JP2005353321A - 遅延型電磁石装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない消費電力で大きな磁気的吸引力を得ることができる小型化された遅延型電磁石を得ることにある。
【解決手段】プランジャーの移動開始時に、吸引励磁コイル７と遅延励磁コイル８とに発生した磁束Φ７，Φ８同志で打消し合う間、プランジャー４の移動を一定期間保留し、この間に吸引励磁コイルに対して大きな励磁電流を流す状態にし、吸引励磁コイル８の起磁力が遅延励磁コイルの起磁力よりも大きくなった直後に、それら起磁力が不均衡となり、速やかにプランジャー４を駆動させる。これにより、少ない消費電力で大きな吸引力を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、遅延型電磁石装置であって、特に、始動時においてプランジャーの始動を遅延させて駆動するものに関するものである。

従来の一般的な双方向電磁石（例えば、特許文献１，特許文献２等）の磁路本体は包囲体から成り、その磁路本体内には該磁路内面から径方向に対して突起するように中間磁路が形成されている。また、前記の磁路本体内には、起磁力または電磁力によって軸方向に移動するプランジャーが配置される。前記の中間磁路と一方側の端部磁路（磁路本体の一方側に位置し、後述の第１励磁コイルに近接する端部磁路；以下、第１端部磁路と称する）、および中間磁路と他方側の端部磁路（磁路本体の他方側に位置し、後述の第２励磁コイルが近接する端部磁路；以下、第２端部磁路と称する）との間には、それぞれ第１励磁コイルおよび第２励磁コイルが配置されている。

そして、前記の第１励磁コイルに励磁電流を流すと、磁路本体の第１端部磁路と中間磁路とに起磁力が発生し、この起磁力によりプランジャーが第１端部磁路側に移動し該上側端部磁路に対して吸着する。その後、前記の第１励磁コイルの励磁電流を切り、第２励磁コイルに励磁電流を流すと、磁路本体の第２端部磁路と中間磁路とに起磁力が発生し、その起磁力により前記のプランジャーが第２端部磁路側に移動し該第２端部磁路に対して吸着される。

前記の双方向電磁石の駆動（プランジャーの駆動）に係る構成については、プランジャーを移動させる際に発生する力（すなわち、プランジャーを移動させる際に必要な力）を基準にして、例えば電磁石の起磁力（電磁石のコイルの巻数と通電電流との積からなる起磁力）の大きさが設定され、その起磁力に係る磁束を飽和させないように磁路（プランジャー等）の形状や大きさ等が設計されていた。
特開平５―５５０２９号公報 特開２００２−８４９８号公報

しかし、従来の電磁石においては、起磁力に係る磁束自体のプランジャーを始動させる効率が低いため、その起磁力を大きくする場合には、例えば大きなコイルが必要となり、たとえ磁束が多い場合であっても磁気飽和させないように大きな断面積を有する磁路（プランジャー等）を構成する必要があり、電磁石が大型化し、且つ高コスト化されていた。また、大電流の電圧降下を防止するために通電容量の大きなケーブルを必要とすることから、電磁石以外の部品においても大型化，高コスト化されていた。

本発明は前記課題に基づいてなされたものであり、駆動時（プランジャーの移動開始時）において、少ないエネルギーで大きな起磁力（プランジャーを移動させる磁気的吸引力）を得ることができ小型化された遅延型電磁石装置を提供することにある。

本発明は、前記課題の解決を図るために、請求項１記載の発明は、磁路内に配置された複数の励磁コイルと、前記の励磁コイル内に配置され該励磁コイルの電磁力によって移動するプランジャーと、を備えた遅延型電磁石装置である。そして、前記の各励磁コイルのうち、一方の励磁コイルの起磁力を他方の励磁コイルの起磁力よりも小さくすると共に、一方の励磁コイルの巻回方向を他方の励磁コイルの巻回方向とは逆方向にすることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記の請求項１記載の遅延型電磁石装置において、遮断器を投入および遮断する操作器に適用することを特徴とする。

本発明の遅延型電磁石装置によれば、プランジャーの始動させる場合において、一方の励磁コイルと他方の励磁コイルとに発生した磁束が互いに打消し合う間、プランジャーの移動開始を一時保留され、この間に他方の励磁コイルに対して大きな励磁電流を流し、一方の励磁コイルの起磁力よりも他方の励磁コイルの起磁力が大きくなった直後に、それら起磁力が不均衡となり、速やかにプランジャーが駆動する。これにより、少ない消費電力で大きな吸引力が得られ、省エネルギー化および小型化を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態における遅延型電磁石装置を図面等に基づいて詳細に説明する。

