JP5664432B2 - 電磁リレー - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車におけるモータ駆動制御回路を始めとして、各種電気機器の制御回路に用いて有効な電磁リレーに関する。

従来の電磁リレーの中には、例えば、特許文献１に示されているように、可動鉄芯に永久磁石を付設して、動作時の消費電力の低減化と、可動鉄芯の復帰動作の向上とを図った有極電磁リレーが知られている。

特開２０１０−１００５８号公報

電磁リレーにあっては、そのオフ作動時に復帰ばねのばね力によって可動鉄芯を復帰動作させるため、可動鉄芯がヨーク端板に衝接して、不快な音・振動が不可避的に生じる。

従って、特許文献１の開示技術のように、可動鉄芯の復帰動作を俊敏にさせた場合、この傾向が顕著となってしまうことは否めない。

そこで、本発明はオン，オフ時の作動特性に影響を及ぼすことなく、オフ時における音・振動を小さく抑制することが可能な電磁リレーを提供するものである。

本発明の電磁リレーにあっては、固定接点に対する可動接点の接，離動作を司る可動鉄芯を、その復帰ばねのばね力が作用する基体部と、該基体部と非一体化された可動部とを備えた分割タイプとして構成している。そして、この可動部は、コイルの励磁により基体部と一体に軸方向移動して固定鉄芯に吸着可能で、かつ、コイルを消磁すると可動部が基体部に対して軸移動方向に遊動可能に構成したことを主要な特徴としている。

本発明の電磁リレーによれば、オフ時には、可動鉄芯の基体部は復帰ばねのばね力により固定鉄芯から速やかに開離移動して接点をオフにするが、可動部は自重で開離するため、分割した各鉄芯の移動タイミングに時間差が生じる。復帰ばねで開離移動する可動鉄芯は基体部のみとなって質量が軽くなるため、ヨーク端板との衝接による音・振動は小さく抑制される。

一方、オン時には、コイルに発生する磁力によって、可動鉄芯の基体部と可動部が共に磁化されて固定鉄芯に吸着されるので、固定接点に対する可動接点の接点圧力が減少することはない。

従って、オン，オフ時の作動特性に影響を及ぼすことなく、オフ時における音・振動を小さく抑制することができる。

本発明に係る電磁リレーの第１実施形態を、非作動状態（ａ）と、オン作動時（ｂ）と、オフ作動時（ｃ）とで示す略示的断面説明図。 本発明に係る電磁リレーの第２実施形態を示す略示的断面説明図。 本発明に係る電磁リレーの第３実施形態を、非作動状態（ａ）と、オン作動時（ｂ）と、オフ作動時（ｃ）とで示す略示的断面説明図。 本発明に係る電磁リレーの第４実施形態を示す略示的断面説明図。 本発明に係る電磁リレーの第５実施形態を示す略示的断面説明図。 本発明に係る電磁リレーの第６実施形態を示す略示的断面説明図。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１に示す第１実施形態の電磁リレー１は、コイル２、コイル２の励磁により磁化される固定鉄芯３と可動鉄芯４、可動鉄芯４に連結した可動接点５、可動接点５に対向する固定接点６、および固定鉄芯３と可動鉄芯４との間に弾装した復帰ばね７と、を備えている。

コイル２は、ヨーク８に内装したボビン９に巻装され、ボビン９の内径側には鉄芯ケース１０を嵌装配置してある。

鉄芯ケース１０は有底筒状に形成してあり、その上端部内に固定鉄芯３を配設してある。

可動鉄芯４は、鉄芯ケース１０内で固定鉄芯３の下方に上下方向に摺動可能に配置して、固定鉄芯３と軸方向に対向して接・離可能としてある。

固定鉄芯３と可動鉄芯４の各対向面中央部に座ぐり部を形成してあって、復帰ばね７はこれらの座ぐり部間に弾装固定してある。

可動鉄芯４の中心部にはロッド１１を一体に立設してある。ロッド１１は固定鉄芯３の中心部およびヨーク８の上部端板を貫通し、該上部端板に固設したシールドケース１２内に突出している。

