JP5895171B2 - 有極型電磁リレー - Google Patents

Description

本発明は、コイルに生じる磁束及び永久磁石の磁束を利用して接点機構部を開閉作動させる有極型電磁リレーに関する。

従来より、有極型電磁リレーは、エアコンや照明器具などの家電製品、コンピュータや産業機械など、電気を用いる多様な装置に使用されている。

例えば、図１５（ａ）に示す接点機構部を有する有極型電磁リレーでは、励磁コイル１５１に電流を流して電磁ブロック１５２を励磁することによりアーマチュア１５３を永久磁石１５４の着磁方向と平行方向にスライドさせる。その結果、アーマチュア１５３が可動接点１５５を備える可動ばね１５６を変曲させ、離隔状態にあった可動接点１５５と固定接点１５７とを接触させる。

次に、有極型電磁リレーの吸引力特性に関して図１５（ｂ）を参照して説明する。なお、有極型電磁リレーは、コイルによる磁束と永久磁石による磁束の相互で吸引力が得られる。

グラフの横軸はアーマチュア（可動ブロック）のストロークを示し、例えばＳｏは、ストロークの始端位置、Ｓ１は、ストロークの終端位置を示している。グラフの縦軸は可動ばねのバネ負荷力及び磁気吸引力を示している。すなわち、Ｆｏは、コイルが無励磁の場合の吸引力特性、Ｆｓは、コイルが励磁されてアーマチュアを一端側に駆動するときの吸引力特性、Ｆｒは、コイルが励磁されてアーマチュアを他端側に駆動するときの吸引力特性を示している。また、Ｌは、アーマチュアの各ストローク位置において可動ばねから受けるバネ負荷力を示している。

有極型電磁リレーは、このような吸引力特性を有するため、吸引力特性Ｆｏ等と、バネ負荷力Ｌとの均衡に基づいて可動接点と固定接点の当接、離隔を行う必要がある。例えば、有極型電磁リレーを安定作動させるために、永久磁石の磁力及びコイルの起磁力に基づく吸引力特性Ｆｏ等の形状を調整したり、可動ばねによるバネ負荷力Ｌにバイアスを加える。

そして、有極型電磁リレーでは、リレー動作時や復帰時に可動接点及び固定接点や、鉄片などの部品間に衝突が発生するために衝突音が生じる。そして、この衝突音はユーザにとって好ましいものではないため、この衝突音を低減させる種々の方法が提案されている。

例えば、ダイオードを用いて、接点が閉じた後に吸引力を小さくすることにより静音化を図った電磁石が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、接点投入動作のストローク途上で接触子ホルダの変位速度をカム制御して接点の衝突速度を減速し、接点衝突音の軽減を図るようにした電磁リレーが知られている（例えば、特許文献２参照）。

実開平５−４４１７号公報 特開２０１１−９６４７２号公報

しかしながら、従来の有極型電磁リレーでは、図１５（ｂ）に示すように、無励磁の吸引力Ｆｏとバネ負荷力Ｌとの力の差分が依然として大きい。このため、可動ブロックの動作速度が速くなり、可動接点及び固定接点や、鉄片など部品間の衝突音が大きくなるという問題がある。

また、有極型電磁リレーの接点の閉路時において負荷の種類によっては定格電流の数倍から数十倍の突入電流が流れ、接点が溶着してしまうという問題もある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、可動接点と固定接点などの部品間の衝突音を低減して静音化を図ることができる有極型電磁リレーを提供することを目的とする。また、リレー接点が溶着することを防止した有極型電磁リレーを提供することをも目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、コイルボビンに巻き回された第１コイルと、コイルボビンに巻き回された第２コイルと、前記第１コイルと第２コイルの間に配置された永久磁石と、前記永久磁石と対向して配置され、前記第１コイル及び第２コイルの励磁及び消磁に伴い往復駆動する可動ヨークと、前記可動ヨークに固定され、前記可動ヨークの駆動と連動するアーマチュアと、前記アーマチュアを摺動可能に保持する軸受けを有した固定ヨークと、前記アーマチュアによって直接駆動される可動接点及び前記アーマチュアの駆動に伴い前記可動接点と接離する固定接点を有する接点と、を備える有極型電磁リレーにおいて、前記第１コイル及び前記第２コイルが無励磁の状態において、前記可動ヨークのストロークの始端位置から終端位置まで駆動するまでの吸引力特性に、傾きの正負符号が変化する２つの変曲点を有し、前記可動ヨークは、前記永久磁石と対向する面に、断面凹形状となる少なくとも１以上の凹部を有し、複数の磁極面が形成され、前記可動ヨークのストロークの中間位置において当該複数の磁極面の一の磁極面が前記永久磁石と対向するよう構成される、ことを特徴とするものである。

