JP2010010058A - 電磁石装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力が少ない小型の有極電磁石装置を提供することにある。
【解決手段】コイル３２を巻回したスプール３１の中心孔３１ｃに駆動軸６１を軸心方向に往復移動可能に支持するとともに、前記駆動軸６１の下端部に可動鉄芯４２を同一軸心上に取り付け、前記コイル３２の励磁，消磁に基づいて往復移動する前記可動鉄芯４２で前記駆動軸６１を往復移動させる有極電磁石装置である。そして、前記可動鉄芯４２に永久磁石４５を同一軸心上に一体に設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は電磁石装置、特に、永久磁石を備えた有極電磁石装置に関する。

従来、有極電磁石装置としては、所定方向に突出自在に保持された可動接極子と、前記可動接極子に対向配置された固定接極子と、前記可動接極子を突出方向に付勢する引外しばねと、前記引外しばねを蓄勢状態に保持する永久磁石と、前記可動接極子および前記固定接極子を通して前記永久磁石からの磁束の磁気経路を構成する継鉄と、異常電流の検知結果に基づいて、前記永久磁石による磁界に対する反磁界を形成する電磁石とを備え、前記可動接極子と前記固定接極子とが接極した時の接極面を通過する磁束密度が１テスラ以上であることを特徴とする釈放形電磁装置がある。
特開２００７−２５８１５０号公報

しかしながら、特許文献１の図１に示すように、前記有極電磁石装置はコイル用ボビン１の下端側に永久磁石５を配置してある。このため、動作時には前記永久磁石５の磁力に抗して可動接触子６をコイル２の磁力で駆動させる必要があり、消費電力が大きい。
また、釈放形電磁装置では、コイル２を巻回するためのスペースが少なく、コイル２で高い磁力を得ようとすると、装置が大型化するという問題点がある。

本発明は、前記問題点に鑑み、消費電力が少ない小型の有極電磁石装置を提供することを課題とする。

本発明にかかる有極電磁石装置は、前記課題を解決すべく、コイルを巻回したスプールの中心孔に駆動軸を軸心方向に往復移動可能に支持するとともに、前記駆動軸の下端部に可動鉄芯を同一軸心上に取り付け、前記コイルの励磁，消磁に基づいて往復移動する前記可動鉄芯で前記駆動軸を往復移動させる有極電磁石装置であって、前記可動鉄芯に永久磁石を同一軸心上に一体に設けた構成としてある。

本発明によれば、動作時に可動鉄芯に一体化した永久磁石がコイルの励磁によって発生した磁力に反発し、前記永久磁石を一体に設けた可動鉄芯が動作するので、従来例よりも動作電圧が低くなり、消費電力の少ない有極電磁石装置が得られる。
また、永久磁石が可動鉄芯に同一軸心上に一体に設けられるので、コイルの巻回スペースが従来例よりも大きくなる。このため、従来例と同一外形寸法のハウジングであっても、コイルをより多く巻回できるので、結果的により一層小型の有極電磁石装置が得られる。

本発明にかかる実施形態としては、スプールの中心孔の内周面のうち、動作時にコイルの励磁で発生した磁力に基づく反発力を可動鉄芯に付与できる位置に、環状補助ヨークを配置しておいてもよい。
本実施形態によれば、動作時に、永久磁石に対する大きな反発力で可動鉄芯を駆動できるので、より一層消費電力が少ない有極電磁石装置が得られる。

本発明にかかる他の実施形態としては、スプールの中心孔の内周面のうち、復帰時に可動鉄芯に設けた永久磁石の磁力に基づく前記可動鉄芯の復帰力を高める位置に、環状補助ヨークを配置しておいてもよい。
本実施形態によれば、環状補助ヨークにより、永久磁石の磁力を復帰力として効率的に活用できるので、俊敏な動作特性を有する有極電磁石装置が得られる。また、復帰完了後も前述の復帰力が維持されるので、外部からの衝撃力によっても誤動作しにくくなり、信頼性の高い有極電磁石装置が得られるという効果がある。

本発明にかかる実施形態を図１ないし図１４の添付図面に従って説明する。
本発明にかかる有極電磁石装置の第１実施形態を適用したパワー負荷用電磁継電器は、図１ないし図１１に示すように、大略、ケース１０内に、上下で一体化された駆動機構ユニット２０および接点機構ユニット５０を収納するとともに、前記ケース１０にカバー７０を嵌合して被覆したものである。

