CN1126124C - 电磁铁装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的电磁铁装置包括：贯穿线圈10的铁芯20；1对永久磁铁30，在从线圈10伸出的铁芯20的两端处配置同极，而且磁极方向相同；在铁芯20的两端处形成的铁芯磁极23；将1对永久磁铁30的与上述铁芯20相对的磁极的相反一侧的磁极连接起来的轭铁40；铁片50，该铁片在该轭铁40上具有支点42，以该支点42为中心以可自由转动的方式被支承，在两端处具有与铁芯磁极23相对的铁片磁极53。

Description

电磁铁装置
技术领域
本发明主要涉及使用于小型光中继器的电磁铁装置。
背景技术
迄今为止已提出了图8或图9中示出的装置来作为使用极化磁路的电磁铁装置。
在图8中示出的电磁铁装置中，将贯穿线圈1的铁芯2的两端折弯，形成铁芯磁极3，将永久磁铁4配置于铁芯2的线圈绕线部的中央处，以该永久磁铁4为支点以可自由转动的方式支承铁片5，使该铁片5两端的铁片磁极6与上述铁芯磁极3相对。
在图9中示出的电磁铁装置中，将贯穿线圈1的铁芯2的两端折弯，形成铁芯磁极3，在一侧的铁芯磁极3与另一侧的铁芯磁极3之间配置具有3点磁化后的N-S-N(或S-N-S)磁极的永久磁铁4，以该永久磁铁4的中央磁极为支点以可自由转动的方式支承铁片5，使该铁片5两端的铁片磁极6与上述铁芯磁极3相对。
但是，在图8示出的电磁铁装置中，由于在线圈的绕线部配置永久磁铁4，故使线圈1的匝数减少。此外，由于永久磁铁4将线圈的绕线部分成2半的形状，故绕线设备变得复杂，在图8中因为从左侧的线圈绕线部向右侧的线圈绕线部进行过渡布线时绕线速度必须变慢故绕线时间增加，除此之外还存在过渡布线容易断线等问题。
此外，在图9示出的电磁铁装置中，由于永久磁铁是3点磁化，故限定于使用各向同性的铁氧体磁铁或铁铬钴系磁铁等磁性较弱的磁铁，除此之外，在装置完成状态下的磁化是困难的，结果就存在成本增加的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述的以往问题而开发的，本发明要解决的课题是提供这样一种电磁铁装置，在该装置中可不将永久磁铁配置于线圈的绕线部，不必进行过渡布线，同时，永久磁铁的磁化很容易并且装置的价格便宜。
用于解决上述课题的第1发明包括：
贯穿线圈的铁芯；
1对永久磁铁，在以上述线圈伸出的铁芯的两端处配置同极，而且磁极方向相同；
在上述铁芯的两端形成的铁芯磁极；
将上述1对永久磁铁的与上述铁芯相对的磁极的相反一侧的磁极连接起来的轭铁；
铁片，该铁片在该轭铁上具有支点，并以该支点为中心以可自由转动的方式被支承，在该铁片的两端处具有与上述铁芯磁极相对的铁片磁极。
如采用该第1发明，将永久磁铁配置于贯穿线圈的铁芯的两端，而不是配置于线圈绕线部分的中间。因此，使线圈的绕线变得容易，可将线圈的截面积取大以增加吸引力。此外，由于在线圈的绕线部分两端附近配置永久磁铁，故永久磁铁的大部分磁通与线圈的磁通发生作用，可实现永久磁铁的小型化。再有，由于1对永久磁铁的磁极方向是相同的，故组装后的磁化很容易。
在上述第1发明中，将贯穿上述线圈的铁芯的两端在与线圈轴心垂直的相同方向上折弯而设置折弯部分，将该折弯部分的与线圈轴心大致平行的面作为铁芯磁极，最好这样来配置永久磁铁，使之与上述折弯部分之间具有间距，并且在折弯方向上具有磁极。
