JP2538884B2

JP2538884B2 - 電磁石装置

Info

Publication number: JP2538884B2
Application number: JP61149014A
Authority: JP
Inventors: 豊隆西川; 雅史中川; 啓二岡橋
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1986-06-25
Filing date: 1986-06-25
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2011-10-02
Also published as: JPS635503A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕この発明は、有極型の電磁石装置に関する。

〔背景技術〕

従来の有極リレーの中には、たとえば、第17図にみる
ような電磁石装置を用いているものがある。この電磁石
装置は、電磁石ブロック１と接触子ブロック２とを備え
ている。

電磁石ブロック１は、ヨーク（継鉄）54、鉄心３およ
びコイル５を備えている。ヨーク54は、Ｔ字形の磁性体
片の脚の先端部を側面Ｌ字形に折り曲げた折曲部54a
と、両翼の先端部を同方向にＵ字形になるように折り曲
げてなる磁極部54b,54cを備えている。前記折曲部54a
に、Ｔ字形に形成された鉄心３の脚の先端部が磁気的に
つながっているとともに、ヨーク54の磁極部54b,54cの
間の中央に、鉄心３の先端部が臨んでいる。接極子ブロ
ック２は、２つの磁性体片6,7が永久磁石８をその着磁
方向両端から挟んでなっている。２つの磁性体片6,7の
同側端部は、ヨーク54の磁極部54b,54cと鉄心先端部と
がつくる間隙にそれぞれ挿入される。接極子ブロック２
は、ヨーク54のＵ字形になった部分の中辺54dに平行に
（矢印A,B方向）動作する。

しかし、このような電磁石装置では、磁極対向面積に
制約を受けるとともに、第19図にみるように、磁極部54
b,54cが先端へいくほど（たとえば、一点鎖線で示す領
域）飽和しやすいという欠点がある。

この電磁石装置でラッチングタイプのものは、第17図
において、一点鎖線で示す部分にまで磁極部54bがあ
る。これに対し、シングルステイブルタイプのものは、
第17図において、一点鎖線で示す部分を切り欠いて、磁
極部54bを短くして磁極部54bと磁極部54cとの面積比を
変えることにより、吸引力のアンバランス化を図ってい
る。この場合、第18図にみるように、接極子ブロック２
の磁性体片６から出る漏れ磁束Φ_３が多いので、効率が
悪くなるという欠点がある。

他方、有極リレーの中には、第20図にみるような電磁
石装置を用いているものがある。この電磁石装置も、電
磁石ブロック１と接極子ブロック２とを備えている。

電磁石ブロック１は、Ｕ字形ヨーク64の内側に、コイ
ル５が巻回された鉄心３の一端が磁気的につながれてＥ
字形になっている。Ｕ字形ヨーク64の各先端部と、鉄心
３の先端部とは、コイル５の励磁で異なる極性を持つよ
うになっている。接極子ブロック２は第17図に示したも
のと同様であり、２つの磁性体片6,7の同側端部が、Ｕ
字形ヨーク先端部と鉄心先端部との間隙にそれぞれ挿入
される。接極子ブロック２は矢印A,B方向に動作する。

いま、第21図にみるように、接極子ブロック２が矢印
Ａ向きに移動したときを考えると、永久磁石８およびコ
イル５の励磁による磁束Φ_４は、主に、Ｕ字形ヨーク64
の対辺の１方64a→磁性体片７→永久磁石８→磁性体片
６→鉄心３と流れるとともに、漏れ磁束Φ_５として、磁
性体片６→空隙→Ｕ字形ヨーク64の対辺のもう１方64b
→鉄心３と流れる。このため、磁束Φ_４が主に流れてい
る、Ｕ字形ヨークの対辺の１方64aの断面積（磁束の通
り道の断面積）は大きくとる必要がある。これに対し
て、漏れ磁束Φ_５が流れている、Ｕ字形ヨークの対辺の
もう１方64bの断面積は１方64aほど大きくする必要はな
い。

ところが、接極子ブロック２が、矢印Ｂ向きに移動し
て反対側の位置に来た場合、上記とは逆にＵ字形ヨーク
64の対辺のもう１方64bの断面積を１方64aの断面積より
大きくする必要がある。