固定接点６は、シールドケース１２の上壁を上下方向に貫通して配設してある。一方、可動接点５は、シールドケース１２内において、ロッド１１の上端部に接点圧付加ばね１３により弾性支持して配設してある。

具体的には、可動接点５は、ロッド１１の上端末のストッパー１４と、接点圧付加ばね１３とにより上下方向に可動的に弾性挟持され、接点圧付加ばね１３はロッド１１に設けたスプリングシート１５と可動接点５との間に弾装してある。

ここで、上述のように構成された電磁リレー１では、コイル２に通電してコイル２に磁力が発生すると、固定鉄芯３と可動鉄芯４が磁化され、互いに引き合うことで可動鉄芯４と一体に可動接点５が軸方向移動し、固定接点６と接触することで、所要の回路を接続する。

コイル２への通電を停止してコイル２が消磁すると、固定鉄芯３と可動鉄芯４の磁化が直ちに解消され、復帰ばね７のばね力によって、両鉄芯３，４が相互に開離することで可動鉄芯４と一体に可動接点５が軸方向移動し、固定接点６から開離して前記回路を切断する。

この接点５，６が接触状態にあるとき、外力によって仮に接点５，６が瞬間的に開離すると、接点５と６との間にアーク電流が発生することがあり、再び接触したときに接点５，６が溶着してしまうことがある。

また、通電状態から接点５，６を開離させて回路を切断したいとき、速やかに開離が行われないとやはり接点５，６間にアーク電流が発生することがあり、反応よく回路を切断できなくなる。

つまり、接点５，６がオン状態であれば、これを維持するために、固定鉄芯３と可動鉄芯４は強く引き合うことが求められ、そこから接点５，６をオフにするには、固定鉄芯３と可動鉄芯４は速やかに開離することが求められる。

一方、上述の接点５，６のオフ動作の際に、可動鉄芯４に付随したロッド１１のスプリングシート１５がヨーク８の上部端板と衝接し、振動が発生する。電磁リレー１が、例えば、電気自動車のモータ駆動制御回路に用いられている場合、この振動が車体に伝わり、大き過ぎると乗員が不快に感じる場合がある。ヨーク８の上部端板には、スプリングシート１５が衝接する部位にゴムダンパ（緩衝体）１６を設置しているが、衝撃を完全に吸収するほどではない。

この解決方法として、可動鉄芯４の磁化部分を小さくすることや、復帰ばね７のばね力を弱くすることなどが考えられる。しかし、可動鉄芯４を小形化すると、磁化された鉄芯の磁力が弱くなり、接点５，６のオン状態を維持するための接点圧力が不十分となる。また、復帰ばね７のばね力を弱くすると、接点５，６のオフ動作の際に可動鉄芯４を開離させる力が小さくなるため、速やかに開離させることができなくなる。

そこで、本実施形態にあっては、可動鉄芯４を、復帰ばね７のばね力が作用する基体部４Ａと、基体部４Ａと非一体化された可動部４Ｂとに分割して構成している。そして、可動部４Ｂは、コイル２の励磁により基体部４Ａと一体に軸方向移動して固定鉄芯３に吸着可能で、かつ、コイル２を消磁すると可動部４Ｂが基体部４Ａに対して軸移動方向に遊動可能としている。

図１に示す例では、基体部４Ａを、可動鉄芯４の基本外径に対して、下端部にフランジ部４Ａ_１を残して小径に有段成形した段付きの円柱形状として、復帰ばね７のばね力を作用させている。一方、可動部４Ｂは、復帰ばね７の径外位置で、基体部４Ａの小径部４Ａ_２に摺動可能に外嵌する円筒形状としてある。この可動部４Ｂの肉厚と長さ寸法は、小径部４Ａ_２の段差と長さ寸法に相当している。

以上の構成からなる第１実施形態の電磁リレー１にあっては、非作動時には図１（ａ）に示すように可動鉄芯４の可動部４Ｂは、自重により基体部４Ａのフランジ部４Ａ_１に係止したイニシャル位置にある。

