JP4744734B2 - 開閉装置用電磁駆動機構 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、開閉装置の駆動機構に関するものであり、特に、電磁力を利用した駆動機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、従来の開閉装置用電磁駆動機構の構成を示す断面図である。図１０において、開閉装置用電磁駆動機構１０１は、往復移動させて固定接点（図示しない）に接離させる可動接点（図示しない）に連結された可動軸１０２と、この可動軸１０２を囲むように設けられた環状の上部駆動コイル１０３及び下部駆動コイル１０４と、これら上部駆動コイル１０３及び下部駆動コイル１０４の間に設けられた永久磁石１０５と、可動軸１０２が摺動可能に貫通し、上部駆動コイル１０３、下部駆動コイル１０４及び永久磁石１０５を囲っている継鉄１０６とを備えている。
【０００３】
可動軸１０２は、上部駆動コイル１０３及び下部駆動コイル１０４の共通する中心軸線上で往復移動する可動鉄心部１０７と、この可動鉄心１０７が往復移動する方向に可動鉄心部１０７から延びる可動軸部１０８とから構成されている。可動鉄心部１０７は、継鉄１０６内で往復移動可能に配置されている。可動軸部１０８は、継鉄１０６に設けられた可動軸貫通孔１０６ａに貫通され、可動鉄心部１０７とともに往復移動するようになっている。
【０００４】
上部駆動コイル１０３は、下部駆動コイル１０４よりも可動接点側に設けられており、上部駆動コイル１０３及び下部駆動コイル１０４に通電することにより、可動鉄心部１０７及び可動軸部１０８を移動させ可動接点及び固定接点を接離させるようになっている。また、上部駆動コイル１０３は可動鉄心部１０７の上部側面を囲むように設けられ、下部駆動コイル１０４は可動鉄心部１０７の下部側面を囲むように設けられている。
【０００５】
永久磁石１０５は、可動鉄心部１０７及び継鉄１０６の間に、可動鉄心部１０７の軸線を中心に同一極（例えばＮ極）が向かい合うように配設されている。この永久磁石１０５の可動鉄心部１０７側には、内部継鉄１１０が可動鉄心部１０７の側面に対向するように設けられており、永久磁石１０５からの磁束が通る磁路を形成している。
【０００６】
継鉄１０６は、可動軸１０２が往復移動する方向に垂直な方向に複数の鉄板が積層されて形成されたものである。従って、図１０ではそのうちの１枚の鉄板のみが示されている。この継鉄１０６は、上部駆動コイル１０３側の上辺部１０６ｂと、下部駆動コイル１０４側の下辺部１０６ｃとを有し、上辺部１０６ｂには、可動軸１０２が貫通する可動軸貫通孔１０６ａが設けられている。
【０００７】
図１０は、可動鉄心部１０７が継鉄１０６の下辺部１０６ｃに当接している状態、即ち固定接点及び可動接点が互いに離れている開極状態を示している図であるが、この状態において、可動鉄心部１０７の両側に互いにＮ極を対向させて永久磁石１０５が配置されているので、上部駆動コイル１０３の周囲には、永久磁石１０５、内部継鉄１１０、可動鉄心部１０７、上辺部１０６ｂ及び継鉄１０６の側辺部を通る一点線で示す磁路が形成され、下部駆動コイル１０４の周囲には、永久磁石１０５、内部継鉄１１０、可動鉄心部１０７、下辺部１０６ｃ及び継鉄１０６の側辺部を通る一点線で示す磁路が形成されている。上部駆動コイル１０３の周囲に形成された磁路には、可動鉄心部１０７と上辺部１０６ｂとの間に、下部駆動コイル１０４の周囲に形成された磁路には見られない空間であるギャップ１１１が存在しており、このギャップ１１１により磁気抵抗が大きくなるので、永久磁石１０５からの磁束の多くは、矢印の向きに内部継鉄１１０を通って可動鉄心部１０７内で下辺部１０６ｃに向かい、下辺部１０６ｃ、継鉄１０６の側辺部を通って永久磁石１０５に戻るという下部駆動コイル１０４の周囲に形成される磁路を通る。従って、可動鉄心部１０７は、下部駆動コイル１０６ｃの周囲に形成された磁路を通る磁束により下辺部１０６ｃに吸引されて開極状態を保持している。
【０００８】
また、上部駆動コイル１０３は、通電されると、上部駆動コイル１０３の周囲に形成されている磁路内を通る永久磁石１０５の磁束と同一の向きの磁束を発生するように構成され、下部駆動コイル１０４は、通電されると、下部駆動コイル１０４の周囲に形成されている磁路内を通る永久磁石１０５の磁束と同一の向きの磁束を発生するように構成されている。
【０００９】
次に、動作について説明する。図１０の可動鉄心部１０７が下辺部１０６ｃに吸着された状態、即ち開極状態から閉極状態への閉極動作は、以下のようにして行われる。まず、上部駆動コイル１０３に通電される。この通電により上部駆動コイル１０３の周囲に永久磁石１０５の磁束と同一の向きに磁束が発生する。この上部駆動コイル１０３の磁束が永久磁石１０５の磁束に上乗せされて、上部駆動コイル１０３周囲の磁路における磁束が下部駆動コイル１０４周囲の磁路における磁束より多くなり、可動鉄心部１０７が下辺部１０６ｃから離れて上辺部１０６ｂに移動し、これに伴って、可動軸部１０８及び可動接点も固定接点に向かって移動する。可動鉄心部１０７が上辺部１０６ｂに到達し可動接点が固定接点に当接して閉極状態になると、可動鉄心部１０７と下辺部１０６ｃとの間に空間のギャップができ、下部駆動コイル１０４周囲の磁路にギャップが存在することとなり、この磁路の磁気抵抗が大きくなる。逆に、上部駆動コイル１０３周囲の磁路には、可動鉄心部１０７と上辺部１０６ｂとの間に空間であるギャップ１１１が無くなるので磁気抵抗が小さくなる。従って、上部駆動コイル１０３の通電を停止しても、永久磁石１０５の磁束の多くは、磁気抵抗の小さい上部駆動コイル１０３の周囲を通り、可動鉄心部１０７が上辺部１０６ｂに吸着された状態を保持し、閉極状態が保持される。
【００１０】
閉極状態から開極状態への開極動作は閉極動作と同様の原理に基づいて行われる。即ち、まず下部駆動コイル１０４に通電される。この通電により下部駆動コイル１０４の周囲に永久磁石１０５の磁束と同一の向きに磁束が発生する。この下部駆動コイル１０４の磁束が永久磁石１０５の磁束に上乗せされて、下部駆動コイル１０４周囲の磁路における磁束が上部駆動コイル１０３周囲の磁路における磁束より多くなり、可動鉄心部１０７が上辺部１０６ｂから離れて下辺部１０６ｃに移動し、これに伴って、可動軸部１０８及び可動接点も固定接点から離れる向きに移動する。可動鉄心部１０７が下辺部１０６ｃに到達し開極状態、即ち図１０の状態に戻ると、可動鉄心部１０７と上辺部１０６ｂとの間に空間のギャップ１１１ができ、上部駆動コイル１０３周囲の磁路にギャップ１１１が存在することとなり、この磁路の磁気抵抗が大きくなる。逆に、下部駆動コイル１０４周囲の磁路には、可動鉄心部１０７と下辺部１０６ｃとの間に空間であるギャップが無くなるので磁気抵抗が小さくなる。従って、下部駆動コイル１０４の通電を停止しても、永久磁石１０５の磁束の多くは、磁気抵抗の小さい下部駆動コイル１０４の周囲を通り、可動鉄心部１０７が下辺部１０６ｃに吸着された状態を保持し、開極状態が保持される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の開閉装置用電磁駆動機構１０１は、開極動作及び閉極動作の両動作を行うために、高価な上部駆動コイル１０３及び下部駆動コイル１０４が２つ必要であり、これら駆動コイルを２つ用いることにより製造コストが高くなり、また、体積が大きくなるという問題点があった。
【００１２】
そこでこの発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするもので、駆動コイルを１つにして安価であるとともに、コンパクトな開閉装置用電磁駆動機構を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る開閉装置用電磁駆動機構は、可動接点を往復移動させて前記可動接点を固定接点に接離させる開閉装置用電磁駆動機構であって、前記可動接点に連結される可動軸と、前記可動軸を囲むように設けられた環状の駆動コイルと、前記可動軸の軸線方向について互いに離して配置されているとともに前記可動軸に向かってそれぞれ延設されている第１Ａ継鉄部及び第１Ｂ継鉄部を有し、前記駆動コイルが前記第１Ａ継鉄部と前記第１Ｂ継鉄部との間に配置された第１継鉄と、前記第１継鉄に設けられた第１永久磁石と、前記可動軸の軸線方向について互いに離して配置されているとともに前記可動軸に向かってそれぞれ延設されている第２Ａ継鉄部及び第２Ｂ継鉄部を有し、前記駆動コイルが前記第２Ａ継鉄部と前記第２Ｂ継鉄部との間に配置され、前記第１継鉄から離れている第２継鉄と、前記第２継鉄に設けられた第２永久磁石とを備え、前記第１Ａ継鉄部及び前記第２Ａ継鉄部のそれぞれの位置は、前記可動軸の軸線方向について、前記第１Ｂ継鉄部の位置と前記第２Ｂ継鉄部の位置との間にあるとともに、前記駆動コイルの位置は、前記可動軸の軸線方向について、前記第１Ａ継鉄部の位置と前記第２Ａ継鉄部の位置との間にあり、前記可動軸、前記第１継鉄及び前記第１永久磁石により、前記駆動コイルに鎖交する第１磁路が形成され、前記第１磁路が存在する面と異なる面上で前記駆動コイルに鎖交するとともに前記可動軸において前記第１磁路の磁束の向きと逆向きの磁束を有する第２磁路が形成されるように前記可動軸、前記第２継鉄及び前記第２永久磁石が配設されており、前記第１磁路及び前記第２磁路はそれぞれギャップを有し、前記可動接点及び前記固定接点の接離に対応して、前記第１磁路又は前記第２磁路の一方の磁路のギャップが他方の磁路のギャップより大きくなるようになっており、前記駆動コイルは、通電されることにより前記他方の磁路の磁束を打ち消しつつ前記一方の磁路の磁束を増加させる磁束を発生し、前記可動軸を移動させるようになっている。
【００１４】
また、前記可動軸は、可動軸部と、前記可動軸部の径方向の寸法が大きい可動鉄心部からなり、前記第１永久磁石は、前記第１Ａ継鉄部の端部に設けられるとともに前記可動鉄心部の側面と対向させて配置され、前記第１継鉄は、前記第１Ｂ継鉄部に前記可動鉄心部の一端面に対向する第１対向面を有し、前記第２永久磁石は、前記第２Ａ継鉄部の端部に設けられるとともに前記可動鉄心部の側面と対向させて配置され、前記第２継鉄は、前記第２Ｂ継鉄部に前記可動鉄心部の他端面に対向する第２対向面を有しており、前記一端面及び前記第１対向面の間又は前記他端面及び前記第２対向面の間どちらか一方で前記一方の磁路のギャップを形成している。
【００１５】
また、前記第１永久磁石は、互いに永久磁石の同一極が前記可動軸を介して対向する第１永久磁石対を構成し、前記第１永久磁石対の各前記第１永久磁石が前記第１継鉄の各前記第１Ａ継鉄部に設けられ、前記第２永久磁石は、互いに永久磁石の同一極が前記可動軸を介して対向する第２永久磁石対を構成し、前記第２永久磁石対の各前記第２永久磁石が前記第２継鉄の各前記第２Ａ継鉄部に設けられている。
【００１６】
