JP2008300629A - Solenoid apparatus and its driving method - Google Patents
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Description
本発明は、少なくとも一対のコイル部を有するステータ部とシャフト部に固定したマグネット部を有するプランジャ部を備えるソレノイド装置及びその駆動方法に関する。 The present invention relates to a solenoid device including a stator portion having at least a pair of coil portions and a plunger portion having a magnet portion fixed to a shaft portion, and a driving method thereof.
従来、軸方向に並べて配した一対のコイル部を有するステータ部と、このコイル部の内側に配し、かつ軸方向へ変位自在に支持されたシャフト部に固定したマグネット部を有するプランジャ部を備えるソレノイド装置は、既に本出願人が提案した特許文献1で開示されるラッチングソレノイドが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a stator portion having a pair of coil portions arranged side by side in the axial direction and a plunger portion having a magnet portion disposed on the inner side of the coil portion and fixed to a shaft portion supported so as to be displaceable in the axial direction are provided. As a solenoid device, a latching solenoid disclosed in
このラッチングソレノイドは、ソレノイド部に通電することによりプランジャを変位させるラッチングソレノイドであって、軸方向に配した一対のソレノイド部と、各ソレノイド部に対応させて配した一対のプランジャ部と、各プランジャ部に対して軸方向へ変位自在に貫通し、かつ各プランジャ部によりそれぞれ変位範囲が規制された単一の出力軸部を備えたものである。
ところで、上述した従来のラッチングソレノイドは、軸方向に並べて配した一対のコイル部を備えるため、ステータ部の軸方向の長さは、単一のコイル部を備える一般的なラッチングソレノイド(一般ソレノイド)に対して概ね二倍程度長くなり、ラッチングソレノイドの全体形状もそれに伴って軸方向に細長い形状となる。したがって、このような一対のコイル部を利用したラッチングソレノイドは、一般ソレノイドでは実現できない動作が可能となり、例えば、ステータ部が軸方向に長くなるに従って、プランジャ部の変位するストロークも一般ソレノイドに対してより長くすることができるため、長いストローク変位を必要とする切換動作も可能となる。 By the way, since the conventional latching solenoid described above includes a pair of coil portions arranged side by side in the axial direction, the axial length of the stator portion is a general latching solenoid (general solenoid) including a single coil portion. The overall shape of the latching solenoid is also elongated in the axial direction accordingly. Therefore, the latching solenoid using such a pair of coil portions can perform an operation that cannot be realized by a general solenoid. For example, as the stator portion becomes longer in the axial direction, the displacement of the plunger portion also moves relative to the general solenoid. Since it can be made longer, a switching operation requiring a long stroke displacement is also possible.
しかし、この場合、ストローク変位が長くなる分、消費エネルギ(消費電力)が増加傾向になるとともに、円滑かつ安定した動作も確保しにくくなる。結局、ストローク変位を長くすることができても、これに伴って相反する他の問題が生じるという解決すべき課題も存在した。 However, in this case, as the stroke displacement becomes longer, energy consumption (power consumption) tends to increase, and it becomes difficult to ensure smooth and stable operation. After all, even if the stroke displacement can be lengthened, there is a problem to be solved that other conflicting problems occur.
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したソレノイド装置及びその駆動方法の提供を目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a solenoid device and a driving method thereof that solve the problems existing in the background art.