この非作動状態からコイル２に通電してコイル２に磁力が発生すると、固定鉄芯３と可動鉄芯４が共に磁化され、可動鉄芯４が固定鉄芯３に引吸される。

このとき、可動鉄芯４の可動部４Ｂは基体部４Ａのフランジ部４Ａ_１に係止しているため、該基体部４Ａと一体に固定鉄芯３側に軸方向移動する。

この可動鉄芯４が固定鉄芯３側に向けて所定量軸方向移動すると、可動接点５が固定接点６に接触する。そして、図１（ｂ）に示すように可動鉄芯４の基体部４Ａと可動部４Ｂは、共に固定鉄芯３に吸着され、接点圧付加ばね１３を圧縮して可動接点５と固定接点６
とに所定の接点圧力を付加する。このように、可動鉄芯４が分割構成されていても、電磁リレー１のオン時には、基体部４Ａ，可動部４Ｂの両方の鉄芯が固定鉄芯３に吸着されるので、可動接点５と固定接点６の接点圧力が何等変わることがない。

図１（ｂ）に示す電磁リレー１のオン状態から、コイル２への通電を停止して該コイル２を消磁すると、固定鉄芯３、および可動鉄芯４の基体部４Ａ，可動部４Ｂの磁化が解消される。これにより、可動鉄芯４の基体部４Ａは復帰ばね７のばね力と、接点圧付加ばね１３の助勢力により、速やかに下方に軸方向移動して固定鉄芯３から開離して、接点５，６の開離スピードに変化を来すことがない。一方、可動部４Ｂは図１（ｃ）に示すように自重落下して基体部４Ａと時間遅れをもって下方に軸方向移動して、固定鉄芯３から開離する。この結果、復帰ばね７のばね力で開離移動する可動鉄芯４の実質的な質量が基体部４Ａの質量のみとなって軽くなるため、スプリングシート１５が緩衝材１６に衝接する衝撃が小さくなる。

このように、本実施形態の電磁リレー１によれば、オフ時には、可動鉄芯４の基体部４Ａは復帰ばね７のばね力により固定鉄芯３から速やかに開離移動して接点５，６をオフにするが、可動部４Ｂは自重で開離するため、分割した各鉄芯４Ａ，４Ｂの移動タイミングに時間差が生じる。この結果、復帰ばね７で開離移動する可動鉄芯４は、基体部４Ａのみとなって質量が軽くなるため、スプリングシート１５とヨーク８の上端板との衝接による音・振動が小さく抑制される。

一方、オン時には、コイル２に発生する磁力によって、可動鉄芯４の基体部４Ａと可動部４Ｂが共に磁化されて固定鉄芯３に吸着されるので、固定接点６に対する可動接点５の接点圧力が減少することはない。

従って、オン，オフ時の作動特性に些かも影響を及ぼすことなく、オフ時における音・振動を小さく抑制することができる。

図２は本発明の第２実施形態を示すもので、本実施形態にあっては、前記第１実施形態における可動鉄芯４の基体部４Ａと固定鉄芯３との最大離間寸法をＬ１とし、可動部４Ｂの長さ寸法をＬ２とした場合に、Ｌ１＜Ｌ２として設定している。

このような寸法設定とすることにより、基体部４Ａの最大離間時における可動部４Ｂの抜け防止効果が得られて、品質感および信頼性を高めることができる。

図３は本発明の第３実施形態を示すもので、本実施形態にあっては、前記第１実施形態における可動鉄芯４の可動部４Ｂと、基体部４Ａのフランジ部４Ａ_１との間に、固定鉄芯３との吸着時に圧縮して蓄勢される補助ばね１７を設けてある。

