JP2005175126A

JP2005175126A - ソレノイド

Info

Publication number: JP2005175126A
Application number: JP2003411571A
Authority: JP
Inventors: Nobuhide Okada; 信秀岡田
Original assignee: Shindengen Mechatronics Co Ltd
Current assignee: Shindengen Mechatronics Co Ltd
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-12-10
Also published as: JP4437191B2

Abstract

【課題】
一般的なソレノイドよりも軸方向に対し、できるだけ寸法をとらない薄型の扁平形とし、必要な移動距離と吸引力を得ることができるソレノイドを提供すること。
【解決手段】
第１コイル２０と第２コイル２１の径方向の間に可動磁極１１と固定磁極１２の磁極部１２ｂを配し、第１コイル２０の外周側と第２コイル２１の内周側には第１ケース１３と第２ケース１４を配する構造とした。第１コイル２０と第２コイル２１にそれぞれ反対方向の電流を印加し、可動磁極１１と固定磁極１２の磁極部１２ｂとの間には２つのコイルで発生した磁束を合流し、供給することで、ソレノイドを直線的に動作させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ソレノイドの構造に係わり、特に２つのコイルをもつ直動型ソレノイドの構造、及び動作方法に関するものである。

直動型ソレノイドの基本的な構造は磁束を発生させるコイル、磁束の発生により動作する可動磁極、可動磁極に固着したシャフト、可動磁極との間で吸着力を発生する固定磁極、ソレノイドの筐体となるケースから構成されている。

一般的なソレノイドは吸引力を確保するために磁束発生の基となるコイルを形成するコイルワイヤーの巻き数をなるべく多くしたいという理由から、可動磁極の軸方向に寸法形状を長く取る傾向にある。また、コイル周辺のプランジャや磁束回路を構成するケースも同じ形状にならざるを得ないと言える。

しかしながら、近年ソレノイドを小型化したいという強い要求がある。この場合、軸方向の寸法を制限される事になるが、吸引力を犠牲にすることは出来ない。このため、小型化には限界があった。（例えば特許文献１。）。

特許文献１は一般的なソレノイドの応用例であり、動作する可動磁極とそれを吸引する固定磁極が軸方向に伸び、その間にコイルを配し、ケースはコイルを覆う様に形成されている。このソレノイドは小型の部類に入るが、テレホンカードやプリペイドカードなどの穴をあけるという目的がある以上、吸引力の向上は必要で、ソレノイドの周辺機器の関係からより小型化または薄型化の必要が出てきている。
特開平９−２６０１３７（３頁、図１）

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、一般的なソレノイドよりも軸方向に対し、できるだけ寸法をとらない薄型の扁平形とし、必要な移動距離と吸引力を得ることができるソレノイドを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、環状の第１のコイルと、前記第１のコイルの内周側に位置する環状の第２のコイルと、前記第１のコイルと前記第２のコイルの間に移動可能に配された可動磁極と、前記可動磁極の移動軸の基端側に配された固定磁極と、前記第１のコイルの外周側に位置し、前記第１のコイルから発生する磁束で前記可動磁極と前記固定磁極とともに磁気回路を構成可能になした第１の磁性部材と、前記第２のコイルの内周側に位置し、前記第２のコイルから発生する磁束で前記可動磁極と前記固定磁極とともに磁気回路を構成可能になした第２の磁性部材とを備えたことを特徴とするものとした。

この構造において、前記第１のコイルと前記第２のコイルの通電方向を反対に印加することで、前記第１のコイルで発生させた磁束と前記第２のコイルで発生させた磁束を前記固定磁極と前記可動磁極の間で合流させた磁気回路を構成することで前記可動磁極を前記固定磁極に向け移動可能にした。これにより目的に応じた可動磁極の移動距離と吸引力を得ることができる。また、必要に応じて前記第１のコイル、または第２のコイルのどちらかを小さく、または大きくすることでソレノイドの外周または内周の設計的な制約に対して対応可能とすることができる。

本発明は２つのコイルで１組の可動磁極と固定磁極に磁束を供給するので、前記可動磁極と前記固定磁極の２つの磁極間で発生する吸引力を大きくすることができ、可動磁極の移動距離であるストロークも大きく取ることができる。
また、従来形式では１つのコイルから必要な吸着力を得るために必要な磁束を発生させていたが、本発明によれば必要な磁束を発生するコイルを２箇所に分散できるために、磁気回路の構成の自由度が増し、利用時の物理的な形状の制約に柔軟に対応することが可能となる。

本発明の実施の形態においては、２つのコイルを外周と内周に配し、また、前記２つのコイルの間に固定磁極と可動磁極を配することで、２つのコイルで発生させた磁束を前記固定磁極と前記可動磁極の間に合流し供給することになるので、より吸引力とストロークを大きくすることができることに特徴がある。以下に、この特徴を有する実施例について説明する。

図１は、本発明の第１の実施例に係るソレノイドの説明図である。図１において、１０はソレノイド、１１は可動磁極、１２ａは固定磁極のベース、１２ｂは固定磁極の磁極部、１３は第１ケース、１４は第２ケース、１６は作用板、２０は第１コイル、２１は第２コイルを示す。また、図１で示す下側を基端側とし、他の図面でも同様とする。

