電磁繼電器的製造方法
2023-10-06 23:27:19
電磁繼電器的製造方法
【專利摘要】一種電磁繼電器，其包括：觸點，所述觸點由固定觸點和可動觸點構成，所述可動觸點可沿相對於所述固定觸點接觸或分離的第一方向及第二方向位移；永磁體，所述永磁體被設置在所述觸點的外周側、並具有垂直於所述第一方向及所述第二方向的極性方向；以及非磁體，所述非磁體與基於所述永磁體而作用於對所述觸點進行通電的直流電流的洛倫茲力的指向方向相對。
【專利說明】電磁繼電器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種對電器設備的電源進行開關的電磁繼電器。電磁繼電器例如包括家庭用、產業用以及車載用的電磁繼電器。
【背景技術】
[0002]例如在以下專利文獻I中所記載的電磁繼電器中，利用觸點的開閉來進行電氣電路上的電流的通電及切斷。進行該開閉的觸點由固定觸點和可動觸點構成，當隨著可動觸點相對於固定觸點向著接觸或分離方向移動從而從接觸的狀態變為相互隔離或從隔離的狀態變為接近時，當電壓變成大於最小電弧電壓或電流變成大於最小電弧電流時，有可能會產生電弧。
[0003]
[0004]
[0005]專利文獻1:(日本)特開2012-89484號公報
【發明內容】
[0006]
[0007]在專利文獻I所記載的電磁繼電器中也可以使用一種消弧(熄滅電弧)技術，該技術利用電弧具有與電流相同磁性質這一點，基於位於觸點附近的磁體的磁通，使基於弗萊明左手法則的電磁力(洛侖茲力)作用於電弧而使其方向彎曲、偏轉從而吹飛並熄滅電弧。然而，當考慮通過使電弧偏轉並將其拉長來提高切斷性能時，還存在電磁繼電器的外形尺寸越小則越難確保用於拉長電弧的空間、電弧的消弧效果的提高與小型化不能充分兼得的問題。
[0008]本發明的目的在於提供一種電磁繼電器，其不論何種外形尺寸均能夠提高電弧的消弧效果。
[0009]
[0010]根據本發明的一個方面，電磁繼電器包括:觸點，所述觸點由固定觸點和可動觸點構成，所述可動觸點可沿相對於所述固定觸點接觸或分離的第一方向及第二方向位移；永磁體，所述永磁體被設置在所述觸點的外周側、並具有垂直於所述第一方向及所述第二方向的極性方向；以及非磁體，所述非磁體與基於所述永磁體而作用於對所述觸點進行通電的直流電流的洛倫茲力的指向方向相對。
[0011]〈發明的效果〉
[0012]根據本發明的一個方面，能夠提供一種電磁繼電器，其在提高開閉性能的基礎上，可提聞電弧的消弧效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是表示本發明的實施例1的電磁繼電器的一部分的示意圖。[0014]圖2是表不實施例1的電磁繼電器的一部分的不意圖。
[0015]圖3是實施例1的電磁繼電器的剖視圖。
[0016]圖4是表示實施例1的電磁繼電器的非磁體的形態和與箱部件的固定形態的示意圖。
[0017]圖5是表示作為用於確定實施例1的電磁繼電器的非磁體與觸點的距離的根據的電弧切斷時間的定義的示意圖。
[0018]圖6是表示沿向著永磁體的方向來觀察實施例1的電磁繼電器中的電弧的消弧形態的細節的不意圖。
[0019]圖7是表示作為實施例1的電磁繼電器的非磁體與觸點的距離、和電弧切斷時間的相關關係的特性的示意圖。
[0020]圖8是基於與關聯技術的比較來表示實施例1的電磁繼電器中的電弧的消弧形態的示意圖。
[0021]圖9是表示本發明的實施例2的電磁繼電器的概觀和一部分的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。
[0023][實施例1]
