JP5124048B2 - Release-type electromagnet device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば回路遮断器の引外し装置として用いられる釈放型電磁石装置に関する。 The present invention relates to a release-type electromagnet device used as a tripping device for a circuit breaker, for example.
釈放形電磁石装置は、プランジャ、ヨーク、永久磁石、釈放コイルおよび釈放バネ等から構成され、常時、プランジャは釈放バネに打ち勝つ永久磁石の磁力によって固定鉄心あるいはU字形ヨークに吸引保持されているタイプのものである。引外し操作時は永久磁石の磁力を弱めるような極性で釈放コイルにトリップ電流が通電され、吸引力が釈放バネの付勢力よりも小さくなると、釈放バネの力によってプランジャはU字形ヨークより開離して回路遮断器の引き外し動作を行う。 The release-type electromagnet device is composed of a plunger, a yoke, a permanent magnet, a release coil, a release spring, and the like. Is. During tripping operation, if the trip current is applied to the release coil with a polarity that weakens the magnetic force of the permanent magnet, and the attractive force is smaller than the biasing force of the release spring, the plunger is separated from the U-shaped yoke by the force of the release spring. The circuit breaker is tripped.
上記のように回路遮断器に用いられる釈放形電磁石装置は、該遮断器にトリップ指令を送るためのキーパーツであるが、従来の釈放形電磁石装置においては、例えば特許文献1に示すように、固定鉄心がなく、プランジャは釈放コイルおよび/あるいはリング状永久磁石を貫通し、コイル端部に配置されるU字形ヨークあるいはポールピースに直接吸着するように配置されるものが知られている。
As described above, the release type electromagnet device used for the circuit breaker is a key part for sending a trip command to the circuit breaker. However, in the conventional release type electromagnet device, for example, as shown in
ところがこの装置では、プランジャが長尺となりそのボリュームが大きくなるので、それに対応した電磁力で駆動する必要があり動作効率を低下させる原因となっていた。またプランジャとU字形ヨークあるいはポールピースとの吸着面が、釈放コイルへの通電により発生する磁束密度が最も高い釈放コイル中央部とは遠く離れた位置にあり、その分大きい釈放電流が必要となって動作効率が悪いものとなっていた。 However, in this apparatus, since the plunger becomes long and its volume increases, it is necessary to drive with an electromagnetic force corresponding to the plunger, resulting in a decrease in operating efficiency. Also, the attracting surface between the plunger and the U-shaped yoke or pole piece is located far from the center of the release coil where the magnetic flux density generated by energizing the release coil is the highest, so that a large release current is required. Operation efficiency was poor.
更に特許文献1のものでは、プランジャが工作精度に限界がある成型樹脂で形成されているボビン内を摺動するため、プランジャがボビン内のガタ等により傾斜することで、端部ヨーク貫通穴との接触によるプランジャと端部ヨーク間に発生する摺動摩擦力や磁気吸着力の発生にともなう動作特性の低下という問題があった。
Further, in
プランジャが端部ヨークへ接触する際、プランジャと端部ヨーク間の空隙が短絡されることでプランジャと端部ヨーク間に磁気吸着力が発生し、この状態において上記摺動摩擦力が最も顕著となる。数値解析による結果では、通常1〜2g程度のプランジャ重量に対し、100g相当の磁気吸着力が発生し、端部ヨークとプランジャに発生する抗力をN、端部ヨークの摩擦係数をμとすると摩擦力F=μNの関係となる。これにより、通常の金属接触時の摺動摩擦力に比べて大きな値となり、動作効率の著しい低下の要因となっていた。 When the plunger contacts the end yoke, a magnetic attraction force is generated between the plunger and the end yoke due to a short-circuit between the plunger and the end yoke, and in this state, the above sliding friction force is most prominent. . As a result of numerical analysis, a magnetic attraction force equivalent to 100 g is normally generated for a plunger weight of about 1 to 2 g, and the friction generated when the drag generated at the end yoke and the plunger is N and the friction coefficient of the end yoke is μ. Force F = μN. As a result, the value is larger than the sliding frictional force at the time of normal metal contact, which causes a significant decrease in operating efficiency.
