JP2014007406A

JP2014007406A - ロータリーソレノイド

Info

Publication number: JP2014007406A
Application number: JP2013130957A
Authority: JP
Inventors: Yue Li; リユエ; Mao Xiong Jiang; ションジアンマオ; You Zhou Chui; ヨウチョウチュイ; Yun Gan Jin; ユンガンジン; xiao mei Yuan; メイユアンシャオ; Ying Chen; チェンイン
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric SA
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2033-06-21
Also published as: CN103516066B; DE102013106492A1; CN103516066A; JP6238591B2; US20130342296A1; US8633791B2

Abstract

【課題】高い出力トルクを有する新規なソレノイドを提供すること。
【解決手段】ロータリーソレノイド（１）は、固定子（１０）、回転子（４０）、及び固定子（１０）と回転子（４０）との間に接続された捩りばね（５０）を含む。該固定子（１０）は、協働して実質的に円筒形の空間を定める３つの固定子極を有する電機子（１３）と、固定子極（１４）に巻き付けられたコイル（１９）とを含む。回転子（４０）は、固定子（１０）に回転可能に組み付けられた軸（４２）と、該軸（４２）に固定され且つ円筒形空間（１８）内に受けられた回転子コア（４４）とを含む。回転子コア（４４）は、固定子極（１４，１５）に対応する３つの回転子極（４３）を有する。回転子（４０）は、捩りばね（５０）の力を受けて第１の位置にとどまり、コイル（１９）の電源が入れられた時、捩りばね（５０）の力と固定子（１０）の磁力を受けて第２の位置まで回転する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロータリーソレノイド、特に大きなトルク出力を有するロータリーソレノイドに関する。

ロータリーソレノイドは、固定子と回転子とを含む。固定子は、対向する２つの内面から延びる２つの固定子極を有する長方形の鉄芯と、これら２つの固定子極に巻きつけられた２つのコイルとを含む。回転子は、２つの固定子極の間に位置し、相対する方向に延びる２つの回転子極を含む。作動に際しては、２つのコイルが起動された時、２つの固定子極が磁界を発生させ、この磁界が２つの回転子極と相互作用して該回転子極を引きつけることによって、回転子を回転駆動する。しかしながら、２つのコイルが２つの固定子極に巻きつけられているので、鉄芯と固定子極の飽和磁束密度が高くなる。このロータリーソレノイドの磁路は、長方形で比較的長い。さらに、２つの回転子極しか存在しないので、固定子極と回転子極との間の相互作用面積が小さくなる。これら全ての特徴が、ソレノイドの出力トルクを制限することになる。

本発明は、高い出力トルクを有する新規なソレノイドを提供することを目的とする。

したがって、本発明の実施形態は、固定子と、回転子と、該固定子と回転子との間に連結された捩りばねとを含む、ロータリーソレノイドを提供する。固定子は、２つの端部とこれらの間の中央部とを有する電機子と、中央部から延びる第１固定子極と、電機子の２つの端部の対応する端部から各々が延びる第２固定子極と第３固定子極と、第１固定子極に巻きつけられたコイルと、を含む。回転子は、回転子に回転可能に組み付けられた軸と、該軸に固定され且つ円筒形空間内に配置されている回転子コアと、を含む。回転子コアは、固定子極に対応する３つの回転子極を有する。回転子は、捩りばねの力を受けて第１の位置にとどまり、コイルを流れる電流に応答して第２の位置まで回転する。

本発明の別の実施形態は、固定子と、回転子と、該固定子と回転子との間に連結された捩りばねとを含むロータリーソレノイドを提供する。固定子は、協働して実質的に円筒形の空間を定める３つの固定子極を有する電機子と、固定子のうちの１つに巻きつけられたコイルとを含む。回転子は、固定子に回転可能に組み付けられた軸と、該軸に固定され且つ円筒形空間内に配置された回転子コアと、を含む。回転子コアは、固定子極に対応する３つの回転子極を有する。回転子は、捩りばねの力を受けて第１の位置にとどまり、コイルを流れる電流に応答して第２の位置まで回転する。

本発明のさらなる実施形態では、固定子と、回転子と、捩りばねとを含むロータリーソレノイドを提供する。固定子は、３つの固定子極と、該固定子極の１つに巻きつけられたコイルとを有する電機子を含む。回転子は、固定子に回転可能に組み付けられた軸と、該軸に固定された回転子コアとを含み、該回転子コアは、前述の３つの固定子極のうちの２つのおおよそ中間に各々が位置する３つの回転子極を有する。第１の位置において、前述の３つの回転子極の各々の周方向端部が、隣接した固定子と重なり、前述の３つの回転子極の各々の反対側の周方向端部は、別の隣接する固定子極との間に周方向に間隔をもっている。捩りばねはストリップ形状であり、一方の端部が固定子に連結して固定され、反対側の端部が半径方向に軸を貫通して、前述の回転子を第１の位置に付勢するように構成されている。回転子は、前述したコイルを流れる電流に応答して、第２の位置まで回転する。

