JP2592652B2 - 電気施解錠装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電気施解錠装置の改良に関する。

［従来の技術］ 扉の設置された場所以外の所から遠隔操作によって施
解錠操作を行なうことが可能な電気施解錠装置が今日多
く使用されており、その種類も多岐におよんでいる。

第８図及び第９図は、このような電気錠のうち、既設
の扉にも容易に取り付けることのできる面付型電気錠Ａ
の外観を示す説明図である。

図において、100は面付型ケース、100aは面付型ケー
ス100内を左右に摺動するデッドボルト、100bはデッド
ボルト100aを手動操作するサムターン、100cは面付型電
気錠Ａを扉（不図示）に固定するためのネジを示してい
る。

このような面付型電気錠Ａの面付型ケース100内部に
は、デッドボルト100aを駆動するために第10図に示すよ
うなロータリソレノイド101が設けられており、その構
造はステータ101a,101a間に回転軸101dを中心にして回
転運動を行なうロータ101bを配し、コイル101fの通電方
向を反転するとステータ101a,101aの磁極が反転するこ
とによりロータ101bが左右に回転して、回転軸に設けら
れたリンク（不図示）などによりデッドボルト（不図
示）を左右に駆動する構造となっている。ロータ101bは
永久磁石101cの磁化方向の両側に、磁性体の磁極片101
e,101eを設けた構造であり、ステータ101a,101a間のギ
ャップ101gが上下とも等しい構造となっている。

このような構造のロータリソレノイドでは、ロータ10
1bが垂直状態のときの回転角度を０度とすると、通常、
−45度から45度までの90度を回転することによってデッ
ドボルトを駆動する電気錠が一般的であり、ロータ101b
の右回転について回転角度に対するトルク特性を測定す
ると第11図（ａ）に示すようなトルク特性曲線が得られ
る。左回転の場合も同様である。

ここで、ロータリソレノイドの回転トルクＴは、ロー
タ101bの磁極片101e,101eとステータ101a,101a間のギャ
ップを図示のごとく101h,101iとし、ギャップ101h,101i
で生じるトルクを各々T1,T2とすると次式で示される。

Ｔ＝２×（T1＋T2） ギャップ101h,101iの磁気抵抗を各々R1,R2とし、各々
のギャップを通る磁束をφ1,φ２とすると、T1,T2は次
式で表わされる。

T1＝（（R1×φ１）/2）×（ｄ（1/R1）/dθ） T2＝（（R2×φ２）/2）×（ｄ（1/R2）/dθ） ここでロータ101bの永久磁石の極磁性を上方をＮ極、
下方をＳ極とし、ステータ101aの左方がＮ極、右方がＳ
極である場合に、ロータ101bが−45度の位置においてコ
イルによる磁束は、破線とおり流れる。一方、永久磁石
による磁束は一点鎖線のとおり流れ、ギャップ101iにお
ける磁束は減少し、ギャップ101hにおける磁束は増大す
るため、右回転のトルクが発生する。なお、回転が進ん
で磁極片101eとステータ101aの間のギャップ101hが狭く
なると、磁気抵抗が減少するため、トルクは最大とな
り、更に回転が進んで行くとギャップ101iが広くなり通
過磁束の増加率が減少して行くためトルクは漸減して行
く。

従って、回転トルク特性（ａ）で示すように、回転角
度０度よりも左側において最大トルクが得られるような
特性が得られることになる。

また無励磁のトルク特性については、通常ロータ101b
に回転角度の規制が無い場合にはロータ101bは略水平状
態で静止する。つまりこの状態では磁極片101eからの磁
束がステータ101aを通じて逆電極性に戻る磁気回路にお
いて、最も磁気抵抗が小さくなるためである。また回転
角度が０度では右回転と左回転のトルクがバランスして
トルクは０となり第11図の（ｂ）に示すような特性とな
る。