[0024]圖1是沿著可動觸點與固定觸點離開(分離)的方向觀察並表示實施例1的電磁繼電器的一部分的示意圖。圖2是沿向著永磁體的方向觀察並表示實施例1的電磁繼電器的一部分的示意圖。
[0025]如圖1及圖2所示，實施例1的電磁繼電器I具有固定觸點2、以及可相對於固定觸點2沿著接觸分離方向位移的可動觸點3。固定觸點2及可動觸點3為圓柱形狀,構成觸點100。在觸點100中，電流沿方向1(向著圖1的紙面裡側的方向)流動。固定觸點2及可動觸點3沿方向I相互對著且並排。方向I與可動觸點3從固定觸點2離開的方向一致。
[0026]電磁繼電器I還具有永磁體4。如圖1所示，永磁體4具有N極和S極。從N極到S極的方向及從S極到N極的方向為永磁體4的極性方向，在圖1中由雙向箭頭NS表示。在觸點100中作用於電弧的洛侖茲力的方向在圖1中由箭頭R表示。永磁體4以其磁性方向NS垂直於方向I及方向R的方式被設置在觸點100的外周側側部。換言之，使磁性方向NS垂直於可動觸點3相對於固定觸點2的接觸分離方向。
[0027]電磁繼電器I還具有平板狀的金屬板5(非磁體)。金屬板5相對於垂直於磁性方向NS和方向I兩者的方向R垂直地、被設置在觸點100的側部。金屬板5與基於永磁體4而作用於對觸點100進行通電的直流電流的洛倫茲力的指向方向相對。圖1表示在觸點100從固定觸點2到可動觸點3流動電流的情況。
[0028]換言之，如圖2所示，當處於使構成觸點100的+極的固定觸點2和構成-極的可動觸點3並列的狀態下，若從向著永磁體4的N極側的方向來看，電弧放電Al形成為從可動觸點2向固定觸點2引出線的圓弧狀。
[0029]需要說明的是，所謂的電弧放電Al (也可僅稱為電弧)是如圖2所示在固定觸點2與可動觸點3之間連接電源E和適當的電阻Rl使其成為閉合電路並施加電負荷的狀態下，當電流通過固定觸點2的表面與可動觸點3的表面之間的空隙、也即豁口開始流動時而開始的電弧。在固定觸點2的表面與電弧放電Al之間的邊界部分、以及可動觸點3的表面與電弧放電Al之間的邊界部分、也即陽極腳部分和陰極腳部分上，固定觸點2的表面和可動觸點3的表面分別被加熱。陽極腳部分由於電子衝擊而被加熱，陰極腳部分由於離子衝擊而被加熱。陽極及陰極也由於來自電弧放電Al的熱傳導及放射而被加熱。這樣一來，在陽極和陰極兩者上的加熱會引起構成陽極及陰極的材料的蒸發，固定觸點2及可動觸點3兩者的消耗會增大。
[0030]因此，在實施例1的電磁繼電器I中，從觸點100的耐久性提高和切斷性能的提高兩者的觀點來看，通過適當地設置非磁體和永磁體，可更有效地對所產生的電弧放電Al進行消弧。
[0031]接著，對實施例1的電磁繼電器I的整體結構進行說明。圖3是表示通過可動鐵芯和軸芯的中心軸的電磁繼電器I的剖圖的示意圖。如圖3所示，電磁繼電器I是柱式(plunger type)的、相對於軸芯存在一對觸點的1-Form-X型的電磁繼電器。換言之,如圖3所示，電磁繼電器I具有左右一對觸點100。在圖3中，左側的觸點100的固定觸點2與正端子6連接，右側的觸點100的固定觸點2與負端子7連接。需要說明的是，圖2表示出圖3中的左側的觸點100中的陽極和陰極的組合。圖2中所表示的固定觸點2和可動觸點3的位置，在圖3中的右側的觸點100變為相反。
[0032]左右一對觸點100的各個可動觸點3被設置在長方體狀的可動部8的左右端部上，可動部8通過接壓彈簧10而被連接在軸芯9上。軸芯9的圖3中的上端部通過復位彈簧12及E環13而被連接在用於固定正端子6及副端子7的外殼11上，軸芯9的圖3中的下端部沿軸芯9的軸向可滑動自如地連接在可動鐵芯14所具有的有底孔部上。
