JP4901642B2

JP4901642B2 - 電磁石装置、及び電磁操作開閉装置

Info

Publication number: JP4901642B2
Application number: JP2007214595A
Authority: JP
Inventors: 太▲げん▼ 金
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2027-08-21
Also published as: JP2009049231A

Description

この発明は、電磁コイルへの通電により可動鉄心を固定鉄心に対して変位させる電磁石装置、及び電磁石装置の駆動力によって接点を開閉する電磁操作開閉装置に関するものである。

従来、開閉装置の接点を開閉するために、電磁石装置が用いられることがある。電磁石装置では、可動鉄心が固定鉄心に対して変位可能になっている。接点は、可動鉄心が固定鉄心から離れることにより開き、可動鉄心が固定鉄心に近づくことにより閉じる。

可動鉄心は、プランジャと、可動鉄心の変位方向について、プランジャの端部に固定された円盤状鋼板とで構成されている。固定鉄心は、プランジャが内部に挿入された鋼管と、鋼管内に取り付けられ、可動鉄心の変位方向についてプランジャの端部に対向する凸型鋼材と、鋼管内に取り付けられ、プランジャの側面に内周面が対向するリング状鋼材とで構成されている。

リング状鋼材には、接点が閉じた状態を保持するための磁束を発生する永久磁石が固定されている。永久磁石は、可動鉄心の変位方向についてＮ極及びＳ極のいずれかのみが円盤状鋼板に対向するように配置されている。即ち、永久磁石が円盤状鋼板に対向する部分では、永久磁石の磁束の方向が可動鉄心の変位方向とほぼ同じになっている。

また、固定鉄心内には、プランジャが内側に挿入された環状のコイルが設けられている。コイルは、凸型鋼材とリング状鋼材との間に配置されている。また、コイルは、接点が閉じた状態での可動鉄心の吸引保持を解除するために永久磁石の磁束に逆らう磁束を発生し、接点が開いた状態から接点を閉じるために永久磁石の磁束と同じ方向の磁束を発生する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２２２４３８号公報

可動鉄心が吸引保持されているときの円盤状鋼板と、永久磁石が設けられたリング状鋼材との間の間隔が、リング状鋼材の内周面とプランジャの側面との間の隙間よりも狭くなる場合には、コイルの磁束が永久磁石を通ることになるので、永久磁石が減磁してしまう。

従って、永久磁石の減磁の進行を抑制するために、上記の従来の電磁石装置では、可動鉄心が吸引保持されているときの円盤状鋼板とリング状鋼材との間の間隔を、リング状鋼材の内周面とプランジャの側面との間の隙間よりも広くしている。

しかし、電磁石装置の使用による可動鉄心の摩耗等により、円盤状鋼板と永久磁石との間の隙間が減少するので、衝突防止のため摩耗量を考慮して、円盤状鋼板と永久磁石との間の隙間を広くしておく必要がある。また、永久磁石と円盤状鋼板との隙間を広くすると、リング状鋼材と円盤状鋼板との間の間隔も広くなるため、吸引力を確保するために永久磁石を大きくする必要がある。従って、電磁石装置の小形化を図ることが困難になってしまう。

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してなされたものであり、永久磁石の減磁の進行をより確実に抑制することができるとともに、小形化を図ることができる電磁石装置、及び電磁操作開閉装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電磁石装置は、軸線方向へ投影したときに互いに離れた位置になるように第１固定面及び第２固定面が設けられた第１固定鉄心部と、第１固定鉄心部に設けられた第２固定鉄心部とを有する固定鉄心、軸線方向について第１固定面に対向する第１可動面が設けられた基幹部と、基幹部に設けられ、軸線方向について第２固定面に対向する第２可動面が設けられた分岐部とを有し、固定鉄心から離れた後退位置と、後退位置よりも固定鉄心に近い前進位置との間で軸線方向へ変位可能な可動鉄心、一対の磁極を有し、第２固定鉄心部に設けられ、かつ軸線方向に垂直な方向について一対の磁極のいずれかのみが可動鉄心に対向するとともに軸線方向への投影面内において第１可動面及び第２可動面の各領域外に配置されている永久磁石、及び第１固定鉄心部に設けられた電磁コイルを備え、永久磁石は、軸線方向に垂直な方向について第２固定鉄心部と可動鉄心との間に配置され、可動鉄心を前進位置に保持する保持用磁束を発生し、電磁コイルは、第１可動面及び第１固定面間において保持用磁束と逆方向となる磁束を発生することにより、前進位置での可動鉄心の保持を解除させ、第１可動面及び第１固定面間において保持用磁束と同じ方向となる磁束を発生することにより、後退位置から前進位置へ可動鉄心を変位させる。

この発明に係る電磁石装置では、可動鉄心が軸線方向へ変位されるとともに、可動鉄心の基幹部に設けられた第１可動面と、固定鉄心に設けられた第１固定面とが軸線方向について対向し、可動鉄心の分岐部に設けられた第２可動面と、固定鉄心に設けられた第２固定面とが軸線方向について対向しており、固定鉄心に設けられた永久磁石のＮ極及びＳ極のいずれかのみが、軸線方向に垂直な方向について、基幹部と対向しているので、可動鉄心の前進位置での保持を解除するときに、永久磁石を避けて解除用磁束を発生させることができる。これにより、永久磁石の減磁の進行を抑制することができる。また、永久磁石と可動鉄心との間の寸法は、可動鉄心の軸線方向への変位によって大きく変化することがない。即ち、可動鉄心の摩耗等によって可動鉄心の前進位置や後退位置がずれた場合であっても、永久磁石と可動鉄心との間の隙間寸法は変わらない。このことから、可動鉄心の摩耗等を考慮することなく、永久磁石と可動鉄心との間の隙間寸法や永久磁石の厚さ寸法を小さく設定することができる。従って、電磁石装置の小形化を図ることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電磁操作開閉装置を示す縦断面図である。また、図２は、図１の電磁操作開閉装置の接点が閉じている状態（閉極状態）を示す縦断面図である。なお、図１は、電磁操作開閉装置の接点が開いている状態（開放状態）を示す図である。図において、電磁操作開閉装置１は、固定接点２と、固定接点２に接離可能な可動接点３と、固定接点２及び可動接点３を収容する真空バルブ４と、固定接点２に接離する方向へ可動接点３を変位させる駆動装置５と、駆動装置５と可動接点３とを連結する連結装置６とを有している。

