JP5742133B2 - 電磁石装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁束発生手段によって物体を磁化させ、磁化させた物体同士の磁気的吸引力を利用し、物体を動かす電磁石装置に関する。

従来、強磁性体からなる可動体を磁力によって動かし、この可動体を介して駆動対象を動かす電磁石装置がある（例えば、特許文献１参照）。この電磁石装置は、磁束発生手段である励磁コイルと、磁路を構成するヨークと、ヨークに対してスライド移動可能にヨークに配設されている可動体と、を有している。励磁コイル（以下コイルと記す）は、角筒形状に形成され、電流を流した際には、その内部において角筒形状の中心軸に沿った方向（以下、軸方向と記す）に磁力が発生するようになっている。

ヨークは、コイルを固定する枠状に形成され、コイルの一方側端部に配設された第１ヨーク部と、コイルの他方側端部に配設された第２ヨーク部と、第１ヨーク部と第２ヨーク部との間に配設された第３ヨーク部とから構成されている。各ヨーク部は一体に形成され、磁路を構成する。

可動体は、略円柱状に形成された磁性体部と、磁性体部の一方側端部から突出するように備えられた軸部とを有している。この軸部に駆動対象を固定する。磁性体部の他方側端部は、コイルの他方側端部から一方側端部に向けてコイル内に挿入され、その端面が可動体磁極面となっている。磁性体部は、励磁コイルが生じる磁束を有効に利用するために、励磁コイルの内周とほぼ同程度の大きさの外周となるように形成されている。可動体磁極面は、第１ヨーク部に形成された第１ヨーク磁極面と対向しており、コイルに電流を流して励磁した際には、可動体磁極面と第１ヨーク磁極面間に吸引力が発生するようになっている。

可動体は、可動体磁極面と第１ヨーク磁極面とが離隔する方向にバネで付勢されており、可動体磁極面と第１ヨーク磁極面とが離れた状態となっている。この状態から、コイルに電流を流して励磁すると、バネの付勢力を上回る吸引力が発生し、可動体が可動体磁極面と第１ヨーク磁極面とが接触した状態となるように、コイルの軸方向にスライド移動する。

特開２００６−２１０５０１号公報

このような電磁石装置において、小型化及びコストダウンの観点から、コイルの軸方向と垂直な方向（以下、径方向と記す）の大きさを小さくしたいという要請がある。しかし、コイルの径方向の大きさを小さくすると、第１ヨーク磁極面と可動体磁極面とを通る磁束の量が減少し、吸引力が低下してしまうという問題がある。

また、吸引力の低下を防止するためにコイルの起磁力を増加させることも考えられるが、コイルの起磁力を大きくするには、コイルの巻き数を増やすか、コイルに流れる電流量を増やす必要がある。コイルの巻き数を増やす場合には、コイル巻線に必要な導線長が長くなるために、コストが増加する。また、コイルに流れる電流量を増やすには、大きな電源、大きなケーブル、抵抗を小さくするために断面積の大きなコイル巻線を使用する必要があり、コストが増加するとともに装置全体が大型化してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、装置自体を大型化させずに、また、可動体の吸引力を大きく低下させることなく、コイルの径方向の大きさを小さくすることのできる電磁石装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る電磁石装置は、コイル巻き線を周状に巻いて中空円柱状に形成されている励磁コイルと、永久磁石と、ヨークと、該ヨークに対してスライド移動する可動体と、を有し、前記可動体と前記ヨークは、前記励磁コイルの内外を通る周状の磁路を構成するように配設され、前記ヨークは、前記磁路中にヨーク磁極面を有し、前記可動体は、前記磁路中に可動体磁極面を有し、前記ヨーク磁極面と前記可動体磁極面とは、互いに対向するように配設され、前記励磁コイルによって励磁した際には、前記磁路を磁束が通過し、前記ヨーク磁極面と前記可動体磁極面との間に磁気的吸引力が発生し、前記可動体が前記ヨーク磁極面と接近する方向にスライド移動する電磁石装置であって、前記可動体は、前記可動体磁極面を有する円柱状の投入部と、軸方向で該投入部の前記可動体磁極面とは反対側に設けられ、外径方向に突出したフランジ部と、軸方向で該フランジ部の前記投入部とは反対側に設けられ、前記投入部及び前記フランジ部より小径の円柱状の引き外し部とを備え、前記ヨークと前記可動体とは、前記磁路中に、前記ヨーク磁極面と前記可動体磁極面とを磁束が通過し、前記可動体を前記ヨーク磁極面に接近させる方向に吸引力が生じるように対向する第２ヨーク磁極面と第２可動体磁極面とを有すると共に、該第２可動体磁極面は前記フランジ部に設けられ、前記ヨークと前記可動体とは、前記磁路中に、前記ヨーク磁極面と前記可動体磁極面とを磁束が通過し、前記可動体を前記ヨーク磁極面に遠隔させる方向に吸引力が生じるように対向するヨーク引き外し磁極面と可動体引き外し磁極面とを有すると共に、該可動体引き外し磁極面は前記引き外し部に設けられることを特徴とする。

