JP2010027602A - 電磁石装置及び電磁接触器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 比較的簡単な方法で作製できる小型の電磁石装置及びそのような電磁石装置を備えた電磁接触器を提供する。
【解決手段】 本発明の電磁石装置1は、鋼板を積層した略E字型形状の固定鉄心10と、金属板を打ち抜いて略長円状に一体成型されたシェーディングコイル40とを有する。固定鉄心10の外側脚12の磁極面12aには、ほぼ垂直に凹ませた第1の溝部15が形成されており、側面部12bには、ほぼ水平に凹ませた第2の溝部17が形成されている。第1の溝部15と第2の溝部17はほぼ平行である。シェーディングコイル40の第1の直線部40aの一部は、第1の溝部15内に収容され、第2の直線部40bの一部は、第2の溝部17内に収容される。シェーディングコイル40の第1の直線部40a及び第2の直線部40bは、固定鉄心10の第1の溝部15及び第2の溝部17に対して加締加工によって固定されている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、電磁接触器などに搭載される電磁石装置、及び、電磁石装置を備えた電磁接触器に関する。特には、シェーディングコイルを備えた鉄心を有する電磁石装置等に関する。
まず、シェーディングコイルを備えた鉄心を有する電磁石装置の一例を説明する。
図5は、電磁石装置の一例を模式的に示す図であり、図5(A)は可動鉄心の駆動方向及び各鉄心脚部の配列方向とそれぞれ直交する方向から見た正面図、図5(B)は図5(A)のB部を拡大した図である。
図5(A)に示すように、電磁石装置101は、固定鉄心110、可動鉄心120、操作コイル130及びシェーディングコイル140等から構成される。固定鉄心110及び可動鉄心120は、略E字型の珪素鋼板を積層してリベット119で固定したE型鉄心であり、各々中央脚111、121と、この中央脚111、121を挟んで配置された1対の外側脚112、122とを有する。固定鉄心110と可動鉄心120とは、両端の外側脚112、122の磁極面112a、122aが向かい合うように配置されて、当接及び離間するように支持されている。なお、外側脚112、122の磁極面112a、122aが当接した際に、中央脚111、121の端面111a、121a間には空隙が開く。これは、操作コイル130への電流供給を切った場合に残留磁束で可動鉄心120が吸着されたまま復帰不能となるのを回避するためである。操作コイル130は、固定鉄心110の中央脚111の周囲に捲き回されている。操作コイル130への通電をオンオフすることによって、可動鉄心120は固定鉄心110に対して当接又は離間する。
シェーディングコイル140は、固定鉄心110の各外側脚112の磁極面112a付近に取り付けられている。シェーディングコイル140は、単相交流電磁石において交番磁束の変化による電磁吸引力の変動、騒音及び振動を抑制するものである。シェーディングコイル140は、例えばアルミニウム合金製の金属板を略方形状に打ち抜いて一体成型したものである。
図5(B)に示すように、固定鉄心110の各外側脚112の磁極面112aには、固定鉄心110の厚さ方向(図5において紙面と直交する方向)に延びる並行な切り込み溝115、117が形成されている。シェーディングコイル140はこれらの切り込み溝115、117に挿入されて、圧入又は潰し加工(加締加工)によって固定鉄心110に締結されている。
ところで、電磁石において、電磁吸引力(F)と磁極面積(S)との関係は以下の式1で示される。
F=BS ・・・(式1)
ここで、Bは磁束密度を表す。
磁束密度が一定として、必要な電磁吸引力を確保するには、内側の切り込み溝115の中央脚111の側の磁極面112a−1の面積S1と、切り込み溝115、117間の磁極面112a−2の面積S2とを加えた磁極面積が必要である。つまり、外側の切り込み溝117の外側の面112bは、電磁吸引力を発生させるために必要な磁極面としては機能せず、シェーディングコイル140の配設及び固定のためのみのものである。そして、このような構成とするために、各外側脚112の外側面には、外方向に突き出た突出部113が形成されている。このような突出部113を設けることにより、固定鉄心110が大型化している。