[0033]在可動鐵芯14的外周側上配置有圓環狀的軛15，在軛15的外周側上纏繞設置有線圈導線16。在線圈導線16的外周側上設置有以電磁遮蔽為目的的阻擋部(barrier) 17，並設置有支撐並外包軛15的圖3中的下端部和線圈導線16兩者、並且與外殼11適當接合的底蓋狀的軛18。
[0034]電磁繼電器I包括一對金屬板5。金屬板5由例如銅、鋁、不鏽鋼、銀等不是強磁體的非磁體的任意一個或以其任意一個為主成分而構成。需要說明的是，金屬板5的形狀可如圖1、圖2的概念圖所示設置成平板狀，但考慮到由於洛侖茲力而被吹飛的電弧放電Al在金屬板5的表面上被拉長，如圖4(a)所示，優選從以可動觸點3相對於固定觸點2的接觸分離方向為中心的徑向來外覆觸點100的接觸面的外覆形態。在圖4(a)中，作為該外覆形態的一個例子選擇U字柱狀的形態。外殼11具備一對凹部11a，該U字柱狀的金屬板5具有可被容納並壓入固定在一對凹部Ila內。各凹部Ila位於對應的觸點100的外周側、並可從可動觸點3從固定觸點2離開的方向(從圖4(a)中的上方)將U字柱狀的金屬板5壓入的形態。如圖4(b)所示，一對金屬板5被壓入並固定在對應的凹部Ila中。另外，如圖4(a)所不，電磁繼電器I具有一對平板狀的永磁體4,外殼11還具備可將永磁體4容納並壓入固定的凹部lib。一對永磁體4被壓入並固定在各自對應的凹部Ilb中。再有,不對作為箱部件的外殼11內部的空間實施真空化或氣體注入。
[0035]線圈導線16具備在圖3中未示出的端子部，當在未對該端子部施加激勵電流的狀態下，基於復位彈簧12的施力軸芯9及可動鐵芯14被向圖3中的下方施力，遷移至或維持由固定觸點2和可動觸點3構成的觸點100的斷開狀態。當對端子部施加激勵電流時，由於線圈導線16、軛15及軛18所產生的將可動鐵芯14向圖3中的上方吸引的力，軸芯9及可動部8被向上方移動，可動觸點3與固定觸點2接觸而變成閉合狀態。
[0036]需要說明的是，當在觸點100中的電弧的切斷前後對圖2所示的閉合電路上的電壓V和電流I進行測定，則其波形如圖5所示。電流I在切斷的初期呈階梯狀地下降後、在2毫秒(ms)左右逐漸減小、之後急劇降低，電壓在切斷的初期呈階梯狀地上升後、在2毫秒左右逐漸增大、之後急劇上升並達到預定值。
[0037]電磁繼電器I的觸點100的電弧切斷時間T是從電流I呈階梯狀地下降到電壓V最終達到預定值的時間。表示出該電弧切斷時間T越短，則電弧放電Al的消弧所需要的時間越短。在此，構成各觸點100的固定觸點2及可動觸點3與金屬板5的在圖6中的吹飛電弧放電Al的方向上的距離D、與電弧切斷時間T的關係如圖7所示，為相對於距離D的減小，電弧切斷時間T逐漸減短的形態。
[0038]當使利用洛侖茲力而吹飛的電弧放電Al更有效地衝撞金屬板5時，更短的距離D可更大地確保衝撞能量。然而，如果將距離D設定得太小，則會引起在各觸點100的固定觸點2的側面或可動觸點3的側面與金屬板5之間，當將電弧放電Al拉長為如圖6所示的反Ω字形時會無法確保必要的間隙。再有，當固定觸點2的側面實質上為正端子6或負端子
7、正端子6或負端子7中包括例如鐵類的強磁體時，還會招致電弧放電Al進入正端子6或負端子7內。
[0039]此時，由於會引起無法確保沿金屬板5的表面的電弧放電Al的在觸點100與金屬板5之間的拉長，因此當對於實施例1的電磁繼電器I利用實驗或模擬而得到圖7所示的特性時，將距離D設定為比最小值Imm更大的值，例如1.5左右(預定範圍)。
[0040]根據實施例1的電磁繼電器1，由於在各觸點100附近具備具有上述的預定的位置關係的永磁體4和非磁體的金屬板5，因此能夠得到以下的作用效果。
