JP2012190702A - 一体型可逆接触器 - Google Patents

Abstract

【課題】大電流を流す用途において接続関係の切替に用いた場合でも回生電流による電源への障害が抑制され、しかも、接続関係の切替の際の時間を調節可能にする。
【解決手段】電磁石装置２は、励磁用巻線２３１、２３２への通電状態に応じて規定した２位置の間で移動する可動子２５を備える。接点装置３は、可動子２５からの駆動力が伝達されることにより移動する可動接触子３６１、３６２、３６３を備え切替接点を構成する。駆動回路４は、可動子２５が２位置の間で移動する遷移期間において励磁用巻線２３１、２３２に通電する電流を調節することにより可動子２５の移動速度を調節する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁石を用いて接点の切替を行う一体型可逆接触器に関するものである。

一般に、電動機のような負荷は電源との接続関係を変更することによって動作が変化する。たとえば、三相誘導電動機は、三相誘導電動機の各端子Ｕ、Ｖ、Ｗに対し、三相交流のＲ相、Ｓ相、Ｔ相をそれぞれ接続する場合と、三相交流のＴ相、Ｓ相、Ｒ相をそれぞれ接続する場合とで、移動（回転または直進）する向きが逆になる。また、直流電力で駆動される負荷には、直流電源の極性を変えることにより、動作が変化するものがある。

負荷に対する電源の接続関係を変更するには、機械式の接点を備えるスイッチ要素を用いる場合と、半導体スイッチのような無接点のスイッチ要素を用いる場合とがある。後者のスイッチ要素は、接続関係を切り換える際にアークが発生しないという利点があるが、オン時の電気抵抗が比較的大きいから、負荷に大電流を流す場合には不利益になる。したがって、アークの発生という不利益があるものの機械式の接点を備えるスイッチ要素は依然として広く用いられている。

この種のスイッチ要素としては、たとえば、図５、図６に示す構成の電磁接触器が用いられている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。この電磁接触器の器体１００は、電磁石装置２００を収納したボディ１１０と、接点装置３００を収納したカバー１２０とを結合して形成される。

電磁石装置２００は、固定鉄芯２１０と可動鉄芯２２０と励磁用巻線２３０とを備える。固定鉄芯２１０および可動鉄芯２２０は、それぞれ３本の脚片の一端部を連結したＥ字状に形成され、脚片の先端面同士を対向させて配置される。固定鉄芯２１０と可動鉄芯２２０との中央の脚片は励磁用巻線２３０に挿入される。また、可動鉄芯２２０は、弾性を有する線材を曲げてＣ字状に形成した復帰ばね２６０と結合され、復帰ばね２６０の一部はボディ１１０に取り付けられる。

可動鉄芯２２０は、励磁用巻線２３０に通電していない状態では、復帰ばね２６０から受ける力によって固定鉄芯２１０から離れて位置し、励磁用巻線２３０に通電している状態では、固定鉄芯２１０に吸引され固定鉄芯２１０に接触する。つまり、可動鉄芯２２０は、励磁用巻線２３０に通電する状態と通電しない状態とで、規定された２つの位置の間で移動する。

一方、接点装置３００は、カバー１２０に固定された固定接点３４０、３５０と、可動鉄芯２２０の移動に伴って固定接点３４０、３５０に対して移動する可動接触子３６０とを備える。可動接触子３６０は、可動鉄芯２２０に結合された可動枠３８０に保持されている。固定接点３４０、３５０は１つの電路上に一対設けられ、可動接触子３６０は、一対の固定接点３４０、３５０に接触して両固定接点３４０、３５０の間を短絡する位置と、固定接点３４０、３５０から離れる位置との規定された２位置の間で移動する。

以下では、上述のような構成を備えた電磁接触器を用いて、電動機の正転と逆転とを切り換える場合を考える。電動機は、回転型の三相誘導電動機を想定する。この場合、電動機の正転と逆転とを切り換えるために、図７に示す構成を用いることが考えられる。図示例では、三相交流である電源２０の電圧の位相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）と、電動機３０の接続端子３０１、３０２、３０３（Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子）との間に、２個の電磁接触器１０１、１０２を接続している。

