JP5088348B2 - 電磁石装置及び電磁接触器 - Google Patents

Description

本発明は、電磁接触器などに搭載される電磁石装置、及び、電磁石装置を備えた電磁接触器に関する。特には、シェーディングコイルを備えた鉄心を有する電磁石装置等に関する。

まず、シェーディングコイルを備えた鉄心を有する電磁石装置の一例を説明する。
図５は、電磁石装置の一例を模式的に示す図であり、図５（Ａ）は可動鉄心の駆動方向及び各鉄心脚部の配列方向とそれぞれ直交する方向から見た正面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ部を拡大した図である。
図５（Ａ）に示すように、電磁石装置１０１は、固定鉄心１１０、可動鉄心１２０、操作コイル１３０及びシェーディングコイル１４０等から構成される。固定鉄心１１０及び可動鉄心１２０は、略Ｅ字型の珪素鋼板を積層してリベット１１９で固定したＥ型鉄心であり、各々中央脚１１１、１２１と、この中央脚１１１、１２１を挟んで配置された１対の外側脚１１２、１２２とを有する。固定鉄心１１０と可動鉄心１２０とは、両端の外側脚１１２、１２２の磁極面１１２ａ、１２２ａが向かい合うように配置されて、当接及び離間するように支持されている。なお、外側脚１１２、１２２の磁極面１１２ａ、１２２ａが当接した際に、中央脚１１１、１２１の端面１１１ａ、１２１ａ間には空隙が開く。これは、操作コイル１３０への電流供給を切った場合に残留磁束で可動鉄心１２０が吸着されたまま復帰不能となるのを回避するためである。操作コイル１３０は、固定鉄心１１０の中央脚１１１の周囲に捲き回されている。操作コイル１３０への通電をオンオフすることによって、可動鉄心１２０は固定鉄心１１０に対して当接又は離間する。

シェーディングコイル１４０は、固定鉄心１１０の各外側脚１１２の磁極面１１２ａ付近に取り付けられている。シェーディングコイル１４０は、単相交流電磁石において交番磁束の変化による電磁吸引力の変動、騒音及び振動を抑制するものである。シェーディングコイル１４０は、例えばアルミニウム合金製の金属板を略方形状に打ち抜いて一体成型したものである。

図５（Ｂ）に示すように、固定鉄心１１０の各外側脚１１２の磁極面１１２ａには、固定鉄心１１０の厚さ方向（図５において紙面と直交する方向）に延びる並行な切り込み溝１１５、１１７が形成されている。シェーディングコイル１４０はこれらの切り込み溝１１５、１１７に挿入されて、圧入又は潰し加工（加締加工）によって固定鉄心１１０に締結されている。

ところで、電磁石において、電磁吸引力（Ｆ）と磁極面積（Ｓ）との関係は以下の式１で示される。
Ｆ＝Ｂ^２Ｓ ・・・（式１）
ここで、Ｂは磁束密度を表す。
磁束密度が一定として、必要な電磁吸引力を確保するには、内側の切り込み溝１１５の中央脚１１１の側の磁極面１１２ａ−１の面積Ｓ１と、切り込み溝１１５、１１７間の磁極面１１２ａ−２の面積Ｓ２とを加えた磁極面積が必要である。つまり、外側の切り込み溝１１７の外側の面１１２ｂは、電磁吸引力を発生させるために必要な磁極面としては機能せず、シェーディングコイル１４０の配設及び固定のためのみのものである。そして、このような構成とするために、各外側脚１１２の外側面には、外方向に突き出た突出部１１３が形成されている。このような突出部１１３を設けることにより、固定鉄心１１０が大型化している。

このような電磁石装置１０１において、必要な電磁吸引力を得るためには、磁極面積Ｓ１＋Ｓ２を確保する必要がある。さらに、鉄損の観点から磁気回路内においてどの断面でも等磁束密度となるように磁路の断面積を一様にする必要がある。その上で、例えば、鉄心の幅寸法に制約がある場合など、外形寸法に制約がある場合には、鉄心を構成する鋼板の積層枚数を増加させることが必要になる。この場合、電磁石が鉄心の厚さ方向大型化するとともに、材料の使用量も多くなってしまう。

