JP2011199011A - 有極電磁石 - Google Patents

Abstract

【課題】 固定鉄心をコイルの軸方向から組み付ける構成とすることで、コイル端子とコイルの巻枠との間の隙間をなくし、接点開閉器の上下方向の寸法を小さくすることのできる有極電磁石を提供する。
【解決手段】 導電線を筒状に巻回して形成されるコイル３に可動鉄心１が軸方向に摺動可能となるよう挿通される。第１の固定鉄心４ａは端部４ａ１を可動鉄心１が貫通してコイル３の一端と対向し、側部４ａ２及び側部４ａ３は軸方向に延びてコイル３を上方向から覆うように配置される。第２の固定鉄心４ｂは端部４ｂ１がコイル３の他端と離間して対向し、側部４ｂ２及び側部４ｂ３は軸方向に延びてコイル３を下方向から覆うように配置される。側部４ａ２及び側部４ａ３の外側には一対の永久磁石６が設けられる。一対の磁極板の側部５ｂは一対の永久磁石６を挟んで側部４ａ２及び側部４ａ３と対向し、端部５ａはコイル３の一端部と離間して対向する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、接点開閉器や電磁接触器などに適用され、永久磁石と電磁コイルとからなる有極電磁石に関する。

従来の有極電磁石の外形図の一例を図８に示す。また、図８の有極電磁石の断面側面図を図９に示す。図８及び図９において、可動鉄心棒１ｃの両端に第１の可動鉄心板１ａと第２の可動鉄心板１ｂとを具えて構成される可動鉄心１は、ボビン２に銅線などの導電線が円筒状に巻かれたコイル３を貫通する。可動鉄心１は、図９の紙面の上下方向に移動する。以下、この方向を上下方向と呼び、可動鉄心棒１ｃから見て第１の可動鉄心板１ａの方向を上方向と呼び、可動鉄心板１ｂの方向を下方向と呼ぶ。また、一対のコの字型の固定鉄心４は、図９の紙面の左右方向、すなわち上下方向と垂直の方向からコイル３を覆うように配置される。以下、上下方向と垂直となる紙面の左右方向を左右方向と呼ぶ。

一対の固定鉄心４は、それぞれ上方向の外側に第１の可動鉄心板１ａと対向する面を持ち、かつ下方向の内側に第２の可動鉄心板１ｂと対向する面を持つ。そして、Ｌ字型の一対の磁極板５は、第１の可動鉄心板１ａの上方向の外側面と対向する面を持つ。一対の固定鉄心４と一対の磁極板５との間には、一対の永久磁石６が配置されている。

従来の有極電磁石において、永久磁石による磁束は一点鎖線矢印で示すように流れる。すなわちコイル３が非励磁の場合、永久磁石６の磁束により磁極板５と第１の可動鉄心板１ａとの間に上方向の吸引力が働き、さらに図示しない加圧ばね（図示せず）の加圧により、第１の可動鉄心板１ａは磁極板５に吸着する。

導電線に電流が流れてコイル３が励磁されると、図９の実線矢印で示すような磁束が流れる。すると、第１の可動鉄心板１ａと磁極板５との間で、永久磁石６の磁束とコイル３による磁束とが互いに打ち消しあって上方向の吸引力が弱まる。一方で、第２の可動鉄心板１ｂと固定鉄心４との間でコイル３による磁束に起因して下方向の吸引力が発生する。下方向の吸引力が、上方向の吸引力と加圧ばねの力の和よりも大きくなると、可動鉄心１は、第２の可動鉄心板１ｂが固定鉄心４に吸着する方向、すなわち下方向に移動する。可動鉄心１が固定鉄心４に吸着する方向に動いて第１の可動鉄心板１ａと固定鉄心４との間の磁気抵抗が小さくなると、その間に流れる磁束が増加し吸引力が大きくなり、第１の可動鉄心板１ａと固定鉄心４、及び第２の可動鉄心板１ｂと固定鉄心４とが吸着する。

