JPH0219608B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0219608B2 JPH0219608B2 JP25247084A JP25247084A JPH0219608B2 JP H0219608 B2 JPH0219608 B2 JP H0219608B2 JP 25247084 A JP25247084 A JP 25247084A JP 25247084 A JP25247084 A JP 25247084A JP H0219608 B2 JPH0219608 B2 JP H0219608B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- magnetic core
- magnetic
- permanent magnet
- cores
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/14—Pivoting armatures
- H01F7/145—Rotary electromagnets with variable gap
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnets (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(イ) 産業上の利用分野
本発明は動作時のみに電力を消費し、保持状態
では電力消費のない、アクチユエーターの一種で
ある双安定ロータリーソレノイドに関するもので
あり、特に従来のものに比べて小型で消費電力が
少なく、又作動力が大きく保持力の大きさを任意
に設定し得る双安定ロータリーソレノイドに関す
るものである。
では電力消費のない、アクチユエーターの一種で
ある双安定ロータリーソレノイドに関するもので
あり、特に従来のものに比べて小型で消費電力が
少なく、又作動力が大きく保持力の大きさを任意
に設定し得る双安定ロータリーソレノイドに関す
るものである。
(ロ) 従来の技術
従来、双安定ソレノイドとしては、一般的には
直動式のものが多く、動作範囲の両端においてプ
ランジヤーを永久磁石の磁力により保持し、動作
時には２つのコイルに通電することにより、一方
のコイルによる励磁によつて前記永久磁石による
保持吸引力を打消し、他方のコイルによる励磁作
用によりプランジヤーを他方に吸引する形式のも
のが用いられていた。
直動式のものが多く、動作範囲の両端においてプ
ランジヤーを永久磁石の磁力により保持し、動作
時には２つのコイルに通電することにより、一方
のコイルによる励磁によつて前記永久磁石による
保持吸引力を打消し、他方のコイルによる励磁作
用によりプランジヤーを他方に吸引する形式のも
のが用いられていた。
又、ロータリーソレノイドで双方向に回転し得
るものとしては、ある一つの半径方向に着磁され
た円形の永久磁石によつて形成したローターと、
それに対向して設けたステーターのコイルに通電
することにより動作するものがある。
るものとしては、ある一つの半径方向に着磁され
た円形の永久磁石によつて形成したローターと、
それに対向して設けたステーターのコイルに通電
することにより動作するものがある。
前者は通常のソレノイドの吸引力がストローク
の２乗に反比例する上、一方のコイルが保持吸引
力を打消す為に使用されている為、電力のわりに
初期動作吸引力はかなり小さなものとなる。一例
として、外形18×18×50mm、5Wの電力でストロ
ークを４mmとした場合、良好な性能のものでも初
期吸引力は50gr程度である。又、コイルに印加す
る電力が大きすぎると永久磁石の吸引力を打消し
た上でいわゆる再吸着現像が生じ、初期吸引力は
増加しない。
の２乗に反比例する上、一方のコイルが保持吸引
力を打消す為に使用されている為、電力のわりに
初期動作吸引力はかなり小さなものとなる。一例
として、外形18×18×50mm、5Wの電力でストロ
ークを４mmとした場合、良好な性能のものでも初
期吸引力は50gr程度である。又、コイルに印加す
る電力が大きすぎると永久磁石の吸引力を打消し
た上でいわゆる再吸着現像が生じ、初期吸引力は
増加しない。
又、後者は、回転範囲の中央部ではトルクが大
きいが両端部では小さく、保持力を打消す為の電
力を加算すると、有効な動作力は極めて小さい。
一例として、外形26×26×30mm、5Wの電力で回
転角度120゜とした場合の初期駆動トルクは、
40gr・cm程度である。
きいが両端部では小さく、保持力を打消す為の電
