JP4437191B2 - solenoid - Google Patents
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Description
本発明は、ソレノイドの構造に係わり、特に2つのコイルをもつ直動型ソレノイドの構造、及び動作方法に関するものである。 The present invention relates to a structure of a solenoid, and more particularly to a structure and a method of operation of a direct acting solenoid having two coils.
直動型ソレノイドの基本的な構造は磁束を発生させるコイル、磁束の発生により動作する可動磁極、可動磁極に固着したシャフト、可動磁極との間で吸着力を発生する固定磁極、ソレノイドの筐体となるケースから構成されている。 The basic structure of a direct acting solenoid is a coil that generates magnetic flux, a movable magnetic pole that operates by generating magnetic flux, a shaft that is fixed to the movable magnetic pole, a fixed magnetic pole that generates an attractive force between the movable magnetic pole, and a solenoid housing It is comprised from the case which becomes.
一般的なソレノイドは吸引力を確保するために磁束発生の基となるコイルを形成するコイルワイヤーの巻き数をなるべく多くしたいという理由から、可動磁極の軸方向に寸法形状を長く取る傾向にある。また、コイル周辺のプランジャや磁束回路を構成するケースも同じ形状にならざるを得ないと言える。 A general solenoid tends to have a long dimensional shape in the axial direction of a movable magnetic pole because it is desired to increase the number of turns of a coil wire forming a coil that is a base for generating magnetic flux in order to secure an attractive force. Moreover, it can be said that the case which comprises the plunger and magnetic flux circuit of a coil periphery must also become the same shape.
しかしながら、近年ソレノイドを小型化したいという強い要求がある。この場合、軸方向の寸法を制限される事になるが、吸引力を犠牲にすることは出来ない。このため、小型化には限界があった。(例えば特許文献1。)。 However, there is a strong demand in recent years to reduce the size of solenoids. In this case, the axial dimension is limited, but the suction force cannot be sacrificed. For this reason, there was a limit to miniaturization. (For example, patent document 1).
特許文献1は一般的なソレノイドの応用例であり、動作する可動磁極とそれを吸引する固定磁極が軸方向に伸び、その間にコイルを配し、ケースはコイルを覆う様に形成されている。このソレノイドは小型の部類に入るが、テレホンカードやプリペイドカードなどの穴をあけるという目的がある以上、吸引力の向上は必要で、ソレノイドの周辺機器の関係からより小型化または薄型化の必要が出てきている。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、一般的なソレノイドよりも軸方向に対し、できるだけ寸法をとらない薄型の扁平形とし、必要な移動距離と吸引力を得ることができるソレノイドを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has a thin flat shape that is as small as possible in the axial direction as compared with a general solenoid, and can obtain a necessary moving distance and suction force. The purpose is to provide.
上記の課題を解決するために、環状の第1のコイルと、前記第1のコイルの内周側に位置する環状の第2のコイルと、前記第1のコイルと前記第2のコイルの間に移動可能に配された可動磁極と、前記可動磁極の移動軸の基端側に配された固定磁極と、前記第1のコイルの外周側に位置し、前記第1のコイルから発生する磁束で前記可動磁極と前記固定磁極とともに磁気回路を構成可能になした第1の磁性部材と、前記第2のコイルの内周側に位置し、前記第2のコイルから発生する磁束で前記可動磁極と前記固定磁極とともに磁気回路を構成可能になした第2の磁性部材とを備えたことを特徴とするものとした。 In order to solve the above problems, an annular first coil, an annular second coil located on the inner peripheral side of the first coil, and between the first coil and the second coil A movable magnetic pole arranged movably on the movable pole, a fixed magnetic pole arranged on the proximal end side of the moving axis of the movable magnetic pole, and a magnetic flux generated from the first coil located on the outer peripheral side of the first coil The first magnetic member that can be configured with the movable magnetic pole and the fixed magnetic pole, and the movable magnetic pole that is located on the inner peripheral side of the second coil and that generates magnetic flux from the second coil. And a second magnetic member capable of constituting a magnetic circuit together with the fixed magnetic pole.
この構造において、前記第1のコイルと前記第2のコイルの通電方向を反対に印加することで、前記第1のコイルで発生させた磁束と前記第2のコイルで発生させた磁束を前記固定磁極と前記可動磁極の間で合流させた磁気回路を構成することで前記可動磁極を前記固定磁極に向け移動可能にした。これにより目的に応じた可動磁極の移動距離と吸引力を得ることができる。また、必要に応じて前記第1のコイル、または第2のコイルのどちらかを小さく、または大きくすることでソレノイドの外周または内周の設計的な制約に対して対応可能とすることができる。 In this structure, the magnetic flux generated by the first coil and the magnetic flux generated by the second coil are fixed by applying the energizing directions of the first coil and the second coil in opposite directions. The movable magnetic pole can be moved toward the fixed magnetic pole by configuring a magnetic circuit that is merged between the magnetic pole and the movable magnetic pole. Thereby, the moving distance and attractive force of the movable magnetic pole according to the purpose can be obtained. Moreover, it is possible to cope with design restrictions on the outer periphery or inner periphery of the solenoid by making either the first coil or the second coil smaller or larger as necessary.