可動接点３は、電磁操作開閉装置１の軸線方向（以下、単に「軸線方向」という）への変位により固定接点２に接離する。電磁操作開閉装置１の接点は、可動接点３が固定接点２に接することにより閉じ、可動接点３が固定接点２から離れることにより開く。

真空バルブ４内は、固定接点２及び可動接点３間の消弧能力の向上のために真空に保たれている。可動接点３の固定接点２に対する接離は、真空バルブ４内で行われる。

駆動装置５は、板状の支持部材７に支持されている。この例では、支持部材７は配電盤の支持板とされている。また、駆動装置５は、連結装置６を介して可動接点３に連結された駆動軸８と、可動接点３が固定接点２から離れる方向へ駆動軸８を付勢する開放ばね（付勢体）９と、開放ばね９の付勢力に逆らって、可動接点３が固定接点２に接する方向へ駆動軸８を変位させる電磁石装置１０とを有している。

駆動軸８は、支持部材７を軸線方向へ変位可能に貫通している。また、駆動軸８は、透磁率の低い材料（低磁性材料）（例えばステンレス等）により構成されている。駆動軸８には、開放ばね９の付勢力を受ける開放ばね受け１１が設けられている。

開放ばね９は、支持部材７と開放ばね受け１１との間に縮められている。これにより、開放ばね９は、支持部材７と開放ばね受け１１との間で軸線方向に弾性反発力を発生している。駆動軸８は、開放ばね９の弾性反発力により、可動接点３が固定接点２から離れる方向へ付勢される。また、開放ばね９は、電磁石装置１０と連結装置６との間に設けられている。

電磁石装置１０は、取付部材１２を介して支持部材７に取り付けられている。駆動軸８は、可動接点３が固定接点２に接する方向（閉極方向）、及び可動接点３が固定接点２から離れる方向（開放方向）のいずれかへ、電磁石装置１０が制御されることにより選択的に変位される。

連結装置６は、可動接点３に固定された可動棒１３と、可動棒１３の中間部に設けられた絶縁ロッド１４と、可動棒１３及び駆動軸８間に取り付けられた接圧装置１５とを有している。駆動装置５は、可動接点３に対して絶縁ロッド１４により絶縁されている。

可動棒１３は、軸線方向に沿って配置されている。また、可動棒１３は、真空バルブ４を貫通している。

接圧装置１５は、可動棒１３に固定されたばね枠１６と、駆動軸８の先端部に固定され、ばね枠１６内に配置された外れ止め板１７と、ばね枠１６と外れ止め板１７との間に縮めて接続された接圧ばね１８とを有している。

駆動軸８は、外れ止め板１７とともに、ばね枠１６に対して軸線方向へ変位可能になっている。接圧ばね１８は、可動棒１３から離れる方向へ駆動軸８を付勢している。可動棒１３から離れる方向への駆動軸８の変位は、外れ止め板１７のばね枠１６に対する係合により規制される。

可動接点３が固定接点２から離れているとき（図１）には、駆動軸８が軸線方向へ変位されると、連結装置６及び可動接点３が駆動軸８とともに変位される。このときには、外れ止め板１７が接圧ばね１８の付勢力によりばね枠１６に係合している。また、可動接点３が固定接点２に接しているとき（図２）には、駆動軸８は、接圧ばね１８の付勢力に逆らって、ばね枠１６に対して閉極方向へさらに変位可能になっている。これにより、接圧ばね１８がさらに縮められ、接圧ばね１８の弾性反発力によって可動接点３が固定接点２に押し付けられる。

可動接点３が固定接点２から離れている状態から閉極動作を行うときには、開放ばね９が縮められながら、駆動軸８が連結装置６及び可動接点３とともに閉極方向へ変位される。この後、可動接点３が固定接点２に接すると、連結装置６及び可動接点３の変位が停止される。この後も、駆動軸８が閉極方向へさらに変位され、接圧ばね１８が縮められる。これにより、可動接点３が固定接点２に押し付けられる。

可動接点３が固定接点２に接している状態から開放動作を行うときには、開放ばね９及び接圧ばね１８が弾性的に復元されながら、駆動軸８が開放方向へ変位される。これにより、外れ止め板１７がばね枠１６に対して変位さればね枠１６に係合される。この後も、駆動軸８は開放ばね９の付勢力により開放方向へさらに変位される。これにより、可動接点３は固定接点２から離れる。

図３は図１の電磁石装置１０を示す断面図、図４は図３のIV-IV線に沿った断面図である。また、図５は図２の電磁石装置１０を示す断面図、図６は図５のVI-VI線に沿った断面図である。さらに、図７は図３の電磁石装置１０を示す斜視図、図８は図７の電磁石装置１０を示す正面図、図９は図７の電磁石装置１０を示す側面図、図１０は図７の電磁石装置１０を示す上面図である。図において、電磁石装置１０は、固定鉄心１９と、駆動軸８が固定され、固定鉄心１９に対して軸線方向へ変位可能な可動鉄心２０と、固定鉄心１９に設けられ、通電により磁界を発生する電磁コイル２１と、固定鉄心１９に設けられた永久磁石２２とを有している。

可動鉄心２０は、固定鉄心１９から離れた後退位置（図５及び図６）と、後退位置よりも固定鉄心１９に近い前進位置（図３及び図４）との間を変位可能になっている。可動接点３は、可動鉄心２０が後退位置にあるときに固定接点２から離れ、可動鉄心２０が前進位置にあるときに固定接点２に押し付けられる。

可動鉄心２０は、軸線方向に沿って配置された基幹部２３と、基幹部２３の側面から互いに反対方向へ突出する一対の分岐部２４とを有している。各分岐部２４は、軸線方向に垂直な方向に沿って基幹部２３から突出している。基幹部２３内には、ねじ穴が設けられた固定用部材２５が嵌められている。駆動軸８は、固定用部材２５に螺合されることにより可動鉄心２０に固定されている。

