JP5284882B2 - 電磁継電器 - Google Patents

Description

本発明は、製造コストを低減できる電磁継電器に関する。

従来から、電力変換装置等に用いられる電磁継電器が知られている（下記特許文献参照）。図９に、電磁継電器９ａ，９ｂを用いた電力変換装置９０の回路図を示す。この電力変換装置９０は、インバータ９２を使って直流電源９１の直流電力を交流に変換しており、この交流電力を使って例えば三相交流モータ（図示しない）を駆動させる。同図に示すごとく、電力変換装置９０では、メインリレーとして２個の電磁継電器９ａ，９ｂを使用している。
一方の電磁継電器９ａは直流電源９１の正極側に取り付けられ、他方の電磁継電器９ｂは直流電源９１の負極側に取り付けられている。このように２個の電磁継電器９ａ，９ｂを設けることにより、電流を確実に遮断できるようになる。

図１０は個々の電磁継電器９ａ，９ｂの構造を示す断面図である。同図に示すごとく、電磁継電器９は電磁コイル９３と、該電磁コイル９３の軸線方向に進退するプランジャ９４と、可動接点部９５と、該可動接点部９５に接離する固定接点部９６とを備える。可動接点部９５と固定接点部９６とが接触すると、これら可動接点部９５と固定接点部９６との間に電流が流れる。
また、電磁継電器９にはヨーク９９が設けられている。電磁コイル９３から発生した磁束はヨーク９９とプランジャ９４を通過する。ヨーク９９を電磁コイル９３の周りに配置することにより、プランジャ９４の吸引力を強めることができる。

特開２００７−３３５０８２号公報 特開２００２−３４３２１６号公報 特開平１１−３３９６０５号公報

ところが、電磁継電器９は比較的高価な部品であるため、従来のように２個の電磁継電器９ａ，９ｂを使うと、電力変換装置９０の製造コストが高くなるという問題がある。
一方、図９に示すごとく、コンデンサＣに電荷がたまっていない状態で電磁継電器９ａ，９ｂを接続すると、コンデンサＣへ突貫電流が流れて電磁継電器９ａ，９ｂが破損する場合がある。そのため、低電流を流してコンデンサＣに電荷をためるプリチャージリレー（電磁継電器９ｃ）が設けられている。電源接続時には、メインリレー（電磁継電器９ａ，９ｂ）をオフにし、プリチャージリレー（電磁継電器９ｃ）をオンにする。プリチャージリレー（電磁継電器９ｃ）には抵抗Ｒが接続されているため、突貫電流が流れにくい。コンデンサＣに電荷がたまった後は、メインリレー（電磁継電器９ａ，９ｂ）をオンにし、プリチャージリレー（電磁継電器９ｃ）をオフにする。
このように、プリチャージリレー（電磁継電器９ｃ）は回路に必要な部品であるが、メインリレー（電磁継電器９ａ，９ｂ）と同様に高価な部品だという問題がある。
そのため、複数個の電磁継電器９を一体化し、部品の共通化や構造の簡素化を図ることにより、電磁継電器９の製造コストを低減することが望まれている。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、複数個のリレーを備え、低コスト化が可能な電磁継電器を提供しようとするものである。

本発明は、可動接点部と固定接点部とを有し、上記可動接点部が上記固定接点部に接触して電流が流れるオン状態と、離隔して電流が流れないオフ状態とを切り替えるリレーを複数個有する電磁継電器であって、
個々の上記リレーは、通電により磁束が発生する電磁コイルを備えるとともに、該電磁コイルの内側に設けられ、少なくとも一部が磁性体からなり、上記電磁コイルへの通電の有無により上記電磁コイルの軸線方向へ進退動作するプランジャを備え、
上記可動接点部は、上記プランジャの進退動作に伴って上記固定接点部に接離するよう構成されており、
隣接配置された複数個の上記電磁コイルの周囲には、これらを取り囲み、個々の上記電磁コイルから発生した上記磁束が共通して通過する共通ヨークが設けられ、
互いに隣接する上記電磁コイルの間には、上記共通ヨークを構成する磁性体が設けられていないことを特徴とする電磁継電器にある（請求項１）。

