JPH03265103A - 単安定電磁石 - Google Patents

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相モーターの開閉用の電磁接触器や電磁
継電器などに適用される単安定電磁石に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来のこの種の単安定電磁石として、クラッパ型電磁石
などの磁気回路中に永久磁石を含まない、いわゆる無極
型の電磁石が一般的であった。この無極型の電磁石は低
コストではあるが、コイルの発生磁束しかアーマデユア
の駆動力に利用できないため、ある吸引力幅を得るため
に消費電力を大きくする必要があった。

これに対して、近年電磁石の低消費電力化のため磁石回
路中に永久磁石を含ませた有極電磁石装置が提案されて
いる（たとえば特公昭６２−１７３３３号、実公昭５８
−１０３２７号、特表平０１−５０２７０５号）。

特公昭６２−１７３３３号の単安定電磁石は、永久磁石
の磁束もアーマチュアの駆動力に利用できるので、ある
吸引力幅を得るときに無極型に比べて低消費電力にする
ことができる。しかし、双安定用の電磁石構造であるた
め、−１１Ｒ的な電磁接触器などの片寄ったばね負荷に
は不向きであった。

また、実公昭５８−１０３２７号の単安定ｉｆ電磁石、
無極型と有極型の前記従来例との中間的な特性、すなわ
ち有極であるため低消費電力が図れ、前記従来例と異な
り非対称の磁気回路であるため片寄ったばね負荷に通し
た特性を有している。しかし、アーマチュアの復帰側に
おいて永久磁石の磁束が開ループを作る構成であるため
復帰方向への力が非常に大きくなり、そのためばね負荷
との整合においてアーマチュアを動作側に付勢するばね
（動作ばね）が必要になるなどの欠点を有していた。

さらに、特表平０１−５０２７０５号の電磁切り換え装
置の電磁石は、前記単安定電磁石と同様に、無極型と有
極型の中間的な特性、すなわち有極であるため低消費電
力が図れ、非対称の磁気回路であるため片寄ったばね負
荷に通した特性を有しており、さらに、アーマチュアの
復帰側において永久磁石の磁束は全てヨークを介して流
れるため復帰方向への力が無く、そのためばね負荷との
整合においてアーマチュアを動作側に付勢するばね（動
作ばね）が必要になるなどの欠点も無かった。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このｔ磁石は、アーマチュアの復帰位置におい
て永久磁石の磁束は全てヨークに流れてしまうため、永
久磁石の磁束をアーマチュアの動作方向の吸引力に利用
できないので、コイルの励磁時のアーマチュアの復帰位
置での吸引力が小さいという欠点があった。

したがって、この発明の目的は、動作ばねを必要とする
ことなく片寄ったばね負荷に適用でき、しかもアーマチ
ュアの復帰位置で永久磁石による動作方向の吸引力を利
用でき高効率な有極の単安定電磁石を提供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

請求項（１１の単安定電磁石は、第１の磁気結合部と磁
極部を有するヨークと、前記第１の磁気結合部に磁気結
合する第２の磁気結合部を有するとともに前記磁極部に
接離する接離部を有するアーマチュアと、前記ヨークの
前記第１の磁気結合部と前記磁極部との間および前記ア
ーマチュアの前記第２の磁気結合部と前記接離部との間
の少なくともいずれか一方に磁気結合した永久磁石と、
前記ヨークおよび前記アーマチュアの少なくとも一方に
巻装されたコイルとを備えたものである。

請求項（２）の単安定電磁石は、請求項（１）において
、前記アーマチュアの前記第２の磁気結合部が前記第１
の磁気結合部に枢支されたものである。

請求項（３）の単安定電磁石は、請求項（１）において
、前記アーマチュアの前記第２の磁気結合部が前記第１
の磁気結合部に摺動自在に設けられたものである。

〔作用〕

請求項（１）の単安定電磁石によれば、コイルを励磁す
るとアーマチュアの接離部がヨークの磁極部に吸引され
るように動作する。この場合、アーマチュアの動作位置
では、コイルの励磁による磁束が永久磁石を含まないで
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。また永久磁石により発生する磁束はヨークお
よびアーマチュアによりそれぞれ閉磁路を形成すると共
に、この永久磁石により発生する磁束がコイルによる磁
束に重畳するのでアーマチュアの吸引力を増大でき、消
費電力を低減できる。

一方アーマチュアの復帰位置においても、第１の磁気結
合部と第２の磁気結合部が磁気結合しているため、接離
部と磁極部との間を永久磁石の磁束の一部が流れ、粗な
る磁気結合ではあるがアーマチュアを動作側に吸引する
ように働き、アーマチュアの復帰方向に永久磁石の磁束
が作用せずに高効率にできるとともに、コイルの励磁時
の磁束に重畳できるのでアーマチュアの復帰位置におけ
る吸引力を大きくでき、従来のような動作ばねを必要と
することなく電磁接触器や電磁継電器などの片寄ったば
ね負荷と整合しやすい吸引力特性が得られる。