本発明に係るソレノイド装置1は、上述した課題を解決するため、軸方向に並べて配した少なくとも一対のコイル部3a,3bを有するステータ部2と、このコイル部3a,3bの内側に配し、かつ軸方向へ変位自在に支持されたシャフト部5に固定したマグネット部6を有するプランジャ部4とを備えてなるソレノイド装置であって、軸方向両端に配する一対のサイドヨーク部7a,7b及びこのサイドヨーク部7a,7b間に配するインナヨーク部7mを備え、隣同士となる各ヨーク部7aと7m,7mと7bの相対向する部位に筒形のヨークフランジ部8a,8ma,8mb,8bをそれぞれ一体に形成し、各ヨークフランジ部8a,8ma,8mb,8bをコイル部3a,3bの内側に挿入するとともに、各ヨークフランジ部8a,8ma,8mb,8bの内側にマグネット部6を挿通可能に構成したことを特徴とする。この場合、発明の好適な態様により、一対のサイドヨーク部7a,7b及びインナヨーク部7mの外周部を覆う筒形のカバーヨーク部7oを設けることができるとともに、少なくともマグネット部6が位置する側のコイル部3a又は3bを選択的に通電することにより、マグネット部6を反発させる通電制御手段9を設けることができる。
In order to solve the above-described problem, the
また、本発明に係るソレノイド装置の駆動方法は、上述した課題を解決するため、軸方向に並べて配した少なくとも一対のコイル部3a,3bを有するステータ部2と、このコイル部3a,3bの内側に配し、かつ軸方向へ変位自在に支持されたシャフト部5に固定したマグネット部6を有するプランジャ部4とを備えてなるソレノイド装置1を駆動するに際し、軸方向両端に配する一対のサイドヨーク部7a,7b及びこのサイドヨーク部7a,7b間に配するインナヨーク部7mを備え、隣同士となる各ヨーク部7aと7m,7mと7bの相対向する部位に筒形のヨークフランジ部8a,8ma,8mb,8bをそれぞれ一体に形成し、各ヨークフランジ部8a,8ma,8mb,8bをコイル部3a,3bの内側に挿入するとともに、各ヨークフランジ部8a,8ma,8mb,8bの内側にマグネット部6を挿通可能にし、駆動時に、少なくともマグネット部6が位置する側のコイル部3a又は3bを通電することにより、マグネット部6を反発させて他方のコイル部3b又は3a側へ移動させるようにしたことを特徴とする。この場合、発明の好適な態様により、他方のコイル部3b又は3aは無通電にしてもよいし、或いは必要により補助制御を行ってもよい。
Further, in order to solve the above-described problem, the driving method of the solenoid device according to the present invention includes a
このような本発明に係るソレノイド装置1及びその駆動方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。
According to the
(1) 軸方向両端に配する一対のサイドヨーク部7a,7b及びこのサイドヨーク部7a,7b間に配するインナヨーク部7mを備え、隣同士となる各ヨーク部7aと7m,7mと7bの相対向する部位に筒形のヨークフランジ部8a,8ma…をそれぞれ一体に形成し、各ヨークフランジ部8a,8ma…をコイル部3a,3bの内側に挿入するとともに、各ヨークフランジ部8a,8ma…の内側にマグネット部6を挿通可能に構成したため、駆動時には、少なくともマグネット部6が位置する側のコイル部3a又は3bの通電によるマグネット部6の反発力のみで、プランジャ部4を確実に他方のコイル部3b又は3a側へ移動させることができる。これにより、プランジャ部4の長いストローク変位を確保すると同時に、消費エネルギ(消費電力)の低減及び円滑かつ安定した動作を確保できるなど、従来における相反する問題を同時に解決することができる。
(1) A pair of side
(2) 好適な態様により、少なくともマグネット部6が位置する側のコイル部3a又は3bを選択的に通電することにより、マグネット部6を反発させる通電制御手段9を設ければ、本発明に係るソレノイド装置1を用いた駆動方法を確実かつ有効に実施することができる。
(2) According to the present invention, if an energization control means 9 for repelling the
(3) 好適な態様により、他方のコイル部3b又は3aを無通電にすれば、特に、駆動する際の加重が小さい用途に適用することにより、消費エネルギ(消費電力)を最少に抑えることができる。また、他方のコイル部3b又は3aに対する補助制御を行うようにすれば、無通電とする以外に、例えば、駆動する際の加重の増減制御等を行うことにより用途に応じた性能(特性)を設定したり、或いは加速制御やブレーキ制御等を付加するなど、より機能性を高めることができる。
(3) If the
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。 Next, the best embodiment according to the present invention will be given and described in detail with reference to the drawings.