前記ケース１０は、図４に示すように、後述する駆動機構ユニット２０および接点機構ユニット５０を収納可能な箱形状であり、その底面中央部に前記駆動機構ユニット２０を位置決めするための嵌合用凹部１１（図２および図３）を設けてある。また、前記ケース１０は、対角線上に位置する外周角部の下方縁部から側方に台座部１２，１３を突設してある。前記台座部１２，１３には、取付孔１４，１４をそれぞれ形成してあるとともに、前記台座部１２には端子台１５を一体成形してある。さらに、前記ケース１０は、開口縁部の隅部に、後述するリード線３３ａを引き出すためのスリット１６を設けてあるとともに、対向する側壁の開口縁部に、後述するカバー７０を抜け止めするための係合孔１７を設けてある。

駆動機構ユニット２０は、図５ないし図７に示すように、断面略コ字形状の第１ヨーク２１と、前記第１ヨークの両端部に架け渡した第２ヨーク２２との間に、スプール３１にコイル３２を巻回した電磁石ブロック３０を固定したものである。

第１ヨーク２１は、図５に示すように、その底面中央に、後述する有底筒体３４を挿通するための挿通孔２１ａを設けてあるとともに、その両端部に、第２ヨーク２２を嵌合するための切り欠き部２１ｂを形成してある。

第２ヨーク２２は、図１０に示すように、その両端部を前記第１ヨーク２１の切り欠き部２１ｂにそれぞれ係合し、かつ、架け渡し可能な平面形状を有し、その中央部にカシメ孔２２ａを設けてある。また、前記第２ヨーク２２は、その上面隅部に座ぐり孔２２ｂを設けるとともに、前記座ぐり孔２２ｂにガス封入パイプ２３がロウ付けで気密接合されている。

電磁石ブロック３０は、図５に示すように、両端に鍔部３１ａ，３１ｂを有するスプール３１にコイル３２を巻回して形成したものであり、前記鍔部３１ａに設けた一対の中継端子３３（奥側の中継端子は図示せず）に前記コイル３２の引き出し線を絡げてハンダ付けしてある。さらに、前記中継端子３３にはリード線３３ａを接続してある。また、図５および図６に示すように、前記スプール３１の鍔部３１ａ，３１ｂを貫通する中心孔３１ｃには有底筒体３４が挿入される。前記有底筒体３４の上方開口部は前記第２ヨーク２２の下面にレーザー溶接で気密接合されている。そして、前記有底筒体３４は、第１ヨーク２１の挿通孔２１ａから突出する下端部に、環状補助ヨーク３５を嵌合してある（図６）。

本実施形態によれば、前記環状補助ヨーク３５が前記有底筒体３４と前記第１ヨーク２１とに挟持される。このため、後述する可動鉄芯４２の外周面と、前記第１ヨーク２１および環状補助ヨーク３５との対向面積が増大し、磁気抵抗が減少するので、磁気効率が向上し、消費電力を低減できるという利点がある。

前記有底筒体３４内には、図２に示すように、固定鉄芯４０、復帰用コイルバネ４１および可動鉄芯４２が収納されている。そして、図６に示すように、前記固定鉄芯４０は、その上端部を前記第２ヨーク２２のカシメ孔２２ａにカシメ固定してある。このため、可動鉄芯４２は前記復帰用コイルバネ４１のバネ力で下方側に付勢される。さらに、前記有底筒体３４は、図７に示すように、その底面と前記可動鉄芯４２との間に、接着防止用金属シート４８およびゴム製の衝撃緩衝用円板４９を配置してある。

前記可動鉄芯４２は、図６および図８に示すように、非磁性材からなる接続用パイプ４３の内部に第１可動鉄片４４を挿入する一方、前記接続用パイプ４３の外周面にリング状永久磁石４５および第２可動鉄片４６を嵌合して一体化したものである。このため、前記接続用パイプ４３は前記リング状永久磁石４５の磁力を遮蔽することにより、所望の磁気回路を形成できる。また、前記第２可動鉄片４６は、復帰時に、前記環状補助ヨーク３５の開口縁部よりも上方に位置している。なお、図６および図７は、説明の便宜上、復帰用コイルバネ４１を図示していない。

