JPS6336502A - 電磁アクチエ−タ - Google Patents

電磁アクチエ−タ

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JPS6336502A
JPS6336502A JP61180304A JP18030486A JPS6336502A JP S6336502 A JPS6336502 A JP S6336502A JP 61180304 A JP61180304 A JP 61180304A JP 18030486 A JP18030486 A JP 18030486A JP S6336502 A JPS6336502 A JP S6336502A
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adjusting
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岡本 正幸
Noriyoshi Ohashi
大橋 徳良
Yoshimitsu Fujiwara
義光 藤原
Masaki Yamaguchi
正樹 山口
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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瞬時通電等により、駆動させる電磁
アクチエ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1.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シ
行なう形式の電磁アクチエータが使われている。特に近
年、駆動電源としてAC電源からだけではなく、乾電池
等の使用が増えており、そのため電源となる電池の温度
特性や負荷抵抗特性等の影響によシミ磁アクチエータに
印加される電圧条件に制限がでてくる。したがって、自
己保持型ソレノイドの作動する電圧を電源に対応した一
定の範囲内に収める必要が発生してくる。
これらに対して従来より電磁アクチエータの構成部品の
材料の磁気特性の精度、部品の寸法精度を上げたシして
、その作動するに必要な電圧のバラツキをおさえたりし
ているが、それでも要望される一定の範囲内に収めるの
が難しいため種々の作動電圧調整方法が採用されている
以下図面を参照しながら、前述した従来の電磁アクチエ
ータの一例について説明する。
第6図は従来例の構造の概略を示すものである。
第5図において、永久磁石1は厚み方向に着磁するとと
もにその方向に貫通孔1&を設けている。
その上には磁性材料製の固定吸着体2を設けており、磁
性材料製の可動鉄芯3が吸着面4で吸着離脱動作できる
様になっている。磁性材料製の第1固定継鉄5a、第2
固定継鉄6bと永久磁石1、固定吸着体2、可動鉄芯3
とで永久磁石1の磁気回路6を形成し、可動鉄芯3を固
定吸着体2に吸着面4で吸着保持している。
駆動用の電磁コイル7はその中央部を可動鉄芯3が上下
に摺動する板案内するとともに、前記磁気回路6を励磁
する様になっている。第2固定継鉄5bの前記永久磁石
1の貫通孔1aに対応する位置にめすネジ部が設けられ
ておシその部分におすネジ部を有した母性材料製の調整
鉄芯8が貫通孔1&を貫通する形でねじ込まれており、
前記固定吸着体2との隙間Eが可変できる構造となって
いる。永久磁石1、第2固定継鉄sb、調整鉄芯8、固
定吸着体2の間で、可動鉄芯3を含まない調整磁気回路
9が形成されている。可動鉄芯3の先端にはバネ受け1
0が装着されておシ、第1固定継鉄5&との間に圧縮バ
ネ11が設けられている。
以上の様に構成された電磁アクチエータについて、以下
その動作を説明する。
、基本的な動作原理として、外部からの駆動電源によシ
ミ磁コイル7に、前記磁気回路6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
シ、吸着面4での可動鉄芯3と固定吸着体2との吸着保
持力が弱まり、この吸着保持力をうわまわる圧縮バネ1