また、本発明に係る電磁石装置は、上記構成に加えて、前記可動体は、前記投入部、前記フランジ部及び前記引き外し部を有する可動体本体と、該可動体本体から突出するスライド軸と、を有し、該スライド軸をスライド可能に支持する非磁性材料からなる軸受けを前記ヨークの前記磁路中に設けたことを特徴とする。

また、本発明に係る電磁石装置は、上記構成に加えて、前記永久磁石は、前記磁路における主磁束の磁路中であって、前記永久磁石の向きが、前記ヨーク引き外し磁極面と前記可動体引き外し磁極面において、可動体投入時に励磁コイルが発生する磁束と同一方向の磁束となるように設けたことを特徴とする。

本発明の電磁石装置は、可動体が吸引される互いに対向する磁極面として可動体磁極面とヨーク磁極面との他に、第２可動体磁極面と第２ヨーク磁極面とを有している。従って、例えば、可動体磁極面を励磁コイル内に設けた場合であっても、吸引力を大きく低下させることなく、励磁コイルの径方向の大きさを小さくすることができる。

図１は、本発明の電磁石装置を示す斜視図である。 図２は、同上の電磁石装置を示す正面図である。 図３は、図２におけるＡ―Ａ線断面図である。 図４は、本発明の電磁石装置における投入状態を示す断面図である。 図５は、同上の電磁石装置における磁束の流れを示す断面図である。 図６は、同上の電磁石装置における引き外し状態を示す断面図である。 図７は、同上の電磁石装置における磁束の流れを示す断面図である。 図８は、同上の電磁石装置における磁束の流れを示す断面図である。 図９は、同上の電磁石装置における磁気回路を示す回路図である。 図１０は、本発明の別の実施の形態の電磁石装置における投入状態を示す断面図である。 図１１は、同上の電磁石装置における磁束の流れを示す断面図である。 図１２は、同上の電磁石装置における引き外し状態および磁束の流れを示す断面図である。 図１３は、同上の電磁石装置における磁束の流れを示す断面図である。 図１４は、同上の電磁石装置における磁束の流れを示す断面図である。 図１５−１は、本発明の電磁石装置における永久磁石の配置を示す断面図である。 図１５−２は、本発明の電磁石装置における永久磁石の配置を示す断面図である。

（実施の形態１）
以下、図１〜図９を参照しながら本発明に係る電磁石装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態１である電磁石装置１を示したものである。この電磁石装置１は、励磁コイルとヨーク３と可動体４とを有している。この電磁石装置１は、励磁コイルによって発生させた磁力と永久磁石による磁力によって可動体４を直線方向にスライドさせ、この可動体４に固定される駆動対象を動かすものである。

励磁コイルは、電流を流すと励磁するものである。励磁コイルは、両端にフランジを有する円筒状のボビンの外周に、コイル巻き線を巻き回して中空円柱状に形成されている。ボビンは、非磁性材料で形成されている。この励磁コイルに電流を流すと、励磁コイル内において、軸方向に磁束が発生する。電磁石装置１は、励磁コイルとして、投入用コイル２１と引き外し用コイル２２の２つの励磁コイルを有している。引き外し用コイル２２は、投入用コイル２１よりも径方向の大きさ及び軸方向の大きさが小さく形成されている。これら投入用コイル２１及び引き外し用コイル２２は、ヨーク３に固定されている。

ヨーク３は、投入用コイル２１及び引き外し用コイル２２によって発生する磁束の磁路を構成するものである。ヨーク３は、可動体４とともに投入用コイル２１の内外を通る周状の磁路を構成するように形成されている。ヨーク３は、強磁性体によって構成されている。ヨーク３は、図１に示すように、第１端部ヨーク３１と、第２端部ヨーク３２と、一対の側部ヨーク３３と、中ヨーク３４と、を有している。第１端部ヨーク３１は、矩形板状に形成されている。第１端部ヨーク３１の中心部分には、表裏を貫通するスライド軸用孔３１ａが形成されている。第１端部ヨーク３１の一方側板面には、投入用コイル２１が配設されている。また、第１端部ヨーク３１の投入用コイル２１が配設されている面には、コイル内ヨーク３５が配設されている。

コイル内ヨーク３５は、図４に示すように、第１端部ヨーク３１の板面から突出するように配設され、投入用コイル２１内に配置されている。コイル内ヨーク３５は、投入用コイル２１内周に配置するように略円柱状に形成されている。コイル内ヨーク３５の一方側端面は、第１端部ヨーク３１の板面に接着され、他方側端面は、第１ヨーク投入磁極面３５ａ（ヨーク磁極面）となっている。コイル内ヨーク３５には、端面間を貫通する貫通孔３５ｂが形成され、この貫通孔３５ｂに後述するスライド軸４ｂが嵌挿される第１軸受け５１が嵌合固定されている。一方、第１端部ヨーク３１の両端部には、側部ヨーク３３が固定されている。

