JP2009243676A

JP2009243676A - 電磁弁

Info

Publication number: JP2009243676A
Application number: JP2008279966A
Authority: JP
Inventors: Chieh-Cheng Chen; 介程陳; Ming-Chih Tsai; 明志蔡; Kenka Rin; 建家林
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2009-10-22
Also published as: US8186647B2; DE102008050439A1; DE102008050439B4; TW200941533A; US20090242815A1; TWI389156B

Abstract

【課題】永久磁石と付属機構を排除し、ノーマルオープン機能とノーマルクローズ機能のための電磁弁を直接的に提供する。
【解決手段】電磁弁はボビンと、コイルと、ロッドと少なくとも一つの球体とを備える。ボビンは貫通孔を有すると共に、ボビンの内壁には複数の転換点を持つ溝を有する。コイルはボビンに巻回される。ロッドは貫通孔内に配置され、この貫通孔に沿って内方または外方に移動可能であり、その外壁には凹部が配置される。各々の球体は、溝内および凹部内に同時に受け入れられる。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は電磁弁に関し、より詳しくは、永久磁石を有しない機構を用いた自己ラッチ電磁弁に関する。

従来型の自己ラッチ電磁弁は、コイルへの通電によって外に伸びる外伸位置と内に縮む内縮位置とを切換えている。電源供給を遮断した後、その電源供給を遮断する前と同じ位置をロッド（杆体）が保持する。電源供給を遮断した後には、電磁弁によってノーマルオープン（常開）の機能が与えられるように、従来型の自己ラッチ電磁弁が電力節約のために磁石による磁力でロッドを引き付け、当該ロッドが内縮位置で固定される。

図１Ａは、従来型の自己ラッチ電磁弁の概略図である。図１Ｂは、従来型の自己ラッチ電磁弁において、その構造の一部を取り除いた概略図である。これらの図１Ａおよび図１Ｂに示すように、電磁弁５は少なくとも、永久磁石５１と、ロッド５２と、コイル５３と、スプリング５４とを備えている。

図１Ｂに示す電磁弁５のロッド５２は、内縮位置Ｆにある。電磁弁５に電流を与えると、コイル５３は励磁現象を生じて磁気引力を提供し、ロッド５２を引き付ける。当該ロッド５２は、外伸位置Ｅから内縮位置Ｆに移動する。ロッド５２が内縮位置Ｆに移動すると、永久磁石５１がロッド５２を固定するのに引き付けられる。この時、電源が遮断されると、永久磁石５１が引き続きロッド５２を引き付けて固定する。それにより、電磁弁５にノーマルオープンの機能が与えられる。

（上記段落における電流の向きとは反対に、）逆方向の電流をコイル５３に与えると、逆方向の磁場が発生して永久磁石５１の磁力を打ち消し、スプリング５４がロッド５２を外伸位置Ｅに押動する。この時、電源が遮断されると、電磁弁５にノーマルクローズ（常閉）の機能が与えられる。

しかし、上記電磁弁５を用いると、駆動回路は電磁弁５を制御するのに正負各相のブリッジ回路を用いて、電力節約のためにエネルギー資源の浪費を低減しなければならない。電磁弁は一般的に、永久磁石５１を固定するための付属機構５５を備えている。こうした設計は、実質的に製造コストの増加をもたらす。

図２Ａは、従来型の別な自己ラッチ電磁弁の概略図である。図２Ｂは、当該従来型の別な自己ラッチ電磁弁において、その構造の一部を取り除いた概略図である。電磁弁６は少なくとも、永久磁石６１と、ロッド６２と、第１のコイル６３１と、第２のコイル６３２と、スプリング６４と、前記永久磁石を固定するための付属機構６５を備えている。

図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、電磁弁６のロッド６２は外伸位置Ｅで配置される。図２Ｂを参照すると、第１のコイル６３１に電流を与えると、当該第１のコイル６３１は励磁現象を生じて磁気引力を提供し、ロッド６２を引き付ける。ロッド６２は、外伸位置Ｅから内縮位置Ｆに移動する。ロッド６２が内縮位置Ｆに移動すると、永久磁石６１がロッド６２を固定するのに引き付けられる。この時、電源が遮断されると、永久磁石６１が引き続きロッド６２を引き付けて固定する。それにより、電磁弁５にノーマルオープンの機能が与えられる。

