(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材でなり、底板部と相対向する一対の接極部と相対向する一対のコイル装着部とを有するヨークと、上記各コイル装着部に装着された励磁コイルと、磁性材でなり、上記一対の接極部間に設置された可動子とを備えており、
上記各接極部は、上記底板部の長手方向における両端部において、上記底板部の一方の面に略垂直に立設しており、且つ立設部と上記立設部内面の上端部における両方の隅部から、各々略垂直に突出した柱状の突出部とで形成されており、
上記各コイル装着部は、上記底板部の長手方向の中央部における幅方向の両端部において、上記底板部の一方の面に略垂直に立設しており、
上記各コイル装着部に装着された上記各励磁コイルどうしは、直列に接続されており、
上記可動子は、その長手方向が、上記各立設部間に配置され、その幅方向が、上記各接極部における上記２個の突出部間と上記各コイル装着部間とに配置され、その長手方向に移動可能な状態で設置されており、
永久磁石が、一方の接極部側に配置される一方の接極部側永久磁石と他方の接極部側に配置される他方の接極部側永久磁石とで形成され、且つ一方の上記接極部に対する上記一方の接極部側永久磁石の磁極の方向と他方の上記接極部に対する上記他方の接極部側永久磁石の磁極の方向とが逆になるようにして、上記各接極部あるいは上記可動子の各接極部側端部のいずれかに設けられた電磁アクチュエータ。
【請求項２】
上記永久磁石が、上記各突出部における、上記可動子の側面と対向する部分に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
上記永久磁石が、上記各突出部の先端面に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
上記永久磁石が、上記各立設部における上記可動子と対向する面に設けられた溝に設置されたことを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
上記永久磁石が、上記可動子における各接極部側端部の側面に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項６】
上記立設部に孔を設け、上記可動子に、上記孔を挿通するとともにリレーの接点電極とつながる接続ロッドを接続し、上記接続ロッドの途中に、接圧バネを設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項７】
上記可動子が、上記一方の接極部に当接した状態では、上記接圧バネが圧縮状態になり、上記他方の接極部に当接した状態では、上記接圧バネが伸張状態となるように、調整してあることを特徴とする請求項６に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項８】
第１のケースとこの第１のケースに圧入される第２のケースとカバーとで構成される筐体と、上記第１のケースに設置される電磁アクチュエータと、外部端子として取り付けられた、第１の固定接触子とこの第１の固定接触子と開閉回路を形成する第１の可動接触子と、第２の固定接触子とこの第２の固定接触子と開閉回路を形成する第２の可動接触子とで構成される電磁リレーであって、上記電磁アクチュエータが請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータであることを特徴とする電磁リレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励磁コイルへの通電の断続により可動子の往復動を行う電磁アクチュエータおよびその電磁アクチュエータを用いた電磁リレーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電磁リレー等に使用される電磁アクチュエータとして、磁性材からなり相対向する一対の第１の接極片と第２の接極片とを有する第１のヨークと、第１の励磁コイルと第２の励磁コイルとが巻装され、一対の接極片間に配置されたボビンと、ボビンの可動子挿入孔に挿入された磁性材の可動子と、第１のヨークとボビンの間に配置された永久磁石と、永久磁石とともに磁気回路を形成する第２のヨークとで構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この電磁アクチュエータは、例えば、第１の励磁コイルに電流を流すと、第１の励磁コイルで電磁石が形成され、可動子が移動して、第１のヨークにおける第１の接極片に吸着される。そして、第１の励磁コイルの励磁が解消された後も、可動子は、永久磁石と第１のヨークと第２のヨークとで形成される磁気回路によって作用する永久磁石の磁力により、可動子の第１の接極片への吸着状態が維持される。
【０００４】