また、前記第１継鉄は、前記可動軸に固定された第１Ｂ継鉄部を有する第１可動継鉄部と、前記第１Ａ継鉄部及び前記第１可動継鉄部の端面に対向する第１固定対向面を有する第１固定継鉄部とを有し、前記第２継鉄は、前記可動軸に固定された第２Ｂ継鉄部を有する第２可動継鉄部と、前記第２Ａ継鉄部及び前記第２可動継鉄部の端面に対向する第２固定対向面を有する第２固定継鉄部とを有しており、前記第１可動継鉄部及び前記第１固定対向面の間又は前記第２可動継鉄部及び前記第２固定対向面の間のどちらか一方で前記一方の磁路のギャップを形成している。
【００１７】
また、前記第１可動継鉄部の端面及び前記第１固定対向面の各面積と、前記第２可動継鉄部の端面及び前記第２固定対向面の各面積とがともに大きくなっている。
【００１８】
また、前記第１永久磁石は、第１固定継鉄部に内在し、前記第２永久磁石は、第２固定継鉄部に内在している。
【００１９】
また、前記駆動コイル及び前記第１永久磁石の間に磁性体を介在させたものである。
【００２０】
また、前記駆動コイル及び前記第２永久磁石の間に磁性体を介在させたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る開閉装置用電磁駆動機構の構成を示す斜視図である。図１において、開閉装置用電磁駆動機構１は、可動接点（図示しない）を往復移動させてこの可動接点を固定接点（図示しない）に接離させるものであって、可動接点に連結された可動軸２と、この可動軸２を囲むように設けられた環状の駆動コイル３と、可動軸２に向かって延設されているとともに間に駆動コイル３が介在した第１Ａ継鉄部４及び第１Ｂ継鉄部５を有する第１継鉄６と、この第１継鉄６に設けられた第１永久磁石７と、可動軸２に向かって延設されているとともに間に駆動コイル３が介在した第２Ａ継鉄部８及び第２Ｂ継鉄部９を有する第２継鉄１０と、この第２継鉄１０に設けられた第２永久磁石１１とを備えている。
【００２２】
可動軸２は、可動接点に連結された可動軸部１２と、可動軸部１２と中心軸線が同一で可動軸部１２より径方向に寸法が大きい可動鉄心部１３とを有している。可動軸部１２は、可動鉄心部１３を貫通してこの可動鉄心部１３に固定されており、可動鉄心部１３とともに可動軸２の軸線方向に移動するようになっている。可動鉄心部１３は、直方体であり、その長手方向に可動軸部１２が貫通されて固定されている。
【００２３】
駆動コイル３は、可動鉄心部１３の中間部の周囲を囲むように設けられている。また、駆動コイル３は、図示しない電源に電気的に接続されており、この電源から通電されることにより磁束を発生するようになっている。
【００２４】
第１継鉄６は、例えば鉄製の磁性体である。この第１継鉄６は、可動鉄心部１３の一端面１３ａ側で可動軸２の軸線にほぼ垂直方向に可動軸部１２に向かって延設された第１Ｂ継鉄部５が２つ互いに結合されて一体となって形成されており、この結合部分で可動軸部１２が摺動可能に貫装されている。この第１Ｂ継鉄部５は可動鉄心部１３の一端面１３ａに対向する第１対向面５ａを有しており、可動鉄心部１３の一端面１３ａ及び第１対向面５ａが接離するようになっている。また、第１Ａ継鉄部４は、この２つの第１Ｂ継鉄部５のそれぞれと駆動コイル３の外側で第１側辺部１４を介して一体となっており、駆動コイル３が設けられている箇所より可動鉄心部１３の他端面１３ｂ側の両側面に向かって延設されている。
【００２５】
第１永久磁石７は、各第１Ａ継鉄部４の端部に１つずつ設けられており、可動鉄心部１３の相対する側面にそれぞれ隙間を介して対向するような第１永久磁石対を構成している。また、この各第１永久磁石７は、それぞれ可動鉄心部１３の側面に対して同一極（例えば、Ｎ極）を対向させて設けられている。
【００２６】
第２継鉄１０は、例えば鉄製の磁性体である。この第２継鉄１０は、可動鉄心部１３の他端面１３ｂ側で可動軸２の軸線に垂直方向に可動軸部１２に向かって延設された２つの第２Ｂ継鉄部９が互いに結合されて一体となって形成されており、この第２Ｂ継鉄部９の結合部分で可動軸部１２が摺動可能に貫装されている。この第２Ｂ継鉄部９は可動鉄心部１３の他端面１３ｂに対向する第２対向面９ａを有しており、可動鉄心部１３の他端面１３ｂ及び第２対向面９ａが接離するようになっている。また、第２Ａ継鉄部８は、この２つの第２Ｂ継鉄部９のそれぞれと駆動コイル３の外側で第２側辺部１７を介して一体となっており、駆動コイル３が設けられている箇所より可動鉄心部１３の一端面１３ａ側の両側面に向かって延設されている。なお、第２Ｂ継鉄部９及び第２Ａ継鉄部８は、それぞれ第１Ｂ継鉄部５及び第１Ａ継鉄部４にほぼ垂直になっている。
【００２７】
第２永久磁石１１は、各第２Ａ継鉄部８の端部に１つずつ設けられており、可動鉄心部１３の相対する側面にそれぞれ隙間を介して対向するような第２永久磁石対を構成している。また、この各第２永久磁石１１は、それぞれ可動鉄心部１３の側面に対して同一極（例えば、Ｎ極）を対向させて設けられている。なお、第２永久磁石１１は、第１永久磁石７が対向している可動鉄心部１３の側面と異なる側面に対向し、この側面に対向する極は第１永久磁石７と同一となっている。
【００２８】
図２は、図１の可動軸２の軸線を含むｙｚ平面における断面図であり、図３は図１の可動軸２の軸線を含むｘｚ平面における断面図である。また、図１乃至図３における開閉装置用電磁駆動機構１は可動鉄心部１３の一端面１３ａが第１継鉄６の第１対向面５ａにほぼ当接し可動接点及び固定接点が当接した状態、即ち閉極状態にある。図２において、第１永久磁石７による磁束は、矢印２０の向きに第１永久磁石７、可動鉄心部１３及び第１継鉄６により形成されている第１磁路２１を通っている。図３において、第２永久磁石１１による磁束は、矢印２２の向きに第２永久磁石１１、可動鉄心部１３及び第２継鉄１０により形成されている第２磁路２３を通っている。従って、可動鉄心部１３の内部を通る第１永久磁石７による磁束と第２永久磁石１１による磁束とは逆向きになっている。図２及び図３において、閉極状態では可動鉄心部１３は一端面１３ａが第１継鉄６の第１対向面５ａにほぼ当接し、可動鉄心部１３と第１永久磁石７との間に隙間があるため第１磁路２１にはある程度のギャップは存在しているが、他端面１３ｂ及び第２対向面９ａの間に十分大きな空間部分が存在しているため、この部分が第１磁路２１に存在するギャップに比べて十分大きいギャップ２４となって第２磁路２３に存在していることになる。従って、このギャップ２４が大きな磁気抵抗となり、第２磁路２３には、第１磁路２１を通っている磁束より少ない磁束しか通っていない。このため、第１磁路２１上にある一端面１３ａと第１対向面５ａとが互いに吸着し続け、閉極状態が保持されている。
【００２９】
次に、図２及び図３を用いて、開閉装置用電磁駆動機構１の動作について説明する。図２及び図３の閉極状態から開極状態に移行する開極動作は、以下のように行われる。まず、第２磁路２３の矢印２２で示される第２永久磁石１１による磁束の向きと同一の向きに磁束が発生するように、駆動コイル３に通電される。この通電により第２磁路２３に矢印２２の向き、即ち第２永久磁石１１による磁束の向きと同一の向きに磁束が発生し、同時に、第１磁路２１に矢印２０の向き、即ち第１永久磁石７による磁束の向きと逆向きに磁束が発生する。このような駆動コイル３による磁束の発生により、第２磁路２３では、第２永久磁石１１による磁束にこの駆動コイル３による磁束が上乗せされて、第２磁路２３を通る磁束は増加し、第１磁路２１では、第１永久磁石７による磁束の向きと駆動コイル３による磁束の向きとが逆であるため打ち消し合い、第１磁路２１を通る磁束は減少する。
【００３０】
第２磁路２３を通る磁束が第１磁路２１を通る磁束を上回ると、可動鉄心部１３は、第２対向面９ａに向かって移動し、他端面１３ｂが第２対向面９ａに当接する。これに伴って、可動軸部１２も可動接点が固定接点から離れて開極する。従って、他端面１３ｂと第２対向面９ａとの間の空間部分が小さくなり、逆に一端面１３ａと第１対向面５ａとの間の空間部分が大きくなるので、第２磁路２３に存在していたギャップ２４が減少し、この空間部分により第１磁路２１のギャップが増加する。このため、第２磁路２３を通る磁束が第１磁路２１を通る磁束より多くなり、他端面１３ｂが第２対向面９ａに当接した状態、即ち開極状態を保持する。
【００３１】
開極状態から閉極状態に移行する閉極動作は、開極動作と同様の原理で行われる。即ち、まず第１磁路２１の矢印２０で示される第１永久磁石７による磁束の向きと同一の向きに磁束が発生するように、駆動コイル３に通電される。この通電により第１磁路２１に矢印２０の向き、即ち第１永久磁石７による磁束の向きと同一の向きに磁束が発生し、同時に、第２磁路２３に矢印２２の向き、即ち第２永久磁石１１による磁束の向きと逆向きに磁束が発生する。このような駆動コイル３による磁束の発生により、第１磁路２１では、第１永久磁石７による磁束にこの駆動コイル３による磁束が上乗せされて、第１磁路２１を通る磁束は増加し、第２磁路２３では、第２永久磁石１１による磁束の向きと駆動コイル３による磁束の向きとが逆であるため打ち消し合い、第２磁路２３を通る磁束は減少する。
【００３２】
第１磁路２１を通る磁束が第２磁路２３を通る磁束を上回ると、可動鉄心部１３は、第１対向面５ａに向かって移動し、一端面１３ａが第１対向面５ａに当接する。これに伴って、可動軸部１２も可動接点が固定接点に向かって移動当接し、閉極する。従って、一端面１３ａと第１対向面５ａとの間の空間部分が小さくなり、逆に他端面１３ｂと第２対向面９ａとの間に空間部分が大きくなるので、第１磁路２１に存在していたギャップが減少し、この空間部分により第２磁路２３のギャップが増加して第２磁路２３にギャップ２４が発生する。このため、第１磁路２１を通る磁束が第２磁路２３を通る磁束より多くなり、一端面１３ａが第１対向面５ａに当接した状態、即ち閉極状態を保持する。
【００３３】
従って、開閉装置用電磁駆動機構１は、１つの駆動コイル３により開極動作及び閉極動作の両動作を行うことができ、従来例に比べて高価な駆動コイルが少なくなっているので、コンパクトになるとともにコスト低減できる。
【００３４】
なお、上記実施の形態では、第１継鉄６は第１Ａ継鉄部４、第１Ｂ継鉄部５及び第１側辺部１４及び第１永久磁石７を２つずつ用いて、可動鉄心部１３の両側に設けられているが、第１Ａ継鉄部４、第１Ｂ継鉄部５及び第１側辺部１４及び第１永久磁石７を１つずつ用いて、可動鉄心部１３の片側だけに設けられた構成としても、同様に第１磁路２１を形成するので構わない。
【００３５】
また、第２Ａ継鉄部８、第２Ｂ継鉄部９及び第２側辺部１７及び第２永久磁石１１を１つずつ用いて、可動鉄心部１３の片側だけに設けられた構成としても、同様に第２磁路２３を形成するので構わない。
【００３６】
また、第１継鉄６及び第２継鉄１０は、この第１継鉄６及び第２継鉄１０に発生する渦電流を防止するため複数の鉄板が積層された積層体であってもよい。
【００３７】
また、上記実施の形態では、第１永久磁石７は第１Ａ継鉄部４の端部に設けられているが、第１永久磁石７は第１継鉄６のどの箇所に設けられても、第１永久磁石７が第１磁路２１を通る磁束を発生するので構わない。
【００３８】
また、第２永久磁石１１は第２継鉄１０のどの箇所に設けられても、第２永久磁石１１が第２磁路２３を通る磁束を発生するので構わない。
【００３９】
実施の形態２．
以下、実施の形態１のものと同一又は同等部材、部位は、同一符号を付して説明する。
【００４０】