ところで、前述のような、外側の切り込み溝１１７の外側に面１１２ｂが設けられていない電磁石も開示されている（例えば、特許文献１参照）。この電磁石は、各外側脚の磁極面に一列の切り込み溝を設けるとともに、外側の縁に段部を設けている。そして、シェーディングコイルをこれらの切り込み溝と段部に挿入して、コイルを外側脚に溶融固着するものである。ただし、この例では、棒状の材料を、切り込み溝と段部に環状に巻き込んで装着してシェーディングコイルとしている。この電磁石は、外側脚に突出部を設けていないことから、鉄心の大型化は避けることができるが、シェーディングコイルの装着や溶融固着に時間を要し、生産性が悪いという問題がある。また、棒状の材料の両端をつなぎ合わせた部分の電気抵抗が大きくなり、シェーディングコイルとしての機能を損なう場合がある。

特開平５７−１９９２０８号公報

また、この特許文献１の方法と同様の、磁極面に切り込み溝と段部を設けたタイプにおいて、略長円状に打ち抜き加工したシェーディングコイルを切り込み溝と段部に挿入し、磁極面の切り込み溝に挿入されたコイルのみを加締めて固定する場合もある。この場合は、シェーディングコイルが電磁石装置の駆動による繰り返し振動によって脱落するおそれがあり、所望の耐久性が得られないという問題がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、生産性に優れかつ鉄心を小型化でき、さらに耐久性が良好な電磁石装置及びそのような電磁石装置を備えた電磁接触器を提供することを目的とする。

本発明の電磁石装置は、鋼板を積層して構成され、先端に磁極面が形成された複数の脚部を有する略Ｅ字型形状の鉄心と、金属板を打ち抜いて略長円状に一体成型されたシェーディングコイルとを有する。鉄心の脚部には、磁極面を凹ませて形成した第１の溝部と、脚部の側面部を凹ませて形成されかつ前記第１の溝部と略平行に延びた第２の溝部とが形成されている。シェーディングコイルは、前記第１の溝部内に少なくとも一部が収容される第１の直線部と、前記第２の溝部内に少なくとも一部が収容される第２の直線部とを有する。本発明の電磁石装置は、前記シェーディングコイルの前記第１の直線部及び前記第２の直線部が、それぞれ前記鉄心の前記第１の溝部及び前記第２の溝部に対して加締加工によって固定され、前記第２の溝部の底面に突出部が形成され、前記突出部が先細かつ先端面が凸曲面又は平面であることを特徴とする。

本発明においては、シェーディングコイルの一方の直線部を鉄心の側面に形成した溝に挿入することにより、シェーディングコイルを支持するために磁気吸引力に不要な凸部等を設ける必要がない。このため、仮に鉄心の外形寸法が同じであれば、磁気吸引力の発生に寄与する磁極面積及び磁路断面積を増大できる。したがって、磁気吸引力・損失に影響を及ぼさずに鉄心の外形寸法を小型化でき、あるいは、鉄心の外形寸法が同等であれば磁気吸引力を増大できる。また、両溝に挿入したコイルを加締加工によって固定するので、シェーディングコイルの鉄心に対する固定強度を向上し、振動や衝撃に対する脱落を防止して耐久性を向上することができる。さらに、打ち抜き加工により形成したシェーディングコイルを使用し、鉄心への固定を加締によって行うので、棒状のコイルを溝に巻き込んだり、線状のコイルを何重にも巻きつけ、溶着等によって接合する必要がない。したがって、比較的簡単な機械的手法によりシェーディングコイルを装着することができ、生産性が向上する。
なお、加締加工とは、２個の物体を接続する際に、一方（あるいは双方）の物体に機械的な圧力を加えて塑性変形させて、両者を圧着させる方法である。
また、本発明においては、第２の溝部の底面に突出部が形成されることによって、シェーディングコイルの第２の直線部を、鉄心の脚部に設けた第２の溝部に加締加工する際、直線部が突出部によってその両側に振り分けられ、突出部の両側の面に沿って塑性変形する。このため、直線部を溝部の隅部まで入り込ませることが容易になる。したがって、シェーディングコイルと鉄心の脚部との十分な締結力を得やすく、電磁石装置の耐久性をより向上できる。
また、本発明においては、突出部が先細かつ先端面が凸曲面又は平面であることによって、加締加工時に突出部からシェーディングコイルの第２の直線部に応力が集中してシェーディングコイルが割れることを防止できる。

