JPS6015290Y2

JPS6015290Y2 - 電磁石

Info

Publication number: JPS6015290Y2
Application number: JP7293682U
Authority: JP
Inventors: 壽宏中村; 絢一勝田
Original assignee: オリエンタルモ−タ−株式会社
Priority date: 1982-05-19
Filing date: 1982-05-19
Publication date: 1985-05-14
Also published as: JPS57203507U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、励磁巻線に並列に短絡環を設け、閉磁路状態
において可動鉄片と接触可能にこの短絡環を継鉄に配装
するようにした電磁石に関する。

交流電磁石の特長は商用電源で作動できる点にある。

しかし、作動時の開磁路と閉磁路における消費電力は異
なり、また電源周波数の変化により吸引力特性も変化す
る等の欠点を有する。

さらに、消費電力当りの吸引力も他の型式の電磁石に比
べて小さく、効率は悪い。

一方、直流電磁石の特長は、開磁路、閉磁路のいずれの
状態においても消費電力は一定であり、かつ消費電力当
りの吸引力も他の型式の電磁石より大きく高効率である
。

しかし、直流電磁石の定格電圧は、１２〜２４Ｖ程度で
あるため変圧器等を必要とするので装置は高価となる。

また、電磁石は交流、直流の型式によらず、その磁気回
路には残留磁束を有するため、コイルの励磁を切っても
可動鉄片は継鉄に吸着されたままとなり、これらを引き
離すレリーズスプリングの弾力では可動鉄片を引き離す
ことができなくなる。

この点を防止するために、通常、磁石の閉磁路状態にお
いて継鉄と可動鉄片との間に適正な空隙を設けるように
している。

しかし、このような空隙を設けることは、継鉄と可動鉄
片との接触面積を減少させることになり、磁石の作動の
繰り返しに対する継鉄および可動鉄片の摩耗は大きくな
る。

したがって、か）る接触部の摩滅に伴って、上記空隙を
適正に保持することはできなくなり、磁石の作動は不安
定となり、最後には作動不能となる。

これらは電磁石の動作寿命を減少させる原因となってい
た。

本考案の目的は上記従来の電磁石のもつ欠点を解決し、
可動鉄片および継鉄の摩耗を防止して高効率で動作寿命
の長い電磁石を提供することにある。

以下、図面に示す実施例を参照しながら本考案を詳細に
説明する。

第１図は従来の交流半波整流型電磁石の一例を示す概念
的な縦断面図である。

同図において、１は断面コ字型に形成した継鉄であり、
その凹部内には環状に形成した励磁巻線２を絶縁体３を
介して配置しである。

４はその左右端部をレリーズスプリング５により支持し
た可動鉄片であり、作動時にはスプリング５に抗して継
鉄１側に吸引され、その下面は継鉄１の上端面１ａと接
触し、継鉄１と共に磁石の閉磁路を形成する。

継鉄１の他方の上端面１ｂは端面１ａよりその高さを若
干低く形成されているから、端面１ｂは可動鉄片４の吸
引時に可動鉄片４と接触せず、これらの間には空隙が形
成される。

この空隙は前述した残留磁束による影響を低減するため
に設けられるものである。

上記のように磁石の閉磁路状態では、可動鉄片４は継鉄
１の接触面積の小さな上端面１ａだけで接触するので、
磁石の繰返し接触動作に伴って摩滅の度合は著しい。

したがって、可動鉄片４は次第に上記双方の端面１ａ、
ｌｂと接触するようになると、レリーズスプリング５の
反発力だけでは磁路を開放できず、磁石は作動不能とな
る。

なお、第１図中、その他６は支柱、７は支持板である。

第２図は、本考案による電磁石の一実施例を概念的に示
す断面図であって、同図中、第１図と同−構成部材には
それぞれ同一符号を付しである。

同図から明らかなとおり、本考案の電磁石は、励磁巻線
２に並列に、すなわち該励磁巻線２によって生ずる全磁
束に鎖交するように短絡環８を設け、該環８を閉磁路時
に可動鉄片４と接触可能に継鉄１に取付けてなるもので
ある。

