电磁继电器 |
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| 申请号 | CN201380003664.7 | 申请日 | 2013-09-11 | 公开(公告)号 | CN103907169B | 公开(公告)日 | 2016-10-12 |
| 申请人 | 富士通电子零件有限公司; 国立大学法人静冈大学; | 发明人 | 窪野和男; 柚场誉嗣; 长谷川洋一; 村越拓治; 关川纯哉; | ||||
| 摘要 | 一种电磁继电器，其包括：触点，所述触点由固定触点和可动触点构成，所述可动触点可沿相对于所述固定触点 接触 或分离的第一方向及第二方向位移； 永磁体 ，所述永磁体被设置在所述触点的外周侧、并具有垂直于所述第一方向及所述第二方向的极性方向；以及非磁体，所述非磁体与基于所述永磁体而作用于对所述触点进行通电的直流 电流 的洛伦兹 力 的指向方向相对。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电磁继电器，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 电磁继电器技术领域背景技术[0002] 例如在以下专利文献1中所记载的电磁继电器中，利用触点的开闭来进行电气电路上的电流的通电及切断。进行该开闭的触点由固定触点和可动触点构成，当随着可动触点相对于固定触点向着接触或分离方向移动从而从接触的状态变为相互隔离或从隔离的状态变为接近时，当电压变成大于最小电弧电压或电流变成大于最小电弧电流时，有可能会产生电弧。 [0003] <现有技术文献> [0004] <专利文献> [0005] 专利文献1：(日本)特开2012-89484号公报 发明内容[0006] <本发明所要解决的技术问题> [0007] 在专利文献1所记载的电磁继电器中也可以使用一种消弧(熄灭电弧)技术，该技术利用电弧具有与电流相同磁性质这一点，基于位于触点附近的磁体的磁通，使基于弗莱明左手法则的电磁力(洛仑兹力)作用于电弧而使其方向弯曲、偏转从而吹飞并熄灭电弧。然而，当考虑通过使电弧偏转并将其拉长来提高切断性能时，还存在电磁继电器的外形尺寸越小则越难确保用于拉长电弧的空间、电弧的消弧效果的提高与小型化不能充分兼得的问题。 [0008] 本发明的目的在于提供一种电磁继电器，其不论何种外形尺寸均能够提高电弧的消弧效果。 [0009] <用于解决技术问题的方案> [0010] 根据本发明的一个方面，电磁继电器包括：触点，所述触点由固定触点和可动触点构成，所述可动触点可沿相对于所述固定触点接触或分离的第一方向及第二方向位移；永磁体，所述永磁体被设置在所述触点的外周侧、并具有垂直于所述第一方向及所述第二方向的极性方向；以及非磁体，所述非磁体与基于所述永磁体而作用于对所述触点进行通电的直流电流的洛伦兹力的指向方向相对。 [0011] <发明的效果> [0013] 图1是表示本发明的实施例1的电磁继电器的一部分的示意图。 [0014] 图2是表示实施例1的电磁继电器的一部分的示意图。 [0015] 图3是实施例1的电磁继电器的剖视图。 [0016] 图4是表示实施例1的电磁继电器的非磁体的形态和与箱部件的固定形态的示意图。 [0017] 图5是表示作为用于确定实施例1的电磁继电器的非磁体与触点的距离的根据的电弧切断时间的定义的示意图。 [0018] 图6是表示沿向着永磁体的方向来观察实施例1的电磁继电器中的电弧的消弧形态的细节的示意图。 [0019] 图7是表示作为实施例1的电磁继电器的非磁体与触点的距离、和电弧切断时间的相关关系的特性的示意图。 [0020] 图8是基于与关联技术的比较来表示实施例1的电磁继电器中的电弧的消弧形态的示意图。 [0021] 图9是表示本发明的实施例2的电磁继电器的概观和一部分的示意图。 具体实施方式[0022] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。 [0023] [实施例1] [0024] 图1是沿着可动触点与固定触点离开(分离)的方向观察并表示实施例1的电磁继电器的一部分的示意图。图2是沿向着永磁体的方向观察并表示实施例1的电磁继电器的一部分的示意图。 [0025] 如图1及图2所示，实施例1的电磁继电器1具有固定触点2、以及可相对于固定触点2沿着接触分离方向位移的可动触点3。