JP4277719B2 - 釈放形電磁ソレノイド - Google Patents

Description

本発明は、配線用遮断器、漏電遮断器などの回路遮断器の引外し装置に用いられる釈放形電磁ソレノイドに関する。

頭記の回路遮断器には、主回路に過負荷電流や漏電電流等の異常電流が流れた際に、それを検知し、その検知信号に基づいて遮断器の開閉機構部のトリップコロスバーを叩いてラッチを引外し、主回路を開極させる引外し装置が備えられている。また、近年、この引外し装置として釈放形電磁ソレノイドを用いることが増えている。
以下、従来例の回路遮断器及び釈放形電磁ソレノイドについて図面を用いて説明する。
図５は従来の回路遮断器の一例を示す全体構成図であり、図６は図５の引外し装置に適用する従来構造の釈放形電磁ソレノイドである。
図５において、１は下部ケース１ａと上部カバー１ｂからなる２分割構造の遮断器ケース、２は主回路端子に連なる固定接触子、３は可動接触子、４はトグルリンク機構４ａ，開閉スプリング４ｂ、ラッチ４ｃ，トリップクロスバー４ｄからなる開閉機構部、５は操作ハンドル、６は過電流引外し装置、７は遮断器ケース１に内装された漏電引外しユニットであり、この漏電引外しユニット７には図６に示す釈放形電磁ソレノイド８が組み込まれている。

この釈放形電磁ソレノイド８は、常時は内蔵の永久磁石により引外しばねで付勢されたプランジャを吸引位置に保持しておき、引外し信号を受けて通電する励磁コイルが永久磁石に反磁界を与えてプランジャを釈放動作させるようにしたものであり、図６で示すようにプランジャ９，励磁コイル１０，永久磁石１１，継鉄１２，引外しばね１３の各部品を組み合わせた構成になる。なお、図示してないがプランジャ９にはバネ受け９ａを含む操作部材を結合し、該操作部材を介して電磁ソレノイドの釈放動作時に回路遮断器の開閉機構部のトリップクロスバーを叩くようにしている。
ここで、励磁コイル１０は樹脂モールド品になる筒形のコイル巻枠１０ａに巻装されている。また、継鉄１２は磁性の板材（鋼板）を屈曲したＵ字形フレーム１４と、該フレーム１４の上端側脚部の間に架け渡した平形フレーム１５とを組み合わせて励磁コイル１０，永久磁石１１に共通な磁気回路を構成している。そして、上下（厚さ）方向に磁化したブロック状の永久磁石１１が磁極面（Ｓ極）を下側に向けて前記Ｕ字形フレーム１４の底面上に重ね、上面のＮ極の磁極面には固定鉄芯１６を重ねて励磁コイル１０の下側に介装されている。

また、プランジャ９は強磁性材の円柱体であり、継鉄１２の平形フレーム１５の中央に開口（バーリング加工）した貫通穴１５ａを通して励磁コイル１０のコイル巻枠１０ａの内方に挿通し、継鉄１２から上方に突き出した軸端部に設けた鍔状のばね受け９ａと継鉄上面との間に引外しばね（圧縮スプリング）１３を介挿してプランジャ９を釈放方向（矢印Ｐ）にばね付勢している。なお、１７はコイル巻枠１０ａの内周に嵌め込んだ非磁性材（銅）のプランジャガイドであり、該ガイドでプランジャ９を上下スライド可能に案内支持している。
上記の構成で、回路遮断器をリセット操作してプランジャ９を図示の待機位置に押し込むと、引外しばね１３が蓄勢された状態でプランジャ９が永久磁石１１の磁力でこの位置に吸引保持される。この吸引保持状態では永久磁石１１のＮ極から出た磁束φｍが固定鉄芯１６，プランジャ９，継鉄１２を経由するルートを通ってＳ極に戻る。なお、引外しばね１３のバネ力をＦ１，永久磁石９の磁気吸引力をＦ２として、Ｆ２はＦ１よりも大である（Ｆ２＞Ｆ１）。

一方、この状態で図５に示した回路遮断器の主回路に漏電電流が流れ、これを検知した漏電検出回路からの信号で励磁コイル１０に励磁電流を通電すると、コイルの起磁力（アンペアターン）により永久磁石１１の磁力を打ち消す方向に磁界が生じ、その磁束φｉは継鉄１２，プランジャ９，および永久磁石１１を経由するルートを通って永久磁石１１の磁束φｍと逆方向に流れる。これにより、プランジャ９に作用する磁気吸引力が低下し、プランジャ９は引外しばね１３の蓄勢バネ力により釈放位置に突き出して回路遮断器をトリップ動作させる。
ところで、上記構成の電磁ソレノイドでは、励磁コイル１０の通電による磁束φｉが永久磁石１１（一般に、磁石材料で作られた永久磁石の透磁率は鋼板などの磁心材に比べて非常に小さい）を通ることから、励磁コイル１０から見た磁気回路の磁気抵抗が大きくなる。このために、励磁コイル１０に要求される起磁力が大となってコイル巻回数が増えることからコイル，ひいては電磁ソレノイドが大形化する。