一方の電磁接触器１０１は、３組の接点セット４１１、４１２、４１３と、接点セット４１１、４１２、４１３を開閉させる電磁石装置２０１とを備える。また、他方の電磁接触器１０２は、３組の接点セット４２１、４２２、４２３と、接点セット４２１、４２２、４２３を開閉させる電磁石装置２０２とを備える。ここに、「接点セット」は、それぞれ２個の固定接点と１個の可動接触子とからなり、可動接触子を介して２個の固定接点の間を導通させる状態と、可動接触子が２個の固定接点から離れる状態とを選択することができる装置を意味する。

個々の電磁接触器１０１、１０２は上述した電磁接触器と同様の構成を備える。すなわち、電磁石装置２０１、２０２は電磁石装置２００と同様の構成を備え、接点セット４１１、４１２、４１３、４２１、４２２、４２３は接点装置３００と同様の構成を備える。ただし、図７に示す構成では、電磁石装置２０１が３組の接点セット４１１、４１２、４１３を開閉させ、電磁石装置２０２が３組の接点セット４２１、４２２、４２３を開閉させる。

電磁接触器１０１は、電源２０のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と電動機３０の接続端子３０１、３０２、３０３（Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子）とを一対一に接続する電路を形成する。また、他方の電磁接触器１０２は、電源２０のＲ相、Ｓ相、Ｔ相を電動機３０の接続端子３０３、３０２、３０１（Ｗ端子、Ｖ端子、Ｕ端子）とを一対一に接続する電路を形成する。すなわち、電磁接触器１０１は正転用になり、電磁接触器１０２は逆転用になる。

ところで、図７の構成では、電磁接触器１０１の接点セット４１１、４１２、４１３と、電磁接触器１０２の接点セット４２１、４２２、４２３とが同時に投入されると、電源２０の相間が短絡することになる。また、電動機３０の回転向きを変更する際に慣性によって電動機３０が回転している期間は回生電流が生じるから、この期間に電動機３０を電源２０に接続すると、回生電流が電源２０に逆流し、電源２０に障害が生じるおそれがある。

電動機３０の正転と逆転との切替に２個の電磁接触器１０１、１０２を用いる場合、両電磁接触器１０１、１０２に機械的に結合されるインターロックユニット（図示せず）を用いることが多い。インターロックユニットは、両電磁接触器１０１、１０２が同時に投入されるのを防止する機能を有している。

電磁接触器１０１、１０２は、上述のように、可動鉄芯２２０を定位置に移動させるためにＣ字状に形成した復帰ばね２６０を用いている。この形状の復帰ばね２６０を用いると、コイルばねを用いる場合に比較して、接点の開閉（とくに、開放）の速度を低減させることができる。すなわち、電動機３０の正転と逆転とを切り換える際に生じる回生電流による電源２０への障害が抑制されることになる。

具体的には、Ｃ字状の復帰ばね２６０を用いると、接点装置３００が閉じた状態から開く状態に移行する速度が、図８に示すように、コイルばねの半分程度になり、接点装置３００の開放（遮断）の際のアークエネルギーを大幅に低減させることができる。ただし、接点装置３００の移行速度は遅いほどよいわけではなく、遅すぎる場合には再点弧を生じて、アークエネルギーがかえって増大する場合もある。したがって、接点装置３００が閉じた状態から開く状態に移行する速度は、接点装置３００の遮断時におけるアークエネルギーの低減にとって重要な要素である。

特開平６−６８７６３号公報 特開平７−１０５８１５号公報

ところで、上述のように電動機の正転と逆転とを切り換えるには、２個の電磁接触器１０１、１０２とインタロックユニットとが必要になり、３個の装置が必要になる上に、占有スペースも比較的大きくなるという問題が生じる。

また、回生電流による電源への障害は、Ｃ字状の復帰ばね２６０を用いることによって改善されてはいるが、復帰ばね２６０は電磁接触器１０１、１０２の器体に内蔵されているから、可動接触子３６０の移動速度を自由に調節することはできない。すなわち、電磁接触器１０１、１０２を利用する箇所に応じて可動接触子３６０の移動速度を調節しようとすれば、復帰ばね２６０の特性が異なる複数種類の電磁接触器１０１、１０２を製造することが必要になる。このことは、電磁接触器１０１、１０２の動作のばらつきについて許容範囲を狭めることになり、不良品の発生率を高めて歩留まりの低下になる上に、複数種類の製品の製造や在庫のための設備が必要になり、結果的にコスト増につながるという問題が生じる。

