JPH0515281B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、リレーなどに好適に用いられる有極
電磁石に関する。

背景技術 第６図は従来技術による有極電磁石の構造を示
す斜視図である。有極電極５１は、Ｕ字状をなす
第１ヨーク５２と、第１ヨーク５２の内方に配設
されかつＵ字状をなす第２ヨーク５３と、上記第
１ヨーク５２と第２ヨーク５３との間に挟持され
固定される永久磁石片５４と、第１ヨーク５２と
第２ヨーク５３との各対向面の間に介在し、かつ
図示しない案内部材により支持され、上記対向面
間を矢符Ｃで示される方向に往復変位可能な逆Ｕ
字状をなすアマチヤ５５とにより構成されてい
る。

前記永久磁石片５４の磁極Ｎ，Ｓによつてこれ
を連接する前記第１ヨーク５２および、第２ヨー
ク５３の各端部５８ａ，５８ｂ；５９ａ，５９ｂ
には、それぞれ図示するように磁極Ｎ，Ｓが形成
され、一方、アマチヤ５５には逆Ｕ字状腹部の長
手方向に直交してコイル５６が巻回されている。

第７図は従来技術の有極電磁石５１の動作を示
す図である。第７図は前掲第６図示の有極電磁石
５１を側面図的に示したものであり、対応する部
分には、同一の参照符を付す。第１ヨーク５２、
第２ヨーク５３の各端部５８ａ，５８ｂ；５９
ａ，５９，ｂは、連接する永久磁石片５４の磁極
Ｎ，Ｓによつて図示のごとく磁極が形成されてい
る。

アマチヤ５５は吸引力によつて、その一方の端
部５７ａは第１ヨーク５２の一端部５８ａと離反
し、第２ヨーク５３の一端部５９ａと接触してお
り、他端部５７ｂは第１ヨーク５２の他端部５８
ｂと接触し第２ヨーク５３の他端部５９ｂと離反
している。第１ヨーク５２と第２ヨーク５３との
対向する端部５８ａ，５９ａ；５８ｂ，５９ｂ間
には、空隙部６０，６１が形成されており、アマ
チヤ５５の各端部５７ａ，５７ｂは上記空隙部６
０，６１内を矢符Ｃで示される方向に往復変位可
能に案内されている。

第７図においてアマチヤ５５に巻回されている
コイル５６に矢符Ａで示す向きの電流を通じる
と、アマチヤ５５は磁化され、その端部５７ａ，
５７ｂにはそれぞれ図示するような磁極Ｎ，Ｓが
現われる。このためアマチヤ５５の一方の端部５
７ｂの磁極は、第１ヨーク５２の端部５８ｂと同
一のＮ磁極のため反発され、対向する第２ヨーク
５３の端部５９ｂとは異極のため吸引される。

同様にしてアマチヤ５５の他方の端部５７ａ
は、第２ヨーク５３の端部５９ａにより反発さ
れ、第１ヨーク５２の端部５８ａにより吸引され
る。したがつてアマチヤ５５は上記吸引力および
反発力によつて、矢符ｆで示す方向に変位する。
コイル５６に通じる電流ｉの向きを逆にすれば、
上記と反対動作を行なうことは明白である。

このような往復変位可能なアマチヤ５５にて可
動接点を有する板バネ（図示せず）に可動させ、
可動接点に対応する固定接点（図示せず）を設け
れば、コイル５６への通電により動作するリレー
が実現される。従来技術による有極電磁石は、こ
のようにアマチヤ５５とヨーク５２，５３との間
の吸引力と反発力とのみを利用してアマチヤを往
復変位させることにより、所望の動作行なわせて
いた。