さらに、前記突出部が、前記第２の溝部底面の幅方向ほぼ中央に、該溝部と平行に延びて形成されていることが好ましい。
この場合、加締加工時に、突出部がシェーディングコイルの第２の直線部の厚さ方向中心に当たるので、第２の直線部を、厚さ方向において均等に第２の溝部の隅部まで入り込ませやすくなる。

本発明の電磁接触器は、前記に記載の電磁石装置と、該電磁石装置によって開閉駆動される少なくとも一つの接点と、を備えることを特徴とする。

本発明の電磁接触器によれば、電磁石装置の鉄心を小型化できるため、電磁接触器をコンパクト化することができ、また、耐久性を向上することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、生産性に優れかつ鉄心を小型化でき、さらに耐久性が良好な電磁石装置及びそのような電磁石装置を備えた電磁接触器を提供することができる。

本発明の参考例に係る電磁石装置の構造を模式的に示す図であり、図１（Ａ）は可動鉄心の駆動方向及び脚部の配列方向とそれぞれ直交する方向から見た正面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ部を拡大して示す図である。 図１の電磁石装置の固定鉄心を示す斜視図である。 シェーディングコイルを磁極に取り付ける方法を説明する図である。 本発明の参考例に係る電磁接触器の構造を説明する正面図である。 電磁石装置の一例を模式的に示す図であり、図５（Ａ）は可動鉄心の駆動方向及び脚部の配列方向を含む平面で切って見た断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ部を拡大した図である。 本発明の実施の形態に係る電磁石装置に設けられた固定鉄心の一方の側脚部を駆動方向と直交する方向から見た正面図である。

以下、本発明の参考例及び実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜参考例＞
図１は、本発明の参考例に係る電磁石装置の構造を模式的に示す図であり、図１（Ａ）は可動鉄心の駆動方向及び脚部の配列方向とそれぞれ直交する方向から見た正面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ部を拡大して示す図である。
図２は、図１の電磁石装置の固定鉄心を示す斜視図である。
図１に示す電磁石装置１は、図５に示した電磁石装置と同様に、固定鉄心１０、可動鉄心２０、操作コイル３０及びシェーディングコイル４０から構成される。固定鉄心１０及び可動鉄心２０は、略Ｅ字型の珪素鋼板を積層してリベット１９で固定したＥ型鉄心であり、各々中央脚１１、２１と、この中央脚１１、２１を挟んで配置された外側脚１２、２２とを有する。固定鉄心１０と可動鉄心２０とは、固定鉄心１０の外側脚１２の磁極面１２ａと、可動鉄心２０の外側脚２２の磁極面２２ａとが向かい合うように配置されて、これらが当接又は離間するように相対移動可能に支持されている。操作コイル３０は、固定鉄心１０の中央脚１１の周囲に捲き回されている。操作コイル３０への通電によって、可動鉄心２０は固定鉄心１０に対して当接又は離間する。