固定鉄心１９は、第１固定鉄心部２６と、第１固定鉄心部２６に設けられ、可動鉄心２０が変位する領域を避けて配置された一対の第２固定鉄心部２７とを有している（図７）。

第１固定鉄心部２６は、各分岐部２４と平行に配置された横鉄心部２８と、横鉄心部２８の両端部から各分岐部２４に向かって延びる一対の縦鉄心部２９とを有している。横鉄心部２８には、駆動軸８が軸線方向へ変位可能に貫通している。この例では、軸受けが横鉄心部２８に設けられ、駆動軸８が軸受けを貫通している。なお、軸受けが支持部材７に設けられ、駆動軸８が軸受けを貫通していてもよい。各縦鉄心部２９は、軸線方向に沿って配置されている。第１固定鉄心部２６の少なくとも一部は、軸線方向への投影面内において、可動鉄心２０の領域に重なっている。

各第２固定鉄心部２７は、一方の縦鉄心部２９及び他方の縦鉄心部２９間にそれぞれ接合されている。また、各第２固定鉄心部２７は、軸線方向に垂直な方向について、各縦鉄心部２９を挟んでいる。さらに、各第２固定鉄心部２７は、軸線方向への投影面内において、可動鉄心２０の領域外に配置されている。さらにまた、各第２固定鉄心部２７は、横鉄心部２８と平行な渡し鉄心部３０と、渡し鉄心部３０と各縦鉄心部２９との間にそれぞれ介在する一対のスペーサ３１とを有している。

各渡し鉄心部３０は、軸線方向に垂直な方向へ基幹部２３から離れて配置されている。従って、渡し鉄心部３０と基幹部２３との間の間隔は、可動鉄心２０が軸線方向へ変位されたときであっても、変化しない。各渡し鉄心部３０及びスペーサ３１の材料は、磁性材料（例えば鋼材、電磁軟鉄、珪素鋼、フェライト及びパーマロイ等）である。

横鉄心部２８の中間部には第１固定面３２が設けられ、各縦鉄心部２９の先端部には第２固定面３３が設けられている（図３〜図６）。即ち、第１固定鉄心部２６には、軸線方向へ投影したときに互いに離れた位置になるように第１固定面３２及び第２固定面３３が設けられている。第１固定面３２及び各第２固定面３３は、軸線方向に垂直な面である。

基幹部２３には、軸線方向について第１固定面３２に対向する第１可動面３４が設けられ、各分岐部２４の先端部には、軸線方向について第２固定面３３に対向する第２可動面３５が設けられている。第１可動面３４及び各第２可動面３５は、軸線方向に垂直な面である。

また、軸線方向への投影面内において、第１固定面３２及び第１可動面３４が互いに重なる部分の面積は、第２固定面３３及び第２可動面３５が互いに重なる部分の面積よりも大きくなっている。また、渡し鉄心部３０と基幹部２３との隙間寸法は、可動鉄心２０が前進位置にあるときに、第１固定面３２と第１可動面３４との隙間、及び第２固定面３３と第２可動面３５との隙間の合計寸法よりも広くなる。

永久磁石２２は、各渡し鉄心部３０のそれぞれに設けられている。また、永久磁石２２は、各渡し鉄心部３０と基幹部２３との間にそれぞれ配置されている。さらに、各永久磁石２２は、軸線方向への投影面内で第１可動面３４及び第２可動面３５の各領域外に配置されている。この例では、各永久磁石２２は、軸線方向への投影面内において、可動鉄心２０の領域外に配置されている。

各永久磁石２２は、Ｎ極及びＳ極（一対の磁極）を有している。これにより、永久磁石２２は、可動鉄心２０を前進位置に保持する保持用磁束を発生している。また、各永久磁石２２は、軸線方向に垂直な方向について、Ｎ極及びＳ極のいずれかのみを基幹部２３に対向させて配置されている。即ち、各永久磁石２２が発生する保持用磁束の方向は、永久磁石２２と基幹部２３との間において、軸線方向に対してほぼ垂直になっている。この例では、各永久磁石２２のＮ極が基幹部２３に対向し、各永久磁石２２のＳ極が渡し鉄心部３０に固定されている。

電磁コイル２１は、基幹部２３と縦鉄心部２９との間を通るように配置されている。この例では、電磁コイル２１は、軸線方向への投影面内において、基幹部２３を囲んでいる。これにより、電磁コイル２１は、通電されると、固定鉄心１９及び可動鉄心２０を通る磁束を発生する。また、電磁コイル２１が発生する磁束の方向は、電磁コイル２１への通電方向の切り替えにより、反転可能になっている。なお、電磁コイル２１の中心軸線は、電磁操作開閉装置１の軸線とほぼ一致している。

図１１は図７の可動鉄心２０を示す正面図、図１２は図１１の可動鉄心２０を示す側面図である。図において、可動鉄心２０は、磁性材料により構成された複数の薄板３６を有している。可動鉄心２０は、各薄板３６が軸線方向に垂直な方向へ積層された積層体である。各薄板３６は、積層方向へ通された複数のボルト３７と、各ボルト３７に螺合されたナット３８とによって締結されることにより、一体となっている。

図１３は図１２の薄板３６を示す正面図であり、図１３（ａ）は積層方向の両端部に配置された薄板を示す正面図、図１３（ｂ）は積層方向の中間部に配置された薄板を示す正面図である。図に示すように、各薄板３６の形状は、可動鉄心２０内に固定用部材２５が嵌め込まれることから、可動鉄心２０の積層方向の両端部と中間部とで互いに異なっている。可動鉄心２０の積層方向の両端部に配置された薄板３６ａの形状は、軸線方向に平行でかつ基幹部２３及び各分岐部２４をいずれも含む平面での可動鉄心２０の断面形状と同一形状となっている。また、可動鉄心２０の積層方向の中間部に配置された薄板３６ｂ及び薄板３６ｃの形状は、薄板３６ａの形状から、固定用部材２５及び駆動軸８が配置される部分を除去した形状とされている。この例では、薄板３６ｂ及び薄板３６ｃが分離して成形されているが、薄板３６ｂ及び薄板３６ｃを一体に成形してもよい。

なお、可動鉄心２０の材料としては、透磁率の高い磁性材料であればよく、例えば鋼材、電磁軟鉄、珪素鋼、フェライト及びパーマロイ等が挙げられる。また、可動鉄心２０は、例えば鉄粉を圧縮して固めた圧粉鉄心としてもよい。

