專利名稱：三穩定型擺動電磁促動器的制作方法
技術領域：
本發明涉及可動元件在3處穩定的三穩定型擺動電磁促動器。
背景技術：
一般來說，電磁促動器大多能夠以短行程產生強電磁力，可用于真空斷路器的機 構部分等。但是，在真空斷路器以外的開關、斷路器中，大多以長行程進行旋轉驅動。就可動元件穩定的位置的數量來說，具有雙穩定型電磁促動器和三穩定型擺動電 磁促動器。在雙穩定型電磁促動器中，與開關、斷路器的“接通”、“切斷”的動作連動，可動 元件在2處停止；在三穩定型擺動電磁促動器中，與由兩個固定接點和一個可動接點構成 的開關、斷路器的“接通”、“切斷”、“接通”的動作連動，可動元件在3處停止。例如，專利文獻1的電磁促動器是雙穩定型，尤其是，由于專利文獻1的電磁促動 器是雙穩定型、短行程，因此適于低壓的開關的接點。此外，雖然專利文獻2的電磁促動器 是三穩定型、長行程，但由于磁通的路徑主要為徑向，因此磁通對旋轉驅動力的作用低，效 率差。因此，為了適用于需要大驅動力的大型電力用開關的接點，必須大型化。專利文獻1 JP特開2001-297912號公報專利文獻2 JP特開昭61-16504號公報
發明內容
在上述電磁促動器中，連接的開關的接點，在大型電力用的情況下，為了降低開閉 時的接觸電阻，使用指形觸點或滑動觸點。因此，在接點的“接通”動作中，驅動初期的負載 較小，而在驅動后期負載變大。此外，在“切斷”動作中，在拉開接點的驅動初期負載較大， 而在已拉開接點的驅動后期負載變小。從而，存在根據接點位置的不同負載大為不同的問題。另外，作為電磁促動器的動力源使用DC電源或電容器。雖然在使用DC電源時沒 有問題，但在使用電容器時，由于為脈沖放電，因此在驅動初期電流較大而在驅動后期電流 變小。有助于電磁力的磁通和電流成比例關系。因此，在使用電容器時存在以下問題在開 關的“接通”、“切斷”動作中均是在驅動后期通電電流變小、電磁力變小。開關的“切斷”動作成為在負載大的驅動初期電流大、在負載小的驅動后期電流小 的、與負載曲線相適應的電磁力曲線。但是，“接通”動作則是，在負載小的驅動初期電流大、 在負載大的驅動后期電流小。在負載大的驅動后期為了獲得大的電流，必須使用大容量的 電容器。因此，在“接通”動作的驅動后期為了以小電流輸出大轉矩，需要高效化。本發明鑒于上述問題，其目的在于提供一種三穩定型擺動電磁促動器，該三穩定 型擺動電磁促動器通過高效地將磁通轉換為轉矩而可以緊湊化、省電化，并且可以在穩定 位置使可動元件切實停止。為了解決上述問題、實現目的，本發明提供一種三穩定型擺動電磁促動器，其特征 在于，具有定子，呈圓筒狀，朝向中心方向突出設置有多個第一磁極；可動元件，在所述定子的內側沿圓周方向延伸，并能沿該圓周往復轉動地被支承；以及多個線圈，卷繞在所述第 一磁極上，以使所述可動元件停止在作為其轉動范圍的一端側的第一穩定位置、作為其轉 動范圍的另一端側的第二穩定位置以及作為中間位置的中立位置這三個位置的方式施力； 在所述第一穩定位置和所述第二穩定位置設置有由磁性體構成的第二磁極，該第二磁極與 所述可動元件的旋轉方向端部抵接而擋住該可動元件。根據本發明，具有第二磁極，該第二磁極由磁性體構成并作為磁極而動作，而且， 與可動元件的旋轉方向端部抵接而擋住可動元件，因此，能夠獲得如下的效果，即，可高效 地將磁通轉換為轉矩而緊湊化、省電化，并且可以在穩定位置使可動元件切實停止。
圖1是表示本發明實施方式1的三穩定型擺動電磁促動器的在從中立位置到第一 穩定位置的驅動初期產生的磁通的狀態的剖視圖。圖2是表示可動元件位于第一穩定位置的狀態的剖視圖。圖3是表示可動元件位于第二穩定位置的狀態的剖視圖。圖4是表示與三穩定型擺動電磁促動器連接的開關的接點的負載曲線的圖。圖5是表示在從中立位置到第一穩定位置的驅動初期產生的磁通的狀態的剖視 圖。圖6是表示在從中立位置到第一穩定位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視 圖。圖7是表示在從第一穩定位置到中立位置的驅動初期產生的磁通的狀態的剖視 圖。圖8是表示在從第一穩定位置到中立位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視 圖。圖9是表示本發明實施方式2的三穩定型擺動電磁促動器的在從中立位置到第一 穩定位置的驅動初期產生的磁通的狀態的剖視圖。圖10是表示在從中立位置到第一穩定位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視 圖。圖11是表示在從第一穩定位置到中立位置的驅動初期產生的磁通的狀態的剖視 圖。圖12是表示在從第一穩定位置到中立位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視 圖。圖13是表示本發明實施方式3的三穩定型擺動電磁促動器的在從中立位置到第 一穩定位置的驅動初期產生的磁通的狀態的剖視圖。圖14是表示在從中立位置到第一穩定位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視 圖。圖15是表示在從第一穩定位置到中立位置的驅動初期產生的磁通的狀態的剖視 圖。圖16是表示在從第一穩定位置到中立位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視 圖。