前記接点機構ユニット５０は、図９に示すように、前記第２ヨーク２２の上面にセラミック製封止容器５１を接続一体化して形成した密閉空間内に、シールド部材５５および可動接点ブロック６０を配置したものである。

前記封止容器５１は、その天井面に設けた端子孔５１ａ，５１ｂに、座金５１ｃ，５１ｃを介し、断面略Ｔ字形状の固定接点端子５２，５３をそれぞれロウ付けしてあるとともに、その下方開口縁部に接続用環状スカート部５４をロウ付けしてある。前記固定接点端子５２，５３は、その上面にネジ孔５２ａ，５３ａを設けてある一方、その下端面に固定接点５２ｂ，５３ｂをそれぞれ設けてある。そして、前記環状スカート部５４を前記第２ヨーク２２の上面に位置決めし、レーザーで溶接一体化して前記密閉空間が形成される。

前記シールド部材５５は、図１０に示すように、中央に貫通孔５６ａを有する浅底の箱状樹脂成形品５６に金属製シールド用リング５７を嵌合し、前記箱状樹脂成形品５６の底面に突設したカシメ用突起５６ｂをカシメて一体化してある。前記金属製シールド用リング５７は接点開閉時に生じたアークを引き寄せ、前記封止容器５１と接続用環状スカート部５４とのロウ付け部分が溶融することを防止するためのものである。

可動接点ブロック６０は、図１０に示すように、両端部に可動接点６２ａ，６２ｂを形成した可動接触子６２のカシメ孔６２ｃに、駆動軸６１の上端部を挿入し、座金６３を介してカシメ固定してある。一方、前記駆動軸６１に接圧用コイルバネ６４を下方側から挿入し、前記駆動軸６１の外周面に形成した環状溝部６１ａに、Ｅリング６５を係合して組み付ける。このため、接圧用コイルバネ６４を介して可動接触子６２が上方に付勢されている。

接圧用コイルバネ６４は、可動接触子６２に接点圧を付与するためのものである。このため、接圧用コイルバネ６４を適宜選択することにより、吸引力特性の調整が可能となり、設計の自由度が広がるという利点がある。

前記カバー７０は、図４に示すように、前記ケース１０に嵌合可能な平面形状を有している。そして、前記カバー７０は、図１１に示すように、その内側面に平面略コ字形状の磁性材からなる保持部材９０を嵌め込んである。

前記カバー７０は、その天井面の中央に突設した絶縁用突条７１の両側に、端子孔７２，７３をそれぞれ設けてある。また、前記カバー７０は、その天井面の隅部に図示しない外部端子のための回り止め用突起７４をそれぞれ突設してあるとともに、その短辺側の両側側面から係合突起７５をそれぞれ側方に突設してある。

前記保持部材９０は、その対向する内側面の下方縁部から位置決め用爪部９１を切り起こしてあるとともに、突き出し加工で位置決め用凹部９２を形成してある。そして、前記位置決め用突起９１を介して２枚の永久磁石９３が相互に対向するように配置されている。前記永久磁石９３は、可動接触子６２と固定接点端子５２，５３との間に生じたアークを磁力で引っ張り、アークを消弧しやすくし、接点溶着を防止するとともに、封止容器５１のロウ付け部分を保護する。

本実施形態にかかる封止接点装置の組立方法について説明する。
まず、第１ヨーク２１に、スプール３１にコイル３２を巻回した電磁石ブロック３０を載置して位置決めする。一方、固定鉄芯４０を予めカシメ固定した第２ヨーク２２の上面中央にシールド部材５５を位置決めするとともに、可動接点ブロック６０の駆動軸６１を前記シールド部材５５の貫通孔５６ａおよび固定鉄芯４０の軸孔４０ａに挿入する。さらに、固定接点端子５２，５３および環状スカート部５４をロウ付けした封止容器５１の内周縁部を、前記シールド部材５５のシールド用リング５７に嵌合する。そして、前記封止容器５１の開口縁部の下端面で箱状樹脂成形品５６を押さえつつ、前記環状スカート部５４を第２ヨーク２２の上面にレーザー溶接して一体化する。

