JP2004172516A - 有極電磁石装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可動鉄心棒と磁極片の摺動磨耗量を減らし、寿命が長い有極電磁石装置を得ること。
【解決手段】可動鉄心棒５及び該可動鉄心棒５の一端に固着された可動鉄心板４を備えた可動鉄心部分と、永久磁石７、前記可動鉄心棒５を貫通させる電磁コイル６、該電磁コイル６の励磁により前記可動鉄心棒５の他端が吸引される吸引孔３ａを有する磁極片３、略Ｌ字形断面の磁極板２及び略コの字形断面の固定鉄心１を備えた固定鉄心部分と、から成る有極電磁石装置において、前記吸引孔３ａ及び／又は前記可動鉄心棒５の他端に非磁性体の摺動部材１２を備えた。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、永久磁石と電磁コイルとの合成吸引力により可動鉄心部分を駆動する有極電磁石装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石の吸引力と電磁コイルによる吸引力との合成吸引力により、可動鉄心部分をバネの復帰力に抗して駆動し、そして電磁コイルの励磁を解いたとき、可動鉄心部分をバネの復帰力で復帰させる、従来の有極電磁石装置においては、略コの字形断面の固定鉄心の中央片に、永久磁石の一方の磁極面を当接させ、他方の磁極面を略Ｌ字形断面の磁極板の中央片に当接させると共に、前記固定鉄心の第１の脚片に磁極片（吸引磁極）を設けて固定側の鉄心部分を構成し、前記Ｌ字形断面の磁極板の内側に配置された電磁コイルの孔部に貫通した可動鉄心棒の一方の端面に、前記固定鉄心の第２の脚片と前記Ｌ字形断面の磁極板の脚片との間に配置された可動鉄心板を固着し、他方の端面を前記磁極片に挿入して可動側の鉄心部分を構成し、前記固定鉄心の第２の脚片と前記可動鉄心板との間、前記可動鉄心板と前記Ｌ字形断面の磁極板の脚片との間及び前記可動鉄心棒の端面と前記固定鉄心の第１の脚片との間に対応する第１、第２及び第３の磁気ギャップが復帰側から吸引側に向かって順次形成され、前記可動鉄心棒の外周と前記磁極片との間に第４の磁気ギャップが形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２５５２１７９号（特許請求の範囲、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の有極電磁石装置では、可動鉄心棒と磁極片の吸引孔との間の磁気ギャップが空間であるため、可動鉄心棒が吸引と復帰を繰返す過程で可動鉄心棒と磁極片とが摺動摩耗し、磁気ギャップ量はその摩耗量以上に変化してしまい、磁気特性が悪化し寿命が短いという欠点があった。また、磁極片の外側は、無駄スペースとなっていて、その分、有極電磁石装置の外形が大きいという問題点があった。さらに、磁極片と電磁コイルは、別部品として構成されていて、組立工数が多いという問題もあった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、可動鉄心棒と磁極片の摺動摩耗量を減らし、寿命が長い有極電磁石装置を得るものである。また、第２の目的は、磁極片の外側の無駄スペースを無くし、コンパクトな有極電磁石装置を得るものである。さらに、第３の目的は、組立工数が少ない安価な有極電磁石装置を得るものである。また、第４の目的は、磁気効率の優れた有極電磁石装置を得るものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る有極電磁石装置においては、可動鉄心部分と、永久磁石、電磁コイル及び該電磁コイルの励磁により前記可動鉄心部分の一端が吸引される吸引孔を有する磁極片を備えた固定鉄心部分と、から成る有極電磁石装置において、前記吸引孔及び／又は前記可動鉄心部分の一端に非磁性体の摺動部材を備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における電磁コイル非励磁時の有極電磁石装置の断面図、図２は電磁コイル励磁時の有極電磁石装置の断面図、図３は磁極片の斜視図である。図において、有極電磁石装置は、略コの字形に形成され、装置の中心部まで伸びる第１の脚片１ａとそれよりも短い第２の脚片１ｂとを有する固定鉄心１と、この固定鉄心１の中央片１ｃの内側に一方の磁極面が当接される永久磁石７と、略Ｌ字形に形成され、固定鉄心１の第２の脚片１ｂと平行に配置される脚片２ａを有し中央片２ｂが永久磁石７の他方の磁極面に当接される磁極板２と、非磁性体製のコイル枠１２に巻き回され磁極板２の内側に配置される電磁コイル６と、コイル枠１２にインサート成形され、固定鉄心１の第１の脚片１ａの接合部を中心として固定鉄心１に当接される筒状の磁極片３とから成る固定鉄心部分と、固定鉄心１の第２の脚片１ｂと磁極板２の脚片２ａとの間に配置される可動鉄心板４と、電磁コイル６を貫通して配置され、一方の端部に可動鉄心板４を固着し他方の端部は磁極片３の吸引孔３ａに挿入される可動鉄心棒５とから成る可動鉄心部分とで構成されている。筒状の磁極片３の外周部にも電磁コイル６の巻線が施されている。
