JP2009500817A - 電磁石における磁極面の形成のための方法、接極子、継鉄、電磁石、電気機械式開閉器 - Google Patents

Abstract

電気機械式開閉器用の電磁石（１２）の金属製の閉成要素（１）の磁極面を形成するための方法に関する。閉成要素（１）の未加工の打抜き部材における磁極面（５）のための表面を、切削法、特にフライスにより加工する。従来の研磨法と比べて、高い再現性を持って、表面状態に関する望ましい狭い公差範囲を得ることができ、所望の特性を持った電磁石を製造できる。本発明は、この電磁石を用いた接極子、継鉄、電磁石および開閉器にも関する。

Description

発明の分野
本発明は、特に電気機械式開閉器用の電磁石の金属製の閉成要素の磁極面の形成のための方法に関する。更に、本発明は、特に電気機械式開閉器用の継鉄、接極子並びに電磁石に関する。

従来の技術
例えば接触器又はリレーのような電気機械式開閉器においては、電気接点の開閉のために電磁式の作動装置が必要である。接極子および継鉄を含む電磁石は、この種の作動装置の主要部分である。電磁石のコイルに電流が流れると、発生する磁界によって、接極子および継鉄が磁極面において重なり合うまで接極子が継鉄へ向けて加速される。電磁石コイルを通る電流が遮断されると、接極子および継鉄は一般に、ばね等の機械的復帰手段により再び開かれる。電気機械式開閉器においては、電気接点の開閉のために、接極子に接続された可動接点部材が固定接点部材に対して移動させられる。

閉じた状態で接極子と継鉄が磁極面において重なり合っている場合、高速の開路を妨げる粘着力が生ずる。これは電気機械式開閉器の切換時間に不都合な作用を及ぼす。このため電気機械式開閉器用の電磁石の閉成要素の磁極面はある程度の粗さを持たねばならず、その結果磁極面の相互の粘着が減少する。他方で、磁極面は平らに形成せねばならない。何故ならば閉成要素間に磁石系における副次的磁束を減少させる空隙が生ずるからである。これは粘着力の減少と開閉器の不所望の騒音傾向増大とをもたらす。

磁極面の所望の表面特性を達成すべく、従来一般に打抜き部材として存在する閉成要素の磁極面として設けられた表面を砥石車で処理することは公知である。砥石車に粘着させた、例えばコランダム等の研磨剤の選択と研磨剤の粒子の大きさをより表面状態を調整させ得るものの、表面状態に関する望ましい狭い公差範囲が得られないのが欠点である。

本発明の要約
本発明の課題は、磁極面の表面状態に関して高い再現性で狭い公差範囲を得ることが可能な、冒頭に述べた方法を提供することにある。更に、本発明の課題は、開閉器での電磁石の使用により切換時間に関する狭い公差範囲が得られる電磁石を提供することにある。

第１の課題は、請求項１の前文による方法に関して、本発明によれば、磁極面をもたらすために閉成要素の未加工の打抜き部材の表面を切削法によって加工すること、例えばフライスで切削することによって解決される。

他の課題は、請求項１２以降の特徴事項により解決することができる。

従属する請求項は、本発明の異なる部分的観点による種々の有利な実施形態を示す。

本発明は、磁極面の表面状態に関する狭い公差範囲が研磨によっては得られないという考察に基づく。それは、砥石車がその上に粘着させられた研磨剤の不均一な分布を常に示すことにある。更に、粘着研磨剤の個々の粒子の形と大きさが、予め与えられる粒の大きさにおいても、些細とは言えない変動性を有する。このため、研磨によっては、完全に正確な動作をする研磨機においても、被処理表面を任意に正確に加工し得ない。

更なる工程において、本発明は、特に電気機械式開閉器用に設けた電磁石の閉成要素の磁極面は研磨により処理せねばならないという技術的先入観にとらわれない。本発明は、研磨と異なり、フライス切削による表面平坦化の際には、上述の不確実性が発生しないことを認識している。砥石車と異なり、フライス切削工具は、定められた切刃を有し、これは老化又は磨耗の影響下にあるだけである。