図４は、この発明の実施の形態２に係る開閉装置用電磁駆動機構の構成を示す斜視図である。図４において、第１継鉄６は、可動鉄心部１３に固定された第１可動継鉄部３０と、この第１可動継鉄部３０の端面である第１可動端面３０ａに対向する第１固定対向面３１ａを有する第１固定継鉄部３１とを有し、第２継鉄１０は、可動鉄心部１３に固定された第２可動継鉄部３２と、この第２可動継鉄部３２の端面である第２可動端面３２ａに対向する第２固定対向面３３ａを有する第２固定継鉄部３３を有している。
【００４１】
第１可動継鉄部３０は、駆動コイル３の外側の第１側辺部１４と第１Ａ継鉄部４とが一体となったものであり、この第１Ａ継鉄部４の端部が可動鉄心部１３に固定された構成となっている。また、この第１可動継鉄部３０は、第１Ａ継鉄部４が可動鉄心部１３の相対する側面に２つ延設されたものであり、可動鉄心部１３とともに移動するようになっている。この第１側辺部１４の第１固定継鉄部３１側の端面が第１可動端面３０ａとなっている。
【００４２】
第１固定継鉄部３１は、第１Ｂ継鉄部５であり、この端部側面に第１可動端面３０ａに対向する第１固定対向面３１ａを有している。第１固定継鉄部３１は、２つの第１Ｂ継鉄部５が互いに結合されて一体となったものである。この結合部分を可動軸部１２が摺動可能に貫通されている。また、この第１固定継鉄部３１は、第１永久磁石７を内在しており、それぞれの第１Ｂ継鉄部５に可動軸２の軸線を中心に同一極（例えば、Ｎ極）が対向するように１つずつ設けられている。
【００４３】
第２可動継鉄部３２は、駆動コイル３の外側の第２側辺部１７と第２Ａ継鉄部８とが一体となったものであり、この第２Ａ継鉄部８の端部が可動鉄心部１３に固定された構成となっている。また、この第２可動継鉄部３２は、第２Ａ継鉄部８が可動鉄心部１３の相対する側面に２つ延設されたものであり、可動鉄心部１３とともに移動するようになっている。この第２側辺部１７の第２固定継鉄部３３側の端面が第２可動端面３２ａとなっている。
【００４４】
第２固定継鉄部３３は、第２Ｂ継鉄部９であり、この端部側面に第２可動端面３２ａに対向する第２固定対向面３３ａを有している。第２固定継鉄部３３は、２つの第２Ｂ継鉄部９が互いに一体となったものである。この結合部分に可動軸部１２が摺動可能に貫通されている。また、この第２固定継鉄部３３は、第２永久磁石１１を内在しており、それぞれの第２Ｂ継鉄部９に可動軸２の軸線を中心に同一極（例えば、Ｎ極）が対向するように１つずつ設けられている。なお、この第２永久磁石１１が対向する極は各第１永久磁石７が対向する極とも同一となっている。
【００４５】
他の構成は実施の形態１と同様となっている。
【００４６】
図５は、図４の可動軸２の軸線を含むｘｚ平面における断面図であり、図６は、図４の可動軸２の軸線を含むｙｚ平面における断面図である。また、図４乃至図６における開閉装置用電磁駆動機構１は、第１可動継鉄部３０の第１可動端面３０ａが第１固定継鉄部３１の第１固定対向面３１ａに当接し可動接点及び固定接点が当接した状態、即ち閉極状態にある。図５において、第１永久磁石７による磁束は、矢印３５の向きに第１永久磁石７、第１固定継鉄部３１、第１可動継鉄部３０、可動鉄心部１３及び可動軸部１２により形成されている第１磁路３６を通っている。図６において、第２永久磁石１１による磁束は、矢印３７の向きに第２永久磁石１１、第２固定継鉄部３３、可動軸部１２、可動鉄心部１３及び第２可動継鉄部３２により形成されている第２磁路３８を通っている。従って、可動鉄心部１３の内部を通る第１永久磁石７による磁束と第２永久磁石１１による磁束とは逆向きになっている。図５及び図６において、閉極状態では第１可動端面３０ａが第１固定対向面３１ａにほぼ当接しているため、第２可動端面３２ａ及び第２固定対向面３３ａの間に大きな空間部分が存在し、この部分が第１磁路３６のギャップより大きなギャップ３９となって第２磁路３８に存在している。従って、このギャップ３９が大きな磁気抵抗となり、第２磁路３８には、第１磁路３６を通っている磁束より少ない磁束しか通っていない。このため、第１磁路３６上にある第１可動端面３０ａと第１固定対向面３１ａとが互いに吸着し続け、閉極状態が保持されている。
【００４７】
次に、図５及び図６を用いて、開閉装置用電磁駆動機構１の動作について説明する。図５及び図６の閉極状態から開極状態に移行する開極動作は、実施の形態１と同様の原理で以下のように行われる。即ち、まず第２磁路３８の矢印３７で示される第２永久磁石１１による磁束の向きと同一の向きに磁束が発生するように、駆動コイル３に通電される。この通電により第２磁路３８に矢印３７の向き、即ち第２永久磁石１１による磁束の向きと同一の向きに磁束が発生し、同時に、第１磁路３６に矢印３５の向き、即ち第１永久磁石７による磁束の向きと逆向きに磁束が発生する。このような駆動コイル３による磁束の発生により、第２磁路３８では、第２永久磁石１１による磁束にこの駆動コイル３による磁束が上乗せされて、第２磁路３８を通る磁束は増加し、第１磁路３６では、第１永久磁石７による磁束の向きと駆動コイル３による磁束の向きとが逆であるため打ち消し合い、第１磁路３６を通る磁束は減少する。
【００４８】
第２磁路３８を通る磁束が第１磁路３６を通る磁束を上回ると、第２可動継鉄部３２は、第２固定継鉄部３３の第２固定対向面３３ａに向かって移動し、それとともに可動鉄心部１３、可動軸部１２、駆動コイル３及び第１可動継鉄部３０が第２固定継鉄部３３に向かって移動する。その後、第２可動端面３２ａが第２固定対向面３３ａにほぼ当接し、可動接点が固定接点から離れた状態となり開極する。従って、第２可動端面３２ａが第２固定対向面３３ａにほぼ当接することによって、第２可動端面３２ａと第２固定対向面３３ａとの間の空間部分が小さくなり、逆に第１可動端面３０ａと第１固定対向面３１ａとの間の空間部分が大きくなるので、第２磁路３８に存在していたギャップ３９が減少し、第１磁路３６に第１可動端面３０ａと第１固定対向面３１ａとの間の空間部分によるギャップが増加する。このため、第２磁路３８を通る磁束が第１磁路３６を通る磁束より多くなり、第２可動端面３２ａが第２固定対向面３３ａに当接した状態、即ち開極状態を保持する。
【００４９】
閉極動作は、開極動作と同様の原理で行われる。即ち、まず第１磁路３６の矢印３５で示される第１永久磁石７による磁束の向きと同一の向きに磁束が発生するように、駆動コイル３に通電される。この通電により第１磁路３６に矢印３５の向き、即ち第１永久磁石７による磁束の向きと同一の向きに磁束が発生し、同時に、第２磁路３８に矢印３７の向き、即ち第２永久磁石１１による磁束の向きと逆向きに磁束が発生する。このような駆動コイル３による磁束の発生により、第１磁路３６では、第１永久磁石７による磁束にこの駆動コイル３による磁束が上乗せされて、第１磁路３６を通る磁束は増加し、第２磁路３８では、第２永久磁石１１による磁束の向きと駆動コイル３による磁束の向きとが逆であるため打ち消し合い、第２磁路３８を通る磁束は減少する。
【００５０】
第１磁路３６を通る磁束が第２磁路３８を通る磁束を上回ると、第１可動継鉄部３０は、第１固定継鉄部３１の第１固定対向面３１ａに向かって移動し、それとともに可動鉄心部１３、可動軸部１２、駆動コイル３及び第２可動継鉄部３２が第１固定継鉄部３１に向かって移動する。その後、第１可動端面３０ａが第１固定対向面３１ａに当接し、可動接点が固定接点に当接した状態となり閉極する。従って、第１可動端面３０ａが第１固定対向面３１ａに当接することによって、第１可動端面３０ａと第１固定対向面３１ａとの間の空間部分が小さくなり、逆に第１可動端面３２ａと第２固定対向面３３ａとの間の空間部分が大きくなるので、第１磁路３６に存在していたギャップが減少し、第２磁路３８に第２可動端面３２ａと第２固定対向面３３ａとの間の空間部分によるギャップ３９が再び増加する。このため、第１磁路３６を通る磁束が第２磁路３８を通る磁束より多くなり、第１可動端面３０ａが第１固定対向面３１ａから離れた状態、即ち閉極状態を保持する。
【００５１】
従って、実施の形態１と同様に、開閉装置用電磁駆動機構１は、１つの駆動コイル３により開極動作及び閉極動作の両動作を行うことができ、従来例に比べて高価な駆動コイルが少なくなっているので、コンパクトになるとともにコスト低減できる。
【００５２】
なお、第１継鉄６は、第１固定継鉄部３１及び第１可動継鉄部３０を１つずつ用いて構成され、第１固定継鉄部３１に第１永久磁石７が内在するように構成されて、駆動コイル３の片側だけに設けられていても、第１磁路３６を形成するので構わない。
【００５３】
また、第１永久磁石７は、第１可動継鉄部３０に設けられていても、第１磁路を通る磁束を発生するので構わない。
【００５４】
また、第２継鉄１０は、第２固定継鉄部３３及び第１可動継鉄部３２を１つずつ用いて構成され、第２固定継鉄部３３に第２永久磁石１１が内在するように構成されて、駆動コイル３の片側だけに設けられていても、第２磁路３８を形成するので構わない。
【００５５】
また、第２永久磁石１１は、第２可動継鉄部３２に設けられていても、第２磁路を通る磁束を発生するので構わない。
【００５６】
また、可動鉄心部１３は、可動軸２が鉄等の磁性体で第１磁路３６及び第２磁路３８を形成するだけの十分な断面積を有していれば、無くてもよい。
【００５７】
また、可動軸２の往復移動に伴って、第１可動端面３０ａが第１固定対向面３１ａに接離するので、第１側辺部１４は、第１Ｂ継鉄部５と一体となって第１固定継鉄部３１を構成してもよいし、第１側辺部１４を間で分割して一方が第１Ａ継鉄部４と一体となって第１可動継鉄部３０を構成し、他方が第１Ｂ継鉄部５と一体となって第１固定継鉄部３１を構成してもよい。
【００５８】
また、図７は、第１可動端面及び第１固定対向面の面積を大きくした第１継鉄と、第２可動端面及び第２固定対向面の面積を大きくした第２継鉄とを開閉装置用電磁駆動機構に適用した斜視図であるが、図７に示すように、第１可動端面３０ａ及び第１固定対向面３１ａの面積と、第２可動端面３２ａ及び第２固定対向面３３ａの面積とを大きくすることにより、小さな第１永久磁石７及び第２永久磁石１１による第１可動端面３０ａ及び第１固定対向面３１ａの吸引力と、第２可動端面３２ａ及び第２固定対向面３３ａの吸引力とが大きくなるので、第１永久磁石７及び第２永久磁石１１により効率的に上記吸引力を発生し、閉極状態及び開極状態を確実に保持することができる。
【００５９】
実施の形態３．
図８は、図１の開閉装置用電磁駆動機構１の駆動コイル３及び第１永久磁石７の間に第１磁性体を介在させたときの、可動軸２の軸線を含むｙｚ平面に沿った断面図であり、図９は、図１の開閉装置用電磁駆動機構１の駆動コイル３及び第２永久磁石１１の間に第２磁性体を介在させたときの、可動軸２の軸線を含むｘｚ平面に沿った断面図である。
【００６０】
図８及び図９において、開閉装置用電磁駆動機構１は、駆動コイル３及び第１永久磁石７の間のみに介在した鉄等の磁性体である第１磁性体４０と、駆動コイル３及び第２永久磁石１１の間のみに介在した鉄等の磁性体である第２磁性体４１とを備えている。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００６１】
