JPH0340488B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はパルスが入力するとロータが一定の角
度回動してロータのずれ角を拘束し、パルスを断
つと、ロータの拘束が解かれ、軽い復元力を付与
することによつて原位置に戻る往復回動運動を行
うロータリーソレノイドの改良に関する。

〔従来技術〕

今日、ロータリーソレノイドはプリンターなど
印字装置のプリントヘツドニードルやミニポンプ
のプランジヤー、あるいは、電動パチンコのパチ
ンコ球を打球する操作杆などを駆動する駆動源と
して数多く用いられており、その構造は第９図に
示すように、円形に形成した固定子ヨーク１の内
側に磁極２ａ，２ｂを相対向して設け、これら磁
極２ａ，２ｂにコイル３ａ，３ｂを巻装して両コ
イル３ａ，３ｂを直列に接続し、前記磁極２ａ，
２ｂ間には偏平部の両側に磁極２ａ，２ｂと対応
する突極４ａ，４ｂを設けた鉄系磁性材料からな
るロータ４を挿入し、ロータ４の回動軸５を軸受
にて回動自在に支持して構成される。動作は、コ
イル３ａ，３ｂにパルスが入力されると、固定子
ヨーク１からロータ４に磁束が流れ、ロータ４を
第９図の矢印方向に回動し、ロータ４に付設した
アーム６をストツパー７からストツパー８側に移
動させ、パルスを断つと、磁束が消滅してアーム
６は自重または外部から付与される復元力により
ストツパー７側に戻つて、ロータ４を原位置に復
帰させる。なお、第９図に示すロータリーソレノ
イドＸは、磁極２ａ，２ｂを２ケ有する２極構造
になつているので、ロータ４の回動角は約90゜と
なるが、0゜と90゜の位置は発生トルクが「０」で
あるため、使用時はストツパー７，８によつてロ
ータ４をあらかじめ発生トルクにより回動する位
置（スタート地点）まで移動させておいてから使
用していた。そして、一般にロータを永久磁石で
なく、鉄系の磁性材料により構成したロータリー
ソレノイドに於ける発生トルクは次式で表わされ
る。

Ｔ＝１／２・i²N²・∂p（θ）／∂Θ ……(1) パーミアンスＰ（θ） Ｐ（θ）＝P₀＋P₁cosΘ ……(2) となる。

Ｔ：発生トルク、ｉ：電流、Ｎ：巻数 Ｐ（θ）：パーミアンス、P₀：不変パーミアンス P₁：可変パーミアンス ∂P（θ）／∂Θ：パーミアンスの変化率 そして、この種ロータリーソレノイドＸの発生
トルクＴを大きくするには、次の３点が考えられ
る。

(a) コイルのアンペアターンを大きくする。

(b) 磁束密度を一定にしてロータの径及び軸方向
の寸法を長くする。

(c) 前記(a)、(b)において、パーミアンスＰ（θ）
の変化率を最大にする。したがつて、前述(a)〜
(c)を考慮してロータリーソレノイドを製作すれ
ば、第７図のパーミアンスの変化率を示す特性
図に実線イで表示したように、理想的なパーミ
アンス特性が得られる。即ち、ロータ４の突極
４ａ，４ｂと固定子ヨーク１の磁極２ａ，２ｂ
が互いに相対向する位置から、ロータ４を第１
０図に示すように、90゜回動した位置がロータ
４のデツトポイント（ロータ４の回動に寄与し
ない位置）となつてパーミアンスが最小（第７
図のＰ点）となり、この位置から第１１図に示
すように、ロータ４を微小角度Θ回動した位置
（第７図のＡ点）が、パーミアンスの変化率
∂p（θ）／∂Θとしては最大となるため、発生トルク Ｔ（第８図のA′点）が最大となる。

