JP2011216785A - 有極電磁石及び電磁接触器 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁コイルの電磁吸引力を満足しつつ小型化、低消費電力化を図る有極電磁石を提供する。
【解決手段】可動鉄心部２７は、電磁コイル３２の挿通穴３１に挿通した可動鉄心棒２８の一端に第１可動対向板２９を固定し、可動鉄心棒の他端に第２可動対向板３０を固定してなる。固定鉄心部２４は、第１可動対向板に第１固定対向板３６が離間対向し、第２可動対向板に第２固定対向板３７が離間対向し、これら第１及び第２固定対向板を、電磁コイルの外周に沿って延在した固定側板３５が連結している。電磁コイルを励磁して第１固定対向板及び第１可動対向板の間のギャップに電磁吸引力が発生すると、復帰ばね１５のばね力及び永久磁石２６の吸引力に抗し、第１可動対向板が第１固定対向板に向けて変位する。第１固定対向板の接極部３７及び第１可動対向板の接極部３９は、可動鉄心部の可動方向に対して斜めに延在しながら互いに平行に対向している。
【選択図】図３

Description

本発明は、永久磁石と電磁コイルとを備えた有極電磁石及びこの有極電磁石を備えた電磁接触器に関する。

電磁接触器に組み込まれる有極電磁石として、例えば特許文献１のものが知られている。この有極電磁石は、図６に示すように、円筒形状の電磁コイル１と、一対の固定鉄心部２と、永久磁石３と、一対の磁極板４と、可動鉄心部５とを備えている。
固定鉄心部２は、一方の端板部２ａを電磁コイル１の一端に近接させ、他方の端板部２ｂを電磁コイル１の他端に離間して対向させ、一方及び他方の端板部２ａ，２ｂの間に延在する側板部２ｃを電磁コイル１の外周部に近接させるように配置した略Ｕ字形状の部材である。永久磁石３は、固定鉄心部２の側板部２ｃの外側に配置されている。磁極板４は、側板部４ａを永久磁石３の外側に配置し、端板部４ｂを固定鉄心部２の一方の端板部２ａに離間して対向させた略Ｌ字形状の部材である。可動鉄心部５は、電磁コイル１に挿通した鉄心棒５ａと、鉄心棒５ａの一端に固定され、固定鉄心部２の一方の端板部２ａ及び磁極板４の側板部４ｂとの間に位置する第１アーム５ｂと、鉄心棒５ａの他端に固定され、電磁コイル１の他端及び固定鉄心部２の他方の端板部２ｂの間に位置する第２アーム５ｃとを備えており、この可動鉄心部５は、図示しない復帰ばねにより図６の右方向に付勢されている。

ここで、上述した可動鉄心部５の第２アーム５ｃは、鉄心棒５ａの軸線に直交する方向に延在した平板部材であり、この第２アーム５ｃに、固定鉄心部２の平坦形状の他方の端板部２ｂが平行に対面している。これにより、第２アーム５ｃ及び他方の端板部２ｂは、可動鉄心部５の可動方向（図６の矢印で示す方向）に直交しながら平行に対向している。
そして、電磁コイル１が非励磁状態のときには、永久磁石３の磁束が、磁極板４、可動鉄心部５の第１アーム５ｂ、鉄心棒５ａ、固定鉄心部２の一方の端板部２ａ、側板部２ｃ、永久磁石３の順路で循環することで、磁極板４の端板部４ｂと可動鉄心部５の第１アーム５ｂとの間の吸引力が強くなり、可動鉄心部５の第１アーム５ｂが、復帰ばねの復帰力と永久磁石３の吸引力とにより、磁極板４の端板部４ｂに吸着して釈放状態が保持される。