一方、例えば油圧弁のスプールを移動させるソレノイド型電磁石として特許文献2に示すようなものが知られている。このソレノイド型電磁石では、固定鉄心と可動鉄心の周囲に、筒状の非磁性体で形成されたパイプを設け、このパイプ内で可動鉄心を摺動させている。このタイプのものでは、金属製のパイプ内に可動鉄心(プランジャ)を摺動させるので摺動摩擦力は低減するが、同一中空径を有するボビンを使用する場合、パイプ挿入によりそのパイプ厚だけ固定鉄心、可動鉄心の直径を小さくせざるを得ず、その分磁気抵抗が増大し、動作効率が低下する問題があった。
On the other hand, for example, a solenoid type electromagnet that moves a spool of a hydraulic valve is known as shown in
また、特許文献2のものは、固定鉄心と可動鉄心との吸着面がコイルの略中央部に位置しているが、釈放バネに打ち勝つ永久磁石の磁力によって常時プランジャを固定鉄心に吸引保持する釈放形電磁石ではなく、永久磁石がない開放型電磁石である。すなわち固定鉄心と可動鉄心とは常時開放状態にありコイル付勢により両者を吸着させるタイプのものであるため、コイル電流が大きくなって動作効率が悪くなり、使用用途が制約されている。
Moreover, in the thing of
このような釈放形電磁石装置にあっては、永久磁石の保持力のみでプランジャを固定鉄心に吸着し、引外し操作時は永久磁石の磁力を弱めるような極性で釈放コイルにトリップ電流を通電させているため動作効率の高い回路遮断器の引き外し動作を実現できる。しかし、落下等の振動衝撃に対して簡単に誤動作することのないように定常時の吸着力を設定する必要がある。すなわち、大きな衝撃に対しても釈放することなく吸着状態を保持可能にするために吸着力は引き外し方向である釈放バネ力に対し、プランジャ吸着力に余分の荷重マージンを確保する必要がある。この荷重マージンはプランジャ自重の50〜100倍の力を必要とする等の製品仕様(例えば加振耐性50〜100Gでも誤動作しない等)や動作信頼性から来る要求値に依存する。従って、釈放動作電流値はこの荷重マージンに大きく依存し、例えばプランジャ自重を極力低減することが荷重マージンの低減、動作効率の向上に繋がることは言うまでもない。 In such a release-type electromagnet device, the tripping current is applied to the release coil with a polarity that attracts the plunger to the fixed iron core only with the holding force of the permanent magnet and weakens the magnetic force of the permanent magnet during the tripping operation. Therefore, tripping operation of a circuit breaker with high operating efficiency can be realized. However, it is necessary to set the adsorption force in a steady state so that it does not easily malfunction due to vibration impact such as dropping. In other words, in order to be able to maintain the suction state without releasing even a large impact, it is necessary to secure an extra load margin for the plunger suction force with respect to the release spring force which is the release direction of the suction force. This load margin depends on a product specification that requires a force 50 to 100 times that of the plunger's own weight (for example, a malfunction does not occur even with an excitation resistance of 50 to 100 G) and a required value that comes from operational reliability. Accordingly, the release operation current value greatly depends on the load margin, and it goes without saying that, for example, reducing the plunger weight as much as possible leads to the reduction of the load margin and the improvement of the operation efficiency.
更に近年の機器小型化トレンドに呼応して釈放形電磁石装置の小型・高効率化の要求も高まってきており、磁気抵抗の低減化が必要である。したがって磁気抵抗の主要成分である空隙部の縮小が必須であり、端部ヨークとプランジャ間の空隙を可能な限り縮小することで磁気抵抗を低減し、動作効率を向上させることが可能となるが、同空隙を縮小した場合、組立時の製作誤差によりプランジャと端部ヨーク間が一部箇所で密着してしまい、磁気的な吸着力に起因した摩擦力増加により、動作効率が低下するという問題があった。 Further, in response to the recent trend of equipment miniaturization, the demand for smaller size and higher efficiency of the release type electromagnet device is increasing, and it is necessary to reduce the magnetic resistance. Therefore, it is essential to reduce the gap, which is the main component of magnetoresistance, and by reducing the gap between the end yoke and the plunger as much as possible, it is possible to reduce magnetoresistance and improve operating efficiency. When the gap is reduced, the plunger and the end yoke are in close contact with each other due to manufacturing errors during assembly, and the operating efficiency decreases due to increased frictional force due to magnetic attraction. was there.
