JPH0221606A

JPH0221606A - 電磁石装置

Info

Publication number: JPH0221606A
Application number: JP63171181A
Authority: JP
Inventors: Kazutsugu Hayashi; 和嗣林; Hidetoshi Matsushita; 松下　英敏; Shoichi Yamaguchi; 彰一山口
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1988-07-08
Filing date: 1988-07-08
Publication date: 1990-01-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、３相モータの開閉用の電磁接触器等に適用
される電磁石装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種の電磁石装置として、磁気回路中に永久磁
石を含まないいわゆる無極型の電磁石装面が一般的であ
った。しかし近年、電【５１石装置の低消費電力化のた
め磁気回路中に永久磁石を含むたとえば第８図に示すよ
うないわゆる有極型の電磁石装置（特公昭６２−１７３
３３号）が提案されてきた。

すなわち、この電磁石装置は、コイル５０と、このコイ
ル５０の内部のコイル軸方向に移動自在に設けられて両
端部に接極子５１．５２を設けたアーマチュア５３と、
前記コイル５０の側部で前記接極子５１．５２のコイル
５０側に対向するヨーク５４と、前記コイル５０の側部
で前記接極子５１゜５２に対して前記コイル５０と反対
１ｊｌ、＋ｌに対向する補助ヨーク５５と、前記ヨーク
５４と補助ヨーク５５との間に設けられた永久磁石５６
とを備えている。Ｎ、Ｓは磁極、φ５　（細線矢印）は
永久磁石５６による磁束の経路、φ６　（破線矢印）は
コイル５０による磁束の経路である。

〔発明が解消しようとする課題〕

しかしながら、この電磁石装置は、つぎのような問題が
あった。すなわち、−船釣な電磁接触器のばね負荷は接
点構成上第９図に示すように動作側にばね負荷が片寄っ
ているが、この電磁石装置は磁気回路構成上、コイル５
０のＭｉｌｌｉ時に発生する磁束が永久磁石５６または
ギャップ５７〜６０を経路とする閉ループ以外に閉ルー
プを形成せず、そのためコイル磁路中の磁気抵抗が大き
いので十分な磁束量が得られず、その結果動作側での磁
気吸引力の変化幅Ｆ１が得にくい。したがって変化幅Ｆ
１を大きくするためにコイル励磁電力を大きくする必要
があり、電磁接触器の電磁石装置としての低消費電力化
が困難になる。第９図において、Ｑ、は定格電圧を印加
したときの磁気吸引力特性曲線、Ｑ２は感動電圧を印加
したときの磁気吸引力特性曲線、Ｑ３は開放電圧を印加
したときの磁気吸引力特性曲線、Ｑ４は永久磁石のみに
よる磁気吸引力特性曲線、Ｑ５はばね負荷線であり、Ｑ
４とＱ５とはアーマチュア５３が無励磁時に復帰動作す
るように整合されている。

したがって、この発明の目的は、低消費電力化が可能な
電磁石装置を提供するこ・とである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の電磁石装置は、コイルと、このコイル内にコ
イル軸方向に移動自在に設けられた可動磁性体からなり
この可動磁性体の一端側に前記コイルの一端部より突出
した接極子を設けたアーマチュアと、前記接極子のコイ
ル軸に垂直な面に対向する第１の磁極部を有し前記コイ
ルの他端部側で前記可動磁性体のコイル軸に平行な面に
対向する第２の磁極部を有し前記コイルの前記他端部側
で前記可動磁性体のコイル軸に垂直な面に対向する第３
の磁極部を有するヨークと、前記第１の磁極部のコイル
軸に垂直な面に前記接極子を介して対向する一方の磁極
を有するとともに前記ヨークに磁気結合する他方の磁極
を有する永久磁石部と、前記接極子が前記永久磁石部の
前記一方の磁極に接近する方向に前記アーマチュアを付
勢する復帰ばねとを備えたものである。

この場合、可動磁性体は円柱体で形成し、第３の磁極部
は、可動磁性体に小径部を形成し、小径部に円筒状磁性
板を嵌合してその端面と大径部の小径部接合側の端面と
で形成したり、あるいは円柱体の端面に対向する板状磁
性体で形成する。

