JPH07320621A - シングルステイブル型有極電磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 単純な構成で、組立てが容易な経済性ならび
に安定性に優れたシングルステイブル型有極電磁石を提
供する。 【構成】 略コの字型の鉄芯２Ｂにコイル２Ａを巻いた
コイルブロック２と、磁気抵抗調整部４Ｂを備えた平板
板状継鉄４と、平板状継鉄４の中央部から片側に偏って
設けられた凹部４Ａに配置した矩形状永久磁石５と、中
心部に設けた山型凸部６Ｃを支点として回転し、端部６
Ａ、端部６Ｂがそれぞれ磁極３Ａ側、磁極３Ｂ側と接触
する接極子６と、接極子６の端部と磁極面３ｂ間に挿入
した薄膜非磁性体金属片７とから構成するシングルステ
イブル型有極電磁石１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は構成が単純なシングル
ステイブル型有極電磁石に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に従来のシングルステイブル型有極
電磁石の一実施例構成図を示す。従来のシングルステイ
ブル型有極電磁石１１は、略コの字型の鉄芯１２Ｂにコ
イル１２Ａを巻いて組立てたコイルブロック１２と、鉄
芯１２Ｂの対向する磁極１３Ａおよび磁極１３Ｂ間にレ
ーザ溶接等で固定した山型永久磁石１４と、山型永久磁
石１４の頂点に接した支点１５Ｃを中心として回転運動
する接極子１５とから構成される。

【０００３】接極子１５は、端部１５Ａまたは端部１５
Ｂのいずれか一方（図では１５Ｂ）に非磁性体金属片１
６を溶接等により固定し、端部１５Ａ、端部１５Ｂがそ
れぞれコイルブロック２の磁極面１３ａ、磁極面１３ｂ
に接触する場合、非磁性体金属片１６を有する側の磁気
抵抗が高く（図では１５Ｂ側）なるよう構成されてい
る。

【０００４】山型永久磁石１４は、長手方向の両端がＳ
極、中心がＮ極に予め磁化され、山型の頂点に凹部を設
け、接極子１５の支点１５Ｃ（凸部）を支持するととも
に、シングルステイブル型有極電磁石１１を構成した場
合の配置精度を保つため、磁極１３Ａおよび磁極１３Ｂ
間にレーザ溶接等で固定される。

【０００５】このように、接極子１５が支点１５Ｃを中
心にシーソ運動し、端部１５Ａ、１５Ｂがそれぞれ磁極
１３Ａ、１３Ｂの磁極面１３ａ、１３ｂに接触するよう
構成されるため、コイルブロック２に電源が印加されな
い無励磁状態には、山型永久磁石１４の磁化作用により
磁気抵抗が小さい端部１５Ａが磁極面１３Ａに接触する
単安定状態を常に形成するため、シングルステイブル型
有極電磁石１１が構成される。

【０００６】また、シングルステイブル型有極電磁石１
１は、コイルブロック１２に予め決められた極性の電源
が印加された場合、一方の磁極（例えば、磁極１３Ａ）
から他方の磁極（例えば、磁極１３Ｂ）へ接続が切替え
られ、電源が除かれた場合には元の磁極（例えば、磁極
１３Ａ）側に戻るよう構成される。

【０００７】次に、従来のシングルステイブル型有極電
磁石１１のシングルステイブル動作について説明する。
図７に従来のシングルステイブル型有極電磁石の動作説
明図を示す。図７において、（ａ）図はコイルブロック
１２に電源が印加されていない無励磁の安定状態を示
し、端部１５Ｂに固定された非磁性体金属片１６の磁気
抵抗増加により、接極子１５は支点１５Ｃを中心に磁気
抵抗が低い端部１５Ａが磁極１３Ａ側に回転し、端部１
５Ａが磁極面１３ａに接触して単安定（シングルステイ
ブル）状態を形成する。この状態では、鉄芯１２Ｂの磁
極１３Ａ側―山型永久磁石１４―接極子１５（端部１５
Ａ側）―鉄芯１２Ｂの磁極１３Ａ側をループとする磁気
回路が形成されて磁束Φａが矢印の向きに発生され、安
定状態が形成される。

