JPH0719695B2 - 単安定電磁石 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、３相モーターの開閉用の電磁接触器や電磁
継電器などに適用される単安定電磁石に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来のこの種の単安定電磁石として、クラッパ型電磁石
などの磁気回路中に永久磁石を含まない、いわゆる無極
型の電磁石が一般的であった。この無極型の電磁石は低
コストではあるが、コイルの発生磁束しかアーマチュア
の駆動力に利用できないため、ある吸引力幅を得るため
に消費電力を大きくする必要があった。

これに対して、近年電磁石の低消費電力化のため磁石回
路中に永久磁石を含ませた有極電磁石装置が提案されて
いる（たとえば特公昭62−17333号、実公昭58−10327
号、特表平01−502705号）。

特公昭62−17333号の単安定電磁石は、永久磁石の磁束
もアーマチュアの駆動力に利用できるので、ある吸引力
幅を得るときに無極型に比べて低消費電力にすることが
できる。しかし、双安定用の電磁石構造であるため、一
般的な電磁接触器などの片寄ったばね負荷には不向きで
あった。

また、実公昭58−10327号の単安定電磁石は、無極型と
有極型の前記従来例との中間的な特性、すなわち有極で
あるため低消費電力が図れ、前記従来例と異なり非対称
の磁気回路であるため片寄ったばね負荷に適した特性を
有している。しかし、アーマチュアの復帰側において永
久磁石の磁束が開ループを作る構成であるため復帰方向
への力が非常に大きくなり、そのためばね負荷との整合
においてアーマチュアを動作側に付勢するばね（動作ば
ね）が必要になるなどの欠点を有していた。

さらに、特表平01−502705号の電磁切り換え装置の電磁
石は、前記単安定電磁石と同様に、無極型と有極型の中
間的な特性、すなわち有極であるため低消費電力が図
れ、非対称の磁気回路であるため片寄ったばね負荷に適
した特性を有しており、さらに、アーマチュアの復帰側
において永久磁石の磁束は全てヨークを介して流れるた
め復帰方向への力が無く、そのためばね負荷との整合に
おいてアーマチュアを動作側に付勢するばね（動作ば
ね）が必要になるなどの欠点も無かった。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、この電磁石は、アーマチュアの復帰位置におい
て永久磁石の磁束は全てヨークに流れてしまうため、永
久磁石の磁束をアーマチュアの動作方向の吸引力に利用
できないので、コイルの励磁時のアーマチュアの復帰位
置での吸引力が小さいという欠点があった。

したがって、この発明の目的は、動作ばねを必要とする
ことなく片寄ったばね負荷に適用でき、しかもアーマチ
ュアの復帰位置で永久磁石による動作方向の吸引力を利
用でき高効率な有極の単安定電磁石を提供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

請求項（１）の単安定電磁石は、第１の磁気結合部と磁
極部を有するヨークと、前記第１の磁気結合部に磁気結
合する第２の磁気結合部を有するとともに前記磁極部に
接離する接離部を有するアーマチュアと、前記ヨークの
前記第１の磁気結合部と前記磁極部との間および前記ア
ーマチュアの前記第２の磁気結合部と前記接離部との間
の少なくともいずれか一方に磁極結合した永久磁石と、
前記ヨークおよび前記アーマチュアの少なくとも一方に
巻装されたコイルとを備えたものである。

請求項（２）の単安定電磁石は、請求項（１）におい
て、前記アーマチュアの前記第２の磁気結合部が前記第
１の磁気結合部に枢支されたものである。

請求項（３）の単安定電磁石は、請求項（１）におい
て、前記アーマチュアの前記第２の磁気結合部が前記第
１の磁気結合部に摺動自在に設けられたものである。

〔作用〕

請求項（１）の単安定電磁石によれば、コイルを励磁す
るとアーマチュアの接離部がヨークの磁極部に吸引され
るように動作する。この場合、アーマチュアの動作位置
では、コイルの励磁による磁束が永久磁石を含まないで
ヨークおよびアーマチュアによる閉磁路を形成すること
ができる。また永久磁石により発生する磁束はヨークお
よびアーマチュアによりそれぞれ閉磁路を形成すると共
に、この永久磁石により発生する磁束がコイルによる磁
束に重畳するのでアーマチュアの吸引力を増大でき、消
費電力を低減できる。