図８において、第１磁性体４０が第１永久磁石７及び駆動コイル３の間に介在されているので、第１永久磁石７によって発生する磁束は第１磁路２１及び第１補正磁路４２の２つの磁路をそれぞれ矢印４３及び矢印４４の向きに通っている。また、図９において、同様に第２磁性体４１が第２永久磁石１１及び駆動コイル３の間に介在されているので、第２永久磁石１１によって発生する磁束は第２磁路２３及び第２補正磁路４５の２つの磁路をそれぞれ矢印４６及び矢印４７の向きに通っている。従って、実施の形態１と同様の原理により、閉極状態が保持されている。
【００６２】
開極動作も実施の形態１と同様の原理により行われるが、駆動コイル３に通電することにより発生する磁束の多くは、第１磁性体４０を含む第１駆動磁路４８を矢印４９の向きに通り、第２磁性体４１を含む第２駆動磁路５０を矢印５１の向きに通るので、駆動コイル３が発生する磁束は、第１永久磁石７及び第２永久磁石１１をほとんど通らず、第１永久磁石７及び第２永久磁石１１に与える影響が小さい。同様に閉極動作の場合も第１永久磁石７及び第２永久磁石１１に与える影響が小さい。
【００６３】
従って、第１永久磁石７及び第２永久磁石１１が発生する磁束の向きと逆向きの磁束がこの第１永久磁石７及び第２永久磁石１１に通って減磁され、第１永久磁石７及び第２永久磁石１１の長期信頼性を確保することができなくなることを防止することができる。
【００６４】
なお、実施の形態２の開閉装置用電磁駆動機構１の駆動コイル３及び第１永久磁石７の間に第１磁性体４０を介在し、駆動コイル３及び第２永久磁石１１の間に第２磁性体４１を介在しても、同様の効果を奏する。
【００６５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、この発明に係る開閉装置用電磁駆動機構は、可動接点を往復移動させて前記可動接点を固定接点に接離させる開閉装置用電磁駆動機構であって、前記可動接点に連結された可動軸と、前記可動軸を囲むように設けられた環状の駆動コイルと、前記可動軸に向かって延設されているとともに間に前記駆動コイルが介在した第１Ａ継鉄部及び第１Ｂ継鉄部を有する第１継鉄と、前記第１継鉄に設けられた第１永久磁石と、前記可動軸に向かって延設されているとともに間に前記駆動コイルが介在した第２Ａ継鉄部及び第２Ｂ継鉄部を有する第２継鉄と、前記第２継鉄に設けられた第２永久磁石とを備え、前記可動軸、前記第１継鉄及び前記第１永久磁石により、前記駆動コイルに鎖交する第１磁路が形成され、前記第１磁路が存在する面と異なる面上で前記駆動コイルに鎖交するとともに前記可動軸において前記第１磁路の磁束の向きと逆向きの磁束を有する第２磁路が形成されるように前記可動軸、前記第２継鉄及び前記第２永久磁石が配設されており、前記第１磁路及び前記第２磁路はそれぞれギャップを有し、前記可動接点及び前記固定接点の接離に対応して、前記第１磁路又は前記第２磁路の一方の磁路のギャップが他方の磁路のギャップより大きくなるようになっており、前記駆動コイルは、通電されることにより前記他方の磁路の磁束を打ち消しつつ前記一方の磁路の磁束を増加させる磁束を発生し、前記可動軸を移動させるようになっているので、１つの前記駆動コイルにより前記可動軸を往復移動させて開閉動作を行うことができ、コンパクトになるとともに安価に製作することができる。
【００６６】
また、前記可動軸は、可動軸部と、前記可動軸部の径方向の寸法が大きい可動鉄心部とからなり、前記第１永久磁石は、前記第１Ａ継鉄部の端部に設けられるとともに前記可動鉄心部の側面と対向させて配置され、前記第１継鉄は、前記第１Ｂ継鉄部に前記可動鉄心部の一端面に対向する第１対向面を有し、前記第２永久磁石は、前記第２Ａ継鉄部の端部に設けられるとともに前記可動鉄心部の側面と対向させて配置され、前記第２継鉄は、前記第２Ｂ継鉄部に前記可動鉄心部の他端面に対向する第２対向面を有しており、前記一端面及び前記第１対向面の間又は前記他端面及び前記第２対向面の間どちらか一方で前記一方の磁路のギャップを形成しているので、前記可動鉄心部が前記第１Ｂ継鉄部あるいは前記第２Ｂ継鉄部に係止して移動範囲を決定することができる。
【００６７】
また、前記第１永久磁石は、互いに永久磁石の同一極が前記可動軸を介して対向する第１永久磁石対を構成し、前記第１永久磁石対の各前記第１永久磁石が前記第１継鉄の各前記第１Ａ継鉄部に設けられ、前記第２永久磁石は、互いに永久磁石の同一極が前記可動軸を介して対向する第２永久磁石対を構成し、前記第２永久磁石対の各前記第２永久磁石が前記第２継鉄の各前記第２Ａ継鉄部に設けられているので、前記駆動コイルによる磁束を効率的に利用でき、前記可動鉄心部は両側から偏りなく力を受けるので、傾かずに滑らかに往復移動することができる。
【００６８】
また、前記第１継鉄は、前記可動軸に固定された第１Ｂ継鉄部を有する第１可動継鉄部と、前記第１Ａ継鉄部及び前記第１可動継鉄部の端面に対向する第１固定対向面を有する第１固定継鉄部とを有し、前記第２継鉄は、前記可動軸に固定された第２Ｂ継鉄部を有する第２可動継鉄部と、前記第２Ａ継鉄部及び前記第２可動継鉄部の端面に対向する第２固定対向面を有する第２固定継鉄部とを有しており、前記第１可動継鉄部及び前記第１固定対向面の間又は前記第２可動継鉄部及び前記第２固定対向面の間のどちらか一方で前記一方の磁路のギャップを形成しているので、前記第１可動継鉄部及び前記第２可動継鉄部がそれぞれ前記第１固定継鉄部及び前記第２固定継鉄部に係止することにより前記可動軸の移動範囲を決定できる。
【００６９】
また、前記第１可動継鉄部の端面及び前記第１固定対向面の各面積と、前記第２可動継鉄部の端面及び前記第２固定対向面の各面積とがともに大きくなっているので、開極状態及び閉極状態の保持の信頼性が高くなる。
【００７０】
また、前記第１永久磁石は、第１固定継鉄部に内在し、前記第２永久磁石は、第２固定継鉄部に内在しているので、前記第１磁路及び前記第２磁路の形成が容易になり、また、前記可動軸に前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石が設けられている場合より前記可動軸の移動による衝撃が小さく前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石の破損に対する信頼性が高くなる。
【００７１】
また、前記駆動コイル及び前記第１永久磁石の間に磁性体を介在させたので、前記第１永久磁石の減磁を防止でき、前記第１永久磁石の長期信頼性を確保できる。
【００７２】
また、前記駆動コイル及び前記第２永久磁石の間に磁性体を介在させたので、前記第２永久磁石の減磁を防止でき、前記第２永久磁石の長期信頼性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る開閉装置用電磁駆動機構の構成を示す斜視図である。
【図２】 図１の可動軸の軸線を含むｙｚ平面における断面図である。
【図３】 図１の可動軸の軸線を含むｘｚ平面における断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態２に係る開閉装置用電磁駆動機構の構成を示す斜視図である。
【図５】 図４の可動軸の軸線を含むｘｚ平面における断面図である。
【図６】 図４の可動軸の軸線を含むｙｚ平面における断面図である。
【図７】 第１可動端面及び第１固定対向面の面積を大きくした第１継鉄と、第２可動端面及び第２固定対向面の面積を大きくした第２継鉄とを開閉装置用電磁駆動機構に適用した斜視図である
【図８】 図１の開閉装置用電磁駆動機構の駆動コイル及び第１永久磁石の間に第１磁性体を介在させたときの、可動軸の軸線を含むｙｚ平面に沿った断面図である。
【図９】 図１の開閉装置用電磁駆動機構の駆動コイル及び第２永久磁石の間に第２磁性体を介在させたときの、可動軸の軸線を含むｘｚ平面に沿った断面図である。
【図１０】 従来の開閉装置用電磁駆動機構の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 開閉装置用電磁駆動機構、２ 可動軸、３ 駆動コイル、４ 第１Ａ継鉄部、５ 第１Ｂ継鉄部、５ａ 第１対向面、６ 第１継鉄、７ 第１永久磁石、８ 第２Ａ継鉄部、９ 第２Ｂ継鉄部、９ａ 第２対向面、１０ 第２継鉄、１１ 第２永久磁石、１２ 可動軸部、１３ 可動鉄心部、１３ａ 一端面、１３ｂ 他端面、２１，３６ 第１磁路、２３，３８ 第２磁路、２４，３９ ギャップ、３０ 第１可動継鉄部、３０ａ 第１可動端面、３１ 第１固定継鉄部、３１ａ 第１固定対向面、３２ 第２可動継鉄部、３２ａ 第２可動端面、３３第２固定継鉄部、３３ａ 第２固定対向面、４０ 第１磁性体（磁性体）、４１ 第２磁性体（磁性体）。
【発明の属する技術分野】
この発明は、開閉装置の駆動機構に関するものであり、特に、電磁力を利用した駆動機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、従来の開閉装置用電磁駆動機構の構成を示す断面図である。図１０において、開閉装置用電磁駆動機構１０１は、往復移動させて固定接点（図示しない）に接離させる可動接点（図示しない）に連結された可動軸１０２と、この可動軸１０２を囲むように設けられた環状の上部駆動コイル１０３及び下部駆動コイル１０４と、これら上部駆動コイル１０３及び下部駆動コイル１０４の間に設けられた永久磁石１０５と、可動軸１０２が摺動可能に貫通し、上部駆動コイル１０３、下部駆動コイル１０４及び永久磁石１０５を囲っている継鉄１０６とを備えている。
【０００３】
可動軸１０２は、上部駆動コイル１０３及び下部駆動コイル１０４の共通する中心軸線上で往復移動する可動鉄心部１０７と、この可動鉄心１０７が往復移動する方向に可動鉄心部１０７から延びる可動軸部１０８とから構成されている。可動鉄心部１０７は、継鉄１０６内で往復移動可能に配置されている。可動軸部１０８は、継鉄１０６に設けられた可動軸貫通孔１０６ａに貫通され、可動鉄心部１０７とともに往復移動するようになっている。
【０００４】
上部駆動コイル１０３は、下部駆動コイル１０４よりも可動接点側に設けられており、上部駆動コイル１０３及び下部駆動コイル１０４に通電することにより、可動鉄心部１０７及び可動軸部１０８を移動させ可動接点及び固定接点を接離させるようになっている。また、上部駆動コイル１０３は可動鉄心部１０７の上部側面を囲むように設けられ、下部駆動コイル１０４は可動鉄心部１０７の下部側面を囲むように設けられている。
【０００５】
永久磁石１０５は、可動鉄心部１０７及び継鉄１０６の間に、可動鉄心部１０７の軸線を中心に同一極（例えばＮ極）が向かい合うように配設されている。この永久磁石１０５の可動鉄心部１０７側には、内部継鉄１１０が可動鉄心部１０７の側面に対向するように設けられており、永久磁石１０５からの磁束が通る磁路を形成している。
【０００６】
継鉄１０６は、可動軸１０２が往復移動する方向に垂直な方向に複数の鉄板が積層されて形成されたものである。従って、図１０ではそのうちの１枚の鉄板のみが示されている。この継鉄１０６は、上部駆動コイル１０３側の上辺部１０６ｂと、下部駆動コイル１０４側の下辺部１０６ｃとを有し、上辺部１０６ｂには、可動軸１０２が貫通する可動軸貫通孔１０６ａが設けられている。
【０００７】