如这样做的话，由于将永久磁铁夹在线圈与铁芯的折弯部分之间，故可减少漏磁通，可谋求永久磁铁的小型化。
用于解决上述课题的第2发明是在上述第1发明中将贯穿上述线圈的铁芯的两端分成与线圈的轴心大体平行的2个分支，配置永久磁铁使其一侧的磁极与1个分支相对，并使其在与线圈轴心垂直的方向上具有磁极，将另一个分支在永久磁铁的磁极方向上折弯，将与线圈轴心大致平行的面作为铁芯磁极。
如采用该第2发明，由于铁芯磁极和永久磁铁都设在在与线圈轴心垂直的方向上，故全长可缩短，可谋求装置的小型化。
用于解决上述课题的第3发明包括：
铁芯，其大致中央部分贯穿线圈的平面大致呈日文的コ字形；
1对永久磁铁，在从上述线圈中伸出的铁芯的二端处配置同极，而且在铁芯的厚度方向上具有磁极；
在上述铁芯的两端处在配置了上述永久磁铁的面的延长面上形成的铁芯磁极；
轭铁，其与上述铁芯平行地配置的平面大致呈反コ形，以使其两端部与上述1对永久磁铁的与上述铁芯相对的磁极的相反一侧的磁极相对；
铁片，该铁片在该轭铁的大致中央部分处及在与上述永久磁铁相对的面的延长面上具有转动支点，其中央部分在上述转动支点上以可自由转动的方式被支承，该铁片在其两端处具有与上述铁芯磁极相对的铁片磁极。
如采用该第3发明，由于在由轭铁和铁芯所夹的空间内配置铁片，故静区较小，可谋求装置的小型化。此外，由于其平面呈コ字形的铁芯与其平面呈反コ字形的轭铁通过永久磁铁重叠在一起，故可实现装置的薄型化。
用于解决上述课题的第4发明包括：
铁芯，其大致中央部分贯穿线圈的平面大致呈コ字形；
1对永久磁铁，在以上述线圈伸出的铁芯的两端处配置同极，而且在铁芯的厚度方向上具有磁极；
在通过将上述铁芯的两端沿大致与线圈轴心平行的线在厚度方向上折弯而形成的折弯部分的与配置了上述永久磁铁的面成直角的面上形成的铁芯磁极；
轭铁，其与上述铁芯平行地配置的平面大致呈反コ形，以使其两端部与上述1对永久磁铁的与上述铁芯相对的磁极的相反一侧的磁极相对；
铁片，将从该轭铁的大致中央部分起延伸设置的舌状态部分沿与线圈轴心大致平行的线在厚度方向上折弯，在该舌状态部分的与上述铁芯磁极大致平行的面上具有转动支点，该铁片的中央部分在上述转动支点上以可自由转动的方式被支承，其两端处具有与上述铁芯磁极相对的铁片磁极。
如采用该第4发明，可得到与上述第3发明相同的作用效果。但是，该第4发明的铁片转动方向相对于第3发明的铁片转动方向构成直角。因而，可根据被驱动部分的位置或方向来适当地配置电磁铁装置。
在以上所述的发明中，可使上述1对永久磁铁各自的磁场强度不同。由此，可简单地构成所谓的单稳态工作型电磁铁装置。
此外，最好将由上述铁芯和轭铁所夹的永久磁铁的除两极以外的另4个面与卷绕上述线圈的线圈架整体地设置。如这样做的话，可稳定永磁铁的位置，消除特性的偏移。
再有，最好在与连接上述铁芯磁极的线垂直的方向上配置的2点处形成上述铁片的转动支点。如这样做的话，可稳定铁片的转动动作。
附图说明
图1示出与本发明的第1实施形态有关的电磁铁装置，(A)是分解斜视图，(B)是省略了线圈架的分解斜视图。
图2是图1的电磁铁装置的水平截面图。
图3是图1的电磁铁装置的磁路图。
图4示出图1的电磁铁装置的吸引力曲线，(A)是单稳态工作时的吸引力曲线，(B)是维持工作时的吸引力曲线。
