JPH0628207B2

JPH0628207B2 - 電磁アクチュエ−タ

Info

Publication number: JPH0628207B2
Application number: JP60-502420A
Authority: JP
Inventors: 常男上津原
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Filing date: 1985-06-04
Publication date: 1994-04-13
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: JPH0628207B1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電磁開閉器、電磁弁、電磁ブレーキ、電磁ク
ラッチ等、産業、民生の広範な分野に活用されている電
磁アクチュエータに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、磁性体固定片に巻き回した電気巻線に対する通電
によって、磁性体可動片に作用する電磁吸引力を利用す
る電磁アクチュエータが使用されている。

また、電気巻線通電による起磁力と、永久磁石起磁力を
磁性体可動片に直列に作用させるいわゆるラッチング型
電磁アクチュエータも使用されている。

第４図（ａ）（ｂ）は、上述の前者の従来装置であるク
ラッパ型電磁アクチュエータの構成の説明図で、磁極面
３ａ，３ｂを有する磁性体の固定片３、電気巻線２、磁
性体の可動片４およびスプリング５とから成る。

また、第４図（ａ）は、電気巻線２に通電していないの
で、可動片３が矢印７方向へのスプリング５の抗力で磁
極面３ａ，３ｂと離隔した安定状態を示す。

この状態で、電気巻線２に所要の通電を実施すれば、固
定片３と可動片４の間に、スプリング５の抗力に打勝つ
電磁吸引力が誘起して、第４図（ｂ）に図示した固定片
３と可動片４の吸着状態に移行する。

これにより図示していない電気接点あるいは弁棒等に操
作力を作用させ、電気巻線２の通電を停止することによ
って第４図（ａ）図示の状態に復旧する。

第５図（ａ）（ｂ）は、上述の後者の従来装置であるラ
ッチング型電磁アクチュエータの構成説明図で、磁極面
３ａ，３ｂを有する磁性体固定片３，３、電気巻線２、
磁性体可動片４、磁性体固定片３，３の一端に狭持され
た永久磁石１およびスプリング５から成る。

第５図（ａ）は電気巻線２に通電していない場合、可動
片４が矢印７方向へのスプリング５の抗力で、磁極面３
ａ，３ｂと離隔した安定状態にあることを示している。

この状態で、電気巻線２に永久磁石１の起磁力と同一極
性の起磁力を誘起させる所定の通電を行なう。

これにより両起磁力重畳の効果によって、固定片３と可
動片４の間に、矢印７方向へのスプリング５の抗力に打
勝つ電磁吸引力が発生する。

これにより、第５図（ｂ）図示の固定片３と可動片４の
吸着状態に移行して、図示していない電気接点、弁棒等
に操作力を作用させる。

さらに、第５図（ｂ）図示状態で、電気巻線２への通電
を停止しても、永久磁石１の吸引力の作用のみで、この
状態を持続する。

また、第５図（ｂ）図示の状態で、電気巻線２に、永久
磁石１の起磁力と逆極性の起磁力を誘起する所定の通電
を実施すると、両起磁力の相殺効果と、スプリング５の
抗力の作用で、第５図（ａ）図示の状態に復帰し、周知
のいわゆるラッチング動作を実施できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述の従来の電磁アクチュエータには次
の問題点があった。

（１）間隙を励磁するための所要アンペアターンが大き
い。特にラッチング型は、電気巻線の通電によって励磁
する磁路に、レラクタンスの大きい永久磁石を直列に挿
入した構造のため、より大きな励磁アンペターンを必要
とする。

（２）吸引力を作用させる間、通電を持続させる必要が
ある型式は、上述（１）の条件と相俣って、電力消費が
大きい。

（３）上述（１）の条件は、電気巻線の温度上昇を招来
し、形状が大型化する。

（４）直流電磁石では、残留磁束対策の配慮を必要とす
る。

（５）ラッチング型電磁アクチュエータは、可動片吸引
動作時と復帰動作時の所要アンペアターンが異なるの
で、駆動回路の複雑化あるいは吸引用と復帰用の２つの
電気巻線を必要とする。

本発明は、上述の問題点を解決するために提案されたも
ので、微少電源で駆動できる、高感度、省電力、小型軽
量、単純頑丈な電磁アクチュエータを提供することを課
題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上述の問題点を解決するもので、次の技術手
段を採った。。すなわち、閉ループ状の磁性体固定片により形成された閉磁路と、
該閉磁路を励磁して該閉磁路に第１の磁束を発生する電
気巻線と、該磁性体固定片における対向する一対の区分
区間相互間を間隙を介して橋絡し該閉磁路に２つの磁束
（αφｍ、βφｍ）に分流させる第２の磁束を発生する
永久磁石からなる可動片と、該閉磁路に配設され該磁束
分流比（α，β）を調節して該可動片に作用する吸引力
を増大させる可飽和磁性体とからなり、該電気巻線に正
又は負極性の通電を行い該第１の磁束と該磁束αφｍ、
βφｍとを重畳或は相殺させて該永久磁石からなる可動
片を移動させるよう該第１の磁束と該第２の磁束を並列
に作動させることを特徴とする電磁アクチュエータであ
る。

〔作用〕

ここで、本発明の前提知見を、第１図を参照して説明す
る。第１図は、本発明の一実施例の説明図であり、第１
図（ｂ）に示すように、永久磁石（可動片）１の起磁力
による磁束をφｍ、その固定片３における左右方向分流
をそれぞれα・φｍ、β・φｍ（α、βは＜１で分流比
を示す）、電気巻線２の通電による誘起磁束をφｉ、比
例常数をｋとし、単純化のため磁束漏洩を無視すれば、
電気巻線通電時に永久磁石（可動片）１に作用する吸引
力Ｆは次式で示される。