この有極型電磁リレーにおいて、前記可動ヨークのストロークの中間位置において前記永久磁石と対向する前記磁極面の幅は、前記永久磁石の磁極面の幅より小さくなることが好ましい。

この有極型電磁リレーにおいて、前記接点は、第１接点及び第２接点からなり、前記第２接点は、さらに、第２−１接点と第２−２接点を有して、前記第２−１接点の動作が完了した後、前記第２−２接点の動作を開始し、前記第２−１接点の接点材料は、前記第２−２接点の接点材料よりも高抵抗材料であることが好ましい。

この有極型電磁リレーにおいて、前記第１コイル及び前記第２コイルに流す電流、並びに前記第１コイル及び第２コイルに印加する電圧を制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、前記第１コイルに対して印加する電圧とは逆方向の波形の電圧を前記第２コイルに印加することが好ましい。

この有極型電磁リレーにおいて、前記第１コイル及び前記第２コイルは直列に接続され、前記制御部は、さらに、前記可動ヨークがそのストロークの中間位置で停止するように、時間制御した電圧を前記第１コイル及び前記第２コイルに印加することが好ましい。

この有極型電磁リレーにおいて、前記第１コイル及び前記第２コイルは直列に接続され、前記制御部は、さらに、前記第１コイル及び前記第２コイルに流す励磁電流の逆電流を通電中に流すことが好ましい。

この有極型電磁リレーにおいて、前記接点は、第１接点及び第２接点からなり、前記第１接点と前記第２接点の開閉動作が同一であり、前記第２接点は、さらに、第２−１接点と第２−２接点を有して、前記第２−１接点の動作が完了した後、前記第２−２接点の動作を開始し、前記第２−１接点の接点材料は、前記第２−２接点の接点材料よりも高抵抗材料であることが好ましい。

この有極型電磁リレーにおいて、前記接点は、第１接点及び第２接点からなり、前記第１接点と前記第２接点の開閉動作が同一であり、前記第１接点と前記第２接点は、並列に接続され、かつ前記第１接点の動作が完了した後、前記第２接点の動作を開始し、前記第１接点の接点材料は、前記第２接点の接点材料よりも高抵抗材料であることが好ましい。

この有極型電磁リレーにおいて、前記第１接点に、双方向半導体整流素子からなる無接点リレーが直列に接続されることが好ましい。

この有極型電磁リレーにおいて、前記接点は、第１接点及び第２接点からなり、前記第１接点と前記第２接点の開閉動作が同一であり、前記第１接点と第２接点は、直列に接続され、かつ前記第１接点の動作が完了した後、前記第２接点の動作を開始することが好ましい。

この有極型電磁リレーにおいて、前記第１接点と、前記第２接点及び半導体整流素子からなる無接点リレーが並列に接続されてなるハイブリッドリレーとが直列に接続されることが好ましい。

この有極型電磁リレーにおいて、前記高抵抗材料はタングステンであることが好ましい。

本発明に係る有極型電磁リレーによれば、可動ヨークのストロークの吸引力特性に、傾きの正負符号が変化する２つの変曲点を有する。このため、可動ヨークのストロークの中間位置における駆動速度を低下させ、可動接点及び固定接点の衝突時や可動ヨークの終端位置での衝突音を低減して静音化を図ることができる。

