JPH0722048B2 - 電磁石装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、３相モータなどの負荷の開閉器や電磁接触
器等に適用される電磁石装置に関するものである。

〔背景技術〕

従来、磁気回路中に永久磁石を含まないいわゆる無極型
の電磁石装置が一般的であった。しかし近年、低消費電
力化のため磁気回路中に永久磁石を含むいわゆる有極型
の電磁石装置が提案されている。

たとえば、特公昭62−17333号を第10図に示し、その磁
気吸引力特性を第11図に示す。すなわち、この電磁石装
置は、コイル50と、このコイル50の軸方向に励磁および
復帰の往復ができるように貫通するとともにコイル50の
軸方向の両側に接極子51,52を有するアーマチュア53
と、コイル50の側部で接極子51,52のコイル50側に対向
するヨーク54と、コイル50の側部で接極子51,52に対し
てコイル50と反対側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は永久磁石56の磁極、Φ_５（細線矢
印）は永久磁石56による磁束の経路、Φ_６（破線矢印）
はコイル50による磁束の経路である。

また第11図において、Q₁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、Q₄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、一般的な電磁接触器のばね負荷は接
点構成上第11図に示すように動作側にばね負荷が片寄っ
ており、しかも有極型の場合磁気回路構成上、コイル50
の励磁時に発生する磁束が永久磁石56を経路とする閉ル
ープ以外に閉ループを形成しないので、磁気飽和等の問
題から動作側での磁気吸引力の変化幅F₁，F₂が得にく
い。したがって、変化幅F₁，F₂を大きくするために励磁
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。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、励磁時の磁気吸引力の変化幅を大き
くでき、高感度で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。

〔発明の開示〕

この発明の電磁石装置は、コイルと、このコイルの軸方
向に励磁および復帰の往復動作ができるように貫通する
とともに前記コイルの軸方向の両側に第１の接極子およ
び第２の接極子を有するアーマチュアと、このアーマチ
ュアの復帰動作により前記第１の接極子が軸方向に接近
する第１の復帰用対向部を有する第１のヨークと、前記
アーマチュアの復帰動作による前記第２の接極子が軸方
向に接近する第２の復帰用対向部および前記アーマチュ
アの励磁動作による前記第１の接極子が軸方向に接近す
る励磁用対向部を有するとともに前記アーマチュアの前
記第２の接極子側の側面に対向した側面対向部を有する
第２のヨークと、前記第１のヨークおよび第２のヨーク
に対向するとともに互いに異なる磁極を有する永久磁石
とを備えたものである。

この発明の構成によれば、励磁時に第２のヨークとアー
マチュアとで永久磁石を含まない閉ループの磁路が形成
される。このため励磁時の磁気吸引力の変化幅を大きく
でき、高感度で低消費電力化が可能になる。

実施例 この発明の第１の実施例を第１図ないし第５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１
と、このコイル１の軸方向に励磁および復帰の往復動作
ができるように貫通するとともにコイル１の軸方向の両
側に第１の接極子２および第２の接極子３を有するアー
マチュア４と、このアーマチュア４の復帰動作による第
１の接極子２が軸方向に接近する第１の復帰用対向部５
を有する第１のヨーク６と、アーマチュア４の復帰動作
により第２の接極子３が軸方向に接近する第２の復帰用
対向部７およびアーマチュア４の励磁動作により第１の
接極子２が軸方向に接近する励磁用対向部８を有すると
ともにアーマチュア４の第２の接極子３側の側面に対向
した側面対向部９を有する第２のヨーク10と、第１のヨ
ーク６および第２のヨーク10に対向するとともに互いに
異なる磁極N,Sを有する永久磁石11とを備えている。

コイル１はコイル枠1aの外周に巻装され、アーマチュア
４はコイル枠1aの空洞部1bに摺動自在に支持されてい
る。

アーマチュア４は丸棒状を実施例とし、両端の細径部4
a,4bに第１の接極子２の孔2aおよび第２の接極子３の孔
3aを嵌合しかしめている。細径部4bは細径部4aよりも少
なくともアーマチュア４の動作ストロークと同程度に長
く形成している。

第１のヨーク６は一対のＬ字形板を実施例とし、その一
片を第１の復帰用対向部５とし、第１の復帰用対向部５
の先端に切欠5aを形成して、コイル枠1aの突出部1cに係
合するようにしている。

