(57)【要約】【課題】固定鉄心に付設する永久磁石を巧みに利用し、電磁石装置として要求される吸引特性，および釈放特性を満足しつつ小形化，低消費電力化が図れるようにする。【解決手段】鉄心脚部４，５に励磁コイル８を巻装した固定鉄心７と、該固定鉄心の磁極に対峙した可動鉄心９と、復帰バネ１０とからなり、励磁コイルの通電により復帰バネに抗して可動鉄心を吸引させる電磁石装置において、可動鉄心と対峙する固定鉄心の磁極相互間に跨がって永久磁石１７を介装し、かつ該永久磁石はその両端のＮ，Ｓ極がコイル通電により固定鉄心の磁極に生じるｎ，ｓ極性と同じ極性となるような向きに配置するものとし、その具体的な態様として、前記永久磁石  ａ磁極端面を固定鉄心の磁極端面に配したポールピース１１の側面に対面させてポールピースの相互間に介装配置する。【選択図】      図１
2005150412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心脚部に励磁コイルを巻装した固定鉄心と、該固定鉄心の磁極に対峙した可動鉄心と、復帰バネとからなり、励磁コイルの通電により復帰バネに抗して可動鉄心を吸引させる電磁石装置において、
可動鉄心と対峙する固定鉄心の磁極相互間に跨がって永久磁石を介装し、かつ該永久磁石はその両端のＮ，Ｓ極がコイル通電により固定鉄心の磁極に生じる極性と同じ極性となるような向きに配置したことを特徴とする電磁石装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁石装置において、永久磁石の磁極端面を固定鉄心の磁極端面のポールピース側面に向けてポールピース相互間に介装配置したことを特徴とする電磁石装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電磁石装置を搭載してその可動鉄心に主回路開閉部の可動接触子を連結し、指令に基づく電磁石装置の吸引，釈放動作で主回路接点を開閉動作させるようにしたことを特徴とする電磁接触器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁接触器などに適用する電磁石装置、およびその電磁石装置を搭載した電磁接触器に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、頭記した電磁接触器の一般構成を図６に、その電磁接触器に搭載した電磁石装置の従来構成を図７に示す（例えば、特許文献１参照）。
図６，図７において、１は電磁接触器のケース、２はケース１内の底部側に搭載した電磁石装置、３は電磁石装置２に連繋した主回路開閉部である。ここで、図示例の電磁石装置２は鉄心脚部４，５と強磁性材の底板６を組み合わせた固定鉄心７と、前記脚部４，５に巻装した励磁コイル８と、可動鉄心９と、可動鉄心９を固定鉄心７から離間させる方向に付勢する復帰バネ１０と、可動鉄心９に対峙して脚部４，５の磁極端面に設けたポールピース１１とで構成した２脚／２コイルの平形電磁石になる。なお、１２は脚部３，４を底板５に固定するネジである。
一方、主回路開閉部３は、左右一対の固定接触子１３と、可動接触子支え１４に接圧バネ１５と一緒に保持した橋絡形可動接触子１６と、消弧カバー１ａとから構成され、可動接触子支え１４が前記の可動鉄心９に連結されている。
【０００３】
かかる電磁接触器の開閉動作は周知の通りであり、電磁石装置２の励磁コイル８が非通電の状態では、可動鉄心９が復帰バネ１０のバネ力で上方に押し上げられて主回路開閉部３の可動接触子１６が開極している。ここで、指令に基づいて励磁コイル８を通電すると、その起磁力により固定鉄心７と可動鉄心８との間に磁気吸引力ｆが働いて可動鉄心９は復帰バネ１０に抗して固定鉄心７に吸引されるとともに、この吸引動作により可動接触子１６／固定接触子１５が閉成して電磁接触器がＯＮ動作する。
なお、図７においては、励磁コイル８に通電する電流の向きを記号で表しており、この記号の向きに励磁電流が流れると、固定鉄心の脚部４，５の磁極端面に設けたポールピース１１の極性がそれぞれｎ極，ｓ極となる。
【特許文献１】特開平８−１８０７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記の電磁接触器の製品については、小形化，消費電力の改善が大きな課題となっており、これに合わせて電磁接触器に搭載する電磁石装置には小形，低消費電力化を図ることが望まれている。
そこで、発明者等はこのような課題に対する対応策の一つとして、固定鉄心の磁路に励磁コイルの起磁力を助勢する永久磁石を直列に介装し、これにより励磁コイルの小形，低消費電力化（コイルアンペアターンの低減）を図ることを試みた。
