(57)【要約】【課題】電磁石装置を小型化、或いは容量を増加させることにある。【解決手段】プランジャー１２と端部磁路部３（または軸方向磁路部５）とが互いに対向する面のうち、少なくとも何れか一方に対し、ＦｅとＣｏとの混合合金から成る突起部１２Ｂを設ける。この突起部１２Ｂは、一端側がプランジャー１２側の混合合金層１２Ａに埋没し、他端側が混合合金層１２Ａより端部磁路部３（または軸方向磁路部５）と接離する方向（埋没した層からプランジャー１２の駆動方向）に突起する突起部１２Ｂを混合合金層１２Ａに設ける。【選択図】図１
2006005170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する端部磁路部、および前記の端部磁路部間を連絡する脚部から成る磁路と、
前記磁路内に配置された磁束発生手段と、
前記磁束発生手段の電磁力により前記の端部磁路部間を駆動するプランジャーと、を備えた電磁石装置であって、
前記プランジャーおよび端部磁路部のうち少なくとも何れか一方は、鉄とコバルトとの混合合金から成る部材により構成したことを特徴とする電磁石装置。
【請求項２】
互いに対向する端部磁路部、および前記の端部磁路部間を連絡する脚部から成る磁路と、
前記磁路内に配置された磁束発生手段と、
前記磁束発生手段の電磁力により前記の端部磁路部間を駆動するプランジャーと、を備えた電磁石装置であって、
前記プランジャーと端部磁路部とが互いに対向する各対向面のうち、少なくとも何れか一方に突起部を設け、
前記突起部は、鉄とコバルトから成る混合合金により構成したことを特徴とする電磁石装置。
【請求項３】
互いに対向する端部磁路部、および前記の端部磁路部間を連絡する脚部から成る磁路と、
前記磁路内に配置された磁束発生手段と、
前記磁束発生手段の電磁力により前記の端部磁路部間を駆動するプランジャーと、を備えた電磁石装置であって、
前記プランジャーと端部磁路部との各対向面に対し、鉄とコバルトとの混合合金から成る層を形成したことを特徴とする電磁石装置。
【請求項４】
前記プランジャーと端部磁路部とが互いに対向する各対向面のうち、少なくとも何れか一方には、鉄とコバルトとの混合合金から成る層を形成し、
前記の突起部は、一端側が前記の混合合金から成る層に埋没し、その他端側が前記の埋没した層からプランジャーの駆動方向に対して突起するように設けたことを特徴とする請求項２に記載の電磁石装置。
【請求項５】
前記の突起部は複数であって、それぞれ分散して設けられたことを特徴とする請求項２乃至４記載の電磁石装置。
【請求項６】
前記プランジャーおよび端部磁路部のうち少なくとも何れか一方は、鉄とコバルトとの混合合金から成る部材により構成したことを特徴とする請求項２乃至５記載の電磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁石装置であって、特に磁路内に配置したプランジャーと、プランジャーと接離する端部磁路部とを改良したものに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電磁石（例えば、特許文献１）においては、互いに対向する端部磁路部（電磁石の両端部に位置する磁路）と、それら各端部磁路間を連絡する脚部と、から成る磁路を構成し、この磁路内にはプランジャーが配置される。このプランジャーの両端部にはプランジャー軸が取り付けられ、そのプランジャー軸は前記の各端部磁路部に設けられた軸孔に挿入される。また、プランジャーの外周側と対向する磁路内には、電磁力発生手段である励磁コイルが配置される。さらに、前記のプランジャー軸の一方側には、負荷（例えば、遮断器の操作器）が接続される。
【０００３】
前記のプランジャー軸の一方側に接続された遮断器の操作器を駆動する場合には、まず電磁石装置の励磁コイルにおいて給電して磁束を発生させ、この磁束を磁路内に循環させることにより磁気吸引力を発生させる。この磁気吸引力によって、プランジャーが駆動して端部磁路部に接触し、操作器が駆動して開閉器が投入される。
【０００４】
一般的に、負荷（例えば、遮断器の操作器）に対する電力は開閉器を経由して給電され、電力系統での事故電流を電力変流器で検出した場合には、電磁石装置の励磁コイルの給電を停止すると共に開閉器を開放することにより、負荷での事故拡大の防止が図られている。