本発明は、大電流を流す用途において接続関係の切替に用いた場合でも回生電流による電源への障害が抑制され、しかも、接続関係の切替の際の時間を調節可能にした一体型可逆接触器を提供することを目的とする。

本発明に係る一体型可逆接触器は、励磁用巻線への通電状態に応じて規定した２位置の間で移動する可動子を備える電磁石装置と、可動子からの駆動力が伝達されることにより移動する可動接触子を備え切替接点を構成する接点装置と、可動子が２位置の間で移動する遷移期間において励磁用巻線に通電する電流を調節することにより可動子の移動速度を調節する駆動回路とを備えることを特徴とする。

この一体型可逆接触器において、駆動回路は、可動子を２位置の間で移動させる遷移期間に励磁用巻線に通電する励磁電流を断続させるスイッチング素子と、スイッチング素子の導通期間と非導通期間とを制御する制御回路とを備えることが好ましい。

この一体型可逆接触器において、接点装置は、可動子が２位置の一方に位置する状態で可動接触子を介して導通する２個の第１の固定接点と、可動子が２位置の他方に位置する状態で可動接触子を介して導通する２個の第２の固定接点とを備え、第１の固定接点と第２の固定接点と可動接触子とにより１組の接点セットが構成されていることが好ましい。

この一体型可逆接触器において、接点装置は、接点セットを２組または３組備え、第１の接点セットにおける第１の固定接点の一方と第２の接点セットにおける第２の固定接点の一方とが電気的に接続され、第１の接点セットにおける第２の固定接点の一方と第２の接点セットにおける第１の固定接点の一方とが電気的に接続され、残りの第１の固定接点および第２の固定接点は接点セット内で互いに電気的に接続されていることがさらに好ましい。

本発明の構成によれば、励磁用巻線に通電する電流を調節することにより、可動接触子を移動させる可動子の移動速度を調節しているから、大電流を流す用途において接続関係の切替に用いた場合でも回生電流による電源への障害が抑制されるという利点があり、また、駆動回路を用いて可動子の移動速度を調節するから、接続関係の切替の際の時間が電気的に調節され、結果的に製品品種を増加させる必要がないという利点がある。

実施形態を示す概略構成図である。 同上の接続例を示す概略構成図である。 同上に用いる駆動回路の動作例を示す図である。 同上に用いる駆動回路の他の動作例を示す図である。 従来の電磁接触器を示す断面図である。 同上の要部を示す分解斜視図である。 同上の使用例を示す回路図である。 同上において接点を開放する速度とアークとの関係を示す図である。

以下に説明する実施形態では、工場などでワークを吊り下げ、電動機の動力を用いて移動するホイストクレーンに用いることを想定して説明するが、一体型可逆接触器の用途を限定する趣旨ではない。ホイストクレーンは、水平面内でレールに沿って走行する機能と、ワークの昇降を行う機能とを備えており、ホイストクレーンの電動機は、正転と逆転とを行う必要がある。電動機は、回転型の三相誘導電動機を想定している。

したがって、電源２０（図２参照）は、三相交流であり、電源２０と電動機３０との間に、電動機３０の正転と逆転とを選択するために、本実施形態の一体型可逆接触器１０が設けられる。以下では、電源２０から出力される電圧の位相を、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相として説明する。一方、電動機３０は、三相誘導電動機であるから三相分の接続端子をＵ端子、Ｖ端子、Ｗ端子として説明する。

電源２０と電動機３０との間に設けられた一体型可逆接触器１０は、図１、図２に示すように、電源２０が接続される３個の端子１４１、１４２、１４３を器体（図示せず）に備える。また、一体型可逆接触器１０は、電動機３０のＵ端子、Ｖ端子、Ｗ端子が接続される３個の端子１５１、１５２、１５３を器体（図示せず）に備える。器体は合成樹脂成形品のような絶縁材料により形成される。