力を加算すると、有効な動作力は極めて小さい。
一例として、外形26×26×30mm、5Wの電力で回
転角度120゜とした場合の初期駆動トルクは、
40gr・cm程度である。
(ハ) 発明が解決しようとする問題点
本発明はローターの回転にともなうローターの
磁極とステーターの磁心との対向面積の変化に位
相差を設けることにより、上記従来のソレノイド
と同程度の力を出すのに必要な電力を数分の一に
することの出来る双安定ロータリーソレノイドを
提供するものである。
磁極とステーターの磁心との対向面積の変化に位
相差を設けることにより、上記従来のソレノイド
と同程度の力を出すのに必要な電力を数分の一に
することの出来る双安定ロータリーソレノイドを
提供するものである。
(ニ) 問題点を解決するための手段
以下図と共にその構造を説明する。
第１図は本発明の一実施例の構造を示す正断面
図、第２図はその上断面図である。
図、第２図はその上断面図である。
第１図及び第２図において、コの字形をしたヨ
ーク１の内側には中央に補助磁心２と両端に鉄心
３及び３′を介して磁心４，４′が設けられ、鉄心
３及び３′には夫々コイル５，５′が設けられてい
る。補助磁心２及び磁心４及び４′は点０を中心
とする円弧面２−１，４−１，４′−１を有しス
テーターを形成している。又、点０を軸心とする
シヤフト６はヨーク１に固定された軸受部７に対
して回転自在に嵌合しており、該シヤフト６には
円弧状の２つの永久磁石８及び８′を有するロー
ター９が固着されている。永久磁石８は円弧状の
外面８−１がＳ極に、内面８−２がＮ極に着磁さ
れ、永久磁石８′はその外面８′−１がＮ極に、内
面８′−２がＳ極に着磁されている。尚、ヨーク
１、補助磁心２、鉄心３，３′、磁心４，４′及び
ロータ９は純鉄等の磁性材料で作られている。
又、１０は軸受部７に固着されたストツパー、１
１はこれに対応してローターに固着されたストツ
パーであり、ローター９の回転角度を180゜以下に
規制している。
ーク１の内側には中央に補助磁心２と両端に鉄心
３及び３′を介して磁心４，４′が設けられ、鉄心
３及び３′には夫々コイル５，５′が設けられてい
る。補助磁心２及び磁心４及び４′は点０を中心
とする円弧面２−１，４−１，４′−１を有しス
テーターを形成している。又、点０を軸心とする
シヤフト６はヨーク１に固定された軸受部７に対
して回転自在に嵌合しており、該シヤフト６には
円弧状の２つの永久磁石８及び８′を有するロー
ター９が固着されている。永久磁石８は円弧状の
外面８−１がＳ極に、内面８−２がＮ極に着磁さ
れ、永久磁石８′はその外面８′−１がＮ極に、内
面８′−２がＳ極に着磁されている。尚、ヨーク
１、補助磁心２、鉄心３，３′、磁心４，４′及び
ロータ９は純鉄等の磁性材料で作られている。
又、１０は軸受部７に固着されたストツパー、１
１はこれに対応してローターに固着されたストツ
パーであり、ローター９の回転角度を180゜以下に
規制している。
(ホ) 作用
第３図は、本発明の双安定ロータリーソレノイ
ドの動作状態を示す模式正面図であり、第４図は
補助磁心２及び磁心４及び４′のローター９の永
久磁石８及び８′との対向面積の変化を示すグラ
フである。
ドの動作状態を示す模式正面図であり、第４図は
補助磁心２及び磁心４及び４′のローター９の永
久磁石８及び８′との対向面積の変化を示すグラ
フである。
第３図、第４図において、ローター９の回転角
αを中央に対して対称に左右に＋−90゜とすると、
第３図Ａの場合のごとくローター９が−30゜乃至
−90゜回転している状態では永久磁石８′の外面
８′−１は磁心４′の全面と対向しており、ロータ
ー９が多少回転しても対向面積の変化はない。し
かし永久磁石８の外面８−１は磁心４及び補助磁
心２と対向しており、ローター９が回転すると
各々の対向面積は相互に増減する。従つてコイル
５及び５′に磁心４の円弧面４−１がＮ極になる
様通電すれば、永久磁石８の外面８−１のＳ極と
対向面積が増加する方向に引合い、ローター９は
反時計方向に回転する。又、その場合補助磁心２
の円筒面と外面８−１との対向面積は減少するの
で、ヨーク１を流れる総磁束は変化せず、永久磁
石８′の外面８′−１と磁心４′の円弧面４′−１の
対向面の磁束密度は変化しない。この様な状態に
あるので、ローター９に働く回転力は外面８−１
と円弧面４−１との対向面積の変化率に比例した
ものとなり、電流が一定ならばローター９の位置
が−90゜から−30゜までの間でほぼ一定となる。
αを中央に対して対称に左右に＋−90゜とすると、
第３図Ａの場合のごとくローター９が−30゜乃至