この第３実施形態の構成では、電磁リレー１が非作動状態のときは、図３（ａ）に示すように可動鉄芯４の可動部４Ｂは補助ばね１７によって、基体部４Ａから上方に進出している。電磁リレー１のオン時には、図３（ｂ）に示すように可動鉄芯４の基体部４Ａと可動部４Ｂが共に固定鉄芯３に吸着することで、補助ばね１７が圧縮されて蓄勢する。この状態からオフ作動すると、図３（ｃ）に示すように可動鉄芯４の基体部４Ａは復帰ばね７のばね力で速やかに開離移動するが、可動部４Ｂは補助ばね１７が伸び切るまでは固定鉄芯３に押圧されるので、基体部４Ａとの移動タイミングの時間差を確実に発生させることができる。この結果、基体部４Ａの固定鉄芯３からの開離移動に可動部４Ｂの引き連れ現象を生じることがなく、オフ時における音・振動の抑制効果をより一層高めることができる。

図４は、本発明の第４実施形態を示している。本実施形態にあっては、前記第３実施形態における基体部４Ａの固定鉄芯３からの最大離間時に、補助ばね１７が伸び切ったときの自由長と可動部４Ｂの長さとの和をＬ３とし、そのときの基体部４Ａの補助ばね支持点から固定鉄芯３までの寸法をＬ４とした場合に、Ｌ３＜Ｌ４として設定している。

このような寸法設定とすることにより、基体部４Ａの最大離間時（図４に示す最下端到達時）に、補助ばね１７による下方向への力の発生を防止することで、可動鉄芯４の本来の分割による質量低減による音・振動の抑制効果を高めることができる。

即ち、音・振動に影響を及ぼす下方への力は、可動鉄芯４の動荷重と復帰ばね７等のばね力によって求められる。ところが、基体部４Ａの最下端到達時に補助ばね１７がまだ圧縮している状態では、質量による力は減るものの、補助ばね１７による力が加勢してしまい、音・振動低減効果が妨げられてしまうが、本実施形態ではこの現象を回避することができる。

ここで、電磁リレー１のオフ時に、可動鉄芯４の基体部４Ａが可動部４Ｂよりも先に開離作動することによって、可動部４Ｂの下端周りに負圧が発生して、可動部４Ｂの遊動が阻害される可能性がある。

図５，図６に示す実施形態は、何れもこのような電磁リレー１のオフ時における可動部４Ｂの下端周りでの負圧発生を回避するようにしたものである。

図５に示す第５実施形態にあっては、可動部４Ｂの外周と鉄芯ケース８との間に、空気の流通を可能とする隙間δ_１を形成している。

図５に示す例では、可動鉄芯４の基本外径を鉄芯ケース１０の内径よりも小さくすることによって隙間δ_１を形成しているが、可動鉄芯４の基本外径を変えないで、可動部４Ｂの外周に軸方向に１つ以上の縦溝を設けて隙間δ_１を形成してもよい。

また、図５に示すように可動鉄芯４の基本外径の調整により、あるいは、可動部４Ｂのみの外径調整によって、δ_１を設定する場合、基体部４Ａの小径部４Ａ_２と可動部４Ｂとの摺接部分の内，外径の関係寸法を、嵌め合い公差の範囲内で設定して、可動部４Ｂのガタツキを防止する。

この第５実施形態の構成では、電磁リレー１のオフ時に、可動鉄芯４の基体部４Ａが固定鉄芯３から速やかに開離移動すると、その開離初期に、可動部４Ｂの下端とフランジ部４Ａ_１との間に生じる空間が隙間δ_１によって、可動鉄芯４の上方空間およびまたは下方空間と連通して空気の流通が可能となる。

これにより、可動部４Ｂの下端周りでの負圧発生を回避し、可動部４Ｂの遅延動作を確実に行わせることが可能となる。

図６に示す第６実施形態にあっては、第５実施形態とは反対に、可動部４Ｂと基体部４Ａの小径部４Ａ_２との間に、空気の流通を可能とする隙間δ_２を形成している。

図６に示す例では、基体部４Ａの小径部４Ａ_２を可動部４Ｂの内径よりも小さくすることによって隙間δ_２を形成しているが、可動部４Ｂの内周または基体部４Ａの小径部４Ａ_２の外周に軸方向に１つ以上の縦溝を設けて隙間δ_２を形成してもよい。