本発明は2つのコイルで1組の可動磁極と固定磁極に磁束を供給するので、前記可動磁極と前記固定磁極の2つの磁極間で発生する吸引力を大きくすることができ、可動磁極の移動距離であるストロークも大きく取ることができる。
また、従来形式では1つのコイルから必要な吸着力を得るために必要な磁束を発生させていたが、本発明によれば必要な磁束を発生するコイルを2箇所に分散できるために、磁気回路の構成の自由度が増し、利用時の物理的な形状の制約に柔軟に対応することが可能となる。
Since the present invention supplies magnetic flux to a pair of movable magnetic pole and fixed magnetic pole with two coils, it is possible to increase the attractive force generated between the two magnetic poles of the movable magnetic pole and the fixed magnetic pole, and to move the movable magnetic pole. The stroke which is a distance can also be taken large.
Further, in the conventional type, a magnetic flux necessary for obtaining a necessary attraction force is generated from one coil. However, according to the present invention, the coil generating the necessary magnetic flux can be distributed in two places. The degree of freedom of the configuration increases, and it becomes possible to flexibly cope with physical shape restrictions during use.
本発明の実施の形態においては、2つのコイルを外周と内周に配し、また、前記2つのコイルの間に固定磁極と可動磁極を配することで、2つのコイルで発生させた磁束を前記固定磁極と前記可動磁極の間に合流し供給することになるので、より吸引力とストロークを大きくすることができることに特徴がある。以下に、この特徴を有する実施例について説明する。 In the embodiment of the present invention, two coils are arranged on the outer circumference and the inner circumference, and a fixed magnetic pole and a movable magnetic pole are arranged between the two coils, so that the magnetic flux generated by the two coils is generated. Since the fixed magnetic pole and the movable magnetic pole are joined and supplied, the attractive force and the stroke can be further increased. An embodiment having this feature will be described below.
図1は、本発明の第1の実施例に係るソレノイドの説明図である。図1において、10はソレノイド、11は可動磁極、12aは固定磁極のベース、12bは固定磁極の磁極部、13は第1ケース、14は第2ケース、16は作用板、20は第1コイル、21は第2コイルを示す。また、図1で示す下側を基端側とし、他の図面でも同様とする。 FIG. 1 is an explanatory diagram of a solenoid according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 10 is a solenoid, 11 is a movable magnetic pole, 12a is a base of a fixed magnetic pole, 12b is a magnetic pole part of a fixed magnetic pole, 13 is a first case, 14 is a second case, 16 is a working plate, and 20 is a first coil. , 21 indicates a second coil. Further, the lower side shown in FIG. 1 is a base end side, and the same applies to other drawings.
ソレノイド10は第1コイル20と第2コイル21の径方向の間に可動磁極11と固定磁極12の磁極部12bを配し、第1コイル20の外周側と第2コイル21の内周側には第1ケース13と第2ケース14を配し、さらに軸方向の基端側には固定磁極12のベース12aを配している。
本発明の実施例1においては第1コイル20と第2コイル21にそれぞれ反対方向の電流を印加し、可動磁極11と固定磁極12の磁極部12bに2つのコイルで発生した磁束を合流し、供給することで、ソレノイドを直線的に動作するよう構成させたことを特徴とするものである。
以下に、ソレノイド10の主要な構成について説明する。
The
In Example 1 of the present invention, currents in opposite directions are applied to the
