(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材からなり相対向する一対の接極片を有する第１ヨークと、前記一対の接極片の内側に配置され励磁電流により励磁されて電磁力が発生する閉極コイルおよび開極コイルと、前記閉極コイルおよび前記開極コイルに貫挿され前記電磁力により前記一対の接極片のいずれか一方に吸着されるプランジャと、前記第１ヨークに磁界を与えると共に前記接極片に吸着された前記プランジャの状態を保持する永久磁石と、前記永久磁石と前記プランジャの間の磁路を形成する第２ヨークとを備え、
前記第１ヨークの前記接極片と前記プランジャとの空隙長が、前記プランジャと前記第２ヨークとの空隙長に前記永久磁石の厚さを加えた長さよりも短く形成されており、
閉極動作時は前記閉極コイルが励磁されると同時に前記開極コイルが逆励磁され、開極動作時は前記開極コイルが励磁されると同時に前記閉極コイルが逆励磁されるように構成されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
磁性材からなり相対向する一対の接極片を有する第１ヨークと、前記一対の接極片の内側に配置され励磁電流により励磁されて電磁力が発生する閉極コイルおよび開極コイルと、前記閉極コイルおよび前記開極コイルに貫挿され前記電磁力により前記一対の接極片のいずれか一方に吸着されるプランジャと、前記第１ヨークに磁界を与えると共に前記接極片に吸着された前記プランジャの状態を保持する永久磁石と、前記永久磁石と前記プランジャの間の磁路を形成する第２ヨークとを備え、
前記第１ヨークの前記接極片と前記プランジャとの磁気抵抗が、前記プランジャと前記第２ヨークとの空隙長に前記永久磁石の厚さを加えた磁気抵抗よりも低く形成されており、
閉極動作時は前記閉極コイルが励磁されると同時に前記開極コイルが逆励磁され、開極動作時は前記開極コイルが励磁されると同時に前記閉極コイルが逆励磁されるように構成されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項３】
前記閉極コイルと前記開極コイルとは同方向に巻回されて直列に接続され、前記励磁電流の通電により同時に励磁されるように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
前記閉極コイルと前記開極コイルは個別の励磁回路を備え、それぞれの前記励磁回路に前記励磁電流の極性を切替える切替え手段を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
固定接点と、可動接点と、前記可動接点を駆動して前記固定接点に接離させる電磁アクチュエータとを備えた電磁リレーであって、
前記電磁アクチュエータは、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータが用いられてい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】
この発明は、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ものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電磁リレーなどに使用される電磁アクチュエータは、例えば、磁性材からなり相対向する一対の接極片を有するＵ字状のヨークと、磁性材からなり一対の接極片間を移動可能に設けられたプランジャと、プランジャを開閉動作させるための電磁力を付与する開極コイルおよび閉極コイルと、開閉時にプランジャの位置を保持させるための電磁力を付与する永久磁石と、プランジャに連結されたリレー部の接点とを有し、開極コイルに通電して励磁することでプランジャを接点の開極側に移動させ、閉極コイルに通電して励磁することでプランジャを接点の閉極側に移動させるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２５７３９６号公報（第４−５頁、図３−４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のような電磁アクチュエータでは、電磁リレーの接点を開閉させるために、開極コイルまたは閉極コイルに電流を流しその電磁力でプランジャを駆動し、閉極状態または開極状態は永久磁石の電磁力によって保持されている。