また、永久磁石部は永久磁石と補助ヨークとで構成して
いる。

さらに、ヨークおよび永久磁石部は可動磁性体に対して
対称な位置に？ｊ！数組配設している。

〔作用〕

この発明の構成によれば、コイルの励磁時による電磁石
装置の吸引状態で永久磁石部またはギヤノブを含まない
でヨークおよびアーマチュアによる閉磁路を形成するこ
とができるため１．アーマチュアの吸引力を増大できる
とともに感度を向上でき、低消費電力化が可能となる。

また無励磁時に第３の磁極部により可動磁性体を保持す
る吸引力が働くため保持力が大きい。

また、可動磁性体を大径部と小径部からなる円柱状に形
成し、小径部に嵌合する円筒状磁性体により第２の磁極
部および第３の磁極部を形成すると、構造が簡単である
。

また、可動磁性体を円柱体で形成し、第３の磁極部を可
動磁性体の端面に対向する板状磁性体で形成すると、可
動磁性体の製造が容易になる。

また、永久磁石部を永久磁石と補助ヨークで構成すると
永久磁石の形状を簡単にすることができる。

さらに、ヨークおよび永久磁石部を可動磁性体に対して
複数組配設すると、励磁時および無励磁時に十分な吸引
力が得られる。

（実施例）この発明の第１の実施例を第１図ないし第４図に基づい
て説明する。すなわち、この電磁石装置は、コイルｌと
、アーマチュア２と、ヨーク３と、永久磁石部５と、復
帰ばね１５からなる。

コイル１は、コイル枠６の外周に巻線７を巻回してなる
。コイル枠６の中空部８は円筒形をなしている。

アーマチュア２は、コイル１内にコイル軸方向に移動自
在に設けられた可動磁性体９からなりこの可動磁性体９
の一端側にコイルｌの一端部より突出した接極子１０を
設けている。可動磁性体９はコイル１の一端部側が大径
部９ａとなり大径部９の小径部接合側の端面９Ｃを介し
た他端部側が小径部９ｂとなる円柱状であり、中空部８
に摺動自在に支持されている。また前記接極子１０は平
板状を実施例とし略中央部の孔１０ａに大径部９ａの端
部の細径部９ｄを嵌着しかしめ等により磁気的かつ機械
的に結合し、全体として略丁字形を形成している。

ヨーク３は、接極子１０のコイル軸に垂直な面ｔＯａに
対向する第１の磁極部１２を有しコイル１の他端部側で
可動磁性体９のコイル軸に平行な面９ｅに対向する第２
の６ｆｆｉ部１３を有しコイルｌの他端部側で可動磁性
体９のコイル軸に垂直な面９Ｃに対向する第３のるｎ極
部１）を有する。第２の磁極部１３および第３の磁極部
１）は内周面が小径部９ｂに対向し端面が大径部９ａの
小径部接合側の端面９Ｃに対向した円筒状磁性体１６か
らなる。この円筒状磁性体１６と一端部で磁気結合され
たコ字形磁性体３ａとでヨーク３を構成している。そし
て、第１の磁極部１２は接極子１０にギャップＧ、をお
いてコイル軸方向に対向している。第２の磁極部１３は
小径部９ｂの面９ｅに一定のギヤ、プＧ２をおいて対向
し、第３の磁極部１）は端面９ＣにギャップＧ４をおい
て対向している。

永久磁石部５は、第１の磁極部１２のコイル軸に垂直な
面に接極子１０を介して対向する一方の磁極Ｓを有する
とともにヨーク３に磁気結合する他方の磁極Ｎを有する
。この永久磁石部５は、永久磁石１７とこの永久磁石１
７の一方に一端部が磁気結合された補助ヨーク４とから
なり、補助ヨーク４の他端部１４を永久磁石部５の一方
の磁極Ｓとし、永久磁石１７の磁極Ｎを永久磁石部５の
他方の磁極Ｎとしている。補助ヨーク４は、略し字形板
を実施例とし、他端部１４と接極子１０との間にコイル
軸方向に対向するギャップＧ３を形成している。