また、電磁コイル１が励磁状態のときには、電磁コイル１の磁束が、固定鉄心部２の側板部２ｃ、他方の端板部２ｂ、可動鉄心部５の第２アーム５ｃ、鉄心棒５ａ、固定鉄心部２の一方の端板部２ａ、側板部４ａの順路で循環することで、固定鉄心部２の側板部２ｃと可動鉄心部５の第２アーム５ｃとの間に吸引力（以下、電磁吸引力と称する）が発生し、この電磁吸引力が、磁極板４の端板部４ｂと可動鉄心部５の第１アーム５ｂとの間の永久磁石３で発生する吸引力より大きくなると、可動鉄心部５が図１の左方向に変位し、固定鉄心部２の他方の端板部２ｂに可動鉄心部５の第２アーム５が吸着することで、投入状態が保持されるようになっている。

特開２００７−２０７７７７号公報

ところで、上記従来の有極電磁石は、第２アーム５ｃ及び他方の端板部２ｂが可動鉄心部５の可動方向に直交しながら平行に対向しているので、他方の端板部２ｂ及び第２アーム５ｃの間の接極面ギャップＡ１は、可動鉄心部５が変位する量と同一の大きな寸法となる。
このように接極面ギャップＡ１が大きいと、電磁コイル１が励磁状態のときに、他方の端板部２ｂから第２アーム５ｃに流れる磁束の漏れが発生しやすく、電磁コイル１の電磁吸引力が低下するおそれがある。この磁束漏れによる電磁吸引力の低下分を補填するためには大型の電磁コイル１が必要となるが、軸方向寸法Ｌ１、径方向寸法Ｄ１が増大した大型の電磁コイル１を使用すると、有極電磁石の小型化、消費電力の面で問題がある。
そこで、本発明は、要求される電磁コイルの電磁吸引力を満足しつつ小型化、低消費電力化を図ることができる有極電磁石及び電磁接触器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の有極電磁石は、円筒状に巻装された電磁コイルの挿通穴に可動鉄心棒を挿通し、前記電磁コイルの一方の端面から突出した前記可動鉄心棒の一端に第１可動対向板を固定し、前記電磁コイルの他方の端面から突出した前記可動鉄心棒の他端に第２可動対向板を固定して可動鉄心部を配置し、前記第１可動対向板に離間して第１固定対向板が対向し、前記第２可動対向板に離間して第２固定対向板が対向し、これら第１及び第２固定対向板を連結する固定側板を前記電磁コイルの外周に沿って延在させて固定鉄心部を配置し、前記電磁コイルの外周と前記固定側板との間に永久磁石を配置し、前記電磁コイルを励磁して前記第１固定対向板及び前記第１可動対向板の間のギャップに電磁吸引力が発生すると、復帰ばねのばね力及び前記永久磁石の吸引力に抗して、前記第１可動対向板が前記第１固定対向板に向けて変位して可動鉄心部が可動する有極電磁石において、前記第１固定対向板及び前記第１可動対向板に、前記可動鉄心部の可動方向に対して斜めに延在しながら互いに平行に対向する接極部を形成した。

従来の有極電磁石は、電磁コイルの励磁により電磁吸引力が発生する固定対向板及び可動対向板が可動鉄心部の可動方向に直交しながら平行に対向しているので、固定対向板及び可動対向板の間のギャップは、可動鉄心部の変位量と同一の大きな寸法となる。
しかし、本発明は、電磁コイルの励磁により電磁吸引力が発生する第１固定対向板及び第１可動対向板には、可動鉄心部の可動方向に対して斜めに延在しながら互いに平行に対向する接極部が形成されており、可動鉄心部の変位量を、従来の有極電磁石と同一寸法に設定しても、第１固定対向板及び第１可動対向板に設けた接極部の間のギャップが、従来装置のギャップより小さな値となる。このように、本発明では、第１固定対向板及び第１可動対向板に設けた接極部の間のギャップが小さな値になるので、電磁コイルが励磁状態のときに、第１固定対向板及び第１可動対向板に設けた接極部の間を流れる磁束の漏れが減少するので、電磁コイルの電磁吸引力の低下を防止することができる。したがって、本発明の有極電磁石は、ギャップの磁束漏れが減少することで通常の電磁コイルを使用しても要求する電磁吸引力を得ることができ、大型の電磁コイルが不要となって有極電磁石の小型化及び低コイル消費電力化を図ることができる。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の有極電磁石において、前記第１固定対向板の前記接極部は、前記固定側板から前記電磁コイルの前記挿通穴に向けて斜めに折曲された部位であり、前記第１可動対向板の前記接極部は、前記第１固定対向板の前記接極部に平行に対向するように、前記第１可動対向板の縁部を折曲した部位である。
この発明によると、第１固定対向板の接極部及び第１可動対向板の接極部は、板材を折曲した部位であり、可動鉄心部の変位量と比較してギャップを小さくする構造を容易に得ることができるので、有極電磁石の製造コストの低減化を図ることができる。