【０００８】無励磁状態から、（ｂ）図のようにコイル
ブロック１２に予め極性の決定された電源を印加した励
磁直後、コイルブロック１２は電磁石を形成し、電磁石
の作用により磁極１３Ａ側がＮ極、磁極１３Ｂ側がＳ極
に磁化され、コイル１２Ａに流れる電流Ｉとコイルの巻
線数（ターン数Ｎ）の積に対応した力が作用し、接極子
１５の磁極１３Ａ側は同極（Ｎ極）で反発力、接極子１
５の磁極１３Ｂ側は異なる極（Ｓ極）で吸引力がそれぞ
れ作用する。この状態では、磁束Φａとともに、鉄芯１
２Ｂ―山型永久磁石１４―接極子１５（端部１５Ｂ）―
非磁性体金属片１６―鉄芯１２Ｂの磁極１３Ｂ側―鉄芯
１２Ｂをループとする磁気回路が形成されて磁束Φｂが
矢印の方向に発生され、端部１５Ｂと磁極１３Ｂ間に強
い磁力（吸引力）が作用する。

【０００９】（ｃ）図は（ｂ）図の状態から、接極子１
５の端部１５Ａが磁極面１３ａから離れて端部１５Ｂが
非磁性体金属片１６を介して磁極面１３ｂに接触した反
転状態を示す。この状態では、接極子１５の端部１５Ｂ
と磁極面１３ｂが接触するため、（ｂ）図の磁束Φｂが
変化（増加）して磁束Φｄになるとともに、鉄芯１２Ｂ
の磁極１３Ｂ側―山型永久磁石１４―接極子１５（端部
１５Ｂ）―非磁性体金属片１６―鉄芯１２Ｂの磁極１３
Ｂ側をループとする磁気回路が形成されて磁束Φｃが矢
印の向きに発生され、端部１５Ｂと磁極面１３ｂは接触
してより強い磁力（吸引力）が作用する。

【００１０】この状態から電源を除くと、端部１５Ｂに
固定された非磁性体金属片１６の磁気抵抗増加により、
最初の状態と同じように山型永久磁石１４が作用し、鉄
芯１２Ｂの磁極１３Ａ側―山型永久磁石１４―接極子１
５（端部１５Ａ）―鉄芯１２Ｂの磁極１３Ａ側をループ
とする磁気回路が形成され、磁束Φａが（ａ）図の矢印
の向きに発生され、接極子１５は支点１５Ｃを中心に磁
気抵抗が低い端部１５Ａが再び磁極１３Ａ側に回転し、
端部１５Ａが磁極面１３ａに接触して単安定（シングル
ステイブル）状態に復旧する。

【００１１】このように、従来のシングルステイブル型
有極電磁石１１は単安定動作をするので、接極子１５に
可動接点（図示せず）を搭載し、コイルブロック２の電
磁石作用により固定接点（図示せず）との間で電気的な
接続切替えを行うことにより、シングルステイブルリレ
ーが構成される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来のシングルステイ
ブル型有極電磁石１１は、接極子１５の支点１５Ｃを中
心として両側の磁気抵抗を非対称に形成させるため、接
極子１５の端部１５Ａ、または１５Ｂに薄い非磁性体金
属片１６を溶接等により固定するので、溶接時の熱によ
り非磁性体金属片１６が変形して電磁石のストロークに
ばらつきを発生したり、リレーに使用する場合には感動
および開放特性にばらつきを生じる課題がある。

【００１３】また、従来のシングルステイブル型有極電
磁石１１は、永久磁石に山型永久磁石１４を用いて山型
永久磁石１４の頂点に接した接極子１５の支点１５Ｃを
中心として回転運動するよう構成されるため、形状が複
雑となり山型永久磁石１４の寸法に精度が要求されると
ともに、非磁性体金属片１６および山型永久磁石１４の
固定に溶接が必要とされてコストアップを招く課題があ
る。

