JPH0815124B2 - 有極電磁石装置 - 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
装置に関する。

背景技術 第５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。有極電磁石51は、対向して配設される一対の
Ｕ字状のヨーク52,53と、上記ヨーク52,53間に挟持され
固定されている永久磁石片54と、上記ヨーク52,53の端
部58a,58b;59a,59b間に亘って延在するアマチヤ55とに
より構成されており、永久磁石片54の中心部には枢軸56
が立設され、アマチヤ55は枢軸56の軸線まわりに角変位
自在に取付けられている。また上記永久磁石片54の磁極
N,Sにより、ヨーク52,53の各端部58a,58bおよび59a,59b
には、N,Sの磁極がたとえばそれぞれ図示するように形
成され、アマチヤ55にはコイル57が、アマチヤ55の長手
方向と直交して巻回されている。

第６図（１）および第６図（２）は従来技術の有極電
磁石51の動作を説明するための図である。第６図（１）
および第６図（２）は、ともに第５図示の有極電磁石51
を平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。ヨーク52,53の各端部58a,58b;59a,59b
には、それぞれ第５図示と同一の磁極N,Sが形成されて
おり、上記各端部58a,58b;59a,59bとアマチヤ55の両端
部60,61との間に、４個の空隙部62,63,64,65が形成され
ている。

第６図（１）においてコイル57に矢符a,bで示される
方向に電流ｉを通じると、アマチヤ55は磁化され、その
両端部60,61には、それぞれ図示するごとく磁極N,Sが現
れ、これにより上記４箇所の空隙部62〜65のうち空隙部
62,65では反発力が、また空隙部63,64では吸引力がそれ
ぞれ生じる。その結果、アマチヤ55の一方の端部60（第
６図（１）の右方）は矢符Faで示される力を受け、他方
の端部61（第６図（１）の左方）は矢符Fbで示される力
を受ける。力Fa,Fbは大きさが等しくその向きは反対で
あるから、枢軸56で支持されたアマチヤ55に対しては偶
力として作用する。このためアマチヤ55は枢軸56を中心
として角変位し、その一端部60は一方のヨーク53の端部
59aと、また他端部61は他方のヨーク52の端部58bとそれ
ぞれ圧接する。

第６図（２）は前述の第６図（１）の場合とは逆方向
の電流ｉをコイル57に通じた場合の動作を説明するため
の図である。電流ｉが第６図（１）とは逆方向に流れる
ため、アマチヤ55は第６図（１）とは逆に、矢符Fc,Fd
で示される方向の力を受ける。したがつてアマチヤ55は
第６図（１）とは反対に、その一端部60はヨーク52の一
端部58aに、他端部61はヨーク53の一端部59bと圧接す
る。このように角変位自在のアマチヤ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57への通
電により動作するリレーが実現される。

このように従来技術による有極電磁石51は、アマチヤ
55に巻回されたコイル57に電流を通じてアマチヤ55を磁
化し、これと磁極を有するヨーク52,53との間に生じる
反発力と吸引力とを利用して所望の動作を行わせてい
る。

しかしながら、このような有極電磁石は、アマチヤ55
とヨーク52,53との間に生じる吸引力あるいは反発力の
みを利用して動作を行なわせていた。そのため、動作速
度を上げようとすれば吸引力を増大させねばならず、吸
引力Ｆは、 で与えられる。ここにφは磁束、Ｐはパーミアンスであ
り、磁気抵抗の逆数である。第１式から吸引力Ｆを増や
すためには、磁束φを増やす、あるいは対向する磁極の
面積を大きくすればよい。一方、磁束φを増やすために
強磁性の磁石（希土類、アルニコ類）を用いるのはコス
ト高となる。磁極の面積を大きくして磁束数の増大を図
る構成は大形化し、コストも増大するという問題があつ
た。

第７図は従来技術による有極電磁石51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
引力を増すべく、面積を大きくしたり磁束φを増加させ
たりした場合、その吸引力特性はそれまでの参照符11
で示される実線のグラフから、参照符12で示される二
点鎖線のグラフに変位し、アマチヤ55が変位し端部Ａま
たはＢに近づくにつれて、吸引力特性の立上りあるいは
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
いた場合には、アマチヤの変位量（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変化の割合を抑
える方法が用いられているけれども、使用頻度の高い有
極電磁石などの場合、該プレートの摩耗という問題が生
じ、特性の変化が大きくなつてしまう。したがつてアマ
チヤの変位量（ストローク）の変化に対する吸引力の変
化が大きくなく、しかも高速動作可能な有極電磁石が所
望されていた。