このため、開極動作および閉極動作においては、開閉状態を保持している永久磁石の電磁力以上の電磁力を作用させてプランジャを駆動させる必要があり、それに見合った電磁力を得るためには、開極コイルおよび閉極コイルの大型化や消費エネルギーの増大につながるという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、開極コイルおよび閉極コイルの小型化を図り、消費エネルギーを小さくできる電磁アクチュエータおよび電磁リレーを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電磁アクチュエータは、磁性材からなり相対向する一対の接極片を有する第１ヨークと、一対の接極片の内側に配置され励磁電流により励磁されて電磁力が発生する閉極コイルおよび開極コイルと、閉極コイルおよび開極コイルに貫挿され電磁力により一対の接極片のいずれか一方に吸着されるプランジャと、第１ヨークに磁界を与えると共に接極片に吸着されたプランジャの状態を保持する永久磁石と、永久磁石とプランジャの間の磁路を形成する第２ヨークとを備え、第１ヨークの接極片とプランジャとの空隙長が、プランジャと第２ヨークとの空隙長に永久磁石の厚さを加えた長さよりも短く形成されており、閉極動作時は閉極コイルが励磁されると同時に開極コイルが逆励磁され、開極動作時は開極コイルが励磁されると同時に閉極コイルが逆励磁されるように構成されているものである。
また、上記空隙長に替えて、第１ヨークの接極片とプランジャとの磁気抵抗が、プランジャと第２ヨークとの空隙長に永久磁石の厚さを加えた磁気抵抗よりも低く形成されているものである。
【０００７】
また、この発明に係る電磁リレーは、固定接点と、可動接点と、可動接点を駆動して固定接点に接離させる電磁アクチュエータとを備え、電磁アクチュエータは、上記の電磁アクチュエータが用いられているものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の電磁アクチュエータによれば、相対向する一対の接極片を有する第１ヨークと、閉極コイルおよび開極コイルと、一対の接極片のいずれか一方に吸着されるプランジャと、接極片に吸着されたプランジャの状態を保持する永久磁石と、第２ヨークとを備え、第１ヨークの接極片とプランジャとの空隙長が、プランジャと第２ヨークとの空隙長に永久磁石の厚さを加えた長さよりも短く形成されており、閉極動作時は閉極コイルが励磁されると同時に開極コイルが逆励磁され、開極動作時は開極コイルが励磁されると同時に閉極コイルが逆励磁されるように構成されているので、開極動作時および閉極動作時に必要なエネルギーを小さくでき、電磁アクチュエータの小型化と省エネルギー化を図ることが可能となる。
また、上記空隙長の差に替えて磁気抵抗の差としたものも、同様の効果を得ることができる。
また、この発明の電磁リレーによれば、可動接点を駆動して固定接点に接離させる電磁アクチュエータとして、上記の電磁アクチュエータが用いられているので、電磁アクチュエータが小型化，省エネルギー化できるため、電磁リレーを小型化，省エネルギー化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による電磁リレーの斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電磁リレーの側面断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による電磁アクチュエータの側面断面図である。
【図４】電磁アクチュエータの閉極動作時の磁束の流れを説明する説明図である。
【図５】電磁アクチュエータの開極動作時の磁束の流れを説明する説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による電磁アクチュエータの閉極動作時の磁束の流れを示す側面断面図である。
【図７】この発明の実施の形態１による電磁アクチュエータの開極動作時の磁束の流れを示す側面断面図である。
