JPS5843882B2 - 電磁石装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は励磁コイル、鉄心、継鉄、接極子からなる、い
わゆる支点型電磁石装置に係り、励磁コイルの電流に応
じて接極子が比例的に動作することを可能にした新しい
磁極の形状に関する。

第１図は従来例の最も基本的な支点型電磁石装置で、励
磁コイルに電流を流していない状態を示す。

１は鉄心、２は励磁コイル、３は継鉄、４は接極子、５
は復帰ばね、６はスペーサである。

この電磁石装置は継電器等に多く用いられているが、そ
の動作は周知の通り励磁コイルの電流をｏｎ−ｏｆｆす
ることにより接極子が瞬時に開閉するものである。

第２図にその静吸引力特性、すなわち所定の一定電流を
励磁コイルに流した状態でのストロークと吸引力の関係
を示す。

この基本的な電磁石装置に対して過去にいくつかの改良
も試みられている。

例えば実公昭４２１３３７号公報には基本型がスｌ−ロ
ーク犬なる位置、したがって動作開始位置における吸引
力が小さいとして、この欠点を補なうために第３図に示
すように鉄心１と接極子４にそれぞれ段部ＡとＢを形成
することにより第４図に示す静特性が得られるとしてい
る。

そして動作開始位置における吸引力が大きく動作速度が
迅速であり、且つ動作完了位置近くでの吸引力も十分大
きいとしている。

いずれにしても接極子が瞬時に開閉するものであり、改
良例ではむしろ動作の迅速化を実現するものといえる。

本発明の主たる目的は、従来例が瞬時に接極子を開閉す
るものであったのに対し、励磁コイルの電流値に追従し
て連続的、可逆的に接極子が動作し、且つ実用上必要な
ストロークと力が得られる構造が簡単で安価な電磁石装
置を提供しようとするものである。

次に従来例の構造と特性では本発明の目的とする励磁コ
イルの電流に比例した接極子の動きが得られないことを
説明する。

第５図は第１図に示した基本的な支点型電磁石装置の特
性を実測したものである。

励磁コイルは４２５０ターン、スペーサ６の厚みは２ｒ
ｒｒｒｎである。

したがってストロークＯの点は鉄心１の端面と接極子４
との間に２ｒｒａｎの磁気的空隙がある。

第５図中実線は電磁石の静吸引特性で電流値を１００ｍ
Ａから１６０ｍＡまで示す。

破線は復帰ばねの特性でばね定数は５０ ｆｆ ／ｒｔ
ｖｎである。

Ｐｏは初荷重で励磁コイルに電流を流していない時の接
極子を反吸引力方向に作用している力である。

Ｐｏの値は例えば電磁石装置を電磁弁として用いる場合
は弁閉止状態での弁閉止圧として必要な値で応用する機
器によって異なるが、ここでは１００２とした。

第５図において励磁コイルの電流を徐々に増加してゆく
と、破線で示すばねの力がＰｏと交わる点ａの電流すな
わち１４０ｍＡ弱の電流で接極子は動きはじめる。

しかしながら電流値が１４０ｍＡの実線とばね特性を示
す破線は点すで接しており、電流値が少しでも１４０ｍ
Ａを越えると吸引力とばねの力のつり合点を失い接極子
はストロ−７０点まで瞬時に移動してしまう。

グラフ上点ａとｂは少し離れており若干のストロークは
利用できるかに見えるが１４０ｍＡの線と極めて接近し
ており不安定で実用上利用できるものではない。

たとえ１４０ｍＡを越えない１２０ｍＡの励磁コイル電
流の場合においても、接極子４はストローク３．６調の
あたりに位置して安定しているかに見えるが、接極子４
に振動衝撃などの外力が作用すると、コイル電流は１２
０ｍＡに固定したままでも、接極子４はストローク０．
５ｓｎ付近の位置に移動してしまうような非常に不安定
な、いわゆる非安定点を有している。

要するに従来例の構造では静吸引力特性が略ストローク
の２乗に反比例する特性であるため励磁コイルの電流に
比例した接極子の動きを得ることは実用上困難であるこ
とがわかる。

本発明はこのような従来品Ｃ解析に加え鉄心の磁極部の
形状検討を経て、接極子が比例的動作をするのに理想的
な静吸引特性を得たことに基づく。

第６図は本発明の実施例で、励磁コイルに電流を流して
いない状態を示す。

１′は鉄心、２は励磁コイル、３′は継鉄でその一端は
鉄心１′に締結され他端はナイフェツジで接極子４′を
支点支持している。

５′は復帰はねで接極子４′に固定されたばね掛具６′
と、継鉄３′から出た爪に止められた調節ねじＩに掛Ｉ
Ｌされている。

８，９は鉄心１′に固定されたスｉ・ソバである。

この構成で重要な点は鉄心１′の磁極部と接極子４′の
先端との関係位置である。

第１図はこの部分の説明図で、接極子４′がストッパ９
に当った状態すなわち動作開始位置を示す。

鉄心１′の端部には接極子４′ に直角な線りにθなる
傾きをもった磁極面Ａが形成されている。

接極子４′は励磁コイルの電流をしだいに増加してゆく
と支点Ｃを中心とした円弧運動をし先端部はＲの線を動
き、磁極面Ａと接極子４′の先端部Ｈの間の動作空隙は
しだいに短くなる。

