JP4596629B2

JP4596629B2 - ソレノイド

Info

Publication number: JP4596629B2
Application number: JP2000335307A
Authority: JP
Inventors: 義一波田; 広明薄
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2020-11-02
Also published as: JP2002141221A

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明はソレノイドの接続端子の構造、逆接防止及びダイオードの放熱、及び小型化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のソレノイドを図６〜図８に示す。図６(a)は従来のソレノイドの平面図、図６(b)は従来のソレノイドの樹脂カバーの断面図である。図７は従来のソレノイド全体の縦断面図、図８は従来のソレノイドの側面図である。図において1はフレーム、2はボビン、3は樹脂カバー、4はコイル、5は固定子、6は可動子、7はバネ、8はストッパ、9はフライホイールダイオード、A,Cは接続端子である。
【０００３】
フレーム1は磁性材料からなり、略コの字型をしている。フレーム1の底部には、すり鉢状の凹みを有する固定子5が配置されている。固定子5のすり鉢状の窪みには更に一部に凹部が設けられ、バネ7が前記凹部に配置されている。
可動子6はシャフト部6aと大径部6bが設けられている。大径部6bと比べて、シャフト部6aは径が小さく形成されている。大径部6bは先端が円錐台に成形されている。（以下、コニカル型という）
前記固定子5は可動子6が固定子5に吸引された際に、可動子6を受け入れるのに適する様にすり鉢状の凹みが設けられている。
ストッパ8は、有底で底部には可動子6のシャフト部6aを貫通するための穴が設けられている。
【０００４】
フレーム1に固定子5を配置し、固定子5の凹みに可動子6のコニカル型の先端を嵌合させる。次に、ストッパ8の底部に設けられた穴に可動子6を貫通させ、ストッパ8の口部が固定子5を囲うごとく、フレーム1に接続させる。
その後、コイル4の巻回されたボビン2を、可動子6及びストッパ8に貫通させて、フレーム1に接続させる。
【０００５】
樹脂カバー3には、接続端子A、フライホイールダイオード9、接続端子Cが内蔵されている。接続端子Aは、フライホイールダイオード9に接続され、フライホイールダイオード9は接続端子Cに接続されている。また、接続端子Aはコイル4の巻き終わりに、接続端子Cはコイル4の巻き始めにそれぞれ接続されている。フライホイールダイオード9とコイル4は、電気的に並列になっている。
【０００６】
次に従来のソレノイドの動作について説明する。
通常、コイル4に通電を行っていない状態では、バネ7の付勢力により、可動子6は固定子5から離脱している。
接続端子Cをプラス極に、接続端子Aをマイナス極に接続すると、接続端子C、コイル4、接続端子Aに電流が流れる。そして、コイル4は固定子5に付勢しているバネ7に拮抗する電磁力を発生し、フレーム1、固定子5に磁気回路が形成される。（このとき、フライホイールダイオード9は通電方向に対して逆方向に設けられているので、フライホイールダイオード9に電流は流れない）そして、可動子6は固定子5に吸引される。このとき、可動子6の大径部6bはコニカル型に形成されているので、推力の働く部分の表面積が大きくなっている。そのため、推力が強く働くので、ロングストロークでの仕様に適している。
コイル4への通電を解除すると、可動子6はバネ7の付勢力によって、ストッパ8に当接する位置まで押し戻される。
【０００７】
ソレノイドは、通電を解除するときに、サージ電流が流れてしまう。サージはICを誤作動させるなど、制御回路に悪影響を及ぼす。前記サージを防ぐために、コイル4でサージ電流を消費させるのがフライホイールダイオードである。
【０００８】
従来のソレノイドでは、通電を解除した際に発生するサージ電流をコイル4で消費させるために、フライホイールダイオード9をコイル4と並列に設けた。
