JPH0536521A - 電磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電磁石の反発作動特性を利用して電磁石の動作
特性を改善し、併せて永久磁石による磁束と、コイルに
通電したときの磁束の重畳効果を用いて、電磁石の高感
度化と小型・軽量化を図る。 【構成】円筒状ヨーク１・コイル３・永久磁石４・磁極
板５を備えた固定子と、プランジャー６の端部に永久磁
石４と接離するプランジャー６の径より大きい吸引磁極
板７を固着した可動子とから構成される。コイル３に通
電したとき吸引磁極板７に発生する磁束を、吸引磁極板
７に発生している永久磁石４の磁束と同相に重畳させ
て、固定子と可動子を反発させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁弁、電磁リレー、
電磁操作機構等に利用される電磁石に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知の通り、従来の電磁石は、固定鉄心
に巻装したコイルに通電して、固定鉄心の磁極面と動作
間隙を介して配置した可動鉄心を、可動鉄心に作用させ
たスプリングに抗して吸引保持し、この保持状態をコイ
ルの通電を停止してスプリング力で解除し、動作間隙を
復帰させる構成と機能を持っている。即ち、通電によっ
て固定鉄心と可動鉄心間の磁気吸引力を利用するもので
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術は、次のような問題点がある。 （１）電磁石の磁気吸引、反発力は、磁極面間の距離
（動作間隔長）の増加によって指数函数で急激に減少す
る。一方で従来の磁気吸引力を利用する電磁石では、電
磁石の吸引動作開始時に最大の動作間隙となっており、
吸引動作終了時に最小の動作間隙長となる。従って、従
来技術の電磁石は、吸引動作開始時の所要電気入力の増
大を余儀なくされ、また、動作終了時に最大の吸引力を
発生するという本質的な欠点がある。

【０００４】（２）従来の電磁石において、コイルの通
電を停止した場合、固定鉄心と可動鉄心の磁極面の密着
を開放する力は、すべて吸引動作時にスプリングに貯え
られる機械エネルギーによるので、吸引動作時の電気入
力は、スプリングの機械エネルギー分だけ大きくなる。 （３）直流電源で動作させる従来の電磁石は、使用する
鉄心の材質により、残留磁束の影響によって可動鉄心の
開放時の動作信頼性を損なう恐れがあり、その対策にも
電磁石の電気入力を増大させることが多い。

【０００５】本発明は、上記問題点を解消し、高感度で
小型、軽量でしかも安価な反発力を発生させる電磁石を
提供することを課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の問題点を
解決するため、次の技術手段を採った。すなわち、第１
の発明は、 （１）ア 一方端を底板で閉じると共に他方端をプラン
ジャーの挿通孔を設けた磁極板で閉じた円筒状ヨークと イ ヨーク内にヨークと同軸に底板に一方の磁極面を固
着した永久磁石と、 ウ ヨーク内にヨークと同軸に配設されたコイルとから
なる固定子と、 （２）エ 挿通孔に挿通され永久磁石の他の磁極面と接
離するプランジャーと、 オ 永久磁石と接離するプランジャー端面側に固設され
プランジャーの外径より大きい対向面積を有しかつヨー
クとの間に所定の磁気抵抗を持つ磁路を形成する吸引磁
極板と を備え、吸引磁極板が永久磁石とコイル間を移動可能と
する可動子と、からなり、 固定子と可動子間の反発力を用いることを特徴とする電
磁石である。第２の発明は、 （１）ア 両端をプランジャー軸の挿通孔を有する底板
で閉じた円筒状ヨークと、 イ ヨーク内の両底板のそれぞれに所定の磁極面がそれ
ぞれ同軸に固設されプランジャー軸の挿通孔を備えると
共に軸方向に磁化された永久磁石と ウ 円筒状ヨーク内中央部に円筒状ヨークと同軸に配設
されたコイルと、 エ 円筒状ヨーク内のプランジャー軸を囲繞して固設さ
れプランジャー軸の軸方向移動により、両端面がそれぞ
れ一方の永久磁石の磁極面とコイルの一端面間を移動可
能とするプランジャー軸の外径より大きい対向面積を有
しかつヨークとの間に所定の磁気抵抗を持つ磁路を形成
する第１及び第２の磁極板を備えたプランジャーとから
なり、 （２）コイルに所定極性の電流を通電した時、吸着する
一方の永久磁石と第１の磁極板間の反発力を、離間する
他の永久磁石と第２の磁極板間の吸引力をそれぞれ用い
る、或は、離間する一方の永久磁石と第１の磁極板間の
吸引力を、吸着する他の永久磁石と第２の磁極板間の反
発力をそれぞれ用いることを特徴とする電磁石である。

