JP6171286B2 - 電磁石装置 - Google Patents

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Description

本発明は電磁石装置、特に、ラッチング型電磁継電器に使用される電磁石装置に関する。
従来、ラッチング型電磁継電器に使用される電磁石装置としては、例えば、「コイルを巻回した鉄心と鉄心枠と可動鉄片とで構成される磁気回路の残留磁気によって、復帰バネに抗して可動鉄片を吸引保持する磁気保持形リレーにおいて、鉄心を電磁軟鉄材又は炭素含有量０．０１％以下の鋼材で構成すると共に、鉄心枠を半硬質磁性材料で構成したことを特徴とるす磁気保持形リレー」に使用される電磁石装置がある（特許文献１参照）。
実開昭５８−１５７９４７号公報
しかしながら、前記電磁石装置では、鉄心枠を半硬質磁性材料で構成しているが、例えば、大きな開閉加重を必要とする電磁継電器に適用される場合、大きなバネ力を有する可動接触片を駆動することは容易でない。特に、動作状態にある可動鉄片を保持する場合に大きな保持力を必要とすることから、実用化が困難であるという問題点がある。
本発明は、前記問題点に鑑み、可動鉄片を動作させることが容易で、復帰状態および動作状態を維持するための保持力を有する電磁石装置およびこれを用いた電磁継電器を提供することにある。
本発明に係る電磁石装置は、前記課題を解決すべく、
鉄芯の一端部側にヨークの水平部を配置する一方、前記ヨークの垂直部の先端縁部を支点として可動鉄片を回動可能に支持し、前記鉄芯の周囲に巻回したコイルに電圧を印加して形成される主磁気回路により、前記可動鉄片の一端部が前記鉄芯の他端部に位置する磁極部に吸着する電磁石装置であって、
前記鉄芯の一端部側に配置した板状の永久磁石を、前記ヨークの垂直部の先端面に一端部を接合した補助ヨークと前記ヨークの水平部とで狭持し、前記鉄芯の先端面の少なくとも一部を前記永久磁石に直接対向させるとともに、
前記鉄芯の一端部を、前記ヨークの垂直部の端部から巾狭部（ヨークの基部の断面に対して断面積の小さい磁気抵抗部）を介して延在する前記ヨークの水平部に固定することにより、
前記永久磁石の磁束が磁気飽和する磁気抵抗部を備えた補助磁気回路を、前記主磁気回路と並列に構成してある。
本発明によれば、動作電圧を印加して停止した後の動作状態では、前記補助磁気回路および前記主磁気回路を流れる磁束によって生じた磁力の合力によって可動鉄片が保持される。このため、永久磁石の磁力を有効活用することにより、動作状態における可動鉄片を保持するための保持力が大きい電磁石装置が得られる。
また、断面積の小さい磁気抵抗部を介して側方に延在するように一体に切り出したヨークの水平部と、補助ヨークとで永久磁石を狭持するので、磁束もれが少なく、磁気効率の良い電磁石装置が得られる。
また、本発明に係る電磁石装置は、前記課題を解決すべく、
鉄芯の一端部側にヨークの水平部を配置する一方、前記ヨークの垂直部の先端縁部を支点として可動鉄片を回動可能に支持し、前記鉄芯の周囲に巻回したコイルに電圧を印加して形成される主磁気回路により、前記可動鉄片の一端部が前記鉄芯の他端部に位置する磁極部に吸着する電磁石装置であって、
前記鉄芯の一端部側に配置した板状の永久磁石を、前記ヨークの垂直部の端部側面に一端部を接合した補助ヨークと前記ヨークの水平部とで挟持し、前記鉄芯の先端面の少なくとも一部を前記永久磁石に直接対向させるとともに、
前記鉄芯の一端部を、前記ヨークの垂直部の端部から巾狭部（ヨークの基部の断面に対して断面積の小さい磁気抵抗部）を介して延在する前記ヨークの水平部に固定し、
前記永久磁石の磁束が磁気飽和する磁気抵抗部を備えた補助磁気回路を、前記主磁気回路と並列に構成してある。
