JP7521296B2

JP7521296B2 - 電磁継電器

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Publication number: JP7521296B2
Application number: JP2020124719A
Authority: JP
Inventors: 和樹古川; 剛西田; 亮太箕輪
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2024-07-24
Anticipated expiration: 2040-07-21
Also published as: JP2022021236A; WO2022019009A1

Description

本発明は、電磁継電器に関する。

電磁継電器では、接点間にアークが発生することがある。その場合、アークにより電磁継電器の機械寿命が低下してしまう。そのため、例えば特許文献１に開示されている電磁継電器は、接点間に磁界を発生させる磁石を備えている。磁石は、接点が互いに向かい合う方向に対して垂直に磁界を発生させる。

特開２０１７－０２７８９２号公報

上記の電磁継電器では、磁界によりアークにローレンツ力が作用することで、アークが、アーク消去空間へ向けて引き延ばされる。それにより、アークが消弧される。アークを迅速に消弧するためには、アーク消去空間は広いことが好ましい。しかし、アーク消去空間を拡大させることは、電磁継電器の大型化の要因となりうる。本発明の目的は、電磁継電器においてアークを迅速に消弧すると共に、電磁継電器の大型化を防止することにある。

本発明の一態様に係る電磁継電器は、第１接点と、第２接点と、磁石とを備える。第１接点は、第１表面を含む。第２接点は、第１表面と向かい合う第２表面を含む。磁石は、第１接点と第２接点との間に磁界を発生させる。第１表面は、第２表面の直径よりも大きな直径を有する。第１表面は、第２表面の曲率半径よりも小さな曲率半径を有する。

本態様に係る電磁継電器では、第１表面の中心から離れるほど、第１表面と第２表面との間の距離が大きくなる。そのため、第１表面が平坦である場合と比べて、アークが大きく引き伸ばされる。また、アークが大きく引き伸ばされることで、アークに作用するローレンツ力が大きくなる。それにより、アークの輝点が移動しやすくなる。それにより、アークが迅速に消弧される。また、第１接点の形状により上記の効果が得られるため、電磁継電器の大型化を防止することができる。

第１接点は、第２接点の直径よりも大きな直径を有してもよい。この場合、第１接点の端部と第２接点の端部との間の距離が大きくなる。従って、アークが大きく引き伸ばされることで、アークが迅速に消弧される。

磁石は、第１表面と第２表面との間に発生したアークにローレンツ力を作用させるための磁界を発生させてもよい。第１表面と第２表面との間の距離は、第１表面の中心からローレンツ力の作用方向に向かって大きくなってもよい。この場合、アークがローレンツ力の作用方向に移動することで、アークが大きく引き伸ばされる。それにより、アークが迅速に消弧される。

電磁継電器は、第１取付面と第２取付面とをさらに備えてもよい。第１取付面には、第１接点が取り付けられてもよい。第２取付面には、第２接点が取り付けられてもよい。第２取付面から第２表面までの高さは、第１取付面から第１表面までの高さよりも大きくてもよい。この場合、第２接点の体積が大きくなることで、通電時の第２接点の温度上昇を抑えることができる。

第２接点は、第２表面と第２取付面との間に位置する第２側面をさらに含んでもよい。第２側面と第２取付面との間に角度は、鈍角であってもよい。この場合、アークが、第２接点から第２取付面へ移動し易くなる。それにより、アークが迅速に消弧される。

第２表面は、中心部と周辺部とを含んでもよい。周辺部は、中心部の周囲に位置してもよい。第２取付面から周辺部までの高さは、第２取付面から中心部までの高さよりも小さくてもよい。この場合、アークが、第２接点から第２取付面へ移動し易くなる。それにより、アークが迅速に消弧される。