同様に、第２の励磁コイルに電流を流すと、可動子が移動して、第１のヨークにおける第２の接極片に吸着される。第２の励磁コイルの励磁が解消された後も、可動子は、永久磁石と第１のヨークと第２のヨークとで形成される磁気回路によって作用する永久磁石の磁力により、可動子の第２の接極片への吸着状態が維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０９３９４８号公報（第３−４頁、第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の電磁アクチュエータは、可動子を第１の接極片方向に移動させるには、第１の励磁コイルに電流を流すことにより行い、可動子を第２の接極片方向に移動させるには、第２の励磁コイルに電流を流すことにより行なっている。すなわち、可動子を動かすのに、第１の励磁コイルあるいは第２の励磁コイルの一方のみの励磁コイルで発生した駆動エネルギしか用いられず、励磁コイルで発生可能な駆動エネルギを有効に利用できないとの問題があった。
また、励磁コイルで発生可能な駆動エネルギを増大させるのに、励磁コイルのターン数を増加させると、励磁コイルの大型化、つまり、アクチュエータが大型化するとの問題が発生した。
【０００７】
また、特許文献１に記載の電磁アクチュエータは、１００Ｖ定格品のものを格上げして２００Ｖで使用すると、電流が２倍となりジュール熱が４倍となるので、通電性能に支障をきたし、単純に１００Ｖ定格と２００Ｖ定格との共用化は困難であった。
１００Ｖ定格と２００Ｖ定格との共用化にあたっては、発熱と通電性能とがバランスするように、再設計が必要である。しかし、再設計において、ジュール熱を下げるため励磁コイルへ流す電流を低減すると、駆動に必要な起磁力が減少するので、この点からも、励磁コイルのターン数を増加させる必要があり、励磁コイルの大型化、つまり、電磁アクチュエータが大型化するとの問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、アクチュエータに用いられた励磁コイルが発生するすべての駆動エネルギを有効に活用して、可動子を移動でき、発熱が少なく再設計する必要がなく大型化が防止され、異なる電圧定格の間で共用化が可能である電磁アクチュエータと、この電磁アクチュエータを用いた電磁リレーを得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係わる電磁アクチュエータは、磁性材でなり、底板部と相対向する一対の接極部と相対向する一対のコイル装着部とを有するヨークと、各コイル装着部に装着された励磁コイルと、磁性材でなり、一対の接極部間に設置された可動子とを備えており、各接極部は、底板部の長手方向における両端部において、底板部の一方の面に略垂直に立設しており、且つ立設部と立設部内面の上端部における両方の隅部から、各々略垂直に突出した柱状の突出部とで形成されており、各コイル装着部は、底板部の長手方向の中央部における幅方向の両端部において、底板部の一方の面に略垂直に立設しており、各コイル装着部に装着された各励磁コイルどうしは、直列に接続されており、可動子は、その長手方向が、各立設部間に配置され、その幅方向が、各接極部における２個の突出部間と各コイル装着部間とに配置され、その長手方向に移動可能な状態で設置されており、永久磁石が、一方の接極部側に配置される一方の接極部側永久磁石と他方の接極部側に配置される他方の接極部側永久磁石とで形成され、且つ一方の接極部に対する一方の接極部側永久磁石の磁極の方向と他方の接極部に対する他方の接極部側永久磁石の磁極の方向とが逆になるようにして、各接極部あるいは可動子の各接極部側端部のいずれかに設けられたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係わる電磁アクチュエータは、磁性材でなり、底板部と相対向する一対の接極部と相対向する一対のコイル装着部とを有するヨークと、各コイル装着部に装着された励磁コイルと、磁性材でなり、一対の接極部間に設置された可動子とを備えており、各接極部は、底板部の長手方向における両端部において、底板部の一方の面に略垂直に立設しており、且つ立設部と立設部内面の上端部における両方の隅部から、各々略垂直に突出した柱状の突出部とで形成されており、各コイル装着部は、底板部の長手方向の中央部における幅方向の両端部において、底板部の一方の面に略垂直に立設しており、各コイル装着部に装着された各励磁コイルどうしは、直列に接続されており、可動子は、その長手方向が、各立設部間に配置され、その幅方向が、各接極部における２個の突出部間と各コイル装着部間とに配置され、その長手方向に移動可能な状態で設置されており、永久磁石が、一方の接極部側に配置される一方の接極部側永久磁石と他方の接極部側に配置される他方の接極部側永久磁石とで形成され、且つ一方の接極部に対する一方の接極部側永久磁石の磁極の方向と他方の接極部に対する他方の接極部側永久磁石の磁極の方向とが逆になるようにして、各接極部あるいは可動子の各接極部側端部のいずれかに設けられたものであり、励磁コイルが発生するすべての駆動エネルギを有効に活用して可動子を移動させることと、発熱を少なくすることと、異なる電圧定格の間で共用化をすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータの構造を示す斜視模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータにおいて、励磁コイルに、磁束Ｅをキャンセルする磁束を発生させる電流を流した状態を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータにおいて、可動子が第２の接極部に当接している状態を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータにおいて、励磁コイルに、磁束Ｈをキャンセルする磁束を発生させる電流を流した状態を示す図である。
