JP4754975B2 - 有極電磁石 - Google Patents

Description

本発明は、電磁接触器等に組込まれる、永久磁石と電磁石（電磁コイル）とを組合せた有極電磁石に関するものである。

図６及び図７に、米国特許第５９５９５１９号明細書（特許文献１）に開示された従来の有極電磁石５００を示す。従来の有極電磁石５００は、円筒状に巻かれた電磁コイル５０８と、一方の端板部を電磁コイル５０８の一端に近接させ、他方の端板部を電磁コイル５０８の他端に近接させ、側板部を電磁コイル５０８の外周部に近接させるように電磁コイル５０８を内部に配置した一対のコ字形板状の固定鉄心５０５と、固定鉄心５０５の側板部の外側に配置した一対の永久磁石５０７と、側板部を永久磁石５０７の外側に配置し、端板部を固定鉄心５０５の一方の端板部と離間して対向させた一対のＬ字形の磁極板５０６と、電磁コイル５０８の他端に挿入された筒状磁極５１２と、電磁コイル５０８及び筒状磁極５１２に挿通した鉄心棒５０１の一端に、固定鉄心５０５の一方の端板部と磁極板５０６の端板部との間に位置させる一対のアーム５０２を設けた可動鉄心５０４と、を備えている。

上記の従来の有極電磁石５００は、電磁コイル５０８が非励磁のときには、図６に破線矢印で示す永久磁石５０７の磁束５１３により、アーム５０２と磁極板５０６の端板部との間の吸引力が最も強くなるため、アーム５０２が磁極板５０６の端板部に吸着して可動鉄心５０４が復帰状態となる。

この復帰状態から電磁コイル５０８が励磁されると、図６の実線矢印で示す磁束５１４が発生し、アーム５０２と磁極板５０６の端板部との間では、永久磁石５０７の磁束５１３（破線矢印）と電磁コイル５０８による磁束５１４（実線矢印）が互いに打消し合って吸引力が小さくなる。

一方、鉄心棒５０１の他端部と筒状磁極５１２との間では、電磁コイル５０８のソレノイドによる吸引力が発生し、ソレノイドによる吸引力がアーム５０２と磁極板５０６の端板部との間の吸引力より大きくなると可動鉄心５０１が図６の左方向へ動き始める。

また、このときアーム５０２と固定鉄心５０５の一方の端板部との間にも吸引方向の磁束が発生するが、アーム５０２と固定鉄心５０５の一方の端板部との間の磁気抵抗が、磁極板５０６と固定鉄心５０５との間（永久磁石５０７配置部）の磁気抵抗より遥かに大きいので、アーム５０２と固定鉄心５０５の一方の端板部との間の磁束はかなり小さく、動き始めは吸引力としてあまり寄与しない。

可動鉄心５０１が左方向へ動いてアーム５０２と固定鉄心５０５の一方の端板部との間の磁気抵抗が小さくなると、その間の磁束が増加してアーム５０２を強く吸引する。そうして、固定鉄心５０５の一方の端板部とアーム５０２が吸着し、図７に実線矢印で示す磁束５１５により吸着状態を維持する。

米国特許第５９５９５１９号明細書

しかしながら、上記従来の有極電磁石は、電磁コイル５０８の磁束５１４により可動鉄心５０１が動き始めるとき、アーム５０２と固定鉄心５０５の一方の端板部との間の磁気抵抗が、磁極板５０６と固定鉄心５０５との間の磁気抵抗より遥かに大きいため、アーム５０２と固定鉄心５０５の一方の端板部との間の磁束がかなり小さく、主に鉄心棒５０１と筒状磁極５１２間のソレノイドによる吸引力のみで駆動されるため、鉄心棒５０１（可動鉄心５０４）の駆動力が小さいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電磁石により可動鉄心を駆動し始めるときに、大きな駆動吸引力が得られる有極電磁石を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、円筒状に巻かれた電磁コイルと、一方の端板部を前記電磁コイルの一端に近接させ、他方の端板部を前記電磁コイルの他端に離間して対向させ、側板部を前記電磁コイルの外周部に近接させるように前記電磁コイルを内部に配置した一対のコ字形板状の固定鉄心と、前記固定鉄心の側板部の外側に配置した一対の永久磁石と、側板部を前記永久磁石の外側に配置し、端板部を前記固定鉄心の一方の端板部と離間して対向させた一対のＬ字形の磁極板と、前記電磁コイルに挿通した鉄心棒の一端に、前記固定鉄心の一方の端板部と前記磁極板の端板部との間に位置させる一対の第１のアームを設け、前記鉄心棒の他端に、前記電磁コイルの他端と前記固定鉄心の他方の端板部との間に位置させる一対の第２のアームを設けた可動鉄心と、を備え、前記固定鉄心の側板部と前記磁極板の側板部との対向面積のうち、前記永久磁石部分の対向面積よりも永久磁石部分以外の対向面積を広くし、前記電磁コイルが非励磁のとき復帰バネの復帰力により前記第１のアームを前記磁極板の端板部側に位置させ、励磁されたとき前記復帰バネの復帰力に抗して前記可動鉄心を変位させて前記第１のアームを前記固定鉄心の一方の端板部側に位置させることを特徴とする。

