JP2601997B2

JP2601997B2 - シングルステイブル型有極電磁石

Info

Publication number: JP2601997B2
Application number: JP10402094A
Authority: JP
Inventors: 光樹永本
Original assignee: 光樹永本
Priority date: 1994-05-18
Filing date: 1994-05-18
Publication date: 1997-04-23
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JPH07312161A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は構成が単純なシングル
ステイブル型有極電磁石に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に従来のシングルステイブル型有極
電磁石の一実施例の断面図を示す。従来のシングルステ
イブル型有極電磁石１１は、略コの字型の鉄芯１２Ｂに
コイル１２Ａを巻いて組立てたコイルブロック１２と、
鉄芯１２Ｂの対向する磁極１３Ａおよび磁極１３Ｂ間に
レーザ溶接等で固定した山型永久磁石１４と、山型永久
磁石１４の頂点に接した支点１５Ａを中心として回転運
動する接極子１５とから構成される。

【０００３】接極子１５は、支点１５Ａを中心にシーソ
運動し、コイルブロック１２に予め決められた極性の電
源が印加された場合にのみ一方の磁極（例えば、磁極１
３Ａ）から他方の磁極（例えば、磁極１３Ｂ）へ接続が
切替えられ、電源が除かれた場合には元の磁極（例え
ば、磁極１３Ａ）側に戻るよう構成される。

【０００４】このような単安定（シングルステイブル）
状態を構成するため、山型永久磁石１４は、長手方向の
両端がＳ極、山型の頂点Ｃから所定の距離ｘｏの位置が
Ｎ極に磁化され、シングルステイブル型有極電磁石１１
を構成した場合の配置精度を保つため、磁極１３Ａおよ
び磁極１３Ｂ間にレーザ溶接等で固定される。

【０００５】次に、従来のシングルステイブル型有極電
磁石１１のシングルステイブル動作について説明する。
図７に従来のシングルステイブル型有極電磁石の動作説
明図を示す。図７において、（ａ）図はコイルブロック
１２に電源が印加されていない無励磁の安定状態を示
し、山型永久磁石１４の磁化が山型の頂点Ｃから所定の
距離ｘｏだけ偏っているため、接極子１５は磁極１３Ａ
に接触した状態にある。この状態では、鉄芯１２Ｂの磁
極１３Ａ側―山型永久磁石１４―接極子１５―鉄芯１２
Ｂの磁極１３Ａ側をループとする磁気回路が形成され、
磁束Φａが矢印の向きに発生される。

【０００６】無励磁状態から、（ｂ）図のようにコイル
ブロック１２に電源を印加した励磁直後、コイルブロッ
ク１２は電磁石を形成し、磁極１３Ａ側がＮ極、磁極１
３Ｂ側がＳ極に磁化され、電流Ｉとコイルの巻線数（タ
ーン数Ｎ）の積に対応した力が作用し、接極子１５の磁
極１３Ａ側は同極（Ｎ極）で反発力、接極子１５の磁極
１３Ｂ側は異なる極（Ｓ極）で吸引力がそれぞれ作用す
る。この状態では、磁束Φａとともに、鉄芯１２Ｂ―山
型永久磁石１４―接極子１５―鉄芯１２Ｂの磁極１３Ｂ
側―鉄芯１２Ｂをループとする磁気回路が形成され、磁
束Φｂが矢印の方向に発生される。

【０００７】（ｃ）図は（ｂ）図の状態から、接極子１
５が磁極１３Ａ側から離れて磁極１３Ｂ側に接触した反
転状態を示す。この状態では、接極子１５と磁極１３Ｂ
が接触するため、（ｂ）図の磁束Φｂが変化して磁束Φ
ｄになるとともに、鉄芯１２Ｂの磁極１３Ｂ側―山型永
久磁石１４―接極子１５―鉄芯１２Ｂの磁極１３Ｂ側を
ループとする磁気回路が形成され、磁束Φｃが矢印の向
きに発生される。

