JP2007123586A

JP2007123586A - アクチュエータ

Info

Publication number: JP2007123586A
Application number: JP2005314290A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Watanabe; 浩光渡辺
Original assignee: WELL KK
Current assignee: WELL KK
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2007-05-17

Abstract

【課題】小型にしてエネルギー変換効率を高くすることにより、大きな機械力を得ることを可能とし、しかも発熱量を減少させて省エネ化を図ることにある。
【解決手段】一対の脚部１ａ，１ｂとこれら脚部の端部間を結ぶヨーク部１ｃからなる鉄心１と、この鉄心１のヨーク部１ｃに複数回巻回され、直流電源３により励磁されるコイル２と、このコイル２の励磁時に鉄心１の両脚部１ａ，１ｂの端面に吸引され、そのとき得られる機械力を被駆動機器に伝達する吸着板５と、鉄心１の一対の脚部間に磁気的に結合させて配置された永久磁石６と、鉄心１の両脚部の端面に貼付けられ、永久磁石６の取付け部位から見て吸着板側に形成される磁路の磁気抵抗が鉄心１のヨーク部側に形成される主磁路の磁気抵抗よりも大きくなるような磁気抵抗を有する非磁性体７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁エネルギーを機械エネルギーに変換するアクチュエータに関するものである。

従来、電磁エネルギーを機械エネルギーに変換するアクチュエータとしては、例えばプランジャ機構に代表されるように鉄心にコイルを複数回巻回し、このコイルを直流電源により励磁して電磁力を発生させ、この電磁力により可動体を鉄心側に吸引動作させ、そのとき得られる機械エネルギーを活用して所定の仕事をさせるようにしたものが一般的である。

このような構成のアクチュエータにおいて、電磁エネルギーから変換される機械エネルギーの強弱は磁気回路となる鉄心と可動体との間に存するギャップの磁束量によって決定されるため、大きな機械力を得るには電磁石自体を大型にする必要がある。

しかし、電磁石が大型になると消費電力が増加すると同時に、通電による発熱量が多くなるという問題があり、また消費電力に比べてエネルギー変換効率が良好なものとは言えない。

本発明は上記のような問題を解決し、小型にしてエネルギー変換効率を高くすることにより、大きな機械力を得ることを可能とし、しかも発熱量を減少させて省エネ化を図るようにしたアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段によりアクチュエータを構成するものである。

本発明は、一対の脚部とこれら脚部の端部間を結ぶヨーク部からなる鉄心と、この鉄心のヨーク部に複数回巻回され、直流電源により励磁されるコイルと、このコイルの励磁時に前記鉄心の両脚部の端面に吸引され、そのとき得られる機械力を被駆動機器に伝達する吸着板と、前記鉄心の一対の脚部間に磁気的に結合させて配置された永久磁石と、前記鉄心の両脚部の端面に貼付けられ、前記永久磁石の取付け部位から見て前記吸着板側に形成される磁路の磁気抵抗が前記鉄心のヨーク部側に形成される主磁路の磁気抵抗よりも大きくなるような磁気抵抗を有する非磁性体とを備えたものである。

また、本発明は、底面中央に突出部を有する有底円筒状の鉄心部及びこの鉄心部の開口部を閉塞し、且つ前記突出部に対応する部位に適宜大きさの貫通穴が設けられたヨーク部からなる固定鉄心と、この固定鉄心内に一方の開口部を前記突出部に挿入させて配置され直流電源により励磁される筒状のコイルと、このコイルの外周側に両端面を前記固定鉄心の底面及びヨーク部に磁気的に結合させて配置された永久磁石と、前記固定鉄心のヨーク部に設けられた貫通穴を通して前記コイル内に直線移動可能に挿入され、前記コイルの励磁により吸引されて動作する機械力を被駆動機器に伝達するロッド状の可動鉄心と、前記固定鉄心の突出部の端面に貼り付けられ前記永久磁石の配置部位から見て突出部と対向する可動鉄心側に形成される磁路の磁気抵抗が前記固定鉄心の外側に形成される主磁路の磁気抵抗よりも大きくなるような磁気抵抗を有する非磁性体とを備えたものである。

本発明によれば、小型にしてエネルギー変換効率を高くすることにより、大きな機械力を得ることが可能となり、しかも発熱量を減少させて省エネ化を図ることができる。

以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明によるアクチュエータの第１の実施形態として吊上げ電磁石をそれぞれ示す構成図で、図１はコイル無励磁状態、図２はコイル励磁状態を示している。

図１及び図２において、１は一対の脚部１ａ，１ｂとこれら脚部１ａ,１ｂの端部間を結ぶヨーク部１ｃからなるＵ字形の鉄心で、この鉄心１のヨーク部１ｃにコイル２が複数回巻回され、電磁石が構成されている。このコイル２には、直流電源３がスイッチ４を介して接続されている。