【特許文献１】特開２００２−８４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記のように開閉器を駆動する磁気吸引力の大小は、電磁石装置の電磁起磁力によって決定される。したがって、電磁起磁力を大きくすることにより、大きな磁気吸引力を得ることができれば、電磁石装置および開閉器を小型化したり、あるいは開閉器の容量を増加できることが読み取れ、種々の研究開発が行われてきた。
【０００６】
前記のように電磁起磁力を大きくする手段としては、電磁石装置の形状等を改良する手段が採られているが、磁路，プランジャー等の磁性部材に用いられる材料の改良については行われていなかった。例えば、前記の磁性部材には主に鉄（Ｆｅ）が一般的に用いられ、プランジャー等の表面に突起部を設けて電磁起磁力を大きくする手段は知られているが、この磁性部材を改良しない限り、磁気吸引力を大きくするのには限界がある。
【０００７】
本発明は前記課題に基づいてなされたものであり、磁気吸引力（プランジャーを駆動させる磁気吸引力）を大きくし、装置の小型化あるいは容量を増加することができる電磁石装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題の解決を図るために、請求項１記載の発明は、互いに対向する端部磁路部、および前記の端部磁路部間を連絡する脚部から成る磁路と、前記磁路内に配置された磁束発生手段と、前記磁束発生手段の電磁力により前記の端部磁路部間を駆動するプランジャーと、を備えた電磁石装置であって、前記プランジャーおよび端部磁路部のうち少なくとも何れか一方は、鉄とコバルト（Ｃｏ）との混合合金から成る部材により構成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、互いに対向する端部磁路部、および前記の端部磁路部間を連絡する脚部から成る磁路と、前記磁路内に配置された磁束発生手段と、前記磁束発生手段の電磁力により前記の端部磁路部間を駆動するプランジャーと、を備えた電磁石装置であって、前記プランジャーと端部磁路部とが互いに対向する各対向面のうち、少なくとも何れか一方に突起部を設け、前記突起部は、鉄とコバルトから成る混合合金により構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、互いに対向する端部磁路部、および前記の端部磁路部間を連絡する脚部から成る磁路と、前記磁路内に配置された磁束発生手段と、
前記磁束発生手段の電磁力により前記の端部磁路部間を駆動するプランジャーと、を備えた電磁石装置であって、前記プランジャーと端部磁路部との各対向面に対し、鉄とコバルトとの混合合金から成る層を形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記プランジャーと端部磁路部とが互いに対向する各対向面のうち、少なくとも何れか一方には、鉄とコバルトとの混合合金から成る層を形成し、前記の突起部は、一端側が前記の混合合金から成る層に埋没し、その他端側が前記の埋没した層からプランジャーの駆動方向に対して突起するように設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項２乃至４記載の発明において、前記の突起部は複数であって、それぞれ分散して設けられたことを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項２乃至５記載の発明において、前記プランジャーおよび端部磁路部のうち少なくとも何れか一方は、鉄とコバルトとの混合合金から成る部材により構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電磁石装置によれば、プランジャー，端部磁路部（後述の各実施例では軸方向磁路部）等に対し、鉄とコバルトとの混合合金から成る層や突起部を設けたり、そのプランジャー，端部磁路部等を前記のＦｅとＣｏとの混合合金により構成することにより、従来技術による電磁石装置と比較して、磁気吸引力が大きくなり、電磁石装置の小型化或いは容量を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態における電磁石装置を図面等に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
