JP2006024871A - 電磁石装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、磁路とプランジャーとの接触面において破損および磁束損失等を防止し、磁気的吸引力を増加させ、電磁石装置の寿命を長くすることにある。
【解決手段】軸孔６とプランジャー軸１３との間に金属環１５を挿入し、軸孔６とプランジャー軸１３との間に形成されている間隙６Ａを狭くし、プランジャー軸１３の傾斜を抑制し、プランジャー１２と端部磁路３との接触面を増加させることにより、磁路とプランジャーとの接触面において破損および磁束損失が少なくなり、電磁石装置１の磁気的吸引力が増加し寿命が長くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁石装置に関するものであって、磁路内にプランジャーを配置し、磁路を構成する端部磁路に形成した軸孔と、この軸孔と該軸孔に挿入されたプランジャー軸とに形成される間隙に係わるものである。

従来の電磁石（例えば、特許文献１）においては、磁路本体と、その磁路本体の各端部に対し該磁路本体を塞ぐように設けられた端部磁路と、により磁路が構成されている。前記の各端部磁路にはそれぞれ軸孔が設けられ、一端側の端部磁路には他端側の端部磁路方向に突出するように軸方向磁路が形成され、磁路の一部をなしている。前記の軸方向磁路には、端部磁路の軸孔に連通するように、軸孔が貫通して設けられている。磁路内にはプランジャーが配置され、そのプランジャーの両端部にはプランジャー軸が取付けられている。プランジャー軸は、前記の各軸孔に挿入される。したがって、前記の各軸孔によって、プランジャー軸が挿通される通路（以下、軸通路と称する）が形成される。

そして、プランジャーの外周側と対向する磁路内には、電磁力発生手段である励磁コイルが配置されている。この励磁コイルにおいて給電すると、その給電によって発生する磁束が磁路内を循環し、プランジャーが磁気吸引力により駆動して軸方向磁路の端面に当接し、一端側のプランジャー軸に接続された負荷、例えば遮断器の操作器を駆動して遮断器を開閉する。
特開２００２−８４９８号公報

前記のような電磁石において、プランジャーと軸方向磁路の端面とにおける当接した接触面を観察すると、その接触面の一部が破損している場合がある。これは、軸通路とプランジャー軸との間に間隙が形成されているためと考えられる。この間隙においては、プランジャー軸の挿入寸法、および軸通路とプランジャー軸との製作時の許容誤差等により、間隙寸法が広くなってしまい、プランジャー軸が軸方向に対し傾斜して軸通路に挿入されるため、プランジャーが軸方向磁路の端面に対し傾斜して当接し、接触面の一部が当接してしまう。

前記の当接面以外の他の部分においては、プランジャーと軸方向磁路端面との間に、前記の傾斜した分だけギャップを形成してしまう。また、プランジャーと磁路との間（例えば、プランジャーと磁路本体との間）に形成され得る間隙（後述する図２では符号６０）においても、プランジャーが傾斜した分に応じて形成されてしまう。

前記のギャップに等により、磁束損失及び前述の破損を生じ、磁気的吸引力が弱くなったり、電磁石装置の寿命が短くなってしまう。このギャップ等による問題を解決する方法として、前記の軸孔において、許容誤差を小さくすると共に、間隙を少なくし精度を良好にすることが考えられるが、コストが高くなってしまう欠点がある。

本発明の目的は、前記の課題に基づいてなされたものであり、簡易的に間隙を狭くすることにより、接触面の破損および磁束損失を少なくし、磁気的吸引力の増加や電磁石装置の小型化を図ることが可能な電磁石装置を提供することにある。

