JPH0134326Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は動作電流の供給により可動鉄心が移
動し、動作電流を遮断した状態においてもその動
作位置を保持することが可能な自己保持型ソレノ
イドに関するものである。

第１図は従来使用されている自己保持型ソレノ
イドの構成を示すもので、磁性板をＵ字状に折曲
げた磁気ヨーク本体１１と、この磁気ヨーク本体
１１の両端部間を連結するようにして、連結部１
２が磁気ヨーク本体１１に取り付けられて磁気ヨ
ーク１０が形成される。この磁気ヨーク本体１１
の中間部１１ａの中心部分にはほゞ円柱形状の固
定受１３が軸心方向に突出するようにして取り付
けられる。

即ち、中間部１１ａの中心に開孔１１ｅが設け
られ、一方固定受１３の中間部１１ａ側の中心位
置より支持管２０が一体に突出され、支持管２０
が開孔１１ｅに挿通され、その支持管２０の突出
部分が半径方向に押し拡げられて固定受１３が中
間部１１ａに加締め付けられている。なお固定受
１３を貫通するようにその軸心に沿つて小孔２３
が延長形成され、可動鉄心１６の移動時に間隙１
８内の空気の出入が容易に行われるようにしてあ
る。

例えば黄銅などの非磁性体製の円筒体１５の一
端部が固定受１３上に嵌挿されている。この円筒
体１５の他端は磁気ヨークの連結部１２の中心孔
内に挿入されている。円筒体１５内に固定受１３
とほゞ同径の円柱状可動鉄心、いわゆるプランジ
ヤ１６が円筒体１５の軸心に沿つて摺動自在に挿
入されている。可動鉄心１６は復帰状態において
磁気ヨーク１０から抜き出される方向に偏位され
ると共に図示していないストツパにより受け止め
られ、その状態で可動鉄心１６と固定受１３との
間に間隙１８が形成されるよに構成される。

可動鉄心１６がその長手方向において分割さ
れ、その分割された２個の可動鉄心部分は永久磁
石１４を挾んで互に連結される。この永久磁石１
４は常温でソレノイドのコイルによる起磁力の磁
界によつて着磁し、この磁界と反対方向の磁界に
よつて簡単に消磁可能であり、着磁、消磁を繰返
すことができる特性のものであり、例えば残留磁
束密度Br＝12.5〜13.3KG、保磁力Hc＝700〜
630Oe9Alnicoを用いることができる。可動鉄心
１６の突出端には負荷と連結のための貫通孔１６
ａが形成されている。

この可動鉄心１６の固定受１３と対向する面に
はその軸心を含む断面がＶ字型となる凸部２２が
一体に設けられている。このＶ字型凸部２２と対
向して固定受１３の端面には凸部２２が嵌合する
ことができるＶ字型凹部２１が設けられている。
このような構造にすることにより可動鉄心１６と
固定受１３との対向面積が大きくなり可動鉄心１
６の吸引力を大きくすることが可能となる。磁気
ヨーク本体１１の中間部１１ａと連結部１２との
間隔をｈとする時、可動鉄心１６の突出状態で連
結部１２及び永久磁石１４の間隔はｈ／２に選定
されている。又、円筒体１５上にボビン２４が挿
通され、ボビン上に動作用コイル２５が巻装さ
れ、さらにこの上に復帰用コイル２６が巻回さ
れ、復帰用コイル２６上にはテープ２７が巻付け
られる。

動作用コイル２５及び復帰用コイル２６は使用
時には例えば第２図のように電源２９に接続され
ている。即ち両コイル２５，２６の一端は互に接
続されて電源２９の一端に接続され、その各他端
部はスイツチ３１，３２をそれぞれ通じて電源２
９の他端に接続されている。更にスイツチ３１，
３２を“ON”にした時に可動鉄心１６に発生す
る磁界の方向が逆向きになるようにコイル２５，
２６の巻き方向が選定されている。第２図の例で
はコイル２５，２６は同一方向に巻かれ、互に電
流が逆向きに流されるような構造となつている。

