JPH07183122A - 電磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】スプリングを不用とし、構成を単純化した高感
度電磁石を提供する。 【構成】１はボビン、２はコイル、３は固定磁極、４は
磁極、５はヨーク、７は可動鉄心、９は永久磁石、９ａ
は磁極片、６，８は間隙、φ_m1，φ_m2は永久磁石に磁
束、φ₁ はコイルに通電した時の磁束である。コイルに
無通電の時は、φ_m1により可動鉄心は固定磁極に吸着さ
れている。コイルに通電すると、φ₁ とφ_m2は重畳さ
れ、φ₁ はφ_m1と相殺されて間隙６には強力な吸引力が
発生し、可動鉄心は磁極４側に吸引される図１（ｂ）。
コイルの通電を停止すると、図１（ａ）に復旧する。す
なわち、単安定作動する。なお磁極４の面は小径面を外
側にした円錐台形に形成してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業、民生の広範な各
分野の諸設備に活用されている電磁石の省電力化或は小
型軽量化に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５により、従来の電磁石の構成と作用
を説明する。すなわち、動作間隙１５を介して配設した
固定磁極３と可動鉄心７は、コイル１の通電によって動
作間隙１５に誘起される磁束の作用によって、可動鉄心
７に作用しているスプリング１４の力に抗して相互に吸
力して吸着状態を保持する。ここで、コイル１の通電を
停止すれば、前記の磁束の作用が消失して、スプリング
１４の反力によって動作間隙１５を図示位置に復旧させ
るもので、いわゆる通電時作動、通電停止時復旧の動作
特性をもつ電磁石として周知である。

【０００３】また、図５の構成に、さらに永久磁石を組
込み、コイルに通電時作動、通電停止時は永久磁石の磁
束により自己保持特性（ラッチング特性）し、逆方向通
電により復旧する特性をもつ電磁石も下記公報によって
公知である。 （ａ）実公平１−３４３２６号公報 （ｂ）特開昭５７−１８６３１２号公報 （ｃ）実公昭６０−２５８６１号公報 （ｄ）実公昭６１−２７１４０号公報 （ｅ）特開昭５８−９３３０３号公報 （ｆ）実開昭５８−１１６２１１号公報

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来の
電磁石は、コイルへの通電によって、動作間隙に誘起さ
れる磁束の２乗に比例する電磁吸引力を利用するもので
あり、また上記永久磁石を組込んだ自己保持電磁石で
も、永久磁石の起磁力による磁束は、単に固定磁極と可
動鉄心の吸引後の吸着保持力として利用されるにすぎな
い。

【０００５】本発明者は、この点に着目して、特公平４
−２３４０３号公報で開示されているように、コイル通
電による磁束と永久磁石起磁力による磁束との、動作間
隙における和の２乗に比例する電磁吸引力を活用して、
微少電流によって大きな吸引力を発生する高感度動作特
性の電磁石を提案している。しかしながら、本提案の電
磁石を、通電時作動、通電停止時復旧の特性をもつ電磁
石として利用するためには、特公平４−２３４０３号公
報の明細書に記載しているように、第２図と第３図に示
すスプリング３が不可欠である。従って、このスプリン
グの存在により、可動鉄心の吸引動作過程において、可
動鉄心に作用する電磁吸引力に対しスプリング抗力が逆
方向に作用する。すなわち、電磁吸引力がスプリング抗
力により滅殺されるので有効吸引力が著しく阻害される
と共にスプリングの存在により電磁石の構成を繁雑化す
るという欠点があった。

【０００６】本発明は、上述の問題点を解決し、スプリ
ングを必要とせず、より単純な構成で、より高感度動作
特性と省電力効果を発揮する電磁石を提供することを課
題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するものであり、外殻を形成するヨーク（５）の対
向する一方の面に立設された固定磁極（３）と、該ヨー
ク（５）の他方の面に該固定磁極（３）と同軸に開口さ
れ筒状孔又は小径面を外側に形成した円錐台状孔からな
る磁極（４）と、該固定磁極（３）を囲繞して配設され
た筒状ボビン（１）と、該ボビン（１）に巻装したコイ
ル（２）と、該ボビン（１）と該磁極（４）間に該ボビ
ン（１）を囲繞して配設された永久磁石（９）と、該永
久磁石（９）の磁束により該固定磁極（３）に吸着され
該コイル（２）に所定極性の電流を通電することにより
該永久磁石（９）の磁束と該コイル（２）による磁束を
相殺・重畳させて該固定磁極（３）から該磁極（４）側
へ吸着されると共に該固定磁極（３）の磁極面と該磁極
（４）の磁極面の外端との間の距離より短い軸方向長さ
を有する可動鉄心（７）と、該可動鉄心（７）の軸方向
移動距離を所定値に制限する手段とからなることを特徴
とする電磁石である。この電磁石は単安定動作をするこ
とができるものである。

【０００８】該固定磁極（３）に替えて該筒状孔又は小
径面を外側に形成した円錐台状孔の磁極（１０）を形成
すると共に、該可動鉄心（７）は両方の頭部を該円錐台
形状に形成するよう可動鉄心（７ａ）の長手方向中心に
対して対称形に形成してもよい。この実施例では双安定
動作をすることができる。