−90゜回転している状態では永久磁石８′の外面
８′−１は磁心４′の全面と対向しており、ロータ
ー９が多少回転しても対向面積の変化はない。し
かし永久磁石８の外面８−１は磁心４及び補助磁
心２と対向しており、ローター９が回転すると
各々の対向面積は相互に増減する。従つてコイル
５及び５′に磁心４の円弧面４−１がＮ極になる
様通電すれば、永久磁石８の外面８−１のＳ極と
対向面積が増加する方向に引合い、ローター９は
反時計方向に回転する。又、その場合補助磁心２
の円筒面と外面８−１との対向面積は減少するの
で、ヨーク１を流れる総磁束は変化せず、永久磁
石８′の外面８′−１と磁心４′の円弧面４′−１の
対向面の磁束密度は変化しない。この様な状態に
あるので、ローター９に働く回転力は外面８−１
と円弧面４−１との対向面積の変化率に比例した
ものとなり、電流が一定ならばローター９の位置
が−90゜から−30゜までの間でほぼ一定となる。
次に、第３図Ｂのごとくローター９の位置がほ
ぼ中立点にある時は、ローター９の回転にともな
う補助磁心２の円弧面２−１と外面８−１との対
向面積の変化はない。しかし、磁心４及び４′の
円弧面４−１及び４′−１と、永久磁石８′の外面
８′−１との対向面積は相互に増減する。
ぼ中立点にある時は、ローター９の回転にともな
う補助磁心２の円弧面２−１と外面８−１との対
向面積の変化はない。しかし、磁心４及び４′の
円弧面４−１及び４′−１と、永久磁石８′の外面
８′−１との対向面積は相互に増減する。
従つて、コイル５及び５′に通電すればその通
電方向によりローター９には任意の方向の回転力
が働き、その場合ローター回転にともなう補助磁
心２の円弧面２−１の磁束密度の変化はない。こ
の様な状態ではローター９には、磁心４及び４′
の円弧面４−１及び４′−１の永久磁石８′の外面
８′−１との対向面積の変化率に比例した一定回
転力が働く。従つて、電流が一定ならばローター
９の位置が中立点の＋−30゜範囲ではほぼ一定の
回転力となる。
電方向によりローター９には任意の方向の回転力
が働き、その場合ローター回転にともなう補助磁
心２の円弧面２−１の磁束密度の変化はない。こ
の様な状態ではローター９には、磁心４及び４′
の円弧面４−１及び４′−１の永久磁石８′の外面
８′−１との対向面積の変化率に比例した一定回
転力が働く。従つて、電流が一定ならばローター
９の位置が中立点の＋−30゜範囲ではほぼ一定の
回転力となる。
更に、第３図Ｃにおいては、第３図Ａの場合と
反対に磁心４の円弧面４−１と永久磁石８′の外
面８′−１との対向面積は変化せず、補助磁心２
の円弧面２−１及び磁心４′の円弧面４′−１と永
久磁石８の外面８−１との対向面積が相互に変化
する。この状態でコイル５及び５′に通電すると、
電流が一定ならばローター９の位置が＋30゜から
＋90゜までの間で一定の回転力を得ることが出来
る。
反対に磁心４の円弧面４−１と永久磁石８′の外
面８′−１との対向面積は変化せず、補助磁心２
の円弧面２−１及び磁心４′の円弧面４′−１と永
久磁石８の外面８−１との対向面積が相互に変化
する。この状態でコイル５及び５′に通電すると、
電流が一定ならばローター９の位置が＋30゜から
＋90゜までの間で一定の回転力を得ることが出来
る。
以上の結果、本発明の双安定ロータリソレノイ
ドは、−90゜から＋90゜までの180゜の間ローターにほ
ぼ一定の回転力を出すことが出来る。尚、実際の
場合磁束の通りやすさ即ちパーミアンス値がロー
ターが左右＋−90゜位置が多少大きくなる為、こ
の２点が安定点となり無通電の時にも一定の保持
力を有し、その結果、いわゆる双安定ロータリー
ソレノイドとしての機能を有するものとなる。
ドは、−90゜から＋90゜までの180゜の間ローターにほ
ぼ一定の回転力を出すことが出来る。尚、実際の
場合磁束の通りやすさ即ちパーミアンス値がロー
ターが左右＋−90゜位置が多少大きくなる為、こ
の２点が安定点となり無通電の時にも一定の保持
力を有し、その結果、いわゆる双安定ロータリー
ソレノイドとしての機能を有するものとなる。
第４図における線４−８，４′−８，４−８′，
４′−８′，２−８は夫々磁心４と永久磁石８，
４′と８，４と８′，４′と８′及び補助磁心２と永
久磁石８との対向面積の変化を示すものであり、
線Ｓはその総和を示すものである。線Ｓは一定値
となり増減しないことが第４図によつて明らかと
なる。
４′−８′，２−８は夫々磁心４と永久磁石８，
４′と８，４と８′，４′と８′及び補助磁心２と永
久磁石８との対向面積の変化を示すものであり、
線Ｓはその総和を示すものである。線Ｓは一定値