圖17是表示本發明實施方式4的三穩定型擺動電磁促動器的剖視圖，是表示在從 中立位置到第一穩定位置的驅動初期產生的磁通的狀態的剖視圖。圖18是表示在從中立位置到第一穩定位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視 圖。圖19是表示在從第一穩定位置到中立位置的驅動初期產生的磁通的狀態的剖視 圖。圖20是表示在從第一穩定位置到中立位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視 圖。圖21是表示本發明實施方式5的三穩定型擺動電磁促動器的剖視圖。圖22是表示在從中立位置到第一穩定位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視 圖。圖23是表示本發明實施方式6的三穩定型擺動電磁促動器的剖視圖。圖24是沿圖23的A-A線的向視剖視圖。圖25是表示本發明實施方式7的三穩定型擺動電磁促動器的在從中立位置到第 一穩定位置的驅動初期產生的磁通的狀態的剖視圖。圖26是表示其在從中立位置到第一穩定位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖 視圖。圖27是表示本發明實施方式8的三穩定型擺動電磁促動器的在中立位置中由第 二永久磁鐵產生的磁通的狀態的剖視圖。圖28是表示穩定在第一穩定位置的可動元件的狀態的剖視圖。圖29是表示本發明實施方式9的三穩定型擺動電磁促動器的剖視圖。圖30是沿圖29的B-B線的向視剖視圖。圖31是表示本發明實施方式10的三穩定型擺動電磁促動器的剖視圖。圖32是沿圖31的C-C線的向視剖視圖。圖33是表示本發明實施方式11的三穩定型擺動電磁促動器的可動元件穩定在中 立位置的狀態的剖視圖。圖34是表示本發明實施方式11的三穩定型擺動電磁促動器的可動元件穩定在第 一穩定位置的狀態的剖視圖。圖35是表示本發明實施方式12的三穩定型擺動電磁促動器的可動元件穩定在中 立位置的狀態的剖視圖。圖36是表示本發明實施方式12的三穩定型擺動電磁促動器的可動元件穩定在第 一穩定位置的狀態的剖視圖。圖37是表示本發明實施方式13的三穩定型擺動電磁促動器的可動元件穩定在中 立位置的狀態的剖視圖。圖38是表示本發明實施方式13的三穩定型擺動電磁促動器的可動元件穩定在第 一穩定位置的狀態的剖視圖。圖39是表示設置成本發明實施方式14的三穩定型擺動電磁促動器的中立位置位 于豎直下方的狀態的剖視圖。圖40是表示本發明實施方式15的三穩定型擺動電磁促動器的可動元件在中立位置由螺線管裝置保持的狀態的剖視圖。圖41是表示本發明實施方式16的三穩定型擺動電磁促動器的線圈的連接方法的 主要部分的電路圖。圖42是表示用于對因可動元件的位置而引起的感應電壓項進行說明的、可動元 件位于中立位置的狀態的剖視圖。圖43是表示用于對因可動元件的位置而引起的感應電壓項進行說明的、可動元 件位于中立位置與第一穩定位置之間的狀態的剖視圖。附圖標記的說明1,2,3,11,12,13...可動元件，la，3a，4a，11a，12a，13a. · ·本體部，lb，3b，4b， lib, 12b, 13b...卡合凸部，21a，21b，22，23，24，33...止動器(第二磁極)，26，30. · ·磁性 體，26a，30a···大徑部，26b，30b...小徑部，26c，30c...放射狀部，25，27，43...中心部件， 30d...使放射狀部的面積增大的部分，35...螺線管裝置，35a...插棒，35b...驅動線圈， 41...旋轉軸，45...定子，45a...本體部，45b...磁極(第一磁極)，47A，47B，47C，47D， 47E，47F···線圈，47G，47H...線圈(第二線圈)，49...第一永久磁鐵，51，53...第二永久 磁鐵，55...第三永久磁鐵，101 116...三穩定型擺動電磁促動器
