JP4480642B2 - 交流パワーリレー - Google Patents

Description

本発明はパワーリレーに係り、特に交流電圧で駆動される交流パワーリレーに関する。

パワーリレーは、電磁石に電圧を印加した際に生ずる電磁力により接極子を吸引することによって接点の開閉動作を行うものである。パワーリレーを動作させる際（電磁石に通電して接極子を吸引する際）は、電磁石と接極子とが離間した状態から接極子を吸引する必要があるため、比較的大きな電圧を電磁石に印加することが必要である。一方、接極子が電磁石に吸引された状態では、接極子が電磁石にほぼ接しているため、電磁石への印加電圧が、動作時の電圧に比べて十分に低くなるまで、接極子は復帰しない。なお、本出願において、接極子を電磁石に吸引するのに必要な電圧を作動電圧といい、接極子が復帰する電圧を復帰電圧という。

ところで、パワーリレーには、交流パワーリレーと直流パワーリレーとがあり、このうち交流パワーリレーは、製造設備の制御装置などに広く用いられている。この交流パワーリレーでは、電磁石による接極子の吸引力が、電磁石に流れる交流電流の振幅変化に同期して変動する。かかる吸引力の変動を抑えるため、電磁石のコア先端にくま取りコイルと呼ばれるコイルを設けることが一般的である。しかし、くま取りコイルを設けた場合も吸引力の変動を完全には防止できず、上記吸引力の変動に伴って接極子は常に振動している。このため、交流パワーリレーでは、電磁石への印加電圧が動作電圧から比較的小幅に低下しただけで接極子が復帰してしまう（つまり、動作電圧と復帰電圧の差が小さくなってしまう）ことになる。

なお、リレーに関する文献として特許文献１及び特許文献２が挙げられる。特許文献１に開示される発明は、組立工程の中で圧潰により鉄心頭部の高さ調整を行っても鉄心の座屈が起こらないようにするものである。また、特許文献２に開示される発明は、双安定リレーを用いることにより、電磁リレーに必要な電流及び電圧を小さくできるようにするリレー制御回路に係るものである。
特許第２９２０９９６号公報 特許第２６２０５３６号公報

通常、交流パワーリレーでは、電磁石への交流印加電圧として商用電源が用いられる。しかし、商用電源は、各種外部要因によって、瞬間的に電圧が低下する現象（瞬低）が起きることがある。そして、上記の通り、交流パワーリレーは、比較的小幅な電圧低下でも動作状態から復帰し易いため、瞬低が起きると交流パワーリレーが予期せず復帰して、交流パワーリレーで制御される装置等が誤動作したり、電源が遮断してしまったりする可能性がある。かかる問題は上記特許文献１に記載の発明では解決できない。また、上記特許文献２の発明では、専用の制御回路が必要となるため構成が複雑になってしまう。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、瞬低などの電源電圧低下の影響を受けにくい交流パワーリレーを簡単な構成で実現することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、電磁石と、この電磁石に交流電圧が印加された場合に前記電磁石に吸引される接極子と、前記接極子を前記電磁石から離間させる向きに付勢する付勢手段と、前記接極子が前記電磁石に吸引されるのに応じて開閉状態を変化させる接点とを備える交流パワーリレーであって、
前記接極子を前記電磁石に向けて、前記付勢手段による付勢力よりも小さな力で吸引する、前記電磁石とは別に設けられた補助電磁石を備え、
前記接点は前記電磁石に電圧が印加されることにより閉じるメーク接点を含み、このメーク接点が閉じることにより前記補助電磁石に電圧が印加されるように構成されていることを特徴とする

本発明によれば、補助吸引手段により接極子を電磁石へ向けて吸引する構成としたので、電磁石への印加電圧が低下した場合にも、接極子が電磁石へ吸引された状態を維持できる。このため、交流パワーリレーの復帰電圧が低くなるので、電圧低下の影響を受けにくくすることができる。また、補助吸引手段による吸引力は、付勢手段による付勢力よりも小さいので、電磁石へ電圧が印加されない状態では、この付勢手段による付勢力によって接極子を確実に復帰状態とすることができる。