この発明は、上記した従来装置の技術的課題に鑑みてなされたもので、プランジャ径を小さくすることなくプランジャの短尺化・軽量化を実現し、且つ磁気抵抗増大の伴わないプランジャの摺動摩擦力低減により荷重マージンを低減し、動作効率が高く、釈放特性の安定した回路遮断器の釈放形電磁石装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the technical problems of the above-described conventional apparatus, and realizes a shortened and lighter plunger without reducing the plunger diameter, and the sliding frictional force of the plunger without increasing the magnetic resistance. It is an object of the present invention to obtain a release-type electromagnet device for a circuit breaker that reduces load margin, reduces operating load, has high operating efficiency, and has stable release characteristics.
本発明に係る釈放形電磁石装置は、釈放コイルが巻回されたボビンと、上記ボビンの内周部に挿入され互いに対向配置された固定鉄心とプランジャ、上記ボビン、固定鉄心、プランジャを収納するU字形ヨークと、上記U字形ヨークの開口部に上記プランジャの上端部が外部に突出可能に固定された端部ヨークと、上記U字形ヨークの底部に取り付けられた永久磁石を備え、常時は上記永久磁石により上記端部ヨークに設けられた釈放バネに抗してプランジャを吸引位置に保持しておき、上記釈放コイルへの釈放電流の通流により上記永久磁石に反磁界を与えて上記プランジャの釈放動作を行わせるようにした釈放形電磁石装置において、上記プランジャは上記固定鉄心と対向配置された大径部と、これと連続して一端が外部側へ突出している小径部とから構成され、上記プランジャと固定鉄心の吸着面は、実質的に上記釈放コイルの中央部に位置し、上記ボビンの内周壁とプランジャの大径部との間に、非磁性材からなる筒状のパイプを挿入し、これが上記端部ヨークと固定鉄心との対向端面間で挟持されるように構成したことを特徴とするものである。 A release type electromagnet device according to the present invention includes a bobbin around which a release coil is wound, a fixed iron core and a plunger that are inserted into the inner peripheral portion of the bobbin and arranged to face each other, the bobbin, the fixed iron core, and a U that houses the plunger. A U-shaped yoke, an end yoke having an upper end of the plunger fixed to the outside so that the upper end of the plunger can protrude outside, and a permanent magnet attached to the bottom of the U-shaped yoke. The plunger is held at the attracting position against the release spring provided on the end yoke by the magnet, and a demagnetizing field is applied to the permanent magnet by the flow of the release current to the release coil to release the plunger. In the release-type electromagnet device configured to perform the operation, the plunger has a large-diameter portion disposed opposite to the fixed iron core, and one end projecting outward from the large-diameter portion. The adsorption surface of the plunger and the fixed iron core is substantially located at the center of the release coil, and is made of a nonmagnetic material between the inner peripheral wall of the bobbin and the large diameter portion of the plunger. A cylindrical pipe is inserted, and is configured to be sandwiched between opposed end surfaces of the end yoke and the fixed iron core.
この発明によれば、比較的簡単な構成で従来のものに比べ一層動作効率を向上させ、釈放特性の安定した釈放形電磁石装置を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a release-type electromagnet device having a relatively simple structure, further improving the operation efficiency as compared with the conventional one, and having a stable release characteristic.
