JPH0244703A - 電磁駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電磁駆動装置に関し、特に電磁石と永久磁石と
を備えた電磁駆動装置に関するものである。

従来の技術 電磁駆動装置として、固定部材に電磁コイルが巻かれ、
その固定部材に対して可動部材が移動可能に配設された
ものが知られており、一般的にはリターンスプリングを
備えている。電磁コイルの消磁状態では可動部材がリタ
ーンスプリングにより原位置（可動部材が固定部材から
突出した位置であっても引込んだ位置であってもよい）
に保持されており、電磁コイルの励磁状態では磁界の発
生によりリターンスプリングの付勢力に抗して作用位置
へ移動させられるのであるが、繰返し作動によりリター
ンスプリングが疲労する問題があり、かつ、小形化が困
難であるという問題もある。

一方、特開昭６０−２６２４０６号、６０−２６２４０
７号、６０−２６２４０８号および６１−２１３００７
号公報等に永久磁石を利用した電磁駆動装置が提案され
ている。これらの電磁駆動装置は、リターンスプリング
の代わりに永久磁石が固定部材に固定されたものであり
、電磁コイルの消磁状態では永久磁石の吸引力により可
動部材が原位置に保持される一方、励磁状態では永久磁
石の吸引力に抗して作用位置へ移動させられる。

このように、永久磁石を利用すればリターンスプリング
の疲労の問題がなくなり、かつ、小形化が容易となる。

発明が解決しようとする課題 しかし、可動部材が作用位置に移動させられるのに伴っ
て永久磁石の可動部材に対する吸引力が小さくなるため
、電磁コイルが消磁された後の可動部材の復帰初期に十
分な駆動力を得にくく、可動部材の復帰速度が不足し勝
ちである。可動部材を速く復帰させるために強い磁力を
有する永久磁石を使用しなければならず、装置が高価と
なる。

本発明は小形でかつ可動部材が原位置へ速く復帰し得る
電磁駆動装置を提供することを課題として為されたもの
である。

課題を解決するための手段 そして、本発明の要旨は、電磁コイルを巻いた固定部材
とその固定部材に対して移動可能な可動部材とにそれぞ
れ永久磁石を同極同士が対向するように設け、かつ、電
磁コイルの磁界の向きおよび大きさを、電磁コイルの消
磁状態では、両永久磁石の反発力により可動部材が原位
置に保持され、電磁コイルの励磁状態では、その電磁コ
イルの磁界により両永久磁石の反発力に抗して可動部材
が作用位置へ移動するように選定したことにある。

作用および効果 本発明に係る電磁駆動装置においては、電磁コイルの磁
界による可動部材吸引力が両永久磁石の反発力より大き
くなれば可動部材が作用位置へ移動することとなるが、
電磁コイルの消磁によりそれの磁界が消滅した後は、両
永久磁石の反発力により原位置に復帰させられる。２個
の永久磁石の反発力は両者が最も接近した状態において
最大であるため、可動部材の原位置への復帰開始当初に
最大の復帰駆動力が得られる。したがって、それ程強力
な磁石を使用しなくても、可動部材を高速で原位置へ復
帰させることができ、安価でかつ高速動作が可能な電磁
駆動装置を得ることができる。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図に示すのは本発明の一実施例である電磁駆動装置
であり、図において１０は固定部材たる固定鉄心である
。固定鉄心１０は例えば、パーマロイ等の高透磁率の磁
性材料から成り、円柱部１２とフランジ部１４とを備え
ている。円柱部１２の外周面には電磁コイル１６がコイ
ル枠１８を介して巻かれている。電磁コイル１６は、例
えば外径４０ｍｍ、内径２０ｍｍ、軸方向寸法３５ｍｍ
の中空円筒状に巻かれており、電磁コイル１６の軸心に
励磁電流ＩＡにつき磁束密度約１テスラの磁界が形成さ
れる。コイル枠１８の外側にはハウジング２０が嵌合さ
れている。ハウジング２０は、固定鉄心１０と同じまた
はそれに類似の磁性材料から成り、段付中空状に形成さ
れ、後端部が固定鉄心１０のフランジ部１４のフランジ
面に当接させられるとともに、大径部の内周面において
上記コイル枠１８に嵌合されている。大径部の底部には
軸心を中心とする円環状の切欠２２が形成されている。

この切欠２２については後述する。ハウジング２０の前
端部には端板２４が固定されている。

端板２４は非磁性材料から成り、軸方向の貫通穴２６を
備え、貫通穴２６に可動部材２日が摺動可能に嵌合され
ている。可動部材２８は磁性材料から成る段付軸状部材
であり、その大径部３０の外径がハウジング２０の内径
より小さくされ、非磁性材料製のブツシュ３１を介して
装置内部の空所３２内に位置させられるとともに、小径
部が貫通穴２６により軸方向に摺動可能に嵌合されてお
り、大径部３０と端板２４の内壁との当接により原位置
が規定される。

