CN101010755B - 电磁致动器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供减少磁通泄漏、高效率的电磁致动器。电磁致动器具有：第1线圈31；在第1线圈31的中心轴上移动的可动件2；覆盖前述第1线圈31的上下面及外周面的第1固定件11；以及将可动件2在其可动区间的终端固定闭锁的永磁体15。设置与第1固定件11连续、并控制来自永磁体15的磁通的第2固定件12。通过设置该第2固定件12，在将固定闭锁状态的可动件2进行释放时，不直接对永磁体15进行反向励磁，永磁体15不进行消磁。
Description
技术领域
本发明涉及对于接近的电子设备及磁性体构件不产生恶劣影响的电磁致动器。
背景技术
以往，作为利用永磁体来保持吸引状态的电磁致动器，提出了若干个结构方案。
其中之一的电磁致动器如图38所示，具有固定件1及可动件2，并且固定件1及可动件2的以其对称轴为界线的截面形成「日」字形的磁路。在日字的两个空间中分别设置线圈31及32，在相当于中心线的径向突出部分14设置磁化了的永磁体15(例如，参照专利文献1)。
在图38中，由于第1气隙41的气隙长小于第2气隙42的气隙长，因此永磁体15生成的磁通多在包含第1气隙41的磁路中流动，从而对可动件2产生向左的磁吸力，能够将可动件2固定在左闭锁位置。在解除闭锁时，在线圈31及32中流过电流，使第1气隙41的磁通减少，第2气隙42的磁通增加，产生使可动件2向右方向移动的驱动力。
另外，别的电磁致动器如图39所示，具有线圈3、在前述线圈3的中心轴上移动的可动件2、以及覆盖前述线圈3的上面及下面及外周面那样设置的固定件1。永磁体1 5配置在用前述固定件1与前述可动件2包围的气隙中，利用前述永磁体15产生的磁场，使前述固定件1吸附前述可动件2(例如，参照专利文献2)。
在图39中，在解除闭锁时，在线圈3中流过电流，减少永磁体15的磁通，若减少作用于可动件2的向下的吸引力，则闭锁解除，利用载荷，可动件2上升。
专利文献1：特开平7-37461号公报
专利文献2：特开2002-289430号公报
在前述的专利文献1所述的电磁致动器中存在的问题是，由于在线圈31及32构成的磁路中设置永磁体15，因此在闭锁解除时，直接对永磁体15进行反向励磁，有可能消磁。
另外，在专利文献2所述的电磁致动器中存在的问题是，永磁体15产生的磁通向致动器外部泄漏，对于接近的电子设备及磁性体构件有可能产生恶劣影响。
另外，希望电磁致动器是高效率的，希望动作时的电流要尽可能少。
发明内容
本发明正是考虑了这些方面而提出的，其目的在于提供一种电磁致动器，该电磁致动器在闭锁解除时，线圈产生的磁通不可能对永磁体进行反向励磁而消磁，而且永磁体的磁通泄漏达到最低限度，对于接近的电子设备及磁性体构件不产生恶劣影响。
本发明的电磁致动器，具备：第1线圈；沿第1线圈的中心轴移动的圆筒状的可动件；具有设置在第1线圈的上面的第1板材、设置在第1线圈的下面的第1中空板材、以及覆盖第1线圈的外周面的第1圆筒的第1固定件；在移动端部固定可动件的永磁体；以及与第1固定件连续设置的控制永磁体的磁通的第2固定件。
本发明的电磁致动器，第2固定件具有：与第1固定件的第1中空板材连续的第2圆筒、设置在第2圆筒的永磁体侧端部的第2中空板材、以及配置在第2圆筒内的内圆筒。
本发明的电磁致动器，可动件具有：柱塞、以及从柱塞向径向外侧突出的突出板材，在内圆筒设置承受该突出板材的承受部。
本发明的电磁致动器，永磁体设置在第1固定件的第1中空板材上，第2固定件具有圆筒体，该圆筒体具有与永磁体接触的凸缘部。
本发明的电磁致动器，永磁体设置在第1固定件的第1中空板材上，第2固定件具有与永磁体接触的第3中空板材。
本发明的电磁致动器，在永磁体的附件设置使永磁体的磁通短路的短路环。
本发明的电磁致动器，在第1线圈的中心设置与第1板材连接的磁极片。
本发明的电磁致动器，将磁极片的长度设定在达到第1线圈的中心的最长长度、与从该最长长度仅缩短可动件的行程的一半的最小长度之间。
本发明的电磁致动器，可动件的外径与前述磁极片的外径之差为可动件的外径的±15％以内。
本发明的电磁致动器，可动件的截面积与前述磁极片的截面积之差为可动件的截面积的±15％以内。
本发明的电磁致动器，与第1板材中可动件的外径相同的直径的圆筒状截面积与可动件的截面积相同或为2倍以内。
本发明的电磁致动器，覆盖第1线圈的外周的第1圆筒的截面积与可动件的截面积相同或为2倍以内。
本发明的电磁致动器，第1中空板材的中空面的截面积与可动件的截面积之差为第1中空板材的中空面的截面积的±15％以内。
本发明的电磁致动器，前述第2固定件中垂直于永磁体的磁通的截面积与永磁体的截面积之差为第2固定件的截面积的±15％以内。
本发明的电磁致动器，前述第1线圈与第1固定件之间的间隙为3mm以内。
本发明的电磁致动器，前述第1固定件的第1中空板材的中空面与可动件的外周面的间隙为3mm到5mm。
本发明的电磁致动器，可动件的突出板材的截面积与柱塞的截面积之差为突出板材的截面积的±15％以内。
本发明的电磁致动器，可动件的突出板材的截面积与第2圆筒的承受部的内周面的截面积之差为突出板材的截面积的±15％以内。
本发明的电磁致动器，可动件的柱塞的外周面与第2固定件之间的间隙为1mm到5mm。