図１および図２は、本実施の形態における遅延型電磁石装置の一例を示す構造断面図である。図１および図２に示す遅延型電磁石装置においては、包囲体例えば筒状体１Ａを備えており、その筒状体１Ａの端部の各々に対しては第１端部磁路２Ａ，第２端部磁路２Ｂを設けると共に、筒状体１Ａ内の中間部に対しては該筒状体１Ａ内面から径方向に対して突起するように中間磁路３を設けることにより、磁路本体１が構成されている。前記の第１端部磁路２Ａ，第２端部磁路２Ｂの一部は、それぞれ磁路本体１の軸方向に対して突出し、これら第１端部磁路２Ａ，第２端部磁路２Ｂを一体化させて筒状体１Ａを形成することにより、磁路本体が構成されている。

従って、磁路本体１は、磁気的に２個の磁路１０，１１（以下、第１磁路１０，第２磁路１１と称する）により構成されている。第１磁路１０と第２磁路１１とは、それぞれ互いに独立して着脱自在に構成されている。本実施例では、第１磁路１０と第２磁路１１とを当接することにより、磁路本体１を構成している。

前記の磁路本体１内にはプランジャー４が配置される。このプランジャー４の各端部には、第１端部磁路２Ａ，第２端部磁路２Ｂに対して一体的に形成された各動作端部６Ａ，６Ｂ（以下、第１動作端部６Ａ，第２動作端部６Ｂと称する）を貫通するように（磁路本体１内から該磁路本体１の外側方向に貫通するように）、ロッド５が延設されている。このように、磁路本体１内に配置されたプランジャー４は、起磁力によって軸方向に移動（図１，図２中の矢印Ｙ方向に移動）する。プランジャー４と第１動作端部６Ａ，第２動作端部６Ｂとの間には、それぞれギャップＧ₁，Ｇ₂が形成されている。磁路本体１およびプランジャー４は、磁性部材から成るものが適用される。

端部磁路６Ａと端部磁路６Ｂとの間の磁路１内には、前記の中間磁路３を介して、それぞれ第１励磁コイル（吸引励磁コイルまたは遅延励磁コイル；後述の第２励磁コイル８が吸引励磁コイルの場合には遅延励磁コイル）７，第２励磁コイル（遅延励磁コイルまたは吸引励磁コイル；前記の第１励磁コイルが吸引励磁コイルの場合には遅延励磁コイル）８が配置されている。なお、本実施例では、第１励磁コイル７には吸引励磁コイルを用い、第２励磁コイル８には遅延励磁コイルが用いられる（以下、吸引励磁コイル７，遅延励磁コイル８として説明する）。

遅延励磁コイル８の起磁力（アンペアーターン）は、吸引励磁コイル７の起磁力より小さく、遅延励磁コイル８の巻回方向は、吸引励磁コイル７の巻回方向とは逆の方向に巻回して形成されている。すなわち、吸引励磁コイル７，遅延励磁コイル８は、各コイルで発生した磁束Φ７，Φ８同士がプランジャー４で互いに打ち消し合うように、それぞれ巻回されている。またプランジャー４は吸引励磁コイル７および遅延励磁コイル８の内側に配置されている。

したがって、磁路本体１は、該磁路本体１において吸引励磁コイル７と対向する第１磁路１０（第１端部磁路２Ａと中間磁路３とから成る第１磁路１０）、および該磁路本体１において遅延励磁コイル８と対向する第２磁路１１（第２端部磁路２Ｂとから成る第２磁路１１）により、構成されている。また、第１磁路１０の断面積は、第２磁路１１の断面積より大きく形成されている。

換言すれば、第１磁路１０の磁気抵抗は、第２磁路１１の磁気抵抗よりも小さくなるように設定され、磁束Φ７を流れ易くし、吸引励磁コイル７の励磁電流損失を少なくして、省エネルギー化が図られている。

次に、前記のように構成された遅延型電磁石装置の動作について説明する。まず、吸引励磁コイル７と遅延励磁コイル８とに電力を給電すると、吸引励磁コイル７と遅延励磁コイル８とに対し、矢印方向Ｙに沿って流れる磁束Φ７， 磁束Φ８が発生する。遅延励磁コイル８の巻回方向は、吸引励磁コイル７の巻回方向とは逆方向であるため、 磁束Φ７と磁束Φ８とは互いに打消し合うように流れる。したがって、遅延励磁コイル８は、磁束Φ８により磁束Φ７を打消すように、巻回されていることになる。

このため、前記のように電力を給電してから一定の期間（以下、移動開始前期間）はプランジャー４の磁気的吸引力が弱く、プランジャー４の移動開始が遅延されせ状態（吸引励磁コイル７の起磁力と遅延励磁コイル８の起磁力とが均衡した状態）となる。この移動開始前期間において、吸引励磁コイル７に対して大きな励磁電流を流し、大きな起磁力（吸引励磁コイル７において大きな起磁力）を発生させるための条件を整える。