（ａ）及び（ｂ）本発明の実施の形態１に係る有極型電磁リレーの接点機構部の断面図である。 （ａ）前記有極型電磁リレーの接点機構部の回路図、（ｂ）前記有極型電磁リレーの磁気吸引力とバネ負荷力との相関を示すグラフである。 （ａ）同上実施の形態１の第１の変形例に係る有極型電磁リレーの接点機構部の断面図、（ｂ）前記有極型電磁リレーの磁気吸引力とバネ負荷力との相関を示すグラフである。 （ａ）同上実施の形態１の第２の変形例に係る有極型電磁リレーの接点機構部の断面図、（ｂ）前記有極型電磁リレーの磁気吸引力とバネ負荷力との相関を示すグラフである。 （ａ）同上実施の形態１の第３の変形例に係る有極型電磁リレーの接点機構部の回路図、（ｂ）前記有極型電磁リレーに備わる第２接点の概略断面図、（ｃ）前記有極型電磁リレーの磁気吸引力とバネ負荷力との相関を示すグラフである。 （ａ）本発明の実施の形態２に係る有極型電磁リレーの接点機構部の回路図、（ｂ）前記有極型電磁リレーに備わる制御部から第１コイルに印加される電圧波形を示す図、（ｃ）前記制御部から第２コイルに印加される電圧波形を示す図、（ｄ）前記有極型電磁リレーの磁気吸引力とバネ負荷力との相関を示すグラフである。 （ａ）同上実施の形態２の第１の変形例に係る有極型電磁リレーの接点機構部の回路図、（ｂ）乃至（ｄ）前記有極型電磁リレーに備わる制御部から第１コイル及び第２コイルに印加される電圧波形を示す図である。 （ａ）同上実施の形態２の第２の変形例に係る有極型電磁リレーの接点機構部の回路図、（ｂ）前記有極型電磁リレーに備わる制御部から第１コイル又は第２コイルに流される電流波形を示す図である。 （ａ）本発明の実施の形態３に係る有極型電磁リレーの接点機構部の回路図、（ｂ）前記有極型電磁リレーの磁気吸引力とバネ負荷力との相関を示すグラフ、（ｃ）及び（ｄ）前記有極型電磁リレーの電源投入時における電流波形を示すグラフである。 （ａ）同上実施の形態３の第１の変形例に係る有極型電磁リレーの接点機構部の回路図、（ｂ）前記有極型電磁リレーの磁気吸引力とバネ負荷力との相関を示すグラフ、（ｃ）及び（ｄ）前記有極型電磁リレーの電源投入時における電流波形を示すグラフである。 （ａ）同上実施の形態３の第２の変形例に係る有極型電磁リレーの接点機構部の回路図、（ｂ）前記有極型電磁リレーの磁気吸引力とバネ負荷力との相関を示すグラフである。 （ａ）前記有極型電磁リレーの接点機構部のカバーを外した状態での概略底面図、（ｂ）同上有極型電磁リレーの分解斜視図である。 （ａ）本発明の実施の形態４に係る有極型電磁リレーの接点機構部の回路図、（ｂ）前記有極型電磁リレーの磁気吸引力とバネ負荷力との相関を示すグラフである。 （ａ）同上実施の形態４の第１の変形例に係る有極型電磁リレーの接点機構部の回路図、（ｂ）前記有極型電磁リレーの磁気吸引力とバネ負荷力との相関を示すグラフである。 （ａ）従来の有極型電磁リレーの接点機構部の断面図、（ｂ）従来の有極型電磁リレーの磁気吸引力とバネ負荷力との相関を示すグラフである。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る有極型電磁リレー（以下、有極リレーと記す）について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本実施の形態１に係る有極リレー１の接点機構部は、第１コイル２と、第２コイル３と、コイルボビン４と、永久磁石５と、アーマチュア６と、固定ヨーク７と、可動ヨーク８と、第１接点９と、第２接点１０とを備える。なお、これら接点機構部の各部は、例えば有極リレー１の絶縁性のベース上に立設され、その組み立て後の状態においてベースにカバーが被せられた箱体形状で形成される。

第１コイル２は、起磁力を有効に働かせるために、樹脂などの絶縁材からなる円筒状のコイルボビン４に、所定回数巻き回される。第１コイル２には電源が接続され、電流が流れることでＮ極、Ｓ極を伴う磁束を発生する。第２コイル３は、第１コイル２と同様に、起磁力を有効に働かせるために、円筒状のコイルボビン４に、所定回数巻き回され、電源に接続されて電流が流れることで磁束を発生する。

永久磁石５は、固定ヨーク７の内部に収容された第１コイル２及び第２コイル３の間に配置され、コイル２，３による磁束との相互作用で磁気吸引力を高める部品である。永久磁石５は、例えば内側がＮ極、外側がＳ極を有するように配置される。

アーマチュア６は、軸受け部７ａにおいて固定ヨーク７に摺動可能（図１では上下方向に摺動）に保持され、その両端部に配置された可動ばね（不図示）からバネ負荷力を受けている。アーマチュア６は、可動ヨーク８の駆動と連動し、接点９，１０の可動接点を固定接点に接離してリレー回路を開閉する。なお、上述した可動ばねは、例えば長尺状に形成された板ばねであり、バネ負荷力によってアーマチュア６を付勢する。また、この可動ばねの先端には可動接点が取り付けられている。

固定ヨーク７は、有極リレー１のベースに固定され、アーマチュア６を摺動可能に保持する軸受け部７ａを備える。また、固定ヨーク７は、図１においては断面コ字形状を有し、その内部空間に、コイル２，３、コイルボビン４、及び永久磁石５を収容している。