【図５】従来の電磁アクチュエータの正面断面模式図である。
【図６】従来の電磁アクチュエータの動作機構を説明する図である。
【図７】従来の電磁アクチュエータにおいて、２個の励磁コイルに同時に通電する場合の動作機構を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態１の電磁アクチュエータと従来の電磁アクチュエータとの励磁コイルに流す電流と可動子に作用する駆動力との関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係わる電磁アクチュエータの構造を示す上面模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係わる電磁アクチュエータの構造を示す上面模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係わる電磁アクチュエータの構造を示す上面模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態５に係わる電磁リレーの内部構造を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータの構造を示す斜視模式図である。
図１に示すように、本実施の形態の電磁アクチュエータ１００は、磁性材でなり、底板部１１と相対向する一対の接極部と相対向する一対のコイル装着部１３とを有するヨーク１０と、各コイル装着部１３に装着された励磁コイルと、磁性材でなり、一対の接極部間に設置された可動子１５と、一対の接極部の各々に設けられた永久磁石とを備えている。
【００１３】
接極部は、底板部１１の長手方向における両端部において、底板部１１の一方の面に略垂直に立設して形成されており、一端部側が第１の接極部１２ａで他端部側が第２の接極部１２ｂである。
第１の接極部１２ａと第２の接極部１２ｂとは、立設部１２ｃと、立設部内面の上端部における両方の隅部から、各々略垂直に突出した四角柱状の突出部１２ｄとで形成されている。
【００１４】
各コイル装着部１３は、底板部１１の長手方向の中央部における幅方向の両端部において、底板部１１の一方の面に略垂直に立設して形成されている。
励磁コイルは、一方のコイル装着部１３に装着された第１の励磁コイル１４ａと、他方のコイル装着部１３に装着された第２の励磁コイル１４ｂとで構成されている。
また、第１の励磁コイル１４ａと第２の励磁コイル１４ｂとは、例えば、線材をボビンに巻回して形成されており、同様なコイルである。
【００１５】
また、第１の励磁コイル１４ａと第２の励磁コイル１４ｂとは、直列に接続されるとともに、各コイル装着部１３の根元側に装着されている。
すなわち、各励磁コイルと各コイル装着部とで電磁石を形成しており、各励磁コイル１４ａ，１４ｂの巻回方向は、共に同じ方向に磁束が発生するようになっている。
【００１６】
可動子１５は、その長手方向が、第１の接極部１２ａの立設部１２ｃと第２の接極部１２ｂの立設部１２ｃとの間に配置され、その幅方向が、第１の接極部１２ａにおける２個の突出部１２ｄの間と第２の接極部１２ｂにおける２個の突出部１２ｄの間と２個のコイル装着部１３の間との各々に配置され、その長手方向に移動可能な状態で設置されている。
【００１７】
すなわち、可動子１５は、長手方向の一方の端部における、端面が第１の接極部１２ａの立設部１２ｃと対向し、側面が第１の接極部１２ａの突出部１２ｄの内側面と対向し、長手方向の他方の端部における、端面が第２の接極部１２ｂの立設部１２ｃと対向し、側面が第２の接極部１２ｂの突出部１２ｄの内側面と対向しており、長手方向の略中央部における側面が、各コイル装着部１３の内面側と対向している。
【００１８】
永久磁石は、第１の接極部側に配置される第１の接極部側永久磁石１６ａと、第２の接極部側に配置される第２の接極部側永久磁石１６ｂとで形成されている。
本実施の形態では、第１の接極部側永久磁石１６ａは、第１の接極部１２ａに設けられており、第２の接極部側永久磁石１６ｂは、第２の接極部１２ｂに設けられている。
そして、第１の接極部１２ａに対する第１の接極部側永久磁石１６ａの磁極の方向と第２の接極部１２ｂに対する第２の接極部側永久磁石１６ｂの磁極の方向とが、逆になっている。
【００１９】
