JPH0648647B2 - 電磁アクチエ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は永久磁石を磁気回路中に有し、作動すべき時に
外部からの電源から通電して駆動させる電磁アクチェー
タに関するものである。

従来の技術 従来より電磁コイルの発熱をさけたり、駆動回路側の省
電力化をはかるため、永久磁石を使用し電磁コイルは瞬
間励磁だけに利用して、状態の保持は永久磁石により行
なう形式の自己保持型の電磁アクチェータが使われてい
る。特に近年、家庭用電気器具に組み込む電磁ソレノイ
ドの省電力化や、ガス器具の火力調節を電池を用いて電
気的に行なうガス制御弁としての用途に自己保持型電磁
アクチェータの必要性が高まってきた。

この様な用途に対して、一般に自己保持型電磁アクチェ
ータは、第６図の従来例に示す様な構造になっている。
永久磁石１，磁性材料製の可動鉄芯２，第１固定継鉄３
ａ，第２固定継鉄３ｂ，第３固定継鉄３ｃを配置して環
状の磁気回路４を形成し、吸着面５で可動鉄芯２と第３
固定継鉄３ｃを吸着保持している。

電磁コイル６は、その中央部を可動鉄芯２が摺動する様
に案内するとともに、前記磁気回路４を励磁する様にな
っている。可動鉄芯２の先端にはバネ受け７を装着し、
第１固定継鉄３ａとの間に圧縮バネ８を設けている。以
上説明した第６図は可動鉄芯２が吸着保持されている状
態を示している。その作動原理は、外部からの駆動電源
により電磁コイル６に、前述の磁気回路４の磁界方向と
は逆方向の磁界が発生する様に電圧を瞬間的に印加する
ことにより、吸着面５での可動鉄芯２と第３固定継鉄３
ｃとの吸着保持力が弱まり、この吸着力をうわまわる圧
縮バネ８の反撥力により、吸着面５より離間し可動鉄芯
２を押し上げる様になっている。又、電磁コイル６に永
久磁石１と同方向の磁界を生じる電圧を印加することに
より圧縮バネ８の反撥力に打勝って再び可動鉄芯２を吸
着位置に保持することが出来る。

ここで、前述の可動鉄芯２と第３固定継鉄３ｃとの間の
吸着保持状態での吸着保持力をＦ、圧縮バネ８の反撥力
をｆとし、可動鉄芯２を押し上げる、すなわち作動させ
る時に必要な電磁コイル６への印加電圧を作動電圧Ｖと
すると、作動電圧Ｖの値は作動原理からも理解できる様
に(Ｆ−ｆ)値に依存し、決定される。

すなわち、吸着保持力Ｆが大、又は反撥力ｆが小の場合
は作動電圧Ｖが大に、逆に吸着保持力Ｆが小又は反撥力
ｆが大の場合は作動電圧Ｖが小となる。又、可動鉄芯２
が吸着面から離れている状態では、圧縮バネの反撥力が
大きい程、再吸着するための作動電圧は高くなる。従っ
て、圧縮バネの強さは離反する時と吸着する時で作動電
圧には逆に作用するものであった。

発明が解決しようとする問題点 ところが、この様な構造の場合、磁気回路４を通る永久
磁石１による磁束Φは、磁気回路４を構成する磁性材料
製の可動鉄芯２，第１固定継鉄3a，第２固定継鉄３ｂ，
第３固定継鉄３ｃ等の透磁率、すなわち磁気特性や、吸
着面の表面粗度及び永久磁石１そのものの磁気特性のバ
ラツキの影響を大きく受ける。

このことは、吸着保持力Ｆが、構成部品の磁性材料の磁
気特性のバラツキによって大きく変化することを示して
いる。すなわち、自己保持型ソレノイドを同様な構造で
組み立て製造を行なっても、磁気特性のバラツキのため
吸着保持力Ｆが、各々個別の物毎に異なりバラツクこと
になってくる。したがって、圧縮バネ８の反撥力ｆが仮
に、個別の物毎に一定としても（Ｆ−ｆ）の差力がバラ
ツクことになるので結果として、、作動電圧Ｖが個別の
電磁アクチェータ毎に変化し、バラツクことになる。