本発明の利点
それ故に、閉成要素の未加工の打抜き部材の表面を研磨ではなく、切削法、例えばフライスにより加工すれば、表面状態に関して狭い公差が達成される。粗さ又は平坦性に関する磁極面の表面状態への種々の要求は、単に定められた機械調整により充足させ得る。

表面処理のために、切削すべき材料に関して十分に高い調整精度を可能にする従来のフライス盤および従来のフライス切削工具を使用できる。

本発明は、付加的に、例えば同じ電磁石の種々の変形のための磁極の表面状態に関する多数の様々の要求を単に機械側パラメータの調整のみで発生させ得るという利点をもたらす。更に、フライスによる切削加工によって、加工される工作物において発生する熱が比較的少ない。湿式加工も乾式加工も可能である。

上記方法は、その用途に関し、打抜き部材の特別な材料や特別な組成に限定されない。本方法は、特に電磁石の閉成要素のための全ての強磁性材料について使用可能である。特に上記方法は、開閉器の電磁石に一般的に使用される積層された閉成要素の表面を加工するためにも適している。この際未加工の打抜き部材として成層鉄心が使用され、成層鉄心の鋼板が表面に対し横方向に積層される。個々の鋼板はリベットにより互いにしっかり締め付けられている。打抜かれた鋼板はフライス切削の使用によって打抜きバリおよび起伏を除去される。同時に材料の切削によって所望の表面特性を有する磁極面が生ずる。

表面のフライスによる切削は、送り速度および切削工具の回転数なる入力量により制御および／又は調節するとよい。送り速度に関連した切削工具の回転数が送りを制御し、それによりフライス切削工具の歯又は切刃毎の材料切削を制御する。それにより磁極面の所望の粗さおよび所望の平坦性を調整できる。

２番目に述べた電磁石に関する課題は、本発明によれば、電磁石が次の金属製の閉成要素を有することによって解決される。即ち、上述の方法に従って形成された磁極面を有する金属製の閉成要素である。

上述の方法に従って形成された磁極面の表面状態が狭い公差範囲を有することから、この種の電磁石を使用した開閉器は、切換時間に関し同様に僅かの公差幅を有する。

本発明の実施例を図１〜９に示す例により説明する。

全ての図において、類似の構成要素には同一の符号を付している。

詳細説明
例１：
一連の実験において、標準的なフライス盤により接触器用の電磁石の積層された継鉄の表面を磁極面形成のために切削加工した。

切削工具として各々ターンプレートとして構成された３つの切刃を有する標準フライスを用いた。０．０５５ｍｍの固定した切削深さおよび２５ｍｍの切削幅において、テーブル送りを介して毎分１４９２回転の一定に保たれた切削工具回転数のもとで歯毎の送りを０．０２ｍｍと０．１２５ｍｍとの間で変化させた。

例２：
他の一連の実験において、例１におけると同じ閉成要素について同じ機械と同じ切削工具により、毎分１９１０回転の固定の切削工具回転数と０．０４ｍｍの切削深さ並びに同じ２５ｍｍの切削幅において、テーブル送りを介して歯毎の送りを同様に変化させた。

例３：
他の一連の実験において、接触器用の電磁石の閉成要素として積層鋼板の接極子の磁極面を形成した。例１と例２におけると同じフライス盤と切削工具を使用した。０．０８ｍｍの固定の切削深さと毎分１４９２回転の切削工具回転数において、ここでもテーブル送りを介して歯毎の送りｗｐ０．０２ｍｍと０．１２５ｍｍとの間で変化させた。