ソレノイド１０は第１コイル２０と第２コイル２１の径方向の間に可動磁極１１と固定磁極１２の磁極部１２ｂを配し、第１コイル２０の外周側と第２コイル２１の内周側には第１ケース１３と第２ケース１４を配し、さらに軸方向の基端側には固定磁極１２のベース１２ａを配している。
本発明の実施例１においては第１コイル２０と第２コイル２１にそれぞれ反対方向の電流を印加し、可動磁極１１と固定磁極１２の磁極部１２ｂに２つのコイルで発生した磁束を合流し、供給することで、ソレノイドを直線的に動作するよう構成させたことを特徴とするものである。
以下に、ソレノイド１０の主要な構成について説明する。

可動磁極１１は環状の磁性材料で形成されており、外周側には第１コイル２０、内周側には第２コイル２１が存在している。また、基端側とは反対の端面内周には作用板１６が固着されている。

さらに可動磁極１１と移動軸方向で向かい合う固定磁極１２の磁極部１２ｂとの間にはエアーギャップが存在している。第１コイル２０と第２コイル２１にそれぞれ反対方向の電流を印加することで、２つのコイルで発生した磁束は可動磁極１１と固定磁極１２の磁極部１２ｂとの間に供給されて吸引力が発生するので、可動磁極１１は固定磁極１２の磁極部１２ｂに向かって移動し、両者は当接した状態となる。

固定磁極１２はベース１２ａと磁極部１２ｂとからなり、ともに磁性材料で形成されている。磁極部１２ｂの外周側には第１コイル２０、内周側には第２コイル２１が存在している。

さらに磁極部１２ｂと移動軸方向で向かい合う可動磁極１１との間にはエアーギャップが存在している。第１コイル２０と第２コイル２１にそれぞれ反対方向の電流を印加することで、２つのコイルで発生した磁束は可動磁極１１と磁極部１２ｂの間に供給されて吸引力が発生するので、磁極部１２ｂは可動磁極１１を吸引し、両者は当接した状態となる。

固定磁極１２のベース１２ａは第１コイル２０、第２コイル２１の軸方向基端側に位置し、２つのコイルを覆うよう形成されている。第１コイル２０と第２コイル２１との間には磁極部１２ｂを固着しており、外周側は第１ケース１３、内周側は第２ケース１４を固着している。また、第１コイル２０と第２コイル２１に電流を印加した時には可動磁極１１、磁極部１２ｂ、第１ケース１３、第２ケース１４とともに磁気回路を構成する。尚、本実施例１では固定磁極１２をベース１２ａと磁極部１２ｂに分割した形としているが、一体としてもよい。

第１コイル２０は可動磁極１１及び固定磁極１２の磁極部１２ｂの外周側に位置し、コイルを形成しているコイルワイヤーは可動磁極１１及び固定磁極１２の磁極部１２ｂと同軸で環状に巻かれている。また、第１コイル２０に電流を印加した際には、可動磁極１１と固定磁極１２の磁極部１２ｂに磁束を供給する。

第２コイル２１は可動磁極１１及び固定磁極１２の磁極部１２ｂの内周側に位置し、コイルを形成しているコイルワイヤーは可動磁極１１及び固定磁極１２の磁極部１２ｂと同軸で環状に巻かれている。また、第２コイル２１に電流を印加した際には、可動磁極１１と固定磁極１２の磁極部１２ｂに磁束を供給する。

したがって、第１コイル２０と第２コイル２１に電流を印加した際には、お互いに反対の方向へ印加することで２コイル分の磁束が可動磁極１１及び固定磁極１２の磁極部１２ｂに供給されることになるので、発生する吸引力は大きくなる。

第１ケース１３は環状の磁性材料で形成されており、第１コイル２０の外周側に位置し、固定磁極１２のベース１２ａの外周に固着している。基端側反対に位置する端面は内周方向に屈曲する形状となっており、第１コイル２０を外側から覆うように形成している。また、第１コイル２０と第２コイル２１に電流を印加した時には可動磁極１１、固定磁極１２の磁極部１２ｂ、固定磁極１２のベース１２ａ、第２ケース１４とともに磁気回路を構成する。

第２ケース１４は環状の磁性材料で形成されており、第２コイル２１の内周側に位置し、固定磁極１２のベース１２ａの内周に固着している。基端側反対に位置する端面は外周方向に屈曲する形状となっており、第２コイル２１を内側から覆うように形成している。また、第１コイル２０と第２コイル２１に電流を印加した時には可動磁極１１、固定磁極１２の磁極部１２ｂ、固定磁極１２のベース１２ａ、第１ケース１３とともに磁気回路を構成する。

作用板１６は板状の非磁性材料で形成されており、可動磁極１１の内周側に固着されている。可動磁極１１が吸引移動する際には作用板１６を介して、外部に動作を伝え、反対に外部からの復帰方向の動作を可動磁極１１に伝えている。