本発明によれば、動作電圧を印加して停止した後の動作状態では、前記補助磁気回路および前記主磁気回路を流れる磁束によって生じた磁力の合力によって可動鉄片が保持される。このため、永久磁石の磁力を有効活用することにより、動作状態における可動鉄片を保持するための保持力が大きい電磁石装置が得られる。
また、断面積の小さい磁気抵抗部を介して側方に延在するように一体に切り出したヨークの水平部と、補助ヨークとで永久磁石を狭持するので、磁束もれが少なく、磁気効率の良い電磁石装置が得られる。
本発明に係る電磁継電器は、前述の課題を解決すべく、前述の電磁石装置と隣り合う位置に接点機構を配置し、前記電磁石装置の可動鉄片に接続したカードを介して前記接点機構を駆動する構成としてある。
本発明によれば、動作電圧を印加して停止した後の動作状態では、前記保持磁気回路および前記主磁気回路を流れる磁束によって生じた磁力によって可動鉄片が保持される。このため、永久磁石の磁力を有効活用することにより、動作状態における可動鉄片を保持するための保持力が大きいラッチング型電磁継電器を得られるという効果がある。
図１Ａ，１Ｂは本願発明の第１実施形態に係る電磁石装置を組み込んだ電磁継電器を示す斜視図である。 図１で示した電磁継電器の斜め上方から視た分解斜視図である。 図１で示した電磁継電器の斜め下方から視た分解斜視図である。 図４Ａ，４Ｂは本願発明の第１実施形態に係る電磁石装置を示す斜視図である。 図４Ａで示した電磁石装置の上方から視た分解斜視図である。 図４Ｂで示した電磁石装置の下方から視た分解斜視図である。 図７Ａ，７Ｂは図１で示した電磁継電器の動作前後を示す断面図である。 図８Ａ，８Ｂは本願発明に係る電磁石装置の動作過程を説明するための概略断面図である。 図９Ａ，９Ｂは図８に連続する電磁石装置の動作過程を説明するための概略断面図である。 図１０Ａ，１０Ｂは本願発明の第２実施形態に係る電磁石装置を示す斜視図である。 図１０Ａで示した電磁石装置の上方から視た分解斜視図である。 図１０Ｂで示した電磁石装置の下方から視た分解斜視図である。 図１３Ａ，１３Ｂは本願発明の第３実施形態に係る電磁石装置を示す斜視図である。 図１３Ａで示した電磁石装置の上方から視た分解斜視図である。 図１３Ｂで示した電磁石装置の下方から視た分解斜視図である。 本願発明に係る電磁石装置の第４実施形態を示す概略断面図である。 本願発明に係る電磁石装置の第５実施形態を示す概略断面図である。 本願発明に係る電磁石装置の第６実施形態を示す概略断面図である。 本願発明に係る電磁石装置の第７実施形態を示す概略断面図である。 本願発明に係る電磁石装置の第８実施形態を示す概略断面図である。 本願発明に係る電磁石装置の第９実施形態を示す概略断面図である。 図２２Ａ，２２Ｂは本願発明に係る電磁石装置の第１０実施形態を示す概略断面図および分解斜視図である。
本発明に係る電磁石装置の実施形態を図１ないし図２２の添付図面に従って説明する。
第１実施形態に係る電磁石装置は、図１ないし図９に示すように、ラッチング型電磁継電器に適用した場合であり、大略、ベース１０と、電磁石装置２０と、接点機構７０と、前記電磁石装置２０に連結され、かつ、前記接点機構７０を駆動するカード８０と、箱形カバー９０とで構成されている。
前記ベース１０は、図２および図３に示すように、その上面中央に略コ字形状の絶縁壁１１を突設し、一方側の上面に後述する電磁石装置２０を配置する一方、他方側の上面に接点機構７０を配置する構造となっている。また、前記絶縁壁１１は、その対向する内側面に、後述するヨーク５０の両側縁部を圧入するための圧入溝１２を設けてあるとともに、その上端の中央部に一対のガイドリブ１３を平行に突設してある。