特開２００７−２０７７７７号公報（図２）

従来の有極電磁石は、コイル３へ電圧を印加し電流を流すのに用いる電源（図示せず）と接続するために、コイル端子７が使用される。図８に示すように、コイル端子７は、ボビン２にコイル３を巻くための導電線絡げ部７ａを備える。図９においてコイル端子７の上下方向の位置を点線で示す。ところで、有極電磁石を組み付ける際には、一対の固定鉄心４は図９においてコイル３を巻いたボビン２に左右方向から挿入される。このため、コイル端子７の上下方向の位置は、少なくとも固定鉄心４の上方向の外側の面よりも上の位置でなければならない。すなわち、コイル端子７とコイル３の巻枠との間には、少なくとも固定鉄心４の板厚以上の隙間を設けなければならないという制約があった。このため、有極電磁石の下端からコイル端子７までの長さｈ１が大きくなり、接点開閉器を小型化できないという問題があった。

この発明に係る有極電磁石は、導電線を筒状に巻回して形成されるコイルと、前記コイルに挿通されるとともにコイルの軸方向に摺動可能な可動鉄心と、前記可動鉄心が貫通し前記コイルの一端部と対向する端部、及び前記コイルの軸方向に延び前記コイルの側部と一面で対向する第１の側部並びに第２の側部を有するコ字状の第１の固定体と、前記コイルの他端部と離間して対向する端部、前記コイルの軸方向に延び前記第１の側部と対向する第３の側部、及び前記コイルの軸方向に延び前記第２の側部と対向する第４の側部を有するコ字状の第２の固定体と、前記第１の側部の他面及び第２の側部の他面に設けた一対の永久磁石と、前記一対の永久磁石を挟んで前記第１の側部の他面並びに前記第２の側部の他面と対向して前記コイルの軸方向に伸びる側部、及び前記コイルの一端部と離間して対向する端部を有する一対の磁極板とを備えるものである。

この発明によれば、固定鉄心をボビンに組み付ける際に上下方向から挿入することができるため、コイル端子の位置を従来よりも低い位置に配置することができ、接点開閉器の上下方向の寸法を小さくすることができるという効果を奏する。

また、第２の可動鉄心板と第２の固定鉄心の側部との間の左右方向の空隙の距離を、第１の固定鉄心の板厚分だけ広げることができる。このため、励磁時に従来よりも大きな吸引力を得ることができるという効果を奏する。

また、第２の可動鉄心板の第２の固定鉄心と対抗する面Ｐの面積Ｓ２を従来のＳ１よりも広くすることができる。このため、励磁時に従来よりも大きな吸引力を得ることができるという効果を奏する。

以下この発明を、その実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における有極電磁石を示す図であり、（ａ）は斜視図を、また（ｂ）は側面図を示す。図１（ｂ）は従来技術の図８に相当する。また、有極電磁石の断面側面図を図２に示す。図２における点線はコイル端子の上下方向の位置を示す。

まず、図１及び図２を用いて、実施の形態１における有極電磁石の構成を説明する。可動鉄心棒１ｃの上側に第１の可動鉄心板１ａを具え、かつ下側に第２の可動鉄心板１ｂを具えて構成される可動鉄心１は、ボビン２に導電線が円筒状に巻かれたコイル３を貫通する。

第１の固定体であるコの字形状の第１の固定鉄心４ａは、端部４ａ１において可動鉄心棒１ｃに貫通され、コイル３の上側の端部と対向する。そして、第１の固定鉄心４ａは、第１の側部である側部４ａ２及び第２の側部である側部４ａ３により上方向からコイル３を覆うように配置される。側部４ａ２及び側部４ａ３は、コイル３の軸方向に延び、コイル３の側部と一面で対向する。また、第１の固定鉄心４ａは、端部４ａ１が第１の可動鉄心板１ａと対向するように配置される。
第２の固定体であるコの字形状の第２の固定鉄心４ｂは、第１の固定鉄心４ａと反対に下方向からコイル３を覆うように配置され、コイル３の下側の端部と対向する。そして、第２の固定鉄心４ｂは、端部４ｂ１が第２の可動鉄心板１ｂと対向するように配置される。また、第３の側部である側部４ｂ２及び第４の側部である側部４ｂ３は、それぞれ第１の固定鉄心４ａの側部４ａ２及び側部４ａ３と向き合って配置される。なお、第２の可動鉄心板２ｂと側部４ｂ２または側部４ｂ３との間の空隙Ｇの距離をＬ１とし、第２の可動鉄心板２ｂの、第２の固定鉄心４ｂの端部４ｂ１と対抗する面Ｐの面積をＳ１とする。