本発明の作用効果につき説明する。
本発明では、電磁コイルとプランジャを有するリレーを複数個備えており、この複数個のリレーでヨークを共通化するよう構成した。すなわち、本発明の電磁継電器は１個の共通ヨークを有し、個々のリレーの電磁コイルから発生する磁束は、この共通ヨークを流れる。
このようにすると、従来のように（図１０参照）、個々の電磁コイル９３を取り囲むようにヨーク９９を形成する必要がなくなり、複数個の電磁コイル全体を１個の共通ヨークで取り囲むよう構成できる。これにより、互いに隣接する電磁コイルの間にヨーク、すなわち磁性体を配置する必要がなくなる。例えば、隣接する電磁コイルの間に空気等の非磁性体が介在するように構成できる。また、共通ヨークを構成する磁性体よりも安価な材料、例えば安価な合成樹脂等を介在させることもできる。これにより、使用する磁性体の量を減らすことができ、電磁継電器の製造コストを下げることができる。

以上のごとく、本発明によると、複数個のリレーを備え、低コスト化が可能な電磁継電器を提供することができる。

実施例１における、オフ状態での電磁継電器の縦断面図であって、図２のＤ−Ｄ断面図。 図１のＡ−Ａ断面図。 図１のＢ−Ｂ断面図。 図１のＣ−Ｃ断面図。 実施例１における、電磁継電器を用いた電力変換装置の回路図。 実施例１における、オン状態での電磁継電器の縦断面図であって、電磁コイルに流れる電流の向きと、磁束の向きを説明するための図。 図６に対して、電磁コイルに流れる電流の向きを変えた例。 実施例１における、リレーの数を変えた例。 従来例における、電磁継電器を用いた電力変換装置の回路図。 従来例における、電磁継電器の断面図。

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、個々の上記リレーは、上記固定接点部と上記可動接点部とが接触する部分に接点対が形成され、複数個の上記リレーは、各々の上記接点対が隣り合うように配置されており、隣り合う２個の上記接点対の間に１個の磁石が設けられ、上記オン状態から上記オフ状態に切り替えた際に２個の上記接点対に各々発生するアークを１個の上記磁石が消弧することが好ましい（請求項２）。
このようにすると、アークを消弧するための磁石を共通化できるため、電磁継電器の製造コストを下げることができる。
すなわち、電磁継電器９（図１０参照）をオン状態からオフ状態に切り替えると、接点対９７にアークが発生する。接点対９７の近傍に磁石９８を設けておくと、アークにローレンツ力が作用し、アークを早く消弧することができる。これにより、電流を遮断しやすくなる。しかし、磁石９８は高価であり、従来の電磁継電器９では磁石９８の数を減らすことができなかったため、製造コストが上昇する原因になっていた。
これに対し、本発明では隣接する２個の接点対の間に１個の磁石を設け、２個の接点対に各々発生するアークを、１個の磁石で消弧するように構成した。そのため、磁石の数を減らすことができ、電磁継電器の製造コストを下げることが可能となる。

また、２個の上記リレーを備え、一方の上記リレーの上記電磁コイルから発生した磁束は上記一方のリレーの上記プランジャを通過するとともに、上記共通ヨークを流れてその一部が他方の上記リレーの上記プランジャを通過し、
他方の上記リレーの上記電磁コイルから発生した磁束は上記他方のリレーの上記プランジャを通過するとともに、上記共通ヨークを流れてその一部が一方の上記リレーの上記プランジャを通過し、
２個の上記リレーは同時に上記オン状態または上記オフ状態になり、個々の上記電磁コイルから発生した磁束が互いに上記プランジャの吸引力を強め合うように、上記電磁コイルに流れる電流の向きが定められていることが好ましい（請求項３）。
このようにすると、一方の電磁コイルから発生した磁束が、他方のプランジャの吸引力を強め、他方の電磁コイルから発生した磁束が、一方のプランジャの吸引力を強める。そのため、電磁コイルに流れる電流が少なくても、プランジャの吸引力を強くすることができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる電磁継電器につき、図１〜図８を用いて説明する。
図１、図６に示すごとく、本例は、可動接点部２２と固定接点部２１とを有し、可動接点部２２が固定接点部２１に接触して電流が流れるオン状態（図６参照）と、離隔して電流が流れないオフ状態（図１参照）とを切り替えるリレー２を複数個有する電磁継電器１である。
個々のリレー２ａ，２ｂは、通電により磁束が発生する電磁コイル５を備えるとともに、電磁コイル５の内側に設けられ、少なくとも一部が磁性体からなり、電磁コイル５への通電の有無により電磁コイル５の軸線方向へ進退動作するプランジャ３を備える。
また、可動接点部２２は、プランジャ３の進退動作に伴って固定接点部２１に接離するよう構成されている。
隣接配置された複数個の電磁コイル５の周囲には、これらを取り囲み、個々の電磁コイル５から発生した磁束が共通して通過する共通ヨーク４が設けられている。
また、互いに隣接する電磁コイル５ａ，５ｂの間５０には、共通ヨーク４を構成する磁性体が設けられていない。
以下、詳説する。