電磁石装置２０は、図４および図５に示すように、コイル３１を巻回したスプール３２の中心孔３３に断面略Ｔ字形の鉄芯４０を挿通し、かつ、突出する上端部４１に補助ヨーク４５をカシメ固定した電磁石ブロック３０と、前記鉄芯４０の上端面とで永久磁石２１を狭持するように組み付けられる断面略Ｌ字形のヨーク５０と、前記ヨーク５０の背面側に組み付けられる支持バネ５５と、前記ヨーク５０の下端面縁部を支点として前記支持バネ５５を介して回動可能に支持される可動鉄片６０と、で構成されている。
前記スプール３２は、その下方鍔部３４の隅部に圧入したコイル端子３５，３５に、前記コイル３１の引き出し線を絡げて半田付けしてある。また、前記スプール３２は、上方鍔部３６の上面に後述する補助ヨーク４５を位置決めするための位置決め用突起３７を突設してある。
前記補助ヨーク４５は、その中心にカシメ孔４６を有するとともに、隣り合う隅部から補助ヨーク４５の基部（カシメ孔４６を除いた巾広部）の断面に対して断面積の小さい磁気抵抗部である接続用巾狭部４７，４７を平行に延在している。
前記永久磁石２１は、前記補助ヨーク４５の巾寸法と略同一の巾寸法を有している。
断面略Ｌ字形の前記ヨーク５０は、その垂直部５１の両側に後述する前記支持バネ５５を弾性係合するための切り欠き部５２，５２をそれぞれ設けてあるとともに、前記垂直部５１の上端から水平部５３を側方に延在してある。
前記支持バネ５５は、図５および図６に示すように、その両側縁部から一対の弾性腕部５６，５６を平行に延在する一方、その下方側縁部から弾性支持部５９を延在してある。なお、一対の前記弾性腕部５６，５６のうち、一方の弾性腕部５６の先端に係合爪５７を突設する一方、他方の弾性腕部５６の先端に係止爪５８を切り起こしてある。
前記可動鉄片６０は、その水平部６１の上面の前方半分を一段低い段部６２とするとともに、前記段部６２に当接用突部６３を突き出し加工で形成してある。また、前記可動鉄片６０は、その垂直部６４の先端両側縁部に後述するカード８０を係合するための係合用切り欠き部６５，６５を形成してある。
前記接点機構７０は、図２および図３に示すように、所定の距離で対向するように配置する第１，第２固定接触片７１，７２と、前記第１，第２固定接触片７１，７２の間に配置される可動接触片７３とで構成されている。前記可動接触片７３に設けた可動接点７３ａは、前記第１，第２固定接触片７１，７２にそれぞれ設けた第１固定接点７１ａおよび第２固定接点７２ａに、交互に接離可能に対向する。
また、前記可動接触片７３の上端部には、後述するカード８０の他端側縁部８３に上下に係止するための２組の係止爪７４，７５を切り出してある。
前記カード８０は、図２および図３に示すように、一端側に突出する当接用突起８１の両側に一対の弾性腕部８２，８２を延在してある一方、他端側縁部８３の両端から一対の係止用腕部８４，８４を延在してある。
箱形カバー９０は、前記ベース１０に嵌合可能な箱形状を有するものであり、その天井面から位置規制用凸部９１を下方に膨出させるとともに（図７参照）、前記位置規制用凸部９１の底面にガス抜き孔９２を設けてある。前記位置規制用凸部９１は、その下方側に位置決めされるカード８０の浮き上がりを防止する。また、箱形カバー９０は、その上面の一端側に目印用凹部９３を設けてある。
したがって、前記電磁継電器を組み立てる場合には、まず、電磁石ブロック３０の補助ヨーク４５とヨーク５０の水平部５３とで永久磁石２１を狭持するように組み付ける。そして、前記ヨーク５０の垂直部５１の下端縁部に可動鉄片６０を位置決めするとともに、前記ヨーク５０の切り欠き部５２，５２に支持バネ５５の係合爪５７，係止爪５８をそれぞれ係合，係止することにより、前記ヨーク５０に前記可動鉄片６０を回動可能に支持する。さらに、前記ベース１０の絶縁壁１１に設けた圧入溝１２，１２に前記ヨーク５０の両側縁部を圧入して組み付ける。