すなわち、Ｕ字形ヨークの対辺64a,64bは、接極子ブ
ロック２の位置によって流れる磁束量が大きく変わるた
め、大きな断面積にしておく必要があり、無駄な使い方
をしている。このため、小型化できない。

〔発明の目的〕

この発明は、以上のことに鑑みて、小型化が図れて、
磁極対向面積を大きくとることができ、磁束漏れが少な
くて効率がよい電磁石装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の開示〕

本発明に係る電磁石装置は、電磁石ブロックと接極子
ブロックとからなる。電磁石ブロックは鉄心とコイルと
ヨークとを有している。コイルは鉄心に巻回されてい
る。ヨークは、鉄心の基端と磁気的に連結されて前記鉄
心に沿って延びる本体部と、本体部から延び鉄心の先端
部と対向し、コイルの励磁により鉄心の先端部と異なる
極性を持つ磁極部と、磁極部の両端から鉄心の先端部の
側方に延びる一対の側方部とを有する。

接触子ブロックは、永久磁石と第１磁性体片と第２磁
性体片とを有している。第１磁性体片は永久磁石のＮ極
側に連結され、鉄心の先端部とヨークの磁極部との間に
挿入される。第２磁性体片は永久磁石のＳ極側に連結さ
れ、鉄心の先端部を間にして前記第１磁性体片に対向す
る。

この電磁石装置では、接触子ブロックの第１磁性体片
の両平面は鉄心の先端部とヨークの磁極部との間に挟ま
れており、さらに第１の磁性体片の両側部は一対の側方
部に覆われている。すなわち、接触子ブロックの第１磁
性体片は両平面と両側部がヨークによって囲まれている
ため、漏れ磁束が減っている。また、第１磁性体片に対
向する磁極部はヨークの本体部から延びる部分であるた
めに、磁極対向面積を大きく取れる。

側方部に連結され第２磁性体片に対向する対向部をヨ
ークがさらに有している場合は、ラッチング型の電磁石
が得られる。

鉄心およびヨークが１つの磁性体片から折り曲げ形成
されたものである場合は、漏れ磁束が減り効率が良くな
る。

以下に、この発明を、その実施例をあらわす図面を参
照しながら詳しく説明する。

第１図（ａ），（ｂ）および第２図は、この発明にか
かる電磁石装置の第１実施例であってシングルステイブ
ルタイプものをあらわす。図にみるように、この電磁石
装置は、電磁石ブロック１および接極子ブロック２を備
えている。

電磁石ブロック１は、鉄心３およびヨーク４を備えて
いる。鉄心３は、コイル枠（図示せず）に挿通され、コ
イル枠にコイル５が巻回されている。ヨーク４は、鉄心
３の一端とかしめなどによって磁気的につながってい
て、コイル５の一側に沿って延びている。鉄心先端部3a
とこれに対向するヨーク先端部20は、コイル５の励磁で
異なる極性を持つ磁極部になる。

接極子ブロック２は、第１磁性体片６と第２磁性体片
７とが永久磁石８をその着磁方向両端から挟んでなって
いる。第１磁性体片６は、鉄心先端部3aとヨーク先端部
20との間に挿入されている。第２磁性体片７は、鉄心先
端部3aを間にして第１磁性体片６に対向している。

ヨーク先端部20は、第１磁性体片６に対向する部分20
aの左右から接極子ブロック２の側面に対向するよう延
びている部分20b,20cも有していて、接触子ブロック２
を３方から囲むようになっている。このため、図（ｂ）
にみるように、第１磁性体片６の側面へ出入する磁束Φ
_６、第２磁性体片７の側面へ出入する磁束Φ_７が外部へ
の漏れ磁束にならない。ヨーク先端部の第１磁性体片６
に対向する部分20aと第１磁性体片６との間の磁束Φ_８
は接触子ブロック２の動作に主に関係する。前記部分20
bの長さl₃と部分20cの長さl₄は同じであるが、異なって
いてもよい。

この電磁石装置を有極リレー（有極電磁継電器）など
に応用する場合、たとえば、接極子ブロック２が鉄心３
に対して平行状態を保って正逆スライドするようにした
り、接極子ブロック２が鉄心３に対して正逆回動するよ
うにしたりする構成が考えられる。