側部ヨーク３３は、矩形板状に形成され、一方側端部が第１端部ヨーク３１に固定され、投入用コイル２１の側面側に延在するように配設されている。側部ヨーク３３は、投入用コイル２１を挟んで互いに対向するように対に配設されている。一対の対向する側部ヨーク３３の中央部間には、中ヨーク３４が架け渡されるように配設されている。

中ヨーク３４は、略平板状に形成され、両端部には永久磁石５３が配設されている。中ヨーク３４は、両端部の永久磁石５３を介して側部ヨーク３３に固定されている。中ヨーク３４は、投入用コイル２１の他端部側に配設されている。換言すると、中ヨーク３４と第１端部ヨーク３１の間に投入用コイル２１が配設されている。中ヨーク３４の一方側の板面には、投入用コイル２１が固定されている。詳細には、投入用コイル２１のボビン２１ａ端面と中ヨーク３４の板面とが接着されている。中ヨーク３４の他方側の板面において、後述する第２可動体投入磁極面４２ａと対向する面が中ヨーク投入磁極面３４ａ（第２ヨーク磁極面）となっている。中ヨーク３４の中央部分には、図３に示すように、平板状の表裏を貫通する可動体挿入孔３４ｂが形成されている。この可動体挿入孔３４ｂに可動体４が挿入される。

第２端部ヨーク３２は、側部ヨーク３３の第１端部ヨーク３１が固定されている側とは反対側の端部に配設されている。第２端部ヨーク３２は、矩形板状に形成され、一対の側部ヨーク３３の端部間に架け渡されるように配設されている。このようにして、第２端部ヨーク３２と第１端部ヨーク３１と一対の側部ヨーク３３とによって矩形状の枠体を構成している。

第２端部ヨーク３２の一方側板面、即ち、中ヨーク３４側の面には、引き外し用コイル２２が固定されている。詳細には、引き外し用コイル２２のボビン端面、即ちフランジ部分と第２端部ヨーク３２の板面とが接着されている。第２端部ヨーク３２の中心部分には、表裏を貫通する貫通孔３２ａが形成されている。この貫通孔３２ａには、第２軸受け５２が嵌合されて固定されている。

第２軸受け５２には、後述する可動体４のスライド軸４ｂが嵌挿されている。第２端部ヨーク３２の引き外し用コイル２２が固定されている面側に、ヨーク引き外し磁極面３２ｂが形成されている。このヨーク引き外し磁極面３２ｂは、第２軸受け５２を介して、後述する可動体引き外し磁極面４３ａと対向している。即ち、第２軸受け５２は、ヨーク引き外し磁極面３２ｂを覆う形状に形成されている。

可動体４は、強磁性体からなる可動体本体４ａと、非磁性材料からなるスライド軸４ｂとから構成されている。可動体本体４ａは、略円柱状に形成され、一端側から順番に投入部４１とフランジ部４２と引き外し部４３とを有している。投入部４１は、投入用コイル２１に軸方向にスライド移動可能に配置される部分であり、円柱状に形成されている。投入部４１の端面は、第１ヨーク投入磁極面３５ａと対向しており、第１可動体投入磁極面４１ａとなっている。

フランジ部４２は、投入部４１から径方向にフランジ状に突出している部分である。フランジ部４２は、一方側のフランジ面が中ヨーク３４の板面における中ヨーク投入磁極面３４ａと対向する第２可動体投入磁極面４２ａ（第２可動体磁極面）となっている。引き外し部４３は、引き外し用コイル２２に軸方向にスライド移動可能に配置される部分であり、円柱状に形成されている。引き外し部４３の端面は、ヨーク引き外し磁極面３２ｂと対向しており、可動体引き外し磁極面４３ａとなっている。

スライド軸４ｂは、細長円柱状に形成され、可動体本体４ａを貫通して固定されている。スライド軸４ｂは、可動体本体４ａと同軸配置となるように配設されている。スライド軸４ｂの一端部は、可動体本体４ａの投入部４１から突出し、他端部は、引き外し部４３から突出している。そして、この突出しているスライド軸４ｂの一端部側が、第１軸受け５１に嵌挿され、他端部側が第２軸受け５２に嵌挿されることによって、可動体４が、ヨーク３に対してスライド移動可能に配設されている。