具體實施例方式以下根據附圖詳細說明本發明的三穩定型擺動電磁促動器的實施方式。另外，并 不由該實施方式限定本發明。實施方式1圖1是表示本發明實施方式1的三穩定型擺動電磁促動器的剖視圖，表示可動元 件位于中立位置的狀態。圖2是表示可動元件位于第一穩定位置的狀態的剖視圖。圖3是 表示可動元件位于第二穩定位置的狀態的剖視圖。在圖1中，三穩定型擺動電磁促動器101 具有設于旋轉軸41的周圍的中心部件43 ；定子45，與中心部件43隔開規定間隔并同心圓 狀地設置，朝向中心方向突出設置有多個齒部(第一磁極)45b;可動元件1，在形成于中心 部件43和定子45之間的圓筒狀的空間內配置，沿圓周方向延伸，并被支撐為可在圓周方向 往復轉動；多個線圈47A，47B, 47C，47D，47E，47F，分別卷繞在第一磁極45b上，對可動元件1 施力使之停止在第一穩定位置、第二穩定位置及中立位置這三個位置；構成由磁性體形成 的第二磁極的止動器21a，21b，其在第一穩定位置和第二穩定位置與可動元件1的旋轉方 向端部抵接，擋住可動元件1。中心部件43由磁性體制成，大致呈短圓筒狀，在外周面的規定位置上形成有構成 第二磁極之一的突部21a。定子45由磁性體制成，以包圍中心部件43的方式配置，由大致 呈短圓筒狀的磁軛部45a和在磁軛部45a的內周側朝中心方向突出設置多個的齒部(第一 磁極)構成，在與設置于中心部件43的突部21a相向的位置形成有用于構成另一個第二磁 極的突部21b。在沿著圓周等間隔地形成于定子45上的多個第一磁極45b上，卷繞著左旋轉用線 圈47A，47B、右旋轉用線圈47C，47D、中立位置穩定用線圈47E，47F。可動元件1，其剖面大致呈圓弧狀，沿著圓周方向延伸，由未圖示的支撐部件從旋 轉中心可旋轉地支撐，在第一穩定位置和第二穩定位置之間往復轉動。可動元件1由剖面呈圓弧狀的本體部Ia和形成于本體部Ia的旋轉方向兩端部的卡合凸部lb，Ib構成。卡合 凸部lb，Ib形成在從本體部Ia的端部的半徑方向中心向線圈側(外徑側)偏心規定量的 位置。卡合凸部lb，Ib形成為嵌合到在止動器(第二磁極)21a，21b之間形成的間隙中的 形狀。即，形成于止動器21a，21b之間的間隙構成與卡合凸部lb，lb卡合的卡合凹部。可 動元件1在移動到第一穩定位置和第二穩定位置時，卡合凸部lb，Ib插入到形成于止動器 21a, 21b之間的間隙中，端部與止動器21a，21b抵接而限制移動。下面將對動作進行說明。在從圖1所示的中立位置驅動到圖2所示的第一穩定位 置的情況下，若向線圈47A，47B供給電流，則將在可動元件1和定子45之間形成磁通。以 旋轉軸41為轉動中心向逆時針方向驅動可動元件1。當可動元件1到達圖2所示的第一穩 定位置時，隔斷向線圈47A，47B的通電。在從圖2所示的第一穩定位置驅動到圖1所示的中立位置的情況下，若線圈47E， 47F供給電流，則將在可動元件1和定子45之間形成磁通，以旋轉軸41為轉動中心向順時 針方向驅動可動元件1。當可動元件1到達圖1所示的中立位置時，隔斷向線圈47E，47F的 通電。對于左右對稱的結構，省略對其他動作的說明，如上所述，通過切換供給電流的線 圈，可動元件1能夠在圖1所示的中立位置、圖2所示的第一穩定位置、和圖3所示的第二 穩定位置之間往復運動。在從圖1所示的中立位置驅動到圖2所示的第一穩定位置的情況下，在驅動初期， 由線圈47B吸引，在驅動后期，由線圈47A吸引。在其他動作的情況下也是同樣。這樣，一 邊順次切換供給電流的線圈一邊吸引，從而即使在移動距離長的情況下，也能夠產生強電 磁力。接著，圖4表示與三穩定型擺動電磁促動器101連接的未圖示開關的接點的負載 曲線。在從圖1所示的中立位置驅動到圖2所示的第一穩定位置的情況下，在驅動初期，負 載小，在驅動后期，負載變大。在從圖2所示的第一穩定位置驅動到圖1所示的中立位置的 情況下，在驅動初期，負載大，在驅動后期，負載變小。在驅動到圖3所示的第二穩定位置的 情況下也是同樣。在本實施方式的電磁促動器101中，線圈47A、47B、47C、47D、47E、47F配置在定子 45的圓周上。因此，由線圈生成的磁通通過可動元件1在徑向(圖1的箭頭F2)和切線方 向(圖1的箭頭Fl)流動。另外，在獲得可動元件1的旋轉驅動力時，由于需要切線方向的 力，從而在切線方向通過可動元件1的磁通作為旋轉驅動力起作用，而在徑向通過可動元 件1的磁通不對旋轉驅動力起作用。因此，在本實施方式的電磁促動器101中，在第一穩定 位置和第二穩定位置，設置用于構成第二磁極的止動器21a，21b，該止動器21a，21b與可動 元件1的旋轉方向端部抵接而擋住可動元件1。另外，在可動元件1的旋轉方向兩端部設置 卡合凸部lb,lb0圖5是表示在從中立位置到第一穩定位置的驅動初期產生的磁通的狀態的剖視 圖。在線圈47B的一側產生的磁通由于可動元件1的卡合凸部Ib的效果而大多作用于切線 方向。圖6是表示在從中立位置到第一穩定位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視圖。 在設置于第一穩定位置的線圈47A的一側產生的磁通，由于止動器(第二磁極)21a, 21b和 卡合凸部Ib的效果而大多作用于切線方向。