本発明の電磁石装置は、前記の課題の解決を図るものであり、請求項１に記載の発明は、磁路本体と、前記磁路本体の各端部に対して該磁路本体を塞ぐように設けられた端部磁路と、から成る磁路と、前記磁路内に配置されたプランジャーと、前記磁路に設けられ前記プランジャーを端部磁路に対して磁気吸引力により接離する電磁力発生手段と、を備えた電磁石装置に関するものである。そして、前記の磁路とプランジャーとの間に形成された間隙を狭めることが可能な形状の磁性部材を、その磁路，プランジャーのうち少なくともいずれか一方側に配置したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、磁路本体と、前記磁路本体の各端部に対して該磁路本体を塞ぐように設けられる端部磁路と、から成る磁路と、前記磁路内に配置されたプランジャーと、前記磁路に設けられ前記プランジャーを端部磁路に対して磁気吸引力により接離する電磁力発生手段と、を備えた電磁石装置に関するものである。そして、前記の磁路とプランジャーとの間に形成された間隙を狭めることが可能な形状の部材で該磁路と該プランジャーとの各対向面側のうち少なくとも何れか一方側に摺動層を有する磁性部材を、その磁路，プランジャーのうち少なくとも何れか一方側に配置したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記請求項１または２記載の発明において、磁路に設けられたプランジャー軸が挿通する軸通路を有し、前記軸通路とプランジャー軸との間の間隙に対し、この間隙を調整することが可能な部材であって前記軸通路側に摺動層を有する磁性部材を配置することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３記載の発明において、前記の磁性部材を挿入することが可能な形状の挿入孔を、前記端部磁路に設けることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至３記載の発明において、前記磁路に永久磁石を配置し、その永久磁石の磁気的吸引力によって前記の磁性部材を保持すること特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至３記載の発明において、前記磁性部材は、金属環であること特徴とする。

本発明の電磁石装置によれば、磁路とプランジャーまたはプランジャー軸との間（間隙；例えば、軸通路（軸孔）とプランジャー軸との間の間隙）に磁性部材（金属環等）を挿入することにより、その磁路とプランジャーまたはプランジャー軸との間に形成されている間隙が狭められ、プランジャー軸が傾斜し難くなり、プランジャーと端部磁路との接触面積が増加すると共に、ギャップ間隔が狭くなる。

また、金属環等の磁性部材を使用するだけの簡単な構造によって、間隙を狭くできると共に、磁気吸引力によって金属環を軸孔内面に保持できるため、その磁性部材の保持が簡単にできる。

そして、前記のように間隙が狭められた分に応じて、接触面での破損および磁束損失等が少なくなり、磁気的吸引力が増加し電磁石装置の寿命が長くなる。

以下、本発明に係る実施の形態の電磁石装置を図面等に基づいて詳細に説明する。図１は本実施の形態における電磁石装置１の断面図であり、図２は図１に示す金属環１５を説明するための部分拡大図であり、図３は金属環１５の斜視図を示すものである。

（実施例１）
まず、本実施の形態の電磁石装置の実施例１を説明する。実施例１において、磁路本体２は包囲体（略筒状体）により形成され、その磁路本体２の上側および下側端部には各端部を塞ぐように（被覆するように）上側端部磁路３および下側端部磁路４が配置されている。これら磁路本体２と各端部磁路３，４とにより、磁路１Ａが形成されている。

各端部磁路３，４内面には窪部（図１中では切り欠き部）３Ａ，４Ａが形成され、それら窪部３Ａ，４Ａには磁路本体２が嵌込まれている。前記の上側端部磁路３には、その上側端部磁路３から下側端部磁路４に向かって、軸方向（図１中では、プランジャー軸１３の軸方向）に沿って突出する軸方向磁路５が形成されている。軸方向磁路５および各端部磁路３，４には、軸孔（すなわち、軸通路）６が形成されている。軸方向磁路５は、ボルト５Ａを介して、上側端部磁路３に取付けられている。磁路本体２の中間には、その磁路本体２から内径方向に突出する中間磁路部７が形成され、磁路１Ａの一部を構成している。

軸方向磁路５と対向する上側端部磁路３と中間磁路部７との間には、第１励磁コイル８が配置されている。下側端部磁路４と中間磁路部７との間には永久磁石からなる始動磁石９と第２励磁コイル１０が配置され、始動磁石９と第２励磁コイル１０との間には支持金具１１が配置されている。この支持金具１１により、下側端部磁路４と中間磁路部７との間に、始動磁石９と第２励磁コイル１０が支持されている。

第１励磁コイル８，第２励磁コイル１０および始動磁石９の内周側には、プランジャー１２が配置され、このプランジャー１２の軸方向寸法は軸方向磁路５の軸方向寸法よりも短く形成されている。プランジャー１２の両端には、プランジャー軸１３が取付けられ、このプランジャー軸１３は軸孔６を貫通して外部側に伸びている。