また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の有極電磁石において、前記第１固定対向板の前記接極部は、前記電磁コイルの外周と前記固定側板との間に配置されている前記永久磁石から離間する方向に向かって斜めに折曲されている。
この発明によると、第１固定対向板の前記接極部が永久磁石から離間して配置されているので、永久磁石の磁束が、電磁コイルの励磁状態における第１固定対向板及び第１可動対向板の接極部の間の磁束の流れに悪影響を与えることがない。

さらに、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の有極電磁石を使用した電磁接触器であり、前記可動鉄心部に接点機構を連結し、前記電磁コイルの励磁、非励磁による前記可動鉄心部の可動により前記接点機構の可動接点及び固定接点の開閉動作を行なうようにした。
この発明によると、取付けスペースを小さくすることができ、取り扱いも容易なコンパクトな電磁接触器とすることができるとともに、消費電力を抑えながら接点機構の釈放動作及び投入動作を確実に行なうことができる。

本発明に係る有極電磁石によると、ギャップの磁束漏れが減少することで通常の電磁コイルを使用しても要求する電磁吸引力を得ることができ、大型の電磁コイルが不要となって有極電磁石の小型化及び低コイル消費電力化を図ることができる。
また、本発明に係る電磁接触器によると、取付けスペースを小さくすることができ、取り扱いも容易なコンパクトな電磁接触器とすることができるとともに、消費電力を抑えながら接点機構の釈放動作及び投入動作を確実に行なうことができる。

本発明に係る電磁接触器の外観を示す斜視図である。 本発明に係る電磁接触器を構成する部品を示す展開斜視図である。 本発明に係る電磁接触器の釈放状態を示す断面図である。 本発明に係る電磁接触器の投入状態を示す断面図である。 可動鉄心部の変位量を同一とした場合の従来の有極電磁石と本発明の有極電磁石のギャップ変化を説明した図である。 従来の有極電磁石を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明に係る電磁接触器１０の外観を示し、図３は電磁接触器１０の内部構造を示すものである。この電磁接触器１０は、第１ケース１１に内装された有極電磁石１２と、第１ケース１１に一体に連結した第２ケース１３に内装された接点機構１４と、第１ケース１１内に収納され、有極電磁石１２の可動鉄心部２７及び接点機構１４の可動ホルダ１６に対して釈放方向（図３の左方向）にばね付勢力を付与する復帰ばね１５とを備えている。

接点機構１４は、図２に示すように、第２ケース１３内に配置された可動ホルダ１６、複数の可動接触子１７及び複数対の固定接触子１８と、第２ケース１３の開口部に装着した消弧カバー２２とを備えている。すなわち、図３に示すように、第２ケース１３には複数対の固定接触子１８が固定されており、各固定接触子１８の端部に固定接点１９が設けられている。また、可動ホルダ１６は、第２ケース１３内に図３の左右方向に移動自在に配置されており、この可動ホルダ１６は、複数の可動接触子１７を保持している。各可動接触子１７は、複数対の固定接触子１８の固定接点１９に対向する位置に可動接点２０が設けられているとともに、可動接点２０を固定接点１９に押し付ける方向に可動接触子１７に対してばね付勢力を付与する接触ばね２１が設けられている。