まず、本実施形態に係るソレノイド装置1の構成について、図1〜図3を参照して説明する。
First, the configuration of the
図1及び図2は、ソレノイド装置1の内部構造を示す。ソレノイド装置1において、2はステータ部であり、軸方向に並べて配した一対のコイル部3a,3bとこれらのコイル部3a,3bに付設したヨークYを備える。
1 and 2 show the internal structure of the
一方のコイル部3aは、絶縁材で形成した筒形のコイルボビン11aと、このコイルボビン11aにワイヤを巻回して構成したコイル本体12aを備える。他方のコイル部3bもコイル部3aと同一に構成する。したがって、二つのコイル部3a…を用意して、一方のコイル部3aと他方のコイル部3bに振り分ければよい。ただし、組付ける際には、コイル部3aとコイル部3bはそれぞれ反対方向に向けて配する。なお、他方のコイル部3bにおいて、11bはコイルボビン、12bはコイル本体をそれぞれ示す。
One
また、ヨークYは、軸方向の両側位置に配する一対のサイドヨーク部7a,7bと、各サイドヨーク部7aと7bの間に配するインナヨーク部7mと、一対のサイドヨーク部7a,7b及びインナヨーク部7mの外周部を覆う筒形のカバーヨーク部7oとを備え、それぞれ磁性体により一体形成する。
The yoke Y includes a pair of side
一方のサイドヨーク部7aは、円盤状のヨーク本体部13aと、このヨーク本体部13aから直角方向外側に延出形成した取付部14aと、ヨーク本体部13aの一方の端面(内側)の中央から突出形成した筒形のヨークフランジ部8aを有する。この場合、取付部8aには、図3に示すように、取付ネジが挿通する複数の挿通孔15a…を形成するとともに、ヨーク本体部13aの中央にはヨークフランジ部8aに連通する貫通孔16aを形成する。ヨーク本体部13aは、カバーヨーク部7oの端部開口に嵌合する形状を有する。また、ヨークフランジ部8aは筒形に形成するため、コイル部3aの内側に挿入できるとともに、ヨークフランジ部8aの内側には後述するプランジャ部4のマグネット部6を挿通させることができる。さらに、貫通孔16aには、外側から軸受部17aを付設するとともに、ヨークフランジ部8aの内部にはダンパを兼ねるストッパ部18aを収容する。他方のサイドヨーク部7bも、上述した一方のサイドヨーク部7aと同一に構成する。したがって、二つのサイドヨーク部7a…を用意して、一方のサイドヨーク部7aと他方のサイドヨーク部7bに振り分ければよい。なお、他方のサイドヨーク部7bにおいて、13bはヨーク本体部,14bは取付部,16bは貫通孔をそれぞれ示すとともに、17bは軸受部,18bはストッパ部をそれぞれ示す。
One side yoke portion 7a includes a disc-shaped yoke main body portion 13a, a mounting portion 14a formed to extend outward from the yoke main body portion 13a in the direction perpendicular to the center, and the center of one end surface (inner side) of the yoke main body portion 13a. A cylindrical yoke flange portion 8a is formed so as to protrude. In this case, as shown in FIG. 3, the attachment portion 8a is formed with a plurality of
インナヨーク部7mは、円盤状のヨーク本体部19mと、このヨーク本体部19mの両端面中央からそれぞれ筒形に突出形成したヨークフランジ部8ma,8mbを有し、ヨーク本体部19mの中央には、ヨークフランジ部8ma,8mbに連通する貫通孔20mを形成する。各ヨークフランジ部8ma,8mbは筒形に形成するため、それぞれコイル部3a,3bの内側に挿入できるとともに、ヨークフランジ部8ma,8mbの内側には後述するプランジャ部4のマグネット部6を挿通させることができる。なお、21m…は、ヨーク本体部19mの外周面に形成した複数のネジ孔を示す。
The
ところで、サイドヨーク部7a,7bに形成したヨークフランジ部8a,8bの内径とインナヨーク部7mに形成したヨークフランジ部8ma,8mbの内径は異ならせている。この場合、ヨークフランジ部8ma,8mbの内径は比較的小さく選定し、ヨークフランジ部8ma,8mbの内周面とマグネット部6の外周面間のクリアランスをできるだけ小さくするとともに、ヨークフランジ部8a,8bの内径は比較的大きく選定し、ヨークフランジ部8a,8bの内周面とマグネット部6の外周面間のクリアランスはある程度余裕をもたせることが望ましい。
By the way, the inner diameters of the
他方、4はプランジャ部であり、コイル部3a,3bの内部に軸方向へ変位自在に支持されたシャフト部5に固定したマグネット部6を有する。シャフト部5は、磁性体(又は非磁性体)で形成し、このシャフト部5の外周面の中間位置に筒形に形成したマグネット部6を固定する。このマグネット部6は軸方向における一端側がN極となり、他端側がS極となる(図5(a)参照)。
On the other hand, 4 is a plunger part, which has a