なお、プランジャー１２及び磁路１Ａには、磁性部材が使用される。また、前記の軸孔６においては、その軸孔６の軸方向に対する横断面の形状が丸型以外の形状（例えば、楕円状，多角形状等）であって、プランジャー軸１３の形状に応じて任意に設計された軸通路とすることが好ましい。

プランジャー軸１３と軸孔６との間には間隙６Ａが形成され、この間隙６Ａには金属環１５が挿入されている。この金属環１５の詳細は図２，３に示すとおりである。この金属環１５は、磁性材料から成る部材（以下、磁性部材と称する）であって、例えば図２，３に示すように、薄い磁性板をリング形状に成形して成る基材（以下、磁性基材と称する）１５Ａによって構成される。

磁性基材１５Ａのプランジャー軸１３と対向する面（対向面）には、摺動層１５Ｂが設けられる。この摺動層１５Ｂを構成する摺動部材としては、自己潤滑性があり、摩擦係数が小さく、磨耗し難い部材を使用する。このような摺動部材の具体例として、四フッ化エチレン樹脂（フッ化樹脂），ポリエチレン樹脂，シリコーン樹脂，ポリアタール樹脂等から成る部材が挙げられる。なお、間隙６Ａを狭め、且つ磁束（図１中ではΦ）が透過する部材であれば、例えば図２，３に示したような金属環１５以外の形状のもの、例えば金属片を適用しても良い。すなわち、磁束を透過する磁性部材であれば良い。

前記の金属環１５においては、軸方向磁路５の軸孔６にプランジャー軸１３を挿入し、軸孔６とプランジャー軸１３との間隙６Ａに該金属環１５を挿入した状態で上側端部磁路３を磁路本体２に被せ、ボルト５Ａを上側端部磁路３より軸方向磁路５に捩じ込むことにより、軸方向磁路５と共に上側端部磁路３に支持される。

なお、図１では、磁路１Ａの一部として軸方向磁路５，端部磁路３が構成されているが、例えば軸方向磁路５を省略した構成であっても良い。この場合には、例えば金属環１５を保持するための部材を備え、軸方向磁路５の替わりにプランジャ軸１３を磁路１Ａの一部として利用する。

以上示したような構成において、第１励磁コイル８および第２励磁コイル１０に励磁電流を給電すると、この励磁電流により発生した磁束Φが中間磁路部７を介して磁路１Ａ内を循環し、この発生した電磁吸引力によりプランジャー１２を軸方向磁路５に対して接離する。

軸方向磁路５とプランジャー１２とが接触する接触面１７においては、金属環１５を軸孔６とプランジャー軸１３との間に挿入した分に応じて間隙６Ａが狭められ（簡単に狭めることができるため）、プランジャー軸１３が傾斜し難くなるため、プランジャー１２と軸方向磁路５との接触面積が増加すると共に、そのギャップ間隔が狭くなり、軸方向磁路５とプランジャー１２との接触面１７での破損および磁束損失が少なくなる。すなわち、電磁石装置１の寿命が長くなる。

また、電磁石装置１の磁気的性能を向上することができると共に、電磁石装置１の磁束損失が少なくなり、該電磁石装置１の消費電力を減少することもできる。さらに、軸孔の精度を高めることなく（例えば、コストを費やして精度を高めなくとも）、簡単に間隙６Ａを狭くすることができる。

さらにまた、磁路１Ａに金属環１５を使用することにより、磁路１Ａの磁気吸引力によって該金属環１５を常に軸孔６内面にて保持できる。この保持力により、プランジャー軸１３が摺動層１５Ｂと接触しながら移動しても、金属環１５自体は移動することなく軸孔６内面にて保持される。

プランジャー軸１３が摺動層１５Ｂと接触しながら移動する場合には、摺動層１５Ｂの自己潤滑性によりプランジャー軸１３が円滑に移動できるため、余分な負荷が生じることはなく、前記のように電磁石装置１の消費電力を減少することができる。