Below, the main structures of the
可動磁極11は環状の磁性材料で形成されており、外周側には第1コイル20、内周側には第2コイル21が存在している。また、基端側とは反対の端面内周には作用板16が固着されている。
The movable
さらに可動磁極11と移動軸方向で向かい合う固定磁極12の磁極部12bとの間にはエアーギャップが存在している。第1コイル20と第2コイル21にそれぞれ反対方向の電流を印加することで、2つのコイルで発生した磁束は可動磁極11と固定磁極12の磁極部12bとの間に供給されて吸引力が発生するので、可動磁極11は固定磁極12の磁極部12bに向かって移動し、両者は当接した状態となる。
Further, an air gap exists between the movable
固定磁極12はベース12aと磁極部12bとからなり、ともに磁性材料で形成されている。磁極部12bの外周側には第1コイル20、内周側には第2コイル21が存在している。
The fixed
さらに磁極部12bと移動軸方向で向かい合う可動磁極11との間にはエアーギャップが存在している。第1コイル20と第2コイル21にそれぞれ反対方向の電流を印加することで、2つのコイルで発生した磁束は可動磁極11と磁極部12bの間に供給されて吸引力が発生するので、磁極部12bは可動磁極11を吸引し、両者は当接した状態となる。
Further, an air gap exists between the
固定磁極12のベース12aは第1コイル20、第2コイル21の軸方向基端側に位置し、2つのコイルを覆うよう形成されている。第1コイル20と第2コイル21との間には磁極部12bを固着しており、外周側は第1ケース13、内周側は第2ケース14を固着している。また、第1コイル20と第2コイル21に電流を印加した時には可動磁極11、磁極部12b、第1ケース13、第2ケース14とともに磁気回路を構成する。尚、本実施例1では固定磁極12をベース12aと磁極部12bに分割した形としているが、一体としてもよい。
The
第1コイル20は可動磁極11及び固定磁極12の磁極部12bの外周側に位置し、コイルを形成しているコイルワイヤーは可動磁極11及び固定磁極12の磁極部12bと同軸で環状に巻かれている。また、第1コイル20に電流を印加した際には、可動磁極11と固定磁極12の磁極部12bに磁束を供給する。
The
第2コイル21は可動磁極11及び固定磁極12の磁極部12bの内周側に位置し、コイルを形成しているコイルワイヤーは可動磁極11及び固定磁極12の磁極部12bと同軸で環状に巻かれている。また、第2コイル21に電流を印加した際には、可動磁極11と固定磁極12の磁極部12bに磁束を供給する。
The
したがって、第1コイル20と第2コイル21に電流を印加した際には、お互いに反対の方向へ印加することで2コイル分の磁束が可動磁極11及び固定磁極12の磁極部12bに供給されることになるので、発生する吸引力は大きくなる。
Therefore, when current is applied to the
第1ケース13は環状の磁性材料で形成されており、第1コイル20の外周側に位置し、固定磁極12のベース12aの外周に固着している。基端側反対に位置する端面は内周方向に屈曲する形状となっており、第1コイル20を外側から覆うように形成している。また、第1コイル20と第2コイル21に電流を印加した時には可動磁極11、固定磁極12の磁極部12b、固定磁極12のベース12a、第2ケース14とともに磁気回路を構成する。
The
第2ケース14は環状の磁性材料で形成されており、第2コイル21の内周側に位置し、固定磁極12のベース12aの内周に固着している。基端側反対に位置する端面は外周方向に屈曲する形状となっており、第2コイル21を内側から覆うように形成している。また、第1コイル20と第2コイル21に電流を印加した時には可動磁極11、固定磁極12の磁極部12b、固定磁極12のベース12a、第1ケース13とともに磁気回路を構成する。
The
作用板16は板状の非磁性材料で形成されており、可動磁極11の内周側に固着されている。可動磁極11が吸引移動する際には作用板16を介して、外部に動作を伝え、反対に外部からの復帰方向の動作を可動磁極11に伝えている。
The
ここにおいて、本発明の実施例1では便宜上から、ソレノイドの各部品を環状の円形として説明しているが、応用例として四角形や五角形などの多角形の環状としてもよい。また、環状の一部を切り欠いたり、つなぎ合わせても良い。 Here, in the first embodiment of the present invention, for the sake of convenience, each part of the solenoid is described as an annular circle. However, as an application example, a polygonal ring such as a quadrangle or a pentagon may be used. Further, a part of the annular shape may be cut out or joined together.
さらに本発明の実施の形態に係わるソレノイドの動作について説明する。図2〜図3はソレノイドの磁気回路の構成から動作に至るまでの説明図であり、符号は図1と同じものを示す。 Further, the operation of the solenoid according to the embodiment of the present invention will be described. 2 to 3 are explanatory views from the configuration of the magnetic circuit of the solenoid to the operation, and the reference numerals are the same as those in FIG.