【０００８】この状態から電源を除くと、山型永久磁石
１４のＮ極が磁極１３Ａ側に偏って設定されていること
により、最初の状態と同じように、鉄芯１２Ｂの磁極１
３Ａ側―山型永久磁石１４―接極子１５―鉄芯１２Ｂの
磁極１３Ａ側をループとする磁気回路が形成され、磁束
Φａが矢印の向きに発生されて接極子１５は磁極１３Ｂ
側から磁極１３Ａ側に戻され、無励磁の単安定状態とな
る。

【０００９】このように、従来のシングルステイブル型
有極電磁石１１は単安定動作をするので、接極子１５に
可動接点（図示せず）を搭載し、コイルブロック２の電
磁石作用により固定接点（図示せず）との間で電気的な
接続切替えを行うことにより、シングルステイブルリレ
ーが構成される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のラッチング型有
極電磁石１１は、永久磁石に山型永久磁石１４を用いて
山型永久磁石１４の頂点に接した接極子１５の支点１５
Ａを中心として回転運動するよう構成されるため、山型
永久磁石１４の寸法に精度が要求されるとともに、形状
が複雑となりコストアップを招く課題がある。

【００１１】また、山型永久磁石１４と接極子１５の位
置関係を適切に保つため、山型永久磁石１４を鉄芯１２
Ｂの対向する磁極１３Ａおよび磁極１３Ｂ間にレーザ溶
接等で固定することが要求され、組立てが煩雑になる課
題がある。

【００１２】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、その目的は構成が単純で、組立て易
く、性能が安定したシングルステイブル型有極電磁石を
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係るシングルステイブル型有極電磁石は、接
極子に、長手方向の中心線に非対称な磁気抵抗調整部を
設けたことを特徴とする。

【００１４】また、この発明に係るシングルステイブル
型有極電磁石の磁気抵抗調整部は、磁気抵抗を増加する
切欠部で形成したことを特徴とする。

【００１５】さらに、この発明に係るシングルステイブ
ル型有極電磁石は、平板状継鉄に、磁極間の中心線に対
称に凹部を形成するとともに、永久磁石を矩形状永久磁
石で構成して凹部に配置したことを特徴とする。

【００１６】また、この発明に係るシングルステイブル
型有極電磁石は、接極子が永久磁石に接触する部分に、
傾斜部を有する山型凸部を設け、この山型凸部を支点と
して接極子が回転運動することを特徴とする。

【００１７】さらに、この発明に係るシングルステイブ
ル型有極電磁石は、平板状継鉄を対向する磁極間に挿入
して固定する際、圧入で行うことを特徴とする。

【００１８】

【作用】この発明に係るシングルステイブル型有極電磁
石は、接極子に、長手方向の中心線に非対称な磁気抵抗
調整部を設け、接極子の磁気抵抗を非対称に形成するの
で、単純な構造が実現できる。

【００１９】また、この発明に係るシングルステイブル
型有極電磁石の磁気抵抗調整部は、磁気抵抗を増加する
切欠部で形成したので、接極子と磁気抵抗調整部を同時
に形成することができる。

【００２０】さらに、この発明に係るシングルステイブ
ル型有極電磁石は、平板状継鉄に、磁極間の中心線に対
称に凹部を形成するとともに、永久磁石を矩形状永久磁
石で構成して凹部に配置したので、位置合せや調整が不
要となり、性能の安定化を図ることができる。

【００２１】また、この発明に係るシングルステイブル
型有極電磁石は、接極子が永久磁石に接触する部分に、
傾斜部を有する山型凸部を設け、山型凸部を支点として
接極子が回転運動するよう構成したので、安定した単安
定動作を実現することができる。

【００２２】さらに、この発明に係るシングルステイブ
ル型有極電磁石は、位置合せや調整が不要な平板状継鉄
と矩形状永久磁石を用いたので、平板状継鉄を対向する
磁極間に挿入して固定する際、圧入で行うことができ
る。