一方、前記と同様な釈放形の電磁ソレノイドとして、リング状の永久磁石を用いて、このリング状の永久磁石にプランジャを挿通させるとともに、このプランジャと対向する継鉄の中央部底面側を固定接触子として、励磁コイルの通電による磁束φｉが永久磁石を経由せずにプランジャから直接継鉄を通るようにし、また永久磁石には「ポールシュー」と称するポールピースを組み合わせてプランジャの外周面に対峙させて永久磁石とプランジャとの間の磁気回路を形成するようにした構成のものも知られている(例えば、特許文献１参照)。
特開２００１−３５３４４号公報

ところで、前述した従来構造の釈放形電磁ソレノイドは、いずれもプランジャと固定鉄芯あるいは固定接触子との接触、開離を繰り返すと、プランジャとコイル巻枠との間、プランジャと継鉄の平板フレームに開口した貫通穴の遊び隙間等により、プランジャが固定鉄芯あるいは固定接触子にかたあたりした状態で傾いたまま吸着されてしまうなど、固定鉄芯あるいは固定接触子とプランジャの先端面との間の接触面積の変化により接極力が変化しやすいという欠点がある。
前記プランジャが傾いて吸着されると、固定鉄芯あるいは固定接触子とプランジャの先端面とのかたあたりによる永久磁石の保持力が低下してしまい、安定した吸引力を得ることができず、外部振動等で誤動作してしまうという問題があった。
そこで、本発明の課題は、プランジャの傾き等による永久磁石の保持力の変化を防止して安定したプランジャの吸引状態を得られるようにした釈放形電磁ソレノイドを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明によれば、磁性体からなる継鉄内に配置された励磁コイルが巻回された巻枠と、前記継鉄の一面に設けられた固定鉄芯と、前記巻枠内を移動して前記固定鉄芯と接触、開離するプランジャと、このプランジャを引外し方向に付勢する引外しばねと、この引外しばねを蓄勢状態に保持する永久磁石とを備え、前記励磁コイルの励磁によって前記永久磁石に反磁界を与えて前記プランジャを釈放動作させる釈放形電磁ソレノイドにおいて、前記永久磁石をリング状の永久磁石とし、かつ、前記プランジャと前記固定鉄芯の接極面との間に非磁性体からなる接極スペーサを設けるようにする。
また、前記釈放形電磁ソレノイドにおいて、前記永久磁石はリングの軸線方向に着磁されている、あるいは、前記永久磁石はリングの径方向に着磁されているものを用いるようにする。

更に、前気釈放形電磁ソレノイドにおいて、前記継鉄に、前記プランジャが挿通される貫通穴を形成し、該貫通穴とプランジャとの間に非磁性体からなるプランジャガイドを設ける、あるいは前記プランジャガイドを巻枠と一体に形成するようにしてもよい。
また、前気釈放形電磁ソレノイドにおいて、前記永久磁石の中空部に非磁性体からなる磁石支持ガイドを設ける、あるいは前記磁石支持ガイドを巻枠と一体に形成するようにしてもよい。
更に、前記プランジャをその後端側軸部の軸径がプランジャ先端部よりも小径な段付き構造とするようにしてもよい。また、前記釈放形電磁ソレノイドにおいて、前記接極スペーサの厚さを０．１ｍｍ以下とすることが好ましい。

この発明によれば、プランジャと固定鉄芯との間に接極スペーサを挿入することにより、プランジャの傾き等による永久磁石の保持力変化を防止することができ、信頼性の高い釈放形電磁ソレノイドが得られる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。なお、各実施例の図中で、図６に対応する部材には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
図１は本発明の第一の実施形態を示す釈放形電磁ソレノイドの構成断面図である。図において、この第一の実施形態の電磁ソレノイドは、継鉄１２のＵ字形フレーム１４の底面に図６におけるブロック状の永久磁石１１に代えてリング状の永久磁石１９を配置している。なお、永久磁石１９はその上面がＮ極，下面がＳ極と成るように高さ方向（リング状磁石の軸線方向）に着磁されている。
また、継鉄１２のＵ字形フレーム１４の底面の中央に円柱状の固定鉄芯１８がかしめ等により固定されている。
そして、図示の吸引状態ではプランジャ９をリング状の永久磁石１９の中空部に嵌挿し、その先端面を前記固定鉄芯１８の接極面に突き当ててこの位置に吸引保持するようにしている。