図１０は、可動鉄心部１０７が継鉄１０６の下辺部１０６ｃに当接している状態、即ち固定接点及び可動接点が互いに離れている開極状態を示している図であるが、この状態において、可動鉄心部１０７の両側に互いにＮ極を対向させて永久磁石１０５が配置されているので、上部駆動コイル１０３の周囲には、永久磁石１０５、内部継鉄１１０、可動鉄心部１０７、上辺部１０６ｂ及び継鉄１０６の側辺部を通る一点線で示す磁路が形成され、下部駆動コイル１０４の周囲には、永久磁石１０５、内部継鉄１１０、可動鉄心部１０７、下辺部１０６ｃ及び継鉄１０６の側辺部を通る一点線で示す磁路が形成されている。上部駆動コイル１０３の周囲に形成された磁路には、可動鉄心部１０７と上辺部１０６ｂとの間に、下部駆動コイル１０４の周囲に形成された磁路には見られない空間であるギャップ１１１が存在しており、このギャップ１１１により磁気抵抗が大きくなるので、永久磁石１０５からの磁束の多くは、矢印の向きに内部継鉄１１０を通って可動鉄心部１０７内で下辺部１０６ｃに向かい、下辺部１０６ｃ、継鉄１０６の側辺部を通って永久磁石１０５に戻るという下部駆動コイル１０４の周囲に形成される磁路を通る。従って、可動鉄心部１０７は、下部駆動コイル１０６ｃの周囲に形成された磁路を通る磁束により下辺部１０６ｃに吸引されて開極状態を保持している。
【０００８】
また、上部駆動コイル１０３は、通電されると、上部駆動コイル１０３の周囲に形成されている磁路内を通る永久磁石１０５の磁束と同一の向きの磁束を発生するように構成され、下部駆動コイル１０４は、通電されると、下部駆動コイル１０４の周囲に形成されている磁路内を通る永久磁石１０５の磁束と同一の向きの磁束を発生するように構成されている。
【０００９】
次に、動作について説明する。図１０の可動鉄心部１０７が下辺部１０６ｃに吸着された状態、即ち開極状態から閉極状態への閉極動作は、以下のようにして行われる。まず、上部駆動コイル１０３に通電される。この通電により上部駆動コイル１０３の周囲に永久磁石１０５の磁束と同一の向きに磁束が発生する。この上部駆動コイル１０３の磁束が永久磁石１０５の磁束に上乗せされて、上部駆動コイル１０３周囲の磁路における磁束が下部駆動コイル１０４周囲の磁路における磁束より多くなり、可動鉄心部１０７が下辺部１０６ｃから離れて上辺部１０６ｂに移動し、これに伴って、可動軸部１０８及び可動接点も固定接点に向かって移動する。可動鉄心部１０７が上辺部１０６ｂに到達し可動接点が固定接点に当接して閉極状態になると、可動鉄心部１０７と下辺部１０６ｃとの間に空間のギャップができ、下部駆動コイル１０４周囲の磁路にギャップが存在することとなり、この磁路の磁気抵抗が大きくなる。逆に、上部駆動コイル１０３周囲の磁路には、可動鉄心部１０７と上辺部１０６ｂとの間に空間であるギャップ１１１が無くなるので磁気抵抗が小さくなる。従って、上部駆動コイル１０３の通電を停止しても、永久磁石１０５の磁束の多くは、磁気抵抗の小さい上部駆動コイル１０３の周囲を通り、可動鉄心部１０７が上辺部１０６ｂに吸着された状態を保持し、閉極状態が保持される。
【００１０】
閉極状態から開極状態への開極動作は閉極動作と同様の原理に基づいて行われる。即ち、まず下部駆動コイル１０４に通電される。この通電により下部駆動コイル１０４の周囲に永久磁石１０５の磁束と同一の向きに磁束が発生する。この下部駆動コイル１０４の磁束が永久磁石１０５の磁束に上乗せされて、下部駆動コイル１０４周囲の磁路における磁束が上部駆動コイル１０３周囲の磁路における磁束より多くなり、可動鉄心部１０７が上辺部１０６ｂから離れて下辺部１０６ｃに移動し、これに伴って、可動軸部１０８及び可動接点も固定接点から離れる向きに移動する。可動鉄心部１０７が下辺部１０６ｃに到達し開極状態、即ち図１０の状態に戻ると、可動鉄心部１０７と上辺部１０６ｂとの間に空間のギャップ１１１ができ、上部駆動コイル１０３周囲の磁路にギャップ１１１が存在することとなり、この磁路の磁気抵抗が大きくなる。逆に、下部駆動コイル１０４周囲の磁路には、可動鉄心部１０７と下辺部１０６ｃとの間に空間であるギャップが無くなるので磁気抵抗が小さくなる。従って、下部駆動コイル１０４の通電を停止しても、永久磁石１０５の磁束の多くは、磁気抵抗の小さい下部駆動コイル１０４の周囲を通り、可動鉄心部１０７が下辺部１０６ｃに吸着された状態を保持し、開極状態が保持される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の開閉装置用電磁駆動機構１０１は、開極動作及び閉極動作の両動作を行うために、高価な上部駆動コイル１０３及び下部駆動コイル１０４が２つ必要であり、これら駆動コイルを２つ用いることにより製造コストが高くなり、また、体積が大きくなるという問題点があった。
【００１２】
そこでこの発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするもので、駆動コイルを１つにして安価であるとともに、コンパクトな開閉装置用電磁駆動機構を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る開閉装置用電磁駆動機構は、可動接点を往復移動させて前記可動接点を固定接点に接離させる開閉装置用電磁駆動機構であって、前記可動接点に連結される可動軸と、前記可動軸を囲むように設けられた環状の駆動コイルと、前記可動軸の軸線方向について互いに離して配置されているとともに前記可動軸に向かってそれぞれ延設されている第１Ａ継鉄部及び第１Ｂ継鉄部を有し、前記駆動コイルが前記第１Ａ継鉄部と前記第１Ｂ継鉄部との間に配置された第１継鉄と、前記第１継鉄に設けられた第１永久磁石と、前記可動軸の軸線方向について互いに離して配置されているとともに前記可動軸に向かってそれぞれ延設されている第２Ａ継鉄部及び第２Ｂ継鉄部を有し、前記駆動コイルが前記第２Ａ継鉄部と前記第２Ｂ継鉄部との間に配置され、前記第１継鉄から離れている第２継鉄と、前記第２継鉄に設けられた第２永久磁石とを備え、前記第１Ａ継鉄部及び前記第２Ａ継鉄部のそれぞれの位置は、前記可動軸の軸線方向について、前記第１Ｂ継鉄部の位置と前記第２Ｂ継鉄部の位置との間にあるとともに、前記駆動コイルの位置は、前記可動軸の軸線方向について、前記第１Ａ継鉄部の位置と前記第２Ａ継鉄部の位置との間にあり、前記可動軸、前記第１継鉄及び前記第１永久磁石により、前記駆動コイルに鎖交する第１磁路が形成され、前記第１磁路が存在する面と異なる面上で前記駆動コイルに鎖交するとともに前記可動軸において前記第１磁路の磁束の向きと逆向きの磁束を有する第２磁路が形成されるように前記可動軸、前記第２継鉄及び前記第２永久磁石が配設されており、前記第１磁路及び前記第２磁路はそれぞれギャップを有し、前記可動接点及び前記固定接点の接離に対応して、前記第１磁路又は前記第２磁路の一方の磁路のギャップが他方の磁路のギャップより大きくなるようになっており、前記駆動コイルは、通電されることにより前記他方の磁路の磁束を打ち消しつつ前記一方の磁路の磁束を増加させる磁束を発生し、前記可動軸を移動させるようになっている。
【００１４】
また、前記可動軸は、可動軸部と、前記可動軸部の径方向の寸法が大きい可動鉄心部からなり、前記第１永久磁石は、前記第１Ａ継鉄部の端部に設けられるとともに前記可動鉄心部の側面と対向させて配置され、前記第１継鉄は、前記第１Ｂ継鉄部に前記可動鉄心部の一端面に対向する第１対向面を有し、前記第２永久磁石は、前記第２Ａ継鉄部の端部に設けられるとともに前記可動鉄心部の側面と対向させて配置され、前記第２継鉄は、前記第２Ｂ継鉄部に前記可動鉄心部の他端面に対向する第２対向面を有しており、前記一端面及び前記第１対向面の間又は前記他端面及び前記第２対向面の間どちらか一方で前記一方の磁路のギャップを形成している。
【００１５】
また、前記第１永久磁石は、互いに永久磁石の同一極が前記可動軸を介して対向する第１永久磁石対を構成し、前記第１永久磁石対の各前記第１永久磁石が前記第１継鉄の各前記第１Ａ継鉄部に設けられ、前記第２永久磁石は、互いに永久磁石の同一極が前記可動軸を介して対向する第２永久磁石対を構成し、前記第２永久磁石対の各前記第２永久磁石が前記第２継鉄の各前記第２Ａ継鉄部に設けられている。
【００１６】
また、前記第１継鉄は、前記可動軸に固定された第１Ｂ継鉄部を有する第１可動継鉄部と、前記第１Ａ継鉄部及び前記第１可動継鉄部の端面に対向する第１固定対向面を有する第１固定継鉄部とを有し、前記第２継鉄は、前記可動軸に固定された第２Ｂ継鉄部を有する第２可動継鉄部と、前記第２Ａ継鉄部及び前記第２可動継鉄部の端面に対向する第２固定対向面を有する第２固定継鉄部とを有しており、前記第１可動継鉄部及び前記第１固定対向面の間又は前記第２可動継鉄部及び前記第２固定対向面の間のどちらか一方で前記一方の磁路のギャップを形成している。
【００１７】
また、前記第１可動継鉄部の端面及び前記第１固定対向面の各面積と、前記第２可動継鉄部の端面及び前記第２固定対向面の各面積とがともに大きくなっている。
【００１８】
また、前記第１永久磁石は、第１固定継鉄部に内在し、前記第２永久磁石は、第２固定継鉄部に内在している。
【００１９】
また、前記駆動コイル及び前記第１永久磁石の間に磁性体を介在させたものである。
【００２０】
また、前記駆動コイル及び前記第２永久磁石の間に磁性体を介在させたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る開閉装置用電磁駆動機構の構成を示す斜視図である。図１において、開閉装置用電磁駆動機構１は、可動接点（図示しない）を往復移動させてこの可動接点を固定接点（図示しない）に接離させるものであって、可動接点に連結された可動軸２と、この可動軸２を囲むように設けられた環状の駆動コイル３と、可動軸２に向かって延設されているとともに間に駆動コイル３が介在した第１Ａ継鉄部４及び第１Ｂ継鉄部５を有する第１継鉄６と、この第１継鉄６に設けられた第１永久磁石７と、可動軸２に向かって延設されているとともに間に駆動コイル３が介在した第２Ａ継鉄部８及び第２Ｂ継鉄部９を有する第２継鉄１０と、この第２継鉄１０に設けられた第２永久磁石１１とを備えている。
【００２２】
可動軸２は、可動接点に連結された可動軸部１２と、可動軸部１２と中心軸線が同一で可動軸部１２より径方向に寸法が大きい可動鉄心部１３とを有している。可動軸部１２は、可動鉄心部１３を貫通してこの可動鉄心部１３に固定されており、可動鉄心部１３とともに可動軸２の軸線方向に移動するようになっている。可動鉄心部１３は、直方体であり、その長手方向に可動軸部１２が貫通されて固定されている。
【００２３】
駆動コイル３は、可動鉄心部１３の中間部の周囲を囲むように設けられている。また、駆動コイル３は、図示しない電源に電気的に接続されており、この電源から通電されることにより磁束を発生するようになっている。
【００２４】