実施の形態1.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図1はこの発明の実施の形態1における釈放形電磁石装置を示す断面図である。
図中、釈放形電磁石装置1は、中空状のボビン2に釈放コイル3が巻線され、U字形ヨーク4に収納されている。U字形ヨーク4の開口部には端部ヨーク5が組み合わされ、かしめ等の方法によりU字形ヨーク4に固定されている。U字形ヨーク4の底部にはプランジャ6を吸引保持する厚さ方向に磁化された永久磁石7、永久磁石7の位置決めを行う固定プレート8が配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 is a cross-sectional view showing a release electromagnet device according to
In the drawing, the release
永久磁石7の上にはトランスファーヨーク9が設けられ、トランスファーヨーク9上にはボビン2に挿入された状態で固定鉄心11が載置されている。
トランスファーヨーク9は釈放コイル3からプランジャ6、端部ヨーク5、U字形ヨーク4、永久磁石7、固定鉄心11を介して流れる磁束の一部が永久磁石7をバイパスするようにしてその吸着力を微調整するもので周知ものである。A transfer yoke 9 is provided on the
The transfer yoke 9 has an attractive force so that a part of the magnetic flux flowing from the
端部ヨーク5上に突出可能に構成されたプランジャ6は、上記固定鉄心11と対向配置された大径部6aと、これと連続して外部側へ突出している小径部6bとからなっている。端部ヨーク5にはプランジャ6を挿入するための貫通穴5aを有するフランジ部5bが設けられている。プランジャ6の外側端部にはプランジャ6を突出方向(A方向)に付勢する釈放バネ10を保持するプレート13が固定リング14で固定され、このプレート13とプランジャの台形部6aとの間にプレートバネ15が配設されている。
The
更に、ボビン2の中空内壁とプランジャ6の大径部6aとの間には、非磁性材からなる筒状のパイプ12が挿入され、しかも端部ヨーク5と固定鉄心11との対向面間で挟持されている。すなわち、固定鉄心11はパイプ12によってトランスファーヨーク9の方向へ押しつけられる状態で挟持固定される構造となっている。
Further, a
次に、以上のように構成されたこの発明の釈放形電磁石装置の動作について説明する。
先ず、回路遮断器(図示せず)のリセット操作でプランジャ6を図示のリセット位置に押し込む(矢印Aと反対方向)と、永久磁石7の磁力Fmによりこの位置に吸引保持される。この状態では永久磁石7の磁束φmはN極からトランスファーヨーク9、固定鉄心11、プランジャ6、端部ヨーク5、U字形ヨーク4を経由してS極に戻る(経路X)。釈放バネ10のバネ力をFsとすると、プランジャ6はFm−Fsの力で吸着されている。Next, the operation of the release type electromagnet device of the present invention configured as described above will be described.
First, when the
この状態で、例えば回路遮断器に漏電電流が流れ、これに基いて発生される引き外し信号により釈放コイル3に釈放電流を通電させると、永久磁石7の保持力Fmを打ち消すように磁束φiが固定鉄心11、トランスファーヨーク9、U字形ヨーク4、端部ヨーク5、プランジャ6の経路で流れる(経路Y)。これにより、永久磁石7の保持力Fmが小さくなり、釈放バネ10のバネ力Fsが永久磁石7の保持力Fmに打ち勝つので、プランジャ6が外部側(矢印A方向)へ突出することとなる。
In this state, for example, when a leakage current flows through the circuit breaker and the release current is applied to the
プランジャ6が突出すると図示しないが回路遮断器のトリップ動作が行われることとなる。本体機構部を開離させるアクチュエータ(図示せず)がプレート13をAと反対方向に押し、プランジャ6を固定鉄心11に吸着させることにより、最初に説明したように釈放形電磁石装置1がリセット動作される。プレート13はプレートバネ15によりプランジャ6の中心軸方向に動作可能となっているので、アクチュエータのリセット動作時、アクチュエータがプレート13を押し込み過ぎてプレート13を破壊することを防止している。
When the
上記実施の形態1による釈放形電磁石装置においては、パイプ12を固定鉄心11と端部ヨーク5で挟み込むことで、プランジャ長を短尺化することができ、磁気抵抗の増加を発生させることなく釈放動作を可能にすることができる。同時に、プランジャは常に工作精度の高い金属性のパイプの中に配置され、摺動摩擦力の低い状態で摺動するので、ガタや製作誤差を低減でき、釈放動作時の固定鉄心11のガタツキとプランジャと端部ヨーク間の空隙ばらつきを抑制することができる。
In the release electromagnet device according to the first embodiment, the length of the plunger can be shortened by sandwiching the
JIS規格の一般交差は、6mm以下の部材では±0.1mmで規定されている。従って端部ヨークとプランジャ間の空隙は、プランジャとパイプの交差±0.1mmとした際の組立誤差以上の値(集積交差等で規定される値)となるように設定すれば良い。
このように設定することにより、ガタツキによって発生するプランジャの固定鉄心への吸着姿勢の傾斜やずれによる吸着力および摺動摩擦力のばらつきや、プランジャと端部ヨーク間が一部の箇所で密着して磁気的な吸着力に起因する摩擦力の増加も抑制することができ、これによって生じる動作効率の低減を抑制して安定した釈放動作特性を確保することが可能になる。The general intersection of the JIS standard is defined as ± 0.1 mm for members of 6 mm or less. Therefore, the gap between the end yoke and the plunger may be set so as to be a value (a value defined by an accumulation intersection or the like) that is greater than the assembly error when the intersection of the plunger and the pipe is ± 0.1 mm.