一方アーマチュアの復帰位置においても、第１の磁気結
合部と第２の磁気結合部が磁気結合しているため、接離
部と磁極部との間を永久磁石の磁束の一部が流れ、粗な
る磁気結合ではあるがアーマチュアを動作側に吸引する
ように働き、アーマチュアの復帰方向に永久磁石の磁束
が作用せずに高効率にできるとともに、コイルの励磁時
の磁束に重畳できるのでアーマチュアの復帰位置におけ
る吸引力を大きくでき、従来のような動作ばねを必要と
することなく電磁接触器や電磁継電器などの片寄ったば
ね負荷と整合しやすい吸引力特性が得られる。

請求項（２）の単安定電磁石によれば、アーマチュアの
第２の磁気結合部が第１の磁気結合部に枢支されている
ため、アーマチュアが揺動することにより、前記と同様
な作用を行う。

請求項（３）の単安定電磁石によれば、アーマチュアの
第２の磁気結合部が第１の磁気結合部に摺動自在に設け
られているため、アーマチュアのストロークを大きくす
ることができる。

〔実施例〕

この発明の第１の実施例を第１図ないし第３図に基づい
て説明する。すなわち、この単安定電磁石は、ヨーク１
と、コイル２、アーマチュア３と、永久磁石４とを有す
る。

ヨーク１は、第１の磁気結合部６と磁極部８を有する。
実施例では平板を略コ字形に折曲して形成している。

コイル２はヨーク１の一片に巻装されている。

アーマチュア３は、第１の磁気結合部６に磁気結合する
第２の磁気結合部５を有するとともに磁極部８に接離す
る接離部７を有する。実施例のアーマチュア３は平板に
より形成され、第２の磁気結合部５が第１の磁気結合部
６に枢支されている。そして、接離部７はコイル２の励
磁によりヨーク１の磁極部８に吸着される。無励磁時に
はアーマチュア３は復帰ばね（図示せず）などにより接
離部７が磁極部８から開離した復帰位置に戻る。なお第
２の磁気結合部５の枢支手段は、公知のヒンジ手段を適
用する。

永久磁石４はヨーク１の第１の磁気結合部６と磁極部８
との間に設けられている。N,Sは磁極である。実施例で
は永久磁石４が第１の磁気結合部６と磁極部８間に直接
固定されている。

この実施例によれば、第３図（ａ）に示すように、電磁
石の復帰状態において、永久磁石４の磁化力により磁束
はほとんど磁束Φ１としてヨーク１を経由して流れ、ア
ーマチュア３を復帰方向に吸引する力は作用しないが、
永久磁石４の一部の磁束Φ２はヨーク１とアーマチュア
３を経由して流れ、磁気回路が粗なる結合であるがアー
マチュア３を動作側に吸引するように働く。従ってアー
マチュア３を復帰方向に吸引する力は作用しないので、
従来のような動作ばねを必要とすることなく片寄ったば
ね負荷に適用できる。さらに前記磁束Φ２によりアーマ
チュア３を動作側に吸引する力がコイル２の無励磁状態
でも常に働くことにより、電磁接触器や電磁継電器に応
用した時には電磁石の駆動部と接点部の可動部（可動
枠、カードなど）との間に隙間ができることなく安定し
た連結ができるので安定した特性（感動電圧、機械寿命
など）を得ることができる。

ついで、コイル２を励磁すると、第３図（ｂ）に示すよ
うにコイル２の励磁により発生した磁束Φ３は前述の磁
束Φ１とは逆方向に流れるように構成されており、永久
磁石４により発生する磁束Φ２をコイル２の励磁により
発生する磁束Φ３に重畳させることになるのでアーマチ
ュア３の復帰位置における吸引力を大きくできる。特に
この効果は、永久磁石４に希土類磁石などのエネルギー
の大きな磁石を用いたときに大きな効果を得ることがで
きる。

次に、アーマチュア３が第１の磁気結合部６を支点に揺
動し、接離部７が磁極部８に吸着されるように動作す
る。第３図（ｂ）に示すようにアーマチュア３の動作位
置ではコイル２の励磁により発生した磁束Φ３は前述の
磁束Φ１とは逆方向に流れるようにじ構成されており、
永久磁石４を含まないでヨーク１およびアーマチュア３
による閉磁路を流れると共に、永久磁石４により発生す
る磁束Φ２はヨーク１とアーマチュア３を介し閉磁路を
形成すると共に、この永久磁石４により発生する磁束Φ
２を前記コイル２の励磁による磁束Φ３に重畳させるこ
とになる。よってコイル２の起磁力を増加するに従いヨ
ーク１とアーマチュア３の間に生じる吸引力が増大する
一方、永久磁石４の磁束Φ２によりアーマチュア３の動
作側への吸引力を増大できるため、コイル２の消費電力
を低減できる。