図１４は図７の固定鉄心１９を示す正面図、図１５は図１４の固定鉄心１９を示す側面図である。図において、第１固定鉄心部２６は、磁性材料により構成された複数の薄板３９を有している。第１固定鉄心部２６は、各薄板３９が軸線方向に垂直な方向へ積層された積層体である。各薄板３９の形状は、軸線方向に平行でかつ横鉄心部２８及び縦鉄心部２９をいずれも含む平面での第１固定鉄心部２６の断面形状と同一形状となっている。各薄板３９は、積層方向へ通された複数のボルト４０と、各ボルト４０に螺合されたナット４１とによって締結されることにより、一体となっている。

各渡し鉄心部３０は、直方体に成形された鋼材である。スペーサ３１は、板状に成形された所定の厚さの鋼材である。渡し鉄心部３０及びスペーサ３１は、第１固定鉄心部２６の薄板３９の積層方向について、スペーサ３１及び渡し鉄心部３０の順に第１固定鉄心部２６に重ねられている。

第２固定鉄心部２７は、一方の渡し鉄心部３０、一方のスペーサ３１、各薄板３９、他方のスペーサ３１及び他方の渡し鉄心部３０の順に通された複数のボルト４２と、各ボルト４２に螺合されたナット４３とによって締結されることにより、第１固定鉄心部２６と一体となっている。

なお、固定鉄心１９の材料としては、透磁率の高い磁性材料であればよく、例えば鋼材、電磁軟鉄、珪素鋼、フェライト及びパーマロイ等が挙げられる。また、固定鉄心１９は、例えば鉄粉を圧縮して固めた圧粉鉄心としてもよい。さらに、この例では、複数の薄板３９を積層することにより第１固定鉄心部２６が作製されているが、磁性材料の一体成形により第１固定鉄心部２６を作製してもよいし、複数の分割体を組み合わせることにより第１固定鉄心部２６を作製してもよい。また、この例では、渡し鉄心部３０が磁性材料の一体成形により作製されているが、薄板を積層することにより渡し鉄心部３０を作製してもよいし、複数の分割体を組み合わせることにより渡し鉄心部３０を作製してもよい。

図１６は、図７の可動鉄心２０が永久磁石２２の保持用磁束により前進位置に保持されているときの電磁石装置１０を示す一部破断斜視図である。図において、永久磁石２２が発生する保持用磁束は、第１磁束経路４４あるいは第２磁束経路４５を通っている。第１磁束経路４４は、永久磁石２２から、基幹部２３、第１可動面３４、第１固定面３２、横鉄心部２８、縦鉄心部２９、スペーサ３１及び渡し鉄心部３０の順に通って、永久磁石２２に戻る経路である。第２磁束経路４５は、永久磁石２２から、基幹部２３、分岐部２４、第２可動面３５、第２固定面３３、縦鉄心部２９、スペーサ３１及び渡し鉄心部３０の順に通って、永久磁石２２に戻る経路である。

可動鉄心２０が前進位置にあるときには、第１固定面３２と第１可動面３４との隙間、及び第２固定面３３と第２可動面３５との隙間は、可動鉄心２０が後退位置にあるときよりも狭くなっている。これにより、第１磁束経路４４及び第２磁束経路４５の磁気抵抗が小さくなる。従って、第１固定面３２と第２可動面３４との間の吸引力Ｆ１、及び第２固定面３３と第２可動面３５との間の吸引力Ｆ２が大きくなり、可動鉄心２０は、開放ばね１１の付勢力に逆らって前進位置に保持される。

図１７は、図１６の可動鉄心２０の前進位置での保持を解除するときの電磁石装置１０を示す一部破断斜視図である。図において、可動鉄心２０の前進位置での保持を解除するときには、電磁コイル２１は、通電により、第１固定面３２及び第１可動面３４間において保持用磁束と逆方向となる解除用磁束を発生する。これにより、電磁コイル２１が発生する解除用磁束のほとんどは、永久磁石２２を避けて設けられた第３磁束経路４６を通る。第３磁束経路４６は、第１可動面３４、基幹部２３、分岐部２４、第２可動面３５、第２固定面３３、縦鉄心部２９、横鉄心部２８及び第１固定面３２を通って、第１可動面３４に戻る経路である。

即ち、可動鉄心２０が前進位置にあるときには、第１固定面３２と第１可動面３４との隙間、及び第２固定面３３と第２可動面３５との隙間の合計寸法は、渡し鉄心部３０と基幹部２３との隙間寸法よりも狭くなっている。また、電磁コイル２１が発生する解除用磁束の方向は、永久磁石２２において保持用磁束の方向と逆方向となる。これにより、第１磁束経路４４の磁気抵抗は、第３磁束経路４６の磁気抵抗よりも極めて大きくなる。従って、電磁コイル２１が発生する解除用磁束のほとんどは、第３磁束経路４６を通ることとなる。これにより、解除用磁束が永久磁石２２を通ることが抑制され、永久磁石２２の減磁の進行が抑制される。また、図１８に示すように、第１磁束経路４４には渦電流４７が流れるため、永久磁石２２の減磁の進行がさらに抑制される。

解除用磁束が発生しているときには、第１固定面３２と第１可動面３４との間を通る保持用磁束の方向が解除用磁束と逆方向であるので、吸引力Ｆ１が小さくなる。また、軸線方向への投影面内において、第２固定面３３及び第２可動面３５が重なる部分の面積が第１固定面３２及び第１可動面３４が重なる部分の面積よりも小さいので、第２固定面３３と第２可動面３５との間を通る保持用磁束及び解除用磁束が飽和しやすくなり、吸引力Ｆ２の増加が抑制される。これにより、可動鉄心２０と第１固定鉄心部２６との間の吸引力が全体として低下し、可動鉄心２０は開放ばね９の付勢力により前進位置から後退位置へ変位される。このようにして、可動鉄心２０の前進位置での保持が解除される。

図１９は、図７の可動鉄心２０が後退位置から前進位置へ変位されるときの電磁石装置１０を示す一部破断斜視図である。図において、後退位置から前進位置へ可動鉄心２０を変位させるときには、電磁コイル２１は、通電により、第１固定面３２及び第１可動面３４間において保持用磁束と同じ方向となる閉極用磁束を発生する。閉極用磁束の発生は、解除用磁束を発生するときの通電方向と逆方向へ電磁コイル２１に通電することにより行われる。これにより、電磁コイル２１が発生する閉極用磁束は、第１磁束経路４４及び第３磁束経路４６を通る。