しかしながら上述のような有極電磁石は、アマ
チヤ５５に巻回されたコイル５６に通電して得ら
れる吸引力あるいは反発力を利用して動作させて
いた。したがつて動作速度をあげようとすれば吸
引力を強くせねばならず、そのためには磁束を増
やす、あるいは対向面積を大きくする、などの手
段が考えられるけれども、磁束を増やすために強
力な磁石（希土類、アルコン類金属）を用いるの
は生産コストが増大する。対向面積を大きくすれ
ば大型化、高コストという問題が生じる。

第８図は従来技術による有極電磁石のアマチヤ
５５の変位量（ストローク）と吸引力との関係を
示すグラフである。第７図においてアマチヤ５５
に作用する反発力は、負方向の吸引力として示
す。動作速度を上げるために吸引力を強くしよう
として、面積を大きくしたり磁束を増やしたりし
た場合、吸引力特性はそれまでの参照符l11で示
される実線のグラフから、参照符l12で示される
２点鎖線のグラフに変化し、アマチヤ５５が変位
し端部Ａまたは端部Ｂに近づくにつれ、グラフの
立上りあるいは立下りが急峻となり、それまでの
吸引力との差ｇが大きくなる。

このような特性の有極電磁石をリレーなどに用
いた場合、アマチヤ５５の変位量（ストローク）
の変化に対する吸引力の変化の割合が大きくなり
すぎ、板ばね負荷との整合が困難となる。そこで
接触面にレシジヤルプレートを貼付し、端部にお
ける吸引力の上昇を抑える方法が用いられている
けれども、使用頻度が高い場合、該プレートの磨
耗という問題が生じ、特性の変化が大きくなつて
しまう。

また、上述の従来技術による有極電磁石は、磁
路を構成するヨーク５２，５３が平行に配置され
ているため、第９図に示すようにヨークの対向部
で、矢符ｅ，ｄで示される破線のようにもれ磁束
が生じ、速度向上に寄与する磁束が減少するので
効率が悪く、動作速度も遅いという問題がある。

さらにアマチヤ５５の曲げ加工が必要で生産コ
ストにも影響するなどの問題もあつた。

目 的 本発明の目的は上述の問題点を解決し、もれ磁
束が少なく、アマチヤの変位量の変化に対する吸
引力の変化が大きくなく、しかも高速度作動可能
な有極電磁石を提供することである。

実施例 第１図は本発明の一実施例の有極電磁石１の構
造を示す斜視図である。有極電磁石１は永久磁石
４を挟持し、各一方の磁極に連接し、かつ互いの
位置が90度回転して固定されたそれぞれＵ字状を
なすヨーク手段としての第１ヨーク２と第２ヨー
ク３と、第１ヨーク２の磁極端部としての端部８
ａ，８ｂに設けられた支持部材１０ａ，１０ｂと
図示しない案内部材によつて、第１ヨーク２の端
部８ａ，８ｂ間を矢符ａで示す方向に水平に往復
変位可能に案内されたアマチヤ５とから構成され
ている。

第１ヨーク２および第２ヨーク３の各端部８
ａ，８ｂ；９ａ，９ｂは、連接する永久磁石片４
によつて磁化され、それぞれ図示するように磁極
Ｎ，Ｓが形成されている。

アマチヤ５はＩ字状に形成され、その凹所１２
ａ，１２ｂにはコイル６が第２配列方向に沿つて
巻回されており、アマチヤ５の接極端部としての
各端部７ａ，７ｂは、支持部材１０ａ，１０ｂを
介して第２ヨーク２の端部８ａ，８ｂと対向して
いる。

本実施例において注目すべきは、ヨーク手段を
構成する２個のＵ字状のヨーク２，３を互いに直
交させ、アマチヤ５の往復変位の方向を第１ヨー
ク配列方向に沿うものとし、第２配列方向に沿つ
てコイル６を巻回したことである。その作用につ
いては後述する。