【００１４】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、その目的は単純な構成で、組立てが容
易な経済性ならびに安定性に優れたシングルステイブル
型有極電磁石を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係るシングルステイブル型有極電磁石は、対
向する磁極の一方と平板状継鉄間に挿入し、一方の面が
前記対向する磁極の一方の磁極面と密着し、他方の面が
平板状継鉄の下面と密着する略Ｚ形状の薄膜非磁性体金
属片を備えたことを特徴とする。

【００１６】また、この発明に係るシングルステイブル
型有極電磁石は、平板状継鉄を対向する磁極間に挿入し
て固定する際 、薄膜非磁性体金属片とともに圧入で行
うことを特徴とする。

【００１７】さらに、この発明に係るシングルステイブ
ル型有極電磁石は、平板状継鉄に、磁極間の中心線に非
対称に凹部を形成し、凹部内に矩形状永久磁石を配置し
たことを特徴とする。

【００１８】また、この発明に係るシングルステイブル
型有極電磁石は、平板状継鉄に、磁気抵抗を調節する磁
気抵抗調整部を形成したことを特徴とする。

【００１９】さらに、この発明に係るシングルステイブ
ル型有極電磁石は、接極子が永久磁石に接触する部分
に、傾斜部を有する山型凸部を設け、山型凸部を支点と
して接極子が回転運動することを特徴とする。

【００２０】

【作用】この発明に係るシングルステイブル型有極電磁
石は、一方の面が磁極面の一方と、他方の面が平板状継
鉄の下面とそれぞれ密着する略Ｚ形状の薄膜非磁性体金
属片を備えたので、磁気抵抗を非対称に形成することが
でき、単安定状態を構成することができる。

【００２１】また、この発明に係るシングルステイブル
型有極電磁石は、平板状継鉄を対向する磁極間に挿入し
て固定する際 、薄膜非磁性体金属片とともに圧入する
ことができる。

【００２２】さらに、この発明に係るシングルステイブ
ル型有極電磁石は、平板状継鉄に、磁極間の中心線に非
対称に凹部を形成し、凹部内に矩形状永久磁石を配置し
たので、単純な構成で、単安定状態を構成することがで
きる。

【００２３】また、この発明に係るシングルステイブル
型有極電磁石は、平板状継鉄に、磁気抵抗を調節する貫
通部や切欠部からなる磁気抵抗調整部を形成したので、
平板状継鉄形成時に磁気抵抗調整部を同時に形成して単
安定状態を構成することができる。

【００２４】さらに、この発明に係るシングルステイブ
ル型有極電磁石は、接極子が永久磁石に接触する部分
に、傾斜部を有する山型凸部を設けので、山型凸部を支
点として接極子の回転運動を確実にすることができる。

【００２５】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１〜図４にこの発明に係るシングルステ
イブル型有極電磁石の構成を示す。図１にこの発明に係
るシングルステイブル型有極電磁石の全体構成図、図２
にこの発明に係るシングルステイブル型有極電磁石の電
磁石ブロックの構成図、図３にこの発明に係るシングル
ステイブル型有極電磁石の組立図、図４にこの発明に係
るシングルステイブル型有極電磁石の断面図を示す。

【００２６】図１〜図４において、シングルステイブル
型有極電磁石１は、略コの字型の鉄芯２Ｂにコイル２Ａ
を巻いたコイルブロック２と、コイルブロック２の磁極
３Ａ、３Ｂ間に挿入して固定して鉄芯２Ｂとの間で磁気
回路を形成するとともに、貫通部や切欠部からなる磁気
抵抗調整部４Ｂを備えた平板状継鉄４と、平板状継鉄４
の中央部から片側に偏って設けられた凹部４Ａに配置し
た矩形状永久磁石５と、中心部に設けた山型凸部６Ｃを
支点として回転し、端部６Ａ、端部６Ｂがそれぞれ磁極
３Ａ側、磁極３Ｂ側と接触する接極子６と、接極子６の
端部（図では端部６Ｂ）と磁極面（図では磁極面ｂ）間
に挿入し、磁気抵抗を増加する薄膜非磁性体金属片７と
から構成する。