本実施の形態では、第１の接極部側永久磁石１６ａは、そのＳ極を第１の接極部１２ａ側にして、第１の接極部１２ａにおける四角柱状の突出部１２ｄの内側面に接合されており、第２の接極部側永久磁石１６ｂは、そのＮ極を第２の接極部１２ｂ側にして、第２の接極部１２ｂにおける四角柱状の突出部１２ｄの内側面に接合されている。
すなわち、永久磁石は、各突出部における可動子１５の側面と対向する部分に設けられている。
【００２０】
また、第１の接極部側永久磁石１６ａと第２の接極部側永久磁石１６ｂとは、可動子１５における長手方向の両端部の側面と対向している。
また、第１の接極部１２ａの立設部１２ｃには、可動子１５とリレーの接点電極（図示せず）とを接続する接続ロッド（図示せず）を挿通する孔（接続ロッド挿通孔と記す）１２ｅが設けられている。また、第２の接極部１２ｂの立設部１２ｃに、可動子１５に接合された可動子支持ロッドを通す孔を設けても良い。
【００２１】
次に、本実施の形態の電磁アクチュエータ１００の動作機構について説明する。
図１に示す状態は、励磁コイルに電流を流していない状態であり、可動子１５が、第１の接極部１２ａに当接しており、第１の接極部側永久磁石１６ａの磁束Ｅによって可動子１５と第１の接極部１２ａとの間に吸着力が発生し、当接状態が保持されている。
本実施の形態では、磁束Ｅは、第１の接極部側永久磁石１６ａ→可動子１５→第１の接極部１２ａの立設部１２ｃ→第１の接極部１２ａの突出部１２ｄ→第１の接極部側永久磁石１６ａの順に回流する。
【００２２】
図２は、本発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータにおいて、励磁コイルに、磁束Ｅをキャンセルする磁束を発生させる電流を流した状態を示す図である。
図３は、本発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータにおいて、可動子が第２の接極部に当接している状態を示す図である。
【００２３】
図２に示すように、第１，第２の励磁コイル１４ａ，１４ｂに、磁束Ｅをキャンセルする磁束を発生させる電流を流すと、コイル装着部１３と第１の接極部１２ａとの間を回流する磁束Ｆａと、コイル装着部１３と第２の接極部１２ｂとの間を回流する磁束Ｇａとが発生する。
この場合、磁束Ｆａは、コイル装着部１３→底板部１１→第１の接極部１２ａの立設部１２ｃ→可動子１５→コイル装着部１３の順に回流し、磁束Ｇａは、コイル装着部１３→底板部１１→第２の接極部１２ｂの立設部１２ｃ→可動子１５→コイル装着部１３の順に回流する。
【００２４】
磁束Ｆａは、その回流方向が磁束Ｅの回流方向と逆であるので、第１の接極部１２ａに可動子１５を吸着保持する第１の接極部側永久磁石１６ａの磁束Ｅをキャンセルし、磁束Ｇａは、可動子１５を第２の接極部１２ｂ方向に動かす駆動力を発生させる。
次に、第１，第２の励磁コイル１４ａ，１４ｂの電流を増加させると、磁束Ｇａが増加するにともない可動子１５に作用する駆動力が増加し、可動子１５が第２の接極部１２ｂ側に移動する。
【００２５】
第２の接極部側永久磁石１６ｂによる磁束Ｈは、本実施の形態では、第２の接極部側永久磁石１６ｂ→第２の接極部１２ｂの突出部１２ｄ→第２の接極部１２ｂの立設部１２ｃ→可動子１５→第２の接極部側永久磁石１６ｂの順に回流し、磁束Ｇａの回流方向と同じであるので、可動子１５が第２の接極部１２ｂに接近しても、第２の接極部側永久磁石１６ｂの磁束Ｈにより、磁束Ｇａが弱められることがない。
すなわち、可動子１５に作用する駆動力は低下せず、逆に強められ、図３に示す、可動子１５が第２の接極部１２ｂに当接した状態になる。
【００２６】
次に、第１，第２の励磁コイル１４ａ，１４ｂに流している電流を切断して、磁束Ｆａと磁束Ｇａとを消滅させると、第２の接極部側永久磁石１６ｂの磁束Ｈに基づく、可動子１５と第２の接極部１２ｂとの間の吸着力により、図３に示す、可動子１５が第２の接極部１２ｂに当接した状態が保持される。
【００２７】
図４は、本発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータにおいて、励磁コイルに、磁束Ｈをキャンセルする磁束を発生させる電流を流した状態を示す図である。
図３に示す、可動子１５が第２の接極部１２ｂに当接している状態で、電磁アクチュエータ１００における第１，第２の励磁コイル１４ａ，１４ｂに、磁束Ｈをキャンセルする磁束を発生させる電流を流す、すなわち、磁束Ｅをキャンセルする磁束を発生させる電流を流す方向とは逆の方向の電流を流すと、コイル装着部１３と第１の接極部１２ａとの間を回流する磁束Ｆｂと、コイル装着部１３と第２の接極部１２ｂとの間を回流する磁束Ｇｂとが発生する。
【００２８】
この場合、図４に示すように、磁束Ｆｂは、コイル装着部１３→可動子１５→第１の接極部１２ａの立設部１２ｃ→底板部１１→コイル装着部１３の順に回流し、磁束Ｇｂは、コイル装着部１３→可動子１５→第２の接極部１２ｂの立設部１２ｃ→底板部１１→コイル装着部１３の順に回流する。
【００２９】
磁束Ｇｂは、その回流方向が磁束Ｈの回流方向と逆であるので、第２の接極部１２ｂに可動子１５を吸着保持する第２の接極部側永久磁石１６ｂの磁束Ｈをキャンセルし、磁束Ｆｂは、可動子１５を第１の接極部１２ａ方向に動かす駆動力を発生させる。