閉極用磁束が発生しているときには、第１固定面３２と第１可動面３４との間を通る保持用磁束の方向が閉極用磁束の方向と同じ方向であるので、吸引力Ｆ１が大きくなる。第２固定面３３と第２可動面３５との間では、閉極用磁束の方向が保持用磁束の方向と逆方向になるが、可動鉄心２０が後退位置にあるときには電磁コイル２１による閉極用磁束が保持用磁束よりもはるかに大きく、可動鉄心２０が前進位置にあるときには吸引力Ｆ１及び吸引力Ｆ２のバランスにより、可動鉄心２０と第１固定鉄心部２６との間の吸引力は全体として大きくなる。これにより、可動鉄心２０が後退位置から前進位置へ開放ばね９の付勢力に逆らって変位される。

図２０は、図７の可動鉄心２０及び第１固定鉄心部２６の磁性材料についての磁束密度Ｂと磁化力Ｈとの関係を示すグラフである。図に示すように、第１固定鉄心部２６及び可動鉄心２０のうち、少なくとも第１固定面３２、第２固定面３３、第１可動面３４及び第２可動面３５のそれぞれが設けられた部分の磁性材料の特性は、永久磁石２２の保持用磁束によって磁束の飽和が始まる範囲Ａ内に設定されている。これにより、可動鉄心２０の前進位置での保持のために、永久磁石２２の保持用磁束を効果的に寄与させることができる。

また、可動鉄心２０の前進位置での保持を解除するときには、第１固定面３２と第１可動面３４との間で磁束密度を低下させる方向へ解除用磁束が発生し、第２固定面３３と第２可動面３５との間で磁束密度を増加させる方向へ解除用磁束が発生する。この場合、可動鉄心２０及び第１固定鉄心部２６の磁性材料が範囲Ａ内に設定されているので、第１固定面３２と第１可動面３４との間の磁束の低下（図２０の矢印Ｘ）が速やかに行われ、かつ第２固定面３３と第２可動面３５との間の磁束の増加（図２０の矢印Ｙ）が抑制される。これにより、可動鉄心２０と第１固定鉄心部２６との間の吸引力を全体として速やかに低下させることができる。即ち、可動鉄心２０の保持の解除のために、電磁コイル２１が発生する解除用磁束を効果的に寄与させることができる。なお、電磁コイル２１が発生する解除用磁束が大きいので、磁性材料のヒステリシスは無視できる。

次に、動作について説明する。可動接点３が固定接点２から離れた開放状態であるときには、可動鉄心２０は開放ばね９の付勢力により後退位置に変位されている。電磁コイル２１への通電により、第１磁束経路４４及び第３磁束経路４６を通る閉極用磁束が発生すると（図１９）、可動鉄心２０が第１固定鉄心部２６に吸引され、開放ばね９の付勢力に逆らって、後退位置から前進位置に向かって変位される。これにより、可動接点３は、固定接点２に向かって変位される。

この後、可動接点３が固定接点２に接すると、可動接点３の変位は停止される。しかし、可動鉄心２０はさらに変位されて前進位置に達する。これにより、接圧ばね１８が縮められ、可動接点３が固定接点２に押し付けられて閉極動作が完了する（図２）。

可動鉄心２０が前進位置に達すると、第１磁束経路４４及び第２磁束経路４５を通る永久磁石２２の保持用磁束によって可動鉄心２０が第１固定鉄心部２６に吸引保持され（図１６）、可動鉄心２０が前進位置に保持される。

可動鉄心２０の前進位置での保持を解除するときには、閉極動作時と逆方向へ電磁コイル２１への通電が行われる。電磁コイル２１への通電が行われると、第３磁束経路４６を通る解除用磁束が発生する（図１７）。これにより、可動鉄心２０と第１固定鉄心部２６との間の吸引力が全体として低下し、開放ばね９及び接圧ばね１８の各付勢力によって、可動鉄心２０の前進位置から後退位置への変位が開始される。このとき、可動接点３は、固定接点２に押し付けられたままとなっている。

この後、可動鉄心２０が後退位置に向かってさらに変位されると、外れ止め板１７がばね枠１６に係合される。この後も、可動鉄心２０が後退位置に向かって変位されることにより、可動接点３は固定接点２から離れる。この後、可動鉄心２０がさらに変位されて後退位置に達する。これにより、開放動作が完了する（図１）。

このような電磁石装置１０では、可動鉄心２０が軸線方向へ変位されるとともに、可動鉄心２０の基幹部２３に設けられた第１可動面３４と、固定鉄心９に設けられた第１固定面３２とが軸線方向について対向し、可動鉄心２０の分岐部２４に設けられた第２可動面３５と、固定鉄心９に設けられた第２固定面３３とが軸線方向について対向しており、固定鉄心１９に設けられた永久磁石２２のＮ極及びＳ極のいずれかのみが、軸線方向に垂直な方向について、基幹部２３と対向しているので、可動鉄心２０の前進位置での保持を解除するときに、永久磁石２２を避けて解除用磁束を発生させることができる。これにより、永久磁石２２の減磁の進行を抑制することができる。また、永久磁石２２と可動鉄心２０との間の寸法は、可動鉄心２０の軸線方向への変位によって大きく変化することがない。即ち、可動鉄心２０の摩耗等によって可動鉄心２０の前進位置や後退位置がずれた場合であっても、永久磁石２２と可動鉄心２０との間の隙間寸法は変わらない。このことから、可動鉄心２０の摩耗等を考慮することなく、永久磁石２２と可動鉄心２０との間の隙間寸法や永久磁石２２の厚さ寸法を小さく設定することができる。従って、電磁石装置１０の小形化を図ることができる。

また、軸線方向の投影面内において、第１固定面３２及び第１可動面３４が互いに重なる部分の面積が、第２固定面３３及び第２可動面３５が互いに重なる部分の面積よりも大きくなっているので、可動鉄心２０の前進位置での保持を解除する解除用磁束を発生させることにより、第１固定面３２と第１可動面３４との吸引力の低下を速やかに行うことができるとともに、第２固定面３３と第２可動面３５との吸引力の増加を抑制することができる。従って、可動鉄心２０の前進位置での保持の解除を早期にかつより確実に行うことができる。