【００２３】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１〜図３にこの発明に係るシングルステ
イブル型有極電磁石の構成を示す。図１にこの発明に係
るシングルステイブル型有極電磁石の全体構成図、図２
にこの発明に係るシングルステイブル型有極電磁石の組
立図、図３にこの発明に係るシングルステイブル型有極
電磁石の断面図を示す。

【００２４】図１〜図３において、シングルステイブル
型有極電磁石１は、略コの字型の鉄芯２Ｂにコイル２Ａ
を巻いたコイルブロック２と、コイルブロック２の磁極
３Ａ、３Ｂ間に挿入して固定し、鉄芯２Ｂとの間で磁気
回路を形成する平板状継鉄４と、平板状継鉄４の中央部
に設けられた凹部４Ａに配置した矩形状永久磁石５と、
磁気抵抗調整部７を有するとともに、中心部に設けた山
型凸部を支点として回転し、端部６Ａ、端部６Ｂがそれ
ぞれ磁極３Ａ、磁極３Ｂと接触する接極子６とから構成
する。

【００２５】コイルブロック２は電磁石を形成し、コイ
ル電極２ａ、２ｂ間に予め極性が決定された電源を印加
することにより、コイル２Ａに流れる電流の方向に対応
（右手親指の法則）した磁極３Ａ、３Ｂの極性（Ｎ、Ｓ
極）が設定され、一方、コイル２Ａの巻数とコイル２Ａ
に流れる電流値の積（起磁力）に比例し、磁気回路の抵
抗（磁気抵抗）に反比例した磁束を発生する。

【００２６】平板状継鉄４は、図２に示すように、コイ
ルブロック２の対向する磁極３Ａ、磁極３Ｂ間の中心線
Ｘに対称に矩形状の凹部４Ａを形成し、矩形状永久磁石
５を収納する。

【００２７】矩形状永久磁石５は、平板状継鉄４に設け
られた矩形状の凹部４Ａ内に収容されるよう、凹部４Ａ
の形状に合せて構成し、凹部４Ａの底面と接する面側を
Ｓ極、反対面側がＮ極となるよう磁化する。

【００２８】このように、平板状継鉄４で鉄芯２Ｂとの
磁気バイパス回路を構成し、凹部４Ａに矩形状永久磁石
５を配置する単純な構成なので、平板状継鉄４および矩
形状永久磁石５の位置合せや調整が不要となる。

【００２９】接極子６は、図２に示すように、対向する
磁極３Ａ、磁極３Ｂ間の中心線Ｘに非対称に磁気抵抗を
増加させるための磁気抵抗調整部７を形成し、中心線Ｘ
に対して端部６Ａ側、または端部６Ｂ側のいずれか一方
（図２では端部６Ｂ側）の磁気抵抗を他方（図２では端
部６Ａ側）よりも大きく設定することにより、端部６Ａ
側と端部６Ｂ側が中心線Ｘに対して非対称となるよう構
成する。

【００３０】磁気抵抗調整部７を、例えば接極子６の端
部６Ｂ側に設けて磁気抵抗を端部６Ａ側よりも大きくす
ることにより、シングルステイブル型有極電磁石１は、
図１および図３に示すように、コイル電極（＋）２ａ、
コイル電極（−）２ｂ間に電源を印加しない無励磁状態
において、矩形状永久磁石５の作用により接極子６の端
部６Ａ側が磁極３Ａと接触状態を保つ単安定（シングル
ステイブル）状態を形成する。

【００３１】磁気抵抗調整部７は、中心線Ｘに対して非
対称に接極子６の体積を減少して磁気抵抗を増加するも
のであれば、貫通した切欠部でも凹部でもよい。

【００３２】このようにして、磁気抵抗調整部７を形成
した接極子６を用いる単純な構成により、シングルステ
イブル型有極電磁石１が実現できる。

【００３３】また、接極子６は、図３に示すように中心
線Ｘ上で矩形状永久磁石５と接触する部分に、傾斜部を
有する山型凸部６Ｃを設け、この山型凸部を支点として
前記接極子が回転運動して端部６Ａ、端部６Ｂがそれぞ
れ磁極３Ａ、磁極３Ｂに接触するよう構成するので、安
定した単安定（シングルステイブル）動作が得られる。