圖7是表示在從第一穩定位置到中立位置的驅動初期產生的磁通的狀態的剖視圖。在線圈47E的一側產生的磁通由于卡合凸部Ib的 效果而大多作用于切線方向。圖8是表示在從第一穩定位置到中立位置的驅動后期產生的 磁通的狀態的剖視圖。在線圈47E和線圈47F上產生的磁通與以往同樣地大多作用于切線 方向。如上所述，在切線方向通過可動元件1的磁通成為旋轉驅動力，而在徑向通過的 磁通不成為旋轉驅動力。因此，在本實施方式的電磁促動器101中，在第一穩定位置和第二 穩定位置，設置用于構成第二磁極的止動器21a，21b，該止動器21a，21b與可動元件1的旋 轉方向端部抵接而擋住可動元件1。另外，在可動元件1的旋轉方向兩端部設置卡合凸部 lb, lb。由此，如圖5至圖8所示，驅動后期的磁通較少地在徑向流動而較多地在切線方向 流動，從而大比例的磁通能夠對旋轉驅動力起作用，能夠得到高轉矩。這樣，通過高效地將 磁通變換為轉矩，能夠實現電磁促動器101的緊湊化、省電化。實施方式2圖9是表示本發明實施方式2的三穩定型擺動電磁促動器的剖視圖，表示在從中 立位置到第一穩定位置的驅動初期產生的磁通的狀態。在圖9中，在本實施方式的三穩定 型擺動電磁促動器102中，可動元件2在端部不具有卡合凸部。而與之對應地，作為第二磁 極進行動作的磁性體、即止動器22從中心部件43到定子45不間斷地連續形成。其他結構 與實施方式1相同。圖10是表示在從中立位置到第一穩定位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視 圖。圖11是表示在從第一穩定位置到中立位置的驅動初期產生的磁通的狀態的剖視圖。 圖12是表示在從第一穩定位置到中立位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視圖。在圖 9中，在從中立位置到第一穩定位置的驅動初期，由于可動元件2與線圈47B的磁極間的空 隙大，從而在線圈47B上產生的電磁力小。在圖10中，在從中立位置到第一穩定位置的驅動后期，由于可動元件2的旋轉方 向的端面與止動器(第二磁極)22抵接，從而產生的電磁力大。在圖11和圖12中，在從第 一穩定位置到中立位置的驅動中，在初期和后期，由于磁極的配置與實施方式1相同，故而 成為同樣的電磁力。實施方式3圖13是表示本發明實施方式3的三穩定型擺動電磁促動器的剖視圖，表示在從中 立位置到第一穩定位置的驅動初期產生的磁通的狀態。在圖13中，在本實施方式3的三穩 定型擺動電磁促動器103中，可動元件3包括剖面呈圓弧狀的本體部3a和形成在本體部3a 的旋轉方向兩端部的卡合凸部3b，3b。卡合凸部3b，3b突出設置在本體部3a的端部的最 內徑側的位置。而與之對應地，作為第二磁極進行動作的磁性體、即止動器23，由從定子45 向中心部件43方向立設的突部形成。其他結構與實施方式1相同。圖14是表示在從中立位置到第一穩定位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視 圖。圖15是表示在從第一穩定位置到中立位置的驅動初期產生的磁通的狀態的剖視圖。 圖16是表示在從第一穩定位置到中立位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視圖。在圖 13中，在從中立位置到第一穩定位置的驅動初期，使作為磁極而動作的卡合凸部3b突出， 從而與實施方式2相比，通過可動元件3的磁通多，產生的電磁力增大。在圖14中，在從中
9立位置到第一穩定位置的驅動后期，可動元件3的卡合凸部3b的端面不與構成磁極的止動 器23抵接，從而與實施方式2相比，產生的電磁力減少。在圖15以及圖16中，在從第一穩 定位置到中立位置的驅動中，形成于本體部3a的端部的最內徑側的位置的卡合凸部3b，3b 幾乎沒有影響，因此，與實施方式2相比，產生的電磁力沒有大的差異。實施方式4圖17是表示本發明實施方式4的三穩定型擺動電磁促動器的剖視圖，表示在從中 立位置到第一穩定位置的驅動初期產生的磁通的狀態。在圖17中，在本實施方式的三穩定 型擺動電磁促動器104中，可動元件4由剖面呈圓弧狀的本體部4a和形成在本體部4a的 旋轉方向兩端部的卡合凸部4b，4b構成。卡合凸部4b，4b突出設置在本體部4a的端部的 最外徑側的位置。而與之對應地，作為第二磁極進行動作的磁性體、即止動器24由在中心 部件43方向立設的突部形成。其他結構與實施方式1相同。圖18是表示在從中立位置到第一穩定位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視 圖。圖19是表示在從第一穩定位置到中立位置的驅動初期產生的磁通的狀態的剖視圖。 