請求項（２）の単安定電磁石によれば、アーマチュアの
第２の磁気結合部が第１の磁気結合部に枢支されている
ため、アーマチュアが揺動することにより、前記と同様
な作用を行う。

請求項（３）の単安定７４Ｎ石によれば、アーマチュア
の第２の磁気結合部が第１の磁気結合部に摺動自在ム二
設けられているため、アーマチュアのストロークを大き
くすることができる。

〔実施例〕

この発明の第１の実施例を第１図ないし第３図に基づい
て説明する。すなわち、この単安定！磁石は、ヨーク１
と、コイル２、アーマチュア３と、永久磁石４とを有す
る。

ヨーク】は、第１の磁気結合部６と磁極部８を有する。

実施例では平板を略コ字形に折曲して形成している。

コイル２はヨーク１の一片に巻装されている。

アーマチュア３は、第１の磁気結合部６に磁気結合する
第２の磁気結合部５を有するとともに磁極部８に接離す
る接離部７を有する。実施例のアーマチュア３は平板に
より形成され、第２の磁気結合部５が第１の磁気結合部
６に枢支されている。

そして、接離部７はコイル２の励磁によりヨーク１の磁
極部８に吸着される。無励磁時にはアーマチュア３は復
帰ばね（図示せず）などにより接離部７が磁極部８から
開離した復帰位置に戻る。なお第２の磁気結合部５の枢
支手段は、公知のヒンジ手段を適用する。

永久磁石４はヨーク１の第１の磁気結合部６と磁極部８
との間に設けられている。Ｎ、Ｓは磁極である。実施例
では永久磁石４が第１の磁気結合部６と磁極部８間に直
接固定されている。

この実施例によれば、第３図ｆａｔに示すよう番こ、１
Ｎ石の復帰状態において、永久磁石４の磁化力により磁
束はほとんど磁束φＩとしてヨーク１を経由して流れ、
アーマチュア３を復帰方向に吸引する力は作用しないが
、永久磁石４の一部の磁束Φ２はヨーク１とアーマチュ
ア３を経由して流れ、磁気回路が粗なる結合であるがア
ーマチュア３を動作側に吸引するように働く。従ってア
ーマチュア３を復帰方向に吸引する力は作用しないので
、従来のような動作ばねを必要とすることなく片寄った
ばね負荷に適用できる。さらに前記磁束Φ２によりアー
マチュア３を動作側に吸引する力がコイル２の無励磁状
態でも常に働くことにより、電磁接触器や電磁継電器に
応用した時には電磁石の駆動部と接点部の可動部（可動
枠、カードなど）との間に隙間ができることなく安定し
た連結ができるので安定した特性（感動電圧、機械寿命
など）を得ることができる。

ついで、コイル２を励磁すると、第３図ｆｂｌに示すよ
うにコイル２の励磁により発生した磁束Φ３は前述の磁
束Φ１とは逆方向に流れるように構成されており、永久
磁石４により発生する磁束Φ２をコイル２の励磁により
発生する磁束φ３に重畳させることになるのでアーマチ
ュア３の復帰位置における吸引力を大きくできる。特に
この効果は、永久磁石４に希土類磁石などのエネルギー
の大きな磁石を用いたときに大きな効果を得ることがで
きる。

次に、アーマチュア３が第１の磁気結合部６を支点に揺
動し、接離部７が磁極部８に吸着されるように動作する
。第３図（ｂｌに示すようにアーマチュア３の動作位置
ではコイル２の励磁により発生した磁束Φ３は前述の磁
束Φ１とは逆方向に流れるように構成されており、永久
磁石４を含まないでヨーク１およびアーマチュア３によ
る閉磁路を流れると共に、永久磁石４により発生する磁
束Φ２はヨーク１とアーマチュア３を介し閉磁路を形成
すると共に、この永久磁石４により発生する磁束Φ２を
前記コイル２の励磁による磁束Φ３に重畳させることに
なる。よってコイル２の起磁力を増加するに従いヨーク
１とアーマチュア３の間に生しる吸引力が増大する一方
、永久磁石４の磁束Φ２によりアーマチュア３の動作側
への吸引力を増大できるため、コイル２の消費電力を低
減できる。

一方、コイル２に流れる電流を切る（コイル２を無励磁
状態にする）と復帰ばねなど（図示せず）により、アー
マチュア３は第３図（ａｌに示す状態に復帰する。

その他の効果として、動作時にはコイル２の磁束φ３に
永久磁石４の磁束Φ２が加算的に働き、復帰時（コイル
２の励磁をなくした時）には永久磁石４の磁束Φ１がコ
イル２の磁束Φ３を減じるように働くので、特表平０１
−５０２７０５号の！破切り換え装置の電磁石と同様に
、アーマチュア３の短い動作時間および短い復帰時間（
短い切り換え時間）が得られる。