接極子ブロック２が前記のように正逆スライドするよ
うにするには、たとえば、第３図にみるように、接極子
ブロック２に移動方向（矢印A,B方向）に伸びる腕状物
９を設け、この腕状物９がガイド10の間を矢印A,B方向
にスライドするようにすることがあるが、他の構成でも
よく、前記のような構成に限定されない。

接極子ブロック２が前記のように正逆回動するように
するには、たとえば、第４図にみるように、接極子ブロ
ック２に回動支点11を設け、この回動支点11を中心にし
て接極子ブロック２が正逆（矢印C,D方向）回動するよ
うにすることがあるが、このような構成に限定されな
い。回動支点は軸であったり、円錐・半球などの形状の
突起であったりし、永久磁石の部分に設けられたり、接
触子ブロック背部に設けた絶縁物12などに設けられたり
する。

動作原理は上記いずれの場合でも同じであるので、こ
の発明の電磁石装置の動作を、接極子ブロックが正逆回
転する場合を代表にして図面を参照しながら詳しく説明
する。コイル５に励磁をかけない状態では、永久磁石８
から出る磁束Φ_１が一番良く流れるのは、第５図
（ａ），（ｂ）にみるような状態である。この状態にあ
るときに、第６図にみるように、鉄心先端部3aおよびヨ
ーク先端部20が図に示す極性になるようコイル５を励磁
すると、永久磁石８の磁束Φ_１とコイル５による磁束Φ
_２とが、ヨーク先端部20（第１磁性体片６に対向する部
分20a）−第１磁性体片６間では反発、第１磁性体片６
−鉄心先端部3a間では吸引、第２磁性体片７−鉄心先端
部3a間では反発という関係になる。このため、接極子ブ
ロック２は高感度に矢印Ｄ向きに回動し、第７図
（ａ），（ｂ）に示す状態になる。コイル５をこのよう
に励磁している間は、この状態を保っている。このよう
な動作状態のときの接極子ブロック２の吸引力による回
転トルクを測定すると、第８図に示すようになる。図
中、縦軸は接極子ブロック２の回転トルクであり、反時
計回り（矢印Ｄ向き）が正である。横軸は接極子ブロッ
ク２の回転位置である。曲線Ｅがコイル５を励磁したと
きの吸引力であり、曲線Ｆがコイル５が無励磁であると
きの吸引力である。Ｇは第５図（ａ），（ｂ）の状態で
あり、Ｈは第６図の状態であり、Ｊは第７図（ａ），
（ｂ）の状態である。

したがって、たとえば、第９図にみるようなばね構成
にすれば、シングルステイブル動作のリレーが実現でき
る。図中、13は動作ばね、14,15は固定接点、16は可動
接点である。このときのばね負荷が第８図にＫで示され
ている。

この発明にかかる電磁石装置は、第８図にみるような
吸引力のアンバランス化を図る際に、いかに漏れ磁束を
少なくし、効率を良く（感度を良く）するかという課題
に対して応えているのである。

一般に、電磁リレーはコイルに励磁をかけたときに動
作し、コイルの励磁を切ったときには元の状態へ復帰す
る、いわゆるシングルステイブル動作の要求が大多数で
ある。従来の無極リレーでは、たとえば、第22図にみる
ような構成であり、磁気回路上もコイル５を励磁したと
きのみ吸引力が働き、コイル５の励磁がないときは吸引
力が働かない、いわゆるシングルステイブル動作になっ
ている。図中、74はヨーク、72は接極子（アーマチャ）
である。

他方、上述の有極磁気回路においても、同様に、コイ
ルに励磁をかけないときは、できるだけ第５図（ａ），
（ｂ）に示すような状態（永久磁石の磁束による磁気回
路の磁気抵抗が少ない状態）へ戻るような磁気回路構成
になっているのが好ましい。このため、ヨークの形状
が、たとえば、第２図に示すようになっている。