一対のＬ字形状の磁極板５は、端部５ａが第１の可動鉄心板１ａの上方向の外側に対向するように配置される。第１の固定鉄心４ａの側部４ａ２及び側部４ａ３と一対の磁極板５の側部５ｂとの間には、永久磁石６が配置されている。また、図１に示すように、ボビン２にはコイル３へ電圧を印加し電流を流すのに用いる電源（図示せず）と接続するために、コイル端子７が使用される。コイル端子７は、ボビン２にコイル３を巻くための導電線絡げ部７ａを備える。図２に示すように、有極電磁石の下端からコイル端子７までの長さｈ２は、従来の有極電磁石のｈ１よりも短くなっている。

実施の形態１における有極電磁石の非励磁時及び励磁時の動作は、従来の有極電磁石と同様であるため、説明を省略する。次に、有極電磁石の組み付け順序について説明する。図３及び図４は、有極電磁石を組み付ける順序を説明するための断面側面図であり、これらの図を用いて説明する。

まず、コイル３を巻く前のボビン２に導電線絡げ部７ａを備えたコイル端子７を組み付ける。このときの断面側面図を図３（ａ）に示す。図３（ａ）における点線はコイル端子７の上下方向の位置を示し、コイル３の巻かれる上端位置とほぼ等しく、巻枠と隙間がなく、すぐ上の位置に設けられる。コイル端子７を組み付けた後、ボビン２にコイル３が巻かれる。

次に、コイル３が巻かれたボビン２には第１の固定鉄心４ａが組み付けられる。第１の固定鉄心４ａの組み付けの様子を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）に示すように、第１の固定鉄心４ａは上方向からボビン２に組み付けられ、ボビン２に嵌合して固定される。このとき、点線で示すコイル端子７の上下方向の位置は、第１の固定鉄心４ａとほぼ同じである。

次に、可動鉄心１が組み付けられる。可動鉄心１の組み付けの様子を図４（ａ）に示す。図４（ａ）に示すように、あらかじめ第２の可動鉄心板１ｂを組み付けた可動鉄心棒１ｃが、第１の固定鉄心４ａの反対側、すなわち下方向からコイル３に挿入される。そして、コイル３を貫通した可動鉄心棒１ｃに、上方向から第１の可動鉄心板１ａを取り付けることで、可動鉄心１が組み付けられる。

次に、第２の固定鉄心４ｂ、一対の永久磁石６、及び一対の磁極板５が組み付けられる。これらの組み付けの様子を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）に示すように、まず、第２の固定鉄心４ｂが下方向から組み付けられ、端部４ｂ１が第２の可動鉄心板１ｂと対向し、かつ側部４ｂ２及び側部４ｂ３が、それぞれ第１の固定鉄心４ａの側部４ａ２及び側部４ａ３と向き合うように配置される。そして、一対の永久磁石６が一対の磁極板５の側部５ｂの内側に組み付けられ、その後、一対の永久磁石６が第１の固定鉄心４ａの側部４ａ２及び側部４ａ３の外側（コイル３と反対側）に当接し、さらに一対の磁極板５の端部５ａが第１の可動鉄心板１ａの上方向の外側に対向する面を持つように上方向から組み付けられる。

以上述べたように、実施の形態１では、第１の固定鉄心４ａ及び第２の固定鉄心４ｂを、上下方向からボビン２に組み付ける。このため、従来の有極電磁石で必要であった固定鉄心４を挿入するためのコイル端子７とコイル３の巻枠との隙間が不要となる。その結果、図２に示すように、有極電磁石の下端からコイル端子７までの長さｈ２は、従来の有極電磁石における長さｈ１より、第１の固定鉄心４ａの板厚分程度短くすることができる。すなわち、ｈ２＜ｈ１の関係が成立する。従って、実施の形態１における有極電磁石を用いた接点開閉器は、従来の接点開閉器より、動作方向の寸法を第１の固定鉄心４ａの板厚分程度、小さくすることができる。

実施の形態２．
次に実施の形態２について説明する。図５（ａ）は、実施の形態２における有極電磁石を示す断面側面図である。なお図５（ａ）において、図２と同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態２における有極電磁石は、図５（ａ）に示すように、第１の固定鉄心４ａと第２の固定鉄心４ｂとは側部同士が向き合って配置されない。これらは、第１の固定鉄心４ａの側部４ａ２及び側部４ａ３の外側の面（コイルと反対側の面）と、第２の固定鉄心４ｂの側部４ｂ２及び側部４ｂ３の内側の面とが接するように、一部重なって配置される。また、このとき第２の可動鉄心板１ｂは、左右方向において第２の固定鉄心４ｂの側部４ｂ２及び側部４ｂ３と対向し、空隙Ｇを形成している。