そして、コイル4への通電を解除したときに、サージ電流をコイル4内部で自己消費することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ソレノイドを装置に接続する際に、誤って端子Cをマイナス極に、端子Aをプラス極に接続してコイル4に通電を行うと、フライホイールダイオード9は通電方向に対して順方向なので、大電流がフライホイールダイオード9に流れて、フライホイールダイオード9は大電流に耐え切れず、破損してしまう。
【００１０】
そこで従来では、逆接防止用のダイードを図示しない駆動回路に設けていた。しかし、ソレノイドを駆動回路に接続する際にプラスマイナスの接続の仕方を誤ると、フライホイールダイオードに逆向きに大電流が流れて、フライホイールダイオードが破損してしまう。
図９は第2の従来例である。図９に示す様に逆接防止用のダイオードをソレノイドのリード線間に装着する方法もあるが、ダイオードが固定されていないため接続が不安定で、ダイオードの端子の両端に負荷が掛かってしまい、ダイオードが破壊されやすくなる。
図１０は第3の従来例であり、図１０(a)は第3の従来例のボビンの鍔の平面図、図１０(b)は第3の従来例のボビンの縦断面図である。図１０に示すの様に、ボビン4の鍔等にダイオードを固定して、ソレノイドに内蔵させる方法もあるが、ボビン4が大きくなりソレノイド全体が大型化してしまう問題がある。
また、逆接防止用のダイオードは、ソレノイドに通電を行うときは、常に電流が流れているので、発熱に耐えられるように大型のものを採用していた。大型のダイオードをソレノイドに内蔵すると、ソレノイド全体が大型化していた。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、逆接防止用のソレノイドを簡単でコンパクトな構造で提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、駆動回路に設けられていた逆接防止用ダイオードをソレノイドにコンパクトに内蔵したことで、フライホイールダイオードを保護し、逆接防止か非逆接防止かを選択できるソレノイドを小型に提供することができた。
請求項2の発明は、２つのダイオードのうち少なくともひとつは熱伝導度が高い金属及び樹脂製のカバーと広く接触させることにより、発生する熱を効率よく逃すことを実現した。
請求項３の発明は、ダイオードに接触する金属は熱伝導率の100k/Wm^-1K^-1以上の熱伝導率の高い金属を採用したことで、効率の良い放熱性を実現した。
請求項４の発明は、ダイオードに接する樹脂製のカバーは内突起が一体成形され、弾力性を持たせるようにしたことで、ダイオードに強固に密着することを実現した。
【００１３】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１(a)は本発明の平面図、図１(b)は本発明の樹脂カバーの断面図である。
図２(a)は本発明の逆接防止回路図、図２(b)は本発明の非逆接防止回路図である。
図３は本発明全体の縦断面図、図４は本発明の側面図、図５は本発明の樹脂カバーの縦断面図、である。
図において1はフレーム、2はボビン、3は樹脂カバー、4はコイル、5は固定子、6は可動子、7はバネ、8はストッパ、9はフライホイールダイオード、10は逆接防止用ダイオード、11は内突起、A,B,Cは接続端子である。
【００１４】
フレーム1は磁性材料からなり、略コの字型をしている。フレーム1の底部には、すり鉢状の凹みを有する固定子5が配置されている。固定子5のすり鉢状の窪みには更に一部に凹部が設けられ、バネ7が前記凹部に配置されている。
可動子6はシャフト部6aと大径部6bが設けられている。大径部6aと比べて、シャフト部6aは径が小さく形成されている。大径部6aは先端がコニカル型に成形されている。
【００１５】
前記固定子5は可動子6が固定子5に吸引された際に、可動子6を受け入れるのに適する様にすり鉢状の凹みが設けられている。
ストッパ8は、有底で底部には可動子6のシャフト部6aを貫通するための穴が設けられている。
【００１６】
フレーム1に固定子5を配置し、固定子5の凹みに可動子6のコニカル型の先端を嵌合させる。次に、ストッパ8の底部に設けられた穴に可動子6を貫通させ、ストッパ8の口部が固定子5を囲うごとく、フレーム1に接続させる。
