容量に設定されている。これにより、第２コイル４１ｂは、電磁コイル４１への電圧の印加により接点装置３の接点部がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わった後で、導通状態から非導通状態となる。

上記の電磁継電器１の電磁石装置４では、第２コイル４１ｂは、第１コイル４１ａに並列に接続され、電磁コイル４１への電圧の印加によりコンデンサ４５の充電が完了することで、導通状態から非導通状態となる。すなわち、電磁コイル４１に電圧が印加されてからコンデンサ４５の充電が完了するまでは第１コイル４１ａと第２コイル４１ｂの通電状態が維持される。一方、コンデンサ４５の充電完了後は、第１コイル４１ａは、通電状態が維持され、第２コイル４１ｂは、コンデンサ４５によって非導通状態となる。第２コイル４１ｂが非導通状態になることで、電磁コイル４１に印加される電圧が保持電圧に切り替わることになる。この結果、電磁コイル４１に印加する電圧を簡単な構成で動作電圧から保持電圧に切り替えられる。

なお、電磁コイル４１への電圧の印加が停止されて、接点装置３の接点部がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わるときは、コンデンサ４５の放電によって、復帰時間が遅延するおそれがある。しかしながら、コンデンサ４５の放電によって第１コイル４１ａに流れる電流の向きは、コンデンサ４５の放電によって第２コイル４１ｂに流れる電流の向きと逆になる。このため、第１コイル４１ａと第２コイル４１ｂのそれぞれの巻き数を調整することで、復帰時間の遅延を抑制することが可能になる。

以上、本発明の一態様に係る電磁継電器の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

接点装置３及び電磁石装置４の構成は、変更されてもよい。例えば、キープリレーに本発明を適用してもよい。また、複数の固定端子を備える電磁継電器に本発明を適用してもよい。例えば、いわゆるＣ接点リレーに本発明を適用してもよい。

第１差し込み部４７ａ及び第２差し込み部４９ａの形状は変更されてもよい。図７に示すように、コンデンサ４５及びダイオード４６は、第１コイル端子４７と第３コイル端子４９とに外付けされてもよい。

電磁コイル４１の構成は、変更されてもよい。前記実施形態では、電磁コイル４１は、第１コイル４１ａと、第２コイル４１ｂの２つのコイルを含んでいたが、電磁コイル４１は、例えば、３つ以上のコイルを含んでもよい。

３ 接点装置
４ 電磁石装置
４１ 電磁コイル
４１ａ 第１コイル
４１ｂ 第２コイル
４５ コンデンサ
４５ａ 第１端子
４５ｂ 第２端子
４６ ダイオード
４６ａ カソード端子
４６ｂ アノード端子
４７ 第１コイル端子
４７ａ 第１差し込み部
４８ 第２コイル端子
４９ 第３コイル端子
４９ａ 第２差し込み部
５０ 直流電源（外部電源の一例）

Claims (6)

1. 電磁力によって接点装置を駆動させる電磁石装置であって、
   第１コイルと、前記第１コイルに並列に接続される第２コイルとを含む電磁コイルと、
   前記第２コイルに接続され、前記電磁コイルへの電圧の印加により充電されるコンデンサと、
   を備え、
   前記第１コイル及び前記第２コイルは、前記電磁コイルへの電圧の印加により非導通状態から導通状態となり、
   前記第２コイルは、前記電磁コイルへの電圧の印加により前記コンデンサの充電が完了することで、前記第２コイルに流れる電流が遮断されて前記導通状態から前記非導通状態となる、
   電磁石装置。
   
2. 前記電磁コイルへの電圧の印加により前記接点装置の接点部がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わるまでの時間は、前記コンデンサの充電が完了するまでの時間よりも短い、
   請求項１に記載の電磁石装置。
   
3. 前記コンデンサは、前記電磁コイルへの電圧の印加により前記接点装置の接点部がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わった後で充電が完了するように構成されている、
   請求項１に記載の電磁石装置。
   
4. 第１差し込み部を含み、前記第１コイル及び外部電源の陽極に接続される第１コイル端子と、
   前記外部電源の陰極に接続される第２コイル端子と、
   第２差し込み部を含む第３コイル端子と、
   をさらに備え、
   前記コンデンサは、前記第１差し込み部に差し込まれる第１端子と、前記第２差し込み部に差し込まれる第２端子とを含む、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁石装置。
   
5. 前記第１差し込み部に差し込まれるカソード端子と、前記第２差し込み部に差し込まれるアノード端子とを含むダイオードをさらに備える、
   請求項４に記載の電磁石装置。
   
6. 前記コンデンサ及び前記ダイオードは、前記第１コイル端子と前記第３コイル端子とに外付けされている、
   請求項５に記載の電磁石装置。

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