ここにおいて、本発明の実施例１では便宜上から、ソレノイドの各部品を環状の円形として説明しているが、応用例として四角形や五角形などの多角形の環状としてもよい。また、環状の一部を切り欠いたり、つなぎ合わせても良い。

さらに本発明の実施の形態に係わるソレノイドの動作について説明する。図２〜図３はソレノイドの磁気回路の構成から動作に至るまでの説明図であり、符号は図１と同じものを示す。

第１コイル２０と第２コイル２１にはそれぞれ反対の方向へ流れる電流を印可する。第１コイル２０と第２コイル２１のコイルワイヤーは可動磁極１１及び固定磁極１２の磁極部１２ｂと同軸で環状に巻かれているので、電流を印加したときには仮に図２に示すように第１コイル２０は電流方向３０へ、第２コイル２１は電流方向３１へ流れることとする。

コイルワイヤーに電流が流れたことによって磁束が発生し、可動磁極１１及び固定磁極１２の磁極部１２ｂ及びベース１２ａ、さらに第１ケース１３、第２ケース１４を巡る磁気回路が構成されることになる。

図３で示すように第１コイル２０で発生した磁束は可動磁極１１から固定磁極１２の磁極部１２ｂへ、さらに固定磁極１２のベース１２ａから第１ケース１３への右回転の磁気回路が構成されるが、第１ケース１３からの磁束の流れは、第２コイル２１で発生した磁束によって可動磁極１１へ流されることになる。

同じように第２コイル２１で発生した磁束は可動磁極１１から固定磁極１２の磁極部１２ｂへ、さらに固定磁極１２のベース１２ａから第２ケース１４への左回転の磁気回路が構成されるが、第２ケース１４からの磁束の流れは、第１コイル２０で発生した磁束によって可動磁極１１へ流されることになる。

つまりそれぞれのコイルで発生した磁界による磁束の方向は電線に電流を流したときの右ねじの法則に従う。別々のコイルで発生した磁束は可動磁極１１と固定磁極１２の磁極部１２ｂで合流することで、固定磁極１２の磁極部１２ｂが可動磁極１１を吸引するという形で作用する。そして２コイル分の磁束であることから大きな力とストロークを得ることができるのである。

図４は、本発明の第２の実施例に係るソレノイドの説明図である。図４において、符号は図１と同じものを示す。

図４は図１と基本構造が同じであるが、第１コイル２０の断面は第２コイル２１に比べ容量的に小さくしたものとしている。これはソレノイド１０の設置条件によっては、外周側に設計的な制約を受けたときでも配慮した形が取れることを意味する。また、この反対に第２コイル２１を小さくすることも可能である。

つまり本考案のソレノイドは周辺機器に対して設計的なスペースを有効に使えるよう考え出されたものであり、併せて設計の自由度を向上させているといえる。簡単に言えば、本ソレノイドは環状の形をしているので、従来のソレノイドとは違い中空形状とすることが可能である。必要に応じてソレノイドの内周側に動作させたい物を配置させたり、反対に外周側に配置させたりすることができるのである。

図５は、本発明の第３の実施例に係わるソレノイドの説明図である。図５において、符号は図１と同じであるが、固定磁極１２においては磁極部とベース部を一体としている。また、本実施例は図１と基本構造が同じであるが、従来のソレノイドと同じように軸方向にも伸ばすこともできるという設計上の利便性を示したものである。

本発明の第１の実施例に係るソレノイドの説明図である。図１に示したソレノイドの動作を示す断面図である。図１に示したソレノイドの動作を示す断面図である。本発明の第２の実施例に係るソレノイドの説明図である。本発明の第３の実施例に係るソレノイドの説明図である。

符号の説明

１０ソレノイド
１１可動磁極
１２固定磁極
１２ａ固定磁極のベース
１２ｂ固定磁極の磁極部
１３第１ケース
１４第２ケース
１６作用板
２０第１コイル
２１第２コイル
３０第１コイルの電流方向
３１第２コイルの電流方向

Claims

環状の第１のコイルと、
前記第１のコイルの内周側に位置する環状の第２のコイルと、
前記第１のコイルと前記第２のコイルの間に移動可能に配された可動磁極と、
前記可動磁極の移動軸の基端側に配された固定磁極と、
前記第１のコイルの外周側に位置し、前記第１のコイルから発生する磁束で前記可動磁極と前記固定磁極とともに磁気回路を構成可能になした第１の磁性部材と、
前記第２のコイルの内周側に位置し、前記第２のコイルから発生する磁束で前記可動磁極と前記固定磁極とともに磁気回路を構成可能になした第２の磁性部材とを備えたことを特徴とするソレノイド。
前記ソレノイドにおいて、前記第１のコイルと前記第２のコイルの通電方向を反対に印加し、前記第１のコイルで発生させた磁束と前記第２のコイルで発生させた磁束を前記固定磁極と前記可動磁極の間で合流させた磁気回路を構成することで、前記可動磁極を前記固定磁極に向け移動可能にしたことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド。
前記ソレノイドにおいて、前記第１のコイル、または前記第２のコイルのどちらかを小さく、または大きくしたことを特徴とする請求項１及び請求項２に記載のソレノイド。