圖20是表示在從第一穩定位置到中立位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視圖。在圖 17中，在從中立位置到第一穩定位置的驅動初期，由于可動元件1的磁極和線圈47B的磁極 之間的空隙短，從而電磁力增大。在圖18中，在從中立位置到第一穩定位置的驅動后期，使 卡合凸部4b突出的可動元件4的端面不與作為磁極而動作的止動器24抵接，從而與實施 方式2相比，電磁力減少。在圖19中，在從第一穩定位置到中立位置的驅動初期，線圈47E 的磁極和可動元件4的磁極是面對面地相向，從而在磁通的路徑中，徑向成為主要成分，因 此，雖然總磁通量比實施方式2多，但是對旋轉驅動力的作用率卻很差。在圖20中，在從第 一穩定位置到中立位置的驅動初期，與實施方式1的裝置相比，在產生的電磁力方面并沒 有大的差異。表1
向第一穩定位置的動作返回中立位置的動作驅動初期驅動后期驅動初期驅動后期促動器101 (實施方式1)OOOO促動器102 (實施方式2)XOOO促動器103 (實施方式3)XOOO促動器104 (實施方式4)OO厶O 上述表表示在實施方式1至4的促動器101至104中，與從中立位置朝向第一穩定位置的動作和從第一穩定位置返回中立位置的動作相關，在各驅動初期和驅動后期的電 磁力(轉矩)的大小。在表中，雙圈表示非常強，〇表示強，Δ表示弱，X表示非常弱。對 于促動器102和促動器103，在從中立位置朝向第一穩定位置的動作中，驅動初期的電磁力 (轉矩)小，驅動后期的電磁力(轉矩)大，從而相應于圖4所示的開關的接點的負載曲線。 但是，促動器102和促動器103的朝向第一穩定位置的驅動初期的電磁力(轉矩)非常小。 為了使停止的可動元件開始動作，需要克服由可動元件重量產生的慣性力、靜止摩擦以及 接點的負荷的電磁力(轉矩)。然而，促動器102和促動器103的朝向第一穩定位置的驅動 初期的電磁力(轉矩)小，因此不適合。另一方面，促動器104的從中立位置朝向第一穩定位置的動作的驅動初期的電磁 力非常強。但是，從第一穩定位置返回中立位置的動作的驅動初期的轉矩小。也就是說，促 動器102和促動器103的從第一穩定位置返回中立位置的動作的電磁力特性優良，促動器 104的從中立位置朝向第一穩定位置的動作的電磁力特性優良。由此，促動器101形成組合 了兩者的形狀。實施方式5圖21是表示本發明實施方式5的三穩定型擺動電磁促動器的剖視圖。圖22是表 示在從中立位置到第一穩定位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視圖。在本實施方式的 三穩定型擺動電磁促動器105中，卷繞線圈47G，47H來代替實施方式1的線圈47A，47C。線 圈47G，47H分別在可動元件1位于第一穩定位置和第二穩定位置時，在圍繞可動元件1的 方向卷繞。在此，將在線圈47B，47D，47E，47F那樣的方向卷繞的線圈稱為在切線方向卷繞 的線圈(第一線圈)，將在線圈47G，47H那樣的方向卷繞的線圈稱為在徑向卷繞的線圈(第 二線圈)。與之相對應地，中心部件25為了避開線圈47G，47H而在內徑方向形成凹部。如上所述，在本實施方式的促動器105中，在第一穩定位置和第二穩定位置分別 設置第二線圈47G，47H，該第二線圈47G，47H以圍繞分別處于第一穩定位置和第二穩定位 置的可動元件1的方式配置。由線圈47G生成的磁通如圖22所示都在切線方向通過可動元 件1。對于設置在第二穩定位置的線圈47H也同樣。由此，在本實施方式的促動器105中， 與實施方式1相比能夠更有效地獲得大的旋轉驅動力。實施方式6圖23是表示本發明實施方式6的三穩定型擺動電磁促動器的剖視圖。圖24是沿 圖23的A-A線的向視剖視圖。在圖24中，圖左側表示產生磁通的狀態。右側表示定子45 的層積結構。通過將定子45設置成層積結構，能夠隔斷渦流。在圖23中，由線圈47A，47D，47E，47F產生的電磁力在可動元件1的旋轉方向從線 圈的跟前開始增加，當可動元件1超過線圈時，電磁力變弱。因此，在本實施方式的三穩定 型擺動電磁促動器106中，在定子45的旋轉軸方向(旋轉軸41的延伸方向)兩面重疊配 置磁性體26。磁性體26由重疊于定子45的磁軛部的大徑部26a、包圍旋轉軸41的小徑部 26b、從小徑部26b向大徑部26a架設形成的放射狀部26c構成。該放射狀部26c在層積方 向(與旋轉軸方向相同)重疊配置于線圈與線圈之間的磁極上。即，在線圈之間的磁極的 旋轉軸方向兩端部配置磁性體26的放射狀部26c。由此，相對于以往磁通只通過可動元件 1的旋轉方向的端部的徑向一邊，磁通也通過層積方向，因此，在電磁力降低的區域，也能夠 增加電磁力。