【００３４】図４に接極子の磁気抵抗調整部の別実施例
構成図を示す。（ａ）図の接極子８では両端をコの字形に切欠いた切欠
部８Ａで構成した磁気抵抗調整部を形成し、（ｂ）図の
接極子９では両端を切欠いた切欠部９Ａで構成した抵抗
調整部を形成する。切欠部８Ａおよび切欠部９Ａとも
に、接極子の厚み方向に貫通した切欠部で構成した磁気
抵抗調整部の実施例である。また、（ｃ）図の接極子１
０では接極子の厚み方向に設けた凹部で接極子凹部１０
Ａを構成した磁気抵抗調整部の実施例である。

【００３５】シングルステイブル型有極電磁石１の組立
ては、図２に示すように、コイルブロック２に平板状継
鉄４を圧入し、平板状継鉄４の凹部４Ａ内に矩形状永久
磁石５を挿入した後、矩形状永久磁石５上に接極子６を
配置することにより、一方向の組立てが可能となる。

【００３６】位置合せや調整が不要な単純形状の平板状
継鉄４および矩形状永久磁石５を用いたので、平板状継
鉄４を対向する磁極３Ａ、３Ｂ間に固定する際、圧入で
行うことができる。

【００３７】また、図３の断面図から明らかなように、
シングルステイブル型有極電磁石１は、接極子６の磁気
抵抗調整部７の存在により、中心線Ｘを垂直方向に下ろ
した断面を中心にして両側の磁気抵抗が非対称構成とな
るので、シングルステイブル動作が可能となる。

【００３８】次に、この発明に係るシングルステイブル
型有極電磁石の動作を説明する。図５はこの発明に係る
シングルステイブル型有極電磁石の動作説明図である。
（ａ）図はコイルブロック２に電源が印加されていない
無励磁の安定状態を示し、接極子６は端部６Ａ、６Ｂが
矩形状永久磁石５の磁化状態によって共にＮ極となり、
一方、磁極３Ａは前述した構成から常にＳ極、磁極３Ｂ
はＮ極の状態にあるため、接極子６は磁極３Ａ側に接触
した安定状態となっている。この状態では、磁極３Ａ―
平板状継鉄４―矩形状永久磁石５―接極子６―磁極３Ａ
のループで磁気回路が形成され、磁束Φ１が矢印の向き
に発生する。

【００３９】無励磁状態から、（ｂ）図のようにコイル
ブロック２に予め極性が決定された電源を印加した励磁
直後、コイルブロック２で構成される電磁石は、例えば
磁極３ＡがＳ極からＮ極、磁極３ＢはＮ極からＳ極に変
化するため、接極子６と磁極３Ａには反発力、接極子６
と磁極３Ｂには吸引力が作用する。この状態では、
（ａ）図の磁束Φ１に加え、電源印加に伴う鉄芯２Ｂ―
平板状継鉄４―鉄芯２Ｂのループで磁気回路が形成さ
れ、磁束Φ２が発生する。

【００４０】（ｃ）図は（ｂ）図状態から接極子６が磁
極３Ａ側から離れて磁極３Ｂ側に接触した反転状態を示
す。この状態では、矩形状永久磁石５により、磁極３Ｂ
―平板状継鉄４―矩形状永久磁石５―接極子６―磁極３
Ｂのループで磁気回路が形成されて磁束Φ３が発生する
とともに、電磁石により、鉄芯２Ｂ―平板状継鉄４―矩
形状永久磁石５―接極子６―磁極３Ｂ―鉄芯２Ｂのルー
プで磁気回路が形成されて磁束Φ４が発生する。

