JP3473208B2

JP3473208B2 - 電磁ソレノイド

Info

Publication number: JP3473208B2
Application number: JP22294695A
Authority: JP
Inventors: 義雄光武; 義孝一井; 勝弘平田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 2003-12-02
Anticipated expiration: 2015-08-31
Also published as: JPH0969432A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電磁ソレノイドに関
する。

【０００２】

【従来の技術】電動によりバルブの開口を操作をする、
例えばディーゼルエンジンの排気ガス再循環装置のバル
ブの開口制御の駆動源として用いられる電磁ソレノイド
は、その制御回路の簡略化のために、電磁コイルに流す
励磁電流に比例した磁気的引力特性が要望される。そし
て一般に、電磁ソレノイドを、スプリングと組み合わ
せ、励磁電流により比例的に操作してバルブの開口制御
を行っている。この様な用途の電磁ソレノイドは、可動
子の移動する全ストローク域に渡って磁気的引力の変動
を少なくするために、固定鉄心と可動子の互いに対向す
る各対向部を、可動子の方を円錐台状に、固定鉄心の方
をそれに略対応する凹状にしている。なお、この固定鉄
心と可動子の軸方向の磁気的引力特性については、軸方
向のある特定の範囲について大きくするために、固定鉄
心と可動子との対向部の円錐台状形状において、一方の
テーパ角度を軸方向位置につれて変化させた略円錐状テ
ーパとすることが開示されている。（例えば特開昭５８
−８６７０９）

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のものは、対向部
を互いに平坦にしたものとの比較において、磁気的引力
の変動は少ないものとなる。しかし、そのものを細かく
みた場合、ストロークの始まり、すなわち励磁電流の流
れ始めの範囲において、その他の範囲と比較して可動子
への磁気的吸引力の大きいものとなる。従って、ストロ
ークの全域において励磁電流によるバルブの開口の比例
的な操作を行ったとき、ストロークの始まりにて誤差が
生ずるものとなる。そして、その誤差が無視できない場
合には、バルブの開口の操作に供する電磁ソレノイドの
ストロークの範囲を縮小するか、可動子の位置を電気的
に検出し、その検出値を正しい値に調節するために励磁
電流を調節する演算回路を必要とし、低コスト化におい
ての大きな障害となっていた。

【０００４】本発明は、かかる事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、可動子の移動するストロ
ーク全域に渡って磁気的引力特性の変動の少ない電磁ソ
レノイドを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の電磁ソレノイドは、電磁コイルと、
電磁コイルに流れる励磁電流により磁化制御される継鉄
及び固定鉄心と、固定鉄心より磁気的引力を受けてその
同軸上を移動し得るよう配設される可動子と、固定鉄心
と可動子との間の磁気的引力に対抗するスプリングを具
備し、固定鉄心と可動子の互いに対向する各対向部は、
可動子の方を円錐台状に、固定鉄心の方をそれに略対応
する凹状とした電磁ソレノイドにおいて、軸方向と直交
方向における各対向部間の距離を、前記可動子が固定鉄
心に最も近接したとき、可動子の先端側にいくに従い大
きくなるよう形成した構成としている。これにより、可
動子の変位するストローク全域にて磁気的引力の変化を
小さくできる。

【０００６】また、請求項２記載の電磁ソレノイドは、
前記各対向部を、前記可動子が固定鉄心に最も近接した
とき、その起点が軸方向において略一致する位置に形成
した構成としている。これにより、可動子の変位するス
トローク全域にて変化の小さい、高い磁気的引力が得ら
れる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１及
び図２に基づいて説明する。この電磁ソレノイド１は、
電磁コイル２と、継鉄３及び固定鉄心４と、軸６を有す
る可動子５と、軸を支持する軸受け８及び９と、軸の位
置を検出するポジションセンサ１０と、スプリング７
と、ケーシング１１とを主要構成部材とする。

【０００８】電磁コイル２は、円筒状の巻胴部２ａと、
その両端に連設した鍔部２ｂを有して合成樹脂にて型造
されてなるボビン２ｃの巻胴部２ａの外周に、表面を絶
縁層にて被覆された軟銅線を巻回して形成される。ボビ
ン２ｃは、後述する継鉄３及び固定鉄心４を、巻胴部２
ａの内側において一定距離を隔てて同軸的に対向配設さ
せる位置決め機能も有する。