リレー２ａ，２ｂは各々２個のスプリング３０，３１を有する。スプリング３０は図１の上方へプランジャ３を付勢しており、スプリング３１は図１の下方へ可動接点部２２を付勢している。

リレー２ａ，２ｂをオンにする場合は、図６に示すごとく、電磁コイル５に電流を流す。これにより、プランジャ３が磁化して図の下方に下がる。そして、スプリング３１の付勢力によって、可動接点部２２が図の下方に押し下げられ、固定接点部２１に接触する。そのため、リレー２ａ，２ｂがオン状態となる。

また、リレー２ａ，２ｂをオフにする場合は、図１に示すごとく、電磁コイル５への通電を止める。このようにすると、スプリング３０の付勢力によってプランジャ３が図１の上方に押し上げられる。これにより、プランジャ３の先端が可動接点部２２に当接し、可動接点部２２が固定接点部２１から離れる。そのため、リレー２ａ，２ｂがオフ状態となる。

一方、図１、図３、図４に示すごとく、共通ヨーク４は、板状ヨーク４ａと箱型ヨーク４ｂとから構成されている。本例では図４に示すごとく、箱型ヨーク４ｂの中に２個の電磁コイル５ａ，５ｂが収納されている。また、図３に示すごとく、板状ヨーク４ａにはプランジャ３が通るための貫通孔１２が形成されている。共通ヨーク４は鉄からなる。また、図１、図４に示すごとく、電磁コイル５ａ，５ｂの間５０には共通ヨーク４を構成する磁性体（鉄）が設けられておらず、非磁性体としての空気が介在している。

また、図２に示すごとく、リレー２ａ，２ｂはそれぞれ２個の接点対２０を有している。そして、接点対２０の近傍には磁石６が設けられている。リレー２ａ，２ｂがオン状態からオフ状態に切り替わると、接点対２０にアークが発生するが、磁石６によってアークにローレンツ力が作用し、アークが引き伸ばされて消弧しやすくなる。これにより、電流を遮断しやすくなる。また、電磁継電器１にはアークが案内される消弧室１１が形成されている。

また、図１、図２に示すごとく、複数個のリレー２ａ，２ｂは、各々の接点対２０ａ，２０ｂが隣り合うように配置されている。そして、隣り合う２個の接点対２０ａ，２０ｂの間に１個の磁石６ａが設けられ、オン状態からオフ状態に切り替えた際に２個の接点対２０ａ，２０ｂに各々発生するアークを１個の磁石６ａが消弧するよう構成されている。

次に、本例の電磁継電器１を用いた車両用電力変換装置７の回路図を図５に示す。同図に示すごとく、車両用電力変換装置７は直流電源７１とインバータ７０を備えている。直流電源７１の直流電力をインバータ７０で交流に変換し、図示しない三相交流モータを駆動する。リレー２ａは直流電源７１の正極側に設けられており、リレー２ｂは負極側に設けられている。上述したように、これらのリレー２ａ，２ｂは１個の電磁継電器１内に組み込まれている。