〔従来技術の問題点〕

しかし、前記ロータリーソレノイドＸは、第１
０図に示すように、磁極２ａ，２ｂの端部にコイ
ル３ａ，３ｂの抜止めを防ぐための突片ａ，ｂが
ロータ４の突極４ａ，４ｂを覆うように延設され
ている。即ち、前記突片ａ，ｂは第１０図に１点
鎖線で示すロータ回動角の基準線EOD、D′OE′の
内側に進入しており、この構造の固定子ヨーク１
では、第７図に点線ロで表示するように、ロータ
４が第１１図の如くΘ角度回動したときのパーミ
アンスの変化率（第７図のＢ点）が小さいので、
第８図のトルク特性図に点線ニで示すように、発
生トルクＴ（第８図のB′点）は小となる。これを
更に具体的に説明すると、ロータ４を第１０図に
示す位置から第１１図のように、時計方向に微小
角度Θだけ回動させると（ロータ４が回動を開始
するスタート地点）、ロータ４は回動する。この
状態において、固定子ヨーク１の磁極２ａ，２ｂ
とロータ４の突極４ａ，４ｂとの間の空〓ｃ，ｅ
に流れる磁束φはロータ４の回動に有効に働く
が、空〓ｄ，ｆには磁束が残留し、これがロータ
４を逆方向に回動させるトルクとなつて作用する
ため、ロータリーソレノイドＸ全体の発生トルク
が減少する。即ち、磁極２ａ，２ｂにはロータ４
の突極４ａ，４ｂ端縁を覆うように突片ａ，ｂが
一体に設けられているので、ロータ４が第１１図
のように、デツトポイントの位置からΘ角度ずれ
た位置に移動していても、前記空〓ｄ，ｆには磁
束が残留しているので、パーシアンスの変化率
∂P（θ）／∂Θが小さくなり、その結果、ロータ４を
回 動させるのに有効なトルクを発生させることが困
難であつた。

また、従来のロータリーソレノイドＸは固定子
ヨーク１が円形になつているので、例えば、アン
ペアターンを増大させて発生トルクを大きくする
場合、磁極２ａ，２ｂにコイル導線を多く巻回し
なければならないので、磁極２ａ，２ｂ周辺の空
間を大きくする必要があるため、ロータリーソレ
ノイドＸが大形化し、電動パチンコ、ミニポンプ
などの駆動源に使用した際、これらの機器の狭隘
な場所への取付けが困難であつた。しかも、磁極
２ａ，２ｂにコイル３ａ，３ｂを巻く場合、固定
子ヨーク１が円形になつているため、磁極２ａ，
２ｂの上下が閉鎖され、コイルを自動巻きするこ
とが難しく、その上、巻回後、分割された２つの
コイル３ａ，３ｂを接続する関係上、ロータリー
ソレノイドＸの製作に際し、相当の手間と時間が
かかり、量産性を阻害する大きな要因となつてい
た。

〔発明の目的〕

本発明は前記の欠点を除去し、構造が簡単で大
きな発生トルクが得られ、しかも、製作が容易で
特別に大形化せず、機器の狭い場所に容易に取付
けることができるロータリーソレノイドを提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明はコ字形に形成した固定子ヨークの橋絡
部にコイルを巻装し、固定子ヨーク両側の磁路片
端部の内側には、磁束が収束しやすい尖鋭な突稜
を有する弧状の磁極を形成し、前記磁極間に、磁
極と対応する突極を設けたロータを、その突極端
縁と磁極の突稜とを互いに対角線上の位置で合致
させて挿入配置するようにしたことを特徴する。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を第１図乃至第８図により
説明する。