（実施例２）
次に、本実施の形態における電磁石装置の実施例２を説明する。なお、実施例１と同様なものについては同一符号等を用いて、その詳細な説明を適宜省略する。実施例２において、支持金具１１は、始動磁石９と第２励磁コイル（例えば、反撥コイル）１０との間に配置される。支持金具１１には、プランジャー１２と対向する対向面に対し、摺動層１５Ｂを有する磁性リング基材１５Ａから成る金属環１５が取付けられている。

なお、前記の金属環１５は、プランジャー１２と磁路２との間に取付け、そのプランジャー１２と磁路２との間に形成される間隙（図２中ではプランジャー１２と支持金具１１との間の間隙）６０を狭めることができるものであれば良く、例えば始動磁石９に取り付けても良い。

また、金属環１５の構成は実施例１と同様の構造であり、実施例１と同様な作用効果が得られる。例えば、本実施例のように金属環１５を用いることにより、支持金具１１とプランジャー１２との間の間隙６０が狭くなり、プランジャー１２が軸方向に傾き難くなる。さらに、たとえプランジャー１２が摺動層１５Ｂと接触しながら移動しても、そのプランジャー１２が損傷し難くなると共に、余分な負荷が生じることはなく、電磁石装置１の消費電力の増加を招くこともない。

さらにまた、金属環１５により、磁路２とプランジャー１２との間の間隙が狭められることから、その狭められた分に応じて磁気損失が少なくなり、磁気的吸引力が増加することになる。特に、金属環１５に摺動層１５Ｂが設けられている場合には、プランジャー１２が摺動層１５Ａに接触しながら移動するため、前記の間隙をさらに狭めて、磁気的吸引力をさらに増加させることができる。

本実施例における金属環１５は、図２，３に示した以外の形状、例えば金属片であってもよい。すなわち、金属環１５は、磁路２とプランジャー１２との間の間隙を容易に調整できる磁性部材であれば、磁性基材と摺動層とを備えたものであっても、単に磁性基材を備えたものであっても良い。

加えて、前記の金属環１５や金属片等の磁性部材は、プランジャー側に設けても良い。例えば、磁路とプランジャー１２との間に形成された間隙を調整するようにした部材であって該磁路と該プランジャーとの対向面側に摺動層を有する磁性部材を、その磁路，プランジャーのうち少なくともいずれか一方側に配置することにより、前記の間隙を狭めることができる。

加えてまた、磁路とプランジャーとの間に形成された間隙を調整するようにした磁性部材を、その磁路，プランジャーのうち少なくともいずれか一方側に配置した場合においても、前記の間隙を狭めることができる。

以上示したように、本実施例によれば、金属環１５により支持金具１１とプランジャー１２との間の間隙が狭められ、プランジャー１２が軸方向に傾斜し難くなり、プランジャー１２と軸方向磁路５との接触面積が増加し、ギャップ損失を少なくできる。

摺動層１５Ｂを使用することにより、プランジャー１２が摺動層１５Ｂと接触しながら移動しても、余分な負荷が生じることはなく、電磁石装置１の消費電力が増加することはない。なお、金属環１５においては、磁路１Ａを内径方向に突出させた突出部により支持しても良く、その金属環１５の形成時に支持手段を一体成形することにより該金属環１５を支持しても良い。

したがって、プランジャーと磁路との間における通路（軸通路）の間隙を狭めることにより、磁束損失等が少なくなり、磁気的吸引力が増加した分に応じて、小型化や容量を増加させた電磁石装置を提供することができる。

（実施例３）
次に、本実施の形態における電磁石装置の実施例３を説明する。なお、実施例１，２と同様なものについては同一符号等を用いて、その詳細な説明等を適宜省略する。実施例３においては、実施例２で示した金属環１５に対向する端部磁路４に対し挿入孔１８を設け、この挿入孔１８から金属環１５を挿入することにより、該金属環１５をプランジャー１２と支持金具１１との間に配置する。支持金具１１および支持座１９Ａは端部磁路４に形成された挿入孔１８から挿入し、その挿入孔１８を栓１９で封止する。前記の支持座１９Ａによって、支持金具１１の一部が支持される。

このように、挿入孔１８から金属環１５を支持金具１１とプランジャー１２との間の間隙６０（または、軸通路）に挿入できるから、この間隙幅を調整する場合には寸法の異なる金属環１５を挿入することにより、該間隙幅の調整作業および金属環１５の挿入作業を容易にできる利点がある。