次に、第１，第２の励磁コイル１４ａ，１４ｂの電流を増加させると、磁束Ｆｂが増加するにともない可動子１５に作用する駆動力が増加し、可動子１５が第１の接極部１２ａ側に移動する。
【００３０】
第１の接極部側永久磁石１６ａによる磁束Ｅの回流方向は、磁束Ｆｂの回流方向と同じであるので、可動子１５が第１の接極部１２ａに接近しても、第１の接極部側永久磁石１６ａの磁束Ｅにより、磁束Ｆｂが弱められることがない。
すなわち、可動子１５に作用する駆動力は低下せず、逆に強められ、図１に示した可動子１５が第１の接極部１２ａに当接した状態になる。
【００３１】
本実施の形態では、第１の接極部側永久磁石１６ａは、そのＳ極を第１の接極部１２ａ側にして、第１の接極部１２ａにおける四角柱状の突出部１２ｄの内側面に接合されており、第２の接極部側永久磁石１６ｂは、そのＮ極を第２の接極部１２ｂ側にして、第２の接極部１２ｂにおける四角柱状の突出部１２ｄの内側面に接合されているが、第１の接極部側永久磁石１６ａのＮ極を第１の接極部１２ａ側にするとともに、第２の接極部側永久磁石１６ｂのＳ極を第２の接極部１２ｂ側にしても良い。
【００３２】
本実施の形態の電磁アクチュエータ１００は、第１の励磁コイル１４ａと第２の励磁コイル１４ｂとの両方の励磁コイルが、同時に、可動子１５を接極部に吸着保持する磁束をキャンセルする磁束と、可動子１５を動かす駆動力を生じる磁束とを、発生する。
【００３３】
次に、従来の電磁アクチュエータの構造と動作機構とを示し、これと本実施の形態の電磁アクチュエータとを比較して、本実施の形態の電磁アクチュエータの効果を説明する。
図５は、従来の電磁アクチュエータの正面断面模式図である。
図５に示すように、従来の電磁アクチュエータ５００は、相対向する接極片５１ａ、５１ｂと接極片５１ａ、５１ｂ間をつなぐベース部５１ｃを有する第１のヨーク５１と、接極片間に設置された、２個の励磁コイル５３ａ、５３ｂとが巻回され且つ可動子５５が挿入されたボビン５８と、ベース部５１ｃとボビン５８の間に配置された永久磁石５６と、永久磁石５６とともに磁気回路を形成する第２のヨーク５７とで構成されている。
【００３４】
図６は、従来の電磁アクチュエータの動作機構を説明する図である。
図６に示す状態は、可動子５５が一方の接極片５１ａに当接している状態である。
この状態で、他方側の励磁コイル５３ｂに電流を流すと、可動子５５→他方の接極片５１ｂ→ベース部５１ｃ→一方の接極片５１ａ→可動子５５の方向に回流する磁束Ａが発生する。この磁束Ａは、永久磁石５６が発生した、永久磁石５６→第２のヨーク５７→可動子５５→一方の接極片５１ａ→ベース部５１ｃ→永久磁石５６の方向に回流する磁束Ｂをキャンセルし、磁束Ｂにより生じる、可動子５５と一方の接極片５１ａとの間の吸着力を除去する。
【００３５】
次に、他方側の励磁コイル５３ｂに流す電流を増加させると、ベース部５１ｃ→永久磁石５６→第２のヨーク５７→可動子５５→他方の接極片５１ｂ→ベース部５１ｃの方向に回流する磁束Ｄが増加し、この磁束Ｄによる、可動子５５を他方の接極片５１ｂ方向に移動させる駆動力が増加する。
すなわち、磁束Ａによる可動子５５と一方の接極片５１ａとの間の吸着力の除去と、磁束Ｄによる可動子５５に作用する駆動力により、可動子５５が他方の接極片５１ｂへ移動する。
【００３６】
また、可動子５５を、他方の接極片５１ｂに当接している状態から一方の接極片５１ａへ移動するには、一方側の励磁コイル５３ａに電流を流すことにより、同様な動作機構により行われる。
すなわち、従来の電磁アクチュエータ５００は、２個の励磁コイルが別々に通電されるようになっており、１個の励磁コイルのみの作用により、可動子５５を動かしている。
【００３７】
図７は、従来の電磁アクチュエータにおいて、２個の励磁コイルに同時に通電する場合の動作機構を説明する図である。
図７に示す、可動子５５が一方の接極片５１ａに当接している状態で、２つの励磁コイル５３ａ，５３ｂに同時に通電すると、他方側の励磁コイル５３ｂによる磁束Ａと、一方側の励磁コイル５３ａにより発生する、ベース部５１ｃ→一方の接極片５１ａ→可動子５５→第２のヨーク５７→永久磁石５６→ベース部５１ｃの順に回流する磁束Ｃとで、永久磁石５６が発生する磁束Ｂをキャンセルする。
すなわち、可動子５５を一方の接極片５１ａに当接して保持する磁束Ｂをキャンセルするのに、１個の励磁コイルのみに通電する場合に比べて、２倍の起磁力が効果的に作用するので、励磁コイルに流す電流を１／２にしても、保持力のキャンセルが可能である。
【００３８】
しかし、２個の励磁コイル５３ａ，５３ｂに流す電流を増加すると、可動子５５に駆動力として作用する他方側の励磁コイル５３ｂにより発生する磁束Ｄと、一方側の励磁コイル５３ａにより発生する磁束Ｃとが、共に増加する。そして、磁束Ｃは、可動子５５を一方の接極片５１ａ方向に動かす駆動力を発生させる。
【００３９】
そのため、可動子５５には、磁束Ｄによる可動子５５を他方の接極片５１ｂ方向に動かす駆動力と、磁束Ｃによる可動子５５を一方の接極片５１ａ方向に動かす駆動力とが、バランスして、可動子５５が動かなくなる。
