JP2001135520A - 電磁石 - Google Patents

電磁石

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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来技術の電磁石に比して、より微小な電気入
力で高吸引力を発生し、より小形軽量な電磁石を提供す
る。 【解決手段】軸方向に移動する可動鉄心21の磁極面が
固定鉄心13の磁極面に接離する電磁石において、一方
の磁極面の中心部及び外周部を除く磁極面に円環形断面
の軸方向凹部24を設け、他方の磁極面に凹部24に進
入する突起部15を突出した形状とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、通電によって機械
力を発生し、特に微小電気入力で強力な吸引力を発生す
ると共に、小型軽量化を可能とする電磁石に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、図12の従来技術電磁石模式断面
図に掲げるように、コイルのボビン孔の一方端に固定す
る固定磁極面と、ボビン孔の他方端から摺動自在に挿通
し、該固定磁極面に接離する可動磁極面を備えたプラン
ジャ型電磁石がある。
【0003】このような電磁石の固定磁極面と可動磁極
面の形状の改善に関する従来技術として、例えば、特公
昭61−41123号公報には、固定部材先端における
円柱状可動鉄心との対向面に凹所を設け、前記固定部材
の外周部に位置する部材は、自体の外周面にテーパー部
が形成されて先細り状となるように構成した電磁石が開
示されている。この電磁石は固定部材に対して可動鉄心
が進退移動する場合、特にその吸引動作において大きな
吸引力が維持できるようにしたものである。その添付第
4図、第5図には通常知られているテーパプランジャを
備えたソレノイドの吸引特性を比較したグラフが示され
ており、ストローク端(可動磁極面が固定磁極面から最
も遠い位置)における吸引特性が著しく改善されている
ことが示されている。
【0004】また、特開昭59−177904号公報に
は、固定鉄心とプランジャーとの接触面をそれぞれ螺旋
形状に構成したことを特徴とするソレノイドが開示され
ている。そして、ソレノイドは磁気回路断面積とコイル
の巻線仕様によって吸引力特性が決定されるが、ストロ
ーク最大位置での吸引力特性をアップするために、従
来、プランジャーと固定鉄心との接触面の形状に種々の
工夫をこらしていることが記載されている。例えば、対
向磁極面積の増加を図ったり、或はストロークの最大位
置での接触面間の対向距離を短くしたり、或は磁気回路
中の磁気抵抗や磁気漏洩を少なくする対策が講じられて
いたことを挙げている。そして、適切な吸引力特性を発
揮させるための従来の磁極面の形状変化について記載さ
れている。これらを図13の(a)図から(e)図に模
式的に示した。図中31はプランジャーの移動ストロー
クを示し、32は磁極面間の対向距離を示すものであ
る。このような工夫にも拘らず、特に長ストロークのソ
レノイドにおいて初期吸引力が大でしかも全ストローク
に亘ってほぼ一定の吸引力が得られるソレノイドは得ら
れておらず、技術課題であったと記載されている。そし
て特開昭59−177904号公報の技術では電圧印加
と共にプランジャーが水平移行するソレノイドにおい
て、そのプランジャーと対向する固定鉄心との対向面を
それぞれ螺旋状に構成して、プランジャーの移動ストロ
ークに対する吸引力特性の向上を図ることが記載されて
いる。そしてその添付第4図には従来の吸引力特性に比
し著しく改善されたことが示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
電磁石に比して、より微小な電気入力で高吸引力を発生
し、より小形軽量な電磁石を提供することを課題とする
ものである。
【0006】本発明は、電磁石の機械的負荷を効果的に
駆動する、プランジャの変移に伴う吸引力特性を改善す
るために、下記の手段を提案する。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の技術手段は、軸方向に移動する可動鉄心の磁
極面が固定鉄心の磁極面に接離する電磁石において、一
方の磁極面の中心部及び外周部を除く磁極面に軸方向凹
部を設け、他方の磁極面に該凹部に進入する突起部を突