本発明によれば、電磁継電器においてアークを迅速に消弧すると共に、電磁継電器の大型化を防止することができる。

実施形態に係る電磁継電器の正面断面図である。閉状態の電磁継電器の正面断面図である。図１におけるIII－III断面図である。第１可動接点と第１固定接点との側面図である。第１可動接点の上面図である。第１可動接点の断面図である。第１変形例に係る第１固定接点と第１可動接点との側面図である。第２変形例に係る第１固定接点と第１可動接点との側面図である。変形例に係る電磁継電器の断面図である。

以下、本発明の一態様に係る電磁継電器１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は電磁継電器１の正面断面図である。図１に示すように、電磁継電器１は、ハウジング２と、接点装置３と、駆動装置４とを備えている。

なお、図面を参照するときにおいて、説明を分かり易くするために図１における上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」として説明する。また、図１における紙面の手前側を「前」、奥側を「後」として説明する。ただし、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。

ハウジング２は、樹脂などの絶縁性を有する材料で形成されている。ただし、ハウジング２は、セラミックなどの他の材料製であってもよい。ハウジング２内には、接点装置３が収容されている。

接点装置３は、第１固定端子６と、第２固定端子７と、可動接触片８と、可動機構９とを含む。第１固定端子６と第２固定端子７とは、可動接触片８の移動方向に延びている。第１固定端子６と第２固定端子７とは、左右方向に互いに間隔を隔てて配置されている。第１固定端子６の一部と、第２固定端子７の一部とは、ハウジング２の外部に突出している。第１固定端子６には、第１固定接点１０が接続されている。第２固定端子７には、第２固定接点１１が接続されている。第１固定接点１０と第２固定接点１１とは、ハウジング２内に配置されている。

可動接触片８は、左右方向に延びている。可動接触片８は、ハウジング２内に配置されている。可動接触片８には、第１可動接点１２と第２可動接点１３とが接続されている。第１可動接点１２は、第１固定接点１０に向かい合っている。第２可動接点１３は、第２固定接点１１に向かい合っている。第１可動接点１２は、第２可動接点１３と左右方向に間隔を隔てて配置されている。

可動接触片８は、接触方向と開離方向とに移動可能である。接触方向は、可動接点１２，１３が、固定接点１０，１１に近づく方向である。開離方向は、可動接点１２，１３が、固定接点１０，１１から離れる方向である。本実施形態では、可動接触片８は、上下方向に移動可能である。

可動機構９は、可動接触片８を支持する。可動機構９は、閉位置と開位置とに移動可能に設けられる。可動機構９が閉位置では、固定接点１０，１１と可動接点１２，１３とが互いに接触する。可動機構９が開位置では、固定接点１０，１１と可動接点１２，１３とが互いに開離する。可動機構９は、駆動軸１５と接点バネ１６とを含む。駆動軸１５は、可動接触片８に連結される。駆動軸１５は、上下方向に延びており、可動接触片８を上下方向に貫通している。駆動軸１５は、上下方向に移動可能に設けられる。接点バネ１６は、可動接触片８を接触方向に付勢する。

駆動装置４は、コイル２１と、スプール２２と、可動鉄心２３と、固定鉄心２４と、ヨーク２５と、復帰バネ２６とを含む。駆動装置４は、電磁力によって、可動機構９を介して可動接触片８を接触方向と開離方向とに移動させる。コイル２１は、スプール２２に巻回されている。可動鉄心２３と、固定鉄心２４とは、スプール２２内に配置されている。可動鉄心２３は、駆動軸１５に接続されている。可動鉄心２３は、上下方向に移動可能である。固定鉄心２４は、可動鉄心２３と向かい合って配置されている。復帰バネ２６は、可動鉄心２３を開離方向に付勢している。