【０００７】

【作用】まず、第１の発明の一実施例の作用を説明す
る。図２は、本発明の第１の実施例の作用説明図であ
り、一部側面を含む縦断面図を示したものである。図２
（ａ）は可動子と固定子が吸着している状態、図２
（ｂ）は可動子と固定子が離間している状態である。

【０００８】本実施例は、円筒状ヨーク１の端面に軸方
向に磁化した永久磁石４の一磁極面を固着し、永久磁石
４の他の磁極面に接離するプランジャー６を設け、プラ
ンジャー６の接離面側にプランジャー６の外径より大き
い吸引磁極板７を固設したものである。図２（ａ）は、
コイル３に通電していない場合であり、実線矢印の永久
磁石４による磁束のみが存在し、この磁束により吸引磁
極板７は永久磁石４の一磁極面に吸着されている。

【０００９】このとき、図２（ａ）の点線の方向に磁束
を発生させるようにコイル３に通電すると、両磁束は同
相に重畳され、吸引磁極板７と永久磁石４間には反発力
が作用し、図２（ｂ）に示すように、可動子と固定子は
離間する。ここでコイル３の通電を停止すると、可動子
の自重、あるいは図示を略したスプリング力等によっ
て、可動子は図２（ａ）に示す位置に復帰させることが
できる。

【００１０】即ち、本発明の電磁石は、可動子の動作を
コイル通電の有無によって操作する単安定動作で、しか
も可動子の反発動作当初に最大力を発生し、しかも永久
磁石の磁気エネルギーを効果的に利用する高感度特性を
発揮することができる。

【００１１】

【実施例】本発明の第１の実施例の説明図を図１に示
す。図１（ａ）は一部側面を含む縦断面図、図１（ｂ）
は一部平面を含む図１（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図であ
る。本実施例は、一部上述したように、ヨーク１、コイ
ル３、永久磁石４、磁極板５等からなる固定子と、永久
磁石４のＳ磁極面と接離するプランジャー６の端面側に
固設した吸引磁極板７からなる可動子から構成されてい
る。また、吸引磁極板７はヨーク１との間に所定の磁気
抵抗を持つ磁路を形成するようにヨーク１の内側面との
間に微少間隙を介して対向させている。

【００１２】そして、図１（ａ）に示す状態で、コイル
３に通電し、吸引磁極板７に、コイル３の磁束と永久磁
石４の磁束を同相に重畳させ、固定子と可動子間に反発
力を発生させるように構成されている。図３は、本発明
の第１の実施例の具体例を示し、図４はヨークの一例で
あり、図４（ａ）は縦断面図、図４（ｂ）は平面図を示
したものである。

【００１３】すなわち、図３に示すように、本実施例で
は図１に示すヨーク１の閉じた面および永久磁石４にも
プランジャー６の先端を挿入する円孔を開け、ヨーク１
とプランジャー６の先端との当接面を嵌合するように傾
斜を持たせた部分円錐面に形成し、磁路の磁気抵抗の低
下を図ったものである。また、図１では磁極板５をヨー
ク１側に設けているが、図３に示すように、プランジャ
ー６側に設けてもよい。

【００１４】さらに、ヨーク１の形状を図４のように、
ヨーク１を軸方向に分割してもよく、このようにすれ
ば、ヨーク１は絞り加工ではなく、プレス加工が可能と
なり電磁石の性能を低下させることなく製造コストの低
減に効果がある。次に、本発明の第２の実施例を説明す
る。図５は、本発明の第２の実施例の説明図でありその
一部縦断面を示す。図５は、簡単にいえば図１（ａ）の
電磁石２個をそれぞれＡ−Ａ断面で切断しそれぞれを左
右対称に接合して、コイルを１個とし、さらにプランジ
ャー６の両端部がそれぞれの永久磁石４およびヨーク１
を貫通して左右に移動可能とし、双安定作動するように
構成したものである。

【００１５】従って、図５の第１の磁極板８及び第２の
磁極板９はヨーク１の内側面との間に微少間隙を介して
対向させている。図６は本発明の第２の実施例の作用説
明図である。図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ可動子の一
安定状態を示している。図示の実線矢印は永久磁石４に
よる磁束であり、点線矢印はコイル３に通電した時に発
生するの磁束である。図６（ａ）に示すように、永久磁
石４と第１の磁極板８が吸着しているときにコイル３に
通電すると、両磁束は同相に重畳され永久磁石４と第１
の磁極板８間に反発力が発生すると共に、第２の磁極板
９の両磁束は逆相となり打消されるので第２の磁極板９
は右側の永久磁石４に吸引され、図６（ｂ）に示す状態
に移行する。

