JP2015056999A - 遮断弁 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】径方向に着磁した円柱状の永久磁石を可動子1とする。可動子1を挟んで可動軸方向の一方側に固定子5を、他方側に固定子6を設ける。固定子5を永久磁石7−1と7−2と円筒状のヨーク7−3で構成し、永久磁石7−1のN極を可動子1側、永久磁石7−2のS極を可動子1側とする。固定子6を永久磁石8−1と8−2と円筒状のヨーク8−3とで構成し、永久磁石8−1のS極を可動子1側、永久磁石8−2のN極を可動子1側とする。電磁コイル16とヨーク17−1,17−2とからなる可動子回転手段15を設け、可動子1の磁極の配置を、第1の配置(上側がS極、下側がN極)と、第2の配置(上側がN極、下側がS極)との間で入れ替えて、可動子1を可動軸方向の一方側および他方側の移動位置でラッチし、一方側への移動位置で弁体12を閉弁させ、他方側への移動位置で弁体12を開弁させる。
【選択図】 図1
Description
また、特許文献1に対して、復帰(開弁)動作に必要な電力が(原理的に)小さく、さらに、特許文献2に対して、遮断/復帰(閉弁/開弁)動作に必要な消費電力が小さい遮断弁を提供することを目的とする。
〔実施の形態1〕
図1は本発明に係る遮断弁の一実施の形態(実施の形態1)の要部の構成を示す図(図1(a)は側面断面図、図1(b)は図1(a)におけるA−A線断面図、図1(c)は図1(a)におけるB−B線断面図)である。
図1の状態は、可動子回転手段15によって可動子1を回転させ、可動子1の磁極の配置を第1の配置に切り替えた状態を示している。この第1の配置において、可動子1(円柱状の永久磁石)の磁極は図1に示されているように、上側がS極、下側がN極となる。
今、可動子1の磁極の配置が第1の配置にあり、可動子1が第1の固定子5に磁気吸引されている場合に(図1参照)、第2の固定子6への方向への衝撃や一時的な過大力が掛かり、可動子1が第2の固定子6の方向へ移動してしまったとする。
本実施の形態において、可動体4は、隔室11内を移動する。このため、可動子1やシャフト2−1,2−2などの移動で、隔室11内の圧力が変化して可動子1の動作を妨げる虞がある。このようなことを防止するために、本実施の形態では、図示してはいないが、摺動体3−1,3−2やシャフト2−1,2−2にスリットや面取り加工などを行って、ガスの流動を可能としている。
図1に示した構成では、可動子1の永久磁石を円柱状としたが、円筒状とするなどしてもよい。可動子1の永久磁石を円柱状としたり、円筒状としたりすることにより、外側に配置される固定子5,6の内周面との距離を近く設定することができるため、磁気的な効率が良く、小型化にも都合がよい。さらに、円筒状の場合は、体積や磁極間距離に応じて磁力は弱くなるが、内側にシャフトを通して固定できるので、軸合わせやシャフトとの接続が容易になり組立やすくなる。また、円筒状の場合は、シャフトも管状にすることにより隔室11内のガスの流動を可能とし、上述したような可動体4の移動による隔室11内の圧力変化を抑制することもできる。可動子1の永久磁石は、角型としてもよいが、円柱または円筒状とすることが、磁気的およびスペース的な効率が最も良い形状であると言える。
図4に可動子1の可動範囲を制限するようにした例を示す。この例では、可動子1の可動軸方向の一方側(閉弁側)への移動を、弁体12が着座する弁座18をメカ的なストッパとして規制し、可動子1の可動軸方向の他方側(開弁側)への移動を、シール管10の端面(閉塞面)に設けたスペーサ19をメカ的なストッパとして規制し、これによって可動子1の可動範囲を制限するようにしている。
図1に示した構成では、1組の永久磁石7−1,7−2を円筒状のヨーク7−3の内周面に固定して第1の固定子5とし、1組の永久磁石8−1,8−2を円筒状のヨーク8−3の内周面に固定して第2の固定子6としたが、第1の固定子5および第2の固定子6を円筒状の永久磁石としてもよい。
図1に示した構成では、ヨーク17−1および17−2の他方の端部の形状を可動子1の外周面の形状に合わせて円弧状としているが、図9に示すように、ヨーク17−1および17−2の他方の端部の形状を平坦面としてもよい。なお、ヨーク17−1および17−2の他方の端部の形状を円弧状とすると、回転力の発生効率が良くなる(低磁束(低電力)で回転させることができる)。また、それぞれ対向するヨーク6−1および6−2の円弧の両端部分は、断面積を小さく(磁気抵抗を高く)し、近接して対向させることが回転力を大きくするために好ましい。さらに、この円弧の形状は、可動子1の外周と同心円状に形成するのが回転効率を向上させるために好ましい。