可動ヨーク８は、鉄などの磁性体金属で構成され、第１コイル２及び第２コイル３の励磁、消磁、及び永久磁石５の磁束に基づき磁路を形成して、その磁気吸引力及びバネ負荷力との均衡に基づき第１コイル２又は第２コイル３に吸着又は離反する。可動ヨーク８は、その永久磁石５と対向する面において、断面が凹形状となる凹部８ａ，８ｂを有し、複数（本実施の形態１においては３つ）の磁極面８ｃ〜８ｅが形成される。

第１接点９及び第２接点１０は、アーマチュア６によって直接駆動される可動接点と、アーマチュア６の駆動に伴い可動接点と接離して開閉する固定接点とを有する。この可動接点は、接触抵抗の低い銀、銀パラジウム、銀ニッケルなどの接点材料を用いて形成され、例えば可動ばねの先端にかしめ固着されている。固定接点は、可動接点と同様の接点材料を用いて形成され、有極リレー１のベース内部に配置される。

次に、本実施の形態１に係る有極リレー１の接点９，１０の接点機構に関して図２（ａ）を参照して説明する。

第１接点９は、平常時は開放状態（オフ）であり、動作時に閉成状態（オン）となる１極のａ接点であり、第２接点１０は、平常時は閉成状態（オン）にあり、動作時に開放状態（オフ）となる１極のｂ接点である。つまり、有極リレー１は、接点９，１０を備えた１ａ―１ｂ接点を有する。なお、図１（ａ）は、可動ヨーク８が第２接点１０側に駆動された図、図１（ｂ）は、可動ヨーク８が第１接点９側に駆動された図である。

次に、本実施の形態１に係る有極リレー１の動作に関して説明する。第１コイル２及び第２コイル３が無励磁の時、可動ヨーク８は可動ばねによって付勢され、そのストロークの中心位置に配置（復帰）される。このとき、常開状態にある第１接点９は開成状態（オフ）にあり、常閉状態にある第２接点１０は閉成状態（オン）にある。

そして、第１コイル２及び第２コイル３を所定の極性に励磁すると、発生した磁束及び永久磁石５の磁気吸引力によって、可動ばねのバネ負荷力に反して可動ヨーク８が第１コイル２側に駆動させられる。すると、図１（ｂ）に示すように、アーマチュア６の一端部が第１接点９側に駆動され、第１接点９の離隔していた可動接点が固定接点に当接する。これにより、第１接点９は、開成状態（オフ）から閉成状態（オン）になる。

一方、第２コイル３及び第１コイル２を所定の極性に励磁すると、発生した磁束及び永久磁石５の磁気吸引力によって、可動ばねのバネ負荷力に反して可動ヨーク８が第２コイル３側に可動させられる。すると、図１（ａ）に示すように、アーマチュア６の一端部が第２接点１０側に駆動され、第２接点１０は、閉成状態（オン）から開成状態（オフ）になる。

次に、本実施の形態に係る有極リレー１の吸引力特性に関して図２（ｂ）を参照して説明する。なお、図２（ｂ）のグラフの横軸は可動ヨーク８のストローク位置を示し、例えばＳ２は、可動ヨーク８のストロークの始端位置、Ｓ３は、可動ヨーク８のストロークの終端位置を示している。図２（ｂ）のグラフの縦軸は可動ばねのバネ負荷力及び磁気吸引力を示し、Ｆ１は、コイル２，３が無励磁の場合であり永久磁石５から受ける吸引力特性を示す。Ｆ２は、可動ヨーク８をＳ３側に駆動するときの吸引力特性、Ｆ３は、可動ヨーク８をＳ２側に駆動するときの吸引力特性を示している。また、Ｌ１は、可動ヨーク８の各ストローク位置における可動ばねによるバネ負荷力を示している。

本図に示すように、無励磁の吸引力特性Ｆ１には、傾きの正負符号が変化する点である変曲点Ｈ１，Ｈ２が２つ含まれている。具体的には、変曲点Ｈ１では、傾きの符号が正→０→負となり、変曲点Ｈ２では、傾きの符号が負→０→正と変化する。

以上のように、可動ヨーク８は、その永久磁石５と対向する面に、凹部８ａ，８ｂを有し、複数の磁極面８ｃ〜８ｅが形成される。この構成により、本実施の形態１に係る有極リレー１では、変曲点Ｈ１，Ｈ２を２つ設けるように吸引力特性の形状を調整でき、吸引力特性Ｆ１とばね負荷Ｌ１との力の差分を小さくし、可動ヨーク８の動作速度を遅くできる。すなわち、可動ヨーク８は、そのストロークの中間位置付近で確実に減速し、その結果、可動ヨーク８の中間停止動作の安定化を図り、衝突音の発生が緩和されて静音化を実現できる。

