JPS6053004A - 高応答電磁ソレノイド - Google Patents

高応答電磁ソレノイド

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JPS6053004A
JPS6053004A JP16025483A JP16025483A JPS6053004A JP S6053004 A JPS6053004 A JP S6053004A JP 16025483 A JP16025483 A JP 16025483A JP 16025483 A JP16025483 A JP 16025483A JP S6053004 A JPS6053004 A JP S6053004A
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electromagnetic solenoid
movable piece
electromagnetic
response
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JP16025483A
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Tomohiko Akuta
芥田 友彦
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1607Armatures entering the winding

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnets (AREA)

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】 本発明は高応答性を有づる電磁1ルノイトに(3!Iす
る。
従来の電磁ソレノイドは、可動片の形態にJ、ってプラ
ンジャー型、平板型、ロータリー型、ヒンジ型などに分
;31されるが、いづれもt11休C使用されて比較的
低速度の機械的/、1駆動用に供Uられ−Cぎた。たと
えば、通1;5の連続動作用の電磁ソレノイドは、最高
速のものでb数−1ミリ秒程度の応答であり、特殊な単
発動作用の6のでも入電流を瞬時通電して数ミリ秒程度
の応答性能てあつ1.Toしかし、電子・コンビコータ
制御なとの高速アクチコ」−−り用電磁ソレノイl−’
どしては、連続動作で数ミリ秒以内の高応ろ刺痛が要J
青されている。かかる要請にIii> U 1’:畠玩
S答電磁ソレノイドが、1981年2月発?jのSへF
技術論文1810462に「=ルノイドシノクチコエー
ターー高応答ソレノイド間光(00L E N OI 
D A C1” U A T ORS −F U R1
−HE RD E V E 10 P M E N T
 S I N EX王RFMELY FAS−T’ A
C’1lNGSOI IENOJDS)Jなる論文に紹
介され’tいる。コレノイドアクヂュエータ(,1、鉄
芯d3 J、ひ可動片が螺旋状または円推状に形成され
゛ており、励磁部分の構造が複雑て可動片の支持に特殊
4「方式を必要とし、製作・調整がヤ)や困テuであり
、また高応答性のbのはスト[」−夕が゛1ミリメー1
−ル程度と短小であるなどの問題貞がある。*発明は、
複数個の電磁ソレノイドを小形に配列して連結動作をさ
μることにJ:って、簡1iな41“4造の部品の複合
体としC装(”f・調整が′容易で、しかも数ミリソー
1〜ル以上のスト1−1−りを有り−る高応答電磁ソレ
ノイドをjj、!供1Jる()の−Cある。
本発明に係る高応答電磁ソレノイドを一カ向駆動方式ど
二方向駆動力テ(に分(プて図面に基いてげ2明する。
まづ、第一実施例どじで一部)面駆動lj式にっ″いて
31明する。第1図はプランジt・型、第2図は平板型
、第3図は半プランジ(・型にそれぞれ本発明を適用し