【図８】この発明の実施の形態１による電磁アクチュエータの閉極動作時における開極コイルを逆励磁した場合の磁路を説明する説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１による電磁アクチュエータの回路図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による電磁アクチュエータの回路図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による電磁アクチュエータの閉極動作時の回路図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による電磁アクチュエータの開極動作時の回路図である。
【図１３】この発明の実施の形態２による電磁アクチュエータの他の例における閉極動作時の回路図である。
【図１４】この発明の実施の形態２による電磁アクチュエータの他の例における開極動作時の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による電磁アクチュエータを用いた電磁リレーを示す斜視図であり、図２は図１の側面断面図である。また、図３は、図１の電磁アクチュエータの部分を抜き出した側面断面図である。
電磁リレーを説明する前に、先ず図３により電磁アクチュエータから説明する。図３に示すように、電磁アクチュエータ１は、プランジャ２と、第１ヨーク３と、第２ヨーク４と、永久磁石５と、閉極コイル６と、開極コイル７とを有している。
【００１１】
プランジャ２は、磁性体からなり円柱状に形成されている。
第１ヨーク３は、磁性体からなり相対向する一対の接極片を有してＵ字状に形成されている。この一対の接極片の内、プランジャ２が閉極方向に駆動されて当接する側を閉極側接極片３ａと呼び、プランジャ２が開極方向に駆動されて当接する側を開極側接極片３ｂと呼ぶことにする。
第２ヨーク４も、磁性材からなりＵ字状に形成されており、Ｕ字状の向きを第１ヨーク３に対して直交する方向に向けて第１ヨーク３の中央部で両コイル間に配置されている。この第２ヨーク４は、Ｕ字形状の薄板を積層して構成したものを示しているが、磁性体であれば一体物でも問題ない。なお、第２ヨーク４は、中心部の断面ではなく、手前側の端面を示している（以下の側面断面図でも同様）。
【００１２】
永久磁石５は、第１ヨーク３と第２ヨーク４との間に配置され、プランジャ２に磁束を発生させ磁界を与えると共にプランジャ２をいずれかの接極片側へ吸引して保持する役目をする。
閉極コイル６は閉極側接極片３ａの近傍に配置され、開極コイル７は開極側接極片３ｂの近傍に配置されている。この両コイルはボビン（図示せず）に巻回されている。プランジャ２は、そのボビンの内径側にクリアランスを有して貫挿されている。
閉極コイル６および開極コイル７は、図示しない制御線を通じ外部の電源から励磁電流が供給されて電磁力が発生し、その電磁力によってプランジャ２が図の矢印方向に往復移動する。
【００１３】
次に、図１および図２により、上記の電磁アクチュエータ１を用いた電磁リレー１０について説明する。プランジャ２は、シャフト１１により、接圧ばね１２を介してばね受け１３に連結されている。ばね受け１３のシャフト１１とは反対側に、可動接点１４が設けられている。シャフト１１がばね受け１３から外れないように、シャフト１１の先端側には例えばＥ形止め輪が設けられている。
可動接点１４に対向する位置に、固定接点１５とそれを固定する固定部材１６が配置されている。
なお、電磁リレー１０は、電磁アクチュエータ１を含め全体が図示しない筐体に収容されており、固定接点１５と固定部材１６はその筐体側に固定されている。図１、図２では、電磁リレー１０が開極状態にある場合を示している。
【００１４】
次に、電磁アクチュエータ１を駆動して電磁リレー１０を開閉する動作について説明する。実施の形態１による開閉動作の説明に先立ち、比較のために、従来の構成における一般的な開閉動作から説明する。以下の説明で、プランジャ２を閉極側接極片３ａ側すなわち閉極方向へ移動させるのを閉極動作と呼び、プランジャ２を開極側接極片３ｂ側すなわち開極方向へ移動させるのを開極動作と呼ぶ。また、閉極コイル６を励磁してプランジャ２を閉極側接極片３ａ側へ移動させる磁束を閉極コイル起因磁束、開極コイル７を励磁してプランジャ２を開極側接極片３ｂ側へ移動させる磁束を開極コイル起因磁束と呼ぶことにする。