永久磁石１７は、ヨーク３の中間部と補助ヨーク４の一
端部に磁極Ｎ、Ｓが対面するようにその間に設けられる
板状体を実施例としており、６ｆｔＰｉＮ、Ｓの磁化コ
イル軸方向がコイル１のコイル軸方向と直角となるよう
に配設される。

復帰ばね１５は、接極子１０が永久ｉｆｆ石部５の一方
の磁極Ｓすなわち補助ヨーク４の他端部１４に接近する
方向にアーマチュア２を付勢している。

通常、接点部の復帰ばねたとえば電磁接触器のばね負荷
系を兼ねアーマチュア２のばね負荷として作用する。

ヨーク３および永久磁石部５はアーマチュア２の可動も
ｎ性体９に対して対称な位置に複数組すなわちこの実施
例では一対配設されている。

この電磁石装置の組立は、第４図に示すように、コイル
枠６に巻線７を巻回し、コイル枠６に永久磁石部５を組
み込む。次に円筒状磁性体１６をコイル枠６の中空部８
の端部の筒部６ｂに嵌合する。

アーマチュア２の細径部９ｄを接極子１０の中心の孔１
０ａにかしめ結合し、可動磁性体９をコイル枠６の中空
部８および円筒状磁性体１６の中空部に貫通する。コ字
形磁性体３ａを永久磁石１７をはさむ状態に組み込み固
定する。

この電磁石装置の動作について、説明する。すなわち、
第１図はアーマチュア２が復帰状態にあり、コイル１が
励磁されていないときであり、永久磁石部５による磁気
吸引力と復帰ばね１５との力の関係からこの状態が安定
状態となる。この場合、永久磁石１７の発生した磁束は
経路Φ１　（細線矢印）を流れる。すなわち、永久磁石
１７の磁％Ｎ−ヨーク３のコ字形磁性体３ａ−円筒状磁
性体１６−円筒状磁性体１６の第２の磁極部１３および
第３の磁極部１）−ギヤノブＧ２．Ｇ４−アーマチュア
２の可動磁性体９−接極子ｌＯ−ギャップＧ３−補助ヨ
ーク４の他端部１４−補助ヨーク４→永久硼石１７の磁
極Ｓとなる。また、磁束Φ１の一部は、永久磁石１７の
磁極Ｎ→ヨーク３のコ字形磁性体３ａ−第１の磁極部１
２−ギャップＧ１→接極子１０−ギヤツブＧ３→補助ヨ
ーク４の他端部１４−補助ヨーク４−永久もｎ石１７の
磁極Ｓを流れる。こうして、アーマチュア２はギヤ、プ
Ｇ３．Ｇ４を閉じた状態に保持される。

第１図において、コイル１にアーマチュア２の可動磁性
体９を流れる経路Φ１の磁束の方向と反対向きに磁束が
流れるように通電すると、その磁束は経路φ２　（破線
矢印）を通る。すなわち、つの磁路は、アーマチュア２
の可動磁性体９−ギャップＧ２−第２のｌｉ部１３−ヨ
ーク３の円筒状磁性体１６−コ字形磁性体３ａ−永久磁
石１７→補助ヨーク４→その他端部１４−ギャップＧ３
−接極子１〇−可動磁性体９となり、他の６ｎ路はアー
マチュア２の可動磁性体９−ギャップＧ２Ｇ４−第２の
磁極部１３．第３の磁極部１）−ヨーク３の円筒状磁性
体１６−コ字形磁性体３ａ−第１の磁極部１２−ギャッ
プＧ１−接掻子１０−可動磁性体９となる。そして前者
の磁路において永久磁石５の磁束とコイルｌの磁束はギ
ャップＣ３，Ｃ，で打ち消しあい、後者の磁路のｆｉ束
は永久磁石５の磁束とギャップＧ１で重なりあう。