图5示出与本发明的第2实施形态有关的电磁铁装置，(A)是组合斜视图，(B)是分解斜视图。
图6示出与本发明的第3实施形态有关的电磁铁装置，(A)是组合斜视图，(B)是分解斜视图。
图7示出与本发明的第4实施形态有关的电磁铁装置，(A)是组合斜视图，(B)是分解斜视图。
图8是现有的电磁铁装置的简图。
图9是现有的另一种电磁铁装置的简图。
图10是与本发明的电磁铁装置的简图。
以下按照附图说明本发明的实施例。
图10是本发明有关的电磁铁装置的简图。
具体实施方式
图1示出与本发明有关的电磁铁装置的第1实施形态。该电磁铁装置由贯穿线圈10的铁芯20，1对永久磁铁30，轭铁40和铁片50构成。
贯穿线圈10的铁芯20具有其两端相对于线圈10的轴心大致成直角地被折弯的第1折弯部分21和该第1折弯部分21的前端再次在与线圈10的轴心方向上大致成直角地被折弯的第2折弯部分22。在第2折弯部分的与线圈10的轴心平行的面上形成铁芯磁极23。第2折弯部分22是为了扩大该铁芯磁极23的磁极面积和降低工作间隙的磁阻而设置的。
1对永久磁铁30分别具有相同长方的形态。配置各个永久磁铁30使之在上述铁芯20的两端处与上述第1折弯部分分21具有预定的间隔。再有，各个永久磁极30的磁化方式是使与铁芯20相对的一侧都是相同的N极，相反的一侧是S极，或者与之相反，并且使连接该N和S的磁极间的方向(磁极方向)与线圈10的轴线垂直。
上述铁芯20及1对永久磁铁30，如图1(A)所示，与线圈架60一起整体地镶嵌成形。在线圈架60的靠近铁芯20两端处设置凸缘61，在该凸缘61之间卷绕线圈10。此外，铁芯20的铁芯磁极23及永久磁铁30的S极从线圈架60处露出。在铁芯20的第1折弯部分21和永久磁铁30之间与线圈架60一起整体地设置从铁芯磁极23的表面少许地伸出的残余部分62。由于上述永久磁铁30的除N极与S极表面以外的另外4个面与线圈架60整体地形成，故可稳定该永久磁铁30的位置。
轭铁40由矩形板构成，其设置方式是使其两端部与上述1对永久磁铁30的S极相对，而且将各个永久磁铁30的S极之间连接起来。轭铁40的中央部分具有在宽度方向的两侧伸出的伸出片41，该伸出片41与两端相比宽度稍宽。而且，在该宽度较宽的中央部分的表面之中，在与永久磁铁30的S极相对的表面的相反一侧的表面上沿着与线圈10的轴心垂直的方向配置以球状伸出的2个转动支点42。
铁片50由比上述轭铁40稍长但大致相同形状的板构成，在中央部分处具有向两侧伸出的伸出片51。在铁片50中央部分的与上述轭铁40相对的表面上形成与上述轭铁40的2个转动支点42啮合的2个凹坑52。此外，在铁片50的两端处形成铁片磁极53。该铁片50的凹坑52啮合到轭铁40的转动支点42，以该转动支点42为中心以可自由转动的方式支承该铁片50。由于有二个转动支点42，故可确保铁片50的稳定转动工作。铁片50两端的铁片磁极53分别以与可动距离相当的间隔与上述铁芯磁极23相对。
在图2中以上述铁片50的转动支点42至左侧(以下称为工作侧)的前端为止的长度L1比至右侧(以下称为返回侧)的前端为止长度L2短。因此，铁片50的铁片磁极53与铁芯磁极23的相对面积在工作侧和返回侧处是不同的，故产生磁失衡，从而可进行励磁时工作无励磁时返回的单稳态型工作。再有，54是与图中未示出的光纤等被驱动部分联接用的联接部件。