（第１の変形例）
本実施の形態１の第１の変形例について、図３を参照して説明する。本変形例において、図３（ａ）に示すように、可動ヨーク８は、断面が凹形状となる凹部８ｆ，８ｇを有し、複数の磁極面８ｈ〜８ｊが形成される。そして、これら磁極面８ｈ〜８ｊは、上記実施の形態１に係る可動ヨーク８の磁極面８ｃ〜８ｅより図中の矢印Ｙで示す方向の幅が広くなっている。

図３（ｂ）は、本変形例に係る有極リレー１の吸引力特性Ｆ４を示し、上記実施の形態１の図２（ｂ）に示す吸引力特性Ｆ１と同様、傾きの正負符号が変化する点である変曲点Ｈ３，Ｈ４が２つ含まれる。

従って、本変形例では、上記実施の形態１と同様に、可動ヨーク８のストロークの中間位置での動作速度が小さくなり、中間停止動作の安定化を図ることができ、接点衝突時又は部品間の衝突時の静音化を図ることが可能となる。

（第２の変形例）
本実施の形態１の第２の変形例について、図４を参照して説明する。本変形例において、図４（ａ）に示すように、可動ヨーク８は、断面が凹形状となる凹部８ｋ，８ｌを有し、複数の磁極面８ｍ〜８ｏが形成される。そして、凹部８ｋ，８ｌに挟まれ、可動ヨーク８がストロークの中間位置に配置されるときに永久磁石５と対向する磁極面８ｎの矢印Ｙ方向の幅は、永久磁石５の磁極面５ａの幅より小さくなる。

図４（ｂ）は、本変形例に係る有極リレー１の吸引力特性Ｆ５を示し、上記実施の形態１の図２（ｂ）に示す吸引力特性Ｆ１乃至Ｆ３と同様、傾きの正負符号が変化する点である変曲点Ｈ５，Ｈ６が２つ含まれる。また、変曲点Ｈ５，Ｈ６の傾きの変化は、上述した変曲点Ｈ１〜Ｈ４に比較して大きくなっている。

従って、本変形例２では、上記実施の形態１の効果に加えて、可動ヨーク８のストロークの中間位置での減速効果をより大きく得ることができ、可動ヨーク８の中間位置での停止動作の安定化を図り、より効果的に静音化を実現できる。

（第３の変形例）
本実施の形態１の第３の変形例について、図５を参照して説明する。本変形例において、有極リレー１の第２接点１０は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第２−１接点１０ａと第２−２接点１０ｂを有し、第２−１接点１０ａの動作が完了した後、第２−２接点１０ｂの動作を開始する。そして、第２−１接点１０ａの接点材料は、第２−２接点１０ｂよりも高抵抗材料であるタングステンや銀タングステンなどが用いられる。銀タングステンは、硬度、融点が高く、耐アーク性に優れ、溶着に対して強い材料である。

通常、有極リレー１の接点をオンしたときに定常電流よりも大きな突入電流が流れる。例えば、トランス、モータ、ランプなどの負荷では定格電流の数倍から数十倍の突入電流が流れるため、接点の接触面及びその近傍が溶融固着して開離困難となる溶着を起こす場合がある。

本変形例では、図５（ｃ）に示すように、第２−１接点１０ａをオンにした後、第２−２接点１０ｂがオンされるため、第２−１接点１０ａに通電される突入電流の通電時間Ｔ１が、１つの接点構成の場合より短くなる。また、第２−１接点１０ａに突入電流が流れるため、第２−２接点１０ｂに突入電流が流れることをできるだけ防止できる。従って、本変形例では、上記実施の形態１の効果に加えて、第２接点１０の耐溶着性を向上できる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る有極リレーについて、図６を参照して説明する。なお、上記実施の形態１に係る有極リレーと同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する（以下同様）。

本実施の形態２に係る有極リレーは、図６（ａ）に示すように、第１コイル２及び第２コイル３に流す電流、並びに第１コイル２及び第２コイル３に印加する電圧を制御する制御部１１を備える。具体的には、制御部１１は、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、第１コイル２に対して印加する矩形波の電圧とは逆方向の電圧波形を第２コイル３に印加する。なお、第１コイル２及び第２コイル３の巻き回し方向は同じである。

この場合、第１コイル２及び第２コイル３に発生する磁束の向きが逆方向となり、可動ヨークのストロークの中間位置において逆制動が働き、確実に可動ヨークをそのストロークの中間位置で停止できる。なお、図６（ｄ）は、図６（ａ）に示す接点機構を有する有極リレーにおける第１接点９がオフになる時点と、第２接点１０が投入される時点との関係を示す。

