JPH0515282B2 - - 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７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８図は従来技術の有極電磁石５１の動作を示
す図である。第８図は前掲第７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を示される方向に往復変位可
能に案内されている。

第８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）を可動させ、
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９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８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場合が大きくなり
すぎ、板ばね負荷との整合が困難となる。そこで
接触面にレン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。

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間を第１配列方向である矢符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８ａ，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配列方向である第
２ヨーク３と平行な方向に沿つて巻回されてお
り、アマチヤ５の接極端部である各端部７ａ，７
ｂ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、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２と平行な方向と
し、第２ヨーク３に平行な方向に沿つてコイル６
を巻回したこと、およびアマチヤ５の４箇所の突
端部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄにそれぞれ
上記コイル６の巻回方向と直交し第１ヨーク２に
平行な方向に巻回された第２コイル１１ａ〜１１
ｄを設けたことである。これらの作用については
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を通ずる前には、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７ｂは第１ヨーク２の他方の端部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
のために端部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か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で乗じた数値である。

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。

本実施例においてさらに注目すべきは、アマチ
ヤ５の４箇所の突端部１３ａ〜１３ｄにはそれぞ
れ第２コイル１１ａ〜１１ｄを巻回されて第１コ
イル６との間に相互誘導回路が形成され、かつ第
２コイル１１ａ〜１１ｄは、その両端が短絡され
ていることである。

第４図は第１コイル２０と第２コイル２２との
関係を示す等価回路図である。L1は第１コイル
２０のインダクタンス、R1はその内部抵抗、L2
は第２コイル２２のインダクタンス、R2はその
内部抵抗、Ｍは相互誘導回路における結合定数を
それぞれ示す。またi1は第１コイル２０に流れる
電流（以下、コイル電流と記す）、i2は第２コイ
ル２２に誘起される第２コイル電流、Ｅは電源電
圧である。結合定数Ｍは、 Ｍ＝√12 …(2) で表わされ、本実施例においては、たとえばＭ＝
１である。いまスイツチSWを閉じれば第４図示
の回路において、 L1di1／dt＋Ｍdi2／dt＋R1i1＝Ｅ …(3) L2di2／dt＋Ｍdi1／dt＋R2i2＝０ …(4) の関係が成立つ。上記第２式〜第４式より、 i1（ｔ） ＝Ｅ／R1［１−（１−L2／L2＋R2L1／R1） exp（−αt）］ …(5) ここに、 α＝R1R2／R1L2＋R2L1 …(6) 第２コイル２２が短絡され、第４図において
R2＝０とすると、第５式は、 i1（ｔ）＝Ｅ／R1 …(7) となり、回路のインダクタンス分の影響を受けな
くなる。一方、第２コイル２２を設けない従来技
術の場合には、インダクタンスL1を含む回路と
なり、 L1di1／dt＋R1i1＝Ｅ …(8) i1（ｔ）＝Ｅ／R1［１−exp（−R1／L1ｔ）］ …(9) すなわち第２コイル２２が巻回されかつその両
端を短絡することにより励磁電流ｉは、第１コイ
ル２０のインダクタンス分の影響を受けなくな
り、立ち上がりが早くなる。

第５図は本実施例と従来技術とのコイル電流と
の比較を示すグラフである。参照符i1で示される
実線は、本実施例によるコイル電流を示し、参照
符i2で示される２点鎖線は、従来技術によるコイ
ル電流を示す。また参照符i3で示される２点鎖線
は、第２コイル１１ａ〜１１ｄ２２中を流れる誘
導電流を示す。本実施例に従い第２コイル１１ａ
〜１１ｄを設け、かつその両端を短絡した場合、
コイル電流ｉは速やかに定常電流値に達するけれ
ども、従来技術ではアマチヤに巻回されたコイル
のインダクタンスの影響によつて、定常電流値に
達するまでに時間を要し、かつその過程でアマチ
ヤの変位による影響を受け、コイル電流が変動し
ていることが分かる。

第６図は本実施例による有電磁石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６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、コイル電流ｉが０
の場合、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９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の法則に従
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示されている。しかもこの傾
向は端部Ａ，Ｂにおいても従来技術のごとき急峻
な立上り、立下りとはならず、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
荷の整合が容易である。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。

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
は第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。

またさらにアマチヤ本体に連接する接極端部に
巻回される第２コイルが短絡されていることによ
つて、第１コイルのインダクタンス分を減少さ
せ、コイル電流を即応化させることによつて、ア
マチヤの動作のさらなる高速化が実現される。

【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図は本実施例の
等価回路図、第５図は本実施例と従来技術との特
性を比較するグラフ、第６図は本実施例のアマチ
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、第７図は従来技術を示す図、第８図
は従来技術の動作を説明するための図、第９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。

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第１コイルと上記
   第１コイルと磁気的に交錯して巻回される第２コ
   イルとを含むことを特徴とした有極電磁石。