この発明によれば、電磁コイルが励磁されたとき、第２のアームと固定鉄心の他方の端板部との間を流れる磁束により、可動鉄心を駆動するギャッププルの大きな吸引力が得られ、作動特性の良い有極電磁石が得られると共に、磁極板の側板部と固定鉄心の側板部との間の対向面積のうち、永久磁石部分の対向面積よりも永久磁石部分以外の対向面積を広くすることにより、この部分の磁気抵抗を小さくし、電磁コイルが励磁されたときの第２のアームと固定鉄心の他方の端板部との間を流れる磁束をさらに大きくし、大きなギャッププルの吸引力を発生させる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる有極電磁石の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の有極電磁石の電磁コイル非励磁状態を示す断面図であり、図２は、電磁コイル励磁直後を示す断面図であり、図３は、可動鉄心変位後を示す断面図である。

図１〜図３に示すように、実施の形態１の有極電磁石１００は、円筒状に巻かれた電磁コイル８と、一方の端板部５ｘを電磁コイル８の一端に近接させ、他方の端板部５ｙを電磁コイル８の他端に離間して対向させ、側板部５ｚを電磁コイル８の外周部に近接させるように電磁コイル８を内部に配置した一対のコ字形板状の固定鉄心５と、固定鉄心５の側板部５ｚの外側に配置した一対の板状の永久磁石７と、を備えている。

また、側板部６ｚを永久磁石７の外側に配置し、端板部６ｘを固定鉄心５の一方の端板部５ｘと離間して対向させた一対のＬ字形の磁極板６と、電磁コイル８に挿通した鉄心棒１の一端に、前記固定鉄心５の一方の端板部５ｘと磁極板６の端板部６ｘとの間に位置させる一対の第１のアーム２を設け、鉄心棒１の他端に、電磁コイル８の他端と固定鉄心５の他方の端板部５ｙとの間に位置させる一対の第２のアーム３を設けた可動鉄心４と、を備えている。

また、可動鉄心４は、図示しない復帰バネにより、常時、図１の右方向に付勢されており、電磁コイル８が非励磁のとき復帰バネの復帰力により第１のアーム２を磁極板６の端板部６ｘ側に位置させ、励磁されたとき復帰バネの復帰力に抗して可動鉄心４を図１の左方向へ変位させて第１のアーム２を固定鉄心５の一方の端板部５ｘ側に位置させる。

すなわち、図１に示すように、電磁コイル８が励磁されていないときには、破線矢印で示す永久磁石７の磁束９が、磁極板６→第１のアーム２→鉄心棒１→固定鉄心５を循環し、第１のアーム２と磁極板６の端板部６ｘとの間の吸引力が最も強くなり、可動鉄心４（第１のアーム２）は、復帰バネの復帰力と永久磁石７の吸引力とにより磁極板６の端板部６ｘに吸着し、復帰状態を維持する。

次に、電磁コイル８が励磁されると、図２の実線矢印で示す磁束１０が発生する。磁束１０は、鉄心棒１→固定鉄心５→第２のアーム３を循環する第１の磁束と、鉄心棒１→第１のアーム２→磁極板６→固定鉄心５→第２のアーム３を循環する第２の磁束となる。

第１のアーム２と磁極板６の端板部６ｘとの間では、永久磁石７の磁束９（破線矢印）と電磁コイル８による磁束１０（実線矢印）が、互いに打消し合って吸引力が小さくなる。一方、第２のアーム３と固定鉄心５の他方の端板部５ｙとの間では磁束１０によりギャッププルの大きな吸引力が発生し、その吸引力が第１のアーム２と磁極板６の端板部６ｘとの間の吸引力より大きくなると、可動鉄心４が図１の左方向へ動き始める。

可動鉄心４が左方向へ動いて第１のアーム２と固定鉄心５の一方の端板部５ｘとの間の磁気抵抗が小さくなると、その間を流れる磁束が増加して吸引力がさらに大きくなり、より強く可動鉄心４を吸引する。最後に固定鉄心５の一方の端板部５ｘと第１のアーム２が吸着し、図３に実線矢印で示す磁束１１により、吸着状態を維持する。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２の有極電磁石の電磁コイル励磁直後を示す断面図である。図４において、図１〜図３に示すものと同一又は同等のものには同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図４に示すように、実施の形態２の有極電磁石２００は、実施の形態１の有極電磁石１００に比べて磁極板６の側板部６ｚの長さが長くなっていて、側板部６ｚと固定鉄心５の側板部５ｚの対向面積が広くなっている。そうして、対向面積のうち、永久磁石７部分の対向面積よりも永久磁石７部分以外の対向面積が広くなっている。その他の部分は、実施の形態１の有極電磁石と変わるところはなく、作動メカニズムもほぼ同様である。