本発明の実施形態において、ロータリーソレノイドが３つの固定子極と３つの回転子極とを有し、これら固定子と回転子との間の相互作用面積が比較的広くなっている。加えて、コイルが巻き付けられた固定子極の磁束が、他の２つの極において２つに分けられるため、飽和磁束密度が低くなる。これらの特徴が回転子の出力トルクに関し利点をもたらす。

本発明の好ましい実施形態を、単に例証として添付図面を参照して以下に説明する。図面において、２つ以上の図面に現れる同一あるいは類似する構造、要素又は部品には、全ての図面において同一の参照数字が付されている。一般に、図面に示した構成部品及び特徴の寸法は、便宜上及び明確に示すために選ばれたものであって、必ずしも縮尺通りに示されているとは限らない。

本発明の実施形態によるロータリーソレノイドを示す。図１のロータリーソレノイドを一部分解して示す図である。回転子が第１の位置にあるときの図１のロータリーソレノイドにおける固定子コアと回転子を示す平面図である。回転子が第２の位置にあるときの図１のロータリーソレノイドにおける固定子コアと回転子を示す平面図である。本発明の別の実施形態によるロータリーソレノイドを示す平面図である。本発明の更に別の実施形態によるロータリーソレノイドを示す平面図である。

図１及び図２を参照すると、本発明の実施形態によるロータリーソレノイド１は、異なる２つの状態の間で切り替える弁（図示されていない）のような装置を駆動するのに使用することができる。ロータリーソレノイド１は、固定子１０と、該固定子１０内に回転可能に収容された回転子４０と、捩りばね５０とを含む。

固定子１０は、ほぼＥ形の固定子コア１２と、コイル１９と、第１カバー２０と、第２カバー３０とを含む。固定子コア１２は、電機子１３と、第１固定子極１４（図４に示されている）と、２つの第２固定子極１５とを含む。電機子１３は、細長い中央部分１３ａと、互いに平行で該中央部分１３ａの対向する２つの端部から延びる２つの端部分１３ｂとを含む。第１固定子極１４は、中央部分１３ａの中央部から垂直に突出する。２つの第２固定子極１５は、２つの端部分１３ｂの遠位端から突出し、互いに向かって延びている。第１及び第２固定子極１４、１５の端部表面１６は湾曲して互いに離間して配置され、協働してほぼ円筒形の空間１８を定める。さらに、固定子コア１２は、その角部に４つの第１貫通穴１７を定める。好ましい実施形態によれば、第１、第２固定子極１４、１５は、電機子１３と一体に形成されている。コイル１９は、第１固定子極１４に巻き付けられている。

第１カバー２０及び第２カバー３０は、固定子コア１２の対向する２つの側面に配置されている。第１及び第２カバー２０、３０は、それぞれ固定用孔２２、３２を含み、さらに、それぞれの角部に４つの第２貫通穴２４、３４を定める。第１カバー２０は、さらに、固定用孔２２に隣接する位置で第２カバー３０とは反対側の第１カバー２０の表面から突出する停止用柱状部２６を含む。

回転子４０は軸４２を含む。回転子コア４４とばね組立体４６とは、例えば締まり嵌めにより軸４２に同軸状に固定されている。回転子コア４４は、鋼又は鉄のような常磁性又は導磁性の物質で作られている。回転子コア４４は、軸４２の周方向に沿って均等に配置された３つの回転子極４３を含む。回転子コア４４は、固定子１０の第１及び第２固定子極１４、１５によって定められる円筒形空間１８内に受けられ、回転子コア４４の両側にある軸４２の２つの端部分は、２つのベアリング４１を介して、固定用孔２２、３２に組み付けられている。この構成により、回転子４０は、固定子１０に対して回転することができる。４つのボルト２３が、第１カバー２０と、固定子コア１２と、第２カバー３０とを、対応する第１カバー２０の第２貫通穴２４と、固定子コア１２の第１貫通穴１７と、第２カバー３０の第２貫通穴３４とを介して組み立てる。ばね組立体４６は、第１カバー２０から外方に延びる軸４２の一部に固定された筒４７と、該筒４７から延びるフランジ４８と、軸４２のほぼ軸方向に沿ってフランジ４８から延びる当接要素４９とを含む。捩りばね５０は、筒４７に緩くスリーブ接続されており、その２つの端部が当接要素４９と、第１カバー２０上の動作停止用柱状部２６とに組み付けられている。