図1に示した構成では、弁体12の裏面側に設けられた貫通孔12aに可動体4のシャフト2−1を通し、このシャフト2−1の先端に球面(曲面)部と止め輪13を装着することによって、可動体4の回転摺動部として弁体12の貫通孔12aにおいて回転するので、可動子1のシャフト2−1を介した可動軸Z方向の力は伝えつつ、可動子1のシャフト2−1を介した可動軸Zを中心とする回転力の弁体12への伝達は抑制される。つまり、シャフト2−1が可動軸Zを中心として回転し、可動軸Zの一方向へ動くとき、シャフト2−1の先端の球面(曲面)部は、シャフト2−1の可動軸Zを中心とした回転をシャフト2−1の先端の球面(曲面)部と弁体12の貫通孔12a内面とのすべりにより受け流し、可動軸Zの一方向への力を伝えて弁体12を可動軸Zの一方向(閉弁側)へ移動させる。逆に、シャフト2−1が可動軸Zを中心として回転し、可動軸Zの他方向へ動くとき、シャフト2−1の先端の止め輪13は、シャフト2−1の可動軸Zを中心とした回転をシャフト2−1の先端の止め輪13と弁体12の貫通孔12a内面とのすべりにより受け流し、可動軸Zの他方向への力を伝えて弁体12を可動軸Zの他方向(開弁側)へ移動させる。
図1や図16に示した構成では、弁体12の裏面側に設けられた孔12bにフランジ9に設けられたピン14を差し込むことによって、弁体12の可動軸方向の移動を案内すると共に、弁体12の可動軸Zを中心とする回転を規制(阻止)するようにした。これにより、弁体12が何らかの外力によって誤って回転してしまい、可動体4に回転力を与えてしまうことが防止される。
図1に示した構造では、可動子1を構成する永久磁石を2磁極としているが、4磁極以上(例えば、円柱径方向着磁(円筒の場合は、内周側にも磁極があるため8磁極))の多磁極の永久磁石としてもよい。
また、可動子1および固定子5,6の近接対向するエッジの両方または片方に面取り部を形成するようにしてもよい。図21に、例えば、図5に示した構成において、可動子1および固定子5,6の近接対向するエッジの両方に面取り部を形成するようにした例を示す。図21はその要部の側断面図である。
図22は本発明に係る遮断弁の他の実施の形態(実施の形態2)の要部の構成を示す図(図22(a)は側面断面図、図22(b)は図22(a)におけるA−A線断面図、図22(c)は図22(a)におけるB−B線断面図)である。
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
Claims (24)
- 可動軸方向に移動可能に設けられた弁体と、
開口部を有するフランジと、
一端が前記フランジの開口部と連通し、他端が閉じられた隔室と、
前記隔室内に配置され、前記可動軸方向に移動可能で、かつ前記可動軸を中心として回転可能に保持され、前記可動軸と直交する方向に前記可動軸を挟むように複数の磁極を配置した永久磁石を備える可動子と、前記可動子を回転させて、前記可動子の永久磁石の磁極の配置を、第1の配置と第2の配置との間で入れ替える可動子回転手段と、前記可動子を挟んで前記可動軸方向の一方側に位置し、前記可動子の永久磁石の磁極の配置が第1の配置にある場合、前記可動子を磁気吸引保持し、前記可動子の永久磁石の磁極の配置が第2の配置にある場合、前記可動子を磁気反発させる永久磁石を含む部材で構成された第1の固定子と、前記可動子を挟んで前記可動軸方向の他方側に位置し、前記可動子の永久磁石の磁極の配置が第2の配置にある場合、前記可動子を磁気吸引保持し、前記可動子の永久磁石の磁極の配置が第1の配置にある場合、前記可動子を磁気反発させる永久磁石を含む部材で構成された第2の固定子とを備える双安定移動手段と、
前記双安定移動手段の可動子の動力を前記フランジの開口部を通して前記弁体に伝え、前記弁体を開または閉の位置に動作させる動力伝達手段と
を備えることを特徴とする遮断弁。 - 請求項1に記載された遮断弁において、
前記可動子回転手段は、
前記可動子の永久磁石に磁界を与えることにより前記可動子を回転させる
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項2に記載された遮断弁において、
前記可動子回転手段は、
前記隔室の外側に配置され、
電磁コイルと、この電磁コイルのコアの一端および他端にその一方の端部が接続または一体化された第1および第2のヨークとを備え、
前記第1および第2のヨークの他方の端部は、
前記可動軸とほゞ直交する方向から前記可動子の永久磁石の外周上の隣り合う1対の磁極にほゞ対向するように配置されている