た高応答電磁ソレノイドを示づ。
第1図において、各1は通常の矩形断面よりなる鉄芯で
あり、該鉄芯1は両側面にポルl−9。
9にて固定された連結板4,71にインロー構造8にて
固定されている。この場合、両連結板4゜4の一部は磁
気回路用のヨークの効果をもたけるように設計すること
もできる。8鉄芯1には同形の励磁二]イル3を内蔵し
でいる1、各2はブランジレ型の可動片であり、各可動
)’l’ 2は各励磁コイル3の非励磁時に図外の戻し
ばねによって各鉄芯1の上面(図上にて〉に着座づるJ
:うに連結棒5に螺着7なとの手段によって固定されて
いる。連結棒5は鉄芯1中)1ノ部に固定された複数個
の軸受6にて正確に芯出しして案内されている。1oは
鉄芯1ど連結棒ξ〕との間に、11は鉄芯1と可動片2
の軸部との間に段()た微少間隙であり、可動片2の上
駆動に際しC:111動抵抗を生じないように考慮しで
ある。各励磁コイル3は電気的に並列に接続されている
。ずなはち、本実施例においては、ブランジレ型電磁ソ
レノイドを中形配列として第14成しである。
各励磁コイル3を同時に励起することによって各可動片
2は磁気ノコを受けて、−個の高応答電磁ソレノイドと
して動作する。
一般にΦ体の電磁ソレノイドは、その応答を速める目的
で吸引力を増加し−一うとして磁気回路断面積を増加し
、したがって全体的に大形化Jると、可動片の慣性質量
が磁気回路断面イ?1す/、:はら吸引力の3/2乗に
比例して増加すること、また励磁部分のインダクタンス
と♀フ、芯が人くな二)だだめの渦流損失が増大づるこ
とどによって、 ++3!械的、電気的両面から反っ(
応答が芹れ、性能が悪化するれ一部どなる。木実/19
1例のLl、!合【ま、Ili体のソレノイ1−自体は
小形のままであり、これを複数個)幾械的にはロタ1[
に連結し、電気的には励磁コイルを並列に接続して、各
可動片2を同時駆動している。したがって可動片2の慣
性¥j、mはほぼ磁気回路断面積リ−なわら吸引)jそ
のもの、具体的にはソレノイドを連結した個数に比例し
て増加するのみにとどまり、またインダクタンス増加に
よる応答遅れもなく、鉄芯が薄くてよいので渦流損失に
よる励磁電流の立上がり遅れも僅小である。したがって
、本実施例になる高応答電磁ソレノイドにあつ−Cは、
単体の人形電磁ソレノイドJ、りも追かに高速動作の応
答が1jJられる。
なお、小形に配列する電磁ソレノイドの個数は3個に限
定Jるものではない。また、可動J−12を−この位置
に保持してJ3<ためには、通常の電磁ソレノイドのよ
うに励磁′:]イルに僅かな保持電流を通電して83 
< 、また、励)6」イルの通電を断ち可動片2を復゛
′1さぜるための図外の戻しばねは1個を備えればにい
第2図は平板形電磁ソレノイドを中形配列とした本発明
に係る高応答?Ui磁ンシンレノイトす。
1′ は鉄芯、2′は平板型の可動片、3′は励磁コイ
ルであり、各励磁コイル3′は電気的に並列に接続しで
ある。4は連結板、5は連1+!i捧、6は軸受、9(
よボルトである。各ijJ !l’JJ J’i’ 2
 ’ +よ連結棒5に螺着7されており、また両連結板
4゜4ど鉄芯1′ とはビス12にて固定され−(いる
、。
10は鉄芯1と連結棒5との間に、′1ビ【;1可動片
2/喘而ど連結板4内面との間に設(Jl、、:微小間
隙である。本実施例においてb各励1Ill−1イル3
/に通電づることによって、プランジ〜・151+電磁
ソレノイドの場合と同様の作用効果を発揮づ−る。
第3図は2+’プランシト型rU磁ソレノイドを111
型配列とした本発明に係る高応答電磁ツレノーr1〜を
示Jo1″は鉄芯、2″は半ブランシト型可動片、3″
は励磁コイルであり、各励磁二1イル3//は電気的に
並列に接続しである。4は連結板、5は連結棒、6は軸
受、≦)はボルトで((つる。各可動片2″は連結棒5