すなわち、可動子５５を他方の接極片５１ｂ方向に移動するには、永久磁石５６による磁束Ｂをキャンセルした後、一方側の励磁コイル５３ａへの通電を停止する必要があり、同時に両方の励磁コイルに通電すると、可動子５５を移動させることができない。
【００４０】
従来の電磁アクチュエータ５００は、２個の励磁コイルが設けられているが、可動子の駆動には、２個の励磁コイルを同時に作用させることができず、別々に作用させており、励磁コイルで発生可能な駆動エネルギを有効に利用することができない。
また、従来の電磁アクチュエータ５００を、１００Ｖ定格と２００Ｖ定格とでの共用化として、２００Ｖの電圧を印加すると、１００Ｖで使用する場合の２倍の電流が流れ、ジュール熱による発熱が非常に増大する。
【００４１】
これに対して、本実施の形態の電磁アクチュエータ１００は、可動子１５を接極部に吸着保持させる磁束をキャンセルする磁束も可動子１５を動かす駆動力を生じる磁束も、２個の励磁コイルが、同時に、発生することができるので、励磁コイルで発生可能な駆動エネルギを有効に利用できる。
【００４２】
すなわち、本実施の形態の電磁アクチュエータ１００は、可動子１５を移動するのに必要な駆動力を発生させる、励磁コイルに流す電流を少なくできるので、ジュール熱の発生を抑制できる。
また、励磁コイルで発生可能な駆動エネルギが十分であるので、励磁コイルのターン数を必要以上に多くする必要がなく、励磁コイルの大型化、つまり、アクチュエータの大型化が防止できる。
【００４３】
次に、電磁界シミュレーションを用いて、本実施の形態の電磁アクチュエータと動作開始時の駆動力特性を検討した。
図８は、本発明の実施の形態１の電磁アクチュエータと従来の電磁アクチュエータとの励磁コイルに流す電流と可動子に作用する駆動力との関係を示す図である。
図８において、電流および駆動力の値は、従来の電磁アクチュエータ５００の、使用時の電流と駆動力とを基準にして規格化しており、駆動力における負値は可動子の保持力を示している。
図８における、折線Ｓは従来の電磁アクチュエータ５００の駆動力変化を示し、折線Ｔは本実施の形態の電磁アクチュエータ１００の駆動力変化を示している。
【００４４】
図８に示すように、励磁コイルに電流を流さない時は、可動子には保持力が作用しており、駆動力は負値となっている。
本実施の形態の電磁アクチュエータ１００は、励磁コイルの電流が０．３３であっても、駆動力は１．１と、従来の電磁アクチュエータの使用時の駆動力以上となっている。
しかし、従来の電磁アクチュエータ５００は、励磁コイルの電流が０．３３の場合、駆動力は−０．１３５と保持力が作用しており、駆動力が作用していない状態である。
【００４５】
すなわち、本実施の形態の電磁アクチュエータ１００は、約１／３の電流を励磁コイルへ流すことで、従来の電磁アクチュエータ５００と同等の駆動力が得られ、励磁コイルで発生可能な駆動エネルギを有効に利用できるものである。
また、励磁コイルへ流す電流が１／３にできるので、励磁コイルに発生するジュール熱による発熱も、従来の電磁アクチュエータ５００の約１／９にでき、大きな発熱抑制効果を確保しながら省エネルギを達成できるものである。
【００４６】
また、本実施の形態の電磁アクチュエータ１００において、例えば、各励磁コイルの抵抗を、１００Ｖ定格の従来の電磁アクチュエータの１個の励磁コイル（従来の励磁コイルと記す）の抵抗Ｚと同じにして、１００Ｖ定格で用いると、この場合の直列に接続された各々の励磁コイルに流れる電流Ｉａは、Ｉａ＝１００／２Ｚ＝５０／Ｚであり、従来の１個の励磁コイルに流れる電流Ｉｓ＝１００／Ｚの半分となり、本実施の形態の１個の励磁コイルが発生する駆動力は小さくなるが、２個の励磁コイルが同時に駆動力を発生させるので、従来の励磁コイルが１００／Ｚの電流で発生した駆動力と同様になり、必要な駆動力が得られる。しかも、ジュール発熱は、かなり小さくなる。
【００４７】
また、この電磁アクチュエータ１００を２００Ｖ定格で用いると、この場合の直列に接続された各々の励磁コイルに流れる電流Ｉｂは、Ｉｂ＝２００／２Ｚ＝１００／Ｚであり、従来の励磁コイルに１００Ｖを印加した場合の電流と同様であり、ジュール熱の増加は生じないが、駆動力は増加する。
すなわち、本実施の形態の電磁アクチュエータは、再設計することなしに、１００Ｖ定格と２００Ｖ定格とでの共用化が可能である。
【００４８】
また、本実施の形態の電磁アクチュエータ１００は、第１の接極部側永久磁石１６ａの磁束も第２の接極部側永久磁石１６ｂの磁束も、可動子１５の各側面から鎖交するので、可動子１５に生じる幅方向の吸引力をキャンセルでき、可動子１５の偏心が防止され、各接極部との安定した当接状態を確保できる。
また、各永久磁石１６ａ，１６ｂの磁束経路と各励磁コイル１４ａ，１４ｂの磁束経路とを分けることができ、各永久磁石１６ａ，１６ｂに余計な磁束が鎖交しないので、各永久磁石１６ａ，１６ｂの減磁を防止することができる。
【００４９】
本実施の電磁アクチュエータ１００では、可動子１５に、リレーの接点電極とつながる接続ロッドを接続して、この接続ロッドの途中に接圧バネ（図示せず）を設けても良い。