一方、コイル２に流れる電流を切る（コイル２を無励磁
状態にする）と復帰ばねなど（図示せず）により、アー
マチュア３は第３図（ａ）に示す状態に復帰する。

その他の効果として、動作時にはコイル２の磁束Φ３に
永久磁石４の磁束Φ２が加算的に働き、復帰時（コイル
２の励磁をなくした時）には永久磁石４の磁束Φ１がコ
イル２の磁束Φ３を減じるように働くので、特表平01−
502705号の電磁切り換え装置の電磁石と同様に、アーマ
チュア３の短い動作時間および短い復帰時間（短い切り
換え時間）が得られる。

しかも、この実施例では永久磁石４をヨーク１の第１の
磁気結合部６と磁極部８の間の空隙に配置することによ
り、永久磁石４より得られる磁束Φ２を大きくでき、吸
引力を増大できるので消費電力をより一層低減すること
ができる。

またアーマチュア３の第２の磁気結合部５をヨーク１の
第１の磁気結合部６に直接接触させたことにより、アー
マチュア３の復帰位置でのアーマチュア３とヨーク１の
磁気結合が良くなり、コイル２の励磁による磁束Φ３を
大きくできアーマチュア３の吸引力を増大することがで
き、消費電力を低減きる。

この発明の第２の実施例を第４図に示す。すなわち、こ
の単安定電磁石は、ヨーク１の磁極部８を内側に曲げる
ことにより、磁極部８と永久磁石４の接触部を大きくし
たものであり、その他は第１の実施例と同様ある。

ヨーク１の磁極部８を曲げ磁極部８と永久磁石４の接触
部を大きくすることにより、磁極部８と永久磁石４との
磁気結合が良好になり、また永久磁石４を大きくでき、
磁束Φ1,Φ２を大きくできるのでさらに吸引力を大きく
できる。

この発明の第３の実施例を第５図に示す。すなわち、こ
の単安定電磁石は、ヨーク１が平板を略コ字形に打ち抜
き形成したものであり、アーマチュア３をその板表面に
対向し、１個の永久磁石４をヨーク１の第１の磁気結合
部６と磁極部８の空隙に固定している。その他は第１の
実施例と同様である。

平板を略コ字形に打ち抜き形成してヨーク１を形成し、
アーマチュア３をそのまま板表面に対向することによ
り、第１の実施例および第２の実施例に比べ薄型電磁石
にすることができる。

この発明の第４の実施例を第６図に示す。すなわち、こ
の単安定電磁石は、アーマチュア３の第２の磁気結合部
５を第１の磁気結合部６に摺動自在に設けたものであ
る。すなわち、ヨーク１を略ヨ字形に形成して、中央片
を第１の磁気結合部６とし、両片を磁極部８として、一
対の永久磁石４を第１の磁気結合部６と磁極部８との空
隙に固定し、アーマチュア３の第２の磁気結合部５に穴
部5aを設けて、ヨーク１の第１の磁気結合部６に摺動自
在に嵌合し、アーマチュア３の両端の接離部７をヨーク
１の磁極部８に対向させたものである。アーマチュア３
の実線が動作状態であり、想像線が復帰状態である。そ
の他は第１の実施例と同様である。

アーマチュア３を摺動自在に構成することにより、第１
の実施例、第２の実施例および第３の実施例に比べアー
マチュア３のストロークの大きな電磁石にすることがで
きる。

なお、ヨーク１は平板を略ヨ字形に打ち抜き形成して積
層してもよい。また略コ字形のヨークと棒状または板状
ヨークをかしめるなどにより略ヨ字折曲形に形成しても
よい。

この発明の第５の実施例を第７図および第８図に示す。
すなわち、この単安定電磁石は、ヨーク１が平板を折曲
したコ字形の固定部1aとその中央片の貫通部1cに摺動自
在に貫通する可動部1bからなり、固定部1aの両端部を磁
極部８とし、可動部1bの端部を第１の磁気結合部６とし
ている。永久磁石４は磁極部８と第１の磁気結合部６と
の間に配置されて、磁極Ｓ側で可動部1bを摺動自在に支
持している。アーマチュア３は中央部の第２の磁気結合
部５が第１の磁気結合部６に一体に連結され、両端部の
接離部７が磁極部８にそれぞれ対向している。またコイ
ル２は可動部1bに巻装されている。その他は第１の実施
例と同様である。