に螺着7され−Ca>す、また両連結板4.4に各鉄心
゛1 がイン11−構造8にて固定されている。10は
鉄芯1″と連結棒5との間に、11は鉄芯1 と可動片
2″軸部との間にそれぞれ段重Jだ微少間隙である。
本実施例においても各励磁コイル3″に通電することに
よって、プランジャ型電磁ソレノイドの場合と同様の作
用効果を右づる。第4図には、二重円筒型磁気閉回路よ
りなるプランジャ型電磁ソレノイドに本発明を適用した
場合を示す。1αは鉄芯であり、円筒形自形に形成され
て磁気閉回路を形成づ゛る形状となっている。2はプラ
ンジャ型の可動片であり、磁気閉回路の一部を構成して
いる。3Gは励磁=」イルであり、各励磁コイル3qは
電気的に並列に接続しである。40は連結筒であり、二
つ?、1Jりどなり各鉄芯1a、をインロー構造8にて
収容し、]ニ下に設けた耳部をボルト9CLにて締ij
j#j T一体どし−Cある。5は可動片2を螺着7す
る連結棒である。
6は軸受、10は鉄芯1a、と連結棒5との間に、11
は鉄芯1a、と可動片2の軸部との間にそれぞれ説【ノ
だ微少間隙である。本実施例にd3いても、各励磁コイ
ル3c[、に通常することににつで、第1図に示したプ
ランジャ型電磁ソレノイドの場合と同4.1の作用効果
を有する。bd3、各磁気回路が連結棒5に対I)で完
全対称形となるため容積効:eを高めて小形化し、また
鉄芯1a、01社気団路新面積をa9りでさて更に渦流
1【!失を減少して応答性能が向上りる。また製作に(
13いても励磁コイルや鉄芯等が完全な円りl状とイ釘
・)ているのC容易である。
なd3、平板型(円板形)電磁ソレノイド、半プランジ
ャ型電磁ソレノイドも二重円筒型磁気閉回路に構成しC
本発明が適用されることは勿論(ある。
つぎに第2実施例として二方向駆動方式について説明づ
る。
第5図(J二手円筒型磁気閉回路J:りなるブランシト
型X−1r +aミソレノイド二方向駆動方式として、
本発明を適用したものである。、1b1.L鉄芯べ示し
、−1ニ下に配冒される中心部に通孔を説り一部た底板
を有する端円筒り、芯1b’ と、中間にイス1置して
中心部に通孔を設けた止切板を中央部に有する中間円筒
鉄芯1b″ とを、磁性体よりなる環状間座1b///
を挟装して重畳さぜ相客に個のボルト9bにて締イ」【
)て−イルに174成さtして(7入る。
2はプランジャ型の可動片であり、磁気財IE引路の一
部を構成しており、環状間座1b″の’ruT lを通
過する関係上、通常の円筒体に形成されている。37α
、3′b は励磁コイルて゛あり、各環状間座1b//
/を挟装して配回されており、この一対の励磁コイル3
/ a 、 3 / b 内【こ各iiJ動片2が位置
している。各励磁コイル3’a、Lま電気的に並列に接
続されて可動片2を図上にて」ニガに駆動する磁気力を
発生し、各励磁コイル3/bは同じく電気的に並列に接
続されて可動片2を図上にて下方に駆動する磁気力を発
生づ“る。
5)は連結棒であり、1り動片2を適当間隔【こ−(螺
着7しである。6は連結棒5の案内軸受であり、10は
連結棒5と円筒鉄芯1b″の止り板の1rlJ孔との微
少間隙であり、11は可動片2と環i人間座1b″/ど
の微少間隙である。
したかって、一群の助研コイル310 に通電ηると連
結棒5は図上にて上方へと駆動され、また−肝の励磁コ
イル3 / bに通電すると連結(イ(5は図上にて下
方へと駆動される。
かかる4M造にd5いては、2個の電磁ンレノイ1〜か
〃に鉄芯の一部である環状間座11)’//を」L右す
るので容積効率を向上して小形化され、:1、た通電;
;の電磁ソレノイドでは戻し〔JねにΔ:る((すt+
))す向の応答法IQ IJ動作方向より遅くなるが、
本実施例では戻しばねを省略ブーることにょっ蛯iiJ
動片2に対りるイl効吸引ツノをJj7加さLμC応τ
÷j虫1島を向上させるのみならず、二方向に対しく仝