コイル１９に電流が流れていない時には、捩りばね５０により、当接要素４９が第１カバー２０の動作停止用柱状部２６と接触した状態で回転子４０を図３に示された第１の位置に置く。この第１の位置では、３つの回転子極４３の各々が、２つの対応する固定子極１４、１５（又は２つの固定子極１５、１５）の間にほぼ配置される。回転子極４３の周方向端部は、隣接する固定子極１４又は１５と周方向に整列し、回転子極４３の他方の周方向端部は、他方の隣接する固定子極１４又は１５から離れて配置される。好ましい実施形態によれば、回転子極４３の各々の２つの端部は、軸４２の中央軸線に対して５０度から６０度の角度をなし、固定子極１４，１５の各々の２つの端部は、対応する回転子極４３よりも約１度から５度大きな角度をなしている。

ロータリーソレノイド１の電源が入り、コイル１９に電流が流れると、固定子極１４，１５は、円筒形空間１８内に磁界を形成する。円筒形空間１８に形成された磁界の方向と強さは、コイル１９を流れる電流の向きと大きさに依存する。例えば、第１固定子極１４は磁界の北極として、２つの第２固定子極１５は南極として作用することができる。回転子極４３は常磁性物質で作られているので、円筒形空間１８の磁界は、回転子極４３を引きつける。磁界の力を受けて、回転子極４３は、対応する固定子極１４，１５に向かって回転し、捩りばね５０を捩る。磁力と捩りばね５０の捩り力との間が均衡すると、回転子４０は図４に示された第２の位置に留まる。電源が切られると、回転子４０は捩りばね５０によって第１の位置に戻される。

ロータリーソレノイド１は、３つの固定子極１４，１５と３つの回転子極４３とを利用するので、固定子１０と回転子４０との間の相互作用面積は、従来のロータリーソレノイドにおける相互作用面積よりも大きく、したがって回転子４０は、同じ巻き数のコイル及び同量の電流を有する従来のロータリーソレノイドよりも大きなトルクを発生させることになる。さらに、第１固定子極１４の磁束が、第２固定子極１５において２つの部分に分割されているので、第２固定子極１５の飽和磁束密度が低くなる。これは又、回転子４０のトルク出力にとって利点となる。さらに、第１固定子極１４と、２つの回転子極４３と、第２固定子極１５との間の磁路は、背景技術において説明された同じ大きさのロータリーソレノイドと比べて、（図４に破線６１によって示すように）ほぼ直線状の経路となり、（図４に破線６２によって示す）従来のソレノイドの直角の磁路よりも短くなるため、固定子コア１２及び回転子コア４４における磁気抵抗が比較的小さくなる。この特徴はまた、回転子４０のトルク出力にとって利点となる。さらに、上述した固定子極１４，１５と回転子極４３との間の角度は、ロータリーソレノイド１の高い出力トルクと低コストの材料との間に良好な均衡をもたらすことが判明している。

捩りばね５０は、上記において説明されたものに限定されないことを理解すべきである。本発明によれば、コイル１９に電流が流れていない時、捩りばね５０は、回転子４０を第２の位置から第１の位置に回転駆動することができる。図５に示される他の実施形態によれば、捩りばねは、ストリップ形状の捩りばね６０とすることができる。捩りばね６０の端部は、動作停止用柱状部２６に固定され、他方の端部は、軸４２を半径方向に貫通する。この実施形態では、捩りばね６０は第２の位置において捩られており、これは図５に破線で示されている。

図６を参照すると、回転子極４３の周方向端部は、隣接する固定子極１４，１５と周方向に重なることができ、また、回転子極４３の他方の周方向端部は、他方の隣接する固定子極１４，１５から離れて配置される点を理解されたい。

本出願の説明及び請求の範囲において、動詞の「構成する」、「含む」、及び「有する」、並びにこれらの変形用語は、記載した項目の存在を具体的に記述するために包括的な意味で使用されており、追加項目の存在を排除するものではない。

本発明は、１又はそれ以上の好ましい実施形態を参照して説明されているが、様々な修正が可能であることを当業者は認識すべきである。したがって、発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照することによって決定されるべきである。

１ロータリーソレノイド
１０固定子
１２固定子コア
１３電機子
１３ａ中央部分
１３ｂ端部分
１４第１固定子極
１５第２固定子極
１７第１貫通穴
１９コイル
２０第１カバー
２４、３４第２貫通穴
３０第２カバー
４０回転子
４１ベアリング
４２軸
４６ばね組立体
４７筒
４８フランジ
４９当接要素
５０捩りばね