上記短絡環８は上端部１ａを形成した継鉄１に圧入など
の手段で固定的に配装するのが望ましい。

その際、短絡環８の上面は図示のように継鉄１の一方の
上端面１ａと同一面となるようにしてもよく、また、該
上端面１ａよりも短絡環８の上面を高くすることも可能
である。

要するに、この短絡環８は、閉磁路状態において可動鉄
片４と接触し、かつ磁石のオン・オフ動作による機械的
振動に十分抗し得るように継鉄１に装着すればよい。

現象の把握を容易にする意味で、漏れインダクタンスを
無視すれば、第１図の従来型磁石に半波正弦波電圧を印
加したときに励磁巻線２に流れる電流ｉは下式（１）で
与えられ、同様に第２図の本考案による励磁巻線２の電
流１２は（２）式で与えられる。

また、同一条件で本考案による短絡環８に流れる励磁巻
線側に換算した電流１２は（３）式で与えられる。

なお、上記半波正弦電圧はその最大値をＥｍ角速度をω
、位相角をθとするここに、Ｒ□は励磁巻線２の抵抗値、Ｒ２は短絡３ｏ：
＊’ｑ３）に示す位相角φ。

φ１ φ２はそれぞれ環８の抵抗値を励磁巻線２側に換算した値、Ｌは自己イ
ンダクタンスである。

また、上式＜１１．（２）。で与えられ、各インピー
ダンス２゜Ｚｌ。

４はそれぞ′れで与えられる。

上式（１）〜（３）において、たとえば、Ｒ１＝４５０
Ω。

Ｒ２＝６５００．Ｌ＝５Ｈとし、電磁石に５０Ｈ２，
１００Ｖ（実効値）の半波正弦波電圧を印加した場合の
各電流ｔ、１１？１２の波形を第３図に示す。

なお、１２の値は繰り返しサイクルにより変化し、約４
〜５サイクル後にはほぼ定常電流となるので、ｉ２は第
１サイクル目と第４サイクル目における値を示しである
。

短絡環の無い従来の電磁石の磁束は同図に示す電流値ｉ
により、また短絡環８を設けた本考案の電磁石の磁束は
１１と１２の合成電流ｉ１＋ｉ２により作られるので、
ｉとｉ□十１２の第１サイクル目および第４サイクル目
に埜ける電流値波形を第４図にそれぞれ示す。

同図から明らかなとおり、電流ｉの波形は零となる状態
を含むが、本考案のものの合成電流ｉ、十ｉ２は零と
なることがない。

したがって、その磁束も零となることがない。

また、本考案の上記合成電流ｉ１＋ｉ２は従来の電流ｉ
に比較して直流分が大きいことも明瞭である。

磁束は電流の大きさに比例し、吸引力は磁束の２乗に比
例するから、従来型式の電磁石に比較して、本考案の電
磁石の吸引力特性は大巾に改善されている。

これらを比較測定したものを第５図に示す。

なお、同図に示す吸引力値は、同体格の電磁石において
継鉄１の端面１ａと可動鉄片４の間隙を０．２ｍに設定
した時の開磁路消費電力に対する値であり、印加電圧は
正弦波でその周波数は５０Ｈ２である。

同図において、Ａは交流クマドリコイル型電磁石、Ｂは
半波正弦波電圧を印加したクマドリコイル型電磁石、Ｃ
は半波正弦波電圧を印加した短絡環無しの電磁石、Ｄは
半波正弦波電圧を印加した本考案による電磁石の吸引力
特性である。

この吸引力特性に示すように、本考案による電磁石の吸
引力特性は従来の電磁石に比較して非常に優れている。

以下、交流クマドリコイル型電磁石と本考案による電磁
石の５０Ｈｚおよび６０Ｈｚの各周波数における吸引力
特性および、開磁路と閉磁路の両状態における消費電力
特性を次表に示す。