<111目2;な性nuが得られる。
第6図は平板型(円板型)の可動j″1を用いC第2実
771目を4j、i成した場合を示す。−Iceよ鉄芯
(−i1リリ、上下に対向し−C配置され、ハ面に通孔
を設りたボスを右する端内筒鉄芯1c′ ど、中間に配
置1′りされ…i面が一対の1−1字形をいJ中間円筒
状鉄芯1c″とよりなる。2′(よ甲4N ’l’、I
 (円板型)の可動片、3// a 、 3 // l
)は鉄芯1cの空間に内蔵された励磁コイルであり、可
動片2は励磁コイル3″oと3″bどの間に位置して磁
気閉回路を形成している。各励磁コイル3// 、は電
気的に並列に接続されて可動片2′を図上にて上方に駆
動する磁気力を発生し、各励磁コイル3″bは同じく並
列に接続されて可動片2′を図上にて下方に駆動する磁
気ノ〕を発生ずる。4aは連結筒であり、二つス゛1ノ
リとなり、鉄芯I C/ 、1c//をインロー構造8
にて収容。
し、上下にhQけた耳部をポル1へ90に−C締fJ 
Gノで一体としている。5は連結棒であり可動片2ノを
螺着71.Tある。6は連結棒5の案内用の軸受Cあり
、10は鉄芯1cの内周面と連結棒外周面との間に、1
1′は可動片2′外周面と連結筒40内周面との間に設
()だ微少間隙である。したがって一群の励磁コイル3
”a、また【」−IfYの励磁コイル3″b に交互に
通電することによっ゛C第2実施例と同様の作用効果を
右ηる。
第7図は半ブランシト型の可動片を用いて第2実施例を
構成した場合を示づ一01dは&X rト、、Cあり、
上下に対向して配置され、片面に通孔を段り外側円筒の
端面よりは内側にpij而が位置Jるボスを有する端内
IJ:)鉄芯1化′ ど、中間に配置され断面が一対の
1字型をなプ中間円1+U状毅。
芯1d″とを、中間に磁性材よりイ# Z) fjl座
’+ d′〃を介駁して複数個のポル1−9bにて締イ
ζjす゛(一体に構成されている。2″は半ブランシト
型の可動片であり間座1d///と協同して(磁気閉回
路を構成している。3 /’/ a 、 3 bは間P
M ’I d−′lを挟装して鉄芯1dの空間に内蔵さ
れた励磁コイルであり、各励磁コイル3alよ電気的に
並列に接続されて可動片2″を図」−にて1方に駆動り
る磁気力を発生し、6励)イト]−イル3′″1〕13
1同しく並列に接続され′C可動R’ 2 ″を図上に
(上方に駆動J°る磁気力を発生づる。りは連結棒Cあ
り、可動R’ 2 を焙f’ir7シている7、可動1
1’ 2 ″i;L環状間座1d///の内周との間に
微少間ド::: 11を設(lJてυl置しCいる。1
0は鉄芯1dと連れ11棒5どの間の微少間隙である。
したがって、一群の励磁コイル3″/aユたlJ。
一群の励磁コイル3 //l bに交互に通電すること
によって第2実施例と同様の作用効果をイjする。
以上、二重円筒型磁気閉回路よりなる電磁ソレノイドに
二方向駆動方式として本発明を適用したものについて説
明したが、第1図乃至第3図に基づいて説明した矩形断
面型磁気回路にb適用できることは勿論である。
第3実施例について第1図乃至第7図を参照して説明す
る。本実施例は第1、第2実施例にJ3ける可動片2,
2′又は2〃を永久磁石にて構成するか、まIζは可動
片2,2〕又は2″の中心部を永久磁石とし鉄芯ど接触
する而を薄いiス片のヨークで1つ1.:構成どして可
動片2CL。
210 又は2″Oとする。そし−(可動片2a。
2/CL又は2′/CLの極性は駆動方向に対して揃え
て構成する。なお、平板型(円板型)可動ハ2 /aの
場合は中心の鉄芯部と外周の鉄芯部の(6束の向ぎが逆
となるので、可動片2’(lのそれぞれに接する部分が
各逆方向の極性をもつ永久磁石とづる。
第1図乃至第4図で説明した一方向駆動方式の第1実施
例においては、可動片2CL、2’CL又は2“α を
駆動づる場合には永久磁石を吸引りる方向に励磁コイル