また、スライド軸用孔３１ａと、第１軸受け５１と、投入用コイル２１と、中ヨーク３４の可動体挿入孔３４ｂと、引き外し用コイル２２と、第２軸受け５２とは同軸配置となっており、可動体４が軸方向にスライド移動するようになっている。また、スライド軸４ｂの他端部は、図４に示すように第２軸受け５２から更に突出しており、駆動対象が固定されるようになっている。尚、電磁石装置１は、図４〜図８に示すように、スライド軸４ｂを挟んで左右対称に形成されている。

図４は、本実施の形態の電磁石装置１における可動体４の投入状態を表している。可動体４の投入状態は、可動体４が図において上方に位置する状態であり、可動体４の第１可動体投入磁極面４１ａと第１ヨーク投入磁極面３５ａとが接触した状態となっている。また、同様に、可動体４の第２可動体投入磁極面４２ａと中ヨーク投入磁極面３４ａとが接触した状態となっている。更に、この状態では、スライド軸４ｂが、第１端部ヨーク３１のスライド軸４ｂ用孔に挿入された状態となっている。本実施の形態における電磁石装置１は、永久磁石５３の磁力により、この投入状態を保持するようになっている。

図６は、本実施の形態の電磁石装置１における可動体４の引き外し状態を示している。可動体４の引き外し状態は、図において可動体４が下方に移動された状態であり、可動体４の可動体引き外し磁極面４３ａとヨーク引き外し磁極面３２ｂとが第２軸受５２を介して接触した状態となっている。また、この状態では、スライド軸４ｂが、第１端部ヨーク３１のスライド軸４ｂ用孔から抜去された状態となっている。可動体４は、重力によって、或いは図示せぬ付勢部材によって、図において下方に付勢され、引き外し状態を保持している。

図４に示す投入状態において引き外し用コイル２２に電流を流すと、図５に示すように、引き外し用コイル２２によって生じる磁束が、ヨーク引き外し磁極面３２ｂ、可動体引き外し磁極面４３ａ、可動体４の引き外し部４３、投入部４１、中ヨーク３４、側部ヨーク３３、第２端部ヨーク３２を一巡する磁路４０３を通過する。そうすると、ヨーク引き外し磁極面３２ｂと可動体引き外し磁極面４３ａとの間に吸引力が生じ、この吸引力と付勢部材等による付勢力が、投入状態の保持する永久磁石５３の磁力による第１ヨーク投入磁極面３５ａと第１可動体投入磁極面４１ａとの間の吸引力と第２可動体投入磁極面４２ａと中ヨーク投入磁極面３４ａとの間の吸引力より大きくなると、ヨーク引き外し磁極面３２ｂと可動体引き外し磁極面４３ａと接触するまで移動し、引き外し状態となる。

可動体４は、重力によって、或いは図示せぬ付勢部材によって、図において下方に付勢されている。従って、引き外し用コイル２２に電流を流すことを止めても、引き外し状態は保持される。図６に示す、引き外し状態であって、引き外し用コイル２２に電流を流すことを止めた状態から、投入用コイル２１に電流を流すと、投入用コイル２１によって生じる磁束が、コイル内ヨーク３５、第１ヨーク投入磁極面３５ａ、第１可動体投入磁極面４１ａ、可動体４の投入部４１、中ヨーク３４、側部ヨーク３３、第１端部ヨーク３１を一巡する磁路４０１を通過する。すると、第１ヨーク投入磁極面３５ａと第１可動体投入磁極面４１ａとの間に吸引力が生じ、吸引力が図の下方向の付勢力より大きくなると可動体４が上方に、即ち投入用コイル２１内に吸引される。

可動体４が、第１ヨーク投入磁極面３５ａ側にある一定距離スライド移動すると、第２可動体投入磁極面４２ａと中ヨーク投入磁極面３４ａとの間の距離が、可動体４の投入部４１と中ヨーク３４との間の距離よりも短くなる。そうすると、図８に示すように、投入用コイル２１によって生じる磁束が、コイル内ヨーク３５、第１ヨーク投入磁極面３５ａ、第１可動体投入磁極面４１ａ、可動体４の投入部４１、フランジ部４２、第２可動体投入磁極面４２ａ、中ヨーク投入磁極面３４ａ、中ヨーク３４、側部ヨーク３３、第１端部ヨーク３１を一巡する磁路４０２を通過する。その結果、第２可動体投入磁極面４２ａと中ヨーク投入磁極面３４ａとの間に吸引力が生じ、より大きな吸引力によって可動体４がコイル内に引き込まれる方向にスライド移動し、投入状態となる。

上述のように構成されている電磁石装置１は、投入用コイル２１によって励磁した際に、第１ヨーク投入磁極面３５ａと第１可動体投入磁極面４１ａ及び第２可動体投入磁極面４２ａと中ヨーク投入磁極面３４ａとの２箇所において吸引力が発生するので、１箇所のみで吸引力を発生させる場合と比較して、１箇所あたりの吸引力を少なく設定することができる。従って、第１ヨーク投入磁極面３５ａと第１可動体投入磁極面４１ａの面積を小さくすることができる。即ち、可動体４の投入部４１の断面積を小さくすることができる。換言すると、投入用コイル２１の径を小さくすることができる。その結果、径が大きな場合と比較して、同じ巻き数にするために必要なコイル巻き線の導線長が短くなり、その分コスト削減ができる。また、電磁石装置１自体の小型化も可能となる。また、従来の電磁石装置と径方向の大きさが等しい場合を比較すると、より大きな投入時吸引力を有する電磁石装置１とすることが可能である。