したがって、組立てる際には、図1に示すように、インナヨーク部7mをカバーヨーク部7oの内部に収容し、軸方向中央に位置させる。そして、不図示の固定ネジをカバーヨーク部7oに形成した挿通孔22m…(図3参照)を通してネジ孔21m…に螺着し、インナヨーク部7mをカバーヨーク部7oの内部に位置決め固定する。また、カバーヨーク部7oの両端部開口からコイル部3a,3bをそれぞれ収容する。これにより、インナヨーク部7mにおける各ヨークフランジ部8ma,8mbの外周部がコイルボビン11a,11bの内側に一端側からそれぞれ挿入される。さらに、カバーヨーク部7oの内部にプランジャ部4を収容する。そして、サイドヨーク部4a,4bをカバーヨーク部7oの両端部開口を閉塞するようにそれぞれ装着する。この際、サイドヨーク部4a,4bの各ヨークフランジ部8a,8bの外周部がコイルボビン11a,11bの内側に他端側から挿入されるとともに、各ヨーク本体部13a,13bはカバーヨーク部7oの両端部開口にそれぞれ嵌合する。また、シャフト部5の両端側を、各軸受部17a,17bを通って各サイドヨーク部4a,4bの外部に突出する。この後、不図示の固定ネジをカバーヨーク部7oに形成した挿通孔を通してサイドヨーク部4a,4bに設けた不図示のネジ孔に螺着し、各サイドヨーク部4a,4bをカバーヨーク部7oに固定する。これにより、図3に示すソレノイド装置1を得ることができる。
Therefore, when assembling, as shown in FIG. 1, the
一方、ソレノイド装置1には、図1に示すように通電制御手段9を接続する。通電制御手段9は、少なくともマグネット部6が位置する側のコイル部3a又は3bを選択的に通電することにより、マグネット部6を反発させる制御機能を有しており、各コイル部3a,3bは、通電制御手段9に備える制御部31の出力側に接続する。また、制御部31の入力側には、直流の電源部32及び操作部33を接続する。これにより、通電制御手段9は、駆動時には、少なくともマグネット部6が位置する側のコイル部3a(又は3b)を通電することができる。したがって、この際、他方のコイル部3b(又は3a)は無通電となる。なお、他方のコイル部3b(又は3a)は、必要により後述する補助制御を行ってもよい。このような通電制御手段9を設けることにより、ソレノイド装置1を用いた駆動方法を確実かつ有効に実施することができる。
On the other hand, the energization control means 9 is connected to the
次に、本実施形態に係る駆動方法を含むソレノイド装置1の使用方法及び動作(原理)について、図5及び図6を参照しつつ図4に示すフローチャートに従って説明する。
Next, the usage method and operation (principle) of the
今、ソレノイド装置1は、コイル部3a,3bのいずれにも通電が行われていない停止状態(非給電時)にあり、プランジャ部4は、図5(a)に示す左端位置にあるものとする。この場合、マグネット部6のN極がサイドヨーク部7aに吸引され、プランジャ部4は左端位置に安定に保持されている(ステップS1)。
Now, the
ところで、本実施形態に係るソレノイド装置1の場合、プランジャ部4と加重の関係は図6のようになる。同図は、プランジャ部4の位置〔mm〕対加重の大きさ〔N〕の特性を示したものであり、Foが非給電時の特性、Fpが給電時の特性である。図6に示すように、非給電時の停止状態においては、プランジャ部4に対して負の加重が作用する。そして、プランジャ部4を外部の力で移動させた場合、負の加重はステータ部2の中央位置まで作用し、この中央位置から右端位置までは正の加重が作用する。したがって、例えば、プランジャ部4を手で右端位置まで移動させる場合、左端位置から中央位置までは手で押す必要があるが、中央位置を超えた後から右端位置までは、マグネット部6のS極がサイドヨーク部7bに吸引されるため、手で押す必要はなくなる。
By the way, in the case of the
他方、給電時における挙動は次のようになる。操作部33を操作すれば、制御部31は、プランジャ部4が停止している側のコイル部3a又は3bに対して通電制御を行う。例示の場合、プランジャ部4は左端位置に停止しているため、左側のコイル部3aに通電する(ステップS2,S4)。なお、プランジャ部4が右端位置に停止している場合には、コイル部3bに対して通電制御を行えばよい(ステップS3,S4)。このように、給電時には、プランジャ部4が停止している側のコイル部3a(又は3b)のみに通電を行い、他方のコイル部3b(又は3a)には通電しない。したがって、他方のコイル部3b(又は3a)は無通電状態となるため、特に、駆動する際の加重が小さい用途に適しており、消費エネルギ(消費電力)を最少に抑えることができる利点がある。
On the other hand, the behavior during power feeding is as follows. If the