第２のヨーク10は一対のＵ字形板を実施例とし、その両
端片の一方を第２の復帰用対向部７とし、他方を励磁用
対向部８とし、かつ縁部に半円形の切欠7a,8aを形成
し、細径部4bを切欠7aに通るようにし、その切欠7aの縁
部が側面対向部９となる。この側面対向部９はアーマチ
ュア４のストロークの範囲をアーマチュア４の側面にほ
ぼ一定間隔で対向する。

永久磁石11は、板厚方向に着磁された板磁石を実施例と
し、第１のヨーク６と第２のヨーク10との間に介在され
て第１のヨーク６と第２のヨーク10とを磁気結合してお
り、板厚方向と同方向であるが磁化軸方向をアーマチュ
ア４の動作方向と直角となるようにしている。

動作について、説明する。第１のΦ_１（破線矢印）やコ
イル１による磁路、Φ_２（細線矢印）は永久磁石11によ
る磁路である。

すなわち、第１図は復帰状態であり、永久磁石11の磁極
Ｎ→第１のヨーク６→第１の復帰用対向部５→ギャップ
G₁→第１の接極子２→アーマチュア４→第２の接極子３
→ギャップG₃→第２の復帰用対向部７→第２のヨーク10
→永久磁石11の磁極Ｓとなる。また前記磁路においてア
ーマチュア４→細径部4b→ギャップG₄→側面対向部９→
第２のヨーク10→永久磁石11の磁極Ｓの経路を通る。さ
らに、永久磁石11の磁極Ｎ→第１のヨーク６→第１の復
帰用対向部５→ギャップG₁→第１の接極子２→ギャップ
G₂→励磁用対向部８→第２のヨーク10→永久磁石11の磁
極Ｓの経路を通る。

この閉ループの磁路によりアーマチュア４が保持され
る。

また励磁状態は第１図の状態でアーマチュア４を流れる
永久磁石11の磁束の方向と反対向きとなるようにコイル
１に通電した場合であり、磁路Φ_１の方向に磁束が流れ
る。すなわち、第１の経路は、アーマチュア４→第１の
接極子２→ギャップG₁→第１の復帰用対向部５→第１の
ヨーク６→永久磁石11→第２のヨーク10→第２の復帰用
対向部７および側面対向部９→ギャップG₃およびG₄→第
２の接極子３および細径部4b→アーマチュア４となる。
第２の経路は、アーマチュア４および第１の接極子２→
ギャップG₂→励磁用対向部８→第２のヨーク10→第２の
復帰用対向部７および側面対向部９→ギャップG₃および
G₄→第２の接極子３および細径部4b→アーマチュア４と
なる。

この結果、ギャップG₁，G₃，G₄では永久磁石11の磁束と
コイル１の磁束とが反対向きのため相殺しあい吸引力が
なくなるが、ギャップG₂では永久磁石11の磁束とコイル
１の磁束とが同方向のため増磁となり吸引力が増し、こ
の吸引力によりアーマチュア４が矢印Ａの方向に移動
し、第１の接極子２が励磁用対向部８にギャップG₂が小
さくなるように接近する。このため、アーマチュア４と
第２のヨーク10とギャップG₂，G₄とで永久磁石11が介在
されない閉磁路が形成され、アーマチュア４の励磁によ
る動作状態が保持される。

コイル１の励磁を停止すると前記励磁時の磁路がなくな
り、ばね負荷の力が勝るとアーマチュア４がばね負荷に
より第１図の状態に復帰する。

第５図はアーマチュア４のストロークに対する磁気吸引
力およびばね負荷の特性図であり、P₁は定格電圧を印加
したときの磁気吸引力特性曲線、P₂は感動電圧を印加し
たときの磁気吸引力特性曲線、P₃は開放電圧を印加した
ときの磁気吸引力特性曲線、P₄は永久磁石のみの磁気吸
引力特性曲線、P₅はばね負荷線であり、P₄とP₅はアーマ
チュア４が無励磁時に復帰動作するように整合されてい
る。