3.3′又は3″に通電し、復帰さける場合にはこれを
反撥させる方向に励磁コイル3.3′又は3″に通電す
る。この場合には戻しばねを省略−リ−るが、または第
1実施例の如く可動片2.2′又は2″が鉄片の場合に
比して戻しばねの弾15!カを極めて弱くしうる。
つさ′に第5図乃至第7図に示した二方向駆動方式の第
2実施例においCは、たどえぼiiJ動片2a、、2’
a又LJ、2″CLを図」二にて一1方に駆動りる場合
には、一方の励磁D−(ル3′α、ζ3″0又は3 C
L l!Yに一すペての可動ハ2a、、2’α叉+、1
2″a を吸引りる方向に通電し、 ll−It It
;)に他ノ′ノの励(公」イル3’b、3”b又は3〃
)b I!Yにi1■動片2(1,2’CL 又は27
IQを反撥(きlブノ向に通電りる33シたかって、永
久磁石J、す<Nる可動片2Q、、2’CL又は2]/
CL、は一方向に働らく吸引ツノと反撥力との強い合成
力を同時に受()ん上方へと高速動作する。また可動片
2(1,2’Q又は2″αを下方に駆−動する場合には
、一方の励磁コイル3′α、3″α又は3′’CLnY
を可動片2Q、、2’■又は2″■を反撥さす方向に、
他方の励磁コイル3 / b、 3// b、 3//
/b群を可動片2CL、2’CL又は2″口を吸引する
方向に励磁づる。
通常の鉄製の可動片2.2′又は2″の場合は、第8図
の(△)曲線で示す如く、大きい力を必要とりる駆動開
始11、冒こは磁気回路との間隙が大きいために吸引力
が小さく、ストローク間隙が短かくなるにしたがって吸
引力が増入りるという欠点をもつが、本実施例の永久磁
石製の可動片2Q、、2’c又は2q−にあっては、駆
動開始時には接触している鉄芯側から強い反!a力を受
けでストロークが増し、ストローク間隙が短かくなるに
つれて反対側の鉄芯からの吸引ツクが増大するので、第
8図の(B)直線で承りようにストロークにほぼ無関係
に一定の強力な駆動ノ〕が1!1られる特徴を右する。
本実施例に119いては、各励磁コイルを常に全数稼動
さυることがCき、電磁ソレノイドとし−C小形にし−
(’ 1!’!1性能のbのを提供できる。なお、可動
片2CL。
2′Q又は2〃αの駆動時に対しc’ 1iJ動片2C
L。
2′α又は2″Qの保持時には僅少な励(6′−レイル
電流に低下しうる。まlζ可動片2CL、2’(L又は
2CL に使用づ−る永久磁石の性(il=によっては
その吸引ノjを利用して保持通電を省略りることし−C
さる特徴を右する3、なJ3、可動1’l’ 2α。
27α又(よ2″αに使用づる永久磁(、)1.J 1
^磁カか(かめ゛(人さく減磁性の少ない高↑う能希1
−類1・1蚤fiヤ)フェライト系母石を使用すること
にJ、ってiiJ動)”12a、2’a 又は2/10
を小形軽11)にてさ゛、応答性能を向上しうる。なお
、第1図乃至第ご3図にJltづいて説明した矩形断面
形磁気回路よりなる二方向駆!1IIJ方式どして本発
明を適用()たしのについてし永久磁石より<LるII
l動j1を用い11.′ることは勿論である、。
本発明に係る高応答電磁ソレノイドは、鉄芯と同形の励
磁コイルとを右する電磁ソレノイドの複数個を直列に配
置固定し、各電磁ソレノイドの可動片を連結棒によって
駆動方向に小型に連結しである。
したがって、簡単な構造の部品の複合体どじで製作・調
整が容易な高応答性を有し、しかも比較的ストロークの
大きい電磁ソレノイドを提供できた。
また、鉄芯と同形の励磁コイルとを右する電磁ソレノイ
ドの複数個を1列に配置固定し、各電磁ソレノイドの可
動片を連結棒にJ、つC駆動方向に中型に連結し、該励
磁コイルをそれぞれ可動片に正逆両方向の磁気力を及ぼ
′?I2個の励磁コイルを一紺として可動片に対応させ
、それぞれの可動片に同一方向の磁気力を及ばず励磁コ
イルをそれぞれ電気的に並列に接続しである。
したがって、比較的ストロータの人さい高応答電磁ソレ