第２のコイル６３２に電流を与えると、当該第２のコイル６３２は励磁現象を生じて磁気引力を提供し、ロッド６２を引き付ける。ロッド６２は、内縮位置Ｆから外伸位置Ｅに移動する。ロッド６２が外伸位置Ｅに移動すると、ロッド６２は永久磁石６１の引力から切り離される。この時、スプリング６４がロッド６２に対する固定を行ない、外伸位置Ｅにロッド６２を確実に保持するようにする。その後、電源が遮断されると、電磁弁６にノーマルクローズの機能が与えられる。

電磁弁６は、当該電磁弁６における第１のコイル６３１および第２のコイル６３２を制御し、スイッチングするために、回路上にディジタルスイッチングを備えており、それによりエネルギー資源の浪費を減少でき、電力を節約できる。電磁弁６は一般的に、永久磁石６１を固定するための付属機構６５と、第１のコイル６３１および第２のコイル６３２とを備えている。こうした設計では、構成要素の数が増加するだけでなく、製造コストや複雑さも増大する。
米国特許第５２７７３９８号明細書

本発明の目的は、上記問題を軽減する電磁弁を提供することにある。本機構設計は永久磁石と付属機構を排除し、ノーマルオープン機能とノーマルクローズ機能のための電磁弁を直接的に提供する。そのため、電力の節約や、構成要素数の削減や、より簡易化した製造プロセスや、減少した製造コストや、より簡素化した回路設計のような利点が得られる。

上記目的に到達するために、本発明は、貫通孔を有すると共に、内壁に複数の転換点を持つ溝を有するボビンと、前記ボビンに巻回されるコイルと、前記貫通孔内に配置され、この貫通孔に沿って移動可能であり、その外壁には凹部が配置されるロッドと、前記溝内および前記凹部内に同時に受け入れられる少なくとも一つの球体と、を備えた電磁弁を提供する。当該電磁弁は、外方への力を与えるのに、前記ロッドの底部に設けた凹部に配置されるスプリングをさらに備える。前記ロッドが外伸位置に置かれているとき、前記球体は複数の転換点を有する溝の伸出保持点で嵌り込んでいる。前記ロッドが内縮位置に置かれているとき、前記球体は複数の転換点を有する溝の内縮保持点で嵌り込んでいる。磁気引力のために前記コイルに対してインパルス電圧を与えることにより、前記ロッドが励磁効果を生じ、当該ロッドを内方若しくは外方の動きから制御する。

要約すると、本発明における電磁弁は、スライドリングや、回転リングや、複数の転換点を有する溝によって、ノーマルオープン機能とノーマルクローズ機能を達成し、永久磁石と付属機構を排除し、電力を節約し、構成要素数の削減し、製造プロセスを簡易化し、さらには製造コストを低減する。その一方で、駆動回路の設計を簡易化するために、前記電圧はインパルス電圧とされる。

本発明は、以下に与えられる詳細な記述と添付図面から、説明だけで与えられてはいるが、より完全に理解されるであろう。それによって、詳細な記述と添付図面は本発明を限定するものではない。

本発明の一実施例における電磁弁は、以下に続く図面を参照して記述される。

図３Ａは、本発明の一実施例に基づく電磁弁において、その構造の一部を取り除いた概略図である。図３Ｂは、図３Ａに示す実施例における電磁弁の分解図である。電磁弁１は、ボビン１１と、ロッド１２と、コイル１３と、少なくとも一つの球体１５と、スプリング１７とを備えている。

図４は、本発明の一実施例に基づくロッドと電磁弁において、その構造の一部を取り除いた概略図である。ボビン１１は貫通孔１１１を備えており、ボビン１１の内壁には複数の転換点を有する溝１１３を備えている。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、コイル１３はボビン１１に巻回される。ロッド１２は貫通孔１１１内に配置される移動可能な芯体であり、この貫通孔１１１の軸Ｘに沿って、内方若しくは外方に摺動できる。ロッド１２は凹部１２１を備えており、凹部１２１はロッド１２の外周に形成される。球体１５は、溝１１３内および凹部１２１内に同時に受け入れられる。球体１５の一部は凹部１２１内に受け入れられており、球体１５の別な一部は溝１１３内に受け入れられる。ロッド１２が貫通孔１１１に沿って内方若しくは外方に移動するときに、球体１５は複数の転換点を有する溝１１３を移動する。スプリング１７は外方への推力（スラスト）を与えるために、貫通孔１１１の外側でロッド１２の底部にある凹部に配置され、或いはロッド１２の周囲に置かれる。当該推力は重力とすることができるが、それに限定されない。