【０００９】継鉄３は、磁性金属材料により、ボビン２
ｃの巻胴部２ａの内径に略等しい外径の円筒部３ａと、
ボビン２ｃの鍔部２ｂの外径と略等しい外径の鍔部３ｂ
とを有する形状に、切削加工等により一体に形成され
る。円筒部３ａは、ボビン２ｃの巻胴部２ａの略半分の
長さを有し、その内方には後述する可動子５を同軸上に
遊嵌する。この継鉄３は、円筒部３ａをボビン２ｃの巻
胴部２ａの一端側より挿入し、鍔部３ｂにて位置決めさ
れて配設される。

【００１０】固定鉄心４は、磁性金属材料により、ボビ
ン２ｃの巻胴部２ａの内径に略等しい外径の円筒部４ａ
と、ボビン２ｃの鍔部２ｂの外径と略等しい外径の鍔部
４ｂとを有する形状に、切削加工等により一体に形成さ
れる。円筒部４ａは、後述する可動子５の対向部に対向
する凹状の対向部４ｃと、後述する軸６及びスプリング
７を挿通する軸穴とを有する。この固定鉄心４は、円筒
部４ａをボビン２ｃの巻胴部２ａの継鉄３を配設した他
端側より挿入し、鍔部４ｂにて位置決めされて継鉄３の
円筒部３ａと一定距離を隔てて対向して配設される。な
お、可動子と関係する構成の詳細は後述する。

【００１１】可動子５は、磁性金属材料により、中心に
肉逃がしの穴を設けた円柱部５ａと、固定鉄心４の対向
部４ｃと対向する対向部５ｂを有して形成される。さら
に詳しくは、円柱部５ａは、その外径を継鉄３の円筒部
３ａの内径より僅かに小さい寸法とし、中心の肉逃がし
穴寸法は適宜とし、後述する軸６を固着する固着穴を中
心に有する。対向部５ｂは、円柱部５ａと連なる円錐台
状とし、中心には後述する軸６及びスプリング７を挿通
する軸穴を有する。この可動子５は、軸６を固着穴に貫
通して所定の位置に固着し、後述する第１軸受け８及び
第２軸受け９にて軸６の両端が往復動自在に支持され
て、継鉄３の円筒部３ａの内側の同軸上に配設される。

【００１２】次に固定鉄心４と可動子５との関係する構
成について、図２に基づき説明する。固定鉄心４と可動
子５の互いに対向する対向部４ｃ及び５ｂは、その各テ
ーパ角度を、固定鉄心の凹状の対向部４ｃをθ２とし、
可動子５の円錐台状をθ１としたとき、θ２＜θ１の関
係としている。すなわち、軸方向と直交方向における各
対向部間の距離を、可動子５が固定鉄心４に最も近接し
たとき、可動子５の先端側にいくに従い大きくなるよう
形成している。また、これらの各対向部は、可動子５が
固定鉄心４に最も近接したとき、その起点が軸方向にお
いて略一致する位置に形成している。

【００１３】軸６は、黄銅等の非磁性金属材料により、
可動子５の固着穴と略等しい外径寸法でもって可動子５
より十分長い長さを有して形成され、可動子５に所定位
置に位置するよう固着される。なお、電磁ソレノイド１
から下方に突出する軸６の他端には、図には示されてい
ないが、例えばバルブの開口の調節部材と連結固定され
て、矢印６ａに示す直線方向に駆動されることにより、
バルブの開口制御などを行う。

【００１４】スプリング７は、ステンレス等により形成
されたコイルスプリングであり、一端を可動子５、他端
を後述する第１軸受け８にそれぞれ当接させて軸６に遊
嵌され、前述の固定鉄心４に形成された軸穴に遊挿され
る。

【００１５】第１軸受け８は、合成樹脂により型造さ
れ、固定鉄心４の鍔部４ｂと略同一の外径寸法を有する
円盤形状をなし、中心部に軸６を往復動自在に支持する
軸穴を有して形成される。

【００１６】第２軸受け９は、合成樹脂により型造さ
れ、継鉄３の円筒部３ａの内径より僅かに大きい外径寸
法を有する円盤形状をなし、可動子５の肉逃がし穴に対
応する円柱状の突起を有し、中心に軸６を往復動自在に
支持する軸穴を有して形成される。この第２軸受け９
は、外径寸法を継鉄３の円筒部３ａの内側に圧入固着で
きる程度に設定し、平面９ａが継鉄３の鍔部３ｂの表面
と略同一平面となるよう圧入固着されて、スプリング７
により押圧された可動子５の軸方向の位置決めを行う。