また、図６に示すように小径部４Ａ_２の外径調整によってδ_２を設定する場合、可動部
４Ｂと鉄芯ケース１０との摺接部分の内，外径の関係寸法を、嵌め合い公差の範囲内で設定して、可動部４Ｂのガタツキを防止する。

従って、この第６実施形態の場合も、電磁リレー１のオフ時における基体部４Ａの初期動作で、可動部４Ｂの下端とフランジ部４Ａ_１との間に生じる空間が隙間δ_２によって、可動鉄芯４の上方空間に連通して空気の流通が可能となる。

これにより、第５実施形態と同様に、可動部４Ｂの下端周りでの負圧発生を回避し、可動部４Ｂの遅延動作を確実に行わせることが可能となる。

図５，図６に示す実施形態は、何れも図１に示した第１実施形態を基本構造としているが、図３，図４に示した補助ばね１７を用いた実施形態の構造に適用して、上述と同様の作用効果が得られることは勿論である。

なお、本発明は前記実施形態の構造に限定されるものではなく、オン時には可動鉄芯４の基体部４Ａと可動部４Ｂとが一体となって固定鉄芯３に吸着し、オフ時には基体部４Ａのみが復帰ばね７のばね力で開離移動する構成であればよい。従って基体部４Ａと可動部４Ｂの分割形態、および復帰ばね７の配設形態は如何ようにも変更することが可能である。

１…電磁リレー
２…コイル
３…固定鉄芯
４…可動鉄芯
４Ａ…基体部
４Ｂ…可動部
５…可動接点
６…固定接点
７…復帰ばね
１０…鉄芯ケース
１７…補助ばね
δ_１，δ_２…隙間

Claims (6)

1. 固定鉄芯と、
   前記固定鉄芯と軸方向に接，離可能に対向配置した可動鉄芯と、
   前記固定鉄芯と可動鉄芯とを内包し、通電により磁力を発生して、可動鉄芯を固定鉄芯に吸着させるコイルと、
   前記可動鉄芯に連結された可動接点と、
   前記可動接点と対向配置されて、可動鉄芯の移動に伴って該可動接点が接，離する固定接点と、
   前記固定鉄芯と可動鉄芯との間に弾装され、前記コイルを消磁すると、固定鉄芯から可動鉄芯を開離させる復帰ばねと、を備え、
   前記可動鉄芯は、前記復帰ばねのばね力が作用する基体部と、該基体部と非一体化された可動部と、を備え、
   前記可動部は、前記コイルの励磁により前記基体部と一体に軸方向移動して前記固定鉄芯に吸着可能で、かつ、前記コイルを消磁すると該可動部が基体部に対して軸移動方向に遊動可能としたことを特徴とする電磁リレー。
2. 前記基体部と前記固定鉄芯との最大離間寸法をＬ１、
   前記可動部の長さ寸法をＬ２とした場合に、
   Ｌ１＜Ｌ２
   として設定したことを特徴とする請求項１に記載の電磁リレー。
3. 前記可動部は、前記基体部に同心的に軸方向に摺動可能に嵌合配置され、該可動部と基体部との間には、前記固定鉄芯との吸着時に圧縮して蓄勢される補助ばねを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電磁リレー。
4. 前記基体部の前記固定鉄芯からの最大離間時に、前記補助ばねが伸び切ったときの自由長と前記可動部の長さとの和をＬ３、
   そのときの前記基体部の補助ばね支持点から前記固定鉄芯までの寸法をＬ４とした場合に、
   Ｌ３＜Ｌ４
   として設定したことを特徴とする請求項３に記載の電磁リレー。
5. 前記可動部は、前記基体部に同心的に軸方向に摺動可能に外嵌配置され、該可動部の外周と、これが摺接する鉄芯ケースとの間に、空気の流通を可能とする隙間を設定したことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の電磁リレー。
6. 前記可動部は、前記基体部に同心的に軸方向に摺動可能に外嵌配置され、これら可動部と基体部との摺接部分に、空気の流通を可能とする隙間を設定したことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の電磁リレー。

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