また、電磁石装置１は、フランジ部４２の径方向及び厚み方向の大きさを変えることにより、コイルの大きさや、ヨーク３の大きさを変えることなく、可動体４の投入時吸引力を調整することができる。また、第１軸受け５１は、第１ヨーク投入磁極面３５ａを有するコイル内ヨーク３５に配設されているので、第１軸受け５１の大きさ形状を変えて、第１ヨーク投入磁極面３５ａと第１可動体投入磁極面４１ａとを通過する磁束が、第１軸受け５１を通過するようにすることもできる。従って、第１軸受け５１を非磁性材料によって形成すれば、第１軸受け５１の厚さや径方向の幅などの形状を変更することにより、容易に投入時吸引力を調整することができる。当然、大きな吸引力が必要な場合は、軸受け５１の材質を強磁性体とする。

また、本実施の形態においては、第２軸受け５２を磁路４０３中に配設しているので、第２軸受け５２を非磁性材料によって形成すれば、第２軸受け５２の厚さや径方向の幅などの形状を変更することにより、引き外し用コイル２２によって励磁した際の可動体の吸引力を容易に調整することができる。また、第２軸受け５２の材質を変更することによっても、同様に可動体の吸引力を調整することができる。従って、設計裕度が向上している。

図９は、本実施の形態の電磁石装置１における等価磁気回路を示している。符号５１３は、引き外し用コイル２２によって励磁した際に発生する引き外し用コイルの２２の起磁力５１３を示している。この起磁力５１３によって発生する磁束は、第２端部ヨーク３２の磁気抵抗５０２、第２軸受け５２の磁気抵抗５１５、第２軸受け５２と可動体引き外し磁極面４３ａとの間の空気ギャップによる磁気抵抗５０９、可動体本体４ａによる磁気抵抗５０６、可動体本体４ａと中ヨーク３４との間の空気ギャップによる磁気抵抗５１０、中ヨーク３４の磁気抵抗５０４、永久磁石５３の内部磁気抵抗５０７、永久磁石５３の起磁力５１１、側部ヨーク３３の磁気抵抗５０３を通って一周する磁路４０３を流れる。

一方、符号５１２は、投入用コイル２１によって励磁した際に生じる起磁力を示しており、この起磁力５１２から発生した磁束は、第１端部ヨーク３１の磁気抵抗５０１、コイル内ヨーク３５の磁気抵抗５０５、第１ヨーク投入磁極面３５ａと第１可動体投入磁極面４１ａとの間の空気ギャップによる磁気抵抗５０８、可動体本体４ａによる磁気抵抗５０６、可動体本体４ａと中ヨーク３４との間の空気ギャップによる磁気抵抗５１０、中ヨーク３４の磁気抵抗５０４、永久磁石５３の内部磁気抵抗５０７、永久磁石５３の起磁力５１１、側部ヨーク３３の磁気抵抗５０３を通って一周する磁路４０１を流れる。

また、第２可動体投入磁極面４２ａと中ヨーク投入磁極面３４ａとの間の空気ギャップからなる磁気抵抗５１４は、可変抵抗であり、この磁気抵抗５１４が磁気抵抗５１０よりも小さくなると、主な磁束の流れが磁路４０１から、磁気抵抗５１４を通る磁路４０２に切り替わる。

（実施の形態２）
次に、本発明に係る電磁石装置の別の実施の形態について、図１０〜図１４を参照しながら詳細に説明する。

実施の形態２の電磁石装置１０は、励磁コイルとヨーク３と可動体４とを有している。この電磁石装置１０は、励磁コイルによって発生させた磁力によって可動体４を直線方向にスライドさせ、この可動体４に固定される駆動対象を動かすものである。実施の形態２において、実施の形態１と同一の符号は同一の構成を示し、ここではその詳細を省略する。

本実施の形態では、励磁コイルとして、投入・引き外し用コイル２３を有している。投入・引き外し用コイル２３は中ヨーク３４に固定されている。また、第２端部ヨーク３２に第２軸受け５２を介することなく、可動体引き外し磁極面４３ａと対向しているヨーク引き外し磁極面３２ｂが形成されている。ヨーク引き外し磁極面３２ｂは平坦な第２端部ヨーク３２の中ヨーク３４側の面の一部である。また、本実施の形態では、永久磁石５４が第１端部ヨーク３１と側部ヨーク３３との間に配設されている。