図５は、本発明において、ボビンの内壁に配置された溝の３６０°に展開した図である。前記溝１１３は、複数の略Ｍ字形溝部１１４を備えている。本実施例において、ボビン１１の内壁に配置される溝１１３は、３つの略Ｍ字形溝部１１４を組み合わせて形成され、それらの溝部１１４は連続的に繋がっている。溝部の数は３つに限定されるものではない。略Ｍ字形溝部１１４は、第１の内縮溝部１１４１と、第１の退出溝部１１４２と、第２の内縮溝部１１４３と、第２の退出溝部１１４４とを組み合わせて形成され、それらの溝部１１４１〜１１４４は連続的に繋がっている。略Ｍ字形溝部１１４の一つである第１の内縮溝部１１４１は、伸出保持（スタック）点Ａから第１の転換点Ｂに向けて内方に突出する。第１の退出溝部１１４２は、第１の転換点Ｂから内縮保持点Ｃに向けて外方に突出する。第２の内縮溝部１１４３は、内縮保持点Ｃから第２の転換点Ｄに向けて内方に突出する。第２の退出溝部１１４４は、第２の転換点Ｄから隣接する略Ｍ字形溝部１１４の伸出保持点Ａに向けて外方に突出する。

球体１５が略Ｍ字形溝部１１４内を移動するため、この球体１５の数は１つ、或いは略Ｍ字形溝部１１４の数以下としてもよい。本実施例では、球体１５の数を３つとすることができる。３つの球体１５は、３つの略Ｍ字形溝部１１４の各位置に対応する。

電磁弁１のコイル１３に電圧を与えると、励磁効果が発生してロッド１２を引き付ける磁気引力が与えられる。ロッド１２は、外伸位置から内縮位置に縮退する。ここでの電圧は、インパルス電圧または一時的なディジタル信号である。図６Ａ〜図６Ｇは、外伸位置と内縮位置との間でロッドがどのように動くのかを示す連続的な図である。詳細な記述は次のように開示される。

図６Ａを参照すると、ロッド１２が外伸位置に置かれているとき、球体１５は伸出保持点Ａで嵌り込んでおり、それによりロッド１２はノーマルクローズ機能を達成する。図６Ｂおよび図６Ｃを参照すると、ロッド１２は励磁効果によって縮退し、球体１５は第１の内縮溝部１１４１に沿って、伸出保持点Ａから第１の転換点Ｂに向けて内方に移動する。

図６Ｄおよび図６Ｅを参照すると、コイル１３に与えられる電圧が無くなると、ロッド１２は外方への推力により、第１の退出溝部１１４２に沿って、第１の転換点Ｂから内縮保持点Ｃに向けて球体１５を外方に動かすように押し進め、それからロッド１２を内縮位置に留める。従って、ロッド１２はノーマルオープンの位置で保持される。

ロッド１２が内縮位置に配置されると、球体１５は略Ｍ字形溝部１１４の内縮保持点Ｃで嵌り込む。図６Ｆを参照すると、ロッド１２は励磁効果によって縮退し、球体１５は第２の内縮溝部１１４３に沿って、第２の転換点Ｄに向けて内方に移動する。

図６Ｇを参照すると、コイル１３に与えられる電圧が無くなると、ロッド１２は外方への推力により、第２の退出溝部１１４４に沿って、第２の転換点Ｄから次の略Ｍ字形溝部１１４の伸出保持点Ａに向けて球体１５を外方に動かすように押し進め、それからロッド１２を外伸位置に留める。従って、ロッド１２はノーマルオープンの位置で保持される。

こうして、磁気引力のためにコイル１３に対してインパルス電圧を与えることにより、ロッド１２が励磁効果を生じることで、ロッド１２を内方若しくは外方の動きから制御する。