図１（Ｂ）に示すように、各外側脚１２の磁極面１２ａの、やや中央脚１１の側の位置には、同面をほぼ垂直に凹ませた第１の溝部１５が形成されている。第１の溝部１５は、鉄心１０の厚さ方向（図１において、紙面と直交する方向）に直線上に延びている。第１の溝部１５をその長手方向から見た溝断面形状は、ほぼ矩形状に形成されている。第１の溝部１５の両側壁の深さ方向における中央付近には、後述する加締加工により塑性変形したシェーディングコイル４０の一部が入り込む溝部１５ａが形成されている。この溝部１５ａも、溝部１５と平行して鉄心１０の厚さ方向に延びている。また、各外側脚１２の外側面１２ｂの上端からやや下方の位置には、同面をほぼ水平に凹ませた第２の溝部１７が形成されている。第２の溝部１７は、鉄心１０の厚さ方向に直線上に延びている。第１の溝部１５と第２の溝部１７は略平行である。また、第１の溝部１５の底面の高さと、第２の溝部１７の下面の高さとはほぼ等しい。
なお、本発明の固定鉄心１０は、各外側脚１２の外側面１２ｂに、図５で説明した電磁石装置１０１の固定鉄心１１０に設けられた突出部１１３が設けられていない。本参考例においては、外側脚１２の外側面１２ｂは、第２の溝部１７以外は実質的に平坦に形成されている。

また、図２に示すように、固定鉄心１０には、厚さ方向に貫通する貫通孔１０ａが形成されている。貫通穴１０ａは、中央脚１１の反可動鉄心側の端部に配置されている。この貫通孔１０ａには、支持板９１が挿入されている。支持板９１の貫通孔１０ａから突き出た先端にはゴム等の弾性部材からなる弾性体９２が装着されている。また、固定鉄心１０が収容されるフレーム（図示されず）の底面上には、クッションシート９５が敷設されている。これらの弾性体９２やクッションシート９５により、固定鉄心１０は、フレームに対していわゆるフローティング状態で弾性支持されている。

シェーディングコイル４０は、例えばアルミニウム系合等の金属板を略長円状に打ち抜いて一体成型して作製される。シェーディングコイル４０は、図２に示すように、略平行な第１の直線部４０ａ、第２の直線部４０ｂと、対向する半円周状部４０ｃ、４０ｄとを有する。

次に、このシェーディングコイル４０を固定鉄心１０の各外側脚１２に取り付ける方法の一例を説明する。
図３は、シェーディングコイルを磁極に取り付ける方法を説明する図である。
なお、図３（Ａ）に示すように、第１の溝部１５は、幅Ｗ１が、シェーディングコイル４０の直線部４０ａ、４０ｂの幅Ｗと、挿入を可能とするために設けられるクリアランスを除けば実質的に同等となるように形成されている。また、第１の溝部１５の深さＤ１が、直線部４０ａ、４０ｂの厚さＴよりも深くなるように形成されている。また、第２の溝部１７は、幅Ｗ２が、直線部４０ａ、４０ｂの厚さＴとほぼ同様で、奥に行くほど幅が広がるように形成されている。さらに、第２の溝部１７の深さＤ２が、直線部４０ａ、４０ｂの幅Ｗよりも小さくなるように形成されている。
まず、図３（Ｂ）に示すように、シェーディングコイル４０の第１の直線部４０ａを第１の溝部１５に挿入し、第２の直線部４０ｂを第２の溝部１７の側方に位置させる。次に、第１の直線部４０ａを上方から加締工具Ｔ１で圧縮し、第２の直線部４０ｂを側方から第２の溝部１７に向けて加締工具Ｔ２で圧縮する。

すると、図３（Ｃ）に示すように、第１の直線部４０ａは、上面が加締工具Ｔ１によって凹むとともに、側面が第１の溝部１５の側壁の両溝部１５ａに入り込むように塑性変形する。これにより、シェーディングコイル４０の抜けを防止できる。また、第２の直線部４０ｂは第２の溝部１７に入り込み、側面が加締工具Ｔ２によって凹むとともに、内側の端部が上下方向（図の上方向及び下方向）へ塑性変形して、第２の溝部１７の幅が広がった隅部に入り込む。なお、第２の直線部４０ｂが側方へ入り込んだ分だけ、シェーディングコイル４０の半円周部４０ｃ、４０ｄは、外側脚１２からやや外方向（鉄心の厚さ方向）へ延び出すように変形する。

以上説明したように、本発明の電磁石装置１の固定鉄心１０は、外側脚１２に、磁気吸引力に関与しない部分（図５の面１１２ｂ）を設ける必要がないので、仮に必要な磁気吸引力が同等であるとすれば、突起を設けてシェーディングコイルを固定する従来技術に対して、固定鉄心１０を小型化することができる。また、両溝１５、１７に挿入したシェーディングコイル４０を加締加工によって固定しているので、シェーディングコイル４０を比較的簡単な手段で、鉄心１０に強固に装着することができるため、生産性及び耐久性に優れている。