本実施の形態は、プランジャー，端部磁路部（後述の各実施例では軸方向磁路部）等に対し、ＦｅとＣｏとの混合合金から成る層や突起部を設けたり、そのプランジャー，端部磁路部等を前記のＦｅとＣｏとの混合合金により構成することにより、従来の電磁石装置のように磁性部材として主にＦｅを用いた場合と比較して、電磁起磁力を大きく（すなわち、磁気吸引力を大きく）でき、装置の小型化あるいは容量を増加できるものである。
【００１７】
［実施例１］
まず、本実施の形態における電磁石装置の実施例１を説明する。図１は、本実施例１における電磁石装置１の一例を示す断面図である。この電磁石装置１は、互いに対向する上側端部磁路部３と下側端部磁路部４とを備え、それら上側端部磁路部３と下側端部磁路部４との間を連絡する脚部６Ｃ，６Ｄを備えて、磁路２を構成する。
【００１８】
前記の各端部磁路部３，４の内面にはそれぞれ窪部３Ａ，４Ａが形成され、その窪部３Ａ，４Ａには脚部６Ｃ，６Ｄの一部がそれぞれ嵌合される。上側端部磁路部３には、その上側端部磁路部３から下側端部磁路部４の方向に対し、軸方向（例えば、後述するプランジャー軸の軸方向）に沿って突出する軸方向磁路部５が形成される。この軸方向磁路部５は、ボルト６Ｂを介して上側端部磁路部３に取付けられる。
【００１９】
前記の軸方向磁路部５および各端部磁路部３，４には、軸孔６が形成される。前記の脚部６Ｃ，６Ｄの中間に位置する部分には、該中間から内径方向に突出する中間磁路部７が形成され、磁路２の一部をなしている。なお、図１中の磁路では、軸方向磁路部５を備えた構成が示されているが、本実施の形態は軸方向磁路部５を省略した構成の磁路であっても良い。
【００２０】
前記の軸方向磁路部５と対向する上側端部磁路部３と中間磁路部７との間には、第１励磁コイル８が配置される。また、下側端部磁路部４と中間磁路部７との間には、永久磁石から成る始動磁石９と第２励磁コイル１０とが配置される。さらに、始動磁石９と第２励磁コイル１０との間には、支持金具１１が配置される。
【００２１】
したがって、前記の支持金具１１により、下側端部磁路部４と中間磁路部７との間に対して、始動磁石９と第２励磁コイル１０とが支持される。また、中間磁路部７は、第１励磁コイル８と支持金具１１および磁路２によって支持される。なお、磁束Φ８は、第１励磁コイル８，始動磁石９等からの磁束の流れを示すものである。
【００２２】
前記の第１励磁コイル８および第２励磁コイル１０，始動磁石９の内周側には、プランジャー１２が配置される。このプランジャー１２の軸方向寸法は、軸方向磁路部５の軸方向寸法よりも短く設定される。プランジャー１２の両端には、軸孔６を貫通するように（磁路２内から該磁路２の外側方向に貫通するように）、外部方向プランジャー軸１３が延設される。
【００２３】
プランジャー軸１３と軸孔６との間には間隙６Ａが形成され、この間隙６Ａには磁性部材から成る金属環１５が２つ介在する。これら２つの金属環１５間には、支持金具１５Ｃが配置される。金属環１５におけるプランジャー軸１３と対向する面には、摺動層１５Ａが設けられる。この摺動層１５Ａを構成する摺動部材としては、自己潤滑性を有し、摩擦係数が小さく、磨耗し難い部材を適用する。このような摺動部材としては、例えば、四フッ化エチレン樹脂（フッ化樹脂），ポリエチレン樹脂，シリコーン樹脂，ポリアタール樹脂等が挙げられる（本実施例ではフッ化樹脂を使用）。
【００２４】
金属環１５においては、軸方向磁路部５の軸孔６にプランジャー軸１３を挿入し、軸孔６とプランジャー軸１３との間隙６Ａに該金属環１５を挿入した状態で上側端部磁路部３を脚部６Ｃ，６Ｄに被せ、ボルト６Ｂを上側端部磁路部３より軸方向磁路部５に捩じ込むことにより、軸方向磁路部５と共に上側端部磁路部３に支持される。
【００２５】
また、プランジャー１２と支持金具１１との間においても、金属環１５Ｂが配置される。この金属環１５Ｂは、前記の金属環１５と同様の構成を適用できるため、その詳細な説明を省略する。金属環１５Ｂの一端側は支持座１９に支持され、その支持座１９は金属環１５と下側端部磁路部４との間に支持される。
【００２６】