【００２７】コイルブロック２は、コイル電極（＋）２
ａ、コイル電極（−）２ｂ間に予め極性が決定された電
源を印加することにより電磁石を形成し、コイル２Ａに
流れる電流の方向に対応（右手親指の法則）した磁極３
Ａ、３Ｂの極性（Ｎ、Ｓ極）が設定され、一方、コイル
２Ａの巻数とコイル２Ａに流れる電流値の積（起磁力）
に比例し、磁気回路の抵抗（磁気抵抗）に反比例した磁
束を発生する。

【００２８】また、コイルブロック２は、磁極３Ａ、磁
極３Ｂの上面にそれぞれ磁極面３ａ、磁極面３ｂを形成
し、矩形状永久磁石５または電磁石の磁化作用により、
接極子６が山型凸部６Ｃを支点として回転し、端部６Ａ
と磁極面３ａ、端部６Ｂと薄膜非磁性体金属片７を介し
て磁極面３ｂがそれぞれ接触するよう構成する。

【００２９】平板状継鉄４は、図２に示すように、コイ
ルブロック２の対向する磁極３Ａ、磁極３Ｂ間の中心線
Ｘに非対称に矩形状の凹部４Ａを形成して矩形状永久磁
石５を収納し、中心線Ｘに対して矩形状永久磁石５の磁
化作用が非対称となるよう構成する。

【００３０】また、平板状継鉄４は、中心線Ｘに対して
凹部４Ａの容積が少ない側に磁気抵抗を増加する貫通部
や切欠部で形成された磁気抵抗調整部４Ｂを形成する。
磁気抵抗調整部４Ｂは平板状継鉄４を形成する際、打抜
き加工等により同時に形成することができる。

【００３１】矩形状永久磁石５は、平板状継鉄４に設け
られた矩形状の凹部４Ａ内に収容されるよう、凹部４Ａ
の形状に合せて構成し、凹部４Ａの底面と接する面側を
Ｓ極、反対面側がＮ極となるよう磁化する。

【００３２】このように、凹部４Ａおよび磁気抵抗調整
部４Ｂを平板状継鉄４に設け、矩形状永久磁石５を凹部
４Ａに配置して磁化作用および磁気抵抗を中心線Ｘに対
して非対称にすることにより、単純な構成で単安定（シ
ングルステイブル）状態を形成できる。

【００３３】接極子６は、中心線Ｘ上で矩形状永久磁石
５と接触する部分に、傾斜部を有する山型凸部６Ｃを設
け、山型凸部６Ｃを支点として回転運動して端部６Ａが
磁極面３ａに接触し、端部６Ｂが薄膜非磁性体金属片７
を介して磁極面３ｂに接触するよう構成する。

【００３４】薄膜非磁性体金属片７は、数１０μｍ（例
えばμｍ）の薄い板状の非磁性体金属片を略Ｚ状に加工
し、図４に示すように、Ｚ状の一方の平面部を磁極面３
ｂに密着させ、もう一方の平面部を平板状継鉄４の下面
とコイル枠２Ｃの上部平面部とで挟み込んで密着させる
よう構成する。

【００３５】薄膜非磁性体金属片７を磁極面３ｂに密着
し、磁極面３ｂと接極子６の端部６Ｂを薄膜非磁性体金
属片７を介して接触するよう構成したので、磁極面３ａ
と端部６Ａの接触に比べ、磁極面３ｂ側の磁気抵抗を大
きく形成することができ、中心線Ｘに対して磁極面３ａ
と磁極面３ｂの磁気抵抗を非対称に設定して単安定（シ
ングルステイブル）状態を形成する。

【００３６】薄膜非磁性体金属片７が形成する磁気抵抗
は、磁極面３ｂの一部または全体に密着させるＺ状の一
方の平面部の面積を変えることにより変更できる。

【００３７】シングルステイブル型有極電磁石１の組立
ては、図３に示すように、コイルブロック２に平板状継
鉄４を薄膜非磁性体金属片７とともに圧入して固定し、
平板状継鉄４の凹部４Ａ内に矩形状永久磁石５を挿入し
た後、矩形状永久磁石５上に接極子６を配置することに
より、一方向の単純な組立てが可能となる。