また、開極動作または閉極動作が終了すると、開極状態または閉極状態は永久磁石５に起因する磁束によって状態が保持されている。そこで、この永久磁石５に起因する磁束を、以下では永久磁石起因磁束と呼ぶことにする。
【００１５】
次に図４により閉極動作について説明する。図４（ａ）は閉極開始時の状態を示し、図４（ｂ）は閉極終了時の状態を示す図である。閉極動作に入る前は、永久磁石起因磁束１７によって、プランジャ２が開極側接極片３ｂの側に吸着され保持されている。この状態から閉極指令が入ると閉極コイル６に励磁電流が流れ、閉極コイル起因磁束１８が発生する。図４（ａ）に示すように、開極の初期段階ではプランジャ２には永久磁石起因磁束１７で開極方向、閉極コイル起因磁束１８で閉極方向の電磁力が作用するが、閉極コイル起因磁束１８による電磁力が永久磁石起因磁束１７による電磁力より大きくなることでプランジャ２は閉極方向に移動する。これにより、シャフト１１を介して接圧ばね１２とばね受け１３と可動接点１４とが一緒に閉極方向に移動する。
【００１６】
そして、可動接点１４と固定接点１５が接触するが、この状態ではプランジャ２はまだ閉極終了位置に達していない。更に、接圧ばね１２を圧縮しながら両接点の接触位置からプランジャ２が閉極方向に移動し、接圧ばね１２により可動接点１４に接圧をかけた状態でプランジャ２は閉極側接極片３ａに当接し閉極動作が終了して図４（ｂ）に示すようになる。図４（ｂ）に示すようになると、永久磁石起因磁束１７は閉極方向に流れる。図４（ａ）に示す開極位置では、永久磁石起因磁束１７と閉極コイル起因磁束１８が反対方向であったが、閉極位置では、永久磁石起因磁束１７と閉極コイル起因磁束１８が同方向となる。閉極完了後、閉極コイル６の励磁電流が遮断され、永久磁石起因磁束１７のみで閉極状態が保持される。
【００１７】
次に図５により開極動作について説明する。図５（ａ）は開極開始時の状態を示し、図５（ｂ）は開極終了時の状態を示す図である。図５（ａ）において、閉極保持状態では、永久磁石起因磁束１７によってプランジャ２が第１ヨーク３の閉極側接極片３ａに吸着されて保持されているが、開極指令が入ると開極コイル７に励磁電流が流れ、開極コイル起因磁束１９が発生する。プランジャ２には、永久磁石起因磁束１７で閉極方向、開極コイル起因磁束１９で開極方向に電磁力が作用するが、開極コイル起因磁束１９の電磁力と閉極動作時に圧縮していた接圧ばね１２の荷重の合計が永久磁石起因磁束１７の電磁力より大きくなることで、プランジャ２は開極方向に移動し、可動接点１４が固定接点１５から離れる。接圧ばね１２は、所定の距離だけ伸びると荷重は作用しない。
【００１８】
プランジャ２が開極位置に移動し図５（ｂ）に示すようになると、永久磁石起因磁束１７は開極方向に流れる。閉極位置では永久磁石起因磁束１７と開極コイル起因磁束１９とが反対方向であったが、開極位置では、永久磁石起因磁束１７と開極コイル起因磁束１９が同方向となる。そして、開極が終了すると開極コイル７の励磁電流が遮断され、永久磁石起因磁束１７のみで開極状態が保持される。
【００１９】
このように、従来の構成では、開極動作も閉極動作も永久磁石起因磁束以上の電磁力を発生させないと開閉動作しないため、閉極コイル６および開極コイル７には、それに見合った大きさの起磁力が要求される。起磁力は電流と巻数の積のため、低コストにするため巻数を少なくすると電流値を大きくする必要がある。特に、永久磁石に起因する磁束の磁路中には大きな空隙がないため、磁気抵抗が小さく保持力が大きくなる。一方、閉極コイル６および開極コイル７に起因する磁束の磁路中には空隙があるため磁気抵抗が大きくなり、同じ起磁力でも発生する磁束は小さくなり電磁力が小さくなる。
【００２０】
以上のような、従来の電磁アクチュエータの課題に着目し、実施の形態１の電磁アクチュエータでは、開極動作と閉極動作において、永久磁石５の磁束を打ち消すようにコイルを励磁して必要な消費エネルギーを小さくしたものである。