また、本発明は、電磁石と、この電磁石に交流電圧が印加された場合に前記電磁石に吸引される接極子と、前記接極子を前記電磁石から離間させる向きに付勢する付勢手段と、前記接極子が前記電磁石に吸引されるのに応じて開閉状態を変化させる接点とを備える交流パワーリレーであって、
前記接極子を前記電磁石に向けて、前記付勢手段による付勢力よりも小さな力で吸引する、前記電磁石とは別に設けられた補助電磁石を備え、前記電磁石及び前記補助電磁石には、前記交流電圧が並列に印加されることを特徴とする。

本発明によれば、瞬低などの電源電圧低下の影響を受けにくい交流パワーリレーを、補助電磁石や永久磁石などの補助吸引手段を設けるだけの簡単な構成で実現することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態である交流パワーリレー１０の側面図であり、電磁石へ電圧が印加されない復帰状態を示している。同図に示すように、本実施形態の交流パワーリレー１０は、側面視Ｌ字型の形状を有する継鉄１２を備えている。継鉄１２の第１腕部１２ａには、鉄心１４が取り付けられている。鉄心１４の上側にはコイル１６が巻回されることで、電磁石１８が構成されている。また、鉄心１４の下側には補助コイル２０が巻回されることで、補助電磁石２２が構成されている。コイル１６と補助コイル２０の巻線方向は同一であり、これらコイル１６，２０に同じ交流電圧が印加された際に発生する磁界は常に同じ向きとなっている。なお、電磁石１８と補助電磁石２２の上下は逆であってもよい。

継鉄１２の第２腕部１２ｂの図中上端部には、接極子２４が支持されている。接極子２４は、鉄心１４の先端を越える位置まで図中左方へ延びて電磁石１８及び補助電磁石２２による磁気吸引力を受ける作用部２４ａと、後述する接点を開閉駆動する作動部２４ｂとからなる側面視Ｌ字型の部材であり、その屈曲部において継鉄１２の第２腕部１２ｂの上端部に支持されている。また、継鉄１２の第２腕部１２ｂの外側には、所定の間隔をおいて第１接片２６が取り付けられ、第２腕部１２ｂと第１接片２６との間に接極子２４の作動部２４ｂが配置されている。さらに、第１接片２６から所定の間隔をおいて第２接片２８が取り付けられており、これら第１接片２６及び第２接片２８に接点３０が設けられている。

第１接片２６は板ばね材により構成されており、電磁石１８に電圧が印加されない状態では、図１に示すように、接極子２４の作動部２４ｂが、第１接片２６のばね力により第２腕部１２ｂへ押し当てられる向きに（つまり、接極子２４の作用部２４ａが電磁石１８から離間する向きに）付勢されている。この状態では、第１接片２６と第２接片２８とが離間して接点３０はブレーク状態となる。なお、本実施形態では、第１接片２６を板ばねにより構成して本発明の付勢手段としての役割を持たせているが、これに限らず、付勢手段としてのばね部材を別途設ける構成としてもよい。

鉄心１４の先端部には、くま取りコイル３２が設けられている。電磁石１８には常に変化する交流電流が流れており、くま取りコイル３２は、電流が低下した僅かの時間に吸引力が低下して接極子２４が開放されるのを防ぐ目的で設けられたものであるが、このくま取りコイル３２だけでは接極子２４の吸引力を十分安定させ復帰電圧を下げることができないことは上記従来技術に関して述べた通りである。

図２は、本実施形態における電磁石１８及び補助電磁石２２の結線状態を示す回路図である。同図に示すように、電磁石１８と補助電磁石２２には交流電源６０の電圧がスイッチ６２を介して並列に印加される。このうち、補助電磁石２２への電圧印加ライン６４には、接点３０が設けられている。すなわち、図１における接点３０は紙面垂直方向に複数設けられており、そのうちの一つを補助電磁石２２への電圧印加をオンオフする接点として用いている。

なお、補助電磁石２２は、交流電源６０から補助電磁石２２にのみ電圧を印加した際に接極子２４の作用部２４ａに作用する磁気吸引力が、第１接片２６が接極子２４の作動部２４ｂを付勢するばね力よりも小さくなるように設計しておくものとする。

次に、本実施形態の交流パワーリレー１０の動作について説明する。
電磁石１８への電圧印加がスイッチ６２によって遮断されている状態では、接極子２４の作用部２４ａに電磁吸引力は作用しない。このため、図１に示すように、接極子２４の作動部２４ｂが第１切片２６を継鉄１２側へ付勢し、作用部２４ａが電磁石１８から離間すると共に、第１切片２６と第２切片２８も離間し、接点３０がブレークした復帰状態に保たれる。