ここで、電気錠に要求される理想的な回転トルク特性
は第12図に示すようなものである。

図において、回転角度が−45度で施錠状態、45度で解
錠状態を示しており、−45度からＡの範囲はロータリソ
レノイドのロータとデッドボルトとの遊びであり、この
回転領域ではロータの回転に対して従って、この領域で
必要とされるトルクは、サムターン100bを駆動させるの
に必要なトルクT1′のみである。

ロータが更に回転して、Ｃ領域に入るとロータの回転
に応じてデッドボルトが駆動され、ストライク（不図
示）内を移動する領域に入る。この領域で要求されるト
ルクはデッドボルトを摺動させるために必要なトルクT
2′であるが、このトルクT2′に加えて、デッドボルト
にストライクの側圧が加わる場合を考えて、T3′のトル
クが要求される。更に回転が進んでデッドボルトがスト
ライクから離脱するとストライクからの側圧がなくな
り、上記T2′のトルクでデッドボルトが駆動されて解錠
状態となる。

上記のトルクはデッドボルトを施解錠操作するために
通電時にロータリソレノイドに要求されるトルク特性で
あるが、これとは別にロータリソレノイドが通電されな
い状態、すなわち無励磁の状態でサムターンを回転する
場合、ロータリソレノイドのロータとステータ間で発生
するトルク特性は第12図（ｂ）のような特性が要求され
る。つまり、サムターンにより手動で操作した場合の操
作感覚に加えて、回転角度の途中で手を離した場合にデ
ッドボルトが摺動途中で停止してしまわないように、デ
ッドボルトが面付型ケース中央より右側の時には右端ま
で駆動し、逆に中央より左側にあるときには左端まで駆
動するトルクが必要となる。従って図の（ｂ）に示すよ
うな無励磁のトルク特性が理想とされる。つまり、この
ような無励磁のトルク特性を得ることにより、デッドボ
ルトの反転機構が不要となる。

しかしながら、従来のロータリソレノイドの通電時の
トルク特性は第11図（ａ）に示したようにトルクの最大
になる回転角度が１箇所であり、第12図に示したような
平坦な特性が得られず、更に第11図（ｂ）に示すように
無励磁の状態のトルクが少ない。従って、デッドボルト
に側圧がかかっている場合のトルクを得るためには通電
電流値を大きくしてデッドボルトに側圧の加わる範囲で
あるＣ領域をカバーする必要があり、ロータリソレノイ
ドの効率が低下し、ロータリソレノイドを小型化する事
が不可能となる。

更に無励磁のトルクが弱いために、手動で操作した場
合の感覚が悪く、更にデッドボルトが途中で停止するよ
うなことになり、操作性の面からも改善が望まれてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ 上記問題点を解決するために提案される本発明は、ロ
ータリソレノイドを使用した電気錠において、該ロータ
リソレノイドの通電時及び無励磁でのトルク特性を改善
することにより、少ない通電電流で必要なトルクを得る
ことのできるロータリソレノイドにより、小型化され、
しかも信頼性及び操作性の高い電気施解錠装置を提供す
ることを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために提案される第１の本発明
は、ロータリソレノイドの駆動によりデッドボルトを移
動させて施，解錠動作する電気施解錠装置であって、 上記ロータリソレノイドのロータは永久磁石の中心に
出力軸を有し、該永久磁石の磁化方向の両側に磁極片を
設けて成り、 上記ロータの回転域を包み込む形状で設けられたステ
ータの２箇所のギャップを異ならせるとともに、上記ロ
ータに設けられた磁極片の曲率中心を上記出力軸の中心
よりも短くした構造と成されている。

更に同時に提案される第２の本発明では、ロータリソ
レノイドの駆動によりデッドボルトを移動させて施，解
錠動作し、かつ該デッドボルトがその移動経路の中間地
点を通過したときにこのデッドボルトを弾発的に反転さ
せる反転機構が備えられた電気施解錠装置であって、 上記ロータリソレノイドのロータは永久磁石の中心に
出力軸を有し、該永久磁石の磁化方向の両側に磁極片を
設けて成り、 上記ロータの両側に、該ロータの回転域を包み込む形
状で設けられたステータの等しいギャップに対して上記
ロータの回転面の幅を大きくした構造とされている。