結果：
全ての例において、各々平坦性、粗さおよび支持面積率を調べた。このために、各々の切削面について、全体の平均化した平坦性、ＤＩＮ４７６８に基づき平均化した粗さと支持面積率を求めた。平均化した平坦性は、予め与えられた又は所望の外形からの表面の平均偏差を表す。平均化した粗さは表面高さの平均値に対する表面上の測定点の平均距離、即ち偏差の算術平均を測定する。支持面積率は全体面積におけるくぼみの間にある面積として定義されていて、５μｍの侵入深さにおいて決定した。

結果的に、粗さ、平坦性および支持面積率に関する表面でのその都度の所望のパラメータを定義し、フライス切削により狭い公差内で再現可能に作りだせることが分かった。

図１は、電気機械式開閉器用の積層された閉成要素１を示す。閉成要素１、例えば電磁石の接極子は、積層された鋼板３からなる。磁極面５に対し鋼板３が横に並べられ、この磁極面がフライス７、例えば切削工具により削られて平らにされる。フライス７は図中の矢印９の方向に回転する。同時にフライスは図示のＸおよびＹに関する予め与えられた軌道にて接触面５にわたって移動する。打抜きバリと起伏の除去のため、フライス７は切刃１０を有する。切刃１０は、特に交換可能なターンプレートとして構成するとよい。

図２は電気機械式開閉器用の電磁石１２を概略的に示す。電磁石１２の接極子１４と継鉄１５は積層され、各々１つの中央部分１７又は１８と、２つの外側の磁極脚２０、２２を有する。空隙２３内には、（図示しない）コイルが挿入可能である磁極面２４がフライス切削されている。

図３はリベット３２により締め付けた鋼板からなる接極子１４を示す。外側の磁極面２４、即ち接極子１４の磁極脚２２の端面は、本発明に従い、フライス切削される。中央の磁極脚１８の磁極面３１もフライス切削し得る。

図４は継鉄１５を示し、該継鉄もリベット３２で締め付けられた鋼板からなる。外側の磁極面２４、即ち継鉄１５の磁極脚２０の端面を、本発明に従い、フライス切削する。継鉄１５の中央の磁極脚１７は外側の磁極脚２０より短いので、中央の磁極脚１７の極面４１もフライス切削しなくてもよい。しかし、中央の磁極脚１７が短くないか、又は大きさの適切なフライス７が存在する場合には、磁極面４１もフライス切削するとよい。

上述の如き接極子１４と継鉄１５を有する電磁石を実現し、コイルを接極子１４の中央の磁極脚１８の周りに差し込むとよい。

更に、電気機械式開閉器、特に接触器に電磁石を使用する場合、接極子１４および／又は継鉄１５に油を塗るとよい。個々の鋼板間に存在する油の衝撃に基づく流出に伴い、電磁駆動装置の繰り返される開閉の際に、継鉄１５への接極子１４の衝突時の改善された緩衝が達成される。

図５は生産ライン５１０における加工ステーション５２５、５３５、５４５を示す。加工ステーション５２５、５３５、５４５は本発明による方法を適用すべく構成している。

特に接極子１４であっても継鉄１５であってもよい打抜き部材５２０が、ベルトコンベヤ上にて列をなして運ばれる。図５では、例えば４つの列５２０が並べられて運ばれる。

生産ライン５１０から到来する打抜き部材の列５２０が装填ステーション５２５において第１のロボット５３０によって、特に列状にて、回転可能な搬送台５２６の上に載せられる。ロボット５３０はフライスステーション５３５上への搬送台の降ろしも行なう。

フライスステーション５３５は加工すべき打抜き部材を、特に列状にて受け取る。図５は、打抜き部材の連続加工を可能にする２つの工作物ホルダ５３６Ａ、５３６Ｂを有するフライスステーションを示す。しかし、他の構成も可能である。

フライスステーション５３５においては、工作物ホルダの１つ５３６Ａとフライス７との間の相対移動によって磁極面の切削が行なわれる。

工作物ホルダ５３６Ａ上に置かれている打抜き部材が切削されるとすぐに、他のロボット５４０が切削加工された打抜き部材をフライスステーション５３５の工作物ホルダ５３６Ａから取り上げ、それらを降ろしステーション５４５へ、特に列状にて回転可能な搬送台５２６へ転送する。同時に他方の工作物ホルダ５３６Ａにおいて切削を行い、第１のロボット５３０が第１の工作物ホルダ５３６Ａへの装填を再び行なう。

