非対称ソレノイド式構造のラッチングリレー

本発明は、ラッチングリレー(Latching relay)に関し、特に、非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーに関する。

ラッチングリレーは、近年発展されて来た新しいリレーであり、自動スイッチでもある。別の電磁リレーと同じように、電気回路に対して自動的にオン・オフする機能を有する。違うところは、ラッチングリレーは励磁量が消されても励磁時の状態を保持する双安定リレーである。

ソレノイド式磁気回路構造の電磁リレーはリレーの一つであり、従来のソレノイド式磁気回路構造の電磁リレーは、図1に示すように、電磁石ブロック、接点ブロック、プッシュブロックおよびケース100を備えて構成され、電磁石ブロック、接点ブロックおよびプッシュブロックは、それぞれケース100内に配置され、前記接点ブロックは可動接触部および固定接触部を備え、可動接触部は可動接触子101および可動接点102により構成され、固定接触部は固定接触子103および固定接点104により構成され、可動接点102および固定接点104は、リレーが動作する時、可動接触部の可動接点102と固定接触部の固定接点104とが接触可能になるように、それぞれ対向して配置される。前記電磁石ブロックは磁気伝導部材、コイルボビン(図示せず)およびコイル105を備え、磁気伝導部材はU字状のヨーク106、ヨークプレート107および固定鉄心108を備え、固定鉄心108はコイルボビンに設けられ、U字状のヨーク106およびヨークプレート107はフレーム状に連結されて、その中に固定鉄心108およびコイル105が収容される。前記プッシュブロックは、可動鉄心109、プッシュロッド110および固定ホルダー111を備え、可動接触部は固定ホルダー111に設けられるとともに、圧縮ばね112が配設されて、リレーの動作時のオーバーストロークを確保する。可動鉄心109はU字状のヨーク106およびヨークプレート107が連結されてなるフレーム状内に設けられるとともに、固定鉄心108と対応されて、プッシュロッド110の一端が可動鉄心109に固定され、プッシュロッド110の他端が固定ホルダー111に連結される。このようなリレーの接離は、コイル105により生じられる吸引力によって確保される。コイル105にプラス、マイナスパルス電圧が印加される場合、可動鉄心109が駆動され移動することにより、可動接触部がプッシュロッド110を介して固定接触部と閉合・分離されて、自動スイッチの機能を発揮する。例えば、リレーが動作すると、コイル105は大きな吸引力を生じて、可動鉄心109を軸方向に移動させ、これに伴って、プッシュブロックが駆動されてリレーが閉合される。コイル105の電圧が下げる場合、コイル105が生じた吸引力は、リレーの接点が閉合状態に維持されることを確保する。このようなソレノイド式磁気回路構造のリレーは、閉合・分離方向に生じられる反力が非平衡になり、普通は、閉合反力が分離反力より大きい。これによって、リレーの動作電圧と復帰電圧が非平衡になってしまう。

本発明は、従来の技術に存在する問題を解決し、ソレノイド式磁気回路構造のリレーにおいて永久磁石を寄せて配置することで、リレーがラッチングリレーになり、ラッチングリレーのコイルの発熱量が少ない機能を発揮することができ、また、ソレノイド式磁気回路の動作電圧および復帰電圧が非平衡になる問題を解決でき、製品性能および動作信頼性の向上を図ることができるような、非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーを提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明一態様は、磁気伝導部材、コイルボビンおよびコイルを備える磁気回路ブロックと、接触ブロックと、前記磁気伝導部材と対応する位置に設けられるとともに、前記コイルが励磁されると、前記コイルの軸線方向に沿って移動可能に構成される可動鉄心を備えるプッシュブロックとを含み、前記プッシュブロックが前記磁気回路ブロックおよび前記接触ブロックの間に配置される非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーにおいて、それぞれが前記コイルの軸線の両側に設けられるとともに、それぞれが前記磁気伝導部材の対応側に近接又は接触され、前記コイルの軸線方向において前記可動鉄心の移動範囲内に位置され、接点が閉合する時の前記可動鉄心の移動方向の一側に寄せる2つの永久磁石をさらに備え、前記接点が閉合および分離した状態で、前記可動鉄心の保持力が基本的に等しいことを特徴とする非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーを提供する。

前記磁気伝導部材はヨークおよび前記コイルボビンに装着される第一の固定鉄心を備え、前記可動鉄心は前記第一の固定鉄心と対応する位置に設けられ、前記2つの永久磁石のそれぞれは、前記コイルの軸線の両側に設けられるとともに、前記ヨークの対応側に近接又は接触する。