［作用］ 第１の本発明の電気施解錠装置では、ロータリソレノ
イドのステータ間のギャップの一方を大きく、他方を小
さくしているので、ロータが回転を開始した時点では、
右回転のトルクが上昇して行き、ステータ間の狭い方の
ギャップ近傍における磁極片と回転方向のステータ間の
磁気抵抗が急激に小さくなろうとするときに、第１のト
ルクの山が発生する。更に回転が進み、ステータ間の広
い方のギャップ近傍における磁極片と回転方向のステー
タ間の磁気抵抗が急激に小さくなろうとするときに、第
２のトルクの山が発生する。更に回転がすすむとトルク
は漸減していく。この場合、磁極片の曲率をステータの
曲率よりも大きくすることにより、ロータとステータの
回転角度に対するギャップを調整してトルク特性の調整
をしている。

また、無励磁でのトルク特性は、ロータの回転の最初
は永久磁石の磁束が磁極片からステータを通じて反対側
の磁極に流れるが、磁気抵抗が減少する方向に回転する
ため通電時の回転方向とは逆向きに回転する。そして、
回転角度が０度に近づくと、右回転と左回転とのトルク
がバランスしてトルクは０となる。

更に回転がすすむと、回転の最初と同様に磁気抵抗が
減少する方向に回転する。この場合の回転方向は、通電
時と同方向になる。

従って、通電時のトルク特性が、より平坦となり、理
想のトルク特性に近づくことになる。

また無励磁のトルク特性が大きくなり、ロータが回転
途中で停止することが無くなる。

またステータギャップに比べてロータの幅を大きくし
たロータリソレノイドでは、ロータがわずかに回転を始
めると電磁石による磁束がギャップとロータの磁極片を
通じて増大するためにトルクの山が生じ、更に回転がす
すむとトルクは漸減して行くが、回転角度が０度を越え
て更にすすむと、永久磁石の磁束がステータを通じて増
大するために第２のトルクの山が生じる。

また、無励磁状態では、ロータが回転を始めて回転方
向のステータに磁極片がかかるまでは、磁気抵抗を減少
する方向、つまり左回転にトルクが発生する。回転が更
にすすみ、磁極片が回転方向のステータにかかると、右
回転と左回転とのトルクがバランスしてトルクは０とな
る。

回転が更にすすんでロータの磁極片が回転方向の逆の
ステータから離れると、ロータには回転方向のトルクが
発生する。

［実施例］ 以下に図面を参照して、第１の本発明の実施例を説明
する。

第１図はロータリソレノイド２の構造を説明する図で
あり、2aはロータ2eの回転軸、2bは永久磁石であり2c,2
dは磁極片である。また2f,2gは上記ロータ2eを挟むよう
に先端が２つに分かれたステータ、2hおよび2iはステー
タ2f,2g間のギャップであり、2hに比べて2iを充分大き
くしている。更に、2jはステータ2f,2gに磁極を発生す
るための電磁石のコイルである。

このような構造のロータリソレノイド２で、ロータ2e
が垂直状態のときを回転角度０とし、右回転を正、左回
転を負値で示し、更に説明を容易にするために、永久磁
石2bの上部をＮ極、下部をＳ極とし、ステータ2fがＮ
極、ステータ2gがＳ極に磁化された場合を考える。

ロータの回転角度が−45度の状態では、電磁石による
磁束はステータ2fから磁極片2cを通じてステータ2gに流
れるためロータ2eは右回転のトルクを受ける。

このとき永久磁石2bによる磁束は磁極片2cからステー
タ2f、電磁石内を通じてステータ2g、磁極片2dのループ
で流れており、左回転のトルクが発生するが、このトル
クは上記の通電によるトルクに比べて小さいためにロー
タ2eは右回転し、磁極片2cとステータ2gが接近して磁気
抵抗が急激に小さくなろうとするときにトルクが最大値
を示す（第２図（ａ）及び第３図（ａ）参照）。