次に、このような電磁石装置を備えた電磁接触器について説明する。
図４は、本発明の参考例に係る電磁接触器の構造を説明する正面図である。
電磁接触器５０は、図４に示すように、上下２つ割りのケースである下部フレーム６０と上部フレーム７０を有する。これらの内部に、電磁石装置１や接触子装置８０等が備えられている。

電磁石装置１は、図１等で説明したもので、固定鉄心１０、可動鉄心２０、操作コイル３０及びシェーディングコイル４０から構成される。固定鉄心１０は、下部フレーム６０内にフローティング状態で収納されている。固定鉄心１０には、厚さ方向に貫通する貫通孔が形成されており、同貫通孔に支持板９１が挿入されている。支持板９１の貫通孔から突き出た両端部には、ゴム等の弾性部材からなる弾性体９２が装着されている。支持板９１は、この弾性体９２によって下部フレーム６０に固定されており、固定鉄心１０は下部フレーム６０に対してフローティング状態で支持されている。

可動鉄心２０は、上部フレーム７０内に、固定鉄心１０に当接及び離間するように対向して収容されている。可動鉄心２０と操作コイル３０との間には、復帰バネ９３が介装されている。

接触子装置８０は、可動接触子８１と固定接触子８２とを有し、相互に当接、離間することによって回路の接続、遮断を切り換える電気接点である。可動接触子８１は、可動接点支え８３に保持されている。可動接点支え８３は、可動鉄心２０の背面部（上面部）に、連結板（図示されず）に支持されて、上部フレーム７０内をスライド可能となっている。同可動接点支え８３は、接触バネ（図示されず）により保持されている。
一方、固定接触子８２は、上部フレーム７０の、可動接触子８１と対向する部分に固定されている。

操作コイル３０が励磁されると、固定鉄心１０と可動鉄心２０は互いに吸引し合い可動鉄心２０が移動して固定鉄心１０に吸着する。これにより、可動鉄心２０に支持されている可動接点支え８３が、上部フレーム７０に対して移動するので、可動接触子８１が固定接触子８２に接触する。操作コイル３０の励磁を解くと、可動鉄心２０は復帰バネ９３により付勢されて固定鉄心１０から離れる。これにより、可動接触子８１が固定接触子８２から離れる。

以上説明した参考例の電磁接触器によれば、上述したように鉄心の小型化、生産性の向上、耐久性の向上が可能となることから、電磁接触器のコンパクト化、生産性の向上、耐久性の向上を図ることができる。

＜実施の形態＞
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態に係る電磁石装置を説明する。
この電磁石装置は、図１で説明した電磁石装置１とほぼ同様の構成を有するが、固定鉄心の外脚部１２に設けた第２の溝部１７の形状が異なる。以下、この第２の溝部１７の形状を主に説明する。図６において、図１の電磁石装置と実質的に同じ構造・作用を有する部品・部位は図１と同じ符号を付し、説明を省略する。

第２の溝部１７の底面には、突出部１７ｂが形成されている。突出部１７ｂは、底面の幅方向中央部（図６の上下方向中央部）に、溝部１７と平行に延びて形成されている。突出部１７ｂは先細の断面形状であり、湾曲した凸曲面の先端面と、第２の溝部１７の底面から先端面に延びるなだらかな斜面の両側面とを有する。また、突出部１７ｂの高さは、第２の溝部１７の深さより低い。溝部１７内の、突出部１７ｂの上下には、溝部１７ａが形成される。