プランジャー１２および軸方向磁路部５は、それぞれＦｅから成る部材（以下、Ｆｅ部材と称する）により構成する。これらＦｅ部材から成るプランジャー１２および軸方向磁路部５とが互いに対向する面には、ＦｅとＣｏとの混合合金から成る層（以下、混合合金層と称する）５Ａ，１２Ａが形成される。
【００２７】
プランジャー１２および軸方向磁路部５の全てにおいてＦｅとＣｏとの混合合金から成る部材（以下、混合合金部材と称する）を適用しても良いが、前記のようにＦｅ部材から成るプランジャー１２および軸方向磁路部５に対して混合合金層５Ａ，１２Ａを形成した構成によれば、コストを低く（プランジャー１２および軸方向磁路部５の全てにＦｅとＣｏとの混合合金部材を適用した場合よりも低く）できる利点がある。
【００２８】
突起部（図中では、略リング状の突起部）１２ＢはＦｅとＣｏとの混合合金部材から成るものであって、プランジャー側の混合合金層１２Ａに設けられたものである。図１中では、突起部１２Ｂの一端側は混合合金層１２Ａに埋没し、突起部１２Ｂの他端側は混合合金層１２Ａから軸方向磁路部５と接離する方向（すなわち、プランジャー１２の駆動方向）に対して突起するように設けられている。
【００２９】
なお、前記の突起部１２Ｂには、前記のようにＦｅとＣｏとの混合合金部材であって、飽和磁束密度領域を最大にする部材を適用することが好ましい。また、プランジャー１２および軸方向磁路部５においても、前記のように飽和磁束密度領域を最大にする混合合金部材（ＦｅとＣｏとから成る混合合金部材）を使用しても良い。さらに、前記の突起部１２Ｂはプランジャー１２，軸方向磁路部５のうち少なくとも何れか一方に対して直接設けても良い（すなわち、混合合金層を設けなくとも良い）。
【００３０】
さらにまた、突起部１２Ｂは、混合合金層５Ａのみに設けたり、混合合金層５Ａ，１２Ａの両方に対して設けても良い。前記のように混合合金層５Ａに突起部１２Ｂを設ける場合には、混合合金層１２Ａに突起部１２Ｂを設ける場合と同様に、該突起部１２Ｂの一端側が端部磁路部５の混合合金層５Ａに埋没し、その他端側は混合合金層５Ａからプランジャー１２と接離する方向（すなわち、プランジャー１２の駆動方向）に対して突起する。
【００３１】
図２は、突起部１２にＦｅとＣOとから成る混合合金部材を使用し、その飽和磁束密度領域を最大にした場合に関して、突起部（図２中では突起部２０）にＦｅ部材を使用した場合（すなわち、従来技術による場合）と比較して説明するものである。まず、磁気吸引力Ｆを求める場合おける計算式として、下記の（１）式が挙げられる。なお、（１）式の記号において、ｋ，Ｂ，Ｓはそれぞれ係数，磁束密度，表面積を示すものとする。
【００３２】
Ｆ＝ｋＢ2×Ｓ，Ｂ＝ｋ（Φ／Ｓ），Ｆ＝ｋ（Φ／Ｓ）2×Ｓ……（１）
Ｆｅから成る部材を用いた突起部２０の最大飽和磁束密度を１．９５Ｔ（テスラ），ＦｅとＣOとから成る混合合金部材（Ｆｅが５０％，Ｃｏが５０％の混合合金部材）を用いた突起部１２Ｂの最大飽和磁束密度を２．４Ｔ（テスラ），Φ（磁束量）を一定とし、これら各数値を前記の（１）式に代入すると、下記の（２）式が成り立つ。なお、（２）式の記号において、ＳFeはＦｅから成る突起部２０の表面積を示し、ＳFe+CoはＦｅとＣOとの混合合金部材から成る突起部の表面積を示すものとする。
【００３３】
ＳFe+Co＝（１．９５Ｔ／２．４Ｔ）×ＳFe＝０．８１×ＳFe……（２）
したがって、（２）式より、突起部２０の表面積ＳFeが１００％に対し、突起部１２Ｂの表面積ＳFe+Coを８１％にしても、飽和磁束密度を最大（本実施例では２．４Ｔ）にできることが読み取れる。すなわち、突起部１２Ｂの表面積ＳFe+Coを表面積ＳFeより狭くしても、容易に飽和磁束密度を最大にすることができる。
【００３４】
前記の突起部２０，１２Ｂの各磁気吸引力ＦをそれぞれＦFe及びＦFe+Coとすれば、下記の（３），（４）式に示すとおりとなる。
【００３５】
ＦFe＝１．９５2×ＳFe＝３．８×ＳFe……（３）
ＦFe+Co＝２．４2×０．８１×ＳFe＝４．６７×ＳFe……（４）
前記の（３），（４）式により、ＦFeとＦFe+Coとの比（以下、ＦFe+Co／ＦFeと称する）は、下記の（５）式に示すとおりとなる。
【００３６】
ＦFe+Co／ＦFe＝（４．６７×ＳFe）／（３．８×ＳFe）＝１．２２……（５）