例えば、設置される接圧バネは、可動子１５を第１の接極部１２ａに当接させて、接続ロッドにつながるリレー接点を接触させると圧縮状態になり、可動子１５を第２の接極部１２ｂに当接させて、接続ロッドにつながるリレー接点を切離すると伸張状態となるように、調整してある。
【００５０】
すなわち、接圧バネからの力は、各接極部１２ａ，１２ｂに当接した可動子１５を吸着保持する力の逆方向に作用する。
このように接圧バネを設置すると、永久磁石により可動子１５に作用する保持力と接圧バネからの力との差分の力をキャンセルすることにより、可動子１５を動かすことができ、励磁コイルに流す電流をさらに小さくできる。
【００５１】
本実施の形態では、第１の接極部１２ａと第２の接極部１２ｂとに形成された突出部１２ｄは、四角柱状であるが、柱状であり、可動子１５の側面と対向する部分に永久磁石を設置できれば、四角柱状に限定されない。
【００５２】
実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係わる電磁アクチュエータの構造を示す上面模式図である。
図９は、ヨーク１０における可動子１５が設置された側を示している。
図９に示すように、本実施の形態の電磁アクチュエータ２００は、第１の接極部側永久磁石１６ａが、そのＳ極を第１の接極部１２ａ側にして、第１の接極部１２ａにおける四角柱状の突出部１２ｄの先端面に接合されており、第２の接極部側永久磁石１６ｂが、そのＮ極を第２の接極部１２ｂ側にして、第２の接極部１２ｂにおける四角柱状の突出部１２ｄの先端面に接合されている以外、実施の形態１の電磁アクチュエータ１００と同様である。
【００５３】
本実施の形態では、第１の接極部側永久磁石１６ａは、そのＳ極を第１の接極部１２ａ側にして、第１の接極部１２ａにおける四角柱状の突出部１２ｄの先端面に接合されており、第２の接極部側永久磁石１６ｂは、そのＮ極を第２の接極部１２ｂ側にして、第２の接極部１２ｂにおける四角柱状の突出部１２ｄの先端面に接合されているが、第１の接極部側永久磁石１６ａのＮ極を第１の接極部１２ａ側にするとともに、第２の接極部側永久磁石１６ｂのＳ極を第２の接極部１２ｂ側にしても良い。
本実施の形態でも、第１の接極部１２ａと第２の接極部１２ｂとに形成された突出部１２ｄは、四角柱状であるが、柱状であり先端面に永久磁石を設置できれば、四角柱状に限定されない。
【００５４】
本実施の形態の電磁アクチュエータ２００における、第１の接極部側永久磁石１６ａの磁束Ｅおよび第２の接極部側永久磁石１６ｂの磁束Ｈと、各励磁コイル１４ａ，１４ｂが発生する磁束との関係は、実施の形態１の電磁アクチュエータ１００における関係と同様であるので、本実施の形態の電磁アクチュエータ２００は、動作機構が実施の形態１の電磁アクチュエータ１００と同様であり、同様な効果を有する。
【００５５】
それと、本実施の形態では、永久磁石が、各接極部における四角柱状の突出部の先端面に接合されており、各永久磁石の露出面の前面に空間があるので、着磁されていない磁石を接合後に着磁する後着磁が可能となる。
すなわち、着磁されていない磁石を用いた組み立てが可能となるので、磁石の取り扱いが容易となり、電磁アクチュエータの組立性が向上する。
【００５６】
実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係わる電磁アクチュエータの構造を示す上面模式図である。
図１０は、ヨーク１０における可動子１５が設置された側を示している。
図１０に示すように、本実施の形態の電磁アクチュエータ３００は、第１の接極部側永久磁石１６ａと第２の接極部側永久磁石１６ｂとが円環形状であり、第１の接極部側永久磁石１６ａが、可動子１５と対向する側をＳ極として、第１の接極部１２ａの立設部１２ｃにおける可動子１５と対向する面に形成された円形の溝に設置され、第２の接極部側永久磁石１６ｂが、可動子１５と対向する側をＮ極として、第２の接極部１２ｂの立設部１２ｃにおける可動子１５と対向する面に形成された円形の溝に設置された以外、実施の形態１の電磁アクチュエータ１００と同様である。
【００５７】
各永久磁石の、立設部１２ｃに形成された溝への設置方法には、圧入や接着剤による接着が挙げられる。
本実施の形態では、第１の接極部側永久磁石１６ａは、可動子１５と対向する側をＳ極として、第１の接極部１２ａの立設部１２ｃにおける可動子１５と対向する面に形成された円形の溝に設置され、第２の接極部側永久磁石１６ｂは、可動子１５と対向する側をＮ極として、第２の接極部１２ｂの立設部１２ｃにおける可動子１５と対向する面に形成された円形の溝に設置されているが、第１の接極部側永久磁石１６ａの可動子１５と対向する側をＮ極にするとともに、第２の接極部側永久磁石１６ｂの可動子１５と対向する側をＳ極にしても良い。
【００５８】
本実施の形態の電磁アクチュエータ３００における、第１の接極部側永久磁石１６ａの磁束Ｅおよび第２の接極部側永久磁石１６ｂの磁束Ｈと、各励磁コイル１４ａ，１４ｂが発生する磁束との関係は、実施の形態１の電磁アクチュエータ１００における関係と同様であるので、本実施の形態の電磁アクチュエータ３００は、動作機構が実施の形態１の電磁アクチュエータ１００と同様であり、同様な効果を有する。