その後、コイル4の巻回されたボビン2を、可動子6及びストッパ8に貫通させて、フレーム1に接続させる。
【００１７】
樹脂カバー3には、接続端子A、接続端子B、逆接防止用ダイオード10、フライホイールダイオード9、接続端子Cが内蔵されている。接続端子Aは、フライホイールダイオード9が接続され、フライホイールダイオード9は接続端子Cに接続されている。接続端子Bは逆接防止用ダイオード10に接続され、逆接防止用ダイオード10は接続端子Cに接続されている。
【００１８】
接続端子Aはコイル4の巻き終わりに、接続端子Cはコイル4の巻き始めにそれぞれ接続されている。フライホイールダイオード9とコイル4は、電気的に並列になっている。
【００１９】
接続端子A,B,Cは、熱伝導率100kWm ^-1 K ^-1以上の熱伝導性の良い金属を採用し、接続端子の表面積を大きくし、樹脂カバー3に接触する表面積が広くなるように加工されている。本実施例では、前記熱伝導性の良い金属とは、銅と亜鉛の組成率が7対3の真鍮を用いている。
【００２０】
また、図５に示すように樹脂カバー3の内壁には、内突起11が一体成形されている。内突起11は、側面から見ると略L字型に湾曲加工されており弾性を有する。そのために、樹脂カバー3をボビン4に装着する際に、フライホイールダイオード9、逆接防止用ダイオード10、接続端子A,B,Cと樹脂カバー3を内突起11の弾力により、堅固に密着することができる。
樹脂は、空気と比べて放熱性に優れているので、ダイオード等が発熱しても樹脂に接していると、効率良く放熱を行うことができる。
【００２１】
次に本発明のソレノイドの動作について説明する。
通常、コイル4に通電を行っていない状態では、バネ7の付勢力により、可動子6は固定子5から離脱している。
【００２２】
図２(a)に示すように、接続端子Bをプラス極に、接続端子Aをマイナス極に接続すると、接続端子B、逆接防止用ダイオード10、接続端子Cコイル4、接続端子Aに電流が流れる。コイル4は固定鉄芯5に付勢しているバネ7に拮抗する電磁力を発生し、フレーム1、固定子5に磁気回路が形成される。（このとき、フライホイールダイオード9は通電方向に対して逆方向に設けられているので、フライホイールダイオード9に電流は流れない）そして、可動子6は固定子5に吸引される。このとき、可動子6の大径部6bはコニカル型に形成されているので、推力の働く部分の表面積が大きくなっている。そのため、推力が強く働くので、ロングストロークでの仕様に適している。
【００２３】
コイル4への通電を解除すると、可動子6はバネ7の付勢力によって、ストッパ8に当接する位置まで押し戻される。このとき、サージ電流が発生するが、前記サージ電流はフライホイールダイオード9に流れるので、コイル4に流れて制御回路に誤作動を与えることはない。
【００２４】
また、図２(b)に示すように、接続端子Cをプラス極に、接続端子Aをマイナス極に接続することも可能である。接続端子Cをプラス極に、接続端子Aをマイナス極に接続すると、接続端子C、コイル4、接続端子Cに電流が流れ、コイル4は固定子5に付勢しているバネ7に拮抗する電磁力を発生し、フレーム1、固定子5に磁気回路が形成される。（このとき、フライホイールダイオード9は通電方向に対して逆方向に設けられているので、フライホイールダイオード9に電流は流れない）そして、可動子6は固定子5に吸引される。コイル4への通電を解除すると、可動子6はバネ7の付勢力によって、ストッパ8に当接する位置まで押し戻される。
【００２５】
このように、図2(a),(b)に示すように逆接防止の回路になるように接続端子Bと接続端子Aを接続するか、又は逆接防止なしの回路になるように接続端子Cと接続端子Aを接続するかの二種類の接続の仕方を選択できるようになった。
【００２６】
図１１は電流とダイオードの温度上昇の関係を示した図である。図１１において、三角形のプロットは従来のソレノイドに用いられていたダイオードの温度上昇特性であり、四角形のプロットは本発明の端子のみを用いたダイオードの温度上昇特性であり、丸形のプロットは本発明の端子と樹脂カバーの両方をダイオードの温度上昇特性である。