[0041]換言之，隨著各觸點100的開閉，當利用洛侖茲力來吹飛在固定觸點2與可動觸點3之間的豁口所產生的電弧放電Al時，由於將金屬板5對著洛侖茲力的作用方向設置，因此能夠如圖6所示，將圓弧狀的電弧放電Al沿著金屬板5的表面拉長。需要說明的是，在圖6中為了標示方便將金屬板5設為平板狀。
[0042]換言之，在實施例1的電磁繼電器I中，能夠利用基於弗萊明左手法則的電磁力(洛侖茲力)、使在固定觸點2與可動觸點3之間在可動觸點3相對於固定觸點2接觸離開時所產生的電弧放電Al向著遠離觸點100的方向偏轉並將其吹飛，並且能夠使被吹飛的電弧放電Al衝撞金屬板5 (非磁體)。通過利用該衝撞而使電弧放電Al沿著金屬板5的面方向被拉長、並且使非磁體吸收電弧放電Al的熱能量並儘量延長電弧放電Al的固定觸點2與可動觸點3之間的延伸距離，從而能夠迅速地熄滅電弧放電Al。
[0043]換言之，當未在利用洛侖茲力來吹飛電弧放電Al的方向上設置金屬板5時，如圖8(a)所示電弧放電Al為圓弧形、為僅沿徑向膨脹的形態，然而，通過設置作為非磁體的金屬板5，如圖8(b)所示由於能夠使電弧放電Al不進入金屬板5內部而是在表面上拉長，因此能夠在更大的範圍內利用金屬板5來吸收電弧放電Al的熱能量、並且能夠延長在電弧放電Al的空間內的延長距離，更有效地進行電弧放電Al的消弧。
[0044]再有，實施例1的金屬板5還具有防止電弧放電Al衝撞外殼11的功能,能夠防止外殼11受到由於電弧放電Al而帶來的損傷，並能夠防止隨著構成該外殼11的樹脂的損傷而帶來的氣體的產生、並防止各觸點100的接觸特性的劣化。另外，由於能夠防止作為箱部件的外殼11的損傷並防止氣體產生，因此還能夠實現不在外殼11內部的空間內實施真空化或氣體注入的成本消減。
[0045]還有，利用金屬板5的設置能夠將在拉長電弧放電Al降低熱能而確保切斷性能時所需的空間設為所需最低限度的空間，能夠實現外殼11及電磁繼電器I整體的小型化。換句話說，不論什麼樣的電磁繼電器的外形尺寸均能夠提高切斷性能。
[0046]在實施例1的電磁繼電器I中，儘管是在作為構成外殼的箱部件的外殼11上通過壓入永磁體4及金屬板5兩者而固定的形態，也可以是通過插入成型將永磁體4及金屬板5預先埋設在外殼11中而一體地固定的形態。
[0047]通過採用後者的成型手法，能夠利用插入成型以一個工序來進行永磁體4和金屬板5的向外殼11的固定，並能夠提高易組裝性和易製造性。
[0048][實施例2]
[0049]在上述實施例1中，儘管說明了將本發明適用於柱式(plunger type)的電磁繼電器的形態，但本發明也可以使用臂式(鉸鏈式)的電磁繼電器。以下，對將本發明適用於臂式的電磁繼電器的實施例2進行說明。圖9(a)表不實施例2的電磁繼電器21的概觀，圖9(b)放大表不電磁繼電器21的一部分。
[0050]如圖9(a)所不，實施例2的電磁繼電器21表不出將本發明用於臂式的1-Form-A型的電磁繼電器的形態。如圖9(b)所示，構成觸點100的固定觸點22和可動觸點23在可動觸點23相對於固定觸點22的接觸離開方向上相互對著，永磁體24被設置在對著從支撐可動觸點23的可動臂23A的支點朝端點的方向的位置上。沿可動觸點23相對於固定觸點22的接觸離開方向流動電弧放電Al，非磁體的金屬板25被設置在對著利用永磁體24的磁力而使洛侖茲力作用於該電弧放電Al並將其吹飛的方向的位置上，在這裡被設置在比永磁體24更靠可動臂23A的支點側。可動臂23A與正端子26連接，固定端子22與負端子27連接。