有極電磁石１２は、図２に示すように、第１ケース１１内に配置されたスプール２３、一対の固定鉄心部２４、一対の磁極板２５、一対の永久磁石２６、可動鉄心部２７を備えており、可動鉄心部２７は、可動鉄心棒２８、第１可動対向板２９及び第２可動対向板３０で構成されており、これら有極電磁石１２の構成部材を、図３を参照して説明する。
スプール２３は、挿通穴３１を形成した円筒形状の電磁コイル３２を備えている。

一対の磁極板２５は、Ｌ字状に折曲した端板部３３及び側板部３４を備えた板部材であり、端板部３３が電磁コイル３２の一端に近接するようにスプール２３に固定され、側板部３４は電磁コイル３２の外周に沿って配置されている。これら一対の磁極板２５の側板部３４の外方を向く面には、矩形板状の永久磁石２６が固定されている。
一対の固定鉄心部２４は、固定側部３５と、この固定側部３５の長手方向の一端から直交して折曲された固定底部３６と、固定側部３５の長手方向の他端から固定底部３６が延在する側に、その延在する方向に対して９０°より小さな角度で折曲された固定接極部３７を備えた板部材である。

これら固定鉄心部２４は、固定底部３６を第１ケース１１の底壁１１ａに当接させ、固定側部３５の一部を第１ケース１１の側壁１１ｂに係合させた状態で第１ケース１１の内部に装着されている。そして、スプール２３は、固定側部３５の内方を向く面に永久磁石２６を当接した状態で、固定鉄心部２４の固定側部３５が左右方向に延在する方向と電磁コイル３２の挿通穴３１の軸線とが平行となるように、一対の固定鉄心部２４の内側に配置されている。ここで、スプール２３の一端と第１ケース１１の底壁１１ａとの間には、可動鉄心部２７の第２可動対向板３０を左右方向に可動自在とする可動空間が設けられている。

可動鉄心部２７の可動鉄心棒２８は、電磁コイル３２の挿通穴３１に摺動自在に挿通されている。
可動鉄心棒２８の一端には、前記可動空間に位置する平板形状の第２可動対向板３０が固定されているとともに、可動鉄心棒２８の他端には、第１可動対向板２９が固定されている。
第１可動対向板２９は、可動鉄心棒２８の他端に直交して固定された可動直交部３８と、可動直交部３８の両端から折曲して形成され、一対の固定鉄心部２４の固定接極部３７に平行に対向している一対の可動接極部３９とで構成されている。
これにより、本実施形態は、第１可動対向板２９の可動接極部３９及び固定鉄心部２４の固定接極部３７が、可動鉄心部２７の可動方向に対して斜めに延在した状態で互いに平行に対向している。

また、可動鉄心部２７の第１可動対向板２９（可動直交部３８）の中央部は、連結部材４０を介して接点機構１４の可動ホルダ１６に連結されており、可動鉄心部２７及び可動ホルダ１６は、左右方向に同期移動するようになっている。
そして、復帰ばね１５は、第１ケース１１の底壁１１ａと可動鉄心部２７の第２可動対向板３０との間に配置され、可動鉄心部２７及び可動ホルダ１６に対して釈放方向（図３の左方向）にばね付勢力を付与している。

次に、上記構成の電磁接触器１０の動作について、図３及び図４を参照して説明する。
図３は、釈放状態の電磁接触器１０を示している。釈放状態の電磁接触器１０は、電磁コイル３２が非励磁状態となっている。このとき、永久磁石２６の磁束が、磁極板２５、可動鉄心部２７の第２可動対向板３０、固定鉄心部２４の固定底部３６、固定側部３５、永久磁石２６の順路で循環することで、磁極板２５の端板部３３と可動鉄心部２７の第２可動対向板３０との間の吸引力が強くなる。これにより、可動鉄心部２７の第２可動対向板３０は、復帰ばね１５の復帰力と永久磁石２６の吸引力により図３の左側に移動して、磁極板２５の端板部３３に近接するようにスプール２３の端部に吸着する。