器体は、電磁石装置２を収納したボディ（図示せず）と、接点装置３を収納したカバー（図示せず）とを結合して形成される。ボディとカバーとは、合成樹脂成形品のほかセラミックスの成形品を用いて形成される場合もある。とくに、接点装置３を収納するカバーは耐アーク性の観点からセラミックスを用いることが好ましい。また、接点装置３を収納する空間は気密性を有し、水素のように熱伝導率の高い消弧性ガスを封入することが好ましい。消弧性ガスとして水素を用いるのは、アークにより発生した熱の放熱性を高め、冷却により消弧を促進することが期待されるからである。また、水素は還元性を有するから、分解物が接点表面に付着することがなく、接点表面が清浄な状態に維持される。

電磁石装置２は、固定鉄芯２１と可動鉄芯２２と２個の励磁用巻線２３１、２３２とを備える。固定鉄芯２１は、筒状の周壁２１１と、周壁２１１の軸線に沿う方向の両端面に配置された２枚の底板２１２、２１３とを備える形状に磁性体により形成されている。固定鉄芯２１は、底板２１２、２１３の外周縁が円形になる円筒状のほか、底板２１２、２１３の外周縁が多角形状になる多角筒状など、適宜の筒状に形成される。底板２１２、２１３は、必ずしも周壁２１１の両端面を閉塞する必要はなく、底板２１２、２１３は中央部が貫通していてもよい。

各底板２１２、２１３は、それぞれ周壁２１１の内部空間に臨む表裏の一面に突設された柱状の磁極凸部２１４、２１５を備える。すなわち、底板２１２の一面の中央部に磁極凸部２１４が一体に突設され、底板２１３の一面の中央部に磁極凸部２１５が一体に突設され、磁極凸部２１４、２１５は先端面を互いに対向させるように配置される。

周壁２１１の軸線に沿う方向の中央部には、周壁２１１の内周面に一体に突設された環状の磁極板２１６が形成される。磁極板２１６は、磁極凸部２１４、２１５の先端面間の中央付近に位置し、磁極板２１６は、磁極凸部２１４、２１５の先端面の形状に略一致する形状に開口した貫通孔２１７を中央部に備える。

固定鉄芯２１の内部空間には、筒状の巻き枠（図示せず）に巻装された２個の励磁用巻線２３１、２３２が配置される。巻き枠は、内周面の断面形状が磁極板２１６に設けた貫通孔２１７の開口形状に略一致している。励磁用巻線２３１は、底板２１２と磁極板２１６との間に配置され、励磁用巻線２３２は、底板２１３と磁極板２１６との間に配置される。したがって、励磁用巻線２３１に通電すると底板２１２と磁極板２１６とが励磁され、励磁用巻線２３２に通電すると底板２１３と磁極板２１６とが励磁される。

すなわち、固定鉄芯２１は、各底板２１２、２１３にそれぞれ設けた２個の磁極凸部２１４、２１５と、周壁２１１に設けた磁極板２１６との３個の磁極部を備えることになる。また、周壁２１１および底板２１２、２１３が各一対の磁極部の間を磁気結合する継鉄部として機能することになる。

上述の構成例は、１個の巻き枠に１個の励磁用巻線２３１、２３２を巻装して２個の巻き枠を設ける場合を想定しているが、１個の巻き枠に２個の励磁用巻線２３１、２３２を巻装してもよい。また、磁極凸部２１４、２１５は必須ではなく、底板２１２、２１３を磁極に用いてもよい。さらに、底板２１２、２１３は、磁極板２１６と同様に環状に形成することも可能である。

上述した固定鉄芯２１は、軸線を含む平面で２分割した形状の２部材を組み合わせることにより形成する。また、周壁２１１と底板２１２、２１３との３部材を組み合わせることにより形成してもよい。また、固定鉄芯２１は、必ずしも筒状に形成しなくてもよく、断面Ｅ字状に形成した２部材を向かい合わせに組み合わせることにより形成してもよい。

ところで、巻き枠内には、磁性体で棒状に形成された可動鉄芯２２が配置される。可動鉄芯２２は、固定鉄芯２１の軸線に沿う方向において移動可能であって、移動方向においては、各一方の磁極凸部２１４、２１５の先端面と磁極板２１６の側面との間の距離に略等しい長さを有する。また、可動鉄芯２２は、移動方向に直交する断面において、断面形状が巻き枠の内側面の断面形状に略一致する。