この様に作動電圧Ｖがバラツク場合、外部駆動電源から
の印加電圧が限られたり、特に電源として例えば乾電池
の様に限られた電圧しか印加されないものとすると、作
動電圧Ｖを電源に対応した一定の制限範囲内に収める必
要が発生する。この対応方法として、従来は圧縮バネ８
の反撥力ｆを調整し（Ｆ−ｆ）の差力を一定幅に収める
ことが採用されている。

具体的には、反撥力ｆを変えた圧縮バネ８を何種類か準
備しておき、個別の電磁アクチェータ毎に圧縮バネ８を
変えて組みたて、作動電圧Ｖが所定の制限範囲に収まる
かを確認しながら、その特定の電磁アクチェータに使用
する圧縮バネを決定している。

この様に従来の自己保持型電磁アクチェータでは、作動
電圧Ｖがバラツクことにより、制限範囲内に収める必要
がある時、個別の電磁アクチェータでみた場合には不必
要になる圧縮バネ８を余分に用意しておき、しかも使用
圧縮バネ８を決定するには、そのつど作動電圧Ｖを測定
していかなければならなく、余計な組立工数，検査工
数，費用が掛かり、しかも作動電圧Ｖの調整がしにくい
との問題がある。更に、離反させる時の電圧と、再吸着
させる電圧の両方を、限られた乾電池電圧で得られる値
にするために圧縮バネ強度を強くする方向での調整には
限度があり、このことがより調整作業の困難さをもたら
していた。

問題点を解決するための手段 本発明の電極アクチェータは、永久磁石，可動鉄芯，固
定継鉄とで形成した磁気回路と、この磁気回路を励磁す
る電磁コイルと、前記可動鉄芯を含まない前記永久磁石
の調整磁気回路を形成する調整鉄芯を備えたものであ
る。

作 用 本発明の電磁アクチェータは、可動鉄芯を含む磁気回路
に対して可動鉄芯を含まない調整磁気回路を設けるとと
もにその磁気抵抗を可変できる様にすることにより、可
動鉄芯を含む磁気回路を通る磁束を調整することがで
き、可動鉄芯と固定継鉄間の吸着力を調整することによ
り、作動すべき時に必要な電磁コイルへの印加電圧を容
易に調整可能とするものである。

実施例 以下、本発明の一実施例の自己保持型電磁アクチェータ
を図面を参照して説明する。第１図において永久磁石１
は厚み方向に着磁しており、そして、この永久磁石１，
磁性材料製の可動鉄芯２，第１固定継鉄３ａ，第２固定
継鉄３ｂ，第３固定継鉄３ｃを環状に配置して磁気回路
４を形成し、吸着面５で可動鉄芯２と第３固定継鉄３ｃ
を吸着保持している。電磁コイル６はその中央部を可動
鉄芯２が上下に摺動する様に案内するとともに、前記磁
気回路４を励磁する様になっている。第２固定継鉄３ｂ
には、磁性体製の調整鉄芯９ｂを装着した調整固定用ネ
ジ９ａを備えている。第３固定継鉄３ｃと永久磁石１，
第２固定継鉄３ｂ，調整鉄芯９ｂ間で調整磁気回路１０
を形成する様にしており、磁気回路４に対して可動鉄芯
２を含まない形で並列磁気回路となっている。

また、調整鉄芯９ｂと第３固定継鉄３ｃとの隙間ｌは調
整固定用ネジ９ａのネジ部を回転することにより変化さ
せることができ、かつ隙間ｌは磁気ギャップとなるの
で、調整磁気回路１０の磁気抵抗を可変できる構造とな
っている。

可動鉄芯２の先端にはバネ受け７が装着されており、第
１固定継鉄３ａとの間に圧縮バネ８を設けている。

さて、以上のような構成において、その作動原理は基本
的には従来例で述べた内容と同一であるので省略する
が、従来例と異なるのは、可動鉄芯２と第３固定継鉄３
ｃとの吸着保持力Ｆが可変できると云う点である。すな
わち、前述の様に調整鉄芯９ｂと第３固定継鉄３ｃとの
隙間ｌを小にすると調整磁気回路１０の磁気抵抗が小さ
くなり、永久磁石１によるトータルの磁束Φが磁気回路
４と調整磁気回路１０に分散して流れることにより、調
整磁気回路１０を流れる磁束Φ_１が大きくなり逆に磁気
回路４を流れる磁束Φ_２が小さくなり吸着保持力Ｆが小
さくなる。一方、逆に隙間ｌを大にすると調整磁気回路
１０の磁気抵抗が大きくなるので、調整磁気回路１０を
流れる磁束Φ_１が小さくなり、逆に磁気回路４を流れる
磁束Φ_２が大きくなり、吸着力Ｆが大きくなる。

