JPH0642423B2 - 単安定電磁石 - Google Patents

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、クラッパ形電磁石
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チュア
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気回
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（例えば特公昭62−17333号、実公昭58−10327
号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

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、一
般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号の単安定電磁石は、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適した特性を
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
が閉ループを流れ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動作ばねが必要になるな
どの欠点を有していた。

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る有極の単安定電
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(1)の単安定電磁石は、ヨークと、このヨークに
接離動作可能な接離部を有するアーマチュアと、前記ヨ
ークおよび前記アーマチュアの少なくともいずれか一方
に巻装されて励磁により前記アーマチュアを前記ヨーク
に吸引させるコイルと、前記アーマチュアの接離部の近
傍に配置されて磁化方向が前記アーマチュアの移動方向
とほぼ垂直である永久磁石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
永久磁石を前記アーマチュアおよび前記ヨークの少なく
とも一方に固定し、その他方に対面する前記永久磁石の
磁極の前記接離部の移動方向と同方向の長さを、前記接
離部の移動範囲以上としたものである。

請求項(3)の単安定電磁石は、請求項(1)において、前記
永久磁石は磁極に集磁板を設けたものである。

〔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に吸着されるように動
作する。この場合、コイルの励磁による磁束は、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。さらに永久磁石により発生
する磁束を前記コイルによる磁束に重畳させることがで
きるのでアーマチュアの吸引力を増大でき、したがって
消費電力を低減できる。一方アーマチュアの復帰位置に
おいては、永久磁石の磁束が閉ループを作らない構成と
なり、アーマチュアの復帰方向には永久磁石の磁束はほ
とんど作用しないので、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、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、請求項(1)の永久磁
石の磁極の前記接離部の移動方向と同方向の長さを、前
記接離部の移動範囲以上としたため、アーマチュアの接
離部の移動範囲の全体に永久磁石の磁束が作用するの
で、請求項(1)の作用とともに、移動範囲の全体におい
て効率的にアーマチュアの吸引力を増大することができ
る。

請求項(3)の単安定電磁石によれば、前記永久磁石は磁
極に集磁板を設けているため、永久磁石より発生する磁
束をアーマチュアまたはヨークに洩れなく集めることが
できるので、より一層効率がよくなりコイルの励磁時の
アーマチュアの吸引力が向上する。

〔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、この単安定電磁石は、ヨーク１
と、コイル２と、アーマチュア３と、永久磁石４とを有
する。

ヨーク１は平板を略コ字形に折曲形成している。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
はヨーク１の一端部６の板端面に磁気結合される枢支部
５を有するとともに、揺動によりヨーク１の他端部８の
板端面に接離する接離部７を有する。そして、接離部７
はコイル２の励磁によりヨーク１に吸着される。無励磁
時は復帰ばね（図示せず）などにより復帰位置に戻る。
なお一端部６と枢支部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の他端部８に固定されて接離部７
の近傍に配置されている。すなわち、永久磁石４は一対
を実施例とし、略コ字形の補助ヨーク９の両端部の内側
面に磁極Ｓが磁気結合されて固定され、中央部に孔１０
を形成してヨーク１の他端部８に嵌着している。また永
久磁石４の磁化方向は接離部７の移動方向とほぼ垂直で
あり、永久磁石４の磁極Ｎがアーマチュア３の側部に対
面し、かつ磁極Ｎの接離部７の移動方向と同方向の長さ
は接離部７の移動範囲よりも長く形成している。

この実施例によれば、第３図(a)に示すように、電磁石
の復帰状態において、永久磁石４の磁化力により磁束Φ
_１はアーマチュア３、ヨーク１および補助ヨーク９を経
由して流れるが、磁気回路が粗なる結合であるのでアー
マチュア３を復帰方向に吸引する力はほとんど作用しな
い。一方、一部の磁束Φ_２はアーマチュア３および補助
ヨーク９を経由して流れるが、この磁束Φ_２はアーマチ
ュア３をほぼ垂直に通過する磁束であり、かつ磁気回路
も粗なる結合であるのでアーマチュア３を復帰方向に吸
引する力はほとんど作用しない。従ってアーマチュア３
を復帰方向に吸引する力はほとんど作用しないので、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。

ついで、コイル２を励磁すると、アーマチュア３の枢支
部５を中心に接離部７がヨーク１の他端部８に吸着され
るようにアーマチュア３が動作する。第３図(b)に示す
ようにコイル２の励磁により発生した磁束Φ_３は前述の
磁束Φ_１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ともに、永久磁石４により発生す
る磁束Φ_２をコイル２の励磁により発生する磁束Φ_３に
重畳させることになる。したがってコイル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の間に生じる
吸引力が増大する一方、永久磁石４の磁束Φ_２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。

また永久磁石の磁極４の長さをアーマチュア３の接離部
７の移動範囲以上としているため、アーマチュア３の接
離部７の移動範囲の全体に永久磁石４の磁束Φ_２が作用
するので、効率的にアーマチュア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。

しかも、永久磁石４をヨーク１の他端部８に取り付ける
ことにより、永久磁石４より得られる磁束の増大により
吸引力を増大できるので消費電力を一層低減することが
できる。