本发明的电磁致动器，在与第1线圈同一轴上设置第2线圈。
本发明的电磁致动器，第1线圈与第2线圈沿径向并排配置。
本发明的电磁致动器，具备：第1线圈；沿第1线圈的中心轴移动的圆筒状的可动件：具有设置在第1线圈的上面的第1板材、设置在第1线圈的下面的第1中空板材、以及覆盖第1线圈的外周面的第1圆筒的第1固定件；将前述可动件在它的动作终端位置与前述第1固定件吸附固定进行闭锁的永磁体；以及与前述第1固定件连续设置的控制前述永磁体产生的磁通的第2固定件，在前述可动件从前述第1固定件离开位于释放终端位置时，前述永磁体位于可动件的附近。
本发明的电磁致动器，第2固定件具有：与第1固定件的第1中空板材连续的第2圆筒、设置在第2圆筒的永磁体侧端部的第2中空板材、以及配置在第2圆筒内的内圆筒。
本发明的电磁致动器，在前述可动件从前述第1固定件离开并位于释放终端位置时，前述永磁体配置在可动件的释放终端侧的端部附近。
本发明的电磁致动器，可动件具有：柱塞、以及从柱塞向径向外侧突出的突出板材，在内圆筒设置承受该突出板材的承受部。
本发明的电磁致动器，前述可动件的从柱塞向径向外侧突出的突出构件的厚度与前述永磁体的厚度之差为突出构件的厚度的±15％以内。
本发明的电磁致动器，在前述可动件从前述第1固定件离开位于释放终端位置时，前述永磁体配置在可动件的从柱塞向径向外侧突出的突出构件的附近。
本发明的电磁致动器，在前述第1固定件的第1中空板材与前述第2固定件的内圆筒之间形成空间。
本发明的电磁致动器，在前述第1固定件的第1中空板材与前述第2固定件的内圆筒之间的空间设置第2线圈。
附图说明
图1为说明根据本发明的电磁致动器的第1实施形态的剖视图。
图2为说明本发明的第1实施形态中、可动件利用永磁体固定闭锁的状态的说明图。
图3为说明本发明的第1实施形态中、利用短路环来解除闭锁状态时的作用的说明图。
图4为说明本发明的第1实施形态中、对第1及第2线圈通电来解除闭锁状态时的作用的说明图。
图5为说明本发明的第1实施形态中、闭锁解除状态的电磁致动器的状态的说明图。
图6为说明本发明的第1实施形态中、对第1线圈通电而闭锁解除状态的可动件被磁极片吸引时的作用的说明图。
图7为说明本发明的第1实施形态中、对第1线圈通电而闭锁解除状态的可动件被磁极片吸引而闭锁时的作用的说明图。
图8为说明根据本发明的电磁致动器的第2实施形态的剖视图。
图9为说明本发明的第2实施形态中、可动件利用永磁体固定闭锁的状态的说明图。
图10为说明本发明的第2实施形态中、利用短路环来解除闭锁状态时的作用的说明图。
图11为说明本发明的第2实施形态中、对第1及第2线圈通电来解除闭锁状态时的作用的说明图。
图12为说明本发明的第2实施形态中、闭锁解除状态的电磁致动器的状态的说明图。
图13为说明本发明的第2实施形态中、对第1线圈通电而闭锁解除状态的可动件被磁极片吸引时的作用的说明图。
图14为说明本发明的第2实施形态中、对第1线圈通电而闭锁解除状态的可动件被磁极片吸引而闭锁时的作用的说明图。
图15为说明根据本发明的电磁致动器的第3实施形态的剖视图。
图16为说明本发明的第3实施形态中、可动件利用永磁体固定闭锁的状态的说明图。
图17为说明本发明的第3实施形态中、利用短路环来解除闭锁状态时的作用的说明图。
图18为说明本发明的第3实施形态中、对第1及第2线圈通电来解除闭锁状态时的作用的说明图。
图19为说明本发明的第3实施形态中、闭锁解除状态的电磁致动器状态的说明图。
图20为说明本发明的第3实施形态中、对第1线圈通电而闭锁解除状态的可动件被磁极片吸引时的作用的说明图。
图21为说明本发明的第3实施形态中、对第1线圈通电而闭锁解除状态的可动件被磁极片吸引而闭锁时的作用的说明图。
图22为说明根据本发明的电磁致动器的第4实施形态的剖视图。
图23为说明本发明的第4实施形态中、可动件利用永磁体固定闭锁的状态的说明图。
图24为说明本发明的第4实施形态中、利用短路环来解除闭锁状态时的作用的说明图。
图25为说明本发明的第4实施形态中、对第1及第2线圈通电来解除闭锁状态时的作用的说明图。
图26为说明本发明的第4实施形态中、闭锁解除状态的电磁致动器的状态的说明图。
图27为说明本发明的第4实施形态中、对第1线圈通电而闭锁解除状态的可动件被磁极片吸引时的作用的说明图。
图28为说明本发明的第4实施形态中、对第1线圈通电而闭锁解除状态的可动件被磁极片吸引而闭锁时的作用的说明图。
图29为说明根据本发明的电磁致动器的第5实施形态的剖视图。
图30为说明根据本发明的电磁致动器的第6实施形态的剖视图。
图31为说明本发明的第6实施形态中、对第1线圈通电而可动件被磁极片吸引时的作用的说明图。
图32为说明本发明的第6实施形态中、对第1线圈通电而可动件动作并与磁极片吸附结束时的状态的说明图。
图33为说明本发明的第6实施形态中、对第2线圈通电来解除闭锁状态时的作用的说明图。
图34为说明根据本发明的电磁致动器的第7实施形态的剖视图。
图35为说明本发明的第7实施形态中、对第1线圈通电而可动件被磁极片吸引时的作用的说明图。
图36为说明本发明的第7实施形态中、对第1线圈通电而可动件动作并与磁极片吸附结束时的状态的说明图。
图37为说明本发明的第7实施形态中、对第2线圈通电来解除闭锁状态时的作用的说明图。
图38为说明以往的电磁致动器的剖视图。