ソレノイドの動作時においては、第２図に示す
スイツチ３１を投入するとスイツチ３１を通じて
動作用コイル２５に動作電流が流れる。この動作
電流により円筒体１５内に軸心にほゞ平行な磁界
H₁が形成される。この磁界H₁は磁気ヨーク１
０、固定受１３、可動鉄心１６よりなる閉磁路を
通り、この閉磁路の磁気エネルギーによつて可動
鉄心１６が固定受１３側に移動し、これに当接す
る。又この磁界H₁によつて永久磁石１４が着磁
し、この状態で動作電流を遮断しても永久磁石１
４には第３図に示す永久磁石１４のＢ−Ｈ特性曲
線に従い残留磁気B₁が残ることになる。第３図
において横軸は磁界Ｈ、縦軸は磁束Ｂであり、動
作電流を供給する前は磁界Ｈ＝０で永久磁石１４
の磁束Ｂも０であり、動作電流を供給して磁界
H₁を印加する過程において作動点は特性曲線上
を点33まで移動し、その後動作電流が遮断されて
Ｈ＝０になるとＢ＝B₁となり、永久磁石１４が
着磁される。従つて第４図Ａに示すように永久磁
石１４の磁気力H₀により可動鉄心１６は固定受
１３側に吸引され、固定受１３に保持される。

次に復帰動作を行わせる場合には第２図のスイ
ツチ３２を投入する。スイツチ３２を通じて復帰
用コイル２６に復帰電流が流れ、この電流によつ
て円筒体１５内にはその軸心にほゞ平行でH₁と
逆向きの磁界H₂が形成される。この磁界H₂は第
４図Ｂに示すように永久磁石１４の磁気力H₀と
逆向きで永久磁石１４の残留磁気は消磁される。
従つてごく弱い復帰ばねでも可動鉄心１６は固定
受１３から離脱し、原位置に復帰する。この場合
可動鉄心１６の突出方向を下向きにしてソレノイ
ドを使用すれば可動鉄心１６の自重で、又はこれ
に連結された負荷により復帰するので復帰用ばね
は不要となる。

この際温度変化や電圧変動などの影響によつて
復帰用磁界の値H₂が多少変動することがある。
例えば復帰用磁界の値がH₃（｜H₃｜＜｜H₂｜）
の場合には第３図に示すように永久磁石１４には
残留磁束密度B₂が残存することになるが、これ
による吸引力は弱いためこれに打勝つ程度の弱い
復帰力を可動鉄心１６に与えてやれば容易に原位
置に復帰することになる。又復帰用磁界がH₄（｜
H₂｜＜｜H₄｜）の場合には残留磁束密度B₂が永
久磁石１４に残存することになるが、残留磁束の
極性がB₁と逆方向であるため、その極性が反転
する際に残留磁束密度が零点になるため、その際
に可動鉄心１６は原位置に復帰する。復帰時に必
要な起磁力は作動時に必要な起磁力の1/4程度で
よいので、例えば復帰用コイル２６の巻数は動作
用コイル２５のそれより少なくもよい。

しかし、この従来の装置においては永久磁石１
４が可動鉄心１６を分割してその間に挿入配設さ
れているので構造が複雑で全体も比較的大型化さ
れる。又、可動鉄心１６は固定受１３と衝撃的に
当接する動作を行なうので、挿入配設された永久
磁石１４に衝撃が加わり、がたついた状態になつ
たり破損したりすることがある。従来のものでは
永久磁石１４を磁力の大きなものとすることによ
りその吸引、吸着力を増加させ得るが、永久磁石
１４によつて可動鉄心１６には磁界が印加され、
可動鉄心１６と固定受１３間に吸引力が存在して
いるため、復帰時には充分な復帰力を得るように
復帰用コイル２６に比較的大電流の供給が必要で
あつて駆動効率上問題がある。

この考案は上述した従来の自己保持型ソレノイ
ドにおける諸難点を解決し、極めて小さな駆動力
及び復帰力で円滑な動作が可能な自己保持型ソレ
ノイドを提供するものである。

この考案によると動作及び復帰用コイルの一端
から端部を突出させて動作及び復帰用コイル内に
おいて可動鉄心が移動自在に保持されている。動
作及び復帰用コイルの他端には可動鉄心が動作及
び復帰用コイル内に吸込まれた位置においてこれ
を受け止める固定受が設けられ、この固定受より
動作及び復帰用コイルの突出部間にわたつて磁気
ヨークが配設されている。この考案においてはこ
の可動鉄心の移動方向の一端に永久磁石が設けら
れ、この永久磁石による磁界が磁気ヨークと可動
鉄心を通じて閉磁路を形成するため極めて円滑な
ソレノイドの動作が行なわれる。