となり増減しないことが第４図によつて明らかと
なる。
(ヘ) 実施例
第５図は、本発明の他の一実施例の構造を示す
正断面図であり、第６図はその磁心１４，１４′
及び補助磁心２と永久磁石８及び８′との対向面
積の変化を示すグラフである。
正断面図であり、第６図はその磁心１４，１４′
及び補助磁心２と永久磁石８及び８′との対向面
積の変化を示すグラフである。
第５図において、磁心１４及び１４′は上方向
に少し大きく形成されている。従つて、円弧面１
４−１及び１４′−１と永久磁石８及び８′との対
向面積は大きくなり、ローター９が左右に−90゜
から＋90゜まで回転した場合の各対向面積の変化
は第６図のごとくなり、ローター９の回転角の中
央で最小となる。この様にすると中央の中立点は
完全な不安定点となり、動作途中この点で停止す
ることはない。又、両端の保持力は増加し、この
点での安定度は高まる。但し、通電時の回転力
は、両端でやや弱いものとなる。しかし、総合的
に見た場合、磁気回路としてのいわゆるギヤツプ
が小さく、効率が良い。測定結果では、外形寸法
が18×18×40のもので40grcmのトルクを出すのに
必要な電力はわずか１〜1.3Wであり、従来品に
比べて４〜５倍の効率を示した。
に少し大きく形成されている。従つて、円弧面１
４−１及び１４′−１と永久磁石８及び８′との対
向面積は大きくなり、ローター９が左右に−90゜
から＋90゜まで回転した場合の各対向面積の変化
は第６図のごとくなり、ローター９の回転角の中
央で最小となる。この様にすると中央の中立点は
完全な不安定点となり、動作途中この点で停止す
ることはない。又、両端の保持力は増加し、この
点での安定度は高まる。但し、通電時の回転力
は、両端でやや弱いものとなる。しかし、総合的
に見た場合、磁気回路としてのいわゆるギヤツプ
が小さく、効率が良い。測定結果では、外形寸法
が18×18×40のもので40grcmのトルクを出すのに
必要な電力はわずか１〜1.3Wであり、従来品に
比べて４〜５倍の効率を示した。
第７図はソレノイドの動作特性を示すグラフで
ある。第７図Ａは従来の直動型双安定ソレノイ
ド、第７図Ｂは従来の双安定ロータリーソレノイ
ド、第７図Ｃは本願の双安定ロータリーソレノイ
ドの動作特性を示すものであり、横軸は、第７図
Ａの場合はストロークＳ、第７図Ｂ，Ｃの場合は
回転角αを表わし、縦軸は第７図Ａの場合は動作
力Ｆ、第７図Ｂ，Ｃの場合は動作トルクＴを示す
ものである。又、一点鎖線は無通電の場合、実線
は通電時の特性を示す。又、点Ａは起動点、矢印
は動作方向を示す。尚、磁心４，４′及び１４，
１４′の円弧面４−１，４′−１，１４−１，１
４′−１の大きさは必要な特性に応じて任意に設
定し得るものであり、各各の対向面積の変化がロ
ーター９の回転角度に対して一定位相ずれた状態
となつており、少なくともその内の２つが相互に
変化していることが本発明のロータリーソレノイ
ドの特性を向上させる上で大きな効果を上げてい
る。
ある。第７図Ａは従来の直動型双安定ソレノイ
ド、第７図Ｂは従来の双安定ロータリーソレノイ
ド、第７図Ｃは本願の双安定ロータリーソレノイ
ドの動作特性を示すものであり、横軸は、第７図
Ａの場合はストロークＳ、第７図Ｂ，Ｃの場合は
回転角αを表わし、縦軸は第７図Ａの場合は動作
力Ｆ、第７図Ｂ，Ｃの場合は動作トルクＴを示す
ものである。又、一点鎖線は無通電の場合、実線
は通電時の特性を示す。又、点Ａは起動点、矢印
は動作方向を示す。尚、磁心４，４′及び１４，
１４′の円弧面４−１，４′−１，１４−１，１
４′−１の大きさは必要な特性に応じて任意に設
定し得るものであり、各各の対向面積の変化がロ
ーター９の回転角度に対して一定位相ずれた状態
となつており、少なくともその内の２つが相互に
変化していることが本発明のロータリーソレノイ
ドの特性を向上させる上で大きな効果を上げてい
る。
(ト) 発明の効果
以上の説明で明らかなごとく、本発明の双安定
ロータリーソレノイドは、永久磁石と３個の磁心
との対向面積の変化により回転力を得るという新
しい考え方のものであり、いわゆるギヤツプの変
化はなく、構造も簡単で効率も従来のものと比較
して４〜５倍と大巾に高いものであり、その用途
は広く、本発明の効果は極めて著しい。
ロータリーソレノイドは、永久磁石と３個の磁心
との対向面積の変化により回転力を得るという新
しい考え方のものであり、いわゆるギヤツプの変
化はなく、構造も簡単で効率も従来のものと比較
して４〜５倍と大巾に高いものであり、その用途
は広く、本発明の効果は極めて著しい。
第１図は本発明の一実施例の構造を示す正断面