図５（ａ）に示す構成により、第２の可動鉄心板１ｂと側部４ｂ２及び側部４ｂ３との間の空隙Ｇの距離Ｌ２は、実施の形態１における空隙Ｇの距離Ｌ１よりも、第１の固定鉄心４ａの板厚分だけ大きくなる。すなわち第１の固定鉄心４ａの板厚をｄ１とすれば、Ｌ２＝Ｌ１＋ｄ１＞Ｌ１が成立する。

次に、本実施の形態２における有極電磁石の動作を説明する。まず、コイル３が非励磁のときは、永久磁石６の磁束により、磁極板５と第１の可動鉄心板１ａとの間の吸引力が働く。この吸引力と図示しない加圧ばねによる加圧のため、第１の可動鉄心板１ａは磁極板５に吸着する。

次に、コイル３が励磁されると、電磁石による磁束が発生する。図６は、コイル３を励磁したときの有極電磁石の断面側面図である。永久磁石６の磁束は、従来技術の図９におけるのと同様のため、図６には図示しない。コイル３が励磁されると、図６の実線矢印で示すような磁束が流れる。このとき、一点鎖線の矢印で示すように、第２の可動鉄心板１ｂと第２の固定鉄心４ｂの側部４ｂ２及び側部４ｂ３との間の空隙Ｇにも磁束が流れる。

第１の可動鉄心板１ａと磁極板５との間では、永久磁石６の磁束とコイル３による磁束が互いに打ち消しあって吸引力が小さくなる。一方、第２の可動鉄心板１ｂと第２の固定鉄心４ｂとの間では、実線の上下方向及び一点鎖線の左右方向に磁束が流れるが、実施の形態２においては、実施の形態１における有極電磁石と比べて空隙Ｇが広いため、空隙Ｇに流れる磁束は減少する。その代わり、上下方向における第２の可動鉄心板１ｂと第２の固定鉄心４ｂの端部４ｂ１との間には、より大きな磁束が流れることとなる。その結果、第２の可動鉄心板１ｂと第２の固定鉄心４ｂとの間に働く下方向の吸引力は大きくなる。

発生した下方向の吸引力が、上方向の吸引力と加圧ばねの力の和よりも大きくなると、可動鉄心１は下方向に移動する。可動鉄心１が移動して、第１の可動鉄心板１ａと第１の固定鉄心４ａとの間の下方向の磁気抵抗が小さくなると、流れる磁束が増加してさらに吸引力が大きくなり、最終的には第１の可動鉄心板１ａと第１の固定鉄心４ａ、及び第２の可動鉄心板１ｂと第２の固定鉄心４ｂとが吸着する。

以上述べたように、実施の形態２では、第１の固定鉄心４ａの側部４ａ２及び側部４ａ３の外側の面と、第２の固定鉄心４ｂの側部４ｂ２及び側部４ｂ３の内側の面とが当接するように、一部重なって配置される。これにより、第２の可動鉄心板１ｂと側部４ｂ２及び側部４ｂ３との間の空隙Ｇが広がるので、上下方向における第２の可動鉄心板１ｂと第２の固定鉄心４ｂとの間の磁束をより大きくすることができる。その結果、従来よりも少ない磁束で、従来と同等の吸引力を得ることが可能となり、接点開閉器の低消費電力化を図ることができる。

なお、実施の形態２では、第２の可動鉄心板１ｂと第２の固定鉄心４ｂの側部４ｂ２及び側部４ｂ３との間の空隙Ｇが従来よりも広がる場合について説明したが、これは必ずしも必要ではない。例えば、空隙Ｇを従来の有極電磁石と同じ長さＬ１とする代わりに、第２の可動鉄心板１ｂの、第２の固定鉄心４ｂの端部４ｂ１と対向する面Ｐの面積Ｓ２を広げることでも、同様の効果を得ることができる。この場合の有極電磁石を示す側面断面図を図５（ｂ）に示す。

すなわち、空隙Ｇを従来と同じＬ１とすれば、図５（ｂ）に示すように、端部４ｂ１と対向する面Ｐは左右方向に広がるため、面積Ｓ２はＳ２＞Ｓ１の関係が成立する。対向面の面積が広がる結果、上下方向における第２の可動鉄心板１ｂと第２の固定鉄心４ｂとの間の磁束をより大きくすることができ、従来よりも可動鉄心１に大きな吸引力が発生する。