第５図に同一部分に同一符号を付して示したの
は、この考案の自己保持型ソレノイドの第１の実
施例の構成を示す図で、この実施例においては、
第１図に示した従来のソレノイドに対して磁気ヨ
ーク本体１１の中間部１１ａの中心部分に円筒体
１５の外径よりやゝ大きな半径を有する開口４１
が設けられ、例えば黄銅などの非磁性材の円筒体
１５が軸方向に延長された形状とされ、その一端
部がこの開口４１外に突出して配設される。この
開口４１から突出した円筒体１５の端部には例え
ば円環状の磁性材の連結体４２が円筒体１５に嵌
合して固定されている。この連結体４２と中間部
１１ａ間において円筒体１５に例えば黄銅などの
非磁性材のリング状スペーサ４３が嵌合され、こ
のスペーサ４３上に円環状の例えばフエライト磁
石、希土類磁石などの永久磁石１４が固定して取
り付けられている。

この取付け状態において中間部１１ａの端部と
これに対向する円筒体１５間にはギヤツプ４４が
形成されている。実施例においては、永久磁石１
４の連結体４２側がＳ極中間部１１ａ側がＮ極と
される。スペーサ４３側からその端部を突出させ
るようにして円筒体１５内に可動鉄心１６が挿入
配設される。磁気ヨーク本体１１の端部間を連結
するようにして取り付けられた磁性材の連結部１
２に同様に磁性材のほゞ円柱状の固定受１３が円
筒体１５内に固定して取り付けられている。この
固定受１３の中心位置と対応する位置において連
結部１２を貫通するように小孔２３が形成されて
いる。例えば黄銅などの非磁性材で形成された円
筒体１５上に同様の非磁性材のボビン２４が挿通
配設され、このボビン２４上に動作及び復帰用コ
イル４０が巻装されている。

第６図に示すように可動鉄心１６と固定受１３
とが開離した状態において、永久磁石１４から供
給される磁束はソレノイド内において２つの閉磁
路を形成する。即ち、第１の閉磁路として磁極
Ｎ、中間部１１ａ、ギヤツプ４４、円筒体１５、
可動鉄心１６、円筒体１５、連結体４２、磁極Ｓ
及び磁極Ｎなる磁路が形成され、この第１の閉磁
路に磁束φ₂が閉じ込められている。又、第２の
閉磁路として、磁極Ｎ、中間部１１ａ、磁気ヨー
ク本体１１、連結部１２、固定受１３、間隙１
８、可動鉄心１６、円筒体１５、連結体４２、磁
極Ｓ及び磁極Ｎなる磁路が形成され、この第２の
閉磁路に磁束φ₂が閉じ込められている。

この第２の閉磁路においては、間隙１８部分の
磁気抵抗が大きいため、第２の閉磁路に閉じ込め
られる磁束φ₂は第１の閉磁路に閉じ込められる
磁束φ₁に比して著しく小さい。従つて動作及び
復帰用コイル４０に動作電流も復帰電流も供給し
ない状態においては、磁束φ₂が小さいために可
動鉄心１６が磁束φ₂が通る第２の閉磁路の磁気
エネルギーにより移動することはない。

次に動作及び復帰用コイル４０に動作電流が流
されると、この動作電流によつて生じる磁束によ
つてソレノイド内において２つの閉磁路が形成さ
れる。即ち第３の閉磁路として中間部１１ａ、磁
気ヨーク本体１１、連結部１２、固定受１３、間
隙１８、可動鉄心１６及び中間部１１ａを通るも
のが形成され、この第３の閉磁路に磁束φ₃が閉
じ込められる。又、第４の閉磁路として磁極Ｎ、
中間部１１ａ、磁気ヨーク本体１１、連結部１
２、固定受１３、間隙１８、可動鉄心１６、円筒
体１５、連結体４２、磁極Ｓ及び磁極Ｎを通るも
のが形成され、この第４の閉磁路に磁束φ₄が閉
じ込められる。