そこで次に、実施の形態１による電磁アクチュエータ１の閉極動作と開極動作について説明する。なお、図４，図５と同等部分は同一符号で説明する。
【００２１】
図６は、実施の形態１による電磁アクチュエータ１の閉極動作を説明する図であり、図６（ａ）は開極状態から閉極動作に入るとき、図６（ｂ）は閉極動作の終了時の状態を示している。開極状態では、永久磁石起因磁束１７のみで開極状態が保持されている。
閉極指令が入ると、図６（ａ）に示すように、閉極コイル６が励磁されると同時に開極コイル７が逆方向に励磁される。ここで、逆方向とは、開極コイル７を励磁したときプランジャ２が開極方向に動くような励磁方向（順方向）とは逆方向の励磁を指し、開極コイル７を逆方向に励磁したときに発生する磁束を開極コイル逆励磁磁束２０と呼ぶことにする。
なお、後で説明する閉極コイル６の場合も同様であり、閉極コイル６を逆方向に励磁したときに発生する磁束を閉極コイル逆励磁磁束２１と呼ぶことにする。
図６（ａ）に示すように、閉極指令により閉極コイル起因磁束１８に加えて開極コイル逆励磁磁束２０が同方向に流れる。磁束の方向は矢印で示している。
【００２２】
ここで、開極コイル逆励磁磁束２０は、開極状態を保持している永久磁石起因磁束１７とは反対方向の向きとなっている。このため、永久磁石起因磁束１７を打ち消すように働くと共に閉極コイル起因磁束１８が流れることで、先の図４，５のように個別に励磁する場合に比べて、永久磁石５の保持力が小さくなるため、小さい消費エネルギーで動作が可能となる。
更に、開極コイル逆励磁磁束２０は、第２ヨーク４と永久磁石５を通らずプランジャ２を介して閉極動作方向に流れる。すなわち、開極コイル逆励磁磁束２０は永久磁石起因磁束１７を打ち消すだけでなく、閉極動作を行う電磁力の増加の効果もあり、これらの効果により小さい消費エネルギーで動作が可能となる。
【００２３】
ここで、開極コイル逆励磁磁束２０が第２ヨーク４と永久磁石５を通らずプランジャ２を介して第１ヨーク３へと流れるには、第２ヨーク４と永久磁石５の磁気経路の磁気抵抗に対して、プランジャ２と第１ヨーク３との空隙（プランジャ２の移動距離）の磁気抵抗が小さくなる必要がある。この点についての詳細は後述する。
このように、消費エネルギーの最も大きくなる閉極動作時の動き出し時に、永久磁石起因磁束１７を打ち消すことで、小さい消費エネルギーで動作が可能となる。
【００２４】
閉極動作の終了時の磁束の流れは、図６（ｂ）に示すようになる。終了直前では、閉極コイル起因磁束１８と開極コイル逆励磁磁束２０に加え、永久磁石起因磁束１７は閉極側に流れている。開極コイル逆励磁磁束２０の流れは、プランジャ２の両端部において、閉極方向と開極方向に同じ量の磁束が通過するため、閉極位置においては開極コイル逆励磁磁束２０の電磁力は、開極方向には作用しない。閉極が終了すると両コイルの励磁は断たれ、永久磁石起因磁束１７によって閉極状態が保持される。
【００２５】
次に、図７により開極動作について説明する。図７（ａ）は閉極状態から開極動作に入るとき、図７（ｂ）は開極動作の終了時の状態を示している。
閉極状態では、永久磁石起因磁束１７によって閉極状態が保持されている。開極指令が入ると、図７（ａ）に示すように、開極コイル７が励磁されると同時に閉極コイル６が逆励磁される。これにより、開極コイル起因磁束１９が発生すると同時に閉極コイル逆励磁磁束２１が発生する。
この閉極コイル逆励磁磁束２１は、永久磁石起因磁束１７の向きとは逆になっているので、永久磁石起因磁束１７を打ち消すように働く。このため、永久磁石５の保持力が小さくなり、小さい消費エネルギーで動作が可能となる。
【００２６】
また、閉極コイル逆励磁磁束２１は、第２ヨーク４と永久磁石５を通らずプランジャ２を介して開極方向に流れる。ただし、閉極動作でも説明したように、このような流れになるには磁路の磁気抵抗を考慮する必要があるので、磁気抵抗については後述する。
上記のように、閉極コイル逆励磁磁束２１は永久磁石起因磁束１７を打ち消すだけでなく、開極動作への電磁力の増加の効果もあり、これらの効果により小さい消費エネルギーで動作が可能となる。
このように、消費エネルギーの最も大きくなる開極動作時の動き出しで永久磁石起因磁束１７を打ち消すことで、小さい消費エネルギーで動作が可能となる。これにより、開極コイルや閉極コイルを小型化できる。