图39为说明以往的电磁致动器的剖视图。
具体实施方式
(第1实施形态)
根据图1至图7来说明根据本发明的电磁致动器的第1实施形态。
图1为根据本发明的电磁致动器的剖视图，表示闭锁解除状态。
电磁致动器具备：第1线圈31；在第1线圈31的中心轴上移动的可动件2；配置在第1线圈的上下面及外周及内侧并保持第1线圈31而且与前述可动件2一起构成引导第1线圈31产生的磁通用的磁路的第1固定件11；与第1线圈31同心并从可动件2离开的位置设置而且其磁通与前述可动件2的移动方向平行来磁化的环状永磁体15；以及与前述第1固定件11连接并且将前述永磁体15的磁通向前述可动件2引导用的由磁性材料构成的第2固定件12。
在第2固定件12的附近，在前述可动件2的外周的气隙中与第1线圈31同轴地设置第2线圈32，另外利用未图示的驱动机构的作用，使短路环4在第2固定件的内部沿与可动件2同一方向滑动。
在图1中，可动件2由磁性体构成，可动件2通过安装在可动件2的端部的非磁性轴5，与将可动件2向下方按压的载荷W连接。
第1固定件11全部由磁性材料构成。即第1固定件11具有：覆盖第1线圈31的上端面的板材(第1板材)112；与第1板材112连接并并延伸到第1线圈31的中心附近的凸型磁极片；覆盖第1线圈31的外周的圆筒(第1圆筒)113；以及覆盖第1线圈31的下端面的中空板材(第1中空板材)114。磁极片111将达到第1线圈31的中心的长度作为最长长度，将从该最长长度仅缩短可动件2的行程X的一半的长度作为最小长度，将磁极片111设定为这之间的所希望的长度。
第2固定件12也全部由磁性材料构成，具有：与第1固定件11的第1中空板材114连接的圆筒(第2圆筒)121；安装在圆筒121上的中空板材(第2中空板材)122；以及配置在圆筒121内并其内表面123a与可动件2的外周隔开很小的气隙接近的圆筒(内圆筒)123，永磁体15固定在前述中空板材122与圆筒123之间。
在第1固定件11的第1中空板材114与第2固定件12的内圆筒123之间设置第2线圈32，使其包围可动件2。
如图1所示，为了实现高效率的电磁致动器，磁极片111与可动件2的外径相同，磁极片111的A-A截面与可动件2的B-B截面的各自的截面积也实质上相等。
在本说明书中，所谓「实质上相等」，是指相对于某一方的值具有±15％以内的差值。第1板材112的沿截面C-C的圆筒截面积及圆筒113的截面D-D的截面积与可动件2的B-B截面的截面积实质上相等或为2倍以下。
第1中空板材114的中空面E-E的截面积与磁极片111的A-A截面的截面积实质上相等。另外，关于第1中空板材114的内表面与可动件2的间隙G1，为了使闭锁状态的永磁体15的磁通高效率地集中在磁极片111与可动件2的吸附面，3～5mm是比较适当的。第2圆筒121的F-F截面的截面积、第2中空板材122的沿G-G截面的圆筒截面积、内圆筒123的H-H截面的截面积及永磁体15的截面积与可动件2的B-B截面的截面积实质上相等。内圆筒123的相对面J-J的面积在可动件2接近磁极片111的状态下，与可动件2的B-B截面的截面积实质上相等或者超过。
关于第1线圈31的导体或第2线圈32的导体与包围它们的周围的磁性体112、113、114、121、123的间隙G2，为了能够高效率地利用各线圈31及32产生的磁通，为3mm以下。
下面，说明这样的结构构成的本实施形态的作用。
如图2所示，在可动件2与磁极片111之间的间隙X为0或极小时，永磁体15产生的磁通如箭头61那样，在第1固定件11、第2固定件12、与可动件2之间形成磁路，对可动件2产生向磁极片111方向的吸引力P，反抗载荷W的作用，成为闭锁状态。
在图2的状态下，若使短路环4向永磁体15的附近滑动，则永磁体15产生的磁通的一部分如图3的箭头62那样被旁路，磁极片111与可动件2之间的磁通减少，载荷W超过吸引力P，可动件2的闭锁状态解除，可动件2下降。
另外，在图2所示的状态下，如图4所示，若第1线圈31及第2线圈32中在一方或其双方中流过电流，使得消除永磁体15的磁通，则利用第1线圈31产生的用箭头63表示的磁通、以及第2线圈32产生的用箭头64表示的磁通，使得通过可动件2、第1固定件11、及第2固定件12中的由永磁体15产生的磁通61减少，载荷W超过作用于可动件2的吸引力P，可动件2的闭锁状态解除，可动件2下降。
另外，如图5所示，在可动件2解除闭锁状态、并仅从磁极片111离开行程X的状态下，由于可动件2与第1中空板材114之间的气隙小于可动件2与磁极片111的距离，因此永磁体15的磁通如箭头65那样形成磁路，对可动件2不产生吸引力P。
接着如图6所示，若第1线圈31中流过电流，产生与永磁体15的磁通相同方向的磁通，则磁通如箭头66那样流动，将可动件2向磁极片111一侧吸附。如图7所示，在可动件2与磁极片111吸附结束的状态下，永磁体15的磁通成为箭头61的状态，即使切断第1线圈31的电流，也如图2所示，利用永磁体15产生的磁通，能够维持可动件2与磁极片111吸附的状态不变，即能够保持闭锁状态。
如上所述，根据本实施形态，则无论在什么状态下，永磁体15不会因第1线圈31或第2线圈32产生的磁通而被反向励磁。另外，由于永磁体15、第1线圈31、及第2线圈32几乎利用强磁性体制造的第1固定件11、第2固定件12、及可动件2包围，因此磁通不会泄漏。