一方、前記ベース１０の絶縁壁１１に仕切られた他方側の上面に、接点機構７０の第２固定接触片７２、可動接触片７３および第１固定接触片７１を圧入して組み付ける。ついで、カード８０の当接用突起８１を可動鉄片６０の上端部近傍に当接させるとともに、前記可動鉄片６０の垂直部６４に設けた一対の係合用切り欠き部６５，６５に、前記カード８０の弾性腕部８２，８２をそれぞれ係合する。さらに、前記カード８０の他端側縁部８３に前記可動接触片７３の係止爪７４，７５を係止する。そして、前記ベース１０に前記箱形カバー９０を嵌合し、前記ベース１０の底面に図示しないシール材を注入して密封する。最後に、前記箱形カバー９０のガス抜き孔９２から内部ガスを抜いた後、前記ガス抜き孔９２を熱カシメすることにより、組立作業が完了する。
次に、本実施形態に係る電磁継電器の動作について説明する。
図７Ａに示すように、コイル３１に電圧が印加されていない場合には、可動鉄片６０の当接用突部６３が鉄芯４０の磁極部４２から離れているとともに、可動接点７３ａが第１固定接点７１ａに接触している。このとき、永久磁石２１の磁束は、図８Ａに示すように、永久磁石２１から流れた磁束が補助ヨーク４５からなる補助磁気回路Ｍ１を流れるとともに、漏れ磁束がヨーク５０を介して主磁気回路Ｍ２を形成する。このため、可動接触片７３のバネ力と、磁気回路Ｍ１，Ｍ２に流れる磁束によって生じる磁力との均衡により、可動鉄片６０の復帰状態が維持される。なお、補助磁気回路Ｍ１は磁気飽和状態にある。
そして、前記コイル３１に永久磁石２１の磁束と同一方向の磁束が生じるように電圧を印加すると、コイル３１に対する電圧の印加によって生じた磁束が磁気回路Ｍ２に流れ（図８Ｂ）、可動鉄片６０に対する吸引力が増大する。このため、可動接触片７３のバネ力に抗し、鉄芯４０の磁極部４２に可動鉄片６０が吸引され、前記磁極部４２に当接用突部６３が吸着する。このため、可動鉄片６０の垂直部６４がカード８０を介して可動接触片７３を押圧し、可動接点７３ａが第１固定接点７１ａを離れて第２固定接点７２ａに接触する（図７Ｂ）。
ついで、コイル３１に対する電圧の印加を停止しても、図９Ａに示すように、永久磁石２１から補助ヨーク４５からなる補助磁気回路Ｍ１に流れる磁束と、ヨーク５０、可動鉄片６０および鉄芯４０からなる主磁気回路Ｍ２に流れる磁束とによる磁力の合力が、可動接触片７３のバネ力よりも大きい。このため、可動鉄片６０は回動することなく、その動作状態を維持する。
さらに、可動鉄片６０に対する永久磁石２１の磁力を打ち消すように、前記コイル３１に前述の印加電圧と逆方向の復帰電圧を印加すると（図９Ｂ）、可動接点７３ａが第２固定接点７２ａを離れて第１固定接点７１ａに接触し、元の復帰状態に復帰する。
本実施形態において復帰電圧を印加しても、補助ヨーク４５からなる補助磁気回路Ｍ１は磁気飽和しているので、前記補助磁気回路Ｍ１に磁束は流れない。このため、復帰電圧の印加によってコイル３１に生じたすべての磁束は、ヨーク５０、可動鉄片６０および鉄芯４０からなる主磁気回路Ｍ２に流れて復帰動作させるので、消費電力の少ないラッチング型電磁継電器が得られるという利点がある。
第２実施形態に係る電磁石装置は、図１０ないし図１２に示すように、前述の第１実施形態とほぼ同様である。異なる点は、図１１および図１２に示すように、ヨーク５０の水平部５３を別体とするとともに、その基部（カシメ孔４６を除いた巾広部）の断面に対して断面積の小さい磁気抵抗部である接続用巾狭部４７を備えた補助ヨーク４５を、前記ヨーク５０の上端部中央から一体に曲げ起こした点である。そして、スプール３２の中心孔３３に鉄芯４０を挿通し、突出する前記鉄芯４０の上端部４１を前記補助ヨーク４５のカシメ孔４６にカシメ固定することにより、スプール３２とヨーク５０とが一体化される。そして、前記ヨーク５０の垂直部５１の上端部内面に一端面を突き合わせた水平部５３と、前記補助ヨーク４５とで永久磁石２１を狭持することにより、補助磁気回路Ｍ１を形成する。