其次说明由上述结构构成的电磁铁装置的工作情况。
图3示出图1所示电磁铁装置的磁路。该图中的符号如以下所述。
C；由线圈10引起的磁动势
Pm1；工作侧的永久磁铁30的磁力
Pm2；返回侧的永久磁铁30的磁力
Ra1；工作侧的铁芯磁极23与铁片磁极53间的磁阻
Ra2；返回侧的铁芯磁极23与铁片磁极53间的磁阻
Ry1；工作侧的轭铁40和铁片50之间的磁阻
Ry2；返回侧的轭铁40和铁片50之间的磁阻
Rh；轭铁40的转动支点42与铁片50的凹坑52之间的磁阻
再有，铁芯20、轭铁40、铁片50的各个磁路的内部磁阻用没有符号的电阻记号来表示。
现在，假定在线圈10处于无盛磁状态下，工作侧及返回侧的铁片磁极53与铁芯磁极23之间的间隔相同(工作行程的中间状态)。由永久磁铁30产生的磁通存在作用于工作方向的磁通(图3中用虚线示出)和作用于返回方向的磁通(图3中用实线示出)，但由于如图2中所示工作侧和返回侧处铁片50的长度不同(L1＜L2)，铁芯磁极23和铁片磁极53之间的磁阻Ra1＞Ra2，与由作用于工作侧的磁通引起的吸引力相比，由作用于返回侧的磁通引起的吸引力较大。其结果是铁片50如图2所示反时针方向转动，工作侧的铁片磁极53以铁芯磁极23处离开，返回侧的铁片磁极53保持在通过残余部分62吸附于铁芯磁极23上的状态。在该状态下，通过贯穿线圈10的铁芯20的磁通(实线与虚线的合成磁通)的方向是从永久磁铁Pm1到Pm2的方向。
如对线圈10进行励磁使之产生与在从永久磁铁Pm1至Pm2的方向上通过贯穿线圈10的铁芯20的磁通反方向的磁通，则作用于工作方向的磁通(图3中用虚线示出)增加，作用于返回方向的磁通(图3中用实线示出)减少。其结果是铁片50以图2中的顺时针方向转动，工作侧的铁片磁极53通过残余部分62吸附在铁芯磁极23上，返回侧的铁片磁极53从铁芯磁极23离开。
而且，如解除线圈10的励磁，由于作用于工作方向的磁通(图3中用虚线示出)减少，作用于返回方向的磁通(图3中用实线示出)增加，故铁片50向返回方向转动，返回并保持于图2中示出的返回状态。
在图4(A)中示出这种单稳态型工作的吸引力曲线。如在铁片50的返回位置对线圈10进行励磁，由于工作力按照吸引力曲线a增加，故铁片50转动至工作侧。如解除线圈10的励磁，由于返回力按照吸引力曲线b增加，故铁片转动至返回侧。
在以上说明的实施形态中，作为使工作方向和返回方向的磁阻不同从而可进行单稳态型工作的装置，是使从转动支点42算起的铁片50的长度(L1、L2)不同，但在铁片50的长度做成相同的情况下，使残余部分62的伸出量不同，或是在铁片50和残余部分62的伸出量做成相同的情况下使1对永久磁铁的磁场强度或截面积不同，或是使铁片50的转动支点42从轭铁40的中心部分偏移，或者通过综合采用上述方法，同样可得到单稳态型工作。此外，在上述实施形态中，将残余部分62整体地设置在卷绕线圈10的线圈架60上，但也可将非磁性材料的板或铆钉焊接或铆接到铁片50的磁极面上加以固定。
在必须进行保持动作以代替上述单稳态型工作时，从铁片50的转动支点分42算起的长度最好是相同的。此时，将线圈10做成1个绕组，通过转换其极性来进行励磁。在图4(B)中示出这种保持动作的吸引力曲线。由于在无励磁时由永久磁铁30引起的吸引力曲线C对于行程的中点是对称的，铁片50处于返回位置或工作位置。现假定铁片50处于返回位置，如将线圈10励磁为正极，则由于工作力按照吸引力曲线a增加，铁片50转动至工作侧，即使解除线圈10的励磁，但由于因吸引力曲线c引起的工作力仍保持在该状态。如励磁为负极的话，由于按照返回力吸引力曲线b增加，故铁片转动至返回侧。