図１１より明らかなように、従来のソレノイドに比べ本発明の端子を用いると、ダイオードの温度上昇は半分以下に抑えられることが分かった。また、本発明の端子に加え、更に本発明の樹脂ケースを採用することで、ダイオードの上昇は従来の3分の1程度に抑えることができる。
逆接防止用ダイオード10は、接続端子B、接続端子C、コイル4と直列に接続されているため、大電流が流れダイオード本体で発熱する。この発熱を効率良く逃すために、端子B,Cは熱伝導率の高い金属を採用し、且つ樹脂カバーに接触する表面積が広くなるように加工されている。樹脂は空気と比べて熱伝導率が高いので、効率良く、発生した熱を逃すことができる。
【００２７】
本発明の効果としては、先ず、駆動回路に設けられていた逆接防止用ダイオードをソレノイドにコンパクトに内蔵したことで、フライホイールダイオードを保護し、且つ前記フライホイールダイオードのアノード並びに前記逆接防止用ダイオードのカソードにそれぞれ接続端子を備え、これら接続端子のいずれかをプラス極に接続するより逆接防止の回路にするか否かを選択できることを実現した。
続いて、２つのダイオードのうち少なくともひとつは熱伝導度が高い金属と広く接触させることにより、発生する熱を効率よく逃すことが実現できるようになったので、逆接防止用ダイオードを大きくする必要がなくなり、ソレノイド全体の小型化が可能になった。
特に、常温で熱伝導率100kWm ^-1 K ^-1以上の金属を採用したことで、発生する熱を効率よく逃すことを実現した。
さらに、ダイオードに接する樹脂製のカバーは内突起が一体成形され、弾力性を持たせるようにしたことで、内突起の弾力により、樹脂カバーとボビンを堅固に固定することができ、ダイオード等が放熱性の優れた樹脂に密着するので、発熱しても効率良く放熱を行うことができる。
以上説明したように、簡単な構造で、逆接防止用のソレノイドを提供することができ産業上の利用可能性大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】(a)本発明の平面図
(b)本発明の樹脂カバーの縦断面図
【図２】(a)本発明の逆接防止回路図
(b)本発明の非逆接防止回路図
【図３】本発明全体の縦断面図
【図４】本発明の側面図
【図５】(a)本発明の樹脂カバーの横断面図
(b)本発明の樹脂カバーの縦断面図
【図６】(a) 従来例1の平面図
(b) 従来例1の樹脂カバーの縦断面図
【図７】従来例１全体の縦断面図
【図８】従来例１全体の側面図
【図９】従来例２
【図１０】(a)従来例３のボビンの平面図
(b)従来例３のボビンの縦断面図
【図１１】電流と温度上昇の関係図
【符号の簡単な説明】
１．フレーム
２．ボビン
３．樹脂カバー
４．コイル
５．固定子
６．可動子
6a．シャフト部
6b．大径部
７．バネ
８．ストッパ
９．フライホイールダイオード
１０．逆接防止用ダイオード
１１．内突起
A．接続端子
B．接続端子
C．接続端子

Claims

コイルに通電すると、可動子が回転あるいは往復運動し、フライホイールダイオードをソレノイド内部に内蔵したソレノイドにおいて、逆接防止用ダイオードを前記ソレノイド内部に内蔵し、前記逆接防止用ダイオードのアノードを前記フライホイールダイオードのアノードと向き合うように接続し、前記フライホイールダイオードのアノード側及びカソード側、並びに前記逆接防止用ダイオードのカソード側にそれぞれ接続端子を備え、これら接続端子は外部回路に接続可能に前記ソレノイド内部に内蔵してあり、前記フライホイールダイオードのアノード側の接続端子並びに前記逆接防止用ダイオードのカソード側の接続端子のいずれかをプラス極に接続し、前記フライホイールダイオードのカソード側をマイナス極に接続することにより、逆接防止又は非逆接防止を選択できるように構成したことを特徴としたソレノイド。
前記２つのダイオードのうち少なくともひとつは熱伝導率100kWm^-1K^-1以上の金属及び樹脂製のカバーに一部又は全部接触させることにより、発生する熱を効率よく逃すよう構成したことを特徴とした請求項１記載のソレノイド。
前記ダイオードに接する樹脂製のカバーは内突起が一体成形され、弾力性を持たせるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のソレノイド。