第１継鉄６は、例えば鉄製の磁性体である。この第１継鉄６は、可動鉄心部１３の一端面１３ａ側で可動軸２の軸線にほぼ垂直方向に可動軸部１２に向かって延設された第１Ｂ継鉄部５が２つ互いに結合されて一体となって形成されており、この結合部分で可動軸部１２が摺動可能に貫装されている。この第１Ｂ継鉄部５は可動鉄心部１３の一端面１３ａに対向する第１対向面５ａを有しており、可動鉄心部１３の一端面１３ａ及び第１対向面５ａが接離するようになっている。また、第１Ａ継鉄部４は、この２つの第１Ｂ継鉄部５のそれぞれと駆動コイル３の外側で第１側辺部１４を介して一体となっており、駆動コイル３が設けられている箇所より可動鉄心部１３の他端面１３ｂ側の両側面に向かって延設されている。
【００２５】
第１永久磁石７は、各第１Ａ継鉄部４の端部に１つずつ設けられており、可動鉄心部１３の相対する側面にそれぞれ隙間を介して対向するような第１永久磁石対を構成している。また、この各第１永久磁石７は、それぞれ可動鉄心部１３の側面に対して同一極（例えば、Ｎ極）を対向させて設けられている。
【００２６】
第２継鉄１０は、例えば鉄製の磁性体である。この第２継鉄１０は、可動鉄心部１３の他端面１３ｂ側で可動軸２の軸線に垂直方向に可動軸部１２に向かって延設された２つの第２Ｂ継鉄部９が互いに結合されて一体となって形成されており、この第２Ｂ継鉄部９の結合部分で可動軸部１２が摺動可能に貫装されている。この第２Ｂ継鉄部９は可動鉄心部１３の他端面１３ｂに対向する第２対向面９ａを有しており、可動鉄心部１３の他端面１３ｂ及び第２対向面９ａが接離するようになっている。また、第２Ａ継鉄部８は、この２つの第２Ｂ継鉄部９のそれぞれと駆動コイル３の外側で第２側辺部１７を介して一体となっており、駆動コイル３が設けられている箇所より可動鉄心部１３の一端面１３ａ側の両側面に向かって延設されている。なお、第２Ｂ継鉄部９及び第２Ａ継鉄部８は、それぞれ第１Ｂ継鉄部５及び第１Ａ継鉄部４にほぼ垂直になっている。
【００２７】
第２永久磁石１１は、各第２Ａ継鉄部８の端部に１つずつ設けられており、可動鉄心部１３の相対する側面にそれぞれ隙間を介して対向するような第２永久磁石対を構成している。また、この各第２永久磁石１１は、それぞれ可動鉄心部１３の側面に対して同一極（例えば、Ｎ極）を対向させて設けられている。なお、第２永久磁石１１は、第１永久磁石７が対向している可動鉄心部１３の側面と異なる側面に対向し、この側面に対向する極は第１永久磁石７と同一となっている。
【００２８】
図２は、図１の可動軸２の軸線を含むｙｚ平面における断面図であり、図３は図１の可動軸２の軸線を含むｘｚ平面における断面図である。また、図１乃至図３における開閉装置用電磁駆動機構１は可動鉄心部１３の一端面１３ａが第１継鉄６の第１対向面５ａにほぼ当接し可動接点及び固定接点が当接した状態、即ち閉極状態にある。図２において、第１永久磁石７による磁束は、矢印２０の向きに第１永久磁石７、可動鉄心部１３及び第１継鉄６により形成されている第１磁路２１を通っている。図３において、第２永久磁石１１による磁束は、矢印２２の向きに第２永久磁石１１、可動鉄心部１３及び第２継鉄１０により形成されている第２磁路２３を通っている。従って、可動鉄心部１３の内部を通る第１永久磁石７による磁束と第２永久磁石１１による磁束とは逆向きになっている。図２及び図３において、閉極状態では可動鉄心部１３は一端面１３ａが第１継鉄６の第１対向面５ａにほぼ当接し、可動鉄心部１３と第１永久磁石７との間に隙間があるため第１磁路２１にはある程度のギャップは存在しているが、他端面１３ｂ及び第２対向面９ａの間に十分大きな空間部分が存在しているため、この部分が第１磁路２１に存在するギャップに比べて十分大きいギャップ２４となって第２磁路２３に存在していることになる。従って、このギャップ２４が大きな磁気抵抗となり、第２磁路２３には、第１磁路２１を通っている磁束より少ない磁束しか通っていない。このため、第１磁路２１上にある一端面１３ａと第１対向面５ａとが互いに吸着し続け、閉極状態が保持されている。
【００２９】
次に、図２及び図３を用いて、開閉装置用電磁駆動機構１の動作について説明する。図２及び図３の閉極状態から開極状態に移行する開極動作は、以下のように行われる。まず、第２磁路２３の矢印２２で示される第２永久磁石１１による磁束の向きと同一の向きに磁束が発生するように、駆動コイル３に通電される。この通電により第２磁路２３に矢印２２の向き、即ち第２永久磁石１１による磁束の向きと同一の向きに磁束が発生し、同時に、第１磁路２１に矢印２０の向き、即ち第１永久磁石７による磁束の向きと逆向きに磁束が発生する。このような駆動コイル３による磁束の発生により、第２磁路２３では、第２永久磁石１１による磁束にこの駆動コイル３による磁束が上乗せされて、第２磁路２３を通る磁束は増加し、第１磁路２１では、第１永久磁石７による磁束の向きと駆動コイル３による磁束の向きとが逆であるため打ち消し合い、第１磁路２１を通る磁束は減少する。
【００３０】
第２磁路２３を通る磁束が第１磁路２１を通る磁束を上回ると、可動鉄心部１３は、第２対向面９ａに向かって移動し、他端面１３ｂが第２対向面９ａに当接する。これに伴って、可動軸部１２も可動接点が固定接点から離れて開極する。従って、他端面１３ｂと第２対向面９ａとの間の空間部分が小さくなり、逆に一端面１３ａと第１対向面５ａとの間の空間部分が大きくなるので、第２磁路２３に存在していたギャップ２４が減少し、この空間部分により第１磁路２１のギャップが増加する。このため、第２磁路２３を通る磁束が第１磁路２１を通る磁束より多くなり、他端面１３ｂが第２対向面９ａに当接した状態、即ち開極状態を保持する。
【００３１】
開極状態から閉極状態に移行する閉極動作は、開極動作と同様の原理で行われる。即ち、まず第１磁路２１の矢印２０で示される第１永久磁石７による磁束の向きと同一の向きに磁束が発生するように、駆動コイル３に通電される。この通電により第１磁路２１に矢印２０の向き、即ち第１永久磁石７による磁束の向きと同一の向きに磁束が発生し、同時に、第２磁路２３に矢印２２の向き、即ち第２永久磁石１１による磁束の向きと逆向きに磁束が発生する。このような駆動コイル３による磁束の発生により、第１磁路２１では、第１永久磁石７による磁束にこの駆動コイル３による磁束が上乗せされて、第１磁路２１を通る磁束は増加し、第２磁路２３では、第２永久磁石１１による磁束の向きと駆動コイル３による磁束の向きとが逆であるため打ち消し合い、第２磁路２３を通る磁束は減少する。
【００３２】
第１磁路２１を通る磁束が第２磁路２３を通る磁束を上回ると、可動鉄心部１３は、第１対向面５ａに向かって移動し、一端面１３ａが第１対向面５ａに当接する。これに伴って、可動軸部１２も可動接点が固定接点に向かって移動当接し、閉極する。従って、一端面１３ａと第１対向面５ａとの間の空間部分が小さくなり、逆に他端面１３ｂと第２対向面９ａとの間に空間部分が大きくなるので、第１磁路２１に存在していたギャップが減少し、この空間部分により第２磁路２３のギャップが増加して第２磁路２３にギャップ２４が発生する。このため、第１磁路２１を通る磁束が第２磁路２３を通る磁束より多くなり、一端面１３ａが第１対向面５ａに当接した状態、即ち閉極状態を保持する。
【００３３】
従って、開閉装置用電磁駆動機構１は、１つの駆動コイル３により開極動作及び閉極動作の両動作を行うことができ、従来例に比べて高価な駆動コイルが少なくなっているので、コンパクトになるとともにコスト低減できる。
【００３４】
なお、上記実施の形態では、第１継鉄６は第１Ａ継鉄部４、第１Ｂ継鉄部５及び第１側辺部１４及び第１永久磁石７を２つずつ用いて、可動鉄心部１３の両側に設けられているが、第１Ａ継鉄部４、第１Ｂ継鉄部５及び第１側辺部１４及び第１永久磁石７を１つずつ用いて、可動鉄心部１３の片側だけに設けられた構成としても、同様に第１磁路２１を形成するので構わない。
【００３５】
また、第２Ａ継鉄部８、第２Ｂ継鉄部９及び第２側辺部１７及び第２永久磁石１１を１つずつ用いて、可動鉄心部１３の片側だけに設けられた構成としても、同様に第２磁路２３を形成するので構わない。
【００３６】
また、第１継鉄６及び第２継鉄１０は、この第１継鉄６及び第２継鉄１０に発生する渦電流を防止するため複数の鉄板が積層された積層体であってもよい。
【００３７】
また、上記実施の形態では、第１永久磁石７は第１Ａ継鉄部４の端部に設けられているが、第１永久磁石７は第１継鉄６のどの箇所に設けられても、第１永久磁石７が第１磁路２１を通る磁束を発生するので構わない。
【００３８】
また、第２永久磁石１１は第２継鉄１０のどの箇所に設けられても、第２永久磁石１１が第２磁路２３を通る磁束を発生するので構わない。
【００３９】
実施の形態２．
以下、実施の形態１のものと同一又は同等部材、部位は、同一符号を付して説明する。
【００４０】
図４は、この発明の実施の形態２に係る開閉装置用電磁駆動機構の構成を示す斜視図である。図４において、第１継鉄６は、可動鉄心部１３に固定された第１可動継鉄部３０と、この第１可動継鉄部３０の端面である第１可動端面３０ａに対向する第１固定対向面３１ａを有する第１固定継鉄部３１とを有し、第２継鉄１０は、可動鉄心部１３に固定された第２可動継鉄部３２と、この第２可動継鉄部３２の端面である第２可動端面３２ａに対向する第２固定対向面３３ａを有する第２固定継鉄部３３を有している。
【００４１】
第１可動継鉄部３０は、駆動コイル３の外側の第１側辺部１４と第１Ａ継鉄部４とが一体となったものであり、この第１Ａ継鉄部４の端部が可動鉄心部１３に固定された構成となっている。また、この第１可動継鉄部３０は、第１Ａ継鉄部４が可動鉄心部１３の相対する側面に２つ延設されたものであり、可動鉄心部１３とともに移動するようになっている。この第１側辺部１４の第１固定継鉄部３１側の端面が第１可動端面３０ａとなっている。
【００４２】
第１固定継鉄部３１は、第１Ｂ継鉄部５であり、この端部側面に第１可動端面３０ａに対向する第１固定対向面３１ａを有している。第１固定継鉄部３１は、２つの第１Ｂ継鉄部５が互いに結合されて一体となったものである。この結合部分を可動軸部１２が摺動可能に貫通されている。また、この第１固定継鉄部３１は、第１永久磁石７を内在しており、それぞれの第１Ｂ継鉄部５に可動軸２の軸線を中心に同一極（例えば、Ｎ極）が対向するように１つずつ設けられている。
【００４３】
第２可動継鉄部３２は、駆動コイル３の外側の第２側辺部１７と第２Ａ継鉄部８とが一体となったものであり、この第２Ａ継鉄部８の端部が可動鉄心部１３に固定された構成となっている。また、この第２可動継鉄部３２は、第２Ａ継鉄部８が可動鉄心部１３の相対する側面に２つ延設されたものであり、可動鉄心部１３とともに移動するようになっている。この第２側辺部１７の第２固定継鉄部３３側の端面が第２可動端面３２ａとなっている。
【００４４】
第２固定継鉄部３３は、第２Ｂ継鉄部９であり、この端部側面に第２可動端面３２ａに対向する第２固定対向面３３ａを有している。第２固定継鉄部３３は、２つの第２Ｂ継鉄部９が互いに一体となったものである。この結合部分に可動軸部１２が摺動可能に貫通されている。また、この第２固定継鉄部３３は、第２永久磁石１１を内在しており、それぞれの第２Ｂ継鉄部９に可動軸２の軸線を中心に同一極（例えば、Ｎ極）が対向するように１つずつ設けられている。なお、この第２永久磁石１１が対向する極は各第１永久磁石７が対向する極とも同一となっている。
【００４５】
他の構成は実施の形態１と同様となっている。
【００４６】