また、固定鉄心１９は、第１固定面３２及び第２固定面３３が設けられた第１固定鉄心部２６と、永久磁石２２が設けられた第２固定鉄心部２７とを有し、第１固定鉄心部２６は、軸線方向に垂直な方向へ複数の薄板３９が積層されて構成され、第２固定鉄心部２７は、各薄板３９の積層方向について第１固定鉄心部２６に重ねられているので、第１固定鉄心部２６と第２固定鉄心部２７との接合部分で渦電流が発生することにより、保持用磁束と逆方向の解除用磁束が永久磁石２２を通ることを抑制することができる。これにより、永久磁石２２の減磁の進行をさらに抑制することができる。

また、このような電磁操作開閉装置１では、駆動装置５が、可動接点３に連結された変位される駆動軸８と、可動接点３が固定接点２から離れる方向へ駆動軸８を付勢する開放ばね９と、開放ばね９の付勢力に逆らって、可動接点３が固定接点２に接する方向へ駆動軸８を変位させる電磁石装置１０とを有しているので、上記の電磁石装置１０と同様の効果を得ることができるとともに、電磁石装置１０において可動鉄心２０の前進位置での保持が解除されたときに、開放ばね９の付勢力により、固定接点２から可動接点３をより確実に切り離すことができる。これにより、電磁操作開閉装置１の動作の信頼性の向上を図ることができる。

なお、可動鉄心２０が前進位置にあるときには、第１固定面３２と第１可動面３４との間に隙間があってもよいし、第１固定面３２と第１可動面３４とが互いに接していてもよい。また、可動鉄心２０が前進位置にあるときには、第２固定面３３と第２可動面３５との間に隙間があってもよいし、第２固定面３３と第２可動面３５とが互いに接していてもよい。

また、上記の例では、永久磁石２２のＮ極が基幹部２３に対向しているが、永久磁石２２のＳ極を基幹部２３に対向させるようにしてもよい。この場合には、解除用磁束及び閉極用磁束を発生するときの電磁コイル２１への通電方向が上記の例と逆方向とされる。このようにしても、上記の例と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、軸線方向への投影面内において、永久磁石２２が可動鉄心２０の領域外に配置されているが、第１可動面３４及び第２可動面３５の各領域外にあれば、永久磁石２２が可動鉄心２０の領域内にあってもよい。従って、各分岐部２４と電磁コイル２１との間の空間に各永久磁石２２を配置してもよい。

実施の形態３．
実施の形態１では、軸線方向の投影面内において、第１固定面３２及び第１可動面３４が互いに重なる部分の面積が、第２固定面３３及び第２可動面３５が互いに重なる部分の面積よりも大きくなっているが、可動鉄心２０が前進位置にあるときに、第１固定面３２と第１可動面３４との間の隙間寸法が、第２固定面３３と第２可動面３５との間の隙間寸法よりも小さくなるようにしてもよい。このようにしても、可動鉄心２０の前進位置での保持を解除するときに、第１固定面３２と第１可動面３４との間の吸引力を速やかに低下させることができるとともに、第２固定面３３と第２可動面３５との間の吸引力の増加を抑制することができる。

実施の形態４．
図２１は、この発明の実施の形態４による電磁石装置の要部を示す断面図である。図において、永久磁石２２は、磁石取付部品５１によって渡し鉄心部３０に固定されている。磁石取付部品５１は、永久磁石２２を覆う押さえ部５１ａと、押さえ部５１ａの両端部に設けられ、渡し鉄心部３０にねじ等により締結された一対の締結部（図示せず）とを有している。磁石取付部品５１は、透磁率の低い低磁性材料（例えばステンレスや黄銅等）により構成されている。

永久磁石２２と基幹部２３との間に低磁性材料（押さえ部５１ａ）が介在していても、永久磁石２２と基幹部２３との間の磁気抵抗はほとんど変わらない。従って、永久磁石２２と基幹部２３との間の隙間寸法ｇ_ＰＭＡは、押さえ部５１ａが永久磁石２２と基幹部２３との間に介在しない場合と同様の寸法とされている。即ち、隙間寸法ｇ_ＰＭＡは、可動鉄心２０が前進位置にあるときの第１固定面３２と第１可動面３４との間の隙間、及び第２固定面３３と第２可動面３５との間の隙間の合計寸法よりも小さく設定されている。押さえ部５１ａの厚さ寸法は、隙間寸法ｇ_ＰＭＡよりも小さくされている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このようにしても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、永久磁石２２を渡し鉄心部３０に容易に取り付けることができる。

実施の形態５．
実施の形態４では、磁石取付部品５１の材料が低磁性材料とされているが、磁石取付部品の材料を磁性材料としてもよい。

即ち、図２２は、この発明の実施の形態５による電磁石装置の要部を示す断面図である。図において、永久磁石２２は、磁石取付部品６１によって渡し鉄心部３０に固定されている。磁石取付部品６１は、永久磁石２２を覆う押さえ部６１ａと、押さえ部６１ａの両端部に設けられ、渡し鉄心部３０にねじ用により締結された一対の締結部（図示せず）とを有している。磁石取付部品６１は、透磁率の高い磁性材料（例えば鋼材、電磁軟鉄、珪素鋼、フェライト及びパーマロイ等）により構成されている。

押さえ部６１ａと基幹部２３との間の隙間寸法ｇ_ＰＭＢは、可動鉄心２０が前進位置にあるときの第１固定面３２と第１可動面３４との間の隙間、及び第２固定面３３と第２可動面３５との間の隙間の合計寸法よりも小さく設定されている。他の構成は実施の形態１と同様である。このようにしても、実施の形態４と同様の効果を得ることができる。

実施の形態６．
図２３は、この発明の実施の形態６による電磁石装置の要部を示す断面図である。図において、可動鉄心２０は、軸線方向の寸法が軸線方向に垂直な寸法よりも大きくされた第１直方体７１と、軸線方向について第１直方体７１に接し、軸線方向に垂直な寸法が軸線方向の寸法がよりも大きくされた第２直方体７２とを有している。軸線方向に垂直な方向について、第２直方体７２の寸法は第１直方体７１の寸法よりも大きくされている。これにより、この例の可動鉄心２０の外形は、実施の形態１の可動鉄心２０の外形と同一とされている。第１直方体７１及び第２直方体７２には、軸線方向へ貫通する貫通穴７３がそれぞれ設けられている。