この構成によれば、永久磁石の磁力が励磁コイルの通電による起磁力に加算されるので、図７に示した構成の電磁石と比べて吸引特性を改善できる利点がある反面、釈放特性の面で次記のような問題点が新たに発生する。すなわち、電磁石の固定鉄心に永久磁石を直列に介装すると、その磁気回路には永久磁石の保磁力による磁束が常に存在することから、励磁コイルの通電を絶った状態でも固定鉄心と可動鉄心との間に磁気吸引力が作用し、そのために固定鉄心に吸引された可動鉄心が復帰バネのバネ力で釈放されなくなるといった動作上の問題が生じるおそれがあり、またこの電磁石装置を搭載した電磁接触器では、主回路接点の開閉動作が不安定となる。なお、電磁石装置の復帰バネのバネ力を強くすると、それに対抗する磁気吸引力も大きくしなければならず、結果的には電磁石が大形化して初期の目的が達成できない。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、固定鉄心に付設する永久磁石を巧みに利用することにより、電磁石装置として要求される吸引特性，および釈放特性を満足しつつ小形化，低消費電力化が図れるように改良した電磁石装置、およびこの電磁石を搭載した電磁接触器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明によれば、鉄心脚部に励磁コイルを巻装した固定鉄心と、該固定鉄心の磁極に対峙した可動鉄心と、復帰バネとからなり、励磁コイルの通電により復帰バネに抗して可動鉄心を吸引させる電磁石装置において、
可動鉄心と対峙する固定鉄心の磁極相互間に跨がって永久磁石を介装し、かつ該永久磁石はその両端のＮ，Ｓ極がコイル通電により固定鉄心の磁極に生じる極性と同じ極性となるような向きに配置する（請求項１）ものとし、その具体的な態様として、前記永久磁石の磁極端面を固定鉄心の磁極端面のポールピース側面に対面させてポールピースの相互間に介装配置する（請求項２）。
また、本発明の電磁接触器は、前記構成の電磁石装置を搭載してその可動鉄心に主回路開閉部の可動接触子支えを連結し、指令に基づく電磁石装置の吸引，釈放動作で主回路接点を開閉動作させる（請求項３）。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成の電磁石装置によれば、励磁コイルを通電した状態では、コイルの起磁力により生じた磁束に永久磁石の磁束が加算された合計の磁束が可動鉄心に流れて固定鉄心と可動鉄心との間に大きな吸引力が作用する。一方、コイルの励磁電流を絶つと吸引力が低下して可動鉄心が固定鉄心から離間し始めてギャップが生じ、両者間の磁気抵抗が増大するようになることから、永久磁石の磁束は磁気抵抗の低い固定鉄心を閉磁路として流れ、可動鉄心には殆ど磁気的な影響を及ぼさなくなる。その結果、可動鉄心に働く吸引力が著減し、可動鉄心は復帰バネのバネ力を受けて釈放される。
しかも、励磁コイルの通電時と非通電時による吸引力の差分は、永久磁石を付設した分だけ大きくなるので励磁コイルが分担するアンペアターンは少なくて済み、これにより励磁コイルを小形化，低消費電力化できる。なお、永久磁石は固定鉄心の脚部相互間のスペースに配置しているので、永久磁石の追加により電磁石装置が大形になることはない。
【０００８】
また、電磁接触器に上記の電磁石装置を搭載することで、電磁接触器の小形化，並びに低消費電力化に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
上記のように本発明の電磁石装置は、可動鉄心と対峙する固定鉄心の磁極相互間に跨がって永久磁石を介装し、かつ永久磁石はその両端のＮ，Ｓ極がコイル通電により固定鉄心の磁極に生じる極性と同じ極性となるような向きに定めて配置した構成であり、その実施の形態を以下述べる図示実施例に基づいて説明する。なお、各実施例の図中で図７に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
【実施例１】
【００１０】
図１，図２に示す実施例は、図７に示した従来構成の電磁石装置をベースとして、その固定鉄心７の磁極端側に永久磁石１７を追加装備した構成になる。ここで、永久磁石１７は図示のように可動鉄心９に対峙して固定鉄心７の脚部４，５の磁極面に設けたポールピース１１の相互間に跨がって介装配置されており、永久磁石１７はその両端のＮ，Ｓ極の磁極面が板状のポールピース１１の側面に重ね合わせて接着剤で固着するか、もしくはポールピース１１に取り付けた非磁性材の支持フレームに嵌合して保持するようにしている。そして、永久磁石１７はその両端のＮ，Ｓ極がそれぞれ励磁コイル８の起磁力によってポールピース１１に生じるｎ，ｓ極性と同極同士が向かい合うような向きに定めて配置されている。
次に、前記構成による電磁石の吸引，釈放動作を図３(a),(b) で説明する。すなわち、励磁コイル８に通電すると、図３(a) で示すように、励磁コイル８の起磁力によって生じた磁束φ1 に永久磁石１７の磁束φ2 が加算されて可動鉄心９を流れる。これにより、固定鉄心７のポールピース１１と可動鉄心９との間には前記磁束φ1 ＋φ2 に相応する磁気吸引力ｆが働いて可動鉄心９が復帰バネに抗して釈放位置から吸引される。