次に、コイル２に流れる電流を切ると復帰ばね（図示せ
ず）などにより、アーマチュア３は第３図(a)に示す状
態に復帰する。

なお、ヨーク１は部品１個を略コ字形に折曲により形成
したが、Ｌ字形ヨークと棒状または板状ヨークにより、
かしめなどによって略コ字折曲形に構成してもよい。ま
た永久磁石４の一極と接触する補助ヨーク９は別部材で
なくヨーク１と一体形成された構造であってもよい。ま
た前記実施例は永久磁石４が一対であったが、１個でも
よい。さらに永久磁石４の磁極Ｓをヨーク１の他端部８
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。さらに永久磁石４をヨーク１に固定したが、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）を介して固定してもよい。また永久磁石
４はフエライト磁石、希土類磁石、さらにはプラスチッ
ク磁石でもよい。また前記実施例では、永久磁石４の磁
化方向はアーマチュアの移動方向と完全な垂直であった
が、約４５度程度傾斜してもほぼ垂直の範囲である。

この発明の第２の実施例を第４図および第５図に示す。
すなわち、この単安定電磁石は、永久磁石４をアーマチ
ュア３側の接離部７に固定したものであり、アーマチュ
ア３に一対のかぎ形の耳片１１を一体に形成し、各耳片
１１の内側に永久磁石４を取付け、磁極Ｓをヨーク１の
他端部８の側面に対向している。その他は第１の実施例
と同様である。

永久磁石４をアーマチュア３側に固定することにより可
動部の重量は大きくなるが、アーマチュア３と同時成型
等により製造することにより、部品点数の削減および組
立性の向上が図れる。

なお、耳片１１は別部材を用いてもよい。また永久磁石
４をアーマチュア３に直接固定したが、アーマチュア３
と同時動作する別部材を介してもよい。

この発明の第３の実施例を第６図ないし第８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の磁極Ｎに集磁板１２を設けたものであ
る。

この実施例によれば、磁束Φ_１，Φ_２は集磁板１２を通
して永久磁石４よりアーマチュア３に洩れなく流れるの
で効率を向上することができる。したがって、アーマチ
ュア３の復帰側では第３図(a)のように磁気回路が粗な
る結合であるため、アーマチュア３を復帰方向に吸引す
る力はほとんど作用しないが、第３図(b)のように励磁
時のアーマチュア３がヨーク１に接近すると閉磁路とな
るのでアーマチュア３の吸引力の増大に寄与することが
でき、集磁板１２がない第１の実施例と比較して吸引力
を増大することができる。

この発明の第４の実施例を第９図ないし第１０図に示
す。すなわち、この単安定電磁石は、第２の実施例にお
いて、永久磁石４の磁極Ｓに集磁板１２を設けたもので
あり、集磁板１２により磁極Ｓとヨーク１との間の磁束
を洩れなく流すことができるので、第３の実施例と同様
の効果がある。

なお、この発明において、コイル２および永久磁石４は
ヨーク１およびアーマチュア３の双方に設けられてもよ
い。

〔発明の効果〕

請求項(1)の単安定電磁石は、アーマチュアの接離部の
近傍に磁化方向が接離部の移動方向とほぼ垂直である永
久磁石を配置したため、コイルの励磁による磁束は、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。さらに永久磁石により
発生する磁束を前記コイルによる磁束に重畳させること
ができるのでアーマチュアの吸引力を増大でき、したが
って消費電力を低減できる。一方アーマチュアの復帰位
置においては、永久磁石の磁束が閉ループを作らない構
成となり、アーマチュアの復帰方向には永久磁石の磁束
はほとんど作用しないので、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、ばね負
荷と整合しやすい吸引力特性が得られるという効果があ
る。

請求項(2)の単安定電磁石は、請求項(1)の永久磁石の磁
極の前記接離部の移動方向と同方向の長さを、前記接離
部の移動範囲以上としたため、アーマチュアの接離部の
移動範囲の全体に永久磁石の磁束が作用するので、請求
項(1)の効果とともに、移動範囲の全体において効率的
にアーマチュアの吸引力を増大することができる。

請求項(3)の単安定電磁石は、前記永久磁石は磁極に集
磁板を設けているため、永久磁石より発生する磁束をア
ーマチュアまたはヨークに洩れなく集めることができる
ので、より一層効率がよくなりコイルの励磁時のアーマ
チュアの吸引力が向上する。

【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図はその動作状態の説明図、
第６図は第３の実施例の斜視図、第７図はその分解斜視
図、第８図は動作状態の説明図、第９図は第４の実施例
の斜視図、第１０図はその動作状態の説明図である。 １…ヨーク、２…コイル、３…アーマチュア、４…永久
磁石、７…接離部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ヨークと、このヨークに接離動作可能な接
   離部を有するアーマチュアと、前記ヨークおよび前記ア
   ーマチュアの少なくともいずれか一方に巻装されて励磁
   により前記アーマチュアを前記ヨークに吸引させるコイ
   ルと、前記アーマチュアの接離部の近傍に配置されて磁
   化方向が前記アーマチュアの移動方向とほぼ垂直である
   永久磁石とを備えた単安定電磁石。
2. 【請求項２】前記永久磁石は前記アーマチュアおよび前
   記ヨークの少なくとも一方に固定され、その他方に対面
   する前記永久磁石の磁極の前記接離部の移動方向と同方
   向の長さが、前記接離部の移動範囲以上である請求項
   (1)記載の単安定電磁石。
3. 【請求項３】前記永久磁石は磁極に集磁板を設けている
   請求項(1)記載の単安定電磁石。