【００２７】
開極動作が終了する時点では、図７（ｂ）に示すように、開極コイル起因磁束１９と閉極コイル逆励磁磁束２１に加えて、永久磁石起因磁束１７が開極方向に発生している。閉極コイル逆励磁磁束２１の流れは、プランジャ２の両端部において、開極方向と閉極方向に同じ量の磁束が通過するため、開極位置において閉極コイル逆励磁磁束２１の電磁力は閉極方向には作用しない。開極が終了すると両コイルの励磁は断たれ、永久磁石起因磁束１７によって開極状態が保持される。
【００２８】
次に、開極コイル逆励磁磁束２０および閉極コイル逆励磁磁束２１が、第２ヨーク４と永久磁石５を通らずプランジャ２を介して第１ヨーク３の側に流れるための磁気抵抗について説明する。開極コイル７を逆励磁する場合で説明するが閉極コイル６を逆励磁する場合も同様である。
図８は、開極コイル７を逆励磁した場合の磁束の磁路と永久磁石５による磁束の磁路の関係を説明する説明図で、図８（ａ）は側面断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂに見た断面図である。図は、開極状態から閉極動作へ移る段階の磁路を示している。
開極位置において、開極コイル逆励磁磁束２０（図６参照）による磁路は、プランジャ２から空隙Ｇを介し第１ヨーク３を通りプランジャ２に戻る第１磁路２２と、プランジャ２からプランジャ２と第２ヨーク４との空隙−第２ヨーク４−永久磁石５−第１ヨーク３を通りプランジャ２に戻る第２磁路２３の２通りがある。開極コイル逆励磁磁束２０は、第１磁路２２と第２磁路２３の磁気抵抗の小さい方に主として流れる。
【００２９】
図８（ｂ）に示すように、プランジャ２と第２ヨーク４とは直接接しておらず空隙ｔ１が存在する。この空隙ｔ１は樹脂で形成されているため、磁気回路としては空気と同等の扱いとなる。磁性材料であるプランジャ２や第１ヨーク３、第２ヨーク４の磁気抵抗は空気の磁気抵抗に比べて非常に小さいため、空気領域の長さで磁気抵抗がほぼ決定する。なお、永久磁石５の磁気抵抗はほぼ空気と同等である。よって、第１磁路２２の磁気抵抗は、プランジャ２と第１ヨーク３との空隙Ｇ（プランジャ２の移動距離）で決まる。一方、第２磁路２３の磁気抵抗は、空隙ｔ１と永久磁石５の厚さｔ２の和で決まる。
【００３０】
実施の形態１の構成では、空隙Ｇの空隙長を、空隙ｔ１の空隙長に永久磁石５の厚さｔ２を加えた長さより短くすることで、第１磁路２２の磁気抵抗を第２磁路２３の磁気抵抗より小さくしている。磁気抵抗をこのような関係にすることで、開極コイル逆励磁磁束２０は第２ヨーク４と永久磁石５を通らない。
もし、第２磁路２３の磁気抵抗が第１磁路２２の磁気抵抗より小さいと、開極コイル逆励磁磁束２０は第２ヨーク４と永久磁石５を通過する。この磁束は永久磁石起因磁束１７とは逆向きの流れのため、永久磁石５には磁化方向とは逆方向の磁場が作用する。そのため逆磁場が作用しても減磁しないようにするためには高価な永久磁石を採用する必要があり高コストになる。また、第２磁路２３の磁束は閉極動作の駆動力には寄与しない。
【００３１】
次に、閉極コイル６および開極コイル７を励磁する電源回路について説明する。
先に説明した図４および図５のような場合では、閉極コイル６または開極コイル７を個別に励磁し、閉極コイル６の磁束で閉極方向に、開極コイル７の磁束で開極方向にプランジャ２を駆動していた。これに対して、実施の形態１では、閉極コイル６と開極コイル７を同時に励磁し、プランジャ２に対して同方向に磁束を発生させるのを特徴とし、電源回路は次のように構成されている。
【００３２】
図９は、実施の形態１による電磁アクチュエータ１の励磁回路を示す図である。図９（ａ）は閉極動作時を示し、図９（ｂ）は開極動作時を示している。
図のように、閉極コイル６と開極コイル７は直列接続されている。閉極時は閉極コイル用電源２４から励磁され、開極時は開極コイル用電源２５から励磁される。コイルの巻方向を同じとした場合、閉極動作時は、スイッチをオンすると図９（ａ）に示す矢印のように電流が流れ、閉極コイル６が閉極方向に励磁されると同時に開極コイル７が開極時とは逆方向に励磁される。結果的に同方向の励磁である。これにより、図６で説明したように、閉極コイル起因磁束１８と開極コイル逆励磁磁束２０が同時に発生して、プランジャ２を閉極方向に駆動させる。