固定触点2及可动触点3为圆柱形状，构成触点100。 在触点100中，电流沿方向I(向着图1的纸面里侧的方向)流动。固定触点2及可动触点3沿方向I相互对着且并排。方向I与可动触点3从固定触点2离开的方向一致。 [0026] 电磁继电器1还具有永磁体4。如图1所示，永磁体4具有N极和S极。从N极到S极的方向及从S极到N极的方向为永磁体4的极性方向，在图1中由双向箭头NS表示。在触点100中作用于电弧的洛仑兹力的方向在图1中由箭头R表示。永磁体4以其磁性方向NS垂直于方向I及方向R的方式被设置在触点100的外周侧侧部。换言之，使磁性方向NS垂直于可动触点3相对于固定触点2的接触分离方向。 [0027] 电磁继电器1还具有平板状的金属板5(非磁体)。金属板5相对于垂直于磁性方向NS和方向I两者的方向R垂直地、被设置在触点100的侧部。金属板5与基于永磁体4而作用于对触点100进行通电的直流电流的洛伦兹力的指向方向相对。图1表示在触点100从固定触点2到可动触点3流动电流的情况。 [0028] 换言之，如图2所示，当处于使构成触点100的+极的固定触点2和构成-极的可动触点3并列的状态下，若从向着永磁体4的N极侧的方向来看，电弧放电AI形成为从可动触点2向固定触点2引出线的圆弧状。 [0029] 需要说明的是，所谓的电弧放电AI(也可仅称为电弧)是如图2所示在固定触点2与可动触点3之间连接电源E和适当的电阻R1使其成为闭合电路并施加电负荷的状态下，当电流通过固定触点2的表面与可动触点3的表面之间的空隙、也即豁口开始流动时而开始的电弧。在固定触点2的表面与电弧放电AI之间的边界部分、以及可动触点3的表面与电弧放电AI之间的边界部分、也即阳极脚部分和阴极脚部分上，固定触点2的表面和可动触点3的表面分别被加热。阳极脚部分由于电子冲击而被加热，阴极脚部分由于离子冲击而被加热。阳极及阴极也由于来自电弧放电AI的热传导及放射而被加热。这样一来，在阳极和阴极两者上的加热会引起构成阳极及阴极的材料的蒸发，固定触点2及可动触点3两者的消耗会增大。 [0030] 因此，在实施例1的电磁继电器1中，从触点100的耐久性提高和切断性能的提高两者的观点来看，通过适当地设置非磁体和永磁体，可更有效地对所产生的电弧放电AI进行消弧。 [0031] 接着，对实施例1的电磁继电器1的整体结构进行说明。图3是表示通过可动铁芯和轴芯的中心轴的电磁继电器1的剖图的示意图。如图3所示，电磁继电器1是柱式(plunger type)的、相对于轴芯存在一对触点的1-Form-X型的电磁继电器。换言之，如图3所示，电磁继电器1具有左右一对触点100。在图3中，左侧的触点100的固定触点2与正端子6连接，右侧的触点100的固定触点2与负端子7连接。需要说明的是，图2表示出图3中的左侧的触点100中的阳极和阴极的组合。图2中所表示的固定触点2和可动触点3的位置，在图3中的右侧的触点100变为相反。 [0032] 左右一对触点100的各个可动触点3被设置在长方体状的可动部8的左右端部上，可动部8通过接压弹簧10而被连接在轴芯9上。轴芯9的图3中的上端部通过复位弹簧12及E环13而被连接在用于固定正端子6及副端子7的外壳11上，轴芯9的图3中的下端部沿轴芯9的轴向可滑动自如地连接在可动铁芯14所具有的有底孔部上。 [0033] 在可动铁芯14的外周侧上配置有圆环状的轭15，在轭15的外周侧上缠绕设置有线圈导线16。在线圈导线16的外周侧上设置有以电磁遮蔽为目的的阻挡部(barrier)17，并设置有支撑并外包轭15的图3中的下端部和线圈导线16两者、并且与外壳11适当接合的底盖状的轭18。 [0034] 电磁继电器1包括一对金属板5。金属板5由例如铜、铝、不锈钢、银等不是强磁体的非磁体的任意一个或以其任意一个为主成分而构成。需要说明的是，金属板5的形状可如图1、图2的概念图所示设置成平板状，但考虑到由于洛仑兹力而被吹飞的电弧放电AI在金属板5的表面上被拉长，如图4(a)所示，优选从以可动触点3相对于固定触点2的接触分离方向为中心的径向来外覆触点100的接触面的外覆形态。在图4(a)中，作为该外覆形态的一个例子选择U字柱状的形态。外壳11具备一对凹部11a，该U字柱状的金属板5具有可被容纳并压入固定在一对凹部11a内。各凹部11a位于对应的触点100的外周侧、并可从可动触点3从固定触点2离开的方向(从图4(a)中的上方)将U字柱状的金属板5压入的形态。