しかも、この実施例では永久磁石４をヨーク１の第１の
磁気結合部６と磁極部８の間の空隙に配置することによ
り、永久磁石４より得られる磁束φ２を大きくでき、吸
引力を増大できるので消費電力をより一層低減すること
ができる。

またアーマチュア３の第２の磁気結合部５をヨーク１の
第１の磁気結合部６に直接接触させたことにヨリ、アー
マチュア３の動作位置でのアーマチュア３とヨーク１の
磁気結合が良くなり、コイル２の励磁による磁束φ３を
大きくできアーマチュア３の吸引力を増大することがで
き、消費電力を低減できる。

この発明の第２の実施例を第４図に示す。すなわち、こ
の単安定電磁石は、ヨーク１の磁極部８を内側に曲げる
ことにより、磁極部８と永久磁石４の接触部を大きくし
たものであり、その他は第１の実施例と同様ある。

ヨーク１の磁極部８を曲げ磁極部８と永久磁石４の接触
部を大きくすることにより、磁極部８と永久磁石４との
磁気結合が良好になり、また永久磁石４を大きくでき、
磁束Φ１．Φ２を大きくできるのでさらに吸引力を大き
くできる。

この発明の第３の実施例を第５図に示す。すなわち、こ
の単安定電磁石は、ヨーク１が平板を略コ字形に打ち抜
き形成したものであり、アーマチュア３をその板表面に
対向し、１個の永久磁石４をヨーク１の第１の磁気結合
部６と磁極部８の空隙に固定している。その他は第１の
実施例と同様である。

平板を略コ字形に打ち抜き形成してヨークｌを形成し、
アーマチュア３をそのまま板表面に対向することにより
、第１の実施例および第２の実施例に比べ薄型電磁石に
することができる。

この発明の第４の実施例を第６図に示す。すなわち、こ
の単安定電磁石は、アーマチュア３の第２の磁気結合部
５を第１の磁気結合部６に摺動自在に設けたものである
。すなわち、ヨーク１を略ヨ字形に形成して、中央片を
第１の磁気結合部６とし、両片を磁極部８として、一対
の永久磁石４を第１の磁気結合部６と磁極部８との空隙
に固定し、アーマチュア３の第２の磁気結合部５に穴部
５ａを設けて、ヨーク１の第１の磁気結合部６に摺動自
在に嵌合し、アーマチュア３の両端の接離部７をヨーク
１の磁極部８に対向させたものである。アーマチュア３
の実線が動作状態であり、想像線が復帰状態である。そ
の他は第１の実施例と同様である。

アーマチュア３を摺動自在に構成することにより、第１
の実施例、第２の実施例および第３の実施例に比ベアー
マチュア３のストロークの大きな電磁石にすることがで
きる。

なお、ヨーク１は平板を略ヨ字形に打ち抜き形成して積
層してもよい。また略コ字形のヨークと棒状または板状
ヨークをかしめるなどにより略ヨ字折曲形に形成しても
よい。

この発明の第５の実施例を第７図および第８図に示す。

すなわち、この単安定１を磁石は、ヨーク１が平板を折
曲したコ字形の固定部１ａとその中央片の貫通部１ｃに
摺動自在に貫通する可動部１ｂからなり、固定部１ａの
両端部を磁極部８とし、可動部１ｂの端部を第１の磁気
結合部６としている。永久磁石４は磁極部８と第１の磁
気結合部６との間に配置されて、磁極Ｓ側で可動部１ｂ
を摺動自在に支持している。アーマチュア３は中央部の
第２の磁気結合部５が第１の磁気結合部６に一体に連結
され、両端部の接離部７が磁極部８にそれぞれ対向して
いる。またコイル２は可動部１ｂに巻装されている。そ
の他は第１の実施例と同様である。

この実施例によれば、アーマチュア３が摺動動作するた
め、ストロークの大きな電磁五番こすることができる。

しかも、可動部１ｂが永久磁石４と貫通部１ｃの２個所
で摺動自在に支持されるので、第４の実施例よりも安定
した摺動動作を得ることができる。

なお、貫通部１ｃは磁性リング等で磁気結合する。

この発明の第６の実施例を第９図に示す。すなわち、こ
の単安定電磁石は、第１の実施例において永久磁石４を
ヨーク１の第１の磁気結合部６と磁極部８との間の中央
部に接近した位置に設けたものである。