一方、スイッチ６２が閉じられることにより、電磁石１８に交流電源６０の電圧が印加されると、接極子２４の作用部２４ａに電磁石１８による大きな電磁吸引力が作用する。これにより、作用部２４ａが鉄心１４の頭部に吸引され、作動部２４ｂが第１接片２６のばね力に抗って第１接片２６を図中右向きに駆動することで、接点３０がメークして図３に示す動作状態となる。このため、補助電磁石２２にも接点３０を介して交流電圧が印加され、接極子２４の作用部２４ａには電磁石１８の電磁吸引力と共に、補助電磁石２２の電磁吸引力も作用する。その際、上記のように、電磁石１８と補助電磁石２２の発生する磁界の向きは常に等しいので、これらの磁界が互いに打ち消しあうことなく、両磁界による吸引力が足し合わされて接極子２４に作用することになる。

図３に示す動作状態において、交流電源６０の電圧が瞬低などにより低下したとする。この場合、上記の如く、従前の交流パワーリレーでは、電源電圧が少し低下しただけで復帰してしまうおそれがあるが、本実施形態の交流パワーリレー１０では、接極子２４の作用部２４ａには補助電磁石２２による電磁吸引力も作用しているため、交流電源６０の電圧が多少低下したとしても、接極子２４が復帰することはない。

また、上記のように、補助電磁石２２による電磁吸引力は、第１接片２６が接極子２４の作用部２４ａを付勢するばね力よりも小さいので、電磁石１８への電圧印加が遮断されると、接極子２４が復帰して接点３０はブレークし、図１に示す復帰状態に戻る。

以上説明したように、本実施形態の交流パワーリレー１０によれば、補助電磁石２２を設けることにより、交流パワーリレー１０の動作電圧を低下させることなく、復帰電圧のみを低下させることで、動作電圧と復帰電圧との差が大きく、したがって、電源電圧低下の影響を受けにくい交流パワーリレー１０を実現できる。

次に、本発明の参考例について説明する。図４は、本参考例の交流パワーリレー５０の側面図であり、電磁石に電圧が印加されない復帰状態を示している。なお、図４において上記第１の実施形態の交流パワーリレー１０と同様の構成部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、本参考例では、鉄心１４にコイル１６のみを巻回して電磁石１８を構成し、上記第１実施形態の補助電磁石２２を省略している。また、電磁石１８と横並びに永久磁石１００を設けている。この永久磁石１００は不図示の筐体に取り付けられている。

本参考例において、電磁石１８に電圧が印加されていない状態では、接極子２４の作用部２４ａに電磁吸引力は作用せず、交流パワーリレー５０は図４に示すように復帰状態となっている。なお、この状態でも接極子２４の作用部２４ａには永久磁石１００による磁気吸引力が作用する。しかし、作用部２４ａと永久磁石１００とが離間しておりその力は弱いため、接極子２４は永久磁石１００には吸引されず、図１に示す復帰状態が保たれることになる。

一方、電磁石１８に交流電圧が印加されると、接極子２４の作用部２４ａに電磁石１８による大きな電磁吸引力が作用することで、接点３０がメークして図５に示す動作状態となる。なお、永久磁石１００は、動作状態において永久磁石１００が接極子２４を吸引する力が、第１接片２６が接極子２４の作用部２４ａを付勢するばね力よりも小さくなるように設計されている。

図５に示す動作状態では、接極子２４の作用部２４ａが永久磁石１００とほぼ接触しているので、作用部２４ａには永久磁石１００による大きな磁気吸引力も作用する。このため、電磁石１８への印加電圧が多少低下しても、接極子２４が復帰することはない。また、上記のように、永久磁石１００による磁気吸引力は、第１接片２６が接極子２４の作用部２４ａを付勢するばね力よりも小さいので、電磁石１８への電圧印加が遮断されると、接極子２４が復帰し、接点３０がブレークして図４に示す復帰状態へ戻る。

このように、本参考例によれば、永久磁石１００を設けることにより、上記第１実施形態の場合と同様に、交流パワーリレー５０の動作電圧は低下させることなく、復帰電圧のみを低下させることができる。これにより、動作電圧と復帰電圧との差が大きく、したがって、電源電圧低下の影響の受けにくい交流パワーリレー５０を実現することができる。