第１図において、１１は珪素鋼板などの電磁鋼
板をほぼコ字状に打抜き、これを適当数積層して
リベツト１２により固定した固定子ヨークで、そ
の両側の平行な磁路片１１ｃ，１１c′の上部には
コイル取付用の橋絡部１１ａが、磁路片１１ｃ，
１１c′下部の端部内側面には、弧状の磁極１１
ｂ，１１b′が互いに相対向して形成され、しか
も、磁極１１ｂ，１１b′の弧状部端縁には第３図
に１点鎖線で示すように、対角線上の位置で合致
する尖鋭な突稜ｇ，ｈ，ｊ，ｋが一体に設けられ
ている。これら突稜のうち、ｇ，ｋは磁極１１
ｂ，１１b′上端縁の磁路片１１ｃ，１１c′内側に
切欠１１ｄ，１１d′を設けることにより形成し、
突稜ｈ，ｊは磁極１１ｂ，１１b′下端縁を鋭角に
切断して形成する。１３は固定子ヨーク１１の橋
絡部１１ａに取付けたコイルで、第２図に示すよ
うに、コイルボビン１４を２分割し、各分割部分
を固定子ヨーク１１の積層端面の両側から橋絡部
１１ａに嵌め合せ接合などにより挾持させて、そ
の接合部１４ａを接着テープなどにより固定す
る。コイル導線の巻回は、固定子ヨーク１１を図
示しない巻線機の回転軸に取付けてコイルボビン
１４と一体に回転させることによりコイル導線を
コイルボビン１４に巻回する。この際、固定子ヨ
ーク１１の磁路片１１ｃ，１１c′下部は開放され
ているので、コイル導線の巻回は磁極１１ｂ，１
１b′に妨げられることなく迅速容易に行える。１
５は固定子ヨーク１１の磁極１１ｂ，１１b′間に
開口するロータ挿入孔１６に挿入される鉄系の磁
性材料からなるロータで、固定子ヨーク１１の磁
極１１ｂ，１１b′と対応して偏平部の上下を弧状
に加工した２つの突極１５ａ，１５a′を有し、こ
れら突極１５ａ，１５a′は、その端縁の突部が第
３図、第５図に示すように、前記ロータ１５を挿
入孔１６に挿入したとき、磁極１１ｂ，１１b′の
各突稜ｇ，ｈ，ｊ，ｋと対角線上の位置で空〓を
小さくして密に対向するように形成されている。
１７は中央にロータ１５の回動軸１５ｃを支持す
る軸受１８を収納する軸受嵌合部１７ａを有して
両側に取付腕部１７ｂを一体に延設したブラケツ
トで、ロータ１５の支持に際しては、回動軸１５
ｃに軸受１８を挿着してロータ１５を挿入孔１６
に挿入し、つづいて、ロータ１５の両側からブラ
ケツト１７の軸受嵌合部１７ａに軸受１８を収納
させながら、ブラケツト１７を固定子ヨーク１１
の端面に当接し、一方のブラケツトから締付ねじ
１９を固定子ヨーク１１を貫通させて他方のブラ
ケツトに螺着してブラケツト１７を締着すると、
ロータ１５は前記のように、突極１５ａ，１５
a′端縁の突部を、第３図のように磁極１１ｂ，１
１b′の突稜ｇ，ｈ，ｊ，ｋと対角位置で空〓を狭
く、かつ、各空〓部分において磁束が収束しやす
いように対向させた状態でロータ挿入孔１６の電
気的中心位置に取付けることができる。