以上のように、本実施の形態２において、制御部１１は、第２コイル３に、第１コイル２に対して印加する電圧とは逆方向の電圧波形を印加する。このため、可動ヨークの動きを逆制動し、可動ヨークのストロークの中間位置での停止を確実に図ることができる。従って、可動ヨークの速度低減にて衝撃音の発生が抑制され、更なる静音化を図ることが可能となる。なお、第１コイル２及び第２コイル３の巻き回し方向が逆の場合、制御部１１は、第１コイル２及び第２コイル３に同方向電圧波形を印加することで同様の効果が得られる。

（第１の変形例）
本実施の形態２の第１の変形例について、図７を参照して説明する。本変形例において、図７（ａ）に示すように、低消費電力化を図るため、第１コイル２と第２コイル３とは直列に接続される。そして、例えば、図７（ｂ）に示すように、制御部１１からの電圧印加時間が長すぎると可動ヨークの中間停止が無くなり、図７（ｄ）に示すように、電圧印加時間が短すぎると可動ヨークが動作を開始しない。従って、制御部１１は、図７（ｃ）に示すように、電圧印加時間を、可動ヨークがストロークの中間位置で停止するように時間調整する。この制御部１１により、本変形例１では、上記実施の形態２の効果に加え、低消費電流化をも図ることが可能となる。

（第２の変形例）
本実施の形態２の第２の変形例について、図８を参照して説明する。本変形例において、図８（ａ）に示すように、有極リレーの回路構成は、上記変形例１と同様となる。制御部１１は、図８（ｂ）に示すように励磁電流を通電中に逆電流を流す。このため、第１コイル２及び第２コイル３への通電時間が長くなり可動ヨークの速度が大きくなるような場合でも、電流を時間制御するのではなく逆電流を流すことで可動ヨークを逆制動して、可動ヨークがストロークの中間位置で停止するように調整する。従って、本変形例２では、可動ヨークのストロークの中間位置での停止動作の更なる安定化を図り、静音化を実現できる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る有極リレーについて、図９を参照して説明する。上述のように、有極リレーの接点を閉成したときに定常状態よりも大きな突入電流が流れる。例えば、トランス、モータなどの負荷では定格電流の数倍から数十倍の突入電流が流れ、接点の接触面及びその近傍が溶融固着して開離困難となる溶着を引き起こす場合がある。

本実施の形態３に係る有極リレーの第２接点１０は、図９（ａ）に示すように、第２−１接点１０ａと第２−２接点１０ｂを有し、第２−１接点１０ａの動作が完了した後、第２−２接点１０ｂの動作を開始する。また、第１コイル２及び第２コイル３は直列に接続される。

第１接点９及び第２接点１０は開閉動作が同じである。すなわち、図９（ｂ）に示すように、第１接点１０は、リフトオフ方式の接点であり、点１１ａよりストロークが図中の右方向の範囲でオンとなる。第２−１接点１０ａは、点１１ｂよりストロークが図中の右方向の範囲でオンとなり、第２−２接点１０ｂは、点１１ｃよりストロークが図中の右方向の範囲でオンとなる。また、第２−１接点１０ａ及び第２−２接点１０ｂは、負荷と電源とを完全に切り離すための両切リレーとして働く。

図９（ｃ）及び図９（ｄ）は、負荷の種類が異なる場合の突入電流Ａ，Ｂの波形を示している。そして、本実施の形態３に係る有極リレーでは、上述のように第１接点９、第２−１接点１０ａ、及び第２−２接点１０ｂの順番に閉成されるため、各接点における突入電流の通電期間を短くし、第２接点１０の耐溶着性を更に向上できる。

（第１の変形例）
本実施の形態３の第１の変形例について、図１０を参照して説明する。本変形例において、図１０（ａ）に示すように、有極リレーの第１接点９と第２接点１０とは並列で接続される。また、第１接点９の接点材料は、タングステンなど第２接点１０の接点材料よりも高抵抗材料となる。

第１コイル２及び第２コイル３は直列に接続され、第１接点９及び第２接点１０は開閉動作が同じである。このため、第１接点９、第２接点１０の順番に閉成される。すなわち、図１０（ｂ）に示すように、第１接点９は、リフトオフ方式の接点であり、点１２ａより可動ヨークのストロークが図中の右の範囲でオンとなり、第２接点１０は、点１２ｂより可動ヨークのストロークが図中の右の範囲でオンとなる。