前記固定鉄心１０の円柱部１２の、空所３２に面する中
央部には、円柱部１２の外径より小さい内径の段付状の
保持穴３６が形成され、円柱状の永久磁石３４が自身の
Ｎ極を空所３２側にして保持されている。永久磁石３４
は、例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジウム−鉄−ボロン）
　、　　Ｓ　ｍｚ（Ｃｏ　。

Ｃｕ、Ｍ）＋７（サマリウム−コバルト２−１７型）Ｓ
ｍＣｏ、（サマリウムコバルト１−５型）系の希土類等
、残留磁束密度およびリコイル透磁率が大きいものであ
り、例えば直径１２ｍｍ、軸方向寸法１０ｍｍのもので
磁束密度約１．５テスラの磁界を発生する。保持穴３６
の小径穴部直径は永久磁石３４の直径と丁度嵌合可能な
大きさとされ、また図に示すように、保持穴３６の深さ
ｔ、は永久磁石３４の軸方向寸法２１より僅かに大きく
されており、永久磁石３４が（ｔ＋−Ｌ）だけ円柱部１
２の前端面から後退させられるとともに、保持穴３６の
大径穴部との間に磁力線の短絡を防止するための空隙３
日が形成されている。

一方、可動部材２８の大径部３０には空所３２に面して
保持穴４０が形成され、永久磁石４２が永久磁石３４と
同極同士が対向するように、すなわち、Ｎ極を空所３２
側にして保持されている。

永久磁石４２も永久磁石３４と同じまたはそれに類似の
材料から成る円柱状磁石であり、前記保持穴３６の大径
穴部の内径より大きい外径を有するとともに、その軸方
向寸法１２が保持穴４０の深さｔ２より小さくされてお
り、可動部材２８の大径部３０の前端面から（ｔｚ　−
Ｌ）だけ後退させられている。永久磁石４２と保持穴４
０の大径穴部との間にも空隙４４が形成されている。

次に第２図ないし第４図に基づいて作用を説明する。な
お、これらの図では煩雑さを避けるために、コイル枠１
８以外の部材について断面を示すハツチングを省略する
こととする。

電磁コイル１６の消磁状態では、第２図に示すように、
永久磁石３４の磁束φ１がＮ極、空所３２、円柱部１２
およびＳ極を経てＮ極に至る磁気回路を通る一方、永久
磁石４２の磁束φ２がＮ極。

空所３２．大径部３０およびＳ極を経てＮ極に至る磁気
回路を通る。これら磁束φ５．φ２の向きにより永久磁
石３４と４２との間には互いに反発力が作用し、その反
発力により可動部材２８が第１図に示すように原位置に
保持されている。

電磁コイル１６が、可動部材２８から固定鉄心１０に向
かう磁束φ。が発生するように励磁されると、この磁束
φ。は、第３図に示すように、円柱部１２．フランジ部
１４．ハウジング２０．ブツシュ３１．大径部３０およ
び空所３２を経て円柱部１２に至る磁気回路を通る。ハ
ウジング２０と円柱部１２との空所３２における距離が
切欠２２の存在により、ハウジング２０と大径部３０と
の距離と、大径部３０と円柱部１２との距離との和より
大きくされており、空気の透磁率が磁性材料の透磁率に
比べて著しく小さいことから、ハウジング２０から直接
円柱部１２に至る磁気回路よりもハウジング２０から大
径部３０を経て円柱部１２に至る磁気回路の方を磁束φ
。が通り易いのである。また、円柱部１２は高透磁率を
有するものであり、その透磁率は永久磁石３４の磁束φ
１に逆らって永久磁石３４内部をＮ極からＳ極に向かう
場合の透磁率に比べて大きいため、磁束φ。

は永久磁石３４内を通らずに円柱部１２の永久磁石３４
を取巻く部分を通る。それにより永久磁石３４の減磁が
防止されるとともに、わずかな励磁電流で大きい磁束を
発生させ得る利点が生ずる。

磁束φ。により大径部３０には円柱部１２に引き付けら
れる吸引力が作用し、電磁コイル１６による磁束密度が
大きくなるほど吸引力が大きくなる。この吸引力が永久
磁石３４．４２同士の反発力より大きければ、可動部材
２８が第４図に示すように右方の作用位置に移動させら
れる。その際、永久磁石３４．４２間の反発力が急激に
大きくなるが、大径部３０が円柱部１２に接近するのに
伴って、磁束φ。が急激に大きくなる上、永久磁石４２
のＮ極から空所３２９円柱部１２．フランジ部１４．ハ
ウジング２０．ブツシュ３１．大径部３０、永久磁石４
２のＳ極を経てＮ極に至る磁束φ３も大きくなるため、
これら磁束φ。およびφ３による吸引力は永久磁石３４
．４２同士の反発力に抗して可動部材２８を作用位置ま
で移動させる。