前記磁気伝導部材は、前記コイルの軸線に設けられるとともに、接点が閉合する時の前記可動鉄心の移動方向の一側に位置する前記第2固定鉄心をさらに備え、前記可動鉄心は前記第一の固定鉄心と前記第二の固定鉄心の間に配置され、前記2つの永久磁石は前記コイルの軸線方向において前記第一の固定鉄心および前記第二の固定鉄心の中の前記第二の固定鉄心に近接する。

前記第一の固定鉄心の長さが前記第二の固定鉄心の長さよりも大きい。

前記第二の固定鉄心の断面範囲は前記可動鉄心の断面範囲よりも大きい。

前記ヨークはフレーム状に形成され、前記コイルボビン、前記コイル、前記永久磁石、前記第一の固定鉄心、および前記第二の固定鉄心がフレーム状の前記ヨーク内に収容される。

前記コイルボビンの上端の両側に永久磁石係合溝がそれぞれ設けられ、前記2つの永久磁石はそれぞれ前記永久磁石係合溝に固定される。

前記コイルボビンの前記永久磁石係合溝および前記コイルの引出端は前記コイルボビンの同一端に設けられる。

前記プッシュブロックはプッシュロッドおよび固定ホルダーをさらに備え、前記可動接触部は前記固定ホルダーに装着され、前記プッシュロッドの一端は前記ヨークおよび前記第二の固定鉄心を貫通して前記可動鉄心に固定され、前記プッシュロッドの他端は前記固定ホルダーに連結される。

前記固定ホルダーに可動接触子および圧縮ばねを固定するボスが設けられ、前記圧縮ばねの予圧により前記可動接触子が固定されるとともに、前記可動接触子が前記コイルの軸線方向に変位されてオーバーストロークを形成する。

前記ヨークはU字状のヨークおよびヨークプレートにより構成され、ヨークプレートはU字状のヨークの上端に連結されてフレーム状を形成する。

本発明の非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーは、ソレノイド式磁気回路構造のリレーに非対称の永久磁石を取り入れることで、リレーがラッチングリレーになる。また、永久磁石をずれて配置することで、接離方向に非平衡の磁力が形成される。また、永久磁石はコイルの軸線方向での可動鉄心の移動範囲内に位置するとともに、接点が閉合する時の可動鉄心の移動方向の一側に寄せて配置されるため、即ち、第二の固定鉄心にさらに近接するため、永久磁石が閉合位置で形成した磁力が分離位置で形成した磁力よりも大きい。また、ソレノイド式磁気回路構造が形成した非平衡の反力も、閉合状態での反力が分離位置で形成した反力よりも大きい。保持力=F_磁力−F_反力であるので、動作および復帰過程において、保持力が平衡を維持する。

本発明は、ソレノイド式磁気回路構造のリレーに非対称の永久磁石を取り入れ、即ち、それぞれがコイルの軸線の両側に設けられるとともに、それぞれがヨークの対応側に近接又は接触され、コイルの軸線方向において可動鉄心の移動範囲内に位置され、接点が閉合する時の前記可動鉄心の移動方向の一側に寄せる2つの永久磁石をさらに備え、接点が閉合および分離した状態で、可動鉄心の保持力が基本的に等しい。従来技術に比べ、以下のような作用効果を得ることができる。

1.可動鉄心およびU字状のヨーク間の2つの永久磁石の場合、コイルのパルス電圧を解除した後も、可動接触子は永久磁石の磁力により、接点の閉合又は分離を維持し、エネルギーが消耗されず、製品も環境保護に役立つ。

2.永久磁石を寄せて配置することによる非対称の磁気回路構造は、接点の閉合状態および分離状態で異なる磁力が形成され、接点閉合および分離状態での反力と重なって、可動鉄心の2つの状態での保持力が平衡になり、これによって、ラッチングリレーの動作電圧および復帰電圧が平衡になり、製品性能および動作信頼性が向上される。

以下、図面および実施例を組み合わせて、本発明に対してさらに詳しく説明する。なお、本発明の非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーは実施例に限定されない。

従来技術のソレノイド式磁気回路構造の電磁リレーの構成を示す概略図である。

本発明の実施例に係る非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーの構成を示す概略図である。

本発明の実施例に係る非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーの永久磁石の磁気回路を示す概略図。

本発明の実施例に係る非対称ソレノイド式構造のラッチングリレー(接点閉合状態)の磁力、コイル吸引力および反力の状態を示す概略図である。

本発明の実施例に係る非対称ソレノイド式構造のラッチングリレー(接点分離状態)の磁力、コイル吸引力および反力の状態を示す概略図である。

本発明の実施例に係る非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーの接点分離状態を示す概略図である。