駆動軸８は、貫通穴７３の内径よりも大きな外径を持つ大径軸部７４と、軸線方向に沿って大径軸部７４に設けられ、貫通穴７３の内径よりも小さな外径を持つ小径軸部７５とを有している。従って、大径軸部７４と小径軸部７５との境界には、段差が設けられている。

小径軸部７５の先端部には、ねじ部７５ａが設けられている。小径軸部７５は、第１直方体７１及び第２直方体７２の順に貫通穴７３を通されている。また、第１直方体７１には、大径軸部７４と小径軸部７５との境界に設けられた段差が係合し、第２直方体７２からは、ねじ部７５ａが突出している。

駆動軸８は、ねじ部７５ａに螺合されたナット７６と大径軸部７４との間で締め付けられることにより、可動鉄心２０に固定されている。第１直方体７１及び第２直方体７２は、ナット７６と大径軸部７４との間で締め付けられることにより、一体化されている。可動鉄心２０及び駆動軸８の各材料は、実施の形態１と同様である。他の構成は実施の形態１と同様である。

このようにすれば、可動鉄心２０を容易に作製することができ、駆動軸８を可動鉄心２０に容易に固定することができる。

実施の形態７．
図２４は、この発明の実施の形態７による電磁石装置の要部を示す正面図である。図２４は、永久磁石２２を可動鉄心２０から見たときの正面図である。また、図２５は、図２４の永久磁石２２を示す側面図である。図において、渡し鉄心部３０は、永久磁石２２が取り付けられた磁石固定部８１と、磁石固定部８１の両側部から延びる一対の磁石支持部８２とを有している。磁石固定部８１の軸線方向（即ち、可動鉄心２０が変位される方向）についての寸法（縦寸法）は、各磁石支持部８２の軸線方向についての寸法（縦寸法）よりも大きくされている。この例では、渡し鉄心部３０の外形は、磁石固定部８１の位置で軸線方向へ突出する凸形になっている。

永久磁石２２は、可動鉄心２０から見たときに、磁石固定部８１に重なっている。また、永久磁石２２の軸線方向についての寸法（縦寸法）は、磁石固定部８１の縦寸法と同一とされている。即ち、永久磁石２２の縦寸法は、磁石支持部８２の縦寸法よりも大きくされている。

渡し鉄心部３０は、複数の薄板８３が積層された積層体である。各薄板８３の積層方向は、永久磁石２２が磁石固定部８１に重なる方向とされている。各薄板８３の形状も凸形になっている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このようにすれば、永久磁石２２の軸線方向についての寸法を大きくすることができる。これにより、可動鉄心２０を前進位置に保持するための吸引力を大きくすることができ、可動鉄心２０を前進位置により確実に保持することができる。

なお、上記の例では、渡し鉄心部３０の外形が凸形とされているが、磁石支持部８２の縦寸法を磁石固定部８１の縦寸法と同一にして、渡し鉄心部３０の外形を長方形にしてもよい。

実施の形態８．
実施の形態１では、絶縁ロッド１４が接圧装置１５よりも可動接点３に近い位置に設けられているが、絶縁ロッド１４及び接圧装置１５の位置を入れ替えて、接圧装置１５を絶縁ロッド１４よりも可動接点３に近い位置に設けてもよい。

即ち、図２６は、この発明の実施の形態８による電磁操作開閉装置を示す縦断面図である。図において、絶縁ロッド１４は、可動棒１３と駆動軸８との間に接続されている。可動棒１３の中間部には、接圧装置１５が設けられている。

可動棒１３は、可動接点３に設けられた部分と、絶縁ロッド１４に設けられた部分とに分離されている。接圧装置１５のばね枠１６は、可動棒１３の可動接点３に設けられた部分に固定されている。接圧装置１５の外れ止め板１７は、可動棒１３の絶縁ロッド１４に設けられた部分に固定されている。接圧ばね１８は、ばね枠１６と外れ止め板１７との間に接続されている。他の構成は実施の形態１と同様である。このようにしても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態９．
実施の形態１では、開放ばね９が電磁石装置１０と連結装置６との間に設けられているが、これに限定されない。

図２７は、この発明の実施の形態９による電磁操作開閉装置を示す縦断面図である。図において、駆動軸８は、可動接点３に近づく方向へ可動鉄心２０から突出する接点側駆動軸９１と、可動接点３から離れる方向へ可動鉄心２０から突出する反接点側駆動軸９２とを有している。接点側駆動軸９１及び反接点側駆動軸９２は、可動鉄心２０内に嵌め込まれた固定用部材２５に螺合されることにより、可動鉄心２０にそれぞれ固定されている。接点側駆動軸９１及び反接点側駆動軸９２は、同軸上に配置されている。接点側駆動軸９１は、連結装置６を介して可動接点３に連結されている。反接点側駆動軸９２には、開放ばね受け１１が固定されている。

固定鉄心１９には、反接点側駆動軸９２が軸線方向へ変位可能に貫通する受け部材９３が固定されている。開放ばね受け１１と受け部材９３との間には、開放ばね９が縮めて設けられている。これにより、開放ばね９は、可動鉄心２０が前進位置から後退位置へ変位される方向へ反接点側駆動軸９２を付勢している。なお、固定鉄心１９は、図示しない支持部材に固定されている。他の構成は実施の形態１と同様である。このようにしても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