【００３８】また、図４の断面図から明らかなように、
シングルステイブル型有極電磁石１は、矩形状永久磁石
５を中心線Ｘから磁極３Ａ側に偏らせて配置し、磁気抵
抗調整部４Ｂを平板状継鉄４上で磁極３Ｂ側に形成する
とともに、薄膜非磁性体金属片７を磁極面３ｂに密着さ
せて設けることにより、中心線Ｘを垂直方向に下ろした
断面を中心にして両側の磁気抵抗が非対称構成となるの
で 、安定したシングルステイブル動作が可能となる。

【００３９】次に、この発明に係るシングルステイブル
型有極電磁石１の動作を説明する。図５はこの発明に係
るシングルステイブル型有極電磁石の動作説明図であ
る。（ａ）図はコイルブロック２に電源が印加されてい
ない無励磁の安定状態を示し、接極子６は端部６Ａ、６
Ｂが矩形状永久磁石５の磁化作用によって共にＮ極とな
り、一方、磁極３Ａは前述した構成から常にＳ極、磁極
３ＢはＮ極の状態にあるため、接極子６は磁極３Ａ側に
接触した安定状態となっている。この状態では、磁極３
Ａ―平板状継鉄４―矩形状永久磁石５―接極子６（端部
３Ａ）―磁極３Ａのループで磁気回路が形成され、磁束
Φ１が矢印の向きに発生する。

【００４０】無励磁状態から、（ｂ）図のようにコイル
ブロック２に予め極性が決定された電源を印加した励磁
直後、コイルブロック２で構成される電磁石は、磁極３
ＡがＳ極からＮ極、磁極３ＢはＮ極からＳ極に変化する
ため、接極子６と磁極３Ａには反発力、接極子６と磁極
３Ｂには吸引力が作用する。この状態では、（ａ）図の
磁束Φ１に加え、電源印加に伴う鉄芯２Ｂ―平板状継鉄
４―鉄芯２Ｂのループで磁気回路が形成され、磁束Φ２
が発生する。

【００４１】（ｃ）図は（ｂ）図状態から接極子６が磁
極３Ａ側から離れて磁極３Ｂ側に接触した反転状態を示
す。この状態では、矩形状永久磁石５により、磁極３Ｂ
―平板状継鉄４―矩形状永久磁石５―接極子６（端部３
Ｂ）―薄膜非磁性体金属片７―磁極面３ｂ―磁極３Ｂの
ループで磁気回路が形成されて磁束Φ３が発生するとと
もに、電磁石により、鉄芯２Ｂ―平板状継鉄４―矩形状
永久磁石５―接極子６（端部３Ｂ）―薄膜非磁性体金属
片７―磁極面３ｂ―磁極３Ｂ―鉄芯２Ｂのループで磁気
回路が形成されて磁束Φ４が発生する。

【００４２】この状態から電源を除くと、接極子６の磁
極３Ｂ側（端部６Ｂ側）の磁気抵抗が磁極３Ａ側（端部
６Ａ）より大きいため、矩形状永久磁石５の磁力による
磁束（Φ１）が磁束Φ３よりも大きくなり、接極子６は
反転して端部６Ａは磁極３Ａ側に接触して（ａ）図の無
励磁状態に戻り単安定（シングルステイブル）状態を保
つ。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係るシ
ングルステイブル型有極電磁石は、略Ｚ形状の薄膜非磁
性体金属片を一方の磁極面に密着させ、一方の磁極面と
接極子の一方の端部間の磁気抵抗を大きくして磁気抵抗
を非対称に形成することができるので、単純な構成で単
安定（シングルステイブル）状態を実現することができ
る。