この様に吸着力Ｆの調整ができることは、圧縮バネ８の
反撥力ｆとの差（Ｆ−ｆ）を調整できることを意味して
いる。したがって、従来例で述べた作動原理からも理解
できる様に、可動鉄芯２を押し上げる、すなわち作動さ
せる時に必要な電磁コイル６への印加電圧、つまり作動
電圧Ｖの調整が可能なことを示している。

従来例では（Ｆ−ｆ）の調整方法として圧縮バネ８の反
撥力ｆを何種類か準備することで対応したが、本発明で
は圧縮バネ８の反撥力ｆを変化させないで、調整固定用
ネジ９ａ，調整鉄芯９ｂで吸着保持力Ｆを調整すること
になり、圧縮バネ８の反撥力を何種類も用意する必要が
ない。しかも、所定の必要とする作動電圧Ｖを印加しつ
つ、前述の調整鉄芯９ｂと第３固定継鉄３ｃとの隙間ｌ
を当初大きめから徐々に狭くしていき可動鉄芯２が作動
したポイントで隙間ｌを固定すると云う方法で、調整が
容易に可能となる。

なお、本実施例の調整鉄芯９ｂの上方からの断面を示す
図を第２図に示しているが調整鉄芯９ｂの取付け位置や
その形状は、極端な表現をすれば永久磁石し、第３固定
継鉄３ｃ，第２固定継鉄3b，調整鉄芯９ｂ間に調整磁気
回路１０が形成され、かつその磁気回路内に磁気抵抗と
なる隙間が設けられるならば任意となる。

また、調整用固定ネジ９ａは、非磁性体製でも磁性体製
でもどちらでもよく、作動電圧Ｖ調整の効果は変わらな
い。また、仮に非磁性体製としても、第２固定継鉄３ｂ
に対してビス孔部分だけの面積が減少するだけであり、
磁気回路４に影響を及ぼすまでに到らない。

次に本発明のもう一つの実施例の自己保持型電磁アクチ
ェータを説明する。第３図において永久磁石１は厚み方
向に着磁しており、その中央に貫通孔１ａが形成されて
いる。第２固定継鉄３ｂにはネジ穴を設け、外周にネジ
部を有した調整鉄芯９を前記ネジ穴に装着しており、し
かもその位置は調整鉄芯９が、永久磁石１の貫通孔１ａ
を貫通する様に設置している。

可動鉄芯２，第１固定継鉄３ａ，第２固定継鉄３ｂ，第
３固定継鉄３ｃ，永久磁石１で磁気回路４を形成すると
ともに、第３固定継鉄３ｃと永久磁石１，第２固定継鉄
３ｂ，調整鉄芯９とで調整磁気回路１０を形成し、磁気
回路４とは並列関係になっている。

本構成においても、第一の実施例と同様、調整鉄芯９の
ネジ込みを変化させることにより、第３固定継鉄３ｃと
の隙間ｌを調整でき、磁気回路４の磁束を可変すること
ができるので結果として作動電圧Ｖの調整が可能とな
る。なお、この実施例は、前述の実施例に比べ調整鉄芯
９ｂと調整固定ネジ９ｂを兼ねており、部品点数も少な
くてすみ構造が簡単となる。

なお、本実施例での隙間ｌと作動電圧Ｖとの関係の概略
を第４図に示す。

第４図において、縦軸は作動電圧Ｖを、横軸は隙間ｌを
示しており、隙間ｌが大きくなると、吸着保持力Ｆが大
きくなり、作動電圧Ｖが大きくなっていることが分る。

ここで例えば所定の必要な作動電圧Ｖ_１を印加しながら
隙間ｌを大きな方から順々に小さくしていき、電磁アク
チェータが動作するポイントの隙間ｌ_１で固定すれば、
その電磁アクチェータは作動電圧Ｖ_１で作動するもので
あると決定される。