一方、コンデンサＣに電荷がたまっていない状態で、リレー２ａ，２ｂをオンにすると、コンデンサＣに突貫電流が流れ、リレー２ａ，２ｂが破損する場合がある。そのため、コンデンサＣに電荷がたまるまで低電流を流すプリチャージリレー２ｃが設けられている。電源接続時には、プリチャージリレー２ｃ及びリレー２ｂをオンにし、リレー２ａをオフにする。プリチャージリレー２ｃには抵抗Ｒが接続されているため、突貫電流が流れにくい。コンデンサＣに電荷がたまった後は、リレー２ａ，２ｂをオンにし、プリチャージリレー２ｃをオフにする。これらのリレー２ａ〜２ｃの動作制御は、ＥＣＵ７２により行われる。

次に図６を用いて、電磁コイル５に流れる電流の向きについて説明する。同図において、一方の電磁コイル５ａから発生した磁束Φａは実線で示し、他方の電磁コイル５ｂから発生した磁束Φｂは破線で示す。
図６に示すごとく、電磁継電器１は２個のリレー２ａ，２ｂを備える。一方のリレー２ａの電磁コイル５ａから発生した磁束Φａは一方のリレー２ａのプランジャ３ａを通過するとともに、共通ヨーク４を流れてその一部が他方のリレー２ｂのプランジャ３ｂを通過する。
また、他方のリレー２ｂの電磁コイル５ｂから発生した磁束Φｂは他方のリレー２ｂのプランジャ３ｂを通過するとともに、共通ヨーク４を流れてその一部が一方のリレー２ａのプランジャ３ａを通過する。
２個のリレー２ａ，２ｂは同時にオン状態またはオフ状態になり、個々の電磁コイル５ａ，５ｂから発生した磁束Φａ，Φｂが互いにプランジャ３ａ，３ｂの吸引力を強め合うように、電磁コイル５ａ，５ｂに流れる電流の向きが定められている。
すなわち、本例では、一方のプランジャ３ａに流れる磁束Φａ，Φｂは向きが同じになり、他方のプランジャ３ｂに流れる磁束Φａ，Φｂも向きが同じになる。

以上の説明では、電磁継電器１は２個のリレー２ａ，２ｂを備えていたが、リレー２の数を増やしてもよい。例えば図８に示すごとく、３個のリレー２ａ〜２ｃを一体にしてもよい。図８の電磁継電器１では、上述したリレー２ａ，２ｂに加えて、プリチャージリレー２ｃ（図５参照）も一体化している。この電磁継電器１は１個の共通ヨーク４を備え、個々の電磁コイル５ａ〜５ｃから発生した磁束Φは、この共通ヨーク４を共通して流れるよう構成されている。また、図示しないが、必要に応じて４個以上のリレーを一体にすることもできる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
本例の電磁継電器１は図１に示すごとく、電磁コイル５とプランジャ３を有するリレー２を複数個、備えており、この複数個のリレー２ａ，２ｂでヨークを共通化するよう構成した。すなわち、本例の電磁継電器１は１個の共通ヨーク４を有し、個々のリレー２ａ，２ｂの電磁コイル５ａ，５ｂから発生する磁束Φは、この共通ヨーク４を流れる。
このようにすると、従来のように（図１０参照）個々の電磁コイル９３を取り囲むようにヨーク９６を形成する必要がなくなり、図１、図４に示すごとく、複数個の電磁コイル５ａ，５ｂ全体を１個の共通ヨーク４で取り囲むよう構成できる。これにより、互いに隣接する電磁コイル５ａ，５ｂの間にヨーク、すなわち磁性体を配置する必要がなくなる。本例では、隣接する電磁コイル５ａ，５ｂの間に非磁性体である空気が介在するように構成している。また、共通ヨーク４を構成する磁性体よりも安価な材料、例えば安価な合成樹脂等を介在させることもできる。そのため、使用する磁性体の量を減らすことができる。これにより、電磁継電器１の製造コストを下げることが可能となる。