如图4(b)所示，一对金属板5被压入并固定在对应的凹部11a中。另外，如图4(a)所示，电磁继电器1具有一对平板状的永磁体4，外壳11还具备可将永磁体4容纳并压入固定的凹部11b。一对永磁体4被压入并固定在各自对应的凹部11b中。再有，不对作为箱部件的外壳11内部的空间实施真空化或气体注入。 [0035] 线圈导线16具备在图3中未示出的端子部，当在未对该端子部施加激励电流的状态下，基于复位弹簧12的施力轴芯9及可动铁芯14被向图3中的下方施力，迁移至或维持由固定触点2和可动触点3构成的触点100的断开状态。当对端子部施加激励电流时，由于线圈导线16、轭15及轭18所产生的将可动铁芯14向图3中的上方吸引的力，轴芯9及可动部8被向上方移动，可动触点3与固定触点2接触而变成闭合状态。 [0036] 需要说明的是，当在触点100中的电弧的切断前后对图2所示的闭合电路上的电压V和电流I进行测定，则其波形如图5所示。电流I在切断的初期呈阶梯状地下降后、在2毫秒(ms)左右逐渐减小、之后急剧降低，电压在切断的初期呈阶梯状地上升后、在2毫秒左右逐渐增大、之后急剧上升并达到预定值。 [0037] 电磁继电器1的触点100的电弧切断时间T是从电流I呈阶梯状地下降到电压V最终达到预定值的时间。表示出该电弧切断时间T越短，则电弧放电AI的消弧所需要的时间越短。在此，构成各触点100的固定触点2及可动触点3与金属板5的在图6中的吹飞电弧放电AI的方向上的距离D、与电弧切断时间T的关系如图7所示，为相对于距离D的减小，电弧切断时间T逐渐减短的形态。 [0038] 当使利用洛仑兹力而吹飞的电弧放电AI更有效地冲撞金属板5时，更短的距离D可更大地确保冲撞能量。然而，如果将距离D设定得太小，则会引起在各触点100的固定触点2的侧面或可动触点3的侧面与金属板5之间，当将电弧放电AI拉长为如图6所示的反Ω字形时会无法确保必要的间隙。再有，当固定触点2的侧面实质上为正端子6或负端子7、正端子6或负端子7中包括例如铁类的强磁体时，还会招致电弧放电AI进入正端子6或负端子7内。 [0039] 此时，由于会引起无法确保沿金属板5的表面的电弧放电AI的在触点100与金属板5之间的拉长，因此当对于实施例1的电磁继电器1利用实验或模拟而得到图7所示的特性时，将距离D设定为比最小值1mm更大的值，例如1.5左右(预定范围)。 [0040] 根据实施例1的电磁继电器1，由于在各触点100附近具备具有上述的预定的位置关系的永磁体4和非磁体的金属板5，因此能够得到以下的作用效果。 [0041] 换言之，随着各触点100的开闭，当利用洛仑兹力来吹飞在固定触点2与可动触点3之间的豁口所产生的电弧放电AI时，由于将金属板5对着洛仑兹力的作用方向设置，因此能够如图6所示，将圆弧状的电弧放电AI沿着金属板5的表面拉长。需要说明的是，在图6中为了标示方便将金属板5设为平板状。 [0042] 换言之，在实施例1的电磁继电器1中，能够利用基于弗莱明左手法则的电磁力(洛仑兹力)、使在固定触点2与可动触点3之间在可动触点3相对于固定触点2接触离开时所产生的电弧放电AI向着远离触点100的方向偏转并将其吹飞，并且能够使被吹飞的电弧放电AI冲撞金属板5(非磁体)。通过利用该冲撞而使电弧放电AI沿着金属板5的面方向被拉长、并且使非磁体吸收电弧放电AI的热能量并尽量延长电弧放电AI的固定触点2与可动触点3之间的延伸距离，从而能够迅速地熄灭电弧放电AI。 [0043] 换言之，当未在利用洛仑兹力来吹飞电弧放电AI的方向上设置金属板5时，如图8(a)所示电弧放电AI为圆弧形、为仅沿径向膨胀的形态，然而，通过设置作为非磁体的金属板5，如图8(b)所示由于能够使电弧放电AI不进入金属板5内部而是在表面上拉长，因此能够在更大的范围内利用金属板5来吸收电弧放电AI的热能量、并且能够延长在电弧放电AI的空间内的延长距离，更有效地进行电弧放电AI的消弧。 [0044] 再有，实施例1的金属板5还具有防止电弧放电AI冲撞外壳11的功能，能够防止外壳11受到由于电弧放电AI而带来的损伤，并能够防止随着构成该外壳11的树脂的损伤而带来的气体的产生、并防止各触点100的接触特性的劣化。另外，由于能够防止作为箱部件的外壳11的损伤并防止气体产生，因此还能够实现不在外壳11内部的空间内实施真空化或气体注入的成本消减。 [0045] 还有，利用金属板5的设置能够将在拉长电弧放电AI降低热能而确保切断性能时所需的空间设为所需最低限度的空间，能够实现外壳11及电磁继电器1整体的小型化。换句话说，不论什么样的电磁继电器的外形尺寸均能够提高切断性能。 [0046] 在实施例1的电磁继电器1中，尽管是在作为构成外壳的箱部件的外壳11上通过压入永磁体4及金属板5两者而固定的形态，也可以是通过插入成型将永磁体4及金属板5预先埋设在外壳11中而一体地固定的形态。 [0047] 通过采用后者的成型手法，能够利用插入成型以一个工序来进行永磁体4和金属板5的向外壳11的固定，并能够提高易组装性和易制造性。 [0048] [实施例2] [0049] 在上述实施例1中，尽管说明了将本发明适用于柱式(plunger type)的电磁继电器的形态，但本发明也可以使用臂式(铰链式)的电磁继电器。以下，对将本发明适用于臂式的电磁继电器的实施例2进行说明。图9(a)表示实施例2的电磁继电器21的概观，图9(b)放大表示电磁继电器21的一部分。 [0050] 如图9(a)所示，实施例2的电磁继电器21表示出将本发明用于臂式的1-Form-A型的电磁继电器的形态。如图9(b)所示，构成触点100的固定触点22和可动触点23在可动触点23相对于固定触点22的接触离开方向上相互对着，永磁体24被设置在对着从支撑可动触点 23的可动臂23A的支点朝端点的方向的位置上。沿可动触点23相对于固定触点22的接触离开方向流动电弧放电AI，非磁体的金属板25被设置在对着利用永磁体24的磁力而使洛仑兹力作用于该电弧放电AI并将其吹飞的方向的位置上，在这里被设置在比永磁体24更靠可动臂23A的支点侧。可动臂23A与正端子26连接，固定端子22与负端子27连接。 [0051] 需要说明的是，关于作为构成电磁继电器21的外壳的箱部件的外壳、或者用于驱动可动臂23A的由线圈导线或轭所构成的驱动部，由于其与实施例1的柱式的电磁继电器1在功能上为同等的构造，因此省略关于详细构造的说明。实施例2的电磁继电器21为臂式，在确保可动臂23a的摇动所需的空间的观点上，关于触点100在以可动触点22的相对于固定触点23的接触离开方向为中心外覆的形态中设置金属板并不适合，因此将金属板25设为平板状。 [0052] 在实施例2的电磁继电器21中，也能够利用由永磁体24所产生的磁通和电弧放电AI所产生的、基于弗莱明左右法则的洛仑兹力，将固定触点22和可动触点23之间在接触离开时所产生的电弧放电AI偏转向远离触点100的方向并吹飞，同时还能够使被吹飞的电弧放电AI冲撞金属板25。基于该冲撞，与实施例1相同，能够使非磁体吸收电弧放电AI的热能量并消弱电弧放电AI，并通过尽量延长电弧放电AI的固定触点22与可动触点23之间的延伸距离从而减低热能量，从而能够迅速地熄灭电弧放电AI。关于外壳的保护效果、小型化效果，实施例2与实施例1同样也能够获得。 [0053] 以上对本发明的优选实施例详细进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例，在本发明的范围内可对上述实施例进行各种变形及改良。 [0054] 产业上的可利用性 [0055] 本发明涉及一种电磁继电器，其能够在提高小型化性的基础上，提高电弧的消弧效果和触点的切断性能。因此，本发明可适用于用于家庭用、产业用及车载用的电磁继电器。 [0056] 符号说明 [0057] 1 电磁继电器 [0058] 2 固定触点 [0059] 3 可动触点 [0060] 4 永磁体 [0061] 5 金属板(非磁体) [0062] 6 正端子 [0063] 7 负端子 [0064] 8 可动部 [0065] 9 轴芯 [0066] 10 接压弹簧 [0067] 11 外壳 [0068] 12 复位弹簧 [0069] 13E 环(固定用具) [0070] 14 可动铁芯 [0071] 15 轭 [0072] 16 线圈导线 [0073] 17 阻挡部(barrier) [0074] 18 轭 [0075] 21 电磁继电器 [0076] 22 固定触点 [0077] 23 可动触点 [0078] 23A 可动臂 [0079] 24 永磁体 [0080] 25 金属板(非磁体) [0081] 26 正端子 [0082] 27 负端子 [0083] 100 触点 |
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