（実施例４）
次に、本実施の形態における電磁石装置の実施例４を説明する。なお、実施例１乃至３と同様なものについては同一符号等を用いて、その詳細な説明等を適宜省略する。実施例４においては、始動磁石９として永久磁石を用いる。この始動磁石９には励磁コイルを使用しても良いが、本実施例のように永久磁石を使用することにより、該永久磁石からの磁束Φが磁路１Ａを循環し、第１励磁コイル８および第２励磁コイル１０に励磁電流が流れていない場合でも、この永久磁石からの磁気吸引力によって、常に金属環１５を支持金具１１或いは磁路１Ａに保持することができる。また、第１励磁コイル８および第２励磁コイル１０の場合には、残留磁束によって、磁路１Ａ等に金属環１５を保持できる。すなわち、本実施例によれば、余分な支持手段を必要としないので、電磁石装置の構造を簡素化できる利点がある。

以上のように、本発明の電磁石装置によれば、磁路とプランジャーまたはプランジャー軸との間の間隙（例えば、軸孔６とプランジャー軸１３との間の間隙）を簡単に狭めることができ、磁路とプランジャーとの接触面における破損および磁束損失等を少なくして、磁気的吸引力を増加させることができ、電磁石装置の寿命を長くすることができる。

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。

本発明の実施形態に係わる電磁石装置の縦断面図。 図１の電磁石装置に使用した金属環を示す部分拡大断面図。 図１および図２に使用した金属環の斜視図。

符号の説明

１…電磁石装置、１Ａ…磁路、２…磁路本体、３…上側端部磁路、３Ａ…窪部、４…下側端部磁路、５…軸方向磁路、５Ａ…ボルト、６…軸孔（軸通路）、６Ａ，６０…間隙、７…中間磁路、８…第１励磁コイル、９…始動磁石、１０…第２励磁コイル、１１…支持金具、１２…プランジャー、１３…プランジャー軸、１５…金属環、１５Ａ…磁性リング基材、１５Ｂ…摺動層、１７…接触面、１８…挿入孔、Φ…磁束。

Claims (6)

1. 磁路本体と、前記磁路本体の各端部に対して該磁路本体を塞ぐように設けられた端部磁路と、から成る磁路と、
   前記磁路内に配置されたプランジャーと、
   前記磁路に設けられ前記プランジャーを端部磁路に対して磁気吸引力により接離する電磁力発生手段と、を備えた電磁石装置であって、
   前記の磁路とプランジャーとの間に形成された間隙を狭めることが可能な形状の磁性部材を、その磁路，プランジャーのうち少なくともいずれか一方側に配置したことを特徴とする電磁石装置。
2. 磁路本体と、前記磁路本体の各端部に対して該磁路本体を塞ぐように設けられる端部磁路と、から成る磁路と、
   前記磁路内に配置されたプランジャーと、
   前記磁路に設けられ前記プランジャーを端部磁路に対して磁気吸引力により接離する電磁力発生手段と、を備えた電磁石装置であって、
   前記の磁路とプランジャーとの間に形成された間隙を狭めることが可能な形状の部材で該磁路と該プランジャーとの各対向面側のうち少なくとも何れか一方側に摺動層を有する磁性部材を、その磁路，プランジャーのうち少なくとも何れか一方側に配置したことを特徴とする電磁石装置。
3. 前記磁路に設けられたプランジャー軸が挿通する軸通路を有し、
   前記軸通路とプランジャー軸との間の間隙に対し、この間隙を調整することが可能な部材であって前記軸通路側に摺動層を有する磁性部材を配置することを特徴とする請求項１または２記載の電磁石装置。
4. 前記の磁性部材を挿入することが可能な形状の挿入孔を、前記端部磁路に設けることを特徴とする請求項１乃至３記載の電磁石装置。
5. 前記磁路に永久磁石を配置し、その永久磁石の磁気的吸引力によって前記の磁性部材を保持すること特徴とする請求項１乃至３に記載の電磁石装置。
6. 前記磁性部材は、金属環であること特徴とする請求項１乃至３に記載の電磁石装置。

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