シェーディングコイル４０の第２の直線部４０ｂを、外脚部１２の第２の溝部１７に加締加工する際（図３（Ｂ）参照）は、加締工具の押圧面の中心を、突出部１７ｂの中心に対して押圧方向においてほぼ正対させる。そして、加締工具で、第２の直線部４０ｂを第２の溝部１７に対して押圧し加締める。前述のように、第２の溝部１７は、奥に行くほど幅が広がるように形成されているので、加締加工時に第２の直線部４０ｂが第２の溝部１７の隅部まで入り込み難い場合がある。そこで、第２の溝部１７の底面に突出部１７ｂを設けると、直線部４０ｂは突出部１７ｂによって上下に振り分けられ、突出部１７ｂの両側の面に沿って、図６の矢印で示すように突出部１７ｂの上方向及び下方向の溝部１７ａに入り込むように塑性変形する。この際、突出部１７ｂは、溝部１７の底面の幅方向の中央に形成されているので、第２の直線部４０ｂは上下方向に均等に塑性変形する。また、突出部１７ｂの先端面が湾曲した凸曲面であるため、加締加工時に突出部１７ｂの先端面から第２の直線部４０ｂに応力が集中して直線部４０ｂが割れるおそれがない。

この結果、直線部４０ｂを溝部１７の隅部まで入り込ませ、食い込ませることが容易になり、シェーディングコイル４０と外脚部１２との十分な締結力を得やすい。したがって、電磁接触器の開閉時の振動などによるシェーディングコイル４０の脱落や折損をより確実に防止できる。

突出部１７ｂが高すぎた場合、加締加工時にシェーディングコイル４０の第２の直線部４０ｂが割れるおそれがある。反対に低すぎると、第２の直線部４０ｂが第２の溝部１７の隅部までうまく入り込まないことが懸念される。このため、突出部１７ｂの高さは、シェーディングコイルの材料特性や寸法などを考慮して適宜に決定する。

（他の実施の形態）
なお、本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、電磁石装置と電磁接触器の構造や各構成部品の形状、材質等は、上述した実施形態のものに限定されず、適宜変更することができる。
また、突出部１７ｂの断面形状を、平面の先端面と、第２の溝部１７の底面から先端面に延びる直線状斜面の両側面とを有する、先細の台形形状とすることもできる。

１ 電磁石装置 １０ 固定鉄心
１１ 中央脚 １２ 外側脚
１２ａ 磁極面 １２ｂ 外側面
１５ 第１の溝部 １５ａ 溝部
１７ 第２の溝部 １７ａ 溝部
１７ｂ 突出部 １９ リベット
２０ 可動鉄心 ２１ 中央脚
２２ 外側脚 ２２ａ 磁極面
３０ 操作コイル
４０ シェーディングコイル ４０ａ、４０ｂ 直線部
４０ｃ、４０ｄ 半円周状部
５０ 電磁接触器 ６０ 下部フレーム
７０ 上部フレーム ８０ 接触子装置
８１ 可動接触子 ８２ 固定接触子
８３ 可動接点支え ９１ 支持板
９２ 弾性体 ９３ 復帰バネ
９５ クッションシート

Claims (3)

1. 鋼板を積層して構成され、先端に磁極面が形成された複数の脚部を有する略Ｅ字型形状の鉄心を備えた電磁石装置であって、
   前記鉄心の前記脚部には、磁極面を凹ませて形成した第１の溝部と、前記脚部の側面部を凹ませて形成されかつ前記第１の溝部と略平行に延びた第２の溝部とが形成され、
   金属板を打ち抜いて略長円状に一体成型されるとともに、前記第１の溝部内に少なくとも一部が収容される第１の直線部と、前記第２の溝部内に少なくとも一部が収容される第２の直線部とを有するシェーディングコイルを備え、
   前記シェーディングコイルの前記第１の直線部及び前記第２の直線部は、それぞれ前記鉄心の前記第１の溝部及び前記第２の溝部に対して加締加工によって固定され、
   前記第２の溝部の底面に突出部が形成され、
   前記突出部が先細かつ先端面が凸曲面又は平面であること
   を特徴とする電磁石装置。
2. 前記突出部が、前記第２の溝部底面の幅方向ほぼ中央に、該溝部と平行に延びて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁石装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電磁石装置と、
   該電磁石装置によって開閉駆動される少なくとも一つの接点と、
   を備えることを特徴とする電磁接触器。
   

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