第５図に本発明の電磁アクチェータをガス制御弁に用い
てガス調理器に応用した例を示した。ガス流入口１１か
ら流入したガスは図示していない熱電対の出力で開弁状
態を維持する安全弁１２と対応した元弁座１３を通過
し、本発明による電磁アクチェータで構成した制御弁１
４で開閉される制御弁座１５及び前記制御弁座１５と並
列のオリフィス１６を経てノズル１７から噴出してバー
ナ１８で燃焼をする。ボタン１９は点火時には前記安全
弁１２を押圧させると共に図示していない点火器を作動
させるもので、消火時には安全弁１２への熱電対の出力
を断つためのスイッチ２０を作動させる。この部分の構
成は公知の内容であるので詳細な説明は省略している。
次にボタン２１は押し操作した時だけスイッチ２２をオ
ンするもので、ボタン２３とスイッチ２４の関係も同様
である。そして、スイッチ２２がオンした時は制御弁１
４の電磁コイルには永久磁石磁界と同方向の磁界を生じ
る方向に電圧が印加され、スイッチ２４がオンした時は
逆方向磁界を生じる方向に電圧が印加される構成であ
る。これらへの電圧は電池から供給されるものであるが
図では省略した。

以上の構成であるからスイッチ２２がオンされると制御
弁座１５は開放されスイッチ２４がオンされると制御弁
座１５は閉塞される。従って、オリフィス１６でガス量
が制限される小発熱量の場合と制御弁座１５をも通って
ガス量が制限されない大発熱量の場合がボタン２１又は
２３の押し操作のみで使い分けることが出来る。

この結果、従来のガスコックを回して火力を絞る操作に
比べて操作が簡単であるばかりでなく絞りすぎて失火す
る恐れもないガス調理器を得ることが出来るものであ
る。

発明の効果 以上の様に本発明の電磁アクチェータは、可動鉄芯を含
む磁気回路と並列に可動鉄芯を含まない調整用の磁気回
路を設け、しかもその磁気抵抗を可変することで、可動
鉄芯を通る磁束を変化さすことができ、可動鉄芯の吸着
保持力を変化させて、アクチェータの作動する電圧を調
整することができる。

その結果、構成部品材料の磁気特性のバラツキによる作
動電圧のバラツキも容易に吸収調整することができ、し
かも従来の様に余分な圧縮バネを用意する必要もない。

よって、電磁アクチェータを組立製造する時、従来の様
な余計な組立工数，検査工数，費用が不必要となり、し
かも作動電圧特性が安定したアクチェータを提供するこ
とができる。

すなわち低コストで品質の安定した、しかも駆動電源側
の制限条件にいかようにも対応できる電磁アクチェータ
が実に容易に組立可能となるものである。

また、調整鉄芯は電磁コイルの磁気回路で見ると、永久
磁石とは並列に挿入されているから、電磁コイルの磁束
が流れ易くなる位置にある。従って、同じ電圧を印加し
ても電磁コイルによる磁束量は調整鉄芯がない場合に比
べると多く得られるから、離反させる場合の永久磁石磁
束に対する低減効果も高く、吸着させる場合の磁束増加
効果も高い。このことは、単に永久磁石の磁束量が調整
鉄芯によって減少した効果以上に低い電圧で離反させる
ことが可能であり、再吸着の場合も永久磁石と電磁コイ
ルの両方を合わせた磁束量増加が図れて、低電圧動作が
可能になるという効果をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電磁アクチェータの一実施例を示す縦
断面図、第２図は同調整鉄芯部分の横断面図、第３図は
同他の実施例の縦断面図、第４図は同作動電圧Ｖと隙間
ｌの関係を示す特性図、第５図は本発明の電磁アクチェ
ータを採用したガス調理器の要部断面の構成図、第６図
は従来例の電磁アクチェータの縦断面図である。 １……永久磁石、２……可動鉄芯、３……固定継鉄、４
……磁気回路、６……電磁コイル、７……調整鉄芯、８
……磁気回路、９……圧縮バネ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】永久磁石，可動鉄芯，固定継鉄とで形成し
   た磁気回路と、この磁気回路を励磁する電磁コイルと、
   前記可動鉄芯を含まない前記永久磁石の調整磁気回路を
   形成する調整鉄芯とを備えた電磁アクチェータ。
2. 【請求項２】永久磁石は着磁方向に貫通孔が形成され、
   調整鉄芯は前記永久磁石を貫通する位置に設けられた特
   許請求の範囲第１項記載の電磁アクチェータ。