實施方式7圖25是表示本發明實施方式7的三穩定型擺動電磁促動器的剖視圖，表示在從中 立位置到第一穩定位置的驅動初期產生的磁通的狀態。在圖25中，在本實施方式的三穩定 型擺動電磁促動器107中，中心部件27由配置在旋轉軸41周圍的圓筒狀部27a和從圓筒 狀部27a的外周面呈放射狀突出的多個突出部27b構成。并且，在各突出部27b的頂部，以 與各可動元件1相向的方式配置永久磁鐵49。也就是說，在可動元件1的內徑側，沿著可動 元件1的移動方向，以與可動元件1相向的方式配置多個永久磁鐵49。永久磁鐵49作為可 動元件1的驅動力的輔助。其他結構與實施方式5相同。如在上述實施方式6中也描述的那樣，以往，只有通過可動元件1的徑向一邊的磁 通對驅動起作用。因此，在本實施方式中，通過在可動元件1的內側配置永久磁鐵49，能夠 使磁通也通過可動元件1的內側的一邊而增大電磁力。永久磁鐵49以N極和S極交替的 方式進行配置。圖26是表示在從中立位置到第一穩定位置的驅動后期產生的磁通的狀態的剖視 圖。永久磁鐵49生成的磁通通過可動元件1、通過構成第二磁極的止動器21a。由此，在可 動元件1和止動器21a之間作用電磁力，在隔斷線圈電流時，能夠使保持力作用。實施方式8圖27是表示本發明實施方式8的三穩定型擺動電磁促動器的剖視圖，表示在中立 位置由第二永久磁鐵產生的磁通的狀態。圖28是表示穩定在第一穩定位置的可動元件的 狀態的剖視圖。在圖27中，在本實施方式的三穩定型擺動電磁促動器108中，在中立位置 的可動元件1的圓周方向兩端部，設置用于輔助可動元件1的中立位置的穩定停止的第二 永久磁鐵51，51。第二永久磁鐵51，51以分別成為N極和S極的方式配置。其他的結構與 實施方式5相同。根據本實施方式的三穩定型擺動電磁促動器108，一個永久磁鐵51生成的磁通通 過可動元件1并供給到另一個永久磁鐵51。通過形成這樣的磁路徑，即使隔斷向線圈的通 電，可動元件1在永久磁鐵51，51的作用下也將穩定在中立位置。線圈47E，47F的通電方 向與永久磁鐵51，51的方向相同。實施方式9圖29是表示本發明實施方式9的三穩定型擺動電磁促動器的剖視圖。圖30是沿 圖29的B-B線的向視剖視圖。在圖29中，在本實施方式的三穩定型擺動電磁促動器109 中，在中立位置的可動元件1的圓周方向兩端部的磁性體26中，埋設用于輔助可動元件1 在中立位置的穩定停止的第二永久磁鐵53，53。第二永久磁鐵53，53以分別成為N極和S 極的方式配置。其他的結構與實施方式6相同。根據本實施方式的三穩定型擺動電磁促動器109，一個永久磁鐵53生成的磁通通 過可動元件1并供給到另一個永久磁鐵53。通過形成這樣的磁路徑，即使隔斷向線圈的通 電，可動元件1也將在永久磁鐵53，53的作用下穩定在中立位置。線圈47E，47F的通電方 向與永久磁鐵53，53的方向相同。實施方式10圖31是表示本發明實施方式10的三穩定型擺動電磁促動器的剖視圖。圖32是 沿圖31的C-C線的向視剖視圖。在圖31中，在本實施方式的三穩定型擺動電磁促動器110中，與實施方式6同樣地，在定子45的旋轉軸方向(旋轉軸41的延伸方向)兩面重疊配置 磁性體30，在該磁性體30的與止動器重疊的位置的放射狀部30c設置第三永久磁鐵55。磁性體30由重疊于定子45的磁軛部的大徑部30a、包圍旋轉軸41的小徑部30b、 和從小徑部30b向大徑部30a架設形成的放射狀部30c構成。在多個放射狀部30c中的與 止動器重疊的位置的放射狀部30c上設置面積增大了的部分30d，在該面積增大了的部分 30d中埋設第三永久磁鐵55。即，在本實施方式中，在止動器的旋轉軸方向兩端部設置第三 永久磁鐵55。永久磁鐵55生成的磁通通過可動元件1的抵接面。由此，在可動元件1和止 動器21a之間作用電磁力，可動元件1被穩定地保持在第一穩定位置。在第二穩定位置也 同樣。實施方式11圖33是表示本發明實施方式11的三穩定型擺動電磁促動器的可動元件穩定在中 立位置的狀態的剖視圖。圖34是表示本發明實施方式11的三穩定型擺動電磁促動器的可 動元件穩定在第一穩定位置的狀態的剖視圖。在本實施方式的三穩定型擺動電磁促動器 111中，增大可動元件11的圓周方向的長度，使之從中立位置到第一穩定位置和第二穩定 位置的轉動角度為90°。其他結構與實施方式5相同。在圖33中，作為有助于產生從中立位置到第一穩定位置的驅動初期的電磁力的 磁極而動作的卡合凸部lib的端面、和對線圈47B進行勵磁的磁極45b的圓周方向端面，位 于在半徑方向延伸的規定的同一面上，是一致的。另外，在圖34中，作為用于產生從第一穩 定位置到中立位置的驅動初期的電磁力的磁極而動作的本體部Ila和卡合凸部lib的臺階 部，相對于對線圈47E進行勵磁的磁極45b的圓周方向端面，位于沿半徑方向延伸的規定的 同一面上。該磁極形成的思想在所有的實施方式中均相同。實施方式12圖35是表示本發明實施方式12的三穩定型擺動電磁促動器的可動元件穩定在中 立位置的狀態的剖視圖。圖36是表示本發明實施方式12的三穩定型擺動電磁促動器的可 動元件穩定在第一穩定位置的狀態的剖視圖。