ここに接極子の回転半径ｒと磁極面Ａの傾きθとは吸引
特性に大きな関係がある６、 第８図に特性を実測した一例を示す。

グラフの表示は先に示した第５図と同じで実線が静吸引
特性、破線がばね特性を示す。

使用したコイル、ばねは従来例すなわち第５図と同じで
ある。

第７図においてθは約８°、ｒは約３５胴である。

第８図から明白な通り、静吸引力特性は第２図。

第４図、第５図の従来例に比べ、比例的制御に理想的な
全ストロークにわたって平坦で、特にストローク１ｗｎ
以上の領域で吸引力の強い特性が得られた。

従来例で説明した初期荷重Ｐｏを１２０′？とじても、
コイル電流１００ｍＡ以下で作動を開始し、ストローク
４ｒｒｒｒｎ全域にわたって非安定点のない極めて確実
な動作が得られる。

接極子４′が回動し、鉄心磁極面Ａと接極子４′の先端
部Ｂの間の動作空隙すなわち磁気的空隙が次第に狭くな
っていくにもかかわらず、吸引力つまり接極子４′をさ
らに回動させようとする力が急激に増大することなく、
はとんど一定に維持したり、むしろわずかに減少したり
する吸引特性になし得る理由を、第７図をさらに簡略モ
デル化した第９図を用いて説明する。

ストローク０点つまり動作開始位置の接極子４′は実線
で描いた。

この状態で鉄心１′の磁極間Ａに垂直な方向の吸引力Ｆ
ｏを生じるコイル電流値■１を通電した時、接極子４′
を支点Ｃ中心に回動しようとする分力はｆ。

となる。つまりこのｆ。が第８図のグラフ縦軸の吸引力
である。

同一コイル電流■１ において接極子４′が２点鎖線で
示した位置にある場合、鉄心磁極面Ａと接極子４′の先
端部Ｂとの空隙は短くなり、磁極面Ａに垂直な方向の吸
引力はＦｌ と、前記Ｆ。

よりも大きくなる。

しかし接極子４′を回動させる方向の分力ｆ１は前記ｆ
。

とほとんど同じかあるいはやや小さくなる。

これは接極子４′が支点Ｃを中心に円弧運動をし、先端
部ＢがＲの線上を移動して行くにしたがって、接極子４
′が鉄心磁極面Ａに垂直な方向に近づいていくためであ
る。

わかりやすくするために接極子４′を破線で示した位置
、すなわち磁極面Ａに垂直になる回動位置を例に説明す
ると、磁極面Ａと先端部Ｂとの磁気的空隙は最も小さく
なるため、磁極面Ａに垂直方向の吸引力Ｆ２は最大とな
る。

しかしこの時、接極子４′を回動させる方向の分力はな
くなる。

実使用上はこの位置にいたる手前で動作範囲を規制する
ように第６図や第７図のようにストッパ８を設けている
。

以上のように本発明の電磁石装置によれば、次の効果が
得られる。

すなわち、励磁コイルと、鉄心と、継鉄と、前記継鉄の
一端に支点支持された接極子と、接極子が吸引される方
向に対向して力を付勢する付勢部材からなり、前記鉄心
の吸引作用面には動作開始位置における接極子の先端部
の回転動作円弧接線に対し、前記接極子が鉄心吸引方向
に回動するとき、接極子の先端部と鉄心磁極面との空隙
がわずかずつ狭まる方向とした傾斜面を設け、前記傾斜
した鉄心磁極面と、接極子の先端部との間で主動作空隙
を形成する構成としているので、コイル電流の大きさの
割合に大きくかつ平坦な吸引力特性が得られるように作
用し、広い動作範囲で、効率のよい、コイル電流に応じ
た安定した比例的動作を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電磁石装置の側面図、第２図はその特性
図、第３図は他の従来例の要部拡大図、第４図はその特
性図、第５図は説明図、第６図は本発明の実施例におけ
る電磁石装置の側面図、第７図はその要部拡大図、第８
図、第９図は説明図である。 １′・・・・・・鉄心、２′・・・・・・励磁コイル、
３′・・・・・・継鉄、４′・・・・・・接触子、Ａ・
・・・・・磁極面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 励磁コイルと、鉄心と、継鉄と、前記継鉄の一端に
   支点支持された接極子と、前記接極子が吸引される方向
   に対向して力を付勢する付勢部材からなり、前記鉄心の
   吸引作用面には、動作開始位置における接極子の先端部
   の回転動作円弧接線に対して傾斜し、かつその傾斜方向
   が前記接極子が鉄心吸引方向に回動するとき前記接極子
   の先端部と鉄心磁極面との空隙がわずかずつ狭まる方向
   とした傾斜面を設け、前記傾斜した鉄心磁極面と、前記
   接極子の先端部との間で主動作空隙を形成する構成とし
   た電磁石装置。