(第2实施形态)
下面，根据图8至图14来说明本发明的第2实施形态。
在图8至图14所示的第2实施形态中，对于与图1至图7所示的第1实施形态相同的部分附加同一标号，详细说明省略。
在图8至图14中，可动件2具有：由磁性体构成的、在第1线圈31的中心轴上移动的柱塞21；以及在与载荷W连接的非磁性轴5的相反一侧设置的、从柱塞21向径向外侧突出的磁性体板材(突出板材)22。
第2固定件12中，第2圆筒121及第2中空板材122具有与第1实施形态相同的结构，但内圆筒123成为具有形成台阶部的承受部124的两段圆筒形状。
即，在闭锁状态下，可动件2的突出板材22与内圆筒123的承受部124接触。
在以上的结构中，若设例如永磁体15配置成N极朝上，S极朝下，则磁极片111显现为S极，内圆筒123的承受部124显现为N极，在闭锁状态下，用SN的两个极吸引可动件2。
在图8至图14中，为了实现高效率的电磁致动器，磁极片111与柱塞21的外径相同，而且磁极片111的A-A截面与柱塞21的B’-B’截面具有分别实质上相等的截面积。
第1板材112的沿截面C-C的圆筒截面积及第1圆筒113的截面D-D的截面积与柱塞21的B’-B’截面的截面积实质上相等或为2倍以下。第1中空板材114的中空面E-E的截面积与磁极片111的A-A截面的截面积实质上相等。第2圆筒121的F-F截面的截面积、及第2中空板材122的沿G-G截面的圆筒截面积、及内圆筒123的H-H截面的截面积、及永磁体15的截面积、及内圆筒123的沿J-J截面的圆筒截面积、及可动件2的板材22的沿K-K截面的圆筒截面积、及突出板材22与内圆筒123的承受部124接触的面积Q-Q，与柱塞21的B-B截面的截面积实质上相等。
另外，关于第1中空板材114的内表面与可动件2的间隙G1、及柱塞21与内圆筒123的间隙G3、及可动件2的突出板材22与内圆筒123的间隙G4，为了使闭锁状态下的永磁体15的磁通有效地集中在磁极片111与柱塞21之间和可动件2的突出板材22与内圆筒123的承受部124之间，间隙G1为3～5mm，间隙G3及间隙G4为1～5mm。
下面，说明这样的结构构成的本实施形态的作用。如图9所示，在柱塞21与磁极片111之间、以及可动件2的突出板材22手内圆筒123的承受部124之间的间隙X为0或极小时，永磁体15产生的磁通如箭头71所示的那样，在第1固定件11、第2固定件12、与可动件2形成磁路，对可动件2产生向磁极片111方向的吸引力P，反抗载荷W的作用，成为闭锁状态。
另外，在图9所示的状态下，若使短路环4向永磁体15的附近滑动，则永磁体15产生的磁通的一部分如图10的箭头72那样被旁路，磁极片111与柱塞21之间、以及可动件2的突出板材22与内圆筒123的承受部124之间的磁通减少，载荷W超过吸引力P，可动件2的闭锁状态解除，可动件2下降。
另外，在图9所示的状态下，如图11所示，若第1线圈31及第2线圈32中在一方或其双方中流过电流，使得消除永磁体15的磁通，则利用第1线圈31产生的用箭头73表示的磁通、以及第2线圈32产生的用箭头74表示的磁通，使得通过可动件2、第1固定件11、及第2固定件12中的永磁体的磁通减少，载荷W超过作用于可动件2的吸引力P，可动件2的闭锁状态解除，可动件2下降。
另外，如图12所示，在柱塞21解除闭锁状态、并仅从磁极片111离开行程X的状态下，由于柱塞21与第1中空板材114及内圆筒123的气隙小于柱塞21与磁极片111之间、或可动件2的突出板材22与内圆筒123的承受部124之间的距离，因此永磁体15的磁通主要如箭头75那样形成磁路，所以对可动件2不产生吸引力P。
接着如图13所示，若第1线圈31中流过电流，产生与永磁体15的磁通相同方向的磁通，则磁通如箭头76那样流动，将可动件2向磁极片111一侧吸附。如图14所示，在可动件2与磁极片111及内圆筒123的承受部124吸附结束的状态下，即使切断第1线圈31的电流，也如图9那样，利用永磁体15，能够维持可动件2与磁极片111及内圆筒123的承受部124吸附的状态不变，即能够保持闭锁状态。
如上所述，根据本实施形态，无论在什么状态下，永磁体15不会因第1线圈31或第2线圈32产生的磁通而被反向励磁。另外，永磁体15、第1线圈31、及第2线圈32几乎利用强磁性体制造的第1固定件11、第2固定件12、及可动件2包围，因此磁通不会泄漏。再有，在闭锁时，由于利用永磁体15的SN的两个极吸引可动件2，因此用少量的永磁体就能够确保闭锁力。
(第3实施形态)
下面，根据图15至图21来说明本发明的第3实施形态。在图15至图21中，对于与图1至图7所示的第1实施形态相同的部分附加同一标号，详细说明省略。
在图15至图21中，永磁体15安装在第1固定件11的第1中空板材114上。然后，第2固定件12具有圆筒体125，该圆筒体125具有与永磁体15接触的凸缘125b。圆筒体125的内表面125a与可动件2的外周隔开很小的气隙接近。第2线圈32配置在第2固定件12的圆筒体125的内部。另外，短路环4这样设置，它能够从圆筒体125的凸缘125b的附近滑动到永磁体15的外周附近。
如图15至图21所示，为了实现高效率的电磁致动器，磁极片111与可动件2的外径相同，而且磁极片111的A-A截面与可动件2的B-B截面具有分别实质上相等的截面积。