目的 本発明の目的は、上述の技術的問題点を解決し、高速
動作を行なわせるために吸引力を増加させしかもアマチ
ヤの変位量（ストローク）に対する吸引力変化がゆるや
かな有極電磁石装置を提供することである。

発明の構成 本発明は、（ａ）長手方向70に磁極を有する永久磁石
片４と、 （ｂ）永久磁石片４の各磁極に連なつて一端部がそれ
ぞれ固定され、全体の形状がＬ字状にそれぞれ形成さ
れ、他端部7,8の相互の対向面7a,8aが平行であり、永久
磁石片４とともに大略的にＵ字状をなす一対のヨーク部
材2,3と、 （ｃ）アマチヤ５であつて、 （c1）両端部9a,9bがヨーク部材2,3の前記対向面7a,8
aに近接して細長く形成され、前記対向面7a,8a間のほぼ
中央位置で対向面7a,8aに平行な枢軸６の軸線まわりに
角変位可能に設けられるアマチヤ本体部９と、 （c2）アマチヤ本体部９の両端部9a,9bの両側部か
ら、ヨーク部材2,3の前記他端部7,8の両外側方にそれぞ
れ延びる２組の対をなす脚部（10,11;12,13）とを有
し、 （c3）アマチヤ本体部９の前記両端部9a,9bに、前記
枢軸６の軸線に垂直な仮想平面内で凹所14,15を形成
し、 （c4）対をなす脚部（10,11;12,13）のうち、いずれ
か一方の脚部（10または11;13または12）と、ヨーク部
材2,3の前記他端部7,8の両外側面（7cまたは7d;8cまた
は8d）との間に空隙部（16または17;19または18）を形
成するアマチヤ５と、 （ｄ）アマチヤ本体部９の両端部9a,9b間にわたつ
て、前記枢軸６の軸線方向両側におけるアマチヤ本体部
９の両表面に沿つてアマチヤ本体部９の長手方向に延
び、かつアマチヤ本体部９の両端部9a,9bの厚さ方向に
延びて巻回されるコイル20とを含むことを特徴とする有
極電磁石装置である。

実施例 第１図は本発明の一実施例の有極電磁石の構造を示す
斜視図である。有極電磁石１は、Ｌ字状をなす一対のヨ
ーク部材2,3と、ヨーク部材2,3に挟持され固定される永
久磁石片４と、永久磁石片４の中心に立設された枢軸６
の第１図の上下方向の軸線まわりに角変位可能に取付け
られたアマチヤ５とから構成されている。

ヨーク部材2,3各一端は永久磁石片４のそれぞれ一方
の磁極に連接し、永久磁石片４と一体的に形成され、全
体としてＵ字状をなす。ヨーク部材2,3の磁極端部であ
る各他端部7,8には前記永久磁石片４の磁極N,Sにしたが
い、第１図示のごとくに磁極N,Sが形成されている。

アマチヤ５はアマチヤ本体部９と、アマチヤ本体部９
の長手方向に連なり、一体的に形成される各一対の接極
部である脚部10,11;12,13から成り、対向する脚部10,1
1;12,13間には凹所14,15が形成されている。凹所14,15
間をアマチヤ本体部９の長手方向に沿つてコイル20が巻
回され、さらに前述のヨーク部材2,3の端部7,8が上記凹
所14,15間に介在している。これによって上記端部7,8お
よび脚部10〜13間に４箇所の空隙部16,17,18,19が形成
されている。本実施例において注目すべきは、アマチヤ
本体部９の長手方向に沿つて第１コイル20が巻回された
ことで、これについては後述する。

第２図（１）および第２図（２）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
（１）は第１図に示された有極電磁石１を平面図的に示
したものであり、同図（２）はアマチヤ５の一方の脚部
10,11の近傍を拡大して示す図であり、ともに第１図と
対応する部分には同一の参照符を付す。ただし説明の便
宜上、第１図示のコイル20は第２図（１）および第２図
（２）では省略してこれを図示せず、コイル20を形成す
る素線としての導線の凹所14,15における断面を参照符2
1a,21bとして示してある。またヨーク部材2,3の端部7,8
には第１図と同一の磁極N,Sが形成されているものとす
る。次に第２図（１）および第２図（２）を参照しつつ
動作について説明する。