そして、第２可動対向板３０の移動とともに、可動鉄心部２７全体も図３の左側に移動し、第１可動対向板２９と連結部材４０を介して連結している接点機構１４の可動ホルダ１６も、図３の左側に移動する。これにより、可動ホルダ１６に設けた可動接点２０が、第２ケース１３に設けた固定接点１９に対して離間した状態で位置し、電磁接触器１０の釈放状態が保持される。

図４は、投入状態の電磁接触器１０を示している。投入状態の電磁接触器１０は、電磁コイル３２が励磁状態となっている。このとき、電磁コイル３２の磁束が、固定鉄心部２４の固定側部３５、固定接極部３７、第１可動対向板２９の可動接極部３９、可動直交部３８、可動鉄心棒２８、第２可動対向板３０、磁極板２５、永久磁石２６、固定鉄心部２４の固定側部３５の順路で循環することで、固定鉄心部２４の固定接極部３７と第１可動対向板２９の可動接極部３９との間に吸引力（以下、電磁吸引力と称する）が発生する。この電磁コイル３２の電磁吸引力が、磁極板２５の端板部３３と可動鉄心部２７の第２可動対向板３０との間の永久磁石２６で発生する吸引力及び復帰ばね１５のばね力より大きくなると、可動鉄心部２７の第１可動対向板２９は図４の右側に移動し、固定鉄心部２４の固定接極部３７に吸着する。

そして、第１可動対向板２９とともに接点機構１４の可動ホルダ１６も、図４の右側に移動する。これにより、可動ホルダ１６に設けた可動接点２０が、第２ケース１３に設けた固定接点１９に接触し、電磁接触器１０の投入状態が保持される。
次に、図５は、図６で示した従来の有極電磁石と本実施形態の有極電磁石１２の要部を比較したものであり、この図５に基づいて本実施形態の作用効果を説明する。

図５（ａ）で示す従来の有極電磁石は、可動鉄心部５の第２アーム５ｃ及び固定鉄心部２の端板部２ｂが、可動鉄心部５の可動方向に直交しながら平行に対向しているので、他方の端板部２ｂ及び第２アーム５ｃの間の接極面ギャップＡ１は、可動鉄心部５の変位量（Ｈ）と同一の大きな寸法となる。
これに対して、図５（ｂ）で示す本実施形態の有極電磁石１２は、可動鉄心部２７の可動接極部３９及び固定鉄心部２４の固定接極部３７が、可動鉄心部２７の可動方向に対して斜めに延在した状態で互いに平行に対向しているので、可動鉄心部２７の変位量を、従来の有極電磁石と同一寸法Ｈに設定しても、可動接極部３９及び固定接極部３７の間の接極面ギャップＡ２は、従来装置の接極面ギャップＡ１より小さな値となる（Ａ２＜Ａ１）。

本実施形態のように可動接極部３９及び固定接極部３７の間の接極面ギャップＡ２が小さな値になると、電磁コイル３２が励磁状態のときに、固定接極部３７から可動接極部３９に流れる磁束の漏れが減少するので、電磁コイル３２の電磁吸引力の低下を防止することができる。
したがって、本実施形態は、接極面ギャップＡ２の磁束漏れが減少することで通常の電磁コイル３２を使用しても要求する電磁吸引力を得ることができるので、大型の電磁コイル３２が不要となり、有極電磁石１２の小型化及び低コイル消費電力化を図ることができる。

また、有極電磁石１２の永久磁石２６は、固定鉄心部２４の固定側部３５の内側に当接しながら固定接極部３７に寄って配置されているが、固定接極部３７は、永久磁石２６から離間する方向に延在しつつ、その方向に対して９０°より小さな角度で折曲されているので、永久磁石２６の磁束が、電磁コイル３２の励磁状態における固定接極部３７及び可動接極部３９の間の磁束の流れに悪影響を与えることがない。