【００１７】ポジションセンサ１０は、軸６の一端に接
し、軸６の直線方向の位置変位に対応して電気信号を出
力し、図示されない外部回路により、軸６の位置をフィ
ードバック制御するのに供される。このポジションセン
サ１０は、例えば摺動型の可変抵抗器により、軸６の変
位を電気抵抗の変化として検出するものが用いられ、電
磁ソレノイド１に固着される鍔部を有したセンサ取付台
１０ａにて取着される。

【００１８】ケーシング１１は、磁性金属材料により、
継鉄３の鍔部３ｂ及び固定鉄心４の鍔部４ｂの外径より
僅かに大きい内径の中空円筒部１１ａと、一端側に第１
軸受け８の周縁部を載置する円環部１１ｂを有して形成
される。中空円筒部１１ａは、その長さを、第１軸受け
８、固定鉄心４、電磁コイル２、継鉄３及びセンサ取付
台１０ａを積層した寸法よりやや大きい寸法として、そ
の先端部は、全体を内包固着するための固着部１１ｃと
なる。また、ケーシング１１は、電磁コイル２に励磁電
流が流れることにより、継鉄３と、可動子５と、固定鉄
心４とともに磁路を形成する。

【００１９】電磁ソレノイド１は、以上の部材で構成さ
れ、その組み立てはケーシング１１に、まず、第１軸受
け８、固定鉄心４、電磁コイル２、継鉄３の順に挿入
し、次いで、スプリング７と、軸６を所定の位置に固着
した可動子５を挿入し、次いで、第２軸受け９を継鉄３
へ圧入固着した後ポジションセンサ１０を挿入する。そ
して、センサ取付台１０ａから突出しているケーシング
１１の縁端部を、所定の押圧力で、センサ取付台１０ａ
の端部外方を押圧するように加圧変形する。

【００２０】上記のように構成される電磁ソレノイド１
において、電磁コイル２の励磁電流が零の場合、可動子
５は、軸６に遊嵌されたスプリング７のばね力により、
図１に示す第１位置（固定鉄心４より最も離れた位置）
にある。電磁コイル２に励磁電流が流れることにより、
継鉄３と、可動子５と、略平行のギャップを設けて配設
された固定鉄心４と、ケーシング１１とにより磁路が形
成され、ギャップにおいて、可動子５に対し固定鉄心４
の側に向かう磁気的引力が働く。可動子５及び軸６は、
この磁気的引力とスプリング７のばね力が平衡する位置
まで、矢印６ａに示す方向に移動する。可動子５は、電
磁コイル２を流れる励磁電流の所定範囲における最大値
のとき、図１の一点鎖線で示す第２位置（固定鉄心４に
最も近い位置）に到達する。

【００２１】図３は、軸方向の対向部間のギャップの変
化量（以下ストロークと称する）と磁気的引力の関係す
なわち、ストローク−磁気的引力特性の実測データのグ
ラフである。このグラフは、図２に示す本発明の実施形
態の電磁ソレノイド１の、固定鉄心４の凹状の対向部４
ｃのテーパ角度θ２を６０度一定とし、可動子５の円錐
台状の対向部５ｂのテーパ角度θ１をパラメータとして
変化させたたものの実測データに基づく。このパラメー
タの値については、θ１＝６０度は従来例の場合、θ１
＝６５度、及びθ１＝７０度は本発明の実施形態の場合
を示す。またこのテーパ角度θ１は、テーパを形成する
起点を可動子５の先端面にて一致させ変化させたもので
ある。そしてθ１＝７０度において、可動子５が固定鉄
心４に最も近接したときに、可動子のテーパ面の終点が
固定鉄心のテーパ面の起点と軸方向において略一致す
る。

【００２２】この実測データから明らかなように、従来
例の場合、磁気的引力は、ストロークが２ｍｍ以下すな
わち可動子５の第１位置付近において約５０Ｎで、スト
ロークの２ｍｍ以上の平均値４３．５Ｎに比べて約１５
％程度高いものとなっている。すなわち、固定鉄心４と
可動子５の互いに対向する対向部の各テーパ角度を等し
くしたものは、可動子５が第１位置付近にある状態で
は、励磁電流が流れることにより、磁束は、凹部４ｃと
対向部５ｂの対向部間で最も近接する固定鉄心４の凹部
４ｃの上方縁端に偏って発生し、磁気的引力として大き
く作用することとなる。この磁束の発生が、電磁ソレノ
イドのストローク−磁気的引力特性の変動を大きくさせ
る大きな要因となっている。