次に、動作について説明すると、第３図におい
て、コイル１３に通電すると、コイル１３は励磁
されて固定子ヨーク１１に磁束が流れるものの、
ロータ１５がデツトポイントに位置しているの
で、磁極１１ｂ，１１b′の各突稜ｇ，ｈ，ｊ，ｋ
とロータ１５突極１５ａ，１５a′端縁の空部との
間の各空〓におけるパーミアンスが最小となるた
め、ロータ１５は回動しない。このため、通常は
第４図のように、ロータ１５をデツトポイントの
位置から微小角度Θ時計方向あるいはその反対側
（本実施例は時計方向）に移動させた地点をスタ
ート位置としている。この状態でコイル１３に通
電を行うと、ロータ１５は第４図において時計方
向に回動する。このとき、固定子ヨーク１１に流
れる磁束φは、第４図に実線で示すように、磁路
片１１c′側の磁極１１b′の突稜ｇからロータ１５
に流れ、突稜ｇと対角位置で対応する突稜ｊを経
て磁路片１１ｃ側に流れる。一方、磁路片１１
c′の下方に沿つて突稜ｈ側に流れる磁束及びロー
タ１５内を磁極１１ｂの突稜ｋ側に流れる磁束
（第４図に点線で示す）は、ロータ１５が回動す
るにしたがつて、突稜ｈと突極１５a′の端縁、突
稜１５ａの端縁との間の空〓がいづれも順次拡開
されて、その空〓部分における磁気抵抗が増大し
て磁束が流れにくくなるため、前記空〓部分に流
れる磁束は著しく軽減する。このため、突稜ｈ，
ｋ付近には磁束がほとんど流れないので、大部分
の磁束φは磁極１１b′の突稜ｇ→ロータ１５→磁
極１１ｂの突稜ｊに流れるため、ロータ１５を逆
方向に回動させようとするトルク（逆転トルク）
はほとんど生じず、ロータ１５は第４図におい
て、時計方向に大きな発生トルクを得て回動す
る。また、突稜ｇ，ｋの上部には切欠１１ｄ，１
１d′が設けられているので、この部分、即ち、切
欠１１d′→ロータ１５の上端部→切欠１１ｄに流
れる磁束（第４図に１点鎖線で示す）は、切欠１
１ｄ，１１d′の位置で磁気抵抗が増大する結果、
流れにくくなる。

このように、本発明のロータリーソレノイドＹ
は、固定子ヨーク１１に流れる磁束の大部分がロ
ータ１５の回動に寄与する磁束として利用するこ
とができるので、ロータ１５の発生トルクを必然
的に大きくすることができる。これは第７図に示
すように、ロータ１５が微小角度Θ回動したとき
のパーミアンスの変化率は図のＡ点で示すよう
に、最大に近ずけることが可能となり、しかも、
このときの発生トルクは、第８図にA′で示すよ
うに、最も大きな発生トルクが得られる。これら
は、前述したように、固定子ヨーク１１に流れる
大部分の磁束が、ロータ１５の回動に寄与する有
効な磁束として働くためである。

次に第６図は本発明のロータリーソレノイドＹ
を、例えば、電動パチンコの打球装置に実施した
例を示すもので、ロータリーソレノイドＹは、取
付基板２０に回動軸１５ｃを貫通させて、ねじ２
１を固定子ヨーク１１の支持ナツト２２に螺着す
ることにより取付基板２０に取付けられ、回動軸
１５ｃには操作杆２３を止着する。また、操作杆
２３の回動軌跡の途中、即ち、回動範囲において
操作杆２３の回動範囲を規制するストツパー２
４，２５を第６図のように取付基板２０に取付け
る。そして、ロータリーソレノイドＹのコイル１
３を通電により励磁してロータ１５を回動させる
と、操作杆２３は第６図の２点鎖線の位置まで、
即ち、ストツパー２５と衝突する位置まで回動し
て図示しないパチンコ球を打撃発射する。操作杆
２３は、ストツパー２５との衝突後コイル１３へ
の通電を断つと、自重によりストツパー２４と接
衝する位置まで戻る。したがつて、電流の断続時
間を制御すれば、操作杆２３の発射回数が任意に
調節でき、また、ストツパー２４の取付位置を任
意に可変することにより、ロータリーソレノイド
Ｙのロータ１５の回動角が調整できるため、操作
杆２３の打球力を、発生トルクが増大することと
あわせて、任意に変化させることができる。