このような電磁石装置101において、必要な電磁吸引力を得るためには、磁極面積S1+S2を確保する必要がある。さらに、鉄損の観点から磁気回路内においてどの断面でも等磁束密度となるように磁路の断面積を一様にする必要がある。その上で、例えば、鉄心の幅寸法に制約がある場合など、外形寸法に制約がある場合には、鉄心を構成する鋼板の積層枚数を増加させることが必要になる。この場合、電磁石が鉄心の厚さ方向大型化するとともに、材料の使用量も多くなってしまう。
ところで、前述のような、外側の切り込み溝117の外側に面112bが設けられていない電磁石も開示されている(例えば、特許文献1参照)。この電磁石は、各外側脚の磁極面に一列の切り込み溝を設けるとともに、外側の縁に段部を設けている。そして、シェーディングコイルをこれらの切り込み溝と段部に挿入して、コイルを外側脚に溶融固着するものである。ただし、この例では、棒状の材料を、切り込み溝と段部に環状に巻き込んで装着してシェーディングコイルとしている。この電磁石は、外側脚に突出部を設けていないことから、鉄心の大型化は避けることができるが、シェーディングコイルの装着や溶融固着に時間を要し、生産性が悪いという問題がある。また、棒状の材料の両端をつなぎ合わせた部分の電気抵抗が大きくなり、シェーディングコイルとしての機能を損なう場合がある。
特開平57−199208号公報
また、この特許文献1の方法と同様の、磁極面に切り込み溝と段部を設けたタイプにおいて、略長円状に打ち抜き加工したシェーディングコイルを切り込み溝と段部に挿入し、磁極面の切り込み溝に挿入されたコイルのみを加締めて固定する場合もある。この場合は、シェーディングコイルが電磁石装置の駆動による繰り返し振動によって脱落するおそれがあり、所望の耐久性が得られないという問題がある。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、生産性に優れかつ鉄心を小型化でき、さらに耐久性が良好な電磁石装置及びそのような電磁石装置を備えた電磁接触器を提供することを目的とする。
本発明の電磁石装置は、鋼板を積層して構成され、先端に磁極面が形成された複数の脚部を有する略E字型形状の鉄心と、金属板を打ち抜いて略長円状に一体成型されたシェーディングコイルとを有する。鉄心の脚部には、磁極面を凹ませて形成した第1の溝部と、脚部の側面部を凹ませて形成されかつ前記第1の溝部と略平行に延びた第2の溝部とが形成されている。シェーディングコイルは、前記第1の溝部内に少なくとも一部が収容される第1の直線部と、前記第2の溝部内に少なくとも一部が収容される第2の直線部とを有する。本発明の電磁石装置は、前記シェーディングコイルの前記第1の直線部及び前記第2の直線部が、それぞれ前記鉄心の前記第1の溝部及び前記第2の溝部に対して加締加工によって固定されていることを特徴とする。
本発明においては、シェーディングコイルの一方の直線部を鉄心の側面に形成した溝に挿入することにより、シェーディングコイルを支持するために磁気吸引力に不要な凸部等を設ける必要がない。このため、仮に鉄心の外形寸法が同じであれば、磁気吸引力の発生に寄与する磁極面積及び磁路断面積を増大できる。したがって、磁気吸引力・損失に影響を及ぼさずに鉄心の外形寸法を小型化でき、あるいは、鉄心の外形寸法が同等であれば磁気吸引力を増大できる。また、両溝に挿入したコイルを加締加工によって固定するので、シェーディングコイルの鉄心に対する固定強度を向上し、振動や衝撃に対する脱落を防止して耐久性を向上することができる。さらに、打ち抜き加工により形成したシェーディングコイルを使用し、鉄心への固定を加締によって行うので、棒状のコイルを溝に巻き込んだり、線状のコイルを何重にも巻きつけ、溶着等によって接合する必要がない。したがって、比較的簡単な機械的手法によりシェーディングコイルを装着することができ、生産性が向上する。