ところで、ユーザーニーズの中には、コイルの励磁を
切ってもそのままその状態を維持し、コイルに逆方向の
励磁を加えると復帰する、いわゆるラッチング動作のリ
レーを要求するものがある。この場合、この発明の電磁
石装置では、第10図および第11図にみるように、ヨーク
先端部20へ、第２磁性体片７に対向する部分20dを、別
部品としてかしめなどにより設けることにより、接極子
ブロック２が矢印Ｃ向きに回動した状態と矢印Ｄ向きに
回動した状態とで回転トルクの大きさがほぼ同等で向き
が逆の磁気回路が得られる。すなわち、磁気回路が鉄心
３を中心に対称な形になるので、コイル５の励磁極正を
切り変えることにより、接極子ブロック２がシーソー動
作（矢印C,D方向の回動）を行う。この吸引力特性が第1
2図に示される。図中、縦軸は接極子ブロック２の回転
トルクであり、横軸は接極子ブロック２の回転位置であ
る。曲線Ｌはコイル５を正に励磁したときの吸引力であ
り、曲線Ｍはコイル５を負に励磁したときの吸引力であ
り、曲線Ｎはコイル５無励磁のときの吸引力である。Ｐ
は、このラッチング動作型の電磁石装置を、第９図と同
様のリレーに応用したときのばね負荷である。Ｑは第５
図（ａ），（ｂ）に相当する状態であり、Ｒは第６図に
相当する状態であり、Ｓは第７図（ａ），（ｂ）に相当
する状態である。

なお、上記実施例では、鉄心およびヨークが別々に形
成されていて、かしめなどにより磁気的につながれてい
たが、第13図にみるように、鉄心３とヨーク４が、１枚
の磁性体（たとえば、電磁軟鉄などであるが、これに限
定されない）を折り曲げることにより形成されたもので
あってもよく、限定はない。第13図に示すような鉄心３
およびヨーク４であれば、コイル５の励磁で磁極部とな
る先端部3a,20以外の余分な端部がないので、漏れ磁束
がより少なく、効率のよいものとすることが可能であ
る。また、鉄心とヨークをかしめるなどの工程がなくて
すむ。第13図に示したものは、シングルステイブル動作
用のものであり、第15図にみるような吸引力特性となっ
ている。図中、縦軸は吸引力、横軸はストローク、曲線
Ｕは定格電流（定格AT）によりコイルを励磁したときの
吸引力、曲線Ｖはコイル無励磁（ゼロAT）のときの吸引
力である。

第14図にみるように、別部品をかしめなどにより取り
つけて、ヨーク先端部20が、第１磁性体片６に対向する
部分20a、接極子ブロック２の側面に対向する部分20b,2
0c、第２磁性体片７に対向する部分20dを有していて、
接極子ブロック２を４方から囲むように形成して吸引力
を変え、ラッチング動作用としたものも得られる。この
場合、第16図にみるような吸引力特性となる。図中、縦
軸は吸引力、横軸はストローク、曲線Ｕは定格電流（定
格AT）によりコイルを励磁したときの吸引力、曲線Ｖは
コイル無励磁（ゼロAT）のときの吸引力である。コイル
の逆方向の励磁のときの吸引力は図示省略している。

この発明の電磁石装置は、ヨークのコイルに沿って延
びている部分がコイルの両側ではなく一側のみにしかな
いので、ヨークがコイルの両側に沿って延びているもの
に比べて小型化が図れる。コイルの励磁による磁束およ
び永久磁石から出る磁束が、接極子ブロックの位置に関
わらず全てヨークのコイル一側に沿って延びている部分
を流れるので、ヨークの無駄がない。この発明の電磁石
装置はシングルステイブル型のものでも、接極子ブロッ
クが少なくとも３方からヨークで囲まれるようになって
いるので、磁束の漏れが少なく効率が良い。しかも、ヨ
ーク先端部が、接極子ブロックの第１磁性体片と対向す
る部分の左右から接極子ブロックの側面に対向するよう
延びている部分も有していて（第17図に示した電磁石装
置では、接極子ブロックの磁性体片に対向するヨークの
部分が、ヨーク先端部のＵ字形となった対辺であったの
に対し、この発明の電磁石装置では、接極子ブロックの
磁性体片に対向するヨークの部分が、ヨーク先端部のＵ
字形となった中辺、Ｕ字形の対辺先端をつなぐ別部品で
ある）、磁気飽和部が小さくなり、磁極対向面積が大き
くとれ、効率が良い。