第２図（１）において、アマチヤ本体部９の長手方向
（第２図の左右方向）に沿つて巻回されたコイル（図示
せず）に矢符Ｒで示される方向に電流ｉを通ずると、ア
マチヤ５は磁化されてアマチヤ本体部９および脚部10,1
1,12,13にはそれぞれ図示するような磁極N,Sが現れる。
したがつて空隙部16,19には反発力、空隙部17,18には吸
引力が働き、端部7,8は固定されているからアマチヤ５
は矢符f1,f2で示される方向の力を受け、この結果とし
て枢軸６を中心として角変位する。このとき注目すべき
は、凹所14,15内の磁界と導線21a,21bを流れる電流ｉと
により生じる電磁力である。

第２図（２）は、アマチヤ５の一方の脚部10,11近傍
を拡大して示す図である。凹所14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ｉ
の方向は紙面裏から表へ向かうものとする。

ヨーク部材２の一方の端部７は図示しない永久磁石４
により磁化され、磁極Ｎを形成しているものとする。し
たがつて端部７からはもう一方の端部８（図示せず）に
向かう磁束φが発生し、この磁束φは導線21aと直交し
ている。

いま導線21aに電流ｉを図示の方向（紙面裏面より表
面に向かう方向）に通ずると、導線21aは上述の磁束φ
と電流ｉにより、フレミング左手の法則にしたがう電磁
力 F1＝Bil …（２） を受ける。ただしｌは導線21aの凹所14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を乗じ
た数値である。上の第２式で示される電磁力F1の方向
は、矢符f1と同一の向き、すなわち第２図（２）の上方
に向かい、これは前掲第２図（１）に示された力f1と同
一の方向である。図示しないもう一方の凹所15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とは反対方向で第２図（１）で示される矢符f2と同一
の方向となる。

第３図はアマチヤ５に巻回されたコイル20（図示せ
ず）に流れる電流ｉを第２図示とは反対の矢符Ｌで示す
方向（第３図右方から左方）とした場合の動作を示す図
である。電流ｉが逆方向であるからアマチヤ５に生じる
磁極も反対となり、空隙部16,19には吸引力が、17,18に
は反発力が作用する。また凹所14における導線21aには
第３図下方に向かい、凹所15における導線21bには第３
図上方に向かうフレミング左手の法則に従う電磁力F3,F
4が作用する。

このようにしてアマチヤ５には、空隙部16〜19に生じ
る吸引力以外にフレミング左手の法則に従う電磁力F1,F
2あるいはF3,F4が加わるので、アマチヤ５に作用する吸
引力が増加する。

構成をさらに述べると、永久磁石片４は、長手方向70
（第１図および第２図（１）参照）に磁極を有する。一
対の各ヨーク部材2,3の一端部は、永久磁石片４の各磁
極に連なつてそれぞれ固定される。これらの各ヨーク部
材2,3は、全体の形状がＬ字状にそれぞれ形成される。
ヨーク部材2,3の他端部7,8の相互の対向面7a,8aは、平
行である。これらの一対のヨーク部材2,3は、永久磁石
片４とともに大略的にＵ字状をなす。

アマチヤ５は、アマチヤ本体部９と、２組の対をなす
脚部10,11;12,13とを有する。アマチヤ本体部９の両端
部9a,9bは、ヨーク部材2,3の前記対向面7a,8aに近接し
て細長く形成される。このアマチヤ本体部９は、枢軸６
の軸線まわりに角変位可能に設けられる。枢軸６は、前
記対向面7a,8a間のほぼ中央位置で対向面7a,8aに平行で
ある。脚部10,11;12,13は、アマチヤ本体部９の両端部9
a,9bの第２図（１）における上下の両側部から、ヨーク
部材2,3の前記他端部7,8の両外側方にそれぞれ延びる。
凹所14,15は、アマチヤ本体部９の前記両端部9a,9bに、
前記枢軸６の軸線に垂直な仮想平面（第２図（１）の紙
面に平行な仮想平面）内で形成される。空隙部16または
17は、対をなす脚部10,11のうち、いずれか一方の脚部1
0または11と、ヨーク部材2,3の前記他端部7,8の両外側
面7c,7dとの間に形成される。また同様に空隙部19また
は18は、対をなす脚部12,13のうち、いずれか一方の脚
部13または12と、ヨーク部材2,3の前記他端部８の両外
側面8cまたは8dとの間に形成される。