なお、加締加工とは、2個の物体を接続する際に、一方(あるいは双方)の物体に機械的な圧力を加えて塑性変形させて、両者を圧着させる方法である。
本発明においては、前記第2の溝部の底面に突出部が形成されていることが好ましい。
この場合、シェーディングコイルの第2の直線部を、鉄心の脚部に設けた第2の溝部に加締加工する際、直線部が突出部によってその両側に振り分けられ、突出部の両側の面に沿って塑性変形する。このため、直線部を溝部の隅部まで入り込ませることが容易になる。したがって、シェーディングコイルと鉄心の脚部との十分な締結力を得やすく、電磁石装置の耐久性をより向上できる。
さらに、前記突出部が、前記第2の溝部底面の幅方向ほぼ中央に、該溝部と平行に延びて形成されていることが好ましい。
この場合、加締加工時に、突出部がシェーディングコイルの第2の直線部の厚さ方向中心に当たるので、第2の直線部を、厚さ方向において均等に第2の溝部の隅部まで入り込ませやすくなる。
さらに、前記突出部が先細かつ先端面が凸曲面又は平面であることがより好ましい。
この場合、加締加工時に突出部からシェーディングコイルの第2の直線部に応力が集中してシェーディングコイルが割れることを防止できる。
本発明の電磁接触器は、前記に記載の電磁石装置と、該電磁石装置によって開閉駆動される少なくとも一つの接点と、を備えることを特徴とする。
本発明の電磁接触器によれば、電磁石装置の鉄心を小型化できるため、電磁接触器をコンパクト化することができ、また、耐久性を向上することができる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、生産性に優れかつ鉄心を小型化でき、さらに耐久性が良好な電磁石装置及びそのような電磁石装置を備えた電磁接触器を提供することができる。
本発明の第1の実施の形態に係る電磁石装置の構造を模式的に示す図であり、図1(A)は可動鉄心の駆動方向及び脚部の配列方向とそれぞれ直交する方向から見た正面図、図1(B)は図1(A)のB部を拡大して示す図である。 図1の電磁石装置の固定鉄心を示す斜視図である。 シェーディングコイルを磁極に取り付ける方法を説明する図である。 本発明の実施の形態に係る電磁接触器の構造を説明する正面図である。 電磁石装置の一例を模式的に示す図であり、図5(A)は可動鉄心の駆動方向及び脚部の配列方向を含む平面で切って見た断面図、図5(B)は図5(A)のB部を拡大した図である。 本発明の第2の実施の形態に係る電磁石装置に設けられた固定鉄心の一方の側脚部を駆動方向と直交する方向から見た正面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電磁石装置の構造を模式的に示す図であり、図1(A)は可動鉄心の駆動方向及び脚部の配列方向とそれぞれ直交する方向から見た正面図、図1(B)は図1(A)のB部を拡大して示す図である。
図2は、図1の電磁石装置の固定鉄心を示す斜視図である。
図1に示す電磁石装置1は、図5に示した電磁石装置と同様に、固定鉄心10、可動鉄心20、操作コイル30及びシェーディングコイル40から構成される。固定鉄心10及び可動鉄心20は、略E字型の珪素鋼板を積層してリベット19で固定したE型鉄心であり、各々中央脚11、21と、この中央脚11、21を挟んで配置された外側脚12、22とを有する。固定鉄心10と可動鉄心20とは、固定鉄心10の外側脚12の磁極面12aと、可動鉄心20の外側脚22の磁極面22aとが向かい合うように配置されて、これらが当接又は離間するように相対移動可能に支持されている。操作コイル30は、固定鉄心10の中央脚11の周囲に捲き回されている。操作コイル30への通電によって、可動鉄心20は固定鉄心10に対して当接又は離間する。