図７は、本発明の別な実施例に基づく溝の展開図である。溝２１４はボビン１１の内壁に配置される。球体１５は、溝２１４とロッド１２の凹部１２１に同時に受け入れられる。溝２１４は略ρ形を有し、第１の内縮溝部２１４１と、第１の退出溝部２１４２と、第２の内縮溝部２１４３と、第２の退出溝部２１４４とからなり、それらが互いに繋がって閉ループを形成している。溝２１４における第１の内縮溝部２１４１は、伸出保持点Ａ’から第１の転換点Ｂ’に向けて内方に突出する。第１の退出溝部２１４２は、第１の転換点Ｂ’から内縮保持点Ｃ’に向けて外方に突出する。第２の内縮溝部２１４３は、内縮保持点Ｃ’から第２の転換点Ｄ’に向けて内方に突出する。第２の退出溝部２１４４は、第２の転換点Ｄ’から伸出保持点Ａ’に向けて外方に突出する。球体１５の数は一つである。

溝２１４に沿って動く球体１５に基づいて、ロッド１２は外伸位置と内縮位置との間で移動するが、詳細な記述は次のように開示される。

ロッド１２が外伸位置に置かれているとき、球体１５は伸出保持点Ａ’で嵌り込んでおり、それによりロッド１２はノーマルクローズ機能を達成する。次にロッド１２は励磁効果によって縮退し、球体１５は第１の内縮溝部２１４１に沿って、伸出保持点Ａから第１の転換点Ｂに向けて内方に移動する。

コイル１３に与えられる電圧が無くなると、ロッド１２は外方への推力により、第１の退出溝部２１４２に沿って、第１の転換点Ｂ’から内縮保持点Ｃ’に向けて球体１５を外方に動かすように押し進め、それからロッド１２を内縮位置に留める。従って、ロッド１２はノーマルオープンの位置で保持される。

ロッド１２が内縮位置に配置されると、球体１５は内縮保持点Ｃ’で嵌り込む。次にロッド１２は励磁効果によって縮退し、球体１５は第２の内縮溝部２１４３に沿って、第２の転換点Ｄ’に向けて内方に移動する。

コイル１３に与えられる電圧が無くなると、ロッド１２は外方への推力により、第２の退出溝部２１４４に沿って、第２の転換点Ｄ’から伸出保持点Ａ’に向けて球体１５を外方に動かすように押し進め、それからロッド１２を外伸位置に留める。従って、ロッド１２はノーマルオープンの位置で保持される。

要約すると、本発明の電磁弁は、少なくとも一つの球体と、複数の転換点を有するボビン溝と、ロッドの凹部とによって、ノーマルオープン機能とノーマルクローズ機能を達成し、また電力の節約や、構成要素数の削減や、より簡易化した回路設計のような利点が得られる。本発明の機構設計は、永久磁石と付属機構を排除する。さらには、自己ラッチ電磁弁がインパルス電圧を提供することで、他の複雑な回路を付加しなくてもよく、スイッチングで電磁弁を制御できる。こうしてエネルギー資源の浪費を減少でき、電力を節約できる。

以上のように、本発明は一例として好ましい実施例の観点から記述されているが、開示された実施例に本発明が限定されないことを理解されたい。それとは反対に、本発明は（当業者に対して明らかであるような、）様々な変更と同様の配置を保護するものである。したがって、添付する請求の範囲は、こうした変更と同様の配置を全て包含するような、最も広い解釈を許容すべきである。

従来型の自己ラッチ電磁弁の概略図である。従来型の自己ラッチ電磁弁の概略図である。従来型の別な自己ラッチ電磁弁の概略図である。従来型の別な自己ラッチ電磁弁の概略図である。本発明の一実施例に基づく電磁弁において、その構造の一部を取り除いた概略図である。図３Ａに示す実施例における電磁弁の分解図である。本発明の一実施例に基づくロッドと電磁弁において、その構造の一部を取り除いた概略図である。本発明におけるボビン溝の３６０°に展開した図である。外伸位置と内縮位置との間でロッドがどのように動くのかを示す連続図である。ロッドが外伸位置と内縮位置との間でどのように動くのかを示す連続図である。ロッドが外伸位置と内縮位置との間でどのように動くのかを示す連続図である。ロッドが外伸位置と内縮位置との間でどのように動くのかを示す連続図である。ロッドが外伸位置と内縮位置との間でどのように動くのかを示す連続図である。ロッドが外伸位置と内縮位置との間でどのように動くのかを示す連続図である。ロッドが外伸位置と内縮位置との間でどのように動くのかを示す連続図である。本発明におけるボビンの別な実施例での溝の拡大図である。