第1板材112的沿截面C-C的圆筒截面积及第1圆筒113的截面D-D的截面积与可动件2的B-B截面的截面积实质上相等或为2倍以下。第1中空板材114的中空面E-E的截面积与磁极片111的A-A截面的截面积实质上相等。圆筒体125的沿F-F截面的圆筒截面积与永磁体15的截面积实质上相等。圆筒体125的内表面125a与可动件2的相对面J-J的截面积在可动件2接近磁极片111的状态下，与可动件2的B-B截面的截面积实质上相等或者超过。
另外，关于第1中空板材114的内表面与可动件2的间隙G1，为了使闭锁状态的永磁体15的磁通高效率地集中在磁极片111与可动件2的吸附面，为3～5mm。第1中空板材114的外径、永磁体15的外径、以及圆筒体125的凸缘125b的外径互相相同，永磁体15与第1中空板材114的内径差G5为3mm以上。
关于第1线圈31的导体与周围的磁性体112、113、114的间隙，为了能够高效率地利用第1线圈31产生的磁通，为3mm以下。另外，关于第2线圈32与具有凸缘125b的圆筒体125的间隙，为了能够高效率地利用第2线圈32产生的磁通，其径向及轴向都为3mm以下。
下面，说明这样的结构构成的本实施形态的作用。如图16所示，在柱塞21与磁极片111之间的间隙X为0或极小时，永磁体15产生的磁通如箭头81所示那样，在第1固定件11、第2固定件12、与可动件2形成磁路，对可动件2产生向磁极片111方向的吸引力P，反抗载荷W的作用，成为闭锁状态。
另外，在图16所示的状态下，若使短路环4向永磁体15的附近滑动，则永磁体15产生的磁通的一部分如图17的箭头82那样被旁路，磁极片111与可动件2之间的磁通减少，载荷W超过吸引力P，可动件2的闭锁状态解除，可动件2下降。
另外，在图16的状态下，如图18所示，若第1线圈31及第2线圈32中在一方或其双方中流过电流，使得消除永磁体15的磁通，则利用第1线圈31产生的用箭头83表示的磁通、以及第2线圈32产生的用箭头84表示的磁通，使得通过可动件2、第1固定件11、及第2固定件12中的永磁体的磁通减少，载荷W超过作用于可动件2的吸引力P，可动件2的闭锁状态解除，可动件2下降。
另外，如图19所示，在可动件2解除闭锁状态、并仅从磁极片111离开行程X的状态下，由于可动件2与第1中空板材114之间的气隙小于可动件2与磁极片111之间的距离，因此永磁体15的磁通如箭头85那样形成磁路，所以对可动件2不产生吸引力P。
接着如图20所示，若第1线圈31中流过电流，产生与永磁体15的磁通相同方向的磁通，则磁通如箭头86那样流动，将可动件2向磁极片111一侧吸附。如图21所示，在可动件2与磁极片111吸附结束的状态下，即使切断第1线圈31的电流，也如图16所示，利用永磁体15产生的磁通，能够维持可动件2与磁极片111吸附的状态不变，即能够保持闭锁状态。
如上所述，根据本实施形态，则无论在什么状态下，永磁体15不会因第1线圈31或第2线圈32产生的磁通而被反向励磁。另外，通过将永磁体15配置在电磁致动器的最外周，能够使用磁通密度小的廉价的永磁体，所以能够代替近年来的高性能的永磁体，提供廉价的电磁致动器。
(第4实施形态)
下面，根据图22至图28来说明本发明的第4实施形态。在图22至图28中，对于与图1至图7所示的第1实施形态相同的部分附加同一标号，详细说明省略。
在图22至图28中，可动件2具有与实施例2相同的结构。即可动件2具有：由磁性体构成的、在第1线圈31的中心轴上移动的柱塞21；以及在与载荷W连接的非磁性轴5的相反一侧设置的、从柱塞21向径向外侧突出的磁性体板材(突出板材)22。
第2固定件12仅由中空板材(第3中空板材)126构成，永磁体15夹在第1固定件11的中空板材114与第2固定件12的第3中空板材126之间。第3中空板材126的作用在于，调整从永磁体15的下侧显现的磁极所发出的磁通，达到流向可动件2的突出板材22。第2线圈32配置在第1固定件11的外侧，短路环4这样设置，它能够从第3中空板材126的附近滑动到永磁体15的外周附近。
在图22至图28中，若设例如永磁体15配置成S极朝上，N极朝下，则磁极片111显现为S极，中空板材126的下侧显现为N极，在闭锁状态下，用SN的两个极吸引可动件2。
如图22至图28所示，为了实现高效率的电磁致动器，磁极片111与柱塞21的外径相同，磁极片111的A-A截面与柱塞21的B’-B’截面具有分别实质上相等的截面积。另外板材112的沿截面C-C的圆筒截面积及圆筒113的截面D-D的截面积与柱塞21的B’-B’截面的截面积实质上相等或为2倍以下。第1中空板材114的中空面E-E的截面积与磁极片111的A-A截面的截面积实质上相等。第3圆筒126的沿F-F截面的圆筒截面积、及可动件2的突出板材22的沿G-G截面的圆筒截面积、及突出板材22与第3中空板材126接触的面积H-H，与永磁体15的截面积实质上相等。
另外，关于第1中空板材114的中空面与柱塞21的间隙G1、及第3中空板材126的中空面与柱塞21的间隙G3，为了使闭锁状态下的永磁体15的磁通有效地集中在磁极片111与柱塞21的吸附面和第3中空板材126与可动件2的突出板材22的接触面，G1为3～5mm，G3为1～5mm。再有，第3中空板材114的外径及永磁体15的外径与圆筒125的凸缘的外径相同。永磁体15的内径比第1中空板材114的内径要大3mm以上。