また、本例では図１、図２に示すごとく、隣接する２個の接点対２０ａ，２０ｂの間に１個の磁石６ａを設け、２個の接点対２０ａ，２０ｂに各々発生するアークを１個の磁石６ａで消弧するよう構成した。
このようにすると、アークを消弧するための磁石６を共通化できるため、電磁継電器１の製造コストを下げることができる。
すなわち、電磁継電器１をオン状態からオフ状態に切り替えると、接点対２０にアークが発生する。接点対２０の近傍に磁石６を設けておくと、アークにローレンツ力が作用し、アークを早く消弧することができる。これにより、電流を遮断しやすくなる。この磁石は高価であり、従来の電磁継電器９（図１０参照）では磁石の数を減らすことができなかったため、製造コストが上昇する原因になっていた。
これに対し、本例では磁石６ａを共通化し、１個の磁石６ａで２個の接点対２０ａ，２０ｂのアークを消弧するよう構成した。そのため、磁石６の数を減らすことができ、電磁継電器１の製造コストを下げることが可能となる。

また、本例の電磁継電器１は、図６に示すごとく、一方のプランジャ３ａに流れる磁束Φａ，Φｂの向きが同じになり、かつ、他方のプランジャ３ｂに流れる磁束Φａ，Φｂの向きが同じになるように、電磁コイル５ａ，５ｂに流れる電流の向きが定められている。
このようにすると、一方の電磁コイル５ａから発生した磁束Φａが、他方のプランジャ３ｂの吸引力を強め、他方の電磁コイル５ｂから発生した磁束Φｂが、一方のプランジャ３ａの吸引力を強める。そのため、電磁コイル５ａ，５ｂに流れる電流が少なくても、プランジャ３ａ，３ｂの吸引力を強くすることができる。

なお、電磁コイル５ａ，５ｂに流れる電流の向きを図６に対して各々反対にして、図７のように流しても同様の効果を奏する。

以上のごとく、本例によると、複数個のリレー２を備え、低コスト化が可能な電磁継電器１を提供することができる。

１ 電磁継電器
２ リレー
２０ 接点対
２１ 固定接点部
２２ 可動接点部
３ プランジャ
４ 共通ヨーク
５ 電磁コイル
６ 磁石

Claims (3)

1. 可動接点部と固定接点部とを有し、上記可動接点部が上記固定接点部に接触して電流が流れるオン状態と、離隔して電流が流れないオフ状態とを切り替えるリレーを複数個有する電磁継電器であって、
   個々の上記リレーは、通電により磁束が発生する電磁コイルを備えるとともに、該電磁コイルの内側に設けられ、少なくとも一部が磁性体からなり、上記電磁コイルへの通電の有無により上記電磁コイルの軸線方向へ進退動作するプランジャを備え、
   上記可動接点部は、上記プランジャの進退動作に伴って上記固定接点部に接離するよう構成されており、
   隣接配置された複数個の上記電磁コイルの周囲には、これらを取り囲み、個々の上記電磁コイルから発生した上記磁束が共通して通過する共通ヨークが設けられ、
   互いに隣接する上記電磁コイルの間には、上記共通ヨークを構成する磁性体が設けられていないことを特徴とする電磁継電器。
2. 請求項１において、個々の上記リレーは、上記固定接点部と上記可動接点部とが接触する部分に接点対が形成され、複数個の上記リレーは、各々の上記接点対が隣り合うように配置されており、隣り合う２個の上記接点対の間に１個の磁石が設けられ、上記オン状態から上記オフ状態に切り替えた際に２個の上記接点対に各々発生するアークを１個の上記磁石が消弧することを特徴とする電磁継電器。
3. 請求項１または請求項２において、２個の上記リレーを備え、一方の上記リレーの上記電磁コイルから発生した磁束は上記一方のリレーの上記プランジャを通過するとともに、上記共通ヨークを流れてその一部が他方の上記リレーの上記プランジャを通過し、
   他方の上記リレーの上記電磁コイルから発生した磁束は上記他方のリレーの上記プランジャを通過するとともに、上記共通ヨークを流れてその一部が一方の上記リレーの上記プランジャを通過し、
   ２個の上記リレーは同時に上記オン状態または上記オフ状態になり、個々の上記電磁コイルから発生した磁束が互いに上記プランジャの吸引力を強め合うように、上記電磁コイルに流れる電流の向きが定められていることを特徴とする電磁継電器。

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