なお、吸引力特性は継鉄１の上端面１ａと可動鉄片４の
間隙を０．２ｒａに設定した時の値である。

上記表に示すように、本考案による電磁石は周波数の変
化に対して安定した吸引力特性を示す。

また、磁路の開閉にかかわらずその消費電力はほぼ等し
く、非常に安定した特性を示す。

電磁石の焼損を避けるためには、電磁石の構成部材の形
状等から定められる許容電力内で使用する必要がある。

したがって、電磁石の起磁力は開磁路および閉磁路にお
ける消費電力のいずれか大きい方の電力値により制限さ
れる。

一般には開磁路状態における消費電力により起磁力は制
限され、これに伴い吸引力も制限される。

電磁石を電磁ブレーキに応用する場合、電磁石の可動鉄
片は開磁路状態でブレーキライニングと接触するので、
ライニングは摩耗する。

ライニングの摩耗により継鉄１の端面１ａと可動鉄片４
との間隙は拡がり、電磁ブレーキの消費電力は増加する
。

間隙の拡がりに対して電磁石を焼損させないようにする
ためには、あらかじめ間隙の拡がりによる消費電力の増
加分だけその起磁力を制限した値に設計しておかなけれ
ばならない。

すなわち、ライニングの摩耗時に所定の吸引力を得るた
めには、消費電力に耐え得る形状の大きな電磁石を必要
とする。

しかし、本考案による電磁石においては前記するように
磁路の開閉に関係なくその消費電力はほぼ一定であるか
ら、間隙の増加による焼損事故は発生しない。

さらに、本考案の電磁石は第２図に示すように、閉磁路
状態においてその可動鉄片４は継鉄１の上端面１ａおよ
び短絡環８の上面と同時に接触するようにできるので、
これらの接触部面積はきわめて大きくなる。

この接触面積の増加により、接触部の摩耗は著しく減少
し、電磁石の繰返し作動回数を飛躍的に増加させること
ができる。

また、接触部の摩耗の減少により、可動鉄片の作動スト
ロークは長時間の使用に亘り一定であり、電磁石の他の
機器に使用する場合においても信頼性の高い動作を行わ
せることができる。

なお短絡環８は継鉄１に充分固定されていないと、励磁
巻線に電圧を印加した場合に短絡環８が振動し、騒音を
発生する。

短絡環８を継鉄１に固定する方法の一例としては、既に
説明したように継鉄１に段差部分を設け、そこに短絡環
８を圧入する方法がある。

このように短絡環８を固定すれば可動鉄片４との衝突の
繰返しに対しても短絡環８はずれ動くことはなく、その
うえ可動鉄片４との接触面積が大きいので、可動鉄片４
の吸着時における振動や騒音は防止される。

なお、閉磁路状態において、短絡環の上面と可動鉄片の
みが接触するように短絡環８を継鉄１の上端面１ａ、ｌ
ｂより高い位置に配置することも可能である。

上記位置に短絡環８を配置した場合においても、本考案
の電磁石による上記緒特性の損なわれることの無いこと
は明らかである。

本考案に係る電磁石は、閉磁路状態において、可動鉄片
に対して短絡環が当接するので、継鉄の摩耗が防止され
、耐久性の向上を図ることができる。

また上記する態様でその磁気回路中に短絡環を配置しで
あるので、低電力で大きな吸引力を得られ、かつ、磁路
の開閉ならびに電源周波数の変動に対しても安定した吸
引力特性を示す。

したがって、電磁クラッチおよびブレーキなどに使用す
る電磁石にして最適である。

また、上記短絡環を取り付けるに当って、従来のクマド
リコイルを用いた電磁石のように該コイルの取付部にあ
たる継鉄をとくに加工成形する必要がないので製造上有
利であり、また上記クマドリコイル電磁石に比して、設
計も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の半波整流型電磁石の一例を示す概念的断
面図、第２図は本考案に係る電磁石の一実施例を示す概
念的断面図、第３図は第１図および第２図の電磁石に半
波正弦波電圧を印加した場合のそれぞれの励磁巻線およ
び短絡環に流れる電流波形を示すグラフ、第４図は第３
図の電流波形を合皮して示したグラフ、第５図は従来の
電磁石と本考案による電磁石の開磁路消費電力に対する
吸引力特性を示すグラフである。１・・・・・・継鉄、２・・・・・・励磁巻線、３・・
・・・・絶縁体、４・・・・・・可動鉄片、５・・・・
・・レリーズスプリング、８・・・・・・短絡環。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

励磁巻線によって生ずる全磁束に鎖交する態様で短絡環
を継鉄に配装固定した電磁石において、上記継鉄におけ
る可動鉄片との接触面と同一面位置もしくは、それより
突出するように上記短絡環を配装したことを特徴とする
電磁石。