第1コイル20と第2コイル21にはそれぞれ反対の方向へ流れる電流を印可する。第1コイル20と第2コイル21のコイルワイヤーは可動磁極11及び固定磁極12の磁極部12bと同軸で環状に巻かれているので、電流を印加したときには仮に図2に示すように第1コイル20は電流方向30へ、第2コイル21は電流方向31へ流れることとする。
Currents flowing in opposite directions are applied to the
コイルワイヤーに電流が流れたことによって磁束が発生し、可動磁極11及び固定磁極12の磁極部12b及びベース12a、さらに第1ケース13、第2ケース14を巡る磁気回路が構成されることになる。
When a current flows through the coil wire, a magnetic flux is generated, and a magnetic circuit surrounding the
図3で示すように第1コイル20で発生した磁束は可動磁極11から固定磁極12の磁極部12bへ、さらに固定磁極12のベース12aから第1ケース13への右回転の磁気回路が構成されるが、第1ケース13からの磁束の流れは、第2コイル21で発生した磁束によって可動磁極11へ流されることになる。
As shown in FIG. 3, the magnetic flux generated by the
同じように第2コイル21で発生した磁束は可動磁極11から固定磁極12の磁極部12bへ、さらに固定磁極12のベース12aから第2ケース14への左回転の磁気回路が構成されるが、第2ケース14からの磁束の流れは、第1コイル20で発生した磁束によって可動磁極11へ流されることになる。
Similarly, the magnetic flux generated by the
つまりそれぞれのコイルで発生した磁界による磁束の方向は電線に電流を流したときの右ねじの法則に従う。別々のコイルで発生した磁束は可動磁極11と固定磁極12の磁極部12bで合流することで、固定磁極12の磁極部12bが可動磁極11を吸引するという形で作用する。そして2コイル分の磁束であることから大きな力とストロークを得ることができるのである。
In other words, the direction of the magnetic flux generated by the magnetic field generated in each coil follows the right-handed screw law when a current is passed through the wire. The magnetic fluxes generated by the separate coils are combined at the
図4は、本発明の第2の実施例に係るソレノイドの説明図である。図4において、符号は図1と同じものを示す。 FIG. 4 is an explanatory view of a solenoid according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the reference numerals indicate the same as in FIG.
図4は図1と基本構造が同じであるが、第1コイル20の断面は第2コイル21に比べ容量的に小さくしたものとしている。これはソレノイド10の設置条件によっては、外周側に設計的な制約を受けたときでも配慮した形が取れることを意味する。また、この反対に第2コイル21を小さくすることも可能である。
4 has the same basic structure as that of FIG. 1, but the cross section of the
つまり本考案のソレノイドは周辺機器に対して設計的なスペースを有効に使えるよう考え出されたものであり、併せて設計の自由度を向上させているといえる。簡単に言えば、本ソレノイドは環状の形をしているので、従来のソレノイドとは違い中空形状とすることが可能である。必要に応じてソレノイドの内周側に動作させたい物を配置させたり、反対に外周側に配置させたりすることができるのである。 In other words, the solenoid of the present invention has been conceived so as to effectively use a design space for peripheral devices, and it can be said that the degree of freedom in design is also improved. In short, since the solenoid has an annular shape, it can have a hollow shape unlike a conventional solenoid. If necessary, an object to be operated can be arranged on the inner circumference side of the solenoid, or conversely, can be arranged on the outer circumference side.
図5は、本発明の第3の実施例に係わるソレノイドの説明図である。図5において、符号は図1と同じであるが、固定磁極12においては磁極部とベース部を一体としている。また、本実施例は図1と基本構造が同じであるが、従来のソレノイドと同じように軸方向にも伸ばすこともできるという設計上の利便性を示したものである。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a solenoid according to a third embodiment of the present invention. 5, the reference numerals are the same as those in FIG. 1, but in the fixed
10 ソレノイド
11 可動磁極
12 固定磁極
12a 固定磁極のベース
12b 固定磁極の磁極部
13 第1ケース
14 第2ケース
16 作用板
20 第1コイル
21 第2コイル
30 第1コイルの電流方向
31 第2コイルの電流方向
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1のコイルの内周側に位置する環状の第2のコイルと、
前記第1のコイルと前記第2のコイルの間に移動可能に配された可動磁極と、
前記可動磁極の移動軸の基端側に配された固定磁極と、
前記第1のコイルの外周側に位置し、前記第1のコイルから発生する磁束で前記可動磁極と前記固定磁極とともに磁気回路を構成可能になした第1の磁性部材と、
前記第2のコイルの内周側に位置し、前記第2のコイルから発生する磁束で前記可動磁極と前記固定磁極とともに磁気回路を構成可能になした第2の磁性部材とを備えたことを特徴とするソレノイド。 An annular first coil;
An annular second coil located on the inner peripheral side of the first coil;
A movable magnetic pole movably disposed between the first coil and the second coil;
A fixed magnetic pole disposed on the base end side of the moving axis of the movable magnetic pole;
A first magnetic member that is located on the outer peripheral side of the first coil, and that can form a magnetic circuit together with the movable magnetic pole and the fixed magnetic pole by a magnetic flux generated from the first coil;
A second magnetic member located on the inner peripheral side of the second coil and configured to form a magnetic circuit together with the movable magnetic pole and the fixed magnetic pole by the magnetic flux generated from the second coil. Characteristic solenoid.
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