図であり、第２図はその上断面図、第３図はその
動作を示す模式正面図、第４図は磁心と永久磁石
の対向面の変化を示すグラフであり、第５図は本
発明の他の実施例の構造を示す正断面図、第６図
はその磁心と永久磁石の対向面の変化を示すグラ
フ、第７図は動作特性を示すグラフである。 １……ヨーク、２……補助磁心、３……鉄心、
４……磁心、５……コイル、６……シヤフト、８
……永久磁石、９……ローター、１４……磁心。
図であり、第２図はその上断面図、第３図はその
動作を示す模式正面図、第４図は磁心と永久磁石
の対向面の変化を示すグラフであり、第５図は本
発明の他の実施例の構造を示す正断面図、第６図
はその磁心と永久磁石の対向面の変化を示すグラ
フ、第７図は動作特性を示すグラフである。 １……ヨーク、２……補助磁心、３……鉄心、
４……磁心、５……コイル、６……シヤフト、８
……永久磁石、９……ローター、１４……磁心。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 円周上に一対の円弧状磁極面を有するロータ
ーと、該円周に対向する２個の磁心と、１個の補
助磁心とからなるステータを有し、該２個の磁心
の各々に励磁コイルを設けると共に補助磁心とヨ
ークで結合し、前記ローターの磁極面と２個の磁
心及び補助磁心の３面との対向面積の内少なくと
も２面が、ローターの180゜以内の回転にともなつ
て、相補的に変化するごとく構成したことを特徴
とする双安定ロータリーソレノイド。 ２ ローターの磁極面とステーターの２個の磁心
及び補助磁心の３面との対向面積の総和が、ロー
ター回転範囲内の両端において大きくなるごとく
構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の双安定ロータリーソレノイド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25247084A JPS61129804A (ja) | 1984-11-29 | 1984-11-29 | 双安定ロ−タリ−ソレノイド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25247084A JPS61129804A (ja) | 1984-11-29 | 1984-11-29 | 双安定ロ−タリ−ソレノイド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61129804A JPS61129804A (ja) | 1986-06-17 |
| JPH0219608B2 true JPH0219608B2 (ja) | 1990-05-02 |
Family
ID=17237826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25247084A Granted JPS61129804A (ja) | 1984-11-29 | 1984-11-29 | 双安定ロ−タリ−ソレノイド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61129804A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2764116B2 (ja) * | 1991-12-27 | 1998-06-11 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システムの加湿ガスプレヒータ |
| JP2008047648A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Hamanako Denso Co Ltd | ロータリーソレノイド |
| JP7108211B2 (ja) * | 2018-06-26 | 2022-07-28 | ミツミ電機株式会社 | 回転往復駆動アクチュエータ |
| JP7140980B2 (ja) | 2019-12-13 | 2022-09-22 | ミツミ電機株式会社 | 回転往復駆動アクチュエーター |
-
1984
- 1984-11-29 JP JP25247084A patent/JPS61129804A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61129804A (ja) | 1986-06-17 |
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