【０００８】
また、この有極電磁石装置は、固定鉄心１の第２の脚片１ｂと可動鉄心板４の間に形成された第１の磁気ギャップ８と、可動鉄心板４と磁極板２の脚片２ａとの間に形成された第２の磁気ギャップ９と、可動鉄心棒５の端面と固定鉄心１の第１の脚片１ａとの間に形成された第３の磁気ギャップ１０と、磁極片３とこの磁極片３の吸引孔３ａに挿入した可動鉄心棒５との間に、非磁性体材料で製作された電磁コイル６のコイル枠１２の一部により形成された第４の磁気ギャップ１１と、を有している。
【０００９】
このように構成された実施の形態１の有極電磁石装置においては、電磁コイル６が励磁されていない場合には、図１に破線矢印で示す永久磁石７の磁束により、第１の磁気ギャップ８に吸引力が最も強く働き、可動鉄心部分は、固定鉄心１の第２の脚片１ｂに吸着し復帰状態を維持する。この電磁コイル６が励磁されていない状態では、第４の磁気ギャップ１１は第３の磁気ギャップ１０より小さい値となっている。
【００１０】
次に、電磁コイル６が励磁されると、図１に実線矢印で示す磁束が発生し、第１の磁気ギャップ８では、永久磁石７による磁束（破線矢印）と電磁コイル６による磁束（実線矢印）とが、お互いに打ち消し合って吸引力が小さくなる。一方、第４の磁気ギャップ１１は、可動鉄心棒５の先端が吸引孔３ａに挿入されていることにより、第３の磁気ギャップ１０よりかなり小さい寸法であるため、第２の磁気ギャップ９には、主に第４の磁気ギャップ１１を経由した磁束による永久磁石７と電磁コイル６との合成吸引力が働き、また、第３の磁気ギャップ１０には、ギャップ量が大きいため第２の磁気ギャップ９よりは遥かに小さいが、永久磁石７と電磁コイル６の合成吸引力が働き、その第３の磁気ギャップ１０と第２の磁気ギャップ９に働く吸引力の合計が、第１の磁気ギャップ８の吸引力より大きくなるため、可動鉄心部分を第１の脚片１ａ側へ駆動する。
【００１１】
そして可動鉄心部分の移動により、第４の磁気ギャップ１１よりも第３の磁気ギャップ１０の方が小さい寸法になると、第３の磁気ギャップ１０に働く永久磁石７と電磁コイル６との合成吸引力が飛躍的に強くなり、可動鉄心部分を固定鉄心１の第１の脚片１ａに吸着し、図２に実線矢印と破線矢印で示す磁束により、吸引状態を維持する。第４の磁気ギャップ１１は、非磁性体の摺動部材としてのコイル枠１２の一部により構成されているため、可動鉄心部分が吸引・復帰動作を繰返しても、可動鉄心部分と磁極片３が摺動摩耗せず、ギャップ量の変化が少ない。また、コイル枠１２と磁極片３が一体成形されているので、組立工数が少なくてすみ、さらに、筒状の磁極片３の外周部にも電磁コイル６の巻線が施されているので、磁極片３の外側の無駄スペースが無くなり、コンパクトな有極電磁石装置が得られる。
【００１２】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２における電磁コイル非励磁時の有極電磁石装置の断面図、図５は磁極片の斜視図である。図４、５中の図１、２、３と同一符号は同一部品を示し、磁極片２３の形状以外は、上述の実施の形態１の有極電磁石装置と同一構造であるので、その詳細な説明は省略する。磁極片２３は、図５に示すように鍔部２３ａを有する筒状体であり、図４に示すようにコイル枠１２にインサート成形され、磁極片２３と可動鉄心棒５の間にコイル枠１２の一部が非磁性体の摺動部材として介在し、鍔部２３ａが固定鉄心１の第１の脚片部１ａと当接されている。
【００１３】