図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）は、負荷の種類が異なる場合の突入電流Ａ，Ｂの波形を示す。本変形例に係る有極リレーでは、第１接点９がオンされて期間Ｌ３の後に第２接点１０がオンされるため第２接点１０に突入電流が流れることがない。このため、第２接点１０の耐溶着性を更に向上して、更に有極リレーの長寿命化を図ることが可能となる。

（第２の変形例）
本実施の形態３の第２の変形例について、図１１及び図１２を参照して説明する。本変形例では、図１１（ａ）に示すように、有極リレーの第１接点９と第２接点１０とは開閉動作が同じ接点機構（ａ接点）が２極直列で接続された２ａ接点となり、第１コイル２及び第２コイル３は直列で接続されている。また、図１１（ｂ）に示すように、第１接点９は、リフトオフ方式の接点であり、点１３ａより可動ヨークのストロークが図中の右の範囲でオンとなり、第２接点１０は、点１３ｂより可動ヨークのストロークが図中の右の範囲でオンとなる。すなわち、第１接点９の動作が完了した後、第２接点１０の動作が開始する。

次に、本変形例に係る有極リレーの接点機構部の構造に関して図１２を参照して説明する。有極リレー１のコイル２，３は固定ヨーク７に収容され、固定ヨーク７の軸受け部からその端部が突出されたアーマチュア６がコイル２，３の励磁及び消磁に伴い駆動する。本変形例に係る有極リレー１は、アーマチュア６によってベース１５に設けられた軸受け部１５ａを中心に回動する可動ブロック１４を備え、この可動ブロック１４には図中で下方に突出した突出部１４ａ，１４ｂが設けられる。

第１接点９は、リフトオフ方式の接点であり、アーマチュア６の駆動に伴い突出部１４ｂが矢印Ｙ１の方向に移動することで接触ばね１６ｂが固定接点から開離されてオフ状態となる。一方、第２接点１０は、フレクシャ方式の接点であり、アーマチュア６の駆動に伴い突出部１４ａが矢印Ｙ２の方向に移動することで接触ばね１６ａが固定接点に接触してオン状態となる。なお、端子１７は、有極リレーの完成状態でカバー１８の下面から突出し電源及び負荷に接続される。

このため、本変形例では、上記実施の形態３の効果に加えて、単一の接点機構部にて、２つの接点９，１０を開閉制御でき、省部品化及び低コスト化を図ることができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る有極リレーについて、図１３を参照して説明する。本実施の形態４に係る有極リレーは、図１３（ａ）に示すように、第１接点９と、第２接点１０及び半導体整流素子からなる無接点リレー２０が並列に接続されたハイブリッドリレー２１とが直列に接続されている。なお、この無接点リレー２０は、機械的リレーを有せず、内部はトライアック、抵抗器などの半導体・電子部品で構成されており、信号や電力の入り切りはこれらの電子回路で電子的に行うものである。

図１３（ｂ）は、有極リレーの吸引力特性を示し、第１接点９は、リフトオフ方式の接点であり、点２２ａより可動ヨークのストロークが図中の右の範囲でオンとなり、第２接点１０は、点２２ｂより可動ヨークのストロークが図中の右の範囲でオンとなる。

従って、本実施の形態４に係る有極リレーはハイブリッドリレー２１を備えるため、スイッチ投入時に、電源から負荷に流れる突入電流を無接点リレー２０に流し、機械式スイッチである第２接点１０に大きな突入電流を流れるのを回避できる。このため、有極リレーを小型化できると共に、第２接点１０の溶着などによる寿命低減を抑制できる。

（第１の変形例）
本実施の形態４の第１の変形例について、図１４を参照して説明する。本変形例において、図１４（ａ）に示すように、第１接点９と第２接点１０とが並列に接続されると共に、第１接点９及び双方向半導体整流素子からなる無接点リレー２３が直列に接続されている。図１４（ｂ）は、有極リレーの吸引力特性を示し、第１接点９は、リフトオフ方式の接点であり、点２４ａより可動ヨークのストロークが図中の右の範囲でオンとなり、第２接点１０は、点２４ｂより可動ヨークのストロークが図中の右の範囲でオンとなる。従って、本変形例に係る有極リレーは、上記実施の形態４の効果に加えて、有極リレーを小型化して、有極リレーの長寿命開閉を実現できる。

なお、本発明は、上記実施の形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記各実施の形態に係る有極リレー１は、第１コイル２及び第２コイル３を用いた二巻線形を用いているが、コイルを一巻線形とした有極リレーにも本願発明を応用できる。