关于第1线圈31及第2线圈32的导体与周围的磁性体112、113、114、126的间隙，为了能够高效率地利用各线圈31及32产生的磁通，为3mm以下。
下面，说明这样的结构构成的本实施形态的作用。
如图23所示，在柱塞21与磁极片111之间的间隙X为0或极小时，永磁体15产生的磁通如箭头91所示的那样，在第1固定件11、第2固定件12、与可动件2形成磁路，对可动件2产生向磁极片111方向的吸引力P，反抗载荷W的作用，成为闭锁状态。
另外，在图23所示的状态下，若使短路环4向永磁体15的附近滑动，则永磁体15产生的磁通的一部分如图33的箭头92那样被旁路。这时磁极片111与可动件2之间的磁通减少，载荷W超过吸引力P，可动件2的闭锁状态解除，可动件2下降。
另外，在图23的状态下，如图25所示，若第1线圈31及第2线圈32中在一方或其双方中流过电流，使得消除永磁体15的磁通，则利用第1线圈31产生的用箭头93表示的磁通、以及第2线圈32产生的用箭头94表示的磁通，使得通过可动件2、第1固定件11、及第2固定件12中的永磁体的磁通减少，载荷W超过作用于可动件2的吸引力P，可动件2的闭锁状态解除，可动件2下降。
另外，如图26所示，在可动件2解除闭锁状态、并仅从磁极片111离开行程X的状态下，由于柱塞21与第1中空板材114及第3中空板材126的气隙小于柱塞21与磁极片111之间、或可动件2的突出板材22与第3中空板材126的距离，因此永磁体15的磁通如箭头95那样形成磁路，所以对可动件2不产生吸引力P。接着如图27所示，若第1线圈31中流过电流，产生与永磁体15的磁通相同方向的磁通，则磁通如箭头96那样流动，将可动件2向磁极片111一侧吸附。如图28所示，在可动件2与磁极片111吸附结束的状态下，即使切断第1线圈31的电流，也如图23那样，利用永磁体15产生的磁通，能够维持可动件2与磁极片111吸附的状态不变，即能够保持闭锁状态。
如上所述，根据本实施形态，则无论在什么状态下，永磁体15不会因第1线圈31或第2线圈32产生的磁通而被反向励磁。另外，通过将永磁体15配置在电磁致动器的最外周，能够使用磁通密度小的廉价的永磁体，所以能够代替近年来的高性能的永磁体，提供廉价的电磁致动器。再有，在闭锁时，由于利用永磁体15的SN的两个极吸引可动件2，因此用少量的永磁体就能够确保闭锁力。
(第5实施形态)
下面，根据图29来说明本发明的第5实施形态。第5实施形态是改换线圈的配置，其它与上述的第1实施形态～第4实施形态相同。
在第1～第4实施形态中，能够省略第2线圈32，通过切换流过第1线圈31的电流方向，使电磁致动器动作。
另外，也可以如图29所示，将第2线圈32设置在第1线圈31的外周部分。在图29中，在将可动件2向磁极片111吸引时，仅在第1线圈31中、或在第1及第2线圈31及32的双方中流过电流。另外，在解除可动件2利用永磁体15进行闭锁时，在第1线圈31或第2线圈32或其双方中流过电流，使电磁致动器动作。
(第6实施形态)
下面，根据图30至图33来说明本发明的第6实施形态。在图30至图33所示的第6实施形态中，对于与图1至图7所示的第1实施形态相同的部分附加同一标号，详细说明省略。
图30为表示本发明第6实施形态的电磁致动器的剖视图，表示释放状态。
电磁致动器具有：第1线圈31；在第1线圈31的中心轴上移动的可动件2；配置在第1线圈31的上下面及外周及内侧并与前述可动件2一起构成引导第1线圈31产生的磁通用的磁路的第1固定件11；与第1线圈31同心并从第1线圈31隔开规定距离设置而且其磁通与前述可动件2的移动方向平行来磁化的环状永磁体15；与前述第1固定件11连接并将前述永磁体15的磁通向前述可动件2引导的由磁性材料构成的第2固定件12；以及在前述第2固定件12内、设置在前述可动件2的外周的第2线圈32。
其中，可动件2由磁性体构成，利用安装在可动件2的端部的非磁性轴5进行驱动。
另外，第1固定件11全部由磁性材料构成，具有：靠近第1线圈31的中心附近、从上侧到上端面设置的凸型磁极片111；覆盖第1线圈31的上端面的第1板材112；覆盖第1线圈31的外周的第1圆筒113；以及覆盖第1线圈31的下端面的第1中空板材114。
第2固定件12也全部由磁性材料构成，具有：与第1固定件11的第1中空板材114连接的第2圆筒121；安装在圆筒121上的第2中空板材122；以及其内表面123a与可动件2的外周隔开很小的气隙接近的内圆筒123。永磁体15固定在第2中空板材122与内圆筒123之间。
在第1固定件11的第1中空板材114与第2固定件12的内圆筒123之间设置第2线圈32，使其包围可动件2。
下面，说明这样的结构构成的本实施形态的作用。如图30所示，可动件2与磁极片111分开，若在可动件2的下侧的端面附近配置永磁体15，则永磁体15产生的磁通如箭头62那样，通过磁阻小的磁性体即可动件2之中。这时，由永磁体15作用的向上及向下的磁吸引力71和72平衡，可动件2与磁极片111的间隙保持在为X的位置。
接着，在图30的状态下，第1线圈31中流过电流，如图31的箭头61那样产生磁通。在这种情况下，对可动件2作用了与第1线圈31的电流大小相对应的向上的力73，可动件2开始上升。若可动件2上升，则由永磁体15作用于可动件2的向上及向下的磁吸引力71和72失去平衡状态，向下的磁吸引力72与可动件2的上升量相对应急剧增大，在一定上升量的情况下饱和，若再继续上升，则急剧减少。