本発明の実施例に係る非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーの接点閉合過程を示す概略図である。

本発明の実施例に係る非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーの接点閉合状態を示す概略図である。

本発明の実施例に係る非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーの接点分離過程を示す概略図である。

実施例 図2ないし図9に、本発明の非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーが示され、当該ラッチングリレーは、電磁石ブロック、接点ブロック、プッシュブロックおよびケース10を備える。電磁石ブロック、接点ブロックおよびプッシュブロックはそれぞれケース10内に設けられる。また、プッシュブロックは、電磁石ブロックと接点ブロックとの間に配置される。前記プッシュブロックは、可動鉄心21を備える。前記電磁石ブロックは、磁気伝導部材、コイルボビン(図示せず)およびコイル31を備える。前記接点ブロックは、可動接触部および固定接触部を備え、可動接触部は可動接触子411および可動接点412により構成され、固定接触部は固定接触子421および固定接点422により構成される。そして、可動接点412および固定接点422は、リレーが動作すると、可動接触部の可動接点412と固定接触部の固定接点422が接触できるように、それぞれ対応する位置に設けられる。前記磁気伝導部材は、フレーム状のヨーク51およびコイルボビンに設けられる第一の固定鉄心52を備える。前記磁気伝導部材は、第二の固定鉄心53をさらに備える。また、ラッチングリレーは、2つの永久磁石54をさらに備え、前記第二の固定鉄心53は、第一の固定鉄心52に対して、接点ブロックに近いヨークに設けられ、第二の固定鉄心53はコイル31の軸線に配置される。また、前記2つの永久磁石54は、それぞれコイルの軸線の両側に設けられ、一方の永久磁石54はヨークの一側に近接又は接触し、他方の永久磁石54はヨークの他側に近接又は接触する。また、2つの永久磁石54は、コイル31の軸線方向において、可動鉄心21の移動範囲内に配置されるとともに、接点が閉合する時可動鉄心21が移動する方向の一側に寄せる。即ち、2つの永久磁石54はコイルの軸線方向において、第一の固定鉄心52および第二の固定鉄心53の中の前記第二の固定鉄心53にさらに近接してオフセットを形成する。これによって、可動鉄心21は接点閉合および分離状態で、その保持力が基本的に同じになる。

前記第一の固定鉄心52の長さは第二の固定鉄心53の長さよりも大きい。ここで、「長さ」とは、コイル31の軸線方向での長さである。

前記第二の固定鉄心53の断面範囲(即ち、断面面積)は可動鉄心21の断面範囲よりも大きい。前記コイルボビンの上端の両側に、前記2つの永久磁石54が固定される永久磁石係合溝がそれぞれ設けられる。

前記コイルボビンの永久磁石係合溝およびコイルの引出端は、前記コイルボビンの同一端に設けられる。

前記プッシュブロックは、プッシュロッド22および固定ホルダー23をさらに備える。前記可動接触部は固定ホルダー23に設けられ、前記プッシュロッド22の一端はヨークおよび第二の固定鉄心53を貫通して前記可動鉄心21に固定され、前記プッシュロッド22の他端は固定ホルダー23に連結される。

前記固定ホルダー23に可動接触子411および圧縮ばね24を固定するためのボスが設けられ、圧縮ばね24の予圧により可動接触子411が固定され、可動接触子411がコイル31の軸線方向に変位されてオーバーストロークを形成する。

前記ヨーク51はU字状のヨーク511およびヨークプレート512により構成され、ヨークプレート512は、フレーム状を形成するようにU字状のヨーク511の上端に連結される。

本発明の実施例に係る非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーは、永久磁石54がコイル31の軸線方向において第二の固定鉄心53にさらに近接し、第一の固定鉄心52の長さが第二の固定鉄心53の長さよりも大きい又は遥かに大きいことを特徴とする。これによって、磁気回路の全体が非対称になる。図3に示すように、上磁気回路A1は相対的に短く、下磁気回路A2は相対的に長い。磁気回路の理論に従うと、磁気回路が長いほど磁気損失が大きく、形成される吸引力が小さい。従って、永久磁石54の可動鉄心21と第二の固定鉄心53との接触位置での磁力が可動鉄心21と第一の固定鉄心52との接触位置での磁力よりも大きい(相対的磁極面積が同じである条件の下で)。