また、励磁コイル１０のコイル巻枠（樹脂モールド品）１０ａには、その下端部から下方に延在するスペーサとしての円筒状の磁石支持ガイド１０ａ-1が一体形成されており、該磁石支持ガイド１０ａ-1の外周側に前記永久磁石１９を嵌挿して定位置に保持するようにしている。
なお、磁石支持ガイド１０ａ-1は、非磁性体からなる部品としてコイル巻枠とは別部品で形成するようにしてもよい。
前記コイル巻枠１０ａと継鉄１２とで囲まれた空間に嵌挿したプランジャ９は、図示のようにその長手方向に大径な先端部９ｂと小径な後端側の軸部９ｃを形成した段付き構造になり、小径な軸部９ｃが継鉄１２の上面側に配した平形フレーム１５に穿孔した貫通穴を通して外部に突き出している。

また、継鉄１２の平形フレーム１５に穿孔した貫通穴の内周面に、スペーサとして銅，あるいは樹脂で作られた摩擦係数の小さな非磁性材で作られた鍔付きの筒形形状になるプランジャガイド２１を設け、このプランジャガイド２１を介して継鉄の貫通穴に通したプランジャ９の軸部９ｃをスライド可能に案内支持するようにしている。
ここで、プランジャ９の傾き等による保持力変化を防止するために、前記プランジャ９の先端面と前記固定鉄芯１８の接極面との間に、円盤状の非磁性体からなる絶縁スペーサとしての接極スペーサ２０が設けられている。この接極スペーサ２０は、固定鉄芯１８の接極面に接着剤等で固定されている。
このプランジャ９の先端面と固定鉄芯１８の接極面との間に挿入された接極スペーサ２０は、プランジャ９の先端面と固定鉄芯１８の接極面との間の永久磁石１９による吸引力を若干、低減させて、プランジャ９のかたあたり等によるプランジャ９の傾きを発生しずらくする。よって、プランジャ９が傾いた状態で固定鉄芯１８に吸引されても、プランジャ９は固定鉄芯１８にかたあたりした状態で吸着せずに、安定した状態で吸引されるようになる。

なお、前記接極スペーサ２０の厚さは０．１ｍｍ以下であることが望ましく、０．１ｍｍ以下とすることで、スペーサを挿入することによるプランジャ９と固定鉄芯１８との保持力低下を少なくできる。なお、接極スペーサ２０はプランジャ９の先端面側に固定するようにしてもよい。
上記の構成において、回路遮断器のリセット操作でプランジャ９を図示の待機位置に押し込むと、リング状永久磁石１９の磁力によりこの位置に吸引保持される。また、この状態では永久磁石１９の磁束φｍはＮ極から出てプランジャ９の大径な先端部９ｂの周面に入り、その先端面から接極スペーサ２０、固定鉄芯１８、継鉄１２のＵ字形フレーム１４の底面を経由して永久磁石１９のＳ極に戻るルートを通る。
この状態で、引外し信号により励磁コイル１０に通電すると、永久磁石１９の磁力を打ち消すように磁束φｉが継鉄１２から固定鉄芯１８、接極スペーサ２０、プランジャ９を経由するルートに流れる。この場合に磁束φｉは、図示のように永久磁石１９を迂回して継鉄１２のＵ字形フレーム１４の底面から固定鉄芯１８を介してプランジャ９の先端部９ｂに入り、その軸部９ｃから非磁性のプランジャガイド２１を経由して継鉄１２の平形フレーム１５に戻るような閉ループのルートを通る。したがって、励磁コイル１０から見た磁束φｉの磁路抵抗は図６の構成（磁束φｉが透磁率の小さな永久磁石１１を通る）と比べて小さくなり、その分だけ励磁コイル１０に要求される起磁力，したがってコイルの巻回数が少なくて済むので小形化できる。