ロータ2eの回転がすすんで、磁極片2cとステータ2gが
充分近づくと電磁石による磁束の増加率が低くなりトル
クも漸減していく。

ロータ2eの回転角度が正値に入ると磁極片2dとステー
タ2fが接近するため、永久磁石2bの磁束は、磁極片2cか
らステータ2g、電磁石、ステータ2f、磁極片2dのループ
で増加するため、ロータ2eを右回転させるトルクが増大
していく。

更に、磁極片2dとステータ2f間の磁気抵抗が減少し、
なお且つ磁極片2cとステータ2f間の磁気抵抗が増加して
行くことにより、第２のトルクのぞうかにより第２のト
ルクの極大点が生じる（第２図（ｂ）及び第３図参
照）。

回転が更にすすむと、磁極片2cはステータ2gに、磁極
片2dはステータ2fに充分接近するため、磁気抵抗が最も
小さくなり、トルクは漸減していく。

従って、上記の構造のロータリソレノイド２では第３
図の（ａ）に示す通電時のトルク特性及び（ｂ）に示す
無励磁でのトルク特性が得られる。

第４図は、上記のロータリソレノイド２を装着した本
実施例の電気施解錠装置Ａの内部構造を示す説明図であ
り、１は面付型ケース、２はロータリソレノイド、４は
デッドボルトであり中央部に設けられた開口4aに一端を
係合されたリンク５の他端がロータ2bの回転軸2aに固定
されており、ロータ2bが回転することによりリンク５が
回転してデッドボルト４が面付型ケース内を左右に摺動
するように動作する。また６はロータリソレノイド２の
回転軸2aに直結された手動操作用のサムターンを示して
いる。

従って、このような構造の電気施解錠装置Ａでは、第
３図（ａ）に示したようにロータリソレノイド２の通電
時のトルク特性の山が２箇所になって、より平坦化され
るため、第12図（ａ）で示した理想的なトルク特性に近
づくので、施解錠動作に要するトルクが少ない通電電流
値で賄えることになり効率が大幅に改善され、ロータリ
ソレノイドの形状を小型化することが可能となる。

また本実施例の場合、無励磁状態で第３図（ｂ）に示
すようなトルク特性が得られるためサムターン６により
手動操作する場合に、デッドボルト４が摺動範囲の途中
でサムターン６を離した場合でも上記無励磁のトルク特
性によりデッドボルト４は左端あるいは右端まで摺動す
るので、施解錠操作がより確実となり操作感覚が向上す
る。従って通常設けられているような反転機構が不要と
なり構造が簡単化され、より小型化が可能となる。

第５図は、第２の本発明の実施例のロータリソレノイ
ド３の構造を示す説明図である。

本実施例ではロータリソレノイド３のステータ3f,3g
間のギャップ3h,3iが同一で、更にロータ3eの幅が上記
ギャップ3h,3iに比べて充分大きい構造とされている。

このような構造のロータリソレノイド３で、ロータ3e
が垂直状態のときを回転角度０度とし、右回転を正、左
回転を負値で示し、更に、永久磁石2bの上部をＮ極、下
部をＳ極とし、ステータ3fがＮ極、ステータ3gがＳ極に
磁化された場合を考える。

ロータの回転角度が−45度の状態では、電磁石による
磁束はステータ3fから磁極片3cを通じてステータ3gに流
れるためロータ3eは右回転のトルクを受ける。

このとき永久磁石3bによる磁束は磁極片3cからステー
タ3f、電磁石内を通じてステータ3g、磁極片3dのループ
で流れており、左回転のトルクが発生するが（第６図
（ｂ）参照）、このトルクは上記の通電によるトルクに
比べて小さいためにロータ3eは右回転し、磁極片3cとス
テータ3gが接近して磁気抵抗が急激に小さくなろうとす
るときにトルクが最大値を示す（第６図（ａ）参照）。