図3に示す構成において、一般的に可動鉄心21が上下動され、プッシュロッド22も一緒に上下スライドされ、プッシュロッド22の上端は固定ホルダー23に連結される。このため、プッシュロッド22を組み立てる場合、可動鉄心21および第二の固定鉄心53の中央に貫通穴を設ける。これにより、可動鉄心の上面の相対的磁極面積が減少される。即ち、第二の固定鉄心53および可動鉄心21の相対的磁極面積が、第一の固定鉄心52および可動鉄心21の相対的磁極面積よりも小さい。吸引力の数式F=K*φ*sによれば、吸引力は相対的磁極面積に比例する。従って、このような構成は、同一のコイル31が閉合および分離位置で形成する吸引力がそれぞれ異なるようにする。本発明は、第一の固定鉄心52の長さを第二の固定鉄心53の長さよりも大きくなるように設計することで、相対的磁極面積の非平衡が平衡になるようにする。

また、本発明は、可動鉄心21を従来の可動鉄心よりも小さく形成して、可動鉄心21自体の重さを小さくする。このように、永久磁石54の大きさを相対的に小さくさせて、接点が閉合する時、可動鉄心21が第二の固定鉄心53との接触位置に維持するように、永久磁石54が十分な磁力を有する。

本発明の実施例に係る非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーは、ソレノイド式磁気回路構造のリレーに非対称の永久磁石54を取り入れて、リレーがラッチングリレーになるようにする。図4および図5に示すように、永久磁石54をずれて設置することで、リレーの接離方向に非平衡の磁力が形成される。また、永久磁石54はコイル31の軸線方向において第二の固定鉄心53にさらに近接するため、一般的に、閉合位置で形成される磁力F_磁力1が分離位置で形成される磁力F_磁力2よりも大きい。この場合、上述の非平衡の反力は、閉合状態での反力F_反力1が分離位置で形成される反力F_反力2よりも大きい。保持力=F_磁力−F_反力になる。これにより、動作および復帰過程において、保持力が平衡を維持する。

以下、図6ないし図9を参照しながら、本発明の実施例に係る非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーに対してさらに説明する。分離状態(図6)において、永久磁石の磁力により、可動鉄心21と第一の固定鉄心52が接触する。閉合過程(図7)において、リレーのコイル31に電圧を印加すると、上向きのコイル吸引力が形成され、この上向きのコイル吸引力が永久磁石の下向きの磁力よりも大きくなる。よって、可動鉄心21は上へ移動し、永久磁石の下向きの磁力はギャップが大きくなるに伴って徐徐小さくなる。可動鉄心21がギャップの中間値付近まで移動した時、永久磁石54の上向きの磁力が下向きの磁力よりも大きくなり、リレーが閉合する。閉合状態(図8)で、2つの永久磁石54が上向きの磁力を提供し、リレーのコイル31に印加した電圧が解除された後、リレーは永久磁石54の磁力により閉合状態に維持される。分離過程(図9)において、リレーのコイル31に反対の駆動電圧が印加されると、可動鉄心21はコイル31が形成した吸引力(下向き)により、リレーの可動鉄心21は下へ動作し、永久磁石54が形成した上向きの磁力はギャップが大きくなるに伴って徐徐小さくなる。可動鉄心21がギャップの中間値付近に移動した時、永久磁石54が形成した下向きの磁力が上向きの磁力よりも大きくなり、リレーが分離される。駆動電圧が解除された後、リレーは永久磁石54の下向きの磁力により分離状態(図6)に維持される。

上述の永久磁石54の主な作用は、第二の固定鉄心53に近接した位置に配置されることで、永久磁石54およびヨークプレート512、第二の固定鉄心53により形成された磁気回路は、永久磁石54およびU字状のヨーク511、第一の固定鉄心52により形成された磁気回路よりも短い。よって、永久磁石54が上回路で形成された磁力が下回路で形成された磁力よりも大きい。即ち、閉合状態で形成された磁力が分離状態で形成された磁力よりも大きい。

このようなソレノイド磁気回路は、可動鉄心21とプッシュロッド22が連結され、一般的に、上磁気回路の貼合面積が下磁気回路に対して小さい。これに加えて、可動鉄心21の重力のため、閉合の過程におけるコイルによる吸引力が分離の過程よりも大きくなる必要がある。永久磁石54が上記の構成のように上磁気回路に寄せて配置される場合、形成された磁力は上が大きく下が小さい。これによって、コイル31が形成した吸引力が補われる。

上述した実施例は、本発明の非対称ソレノイド式構造のラッチングリレーをさらに説明するためのものであり、本発明を限定するためのものではない。また、本発明の実質的技術に基づく、以上の実施例に対する如何なる簡単な修正、同等の変更および修飾は、すべてが本発明の技術案の保護範囲内に落ちる。