図１に示す電磁継電器１は、開状態である。開状態では、可動接点１２，１３は、固定接点１０，１１から開離している。コイル２１が通電されると、コイル２１から発生する磁界による磁力によって、可動鉄心２３が固定鉄心２４に吸引される。それにより、可動鉄心２３と駆動軸１５とが、復帰バネ２６の付勢力に抗して、接触方向に移動する。それにより、図２に示すように、可動接触片８と可動接点１２，１３とが接触方向に移動し、可動接点１２，１３が固定接点１０，１１に接触する。それにより、電磁継電器１は、図２に示すように閉状態となる。なお、可動接点１２，１３が固定接点１０，１１に接触した後、駆動軸１５がさらに接触方向へ移動することによって、接点バネ１６が圧縮される。

コイル２１への通電がオフにされると、可動鉄心２３と駆動軸１５とが、復帰バネ２６の付勢力によって、開離方向へ移動する。それにより、可動接触片８と可動接点１２，１３とが開離方向に移動し、図１に示すように、可動接点１２，１３が固定接点１０，１１から開離する。

図３は、図１におけるIII－III断面図である。図３に示すように、電磁継電器１は、磁石２７，２８を備えている。磁石２７，２８は、永久磁石である。ただし、磁石２７，２８の一方は、ヨークであってもよい。磁石２７，２８は、接点１０－１３において発生するアークの輝点を、磁力によって所定方向に向かって移動させるように配置される。

図３に示すように、磁石２７，２８は、ハウジング２内に磁界Ｂ１を発生させる。図３において、二点鎖線の矢印は、磁界Ｂ１の向きを示している。磁石２７，２８は、第１可動接点１２と第１固定接点１０との間に、磁界Ｂ１を発生させる。磁界Ｂ１は、第１可動接点１２と第１固定接点１０とが向かい合う方向に対して垂直な方向への磁束を有する。磁石２７，２８は、第２可動接点１３と第２固定接点１１との間に、磁界Ｂ１を発生させる。磁界Ｂ１は、第２可動接点１３と第２固定接点１１とが向かい合う方向に対して垂直な方向への磁束を有する。それにより、接点１０－１３に生じるアークにローレンツ力が作用して、アークの輝点が、ローレンツ力の方向に移動する。また、アークが、ローレンツ力の方向に伸長される。

図３において、実線の矢印Ｆ１，Ｆ１’は、電流が正方向に流れる場合のローレンツ力（以下、「第１ローレンツ力」と呼ぶ）の向きを示している。正方向とは、第１固定端子６から、可動接触片８を経て、第２固定端子７への電流の流れを意味する。電流が正方向に流れる場合、第１可動接点１２と第１固定接点１０との間に発生したアークの輝点は、第１ローレンツ力Ｆ１の方向に移動する。第２可動接点１３と第２固定接点１１との間に発生したアークの輝点は、第１ローレンツ力Ｆ１’の方向に移動する。

図３において、破線の矢印Ｆ２，Ｆ２’は、電流が逆方向に流れる場合のローレンツ力（以下、「第２ローレンツ力」と呼ぶ）の向きを示している。逆方向とは、第２固定端子７から、可動接触片８を経て、第１固定端子６への電流の流れを意味する。電流が逆方向に流れる場合、第１可動接点１２と第１固定接点１０との間に発生したアークの輝点は、第２ローレンツ力Ｆ２の方向に移動する。第２可動接点１３と第２固定接点１１との間に発生したアークの輝点は、第２ローレンツ力Ｆ２’の方向に移動する。

図４は、第１可動接点１２と第１固定接点１０との側面図である。図５は、第１可動接点１２の上面図である。図４に示すように、第１可動接点１２は、第１固定接点１０の直径よりも大きな直径を有する。可動接触片８は、第１取付面３１を含む。第１可動接点１２は、第１取付面３１に取り付けられている。第１固定端子６は、第２取付面３２を含む。第１固定接点１０は、第２取付面３２に取り付けられている。

図４および図５に示すように、第１可動接点１２は、第１表面３３と第１側面３４とを含む。第１表面３３は、第１可動接点１２の中心に配置されている。第１側面３４は、第１表面３３と第１取付面３１との間に位置している。第１側面３４は、第１表面３３の周囲に配置されている。図５に示すように、第１側面３４は、第１表面３３の径方向外方に位置している。第１側面３４は、上下方向及び水平方向に対して傾斜している。