【００４１】この状態から電源を除くと、接極子６の磁
極３Ｂ側（端部６Ｂ側）の磁気抵抗が磁極３Ａ側（端部
６Ａ）より大きいため、矩形状永久磁石５の磁力による
磁束（Φ１）が磁束Φ３よりも大きくなり、接極子６は
反転して端部６Ａは磁極３Ａ側に接触して（ａ）図の無
励磁状態に戻り単安定（シングルステイブル）状態を保
つ。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明に係るシン
グルステイブル型有極電磁石は、接極子に、長手方向の
中心線に非対称な切欠部や凹部で形成した磁気抵抗調整
部を設け、接極子の磁気抵抗を非対称にするだけでシン
グルステイブル型有極電磁石を構成できるので、単純な
構造が実現できる。

【００４３】また、この発明に係るシングルステイブル
型有極電磁石は、位置合せや調整が不要な平板状継鉄と
矩形状永久磁石を用い、平板状継鉄を対向する磁極間に
挿入して固定する際に圧入で行うことができるので、組
立て作業性を改善することができる。

【００４４】さらに、この発明に係るシングルステイブ
ル型有極電磁石は、接極子が永久磁石に接触する部分
に、傾斜部を有する山型凸部を設け、山型凸部を支点と
して接極子が回転運動するよう構成したので、安定した
単安定動作を実現することができる。

【００４５】よって、構成が単純で、経済性ならびに性
能の安定性に優れたシングルステイブル型有極電磁石を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るシングルステイブル型有極電磁
石の全体構成図

【図２】この発明に係るシングルステイブル型有極電磁
石の組立図

【図３】この発明に係るシングルステイブル型有極電磁
石の断面図

【図４】接極子の磁気抵抗調整部の別実施例構成図

【図５】この発明に係るシングルステイブル型有極電磁
石の動作説明図

【図６】従来のシングルステイブル型有極電磁石の一実
施例の断面図

【図７】従来のシングルステイブル型有極電磁石の動作
説明図

【符号の説明】

１…シングルステイブル型有極電磁石、２…コイルイル
ブロック、２Ａ…コイル、２Ｂ…鉄芯、２ａ，２ｂ…コ
イル電極、３Ａ，３Ｂ…磁極、４…平板状継鉄、４Ａ…
凹部、５…矩形状永久磁石、６，８，９，１０…接極
子、６Ａ，６Ｂ…端部、６Ｃ…山型凸部、７…磁気抵抗
調整部、８Ａ，９Ａ…切欠部、１０Ａ…接極子凹部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】コの字型の鉄芯にコイルが巻かれ、対向
する両端が磁極を形成するコイルブロックと、前記対向
する磁極間に挿入して固定し、磁気バイパス回路を形成
する平板状継鉄と、この平板状継鉄に設けられた凹部に
装着し、厚み方向に互いに異なる極性に磁化した永久磁
石と、この永久磁石に接触し、電磁石の作用により回転
運動して前記磁極に接触する接極子とを備えたシングル
ステイブル型有極電磁石において、前記接極子に、長手方向の中心線に非対称な磁気抵抗調
整部を設けたことを特徴とするシングルステイブル型有
極電磁石。
【請求項２】前記磁気抵抗調整部は、磁気抵抗を増加
する切欠部で形成したことを特徴とする請求項１記載の
シングルステイブル型有極電磁石。
【請求項３】前記平板状継鉄に、前記磁極間の中心線
に対称に凹部を形成するとともに、前記永久磁石を矩形
状永久磁石で構成して前記凹部に配置したことを特徴と
する請求項１記載のシングルステイブル型有極電磁石。
【請求項４】前記接極子が前記永久磁石に接触する部
分に、傾斜部を有する山型凸部を設け、この山型凸部を
支点として前記接極子が回転運動することを特徴とする
請求項１記載のシングルステイブル型有極電磁石。
【請求項５】前記平板状継鉄を前記対向する磁極間に
挿入して固定する際、圧入で行うことを特徴とする請求
項１記載のシングルステイブル型有極電磁石。