JP2012257396A5 - - Google Patents

Description

永久磁石５６は第１のヨーク５１とボビン５２との間に配置され、第１のヨーク５１に磁束を発生させるとともに可動子５５を吸引して保持する。第２のヨークである磁性体プレート５７は永久磁石５６とともに磁気回路を構成する。
第１のヨーク５１の第１の接極片５１ａおよび第２の接極片５１ｂの可動子５５が接触される位置には、当接孔５１ａ１、５１ｂ１が形成され、例えば第１の接極片５１ａに形成された当接孔５１ａ１は永久磁石５６により吸引される方向と直交する方向に長い孔からなり、図は一例として四角形の多角形状の長孔で構成されている。また、第２の接極片５１ｂに形成された当接孔５１ｂ１は、図は一例として丸孔で構成されている。
なお、当接孔５１ａ１は多角形状の長孔に代えて丸孔にしてもよい。要するにこれら当接孔５１ａ１、５１ｂ１の形状は、この発明では本質な部分ではないので、これ以上の説明は省略する。

次に、図３に基づいて電磁アクチュエータ５０の動作について説明する。第１の励磁コイル５３ａおよび第２の励磁コイル５３ｂが巻装されたボビン５２に設けられた可動子挿入孔５２ａにＺ軸方向に往復動する可動子５５が挿入される。可動子５５が挿入されたボビン５２は略コ字形に形成された第１のヨーク５１の接極片５１ａ、５１ｂ間に配置され、第１のヨーク５１に磁束を発生させる永久磁石５６と、永久磁石５６と共に磁気回路を構成する磁性体プレート５７を介して、ボビン５２と第１のヨーク５１を係合させる。

可動子５５はネジ穴５５ａが形成されており、クロスバー５８と接圧バネ６０を固定するロッド５９に設けられたロッドネジ部５９ｂを可動子５５のネジ穴５５ａに螺合させることにより、可動子５５とロッド５９とは一体的に固着される。ロッド５９とクロスバー５８の間には接圧バネ６０が配設されており、可動子５５が第１のヨーク５１の第２の接極片５１ｂに当接すると、第１の固定接触子１と第１の可動接触子２との接触圧力、第２の固定接触子３と第２の可動接触子４との接触圧力を発生させる。クロスバー５８はロッド５９に設けられたＥリング固定溝５９ａにＥリング６１を係合してロッド５９から外れないようにしている。

永久磁石５６は第１のヨーク５１と可動子５５との間に配置され、第１のヨーク５１に磁束を発生させるとともに可動子５５を吸引して保持する。第２のヨークである磁性体プレート５７は永久磁石５６と可動子５５間の磁束経路を確保するために、永久磁石５６と可動子５５との間に配置され、永久磁石５６から可動子５５へ流入する磁束経路が図５に示すように少なくとも２つに分流した複数経路φ１、φ２となるようコ字状またはＵ字状に形状された磁極片５７ａを有している。

また、永久磁石５６から可動子５５へ流入する磁束経路を複数経路にする場合、磁束経路は可動子５５の軸に対して対称となるように偶数の経路にする必要がある。このように磁束経路を複数経路にすることにより、永久磁石５６と可動子５５間に発生する吸引力をキャンセルすることが可能となり、可動子５５を永久磁石５６側に引張るＹ方向の側面吸着力Ｆを低減することができる。
なお、複数の磁束経路を有する第２のヨークである磁性体プレート５７は、磁気効率の高い磁性材（例えば、電磁軟鉄ＳＵＹなど）の平板をＹ方向に積層して構成され、可動子５５側の１枚を曲げ加工などを行うことにより２つの磁極片５７ａを有した形状にすることで実現できる。

次に、図８は磁束経路を複数経路にした場合、保持状態を引き外す能力が低下することと、その対策としてギャップＧａを最適化することにより引き外す能力が増加することを示している。ここで、ギャップＧａとは、図６に示す第１のヨーク５１の第１の接極片５１ａおよび第２の接極片５１ｂと磁性体プレート５７とのＺ方向の隙間のことである。
図８（ａ）（ｂ）（ｃ）の横軸はギャップＧａの距離を示し、図８（ａ）の縦軸は駆動力、図８（ｂ）（ｃ）の縦軸はＯＦＦおよびＯＮ時の保持力を示している。図中の最適化なしの場合は駆動力が小さく、最適化有りの場合は駆動力が大きくなっている。