【００１６】図６（ｂ）の状態において、コイル３に逆
方向に通電すると、第２の磁極板９の両磁束は同相に重
畳され右側の永久磁石４と第２の磁極板９との間に反発
力が発生すると共に、第１の磁極板８は左側の永久磁石
４に吸引され、図６（ａ）に示す状態に復帰する。この
通電はパルスでよく、双安定の高感度電磁石として作用
させることができる。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、次のような優れた効果を奏す
る。 ア 電磁反発力 一般に機械系運動は、運動開始時に大きな作用力を必要
とし、運動の経過とともに作用力を一定とするか、或は
漸減させることが望ましい。本発明は、従来の吸引型電
磁石が動作間隙の介在のために、運動開始時に微少な作
用力を発生し、運動終了時に過大な作用力を発生すると
いう欠点を除去し、運動開始時に最大の作用力を発生す
る電磁反発力を利用し、電磁石の動作特性を大きく改善
することができる。

【００１８】イ 永久磁石のエネルギー利用 コイルに通電して発生する電磁石のエネルギーに、永久
磁石のエネルギーを重畳することにより、高感度動作を
可能とする。 ウ 多様な作動特性 通電作動型（コイル通電の有無による）、パルス作動型
（コイルに対するパルス通電の極性による作動）或は、
パルス歩進型（コイルに対するパルス通電回数で歩進す
る作動）など、単安定、双安定或は多安定作動の電磁石
の製造が可能である。

【００１９】しかも、小型、軽量で単純・頑丈な構造の
電磁石の量産が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施例の構成説明図で
あり、図１（ａ）は一部側面を含む縦断面図、図１
（ｂ）は一部平面を含む図１（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図
である。

【図２】図２は、本発明の第１の実施例の作用説明図で
あり、一部側面を含む縦断面図を示し、図２（ａ）は可
動子と固定子が吸着している状態、図２（ｂ）は可動子
と固定子が離間している状態である。

【図３】図３は、本発明の第１の実施例の具体例を示
す。

【図４】図４は、図３のヨークの一例を示し、図４
（ａ）は縦断面図、図４（ｂ）は平面図である。

【図５】図５は、本発明の第２の実施例の構成説明図で
あり、一部側面を含む縦断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例の作用説明図であり、一
部側面を含む縦断面図を示し、図６（ａ）は可動子と固
定子の一安定状態、図６（ｂ）は可動子と固定子の他の
安定状態を示す。

【符号の説明】

１ ヨーク ３ コイル ４ 永久磁石 ５ 磁極板 ６ プランジャー ６ａ プランジャー軸 ７ 吸引磁極板 ８ 第１の磁極板 ９ 第２の磁極板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方端を底板で閉じると共に他方端をプ
   ランジャーの挿通孔を設けた磁極板で閉じた円筒状ヨー
   クと、該ヨーク内に該ヨークと同軸に該底板に一方の磁
   極面を固着した永久磁石と、該ヨーク内に該ヨークと同
   軸に配設されたコイルとからなる固定子と；該挿通孔に
   挿通され該永久磁石の他の磁極面と接離するプランジャ
   ーと、該永久磁石と接離するプランジャー端面側に固設
   され該プランジャーの外径より大きい対向面積を有しか
   つ該ヨークとの間に所定の磁気抵抗を持つ磁路を形成す
   る吸引磁極板とを備え該吸引磁極板が該永久磁石と該コ
   イル間を移動可能とする可動子と；からなり、該固定子
   と該可動子間の反発力を用いることを特徴とする電磁
   石。
2. 【請求項２】 両端をプランジャー軸の挿通孔を有する
   底板で閉じた円筒状ヨークと、該ヨーク内の該両底板の
   それぞれに所定の磁極面がそれぞれ同軸に固設され該プ
   ランジャー軸の挿通孔を備えると共に軸方向に磁化され
   た永久磁石と、該円筒状ヨーク内中央部に該円筒状ヨー
   クと同軸に配設されたコイルと、該円筒状ヨーク内の該
   プランジャー軸を囲繞して固設され該プランジャー軸の
   軸方向移動により、両端面がそれぞれ一方の該永久磁石
   の磁極面と該コイルの一端面間を移動可能とする該プラ
   ンジャー軸の外径より大きい対向面積を有しかつ該ヨー
   クとの間に所定の磁気抵抗を持つ磁路を形成する第１及
   び第２の磁極板を備えたプランジャーとからなり、該コ
   イルに所定極性の電流を通電した時、吸着する一方の永
   久磁石と該第１の磁極板間の反発力を、離間する他の永
   久磁石と該第２の磁極板間の吸引力をそれぞれ用いる、
   或は、離間する一方の永久磁石と該第１の磁極板間の吸
   引力を、吸着する他の永久磁石と該第２の磁極板間の反
   発力をそれぞれ用いることを特徴とする電磁石。