再有，也可以在铁芯20上设置卷绕方向不同的2个绕组，分别将其作为定位线圈、复位线圈来使用，以代替以上述方式转换线圈10的极性来励磁。
其次，按照图5-图7说明本发明的其它的实施形态，但在这些图中为简单起见省略线圈架。此外，除了残余部分及用于单稳态型工作的铁芯长度不同等之外，由于磁路仍与上述实施形态相同，故省略有关这些方面的说明，以下只说明与上述实施例不同的部件的结构。
图5示出与本发明有关的电磁铁装置的第2实施形态，将贯穿线圈10的铁芯20的两端用切口24在线圈10的轴线方向上分成第1分支部25和第2分支部分26二个分支。第2分支部26具有相对于线圈10的轴心大致成直角地被折弯后的第1折弯部分27和将该第1折弯部分27的前端再在线圈10的轴心方向上大致成直角地折弯的第2折弯部分28。在第2折弯部分28的平行于线圈轴线的表面上形成铁芯磁极23。
在上述铁芯20的两端的第1分支部25上配置1对永久磁铁30。对各个永久磁铁30进行磁化，使其与铁芯20的第1分支部25相对的一侧都是相同的N极，其相反的一侧是S极，或者与之相反，而且，连接其磁极NS间的方向与线圈10的轴线垂直。
设置轭铁40，使其两端部与上述1对永久磁铁30的S极相对，而且将各个永久磁铁30的S极间连接起来。轭铁40的中央部分具有在宽度方向的一侧伸出的伸出片43，该伸出片43与两端相比宽度稍宽。而且，在该宽度的中央部分的表面中，在与永久磁铁30的S极相对的表面的相反一侧的表面上沿着与线圈10的轴心垂直的方向配置以球状伸出的2个转动支点42。
铁片50在其中央部分具有与上述轭铁40的中央部分的伸出片43相反一侧伸出的伸出片55，除此之外，与上述轭铁40大致为相同的形状。在铁片50的中央部分的与上述轭铁40相对的表面上形成与上述轭铁40的2个转动支点42啮合的2个凹坑52，其两端形成铁片磁极53。而且，该铁片50的凹坑52啮合到轭铁40的转动支点42，以该转动支点42为中心以可自由转动的方式支承该铁片50。铁片50的二端铁片磁极53分另别以相当于可动距离的间隔与上述铁芯磁极23相对。
在该第2实施形态中，由于永久磁铁30和铁芯磁极23都设在在与线圈10的轴心垂直的方向上23，故与将铁芯磁极23配置在永久磁铁30的外侧的图1的实施例相比，可缩短全长。
再有，在该第2实施例中，将铁片50配置在轭铁40的外侧(与线圈10相反的方向)，但也可将铁片50配置在轭铁40的内侧，即铁芯20和轭铁40之间。此外，也可将永久磁铁和磁极以点对称的方式进行配置。
图6示出与本发明有关的电磁铁装置的第3实施形态。
贯穿线圈10的铁芯20由其两端相对于线圈10的轴心成直角在相同方向上弯曲而延伸的平面呈  字形的板构成。在该铁芯20的两端形成铁芯磁极23。
将1对永久磁铁30配置在上述铁芯20的中央部分的两端。对各个永久磁铁30进行磁化，使其与铁芯20相对一侧都是相同的N极，其相反的一侧是S极，或者与之相反，而且连接其磁极NS间的方向与线圈10的轴线垂直。