ロボット５４０は回転可能な搬送台５２６上にある切削された打抜き部材を再び、ローディングステーション５５５上の走行ベルト５１０の上に置く。

図６は加工ステーション５３５におけるリフト装置を示す。このリフト装置で打抜き部材を切削前に持ち上げる。最も単純な場合、リフト装置が工作物ホルダ５３６Ａ、５３６Ｂ内にあるが、しかし他の構成も考えられる。

接極子１４又は継鉄１５が、特に列をなして、例えば断面棒体６３０のようなリフト装置の移動によって持ち上げられる。断面棒体６３０は固定点Ｍによって支持された脚６３１、６３２を持ち上げる。脚６３１、６３２は、磁極面２４、３１又は４１がほぼ側壁６１０の上縁の上側に持ち上げられるように、切削すべき工作物を脚６３１、６３２と側壁６１０との間で挟みつける。側壁６１０と脚６３１、６３２のストッパーＡは次のように構成するとよい。即ち、それらがリベット締めされた打抜き部材をリベット３２の周り又はリベット３２のわきにおいて挟みつけ、かつ磁極脚の変形を良好に回避するためにリベット３２に対して力又はトルク作用が全く又は僅かしか発生しないように構成する。

図７ないし９は、フライスステーション５３５における工作物ホルダ５３６Ａ、５３６Ｂと刃先７との間の可能な相対的移動を示す。

図７に示すように、閉成要素の一方の磁極面を前進移動により切削する。次の復帰移動時、他の磁極面を切削する。換言すれば、切削は交互の方向にて、特に往復にて行なう。

閉成要素が列状に配置され、列５２０が並存している場合、図７に示すような相対的移動が可能である。列数は任意に変更可能であり、図７の例は、各々４つの打抜き部材を有する４つの列５２０を示す。打抜き部材の個数も任意に変更可能である。

打抜き部材が接極子１４である場合、３つの磁極面２４、４１、２４の全てをフライス切削するとよい。本発明では、少なくとも外側の磁極脚２０、２２の磁極面２４をフライス切削する。

打抜き部材が継鉄１５である場合、継鉄１５の大きさに応じて、磁極面の全て、又は外側の磁極面２４のみをフライス切削するとよい。比較的小さい継鉄１５の場合、中央の磁極面４１はフライス切削しなくてもよい。これは、特にフライス７が継鉄１５の磁極面２４間の距離よりも大きい場合である。なぜならば、特に中央の磁極脚１７が外側の磁極脚２０よりも少し短いからである。図８は、それから導き出されたフライスの移動を示す。

特に少し大きい打抜き部材に関しては、磁極面２４、３１又は４１が１つのフライス移動のみでは切削できないこともある。その場合、図９に示すように往復が必要である。従って、磁極面毎のフライス移動の回数は、１、２、３、４又はそれ以上であってよい。

図７〜９における実施例では、リベット締めした積層鋼板の変形をできる限り少なくすべく、フライスによる切削は各打抜き部材の鋼板３に対し垂直方向にて実施する。

まず先に磁極面の加工のための加工方法としてのフライス切削を用いた本発明を説明したが、その代わりに又はそれと同時に、かんな削りや回転等の他の切削による加工方法の使用を排除すべきではない。しかし、フライスの切削使用が極めて簡単でかつ良好に再現可能であることから、ここではフライスによる切削が好ましい。