【００４４】また、この発明に係るシングルステイブル
型有極電磁石は、平板状継鉄を対向する磁極間に挿入し
て固定する際 、薄膜非磁性体金属片とともに圧入でき
るので、単純な組立で単安定状態を構成することができ
る。

【００４５】さらに、この発明に係るシングルステイブ
ル型有極電磁石は、位置合せや調整が不要な平板状継鉄
と矩形状永久磁石を用いるので、組立て作業性を改善す
ることができる。

【００４６】また、この発明に係るシングルステイブル
型有極電磁石は、平板状継鉄に、磁気抵抗を調節する貫
通部や切欠部からなる磁気抵抗調整部を平板状継鉄形成
時に同時に形成することができるので、部品や追加作業
を必要とせず、経済的に単安定（シングルステイブル）
状態を構成することができる。

【００４７】さらに、この発明に係るシングルステイブ
ル型有極電磁石は、接極子が永久磁石に接触する部分
に、傾斜部を有する山型凸部を設け、山型凸部を支点と
して接極子が回転運動するよう構成したので、安定した
単安定動作を実現することができる。

【００４８】よって、単純な構成で、組立てが容易な経
済性ならびに安定性に優れたシングルステイブル型有極
電磁石を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るシングルステイブル型有極電磁
石の全体構成図

【図２】この発明に係るシングルステイブル型有極電磁
石の電磁石ブロックの構成図

【図３】この発明に係るシングルステイブル型有極電磁
石の組立図

【図４】この発明に係るシングルステイブル型有極電磁
石の断面図

【図５】この発明に係るシングルステイブル型有極電磁
石の動作説明図

【図６】従来のシングルステイブル型有極電磁石の一実
施例構成図

【図７】従来のシングルステイブル型有極電磁石の動作
説明図

【符号の説明】

１…シングルステイブル型有極電磁石、２…コイルイル
ブロック、２Ａ…コイル、２Ｂ…鉄芯、２Ｃ…コイル
枠、２ａ，２ｂ…コイル電極、３Ａ，３Ｂ…磁極、３
ａ，３ｂ…磁極面、４…平板状継鉄、４Ａ…凹部、４Ｂ
…磁気抵抗調整部、５…矩形状永久磁石、６…接極子、
６Ａ，６Ｂ…端部、６Ｃ…山型凸部、７…薄膜非磁性体
金属片。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コの字型の鉄芯にコイルが巻かれ、対向
   する両端が磁極を形成するコイルブロックと、前記対向
   する磁極間に挿入して固定し、磁気バイパス回路を形成
   する平板状継鉄と、この平板状継鉄に設けられた凹部に
   装着し、厚み方向に互いに異なる極性に磁化した永久磁
   石と、この永久磁石に接触し、電磁石の作用により回転
   運動して前記磁極に接触する接極子とを備えたシングル
   ステイブル型有極電磁石において、 前記対向する磁極の一方と前記平板状継鉄間に挿入し、
   一方の面が前記対向する磁極の一方の磁極面と密着し、
   他方の面が前記平板状継鉄の下面と密着する略Ｚ形状の
   薄膜非磁性体金属片を備えたことを特徴とするシングル
   ステイブル型有極電磁石。
2. 【請求項２】 前記平板状継鉄を前記対向する磁極間に
   挿入して固定する際、前記薄膜非磁性体金属片とともに
   圧入で行うことを特徴とする請求項１記載のシングルス
   テイブル型有極電磁石。
3. 【請求項３】 前記平板状継鉄に、前記磁極間の中心線
   に非対称に凹部を形成し、この凹部内に矩形状永久磁石
   を配置したことを特徴とする請求項１記載のシングルス
   テイブル型有極電磁石。
4. 【請求項４】 前記平板状継鉄に、磁気抵抗を調節する
   磁気抵抗調整部を形成したことを特徴とする請求項１記
   載のシングルステイブル型有極電磁石。
5. 【請求項５】 前記接極子が前記永久磁石に接触する部
   分に、傾斜部を有する山型凸部を設け、この山型凸部を
   支点として前記接極子が回転運動することを特徴とする
   請求項１記載のシングルステイブル型有極電磁石。