なお、この発明の電磁石装置は、上記の実施例に限定
されない。鉄心先端部はＴ字形に左右に広がっていると
磁極対向面積が大きくなるが、左右に広がっていなくて
もよい。吸引力のアンバランス化は、第１図に示したよ
うな構成で達成されるが、ヨークの第１磁性体片に対向
する部分の左右から接極子ブロックの側面に対向するよ
うに延びている部分の流さl₃,l₄と空隙l₁,l₂の間隔によ
って変えることができる。

〔発明の効果〕

この電磁石装置では、接触子ブロックの第１磁性体片
の両平面は鉄心の先端部とヨークの磁極部との間に挟ま
れており、さらに第磁性体片の両側部は一対の側方部に
覆われている。すなわち、接触子ブロックの第１磁性体
片は両平面と両側部がヨークによって囲まれているた
め、漏れ磁束が減っている。また、第１磁性体片に対向
する磁極部はヨークの本体部から延びる部分であるため
に、磁極対向面積を大きく取れる。以上の結果、永久磁
石の磁束およびコイルの励磁による磁束が有効に活用さ
れる。このため、高効率化したものとなっている。しか
も、小型化が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はこの発明の電磁石装置の第１実施例の一
部断面側面図、図（ｂ）はそのＩ−Ｉ′断面図、第２図
はコイルを省略したその分解斜視図、第３図は第２実施
例の一部断面側面図、第４図は第３実施例の一部断面側
面図、第５図（ａ）、第６図および第７図（ａ）は第３
実施例の動作状態をあらわす一部断面側面図、第５図
（ｂ）はII−II′断面図、第７図（ｂ）はIII−III′断
面図、第８図は第９図のリレーの吸引力特性図、第９図
は第３実施例の電磁石装置を応用したリレーの一部断面
側面図、第10図は第４実施例の一部断面側面図、第11図
は第４実施例に用いるヨークおよび鉄心の分解斜視図、
第12図は第４実施例の電磁石装置を応用したリレーの吸
引力特性図、第13図は第５実施例の鉄心およびヨークの
斜視図、第14図は第６実施例の鉄心およびヨークの分解
斜視図、第15図は第５実施例の吸引力特性図、第16図は
第６実施例の吸引力特性図、第17図は従来の１例の分解
斜視図、第18図はそのＷ視図、第19図はその一部分図、
第20図は従来の別の１例の分解斜視図、第21図はその平
面図、第22図は従来の無極型の電磁石装置の側面図であ
る。１……電磁石ブロック、２……接極子ブロック、３……
鉄心、3a……鉄心先端部、４……ヨーク、５……コイ
ル、６……第１磁性体片、７……第２磁性体片、８……
永久磁石、20……ヨーク先端部、20a……ヨークの第１
磁性体片と対向する部分、20b,20c……ヨークの第１磁
性体片と対向する部分の左右から接極子ブロックの側面
に対向するよう延びている部分

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁石ブロックと接極子ブロックとからな
る電磁石装置であって、前記電磁石ブロックは、鉄心と、前記鉄心に巻回されたコイルと、前記鉄心の基端と磁気的に連結されて前記鉄心に沿って
延びる本体部と、前記本体部から延び前記鉄心の先端部
と対向し、前記コイルの励磁により前記鉄心の先端部と
異なる極性を持つ磁極部と、前記磁極部の両端から前記
鉄心の先端部の側方に延びる一対の側方部とを有するヨ
ークとを有し、接触子ブロックは、永久磁石と、前記永久磁石のＮ極側に連結され、前記鉄心の先端部と
前記ヨークの磁極部との間に挿入される第１磁性体片
と、永久磁石のＳ極側に連結され、前記鉄心の先端部を間に
して前記第１磁性体片に対向する第２磁性体片とを有し
ている、電磁石装置。
【請求項２】前記ヨークは前記側方部から延び前記第２
磁性体片に対向する対向部をさらに有している、特許請
求の範囲第１項記載の電磁石装置。
【請求項３】前記鉄心およびヨークが１つの磁性体片か
ら折り曲げ形成されたものである、特許請求の範囲第１
項記載の電磁石装置。