这期间的可动件2的上升量极其微小。若向上的吸引力73超过由永磁体15产生的向下的磁吸引力72的饱和值，则可动件2上升，一直到与磁极片111的间隙X为0(图32)。
图32表示可动件2与磁极片111的间隙X为0、可动件2与磁极片111吸附的状态。在该状态下，永磁体15产生的磁通主要如箭头63那样，从内圆筒123的内表面进入可动件2的外表面，再从上表面进入磁极片111的端面，之后通过第1固定件11的第1板材112、第1圆筒113、第1中空板材114、第2固定件12的第2圆筒121、及第2中空板材122，然后再返回永磁体15，沿着上述的路径闭合。由于永磁体15的吸引力74作用于可动件2的端面，因此即使切断第1线圈31的电流，也能够维持可动件2与磁极片111吸附的状态不变，即能够保持闭锁状态。
接着，从图32所示的状态，如图33所示，使载荷W作用于可动件2的轴5，在第2线圈32中流过电流，使得抵消用箭头63表示的永磁体15的磁通。这时，利用第2线圈32产生的用箭头64表示的磁通，使得通过可动件2、第1固定件11、及第2固定件12中的永磁体15的磁通减少，载荷W超过作用于可动件2的吸引力P，可动件2的闭锁状态解除，可动件2下降。
如上所述，根据本实施形态，则无论在什么状态下，永磁体15不会因第1线圈31或第2线圈32产生的磁通而被反向励磁。另外，由于永磁体15、第1线圈31、及第2线圈32利用强磁性体制造的第1固定件11、第2固定件12、及可动件2包围，因此磁通不会泄漏。另外，由于对各自独立的第1线圈31及第2线圈32分别施加电流，使可动件2动作，因此能够利用简单的电源使可动件2动作，还容易能够以高速度切换它的动作方向。另外，由于在致动器释放状态下在可动件2的附近配置永磁体15，因此利用与可动件2之间形成回路的永磁体15的磁通，能够将作用于可动件2的电磁吸引力保持在平衡状态，通过这样能够在与磁极片111的间隙X拉大的状态下保持可动件2。
如上所述，电磁致动器具有：第1线圈31；在第1线圈31的中心轴上移动的可动件2；设置在第1线圈31的上下面及外周面的第1固定件11；以及使可动件2在其动作终端位置与前述第1固定件11吸附并固定闭锁的永磁体15。永磁体15在可动件2从第1固定件11离开并处于释放终端位置的状态下配置在可动件2的附近。因此，能够利用永磁体15的磁力固定位于动作终端位置的可动件2。另外，在释放位于动作终端位置的可动件2时，不直接对永磁体15进行反向励磁，前述永磁体15不进行消磁，另外，能够减少永磁体15及第1线圈31产生的漏磁通。
(第7实施形态)
下面，根据图34至图37来说明本发明的第7实施形态。在图34至图37所示的第7实施形态中，对于与图1至图7所示的第1实施形态相同的部分附加同一标号，详细说明省略。
图34为表示本发明第7实施形态的电磁致动器的剖视图，表示释放状态。
可动件2由磁性体构成，具有：在第1线圈31的中心轴上移动的、由磁性体构成的柱塞21；以及设置在柱塞21的与轴5相反一侧并从柱塞21向径向外侧突出的突出板材22。突出板材22的厚度与永磁体15的厚度之差为突出板材22的厚度的±15％以内。
第2固定件12中，第2圆筒121及第2中空板材122具有与第1实施形态相同的结构，但内圆筒123成为具有形成台阶部的承受部124的两段圆筒形状。
若可动件2的柱塞21与磁极片111接触，则可动件2的突出板材22与内圆筒123的承受部124接触。
另外，永磁体15配置成例如N极朝上，S极朝下。在这种情况下，当可动件2的突出板材22从永磁体15离开时，磁极片111显现为S极，内圆筒123的承受部124显现为N极，可动件2的突出板材22位于永磁体15的附近，在闭锁状态下，用S极及N极吸引可动件2。
下面，说明这样的结构构成的本实施形态的作用。
在图34中，可动件2的柱塞21与磁极片111分开，可动件2的突出板材22位于永磁体15的附近。这时，永磁体15产生的磁通如箭头62那样，通过磁阻小的磁性体即可动件2的突出板材22之中，由永磁体15作用的向上及向下的磁吸引力71和72平衡，可动件2与磁极片111的间隙保持在为X的位置。
在图34的状态下，第1线圈31中流过电流，如图35的箭头61所示那样产生磁通。这时，对可动件2作用了与第1线圈31的电流大小相对应的向上的力73，可动件2开始上升。若可动件2上升，则由永磁体15作用于可动件2的向上及向下的磁吸引力71和72失去平衡状态，向下的磁吸引力72与可动件2的上升量相对应急剧增大，在一定上升量的情况下饱和，若再继续上升，则急剧减少。
这期间的可动件2的上升量极其微小。若向上的吸引力73超过由永磁体15产生的向下的磁吸引力72的饱和值，则可动件2上升，一直到与磁极片111的间隙X为0(图36)。
图36表示可动件2与磁极片111的间隙X为0、柱塞21与磁极片111吸附的状态。在该状态下，永磁体15产生的磁通主要如箭头63那样，从内圆筒123的承受部124进入可动件2的突出板材22，再从柱塞21进入磁极片111的端面，之后通过第1固定件11的第1板材112、第1圆筒113、第1中空板材114、第2固定件12的第2圆筒121、及第2中空板材122，然后再返回永磁体15，沿着上述的路径闭合。由于永磁体15的吸引力74作用于柱塞21的端面与突出板材22与承受部124的接触面，因此即使切断第1线圈31的电流，也能够分别保持柱塞21与磁极片111、可动件2的板材22与圆筒123的承受部124的吸附的状态不变。