ロータ3eの回転がすすんで、磁極片3cとステータ3gが
充分近づくと磁気抵抗の変化率が小さくなりトルクも漸
減していく。

回転角度が更にすすむと、磁極片3c、3dがギャップ3
h,3iを通過してステータ3f,3gに隣接するため永久磁石
による磁束が一時的に増加してトルクが極大となり、更
に回転角度がすすむと磁気抵抗が最も小さくなりトルク
は低下していく。

従って本実施例のロータリソレノイド３では第６図
（ａ）に示す通電時のトルク特性と、（ｂ）に示すよう
な無励磁でのトルク特性が得られる。

第７図は、上記のロータリソレノイド３を内蔵した本
実施例の電気施解錠装置の内部構造を示す図である。こ
の実施例では、電気錠の構造は前記実施例と同一である
が、上記ロータリソレノイド３の無励磁でのトルク特性
がロータ3eの回転角度の大部分に渡って０であるため、
デッドボルト４を反転させるための反転機構としてバネ
７が設けられている点が異なる。

従って本実施例の電気施解錠装置では、ロータリソレ
ノイド３の通電トルク特性が改良されるため、効率の改
善されたロータリソレノイドとなり、より小型の電気施
解錠装置が実現可能となる。

［発明の効果］ 従来、ロータリソレノイドのトルク特性が平坦でなか
ったために、広い回転域に対して必要トルクを得るため
に大電流を通電していたが、本発明のロータリソレノイ
ドを使用した電気施解錠装置では、平坦なトルク特性が
簡単な構造で得られるため、同一通電電流ではトルクの
効率が改善され、小型のロータリソレノイドを使用する
ことが可能となる。

また、同様に無励磁でのトルク特性が改善されること
によって反転機構が不要となり、より小型で安価な電気
施解錠装置が提供可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の本発明の実施例である電気施解錠装置に
使用しているロータリソレノイドの構造を説明する図、
第２図はその回転トルクを説明する図、第３図はそのト
ルク特性図、第４図は実施例の電気施解錠装置の内部構
造図、第５図は第２の本発明の実施例で使用するロータ
リソレノイドの構造を説明する図、第６図はそのトルク
特性図、また第７図は第２の発明の電気施解錠装置の内
部構造図、第８図及び第９図は従来の電気施解錠装置の
外形図、第10図はそれに使用されているロータリソレノ
イドの構造図、第11図はそのトルク特性図、また第12図
は電気施解錠装置に要求される理想的なトルク特性を示
した図である。 ［符号の説明］ A,A′……電気施解錠装置 １……ケース（画付形ケース） 2,3……ロータリソレノイド 2e,3e……ロータ ４……デッドボルト ５……リンク ６……サムターン ７……反転機構（バネ）

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−209810（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−190884（ＪＰ，Ａ) 実公 平１−38220（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロータリソレイノドの駆動によりデッドボ
   ルトを移動させて施，解錠動作する電気施解錠装置であ
   って、 上記ロータリソレノイドのロータは永久磁石の中心に出
   力軸を有し、該永久磁石の磁化方向の両側に磁極片を設
   けて成り、 上記ロータの回転域を包み込む形状で設けられたステー
   タの２箇所のギャップを異ならせるとともに、上記ロー
   タに設けられた磁極片の曲率中心を上記出力軸の中心よ
   りも短くしたことを特徴とする電気施解錠装置。
2. 【請求項２】ロータリソレノイドの駆動によりデッドボ
   ルトを移動させて施，解錠動作し、かつ該デッドボルト
   がその移動経路の中間地点を通過したときにこのデッド
   ボルトを弾発的に反転させる反転機構が備えられた電気
   施解錠装置であって、 上記ロータリソレノイドのロータは永久磁石の中心に出
   力軸を有し、該永久磁石の磁化方向の両側に磁極片を設
   けて成り、 上記ロータの両側に、該ロータの回転域を包み込む形状
   で設けられたステータの等しいギャップに対して上記ロ
   ータの回転面の幅を大きくしたことを特徴とする電気施
   解錠装置。