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項3に記載された遮断弁において、
前記第1および第2のヨークは、前記他方の端部の形状が円弧状とされている
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項3又は4に記載された遮断弁において、
前記第1のヨークの他方の端部の中心と前記可動軸とを直交するように結ぶ線と前記第1のヨークの他方の端部とほゞ対向する前記可動子の永久磁石の外周上の磁極の中心と前記可動軸とを直交するように結ぶ線との交差角、および前記第2のヨークの他方の端部の中心と前記可動軸とを直交するように結ぶ線と前記第2のヨークの他方の端部とほゞ対向する前記可動子の永久磁石の外周上の磁極の中心と前記可動軸とを直交するように結ぶ線との交差角が、前記電磁コイルの非励磁状態において、前記可動軸方向からみて0゜より大きく、90゜より小さい範囲とされている
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項5に記載された遮断弁において、
前記交差角度の設定が、前記固定子の前記可動軸を中心とする回転角度の設定によって行われている
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項5に記載された遮断弁において、
前記交差角度の設定が、前記第1および第2のヨークを非対称な形状または配置にすることによって行われている
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項1〜7の何れか1項に記載された遮断弁において、
前記可動子の永久磁石は、円柱または円筒状とされている
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項1〜8の何れか1項に記載された遮断弁において、
前記可動子は、前記可動軸方向に移動可能で、かつ前記可動軸を中心として回転可能に保持された非磁性シャフトの可動軸方向に接続されている
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項1〜9の何れか1項に記載された遮断弁において、
前記可動子の永久磁石は、
前記可動軸方向の長さが、前記可動子を挟んで前記可動軸方向の両側に配置された前記第1の固定子を構成する永久磁石と前記第2の固定子を構成する永久磁石の対向面間距離以下である
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項1〜10の何れか1項に記載された遮断弁において、
前記可動子は、
前記可動軸と直交する方向に前記可動軸を挟んで相対する磁極を配置した複数の永久磁石を備える
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項11に記載された遮断弁において、
前記可動子は、
前記可動軸方向のほゞ中央に位置する第1の永久磁石と、
この第1の永久磁石を挟んで前記可動軸方向の両側に位置する第2および第3の永久磁石とを備え、
前記第1の永久磁石の相対する磁極方向の長さは、前記第2および第3の永久磁石の相対する磁極方向の長さよりも長くされている
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項1〜12の何れか1項に記載された遮断弁において、
前記第1の固定子および前記第2の固定子は、
その磁極方向が前記可動軸と直交する方向とされ、それぞれの磁極方向が同じ向きとされ、前記可動軸を挟んで前記可動軸と直交する方向に前記可動子と接触しないように離間して配置された1組の永久磁石を備え、
前記第1の固定子の1組の永久磁石と前記第2の固定子の1組の永久磁石とは、それぞれの永久磁石の前記可動軸方向に対向する磁極が異極になるように、前記可動子を挟んで前記可動軸方向の一方側と他方側とに配置されている
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項13に記載された遮断弁において、
前記第1の固定子の1組の永久磁石および前記第2の固定子の1組の永久磁石は、それぞれの1組の永久磁石の前記可動軸を挟んで対向する磁極面が円弧状とされている
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項13又は14に記載された遮断弁において、
前記第1の固定子の1組の永久磁石および前記第2の固定子の1組の永久磁石は、それぞれの1組の永久磁石の前記可動軸と反対方向の面を連結するヨークが配置されている