Claims

２つの端部（１３ｂ）とそれらの間の中央部分（１３ａ）とを有する電機子（１３）と、前記電機子（１３）の中央部分（１３ａ）から延びる第１固定子極（１４）と、前記電機子（１３）の２つの端部（１３ｂ）の対応する端部から各々が延びる第２固定子極（１５）及び第３固定子極（１５）と、前記第１固定子極（１４）に巻き付けられたコイル（１９）と、を含む固定子（１０）と、
前記固定子（１０）に回転可能に組み付けられた軸（４２）と、前記軸（１０）に固定され且つ前記固定子（１０）の第１、第２、及び第３固定子極（１４，１５）に対応する３つの回転子極（４３）を有する回転子コア（４４）と、を含む回転子（４０）と、
前記固定子（１０）と前記回転子（４０）との間に連結され且つ前記回転子（４０）を第１の位置に付勢するように構成されている捩りばね（５０）と、
を備え、
前記コイル（１９）を流れる電流に応答して、前記回転子（４０）が第２の位置まで回転するようになる、ロータリーソレノイド（１）。
前記電機子（１３）が、細長い中央部分（１３ａ）と、互いに実質的に平行で前記中央部分（１３ａ）に対して実質的に垂直な２つの細長い端部分（１３ｂ）とを含み、
前記第１固定子極（１４）が、前記電機子（１３）の細長い前記中央部分（１３ａ）から垂直に延び、
前記第２、第３固定子極（１５）が、互いに向かって２つの細長い端部分（１３ｂ）の遠位端から延びる、
ことを特徴とする、請求項１に記載のロータリーソレノイド。
前記第１、第２、及び第３固定子極（１４，１５）の各々が、端部表面（１６）を構成し、
前記第１、第２、及び第３固定子極の端部表面（１６）が湾曲しており、互いに間隔をもって位置し、協働して実質的に円筒形の空間（１８）を定め、
前記回転子極（４４）が、前記第１、第２、及び第３固定子極（１４，１５）の端部表面（１６）によって定められる実質的に円筒形の空間（１８）内に配置される、
ことを特徴とする、請求項２に記載のロータリーソレノイド。
前記３つの回転子極（４３）が、前記軸（４２）の周方向に沿って均等に配置されており、
前記第１、第２、及び第３固定子極（１４，１５）が、前記軸（４２）の周方向に沿って均等に配置されている、
ことを特徴とする、請求項１に記載のロータリーソレノイド。
隣接する前記固定子極（１４，１５）の間の角度方向距離が、前記３つの回転子極（４３）の各々の角度方向幅よりも大きい、
ことを特徴とする、請求項４に記載のロータリーソレノイド。
前記第１の位置において、前記回転子極（４３）の周方向端部が、周方向に隣接する前記固定子極（１４，１５）と整列するか又は重なり合っており、
前記回転子極（４３）の他方の周方向端部が、他方の隣接する固定子極（１４，１５）から間隔をもって位置する、
ことを特徴とする、請求項５に記載のロータリーソレノイド。
前記３つの回転子極（４３）の各々の角度方向距離が、５０度から６０の間であり、
前記第１、第２、及び第３固定子極（１４，１５）の各々の角度方向幅が、前記回転子極の各々の角度よりも１度から５度大きい、
ことを特徴とする、請求項５に記載のロータリーソレノイド。
前記回転子（４０）がさらに、
前記軸（４２）に固定された筒（４７）と、
前記筒（４２）から半径方向に延びるフランジ（４８）と、
前記フランジから軸方向に延びる（４８）当接要素（４９）と、
を有するばね組立体（４６）を含み、
前記捩りばね（５０）が、前記筒（４７）に緩くスリーブ接続されており、前記当接要素（４９）に組み付けられた第１端部と、前記固定子（１０）に組み付けられた第２端部とを有する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のロータリーソレノイド。
前記電機子（１３）が、前記軸（４２）に実質的に垂直な２つの対向する側面を含み、
前記固定子（１０）がさらに、前記電機子（１３）の２つの対向する側面に固定された２つのカバー（２０，３０）を含み、前記２つのカバー（２０，３０）の各々が、該カバーに形成された固定穴（２２，３２）を有し、
前記軸（４２）が、前記２つのカバー（２０，３０）の２つの固定穴（２２，３２）に配置された２つのベアリング（４１）によって前記２つのカバー（２０，３０）に回転可能に組み付けられている、
ことを特徴とする、請求項１に記載のロータリーソレノイド。
前記捩りばね（６０）が、ストリップ形状をしており、一方の端部が前記固定子（１０）に固定的に連結され、他方の端部が前記軸（４２）を半径方向に貫通している、
ことを特徴とする、請求項１に記載のロータリーソレノイド。