上述したように、励磁用巻線２３１に通電すると底板２１２と磁極板２１６とが励磁されるから、可動鉄芯２２は、底板２１２に設けた磁極凸部２１４と磁極板２１６との磁気抵抗を低減するように磁極凸部２１４に近付く向きに移動する。一方、励磁用巻線２３２に通電すると底板２１３と磁極板２１６とが励磁されるから、可動鉄芯２２は、底板２１３に設けた磁極凸部２１５と磁極板２１６との磁気抵抗を低減するように磁極凸部２１５に近付く向きに移動する。

すなわち、２個の励磁用巻線２３１、２３２の各一方に選択的に通電することにより、可動鉄芯２２を規定した２位置の間で移動させることができる。以下では、励磁用巻線２３１にのみ通電したときの可動鉄芯２２の位置を第１位置と呼び、励磁用巻線２３２にのみ通電したときの可動鉄芯２２の位置を第２位置と呼ぶ。上記構成では、可動鉄芯２２を第１位置に保持しようとすれば励磁用巻線２３１に通電し続ける必要がある。また、可動鉄芯２２を第２位置に保持しようとすれば励磁用巻線２３２に通電し続ける必要がある。

一方、固定鉄芯２１または可動鉄芯２２に永久磁石を設けて有極型の電磁石を構成してもよい。この構成では、可動鉄芯２２が第１位置または第２位置に移動した後に、励磁用巻線２３１、２３２への通電を停止しても、可動鉄芯２２の位置を保持することが可能になる。すなわち、励磁用巻線２３１、２３２に通電することなく、可動鉄芯２２を第１位置と第２位置とのいずれかの位置に保持することができ、いわゆる双安定の動作になる。

また、可動鉄芯２２に第１位置と第２位置との一方の位置に向かう向きの力を与えるばねが設けられていれば、可動鉄芯２２を他方の位置に移動させるための１個の励磁用巻線を設けるだけで、可動鉄芯２２を２位置の間で移動させることが可能になる。この構成では、励磁用巻線が１個だけになり、可動鉄芯２２を前記他方の位置に保持し続けるには、励磁用巻線に通電し続けることになる。ただし、可動鉄芯２２を前記他方の位置に保持するには励磁用巻線への通電を停止すればよい。すなわち、この構成を採用すれば、いわゆる単安定の動作になる。

可動鉄芯２２には、固定鉄芯２１の一方の底板２１２に挿し通された駆動軸２４が一体に結合される。したがって、駆動軸２４は、可動鉄芯２２の移動に伴って底板２１２からの突出量を変化させる。また、可動鉄芯２２と駆動軸２４とは一体となって可動子２５として機能する。

ところで、接点装置３は、３組の接点セット３１、３２、３３を備える。３組の接点セット３１、３２、３３は、それぞれ切替接点を構成しており、同様の構成を備えているので、以下では、代表例として接点セット（第１の接点セット）３１について説明し、必要に応じて他の接点セット（第２の接点セット、第３の接点セット）３２、３３との関係を説明する。また、接点セット３１を構成する部材に付与した符号の末尾の「１」を「２」「３」に読み替えることによって、他の接点セット３２、３３の構成に対応する。

１組の接点セット３１は、カバーに対して固定された４個の固定接点３２１、３３１、３４１、３５１と、固定接点３２１、３３１、３４１、３５１に離接する１個の可動接触子３６１とを備えている。可動接触子３６１は、銅のような導電性材料を用いて板状に形成されている。また、３個の接点セット３１、３２、３３を構成する３個の可動接触子３６１、３６２、３６３は絶縁材料により形成された可動枠（図示せず）に接圧ばね（図示せず）とともに保持される。

可動枠は、後述するように、電磁石装置２の駆動軸２４（可動子２５）に連結され、可動子２５からの駆動力が伝達されることにより、駆動軸２４が移動する方向に直進移動する。また、可動接触子３６１は、可動枠が移動する方向に対して直交するように配置され、可動枠の移動に伴って厚み方向に移動する。

接圧ばねは、コイルばねであって、可動接触子３６１を厚み方向の両側から支持する。すなわち、接圧ばねは可動接触子３６１の厚み方向の各一面と可動枠との間に配置され、接圧ばねのばね力によって可動接触子３６１を可動枠に対して支持する。なお、この構成例では、３個の接点セット３１、３２、３３で１個の可動枠を共用しているが、接点セット３１、３２、３３ごとに可動枠を個別に設けてもよい。また、３個の可動接触子３６１、３６２、３６３は、同じ平面上に配列するのが好ましいが、厚み方向に配列することも可能である。