実施の形態２の有極電磁石２００によれば、磁極板６の側板部６ｚと固定鉄心５の側板部５ｚとの間の対向面積のうち、永久磁石７部分の対向面積よりも永久磁石７部分以外の対向面積を広くすることにより、この部分の磁気抵抗を小さくし、電磁コイル８が励磁されたときの第２のアーム３と固定鉄心５の他方の端板部５ｙとの間を流れる磁束（図４に実線矢印で示す磁束１０）をさらに大きくし、大きなギャッププルの吸引力を発生させる。可動鉄心４は、大きな吸引力により強く吸引され、さらに作動特性のよい有極電磁石が得られる。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３の有極電磁石の電磁コイル励磁直後を示す断面図である。図５において、図１〜図３に示すものと同一又は同等のものには同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図５に示すように、実施の形態３の有極電磁石３００は、実施の形態１の有極電磁石１００に比べて永久磁石７が固定鉄心５の側板部５ｚ上で一方の端板部５ｘ寄りに配置されている。その他の部分は、実施の形態１の有極電磁石１００と変わるところはなく、作動メカニズムもほぼ同様である。

実施の形態３の有極電磁石３００によれば、図５に示すように、固定鉄心５の永久磁石７より第１のアーム２側において、永久磁石７による磁束９ａと電磁コイル８による磁束１０ｂとが同一方向に流れる経路の長さが、実施の形態１の有極電磁石１００よりも短くなっている。これにより、固定鉄心５の磁気飽和部分を小さくすることができ、第２のアーム３と固定鉄心５の他方の端板部５ｙとの間の磁束をさらに大きくすることができ、大きなギャッププルの吸引力を発生させることができる。可動鉄心４は、大きな吸引力により強く吸引され、さらに作動特性のよい有極電磁石が得られる。

また、実施の形態１〜３の有極電磁石１００、２００、３００において、永久磁石７として希土類系磁石を使用するとよい。希土類系磁石を使用することにより、永久磁石７を小形化することができるので、小形の有極電磁石１００、２００、３００を得ることができる。

また、実施の形態１〜３の有極電磁石１００、２００、３００において、永久磁石７としてサマリウム系磁石を使用してもよい。サマリウム系磁石は、温度変化に対して磁力変化が小さいので、周囲温度変化に対して作動特性の変化が小さい有極電磁石１００、２００、３００を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる有極電磁石は、電磁接触器用として有用である。

本発明の実施の形態１の有極電磁石の電磁コイル非励磁状態を示す断面図である。 電磁コイル励磁直後を示す断面図である。 可動鉄心作動後を示す断面図である。 実施の形態２の有極電磁石の電磁コイル励磁直後を示す断面図である。 実施の形態３の有極電磁石の電磁コイル励磁直後を示す断面図である。 従来の有極電磁石の電磁コイル励磁直後を示す断面図である。 従来の有極電磁石の可動鉄心作動後を示す断面図である。

符号の説明

１ 鉄心棒
２ 第１のアーム
３ 第２のアーム
４ 可動鉄心
５ 固定鉄心
５ｘ 一方の端板部
５ｙ 他方の端板部
５ｚ 側板部
６ 磁極板
６ｘ 端板部
７ 永久磁石
８ 電磁コイル
９，９ａ，１０，１０ｂ，１１ 磁束
１００，２００，３００ 有極電磁石

Claims (4)

1. 円筒状に巻かれた電磁コイルと、
   一方の端板部を前記電磁コイルの一端に近接させ、他方の端板部を前記電磁コイルの他端に離間して対向させ、側板部を前記電磁コイルの外周部に近接させるように前記電磁コイルを内部に配置した一対のコ字形板状の固定鉄心と、
   前記固定鉄心の側板部の外側に配置した一対の永久磁石と、
   側板部を前記永久磁石の外側に配置し、端板部を前記固定鉄心の一方の端板部と離間して対向させた一対のＬ字形の磁極板と、
   前記電磁コイルに挿通した鉄心棒の一端に、前記固定鉄心の一方の端板部と前記磁極板の端板部との間に位置させる一対の第１のアームを設け、前記鉄心棒の他端に、前記電磁コイルの他端と前記固定鉄心の他方の端板部との間に位置させる一対の第２のアームを設けた可動鉄心と、
   を備え、前記固定鉄心の側板部と前記磁極板の側板部との対向面積のうち、前記永久磁石部分の対向面積よりも永久磁石部分以外の対向面積を広くし、前記電磁コイルが非励磁のとき復帰バネの復帰力により前記第１のアームを前記磁極板の端板部側に位置させ、励磁されたとき前記復帰バネの復帰力に抗して前記可動鉄心を変位させて前記第１のアームを前記固定鉄心の一方の端板部側に位置させることを特徴とする有極電磁石。
2. 前記永久磁石が、前記固定鉄心の側板部上で一方の端板部寄りに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の有極電磁石。
3. 前記永久磁石が、希土類系磁石であることを特徴とする請求項１に記載の有極電磁石。
4. 前記永久磁石が、サマリウム系磁石であることを特徴とする請求項１に記載の有極電磁石。

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