第１固定接点１０は、第２表面３５と第２側面３６とを含む。第２表面３５は、第１固定接点１０の中心に配置されている。第２側面３６は、第２表面３５と第２取付面３２との間に位置している。第２側面３６は、第２表面３５の周囲に配置されている。第２側面３６は、第２表面３５の径方向外方に位置している。第２側面３６は、上下方向に延びている。

第１表面３３は、第２表面３５の直径Ｄ２よりも大きな直径Ｄ１を有する。第１表面３３は、第２表面３５の曲率半径Ｒ２よりも小さな曲率半径Ｒ１を有する。なお、第２表面３５は平坦であってもよい。図６は、第１可動接点１２の断面図である。図６に示すように、平面Ｐ１と第１表面３３との間の距離Ｌ１は、第１可動接点１２の径方向外方に向かって大きくなる。平面Ｐ１は、第１表面３３の頂点を通る水平な仮想面である。平面Ｐ１と第１側面３４との間の距離Ｌ２は、第１可動接点１２の径方向外方に向かって大きくなる。

第２表面３５と第２側面３６とは、第１表面３３と向かい合っている。第２表面３５と第２側面３６とは、第１表面３３の直上に位置している。すなわち、上面視で、第２表面３５と第２側面３６とは、第１表面３３と重なる。第２側面３６の直径Ｄ４は、第１側面３４の直径Ｄ３よりも小さい。第２側面３６の直径Ｄ４は、第１表面３３の直径Ｄ１よりも小さい。第２側面３６は、上下方向に対して傾斜していてもよい。その場合、上述した第２側面３６の直径Ｄ４は、第２側面３６の直径の最大値であってもよい。第１側面３４の直径Ｄ３は、第１側面３４の直径の最大値を意味する。

第２取付面３２から第２表面３５までの高さＨ２は、第１取付面３１から第１表面３３までの高さＨ１よりも大きい。第２表面３５が曲面である場合には、第２取付面３２から第２表面３５までの高さＨ２は、第２取付面３２から第２表面３５までの高さの最大値を意味する。第１取付面３１から第１表面３３までの高さＨ１は、第１取付面３１から第１表面３３までの高さの最大値を意味する。

上述したように、磁石２７，２８は、第１可動接点１２と第１固定接点１０との間に、磁界Ｂ１を発生させる。それにより、第１可動接点１２と第１固定接点１０との間に発生したアークには、第１ローレンツ力Ｆ１が作用する。なお、図４において、破線はアークを示している。第１表面３３と第２表面３５との間の距離は、第１表面３３の中心から第１ローレンツ力Ｆ１の作用方向に向かって大きくなる。

本実施形態に係る電磁継電器では、第１表面３３の中心から第１ローレンツ力Ｆ１の方向に離れるほど、第１表面３３と第２表面３５との間の距離が大きくなる。そのため、第１表面３３が平坦である場合と比べて、アークが大きく引き伸ばされる。また、アークが大きく引き伸ばされることで、アークに作用するローレンツ力が大きくなる。それにより、アークの輝点が移動しやすくなる。それにより、アークが迅速に消弧される。また、第１可動接点１２の形状により上記の効果が得られるため、電磁継電器１の大型化を防止することができる。

また、第１固定接点１０の直径が、第１可動接点１２の直径よりも小さい場合、通電により第１固定接点１０の温度が上昇しやすくなる。しかし、本実施形態では、第１固定接点１０の高さＨ２は、第１可動接点１２の高さＨ１よりも大きい。それにより、第１固定接点１０の体積が大きくなることで、通電時の第１固定接点１０の温度上昇が抑えられる。