可動部材２８と固定鉄心１０とが当接した状態でも永久
磁石３４と４２とは（ｔ＋　　ｚ＋）＋（ｔｚ−１２）
の距離離れているようにされているため、衝突による永
久磁石３４．４２の破損等が回避される。

上記のように、大径部３０の円柱部１２への接近に伴っ
て永久磁石３４．４２同士が接近しても、各磁束φ４．
φ２は空隙３８．４４によりそれぞれ磁気短絡を防止さ
れているため、両永久磁石３４．４２間の磁界が弱めら
れることが少なく、また大径部３０が円柱部１２に当接
した際にも、永久磁石３４と４２とが上記一定距離だけ
離れているため、両永久磁石３４．４２が減磁し合うこ
とが防止される。

この状態で電磁コイル１６が消磁されると、磁束φ。に
よる吸引力が消滅し、固定鉄心１０と可動部材２８との
間には両永久磁石３４．４２の磁束φ０．φ２による反
発力と永久磁石４２の磁束φ３による吸引力とが作用す
る状態となる。そして、上記反発力は吸引力より大きく
、かつ、両永久磁石３４．４２が最も接近した状態にお
いて最大であるため、可動部材２８には原位置への復帰
開始当初に最大の復帰駆動力が与えられることとなり、
高速で原位置へ復帰させられる。この復帰行程において
可動部材２８に作用する力の大きさは上記反発力と吸引
力との大きさの差で表され、かつ、可動部材２８が作用
位置から原位置に接近するにつれて反発力も吸引力も共
に小さくなる。

しかし、反発力の減少特性と吸引力の減少特性とは異な
るのが普通であり、これらの減少特性は、永久磁石３４
，４２．固定鉄心１０および可動部材２８の材料および
形状１寸法を変えることによって調整することができ、
復帰行程中に可動部材２８に作用する力の変化特性を望
ましいものに調整することができる。

なお、上記実施例において、両永久磁石３４゜４２の形
状２寸法は適宜変更可能であり、永久磁石３４．４２を
それぞれＳ極同士が対向するように設けてもよい。また
、電磁コイル１６に、固定鉄心１０から可動部材２８に
向かう磁束が発生するように励磁電流を流すようにして
もよい。さらに固定鉄心および可動部材の形状を第５図
に示すように変更してもよい。

第５図において電磁コイル５０はその軸方向寸法が、固
定鉄心５２の円柱部５４より大きくされており、円柱部
５４より軸方向に突出した状態でコイル枠５６を介して
円柱部５４に取り付けられている。電磁コイル５０の外
周を覆って第一実施例と同様の磁性材料から成るハウジ
ング５８が配設されている。ハウジング５８には磁性材
料から成る可動部材としての可動鉄心６０の大径部６２
が非磁性材料製のブツシュ６３を介して軸方向に摺動可
能に保持され、大径部６２と非磁性材料から成る端板６
４の内壁との当接により原位置を規定されている。固定
鉄心５２の保持穴６６には永久磁石６８が、可動鉄心６
０の保持穴７０には永久磁石７２がそれぞれ空隙７４．
７６を形成しつつ保持され、空所７８内においてＮ極同
士が対向させられている。永久磁石６８．７２は第一実
施例と同じまたはそれに類似の材料から成るものであり
、各永久磁石６８．７２の軸方向寸法ＬＩ＋Ｌ２はそれ
ぞれ保持穴６６．７０の深さＴ１．Ｔｔより小さくされ
ている。この実施例では、可動鉄心６０が原位置にあっ
てもその大径部６２の一部および永久磁石７２が電磁コ
イル５０内に位置することとなる。

その他、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変形、
改良等を施した態様で実施し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である電磁駆動装置を示す正
面断面図であり、第２図、第３図および第４図はそれぞ
れ第１図の電磁駆動装置に生ずる磁束を概念的に示す説
明図である。第５図は本発明の別の実施例である電磁駆
動装置を示す正面断面図である。 １０．５２＝固定鉄心 ｔｓ、ｓｏ：電磁コイル ２８：可動部材 ３４．４２．６Ｂ、７２：永久磁石 ６０：可動鉄心

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電磁コイルを巻いた固定部材とその固定部材に対して移
   動可能な可動部材とにそれぞれ永久磁石を同極同士が対
   向するように設け、かつ、電磁コイルの磁界の向きおよ
   び大きさを、電磁コイルの消磁状態では、前記両永久磁
   石の反発力により可動部材が原位置に保持され、電磁コ
   イルの励磁状態では、その電磁コイルの磁界により前記
   両永久磁石の反発力に抗して可動部材が作用位置へ移動
   するように選定したことを特徴とする電磁駆動装置。