図1(B)に示すように、各外側脚12の磁極面12aの、やや中央脚11の側の位置には、同面をほぼ垂直に凹ませた第1の溝部15が形成されている。第1の溝部15は、鉄心10の厚さ方向(図1において、紙面と直交する方向)に直線上に延びている。第1の溝部15をその長手方向から見た溝断面形状は、ほぼ矩形状に形成されている。第1の溝部15の両側壁の深さ方向における中央付近には、後述する加締加工により塑性変形したシェーディングコイル40の一部が入り込む溝部15aが形成されている。この溝部15aも、溝部15と平行して鉄心10の厚さ方向に延びている。また、各外側脚12の外側面12bの上端からやや下方の位置には、同面をほぼ水平に凹ませた第2の溝部17が形成されている。第2の溝部17は、鉄心10の厚さ方向に直線上に延びている。第1の溝部15と第2の溝部17は略平行である。また、第1の溝部15の底面の高さと、第2の溝部17の下面の高さとはほぼ等しい。
なお、本発明の固定鉄心10は、各外側脚12の外側面12bに、図5で説明した電磁石装置101の固定鉄心110に設けられた突出部113が設けられていない。本実施の形態においては、外側脚12の外側面12bは、第2の溝部17以外は実質的に平坦に形成されている。
また、図2に示すように、固定鉄心10には、厚さ方向に貫通する貫通孔10aが形成されている。貫通穴10aは、中央脚11の反可動鉄心側の端部に配置されている。この貫通孔10aには、支持板91が挿入されている。支持板91の貫通孔10aから突き出た先端にはゴム等の弾性部材からなる弾性体92が装着されている。また、固定鉄心10が収容されるフレーム(図示されず)の底面上には、クッションシート95が敷設されている。これらの弾性体92やクッションシート95により、固定鉄心10は、フレームに対していわゆるフローティング状態で弾性支持されている。
シェーディングコイル40は、例えばアルミニウム系合等の金属板を略長円状に打ち抜いて一体成型して作製される。シェーディングコイル40は、図2に示すように、略平行な第1の直線部40a、第2の直線部40bと、対向する半円周状部40c、40dとを有する。
次に、このシェーディングコイル40を固定鉄心10の各外側脚12に取り付ける方法の一例を説明する。
図3は、シェーディングコイルを磁極に取り付ける方法を説明する図である。
なお、図3(A)に示すように、第1の溝部15は、幅W1が、シェーディングコイル40の直線部40a、40bの幅Wと、挿入を可能とするために設けられるクリアランスを除けば実質的に同等となるように形成されている。また、第1の溝部15の深さD1が、直線部40a、40bの厚さTよりも深くなるように形成されている。また、第2の溝部17は、幅W2が、直線部40a、40bの厚さTとほぼ同様で、奥に行くほど幅が広がるように形成されている。さらに、第2の溝部17の深さD2が、直線部40a、40bの幅Wよりも小さくなるように形成されている。
まず、図3(B)に示すように、シェーディングコイル40の第1の直線部40aを第1の溝部15に挿入し、第2の直線部40bを第2の溝部17の側方に位置させる。次に、第1の直線部40aを上方から加締工具T1で圧縮し、第2の直線部40bを側方から第2の溝部17に向けて加締工具T2で圧縮する。
すると、図3(C)に示すように、第1の直線部40aは、上面が加締工具T1によって凹むとともに、側面が第1の溝部15の側壁の両溝部15aに入り込むように塑性変形する。これにより、シェーディングコイル40の抜けを防止できる。また、第2の直線部40bは第2の溝部17に入り込み、側面が加締工具T2によって凹むとともに、内側の端部が上下方向(図の上方向及び下方向)へ塑性変形して、第2の溝部17の幅が広がった隅部に入り込む。なお、第2の直線部40bが側方へ入り込んだ分だけ、シェーディングコイル40の半円周部40c、40dは、外側脚12からやや外方向(鉄心の厚さ方向)へ延び出すように変形する。
以上説明したように、本発明の電磁石装置1の固定鉄心10は、外側脚12に、磁気吸引力に関与しない部分(図5の面112b)を設ける必要がないので、仮に必要な磁気吸引力が同等であるとすれば、突起を設けてシェーディングコイルを固定する従来技術に対して、固定鉄心10を小型化することができる。また、両溝15、17に挿入したシェーディングコイル40を加締加工によって固定しているので、シェーディングコイル40を比較的簡単な手段で、鉄心10に強固に装着することができるため、生産性及び耐久性に優れている。