なお、第２固定接点１１は、第１固定接点１０と同様の形状を有している。第２可動接点１３は、第１可動接点１２と同様の形状を有している。ただし、第２固定接点１１は、第１可動接点１２と同様の形状を有してもよい。第２可動接点１３は、第１固定接点１０と同様の形状を有してもよい。電磁継電器１が極性を有する場合、陰極である接点の方が、陽極である接点よりも大きな直径を有することが好ましい。

以上、本発明の一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。

例えば、可動接触片８の形状が変更されてもよい。第１可動接点１２と第２可動接点１３とは、可動接触片８と一体であってもよい。第１固定接点１０は、第１固定端子６と一体であってもよい。第２固定接点１１は、第２固定端子７と一体であってもよい。可動接点の数は、２つに限らず、２つより多くてもよい。固定接点の数は、２つに限らず、２つより多くてもよい。可動機構９の構成は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。駆動装置４の構成は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。

磁石２７，２８の配置、或いは磁石２７，２８による磁界Ｂ１の配置は、変更されてもよい。第１固定接点１０と第１可動接点１２との形状は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。第２固定接点１１と第２可動接点１３との形状は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、固定接点１０，１１は、複数の材料で形成されてもよく、或いは単一の材料で形成されてもよい。可動接点１２，１３は、複数の材料で形成されてもよく、或いは単一の材料で形成されてもよい。

図７は、第１変形例に係る第１固定接点１０と第１可動接点１２との側面図である。図７に示すように、第１固定接点１０の第２側面３６と、第２取付面３２との間の角度θは、鈍角であってもよい。この場合、アークが、第１固定接点１０から第２取付面３２へ移動し易くなる。それにより、アークが迅速に消弧される。

図８は、第２変形例に係る第１固定接点１０と第１可動接点１２との側面図である。図８に示すように、第２表面３５は、中心部３７と、周辺部３８と、段部３９を含んでもよい。中心部３７は、第１固定接点１０の中心に位置している。周辺部３８は、中心部３７の周囲に位置している。段部３９は、中心部３７と周辺部３８との間に位置する。段部３９は、周辺部３８から中心部３７へ向かって突出している。第２取付面３２から周辺部３８までの高さＨ４は、第２取付面３２から中心部３７までの高さＨ３よりも小さい。この場合、アークが、第１固定接点１０から第２取付面３２へ移動し易くなる。それにより、アークが迅速に消弧される。

なお、上記の実施形態では、第１可動接点１２が第１接点の一例であり、第１固定接点１０が第２接点の一例である。しかし、第１可動接点１２が第２接点の一例であり、第１固定接点１０が第１接点の一例であってもよい。すなわち、第１可動接点１２と第１固定接点１０との形状は、上記の実施形態と逆であってもよい。第１変形例、或いは第２変形例において、第１可動接点１２と第１固定接点１０との形状が逆であってもよい。或いは、第１変形例、或いは第２変形例において、第１可動接点１２が第１固定接点１０と同様の形状を有してもよい。

上記の実施形態に係る電磁継電器１は、いわゆるプランジャ型の電磁継電器である。しかし、電磁継電器は、他の種類のものであってもよい。例えば、図９は、変形例に係る電磁継電器１ａの断面図である。変形例に係る電磁継電器１ａは、いわゆるヒンジ型の電磁継電器である。ヒンジ型の電磁継電器１ａは、ハウジング２ａと、接点装置３ａと、駆動装置４ａとを備えている。駆動装置４ａは、コイル２１ａと、スプール２２ａと、可動鉄片２３ａと、鉄心２４ａと、ヨーク２５ａとを備える。

コイル２１ａは、スプール２２ａに巻回されている。鉄心２４ａは、スプール２２ａ内に配置されている。可動鉄片２３ａは、コイル２１ａによって発生する磁界によって、鉄心２４ａに吸着される。可動鉄片２３ａには、図示しない復帰バネが取り付けられている。