電磁石における積層鋼板として構成された閉成要素の表面のフライス加工を示す概略図 電気機械式開閉器用の電磁石の概略図 接極子の磁極面を示す斜視図 継鉄の磁極面を示す斜視図 生産ラインにおける加工ステーションを示す概略図 加工ステーションにおけるリフト装置を示す断面図 フライス加工における工作物とフライスとの間の相対移動の第１の例を示す概略図 フライス加工における工作物とフライスとの間の相対移動の第２の例を示す概略図 フライス加工における工作物とフライスとの間の相対移動の第３の例を示す概略図

符号の説明

１ 閉成要素、３ 鋼板、５ 磁極面、７ フライス、９ 回転方向、１０ 切刃、１２ 電磁石、１４ 接極子、１５ 継鉄、１７、１８ 中央磁極脚、２０、２２ 外側磁極脚、２３ 空隙、２４、３１、４１ 磁極面、３２ リベット、５１０ 生産ライン、５２０ 打抜き部材の列、５２５ 加工ステーション、５２６ 搬送台、５３０、５４０ ロボット、５３５、５４５ 加工ステーション、５３６Ａ、５３６Ｂ 工作物ホルダ、５５５ ローディングステーション、６１０ 側壁、６３０ 断面棒体、６３１、６３２ 脚

Claims (17)

1. 電磁石（１２）の金属製の閉成要素（１）の磁極面を形成するための方法において、閉成要素（１）の未加工の打抜き部材における磁極面（５）のための表面が切削法により加工されることを特徴とする方法。
2. 未加工の打抜き部材として成層鉄心が使用され、成層鉄心の鋼板が表面に対して横方向に積層されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 鋼板（３）がリベット（３２）により互いに固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 切削法による加工前に打抜き部材を持ち上げる工程を更に含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 打抜き部材が、切削法により加工される前に、リベットの周り又はリベットのわきにおいて持ち上げられることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
6. 打抜き部材の持ち上げがリフト装置（６３０）により行なわれ、リフト装置（６３０）が切削法の加工平面近くにおいて、打抜き部位材を挟持するように構成されていることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. リフト装置（６３０）が、打抜き部材の列（５２０）を持ち上げるように構成されていることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 切削法がフライス切削であることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
9. 表面のフライス切削が、送り速度およびフライス切削工具の回転数なる入力量により制御および／又は調節されることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. フライス切削が鋼板に対して垂直方向に行われることを特徴とする請求項８又は９記載の方法。
11. フライス切削が交互の方向に行なわれることを特徴とする請求項８、９又は１０記載の方法。
12. 電磁石（１２）のための接極子（１４）において、接極子の少なくとも１つの磁極面（２４、３１）が、請求項１乃至１１の１つに記載の方法に従って形成されていることを特徴とする接極子。
13. 接極子（１４）における両磁極脚（２２）の磁極面（２４）が、請求項１乃至１１の１つに記載の方法に従って形成されていることを特徴とする請求項１２記載の接極子。
14. 電磁石（１２）のための継鉄（１５）において、接極子の少なくとも１つの磁極面（２４、４１）が、請求項１乃至１１の１つに記載の方法で形成されていることを特徴とする継鉄。
15. 両磁極脚（２０）の磁極面（２４）が、請求項１乃至１１の１つに記載の方法に従って形成されていることを特徴とする請求項１２記載の継鉄。
16. ｉ） 請求項１乃至１１の１つに記載の方法に従って形成されている磁極面（５、２４、３１、４１）を有する金属製の閉成要素（１）と、
    ｉｉ） 請求項１２又は１３に記載の接極子（１４）又は
    ｉｉｉ）請求項１４又は１５に記載の継鉄（１５）と、
    を有する電磁石。
17. ｉ） 開閉器内にある電磁石（１２）の金属製の閉成要素（１）の磁極面が、請求項１乃至１１の１つに記載の方法に従って形成されており、
    ｉｉ） 開閉器内にある電磁石が請求項１２又は１３に記載の接極子（１４）又は請求項１４又は１５に記載の継鉄（１５）を有し、又は
    ｉｉｉ）開閉器が請求項１２に記載の電磁石（１２）を有する
    ことを特徴とする電気機械式開閉器。

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