このように構成された実施の形態２の有極電磁石装置においては、復帰状態において電磁コイル６が励磁されると、図４に実線矢印で示す磁束が発生し、第１の磁気ギャップ８では、永久磁石７の磁束（破線矢印）と電磁コイル６による磁束（実線矢印）が、お互いに打ち消し合って吸引力が小さくなる。一方、第４の磁気ギャップ１１は可動鉄心棒５の先端が挿入されていることにより第３の磁気ギャップ１０より寸法がかなり小さく、また固定鉄心１の第１の脚片１ａと磁極片２３の鍔部２３ａが当接しているため接触面積が大きく磁極片２３へ磁束が流れやすいため、第２の磁気ギャップ９には、ほとんど第４の磁気ギャップ１１を経由した磁束による永久磁石７と電磁コイル６との合成吸引力が強く働き、また、第３の磁気ギャップ１０における永久磁石７と電磁コイル６の合成吸引力は実施の形態１のものと比較し小さくなるが、もともとギャップ量が大きく第２の磁気ギャップ９に働く吸引力より遥かに小さいため、第３の磁気ギャップ１０と第２の磁気ギャップ９に働く吸引力の合計は実施の形態１のものより大きくなり、この合計吸引力が第１の磁気ギャップ８の吸引力より遥かに大きくなるため、可動鉄心部分を強く駆動する。このため磁気効率の優れた有極電磁石装置が得られる。
【００１４】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３における電磁コイル非励磁時の有極電磁石装置の断面図、図７は磁極片の斜視図、図８は電磁コイル励磁時の第４の磁気ギャップにおける磁束の流れを示す図である。図６、７、８中の図１、２、３と同一符号は同一部品を示し、磁極片３３の形状以外は、上述の実施の形態１の有極電磁石装置と同一構造であるので、その詳細な説明は省略する。
【００１５】
磁極片３３は、図７に示すように円錐筒状体であり、図６に示すようにコイル枠１２にインサート成形され、磁極片３３と可動鉄心棒５の間にコイル枠１２の一部が非磁性体の摺動部材として介在し、磁極片３３の小口径側が固定鉄心１の第１の脚片部１ａと当接されている。磁極片３３の吸引孔３３ａは斜面となって、そこに挿入されている可動鉄心棒５の側面との距離が可動鉄心部の駆動により小さくなっていく。このように構成された実施の形態３の有極電磁石装置においては、復帰状態において電磁コイル６が励磁されると、磁極片３３と可動鉄心棒５との間の第４の磁気ギャップ１１において図８に示すような磁束が流れ、この磁束により図８のＸ成分だけ、第４の磁気ギャップ１１でも可動鉄心部分の吸引力を得ることが可能であり、可動鉄心部分をより強く駆動することができる。
【００１６】
実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４における電磁コイル非励磁時の有極電磁石装置の断面図、図１０は電磁コイル励磁時の第４の磁気ギャップにおける磁束の流れを示す図である。図９、１０中の図１、２、３と同一符号は同一部品を示し、磁極片４３と可動鉄心棒４５の形状以外は、上述の実施の形態１の有極電磁石装置と同一構造であるので、その詳細な説明は省略する。磁極片４３は、図９に示すように円錐筒状体であり、コイル枠１２にインサート成形され、磁極片４３の吸引孔４３ａに挿入される可動鉄心棒４５の端部も磁極片４３の円錐形状と略平行の円錐状傾斜面が設けられ、磁極片４３と可動鉄心棒４５の間にコイル枠１２の一部が非磁性体の摺動部材として介在し、磁極片４３の小口径側が固定鉄心１の第１の脚片部１ａと当接されている。磁極片４３の吸引孔４３ａは斜面となって、そこに挿入されている可動鉄心棒４５の側面との距離が可動鉄心部の駆動により小さくなっていく。
【００１７】
このように構成された実施の形態４の有極電磁石装置においては、復帰状態において電磁コイル６が励磁されると、磁極片４３と可動鉄心棒４５との間の第４の磁気ギャップ１１において、図１０に示すように最短距離の対向面積が広いため、磁束が流れやすく、この磁束により第４の磁気ギャップ１１でも実施の形態３よりも大きい可動鉄心部分の吸引力が得られ、可動鉄心部分をさらに強く駆動することができる。
【００１８】
以上説明した実施の形態１〜４の有極電磁石装置においては、磁極片の吸引孔と可動鉄心棒の間に配置される非磁性体の摺動部材として電磁コイル６のコイル枠１２の一部を利用する形態を示したが、コイル枠とは別の摺動部材を吸引孔に取付けてもよい。また、摺動部材は可動鉄心棒にとりつけてもよく、吸引孔と可動鉄心棒の両方に取付けてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、磁極片の吸引孔及び／又は可動鉄心部分の一端に非磁性体の摺動部材を備えたことにより、磁極片と可動鉄心部分の摺動磨耗を抑え、磁気ギャップ量の変化を少なくし、有極電磁石装置の寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す電磁コイル非励磁時の有極電磁石装置の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す電磁コイル励磁時の有極電磁石装置の