接点装置３ａは、第１端子６ａと、第２端子７ａと、可動接触片８ａと、固定接点１０ａと、可動接点１２ａと、カード９ａとを含む。第１端子６ａと第２端子７ａとは、ハウジング２ａの外部へ突出している。固定接点１０ａは、第１端子６ａに取り付けられている。可動接触片８ａは、第２端子７ａに接続されている。可動接点１２ａは、可動接触片８ａに取り付けられている。可動接点１２ａは、固定接点１０ａと向かい合っている。カード９ａは、可動鉄片２３ａと可動接触片８ａとの間に配置されている。コイル２１ａが通電されると、可動鉄片２３ａは、鉄心２４ａに吸着されることで、カード９ａを押圧する。それにより、カード９ａは可動接触片８ａを押圧する。その結果、可動接点１２ａが固定接点１０ａに接触する。コイル２１ａへの通電が解除されると、復帰バネの弾性力によって、可動鉄片２３ａが元の位置に戻る。それにより、カード９ａによる可動接触片８ａへの押圧が解除され、可動接触片８ａは、可動接触片８ａの弾性力によって元の位置に戻る。それにより、可動接点１２ａが固定接点１０ａから離れる。

電磁継電器１ａは、磁石２７ａを備えている。磁石２７ａは、可動接点１２ａと固定接点１０ａとの間に磁界を発生させる。それにより、可動接点１２ａと固定接点１０ａとの間に発生したアークに、ローレンツ力が作用する。可動接点１２ａは、上述した実施形態の第１固定接点１０ａと同じ形状であってもよい。固定接点１０ａは、上述した実施形態の第１可動接点１２ａと同じ形状であってもよい。或いは、可動接点１２ａは、上述した実施形態の第１可動接点１２ａと同じ形状であってもよい。固定接点１０ａは、上述した実施形態の第１固定接点１０ａと同じ形状であってもよい。

１０第１固定接点（第２接点）
１２第１可動接点（第１接点）
２７磁石
３１第１取付面
３２第２取付面
３３第１表面
３６第２側面
３７中心部
３８周辺部

Claims

固定端子と、
前記固定端子に近づく接触方向と、前記固定端子から離れる開離方向とに移動可能な可動接触片と、
前記固定端子と前記可動接触片との一方に設けられ、第１表面を含む第１接点と、
前記固定端子と前記可動接触片との他方に設けられ、前記接触方向において前記第１表面と向かい合う第２表面を含む第２接点と、
前記第１接点と前記第２接点との間に磁界を発生させる磁石と、
を備え、
前記第１表面は、前記第２表面の直径よりも大きな直径を有し、
前記第１表面は、前記第２表面の曲率半径よりも小さな曲率半径を有する、
電磁継電器。
前記第１接点は、前記第２接点の直径よりも大きな直径を有する、
請求項１に記載の電磁継電器。
前記磁石は、前記第１表面と前記第２表面との間に発生したアークにローレンツ力を作用させるための磁界を発生させ、
前記第１表面と前記第２表面との間の距離は、前記第１表面の中心から前記ローレンツ力の作用方向に向かって大きくなる、
請求項１又は２に記載の電磁継電器。
前記第１接点が取り付けられる第１取付面と、
前記第２接点が取り付けられる第２取付面と、
をさらに備え、
前記第２取付面から前記第２表面までの高さは、前記第１取付面から前記第１表面までの高さよりも大きい、
請求項１から３のいずれかに記載の電磁継電器。
前記第２接点は、前記第２表面と前記第２取付面との間に位置する第２側面をさらに含み、
前記第２側面と第２取付面との間の角度は、鈍角である、
請求項４に記載の電磁継電器。
前記第２表面は、
中心部と、
前記中心部の周囲に位置する周辺部と、
を含み、
前記第２取付面から前記周辺部までの高さは、前記第２取付面から前記中心部までの高さよりも小さい、
請求項４に記載の電磁継電器。