また、電磁石１８に電圧が印加されて交流パワーリレー５０が動作する際には、接極子２４が振動しながら（したがって、接点３０が振動しながら）、接点３０が接触することになるが、この振動によって交流パワーリレー５０の寿命が劣化する。これに対して、本実施形態の交流パワーリレー５０では、永久磁石１００による吸引力で接極子２４の振動を抑えられるので、動作時の接点３０の振動を抑えることができ、これにより、交流パワーリレー５０の寿命が向上する効果も期待できる。

なお、電磁石１８が発生する磁界の向きは電磁石１８に流れる交流電流に同期して変化しており、この磁界は鉄心の上下のいずれかがＳ、反対側がＮとなるように交互に反転している。このとき、鉄心の上下いずれかから出る磁束が継鉄１２及び接極子２４を通って反対側に流れ込むことで磁気回路を構成している。一方、永久磁石１００から発生する磁界の向きは一定であり、電磁石１８から発生する磁界と合成すると相互に打ち消しあって磁界が抑制されることがある。そこで、電磁石１８と永久磁石１００とをできるだけ離間して配置し、あるいは、透磁率の低い材料を間に入れるなどして、永久磁石１００の形成する磁気回路と電磁石１８の形成する磁気回路とを分離することが望ましい。

なお、上記した第１の実施形態では、補助電磁石２２を電磁石１８と一列に配置したが、これに限らず、例えば参考例における永久磁石１００のように、電磁石１８と並列に補助電磁石２２を設ける構成としてもよい。

また、上記した第１の実施形態では、本発明が図１や図４に示すような特定の形態の交流パワーリレーに適用された場合について説明したが、本発明が適用可能な交流パワーリレーの形態はこれらに限定されるものではなく、様々な形態の交流パワーリレーに適用が可能である。要するに、電磁石と、この電磁石に交流電圧が印加された場合に電磁石に吸引される接極子と、接極子を電磁石から離間させる向きに付勢する付勢手段と、この接極子が電磁石に吸引されるのに応じて開閉状態を変化させる接点とを備えた交流パワーリレーに広く適用が可能である。

本発明の第１の実施形態である交流パワーリレーの側面図であり、交流パワーリレーの復帰状態を示す。 第１の実施形態の交流パワーリレーが備える電磁石及び補助電磁石の結線状態を示す回路図である。 本実施形態の交流パワーリレーの動作状態を示す側面図である。 本発明の参考例である交流パワーリレーの側面図であり、交流パワーリレーの復帰状態を示す。 参考例の交流パワーリレーの動作状態を示す側面図である。

符号の説明

１０，５０ 交流パワーリレー １２ 継鉄
１２ａ 第１腕部 １２ｂ 第２腕部
１４ 鉄心 １６ コイル
１８ 電磁石 ２０ 補助コイル
２２ 補助電磁石 ２４ 接極子
２４ａ 作用部 ２４ｂ 作動部
２６ 第１接片 ２８ 第２接片
３０ 接点 ６０ 交流電源
６２ スイッチ ６４ 電圧印加ライン
１００ 永久磁石

Claims (2)

1. 電磁石と、この電磁石に交流電圧が印加された場合に前記電磁石に吸引される接極子と、前記接極子を前記電磁石から離間させる向きに付勢する付勢手段と、前記接極子が前記電磁石に吸引されるのに応じて開閉状態を変化させる接点とを備える交流パワーリレーであって、
   前記接極子を前記電磁石に向けて、前記付勢手段による付勢力よりも小さな力で吸引する、前記電磁石とは別に設けられた補助電磁石を備え、
   前記接点は前記電磁石に電圧が印加されることにより閉じるメーク接点を含み、このメーク接点が閉じることにより前記補助電磁石に電圧が印加されるように構成されていることを特徴とする交流パワーリレー。
2. 電磁石と、この電磁石に交流電圧が印加された場合に前記電磁石に吸引される接極子と、前記接極子を前記電磁石から離間させる向きに付勢する付勢手段と、前記接極子が前記電磁石に吸引されるのに応じて開閉状態を変化させる接点とを備える交流パワーリレーであって、
   前記接極子を前記電磁石に向けて、前記付勢手段による付勢力よりも小さな力で吸引する、前記電磁石とは別に設けられた補助電磁石を備え、
   前記電磁石及び前記補助電磁石には、前記交流電圧が並列に印加されることを特徴とする交流パワーリレー。

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