コイル20は、アマチヤ本体部９の両端部9a,9b間にわ
たつて巻回される。このコイル20は、枢軸６の軸線方向
両側（第１図の上下方向、第２図（１）の紙面に垂直方
向）におけるアマチヤ本体部９の両表面に沿つて、アマ
チヤ本体部９の長手方向（第２図（１）の左右方向）に
延びる。このコイル20はまた、アマチヤ本体部９の両端
部9a,9bの厚さ方向（第１図の上下方向、第２図（１）
の紙面に垂直方向）に延びる。

第４図は本実施例による有極電磁石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１で示される実線は、アマチヤ５に通ずる電
流ｉ（以下コイル電流ｉと記す）が０の場合、参照符l
2.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７図示の参照符11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Δｆ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、リレーなどに応対した場合
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よれば、コイル20に電力を供給
して励磁することによつて、２組の対をなす脚部10,11;
12,13の磁極と永久磁石片４によつて磁化されたヨーク
部材2,3の前記他端部7,8との間に磁気吸引力および磁気
反発力が発生してアマチヤ本体部９が枢軸６の軸線まわ
りに角変位する。本発明では、このような脚部10,11;1
2,13とヨーク部材2,3の前記他端部7,8との磁気吸引力お
よび磁気反発力だけでなく、本発明においてさらに重要
なことは、コイル20が、アマチヤ本体部９の両端部9a,9
bの厚さ方向に延びていることであり、これによつてフ
レミング左手の法則に従う電磁力が、そのコイル20に作
用する。このようなコイル20に作用する電磁力は、上述
の磁気吸引力によつてアマチヤ本体部９が角変位する方
向と同一方向に作用する。したがつてコイル20が設けら
れるアマチヤ本体部９の角変位時における力を大きく
し、動作速度を向上させることができるようになる。

【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図は本実施例のアマチヤの変位量（スト
ローク）と吸引力との関係を示すグラフ、第５図は従来
技術の有極電磁石の構造を示す斜視図、第６図は従来技
術の動作を説明するための図、第７図は従来技術のアマ
チヤの変位量（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、2,3……ヨーク部材、4,54……永
久磁石片、5,55……アマチヤ、6,56……枢軸、20,57…
…コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）長手方向70に磁極を有する永久磁石
   片４と、 （ｂ）永久磁石片４の各磁極に連なつて一端部がそれぞ
   れ固定され、全体の形状がＬ字状にそれぞれ形成され、
   他端部7,8の相互の対向面7a,8aが平行であり、永久磁石
   片４とともに大略的にＵ字状をなす一対のヨーク部材2,
   3と、 （ｃ）アマチヤ５であつて、 （c1）両端部9a,9bがヨーク部材2,3の前記対向面7a,8a
   に近接して細長く形成され、前記対向面7a,8a間のほぼ
   中央位置で対向面7a,8aに平行な枢軸６の軸線まわりに
   角変位可能に設けられるアマチヤ本体部９と、 （c2）アマチヤ本体部９の両端部9a,9bの両側部から、
   ヨーク部材2,3の前記他端部7,8の両外側方にそれぞれ延
   びる２組の対をなす脚部（10,11;12,13）とを有し、 （c3）アマチヤ本体部９の前記両端部9a,9bに、前記枢
   軸６の軸線に垂直な仮想平面内で凹所14,15を形成し、 （c4）対をなす脚部（10,11;12,13）のうち、いずれか
   一方の脚部（10または11;13または12）と、ヨーク部材
   2,3の前記他端部7,8の両外側面（7cまたは7d;8cまたは8
   d）との間に空隙部（16または17;19または18）を形成す
   るアマチヤ５と、 （ｄ）アマチヤ本体部９の両端部9a,9b間にわたつて、
   前記枢軸６の軸線方向両側におけるアマチヤ本体部９の
   両表面に沿つてアマチヤ本体部９の長手方向に延び、か
   つアマチヤ本体部９の両端部9a,9bの厚さ方向に延びて
   巻回されるコイル20とを含むことを特徴とする有極電磁
   石装置。