前記のように、ＦｅとＣOとから成る混合合金部材（Ｆｅが５０％，Ｃｏが５０％の混合合金部材）を用いた突起部１２Ｂによれば、突起部２０の表面積ＳFeを１００％とした場合の該突起部１２Ｂの表面積ＳFe+Coを８１％に狭くしても、突起部１２Ｂの飽和磁束密度を容易に最大（２．４Ｔ）にすることができ、（５）式に示すように突起部１２Ｂの磁気吸引力ＦFe+Coは突起部２０の１．２２倍にすることができる。すなわち、前記の突起部１２Ｂによれば、突起部２０と比較すると、同じエネルギーで磁気吸引力を２２％増加させることができる。
【００３７】
従って、前記のように磁気吸引力が２２％増加した分に応じて、例えばプランジャー１２及び軸方向磁路部５の径方向寸法を縮小でき、電磁石装置の小型化を図ることができるだけでなく、電磁石装置１の容量を増加させることができる。
【００３８】
なお、本実施例では、突起部１２をプランジャー１２や軸方向端部磁路５等に設けた場合について説明したが、例えば上側端部磁路部３に突起部１２に相当する突起部を設けた場合においても、前述と同様な作用効果を達成することができる。すなわち、プランジャーと端部磁路部とが互いに対向する各対向面のうち、少なくとも何れか一方に対して突起部を設けても良い。
【００３９】
［実施例２］
次に、本実施の形態における電磁石装置の実施例２を説明する。本実施例２では、前記の実施例１と同様に、Ｆｅ部材から成るプランジャー１２及び軸方向磁路部５とが互いに対向する各面に対して、ＦｅとＣｏとから成る混合合金層５Ａ，１２Ａを形成する。前記の混合合金層１２Ａには、図３に示すように突起部１２Ｂを複数個分散させて配置（図３中では、それぞれ直径の異なる２個の突起部１２Ｂ（それぞれ直径の異なる突起部）を分散させて配置）する。
【００４０】
前記の各突起部１２Ｂは、実施例１と同様に該突起部１２Ｂの一端側は混合合金層１２Ａに埋没し、突起部１２Ｂの他端側は混合合金層１２Ａから軸方向磁路部５と接離する方向（すなわち、プランジャー１２の駆動方向）に対して突起するように設けられる。
【００４１】
前記のように一端側が混合合金層１２Ａ内に埋没するように設けられた突起部１２Ｂの側面（例えば、露出した部分）は磁束通路１２Ｃとなり、その磁束通路１２Ｃによって磁気吸引力は増加する。
【００４２】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことであって、本実施の形態と同様に磁気吸引力が増加し、電磁石装置を小型化、或いは容量を増加させることができる。。
【００４３】
例えば、以上示した実施例の混合合金では、Ｆｅが５０％，Ｃｏが５０％の場合を説明したが、その混合比を変えた混合合金を適用した場合においても、前述と同様な作用効果を達成できることは明らかである。
【００４４】
また、前記の実施例では突起部を構成したものを説明したが、その突起部を設けずに、例えば単にプランジャー，端部磁路部（あるいは軸方向磁路部）等に混合合金層を設けたり（実施例１，２に示すように設けたり）、それらプランジャー，端部磁路部等自体を混合合金で構成した場合においても、前述と同様な作用効果を達成できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施の形態の実施例１に係わる電磁石装置の縦断面図。
【図２】図１の電磁石装置に使用したプランジャーの説明図（突起部において、Ｆｅ部材を用いた場合と混合合金を用いた場合）。
【図３】実施例２に係わるプランジャーの断面図。
【符号の説明】
【００４６】
１…電磁石装置、２…磁路、３…上側端部磁路部、３Ａ…窪部、４…下側端部磁路部、４Ａ…窪部、５…軸方向磁路部、５Ａ，１２Ａ…混合合金層（ＦｅとＣｏとから成る混合合金層）、６…軸孔、６Ａ…間隙、６Ｂ…ボルト、６Ｃ，６Ｄ…脚部、７…中間磁路部、８…第１励磁コイル、９…始動磁石、１０…第２励磁コイル、１１…支持金具、１２…プランジャー、１２Ｂ…突起部、１３…プランジャー軸、１５…金属環、１５Ａ…摺動層、１５Ｂ…金属環、Φ８…磁束、ＳFe+Co…混合合金を用いた場合の表面積、ＳFe…Ｆｅ部材を用いた場合の表面積。
【図１】
2006005170.tif 000003
【図２】
2006005170.tif 000004
【図３】
2006005170.tif 000005