また、この有極電磁石１２を備えた電磁接触器１０も、取付けスペースを小さくすることができ、取り扱いも容易なコンパクトな装置とすることができるとともに、消費電力を抑えながら接点機構１４の釈放動作及び投入動作を確実に行なうことができる。
さらに、可動鉄心部２７の可動方向に対して斜めに延在した状態で互いに平行に対向するように、第１可動対向板２９及び固定鉄心部２４の縁部を折曲して可動接極部３９及び固定接極部３７を形成するだけで、可動鉄心の変位量Ｈを所望の値に設定し、且つ、接極面ギャップＡ２を小さくする構造を容易に得ることができるので、有極電磁石１２の製造コストの低減化を図ることができる。

１０…電磁接触器、１１…第１ケース、１１ａ…底壁、１１ｂ…側壁、１２…有極電磁石、１３…第２ケース、１５…復帰ばね、１４…接点機構、１６…可動ホルダ、１７…可動接触子、１８…固定接触子、１９…固定接点、２０…可動接点、２１…接触ばね、２２…消弧カバー、２３…スプール、２４…固定鉄心部、２５…磁極板、２６…永久磁石、２７…可動鉄心部、２８…可動鉄心棒、２９…第１可動対向板、３０…第２可動対向板、３１…挿通穴、３２…電磁コイル、３３…端板部、３４…側板部、３５…固定側部（固定側板）、３６…固定底部（第２固定対向板）、３７…固定接極部（第１固定対向板の接極部）、３８…可動直交部、３９…可動接極部（第１可動対向板の接極部）、４０…連結部材、Ａ２…接極面ギャップ（ギヤップ）

Claims (4)

1. 円筒状に巻装された電磁コイルの挿通穴に可動鉄心棒を挿通し、前記電磁コイルの一方の端面から突出した前記可動鉄心棒の一端に第１可動対向板を固定し、前記電磁コイルの他方の端面から突出した前記可動鉄心棒の他端に第２可動対向板を固定して可動鉄心部を配置し、前記第１可動対向板に離間して第１固定対向板が対向し、前記第２可動対向板に離間して第２固定対向板が対向し、これら第１及び第２固定対向板を連結する固定側板を前記電磁コイルの外周に沿って延在させて固定鉄心部を配置し、前記電磁コイルの外周と前記固定側板との間に永久磁石を配置し、前記電磁コイルを励磁して前記第１固定対向板及び前記第１可動対向板の間のギャップに電磁吸引力が発生すると、復帰ばねのばね力及び前記永久磁石の吸引力に抗して、前記第１可動対向板が前記第１固定対向板に向けて変位して可動鉄心部が可動する有極電磁石において、
   前記第１固定対向板及び前記第１可動対向板に、前記可動鉄心部の可動方向に対して斜めに延在しながら互いに平行に対向する接極部を形成したことを特徴とする有極電磁石。
2. 前記第１固定対向板の前記接極部は、前記固定側板から前記電磁コイルの前記挿通穴に向けて斜めに折曲された部位であり、前記第１可動対向板の前記接極部は、前記第１固定対向板の前記接極部に平行に対向するように、前記第１可動対向板の縁部を折曲した部位であることを特徴とする請求項１記載の有極電磁石。
3. 前記第１固定対向板の前記接極部は、前記電磁コイルの外周と前記固定側板との間に配置されている前記永久磁石から離間する方向に向かって斜めに折曲されていることを特徴とする請求項２記載の有極電磁石。
4. 前記請求項１乃至３の何れか１項に記載の有極電磁石を備えた電磁接触器であって、
   前記可動鉄心部に接点機構を連結し、前記電磁コイルの励磁、非励磁による前記可動鉄心部の可動により前記接点機構の可動接点及び固定接点の開閉動作を行なうようにしたことを特徴とする電磁接触器。

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