【００２３】また、本発明の実施の形態における円錐台
状テーパ角度θ１を６５度とした場合、磁気的引力は、
ストロークの１ｍｍから７ｍｍの間においての平均は４
３．７Ｎでその最大変動幅は２．３Ｎで、その変動の比
率は約±２．６％であり、安定した値であることがわか
る。すなわち、固定鉄心４と可動子５の互いに対向する
対向部の、軸方向と直交方向における各対向部間の距離
を、前記可動子５が固定鉄心４に最も近接したとき、可
動子５の先端側にいくに従い大きくなるよう形成したも
のは、可動子５が第１位置付近にある状態では、励磁電
流が流れることにより、磁束は、凹状の対向部４ｃと円
錐台状の対向部５ｂとの対向部間で分散してほぼ均等に
発生し、磁気的引力として、ストロークの大きい場合と
の差が解消されることとなる。その結果、バルブ操作を
行うストローク全域に渡って変動の少ない磁気的引力を
達成できので、励磁電流による比例操作が実現できる。

【００２４】さらに、本発明の実施の形態における円錐
台状テーパ角度θ１を７０度とした場合の磁気的引力
は、ストロークの１ｍｍから７ｍｍの間においての平均
は４８Ｎでその最大変動幅は１．９Ｎで、その変動の比
率は約±２％であり、θ１＝６５度と同様に安定した値
を示し、その平均値が約１０％大きいものであることが
わかる。すなわち、対向部を、可動子５が固定鉄心４に
最も近接したとき、対向部の起点が軸方向において略一
致する位置に形成したものは、可動子５が第１位置付近
にある状態で励磁電流が流れることにおいて、磁束は、
凹状の対向部４ｃと円錐台状の対向部５ｂとの対向部間
で分散してほぼ均等に発生するとともに、対向部間の磁
気抵抗が小さくなることにより、磁気的な効率の向上も
図れることとなる。その結果、θ１を７０度としたもの
は、θ１を６５度としたものに比べ高い磁気的引力が得
られるので、より低電流による駆動が可能となる。

【００２５】なお、実施形態におけるθ１＝７０度のも
のにおいて、その各対向部を、可動子５が固定鉄心４に
最も近接したとき、その起点を軸方向において略一致す
る位置に形成したが、これは異なる位置としても磁気的
な効率は低下するものの、磁気的引力の安定化に対する
影響は僅かで何ら問題とはならない。また、固定鉄心４
の凹状のテーパ角度θ２を６０度とし、可動子５の円錐
台状のテーパ角度θ１をパラメータとして最大７０度ま
でについての実測データを示したが、このテーパ角度θ
２及びθ１は、可動子５及び固定鉄心４の磁性金属材料
の条件、あるいは可動子が固定鉄心に最も近接したとき
の軸方向と直交方向における各対向部間の距離の設定に
おいて設定されるべきもので、何ら限定するものではな
い。

【００２６】

【発明の効果】請求項１記載の電磁ソレノイドは、可動
子の変位するストローク全域にて磁気的引力の変化を小
さくできるので、操作を行うストローク全域に渡って励
磁電流による比例操作が可能となる。

【００２７】また、請求項２記載の電磁ソレノイドは、
請求項１記載の効果に加え、可動子の変位するストロー
ク全域にて高い磁気的引力が得られるので、低電流によ
る駆動が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の正面断面図である。

【図２】その要部である対向部の部分拡大図である。

【図３】そのストローク−磁気的引力特性の特性図であ
る。

【符号の説明】

２電磁コイル３継鉄４固定鉄心５可動子６軸７スプリング８第１軸受け９第２軸受け１０ポジションセンサ１１ケーシング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実公昭35−21063（ＪＰ，Ｙ１) 実公昭48−38786（ＪＰ，Ｙ１) 実公昭58−86709（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 7/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁コイルと、電磁コイルに流れる励磁
電流により磁化制御される継鉄及び固定鉄心と、固定鉄
心より磁気的引力を受けてその同軸上を移動し得るよう
配設される可動子と、固定鉄心と可動子との間の磁気的
引力に対抗するスプリングを具備し、固定鉄心と可動子
の互いに対向する各対向部は、可動子の方を円錐台状
に、固定鉄心の方をそれに略対応する凹状とした電磁ソ
レノイドにおいて、軸方向と直交方向における各対向部間の距離を、前記可
動子が固定鉄心に最も近接したとき、可動子の先端側に
いくに従い大きくなるよう形成してなることを特徴とす
る電磁ソレノイド。
【請求項２】前記各対向部は、前記可動子が固定鉄心
に最も近接したとき、その起点が軸方向において略一致
する位置に形成されてなることを特徴とする請求項１記
載の電磁ソレノイド。