これにより、給電時には、電源部32からコイル部3aに駆動電流が流れ、図5(b)に示すように、左側のサイドヨーク部7a(ヨークフランジ部8a)にN極が発生するとともに、インナヨーク部7m(ヨークフランジ部8ma)にS極が発生する。したがって、マグネット部6とサイドヨーク部7a間には反発力(正の加重)が発生する(ステップS5)。この結果、プランジャ部4は、図5(b)に示すように、左端位置から右方へ移動する(ステップS6)。このときプランジャ部4に作用する加重の大きさは図6に示す特性Fpに従う。そして、プランジャ部4が右方へ移動し、図5(c)に示す右端位置(終端位置)に達すれば、マグネット部6がストッパ18bに係止して停止する(ステップS7)。なお、コイル部3aに対する通電期間は、通電開始からプランジャ部4が中央位置を通過するまでである。即ち、上述したように、プランジャ部4が中央位置を通過した後は、通電を解除してもプランジャ部4はいわば自動で右端位置まで移動する。したがって、プランジャ部4が中央位置を通過した以降に、コイル部3aに対する通電を解除すればよい(ステップS8)。これにより、プランジャ部4は、マグネット部6のS極がサイドヨーク部7bに吸引され、プランジャ部4は右端位置に安定に保持される。なお、図5(c)中、Lsはプランジャ部4のストローク変位の距離を示している。
As a result, during power feeding, a drive current flows from the
以下、ソレノイド装置1を使用する工程が継続する場合には、プランジャ部4の左方へ移動する動作と右方へ移動する動作が交互に行われる(ステップS9,S2,S3…)。なお、プランジャ部4を左方へ移動させる場合には、サイドヨーク部7bにS極が生じるように通電制御すればよい。
Hereinafter, when the process of using the
よって、このような本実施形態に係るソレノイド装置1及びその駆動方法によれば、軸方向両端に配する一対のサイドヨーク部7a,7b及びこのサイドヨーク部7a,7b間に配するインナヨーク部7mを備え、隣同士となる各ヨーク部7aと7m,7mと7bの相対向する部位に筒形のヨークフランジ部8a,8ma…をそれぞれ一体に形成し、各ヨークフランジ部8a,8ma…をコイル部3a,3bの内側に挿入するとともに、各ヨークフランジ部8a,8ma…の内側にマグネット部6を挿通可能に構成したため、駆動時には、少なくともマグネット部6が位置する側のコイル部3a又は3bの通電によるマグネット部6の反発力のみで、プランジャ部4を確実に他方のコイル部3b又は3a側へ移動させることができる。これにより、プランジャ部4の長いストローク変位を確保すると同時に、消費エネルギ(消費電力)の低減及び円滑かつ安定した動作を確保できるなど、従来における相反する問題を同時に解決することができる。
Therefore, according to the
ところで、例示の場合、給電時には、一方のコイル部3a(又は3b)にのみ通電するとともに、他方のコイル部3b(又は3a)は無通電にしているが、必要により、無通電とする以外に補助制御を行うことができる。例えば、他方のコイル部3b(又は3a)に正方向又は逆方向の小電流を流す補助制御を行うことができる。このような補助制御機能を設ければ、駆動する際の加重の増減制御等を行うことにより用途に応じた性能(特性)を設定したり、或いは加速制御やブレーキ制御等を付加するなど、より機能性を高めることができる。
By the way, in the case of illustration, while supplying electricity, only one
以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成,形状,素材,数量,手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更,追加,削除することができる。例えば、例示した一対のコイル部3a,3bを任意の複数のコイル部3a…又は複数対により構成する場合や例示した二極のマグネット部6を四極などの他の複数極により構成する場合を排除するものではない。したがって、インナヨーク部7mは複数設けてもよい。
Although the best embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to such an embodiment, and departs from the gist of the present invention in the detailed configuration, shape, material, quantity, technique, and the like. It can be changed, added, or deleted as long as it is not. For example, the case where the illustrated pair of
1:ソレノイド装置,2:ステータ部,3a:コイル部,3b:コイル部,4:プランジャ部,5:シャフト部,6:マグネット部,7a:サイドヨーク部,7b:サイドヨーク部,7m:インナヨーク部,7o:カバーヨーク部,8a:ヨークフランジ部,8ma:ヨークフランジ部,8mb:ヨークフランジ部,8b:ヨークフランジ部,9:通電制御手段 1: solenoid device, 2: stator portion, 3a: coil portion, 3b: coil portion, 4: plunger portion, 5: shaft portion, 6: magnet portion, 7a: side yoke portion, 7b: side yoke portion, 7m: inner yoke Part, 7o: cover yoke part, 8a: yoke flange part, 8ma: yoke flange part, 8mb: yoke flange part, 8b: yoke flange part, 9: energization control means
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