１ 有極型電磁リレー
２ 第１コイル
３ 第２コイル
４ コイルボビン
５ 永久磁石
５ａ 磁極面
６ アーマチュア
７ 固定ヨーク
８ 可動ヨーク
８ａ，８ｂ 凹部
８ｃ，８ｄ，８ｅ 磁極面
９ 第１接点
１０ 第２接点
１１ 制御部
２０，２３ 無接点リレー
２１ ハイブリッドリレー

Claims (12)

1. コイルボビンに巻き回された第１コイルと、
   コイルボビンに巻き回された第２コイルと、
   前記第１コイルと第２コイルの間に配置された永久磁石と、
   前記永久磁石と対向して配置され、前記第１コイル及び第２コイルの励磁及び消磁に伴い往復駆動する可動ヨークと、
   前記可動ヨークに固定され、前記可動ヨークの駆動と連動するアーマチュアと、
   前記アーマチュアを摺動可能に保持する軸受けを有した固定ヨークと、
   前記アーマチュアによって直接駆動される可動接点及び前記アーマチュアの駆動に伴い前記可動接点と接離する固定接点を有する接点と、を備える有極型電磁リレーにおいて、
   前記第１コイル及び前記第２コイルが無励磁の状態において、前記可動ヨークのストロークの始端位置から終端位置まで駆動するまでの吸引力特性に、傾きの正負符号が変化する２つの変曲点を有し、
   前記可動ヨークは、前記永久磁石と対向する面に、断面凹形状となる少なくとも１以上の凹部を有し、複数の磁極面が形成され、
   前記可動ヨークのストロークの中間位置において当該複数の磁極面の一の磁極面が前記永久磁石と対向するよう構成される、ことを特徴とする有極型電磁リレー。
2. 前記可動ヨークのストロークの中間位置において前記永久磁石と対向する前記磁極面の幅は、前記永久磁石の磁極面の幅より小さくなる、ことを特徴とする請求項１記載の有極型電磁リレー。
3. 前記接点は、第１接点及び第２接点からなり、
   前記第２接点は、さらに、第２−１接点と第２−２接点を有して、前記第２−１接点の動作が完了した後、前記第２−２接点の動作を開始し、
   前記第２−１接点の接点材料は、前記第２−２接点の接点材料よりも高抵抗材料である、ことを特徴とする請求項１記載の有極型電磁リレー。
4. 前記第１コイル及び前記第２コイルに流す電流、並びに前記第１コイル及び第２コイルに印加する電圧を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１コイルに対して印加する電圧とは逆方向の波形の電圧を前記第２コイルに印加する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有極型電磁リレー。
5. 前記第１コイル及び前記第２コイルは直列に接続され、
   前記制御部は、さらに、前記可動ヨークがそのストロークの中間位置で停止するように、時間制御した電圧を前記第１コイル及び前記第２コイルに印加する、ことを特徴とする請求項４記載の有極型電磁リレー。
6. 前記第１コイル及び前記第２コイルは直列に接続され、
   前記制御部は、さらに、前記第１コイル及び前記第２コイルに流す励磁電流の逆電流を通電中に流す、ことを特徴とする請求項４記載の有極型電磁リレー。
7. 前記接点は、第１接点及び第２接点からなり、
   前記第１接点と前記第２接点の開閉動作が同一であり、
   前記第２接点は、さらに、第２−１接点と第２−２接点を有して、前記第２−１接点の動作が完了した後、前記第２−２接点の動作を開始し、
   前記第２−１接点の接点材料は、前記第２−２接点の接点材料よりも高抵抗材料である、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の有極型電磁リレー。
8. 前記接点は、第１接点及び第２接点からなり、
   前記第１接点と前記第２接点の開閉動作が同一であり、
   前記第１接点と前記第２接点は、並列に接続され、かつ前記第１接点の動作が完了した後、前記第２接点の動作を開始し、
   前記第１接点の接点材料は、前記第２接点の接点材料よりも高抵抗材料である、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の有極型電磁リレー。
9. 前記第１接点に、双方向半導体整流素子からなる無接点リレーが直列に接続される、ことを特徴とする請求項８記載の有極型電磁リレー。
10. 前記接点は、第１接点及び第２接点からなり、
    前記第１接点と前記第２接点の開閉動作が同一であり、
    前記第１接点と第２接点は、直列に接続され、かつ前記第１接点の動作が完了した後、前記第２接点の動作を開始する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の有極型電磁リレー。
11. 前記第１接点と、前記第２接点及び半導体整流素子からなる無接点リレーが並列に接続されてなるハイブリッドリレーとが直列に接続される、ことを特徴とする請求項１０記載の有極型電磁リレー。
12. 前記高抵抗材料はタングステンである、ことを特徴とする請求項３，７及び８のいずれか一項に記載の有極型電磁リレー。