永久磁石５４は、ヨーク引き外し磁極面３２ｂと可動体引き外し磁極面４３ａにおいて、投入・引き外し用コイル２３が可動体４の投入の際に発生する磁束と、永久磁石５４が形成している磁束とが同一方向となる向きに配設する。また、永久磁石５４は、投入・引き外し用コイル２３に電流を流した際に、投入・引き外し用コイル２３によって生じる磁束が、第１端部ヨーク３１、コイル内ヨーク３５、可動体４の投入部４１、中ヨーク３４、側部ヨーク３３を一巡して通過する磁路４０７、４０７ａと、第１端部ヨーク３１、コイル内ヨーク３５、可動体４の投入部４１、第２端部ヨーク３２、側部ヨーク３３を一巡して通過する磁路４０７、４０７ｂと、に共通する磁路となる側部ヨーク３３、第１端部ヨーク３１、コイル内ヨーク３５、可動体の投入部４１を通過する主磁束の磁路４０７中に設けられる。本実施の形態では第１端部ヨーク３１と一対の側部ヨーク３３との間に永久磁石５４が配設されている。

図１０は、本実施の形態の電磁石装置１０における可動体４の投入状態を表している。本実施の形態では、電磁石装置１０が１つの投入・引き外し用コイル２３を有している。可動体４の投入状態は、可動体４が図において上方に位置する状態であり、可動体４の第１可動体投入磁極面４１ａと第１ヨーク投入磁極面３５ａとが接触した状態となっている。また、同様に、可動体４の第２可動体投入磁極面４２ａと中ヨーク投入磁極面３４ａとが接触した状態となっている。更に、この状態では、スライド軸４ｂが、第１端部ヨーク３１のスライド軸４ｂ用孔に挿入された状態となっている。本実施の形態において、永久磁石５４は第１端部ヨーク３１と側部ヨーク３３との間に配設されている。また、本実施の形態において、投入状態における第２端部ヨーク３２を通る磁路の磁気抵抗は中ヨーク３４を通る磁路の磁気抵抗よりも大きく構成されている。電磁石装置１０は、永久磁石５４の磁力により、この投入状態を保持するようになっている。

図１２は、本実施の形態の電磁石装置１０における可動体４の引き外し状態を示している。可動体４の引き外し状態は、図において可動体４が下方に移動された状態であり、可動体４の可動体引き外し磁極面４３ａとヨーク引き外し磁極面３２ｂとが接触した状態となっている。また、この状態では、スライド軸４ｂが、コイル内ヨーク３５のスライド軸４ｂ用孔に挿入された状態となっている。本実施の形態において、中ヨーク３４と可動体４の投入部４１との距離、第２端部ヨーク３２のヨーク引き外し磁極面３２ｂと可動体４の可動体引き外し磁極面４３ａとの接触面の大きさ、その他の形状、材質等の選択により、引き外し状態で第２端部ヨーク３２を通る磁路の磁気抵抗は中ヨーク３４を通る磁路の磁気抵抗よりも小さく構成されている。永久磁石５４は、コイル内ヨーク３５、第１ヨーク投入磁極面３５ａ、第１可動体投入磁極面４１ａ、可動体４の投入部４１、中ヨーク３４、側部ヨーク３３、第１端部ヨーク３１を一巡する磁路６０１、６０１ａと、コイル内ヨーク３５、第１ヨーク投入磁極面３５ａ、第１可動体投入磁極面４１ａ、可動体４の投入部４１、可動体引き外し磁極面４３ａ、ヨーク引き外し磁極面３２ｂ、第２端部ヨーク３２、側部ヨーク３３、第１端部ヨーク３１を一巡する磁路６０１、６０１ｂを形成している。本実施の形態における電磁石装置１０は、図示せぬ付勢部材と永久磁石５４による磁力により、この引き外し状態を保持するようになっている。

図１０に示す投入状態において投入・引き外し用コイル２３に電流を流すと、図１１に示すように、投入・引き外し用コイル２３によって生じる磁束が、永久磁石５４の磁束による、コイル内ヨーク３５、第１ヨーク投入磁極面３５ａ、第１可動体投入磁極面４１ａ、可動体４の投入部４１、フランジ部４２、第２可動体投入磁極面４２ａ、中ヨーク投入磁極面３４ａ、中ヨーク３４、側部ヨーク３３、第１端部ヨーク３１を一巡する磁路４０５を打ち消す方向に一巡する磁路４０６を通過する。投入・引き外し用コイル２３による磁束と永久磁石５４による磁束が打ち消し合い、吸引力が付勢部材の付勢力より小さくなると、可動体４はヨーク引き外し磁極面３２ｂと可動体引き外し磁極面４３ａと接触するまで移動し、引き外し状態となる。