出したことを特徴とする電磁石である。この場合に前記
凹部は外周部の周方向に不連続な切欠を有する断面形状
としてもよい。すなわち外周部は全周に亘って全く凹部
がなく完全に連続しているものでもよく、部分的に切れ
て凹部が形成された不連続なものでも差支えない。
【0008】前記凹部は、該磁極面の中心点に関して点
対称、又は該中心点を通る複数の軸に関して軸対称の位
置に配置されている任意の断面形状でよく、例えば同心
又は異心の1又は複数の円環形断面としてもよい。
【0009】電磁石の発生する吸引力Fは、磁路に作用
する起磁力をU、磁路の間隙の磁気抵抗の逆数であるパ
アミアンスをP、そしてプランジャの軸方向の変移をX
とすると、磁路の鉄心の磁気抵抗を無視することによっ
て下記の式で算出できる。
【0010】F=(U2/2)×dP/dX ここで F:吸引力 U:磁路に作用する起磁力 P:パアミアンス X:軸方向の変移 である。すなわち、電磁石の吸引力は通電電流値の自乗
と、プランジャの変移に伴う磁路のパアミアンスの変化
率の積に比例する。
【0011】電磁石の電気入力を一定値とすると磁路に
作用する起磁力Uは一定値であり、この条件で強力な吸
引力を発生するには、プランジャの軸方向の変移に伴う
磁極面間隙のパアミアンスの変化率dP/dXの値を大
きくする磁極面形状の選択を必要とする。本発明の上記
構成は、これを実現するためのものである。
【0012】本発明の電磁石はまた、前記凹部の側面に
対して前記突起部側面が傾斜角度を有する形状とすると
好適であり、さらに、一方の磁極面の中心部の軸方向長
さを磁極面の外周部の軸方向長さより短く設定し、前記
凹部より深さの浅い第2の凹部を形成すると、ストロー
ク途中における吸引力の低下を効果的に防止でき好まし
い。なお、他方の磁極面の突起部の軸方向に同軸の貫通
孔を設けたものでも、吸引力向上効果はほとんど差がな
いことも判明した。
【0013】
【発明の実施の形態】図1に掲げる、本発明の一実施例
の電磁石の模式構造断面図及びそのA−A、B−B矢視
図を参照して、本発明の技術手段について説明する。本
発明は基本的には、コイル11を巻回したボビン12の
貫通孔の一方端に設けた固定磁極面13と、ボビン孔の
他方端から摺動自在に挿通し、固定磁極面13に接離す
るプランジャ21の可動磁極面25とで構成する電磁石
である。そして、図1の例では円柱状の可動鉄心21
は、中心部23と周縁部22を除く部分に可動鉄心と同
心円状の凹部24が設けられ、固定鉄心13の磁極面1
4は突起部15と円周フリンジ16を備えている。可動
磁極面25は、固定磁極面14と接離し、突起部15は
凹部24内に微小間隙を介して嵌合する。
【0014】このような磁極面の構成を採用することに
よって、この磁極面間隙のパアミアンスの変化率dP/
dXの値を効果的に増大することが容易であり、電磁石
の起磁力Uとプランジャ径の設定値に対応して、固定磁
極面と可動磁極面の嵌合部分の間隙の寸法を適正に設定
して、磁極面間隙のパアミアンスの変化率の増大を図る
ことができる。
【0015】本発明の他の実施例について、図2の磁極
面断面図及びそのC−C、D−D矢視図を参照して説明
する。この実施例の一方の磁極、例えば固定鉄心13
は、周縁部22の磁性体軸方向長aに対して、中心部の
円柱磁性体軸方向長bを短く、突起部15は、先端開口
18と円周フリンジ16を備える円筒磁極面に形成し
て、この両磁極面の軸直交面が同軸に接離すると共に軸
平行な円筒内外側面が互いに所定間隙を介して嵌合する
磁極面の構成とする。
【0016】本発明の他の実施例について、図3の磁極
面断面図を参照して説明する。
【0017】この実施例の磁極面の所定間隙を介して嵌
合する円筒内外側面が、嵌合する相手側の磁極円筒内外
側面に対して、所定角度θの傾斜面を形成する磁極面の
構成とする。この所定角度は直線状傾斜だけでなく、必
要に応じて階段状あるいは曲線状の傾斜面を採用するこ
とができる。
【0018】この実施例の磁極面の構成は、電磁石のス
トロークの特定範囲におけるパアミアンスの変化率dP
/dXの値を調整して、吸引力特性を改善することを可
能にするものである。
【0019】図4、図5に本発明の効果を示す試験デー
タを示す。図4は試験に用いた実施例の電磁石10の形
状、寸法を示す(a)正面図、(b)縦断面図である。
正面の外形寸法は20mm×16mm、プランジャ21
の直径は7mmφである。縦断面図の外形長さは25.