【０００９】

【作用】本発明の第１の実施例を用いその作用を、図１
を参照して説明する。図１（ａ）において、３はヨーク
５内の一方端に固設された固定磁極、１は固定磁極３を
囲繞して配設された筒状ボビン、２はボビン１に巻装し
たコイル、４はヨーク５の固定磁極３と反対側に固定磁
極３と同軸に開口され筒状孔（又は小径面を外側に形成
した円錐台状孔）からなる磁極、９はボビン１と磁極４
間にボビン１を囲繞して配設された永久磁石であり、一
方磁極をヨーク５の側面に固着し、他方磁極は磁極片９
ａの一側面と当接させている。そして、７は、永久磁石
９の磁束により無通電時は固定磁極３に吸着されており
コイル２に所定極性の電流を通電することによって永久
磁石９の磁束とコイル２による磁束を相殺・重畳させて
固定磁極３から磁極４側へ吸着される可動鉄心であり、
可動鉄心７は固定磁極３の磁極面と磁極４の磁極面の外
端との間の距離より短い軸方向長さを有するよう構成さ
れている。

【００１０】すなわち、図１（ａ）に示すように、コイ
ル２に通電されていないときは、永久磁石９の磁束は実
線矢印のように作用し、可動鉄心７は固定磁極３に吸着
されている。次いで、図１（ｂ）に示すように、コイル
２に通電すると、その磁束は破線矢印のように作用す
る。固定磁極３側では、永久磁石９の磁束はコイル２の
磁束と相殺され、可動鉄心７側では永久磁石９の磁束と
コイル２の磁束は重畳相加されることになる。従って、
可動鉄心７は磁極４側に吸着される。コイル２の通電を
オフとすると、永久磁石９の磁束のみが存在することと
なり、図１（ａ）の状態に復帰する。

【００１１】なお、図２は、所定傾斜角を持つ円錐台状
孔により磁極４ａを形成した場合の断面の説明図であ
り、軸方向摺動長を所定値に制限する手段の一実施例と
して非磁性体ストッパ１３を用いた例を示した。上述
の、永久磁石９の磁束とコイル２による磁束の相殺・重
畳作用を詳しく説明する。

【００１２】コイル２に対する通電のない場合、漏洩磁
束を無視すれば、永久磁石９の起磁力の作用によって、
図１（ａ）の実線矢印の通り、固定磁極３経由の磁束φ
_m1と、動作間隙６経由の磁束φ_m2に分流し、その磁気吸
引力の作用によって、固定磁極３と可動鉄心７の一方端
部は図示の通り吸着され安定する。ここで図１（ｂ）に
図示するように、コイル２に通電して図示点線矢印の磁
束φ_i を誘起させると、固定磁極３経由磁路に磁束φ_m1
−φ_i 、動作間隙６経由磁路にはφ_m2＋φ_i が誘起され
る。

【００１３】従って、これらの磁束によって可動鉄心７
に作用する電磁力Ｆは、 Ｆ＝Ｋ｛−（φ_m1−φ_i ）² ＋（φ_m2＋φ_i ）² ｝（Ｋ
は比例定数） となり、φ_m1≒φ_i の条件を設定すれば、 Ｆ＝Ｋ（φ_m2＋φ_i ）² の電磁吸引力が発生して、可動鉄心７を右方向に大きな
推力を作用させ変移させる。

【００１４】図１（ｂ）の状態において、コイル２の通
電を停止すれば、当然図示の磁束φ _i が消失し、永久磁
石による磁束φ_m1とφ_m2が残るが、磁束φ_m1の方向が可
動鉄心軸に一致するのに対し、磁束φ_m2の方向は可動鉄
心半径方向の成分が大きく、その磁気吸引力が相殺され
るので、可動鉄心には左方向への推力が作用して図１
（ａ）の状態に復旧する。

【００１５】勿論、この復旧過程の当初の左方向への推
力を補うため、必要に応じて可動鉄心に左方向のスプリ
ング力を作用させることもできる。すなわち、上述の電
磁石は、固定磁極面とこれに当接する可動鉄心の磁極面
の形状、或は動作間隙で対面する磁極面の形状の選択に
よって、各種、多様の通電動作、定電復旧の特性や自己
保持特性を備え、高感度動作特性をもつ電磁石を提供す
ることができる。

【００１６】本発明の特徴を要約すると、 ａ 有効電磁吸引力を損なうスプリングを原則として使
用しなくてもよいことである。すなわち、構造が簡単に
なり、高吸引力を得ることを可能とするものである。 ｂ コイルに通電したとき、可動鉄心は作動し、通電を
停止すると復旧するので、ラッチング特性はもたない。