その結果、アーマチュア２は第１図で右の方向に移動し
て第３図に示すようになる。すなわち、アーマチュア２
が第１のｉｒｉ　ｉ部１２に接近するにくれてギヤ７プ
Ｇ１が小さくなる。やがてギャップＧ１を閉した状態に
至り後者の磁路により永久磁石５およびギャップを通ら
ない磁気的な閉ループが形成される。このとき、アーマ
チュア２はコイル３を励磁したことによる磁気吸引力と
復帰ばね１５の反力の差で磁気的に保持される。一方ア
ーマチュア２を復帰する場合、コイル１の励磁電圧を下
げ、磁気吸引力が復帰ばね１５のばねカよりも小さくな
ったときギャップＧ３．Ｇ４を閉じる位置まで復帰する
。

第２図はアーマチュア２の吸引力特性を示し、Ｐｌは定
格電圧を印加したときの吸引力特性曲線、Ｐ２は感動電
圧を印加したときの吸引力特性曲線、Ｐ８は開放電圧を
印加したときの吸引力特性曲線、Ｐ４は永久磁石５のみ
のときの吸引力特性曲線、Ｐ、は復帰ばね１５すなわち
ばね負荷であり、Ｐ４とＰ５はアーマチュア２が無励磁
時に復帰動作するように力関係が整合されている。

この実施例によれば、コイル１の励磁時による電磁石装
置の吸引状態で永久磁石部５またはギャップを含まない
でヨーク３およびアーマチュア２による閉磁路を形成す
ることができるため、アーマチュア２の吸引力を増大で
きるとともに怒度を向上でき、低消費電力化が可能とな
る。すなわち、アーマチュア２の始動時にはコイル１と
永久磁石部５の各発生磁束が一方のギャップＧ３．Ｇ４
では打ち消しあい他方のギヤノブＧ１では重なりあうた
め高感度に動作を開始できるとともに、アーマチュア２
が動作するにつれてコイル１の発生磁束が永久磁石５を
磁路に含まない閉ループに近づくため、たとえば電磁接
触器特有のばね負荷力が急増する部分の磁気吸引力の変
化幅Ｆ２　（第２図）が太き（とれ、このため電磁接触
器のような片寄ったばね負荷と整合したときにおいても
、高感度にすることができる。したがって、低消費電力
化が可能になるのである。

また、！磁接触器に適用される！磁石装置の市場ニーズ
としては、コイルに直流電圧を印加する直流操作型と交
流電圧を印加する交流操作型の２種類がある。交流操作
型のＴＬ電磁石装置磁気回路上の不可欠要因は、コイル
の温度上昇の低減のため、コイルの励磁により発生する
磁束の磁路が電磁石装置の吸引状態における磁路中に永
久磁石やギャップを有さない閉ループを形成することで
あるが、従来の有極型の電磁石装置では吸引状態でコイ
ルの発生する磁束が永久磁石またはギャップを経路に含
まずに閉ループを形成することができないため、交流操
作型の電磁石装置として転用することは基本的に不可能
であった。そのため、製造メーカは２種類の電磁石装置
を製造する必要があり、電磁接触器の全体の低コスト化
が阻害されていた。

これに対してこの実施例では、永久磁石部５を除去して
ヨーク３とコイル１とを交流型の電磁石装置に共用する
ことができ、部品の共通化が可能なため低コスト化が可
能になる。

また、可動磁性体９を大径部９ａと小径部９ｂからなる
円柱状に形成し、小径部９ｂに嵌合する円筒状磁性体１
６により第２の磁極部１３および第３の磁極部１）を形
成すると、構造が簡単である。