可動鉄心１６の動作及び復帰用コイル４０内に
位置する部分には、その軸心に沿つて動作電流印
加時にはφ₂＋φ₃＋φ₄なる磁束が存在する。又、
ギヤツプ４４部分では磁束φ₁と磁束φ₃が互に逆
向きであつて磁束φ₁は打ち消される。この磁束
φ₂＋φ₃＋φ₄が閉じ込められている閉磁路の磁気
エネルギーによつて可動鉄心１６は固定受１３方
向に移動してＶ字型凹部２１と凸部２２が嵌合当
接する。この嵌合当接状態においては、間隙１８
が存在しなくなるので、第２の閉磁路の磁気抵抗
値が可動鉄心１６と固定受１３とが当接しない場
合よりも大幅に低減する。従つてこの第２の閉磁
路に閉じ込められる磁束φ₂′が従前の磁束φ₂より
大幅に増加する。これに反してギヤツプ４４が存
在するために、この場合第１の閉磁路の磁気抵抗
値は第２の閉磁路の磁気抵抗値よりも著しく大き
くなるため、第１の閉磁路には殆んど磁束が閉じ
込められない。このようにして第２の閉磁路の磁
束φ₂′が大きくなるために可動鉄心１６は第２の
閉磁路の磁気エネルギーによつて固定受１３に保
持されたまゝの状態を維持する。

可動鉄心１６を復帰させる場合には、動作及び
復帰用コイル４０に動作電流と逆向きに復帰電流
が供給される。この場合中間部１１ａ、ギヤツプ
４４、可動鉄心１６、固定受１３、連結体１２、
磁気ヨーク本体１１及び中間部１１ａを通る閉磁
路が形成され、この閉磁路に磁束φ₂′が閉じ込め
られる。可動鉄心１６の軸心方向においてこの磁
束φ₃′は磁束φ₂′と逆向きなので、永久磁石１４に
よる磁束φ₂′を打消し、これより僅かに大きな値
とすれば、可動鉄心１６は円滑に復帰することに
なる。実際には復帰ばねを設けたり、或いは可動
鉄心１６の自重を利用して復帰させることが多い
のでさらに少ない復帰電流で円滑にその復帰が可
能である。

従来のソレノイドにおいては復帰時において可
動鉄心１６に復帰方向に逆向きに比較的大きな吸
引力が印加されていたため復帰動作時に比較的大
きな復帰電流を必要としたが、この考案では永久
磁石１４による磁束φ₂′は比較的小さく復帰時に
おいて小さな復帰電流を動作及び復帰用コイル４
０に供給すれば可動鉄心１６は円滑な移動を行な
いその復帰動作が実現可能である。

第８図に第５図と同一部分には同一符号を付し
て示したのは、この考案の自己保持型ソレノイド
の第２の実施例の構成で、この実施例においては
磁気ヨークの固定受１３側に永久磁石１４が取り
付けられている。

即ち、円筒体１５が連結部１２を貫通するよう
にして取り付けられ、この連結体１２側において
円筒体１５内に可動鉄心１６が挿入配設される。
一方、固定受１３が軸方向に延長され、その径が
狭くされて段部４５が形成される。この段部４５
が円筒体１５の中間部１１ａ側の端部と一致して
円筒体１５内に固定受１３が固定して取り付けら
れる。中間部１１ａとボビン２４の中間部１１の
側の端部間には空間が設けられ、この空間を塞ぐ
ように例えば円環状のスペーサ４６が段部４５に
接して固定受１３の周りに取り付けられる。固定
受１３の延長された軸部が開口４１から突出配設
され、その中間部１１ａからの突出部分の囲りに
円環状の例えば黄銅などの非磁性材のスペーサ４
７が固定して取り付けられる。

固定受１３の突出された端部には例えば円板状
の磁性材の連結体４８が固定して取り付けられて
いる。固定受１３の中心位置からこの連結体４８
を貫通して小孔２３が形成される。中間部１１ａ
と連結体４８間においてスペーサ４７の外側に円
環状の永久磁石１４が取り付けられる。第２の実
施例に示したものの動作は第１の実施例に示した
もののそれと同様なのでその重複説明は省略す
る。

第９図に第５図に示した実施例と同一部分に同
一符号を付して示したのは、この考案の自己保持
型ソレノイドの第３の実施例であり、この実施例
においては可動鉄心１６の連結体４２からの突出
部分の端部近傍において可動鉄心１６に外側から
嵌合するように例えば円板状の磁性材の鍔体５０
を圧入、かしめ、或は一体加工などの手段で取り
付けたものである。

鍔体５０は、可動鉄心１６のＶ字型凸部２２と
固定受１３のＶ字型凹部２１とが嵌合対接した状
態において、連結体４２とその全面で対接するよ
うな位置に取り付けられる。従つて可動鉄心１６
の凸部２２と固定受１３の凹部２１とが嵌合対接
した状態で、前述の第２の閉磁路が非磁性材の円
筒体１５を通らず、この磁性材の鍔体５０内を通
過する。