１組の接点セット３１に設けられている４個の固定接点３２１、３３１、３４１、３５１は、可動接触子３６１に沿って２個ずつ並べて配置され、かつ２個ずつ対向するように配置される。つまり、固定接点３２１と固定接点３３１とが可動接触子３６１に沿って並び、固定接点３４１と固定接点３５１とが可動接触子３６１に沿って並ぶ。また、固定接点３２１と固定接点３４１とが対向するように配置され、固定接点３３１と固定接点３５１とが対向するように配置される。以下では、固定接点３２１および固定接点３３１を第１の固定接点と呼び、固定接点３４１および固定接点３５１を第２の固定接点と呼ぶ。第１の固定接点（３２１、３３１）と第２の固定接点（３４１、３５１）とは可動接触子３６１の厚み方向に離間して配置され、第１の固定接点と第２の固定接点との間に可動接触子３６１が配置される。

上述した構成により、電磁石装置２の駆動軸２４（可動子２５）が移動すると、可動子２５からの駆動力が可動枠に伝達されて可動枠が移動する。さらに、可動枠の移動に伴って可動接触子３６１が第１の固定接点（３２１、３３１）と第２の固定接点（３４１、３５１）との一方に選択的に接触する。言い換えると、可動接触子３６１は、第１の固定接点である２個の固定接点３２１、３３１を導通させる位置と、第２の固定接点である２個の固定接点３４１、３５１を導通させる位置との規定された２位置の間で移動する。要するに、接点セット３１は、可動子２５が規定された２位置の一方に位置する状態で可動接触子３６１を介して導通する２個の第１の固定接点（３２１、３３１）を備える。また、接点セット３１は、可動子２５が規定された２位置の他方に位置する状態で可動接触子３６１を介して導通する２個の第２の固定接点（３４１、３５１）を備える。

可動子２５が移動する距離は、第１の固定接点と第２の固定接点との距離よりも大きく設定されており、可動接触子３６１が第１の固定接点と第２の固定接点との一方に接触した状態では接圧ばねが伸縮する。すなわち、接圧ばねの伸縮量は、可動接触子３６１が第１の固定接点または第２の固定接点に接触した後の可動枠の移動量（つまり、オーバートラベル量）により決まる。

ところで、接点セット３１における第１の固定接点の一方（固定接点３３１）と、接点セット３３における第２の固定接点の一方（固定接点３５３）とは電気的に接続される。また、接点セット３１における第２の固定接点の一方（固定接点３５１）と、接点セット３３における第１の固定接点の一方（固定接点３３３）とは、電気的に接続される。残りの第１の固定接点および第２の固定接点は、接点セット内で互いに電気的に接続される。すなわち、接点セット（第１の接点セット）３１では、固定接点３２１と固定接点３４１とが電気的に接続される。また、接点セット（第２の接点セット）３２では、固定接点３２２と固定接点３４２とが電気的に接続され、かつ固定接点３３２と固定接点３５２とが電気的に接続される。さらに、接点セット（第３の接点セット）３３では、固定接点３２３と固定接点３４３とが電気的に接続される。

ここに、固定接点３３１と固定接点３５３とは端子１５３に接続され、固定接点３５１固定接点３３３とは端子１５１に接続される。また、固定接点３３２と固定接点３５２とは端子１５２に接続される。一方、端子１４１は固定接点３２１と固定接点３４１とに接続され、端子１４２は固定接点３２２と固定接点３４２とに接続され、端子１４３は固定接点３２３と固定接点３４３とに接続される。

上述した構成では、励磁用巻線２３１、２３２の一方を選択して通電することにより、可動子２５を規定された２位置の一方の位置に選択的に移動させることになる。したがって、励磁用巻線２３１、２３２の通電状態に応じて、可動接触子３６１を介して２個の固定接点３２１、３３１が導通する状態と、可動接触子３６１を介して２個の固定接点３４１、３５１が導通する状態とを選択することができる。