第２図および第３図は本実施例による有極電磁
石１の動作を説明するための図である。第２図は
第１図示の有極電磁石１を平面図的に示したもの
であり、第３図はアマチヤ５の一方の凹所１２ａ
の近傍を拡大して示したものであり、ともに第１
図と対応する部分には同一の参照符を付す。ただ
し凹所１２ａ，１２ｂ間に巻回されたコイル６
は、コイル６を形成する素線としての導線の断面
を導線２１ａ，２１ｂとして示した。

次に第２図および第３図を参照しつつ、動作を
説明する。第２図において図示しないコイル６に
矢符Ｒで示す方向に電流ｉを通ずれば、アマチヤ
５は磁化されて、その各端部７ａ，７ｂには図示
するような磁極Ｎ，Ｓが現われる。アマチヤ５は
電流ｉを通じる前には、第２図のごとくその端部
７ａは第１ヨーク２の一方の端部８ａに接触し、
他端部８ｂから離反しかつ第２ヨーク３の各端部
９ａ，９ｂと接触していたものとすれば、上記電
流ｉによる磁化によつて端部７ａは、第１ヨーク
２の端部８ａからの反発力と第２ヨーク３の端部
９ａ，９ｂからの吸引力とが作用する。

また端部７ｂは第２ヨーク３の端部９ａ，９ｂ
からの反発力と第１ヨーク２の端部８ｂからの吸
引力とが作用し、全体として矢符f1で示される向
きの力がアマチヤ５に作用し、アマチヤ５は矢符
f1の方向に変位する。その一端部７ａは第１ヨー
ク２の端部８ａから離反し、第２ヨーク３の端部
９ａ，９ｂと接触、また他端部７ｂは第２ヨーク
３の端部９ａ，９ｂと離反し、第１ヨーク２の端
部８ｂと接触する。コイル電流ｉの方向を逆にす
れば、上述とは反対動作を行なうことは明白であ
る。

ここで注目すべきは、凹所１２ａ，１２ｂ内の
磁界と導線２１ａ，２１ｂを流れるコイル電流ｉ
とにより生じる電磁力である。

第３図を参照して、アマチヤ５の一方の凹所１
２ａには導線２１ａが紙面に対し垂直方向に複数
列配列されており、動作時の電流は図示するごと
く紙面裏より表へ向うものとして説明する。

第２ヨーク３の端部９ａは、図示しない永久磁
石４により磁化されて磁極Ｓを形成している。し
たがつて端部９ａには、磁極Ｎを形成する第１ヨ
ーク２からの磁束φが端部９ａに向い、この磁束
φは上記導線２１ａと直交している。したがつて
導線２１ａを流れるコイル電流ｉと磁束φとによ
つて、導線２１はフレミング左手法則に従う電磁
力 F1＝Bil …(1) を受ける。ただしｌは導線２１ａの凹所１２ａの
部分の長さすなわち、アマチヤ５の厚さに相当す
る長さに巻数ｎを乗じた数値である。

上の第１式で示される電磁力F1の方向は、前
述の矢符f1で示される力と同一方向である。図示
しない他方の凹所１２ｂに生じる電磁力F2も同
様にして発生し、その向きは上述の電磁力F1と
同一方向となる。このようにしてアマチヤ５に
は、吸引力あるいは反発力の他に、フレミング左
手法則に従う電磁力F1，F2が加わるので、アマ
チヤ５に作用する力が増加する。

第４図は本実施例による有極磁石１のアマチヤ
５の変位量（ストローク）と吸引力との関係を示
すグラフである。第４図においてアマチヤ５に作
用する反発力は、負方向の吸引力として示す。

参照符l1で示される実線はアマチヤ５のコイル
電流ｉが０の場合の磁気吸引力を示し、参照符
l2，l4で示される２点鎖線は同一値のコイル電流
ｉをたがいに反対方向に流したときの吸引力のみ
の場合を示し、従来技術の項で述べた第８図示の
参照符l11で示されたのと同じ傾向である。これ
に対し、本実施例では、前述のように従来の吸引
力の他にフレミング左手法則に従う電磁力Ｆが加
わるため、全体の吸引力は△ｆ増加し、参照符
l3，l5で示される実線のようになり、吸引力の増
加傾向が著しい。