ついで、固定鉄芯４０の下面から突出する駆動軸６１を復帰用コイルバネ４１および可動鉄芯４２の軸孔４２ａに挿通する。そして、可動鉄芯４２を復帰用コイルバネ４１のバネ力に抗して固定鉄芯４０に当接するまで押し込む。さらに、所定の接点圧を得られるまで駆動軸６１を押し込み、可動接触子６２が固定接点端子５２，５３の固定接点５２ａ，５３ａに所定の接点圧力で接触した状態を維持し、可動鉄芯４２に前記駆動軸６１の下端部を溶接一体化する。ついで、ゴム製の衝撃緩衝用円板４９および接着防止用金属シート４８を順次収納した有底筒体３４を、前記可動鉄芯４２に被せ、その開口縁部を第２ヨーク２２の下面にレーザー溶接で溶接一体化する。そして、ガス封入パイプ２３から密閉空間内の空気を抜いた後、不活性ガスを注入し、前記ガス封入パイプ２３をカシメて密封する。

さらに、前記スプール３１の中心孔３１ｃに有底筒体３４を挿入し、第２ヨーク２２の両端部を第１ヨーク２２の切り欠き部２１ｂに嵌合し、カシメて固定する。そして、第１ヨーク２１の挿通孔２１ａから突出する有底筒体３４の下端部に環状補助ヨーク３５を嵌合し、抜け止めする。

そして、図４に示すように、上下に一体化した駆動機構ユニット２０および接点機構ユニット５０をベース１０内に挿入する。さらに、突出する有底筒体３４の下端部をベース１０の凹部１１に嵌合して位置決めするとともに、前記ベース１０の切り欠き部１６からリード線３３ａを引き出す。最後に、前記ベース１０の係合孔１７にカバー７０の係合爪部７５を係合して固定する。これにより、本実施形態にかかるパワー負荷用電磁継電器が得られる。

本実施形態に係る接点装置の動作について説明する。
図２に示すように、コイル３２に電圧が印加されていない場合には、復帰用コイルバネ４１のバネ力および可動鉄芯４２の永久磁石４５の磁力より、可動鉄芯４２が固定鉄芯４０から開離している。このため、可動接触子６２の両端部に位置する可動接点６２ａ，６２ｂが固定接点端子５２，５３の固定接点５２ｂ，５３ｂから開離している。

そして、前記コイル３２に電圧を印加すると、固定鉄芯４０の可動鉄芯４２に対する吸引力と、コイル３２の磁束に対する可動鉄芯４２のリング状永久磁石４５の反発力との合力により、復帰用コイルバネ４１のバネ力に抗して可動鉄芯４２が固定鉄芯４０側に移動する。このため、前記可動鉄芯４２と一体な駆動軸６１が軸心方向に移動し、可動接触子６２の可動接点６２ａ，６２ｂが固定接点端子５２，５３の固定接点５２ｂ，５３ｂに当接する。

本実施形態によれば、動作時にリング状永久磁石４５の磁力を有効活用できるので、少ない消費電力で可動鉄芯４２を駆動できる。また、コイル３２で発生した磁束が環状補助ヨーク３５を通過でき、磁気効率が向上し、より大きな反発力が得られるので、消費電力がより一層少ない電磁継電器を得られる。

さらに、可動鉄芯４２が固定鉄芯４０側に吸引され、前記復帰用コイルバネ４１のバネ力に抗して可動鉄芯４２が移動し、接点圧を増大させる。ついで、前記復帰用コイルバネ４１のバネ力に抗し、可動接触子６２の可動接点６２ａ，６２ｂが固定接点端子５２，５３の固定接点５２ｂ，５３ｂに所定の圧力で接触した後、可動鉄芯４２が固定鉄芯４０に吸着し、その状態を維持する。

最後に、前記コイル３２に対する電圧の印加を停止すると、コイル３２の磁力が消失し、復帰用コイルバネ４１のバネ力により、可動鉄芯４２が固定鉄芯４０から開離する。ついで、可動接触子６２が固定接点端子５２，５３から開離した後、可動鉄芯４２が元の位置に復帰する。復帰の際には、可動鉄芯４２が接着防止用金属シート４８を介して衝撃緩衝用円板４９に衝突し、衝撃力が吸収，緩和される。

本実施形態によれば、復帰時に、リング状永久磁石４５の磁束が環状補助ヨーク３５を介して磁気回路を形成する。このため、復帰時においても前記リング状永久磁石４５の磁力を有効に活用することにより、可動鉄芯４２の復帰動作が俊敏になり、動作特性の優れた電磁継電器が得られるという利点がある。