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項15に記載された遮断弁において、
前記ヨークは、リング状とされており、
前記1組の永久磁石は、前記ヨークの内周面に設置されている
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項1〜12の何れか1項に記載された遮断弁において、
前記第1の固定子および前記第2の固定子は、
前記可動軸と中心をほゞ合わせて配置され、前記可動子と接触しないような内径を持つ径方向に着磁された円筒状の永久磁石を備え、
前記第1の固定子の円筒状の永久磁石と前記第2の固定子の円筒状の永久磁石とは、それぞれの永久磁石の前記可動軸方向に対向する磁極が異極となるように、前記可動子を挟んで前記可動軸方向の一方側と他方側とに配置されている
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項1〜12の何れか1項に記載された遮断弁において、
前記第1の固定子および前記第2の固定子は、
その磁極方向が前記可動軸と平行とされ、それぞれの磁極方向が他方に対して逆向きとされ、前記可動軸を挟んで前記可動軸と直交する方向に前記可動子と接触しないように離間して配置された1組の永久磁石を備え、
前記第1の固定子の1組の永久磁石と前記第2の固定子の1組の永久磁石とは、それぞれの永久磁石の前記可動軸方向に対向する磁極が異極になるように、前記可動子を挟んで前記可動軸方向の一方側と他方側とに配置されている
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項1に記載された遮断弁において、
前記双安定移動手段に代えて、
前記隔室内に配置され、前記可動軸方向に移動可能で、かつ前記可動軸を中心として回転可能に保持され、前記可動軸と直交する方向に前記可動軸を挟むように複数の磁極を配置し、前記可動軸方向に離間して互いに非磁性部材で接続された第1および第2の永久磁石を備え、前記第2の永久磁石の前記可動軸を挟んで相対する磁極間の距離が前記第1の永久磁石の前記可動軸を挟んで相対する磁極間の距離よりも大きくされた可動子と、
前記第2の永久磁石に磁界を与えて前記可動子を回転させて、前記第1および第2の永久磁石の磁極の配置を、第1の配置と第2の配置との間で入れ替える可動子回転手段と、
前記第1の永久磁石を挟んで前記可動軸方向の一方側に位置し、前記第1の永久磁石の磁極の配置が第1の配置にある場合、前記第1の永久磁石を磁気吸引保持し、前記第1の永久磁石の磁極の配置が第2の配置にある場合、前記第1の永久磁石を磁気反発させる永久磁石を含む部材で構成された第1の固定子と、
前記第1の永久磁石を挟んで前記可動軸方向の他方側に位置し、前記第1の永久磁石の磁極の配置が第2の配置にある場合、前記第1の永久磁石を磁気吸引保持し、前記第1の永久磁石の磁極の配置が第1の配置にある場合、前記第1の永久磁石を磁気反発させる永久磁石を含む部材で構成された第2の固定子とを備える双安定移動手段を設けた
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項1〜19の何れか1項に記載された遮断弁において、
前記動力伝達手段は、
前記可動子の可動軸方向の力を前記弁体に伝え、前記可動子の可動軸を中心とする回転力の前記弁体への伝達を抑制する手段を備える
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項1〜20の何れか1項に記載された遮断弁において、
前記可動子および前記固定子の近接対向するエッジの両方または片方に面取り部が形成されている
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項1〜21の何れか1項に記載された遮断弁において、
前記弁体は、前記可動軸を中心とした回転を阻止する回転止め手段を備える
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項1〜22の何れか1項に記載された遮断弁において、
前記可動子の可動軸方向の可動範囲を制限する手段を備える
ことを特徴とする遮断弁。 - 請求項1〜23の何れか1項に記載された遮断弁において、
前記弁体を閉の位置に動作させる場合の力特性と前記弁体を開の位置に動作させる場合の力特性とが非対称とされている
ことを特徴とする遮断弁。
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