他は前述の第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一番号を附して説明を省略する。
本実施例によれば、鉄芯４０とヨーク５０とを高い組立精度で組み立てることができ、動作特性のバラツキが小さい電磁石装置２０が得られるという利点がある。
第３実施形態に係る電磁石装置は、図１３ないし図１５に示すように、前述の第１実施形態とほぼ同様であり、異なる点は、図１５に示すように、ヨーク５０の垂直部５１に設けた嵌合孔５４に、補助ヨーク４５の一端側中央から側方に延在し補助ヨーク４５の基部（カシメ孔４６を除いた巾広部）の断面に対して断面積の小さい磁気抵抗部である接続用巾狭部４７を嵌合して一体化する点である。
本実施形態によれば、鉄芯４０の上端部４１にカシメ固定した補助ヨーク４５の接続用巾狭部４７を、ヨーク５０の垂直部５１に設けた嵌合孔５４に嵌合一体化することにより、永久磁石２１を補助ヨーク４５とヨーク５０の水平部５３とで事前に狭持できる。このため、組立作業が容易となり、作業性が向上するという利点がある。
第４施形態に係る電磁石装置は、図１６に概略的に図示するように、ヨーク５０の垂直部５１の上端から切り出した水平部５３と、前記ヨーク５０の垂直部５１の上端面に接合した補助ヨーク４５と、で永久磁石２１を狭持したものである。そして、前記ヨーク５０の水平部５３の基部に、当該基部の断面に対して断面積の小さい磁気抵抗部である接続用巾狭部５３ａを設けてある。他は前述の第１実施形態とほぼ同様であるので、同一部分に同一番号を附して説明を省略する。
また、図１７に示す第５実施形態のように、ヨーク５０の垂直部５１の上端から切り出した水平部５３と、前記ヨーク５０の垂直部５１の上端部内面に一端部を接合するように支持した補助ヨーク４５と、で永久磁石２１を狭持し、磁気回路を形成してもよい。そして、前記ヨーク５０の水平部５３の基部には、当該基部の断面に対して断面積の小さい磁気抵抗部である接続用巾狭部５３ａを設けてある。
そして、図１８に示す第６実施形態のように、鉄芯４０にカシメ固定した補助ヨーク４５とヨーク５０の水平部５３とで永久磁石２１を狭持するとともに、補助ヨーク４５の基部の断面に対して断面積の小さい磁気抵抗部である接続用巾狭部４８ａを有する第２補助ヨーク４８で、前記補助ヨーク４５と前記水平部５３とを接続し、補助磁気回路Ｍ１を形成してもよい。
さらに、図１９に示す第７実施形態のように、前記ヨーク５０の水平部５３の先端部に、補助ヨーク４５の基部の断面に対して断面積の小さい磁気抵抗部である接続用巾狭部４７を介して補助ヨーク４５を延在する。そして、前記ヨーク５０の水平部５３と、鉄芯４０にカシメ固定した前記補助ヨーク４５とで永久磁石２１を狭持し、補助磁気回路Ｍ１を形成してもよい。
また、永久磁石２１は必ずしも板状である必要なく、図２０に示すように、円環状であってもよい（第８実施形態）。本実施形態では、鉄芯４０の上端部４１を円環状永久磁石２２に前記補助ヨークの貫通孔を介して挿通し、さらに前記水平部５３に設けたカシメ孔５３ｂにカシメ固定することにより、永久磁石２１を補助ヨーク４５とヨーク５０の水平部５３とで狭持してもよい。本実施形態では、前記鉄芯４０の上端部４１が鉄芯４０の基部の断面に対して断面積の小さい磁気抵抗部としての機能を有している。
さらに、鉄芯４０の上端部４１を鉄芯４０の基部の断面に対して断面積の小さい磁気抵抗部として使用する場合には、図２１に示すように、永久磁石２１を補助ヨーク４５とヨーク５０の水平部５３とで狭持してもよい（第９実施形態）。