ここで、図1の状態からプランジャ９が矢印Ｐ方向に釈放した後、図示しない復帰機構により再び、図１の状態にリセットした場合、プランジャ９が固定鉄芯１８にかたあたりした状態で傾いたまま吸着される場合がある。
しかしながら、本実施例においては、前記プランジャ９の先端面と前記固定鉄芯１８の接極面との間に非磁性体からなる接極スペーサ２０が設けられているため、吸引状態での永久磁石１９の吸引力が若干、低減するので、プランジャ９がかたあたりして固定鉄芯１８に吸着せずに、プランジャ９の先端面と固定鉄芯１８の接極面が接極スペーサ２０を介して全面接触するようになる。
このように、プランジャ９の先端面と前記固定鉄芯１８の接極面との間に非磁性体からなる接極スペーサ２０を設けることにより、簡単な構成で、プランジャの傾き等による永久磁石の保持力の変化を防止することができるようになり、安定したプランジャの吸引状態が得られるようになる。

なお、接極スペーサ２０の厚さを０．１ｍｍ以下とすることで、スペーサを挿入することによる保持力の低下を極力抑えることができる。
また、上記の構成に加えて、継鉄１２の平形フレーム１５の貫通穴内周面にプランジャガイド２１を設けてプランジャ９を案内支持するようにすれば、プランジャ９と継鉄１２の平板フレーム１５に開口した貫通穴との間の遊び隙間などによるプランジャ９の片寄り吸着を回避することができるようになり、プランジャ９の傾きをより防止できるようになり、安定した釈放動作を確保できる。
さらに、プランジャ９の形状を前記のように段付き構造としたことにより、電磁ソレノイドのリセット，釈放動作に伴ってプランジャ９が前記コイル巻枠１０ａと継鉄１２で囲まれた空間内で移動する際には、前記空間内の気体容積の変化が図６に示した円柱形のプランジャと比べて小さくなる。すなわち、電磁ソレノイドの釈放動作によりプランジャ９が図示の待機位置から矢印Ｐ方向に突き出し移動する場合を考えると、プランジャ９の小径な軸部９ｃとその移動空間を包囲するコイル巻枠１０ａとの間の空隙を満たしていた気体（空気）がプランジャ９の上昇移動に伴って継鉄１２の底面とプランジャ９の先端部９ｂとの間に生じる空隙側に回り込むので、トータル的に前記の気体容積変化は小さい。これにより、周囲から前記空間内に吸い込まれて継鉄１２の底面上に堆積する異物（遮断器の電流遮断に伴うアークによって発生，拡散した塵状の生成異物）の量が少なくなるので、長期使用にも係わらず永久磁石１９の磁力でプランジャ９を図示の待機位置に安定よく吸引保持できる。同様に継鉄１２の平形フレーム１５の貫通穴を通して外部に引き出したプランジャの軸部９ｃの軸径が小さいので、前記貫通穴の隙間長も小さくなって外部から異物が侵入し難くなる。この結果、周囲から空間内に侵入する塵状異物が原因となる不測な釈放誤動作を防いで電磁ソレノイドの信頼性が向上する。

なお、電磁ソレノイドの組立工程は、励磁コイル１０を巻装したコイル巻枠１０ａの磁石支持ガイド１０ａ-１にリング状の永久磁石１９を嵌挿保持した上で、この組立体を継鉄１２のＵ形フレーム１４の中に嵌め込むようにする。一方、貫通穴に非磁性のプランジャガイド２１を取り付けた平形フレーム１５にプランジャ９の軸部９ｃを下側から嵌挿した上で、その上面側でばね受け９ａ，引外しばね１３を組付ける。そして、この組立体の平形フレーム１５を前記組立体のＵ形フレーム１４の上端に重ね合わせてねじ止めする。これにより、少ない部品点数，組立工数で電磁ソレノイドを組み立てることができる。
次に本発明の第二の実施形態を示す釈放形電磁ソレノイドの構成を図２に示す。この実施例においては、先記実施例１と比べて巻枠内のプランジャ９１の形状を段付き構造ではなく、ストレート形状としたものである。なお、２１ａはプランジャ９１と巻枠１０ａとの間に設けたプランジャガイドである。また、先記実施例１と同じようにプランジャ９１の先端面と固定鉄芯１８の接極面との間に円盤状の非磁性体からなる接極スペーサ２０が設けられている。

その他の構成は、先記実施例１と同じであるので、同一符合を付して、その詳細な説明は省略する。
上記構成によれば、ストレート形状のプランジャを用いた場合でもプランジャの傾き等による永久磁石の保持力変化が防止できるとともに、プランジャ９１をストレート形状とすることで、通過磁束の磁気抵抗を低減できるので、電磁石の高効率化が可能となる。
次に本発明の第三の実施形態を示す釈放形電磁ソレノイドの構成を図３に示す。この実施例においては、先記実施例１と比べてリング状の永久磁石１９は、その内周，外周面がＮ極，Ｓ極となるようにリングの半径方向に着磁されている。また、先記実施例１と同じようにプランジャ９の先端面と固定鉄芯１８の接極面との間に円盤状の非磁性体からなる接極スペーサ２０が設けられている。