しかもこの増加は端部Ａ，Ｂにおいても従来技
術のごとき急峻な立上がり、立下がりとはなら
ず、ほぼ平行移動をたどるので、リレーなどに応
用した場合の板ばね負荷との整合が容易である。
また端部Ａ，Ｂでの吸引力の変動やばらつきが少
なくなり、しかも吸引力の増加による高速動作が
実現される。

第５図は本発明の他の実施例を示す斜視図であ
る。本実施例は前述の実施例に類似し、対応する
部分には同一の参照符を付す。本実施例で注目す
べきは、コイルボビン１１に巻回されたコイル６
を、第２ヨーク３の両端部９ａ，９ｂ間に固着せ
しめ、アマチヤ５の凹所部分は上記コイルボビン
１１内をくぐり、矢符ａに示す方向に往復変位可
能としたことである。

これによつてコイル６は固定されるので、コイ
ル６に対する給電方法が簡単となり、導線の折損
が防止され、長寿命が図られる。またコイルボビ
ン６にアマチヤ５の案内部材を兼ねさせることが
可能となり、コスト低下に寄与することができ
る。しかも２個のヨーク２，３を互いに90度回転
させて取付けるようにしたので、従来技術のごと
くヨーク対向部で発生するもれ磁束が抑制され、
磁束のすべてが吸引力の増加に寄与するため、さ
らに動作速度の向上が実現する。

効 果 以上のように本発明に従えば、アマチヤに巻回
されたコイルに通電することによつて、アマチヤ
第１配列方向に磁化される。この磁化によつてア
マチヤに生じる磁極と、この磁極に臨むヨーク手
段の第１および第２磁極端部との間に、磁気反発
力および磁気吸引力がそれぞれ発生する。前記コ
イルへの通電方向を切換えることにより、アマチ
ヤは前記第１配列方向に沿つて往復変位する。

前記コイルにおけるアマチヤ本体の第１配列方
向に沿いかつ第３および第４磁極端部に臨む部分
には、前記通電および永久磁石片の磁束に起因
し、フレミング左手法則に従う力が作用する。こ
の力によつても前記往復変位を実現するようにし
た。すなわちアマチヤの動作を格段に高速化する
ことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の有極電磁石１の構
造を示す斜視図、第２図および第３図は本実施例
の動作を説明するための図、第４図は本実施例に
よるアマチヤ５の変位量（ストローク）を吸引力
との関係を示すグラフ、第５図は本発明の他の実
施例の斜視図、第６図は従来技術の有極電磁石５
１の構造を示す斜視図、第７図は従来技術の動作
を説明するための図、第８図は従来技術のアマチ
ヤ５５の変位量（ストローク）と吸引力との関係
を示すグラフ、第９図は従来技術の問題点を示す
図である。 １，５１……有極電磁石、２，５２……第１ヨ
ーク、３，５３……第２ヨーク、４，５４……永
久磁石片、５，５５……アマチヤ、６，５６……
コイル、１１……コイルボビン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１配列方向に間隔をあけて配置された一対
   の第１および第２磁極端部と、前記第１配列方向
   に交差する第２配列方向に間隔をあけて配列され
   た一対の第３および第４磁極端部と、第１磁極端
   部および第２磁極端部と第３磁極端部および第４
   磁極端部とを相互に逆極性に磁化する永久磁石片
   とを含むヨーク手段と、 前記第１配列方向に沿つて延びるアマチヤ本体
   と、そのアマチヤ本体に連接し、第３および第４
   磁極端部に対向する接極端部とを有し、第１配列
   方向に沿つて移動可能であるアマチヤと、 アマチヤ本体に前記第２配列方向に沿つて延び
   る素線が巻回されて構成されるコイルとを含むこ
   とを特徴とした有極電磁石。