そして、吸引励磁コイル７の起磁力が遅延励磁コイル８の起磁力よりも大きくなった後、それら起磁力は不均衡となり、プランジャー４は速やかに移動開始し、図２に示すようにプランジャー４が駆動（動作端部６Ａに吸着する方向に駆動）する。

前記のような構成で動作する遅延型電磁石装置によれば、省エネルギー化および小型化を図ることができる。

従来の電磁石装置の場合においては、プランジャーを移動させる際に発生する力（すなわち、プランジャーを移動させる際に必要な力）を基準にして、例えば電磁石の起磁力（電磁石のコイルの巻数と通電電流との積からなる起磁力）の大きさが設定され、その起磁力に係る磁束を飽和させないように磁路（プランジャー等）の形状や大きさ等が設計されていたため、大きな磁気的吸引力を得るには、装置を大型化したり、大きな消費電力を必要とした。

これに対して、本実施の形態における遅延型電磁石装置では、遅延励磁コイル８によりプランジャー４の移動開始を遅延させ、その移動開始前期間において吸引励磁コイル７に対し大きな励磁電流を流すことにより、大きな起磁力（プランジャーを移動させる起磁力）を発生させる条件を整え、吸引励磁コイル７の起磁力が遅延励磁コイル８の起磁力よりも大きくなった直後に、それら起磁力が不均衡となり、速やかにプランジャー４の移動を開始する。

この結果、本実施の形態における遅延型電磁石装置では、プランジャー４の移動開始を遅延した分（移動開始前期間の分）だけ、大きな励磁電流を吸引励磁コイル７に流すことができ、大きな起磁力が発生した状態にてプランジャー４の移動を開始できるため、該遅延型電磁石装置の容量を大型化する必要がなく、その容量に応じて、少ない消費電力で大きな磁気的吸引力を得ることができる。

すなわち、従来の遅延型電磁石装置では、電力を給電した後、その通電状態が吸引励磁コイル７の電気的容量に対して半分以下の割合の状態（例えば、吸引励磁コイル７の電気的容量を１０とすると、約２前後の通電状態）でプラジャー４の移動が開始されるが、本実施の形態における遅延型電磁石装置では、前記の吸引励磁コイル７の電気的容量に対する通電状態の割合が過半数（例えば、吸引励磁コイル７の電気的容量を１０とすると、約８前後）を超えた後にプランジャー４の移動が開始するため、前記のような作用効果が得られるだけでなく、電磁石の容量に応じて必要な電源やケーブルサイズ等の縮小が可能となり、全体的にコストダウン（該電磁石装置および周辺装置等のコストダウン）を図ることができる。

また、遅延励磁コイル８の起磁力（アンペアーターン）を調整（例えば、コイルの長さ寸法，直径寸法等）することにより、遅延時間（プランジャーの移動開始を遅延させる時間）を容易に調整できる。

なお、本実施の形態における遅延型電磁石に関して、真空遮断器，磁気遮断器，油入り遮断器，負荷開閉器等の遮断器の遮断および投入する操作器に適用することにより、遮断器の消費電力を少なくできる。

以上のように、本実施の形態の遅延型電磁石装置によれば、プランジャーの移動開始を遅延し、少ない消費電力で大きな吸引力を得ることができるので、省エネルギー化および小型化を図ることが可能となる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

本発明の実施態様である遅延型電磁石装置の構造を示す側断面図。 図１の状態からプランジャーを吸引方向に駆動した過程を示す遅延型電磁石装置の断面図。

符号の説明

１…磁路本体、２Ａ，２Ｂ…第１，第２端部磁路、３…中間磁路、４…プランジャー、５…ロッド、６Ａ，６Ｂ…第１，第２動作端部、７…吸引励磁コイル、８…遅延励磁コイル、１０…第１磁路、１１…第２磁路、Ｇ₁，Ｇ₂…ギャップ、Φ７…磁束、Φ８…磁束。

Claims (2)

1. 磁路内に配置された複数の励磁コイルと、
   前記の励磁コイル内に配置され該励磁コイルの電磁力によって移動するプランジャーと、を備え、
   前記の各励磁コイルのうち、一方の励磁コイルの起磁力を他方の励磁コイルの起磁力よりも小さくすると共に、一方の励磁コイルの巻回方向を他方の励磁コイルの巻回方向とは逆方向にすることを特徴とする遅延型電磁石装置。
2. 請求項１の遅延型電磁石装置は、遮断器を投入および遮断する操作器に適用することを特徴とする遅延型電磁石装置。

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