第２実施形態は、図１２に示すように、前述の第１実施形態とほぼ同様であり、異なる点は可動鉄芯４２の構造である。
すなわち、前記可動鉄芯４２は、駆動軸６１を挿入可能な内径の軸孔を有し、かつ、非磁性材からなる接続用パイプ４３に、第１可動鉄片４４、リング状永久磁石４５および第２可動鉄片４６を嵌合して一体化したものである。

本実施形態によれば、リング状永久磁石４５を第１可動鉄片４４および第２可動鉄片４６で直接挟持するように配置してあるので、組立精度が高く、動作特性にバラツキのない電磁継電器が得られるという利点がある。
他は前述の第１実施形態と同様であるので、同一部分に同一番号を附して説明を省略する。

第３実施形態は、図１３および図１４に示すように、前述の第１実施形態とほぼ同様であり、異なる点は可動鉄芯４２の構造である。
すなわち、前記可動鉄芯４２は、非磁性材からなる接続用パイプ４３の外周面に、第１可動鉄片４４を嵌合する一方、その内部に駆動軸６１を挿入可能な内径の軸孔を有するリング状永久磁石４５および第２可動鉄片４６を嵌合して一体化したものである。

本実施形態によれば、可動鉄芯４２の最外側面が第１可動鉄片４４で覆われ、かつ、前記第１可動鉄片４４が非磁性材からなる接続用パイプ４３で遮蔽されている。このため、コイル３２で発生した磁束が前記第１可動鉄片４４を通過しやすくなり、磁気回路を形成できるので、大きな吸引力が得られ、磁気効率の高い電磁継電器が得られるという利点がある。
他は前述の第１実施形態と同様であるので、同一部分に同一番号を附して説明を省略する。

本発明にかかる有極電磁石装置は、前述の電磁継電器に限らず、他の電気機器にも適用できることは勿論である。

図１Ａ，１Ｂは本発明に係る有極電磁石装置を適用したパワー負荷用電磁継電器の第１実施形態を示す斜視図である。 図１で示したパワー負荷用電磁継電器の正面断面図である。 図１で示したパワー負荷用電磁継電器の側面断面図である。 図１で示したパワー負荷用電磁継電器の分解斜視図である。 図４の要部分解斜視図である。 図２の部分拡大断面図である。 図４の要部分解斜視図である。 図７の要部分解斜視図である。 図７の要部分解斜視図である。 図９の要部分解斜視図である。 図４の要部分解斜視図である。 本発明に係る有極電磁石装置を適用したパワー負荷用電磁継電器の第２実施形態を示す正面断面図である。 本発明に係る有極電磁石装置の第３実施形態を示す正面断面図である。 図１３に示した有極電磁石装置の要部分解斜視図である。

符号の説明

１０：ケース
２０：接点機構ユニット
３０：電磁石ブロック
３１：スプール
３１ｃ：中心孔
３２：コイル
４０：固定鉄芯
４１：復帰用コイルバネ
４２：可動鉄芯
４３：接続用パイプ
４４：第１可動鉄片
４５：リング状永久磁石
４６：第２可動鉄片
５０：接点機構ユニット
５２，５３：固定接点端子
５２ｂ，５３ｂ：固定接点
５０：接点機構ユニット
６０：可動接点ブロック
６１：駆動軸
６２：可動接触子
６２ａ，６２ｂ：可動接点
７０：カバー

Claims (3)

1. コイルを巻回したスプールの中心孔に駆動軸を軸心方向に往復移動可能に支持するとともに、前記駆動軸の下端部に可動鉄芯を同一軸心上に取り付け、前記コイルの励磁，消磁に基づいて往復移動する前記可動鉄芯で前記駆動軸を往復移動させる有極電磁石装置であって、
   前記可動鉄芯に永久磁石を同一軸心上に一体に設けたことを特徴とする有極電磁石装置。
2. スプールの中心孔の内周面のうち、動作時にコイルの励磁で発生した磁力に基づく反発力を可動鉄芯に付与できる位置に、環状補助ヨークを配置したことを特徴とする請求項１に記載の有極電磁石装置。
3. スプールの中心孔の内周面のうち、復帰時に可動鉄芯に設けた永久磁石の磁力に基づく前記可動鉄芯の復帰力を高める位置に、環状補助ヨークを配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の有極電磁石装置。

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