Ｆ＝ｋ（β・φｍ＋φｉ）^２ ……（１）ただし、α＋β＝１ここで、φｍ＝η・φｉ（ηは磁石係数）とすれば、
（１）式は次のように表現できる。

Ｆ＝ｋ・φｉ^２（β・η＋１）^２…（２）一方、この電磁アクチュエータと同一比例定数の従来の
電磁アクチュエータで、通電電流による誘起磁束をφｉ
_０、そのとき永久磁石（可動片）１に作用する吸引力Ｆ
_０とすれば次式が成立する。

Ｆ_０＝ｋ・φｉ_０ ^２ ……（３）（２）（３）式より、φｉ＝φｉ_０、すなわち同一励起
アンペアターンとすると、Ｆ／Ｆ_０＝（β・η＋１）^２ …（４）また、Ｆ＝Ｆ_０、すなわち、同一吸引力の場合は、 φｉ／φｉ_０＝１／（β・η＋１） …（５）の関係式を得ることができる。

すなわち、本発明は、従来装置に比較して、同一励磁ア
ンペアターンでは数倍の吸引力を発生し、同一吸引力を
発生するためには、数分の１の励磁アンペアターンでよ
いことは、（４）、（５）式に具体的数値を代入し、β
をパラメータとし、Ｆ／Ｆ_０、φｉ／φｉ_０の数値を算
出した第２図、第３図を参照すれば明らかである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）により説明する。

閉磁路は閉ループ状の磁性体固定片３により形成され
る。

電気巻線２は該閉磁路に巻回され、該閉磁路に第１の磁
束を発生するものである。

次に、永久磁石１から成る可動片は該閉磁路の対向する
一対の区分区間相互区間を間隙を介して橋絡し、閉磁路
に第２の磁束を発生する。

また、前述の前提知見よりα、βの分流比が、機能上の
重要因子であるため、閉磁路の固定片３の所要部位に磁
束調整部である可飽和磁性体６が一対対向するように挿
入され、永久磁石（可動片）１を移動させる吸引力を増
大させるため磁束分流比の調整を行う。

永久磁石（可動片）１は、その磁極面１ａ，１ｂが間隙
を介し磁性体固定片３の可飽和磁性体６の側面部６ａに
対面し、矢印７あるいはその反対方向に変位可能に配設
される。電気巻線２の無通電時には図示していないスプ
リング抗力によって、第１図（ｂ）図示位置に保持され
る。

第１図（ｂ）図示の状態で、図示極性の磁束φｉを誘起
する所定電流を電気巻線２に通電すれば、前述の前提知
見で説明した通り磁束φｉ、αφｍ、βφｍの重畳効果
によって、永久磁石１から成る可動片は第１図（ａ）図
示状態に左方に変位する。

逆に、第１図（ｂ）図示と逆極性の磁束φｉを誘起する
通電では、永久磁石（可動片）１は第１図（ｃ）図示状
態に右方へ変位する。

また、第１図（ａ）または（ｃ）図示状態へ変位後、電
気巻線２への通電停止によって、第１図（ｂ）図示状態
への自動復帰させるか、あるいは第１図（ａ）または
（ｃ）図示状態を保持し続けさせるか、その動作特性の
選択は、任意に可能である。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように電磁アクチュエータの外
形、寸法は、ほぼ所要励磁アンペアターンに比例し、所
要電力は所要励磁アンペアターンの２乗に比例すること
から下記の優れた効果を奏し、各種産業、民生の分野に
多大の貢献をする。

（１）従来と同一アンペアターンの電力で数倍の吸引力
を発生できる。

（２）従来装置の数分の１のアンペアターンの電力で同
一吸引力を発生できる。

（３）単安定、双安定、多安定等、種々の機能の電磁石
の製作が容易にできる。

上記特性から次の具体的特徴が発揮できる。

（ａ）微少電源、例えば太陽電池、乾電池等を活用し
て、各種機械、器具の操作が容易化する。

（ｂ）高感度、省エネルギーである。

（ｃ）小型、軽量化できる。

（ｄ）残留磁気の影響を排除でき、動作が確実である。

（ｅ）構造が単純、頑丈で量産に適する。

図面の簡単な説明第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の一実施例の説
明図、第２図および第３図は本発明の実施例の特性図、
第４図および第５図は従来の電磁アクチュエータの説明
図である。

１……永久磁石、２……電気巻線３……固定片、４……可動片５……スプリング、６……可飽和磁性体７……矢印 α、β……分流比

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上津原常男埼玉県浦和市白幡３丁目１番９号 (56)参考文献特開昭55−22748（ＪＰ，Ａ) 実開昭56−78313（ＪＰ，Ｕ) 実公昭58−40575（ＪＰ，Ｙ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】閉ループ状の磁性体固定片により形成され
た閉磁路と、該閉磁路を励磁して該閉磁路に第１の磁束
を発生する電気巻線と、該磁性体固定片における対応す
る一対の区分区間相互間を間隙を介して橋絡し該閉磁路
に２つの磁束（αφｍ，βφｍ）に分流させる第２の磁
束を発生する永久磁石からなる可動片と、該閉磁路に配
設され該磁束分流比（α，β）を調節して該可動片に作
用する吸引力を増大させる可飽和磁性体とからなり、該
電気巻線に正又は負極性の通電を行い該第１の磁束と該
磁束αφｍ，βφｍとを重畳或は相殺させて該永久磁石
からなる可動片を移動させるよう該第１の磁束と該第２
の磁束を並列に作動させることを特徴とする電磁アクチ
ュエータ。