2mm、プランジャ21のストロークは5mmである。
コイル11の定各印加電圧32V、コイルの抵抗は15
0Ωである。固定鉄心14の中心部の高さLを0から5
mmの範囲で変化させ吸引力特性を調べ図5に示した。
図5から明らかなように、L=1.5〜5.0mmとし
たとき、ストローク5mmの位置における吸引力はL=
0mm(中央突起のないとき)の特性に対して40〜9
0%も向上している。さらに、L=5mmに対してL=
1.5mm、L=3.0mmの方がより大きい吸引力を
示している。その理由は明らかではないが、dP/dX
が大きくなることに起因しているものと考えられる。
【0020】すなわち、本発明では図5に掲げる本発明
の吸引特性のグラフに示すとおり、磁極面間隙のパアミ
アンスの変化率dP/dXの値を効果的に増大して高吸
引力を発生すると共に、電磁石のストロークの変化に伴
うストローク途中の吸引力特性を高く維持する改善が可
能となった。
【0021】本発明の他の実施の形態について図6〜図
11を参照して説明する。図6〜図10は本発明に係る
一方の磁極面の正面図、図11は他の例の縦断面図であ
る。図6は磁極面25に設けられた凹部24が磁極面2
5の中心点に関して点対称の位置に配置された任意の数
の任意の形状である例を模式的に示したものである。図
7、8、9は磁極面25の中心を通る1又は複数の軸線
26に関して軸対称の任意の位置に任意の数と任意の形
状の凹部24を配設した例を示したものである。凹部の
断面形状は円形のものを例示しているが、どのような形
でもよい。図10は凹部24が同心円状の円環状の例で
ある。図11は凹部24より中心側に位置する中心部2
3の高さが周縁部22の高さより低いもの及び、突起部
15を有する磁極面の中心部に貫通孔17が設けられ、
当接磁極面が欠損しているものを示している。この場
合、可動鉄心のストローク終端は周縁部22の先端と突
起15の外周側の円周フリンジ16の当接、又は凹部2
4の底面と突起部15の先端との当接により、十分な吸
引保持が確保されるので問題はない。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、従来技術の電磁石に比
して、より微小な電気入力で高吸引力を発生し、より小
形軽量な電磁石を得ることができ、小型機器の駆動源と
して優れた効果を奏し、寄与するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の(a)模式構造縦断面図、(b)A−
A矢視図、(c)B−B矢視図である。
【図2】別の実施例の(a)模式構造縦断面図、(b)
C−C矢視図、(c)D−D矢視図である。
【図3】別の実施例の(a)模式構造縦断面図、(b)
E−E矢視図、(c)F−F矢視図である。
【図4】試験電磁石の(a)正面図、(b)縦断面図で
ある。
【図5】吸引特性のグラフである。
【図6】他の実施例の説明図である。
【図7】他の実施例の説明図である。
【図8】他の実施例の説明図である。
【図9】他の実施例の説明図である。
【図10】他の実施例の説明図である。
【図11】他の実施例の説明図である。
【図12】従来の電磁石の縦断面図である。
【図13】従来の電磁石の説明図である。
【符号の説明】
10 電磁石 11 コイル 12 ボビン 13 固定鉄心 14 固定磁極面 15 突起部 16 円周フリンジ 17 貫通孔 18 先端開口 21 可動鉄心 22 周縁部 23 中心部 24 凹部 25 磁極面 26 磁極面の中心を通る軸線 31 ストローク 32 対向距離

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸方向に移動する可動鉄心の磁極面が固
    定鉄心の磁極面に接離する電磁石において、一方の磁極
    面の中心部及び外周部を除く磁極面に軸方向凹部を設
    け、他方の磁極面に該凹部に進入する突起部を突出した
    ことを特徴とする電磁石。
  2. 【請求項2】 前記凹部は外周部の周方向に不連続な複
    数の切欠を有する断面形状であることを特徴とする請求
    項1記載の電磁石。
  3. 【請求項3】 前記凹部は、該磁極面の中心点に関して
    点対称、又は該中心点を通る軸に関して軸対称の位置に
    配置されている任意の断面形状であることを特徴とする
    請求項1又は2記載の電磁石。
  4. 【請求項4】 前記凹部は、1又は複数の円環形断面と
    したことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の電
    磁石。
  5. 【請求項5】 前記凹部の側面に対して前記突起部側面
    が傾斜角度を有する形状としたことを特徴とする請求項
    1〜4の何れかに記載の電磁石。
  6. 【請求項6】 前記一方の磁極面の中心部の軸方向長さ
    を磁極面の外周部の軸方向長さより短く設定し、前記凹
    部より深さの浅い第2の凹部を形成したことを特徴とす
    る請求項1〜5の何れかに記載の電磁石。
  7. 【請求項7】 前記他方の磁極面の突起部の軸方向に同
    軸の貫通孔を設けたことを特徴とする請求項1〜6の何
    れかに記載の電磁石。
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