なお、この発明において、ヨーク１は第１の実施例のよ
うに部品１個で略コ字形に折曲により形成したが、たと
えばＬ字形ヨークと棒状または板状ヨークをかしめるな
どにより複数の部品により構成してもよい。

また永久磁石４の磁極Ｓをヨーク１の第１の磁気結合部
６に磁気結合させたが、反対の磁極Ｎを磁気結合させて
もよい。

また永久磁石４をヨーク１に直接固定したが、ヨーク１
の第１の磁気結合部６と磁極部８の空隙にヨーク１を保
持するケース、コイル２を巻装するコイル枠など（図示
せず）により固定してもよい。さらに永久磁石４は複数
個を並設したものでもよい。

さらに、第１の実施例ないし第３の実施例においては、
アーマチュア３の第２の磁気結合部５をヨーク１の第１
の磁気結合部６に直接接触するように枢支させたが、ヨ
ーク１の第１の磁気結合部６と永久磁石４の磁極との接
合部の近傍、またはヨーク１の第１の磁気結合部６の永
久磁石４の磁極Ｓの側部側に枢支手段により枢支させて
もよい。

また、実施例はヨーク１にコイル２を設けたが、アーマ
チュア３に設けてもよいし、その両方に設けてもよい。

さらに、実施例はヨーク１の第１の磁気結合部６と磁極
部８との間に設けたが、アーマチュア３の第２の磁気結
合部５と接離部７との間に設けてもよく、また両方に設
けてもよい。

〔発明の効果〕

請求項＋１１の単安定電磁石は、ヨークの第１の磁気結
合部と磁極部との間およびアーマチュアの第２の磁気結
合部と接離部との間の少なくともいずれか一方に永久磁
石を設けるとともに、ヨークおよびアーマチュアの少な
くともいずれが一方にコイルを巻装したため、動作ばね
を必要とすることなく片寄ったばね負荷に適用でき、し
かもアーマチュアの復帰位置で永久磁石による動作方向
の吸引力を利用でき高効率にすることができるという効
果がある。

請求項（２）の単安定電磁石は、アーマチュアの第２の
磁気結合部が第１の磁気結合部に枢支されているため、
アーマチュアが揺動することにより、前記と同様な効果
がある。

請求項（３）の単安定電磁石は、アーマチュアの第２の
磁気結合部が第１の磁気結合部に摺動自在に設けられて
いるため、アーマチュアのストロークを大きくすること
ができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の第１の実施例の斜視図、第２図はそ
の分解斜視図、第３図は動作状態の説明図、第４図は第
２の実施例の斜視図、第５図は第３の実施例の斜視図、
第６図は第４の実施例の正面図、第７図は第５の実施例
の正面図、第８図はその動作状態の説明図、第９図は第
６の実施例の側面図である。 １・・・ヨーク、２・・・コイル、３・・・アーマチュ
ア、４・・・永久磁石、５・・・第２の磁気結合部、６
・・・第１の磁気結合部、７・・・接離部、８・・・磁
極部第 ３ 図 フ 第 図 第 図 第 ６ 図 第 図 第 図 ＼ （ｂ） 特 許 庁 長 官 殿 １゜ 羽生のＪじＲ 平成 ２年 特 許 願 第０６４９１１号 ３゜ 補正をする者 羽生との関係 幌午出原配友 ５゜ 補正命令の日付 自 発 補 正 ６゜ 補正により増加する請求項の数 （１１明細書第１１頁第１４行目、「動作位置」とある
を「復帰位置」と訂正する。 （２）明細書第１６頁第４行目、「アーマチュアＪとあ
るを「永久磁石４をヨーク１の第１の磁気結合部６と磁
極部８との間に設けたが、アーマチュア３の第２の磁気
結合部５と接離部７との間に設けてもよく、また両方に
設けてもよい。またアーマチュア」と訂正する。 （３）明細書第１６頁第１３行目から第１６行目、「さ
らに・・・・・・・・・もよい。」とあるを削除する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の磁気結合部と磁極部を有するヨークと、前
   記第１の磁気結合部に磁気結合する第２の磁気結合部を
   有するとともに前記磁極部に接離する接離部を有するア
   ーマチュアと、前記ヨークの前記第１の磁気結合部と前
   記磁極部との間および前記アーマチュアの前記第２の磁
   気結合部と前記接離部との間の少なくともいずれか一方
   に磁気結合した永久磁石と、前記ヨークおよび前記アー
   マチュアの少なくとも一方に巻装されたコイルとを備え
   た単安定電磁石。
2. （２）前記アーマチュアの前記第２の磁気結合部は、前
   記第１の磁気結合部に枢支されている請求項（１）記載
   の単安定電磁石。
3. （３）前記アーマチュアの前記第２の磁気結合部は、前
   記第１の磁気結合部に摺動自在に設けられている請求項
   （１）記載の単安定電磁石。