1の反撥力によシ、吸着面4よシ離反し可動鉄芯3を押
し上げる様になっている。また逆に図には示していない
が可動鉄芯3が押し上げられた状態では、電磁コイル7
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
とによシ圧縮バネ11の反撥力に打勝って再び可動鉄芯
3を吸着保持位置に戻すことができる。
ここで、前述の可動鉄芯3と固定吸着体2との間の吸着
保持状態での吸着保持力をF、圧縮バネ11の反撥力を
fとし、可動鉄芯3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7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とfとの差(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Fが小又はfが
大の場合はVが小となる。また、可動鉄芯3が吸着面4
より離れている状態では圧縮バネ11の反撥力fが大き
い程、再吸着するための作動電圧Vは大となる。従って
、圧縮バネ11の強さは離反する時と吸着する時で作動
電圧Vには逆に作用する。
ここで、磁気回路6を通る永久磁石1による磁束Φ1は
磁気回路6を構成する可動鉄芯3、第1固定継鉄6a、
第2固定継鉄5b、固定吸着体2等の透磁率すなわち磁
気特性や吸着面40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ものである。
一方、吸着保持力Fは磁束Φ1に比例する様な形で決定
される。
このことは、電磁アクチエータを同じ構造で組み立て製
造しても個別の物ごとに吸着保持力Fが構成部品の磁性
材料の磁気特性等のバラツキによって大きく変化するこ
とを示しておシ、したがって圧縮バネ11の反撥力fが
仮に一定としても(F−f)の差力がバラつくことにな
るので結果として個別の物毎に作動電圧Vがバラつくこ
とになる。
そこで、前述の様に外部からの駆動電源の電圧に制限が
あシ、作動電圧Vを一定の範囲内に収める必要が生じる
場合、その対応方法として(F−f)を一定幅に収める
様に圧縮バネ11の反撥力fを調整するか、磁気回路6
の磁束Φ1を変化させ吸着保持力Fを調整する方法が採
用されている。
本従来例は、後者の吸着保持力Fを調整する方法を示し
ているが、その動作は以下の様になっている。
前述の構成よシ固定吸着体2と調整鉄芯8との隙間lは
、調整鉄芯8のネジ部を回転させることによシ可変でき
、かつ隙間Eは磁気ギャップとなるので調整磁気回路9
の磁気抵抗を可変できることを意味している。すなわち
、隙間gを小さくすると調整磁気回路9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6と調整回路9に分散して流れる(両磁気回路以外へ
の漏れ磁束につ込ては理解しやすい様にゼロとして考え
る)ことより、調整磁気回路9を流れる磁束Φ2が大き
くなり、逆に磁気回路6を流れる磁束Φ1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6の磁気抵
、抗が大きくなるのでΦ2が小さくなシ、逆にΦ1が犬
きくなるので、吸着保持力Fが大きくなる。
この様に、調整鉄芯8と固定吸着体2との隙間lを可変
できることにより、調整磁気回路9の磁気抵抗を変化さ
せその磁束Φ2を変えて、最終的に磁気回路6の磁束Φ
、を変えることになる。すなわちこれは可動鉄芯3の固
定吸着体2への吸着保持力Fを変えることになシ、圧縮
バネ11の反撥力fとの差(F−f)を一定幅に収める
様にして作動電圧Vのバラツキを一定範囲内に収められ
ることを意味している。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、以下に示す様な問
題点があった。
第6図は、調整鉄芯8と固定吸着体2との隙間、71!
を可変していった時の図を示している。第6図(A)は
l=o、第6図(B)は1=14.第6図(C)はβ=
A6  とした場合である。E6は調整鉄芯3の先端が