また、永久磁石部５を永久磁石１７と補助ヨーク４で構
成すると永久磁石１７の形状を簡単にすることができる
。

さらに、ヨーク３および永久磁石部５を可動磁性体９に
対して複数組配設すると、励磁時および無ｙｉｌ］磁時
に十分な吸引力が得られる。

この発明の第２の実施例を第５図ないし第７図に示す。

すなわち、この電磁石装置において、アーマチュア２の
可動磁性体９は円柱体からなり、第２の磁極部１３は内
周面が前記円柱体の外周に対向する円筒状磁性体２１か
らなり、第３の磁極部１）は前記円柱体の端面９ｆに対
向する板状磁性体２０からなる。板状磁性板２０は両端
部が外向きに折曲された折曲片２２を有する略コ字形に
形成されている。折曲片２２はヨーク３のコ字形磁性体
３ａに形成した切欠２３に係合され、さらにコ字形磁性
体３ａの内側に配置されて円筒状磁性体２１とコ字形磁
性体３ａとを中継する平板磁性体２４の切欠２５に係合
している。

組み立てについて説明すると、コイル枠６に巻線７を巻
回し、コイル枠６に永久磁石部５を組み込み、円筒状る
ｎ外体２１をコイル枠６の中空部８の端部の筒部６ｂに
嵌合する。平板磁性体２４の孔部２６を円筒状磁性体２
１の外周部に嵌合する。

板状磁性体２０の折曲片２２を平板磁性体２４の切欠２
５に係合する。アーマチュア２の可動磁性体９の細径部
９ｄを接極子１０の中心の孔１０ａにかしめ結合し、可
動磁性体９をコイル枠６の中空部８１円筒状磁性体２１
および平板磁性体２０の孔２６に貫通する。コ字形磁性
体３を永久磁石１７を挟む状態に組み込み固定する。こ
のとき板状磁性体２０はコ字形磁性体３ａの切欠２３に
より固定される。

この電磁石装置の動作は第１の実施例と同様であるが、
無励磁時に磁束Φ１の一部でギャップＧ４を通るものは
、永久磁石１７の磁極Ｎ−コ字形磁性体３ａ−板状磁性
体２〇−第３の磁極部１）−ギヤノブＧ４一端面９ｆ−
可動磁性体９−接極子ｌＯ−ギャップＧ３−補助ヨーク
４の他端部１４−補助ヨーク４−永久も９石１７の磁極
Ｓの磁路が形成される。また、励磁時には可動磁性体９
→ギャップＧ４−第３の磁極部１）−板状磁性体２〇−
コ字磁性体３ａ−第１の磁極部１２−ギャップＧ、−可
動磁性体９となり、永久磁石部５の磁束とギヤ、ブＧ３
．Ｇ、で打ち消しあう。

この実施例のように、可動磁性体９を円柱体で形成し、
第３の磁極部１）を可動磁性体９の端面９ｒに対向する
板状磁性体２０で形成すると、可動磁性体９の製造が容
易になる。

なお、前記各実施例の永久磁石部５は、永久磁石１７を
コ字形磁性体３　ａ　（！Ｉ！ｌにし、補助ヨーク４を
接極子１０に対向させたが、永久磁石１７を接極子１０
に対向しかつ補助ヨーク４をコ字形磁性体３ａに磁気結
合してもよい。さらに永久磁石部５は永久磁石１７の一
方の磁極Ｓに補助ヨーク４を設けたが、永久磁石５の両
極Ｎ、Ｓにそれぞれ別個の補助ヨーク４を設けたもので
もよい。

〔発明の効果〕

この発明の電磁石装置によれば、コイルの励磁による電
磁石装置の吸引状態で永久磁石部またはギャップを含ま
ないでヨークおよびアーマチュアによる閉磁路を形成す
ることができるため、アーマチュアの吸引力を増大でき
るとともに感度を向上でき、低消費電力化が可能となる
。また無励磁時に第３の磁極部により可動磁性体を保持
する吸引力が働くため保持力が大きいという効果がある
。