図１２に示す、引き外し状態から、投入・引き外し用コイル２３に可動体４の引き外し時と逆向きの電流を流すと、図１３に示すように、投入・引き外し用コイル２３によって生じる磁束が、コイル内ヨーク３５、第１ヨーク投入磁極面３５ａ、第１可動体投入磁極面４１ａ、可動体４の投入部４１、中ヨーク３４、側部ヨーク３３、第１端部ヨーク３１を一巡する磁路４０７、４０７ａを通過する。すると、第１ヨーク投入磁極面３５ａと第１可動体投入磁極面４１ａとの間に吸引力が生じる。
また、このとき、投入・引き外し用コイル２３によって生じる磁束が、コイル内ヨーク３５、第１ヨーク投入磁極面３５ａ、第１可動体投入磁極面４１ａ、可動体４の投入部４１、可動体引き外し磁極面４３ａ、ヨーク引き外し磁極面３２ｂ、第２端部ヨーク３２、側部ヨーク３３、第１端部ヨーク３１を一巡する磁路４０７、４０７ｂを通過する。これにより、可動体引き外し磁極面４３ａとヨーク引き外し磁極面３２ｂとの間に吸引力が生じる。永久磁石５４の磁路６０１ｂと投入・引き外し用コイル２３による磁路４０７ｂの磁束は同一の向きであり、可動体引き外し磁極面４３ａとヨーク引き外し磁極面３２ｂとの間の吸引力が大きくなる。

付勢部材による力および可動体引き外し磁極面４３ａとヨーク引き外し磁極面３２ｂとの間の吸引力が、第１ヨーク投入磁極面３５ａと第１可動体投入磁極面４１ａとの間の吸引力より大きい間は、可動体４の移動が一時保留される。この間に投入・引き外し用コイル２３に更に電流を流し、磁路４０７，４０７ｂにおいて磁気飽和がおこることにより、第１ヨーク投入磁極面３５ａと第１可動体投入磁極面４１ａとの間の吸引力が、付勢部材による力および可動体引き外し磁極面４３ａとヨーク引き外し磁極面３２ｂとの間の吸引力より大きくなると、可動体４が上方に、即ち投入・引き外し用コイル２３内に吸引される。可動体４が上方に移動するにつれて可動体引き外し磁極面４３ａとヨーク引き外し磁極面３２ｂとの間の空気ギャップによる磁気抵抗が大きくなり、可動体引き外し磁極面４３ａとヨーク引き外し磁極面３２ｂとの間の吸引力は小さくなる。

可動体４が、第１ヨーク投入磁極面３５ａ側にある一定距離スライド移動すると、第２可動体投入磁極面４２ａと中ヨーク投入磁極面３４ａとの間の距離が、可動体４の投入部４１と中ヨーク３４との間の距離よりも短くなる。そうすると、図１４に示すように、投入用コイル２１によって生じる磁束が、コイル内ヨーク３５、第１ヨーク投入磁極面３５ａ、第１可動体投入磁極面４１ａ、可動体４の投入部４１、フランジ部４２、第２可動体投入磁極面４２ａ、中ヨーク投入磁極面３４ａ、中ヨーク３４、側部ヨーク３３、第１端部ヨーク３１を一巡する磁路４０８を通過する。その結果、第２可動体投入磁極面４２ａと中ヨーク投入磁極面３４ａとの間に吸引力が生じ、より大きな吸引力によって可動体４がコイル内に引き込まれる方向にスライド移動し、投入状態となる。

図１０から図１４に示す本実施の形態に、第１軸受け５１および第２軸受け５２を設けることもできる。第１軸受け５１および第２軸受け５２の大きさ形状や材質を変えて、可動体の吸引力を調整することができる。また、実施の形態１と同様に励磁コイルとして投入用コイル２１と引き外し用コイル２２を設けることも可能である。

上述のように構成されている電磁石装置１０は、投入用コイル２１によって励磁した際に、第１ヨーク投入磁極面３５ａと第１可動体投入磁極面４１ａ及び第２可動体投入磁極面４２ａと中ヨーク投入磁極面３４ａとの２箇所において吸引力が発生するので、１箇所のみで吸引力を発生させる場合と比較して、１箇所あたりの吸引力を少なく設定することができる。また、電磁石装置１０自体の小型化も可能となる。また、従来の電磁石装置と径方向の大きさが等しい場合を比較すると、より大きな投入時吸引力を有する電磁石装置１０とすることが可能である。