一方、５はコイル２の励磁時に鉄心１の脚部１ａ，１ｂの端面に吸引される吸着板で、この吸着板５の動作を機械エネルギーとして図示しない機器の駆動機構に伝達可能になっている。

本実施形態では、鉄心１の一対の脚部１ａ，１ｂ間に跨ってロッド状の永久磁石６を図示極性に配置し、この永久磁石６の両端面を脚部１ａ，１ｂの内面に磁気的に結合させる。

また、鉄心１の両脚部１ａ，１ｂの端面に非磁性体７を貼り付ける。この非磁性体７は永久磁石６の取付け部位から見て吸着板６側に形成される磁路の磁気抵抗がヨーク部１ｃ側に形成される主磁路の磁気抵抗よりも大きくなるような磁気抵抗のものが選定される。

このような構成のアクチュエータにおいて、コイル２が無励磁状態にあるときは、図１に示すように永久磁石６より発生する磁束は磁気抵抗の小さい鉄心１の主磁路、すなわち図示点線矢印のように永久磁石６のＮ極から一方の脚部１ａ、ヨーク部１ｃ及び他方の脚部１ｂを通して永久磁石６のＳ極に至る磁路を通して流れ、一対の脚部１ａ，１ｂの端面と吸着板５との間に存するギャップｄには磁束が流れないので、永久磁石６による磁束の影響はない。

この状態から、スイッチ４を投入して直流電源３によりコイル２を、図２に示す二点鎖線矢印のようにコイル２より発生する磁束の方向が永久磁石６より発生する磁束の向きと逆方向になるように励磁すると、永久磁石６より発生する磁束の向きが反転し、脚部１ａ，１ｂの端面と吸着板５との間に存するギャップｄにコイル２の励磁による磁束と永久磁石６による磁束が加算された磁力が作用する。

従って、鉄心１の脚部１ａ，１ｂと吸着板５との間のギャップｄにおける磁束量が多くなり、吸引力が増大するので、機器の駆動機構に伝達される機械力が従来のアクチュエータに比べて大きくなる。

また、図２の状態からスイッチ４を開放してコイル２を無励磁にすると、鉄心１の両脚部１ａ,１ｂの端面に貼付けられた非磁性体７により主磁路の磁気抵抗が吸着板５側に形成される磁路の磁気抵抗よりも小さくなるので、永久磁石６より発生する磁束の流れは鉄心１の主磁路側に反転し、図１の状態となる。

このように本発明の第１の実施形態では、ヨーク部１ｃにコイル２を複数回巻回したＵ字形鉄心１の一対の脚部１ａ,１ｂ間にロッド状の永久磁石６を配置して磁気的に結合し、且つ脚部１ａ,１ｂの吸着板６側の端面に非磁性体８を貼り付けて、永久磁石６の取付け部位から見てヨーク部１ｃ側に形成される主磁路の磁気抵抗が吸着板５側に形成される磁路の磁気抵抗よりも小さくなるようにするだけで、小型にしてエネルギー変換効率を高くすることが可能となり、大きな機械力を得ることができるとともに、発熱量を減少させることができ、省エネ化を図ることが可能となる。

図３及び図４は本発明によるアクチュエータの第２の実施形態としてプランジャをそれぞれ示す構成図で、図３はコイル無励磁状態、図４はコイル励磁状態を示している。

図３及び図４において、１１は底面中央に柱状の突出部１１ｂを有する有底円筒状の鉄心部１１ａ及びこの鉄心部１１ａの開口部を閉塞する円板状のヨーク部１１ｃが一体的に設けられた固定鉄心で、この固定鉄心１１のヨーク部１１ｃには、突出部１１ｂに対応する部位に適宜大きさの貫通穴１１ｄが設けられている。

このような構成の固定鉄心１１内には、筒状のコイル１２をその一方の開口部を突出部１１ｂに挿入させた状態で配置し、その外周側に複数個の永久磁石１３を等間隔を存して図示極性に配置し、これら各永久磁石１３の両端面を固定鉄心１１の底面及びヨーク部１１ｃの内面に磁気的に結合させる。

一方、１４はヨーク部１１ｃに設けられた貫通穴１１ｄを通して固定鉄心１１内の突出部１１ｂ方向又はこれとは逆方向に直線移動するロッド状の可動鉄心で、この可動鉄心１４は直線移動の動作を機械エネルギーとして図示しない機器の駆動機構に伝達可能になっている。