即ち、磁極Ｎ、中間部１１ａ、磁気ヨーク本体
１１、連結部１２、固定受１３、可動鉄心１６、
鍔体５０、連結体４２、磁極Ｓ及び磁極Ｎという
経路でこの場合には第２の閉磁路が形成される。
従つて磁束は円筒体１５部分を通らず、磁気抵抗
の小さい鍔体５０を通過するために、第２の閉磁
路内に閉じ込められる磁束が増加し、可動鉄心１
６の保持力を向上させることが可能となる。考案
者等の実験では鍔体５０が取り付けられない構造
のものではほゞ1500ｇの保持力であつたものが、
鍔体５０を取り付けることにより2600ｇの保持力
に増加するのが確認された。

なお、永久磁石の極性は実施例に示されたもの
に限らず、各実施例において永久磁石１４の極性
をそれぞれ逆方向にしたものも構成可能である。
又、動作及び復帰用コイル４０は各実施例におい
ては１個のコイルを使用して、その動作電流及び
復帰電流の方向を逆方向とすることにより駆動及
び復帰動作を行なわせているが、この動作及び復
帰用コイル４０を動作用コイルと復帰用コイルの
２個にそれぞれ分割した構造のものとすることも
可能である。

更に磁気ヨーク本体１１と連結部１２で形成さ
れる磁気ヨーク１０の形成も全体が円筒状のもの
や箱型のものなど各種のものが形成可能であり、
永久磁石１４も円環状でなく２個の角型磁石を使
用することも可能である。

以上詳細に説明したように、この考案によると
小型化が可能で小電力で円滑な復帰動作が可能で
あり、能率のよい駆動動作を実現した自己保持型
ソレノイドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来使用されている自己保持型ソレノ
イドの構成を示す断面図、第２図は第１図の動作
用コイル及び復帰用コイルの回路結線図、第３図
は第１図の自己保持型ソレノイドに使用する永久
磁石の特性図、第４図Ａ，Ｂは第１図の自己保持
型ソレノイドの動作説明図、第５図はこの考案の
自己保持型ソレノイドの第１の実施例の構成を示
す断面図、第６図及び第７図はこの考案の自己保
持型ソレノイドの動作説明図、第８図はこの考案
の自己保持型ソレノイドの第２実施例の構成を示
す断面図、第９図はこの考案の自己保持型ソレノ
イドの第３の実施例の構成を示す断面図である。 １１…磁気ヨーク本体、１２…連結部、１３…
固定受、１４…永久磁石、１５…円筒体、１６…
可動鉄心、１８…間隙、４０…動作及び復帰用コ
イル、４２…連結体、４３，４６…スペーサ、４
４…ギヤツプ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 動作及び復帰用コイルと、その動作及び復帰用
   コイルの一端から一端部を突出させて、そのコイ
   ル内においてその軸心方向に移動自在に配された
   可動鉄心と、その可動鉄心の他端と対向して上記
   動作及び復帰用コイルの他端部において設けら
   れ、上記可動鉄心が吸引された位置でこれを受け
   止める磁性材の固定受と、上記動作及び復帰用コ
   イルの外側に配され、一端が上記可動鉄心及び固
   定受の一方と磁気的に密に結合し、他端が上記可
   動鉄心及び上記固定受の他方と磁気空隙を介して
   磁気的に結合した磁気ヨークと、その磁気ヨーク
   の上記磁気空隙側の端部に配され、一方の磁極が
   上記可動鉄心及び上記固定受の上記他方の外周に
   配され、これと磁気的に密に結合され、他方の磁
   極が上記磁気ヨークと磁気的に密に結合された永
   久磁石とを具備し、上記可動鉄心が上記固定受か
   ら離れた復帰状態において、上記磁気空隙の空隙
   長は上記可動鉄心及び固定受間の間隔よりも小と
   されて、上記永久磁石の磁束の大部分は上記磁気
   空隙を通過し、上記可動鉄心が上記固定受と接触
   した動作状態で上記永久磁石の磁束の大部分は上
   記磁気空隙を通ることなく上記可動鉄心及び固定
   受をその接触面を切つて通るようにされてなる自
   己保持型ソレノイド。