この実施例によれば、アーマチュア３が摺動動作するた
め、ストロークの大きな電磁石にすることができる。し
かも、可動部1bが永久磁石４と貫通部1cの２個所で摺動
自在に支持されるので、第４の実施例よりも安定した摺
動動作を得ることができる。

なお、貫通部1cは磁性リング等で磁気結合する。

この発明の第６の実施例を第９図に示す。すなわち、こ
の単安定電磁石は、第１の実施例において永久磁石４を
ヨーク１の第１の磁気結合部６と磁極部８との間の中央
部に接近した位置に設けたものである。

なお、この発明において、ヨーク１は第１の実施例のよ
うに部品１個で略コ字形に折曲により形成したが、たと
えばＬ字形ヨークと棒状または板状ヨークをかしめるな
どにより複数の部品により構成してもよい。

また永久磁石４の磁極Ｓをヨーク１の第１の磁気結合部
６に磁気結合させたが、反対の磁極Ｎを磁気結合させて
もよい。

また永久磁石４をヨーク１に直接固定したが、ヨーク１
の第１の磁気結合部６と磁極部８の空隙にヨーク１を保
持するケース、コイル２を巻装するコイル枠など（図示
せず）により固定してもよい。さらに永久磁石４は複数
個を並設したものでもよい。

さらに、第１の実施例ないし第３の実施例においては、
永久磁石４をヨーク１の第１の磁気結合部６と磁極部８
との間に設けたが、アーマチュア３の第２の磁気結合部
５と接離部７との間に設けてもよく、また両方に設けて
もよい。またアーマチュア３の第２の磁気結合部５をヨ
ーク１の第１の磁気結合部６に直接接触するように枢支
させたが、ヨーク１の第１の磁気結合部６と永久磁石４
の磁極との接合部の近傍、またはヨーク１の第１の磁気
結合部６の永久磁石４の磁極Ｓの側部側に枢支手段によ
り枢支させてもよい。

また、実施例はヨーク１にコイル２を設けたが、アーマ
チュア３に設けてもよいし、その両方に設けてもよい。

〔発明の効果〕

請求項（１）の単安定電磁石は、ヨークの第１の磁気結
合部と磁極部との間およびアーマチュアの第２の磁気結
合部と接離部との間に少なくともいずれか一方に永久磁
石を設けるとともに、ヨークおよびアーマチュアの少な
くともいずれか一方にコイルを巻装したため、動作ばね
を必要とすることなく片寄ったばね負荷に適用でき、し
かもアーマチュアの復帰位置で永久磁石による動作方向
の吸引力を利用でき高効率にすることができるという効
果がある。

請求項（２）の単安定電磁石は、アーマチュアの第２の
磁気結合部が第１の磁気結合部に枢支されているため、
アーマチュアが揺動することにより、前記と同様な効果
がある。

請求項（３）の単安定電磁石は、アーマチュアの第２の
磁気結合部が第１の磁気結合部に摺動自在に設けられて
いるため、アーマチュアのストロークを大きくすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の斜視図、第２図はそ
の分解斜視図、第３図は動作状態の説明図、第４図は第
２の実施例の斜視図、第５図は第３の実施例の斜視図、
第６図は第４の実施例の正面図、第７図は第５の実施例
の正面図、第８図はその動作状態の説明図、第９図は第
６の実施例の側面図である。 １……ヨーク、２……コイル、３……アーマチュア、４
……永久磁石、５……第２の磁気結合部、６……第１の
磁気結合部、７……接離部、８……磁極部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の磁気結合部と磁極部を有するヨーク
   と、前記第１の磁気結合部に磁気結合する第２の磁気結
   合部を有するとともに前記磁極部に接離する接離部を有
   するアーマチュアと、前記ヨークの前記第１の磁気結合
   部と前記磁極部との間および前記アーマチュアの前記第
   ２の磁気結合部と前記接離部との間の少なくともいずれ
   か一方に磁気結合した永久磁石と、前記ヨークおよび前
   記アーマチュアの少なくとも一方に巻装されたコイルと
   を備えた単安定電磁石。
2. 【請求項２】前記アーマチュアの前記第２の磁気結合部
   は、前記第１の磁気結合部に枢支されている請求項
   （１）記載の単安定電磁石。
3. 【請求項３】前記アーマチュアの前記第２の磁気結合部
   は、前記第１の磁気結合部に摺動自在に設けられている
   請求項（１）記載の単安定電磁石。