また、永久磁石１３の突出部１１ｂの端面に非磁性体１５を貼り付ける。この非磁性体１５は永久磁石１３の配置部位から見て突出部１１ｂと対向する可動鉄心１４側に形成される磁路の磁気抵抗が固定鉄心１１の外側に形成される主磁路の磁気抵抗よりも大きくなるような磁気抵抗のものが選定される。

このような構成のアクチュエータにおいて、コイル１２が無励磁状態にあるときは、図３に示すように永久磁石１３による磁束は磁気抵抗の小さい固定鉄心１１の主磁路、すなわち永久磁石１３のＮ極から固定鉄心１１の底面、外周部及びヨーク１１ｃを通して永久磁石１３のＳ極に至る磁路を通して流れるので、固定鉄心１１の中心に有する突出部１１ｂと可動鉄心１４との間に存するギャップｄには永久磁石による磁束の影響はない。

この状態から、コイル１２を該コイル１２より発生する磁束の方向が永久磁石１３より発生する磁束の向きと逆方向になるように励磁すると、図４に示すように永久磁石１３による磁束の向きが反転してコイル励磁による磁束の流れと同じ方向となり、固定鉄心１１の突出部１１ｂの端面と可動鉄心１４の先端面との間に存するギャップｄにコイル１２の励磁による磁束と永久磁石１３による磁束が加算された磁力が作用する。

従って、固定鉄心１１の突出部１１ｂと可動鉄心１４との間のギャップｄにおける磁束量が多くなるので、吸引力が増大させることが可能となり、機器の駆動機構に伝達される機械力が従来のアクチュエータに比べて大きくなる。

また、図４の状態からコイル１２を無励磁にすると、固定鉄心１１の突出部１１ｂの端面に貼付けられた非磁性体１５により固定鉄心１１の主磁路側の磁気抵抗が可動鉄心１４側に形成される磁路の磁気抵抗よりも小さいので、永久磁石１３より発生する磁束の流れは固定鉄心１１の主磁路側に反転し、図１の状態となる。

このように第２の実施形態に示すような構成のプランジャとしても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、第２の実施形態では、コイル１２の外周に等間隔を存して複数個の永久磁石を配置したが、円筒状の永久磁石をコイル１２と同心円状に配置するようにしてもよい。

本発明によるアクチュエータの第１の実施形態としてコイル無励磁状態の吊上げ電磁石を示す構成図。同実施形態において、コイル励磁状態の吊上げ電磁石を示す構成図。本発明によるアクチュエータの第２の実施形態としてコイル無励磁状態のプランジャを示す構成図。同実施形態において、コイル励磁状態のプランジャを示す構成図。

符号の説明

１…鉄心、１ａ，１ｂ…脚部、１ｃ…ヨーク部、２…コイル、３…直流電源、４…スイッチ、５…吸着板、６…永久磁石、７…非磁性体、１１…固定鉄心、１１ａ…鉄心部、１１ｂ…突出部、１１ｃ…ヨーク部、１１ｄ…貫通穴、１２…コイル、１３…永久磁石、１４…可動鉄心、１５…非磁性体

Claims

一対の脚部とこれら脚部の端部間を結ぶヨーク部からなる鉄心と、この鉄心のヨーク部に複数回巻回され、直流電源により励磁されるコイルと、このコイルの励磁時に前記鉄心の両脚部の端面に吸引され、そのとき得られる機械力を被駆動機器に伝達する吸着板と、前記鉄心の一対の脚部間に磁気的に結合させて配置された永久磁石と、前記鉄心の両脚部の端面に貼付けられ、前記永久磁石の取付け部位から見て前記吸着板側に形成される磁路の磁気抵抗が前記鉄心のヨーク部側に形成される主磁路の磁気抵抗よりも大きくなるような磁気抵抗を有する非磁性体とを備えたことを特徴とするアクチュエータ。
底面中央に突出部を有する有底円筒状の鉄心部及びこの鉄心部の開口部を閉塞し、且つ前記突出部に対応する部位に適宜大きさの貫通穴が設けられたヨーク部からなる固定鉄心と、この固定鉄心内に一方の開口部を前記突出部に挿入させて配置され直流電源により励磁される筒状のコイルと、このコイルの外周側に両端面を前記固定鉄心の底面及びヨーク部に磁気的に結合させて配置された永久磁石と、前記固定鉄心のヨーク部に設けられた貫通穴を通して前記コイル内に直線移動可能に挿入され、前記コイルの励磁により吸引されて動作する機械力を被駆動機器に伝達するロッド状の可動鉄心と、前記固定鉄心の突出部の端面に貼り付けられ前記永久磁石の配置部位から見て突出部と対向する可動鉄心側に形成される磁路の磁気抵抗が前記固定鉄心の外側に形成される主磁路の磁気抵抗よりも大きくなるような磁気抵抗を有する非磁性体とを備えたことを特徴とするアクチュエータ。