第2固定継鉄5bの永久磁石1の下端面とほぼ同一位置
になった状態を示す。
βの増加と作動電圧Vの関係を第7図に示す。
第7図において、縦軸は作動電圧Vを、横軸は隙間Eを
示しているが隙間Eが増えていく程作動電圧Vが高くな
っている。しかしその相関関係は直線的ではなくE=0
付近ではeのわずかの変化でVは大きく変化するが1=
14〜16近辺ではVの変化は非常に少なくなっている
。これはl = 。
近辺ではEの変化で調整磁気回路9の磁気抵抗が大きく
変化するがlが大きくなると、寸法変化の割には、すで
に磁気抵抗がかなシ大きくて、磁束Φ2の変化はほとん
ど発生しないためである。
これらから分る様に、作動電圧Vの必要な調整が第7図
に示すV、からv2程度と低い場合、わずかのβの寸法
幅に規制しなければならない。逆VCVがV、〜v2と
同じ幅としてv3からv4程度と高い場合はかなシの2
の許容がある。このことは、調整作動電圧Vが低い時は
、隙間β寸法がわずかに変化するだけで作動電圧Vが犬
きく変化することになるので、寸法精度を上げる必要が
あり非常に調整しにくいということになる。しかも本従
来例の様に調整鉄芯8のおすネジと、第2固定継鉄5b
のめすネジとのガタつき程度でも作動電圧Vが変わるこ
とになり、ガタつきのない様にして調整しなければなら
ない。
一方、逆に調整作動電圧Vが高い場合は、同じ調整電圧
幅でもVが低い場合に比較し、隙間βの許容差が大きく
異なることになる。同じ作動電圧Vの調整幅でも高、低
により隙間βの許容幅が異なり、やはシ調整作業がやシ
にくくなる。
以上、従来の調整方法は、非常に精度を要求される場合
と比較的許容度が大きい場合とが混在しており、調整作
業が非常に困難であるという問題点を有していた。
しかも、調整鉄芯8が第2固定継鉄5bより出張って固
定されることになるので、外部から応力が加わることに
より隙間βが変化し、作動電圧Vの特性がかわってしま
うという問題点を有していた。
本発明は上記の問題点に対して、作動電圧Vと隙間Eの
関係を直線的に近くして、作動電圧Vが低くても高くて
も調整がしやすい電磁アクチエータを提供するものであ
る。
問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するために本発明は、永久磁石、調整
鉄芯を挿入した固定吸着体、可動鉄芯、固定継鉄間に形
成した磁気回路と、この磁気回路を励磁する電磁コイル
とを備え、前記磁気回路の前記固定吸着体全通る部分を
前記固定吸着体そのものを通る分流磁気回路と一端前記
固定吸着体から前記調整鉄芯を通り再び前記固定吸着体
を通る第1調整磁気回路に分けて形成するとともに、前
記可動鉄芯を含まない前記固定吸着体、前記調整鉄芯、
前記固定継鉄、前記永久磁石間に第2調整磁気回路を設
けるものである。
作用 本発明は、上記した構成によって第1調整磁気回路と第
2調整磁気回路の2つの調整磁気回路の磁気抵抗を、調
整鉄芯の固定吸着体への挿入量を変化させることにより
同時に調整し、結果として可動鉄芯と固定吸着体を通る
磁束を調整するものである。
しかも、挿入量と磁束の関係が直線的になる、すなわち
言いかえると挿入量と作動電圧の関係が直線的になるこ
とより一作動電圧調整が容易となるのである。
実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。
第1図は本発明の実施例における電磁アクチエータの断
面図を示すものである。
第1図において、永久磁石1は厚み方向に着磁するとと
もにその方向に貫通孔1aを設けている。
その上には磁性材料製の固定吸着体2を設けており、そ
の永久磁石1側の前記貫通孔1aに対応した位置にめす
ネジ部を有した挿入孔2aをあけており、磁性材料製の
可動鉄芯3が吸着面4で吸着離脱動作できる様になって
いる。また固定吸着体2の挿入孔2乙には、磁性材料製
のおすイ・ジ部を持った調整鉄芯8が前記永久磁石1の
貫通孔1aを貫通する形で挿入されネジ止めしていると
ともにその挿入量りを可変できる様にしている。
磁性材料製の第1固定継鉄51L、第2固定継鉄6bと