次に、このような電磁石装置を備えた電磁接触器について説明する。
図4は、本発明の実施の形態に係る電磁接触器の構造を説明する正面図である。
電磁接触器50は、図4に示すように、上下2つ割りのケースである下部フレーム60と上部フレーム70を有する。これらの内部に、電磁石装置1や接触子装置80等が備えられている。
電磁石装置1は、図1等で説明したもので、固定鉄心10、可動鉄心20、操作コイル30及びシェーディングコイル40から構成される。固定鉄心10は、下部フレーム60内にフローティング状態で収納されている。固定鉄心10には、厚さ方向に貫通する貫通孔が形成されており、同貫通孔に支持板91が挿入されている。支持板91の貫通孔から突き出た両端部には、ゴム等の弾性部材からなる弾性体92が装着されている。支持板91は、この弾性体92によって下部フレーム60に固定されており、固定鉄心10は下部フレーム60に対してフローティング状態で支持されている。
可動鉄心20は、上部フレーム70内に、固定鉄心10に当接及び離間するように対向して収容されている。可動鉄心20と操作コイル30との間には、復帰バネ93が介装されている。
接触子装置80は、可動接触子81と固定接触子82とを有し、相互に当接、離間することによって回路の接続、遮断を切り換える電気接点である。可動接触子81は、可動接点支え83に保持されている。可動接点支え83は、可動鉄心20の背面部(上面部)に、連結板(図示されず)に支持されて、上部フレーム70内をスライド可能となっている。同可動接点支え83は、接触バネ(図示されず)により保持されている。
一方、固定接触子82は、上部フレーム70の、可動接触子81と対向する部分に固定されている。
操作コイル30が励磁されると、固定鉄心10と可動鉄心20は互いに吸引し合い可動鉄心20が移動して固定鉄心10に吸着する。これにより、可動鉄心20に支持されている可動接点支え83が、上部フレーム70に対して移動するので、可動接触子81が固定接触子82に接触する。操作コイル30の励磁を解くと、可動鉄心20は復帰バネ93により付勢されて固定鉄心10から離れる。これにより、可動接触子81が固定接触子82から離れる。
以上説明した実施の形態の電磁接触器によれば、上述したように鉄心の小型化、生産性の向上、耐久性の向上が可能となることから、電磁接触器のコンパクト化、生産性の向上、耐久性の向上を図ることができる。
<第2の実施の形態>
次に、図6を参照して、本発明の第2の実施の形態に係る電磁石装置を説明する。
この電磁石装置は、図1で説明した電磁石装置1とほぼ同様の構成を有するが、固定鉄心の外脚部12に設けた第2の溝部17の形状が異なる。以下、この第2の溝部17の形状を主に説明する。図6において、図1の電磁石装置と実質的に同じ構造・作用を有する部品・部位は図1と同じ符号を付し、説明を省略する。
第2の溝部17の底面には、突出部17bが形成されている。突出部17bは、底面の幅方向中央部(図6の上下方向中央部)に、溝部17と平行に延びて形成されている。突出部17bは先細の断面形状であり、湾曲した凸曲面の先端面と、第2の溝部17の底面から先端面に延びるなだらかな斜面の両側面とを有する。また、突出部17bの高さは、第2の溝部17の深さより低い。溝部17内の、突出部17bの上下には、溝部17aが形成される。