ところで、上述した一体型可逆接触器１０を電動機３０の正転と逆転とを切り替えるために用いる場合は、図２のように接続する。すなわち、電源２０のＲ相、Ｓ相、Ｔ相は、一体型可逆接触器１０の端子１４１、１４２、１４３に個々に接続され、電動機３０のＵ端子、Ｖ端子、Ｗ端子は、一体型可逆接触器１０の端子１５１、１５２、１５３に個々に接続される。電源２０と一体型可逆接触器１０と電動機３０とがこの関係で接続されていれば、励磁用巻線２３１、２３２の一方を選択して通電ことにより、電源２０と電動機３０との接続関係を変更し、電動機３０の正転と逆転とを切り替えることができる。

上述した動作では、電動機３０の正転と逆転との通電状態が択一的に選択されるから、正転時の通電状態と逆転時の通電状態とが同時に生じることはない。すなわち、インタロックユニットにより実現されている機能のうち、電動機３０の正転と逆転との通電状態を同時に生じさせない機能を実現することができる。しかしながら、正転と逆転とを切り替える遷移期間を比較的長くとる機能は、上述した構成のみでは実現できない。

そこで、本実施形態では、図１に示すように、励磁用巻線２３１と励磁用巻線２３２との一方に通電する状態から他方に通電する状態への遷移期間において、励磁用巻線２３１、２３２に通電する電流を調節する駆動回路４を設けている。駆動回路４は、２個の励磁用巻線２３１、２３２に個々に直列接続された少なくとも２個のスイッチング素子４１、４２を備える。さらに、駆動回路４は、個々のスイッチング素子４１、４２の導通期間と非導通期間とを制御する制御回路４３を備える。

この駆動回路４は、制御回路４３によってスイッチング素子４１、４２の導通期間と非導通期間とを制御するから、個々の励磁用巻線２３１、２３２に通電する励磁電流を断続させることができる。すなわち、制御回路４３は、スイッチング素子４１、４２の導通期間と非導通期間との比率（デューティ比）を調節することにより、励磁用巻線２３１、２３２に通電する励磁電流の時間変化を調節する。導通期間と非導通期間とは、可動子２５が規定された２位置の一方と他方との間で移動する最小時間に対して十分に短い時間であることが好ましいが、この条件が必須というわけでははない。

駆動回路４から励磁用巻線２３１、２３２に通電する励磁電流（デューティ比）は、たとえば、図３のように時間経過に伴って変化させる。図３に示す動作例において、駆動回路４は、可動子２５の移動を開始する時点では、比較的大きい励磁電流を流しているが、移動が開始されると励磁電流を減少させることにより可動子２５に作用する加速度を低減させている。その後、可動子２５の移動が終了に近付くと励磁電流を増加させる。図３に示す動作例では、可動子２５を移動させるために、駆動回路４は、一方の励磁用巻線２３１、２３２にのみ励磁電流を流している。励磁用巻線２３１、２３２に通電する励磁電流が図３に示すように変化すると、励磁電流を減少させない場合に比較すると、可動子２５は、遷移期間における移動速度が低下することになる。

すなわち、駆動回路４により励磁電流が調節されることにより、遷移期間が引き延ばされ、電動機３０の正転と逆転とを切り替える際の切替時間が引き延ばされる。したがって、電動機３０の正転と逆転とを切り替える際に発生する回生電流は、電源２０に回り込みにくくなり、回生電流による電源２０への影響を軽減することができる。

ところで、駆動回路４は、励磁用巻線２３１、２３２ごとにスイッチング素子４１、４２を備えているから、２つの励磁用巻線２３１、２３２に通電する励磁電流を調節することによっても、可動子２５の移動速度を調節することができる。すなわち、図４（ａ）に示すように、駆動回路４は、可動子２５を移動を開始するために、一方の励磁用巻線（たとえば、２３１）への通電を開始し、図４（ｂ）に示すように、その直後に、他方の励磁用巻線（たとえば、２３２）への通電も開始する。

可動子２５の移動を開始させる一方の励磁用巻線（たとえば、２３１）だけではなく他方の励磁用巻線（たとえば、２３２）にも通電することは、可動子２５が移動を開始した後に制動していることになる。したがって、可動子２５に作用する加速度を低減させるのではなく、逆向きの加速度を可動子２５に作用させることになり、図３の動作に比較すると、可動子２５の移動速度を一層低減させることになる。