接着，从图36所示的状态，如图37所示，使载荷W作用于可动件2的轴5，在第2线圈32中流过电流，使得抵消用箭头63表示的永磁体15的磁通。这时，利用第2线圈32产生的用箭头64表示的磁通，使得通过可动件2、第1固定件11、及第2固定件12中的永磁体15的磁通减少，载荷W超过作用于可动件2的吸引力P，可动件2的闭锁状态解除，可动件2下降。
如上所述，根据本实施形态，则无论在什么状态下，永磁体15不会因第1线圈31或第2线圈32产生的磁通而被反向励磁。另外，由于永磁体15、第1线圈31、及第2线圈32利用强磁性体制造的第1固定件11、第2固定件12、及可动件2包围，因此磁通不会泄漏。另外，由于对各自独立的第1线圈31及第2线圈32分别施加电流，使可动件2动作，因此能够利用简单的电源使可动件2动作，还容易能够以高速度切换它的动作方向。另外，由于在致动器释放状态下在可动件2的附近配置永磁体15，因此利用与可动件2之间形成回路的永磁体15的磁通，能够将作用于可动件2的电磁吸引力保持在平衡状态。通过这样能够在与磁极片111的间隙X拉大的状态下保持可动件2。
Claims (18)
1.一种电磁致动器，其特征在于，具备：
第1线圈；
沿所述第1线圈的中心轴移动的圆筒状可动件；
具有设置在所述第1线圈的上面的第1板材、设置在所述第1线圈的下面的第1中空板材、以及覆盖所述第1线圈的外周面的第1圆筒的第1固定件；
在移动端部固定所述圆筒状可动件的永磁体；以及
与所述第1固定件连续设置的控制所述永磁体的磁通的第2固定件，
所述第2固定件具有：与所述第1固定件的所述第1中空板材连续的第2圆筒、设置在所述永磁体侧端部的第2中空板材、以及配置在所述第2圆筒内的内圆筒，
所述永磁体设置在所述圆筒状可动件的行程范围外，从而所述永磁体不会与所述圆筒状可动件接触，并且
当所述可动件处于反抗外部载荷的闭锁状态时，所述永磁体产生的磁通形成闭合的磁路，该磁路没有任何空隙地经由所述第1板材、所述第1圆筒、所述第1中空板材、所述第2圆筒、所述第2中空板材、所述永磁体、所述内圆筒、和所述圆筒状可动件。
2.如权利要求1所述的电磁致动器，其特征在于，
所述圆筒状可动件具有：柱塞、以及从所述柱塞向径向外侧突出的突出板材，在所述内圆筒设置承受该突出板材的承受部。
3.如权利要求1所述的电磁致动器，其特征在于，
在所述永磁体的附近设置使所述永磁体的磁通短路的短路环。
4.如权利要求1所述的电磁致动器，其特征在于，
在所述第1线圈的中心设置与所述第1板材连接的磁极片。
5.如权利要求4所述的电磁致动器，其特征在于，
将所述磁极片的长度设定在达到所述第1线圈的中心的最长长度、与从该最长长度仅缩短所述圆筒状可动件的行程X的一半的最小长度之间。
6.如权利要求4所述的电磁致动器，其特征在于，
所述圆筒状可动件的外径与所述磁极片的外径之差为所述圆筒状可动件的外径的±15％以内。
7.如权利要求4所述的电磁致动器，其特征在于，
所述圆筒状可动件的截面积与所述磁极片的截面积之差为所述圆筒状可动件的截面积的±15％以内。
8.如权利要求1所述的电磁致动器，其特征在于，
直径与所述圆筒状可动件的外径相同的所述第1板材的圆筒状截面积与所述圆筒状可动件的截面积相同或小于所述圆筒状可动件的截面积的2倍。
9.如权利要求1所述的电磁致动器，其特征在于，
覆盖所述第1线圈的外周的所述第1圆筒的截面积与所述圆筒状可动件的截面积相同或小于所述圆筒状可动件的截面积的2倍。
10.如权利要求1所述的电磁致动器，其特征在于，
所述第1中空板材的中空面的截面积与所述可动件的截面积之差为所述第1中空板材的中空面的截面积的±15％以内。
11.如权利要求1所述的电磁致动器，其特征在于，
所述第2固定件中垂直于所述永磁体的磁通的截面积与所述永磁体的截面积之差为所述第2固定件的截面积的±15％以内。
12.如权利要求1所述的电磁致动器，其特征在于，
所述第1线圈与所述第1固定件之间的间隙为3mm以内。
13.如权利要求1所述的电磁致动器，其特征在于，
所述第1固定件的所述第1中空板材的中空面与所述圆筒状可动件的外周面的间隙为3mm到5mm。
14.如权利要求2所述的电磁致动器，其特征在于，
所述圆筒状可动件的所述突出板材的截面积与所述柱塞的截面积之差为所述突出板材的截面积的±15％以内。
15.如权利要求2所述的电磁致动器，其特征在于，
所述圆筒状可动件的所述突出板材的截面积与所述第2圆筒的所述承受部的内周面的截面积之差为所述突出板材的截面积的±15％以内。
16.如权利要求2所述的电磁致动器，其特征在于，
所述圆筒状可动件的所述柱塞的外周面与所述第2固定件之间的间隙为1mm到5mm。
17.如权利要求1所述的电磁致动器，其特征在于，
与所述第1线圈同轴地设置第2线圈。
18.如权利要求17所述的电磁致动器，其特征在于，
所述第1线圈与所述第2线圈沿径向并排配置。
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