在本實施方式的三穩定型擺動電磁促動器 112中，減小可動元件12的圓周方向的長度，使之從中立位置到第一穩定位置和第二穩定 位置的轉動角度為120°。其他結構與實施方式5相同。在圖35中，作為有助于產生從中立位置到第一穩定位置的驅動初期的電磁力的 磁極而動作的卡合凸部12b的端面、和對線圈47B進行勵磁的磁極45b的圓周方向端面，位 于在半徑方向延伸的規定的同一面上，是一致的。另外，在圖36中，作為有助于產生從第一 穩定位置到中立位置的驅動初期的電磁力的磁極而動作的卡合凸部12b的端面，相對于對 線圈47E進行勵磁的磁極45b的圓周方向的端面，位于沿半徑方向延伸的規定的同一面上。實施方式13圖37是表示本發明實施方式13的三穩定型擺動電磁促動器的可動元件穩定在中 立位置的狀態的剖視圖。圖38是表示本發明實施方式13的三穩定型擺動電磁促動器的可 動元件穩定在第一穩定位置的狀態的剖視圖。在本實施方式的三穩定型擺動電磁促動器 113中，通過增大作為第二磁極而進行動作的磁性體、即止動器33的徑向厚度，使轉子13從 中立位置到第一穩定位置和第二穩定位置的轉動角度為90°。其他結構與實施方式5相 同。
13
在圖37中，作為有助于產生從中立位置到第一穩定位置的驅動初期的電磁力的 磁極而動作的卡合凸部13b的端面、和對線圈47B進行勵磁的磁極45b的圓周方向端面，位 于在半徑方向延伸的規定的同一面上，是一致的。另外，在圖38中，作為有助于產生從第一 穩定位置到中立位置的驅動初期的電磁力的磁極而動作的本體部13a和卡合凸部13b的外 周側的臺階部，相對于對線圈47E進行勵磁的磁極45b的圓周方向端面，位于沿半徑方向延 伸的規定的同一面上。該磁極形成的思想在所有的實施方式中均相同。實施方式14圖39是表示設置成本發明實施方式14的三穩定型擺動電磁促動器的中立位置位 于豎直下方的狀態的剖視圖。在本實施方式的三穩定型擺動電磁促動器114中，在設置于 設置場所時，以中立位置位于豎直下方的方式進行設置。中立穩定位置由于不具有物理性 地停止的結構，故而當可動元件1的位置從中心偏移而停止時，可動元件在自重的作用下 旋轉而無法穩定在中立位置。因此，通過將中立位置配置于下方，即使是在從中立位置偏移 的位置停止，可動元件1也能夠在自重的作用下穩定在中立位置。因此，例如即使在驅動中 產生事故而無法對線圈通電從而導致可動元件1停止在驅動中途的情況下，也能夠利用自 重而穩定在中立位置。實施方式15圖40是表示本發明實施方式15的三穩定型擺動電磁促動器的可動元件在中立位 置由螺線管裝置保持的狀態的剖視圖。在圖40中，在本實施方式的三穩定型擺動電磁促動 器115中還具有帶插棒35a的螺線管裝置35，該插棒35a沿半徑方向出入，其前端與設置于 可動元件1的凹部卡合。設置在中立位置的螺線管裝置35接通或切斷向驅動線圈35b的 電流供給，從而使插棒35a出入。在可動元件1上設置凹部，在該凹部中嵌入插棒35a的前 端。在本實施方式中，在中立位置采用螺線管裝置35而物理性地保持可動元件1。若 如實施方式8和實施方式9那樣配置永久磁鐵，則即使在不對線圈通電時，也能夠使之穩定 在中立位置。但是，在因地震等而從外部施加振動的情況下，有可能脫離中立位置。因此， 在本實施方式中，在可動元件1穩定在中立位置時，通過將螺線管裝置35的插棒35a插入 可動元件1而進行物理固定。實施方式16圖41是表示本發明實施方式16的三穩定型擺動電磁促動器的線圈的連接方法的 主要部分的電路圖。對相鄰的線圈47B和線圈47C進行說明。通過并聯連接線圈47B和線 圈47G，能夠增大每一個線圈的電阻。因此，由于能夠減小線圈的線徑，可以實現線圈的輕量 化和低成本化。下面，表示電源采用電容器時的電路方程式。q(t)/C
=I⑴*R+L(x、I)*dl⑴/dt+dcp(x、I)*dx(t)/dt、dq(t)/dt = I (t)在此，q表示電荷(C)，C表示靜電容量(F)，I表示電流(A)，R表示電阻(Q)，L表 示自感(H)，χ表示可動元件位置(πι)，φ表示磁通(T)。在該式中，在歐姆的式子上加上右邊的第二項的自感項和第三項的感應電壓項。根據該式子，由于左邊的電容器容量和右邊 的電阻是一定的，因此，若自感項和感應電壓項增大，則可以說電流變小。若為串聯連接，則 自感成為兩個線圈的量，而若為并聯連接，則成為一個線圈量的自感，因此，自感項變小，電 流變大。下面對感應電壓項進行說明。圖42是表示用于對因可動元件的位置而引起的感 應電壓項進行說明的、可動元件位于中立位置的狀態的剖視圖。圖43是表示用于對因可動 元件的位置而引起的感應電壓項進行說明的、可動元件位于中立位置和第一穩定位置之間 的狀態的剖視圖。感應電壓項由磁通量決定，因此，用各位置的磁通量和電流值進行評價。 