シェーディングコイル40の第2の直線部40bを、外脚部12の第2の溝部17に加締加工する際(図3(B)参照)は、加締工具の押圧面の中心を、突出部17bの中心に対して押圧方向においてほぼ正対させる。そして、加締工具で、第2の直線部40bを第2の溝部17に対して押圧し加締める。前述のように、第2の溝部17は、奥に行くほど幅が広がるように形成されているので、加締加工時に第2の直線部40bが第2の溝部17の隅部まで入り込み難い場合がある。そこで、第2の溝部17の底面に突出部17bを設けると、直線部40bは突出部17bによって上下に振り分けられ、突出部17bの両側の面に沿って、図6の矢印で示すように突出部17bの上方向及び下方向の溝部17aに入り込むように塑性変形する。この際、突出部17bは、溝部17の底面の幅方向の中央に形成されているので、第2の直線部40bは上下方向に均等に塑性変形する。また、突出部17bの先端面が湾曲した凸曲面であるため、加締加工時に突出部17bの先端面から第2の直線部40bに応力が集中して直線部40bが割れるおそれがない。
この結果、直線部40bを溝部17の隅部まで入り込ませ、食い込ませることが容易になり、シェーディングコイル40と外脚部12との十分な締結力を得やすい。したがって、電磁接触器の開閉時の振動などによるシェーディングコイル40の脱落や折損をより確実に防止できる。
突出部17bが高すぎた場合、加締加工時にシェーディングコイル40の第2の直線部40bが割れるおそれがある。反対に低すぎると、第2の直線部40bが第2の溝部17の隅部までうまく入り込まないことが懸念される。このため、突出部17bの高さは、シェーディングコイルの材料特性や寸法などを考慮して適宜に決定する。
(他の実施の形態)
なお、本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、電磁石装置と電磁接触器の構造や各構成部品の形状、材質等は、上述した実施形態のものに限定されず、適宜変更することができる。
また、突出部17bの断面形状を、平面の先端面と、第2の溝部17の底面から先端面に延びる直線状斜面の両側面とを有する、先細の台形形状とすることもできる。
1 電磁石装置 10 固定鉄心
11 中央脚 12 外側脚
12a 磁極面 12b 外側面
15 第1の溝部 15a 溝部
17 第2の溝部 17a 溝部
17b 突出部 19 リベット
20 可動鉄心 21 中央脚
22 外側脚 22a 磁極面
30 操作コイル
40 シェーディングコイル 40a、40b 直線部
40c、40d 半円周状部
50 電磁接触器 60 下部フレーム
70 上部フレーム 80 接触子装置
81 可動接触子 82 固定接触子
83 可動接点支え 91 支持板
92 弾性体 93 復帰バネ
95 クッションシート

Claims (5)

  1. 鋼板を積層して構成され、先端に磁極面が形成された複数の脚部を有する略E字型形状の鉄心を備えた電磁石装置であって、
    前記鉄心の前記脚部には、磁極面を凹ませて形成した第1の溝部と、前記脚部の側面部を凹ませて形成されかつ前記第1の溝部と略平行に延びた第2の溝部とが形成され、
    金属板を打ち抜いて略長円状に一体成型されるとともに、前記第1の溝部内に少なくとも一部が収容される第1の直線部と、前記第2の溝部内に少なくとも一部が収容される第2の直線部とを有するシェーディングコイルを備え、
    前記シェーディングコイルの前記第1の直線部及び前記第2の直線部は、それぞれ前記鉄心の前記第1の溝部及び前記第2の溝部に対して加締加工によって固定されていることを特徴とする電磁石装置。
  2. 前記第2の溝部の底面に突出部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁石装置。
  3. 前記突出部が、前記第2の溝部底面の幅方向ほぼ中央に、該溝部と平行に延びて形成されていることを特徴とする請求項2に記載の電磁石装置。
  4. 前記突出部が先細かつ先端面が凸曲面又は平面であることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の電磁石装置。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電磁石装置と、
    該電磁石装置によって開閉駆動される少なくとも一つの接点と、
    を備えることを特徴とする電磁接触器。
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