この発明の実施の形態１による電磁操作開閉装置を示す縦断面図である。図１の電磁操作開閉装置の接点が閉じている状態を示す縦断面図である。図１の電磁石装置を示す断面図である。図３のIV-IV線に沿った断面図である。図２の電磁石装置を示す断面図である。図５のVI-VI線に沿った断面図である。図３の電磁石装置を示す斜視図である。図７の電磁石装置を示す正面図である。図７の電磁石装置を示す側面図である。図７の電磁石装置を示す上面図である。図７の可動鉄心を示す正面図である。図１１の可動鉄心を示す側面図である。図１２の薄板を示す正面図であり、図１３（ａ）は積層方向の両端部に配置された薄板を示す正面図、図１３（ｂ）は積層方向の中間部に配置された薄板を示す正面図である。図７の固定鉄心を示す正面図である。図１４の固定鉄心を示す側面図である。図７の可動鉄心が永久磁石の保持用磁束により前進位置に保持されているときの電磁石装置を示す一部破断斜視図である。図１６の可動鉄心の前進位置での保持を解除するときの電磁石装置を示す一部破断斜視図である。図７の固定鉄心に渦電流が発生しているときの状態を示す斜視図である。図７の可動鉄心が後退位置から前進位置へ変位されるときの電磁石装置を示す一部破断斜視図である。図７の可動鉄心及び第１固定鉄心部の磁性材料についての磁束密度Ｂと磁化力Ｈとの関係を示すグラフである。この発明の実施の形態４による電磁石装置の要部を示す断面図である。この発明の実施の形態５による電磁石装置の要部を示す断面図である。この発明の実施の形態６による電磁石装置の要部を示す断面図である。この発明の実施の形態７による電磁石装置の要部を示す正面図である。図２４の永久磁石を示す側面図である。この発明の実施の形態８による電磁操作開閉装置を示す縦断面図である。この発明の実施の形態９による電磁操作開閉装置を示す縦断面図である。

符号の説明

１電磁操作開閉装置、２固定接点、３可動接点、５駆動装置、８駆動軸、９開放ばね（付勢体）、１０電磁石装置、１９固定鉄心、２０
可動鉄心、２１電磁コイル、２２永久磁石、２３基幹部、２４分岐部、３２第１固定面、３３第２固定面、３４第１可動面、３５第２可動面。

Claims

軸線方向へ投影したときに互いに離れた位置になるように第１固定面及び第２固定面が設けられた第１固定鉄心部と、上記第１固定鉄心部に設けられた第２固定鉄心部とを有する固定鉄心、
上記軸線方向について上記第１固定面に対向する第１可動面が設けられた基幹部と、上記基幹部に設けられ、上記軸線方向について上記第２固定面に対向する第２可動面が設けられた分岐部とを有し、上記固定鉄心から離れた後退位置と、上記後退位置よりも上記固定鉄心に近い前進位置との間で上記軸線方向へ変位可能な可動鉄心、
一対の磁極を有し、上記第２固定鉄心部に設けられ、かつ上記軸線方向に垂直な方向について上記一対の磁極のいずれかのみが上記可動鉄心に対向するとともに上記軸線方向への投影面内において上記第１可動面及び上記第２可動面の各領域外に配置されている永久磁石、及び
上記第１固定鉄心部に設けられた電磁コイル
を備え、
上記永久磁石は、上記軸線方向に垂直な方向について上記第２固定鉄心部と上記可動鉄心との間に配置され、上記可動鉄心を上記前進位置に保持する保持用磁束を発生し、
上記電磁コイルは、上記第１可動面及び上記第１固定面間において上記保持用磁束と逆方向となる磁束を発生することにより、上記前進位置での上記可動鉄心の保持を解除させ、上記第１可動面及び上記第１固定面間において上記保持用磁束と同じ方向となる磁束を発生することにより、上記後退位置から上記前進位置へ上記可動鉄心を変位させることを特徴とする電磁石装置。
上記軸線方向の投影面内において、上記第１固定面及び上記第１可動面が互いに重なる部分の面積は、上記第２固定面及び上記第２可動面が互いに重なる部分の面積よりも大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の電磁石装置。
上記可動鉄心が上記前進位置にあるときに、上記第１固定面と上記第１可動面との間の隙間は、上記第２固定面と上記第２可動面との間の隙間よりも狭くなっていることを特徴とする請求項１に記載の電磁石装置。
上記第１固定鉄心部は、上記可動鉄心の変位方向に垂直な方向へ複数の板が積層されて構成され、
上記第２固定鉄心部は、各上記板の積層方向について上記第１固定鉄心部に重ねられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電磁石装置。
固定接点、
上記固定接点に接離可能な可動接点、及び
上記可動接点に連結された駆動軸と、上記可動接点が上記固定接点から離れる方向へ上記駆動軸を付勢する付勢体と、上記付勢体の付勢力に逆らって、上記可動接点が上記固定接点に接する方向へ上記駆動軸を変位させる電磁石装置とを有し、上記固定接点に接離する軸線方向へ上記可動接点を変位させる駆動装置
を備え、
上記電磁石装置は、
上記軸線方向へ投影したときに互いに離れた位置になるように第１固定面及び第２固定面が設けられた第１固定鉄心部と上記第１固定鉄心部に設けられた第２固定鉄心部とを有する固定鉄心と、
上記軸線方向について上記第１固定面に対向する第１可動面が設けられた基幹部と、上記基幹部に設けられ、上記軸線方向について上記第２固定面に対向する第２可動面が設けられた分岐部とを含み、上記駆動軸とともに変位可能な可動鉄心と、
一対の磁極を有し、上記第２固定鉄心部に設けられ、かつ上記軸線方向に垂直な方向について上記一対の磁極のいずれかのみが上記可動鉄心に対向するとともに上記軸線方向への投影面内において上記第１可動面及び上記第２可動面の各領域外に配置されている永久磁石と、
上記第１固定鉄心部に設けられた電磁コイルと
を有し、
上記可動接点は、上記可動鉄心が上記固定鉄心から離れた後退位置へ変位されることにより上記固定接点から離れ、上記可動鉄心が上記後退位置よりも上記固定鉄心に近い前進位置へ変位されることにより上記固定接点に接するようになっており、
上記永久磁石は、上記軸線方向に垂直な方向について上記第２固定鉄心部と上記可動鉄心との間に配置され、上記可動鉄心を上記前進位置に保持する保持用磁束を発生し、
上記電磁コイルは、上記第１可動面及び上記第１固定面間において上記保持用磁束と逆方向となる磁束を発生することにより、上記前進位置での上記可動鉄心の保持を解除させ、上記第１可動面及び上記第１固定面間において上記保持用磁束と同じ方向となる磁束を発生することにより、上記後退位置から上記前進位置へ上記可動鉄心を変位させることを特徴とする電磁操作開閉装置。