その他の構成は、先記実施例１と同じであるので、同一符合を付して、その詳細な説明は省略する。
上記構成によれば、永久磁石としてリングの半径方向に着磁されているものを使用した場合でも、プランジャの傾き等による永久磁石の保持力変化が防止できる。
図４は、本発明の第四の実施形態を示す釈放形電磁ソレノイドの構成断面図である。
図において、励磁コイル１０のコイル巻枠１０ａには、その下端部から下方に延在してリング状永久磁石１９を嵌挿保持する筒状の磁石支持ガイド１０ａ-１のほか、巻枠の上端側から上方に延在してプランジャ９の軸部９ｃと継鉄１２の平形フレーム１５に開口した貫通穴との間の隙間に嵌入する筒状のプランジャガイド１０ａ-２が一体に形成されている。また、先記実施例１と同じようにプランジャ９の先端面と固定鉄芯１８の接極面との間に円盤状の非磁性体からなる接極スペーサ２０が設けられている。

その他の構成は、先記実施例１と同じであるので、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、前記永久磁石１９は、リングの半径方向に着磁するようにしてもよい。
図において、樹脂モールド品になるコイル巻枠１０ａを基体としてリング状永久磁石１９および図１及び図３に示した独立部品のプランジャガイド２１を一体化できるので、図１及び図３の実施例と比べて部品点数の削減化が図れる。
なお、この実施例の電磁ソレノイドは実施例１の組立手順と若干異なり、釈放コイル１０のコイル巻枠１０ａを継鉄のＵ形フレーム１４に嵌め込む前の段階で、プランジャ９の軸部９ｃをコイル巻枠１０ａに下側から通しておくようにする。

本発明の第一の実施形態を示す釈放形電磁ソレノイドの構成断面図 本発明の第二の実施形態を示す釈放形電磁ソレノイドの構成断面図 本発明の第三の実施形態を示す釈放形電磁ソレノイドの構成断面図 本発明の第四の実施形態を示す釈放形電磁ソレノイドの構成断面図 引外し用電磁ソレノイドを搭載した回路遮断器の全体構成図 図５の回路遮断器に装備した引外し用電磁ソレノイドの従来構成の断面図

符号の説明

９ プランジャ
１０ 励磁コイル
１０ａ 巻枠
１０ａ-１ 磁石支持ガイド
１２ 継鉄
１３ 引外しばね
１８ 固定鉄芯
１９ 永久磁石
２０ 接極スペーサ
２１ プランジャガイド

Claims (9)

1. 磁性体からなる継鉄内に配置された励磁コイルが巻回された巻枠と、前記継鉄の一面に設けられた固定鉄芯と、前記巻枠内を移動して前記固定鉄芯と接触、開離するプランジャと、このプランジャを引外し方向に付勢する引外しばねと、この引外しばねを蓄勢状態に保持する永久磁石とを備え、前記励磁コイルの励磁によって前記永久磁石に反磁界を与えて前記プランジャを釈放動作させる釈放形電磁ソレノイドにおいて、
   前記永久磁石をリング状の永久磁石とし、かつ、前記プランジャと前記固定鉄芯の接極面との間に非磁性体からなる接極スペーサを設けたことを特徴とする釈放形電磁ソレノイド。
2. 前記永久磁石はリングの軸線方向に着磁されていることを特徴とする請求項１に記載の釈放形電磁ソレノイド。
3. 前記永久磁石はリングの径方向に着磁されていることを特徴とする請求項１に記載の釈放形電磁ソレノイド。
4. 前記継鉄には、前記プランジャが挿通される貫通穴が形成され、該貫通穴とプランジャとの間に非磁性体からなるプランジャガイドを設けたことを特徴とする請求項１に記載の釈放形電磁ソレノイド。
5. 前記プランジャガイドを巻枠と一体に形成したことを特徴とする請求項４に記載の釈放形電磁ソレノイド。
6. 前記永久磁石の中空部に非磁性体からなる磁石支持ガイドを設けたことを特徴とする請求項１に記載の釈放形電磁ソレノイド。
7. 前記磁石支持ガイドを巻枠と一体に形成したことを特徴とする請求項６に記載の釈放形電磁ソレノイド。
8. 前記プランジャをその後端側軸部の軸径がプランジャ先端部よりも小径な段付き構造としたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の釈放形電磁ソレノイド。
9. 前記接極スペーサの厚さを０．１ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記載の釈放形電磁ソレノイド。

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