上述した動作例では、駆動回路４は、励磁電流の通電を開始してからの経過時間に応じて通電電流を規定している。この制御によって、制御を行わない場合に比較すれば、遷移期間を増加させることができるが、オープン制御であるから遷移期間にばらつきを生じる可能性がある。したがって、可動子２５の位置を検出する位置センサを設け、位置センサが検出した可動子２５の位置に応じて励磁電流を調節するようにしてもよい。

また、上述した構成では、固定鉄芯２１と可動鉄芯２２とのいずれにも永久磁石を用いていないが、永久磁石を含む有極型の電磁石装置２を用いてもよい。また、電磁石装置２が有極型であれば、可動子２５が第１位置と第２位置とに位置する際に励磁用巻線２３１、２３２に励磁電流を流す必要がないから、省エネルギーになるという利点がある。とくに、可動鉄芯２２に永久磁石を用いた有極型の電磁石装置２を用いると、遷移期間において磁力を用いて可動鉄芯２２を静止させることが可能になり、遷移期間を任意に調節することが可能になる。

また、極性を持たない電磁石装置２を用いると、有極型の電磁石装置２に比べてエネルギーの利用効率が低下するが、永久磁石が不要であって材料コストを低減できる利点がある。さらに、第１位置と第２位置とのうちの一方では磁力を用いて保持し、他方ではばね力を用いて保持する構成の電磁石装置２を採用することも可能である。さらに、スイッチング素子に代えてインピーダンス要素を用いて励磁用巻線２３１、２３２に通電する電流を調節する構成を採用しても同様の動作を行うことができる。ただし、この構成を採用すると損失がやや増加する可能性がある。

上述した実施形態では、電動機３０として三相誘導電動機を例示したので、３組の接点セット３１、３２、３３を備える例を示したが、単相の電動機であれば接点装置３には、２組の接点セットがあればよい。また、上述の構成は、１回路に２個の固定接点（たとえば、固定接点３２１、３３１）が挿入される２点切りの構成例であるが、１回路に１個の固定接点が挿入される１点切りの構成を採用することも可能である。

２ 電磁石装置
３ 接点装置
４ 駆動回路
２５ 可動子
３１、３２、３３ 接点セット
４１、４２ スイッチング素子
４３ 制御回路
２３１、２３２ 励磁用巻線
３２１、３３１ 第１の固定接点
３２２、３３２ 第１の固定接点
３２３、３３３ 第１の固定接点
３４１、３５１ 第２の固定接点
３４２、３５２ 第２の固定接点
３４３、３５３ 第２の固定接点

Claims (4)

1. 励磁用巻線への通電状態に応じて規定した２位置の間で移動する可動子を備える電磁石装置と、前記可動子からの駆動力が伝達されることにより移動する可動接触子を備え切替接点を構成する接点装置と、前記可動子が前記２位置の間で移動する遷移期間において前記励磁用巻線に通電する電流を調節することにより前記可動子の移動速度を調節する駆動回路とを備えることを特徴とする一体型可逆接触器。
2. 前記駆動回路は、前記可動子を前記２位置の間で移動させる遷移期間に前記励磁用巻線に通電する励磁電流を断続させるスイッチング素子と、前記スイッチング素子の導通期間と非導通期間とを制御する制御回路とを備えることを特徴とする請求項１記載の一体型可逆接触器。
3. 前記接点装置は、前記可動子が前記２位置の一方に位置する状態で前記可動接触子を介して導通する２個の第１の固定接点と、前記可動子が前記２位置の他方に位置する状態で前記可動接触子を介して導通する２個の第２の固定接点とを備え、前記第１の固定接点と前記第２の固定接点と前記可動接触子とにより１組の接点セットが構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の一体型可逆接触器。
4. 前記接点装置は、前記接点セットを２組または３組備え、第１の接点セットにおける前記第１の固定接点の一方と第２の接点セットにおける前記第２の固定接点の一方とが電気的に接続され、第１の接点セットにおける前記第２の固定接点の一方と第２の接点セットにおける前記第１の固定接点の一方とが電気的に接続され、残りの前記第１の固定接点および前記第２の固定接点は接点セット内で互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項３記載の一体型可逆接触器。

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