さらに、ヨークおよび永久磁石部を可動磁性体に対して
複数組配設すると、励磁時および無動（１時に十分な吸
引力が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の無励磁状態の断面図
、第２図はそのアーマチュアの磁気吸引力およびばね負
荷特性図、第３図は励磁状態の断面図、第４図はその分
解斜視図、第５図は第２の実施例の無励磁状態の断面図
、第６図は励磁状態の断面図、第７図はその分解斜視図
、第８図は従来例の説明図、第９図はそのアーマチュア
の磁気吸引力およびばね負荷特性図である。１・・・コイル、２・・・アーマチュア、′３・・・ヨ
ーク、５・・・永久磁石部、９・・・可動磁性体、１０
・・・接種子、１）・・・第３の磁極部、１２・・・第
１の磁極部、１３・・・第２の磁極部、１５・・・復帰
ばね１−・コイル２−・・アーマ−５−−ア３・・・ヨーク５−・氷ス憩乃卸９−　町重鷹性体１〇−跨８！テ１）・・−１（３のｍ小シもρ １２−・第１の硝Ｊ１碧１３・−第２の超ｌ）舒１５・−・（！帰げね第１図中６官口手続令甫正１）　（自発昭和６３年０９月０２日昭和６３年特　許　願第１７１）８１号２、発明の名称電磁石装置３、補正をする者事件との関係　　出願人４、代理人５、補正命令の日付自発補正６、補正の対象（１）　　明細書第１５頁第５行目から第１６頁第４行
目、「また・・・・・・・・・可能になる。」とあるを
削除する。（２）明細書第１６頁第１０行目から第１２行目、「ま
た、・・・・・・・・・できる。」とあるを削除する。（３）明細書第１８真第１９行目から第１９頁第３行目
、「なお、・・・・・・・・・してもよい。」とあるを
削除する。（４）明細書第１９頁第５行目、ｒＮ、Ｓｊとあるをｒ
ＮＪと訂正する。（５）明細書第２０頁第３行目から第５行目、「また・
・・・・・・・・できる。」とあるを削除する。（６）図面の第１図および第６図を別紙のとおり訂正す
る。１−・・コイル２　・・アーマテ、ア３−・ヨー７５・−・承ス通りジｐ９・−可重刈廻体１０−＊ａ’ｒ１）　・・−第３の５郁１２−・第１の茹ｌｉ節１３　・・−乎２のｍ％音ｐ１５−・τ！１＋ｌｆカ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　コイルと、このコイル内にコイル軸方向に移動
自在に設けられた可動磁性体からなりこの可動磁性体の
一端側に前記コイルの一端部より突出した接極子を設け
たアーマチュアと、前記接極子のコイル軸に垂直な面に
対向する第１の磁極部を有し前記コイルの他端部側で前
記可動磁性体のコイル軸に平行な面に対向する第２の磁
極部を有し前記コイルの前記他端部側で前記可動磁性体
のコイル軸に垂直な面に対向する第３の磁極部を有する
ヨークと、前記第１の磁極部のコイル軸に垂直な面に前
記接極子を介して対向する一方の磁極を有するとともに
前記ヨークに磁気結合する他方の磁極を有する永久磁石
部と、前記接極子が前記永久磁石部の前記一方の磁極に
接近する方向に前記アーマチュアを付勢する復帰ばねと
を備えた電磁石装置。
（２）　前記アーマチュアの可動磁性体は、前記コイル
の一端部側が大径部となり他端部側が小径部となる円柱
状であり、前記第２および第３の磁極部は内周面が前記
小径部に対向し端面が前記大径部の小径部接合側の端面
に対向した円筒状磁性体からなる特許請求の範囲第（１
）項記載の電磁石装置。
（３）　前記アーマチュアの可動磁性体は円柱体からな
り、前記第２の磁極部は内周面が前記円柱体の外周に対
向する円筒状磁性体からなり、前記第３の磁極部は前記
円柱体の端面に対向する板状磁性体からなる特許請求の
範囲第（１）項記載の電磁石装置。
（４）　前記永久磁石部は、永久磁石とこの永久磁石の
磁極の一方に一端部が磁気結合された補助ヨークとから
なり、前記補助ヨークの他端部を前記永久磁石部の前記
一方の磁極とし、前記永久磁石の磁極の他方を前記永久
磁石部の前記他方の磁極としている特許請求の範囲第（
１）項記載の電磁石装置。
（５）　前記ヨークおよび前記永久磁石部は、前記アー
マチュアの可動磁性体に対して対称な位置に複数組配設
されている特許請求の範囲第（１）項記載の電磁石装置
。