[0051]需要說明的是，關於作為構成電磁繼電器21的外殼的箱部件的外殼、或者用於驅動可動臂23A的由線圈導線或軛所構成的驅動部，由於其與實施例1的柱式的電磁繼電器I在功能上為同等的構造，因此省略關於詳細構造的說明。實施例2的電磁繼電器21為臂式，在確保可動臂23a的搖動所需的空間的觀點上,關於觸點100在以可動觸點22的相對於固定觸點23的接觸離開方向為中心外覆的形態中設置金屬板並不適合，因此將金屬板25設為平板狀。
[0052]在實施例2的電磁繼電器21中，也能夠利用由永磁體24所產生的磁通和電弧放電Al所產生的、基於弗萊明左右法則的洛侖茲力，將固定觸點22和可動觸點23之間在接觸離開時所產生的電弧放電Al偏轉向遠離觸點100的方向並吹飛，同時還能夠使被吹飛的電弧放電Al衝撞金屬板25。基於該衝撞,與實施例1相同，能夠使非磁體吸收電弧放電Al的熱能量並消弱電弧放電Al，並通過儘量延長電弧放電Al的固定觸點22與可動觸點23之間的延伸距離從而減低熱能量，從而能夠迅速地熄滅電弧放電Al。關於外殼的保護效果、小型化效果，實施例2與實施例1同樣也能夠獲得。
[0053]以上對本發明的優選實施例詳細進行了說明，但本發明並不限定於上述實施例，在本發明的範圍內可對上述實施例進行各種變形及改良。
[0054]產業上的可利用性
[0055]本發明涉及一種電磁繼電器，其能夠在提高小型化性的基礎上，提高電弧的消弧效果和觸點的切斷性能。因此，本發明可適用於用於家庭用、產業用及車載用的電磁繼電器。
[0056]符號說明
[0057]1電磁繼電器
[0058]2固定觸點
[0059]3可動觸點
[0060]4永磁體
[0061]5金屬板(非磁體)
[0062]6正端子
[0063]7負端子
[0064]8可動部
[0065]9軸芯
[0066]10接壓彈簧
[0067]11外殼
[0068]12復位彈簧
[0069]13E環(固定用具)
[0070]14可動鐵芯
[0071]15軛
[0072]16線圈導線
[0073]17阻擋部(barrier)
[0074]18軛
[0075]21電磁繼電器
[0076]22固定觸點
[0077]23可動觸點
[0078]23A可動臂
[0079]24永磁體
[0080]25金屬板(非磁體)
[0081]26正端子
[0082]27負端子
[0083]100觸點
【權利要求】
1.一種電磁繼電器,其特徵在於,包括: 觸點，所述觸點由固定觸點和可動觸點構成，所述可動觸點可沿相對於所述固定觸點接觸或分離的第一方向及第二方向位移； 永磁體，所述永磁體被設置在所述觸點的外周側、並具有垂直於所述第一方向及所述第二方向的極性方向；以及 非磁體，所述非磁體與基於所述永磁體而作用於對所述觸點進行通電的直流電流的洛倫茲力的指向方向相對。
2.根據權利要求1所述的電磁繼電器，其中，所述非磁體的形狀為平板狀、或覆蓋所述觸點的外覆形狀。
3.根據權利要求1所述的電磁繼電器，其中，所述非磁體與所述觸點的距離是基於所述距離和所述觸點的切斷時間之間的特性而被設定在預定範圍內。
4.根據權利要求1所述的電磁繼電器，其中， 所述電磁繼電器還包括構成外殼的箱部件， 通過在所述箱部件的多個凹部內分別壓入所述永磁體和所述非磁體，從而將所述永磁體和所述非磁體固定在所述箱部件上。
5.根據權利要求4所述的電磁繼電器，其中，不對所述箱部件內部的空間實施真空化或氣體注入。
【文檔編號】H01H50/38GK103907169SQ201380003664
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年9月11日 優先權日:2012年9月21日
【發明者】窪野和男, 柚場譽嗣, 長谷川洋一, 村越拓治, 關川純哉 申請人:富士通電子零件有限公司, 國立大學法人靜岡大學