符号の説明

１電磁弁
１１ボビン
１２ロッド
１３コイル
１５球体
１７スプリング
１１１貫通孔
１１３，２１４溝
１２１凹部
１１４１，２１４１第１の内縮溝部
１１４２，２１４２第１の退出溝部
１１４３，２１４３第２の内縮溝部
１１４４，２１４４第２の退出溝部
Ａ，Ａ’ 伸出保持点
Ｂ，Ｂ’ 第１の転換点
Ｃ，Ｃ’ 内縮保持点（第２の転換点）
Ｄ，Ｄ’ 第２の転換点（第３の転換点）

Claims

貫通孔および溝を有するボビンと、
前記ボビンに巻回されるコイルと、
前記貫通孔内に配置され、この貫通孔に沿って移動可能であり、その外壁には凹部が配置されるロッドと、
前記溝内および前記凹部内に同時に受け入れられる少なくとも一つの球体と、を備えたことを特徴とする電磁弁。
前記球体の一部は前記溝内に受け入れられ、前記球体の別な一部は凹部内に受け入れられると共に、
前記ロッドが前記貫通孔に沿って内方若しくは外方に移動するときに、前記球体は前記溝を移動することを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
前記溝は、第１の内縮溝部と、第１の退出溝部と、第２の内縮溝部と、第２の退出溝部とにより構成され、第１の転換点と、第２の転換点と、第３の転換点からなる複数の転換点を有しており、
前記第１の内縮溝部は伸出保持点から前記第１の転換点に伸び、
前記第１の退出溝部は前記第１の転換点から前記第２の転換点に伸び、
前記第２の内縮溝部は前記第２の転換点から前記第３の転換点に伸び、
前記第２の退出溝部は前記第３の転換点から前記伸出保持点に伸びることを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
外方への力を与えることで前記ロッドが外伸位置に置かれているとき、前記球体は前記伸出保持点に配置され、外方への力を与えることで前記ロッドが内縮位置に置かれているとき、前記球体は前記第２の転換点に配置されることを特徴とする請求項３記載の電磁弁。
前記外方への力を与えるのに、前記ロッドの底部にある凹部、或いはロッド上に嵌め込まれるスプリングをさらに備えたことを特徴とする請求項４記載の電磁弁。
前記コイルに電圧を与えることで前記ロッドは励磁効果が発生し、磁気引力が与えられて、前記ロッドの移動方向を制御することを特徴とする請求項４記載の電磁弁。
前記ロッドが前記外伸位置に置かれているとき、前記球体は前記伸出保持点で嵌り込んでいることを特徴とする請求項６記載の電磁弁。
前記ロッドが前記励磁効果によって縮退するとき、前記球体は前記第１の内縮溝部に沿って、前記伸出保持点から前記第１の転換点に向けて内方に移動することを特徴とする請求項６記載の電磁弁。
前記コイルの電圧が無いときに、前記ロッド１２は前記第１の退出溝部に沿って、前記第１の転換点から前記第２の転換点に向けて、前記球体を外方に動かすように押し進め、それから前記ロッドを前記内縮位置に留めることを特徴とする請求項６記載の電磁弁。
前記ロッドが前記内縮位置に置かれているとき、前記球体は前記第２の転換点で嵌り込んでいることを特徴とする請求項６記載の電磁弁。
前記ロッドが前記励磁効果によって縮退するとき、前記球体は前記第２の内縮溝部に沿って、前記第２の転換点から前記第３の転換点に向けて内方に移動することを特徴とする請求項６記載の電磁弁。
前記溝は、複数の略Ｍ字形溝部からなることを特徴とする請求項３記載の電磁弁。
前記球体の数は、前記略Ｍ字形溝部の数以下であることを特徴とする請求項１２記載の電磁弁。
前記球体の数は一つ以上であり、前記球体の位置は前記略Ｍ字形溝部に対応することを特徴とする請求項１３記載の電磁弁。
前記溝は、複数の略ρ形溝部からなることを特徴とする請求項３記載の電磁弁。
前記第１の内縮溝部と、前記第１の退出溝部と、前記第２の内縮溝部と、前記第２の退出溝部は、互いに繋がって閉じた溝を形成していることを特徴とする請求項１５記載の電磁弁。