轭铁40由与上述铁芯20对称的反字形板构成，其设置方式是通过永久磁铁30与铁芯20重叠在一起，其两端部与上述1对永久磁铁30的S极相对，并且将各个永久磁铁30的S极间连接起来。在图中轭铁40中央部分的下表面上沿着与线圈10的轴心垂直的方向配置以球状伸出的二个转动支点42。
铁片50由宽度与上述轭铁40的中央部分的宽度大致相同的矩形板构成，在其中央部分的上表面上形成与上述轭铁40的2个转动支点42啮合的2个凹坑52，两端形成铁片磁极53。而且，将该铁片50配置在轭铁40的中央部分与铁芯20的铁芯磁极23之间，该铁片50的凹坑52啮合到轭铁40的转动支点42，以该转动支点42为中心以可自由转动的方式支承该铁片50。铁片50的二端的铁片磁极53分别以相当于可动距离的间隔与上述铁芯磁极23相对。
在该第3实施形态中，由于将铁片50配置在与线圈10的轴心垂直的方向上弯曲而延伸的铁芯磁极23与轭铁40之间，故可降低整体的高度，可实现薄型化。
图7示出与本发明有关的电磁铁装置的第4实施形态。
该第4实施形态除了铁芯20和轭铁40的形状、铁片50的安装及转动方向与上述第3实施例不同以外，其余与上述第3实施例相同。
在贯穿线圈10的铁芯20两端具有沿与线圈10的轴心平行的线在图中向下方折弯的折弯部分29，在该折弯部分29处形成铁芯磁极23。
在轭铁40的中央部分处具有沿与线圈10的轴心平行的线在图中向下方折弯的舌状凸起44。在该舌状凸起44的外表面，在与线圈10的轴心垂直的方向上配置以球状伸出的2个转动支点42。
而且，通过铁片50的凹坑52啮合到该轭铁40的转动支点42，以该转动支点42为中心以可自由转动的方式支承铁片50。铁片50的两端的铁片磁极53分别以相当于可动距离的间隔与上述铁芯磁极23相对。
在该第4实施形态中，与在垂直面内转动的第3实施形态的铁片50不同，铁片50在水平面内转动。因而，在水平方向上驱动光纤等被驱动部分时，使用该第4实施例是有益的。
再有，在该实施形态中，铁芯20的铁芯磁极23在图中向下方折弯，但也可以向上方折弯。再者，在改变铁片50的转动方向时，可通过适当地折弯铁芯20的折弯部分29和轭铁40的舌状凸起44来加以处理。

Claims (4)

1.一种电磁铁装置，其特征在于包括：
贯穿线圈的大致呈コ字形的铁芯；
1对永久磁铁，在以上述线圈伸出的铁芯的两端处配置同极，而且磁极方向相同；
在上述铁芯的两端形成的铁芯磁极；
将上述1对永久磁铁的与上述铁芯相对的磁极的相反一侧的磁极连接起来的轭铁；
铁片，该铁片在该轭铁上具有支点，并以该支点为中心以可自由转动的方式被支承，在该铁片的两端处具有与上述铁芯磁极相对的铁片磁极，
上述铁芯的两端在与线圈轴心垂直的相同方向上折弯而设置折弯部分，将该折弯部分的与线圈轴心大致平行的面作为铁芯磁极，
使上述永久磁铁与上述折弯部分之间具有间距，并且使之在折弯方向上具有磁极。
2.根据权利要求1所述的电磁铁装置，其特征在于：使上述1对永久磁铁的各自的磁场强度不同。
3.根据权利要求1所述的电磁铁装置，其特征在于：将由上述铁芯和轭铁所夹的永久磁铁的除两极以外的另4个面与卷绕上述线圈的线圈架整体地设置。
4.根据权利要求1所述的电磁铁装置，其特征在于：上述轭铁的支点由在垂直于连接上述两端的铁心磁极的直线的方向上配设的两个凸起构成。
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