永久磁石1、調整鉄芯8を挿入した固定吸着体2、可動
鉄芯3とで永久磁石1の磁気回路6を形成し可動鉄芯3
を固定吸着体2に吸着面4で吸着保持している。駆動用
の電磁コイル7ばその中央部を可動鉄芯3が上下に摺動
する様案内するとともに、前記磁気回路6を励磁する様
になっている。第2固定継鉄6bの永久磁石10貫通孔
1aに対応する位置には、貫通孔1aと同程度の太きさ
の孔12が設けられ、外部より調整鉄芯8を回転できる
様にしている。
ここで、磁気回路6は、固定吸着体2を通る部分では固
定吸着体2そのものを通る分流磁気回路12と、固定吸
着体2から一端調整鉄芯8を通り再び固定吸着体2を通
過する第1調整磁気回路13とに分かれている。
一方、更に永久磁石1、第2固定継鉄6b、調整鉄芯8
、固定吸着体2の間で可動鉄芯3を含まない第2調整磁
気回路9が形成されている。可動鉄芯3の先端にはバネ
受け10が装着されており、第1固定継鉄6aとの間に
圧縮バネ11が設けられている。
さて以上の様な構成において、その作動原理は基本的に
は従来例で述べたと同一であるので省略するが従来例と
は異なるのは磁気回路6を通る磁束の、が、固定吸着体
2を通る時、固定吸着体2そのものを通る分流磁気回路
12の磁束Φ1aと一端調整鉄芯3を流れてから再び固
定吸着体2を流れる第1調整磁気回路13のΦ、bに分
かれることである。しかもこの磁束Φ1bが調整鉄芯8
の挿入量りによって変化、すなわち可変できる点である
このことは、磁気回路6を流れる磁束Φ1が、調整鉄芯
8の挿入量りの可変により、従来例と同様、な第2調整
磁気回路9の磁束Φ2の変化の影晋を受けるだけでなく
、更に磁束Φ1bの変化により直接Φ1自身も変化を受
けることを意味している。
以下その動作について図面を参照しながら説明する。第
2図は本実施例の調整鉄芯8と固定吸着体2に設けた挿
入孔2Nの先端部との距離すなわち挿入量りを変化して
いった時の図を示している。
第2図において(A)は挿入量L:L□#Oの状態であ
り、申)はL==L、、(C)はL=I、2とした時を
示している。各々第2調整砒気回路9を通る磁束をΦ2
、磁気回路6を通る磁束をΦ4、第1調整磁気回路13
を通る磁束をΦ1b、分流磁気回路12を通る磁束をΦ
1aとすると、Φ1=Φ、a+Φ2bとなる。
一方、永久磁石1によるトータルの磁束をΦとすると、
Φ=Φ1+Φ2となる。但し分かりやすいようにこれら
の磁気回路以外への漏れ磁束は無視するものとする。
ここで詳細に各々の条件で磁束がどう変化するかをみる
と、第2図(ム)の状態すなわちI、:Lo:0では、
第2調整磁気回路9での調整鉄芯8と第2固定継鉄5b
との間の磁気ギャップが非常に犬きく磁気抵抗が大きい
ため、磁束Φ2は非常に小さな値となる。一方逆に、第
1調整磁気回路13を流れる磁束Φ1bは固定吸着体2
の挿入孔2&の最奥部と調整鉄芯8の先端部との距離は
ゼロのため磁気ギャップもゼロに等しくなり、磁気抵抗
が非常に少なくなり、Φ1bも最大の値となる。分流磁
気回路12を通る磁束Φ1aは固定吸着体2の断面積か
ら、挿入孔2aの断面積を引いた面積で決定される磁束
量となっている。
次に第2図(B)状態、すなわちL==L1では、調整
鉄芯8と@2固定継鉄6bとが近づき両者間の磁気ギャ
ップがL二〇の場合より小さくなり、第2調整磁気回路
9の磁気抵抗が小さくなって磁束が通りやすくなりΦ2
は増加する。一方、Φ1bは、固定吸着体2の挿入孔2
&の最奥部と調整鉄芯8の先端との距離が増加するため
第1調整磁気回路13の磁気抵抗が増えて、L == 
LO−0の場合に比べて磁気抵抗増加分に応じた値に小
さくなる。
逆にその減少分は磁束Φ2にプラスした形で、第2調整
磁気回路9を流れることになる。一方Φ、aは、第2調
整磁気回路9の影響を受けるまでに到らず、L ” L
 o′=、Oの場合とあまり変らない。
更に第2図(C)の状態すなわちL:L2では、調整鉄
芯8と第2固定継鉄6bとの磁気ギャップが最小とな)
、第2調整磁気回路9の磁気抵抗が非常に小さくなり、
磁束が通りやすくなる。すなわちL : L、=、O、