なお、本発明は、ロータリーソレノイドＹを電
動パチンコの打球装置を駆動する例について説明
したが、これに限定することなく、回動軸１５ｃ
に直結した操作杆２３を、プリンターのプリント
ヘツドニードルに連結して文字の印字に利用した
り、ミニポンプのプランジヤーに連結して給、排
水作業に利用したり、更には、ロボツトの腕部先
端の把手部分の駆動装置を駆動する駆動源として
使用してもよい。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように構成されているの
で、次のような効果を有する。

(1) 固定子ヨークの磁極端縁に、磁束が収束しや
すいように突稜が設けてあり、しかも、これら
突稜と対応してロータの突極端縁が狭い空〓を
介して対角線上の位置で配置してあるので、ロ
ータが回動を始めるとき、固定子ヨークに流れ
る磁束の大部分は、ロータの回転に有効に寄与
するための磁束として働くので、ロータリーソ
レノイドの発生トルクを著しく大きくすること
ができる。

(2) また、従来のように、発生トルクを大きくす
る際、コイルのアンペアターンを増大したり、
ロータの径及び軸方向の寸法を大きくする必要
は全くなく、磁極に設けた突稜とロータの突極
端縁とを磁束が効率よく流れるように位置合せ
を行つてロータリーソレノイドを構成すればよ
いので、ロータリーソレノイドは従来に比べて
発生トルクを大きくするために特別大形化せ
ず、小形に製作することができる。

(3) しかも、発生トルクを大きくすることができ
るので、ロータリーソレノイドを多数使用する
ことにより、万一電源電圧が少しばかり際下し
ても、発生トルクが著しく減少するということ
がなく、ロータリーソレノイドを駆動源とする
機器に悪影響を与えることはない。

(4) 更に、本発明は固定子ヨークがほぼコ字状に
形成されているため、２分割したコイルボビン
を固定子ヨークの橋絡部に挾着した状態で固定
子ヨークを巻線機に取付けて回転させることに
より、コイルを巻回することができるので、従
来のように磁極に２分割して巻回する場合に比
べ、コイル導線を磁極の空間を利用して一つの
コイルボビンに集中して巻くことができるた
め、巻線作業を迅速に行えるとともに、巻線機
自体も特殊構造のものを使用する必要がなく、
一般の巻線機を利用してコイルの自動巻きがで
きるので、ロータリーソレノイドを簡単な構造
で経済的に製作することができる。

このように、本発明は発生トルクを大きくし、
しかも、小形で量産化に適したロータリーソレノ
イドを提供することができ、かつ、発生トルクを
大きくしても大形化しないため、ロータリーソレ
ノイドを駆動源として使用する機器の狭隘な場所
への取付けが容易となるなど、幾多の優れた効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ロータリーソレノイドの正面
図、第２図は縦断側面図、第３図乃至第５図は本
発明ロータリーソレノイドの動作状態を説明する
ための説明図、第６図はロータリーソレノイドの
−使用状態の説明図、第７図はパーミアンス変化
率−ロータ角度特性図、第８図は発生トルク−ロ
ータ角度特性図、第９図は従来のロータリーソレ
ノイドの説明図、第１０図、第１１図は同じく動
作説明図である。 １１……固定子ヨーク、１１ｂ，１１b′……磁
極、１１ｃ，１１c′……磁路片、１５……ロー
タ、１５ａ，１５a′……突極、ｇ，ｈ，ｊ，ｋ…
…突稜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ほぼコ字状に形成した固定子ヨークの上部橋
   絡部にコイルを取付け、固定子ヨーク両側の磁路
   片下部端部の内側には、磁束が収束しやすいよう
   端部に尖鋭な突稜を設けた弧状の磁極を互いに相
   対向させて形成し、前記磁極間に、これら磁極と
   対応する突極を弧状に形成して他の部分を偏平状
   となしたロータを、このロータの突極端縁の突部
   と磁極端縁に形成した尖鋭な突稜とを互いに対角
   線上の位置で合致させて回動自在に挿入したこと
   を特徴とするロータリーソレノイド。