前記動作から明らかなように、無励磁時には永久磁石11
による磁束がアーマチュア4,第１のヨーク６および第２
のヨーク10による閉磁路を流れる。また励磁時にはコイ
ル１と永久磁石11の磁束がギャップG₁，G₃で打ち消しあ
い、ギャップG₂で重畳しあうため、非常に高感度にアー
マチュア４の動作を開始できる。またアーマチュア４の
動作終了時すなわち励磁状態では、コイル１による磁束
がアーマチュア４と第２のヨーク10による永久磁石11を
経路としない閉磁路が形成される。このため、アーマチ
ュア４の磁気吸引力特性曲線P₁，P₄の差に関してアーマ
チュア４の復帰側での磁気吸引力の変化幅F₆を従来例の
変化幅F₃と同じにしても、励磁側での磁気吸引力の変化
幅F₆，F₅を大きくとることができ、そのため高感度で低
消費電力な整合状態とすることができる。

この実施例によれば、励磁時に第２のヨーク10とアーマ
チュア４とで永久磁石11を含まない閉ループの磁路が形
成される。このため励磁時の磁気吸引力の変化幅を大き
くでき、高感度で低消費電力化が可能になる。

また、アーマチュア４の細径部4bが外方に突出するた
め、電磁接触器などに適用する場合に、電磁接触器の可
動部との連結が容易になる。また第１のヨーク６および
第２のヨーク10をアーマチュア４に対して対称形にして
いるため安定した磁気空隙を作りやすい。

また第２のヨーク10の側面対向部９とアーマチュア４が
アーマチュア４の動作方向と直角な方向に対向するた
め、第２のヨーク10とアーマチュア４との位置関係が得
やすい。

この発明の第２の実施例を第６図ないし第９図に示す。
すなわち、この電磁石装置は、第１の実施例の第１のヨ
ーク６が第２のヨーク10の内側であるのに対して、その
反対すなわち第２のヨーク10を第１のヨーク６の内側に
配置したものである。この場合、第２のヨーク10の側面
対向部９とアーマチュア４との磁気結合を良好にするた
めコイル枠1aにブッシュ12を嵌着している。また第１の
ヨーク６の切欠5aはコイル枠1aと嵌合する必要がないの
で径を大きくする必要がなく、反対に第２のヨーク10の
切欠8aの径を大きくしている。

この実施例によれば、側面対向部９とブッシュ12とを対
向しているため、非常に安定した磁気空隙を作ることが
でき、かつ実施例のように細形部4bが外方に突出しなく
てよいので、小型化できる。さらに電磁接触器のような
大きな可動部と連結するとき、第２の接極片３の全面を
利用できるので安定かつ容易な構造が得られる。

その他の構成および作用効果は第１の実施例と同様であ
るので説明を省略する。

〔発明の効果〕

この発明の電磁石装置によれば、励磁時に第２のヨーク
とアーマチュアとで永久磁石を含まない閉ループの磁路
が形成される。このため励磁時の磁気吸引力の変化幅を
大きくでき、高感度で低消費電力化が可能になるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の断面図、第２図はそ
のII−II線断面図、第３図は斜視図、第４図はその分解
斜視図、第５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６図は第２の実施例の断面図、第７
図はそのVII−VII線断面図、第８図は斜視図、第９図は
その分解斜視図、第10図は従来例の説明図、第11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…第１の接極子、３…第２の接極子、４
…アーマチュア、５…第１の復帰用対向部、６…第１の
ヨーク、７…第２の復帰用対向部、８…励磁用対向部、
９…側面対向部、10…第２のヨーク、11…永久磁石

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コイルと、このコイルの軸方向に励磁およ
   び復帰の往復動作ができるように貫通するとともに前記
   コイルの軸方向の両側に第１の接極子および第２の接極
   子を有するアーマチュアと、このアーマチュアの復帰動
   作により前記第１の接極子が軸方向に接近する第１の復
   帰用対向部を有する第１のヨークと、前記アーマチュア
   の復帰動作により前記第２の接極子が軸方向に接近する
   第２の復帰用対向部および前記アーマチュアの励磁動作
   により前記第１の接極子が軸方向に接近する励磁用対向
   部を有するとともに前記アーマチュアの前記第２の接極
   子側の側面に対向した側面対向部を有する第２のヨーク
   と、前記第１のヨークおよび第２のヨークに対向すると
   ともに互いに異なる磁極を有する永久磁石とを備えた電
   磁石装置。