また、本実施の形態では、可動体４の投入時に、投入・引き外し用コイル２３を励磁した際に、投入・引き外し用コイル２３が永久磁石５４と同方向に磁束を発生し、ヨーク引き外し磁極面３２ｂと可動体引き外し磁極面４３ａとの間に吸引力を生じるため、逆方向の第１ヨーク投入磁極面３５ａと第１可動体投入磁極面４１ａとの間の吸引力との力の均衡により可動体４の移動が一時保留され、その間に励磁コイルに大きな励磁電流を流すことができる。従って、可動体４を十分な投入時吸引力で移動することができる。また、第１ヨーク投入磁極面３５ａと第１可動体投入磁極面４１ａの吸引力が、ヨーク引き外し磁極面３２ｂと可動体引き外し磁極面４３ａの吸引力および付勢部材の付勢力を上回った瞬間に十分な起磁力で速やかに可動体４を移動することができる。例えば、可動体４に対して常時図１２の下方向（引き外し方向）に付勢力を与える第一付勢部材と、可動体４が図１２の上方向となる可動体投入方向へ一定距離移動した際に引き外し方向に付勢力を与える第二付勢部材とによって付勢力が与えられる場合、可動体４の投入時に、投入時吸引力が十分な大きさになる前に可動体４が投入方向へ動き出すと、可動体４が一定距離移動した後に第二付勢部材によって大きな付勢力が作用し、移動した可動体４が引き外し方向に戻されて投入失敗が起こる。可動体４はその後、再度励磁コイルの励磁電流が大きくなって十分な投入時吸引力を得ることで投入を完了する。しかし、本実施の形態では、十分な投入時吸引力を得るまで可動体４が移動しないため、可動体４が投入時吸引力によって移動した後に引き外し方向に戻されることがなく、投入失敗を防止することができる。

なお、永久磁石５４は、主磁束の磁路となる位置に配設されればよい。別の配置の例として、図１５−１に示す第１端部ヨーク３１と一対の側部ヨーク３３との間に設けられる永久磁石５５、図１５−２に示すコイル内ヨーク３５と可動体４との間に設けられる永久磁石５６、とすることも可能である。

１、１０、１１、１２ 電磁石装置
３ ヨーク
４ 可動体
２１ 投入用コイル
２１ａ ボビン
２１ｂ コイル用巻き線
２２ 引き外し用コイル
２２ａ ボビン
２２ｂ コイル用巻き線
３２ｂ ヨーク引き外し磁極面
３４ａ 中ヨーク投入磁極面
３５ａ 第１ヨーク投入磁極面
４１ａ 第１可動体投入磁極面
４２ａ 第２可動体投入磁極面
４３ａ 可動体引き外し磁極面
５３、５４、５５、５６ 永久磁石

Claims (3)

1. コイル巻き線を周状に巻いて中空円柱状に形成されている励磁コイルと、永久磁石と、ヨークと、該ヨークに対してスライド移動する可動体と、を有し、
   前記可動体と前記ヨークは、前記励磁コイルの内外を通る周状の磁路を構成するように配設され、前記ヨークは、前記磁路中にヨーク磁極面を有し、前記可動体は、前記磁路中に可動体磁極面を有し、前記ヨーク磁極面と前記可動体磁極面とは、互いに対向するように配設され、
   前記励磁コイルによって励磁した際には、前記磁路を磁束が通過し、前記ヨーク磁極面と前記可動体磁極面との間に磁気的吸引力が発生し、前記可動体が前記ヨーク磁極面と接近する方向にスライド移動する電磁石装置であって、
   前記可動体は、前記可動体磁極面を有する円柱状の投入部と、軸方向で該投入部の前記可動体磁極面とは反対側に設けられ、外径方向に突出したフランジ部と、軸方向で該フランジ部の前記投入部とは反対側に設けられ、前記投入部及び前記フランジ部より小径の円柱状の引き外し部とを備え、
   前記ヨークと前記可動体とは、前記磁路中に、前記ヨーク磁極面と前記可動体磁極面とを磁束が通過し、前記可動体を前記ヨーク磁極面に接近させる方向に吸引力が生じるように対向する第２ヨーク磁極面と第２可動体磁極面とを有すると共に、該第２可動体磁極面は前記フランジ部に設けられ、
   前記ヨークと前記可動体とは、前記磁路中に、前記ヨーク磁極面と前記可動体磁極面とを磁束が通過し、前記可動体を前記ヨーク磁極面に遠隔させる方向に吸引力が生じるように対向するヨーク引き外し磁極面と可動体引き外し磁極面とを有すると共に、該可動体引き外し磁極面は前記引き外し部に設けられることを特徴とする電磁石装置。
2. 前記可動体は、前記投入部、前記フランジ部及び前記引き外し部を有する可動体本体と、該可動体本体から突出するスライド軸と、を有し、
   該スライド軸をスライド可能に支持する非磁性材料からなる軸受けを前記ヨークの前記磁路中に設けたことを特徴とする請求項１に記載の電磁石装置。
3. 前記永久磁石は、前記磁路における主磁束の磁路中であって、前記永久磁石の向きが、前記ヨーク引き外し磁極面と前記可動体引き外し磁極面において、可動体投入時に励磁コイルが発生する磁束と同一方向の磁束となるように設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の電磁石装置。

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