在圖42的驅動初期，線圈47B和線圈47G的磁通量小，因此，在線圈47B和線圈47G中流動 有相同量的電流值。而在圖43的位置中，線圈47B的磁通量大，線圈47G的磁通量小，因 此，線圈47G中流動的電流的比例變大。由于線圈47B用于驅動初期的驅動力，因此，在圖 43的位置，不對驅動力作用，線圈47G驅動可動元件1。因此，在圖43的位置，若電流不在 線圈47B中流動而多在線圈47G中流動的話，效率高。因此，通過并聯連接線圈，感應電壓 項起作用，從而可以進行使電流在驅動后期難以在線圈47B中流動而多在線圈47G中流動 的電流控制。如上所述，本發明的三穩定型擺動電磁促動器適用于與開關、斷路器連接的電磁 促動器，尤其適用于如下的電磁促動器，該電磁促動器與由兩個固定接點和一個可動接點 構成開關、斷路器的“接通”、“切斷”、“接通”動作連動，可動元件在3處停止。
權利要求
一種三穩定型擺動電磁促動器，其特征在于，具有定子，呈圓筒狀，朝向中心方向突出設置有多個第一磁極；可動元件，在所述定子的內側沿圓周方向延伸，并能沿該圓周往復轉動地被支承；以及多個線圈，卷繞在所述第一磁極上，以使所述可動元件停止在作為其轉動范圍的一端側的第一穩定位置、作為其轉動范圍的另一端側的第二穩定位置以及作為中間位置的中立位置這三個位置的方式施力；在所述第一穩定位置和所述第二穩定位置設置有由磁性體構成的第二磁極，該第二磁極與所述可動元件的旋轉方向端部抵接而擋住該可動元件。
2.如權利要求1所述的三穩定型擺動電磁促動器，其特征在于，在所述可動元件的旋 轉方向端部形成卡合凸部；在所述第二磁極上形成有用于與所述卡合凸部卡合的卡合凹部。
3.如權利要求2所述的三穩定型擺動電磁促動器，其特征在于，所述卡合凸部形成在 從所述可動元件的端部的半徑方向中心向所述線圈側偏心的位置。
4.如權利要求1所述的三穩定型擺動電磁促動器，其特征在于，在所述第一穩定位置 和所述第二穩定位置上設置有第二線圈，該第二線圈以圍繞位于所述第一穩定位置和所述 第二穩定位置的所述可動元件的方式配置。
5.如權利要求1所述的三穩定型擺動電磁促動器，其特征在于，在所述線圈間的所述 磁極的旋轉軸方向兩端部配置磁性體。
6.如權利要求1所述的三穩定型擺動電磁促動器，其特征在于，設置有用于輔助所述 可動元件的驅動力的永久磁鐵，該永久磁鐵沿著所述可動元件的移動方向以與該可動元件 相向的方式配置。
7.如權利要求1所述的三穩定型擺動電磁促動器，其特征在于，在所述中立位置的所 述可動元件的圓周方向兩端部，設有用于輔助所述可動元件在所述中立位置的穩定的第二 永久磁鐵。
8.如權利要求1所述的三穩定型擺動電磁促動器，其特征在于，在所述中立位置的所 述可動元件的圓周方向兩端的旋轉軸方向兩端部，設有用于輔助所述可動元件在所述中立 位置的穩定的第二永久磁鐵。
9.如權利要求1所述的三穩定型擺動電磁促動器，其特征在于，在所述止動器的旋轉 軸方向兩端部設置有第三永久磁鐵。
10.如權利要求1所述的三穩定型擺動電磁促動器，其特征在于，所述可動元件的圓周 方向端面位置與對所述線圈進行勵磁的磁極的圓周方向端面位置一致。
11.如權利要求1所述的三穩定型擺動電磁促動器，其特征在于，以相對于所述中立位 置向所述第一穩定位置和所述第二穩定位置的旋轉角分別為90°的方式，選定所述可動元 件的圓周方向的長度。
12.如權利要求1所述的三穩定型擺動電磁促動器，其特征在于，以相對于所述中立位 置向所述第一穩定位置和所述第二穩定位置的旋轉角分別為120°的方式，選定所述可動 元件的圓周方向的長度。
13.如權利要求1所述的三穩定型擺動電磁促動器，其特征在于，以在設置于設置場所 時所述中立位置位于豎直下方的方式設置。
14.如權利要求1所述的三穩定型擺動電磁促動器，其特征在于，還具有螺線管裝置， 該螺線管裝置具有插棒，該插棒在半徑方向出入并且其前端與設置于所述可動元件的凹部 卡合。
15.如權利要求1所述的三穩定型擺動電磁促動器，其特征在于，所述第一線圈和所述第二線圈并聯連接。
全文摘要
本發明提供一種三穩定型擺動電磁促動器(101)，其具有定子(45)，呈圓筒狀，朝向中心方向突出設置有多個第一磁極(45b)；可動元件(1)，在定子的內側沿圓周方向延伸，并能沿該圓周往復轉動地被支撐；以及多個線圈(47A～47F)，卷繞在第一磁極上，以使可動元件停止在作為其轉動范圍的一端側的第一穩定位置、作為其轉動范圍的另一端側的第二穩定位置以及作為中間位置的中立位置這三個位置的方式施力；在第一穩定位置和第二穩定位置設置有由磁性體構成的第二磁極(21a、21b)，該第二磁極與可動元件的旋轉方向端部抵接而擋住可動元件。
文檔編號H02K33/00GK101911449SQ20088012479
公開日2010年12月8日 申請日期2008年1月17日 優先權日2008年1月17日
發明者中川隆文, 月間滿, 高橋和希 申請人:三菱電機株式會社