実施の形態３．
次に実施の形態３について説明する。実施の形態３における有極電磁石は、実施の形態２における有極電磁石と類似の構成であり、例えば図５（ａ）に示すのと同じ側面断面図で表される。図７は、実施の形態３における有極電磁石を示す断面側面図の一部であって、図５（ａ）に示す有極電磁石の第１の固定鉄心４ａの側部４ａ２及び側部４ａ３と第２の固定鉄心４ｂの側部４ｂ２及び側部４ｂ３との当接部分を拡大した図である。

図７に示すように、本実施の形態３では、第１の固定鉄心４ａの側部４ａ２及び側部４ａ３と第２の固定鉄心４ｂの側部４ｂ２及び側部４ｂ３とが当接する部分の上下方向における長さｄ３は、第１の固定鉄心４ａの板厚ｄ１または第２の固定鉄心４ｂの板厚ｄ２のいずれよりも長くなっている。すなわち、ｄ３＞ｄ１かつｄ３＞ｄ２が成立する。このような構成とすることで、第１の固定鉄心４ａと第２の固定鉄心４ｂとが当接する面における磁束密度の増加を抑圧することができる。その結果、吸引力が減少することを防ぎ、従来よりも大きな吸引力が可動鉄心１に発生する。

なお、本実施の形態においては説明の便宜上、上下方向と左右方向を用いて説明したが、これは、実際に有極電磁石や電磁接触器が設置される場合の上下方向または左右方向と必ずしも一致する必要はない。

この発明の実施の形態１における有極電磁石を示す図である。 この発明の実施の形態１における有極電磁石の断面側面図である。 この発明の実施の形態１における有極電磁石を組み付ける順序を説明するための断面側面図である。 この発明の実施の形態１における有極電磁石を組み付ける順序を説明するための断面側面図である。 この発明の実施の形態２における有極電磁石の断面側面図である。 この発明の実施の形態２における有極電磁石の断面側面図である。 この発明の実施の形態３における有極電磁石の断面側面図の一部である。 従来の有極電磁石の外形図の一例を示す図である。 従来の有極電磁石の断面側面図である。

１ 可動鉄心
１ａ 第１の可動鉄心板
１ｂ 第２の可動鉄心板
１ｃ 可動鉄心棒
２ ボビン
３ コイル
４ 固定鉄心
４ａ 第１の固定鉄心
４ｂ 第２の固定鉄心
５ 磁極板
４ａ１、４ｂ１、５ａ 端部
４ａ２、４ａ３、４ｂ２、４ｂ３、５ｂ 側部
６ 永久磁石
７ コイル端子
７ａ 導電線絡げ部

Claims (3)

1. 導電線を筒状に巻回して形成されるコイルと、
   前記コイルに挿通されるとともにコイルの軸方向に摺動可能な可動鉄心と、
   前記可動鉄心が貫通し前記コイルの一端部と対向する端部、及び前記コイルの軸方向に延び前記コイルの側部と一面で対向する第１の側部並びに第２の側部を有するコ字状の第１の固定体と、
   前記コイルの他端部と離間して対向する端部、前記コイルの軸方向に延び前記第１の側部と対向する第３の側部、及び前記コイルの軸方向に延び前記第２の側部と対向する第４の側部を有するコ字状の第２の固定体と、
   前記第１の側部の他面及び第２の側部の他面に設けた一対の永久磁石と、
   前記一対の永久磁石を挟んで前記第１の側部の他面並びに前記第２の側部の他面と対向して前記コイルの軸方向に伸びる側部、及び前記コイルの一端部と離間して対向する端部を有する一対の磁極板と、
   を備えることを特徴とする有極電磁石。
2. 前記第２の固定体において、
   前記第３の側部は前記第１の側部の他面と対向し、
   前記第４の側部は前記第２の側部の他面と対向する
   ことを特徴とする請求項１に記載の有極電磁石。
3. 前記第２の固定体において、
   前記第３の側部は前記第１の側部の他面と当接し、かつ当接部分のコイルの軸方向の長さは前記第１の側部または前記第３の側部のいずれの板厚よりも長く、
   前記第４の側部は前記第２の側部の他面と当接し、かつ当接部分のコイルの軸方向の長さは前記第２の側部または前記第４の側部のいずれの板厚よりも長い
   ことを特徴とする請求項１に記載の有極電磁石。

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