最適化なしの場合に駆動力が小さくなる原因は、磁束経路を複数経路にすることで磁気経路上の磁気抵抗が減少されるためである。一般に磁気抵抗ＲはＲ＝μ×Ｌ／Ｓで示されるように、磁束断面積に反比例している。
式中、Ｌは磁性体プレート５７と可動子５５間の距離、Ｓは磁性体プレート５７と可動子５５間の磁束断面積（磁束通過面積）、μは透磁率である。
磁束経路を複数経路にすることで磁束断面積Ｓは大きくなり、その結果、磁束経路の磁気抵抗Ｒは減少される。

磁気抵抗Ｒが減少されると、図６に示す永久磁石５６から磁性体プレート５７、可動子５５へ流入して第１のヨーク５１を通過する磁束Ａと磁束Ｃの磁界強度が増加する。これにより保持状態を引き外すために、第２の励磁コイル５３ｂに通電される励磁電流によって発生する磁束Ｂによる磁束Ａの消磁率が減少する。
かつ、磁束Ｃの磁界強度が増加することから、第２の励磁コイル５３ｂが発生する磁束Ｂに対して磁束Ｃの割合が増加してしまい、ますます引き外し能力が低下する懸念がある。

なお、磁性体プレート５７と可動子５５の接極片との当接部との距離（ギャップＧａ）を、可動子５５の移動距離よりも大きくして磁束経路からみたリラクタンス（磁気抵抗）を大きく設定でき、状態開始に必要な駆動磁束の漏れを防ぐことが可能になる。
また、第２のヨークである磁性体プレート５７と可動子５５のＹ方向ギャップを広げ、Ｘ方向ギャップを狭くすることで、吸着力のさらなる低減が可能となるが、製品の許容寸法や組立誤差などを考慮することで最適化が可能となる。
即ち、磁性体プレート５７と可動子５５との間の磁気ギャップは、可動子５５を永久磁石５６側に吸引するＹ方向の磁気ギャップに対して、複数経路に分流した磁束経路上の磁気ギャップの方を小さくするようにする。

実施の形態１では第２のヨークである磁性体プレート５７は、磁性材の平板をＹ方向に積層して構成し、可動子５５側の１枚を曲げ加工などを行なうことにより実現していたが、実施の形態２の発明では図９、図１０に示すように、第２のヨークである磁性体プレート５７は、コ字状またはＵ字状に形成された磁気効率の高い磁性材（例えば、電磁軟鉄ＳＵＹなど）をＺ方向に積層して構成したものである。
この構成によっても永久磁石５６から可動子５５へ流入する磁束経路は図１０に示すように少なくとも２つに分流した複数経路φ１、φ２となり、実施の形態１と同じ効果が得られる。

以上のように実施の形態２の構成であれば、第２のヨークである磁性体プレート５７の加工も簡易的になり、コスト面で有利になる。
またこの構成であれば、第２のヨークである磁性体プレート５７に鎖交する磁束による渦電流損を低減することが可能となり、構造全体の磁気効率が向上する。
なお、実施の形態１および２では、第２のヨークである磁性体プレート５７の形状は、コ字状またはＵ字状に形状された２つの磁極片５７ａを有して、可動子へ流入する磁束経路が２つの経路となるようにしたが、磁極片５７ａを４つに形成して４つの経路となるようにしてもよい。

１：第１の固定接触子、 ２：第１の可動接触子、
３：第２の固定接触子、 ４：第２の可動接触子、
５０：電磁アクチュエータ、 ５１：第１のヨーク、
５１ａ：第１の接極片、 ５１ｂ：第２の接極片、
５２：ボビン、 ５３：励磁コイル、
５３ａ：第１の励磁コイル、 ５３ｂ：第２の励磁コイル、
５５：可動子、 ５６：永久磁石、
５７：磁性体プレート（第２のヨーク） ５７ａ：磁性体プレートの磁極片。