【００５９】
それと、本実施の形態では、永久磁石が、１個の第１の接極部側永久磁石１６ａと１個の第２の接極部側永久磁石１６ｂとで構成されているので、永久磁石の数を少なくでき、電磁アクチュエータのコスト削減が可能である。
本実施の形態でも、第１の接極部１２ａと第２の接極部１２ｂに形成された突出部１２ｄは、四角柱状であるが、柱状であれば、四角柱状に限定されない。
【００６０】
実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４に係わる電磁アクチュエータの構造を示す上面模式図である。
図１１は、ヨーク１０における可動子１５が設置された側を示している。
図１１に示すように、本実施の形態の電磁アクチュエータ４００は、第１の接極部側永久磁石１６ａが、そのＳ極を第１の接極部１２ａ側にして、可動子１５における第１の接極部側端部の側面に接合されており、第２の接極部側永久磁石１６ｂが、そのＮ極を第２の接極部１２ｂ側にして、可動子１５における第２の接極部側端部の側面に接合されている以外、実施の形態１の電磁アクチュエータ１００と同様である。
【００６１】
本実施の形態では、第１の接極部側永久磁石１６ａは、そのＳ極を第１の接極部１２ａ側にして、可動子１５における第１の接極部側端部の側面に接合されており、第２の接極部側永久磁石１６ｂは、そのＮ極を第２の接極部１２ｂ側にして、可動子１５における第２の接極部側端部の側面に接合されているが、第１の接極部側永久磁石１６ａのＮ極を第１の接極部１２ａ側にするとともに、第２の接極部側永久磁石１６ｂのＳ極を第２の接極部１２ｂ側にしても良い。
【００６２】
本実施の形態の電磁アクチュエータ４００における、第１の接極部側永久磁石１６ａの磁束Ｅおよび第２の接極部側永久磁石１６ｂの磁束Ｈと、各励磁コイル１４ａ，１４ｂが発生する磁束との関係は、実施の形態１の電磁アクチュエータ１００における関係と同様であるので、本実施の形態の電磁アクチュエータ４００は、動作機構が実施の形態１の電磁アクチュエータ１００と同様であり、同様な効果を有する。
【００６３】
本実施の形態では、永久磁石が、可動子１５における各接極部側端部の側面に設けられているが、可動子１５における各接極部側端部であれば、側面に限定されない。
本実施の形態でも、第１の接極部１２ａと第２の接極部１２ｂとに形成された突出部１２ｄは、四角柱状であるが、柱状であり、可動子に設けられた永久磁石と対向する部分が平面であれば、四角柱状に限定されない。
【００６４】
実施の形態５．
図１２は、本発明の実施の形態５に係わる電磁リレーの内部構造を示す分解斜視図である。
図１２に示すように、本実施の形態の電磁リレー６０は、電磁アクチュエータ９と、第１のケース５とこの第１のケース５に圧入される第２のケース６とカバー７とで構成される筐体と、電磁リレー６０の外部端子として取り付けられた、第１の固定接触子１とこの第１の固定接触子１と開閉回路を形成する第１の可動接触子２と第２の固定接触子３とこの第２の固定接触子３と開閉回路を形成する第２の可動接触子４とで構成されている。なお、カバー７はカバーネジ８により取り付けられる。
【００６５】
本実施の形態の電磁リレー６０には、電磁アクチュエータ９に、実施の形態１ないし４のいずれかの電磁アクチュエータが用いられており、電気の利用効率に優れ、発熱が少なく、大型化が防止され、且つ１００Ｖ定格と２００Ｖ定格とでの共用化が可能な電磁リレーである。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係わる電磁アクチュエータは、電気の利用効率が高く、発熱が少なく、１００Ｖ定格と２００Ｖ定格とでの共用化が可能なものであり、小型で効率性に優れた配電機器に用いられる。
【符号の説明】
【００６７】
１  第１の固定接触子、２  第１の可動接触子、３  第２の固定接触子、
４  第２の可動接触子、５  第１のケース、６  第２のケース、７  カバー、
８  カバーネジ、９  電磁アクチュエータ、１０  ヨーク、１１  底板部、
１２ａ  第１の接極部、１２ｂ  第２の接極部、１２ｃ  立設部、１２ｄ  突出部、
１２ｅ  接続ロッド挿通孔、１３  コイル装着部、１４ａ  第１の励磁コイル、
１４ｂ  第２の励磁コイル、１５  可動子、１６ａ  第１の接極部側永久磁石、
１６ｂ  第２の接極部側永久磁石、５１  第１のヨーク、５１ａ  接極片、
５１ｂ  接極片、５１ｃ  ベース部、５３ａ  励磁コイル、５３ｂ  励磁コイル、
５５  可動子、５７  第２のヨーク、５８  ボビン、６０  電磁リレー、
１００，２００，３００，４００，５００  電磁アクチュエータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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