【００３３】
開極動作の回路は、図９（ｂ）に示すように開極コイル用電源２５が閉極とは逆向きに接続されているので、スイッチをオンすれば矢印のように電流が流れ、開極コイル７により開極方向に励磁されると同時に閉極コイル６により閉極時とは逆方向に励磁される。これにより、図７で説明したように、開極コイル起因磁束１９と閉極コイル逆励磁磁束２１が同時に発生して、プランジャ２を開極方向に駆動させる。
なお、図９では閉極コイル用電源２４と開極コイル用電源２５を別個のもので説明したが、同じ電源を用いてスイッチの切替えで電流方向を逆にするように構成しても良い。
【００３４】
以上のように、実施の形態１の電磁アクチュエータによれば、磁性材からなり相対向する一対の接極片を有する第１ヨークと、一対の接極片の内側に配置され励磁電流により励磁されて電磁力が発生する閉極コイルおよび開極コイルと、閉極コイルおよび開極コイルに貫挿され電磁力により一対の接極片のいずれか一方に吸着されるプランジャと、第１ヨークに磁界を与えると共に接極片に吸着されたプランジャの状態を保持する永久磁石と、永久磁石とプランジャの間の磁路を形成する第２ヨークとを備え、第１ヨークの接極片とプランジャとの空隙長が、プランジャと第２ヨークとの空隙長に永久磁石の厚さを加えた長さより短く形成されており、閉極動作時は閉極コイルが励磁されると同時に開極コイルが逆励磁され、開極動作時は開極コイルが励磁されると同時に閉極コイルが逆励磁されるように構成されているので、開極動作時および閉極動作時に必要なエネルギーを小さくでき、開極コイルや閉極コイルを小型化できるため、電磁アクチュエータの小型化と省エネルギー化を図ることが可能となる。
【００３５】
また、閉極コイルと開極コイルとは同方向に巻回されて直列に接続され、励磁電流の通電により同時に励磁されるように構成されているので、逆励磁の切替えを不要として、簡単な回路で閉極コイルと開極コイルの一方を容易に逆励磁することができ、上記のような効果を得ることができる。
【００３６】
実施の形態２．
実施の形態２に係わる電磁アクチュエータおよびそれを用いた電磁リレーは、閉極コイル６および開極コイル７を励磁する励磁回路以外は、すべて実施の形態１と同等であるため、同等部分の説明は省略し、相違部分である励磁回路を主に説明する。
【００３７】
図１０は、実施の形態２の励磁回路の構成図であり、図１０（ａ）は閉極コイル側の回路図、図１０（ｂ）は開極コイル側の回路図である。図１０（ａ）に示すように、閉極コイル６には、閉極コイル用電源２４が接続され、閉極方向に励磁するためのスイッチ２６ａおよびスイッチ２６ｂと、逆方向に励磁するためのスイッチ２７ａおよびスイッチ２７ｂを備えている。また図１０（ｂ）に示すように、開極コイル７には、開極コイル用電源２５が接続され、開極方向に励磁するためのスイッチ２８ａおよびスイッチ２８ｂと、逆方向に励磁するためのスイッチ２９ａおよびスイッチ２９ｂを備えている。
このように、各コイルにそれぞれ一つの電源を設け、電流の方向を逆転させるための４個のスイッチからなる切替え手段を設け、通電方向に応じてスイッチを同時に開閉させるものである。
【００３８】
図１１は、図１０の回路において、閉極動作時の電流の流れの説明図である。図１１（ａ）に示すように、スイッチ２６ａ，２６ｂをオンして矢印のように電流を流し閉極コイル６を閉極方向に励磁すると同時に、図１１（ｂ）に示すように、スイッチ２９ａ，２９ｂをオンして矢印のように電流を流し、開極コイル７を逆励磁する。これにより、実施の形態１の図６のような磁束の流れとなる。
図１２は、図１０の回路において、開極動作時の電流の流れの説明図である。図１２（ｂ）に示すように、スイッチ２８ａ，２８ｂをオンして矢印のように電流を流し開極コイル７を開極方向に励磁すると同時に、図１２（ａ）に示すように、スイッチ２７ａ，２７ｂをオンして矢印のように電流を流し、閉極コイル６を逆励磁する。これにより、実施の形態１の図７のような磁束の流れとなる。
これ以降の接点の開閉動作は実施の形態１の場合と同様なので説明は省略する。
【００３９】
次に、図１０の回路の変形例を、図１３および図１４により説明する。