L==L、時に比較してΦ2は最大となる。一方Φ1b
は固定吸着体2と調整鉄芯8との距離が非常に犬きくな
り、第1調整磁気回路13の磁気抵抗が犬きくなって、
最小となりΦ1bはゼロ近くなる。そしてその減少分は
Φ2にプラスされ、第2調整磁気回路9を流れることに
なる。
更に分流磁気回路12を流れる磁束Φ1aの一部は、第
2調整磁気回路9の磁気抵抗が非常に小さくなり磁束を
通しやすくなった影響を受け、Φ2にプラスする形で流
れてしまい、Φ1aはL:LO!−io 、 L:L、
  時よシも小さくなる。
なお、この様な動作を保障するためには、固定吸着体2
の磁路断面積は挿入孔2aを設けることにより、挿入孔
2aが無い場合と比較して、固定吸着体2を通る磁束が
変化すなわち減少するだけの挿入孔2aの断面積との関
係が成立していなければならない。
ここで上述の磁束変化の詳細を以下図を用いて説明する
。なお、各条件での磁束は例えば、L=L1の時のΦ、
b(L、)と表記するものとする。
第3図(A)〜(D) において縦軸は各条件の磁束骨
を、横軸は調整鉄芯8の固定吸着体2への挿入量りを示
している。
第3図(A)の実線18は、分流磁気回路12の磁束の
1aの変化を示しており、Lの増加とともに、LD%L
、ではΦ1aはほとんど変らないが、L1〜L2で犬き
く減少していく。Φ+ ?L(La )からΦ、a(L
2)までの減少量は、後述の第3図(C)中の一点鎖線
2oのように磁束Φ2の一部として流れることになり、
Φ2を増加させることとなる。
次に第3図(B)の実線19は、第1調整磁気回路13
の磁束Φ1bの変化を示しており、L+ : LO#0
の時最大となり以降りの増加とともに減少している。Φ
、b(Lo)からΦ1b(L2)までの減少量は。
前述と同様第3図(C)の点線21に示す様にΦ2の一
部となってくる。
第3図(C)の実線22は第2調整磁気回路9の磁束Φ
2の変化を示しており、これは前述のΦ1aの減少分を
示す一点鎖線2QとΦ、bの減少分を示す点線21を加
えた量となってくる。
更に第3図中)における実線23は磁気回路6を通る磁
束Φ1の変化を示しており、Φ1=Φ1八十Φ1bの関
係より、Φ、aを示す点線24とΦ1bを示す一点鎖線
25を加えたものとなる。
なおここで、Φ1とΦ2とを加えたものが永久磁石1に
よるトータルのΦとなるが第3図(C:) 、 (D)
からも理解できる様にΦ1とΦ2は、その他への漏れ磁
束がないものと仮定しているので、Φ=Φ1+Φ2は一
定となってくる。
さて、以上の様に本実施例は可動鉄芯3と固定吸着体2
間の吸着保持力Fを決定する磁気回路6の磁束Φ1を、
第3図(D)に示す様な形で調整鉄芯8の挿入iLを変
化させることで調節できることを示している。しかも、
LとΦ1の関係はほぼ直線的な関係となってくる。すな
わち、挿入量りと吸着保持力Fの変化の関係がほぼ直線
的になることになるので、作動電圧Vとの関係もほぼ直
線的になることを意味している。
第4図において、横軸に挿入ILを、縦軸を作動電圧V
にして、本実施例の挿入量りと作動電圧Vの関係を示し
ている。図から理解できる様に、本実施例では作動電圧
Vの必要な調整がvlからv2程度と低い場合でも、逆
にvlからv2と同じ幅としてVがv5からvlのよう
に高い場合でも、挿入量りの規制景はほとんど変らない
。しかも従来例の様に、5寸法がわずかに変化するだけ
で作動電圧Vが大幅に変化する様なこともないので、調
整鉄芯8のネジ部のガタつきがあっても作動電圧Vの変
化はほとんど見られないことになる。
なお、調整鉄芯8の下端部が第2固定継鉄5bの端面か
ら飛び出す、すなわちL:L2以上に挿入量を変化させ
ることは可能だが、この場合第2固定継鉄6bと調整鉄
芯8との磁気ギャップはほとんど変化しないので作動電
圧Vの調整範囲も狭くなり、調整効果が少なくなる。そ
こで通常、挿入量りは作動電圧Vとの直線関係が維持で
きるL ” L o ”; O〜L=L2程度で使用し
ている。逆に通常は構成部品のバラツキを含めてもこの
範囲で充分なことが多い。このことは、従来例の様に調
整鉄芯8が第2固定継鉄5bから外部へ出す必要がない