そして、鉄芯４０の上端部４１を鉄芯４０の基部の断面に対して断面積の小さい磁気抵抗部として使用する場合には、図２２に示すように、補助ヨークは必ずしも必要ではない。すなわち、ヨーク５０の水平部５３と、前記水平部５３に設けたカシメ孔５３ｂに上端部４１をカシメ固定した鉄芯４０と、で鉄芯４０に挿通された円環状の永久磁石２１を狭持してもよい（第１０実施形態）。
本実施形態によれば、部品点数，組立工数が少なく、生産性の高い電磁石装置が得られるという利点がある。
本発明に係る電磁石装置は、電磁継電器に適用する場合に限らず、他の電気機器に適用してもよいことは勿論である。
１０：ベース
１１：絶縁壁
１２：圧入溝
１３：ガイドリブ
２０：電磁石装置
２１：永久磁石
２２：円環状永久磁石
３０：電磁石ブロック
３１：コイル
３２：スプール
３３：中心孔
３４：下方鍔部
３５：コイル端子
３６：上方鍔部
３７：位置決め用突起
４０：鉄芯
４１：上端部
４２：磁極部
４５：補助ヨーク
４６：カシメ孔
４７：接続用巾狭部（磁気抵抗部）
４８：第２補助ヨーク（補助部材）
４８ａ：接続用巾狭部（磁気抵抗部）
５０：ヨーク
５１：垂直部
５２：切り欠き部
５３：水平部
５３ａ：接続用巾狭部（磁気抵抗部）
５３ｂ：カシメ孔
５５：支持バネ
５６：弾性腕部
５７：係合爪
５８：係止爪
５９：弾性支持部
６０：可動鉄片
６１：水平部
６２：段部
６３：当接用突部
６４：垂直部
６５：係合用切り欠き部
７０：接点機構
７１：第１固定接触片
７１ａ：第１固定接点
７２：第２固定接触片
７２ａ：第２固定接点
７３：可動接触片
７３ａ：可動接点
７４，７５：係止爪
８０：カード
８１：当接用突起
８２：弾性腕部
８３：他端側縁部
８４：係止用腕部
９０：箱形カバー
９１：位置規制用凸部
９２：ガス抜き孔
９３：目印用凹部
Ｍ１：補助磁気回路
Ｍ２：主磁気回路

Claims (3)

  1. 鉄芯の一端部側にヨークの水平部を配置する一方、前記ヨークの垂直部の先端縁部を支点として可動鉄片を回動可能に支持し、前記鉄芯の周囲に巻回したコイルに電圧を印加して形成される主磁気回路により、前記可動鉄片の一端部が前記鉄芯の他端部に位置する磁極部に吸着する電磁石装置であって、
    前記鉄芯の一端部側に配置した板状の永久磁石を、前記ヨークの垂直部の先端面に一端部を接合した補助ヨークと前記ヨークの水平部とで狭持し、前記鉄芯の先端面の少なくとも一部を前記永久磁石に直接対向させるとともに、
    前記鉄芯の一端部を、前記ヨークの垂直部の端部から巾狭部を介して延在する前記ヨークの水平部に固定することにより、
    前記永久磁石の磁束が磁気飽和する磁気抵抗部を備えた補助磁気回路を、前記主磁気回路と並列に形成したことを特徴とする電磁石装置。
  2. 鉄芯の一端部側にヨークの水平部を配置する一方、前記ヨークの垂直部の先端縁部を支点として可動鉄片を回動可能に支持し、前記鉄芯の周囲に巻回したコイルに電圧を印加して形成される主磁気回路により、前記可動鉄片の一端部が前記鉄芯の他端部に位置する磁極部に吸着する電磁石装置であって、
    前記鉄芯の一端部側に配置した板状の永久磁石を、前記ヨークの垂直部の端部側面に一端部を接合した補助ヨークと前記ヨークの水平部とで挟持し、前記鉄芯の先端面の少なくとも一部を前記永久磁石に直接対向させるとともに、
    前記鉄芯の一端部を、前記ヨークの垂直部の端部から巾狭部を介して延在する前記ヨークの水平部に固定し、
    前記永久磁石の磁束が磁気飽和する磁気抵抗部を備えた補助磁気回路を、前記主磁気回路と並列に形成したことを特徴とする電磁石装置。
  3. 請求項１または２に記載の電磁石装置と隣り合う位置に接点機構を配置し、前記電磁石装置の可動鉄片に接続したカードを介して前記接点機構を駆動することを特徴とする電磁継電器。
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