By setting in this way, variations in the adsorption force and sliding frictional force due to the inclination or deviation of the adsorption posture of the plunger to the fixed iron core caused by rattling, and the plunger and the end yoke are in close contact with each other in some places. It is also possible to suppress an increase in frictional force due to the magnetic attraction force, and to suppress a reduction in operation efficiency caused thereby, and to secure stable release operation characteristics.
また、上述したように大きな衝撃に対しても釈放することなく吸着状態を維持可能にするために、吸着力Fmは引き外し方向である釈放バネ力Fsより大きくする必要があるが、上記振動衝撃に対する誤動作防止のためには、上述した部品構成、動作原理のなかで、プランジャを短尺化、軽量化し、プランジャ自重を軽量化させることで荷重マージンを削減し、動作効率を向上させている。更に、図4に示すようにプランジャ短尺化の際、プランジャ6と固定鉄心11の当接面を、コイルへの通電により発生する磁束Φの密度がもっとも高くなるコイル中央部近傍に配置させることも動作効率の向上に寄与しているのはもちろんである。
Further, as described above, in order to be able to maintain the attracted state without releasing even a large impact, the attracting force Fm needs to be larger than the release spring force Fs which is the releasing direction. In order to prevent malfunction, the plunger is shortened and reduced in weight and the plunger's own weight is reduced in the component configuration and operation principle described above, thereby reducing the load margin and improving the operation efficiency. Furthermore, as shown in FIG. 4, when the plunger is shortened, the contact surface of the
実施の形態2.
図2はこの発明の実施の形態2における釈放形電磁石装置を示す断面図である。図中、図1と同一符号は同一又は相当部分を示している。図2において、図1と異なる部分は、
図1では永久磁石7の上にトランスファーヨーク9が設けられ、トランスファーヨーク9上にはボビン2に挿入された状態で固定鉄心11が載置されているが、図2では固定鉄心11がトランスファーヨーク9と一体化したものである。これにより、トランスファーヨークを別途準備する必要がなく、しかも固定鉄心11の固定が確実且つ容易となるものである。
FIG. 2 is a sectional view showing a release electromagnet device according to
In FIG. 1, a transfer yoke 9 is provided on the
実施の形態3.
図3はこの発明の実施の形態3における釈放形電磁石装置を示す一部拡大断面図である。図中、図1と同一符号は同一又は相当部分を示している。図3において、図1と異なる部分は、図1では非磁性パイプ12が端部ヨーク5と固定鉄心11との間の対向面間に嵌め込む構造となっているが、図3では端部ヨーク5とボビン2との間にパイプ固定用スペーサ16を介挿し、これと固定鉄心11との間に非磁性パイプ12を挟持する構造となっている。パイプ固定用スペーサ16は非磁性材料で構成され、図のようにその一部に形成された孔を介してボビン2と嵌め合い固定されている。これにより端部ヨーク5の成型が容易になり製作コストの低減につながる。
FIG. 3 is a partially enlarged sectional view showing a release type electromagnet device according to
1 釈放形電磁石装置 、 2 ボビン、
3 釈放コイル、 4 U字形ヨーク、
5 端部ヨーク、 5a 端部ヨーク貫通穴、
6 プランジャ部、 6a プランジャの大径部、
6b プランジャの小径部、 7 永久磁石、
8 固定プレート、 9 トランスファーヨーク、
10 釈放バネ、 11 固定鉄心、
12 非磁性パイプ、 13 プレート、
14 固定リング、 15 プレートバネ、
16 パイプ固定用スペーサ。1 release electromagnet device, 2 bobbin,
3 Release coil, 4 U-shaped yoke,
5 end yoke, 5a end yoke through hole,
6 Plunger part, 6a Large diameter part of the plunger,
6b Small diameter part of the plunger, 7 Permanent magnet,
8 fixed plate, 9 transfer yoke,
10 release spring, 11 fixed iron core,
12 non-magnetic pipes, 13 plates,
14 fixing ring, 15 plate spring,
16 Spacer for fixing pipes.
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