ことであシ、外力によって調整鉄芯8の調整位置が変化
し作動電圧Vの特性が変化することを防げることにもな
る。
なお、上記の調整範囲での調整ができない場合は、圧縮
バネ11の反撥力fを変更する方法との組み合わせで対
応ができる。
発明の効果 以上の様に本発明は、調整鉄芯の固定吸着体への挿入量
を変化させることにより、第1調整磁気回路、第2調整
磁気回路の磁気抵抗を同時に変化させ、結果として可動
鉄芯と固定吸着体とを通る磁束を変化調整でさる様にす
るとともに、その磁束と挿入量との相関関係を直線的に
なる様にするものである。これは、挿入量と自己保持型
ンレノイドの作動電圧との相関関係を直線的なものにす
ることであり、挿入量調整により作動電圧の調整が非常
に容易になるという効果となる。
更に、挿入量と作動電圧の関係が急激に変化する様な範
囲を解消することになり、調整鉄芯のガタつき程度で作
動電圧の特性が変わることを防ぐことが可能となる。
また、調整鉄芯に対する外力の印加も防ぐことができ作
動電圧特性の信頼性を高めることができ 。
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の電磁アクチエータの概略構
造を示す断面(2)、第2図は第1図の固定吸着体付近
の断面図、第3図は同調整鉄芯の挿入量と各々の磁束の
関係を示す図、第4図は同作動電圧と調整鉄芯の挿入量
を示す図、寸寺場モ第5図は従来の電磁アクチエータの
概略構造を示す断面図、第6図は、第5図の固定吸着体
付近を示した断面図、第7図は同調整鉄芯と固定吸着体
との隙間eと作動電圧との関係を示す図である。 1・・・・・・永久磁石、2・・・・・・固定吸着体、
3・・・・・・可動鉄芯、e・・・・・・磁気回路、8
・・・・・・調整鉄芯、9・・・・・・第2調整磁気回
路、13・・・・・・第1調整磁気回路。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名ノ 
−1≦q≧≧ρ5 ?−歌覗1体 第 1 図             3−可v5欽モ
、54−%Tm 5−一第2圓友束酷\ 6 −Jk%[ll (/I)                (Bン  
             (C〕第 3 図 一−→−り 第 3 区 一−−L 第 4 図 Lメ2L3LどLノ 挿入tL→ ノー−ね砥

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  永久磁石、調整鉄芯を挿入した固定吸着体、可動鉄芯
    、固定継鉄間に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を備え、前記磁気回路の固定吸着体
    を通る部分を前記固定吸着体そのものを通る分流磁気回
    路と一端前記固定吸着体から前記調整鉄芯を通り再び前
    記固定吸着体を通る第1調整磁気回路に分けて形成する
    とともに、前記可動鉄芯を含まない前記固定吸着体、前
    記調整鉄芯、前記固定継鉄、前記永久磁石間に第2調整
    磁気回路を設けた電磁アクチエータ。
JP61180304A 1986-07-31 1986-07-31 電磁アクチエ−タ Expired - Fee Related JPH0648648B2 (ja)

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JPH11101942A (ja) * 1997-08-01 1999-04-13 Carl Zeiss Jena Gmbh 顕微鏡におけるアダプティブ光学装置
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DE102009032365A1 (de) * 2009-07-08 2011-02-24 Pierburg Gmbh Elektromagnetantrieb für ein Ventil

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