ノイドにJ3いて、戻しばねを省略して二方向の稼動に
対して全く同様な性能かえられるのみならず、容積効率
を向上して小形化された。さらに、磁気回路を開回路と
して一1i1動片の一部を利用することにより容積効率
を向トして小形化され応答速度を向上でき、J、た用V
hハ又は可動片の一部分に永久磁石を使用することによ
って、スト〇−りにほぼ無関係に一定の強ツノな駆動力
が冑られ、一層小形にして畠1り能、かつ保持時の励磁
コイル電流を低下乃至零とじ1fする比較的ストローク
の大ぎい高応答電磁ソレノイドを提供できた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る一方向駆動方式のプランシト型電
磁ソレノイドの断面図、第2図は同平板型電磁ソレノイ
ドの断面図、第3図は回生プランジャ型電磁ソレノイド
の断面図、第4図は本発明に係る一方向駆動方式の二重
円筒ハリ磁気閉口路J:りなるプランジX・型fUi磁
ソシソレノイド面図、第5図は本発明に係る二方向駆動
方式の二重円f)型磁気閉回路にりなるプランシト型電
磁ソレノイドの断面図、第6図は同平板型電磁ソレノイ
ドの断面図、第7図は回生プランジャ型電磁ソレノイド
の断面図、第8図は可動片のストロークと駆動力との関
係を示す線図である。 1.1’ 、1″、1(L、1b、IC、Id、:鉄芯 2.2G−:(プランジV型の)可動片2’、2’α 
;(平板型の)可動片 2″、 2″O; (半プランジ(・型の)可動片3 
、3’ 、 3″、 3 a、、 3’a、 3’b、
 3“0゜3Ub、 3///a 、 3”b :励磁
コイル4;連結板 4Q、;連結筒 5:連結棒 6;軸受 〃 7 面 ストローク→S カ8図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、鉄芯と同形の励磁コイルとを右する電磁ソレノイド
    の複数個を直列に配置固定し、各電磁ソレノイドの可動
    片を連結棒によって駆動方向に印形に連結したことを特
    徴とづる高1+i5答電(鼓ソレノイド。 2、釘、心と同形の励磁コイルどを右1゛る電磁ソレノ
    イドの複数個を直列に配置固定し、8電磁ソレノイ1−
    の可動片を連結棒によって+S+<動方向に中形に連結
    し、該励磁コイルをそれ−C゛れの可動片に正逆両方向
    の磁気力を及ば!J2個の励1・lコイルを一組として
    可動片に対応さlq、イれぞれの7′IJ動ハに同一方
    向の磁気力を及ぽづ励磁二1イルをぞれぞれ1′It気
    的に!lρ列に接続したことを14徴と−する高応答°
    市磁ソレノイ1〜。 3、鉄心と01動片とて磁気閉回路をイ1°11成rJ
    ろ特許請求の範囲第1項または第2項記載の高応答電磁
    ソレノイド。 4、可動片の少なくとも一部分を永久磁石とした特許請
    求の範囲第1項、ダ)2項または第3項記載の高応答電
    磁ソレノイド。
JP16025483A 1983-09-02 1983-09-02 高応答電磁ソレノイド Pending JPS6053004A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6816048B2 (en) * 2001-01-18 2004-11-09 Hitachi, Ltd. Electromagnet and actuating mechanism for switch device, using thereof
WO2013034445A1 (de) * 2011-09-05 2013-03-14 Siemens Aktiengesellschaft Elektromagnetischer antrieb

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