図５は、図４の可動軸２の軸線を含むｘｚ平面における断面図であり、図６は、図４の可動軸２の軸線を含むｙｚ平面における断面図である。また、図４乃至図６における開閉装置用電磁駆動機構１は、第１可動継鉄部３０の第１可動端面３０ａが第１固定継鉄部３１の第１固定対向面３１ａに当接し可動接点及び固定接点が当接した状態、即ち閉極状態にある。図５において、第１永久磁石７による磁束は、矢印３５の向きに第１永久磁石７、第１固定継鉄部３１、第１可動継鉄部３０、可動鉄心部１３及び可動軸部１２により形成されている第１磁路３６を通っている。図６において、第２永久磁石１１による磁束は、矢印３７の向きに第２永久磁石１１、第２固定継鉄部３３、可動軸部１２、可動鉄心部１３及び第２可動継鉄部３２により形成されている第２磁路３８を通っている。従って、可動鉄心部１３の内部を通る第１永久磁石７による磁束と第２永久磁石１１による磁束とは逆向きになっている。図５及び図６において、閉極状態では第１可動端面３０ａが第１固定対向面３１ａにほぼ当接しているため、第２可動端面３２ａ及び第２固定対向面３３ａの間に大きな空間部分が存在し、この部分が第１磁路３６のギャップより大きなギャップ３９となって第２磁路３８に存在している。従って、このギャップ３９が大きな磁気抵抗となり、第２磁路３８には、第１磁路３６を通っている磁束より少ない磁束しか通っていない。このため、第１磁路３６上にある第１可動端面３０ａと第１固定対向面３１ａとが互いに吸着し続け、閉極状態が保持されている。
【００４７】
次に、図５及び図６を用いて、開閉装置用電磁駆動機構１の動作について説明する。図５及び図６の閉極状態から開極状態に移行する開極動作は、実施の形態１と同様の原理で以下のように行われる。即ち、まず第２磁路３８の矢印３７で示される第２永久磁石１１による磁束の向きと同一の向きに磁束が発生するように、駆動コイル３に通電される。この通電により第２磁路３８に矢印３７の向き、即ち第２永久磁石１１による磁束の向きと同一の向きに磁束が発生し、同時に、第１磁路３６に矢印３５の向き、即ち第１永久磁石７による磁束の向きと逆向きに磁束が発生する。このような駆動コイル３による磁束の発生により、第２磁路３８では、第２永久磁石１１による磁束にこの駆動コイル３による磁束が上乗せされて、第２磁路３８を通る磁束は増加し、第１磁路３６では、第１永久磁石７による磁束の向きと駆動コイル３による磁束の向きとが逆であるため打ち消し合い、第１磁路３６を通る磁束は減少する。
【００４８】
第２磁路３８を通る磁束が第１磁路３６を通る磁束を上回ると、第２可動継鉄部３２は、第２固定継鉄部３３の第２固定対向面３３ａに向かって移動し、それとともに可動鉄心部１３、可動軸部１２、駆動コイル３及び第１可動継鉄部３０が第２固定継鉄部３３に向かって移動する。その後、第２可動端面３２ａが第２固定対向面３３ａにほぼ当接し、可動接点が固定接点から離れた状態となり開極する。従って、第２可動端面３２ａが第２固定対向面３３ａにほぼ当接することによって、第２可動端面３２ａと第２固定対向面３３ａとの間の空間部分が小さくなり、逆に第１可動端面３０ａと第１固定対向面３１ａとの間の空間部分が大きくなるので、第２磁路３８に存在していたギャップ３９が減少し、第１磁路３６に第１可動端面３０ａと第１固定対向面３１ａとの間の空間部分によるギャップが増加する。このため、第２磁路３８を通る磁束が第１磁路３６を通る磁束より多くなり、第２可動端面３２ａが第２固定対向面３３ａに当接した状態、即ち開極状態を保持する。
【００４９】
閉極動作は、開極動作と同様の原理で行われる。即ち、まず第１磁路３６の矢印３５で示される第１永久磁石７による磁束の向きと同一の向きに磁束が発生するように、駆動コイル３に通電される。この通電により第１磁路３６に矢印３５の向き、即ち第１永久磁石７による磁束の向きと同一の向きに磁束が発生し、同時に、第２磁路３８に矢印３７の向き、即ち第２永久磁石１１による磁束の向きと逆向きに磁束が発生する。このような駆動コイル３による磁束の発生により、第１磁路３６では、第１永久磁石７による磁束にこの駆動コイル３による磁束が上乗せされて、第１磁路３６を通る磁束は増加し、第２磁路３８では、第２永久磁石１１による磁束の向きと駆動コイル３による磁束の向きとが逆であるため打ち消し合い、第２磁路３８を通る磁束は減少する。
【００５０】
第１磁路３６を通る磁束が第２磁路３８を通る磁束を上回ると、第１可動継鉄部３０は、第１固定継鉄部３１の第１固定対向面３１ａに向かって移動し、それとともに可動鉄心部１３、可動軸部１２、駆動コイル３及び第２可動継鉄部３２が第１固定継鉄部３１に向かって移動する。その後、第１可動端面３０ａが第１固定対向面３１ａに当接し、可動接点が固定接点に当接した状態となり閉極する。従って、第１可動端面３０ａが第１固定対向面３１ａに当接することによって、第１可動端面３０ａと第１固定対向面３１ａとの間の空間部分が小さくなり、逆に第１可動端面３２ａと第２固定対向面３３ａとの間の空間部分が大きくなるので、第１磁路３６に存在していたギャップが減少し、第２磁路３８に第２可動端面３２ａと第２固定対向面３３ａとの間の空間部分によるギャップ３９が再び増加する。このため、第１磁路３６を通る磁束が第２磁路３８を通る磁束より多くなり、第１可動端面３０ａが第１固定対向面３１ａから離れた状態、即ち閉極状態を保持する。
【００５１】
従って、実施の形態１と同様に、開閉装置用電磁駆動機構１は、１つの駆動コイル３により開極動作及び閉極動作の両動作を行うことができ、従来例に比べて高価な駆動コイルが少なくなっているので、コンパクトになるとともにコスト低減できる。
【００５２】
なお、第１継鉄６は、第１固定継鉄部３１及び第１可動継鉄部３０を１つずつ用いて構成され、第１固定継鉄部３１に第１永久磁石７が内在するように構成されて、駆動コイル３の片側だけに設けられていても、第１磁路３６を形成するので構わない。
【００５３】
また、第１永久磁石７は、第１可動継鉄部３０に設けられていても、第１磁路を通る磁束を発生するので構わない。
【００５４】
また、第２継鉄１０は、第２固定継鉄部３３及び第１可動継鉄部３２を１つずつ用いて構成され、第２固定継鉄部３３に第２永久磁石１１が内在するように構成されて、駆動コイル３の片側だけに設けられていても、第２磁路３８を形成するので構わない。
【００５５】
また、第２永久磁石１１は、第２可動継鉄部３２に設けられていても、第２磁路を通る磁束を発生するので構わない。
【００５６】
また、可動鉄心部１３は、可動軸２が鉄等の磁性体で第１磁路３６及び第２磁路３８を形成するだけの十分な断面積を有していれば、無くてもよい。
【００５７】
また、可動軸２の往復移動に伴って、第１可動端面３０ａが第１固定対向面３１ａに接離するので、第１側辺部１４は、第１Ｂ継鉄部５と一体となって第１固定継鉄部３１を構成してもよいし、第１側辺部１４を間で分割して一方が第１Ａ継鉄部４と一体となって第１可動継鉄部３０を構成し、他方が第１Ｂ継鉄部５と一体となって第１固定継鉄部３１を構成してもよい。
【００５８】
また、図７は、第１可動端面及び第１固定対向面の面積を大きくした第１継鉄と、第２可動端面及び第２固定対向面の面積を大きくした第２継鉄とを開閉装置用電磁駆動機構に適用した斜視図であるが、図７に示すように、第１可動端面３０ａ及び第１固定対向面３１ａの面積と、第２可動端面３２ａ及び第２固定対向面３３ａの面積とを大きくすることにより、小さな第１永久磁石７及び第２永久磁石１１による第１可動端面３０ａ及び第１固定対向面３１ａの吸引力と、第２可動端面３２ａ及び第２固定対向面３３ａの吸引力とが大きくなるので、第１永久磁石７及び第２永久磁石１１により効率的に上記吸引力を発生し、閉極状態及び開極状態を確実に保持することができる。
【００５９】
実施の形態３．
図８は、図１の開閉装置用電磁駆動機構１の駆動コイル３及び第１永久磁石７の間に第１磁性体を介在させたときの、可動軸２の軸線を含むｙｚ平面に沿った断面図であり、図９は、図１の開閉装置用電磁駆動機構１の駆動コイル３及び第２永久磁石１１の間に第２磁性体を介在させたときの、可動軸２の軸線を含むｘｚ平面に沿った断面図である。
【００６０】
図８及び図９において、開閉装置用電磁駆動機構１は、駆動コイル３及び第１永久磁石７の間のみに介在した鉄等の磁性体である第１磁性体４０と、駆動コイル３及び第２永久磁石１１の間のみに介在した鉄等の磁性体である第２磁性体４１とを備えている。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００６１】
図８において、第１磁性体４０が第１永久磁石７及び駆動コイル３の間に介在されているので、第１永久磁石７によって発生する磁束は第１磁路２１及び第１補正磁路４２の２つの磁路をそれぞれ矢印４３及び矢印４４の向きに通っている。また、図９において、同様に第２磁性体４１が第２永久磁石１１及び駆動コイル３の間に介在されているので、第２永久磁石１１によって発生する磁束は第２磁路２３及び第２補正磁路４５の２つの磁路をそれぞれ矢印４６及び矢印４７の向きに通っている。従って、実施の形態１と同様の原理により、閉極状態が保持されている。
【００６２】
開極動作も実施の形態１と同様の原理により行われるが、駆動コイル３に通電することにより発生する磁束の多くは、第１磁性体４０を含む第１駆動磁路４８を矢印４９の向きに通り、第２磁性体４１を含む第２駆動磁路５０を矢印５１の向きに通るので、駆動コイル３が発生する磁束は、第１永久磁石７及び第２永久磁石１１をほとんど通らず、第１永久磁石７及び第２永久磁石１１に与える影響が小さい。同様に閉極動作の場合も第１永久磁石７及び第２永久磁石１１に与える影響が小さい。
【００６３】
従って、第１永久磁石７及び第２永久磁石１１が発生する磁束の向きと逆向きの磁束がこの第１永久磁石７及び第２永久磁石１１に通って減磁され、第１永久磁石７及び第２永久磁石１１の長期信頼性を確保することができなくなることを防止することができる。
【００６４】
なお、実施の形態２の開閉装置用電磁駆動機構１の駆動コイル３及び第１永久磁石７の間に第１磁性体４０を介在し、駆動コイル３及び第２永久磁石１１の間に第２磁性体４１を介在しても、同様の効果を奏する。
【００６５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、この発明に係る開閉装置用電磁駆動機構は、可動接点を往復移動させて前記可動接点を固定接点に接離させる開閉装置用電磁駆動機構であって、前記可動接点に連結された可動軸と、前記可動軸を囲むように設けられた環状の駆動コイルと、前記可動軸に向かって延設されているとともに間に前記駆動コイルが介在した第１Ａ継鉄部及び第１Ｂ継鉄部を有する第１継鉄と、前記第１継鉄に設けられた第１永久磁石と、前記可動軸に向かって延設されているとともに間に前記駆動コイルが介在した第２Ａ継鉄部及び第２Ｂ継鉄部を有する第２継鉄と、前記第２継鉄に設けられた第２永久磁石とを備え、前記可動軸、前記第１継鉄及び前記第１永久磁石により、前記駆動コイルに鎖交する第１磁路が形成され、前記第１磁路が存在する面と異なる面上で前記駆動コイルに鎖交するとともに前記可動軸において前記第１磁路の磁束の向きと逆向きの磁束を有する第２磁路が形成されるように前記可動軸、前記第２継鉄及び前記第２永久磁石が配設されており、前記第１磁路及び前記第２磁路はそれぞれギャップを有し、前記可動接点及び前記固定接点の接離に対応して、前記第１磁路又は前記第２磁路の一方の磁路のギャップが他方の磁路のギャップより大きくなるようになっており、前記駆動コイルは、通電されることにより前記他方の磁路の磁束を打ち消しつつ前記一方の磁路の磁束を増加させる磁束を発生し、前記可動軸を移動させるようになっているので、１つの前記駆動コイルにより前記可動軸を往復移動させて開閉動作を行うことができ、コンパクトになるとともに安価に製作することができる。