図１３は閉極動作時の回路図であり、図１４は開極動作時の回路図である。いずれも（ａ）は閉極コイル６側を示し（ｂ）は開極コイル７側を示している。閉極コイル６と開極コイル７を個別の電源から励磁するのは、図１０の回路と同じであるが、図１３，図１４では、更に、それぞれのコイルに２つの電源を並列に接続し、その極性を切替える切替え手段を備えたものである。
図のように、閉極コイル６に対して、閉極コイル用電源２４と、閉極方向とは逆方向に励磁する逆励磁用電源２４ａが並列に接続されて、各電源に対応してスイッチ３０ａとスイッチ３０ｂが設けられている。また、開極コイル７に対して、開極コイル用電源２５と、開極方向とは逆方向に励磁する逆励磁用電源２５ａが並列に接続され、各電源に対応してスイッチ３１ａとスイッチ３１ｂが設けられている。
【００４０】
閉極動作時は、図１３に示すように、スイッチ３０ａとスイッチ３１ｂを同時に閉じることで閉極コイル用電源２４から閉極コイル６へ励磁電流が供給されると同時に逆励磁用電源２５ａから開極コイル７へ逆方向の励磁電流が供給される。磁束の流れは、実施の形態１の図６のようになり、プランジャ２が閉極方向に駆動される。
開極動作時は、図１４に示すように、スイッチ３０ｂとスイッチ３１ａを同時に閉じることで逆励磁用電源２４ａから閉極コイル６が逆励磁されると同時に、開極コイル７が開極方向に励磁される。磁束の流れは、実施の形態１の図７のようになり、プランジャ２が開極方向に駆動される。
【００４１】
以上のように、実施の形態２の電磁アクチュエータによれば、実施の形態１に記載の電磁アクチュエータの励磁回路として、閉極コイルと開極コイルは個別の励磁回路を備え、それぞれの励磁回路に励磁電流の極性を切替える切替え手段を有しているので、閉極コイル側と開極コイル側の励磁電流の開閉タイミングの微調整が可能で、開極動作時および閉極動作時に必要なエネルギーを小さくでき、電磁アクチュエータの小型化と省エネルギー化を図ることが可能となる。
【００４２】
また、実施の形態１または実施の形態２の電磁リレーによれば、固定接点と、可動接点と、可動接点を駆動して固定接点に接離させる電磁アクチュエータとを備えた電磁リレーであって、電磁アクチュエータは、実施の形態１または実施の形態２に記載のいずれかの電磁アクチュエータが用いられているので、開極動作時および閉極動作時に必要なエネルギーを小さくでき、電磁アクチュエータが小型化，省エネルギー化できるため、電磁リレーを小型化，省エネルギー化できる。
【００４３】
なお、本願発明は、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、変更、省略したりすることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  電磁アクチュエータ、２  プランジャ、３  第１ヨーク、３ａ  閉極側接極片、
３ｂ  開極側接極片、４  第２ヨーク、５  永久磁石、６  閉極コイル、７  開極コイル、１０  電磁リレー、１１  シャフト、１２  接圧ばね、１３  ばね受け、１４  可動接点、１５  固定接点、１６  固定部材、１７  永久磁石起因磁束、１８  閉極コイル起因
磁束、１９  開極コイル起因磁束、２０  開極コイル逆励磁磁束、２１  閉極コイル逆励磁磁束、２２  第１磁路、２３  第２磁路、２４  閉極コイル用電源、２４ａ，２５ａ  逆励磁用電源、２５  開極コイル用電源、２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂ，３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ  スイッチ
【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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【図１３】
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【図１４】
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