【００１７】ｃ 電磁力Ｆは、Ｆ＝Ｋ（φ_m2＋φ_i ）²
となり、高吸引力特性を発揮する。 ｄ 可動鉄心の動作初期に大きな吸引力が発生し、可動
鉄心のストロークが進むにつれて、移動方向よりも垂直
方向の分力が大きくなり、最終的には可動鉄心は停止す
る。 ｅ 多様な要求に対応できる電磁石の設計を可能とす
る。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を、図面を参照して説明す
る。図１は、本発明の第１の一実施例であり、その構成
については前述したが、本実施例は、固定磁極３を設け
ることにより可動鉄心７の重量を軽減したものである。
図２は、図１の筒状孔磁極４に替えて円錐台孔状磁極４
ａを用いた場合の断面の説明図である。なお、図２
（ａ）は、コイルに通電していない時の状態、図２
（ｂ）はコイルに通電した時の状態を示す。また、１３
は可動鉄心７の軸方向摺動距離を所定値に制限するスト
ッパである。

【００１９】図３は、図１の他の実施例の断面の説明図
であり、図１の固定磁極３に替えて、ヨーク１の側面を
固定磁極としたもので、部品数を減少させることがで
き、また、必要に応じて非磁性体ストッパ１３を固定磁
極を経由する磁路に挿入することも可能であり（図示せ
ず）、さらに、可動鉄心７と固定磁極の間に非磁性体１
２を挿着すれば、吸着力の調整を図ることができる。

【００２０】次に、本発明の第２の実施例を図４を参照
して説明する。図において、図１との共通部は、同一符
号を付して説明を省略する。すなわち本実施例は、図１
の固定磁極３を、ボビンの一方開口に同軸に連通した筒
状孔（又は小径面を外側にした円錐台孔）磁極１０にし
て、可動鉄心７ａの一方端部を、微少間隙１１を介して
その孔内に挿入可能に構成したものである。すなわち、
可動鉄心７ａはその長手方向中心に対し対称形に形成さ
れている。

【００２１】本実施例はコイル２に通電する毎に、可動
鉄心７ａは磁極４および磁極１０間を往復安定する双安
定特性を有する。また本実施例では、永久磁石９の磁極
を半径方向に形成したので、その磁路は図示の通りとな
り、図１の磁極片９ａを省略することができる。なお図
１の永久磁石９の磁極は軸方向に形成されている。

【００２２】

【発明の効果】本発明は次ような優れた効果を奏する。 （ａ）乾電池等の微少電源によっても大きな吸引力を発
生する高感度電磁石を提供できる。 （ｂ）小型、軽量、構造が単純で、頑丈な電磁石の製造
を可能とする。 （ｃ）所要の吸引力特性、吸着保持性をもつ電磁石の量
産が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の説明図を示し、図１
（ａ）は、コイルに無通電時の一部断面を示す側面図、
図１（ｂ）は、コイルに通電時の一部断面を示す側面
図、図１（ｃ）は、一部断面を示す平面図である。

【図２】図１の電磁４に替えて円錐台状孔磁極４ａを設
けた実施例の説明図であり、図２（ａ）はコイルに無通
電時、図２（ｂ）はコイル通電時の動作を示す。

【図３】図１の他の実施例の説明図であり、図３（ａ）
は、コイルに無通電時の一部断面を示す側面図、図３
（ｂ）は、コイルに通電時の一部断面を示す側面図、図
３（ｃ）は、一部断面を示す平面図である。

【図４】本発明の第２の実施例の説明図である。

【図５】従来技術の断面の説明図である。

【符号の説明】

１ ボビン ２ コイル ３ 固定磁極 ４、４ａ 磁極 ５ ヨーク ６ 動作間隙 ７、７ａ 可動鉄心 ８ 微少間隙 ９ 永久磁石 １０ 磁極 １１ 微少間隙 １２ 非磁性体 １３ ストッパ １４ スプリング １５ 間隙

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外殻を形成するヨーク（５）の対向する
   一方の面に立設された固定磁極（３）と、該ヨーク
   （５）の他方の面に該固定磁極（３）と同軸に開口され
   筒状孔又は小径面を外側に形成した円錐台状孔からなる
   磁極（４）と、該固定磁極（３）を囲繞して配設された
   筒状ボビン（１）と、該ボビン（１）に巻装したコイル
   （２）と、該ボビン（１）と該磁極（４）間に該ボビン
   （１）を囲繞して配設された永久磁石（９）と、該永久
   磁石（９）の磁束により該固定磁極（３）に吸着され該
   コイル（２）に所定極性の電流を通電することにより該
   永久磁石（９）の磁束と該コイル（２）による磁束を相
   殺・重畳させて該固定磁極（３）から該磁極（４）側へ
   吸着されると共に該固定磁極（３）の磁極面と該磁極
   （４）の磁極面の外端との間の距離より短い軸方向長さ
   を有する可動鉄心（７）と、該可動鉄心（７）の軸方向
   移動距離を所定値に制限する手段とからなることを特徴
   とする電磁石。
2. 【請求項２】 該固定磁極（３）に替えて該筒状孔又は
   小径面を外側に形成した円錐台状孔の磁極（１０）を形
   成すると共に、該可動鉄心（７）は両方の頭部を該円錐
   台形状に形成するよう可動鉄心（７ａ）の長手方向中心
   に対して対称形に形成した請求項１記載の電磁石。