【００６６】
また、前記可動軸は、可動軸部と、前記可動軸部の径方向の寸法が大きい可動鉄心部とからなり、前記第１永久磁石は、前記第１Ａ継鉄部の端部に設けられるとともに前記可動鉄心部の側面と対向させて配置され、前記第１継鉄は、前記第１Ｂ継鉄部に前記可動鉄心部の一端面に対向する第１対向面を有し、前記第２永久磁石は、前記第２Ａ継鉄部の端部に設けられるとともに前記可動鉄心部の側面と対向させて配置され、前記第２継鉄は、前記第２Ｂ継鉄部に前記可動鉄心部の他端面に対向する第２対向面を有しており、前記一端面及び前記第１対向面の間又は前記他端面及び前記第２対向面の間どちらか一方で前記一方の磁路のギャップを形成しているので、前記可動鉄心部が前記第１Ｂ継鉄部あるいは前記第２Ｂ継鉄部に係止して移動範囲を決定することができる。
【００６７】
また、前記第１永久磁石は、互いに永久磁石の同一極が前記可動軸を介して対向する第１永久磁石対を構成し、前記第１永久磁石対の各前記第１永久磁石が前記第１継鉄の各前記第１Ａ継鉄部に設けられ、前記第２永久磁石は、互いに永久磁石の同一極が前記可動軸を介して対向する第２永久磁石対を構成し、前記第２永久磁石対の各前記第２永久磁石が前記第２継鉄の各前記第２Ａ継鉄部に設けられているので、前記駆動コイルによる磁束を効率的に利用でき、前記可動鉄心部は両側から偏りなく力を受けるので、傾かずに滑らかに往復移動することができる。
【００６８】
また、前記第１継鉄は、前記可動軸に固定された第１Ｂ継鉄部を有する第１可動継鉄部と、前記第１Ａ継鉄部及び前記第１可動継鉄部の端面に対向する第１固定対向面を有する第１固定継鉄部とを有し、前記第２継鉄は、前記可動軸に固定された第２Ｂ継鉄部を有する第２可動継鉄部と、前記第２Ａ継鉄部及び前記第２可動継鉄部の端面に対向する第２固定対向面を有する第２固定継鉄部とを有しており、前記第１可動継鉄部及び前記第１固定対向面の間又は前記第２可動継鉄部及び前記第２固定対向面の間のどちらか一方で前記一方の磁路のギャップを形成しているので、前記第１可動継鉄部及び前記第２可動継鉄部がそれぞれ前記第１固定継鉄部及び前記第２固定継鉄部に係止することにより前記可動軸の移動範囲を決定できる。
【００６９】
また、前記第１可動継鉄部の端面及び前記第１固定対向面の各面積と、前記第２可動継鉄部の端面及び前記第２固定対向面の各面積とがともに大きくなっているので、開極状態及び閉極状態の保持の信頼性が高くなる。
【００７０】
また、前記第１永久磁石は、第１固定継鉄部に内在し、前記第２永久磁石は、第２固定継鉄部に内在しているので、前記第１磁路及び前記第２磁路の形成が容易になり、また、前記可動軸に前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石が設けられている場合より前記可動軸の移動による衝撃が小さく前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石の破損に対する信頼性が高くなる。
【００７１】
また、前記駆動コイル及び前記第１永久磁石の間に磁性体を介在させたので、前記第１永久磁石の減磁を防止でき、前記第１永久磁石の長期信頼性を確保できる。
【００７２】
また、前記駆動コイル及び前記第２永久磁石の間に磁性体を介在させたので、前記第２永久磁石の減磁を防止でき、前記第２永久磁石の長期信頼性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る開閉装置用電磁駆動機構の構成を示す斜視図である。
【図２】 図１の可動軸の軸線を含むｙｚ平面における断面図である。
【図３】 図１の可動軸の軸線を含むｘｚ平面における断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態２に係る開閉装置用電磁駆動機構の構成を示す斜視図である。
【図５】 図４の可動軸の軸線を含むｘｚ平面における断面図である。
【図６】 図４の可動軸の軸線を含むｙｚ平面における断面図である。
【図７】 第１可動端面及び第１固定対向面の面積を大きくした第１継鉄と、第２可動端面及び第２固定対向面の面積を大きくした第２継鉄とを開閉装置用電磁駆動機構に適用した斜視図である
【図８】 図１の開閉装置用電磁駆動機構の駆動コイル及び第１永久磁石の間に第１磁性体を介在させたときの、可動軸の軸線を含むｙｚ平面に沿った断面図である。
【図９】 図１の開閉装置用電磁駆動機構の駆動コイル及び第２永久磁石の間に第２磁性体を介在させたときの、可動軸の軸線を含むｘｚ平面に沿った断面図である。
【図１０】 従来の開閉装置用電磁駆動機構の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 開閉装置用電磁駆動機構、２ 可動軸、３ 駆動コイル、４ 第１Ａ継鉄部、５ 第１Ｂ継鉄部、５ａ 第１対向面、６ 第１継鉄、７ 第１永久磁石、８ 第２Ａ継鉄部、９ 第２Ｂ継鉄部、９ａ 第２対向面、１０ 第２継鉄、１１ 第２永久磁石、１２ 可動軸部、１３ 可動鉄心部、１３ａ 一端面、１３ｂ 他端面、２１，３６ 第１磁路、２３，３８ 第２磁路、２４，３９ ギャップ、３０ 第１可動継鉄部、３０ａ 第１可動端面、３１ 第１固定継鉄部、３１ａ 第１固定対向面、３２ 第２可動継鉄部、３２ａ 第２可動端面、３３第２固定継鉄部、３３ａ 第２固定対向面、４０ 第１磁性体（磁性体）、４１ 第２磁性体（磁性体）。
Claims (8)
- 可動接点を往復移動させて前記可動接点を固定接点に接離させる開閉装置用電磁駆動機構であって、
前記可動接点に連結される可動軸と、
前記可動軸を囲むように設けられた環状の駆動コイルと、
前記可動軸の軸線方向について互いに離して配置されているとともに前記可動軸に向かってそれぞれ延設されている第１Ａ継鉄部及び第１Ｂ継鉄部を有し、前記駆動コイルが前記第１Ａ継鉄部と前記第１Ｂ継鉄部との間に配置された第１継鉄と、
前記第１継鉄に設けられた第１永久磁石と、
前記可動軸の軸線方向について互いに離して配置されているとともに前記可動軸に向かってそれぞれ延設されている第２Ａ継鉄部及び第２Ｂ継鉄部を有し、前記駆動コイルが前記第２Ａ継鉄部と前記第２Ｂ継鉄部との間に配置され、前記第１継鉄から離れている第２継鉄と、
前記第２継鉄に設けられた第２永久磁石とを備え、
前記第１Ａ継鉄部及び前記第２Ａ継鉄部のそれぞれの位置は、前記可動軸の軸線方向について、前記第１Ｂ継鉄部の位置と前記第２Ｂ継鉄部の位置との間にあるとともに、
前記駆動コイルの位置は、前記可動軸の軸線方向について、前記第１Ａ継鉄部の位置と前記第２Ａ継鉄部の位置との間にあり、
前記可動軸、前記第１継鉄及び前記第１永久磁石により、前記駆動コイルに鎖交する第１磁路が形成され、
前記第１磁路が存在する面と異なる面上で前記駆動コイルに鎖交するとともに前記可動軸において前記第１磁路の磁束の向きと逆向きの磁束を有する第２磁路が形成されるように前記可動軸、前記第２継鉄及び前記第２永久磁石が配設されており、
前記第１磁路及び前記第２磁路はそれぞれギャップを有し、前記可動接点及び前記固定接点の接離に対応して、前記第１磁路又は前記第２磁路の一方の磁路のギャップが他方の磁路のギャップより大きくなるようになっており、
前記駆動コイルは、通電されることにより前記他方の磁路の磁束を打ち消しつつ前記一方の磁路の磁束を増加させる磁束を発生し、前記可動軸を移動させるようになっていることを特徴とする開閉装置用電磁駆動機構。 - 前記可動軸は、可動軸部と、前記可動軸部の径方向の寸法が大きい可動鉄心部とからなり、
前記第１永久磁石は、前記第１Ａ継鉄部の端部に設けられるとともに前記可動鉄心部の側面と対向させて配置され、
前記第１継鉄は、前記第１Ｂ継鉄部に前記可動鉄心部の一端面に対向する第１対向面を有し、
前記第２永久磁石は、前記第２Ａ継鉄部の端部に設けられるとともに前記可動鉄心部の側面と対向させて配置され、
前記第２継鉄は、前記第２Ｂ継鉄部に前記可動鉄心部の他端面に対向する第２対向面を有しており、
前記一端面及び前記第１対向面の間又は前記他端面及び前記第２対向面の間どちらか一方で前記一方の磁路のギャップを形成していることを特徴とする請求項１に記載の開閉装置用電磁駆動機構。 - 前記第１永久磁石は、互いに前記第１永久磁石の同一極が前記可動軸を介して対向する第１永久磁石対を構成し、前記第１永久磁石対の各前記第１永久磁石が前記第１継鉄の各前記第１Ａ継鉄部に設けられ、
前記第２永久磁石は、互いに前記第２永久磁石の同一極が前記可動軸を介して対向する第２永久磁石対を構成し、前記第２永久磁石対の各前記第２永久磁石が前記第２継鉄の各前記第２Ａ継鉄部に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の開閉装置用電磁駆動機構。 - 前記第１継鉄は、前記可動軸に固定された前記第１Ａ継鉄部を有する第１可動継鉄部と、前記第１Ｂ継鉄部を有し、前記第１可動継鉄部の端面に対向する第１固定対向面を有する第１固定継鉄部とを有し、
前記第２継鉄は、前記可動軸に固定された前記第２Ａ継鉄部を有する第２可動継鉄部と、前記第２Ｂ継鉄部を有し、前記第２可動継鉄部の端面に対向する第２固定対向面を有する第２固定継鉄部とを有しており、
前記第１可動継鉄部及び前記第１固定対向面の間又は前記第２可動継鉄部及び前記第２固定対向面の間のどちらか一方で前記一方の磁路のギャップを形成していることを特徴とする請求項１に記載の開閉装置用電磁駆動機構。 - 前記第１可動継鉄部の端面及び前記第１固定対向面の各面積と、前記第２可動継鉄部の端面及び前記第２固定対向面の各面積とがともに拡大していることを特徴とする請求項４に記載の開閉装置用電磁駆動機構。
- 前記第１永久磁石は、第１固定継鉄部に内在し、
前記第２永久磁石は、第２固定継鉄部に内在していることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の開閉装置用電磁駆動機構。 - 前記第１永久磁石は、前記第１Ａ継鉄部及び前記第１Ｂ継鉄部のいずれかに設けられ、
前記駆動コイル及び前記第１永久磁石の間に磁性体を介在させたことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の開閉装置用電磁駆動機構。 - 前記第２永久磁石は、前記第２Ａ継鉄部及び前記第２Ｂ継鉄部のいずれかに設けられ、
前記駆動コイル及び前記第２永久磁石の間に磁性体を介在させたことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の開閉装置用電磁駆動機構。
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