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１を示す磁極片の斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態２を示す電磁コイル非励磁時の有極電磁石装置の断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２を示す磁極片の斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態３を示す電磁コイル非励磁時の有極電磁石装置の断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３を示す磁極片の斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態３を示す電磁コイル励磁時の第４の磁気ギャップにおける磁束の流れを示す図である。
【図９】この発明の実施の形態４を示す電磁コイル非励磁時の有極電磁石装置の断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態４を示す電磁コイル励磁時の第４の磁気ギャップにおける磁束の流れを示す図である。
【符号の説明】
１ 固定鉄心、２ 磁極板、３，２３，３３，４３ 磁極片、４ 可動鉄心板、５，４５ 可動鉄心棒、６ 電磁コイル、７ 永久磁石、８ 第１の磁気ギャップ、９ 第２の磁気ギャップ、１０ 第３の磁気ギャップ、１１ 第４の磁気ギャップ、１２ コイル枠。

Claims (6)

1. 可動鉄心部分と、永久磁石、電磁コイル及び該電磁コイルの励磁により前記可動鉄心部分の一端が吸引される吸引孔を有する磁極片を備えた固定鉄心部分と、から成る有極電磁石装置において、前記吸引孔及び／又は前記可動鉄心部分の一端に非磁性体の摺動部材を備えたことを特徴とする有極電磁石装置。
2. 略コの字形断面の固定鉄心の中央片に、永久磁石の一方の磁極面を当接させ、他方の磁極面を略Ｌ字形断面の磁極板の中央片に当接させ、前記略Ｌ字形断面の磁極板の内側に電磁コイルを配置すると共に、前記固定鉄心の第１の脚片に磁極片を当接させて固定鉄心部分を構成し、
   前記電磁コイルの孔部に貫通した可動鉄心棒の一方の端部に、前記固定鉄心の第２の脚片と前記略Ｌ字形断面の磁極板の脚片との間に配置された可動鉄心板を固着し、他方の端部を前記磁極片の吸引孔に挿入して可動鉄心部分を構成し、
   前記固定鉄心の第２の脚片と前記可動鉄心板との間、前記可動鉄心板と前記略Ｌ字形断面の磁極板の脚片との間及び前記可動鉄心棒の端面と前記固定鉄心の第１の脚片との間に対応する第１、第２及び第３の磁気ギャップが復帰側から吸引側に向かって順次形成され、前記可動鉄心棒の外周と前記磁極片の吸引孔との間に第４の磁気ギャップが形成され、
   前記永久磁石の吸引力と前記電磁コイルによる吸引力との合成吸引力により、前記可動鉄心部分をバネの復帰力に抗して駆動し、電磁コイルの励磁を解いたとき、前記可動鉄心部分をバネの復帰力で復帰させる有極電磁石装置において、
   復帰状態でも前記可動鉄心棒の先端が前記磁極片の吸引孔に挿入されているとともに、前記磁極片の外周部にも前記電磁コイルの巻線部が配置され、前記磁極片の吸引孔と前記可動鉄心棒の間に非磁性体の摺動部材を配置していることを特徴とする有極電磁石装置。
3. 前記磁極片は前記電磁コイルのコイル枠にインサート成形され、前記磁極片と前記可動鉄心棒の間の非磁性体の摺動部材を前記コイル枠で構成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の有極電磁石装置。
4. 前記磁極片は鍔部を有する筒状体であり、前記鍔部で前記固定鉄心と当接されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の有極電磁石装置。
5. 前記磁極片の吸引孔は傾斜面に形成され、そこに吸引される前記可動鉄心棒の側面との距離が該可動鉄心棒の吸引駆動により小さくなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の有極電磁石装置。
6. 前記可動鉄心棒の側面に前記磁極片の吸引孔の傾斜面と略平行の傾斜面が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の有極電磁石装置。

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