【００１１】
一方、可動鉄心９を吸引した状態で励磁コイル８の電流を絶つと、吸引力が低下して可動鉄心９が復帰バネ１０（図６参照）のバネ力により固定鉄心７のポールピース１１から離間し始める。この状態になると、図３(b) で示すようにポールピース１１と可動鉄心９と間にギャップが生じ、そのギャップの磁気抵抗により永久磁石１７の磁束φ2 は磁気抵抗の低い固定鉄心７の脚部４，５および底板６を経路とする閉磁路に流れるようになる。その結果、永久磁石１７の磁力が可動鉄心９に干渉することがなくなって可動鉄心９に働く吸引力が消失し、可動鉄心９は永久磁石１７の影響を殆ど受けることなく復帰バネのバネ力を受けて確実に釈放される。なお、この釈放動作は図７に示した従来の電磁石装置と同様である。
なお、前記した励磁コイルの電流変化に対応した固定／可動鉄心間の磁束分布の変化は発明者等が行った磁場解析で検証されており、図４(a),(b) はその磁場解析に用いてモデルを基に本発明（図１参照）と従来（図７参照）の電磁石装置を対比して表した吸引力特性である。すなわち、図４(a) は励磁コイルに流す電流を定格値の６０％，２０％とした条件で試算した空隙長と吸引力との関係を、また図４(b) は(a) を基にした各励磁電流に対応する吸引力の差分を表している。
【００１２】
この特性図から明らかなように、同じ条件で励磁コイルの電流を変えた場合に、従来と比べて図１のように固定鉄心７に永久磁石１７を追加した本発明の電磁石では吸引力の差分が大となる。つまり、本発明の電磁石は、従来の電磁石よりも小さいアンペアターンで所要の吸引力特性を確保できことが判る。これにより、電磁石装置として要求される吸引特性，釈放特性を満たしつつ励磁コイルの小形化，低消費電力化が図れる。なお、永久磁石１７は固定鉄心７の脚部端面に配したポールピース１１の間のスペースに配置しているので、永久磁石の追加により電磁石装置の外形サイズが大形化することもない。
そして、上記の電磁石装置２を図６の電磁接触器に搭載した従来の電磁石装置に置き換えて、その主回路開閉部３の可動接触子支え１４を電磁石装置２の可動鉄心９（図１参照）に連繋させ、電磁石の吸引，釈放動作により主回路接点を開閉させるようにすることで、電磁接触器の小形化，低消費電力化の改善と併せて、開閉動作の安定化，信頼性の向上が図れる。
【実施例２】
【００１３】
次に本発明の応用実施例として、３脚，1 コイル形の電磁石装置に永久磁石を付設した実施例を図５に示す。この実施例では、固定鉄心７が底板６と、中央脚部１８と、左右両端の脚部１９，２０とからなり、励磁コイル８は中央脚部１８に巻装されている。そして、この固定鉄心７に対して、その中央脚部１８と左側の脚部１９との間、および中央脚部１８と右側の脚部２０との間で各脚部の磁極端には永久磁石１７-1，１７-2を介装しており、各永久磁石１７-1，１７-2はその両端のＮ，Ｓ極が励磁コイル８の通電によって固定鉄心７の各脚部端に生じる極性ｎ，ｓ極と同極となるような向きに配置されている。
この構成により、実施例１と同様に吸引，釈放特性の向上、および励磁コイルの小形化，低消費電力化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１に対応した電磁石装置の構成図
【図２】図１における固定鉄心の外形斜視図
【図３】図１の電磁石装置の吸引，釈放動作の説明図で、(a),(b) はそれぞれ励磁コイルの通電時，および非通電時に対応した磁束分布を表す図
【図４】図１の電磁石装置および従来の電磁石装置をモデルとした磁場解析による吸引特性図で、(a) は励磁コイルの電流を変えた条件での吸引特性図、(b) は(a) を基にした吸引力の差分を表す特性図
【図５】本発明の実施例２に対応した電磁石装置の構成図
【図６】本発明の実施対象となる電磁接触器の構成断面図
【図７】図６の電磁接触器に搭載した電磁石装置の従来構成図
【符号の説明】
【００１５】
１    電磁接触器のケース
２    電磁石装置
３    主回路開閉部
４，５，１８，１９，２０  鉄心脚部
７    固定鉄心
８    励磁コイル
９    可動鉄心
１０    復帰バネ
１１    ポールピース
１３    固定接触子
１４    可動接触子支え
１６    可動接触子
【図１】
2005150412.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005150412.tif 000007
【図６】
2005150412.tif 000008
【図７】
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